CN113798723B - 含锌免钎剂焊锡丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含锌免钎剂焊锡丝及其制备方法，按质量百分比计，所述焊锡丝包括3％‑7％的第一组份和93％‑97％的第二组份；第一组份包括40％‑60％的水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和60％‑40％的锌铜化合物粉末；第二组分包括98％的电解锡、1.4％的电解铋和0.6％的电解银；其中水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液中水性聚酰胺酰亚胺树脂的质量百分含量为3％，所述锌化合物粉末的颗粒度为0.5‑1.2微米；电解锡的纯度为99.5％，电解铋和电解银的纯度为99％。本发明所获得的一种含锌免钎剂焊锡丝，可适用于各种电子元器件组装焊接，能够满足铜基焊件及镀镍、镀银、镀金等多种合金组份焊件，其成品经径可生产0.8mm‑3.5mm的焊锡丝成品，应用范围广，适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及电子焊接生产技术领域所使用的无钎剂焊锡丝，具体的说是涉及一种含锌免钎剂焊锡丝及其制备方法。
背景技术
焊锡丝作为电子焊接行业组装用的主要焊接材料，其首先要保证焊接的质量与可靠性，其品质的优劣直接影响组装后产品的使用寿命。
目前，国内外电子行业用焊锡丝必须辅助一定的钎剂才能完成焊接过程，无论是将钎剂内置于焊锡丝内部或者在焊接过程中涂覆助焊剂都是必要的，其钎剂的主要成分多为松香基助焊剂及多种有机酸类活化剂。因为有机酸类活化剂的存在，此类活化剂在高速焊接过程中，不易完全分解，并与松香一起残留在焊件表面，而残留物中的活性成分在遇到高温或潮湿环境时，极易与焊件或焊点发生化学反应，从而造成焊点持续腐蚀，从而影响产品寿命。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种含锌免钎剂焊锡丝及其制备方法，在保证焊接效果的同时，能够有效提高焊点或焊件的使用寿命和可靠性。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含锌免钎剂焊锡丝，按质量百分比计，所述含锌免钎剂焊锡丝由10%-20%的第一组分和80%-90%的第二组分组成；其中，所述第一组分由40%-60%的水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和60%-40%的锌铜化合物粉末制备而成，且所述水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液中水性聚酰胺酰亚胺树脂的质量百分含量为3%，所述锌铜化合物粉末的颗粒度为0.8-1.2微米；所述第二组分是纯度为99.95%电解锡。所述的含锌免钎剂焊锡丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将所述第一组分中的物料水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和锌铜化合物粉末混合均匀后加热至90-105℃，并保持持续搅拌，得到第一组分；
步骤2，将上述混合均匀的第一组分倒入具有保温及搅拌功能的压注桶内备用；
步骤3，将所述第二组分中的电解锡称重后，放入中频加热炉，保持380-400℃温度区间，进行持续搅拌2小时，得到第二组分；
步骤4，将上述第二组分浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤5，将步骤4的挤压型材放入挤压机进行挤压，通过加压密闭的压注桶将混合均匀的第一组分压入第二组分中，其压入比例通过流量调节阀控制在10-20%，所述压入比例为所述第一组分质量与第二组分的质量比例；
步骤6，将挤压后的产品通过拉丝模具控制线径粗细，并达到最终需要的线径，即得到所述的含锌免钎剂焊锡丝成品。
作为本发明的进一步改进，所述锌铜化合物的成分至少包括：Cu5Zn8、CuZn。
本发明的有益效果是：本发明采用水性聚酰胺酰亚胺树脂及锌铜化合物作为免钎剂焊锡丝的辅助材料，其所起的作用能够代替传统松香助焊剂，在焊接过程中润湿性好，能够与锡合金焊料及被焊接合金在极短的时间内形成金属间化合物层（即IMC层，钎焊接头）；传统焊接过程利用助焊剂的作用，在持续焊接高温条件下，同样也是为了促进金属间化合物的形成，其所形成的金属间化合物主要成分正是锌铜化合物，本发明能够明显降低焊接温度，减少焊接高温对元器件的热冲击；同时，在焊接后，钎焊接头没有残留物的存在，有效提成了焊点的可靠性。本发明中所添加的锌及银元素能够有效提升焊料的导热及导电率，减少产品自能耗。总之，本发明配方及工艺简单，提升了传统松香型焊锡丝在焊接后的寿命与可靠性。
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：
一种含锌免钎剂焊锡丝，按质量百分比计，包括10%的第一组分和90%的第二组分；
称取第一组分包括4Kg的3%水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和6Kg的锌铜化合物粉末；
称取第二组分电解锡100Kg，纯度为99.95%；
其中，所述水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液中水性聚酰胺酰亚胺树脂的质量百分含量为3%，所述锌铜化合物粉末的颗粒度中值为1.0微米，其成分至少包括：Cu5Zn8、CuZn。
其制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将所述第一组分中已称重的物料水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和锌铜化合物粉末混合均匀后加热至90-105℃，并保持持续搅拌，得到第一组分；
步骤2，将上述混合均匀的第一组分倒入具有保温及搅拌功能的压注桶内备用；
步骤3，将所述第二组分中的电解锡、电解铋和电解银按质量比称重后，放入中频加热炉，保持380-400℃温度区间，进行持续搅拌2小时，得到第二组分；
