CN108637528A

CN108637528A - 一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂及制备方法

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Publication number: CN108637528A
Application number: CN201810319247.8A
Authority: CN
Inventors: 丁敏; 冀志强; 李树勇; 马乐; 陆煜; 左为; 胡连海
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2018-10-12
Anticipated expiration: 2038-04-11
Also published as: CN108637528B

Abstract

一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂及制备方法，属于铝合金软钎焊技术领域，可解决现有铝钎焊工艺钎料的润湿性差、增加焊接难度，影响钎焊质量以及施焊温度高的问题，包括如下质量百分比的成分：氟硼酸铵10～20%、纳米氧化锌10～20%、纳米氧化锡10～20%、氯化铯2～8%、三乙醇胺30～40%、其余为无水乙醇。本发明所选用的纳米材料活性大、润湿力强，能够在铝钎焊时发挥良好的去膜作用，获得光亮、饱和的焊点。本发明的水溶性铝软钎焊钎剂对现有的工艺适应性强，最重要的是该焊剂是180～210℃之间施焊的水溶性钎剂。该方法灵活性较强，具有较为理想的工程意义。

Description

一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂及制备方法

技术领域

本发明属于铝合金软钎焊技术领域，具体涉及一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂及其制备方法。

背景技术

在传统能源、环境污染等因素制约的今天，LED 封装中铝及铝合金凭借着其低密度、高比强度、高电导率及大幅度降低成本等优势，正逐步在一些工业领域中取代铜。但是由于铝比较活泼，其表面容易形成一层致密化学性质稳定的氧化物，使钎焊过程中钎料的润湿性差、增加焊接难度，影响钎焊质量。所以这是当前铝及铝合金钎焊时的主要障碍之一。为此，克服上述问题、研究具有良好钎焊性能的新型铝钎剂、去除钎焊金属和液态钎料表面上氧化膜、保护钎焊金属和钎料在加热过程中不继续被氧化，改善钎料对基体金属(也称母材) 表面的润湿性，促进钎料流动，并填充接头间隙，形成表面光洁致密的钎焊缝，是当务之急。

铝钎焊工艺中着重考虑的另一个因素就是钎剂的腐蚀性。钎剂有腐蚀性钎剂和无腐蚀性钎剂。有腐蚀性钎剂主要有氯化物钎剂，无腐蚀性钎剂市场上主要有高温区间的氟铝酸钾钎剂和中温区间的氟铝酸铯钎剂，而在低温区间则还没有一种可靠地性能优良的无腐蚀钎剂，特别是没有180-210℃之间施焊的水溶性钎剂。

经对现有技术的文献检索发现，张浪（华南理工大学硕士论文，2016）利用20-38um粒径Sn-0.3Ag-0.7Cu焊料钎焊，钎剂施焊温度大于245℃，熔点较高，容易造成LED芯片损坏；昆山成利焊锡制造有限公司申请的“铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂”专利 (中国专利号：200710302470.3) 中描述的一种焊铝助焊剂成分为：由亚锡盐、锌盐等构成的覆盖剂 (5～50％)，有机胺构成的去膜剂 (10～50％)，氟硼酸盐构成的润湿剂 (3～40％)，胺的卤化盐构成的活化剂 (3～20％) 表面活性剂 (1～15％)，缓释剂 (2～20％)。该助焊剂呈膏状并适用于焊锡丝内芯，同时该助焊剂中金属盐 (包括亚锡盐、锌盐、铵盐等) 的含量较高，对焊点周围的腐蚀比较严重。中国专利号 200810052487.2 报道的“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”中描述的一种焊铝助焊剂成分为：以有机酸、锡盐及锌盐构成的活性剂 (10～20％，重量百分比)，低碳醇及低级胺构成的高沸点溶剂 (10～15％)，氟碳表面活性剂 (0.1～2％)，缓释剂 (0.1～0.4％)，水溶性树脂(40～50％)，溶剂 (12.6～39.8％)。该助焊剂呈膏状适用于焊锡丝内芯，同时该助焊剂含有大量无助焊效果的树脂载体而使其助焊效果不佳。马鑫发明的“水溶性铝及软钎焊钎剂及其制备方法：（申请号：200910105323.6）施焊温度250-300℃，且在施焊时因为树脂载体而使其助焊效果不佳。

