CN110218961A

CN110218961A - 一种热镀助焊剂及热镀方法

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Publication number: CN110218961A
Application number: CN201910478287.1A
Authority: CN
Inventors: 王志成; 王奎
Original assignee: Penglai Luen Thai Electronic Materials Co Ltd
Current assignee: Yantai Lom Electronics Co ltd
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2019-09-10

Abstract

本发明应用在电子元器件引脚制作的技术领域，尤其是压敏电阻、热敏电阻、陶瓷电容等电子元器件引脚的制作，具体是镀锡铜线或镀锡铜包钢线的热镀锡助焊剂及热镀方法。一种热镀助焊剂，包括按质量百分含量计的以下组份：乳酸10%‑40%、异丙醇60%‑90%。本发明解决了锡层厚度偏低或镀层偏心导致的焊接性能不稳定的问题。

Description

一种热镀助焊剂及热镀方法

技术领域

本发明应用在电子元器件引脚制作的技术领域，尤其是压敏电阻、热敏电阻、陶瓷电容等电子元器件引脚的制作，具体是镀锡铜线或镀锡铜包钢线的热镀锡助焊剂及热镀方法。

背景技术

镀锡铜线或镀锡铜包钢线多使用于压敏电阻、热敏电阻等电子元器件的制作。热镀锡系列产品的由于拥有更优良的耐锡须生长性能，且产能和成本更有优势，近年来，被越来越多的客户用来替代电镀锡产品。

但目前热镀锡铜线、铜包钢线仍存在以下几个问题：

1、热镀锡层厚度偏低，锡层存在明显偏心甚至漏镀，线材的可焊接性能差：一般的热镀锡工艺只能保证镀层厚度偏薄，一般只能够达到1~3um左右，虽然通过模具尺寸的调整，可达到3um以上，但这种方式生产出的热镀锡线的外观质量很差。这是由于热镀锡线的锡层是一次成型，镀锡层厚度越高，锡层偏心的现象越明显，且线材表面光滑和平整度越差，当镀层厚度超过3um时，锡层在冷却速度、锡层流淌、线材运行过程中抖动等的因素的综合影响下，表面呈现有明显的“锡疙瘩”影响线材的焊锡性。

2、铜基被锡液浸蚀，或线材表面的铜粉带入到锡槽内，均可形成Cu6-Sn5这种金属间化合物，这种化合物在锡槽内存在，可降低锡液的流动性，导致锡层结晶粗糙，孔隙率高，可焊性差、耐高温耐老化性能差，且能降低锡层厚度，因此其危害性很大。

发明内容

本发明是为了解决锡层厚度偏低或镀层偏心导致的焊接性能不稳定问题，提供一种热镀助焊剂及热镀方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种热镀助焊剂，其特殊之处在于，包括按质量百分含量计的以下

