CN103182612B - 一种热镀锡和锡合金的自析熔剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热镀锡和锡合金的自析熔剂及其制备方法，其原料组成及重量百分比分别为：重金属氟化物活性剂10~15%；多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐80~87%；醇溶剂3~5%。本发明所提供的自析熔剂摈弃了活性较差的氟硼酸盐，而采用了活性更高的全氟化物作为活性剂，同时为了能够溶解这种全氟化物，配合使用了高活性的多羟基甲基有机胺的氢氟酸盐为基质，这种基质不仅起到了载体的作用，而且使助焊剂中完全不含无活性的充填物。

Description

一种热镀锡和锡合金的自析熔剂及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金化工领域，涉及软钎焊，尤其是一种热镀锡和锡合金的自析熔剂及其制备方法。

背景技术

钎焊是电子工艺技术中将铝-铝连接、铝-铜连接的常见方法，通常分为硬钎焊和软钎焊两类：以450℃的钎焊温度作为分界，高于此温度的工艺称为硬钎焊，低于此温度则称为软钎焊，其中，硬钎焊由于工艺温度较高，用在电子、电器某些产品的连接工艺中有较大局限性；软钎焊的钎焊温度低，钎焊过程对产品的热影响小。软钎焊中的烙铁钎焊，由于其操作灵活、方便等特点，更是最常用到的操作工艺，而这种操作工艺通常都需配合使用具有助焊功能的药芯焊锡丝，在使工艺简化的同时，助焊剂量可根据不同金属或实际使用情况进行调控。

铝的导电与导热性略逊于铜，但其比重小（只及铜的1 / 3），因此，铝的性价比相对于铜更占有很大的优势，作为导电材料，越来越多的铜器件的基材已被铝及铝合金所取代，但铝及铝合金表面覆盖一层致密的氧化膜，铝氧化膜很稳定且较难去除，由此，如何使铝及铝合金和其他金属器件之间高效、可靠的连接技术却成为了工艺上较大的障碍。

铝软钎焊的关键工序是需要迅速、有效地去除这层氧化膜，由此对作为焊锡丝药芯的助焊剂的要求是：在常温下呈固态，便于助焊剂能稳定保存在焊锡丝芯内；助焊剂的活性高，去氧化膜能力强、焊后残渣腐蚀性小。

现有的热镀覆工艺只能在铝及铝合金表面上镀覆锌层而无法直接镀复锡或锡合金的镀层。

通过检索，发现了若干篇与本专利申请内容相关的专利文献，其中，公开号为CN1035073的中国专利提供了一种关于铝及铝合金软钎焊助焊剂的配方，要解决的问题是研制去膜剂、覆盖剂和界面活性剂，使钎焊温度低于350℃，并能拉制活性芯软钎焊丝。本发明的成分（重量百分比）为：含氨基有机物氟硼酸盐1~50，重金属氟硼酸盐0.5~50，氨基醇10~98。本发明也适用于不锈钢、镍基合金、铁镀锌、铜及铜合金等材料，尤其适于上述材料制成的灯头的软钎焊。

公开号为CN101204762的中国专利提供了一种铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，它由下述重量百分比组成：可被铝还原的金属盐：5~50%、去膜剂：10~50%、润湿剂：3~40%、活化剂：3~20%、表面活性剂：1~15%、缓蚀剂：2~20%和余量为载体（如聚乙二醇）等组成。本发明在焊接温度上与无铅焊料有极佳的匹配效果，其适用于与无铅焊料制成焊丝或焊膏。焊后焊接强度高，扩展率好，属环保型助焊剂，具有对铝及铝合金焊接的缓蚀保护且制备方法简单易行，当然本例也可用于不锈钢、镀锌铁、镍合金、铜及铜合金等材料的无铅软钎焊，同样具上述效果。

公开号为CN 101244493的中国专利提供了一种包含助焊剂的铝合金无铅焊丝及其助焊剂的制备方法，其特征在于其中无铅焊料由锡、银、铜、铝、锌合金构成；无铅助焊剂由下述重量配比的物质组成：有机羧酸及衍生物活性剂10~20%、高沸点溶剂10~15%、氟碳表面活性剂：0.1~2%、缓蚀剂：0.1~0.4%、水溶性树脂：40~50%，其余为溶剂：异丙醇、乙醇，或去离子水。本发明应用于无铅铝合金软钎焊，针对无铅焊料的特性和焊接工艺特点研制而成，其设计科学、配方合理、工艺性强，具有以下优点：１．焊接残留低，板面干净，无松香类树脂残留；２．透锡性能好；３．润湿性好，无拉尖连焊现象；４．对现有的设备工艺适应性强。特别适用于铝合金漆包线、端子的无铅软钎焊。

