CN111482734B - 铜镍银钎焊浆料及其制备方法 - Google Patents

铜镍银钎焊浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜镍银钎焊浆料及其制备方法，本发明采用合金性能更稳定的铜镍银作为主要基材，通过钎焊助焊剂的配合，制得一种铜镍银钎焊浆料，能够满足当前较多的铜、银、镍等基材为主的散热材料与外部件钎焊所用，本发明所获得的铜镍银钎焊浆料，焊后钎焊接头强度高，导热系数、膨胀系数与散热基材保持一致，能够有效避免因膨胀系数差异导致的产品性能不良。

Description

铜镍银钎焊浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铜镍银钎焊浆料及其制备方法，主要用于铜基、银基等多种散热材料与外部件钎焊。
背景技术
随着电子行业发展，电子器件微型化、功率增大、集成化程度越来越高，在实际应用过程中，大功率电子产品或元器件，热负荷越来越大，散热问题日亦突显。为满足大功率元器件、芯片或控制器部分的散热器需求，在设计或装配时通常会配备一定的散热材料，目前常用的散热材料以铜材为主。因为工艺问题及材料选用限制，在散热材料的组装方面所涉及钎焊时，多数会选用锡基金属为主的软钎焊材料，而软钎焊材料所表现出来的钎焊接头强度较差，导热系数、膨胀系数与散热基材不一致，在实际发热环境使用过程中加速了焊接头的蠕变老化，焊点脆性增加，甚至焊点开裂等不良。
发明内容
为满足大功率元器件、芯片或控制器部分的散热器需求，同时避免锡基金属为主的软钎焊材料，钎焊接头强度较差，导热系数、膨胀系数与散热基材不一致，焊接头的蠕变老化，焊点脆性增加，甚至焊点开裂等不良状况。本发明采用合金性能更稳定的铜镍银作为主要基材，通过钎焊助焊剂的配合，制得一种铜镍银钎焊浆料，能够满足当前较多的铜、银、镍等基材为主的散热材料与外部件钎焊所用，本发明钎焊浆料，焊后钎焊接头强度高，导热系数、膨胀系数与散热基材保持一致，能够有效避免因膨胀系数差异导致的产品性能不良。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案为：
一种铜镍银钎焊浆料，由质量百分比为86-89％的第一组分金属合金粉末和质量百分比为11-14％的第二组分钎焊剂组成。
其中，第一组分金属合金粉末包括质量百分含量93％的铜、质量百分含量5％的镍以及质量百分含量2％的银组成的铜镍银合金粉末。
第二组分钎焊剂包括以下质量百分含量的组分：
①白矿油：40.0-50.0％；
②聚乙二醇：40.5-46.0％；
③聚异丁烯：2.5-3.0％；
④高效表面活性剂：0.5-1.2％；
⑤酚醛树脂：2.0-3.5％；
⑥吐温：1.5-2.6；
⑦三聚磷酸钠：2.0-3.0％；
⑧氟硼酸钾：3.0-5.0％。
作为本发明的进一步改进，一种铜镍银钎焊浆料，由质量百分比为88％的第一组分金属合金粉末和质量百分比为12％的第二组分钎焊剂组成。
其中，第一组分金属合金粉末包括质量百分含量93％的铜、质量百分含量5％的镍以及质量百分含量2％的银组成的铜镍银合金粉末。
第二组分钎焊剂包括以下质量百分含量的组分：
①白矿油：44.5％；
②聚乙二醇：43％；
③聚异丁烯：2.8％；
④高效表面活性剂：0.5％；
⑤酚醛树脂：2.0％；
⑥吐温：1.5；
⑦三聚磷酸钠：2.0％；
⑧氟硼酸钾：3.7％。
作为本发明的进一步改进，一种铜镍银钎焊浆料，由质量百分比为87％的第一组分金属合金粉末和质量百分比为13％的第二组分钎焊剂组成。
其中，第一组分金属合金粉末包括质量百分含量93％的铜、质量百分含量5％的镍以及质量百分含量2％的银组成的铜镍银合金粉末。
第二组分钎焊剂包括以下质量百分含量的组分：
①白矿油：42％；
②聚乙二醇：43％；
③聚异丁烯：3.0％；
④高效表面活性剂：1.0％；
⑤酚醛树脂：3.0％；
⑥吐温：2.0；
⑦三聚磷酸钠：2.5％；
⑧氟硼酸钾：3.5％。
作为本发明的进一步改进，一种铜镍银钎焊浆料，由质量百分比为87％的第一组分金属合金粉末和质量百分比为13％的第二组分钎焊剂组成。