组份：乳酸10%-40%、异丙醇 60%-90%。

优选的，所述乳酸的质量百分含量为20%、异丙醇的质量百分含量

为80%；

一种热镀方法，其特殊之处在于，先使中心线材浸润在助焊剂中，

再使中心线材浸润在热锡液中，所述助焊剂包括乳酸10%-40%质量百分含量，异丙醇60%-90%质量百分含量；

优选的，所述中心线材为铜线或者铜包钢线；

优选的，所述热锡液中还添加有金属铋、铟、锑以及锡磷合金中的

至少一种；

优选的，所述铋、铟、锑、锡磷合金在热锡液中的加入量分别为：

铋0.5%、铟0.03%、锑0.03%、磷锡合金1%；

优选的，所述用于盛放热锡液的容器采用钛材质；

一种热镀方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

S1、对中心线材进行预处理，使中心线材露出金属晶格；

S2、使中心线材浸润在助焊剂中；

S3、将预处理后的中心线材引入热镀锡槽，使镀液没过引线，进行热镀锡；

S4、清洗中心线材表面的镀液；

S5、热熔拉光：对中心线材先进行预加热，并加热拉光所使用的两

个拉光模具；

然后使预热后的中心线材依次经过两个加热后的拉光模具，将热镀锡后的中心线材进行拉拔处理，得到光亮和镀层均一的镀锡丝线；

优选的，所述步骤S5中中心线材的预加热温度为180℃，按照中心

线材经过的先后顺序，两个加热后的拉光模具温度分别为280℃和230℃；

优选的，所述预加热采用预加热机构，所述预加热机构包括金属管

以及金属管的加热装置，所述中心线材从金属管中穿过；和/或拉光模具安装在模具座中，所述模具座包括外壳、位于外壳中的加热元件，所述外壳和加热元件之间设置有导热体。

本发明的优点是：

1、铜包钢线表面氧化层导致锡层不容易附着，影响锡层的厚度，氧化严重时还会导致锡层脱落，本配方使用的乳酸呈酸性，不仅对氧化层起到活化分解的作用，更重要的是乳酸的粘性很大，可将大大提高上锡厚度，配方中异丙醇的分散能力很强，可以将乳酸均匀附着线材表面，能够保证线材在助焊剂中有良好的浸湿效果，而且异丙醇挥发性强，可以迅速挥发掉；

2、通过铜和锡的二元相图来看，温度越高，铜和锡之间反应生成Cu6Sn5这种金属间化合物的速度越快，锡液中的Cu6Sn5杂质会导致焊接性和耐老化性不稳定，因此通过添加铋和铟来降低锡的熔点，从而降低Cu6Sn5的生成速度；

3、添加锑元素和锡磷合金的复合保护作用来提高锡的抗氧化能力；

4、采用钛材质的热镀锡槽替代传统不锈钢或铸铁材质的热镀锡槽，阻止了锡铁之间的晶间扩散；

5、镀锡后采用了特有的热熔拉光处理：通过在热镀锡后增加一道热熔拉光工艺，锡层经烘干管的预热，最终以半熔融状态通过抛光模具，这样，能够保证锡层更加均匀、致密；

6、提升锡液的使用寿命，通过锡配方中添加铟、铋等微量元素，降低锡液熔点，从而降低锡液的使用温度，降低了Cu6Sn5金属间化合物的形成，提高了锡液的使用寿命。

附图说明

图1为未拉光处理锡层表面放大图。

图2为拉光处理锡层表面放大图。

图3为拉光和未拉光锡层均匀度对比。

图4为铜锡二元相图。

具体实施方式

以下参考附图给出本发明的具体实施方式，用来对本发明做进一步的说明。

实施例1

采用了新型的助焊剂配方（按质量百分含量计）：乳酸10%-40%，异丙醇60%-90%。

本配方使用的乳酸呈酸性，不仅对铜线或者铜包钢线表面氧化层起到活化分解的作用，更重要的是乳酸的粘性很大，可将大大提高上锡厚度，配方中异丙醇的分散能力很强，能够保证线材在助焊剂中有良好的浸湿效果。

为了验证上述助焊剂配方的效果，本实施例进行以下验证实验。实验方法：先使中心线材（铜包钢线）浸润在不同配方的助焊剂中（如表一），再使中心线材浸润在纯净的热锡液中，其他热镀条件均相同。

表1不同助焊剂的镀锡效果表

从不同助焊剂配方的使用效果对比可以看出，配方1、配方5和配

方6的锡层厚度低于4um,虽然其中配方1和配方5的锡层偏心度较好，但由于锡层厚度相对偏低，不能符合要求，而配方2、3和配方4的锡层厚度优良，明显优于酸性和中性助焊剂配方，但配方4的锡层偏心度指数低，说明锡层偏心程度较大，可焊性方面乳酸和异丙醇配方组要优于中性和酸性助焊剂的对比组。综上，配方2和配方3的性能优良。

实施例2

本实施例通过实验来验证热锡液中添加铋和铟之后，降低生成Cu6Sn5这种金属间化合物的速度、改善焊接性能。同时通过实验验证添加锑元素和锡磷合金的复合保护作用来提高锡的抗氧化能力。