公开号为CN 101412168的中国专利提供了一种铝钎焊焊锡丝芯用助焊剂及其制备方法。该助焊剂用于铝及铝合金软钎焊的焊锡丝内芯，以重量百分比计，其配方组成为：改性松香14~28%、氟硼酸铵12~24%、有机胺38~56%、锌源4~10%、亚锡盐0.5~8%、氟表面活性剂0.1~2%。锌源为锌盐、锌粉或活性氧化锌；亚锡盐为无机亚锡盐或有机酸亚锡；氟表面活性剂为FC4430、FC4432、F5010、FSN-100、F501、F502和FS-300中的1~2种。该助焊剂常温下呈固态，具有较好的挺度，并具有活性高、制备工艺简单、显著改善钎料的可焊性和焊点洁净等特点，适用于制造芯内含助焊剂的焊锡丝并对铝及铝合金进行软钎焊。

综上，在现有已公开的专利与报道过的科研论文中，铝助焊剂其活性剂都沿用重金属的混合氟硼酸盐为基础，然后混以有机羟胺或氟硼酸铵而组成液态的焊剂。在实际使用中，为了能够适用于灌注焊锡丝药芯，都在其中添加无活性的树脂或高碳的聚醇，即使如此，也只能制成半固态粘稠状的助焊剂，不但大大降低了助焊剂的活性，而且也不能得到熔点适当的固态助焊剂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足之处，提供一种操作简便、有效去除钎焊时界面氧化膜的热镀锡和锡合金的自析熔剂及其制备方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种热镀锡和锡合金的自析熔剂，其原料组成及重量百分比分别为：

重金属氟化物活性剂                   10~15%

多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐   80~87%

醇溶剂3~5%。

而且，所述重金属氟化物活性剂选自氟化锌、氟化亚锡、氟化铋以及氟化铜中任意两种以上的组合。

而且，所述多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐通过多羟乙基胺和/或多羟甲基胺与氢氟酸反应制得，其制备步骤为：

⑴将多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐置于蒸发锅内，加水溶解，多羟乙基胺和/或多羟甲基胺与水的重量比为1：2~4，边搅拌边加热至120℃，蒸发锅内水溶液轻微沸腾；

⑵向蒸发锅内逐滴加入质量分数为10%的氢氟酸水溶液，保持水溶液轻微沸腾，调节pH值保持在6~8之间，停止加热；

⑶将蒸发锅内物料投入另一容器冷却，待容器内物料呈白色蜡状，即得所述多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐。

而且，所述醇溶剂为乙二醇、一缩二乙二醇，丙二醇或丙三醇。

本发明的另一目的是提供一种热镀锡和锡合金的自析熔剂的制备方法，其步骤为：

⑴将上述多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐加热并保持110~130℃，待多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐完全熔化后，加入重金属氟化物活性剂，完全溶解后，搅拌10min，然后冷却凝固，得到助焊剂；

⑵采用醇溶剂将助焊剂溶解混合均匀，待溶液变稠，即得热镀锡和锡合金的自析熔剂。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明所提供的自析熔剂摈弃了活性较差的氟硼酸盐，而采用了活性更高的全氟化物作为活性剂，同时为了能够溶解这种全氟化物，配合使用了高活性的多羟基甲基有机胺的氢氟酸盐为基质，这种基质不仅起到了载体的作用，而且使助焊剂中完全不含无活性的充填物。

2、本发明所提供的自析熔剂可随温度而产生相变且可灌注于焊锡丝中作为药芯，在钎焊加热过程中以上助焊剂迅速铺展，覆盖住熔化的钎料和在界面上析出的液态金属，有效避免了氧化层的出现。

3、本发明只需将自析溶剂涂在需要镀锡的部位，加热到300~350℃，即可通过自析的溶剂中的多羟基甲基有机胺的氢氟酸盐充分去除铝表面的氧化膜，还原析出液态的锡合金，与铝形成冶金结果，保证了镀层的牢固性。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明中所涉及的多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐通过多羟乙基和/或多羟甲基胺与氢氟酸反应制得，所述多羟乙基和/或多羟甲基胺任选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、二羟乙基乙二胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺或三羟甲基氨基甲烷的1~3种的组合物，上述组合物所包括的各组分可按照任意比例混合。

实施例1

一种热镀锡和锡合金的自析熔剂，其原料组成及重量分别为

上述热镀锡和锡合金的自析熔剂的制备方法步骤为：

⑴制备多羟乙基胺和多羟甲基胺的氢氟酸盐：

a.本实施例中，多羟乙基胺由二乙醇胺、羟乙基乙二胺组成，多羟甲基胺为三羟甲基氨基甲烷组成，将上述二乙醇胺、羟乙基乙二胺以及三羟甲基氨基甲烷等比例（重量比）混合并置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟乙基胺和多羟甲基胺的混合物与水的重量比为1：2，边搅拌边加热至120℃，蒸发锅内水溶液轻微沸腾；

b.向蒸发锅内逐滴加入质量分数为10%的氢氟酸水溶液，保持水溶液轻微沸腾，调节pH值保持在6~8之间，停止加热；

c.将蒸发锅内物料投入聚丙烯容器冷却，待容器内物料呈白色蜡状，即得所述多羟乙基胺和多羟甲基胺的氢氟酸盐；

⑵将上述多羟乙基胺和多羟甲基胺的氢氟酸盐加热并保持110~130℃，待多羟乙基胺和多羟甲基胺的氢氟酸盐完全熔化后，加入氟化铜和氟化亚锡，完全溶解后，搅拌10min，然后冷却凝固，得到助焊剂；

