CN112958940B - 银基/铜基/金基钎料焊膏、制备方法及焊接工艺 - Google Patents

银基/铜基/金基钎料焊膏、制备方法及焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种银基/铜基/金基钎料焊膏该焊膏包括重量％的5～11％活性剂，15～21％溶剂，10～15％缓蚀剂；余量为银基/铜基/金基合金的粉末；活性剂为已二酸、柠檬酸和月桂酸；溶剂为三丙二醇丁醚、四氢糠醇和丙三醇；缓蚀剂为松香和三已醇胺。本发明将活性剂、溶剂及缓蚀剂与合金球形粉末在“搅拌式”混粉机中混合均匀，再进行焊膏的轧制。焊膏中助焊剂的挥发温度段为300～400℃，粘度合适，无毒无腐蚀性，其清洁性、溅散性、铺展性优异，焊接强度高，低温储存期8个月以上，可广泛应用于航空航天、电子、通讯、集成电路等领域复杂元器件的封装和连接，具有制备成本低、钎焊过程容易操作、绿色环保等特点。

Description

银基/铜基/金基钎料焊膏、制备方法及焊接工艺
技术领域
本发明属于焊接材料和技术领域，涉及一种银基/铜基/金基钎料焊膏、制备方法及焊接工艺，尤其是一种银基-AgCu28/铜基-Cu58MnCo/金基-AuSn20钎料焊膏、制备方法及焊接工艺。
背景技术
钎料主要以丝材、片材、粉末、焊膏等方式供应，焊膏是由合金焊粉、助焊剂和一些添加剂配制而成的具有一定粘性的膏状材料，是一种均相的、稳定的混合物，焊膏在使用时可以任意变形，不受焊缝形状的约束，可以涂覆于形状复杂的焊缝接口处。
焊膏中球形合金焊粉占总重量的80％～90％，助焊剂占20％～10％；合金焊料粉末的形状基本为球形，一般粒度为<75μm，焊膏中金属粉末的含量需根据焊缝的大小决定，钎料焊膏的粘度值为20～30Pa.s，具有良好的涂抹性和印刷性能，因此，焊膏成为钎焊材料的重要发展方向，在航空、航天、电子、通讯、集成电路等领域应用前景十分广阔。
美国、日本、德国等国家在焊膏的研制方面处于世界领先水平，例如，美国的Herious公司开发的HARRIS stay-silv银铜焊膏SSWF1,其使用温度在800℃以上。日本化学公司开发的AuSn20焊膏具有润湿性好、导电导热性能优异、保质期在10个月以上等特点。德国SIEMENS公司开发的CuMnCo焊膏，具有饱和蒸气压低、流动性好、耐腐蚀、可焊性高、保质期在8个月以上等特点。
我国对焊膏的研究单位主要有北京康普锡威公司、中国科学院金属研究所、广州焊接材料研究所、深圳唯特偶公司、贵研铂业股份有限公司、云南锡材股份有限公司等单位，具体产品有低温焊膏、中温焊膏等，具体牌号有QJ102、QJ111、QJ112、QJ305、HW-01、HW-02、HW-03、GY-01、GY-02、GY-03、GY-05等，国内助焊剂低温保质期一般为6个月，活性容易丧失，导致焊膏的性能不稳定。因此，国内高端行业需要的钎料焊膏产品还需大量依靠进口，开发新型助焊剂和焊膏对国内有关行业的发展，具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可用于铜及其合金、可伐合金、氧化铝陶瓷等的焊接，且具有制备成本低、钎焊过程容易操作、绿色环保等特点的银基/铜基/金基钎料焊膏、制备方法及焊接工艺，具体为：
1.一种银基、铜基、金基钎料焊膏该焊膏包括(重量％)：5～11％的活性剂，15～21％的溶剂，10～15％的缓蚀剂；余量为粒径小于48μm的银基/铜基/金基合金；所述活性剂为3～5％已二酸、1～3％柠檬酸和1～3％月桂酸；所述溶剂为8～10％三丙二醇丁醚、4～6％四氢糠醇和3～5％丙三醇；所述缓蚀剂为8～10％松香和2～5％三已醇胺。
优选的，所述银基合金为AgCu28，所述铜基合金为Cu58MnCo，所述金基合金为AuSn20。
2.一种银基、铜基、金基钎料焊膏的制备方法，包括以下几个步骤：
(1)银基、铜基、金基粉末制备
采用真空雾化法分别制备AgCu28、Cu58MnCo、AuSn20等合金粉末，再利用振动筛分机进行粉末粒度筛分，选取粒度尺寸为：-300目(粒径<48μm)的合金粉末作为焊膏的焊料粉末。
(2)助焊剂的制备
按比例称取活性剂、溶剂、缓蚀剂，一同放入搅拌式混料机中混合5～10小时；待混合均匀后，将助焊剂放入1000毫升～2000毫升的烧杯中，在-5℃～10℃的冰箱中低温保存。
(3)焊膏的制备
将合金粉末按比例与助焊剂在真空混料机中(真空度<10Pa)除气并混合搅拌均匀(混料时间5～10小时)，焊膏产品的粒度为：-300目(粒径<48μm)，焊膏产品的粘度值为20～30Pa.s，重量为100克/瓶～1000克/瓶，无氧化、夹杂、气泡等缺陷，最终放入-5℃～10℃的冰箱中低温保存。