表2：对比组高温老化性能测试结果及分析表

从方案1的纯锡对比组可以看出，纯锡的耐温性最差；通过2，3，4对比可以得出铟对提升200℃和220℃的老化性能有一定帮助，铟的耐温范围应低于250℃；通过5，6，7的对比可得出，锑对于各个温度条件下的老化性能均有很大帮助；8，9，10对比组说明铋对于提升老化性能没有作用；11，12，13对比组说明磷锡合金主要对200℃老化有一定作用，对220℃和250℃老化的帮助不大。

表3：对比组可焊性测试结果及分析表

通过对比，配方1纯锡的添加组和配方8、9、10铋的添加组，润湿力为正值，显示不润湿；配方2、3、4铟组的润湿效果最佳，配方11、12、13磷锡合金组的润湿性较差，尤其配方13磷锡合金超过5%的添加量会大大影响可焊性；配方5，6，7锑元素的添加对可焊性也有一定影响，尤其配方7，但比磷锡合金组的影响要小。通过该对比组测试，锑元素配方应不超过0.03%，磷锡合金含量不超过3%。

表4：对比组锡料熔点测试结果及分析表

锡的熔点对于产品外观和可焊性的影响很大，通过附图4铜锡二元相图可以得出，232℃到250℃范围区间，温度越低，越不容易形成的CU6SN5晶间化合物，锡液寿命也就越长。

通过对比，纯锡的熔点最高，添加微量元素均可以降低纯锡的熔点，铋对于降低纯锡熔点效果最佳，其次为铟、锑、磷锡合金。

通过以上筛选验证，重新组建对比组，配方范围：铋含量0.5-1% , 铟含量0.01%-0.05% ，锑含量≤0.03%，磷锡合金含量≤3%。

表5：筛选后对比组配方表

表6：对比实验结果表

从老化测试的对比组来看，16，17，18，19，20相对耐温性较好，可以耐受三个温区条件的高温条件。说明锑元素的添加对提升耐温性的影响尤其显著，而14和15对比组可以发现磷锡合金对于较低的耐温条件下提升锡层耐温性有一定帮助。

从可焊性测试结果来看，14和15对比组，18和20的对比组都说明了磷锡合金增加降低可焊性，14和16对比组，锑的增加也降低了可焊性，从相对增加的百分比来看，磷锡合金对可焊性的影响程度更明显。16和17和18对比组，明显看出铟可以增加可焊性，而且铟添加量越大，对可焊性的增加程度也越高。17和19对比发现，铋的添加量增加对于增加产品可焊性也有一定帮助，主要是因为铋的添加降低了锡的熔点，锡结晶细致度和孔隙率也相应得到了改善。因此从可焊性的对比组来看，14，17，18，19，20相对较好。

从镀液使用寿命来看，14和15组对比差别不大，说明磷锡合金对于增加锡液寿命影响不大，14和16对比组，说明锑元素的添加对锡液寿命有很大提升，16和17对比组说明铟从0.01%到0.03%含量的添加量的提高对于锡液寿命也有很大提升，而17和18对比组说明铟从0.03%到0.05%含量的添加量的提高对于锡液寿命提升作用不明显。

综上，从产品耐温性能、可焊性测试、锡液寿命的影响等角度，考虑到锡液成本的增加，对比组17（铋0.5%，铟0.03%，锑0.03%，磷锡合金1%）是最优化的锡液配方。

实施例3

一种热镀锡方法：包括以下步骤：

S1、对中心线材进行预处理，使中心线材露出金属晶格；

S2、使中心线材浸润在助焊剂中;

S3、将预处理后的中心线材引入热镀锡槽，使镀液没过引线，进行热镀锡；热镀锡槽采用钛材质，替代传统不锈钢或铸铁材质的热镀锡槽，阻止了锡铁之间的晶间扩散。

S4、清洗中心线材表面的镀液；

S5、热熔拉光：对中心线材先进行预加热，并加热拉光所使用的两个拉光模具；然后使预热后的中心线材依次经过两个加热后的拉光模具，将暗镀后的中心线材进行拉拔处理得到光亮的镀锡丝线。具体的，预加热采用两端开口、直径3cm的铁管加工而成，所述引线从铁管中穿过，引线的预加热温度为180℃，铁管长度为2m。铁管中填充有惰性气体，防止引线重新被氧化。所述拉光模具采用现有技术中的结构，所述拉光模具安装在模具座中，所述模具座包括外壳和位于外壳中的加热元件，所述外壳和加热元件之间设置有导热体。导热体为导热液体或者导热固体，例如铜或者导热硅胶或者导热油。按照引线经过的先后顺序，两个加热后的拉光模具温度分别为280℃和230℃，间隔10cm，每道拉光模具的拉光量约为15-20um，优选的，外壳上插有温控棒。