⑶采用一缩二乙二醇将助焊剂溶解混合均匀，待溶液变稠，即得热镀锡和锡合金的自析熔剂。

实施例2

一种热镀锡和锡合金的自析熔剂，其原料组成及重量分别为

上述热镀锡和锡合金的自析熔剂的制备方法步骤为：

⑴制备三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐：

a.将三羟甲基氨基甲烷置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，三羟甲基氨基甲烷与水的重量比为1：4，边搅拌边加热至120℃，蒸发锅内水溶液轻微沸腾；

b.向蒸发锅内逐滴加入质量分数为10%的氢氟酸水溶液，保持水溶液轻微沸腾，调节pH值保持在6~8之间，停止加热；

c.将蒸发锅内物料投入聚丙烯容器冷却，待容器内物料呈白色蜡状，即得所述三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐；

⑵将上述三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐加热并保持110~130℃，待三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐完全熔化后，加入氟化锌和氟化亚锡，完全溶解后，搅拌10min，然后冷却凝固，得到助焊剂；

⑶采用乙二醇将助焊剂溶解混合均匀，待溶液变稠，即得热镀锡和锡合金的自析熔剂。

实施例3

一种热镀锡和锡合金的自析熔剂，其原料组成及重量分别为

上述热镀锡和锡合金的自析熔剂的制备方法步骤为：

本实施例中，多羟乙基胺由一乙醇胺以及羟乙基乙二胺组成，将一乙醇胺以及羟乙基乙二胺按照1：3的比例（重量比）混合并置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟乙基胺与水的重量比为1：3，边搅拌边加热至120℃，蒸发锅内水溶液轻微沸腾；

b.向蒸发锅内逐滴加入质量分数为10%的氢氟酸水溶液，保持水溶液轻微沸腾，调节pH值保持在6~8之间，停止加热；

c.将蒸发锅内物料投入聚丙烯容器冷却，待容器内物料呈白色蜡状，即得所述多羟乙基胺的氢氟酸盐；

⑵将上述多羟乙基胺的氢氟酸盐加热并保持110~130℃，待多羟乙基胺的氢氟酸盐完全熔化后，加入氟化铜、氟化铋和氟化亚锡，完全溶解后，搅拌10min，然后冷却凝固，得到助焊剂；

⑶采用丙二醇将助焊剂溶解混合均匀，待溶液变稠，即得热镀锡和锡合金的自析熔剂。

用按以上实施例制得的热镀锡和锡合金的自析熔剂涂在铝板上欲涂覆的指定地点，加热铝板至300℃，即可在铝板表面获得一层光亮的锡-铜合金镀层、锡-锌合金镀层或锡-铋-铜合金镀层，仅需洗去残余的自析熔剂，即可方便地在涂层上进行常规的钎焊。

需要说明的是，本发明所涉及的氟化亚锡、氟化铋、氟化铜和氟化锌等多种组合的重金属氟化物活性剂搭配并不限于上述3个实施例所提供的选择和比例，氟化锌、氟化亚锡、氟化铋以及氟化铜任意两种以上的组合皆可作为多种重金属氟化物活性剂，且各组分选取比例不限。

Claims (3)

1.一种热镀锡和锡合金的自析熔剂，其特征在于：其原料组成及重量百分比分别为：

重金属氟化物活性剂10～15％

多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐80～87％

醇溶剂3～5％，所述多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐通过多羟乙基胺和/或多羟甲基胺与氢氟酸反应制得，其制备步骤为：

⑴将多羟乙基胺和/或多羟甲基胺置于蒸发锅内，加水溶解，多羟乙基胺和/或多羟甲基胺

与水的重量比为1：2～4，边搅拌边加热至120℃，蒸发锅内水溶液轻微沸腾；

⑵向蒸发锅内逐滴加入质量分数为10％的氢氟酸水溶液，保持水溶液轻微沸腾，调节pH值保持在6～8之间，停止加热；

⑶将蒸发锅内物料投入另一容器冷却，待容器内物料呈白色蜡状，即得所述多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐，所述热镀锡和锡合金的自析熔剂的制备方法，其步骤为：

⑴将上述多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐加热并保持110～130℃，待多羟乙基胺和/或多羟甲基胺的氢氟酸盐完全熔化后，加入重金属氟化物活性剂，完全溶解后，搅拌10min，然后冷却凝固，得到助焊剂；

⑵采用醇溶剂将助焊剂溶解混合均匀，待溶液变稠，即得热镀锡和锡合金的自析熔剂。

2.根据权利要求1所述的热镀锡和锡合金的自析熔剂，其特征在于：所述重金属氟化物活性剂选自氟化锌、氟化亚锡、氟化铋以及氟化铜中任意两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的热镀锡和锡合金的自析熔剂，其特征在于：所述醇溶剂为乙二醇、一缩二乙二醇，丙二醇或丙三醇。