其中，第一组分金属合金粉末包括质量百分含量93％的铜、质量百分含量5％的镍以及质量百分含量2％的银组成的铜镍银合金粉末。
第二组分钎焊剂包括以下质量百分含量的组分：
①白矿油：48％；
②聚乙二醇：40.5％；
③聚异丁烯：2.5％；
④高效表面活性剂：0.5％；
⑤酚醛树脂：2.0％；
⑥吐温：1.5；
⑦三聚磷酸钠：2.0％；
⑧氟硼酸钾：3.0％。
本发明还提供一种如上所述的铜镍银钎焊浆料配方的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将所述第二组分钎焊剂的组分①-⑥混合后加热至90℃，待其中固态物料全部熔融后，将温度降至室温，然后加入物料⑦-⑧，开启乳化搅拌约30分钟，制得钎焊助剂膏体；
步骤2，将所述第一组分金属合金粉末与步骤1所制得的钎焊助剂膏体混合，其中金属合金粉末的质量百分比为86-89％，钎焊助焊剂膏体的质量百分比为11-14％；然后通过星式分散搅拌机持续搅拌约50分钟，即制得本发明所述铜镍银钎焊浆料。
本发明的有益效果是：本发明采用铜镍银粉末为主，能过钎焊助剂配合，制得一种新型铜镍银钎焊浆料，能够满足当前较多的铜、银、镍等基材为主的散热材料与外部件钎焊所用，本发明钎焊浆料，焊后钎焊接头强度高，导热系数、膨胀系数与散热基材保持一致，能够有效避免因膨胀系数差异导致的产品性能不良。总之，本发明配方工艺简单，既解决了当前散热材料钎焊强度的难题，同时提升了电子封装产品的使用寿命与可靠性。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明的技术方案作详细说明。
实施例1：
步骤1，将所述第二组分钎焊剂的组分①白矿油：45Kg、②聚乙二醇：42.5Kg、③聚异丁烯：2.8Kg、④高效表面活性剂：0.5Kg、⑤酚醛树脂：2.0Kg、⑥吐温：1.5Kg混合后加热至90℃，待其中固态物料全部熔融后，将温度降至室温，然后加入物料⑦三聚磷酸钠：2.0Kg、⑧氟硼酸钾：3.7Kg，开启乳化搅拌约30分钟，制得钎焊助剂膏体；
步骤2，将所述第一组分金属合金粉末与步骤1所制得的钎焊助剂膏体混合，其中金属合金粉末的质量百分比为88％，钎焊助焊剂膏体的质量百分比为12％；然后通过星式分散搅拌机持续搅拌约50分钟，即制得本发明所述铜镍银钎焊浆料。
实施例2：
步骤1，将所述第二组分钎焊剂的组分①白矿油：
42.0Kg、②聚乙二醇：43.0Kg、③聚异丁烯：3.0Kg、④高效表面活性剂：1.0Kg、⑤酚醛树脂：3.0Kg、⑥吐温：2.0Kg混合后加热至90℃，待其中固态物料全部熔融后，将温度降至室温，然后加入物料⑦三聚磷酸钠：2.5Kg、⑧氟硼酸钾：3.5Kg，开启乳化搅拌约30分钟，制得钎焊助剂膏体；
步骤2，将所述第一组分金属合金粉末与步骤1所制得的钎焊助剂膏体混合，其中金属合金粉末的质量百分比为87％，钎焊助焊剂膏体的质量百分比为13％；然后通过星式分散搅拌机持续搅拌约50分钟，即制得本发明所述铜镍银钎焊浆料。
实施例3：
步骤1，将所述第二组分钎焊剂的组分①白矿油：
48.0Kg、②聚乙二醇：40.5Kg、③聚异丁烯：2.5Kg、④高效表面活性剂：0.5Kg、⑤酚醛树脂：2.0Kg、⑥吐温：1.5Kg混合后加热至90℃，待其中固态物料全部熔融后，将温度降至室温，然后加入物料⑦三聚磷酸钠：2.0Kg、⑧氟硼酸钾：3.0Kg，开启乳化搅拌约30分钟，制得钎焊助剂膏体；
步骤2，将所述第一组分金属合金粉末与步骤1所制得的钎焊助剂膏体混合，其中金属合金粉末的质量百分比为87％，钎焊助焊剂膏体的质量百分比为13％；然后通过星式分散搅拌机持续搅拌约50分钟，即制得本发明所述铜镍银钎焊浆料。
通过以上实施例，将本发明所获得的一种铜镍银钎焊浆料，试用于双层铜敷铝散热片，并对上述实施例进行以下测试，测试结果见表1：
表1：实施例测试数据表
Figure BDA0002460376090000071
以上实现数据可以看出，本发明所获得的铜镍银钎焊浆料导热系数高，焊接强度强。