按照实施例一中的配方一生产镀锡铜包钢线，图1为采用润滑剂冷抛处理所得镀锡铜线的300倍镜SEM电镜图，图2为采用热熔拉光所得镀锡铜线的300倍镜SEM电镜图，从扫描电镜的微观对比来看，在经过相同模具拉光的条件下，润滑剂冷抛引线的镀层微观表面由很多孔隙、凹陷和裂痕，而经过热熔拉光工艺拉制引线的镀层微观表面相对较为平整，即使在2000倍电镜下，锡层外观的缺陷点也很不明显。图3为拉光和未拉光锡层均匀度对比。可见，采用热熔拉光处理所得的锡层更加均匀、致密。

本发明的优点是：

1、铜包钢线表面氧化层导致锡层不容易附着，影响锡层的厚度，氧化严重时还会导致锡层脱落，本配方使用的乳酸呈酸性，不仅对氧化层起到活化分解的作用，更重要的是乳酸的粘性很大，可将大大提高上锡厚度，配方中异丙醇的分散能力很强，可以将乳酸均匀附着线材表面，能够保证线材在助焊剂中有良好的浸湿效果，而且异丙醇挥发性强，可以迅速挥发掉，防止锡槽内锡渣的生成；

Claims

1.一种热镀助焊剂，其特征在于，包括按质量百分含量计的以下组份：乳酸10%-40%，异丙醇 60%-90%。

2.根据权利要求1所述的热镀助焊剂，其特征在于，包括按质量百分含量计的以下组份：乳酸20%，异丙醇80%。

3.一种热镀方法，其特征在于，先使中心线材浸润在助焊剂中，再使中心线材浸润在热锡液中，所述助焊剂包括乳酸10%-40%质量百分含量，异丙醇 60%-90%质量百分含量。

4.根据权利要求3所述的热镀方法，其特征在于，所述中心线材为铜线或者铜包钢线。

5.根据权利要求4所述的热镀方法，其特征在于，所述热锡液中还添加有金属铋、铟、锑以及锡磷合金中的至少一种。

6.根据权利要求3-5任一所述的热镀方法，其特征在于，铋、铟、锑、锡磷合金在热锡液中的加入量分别为：铋0.5%、铟0.03%、锑0.03%、磷锡合金1%。

7.根据权利要求3-5任一所述的热镀方法，其特征在于，用于盛放热锡液的容器采用钛材质。

8.根据权利要求3-5任一所述的热镀方法，其特征在于，

S1、对中心线材进行预处理，使中心线材露出金属晶格；

S2、使中心线材浸润在助焊剂中；

S3、将预处理后的中心线材引入热镀锡槽，使镀液没过引线，进行

热镀锡；

S4、清洗中心线材表面的镀液；

个拉光模具；

然后使预热后的中心线材依次经过两个加热后的拉光模具，将热镀锡后的中心线材进行拉拔处理得到光亮的镀锡丝线。

9.根据权利要求8所述的热镀方法，其特征在于，步骤S5中中心线材的预加热温度为180℃，按照中心线材经过的先后顺序，两个加热后的拉光模具温度分别为280℃和230℃。

10.根据权利要求8所述的热镀方法，其特征在于，预加热采用预加热机构，所述预加热机构包括金属管以及金属管的加热装置，所述中心线材从金属管中穿过；和/或拉光模具安装在模具座中，所述模具座包括外壳、位于外壳中的加热元件，所述外壳和加热元件之间设置有导热体。