发明内容

本发明针对现有铝钎焊工艺钎料的润湿性差、增加焊接难度，影响钎焊质量以及施焊温度高的问题，提供一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂及制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂，包括如下质量百分比的成分：氟硼酸铵10～20%、纳米氧化锌10～20%、纳米氧化锡10～20%、氯化铯2～8%、三乙醇胺30～40%、其余为无水乙醇。

进一步地，一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂，包括如下质量百分比的成分：氟硼酸铵12%、纳米氧化锌12%、纳米氧化锡12%、氯化铯4%、三乙醇胺36%、其余为无水乙醇。

一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将氟硼酸铵、纳米氧化锌、纳米氧化锡、氯化铯加入到三乙醇胺溶剂中；

第二步，在150～200℃温度条件下不断搅拌20～30min，使原料充分溶解混合，得到混合溶液；

第三步，待混合溶液冷却至20～30℃后，加入无水乙醇并搅拌均匀，静置过滤得到钎剂。

所述纳米氧化锌和纳米氧化锡的粒径均为20-50nm。

本发明中，氟硼酸铵、三乙醇胺为表面活性剂，加热是生成酸与表面氧化铝反应生成铝颗粒、生成酸与纳米氧化锌生成纳米锌颗粒、生成酸与纳米氧化锡生成纳米锡颗粒。氯化铯为稀土活性剂，能与铝反应吸附在裸露的铝表面极大的提高润湿性，有助溶的效果。

其中纳米氧化锌、纳米氧化锡为覆盖剂，与酸生成的纳米锌颗粒极易与裸露的铝生成金属间化合物，且降低表面能极大的促进润湿；且纳米锡可以极大降低反应的温度。

其中无水乙醇为稀释剂，调控钎剂的粘度。

本发明的有益效果如下：

本发明所选用的纳米材料活性大、润湿力强，能够在铝钎焊时发挥良好的去膜作用，获得光亮、饱和的焊点。

与现有技术相比，本发明水溶性焊铝软钎焊钎剂主要是针对LED封装中铝的软钎焊而研制。本发明利用纳米材料能大幅度降低材料的熔点的优异特性，该焊剂通过纳米尺度材料与钎料置换出纳米锌颗粒，纳米锌颗粒形成前驱膜极大提高润湿性，且该焊剂氯化铯含量少，但极大提高了钎剂的活性极易清洗。钎剂所选用的纳米材料活性大、润湿力强，能够在铝钎焊时发挥良好的去膜作用，获得光亮、饱和的焊点。并且焊后残留物较少并且可用水进行清洗，本发明水溶性焊铝软钎焊钎剂对现有的工艺适应性强，由于纳米氧化锌、纳米氧化锡的存在极大调控了该钎剂的使用温度，最重要的是该焊剂是180～210℃之间施焊的水溶性钎剂。

具体实施方式

实施例1

本发明钎剂由氟硼酸铵、纳米氧化锌、纳米氧化锡、氯化铯、三乙醇胺、无水乙醇和异丙醇所组成，其具体成分的质量百分比为：氟硼酸铵12%、纳米氧化锌12%、纳米氧化锡12%、氯化铯4%、三乙醇胺36%、其余为无水乙醇。

一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂及制备方法，按以下步骤进行：

(1) 将氟硼酸铵、纳米氧化锌、纳米氧化锡、氯化铯加入到三乙醇胺溶剂中；

(2) 在150℃温度条件下不断搅拌25min，使原料充分溶解混合，得到混合溶液；

(3) 待混合溶液冷却至20℃后，加入无水乙醇并搅拌均匀，静置过滤得到钎剂。

所述的纳米氧化锌、纳米氧化锡颗粒粒径为20～30nm，所得钎剂能在180℃施焊，利用Sn₉Zn钎料做润湿性实验，施焊5分钟所得润湿角为26°。且前驱膜明显，表面极易用水清洗干净。