为满足大功率元器件、芯片或控制器部分的散热器需求，同时避免锡基金属为主的软钎焊材料，钎焊接头强度较差，导热系数、膨胀系数与散热基材不一致，焊接头的蠕变老化，焊点脆性增加，甚至焊点开裂等不良状况。本发明采用合金性能更稳定的铜镍银作为主要基材，通过钎焊助焊剂的配合，制得一种铜镍银钎焊浆料，能够满足当前较多的铜、银、镍等基材为主的散热材料与外部件钎焊所用，本发明钎焊浆料，焊后钎焊接头强度高，导热系数、膨胀系数与散热基材保持一致，能够有效避免因膨胀系数差异导致的产品性能不良。
本发明整体配方主要分为两部分，第一部份：金属粉末(铜镍银合金)；第二部份：钎焊助剂(包含多种活化剂、乳化剂等)。本发明的产品性能包括导热系数、钎焊点寿命等以金属合金部分体现，其钎焊速度与强度则与本发明配方第二部分钎焊助剂的性能相关；两部份相辅相承，在一定的钎焊工艺下，共同完成了对散热基材的良好钎焊效果。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种铜镍银钎焊浆料，其特征在于：由质量百分比为86-89％的第一组分金属合金粉末和质量百分比为11-14％的第二组分钎焊剂组成；
其中，第一组分金属合金粉末包括质量百分含量93％的铜、质量百分含量5％的镍以及质量百分含量2％的银组成的铜镍银合金粉末；
第二组分钎焊剂包括以下质量百分含量的组分：
①白矿油：40.0-48.0％；
②聚乙二醇：40.5-46.0％；
③聚异丁烯：2.5-3.0％；
④高效表面活性剂：0.5-1.2％；
⑤酚醛树脂：2.0-3.5％；
⑥吐温：1.5-2.6；
⑦三聚磷酸钠：2.0-3.0％；
⑧氟硼酸钾：3.0-5.0％。
2.一种根据权利要求1所述的铜镍银钎焊浆料，其特征在于：由质量百分比为88％的第一组分金属合金粉末和质量百分比为12％的第二组分钎焊剂组成；
其中，第一组分金属合金粉末包括质量百分含量93％的铜、质量百分含量5％的镍以及质量百分含量2％的银组成的铜镍银合金粉末；
第二组分钎焊剂包括以下质量百分含量的组分：
①白矿油：44.5％；
②聚乙二醇：43％；
③聚异丁烯：2.8％；
④高效表面活性剂：0.5％；
⑤酚醛树脂：2.0％；
⑥吐温：1.5；
⑦三聚磷酸钠：2.0％；
⑧氟硼酸钾：3.7％。
3.一种根据权利要求1所述的铜镍银钎焊浆料，其特征在于：由质量百分比为87％的第一组分金属合金粉末和质量百分比为13％的第二组分钎焊剂组成；
其中，第一组分金属合金粉末包括质量百分含量93％的铜、质量百分含量5％的镍以及质量百分含量2％的银组成的铜镍银合金粉末；
第二组分钎焊剂包括以下质量百分含量的组分：
①白矿油：42％；
②聚乙二醇：43％；
③聚异丁烯：3.0％；
④高效表面活性剂：1.0％；
⑤酚醛树脂：3.0％；
⑥吐温：2.0；
⑦三聚磷酸钠：2.5％；
⑧氟硼酸钾：3.5％。
4.一种根据权利要求1所述的铜镍银钎焊浆料，其特征在于：由质量百分比为87％的第一组分金属合金粉末和质量百分比为13％的第二组分钎焊剂组成；
其中，第一组分金属合金粉末包括质量百分含量93％的铜、质量百分含量5％的镍以及质量百分含量2％的银组成的铜镍银合金粉末；
第二组分钎焊剂包括以下质量百分含量的组分：
①白矿油：48％；
②聚乙二醇：40.5％；
③聚异丁烯：2.5％；
④高效表面活性剂：0.5％；
⑤酚醛树脂：2.0％；
⑥吐温：1.5；
⑦三聚磷酸钠：2.0％；
⑧氟硼酸钾：3.0％。
5.一种如权利要求要求1至4中任一项所述的铜镍银钎焊浆料配方的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将所述第二组分钎焊剂的组分①-⑥混合后加热至90℃，待其中固态物料全部熔融后，将温度降至室温，然后加入物料⑦-⑧，开启乳化搅拌约30分钟，制得钎焊助剂膏体；
步骤2，将所述第一组分金属合金粉末与步骤1所制得的钎焊助剂膏体混合，其中金属合金粉末的质量百分比为86-89％，钎焊助焊剂膏体的质量百分比为11-14％；然后通过星式分散搅拌机持续搅拌约50分钟，即制得本发明所述铜镍银钎焊浆料。
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