3.一种焊膏钎料的焊接工艺，包括：
将银基、铜基、金基钎料焊膏放入针管中，根据需要，与待焊零件(铜及其合金、可伐合金、氧化铝陶瓷等)涂覆于各种复杂形状零件的焊缝表面，将两个待焊的零件用夹具固定，确保两者之间不会移动，放入真空钎焊炉内加热(真空度<1×10-3Pa)，升温速率为5～10℃/min，助焊剂在升温过程中的挥发温度为300℃～400℃。AgCu28合金钎料焊膏的液相线温度779℃，Cu58MnCo合金钎料焊膏的液相线温度945℃，AuSn20合金钎料焊膏的液相线温度280℃。
与现有技术相比较，本发明的有益效果为：
该钎料焊膏的助焊剂的挥发温度段为300℃～400℃，粘度合适，无毒无腐蚀。焊膏的清洁性、溅散性、铺展性优异，焊接强度高，低温储存期在8个月以上。银基、铜基、金基钎料焊膏被广泛应用于航空、航天、电子、通讯、集成电路等领域复杂元器件的封装和连接，如铜及其合金、可伐合金、氧化铝陶瓷等的焊接，具有制备成本低、钎焊过程容易操作、绿色环保等特点。
具体实施方式
实施例1
(1)AgCu28钎料焊膏的组成成分为(重量％)：已二酸3％、柠檬酸1％、月桂酸1％作为活性剂，三丙二醇丁醚8％、四氢糠醇4％、丙三醇3％作为溶剂，松香8％，三已醇胺2％作为缓蚀剂；余量为粒径小于48μm的AgCu28合金焊料粉。
(2)按比例称取活性剂、溶剂、缓蚀剂，一同放入搅拌式混料机中混合5小时，按比例将焊料合金粉末与助焊剂在真空混料机中(真空度<10Pa)除气并混合搅拌均匀(混料时间5小时)，焊膏产品的粒度为：-300目(粒径<48μm)，焊膏产品的粘度值为20Pa.s，重量为100克/瓶。
(3)将银基钎料焊膏放入针管中，涂覆于铜与不锈钢焊接的各种复杂形状零件的焊缝表面，放入真空钎焊炉内加热(真空度<1×10-3Pa)，升温速率为5℃/min，助焊剂在升温过程中的挥发温度为300℃，AgCu28合金钎料焊膏的焊接温度为820℃，焊接强度520MPa。
实施例2
(1)Cu58MnCo钎料焊膏的组成成分为(重量％)：已二酸4％、柠檬酸2％、月桂酸2％作为活性剂，三丙二醇丁醚9％、四氢糠醇5％、丙三醇4％作为溶剂，松香9％，三已醇胺4％作为缓蚀剂；余量为粒径小于48μm的合金焊料粉。
(2)按比例称取活性剂、溶剂、缓蚀剂，一同放入搅拌式混料机中混合7小时。按比例将合金粉末与助焊剂在真空混料机中(真空度<10Pa)除气并混合搅拌均匀(混料时间6小时)，焊膏产品的粒度为：-300目(粒径<48μm)，焊膏产品的粘度值为25Pa.s，重量为120克/瓶。
(3)将Cu58MnCo钎料焊膏放入针管中，涂覆于不锈钢与4J29焊接的各种复杂形状零件的焊缝表面，放入真空钎焊炉内加热(真空度<1×10-3Pa)，升温速率为7℃/min，助焊剂在升温过程中的挥发温度为400℃。Cu58MnCo合金钎料焊膏的焊接温度为970℃，焊接强度820MPa。
实施例3
(1)AuSn20钎料焊膏的组成成分为(重量％)：已二酸5％、柠檬酸3％、月桂酸3％作为活性剂，三丙二醇丁醚10％、四氢糠醇6％、丙三醇5％作为溶剂，松香10％，三已醇胺5％作为缓蚀剂；余量为粒径小于48μm的AuSn20合金焊料粉。
(2)按比例称取活性剂、溶剂、缓蚀剂，一同放入搅拌式混料机中混合9小时，按比例将合金粉末与助焊剂在真空混料机中(真空度<10Pa)除气并混合搅拌均匀(混料时间10小时)，焊膏产品的粒度为：-300目(粒径<48μm)，焊膏产品的粘度值为30Pa.s，重量为100克/瓶。
(3)AuSn20钎料焊膏放入针管中，涂覆于铜与氧化铝陶瓷待焊零件各种复杂形状零件的焊缝表面，放入真空钎焊炉内加热(真空度<1×10-3Pa)，升温速率为6℃/min，助焊剂在升温过程中的挥发温度为300℃。AuSn20合金钎料焊膏的焊接温度为300℃，焊接强度为80MPa。
实施例4
焊膏钎料的焊接工艺，包括：
将银基、铜基、金基钎料焊膏放入针管中，根据需要，与待焊零件(铜及其合金、可伐合金、氧化铝陶瓷等)涂覆于各种复杂形状零件的焊缝表面，将两个待焊的零件用夹具固定，确保两者之间不会移动，放入真空钎焊炉内加热(真空度<1×10-3Pa)，升温速率为5～10℃/min，助焊剂在升温过程中的挥发温度为300℃～400℃。
优选的，焊接时，AgCu28合金钎料焊膏的液相线温度779℃，Cu58MnCo合金钎料焊膏的液相线温度945℃，AuSn20合金钎料焊膏的液相线温度280℃。