实施例2

本发明钎剂由氟硼酸铵、纳米氧化锌、纳米氧化锡、氯化铯、三乙醇胺、无水乙醇和异丙醇所组成，其具体成分的质量百分比为：氟硼酸铵20%、纳米氧化锌18%、纳米氧化锡20%、氯化铯8%、三乙醇胺30%、其余为无水乙醇。

(2) 在180℃温度条件下不断搅拌20min，使原料充分溶解混合，得到混合溶液；

所述的纳米氧化锌、纳米氧化锡颗粒粒径为20～40nm，所得钎剂能在195℃施焊，利用Sn₉Zn钎料做润湿性实验，施焊5分钟所得润湿角为28°。且前驱膜明显，表面极易用水清洗干净。

实施例3

本发明钎剂由氟硼酸铵、纳米氧化锌、纳米氧化锡、氯化铯、三乙醇胺、无水乙醇和异丙醇所组成，其具体成分的质量百分比为：氟硼酸铵20%、纳米氧化锌20%、纳米氧化锡18%、氯化铯8%、三乙醇胺30%、其余为无水乙醇。

(2) 在 200℃温度条件下不断搅拌25min，使原料充分溶解混合，得到混合溶液；

所述的纳米氧化锌、纳米氧化锡颗粒粒径为20～50nm，所得钎剂能在210℃施焊，利用Sn₉Zn钎料做润湿性实验，施焊5分钟所得润湿角为32°。且前驱膜较明显，表面极易用水清洗干净。

实施例4

本发明钎剂由氟硼酸铵、纳米氧化锌、纳米氧化锡、氯化铯、三乙醇胺、无水乙醇和异丙醇所组成，其具体成分的质量百分比为：氟硼酸铵10%、纳米氧化锌10%、纳米氧化锡10%、氯化铯2%、三乙醇胺40%、其余为无水乙醇。

(2) 在 200℃温度条件下不断搅拌30min，使原料充分溶解混合，得到混合溶液；

(3) 待混合溶液冷却至 30℃后，加入无水乙醇并搅拌均匀，静置过滤得到钎剂。

所述的纳米氧化锌、纳米氧化锡颗粒粒径为20～50nm，所得钎剂能在200℃施焊，利用Sn₉Zn钎料做润湿性实验，施焊5分钟所得润湿角为30°。且前驱膜较明显，表面极易用水清洗干净。

实施例5

本发明钎剂由氟硼酸铵、纳米氧化锌、纳米氧化锡、氯化铯、三乙醇胺、无水乙醇和异丙醇所组成，其具体成分的质量百分比为：氟硼酸铵14%、纳米氧化锌12%、纳米氧化锡12%、氯化铯5%、三乙醇胺35%、其余为无水乙醇。

(3) 待混合溶液冷却至 23℃后，加入无水乙醇并搅拌均匀，静置过滤得到钎剂。

所述的纳米氧化锌、纳米氧化锡颗粒粒径为30～50nm，所得钎剂能在205℃施焊，利用Sn₉Zn钎料做润湿性实验，施焊5分钟所得润湿角为28°。且前驱膜较明显，表面极易用水清洗干净。

Claims

1.一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂，其特征在于：包括如下质量百分比的成分：氟硼酸铵10～20%、纳米氧化锌10～20%、纳米氧化锡10～20%、氯化铯2～8%、三乙醇胺30～40%、其余为无水乙醇，所述用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂是180～210℃之间施焊的水溶性钎剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂，其特征在于：包括如下质量百分比的成分：氟硼酸铵12%、纳米氧化锌12%、纳米氧化锡12%、氯化铯4%、三乙醇胺36%、其余为无水乙醇。

3.一种如权利要求1所述的用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种用于低温钎焊软铝合金水溶性钎剂的制备方法，其特征在于：所述纳米氧化锌和纳米氧化锡的粒径均为20-50nm。