Claims (10)

1.一种银基/铜基/金基钎料焊膏的制备方法，按重量％计，所述钎料焊膏包括：5～11％的活性剂，15～21％的溶剂，10～15％的缓蚀剂；余量为粒径小于48μm的银基/铜基/金基合金的粉末；所述活性剂为3～5％已二酸、1～3％柠檬酸和1～3％月桂酸；所述溶剂为8～10％三丙二醇丁醚、4～6％四氢糠醇和3～5％丙三醇；所述缓蚀剂为8～10％松香和2～5％三已醇胺；其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
步骤(1)，银基/铜基/金基合金粉末制备
采用真空雾化法分别制备银基/铜基/金基合金粉末，再利用振动筛分机进行粉末粒度筛分，选取的粒度尺寸为粒径小于48μm；
步骤(2)，助焊剂的制备
按比例称取活性剂、溶剂、缓蚀剂，一同放入搅拌式混料机中混合搅拌均匀；待混合均匀后，将助焊剂放入烧杯中，置于冰箱中在温度-5℃～10℃中保存；
步骤(3)，焊膏的制备
将合金粉末按比例与助焊剂在真空混料机中除气并混合搅拌均匀，得到焊膏产品。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述真空混料机中的真空度小于1×10-1Pa。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(2)或步骤(3)中的所述混合搅拌均匀的混料时间5～10小时。
4.如权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述焊膏产品的粘度值为20～30Pa.s。
5.如权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于：
所述银基合金为AgCu28。
6.如权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于：
所述铜基合金为Cu58MnCo。
7.如权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于：
所述金基合金为AuSn20。
8.一种如权利要求1至4任一项所述的银基/铜基/金基钎料焊膏的制备方法制备得到的钎料焊膏的焊接工艺，其特征在于：
(1)将银基/铜基/金基钎料焊膏放入针管中，根据需要，与涂覆于各种复杂形状待焊零件的焊缝表面；
(2)将两个待焊的零件用夹具固定，确保两者之间不会移动，放入真空度<1×10-3Pa的真空钎焊炉内加热，升温速率为5～10℃/min；
(3)钎料焊膏的液相线温度280～945℃。
9.如权利要求8所述的焊接工艺，其特征在于：
所述银基合金为AgCu28；所述铜基合金为Cu58MnCo；所述金基合金为AuSn20。
10.如权利要求9所述的焊接工艺，其特征在于：
所述AgCu28合金钎料焊膏的液相线温度779℃，所述Cu58MnCo合金钎料焊膏的液相线温度945℃，所述AuSn20合金钎料焊膏的液相线温度280℃。
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