步骤4，将上述第二组分浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤5，将步骤4的挤压型材放入挤压机进行挤压，通过加压密闭的压注桶将混合均匀的第一组分压入第二组分中，其压入比例通过流量调节阀控制在10%，所述压入比例为所述第一组分质量与第二组分的质量比例；
步骤6，将挤压后的产品通过拉丝模具控制线径粗细，并达到线径为1.5mm的含锌免钎剂焊锡丝，即得到实施例1待测试样件。
实施例2：
一种含锌免钎剂焊锡丝，按质量百分比计，包括15%的第一组分和85%的第二组分；
称取第一组分包括6Kg的3%水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和9Kg的锌铜化合物粉末；
称取第二组分电解锡100Kg，纯度为99.95%；
其中，所述水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液中水性聚酰胺酰亚胺树脂的质量百分含量为3%，所述锌铜化合物粉末的颗粒度中值为1.0微米，其成分至少包括：Cu5Zn8、CuZn。
其制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将所述第一组分中已称重的物料水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和锌铜化合物粉末混合均匀后加热至90-105℃，并保持持续搅拌，得到第一组分；
步骤2，将上述混合均匀的第一组分倒入具有保温及搅拌功能的压注桶内备用；
步骤3，将所述第二组分中的电解锡、电解铋和电解银按质量比称重后，放入中频加热炉，保持380-400℃温度区间，进行持续搅拌2小时，得到第二组分；
步骤4，将上述第二组分浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤5，将步骤4的挤压型材放入挤压机进行挤压，通过加压密闭的压注桶将混合均匀的第一组分压入第二组分中，其压入比例通过流量调节阀控制在15%，所述压入比例为所述第一组分质量与第二组分的质量比例；
步骤6，将挤压后的产品通过拉丝模具控制线径粗细，并达到线径为1.5mm的含锌免钎剂焊锡丝，即得到实施例2待测试样件。
实施例3：
一种含锌免钎剂焊锡丝，按质量百分比计，包括20%的第一组分和80%的第二组分；
称取第一组分包括8Kg的3%水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和12Kg的锌铜化合物粉末；
称取第二组分电解锡100Kg，纯度为99.95%；
其中，所述水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液中水性聚酰胺酰亚胺树脂的质量百分含量为3%，所述锌铜化合物粉末的颗粒度中值为1.0微米，其成分至少包括：Cu5Zn8、CuZn。
其制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将所述第一组分中已称重的物料水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和锌铜化合物粉末混合均匀后加热至90-105℃，并保持持续搅拌，得到第一组分；
步骤2，将上述混合均匀的第一组分倒入具有保温及搅拌功能的压注桶内备用；
步骤3，将所述第二组分中的电解锡、电解铋和电解银按质量比称重后，放入中频加热炉，保持380-400℃温度区间，进行持续搅拌2小时，得到第二组分；
步骤4，将上述第二组分浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤5，将步骤4的挤压型材放入挤压机进行挤压，通过加压密闭的压注桶将混合均匀的第一组分压入第二组分中，其压入比例通过流量调节阀控制在20%，所述压入比例为所述第一组分质量与第二组分的质量比例；
步骤6，将挤压后的产品通过拉丝模具控制线径粗细，并达到线径为1.5mm的含锌免钎剂焊锡丝，即得到实施例1待测试样件。
将以上述三个实施例样件与“锡铜（Sn0.7Cu）1.5mm线径、2.0%松香含量”的传统焊锡丝作焊接对比验证，其验证过程为将线径为1.0mm的黄铜线焊接到T2铜板上，然后观察测试“焊后残留状态及干燥度、焊接焊料扩展率及焊接强度”，并作出对比，测试结果见表1：
表1：实施例测试数据表
| 对比项目 | 焊后干燥度 | 焊料扩展率（%） | 焊点强度（Kg） |
| 测试条件 | 依GB/T9491标准：焊剂残渣表面应无粘性，或表面上的白垩粉应容易被去除 | 依据GB/T94915.8.1方法测试（≥85%即符合焊接要求） | 1，用夹具固定T2铜板；2，将焊后的铜线一端夹紧在拉力机升降头上；3，所采用的拉力机型号为国产“TK-8203电脑式全自动剪切试验仪”，所用拉力感应仪峰值拉力为30Kg；4，焊接强度为焊点开裂并断开时，拉力机显示的读数，若铜线断裂则表明焊点强度大于1.0mm铜线强度。 |
| 实施例1 | 无可见残留，焊点表面干燥不粘白垩粉 | 87.2% | 4.1 |
| 实施例2 | 无可见残留，焊点表面干燥不粘白垩粉 | 86.8% | 4.2 |
| 实施例3 | 无可见残留，焊点表面干燥不粘白垩粉 | 88.1% | 4.2 |
| 传统焊锡丝(Sn0.7Cu合金，线径1.5mm/2.0%松香含量) | 有淡黄色松香残留，稍干燥、焊后5分钟涂敷白垩粉，约有30%未能去除 | 87.4% | 3.9 |
通过上述实验数据可以看出，采用本发明技术方案所获得的免钎剂焊锡丝具有以下优点：首先，焊后无残留且干燥不粘白垩粉，符合GB/T9491标准；其次，焊接时焊料扩展率达到86%以上，符合标准要求，且与传统松香焊锡丝相差不大；最后，在焊接强度测试的拉拔实验中，总体强度均强于传统焊锡丝。
本发明所获得的一种含锌免钎剂焊锡丝，可适用于各种电子元器件组装焊接，能够满足铜基焊件及镀镍、镀银、镀金等多种合金组分焊件，其成品经径可生产0.8mm-3.5mm的焊锡丝成品，应用广泛，适用性强。
由此可见，本发明所获得的免钎剂焊锡丝，采用传统焊接时钎焊接头（IMC）所形成的金属间化合物主要成分作为焊锡丝合金的一部分，并通过一定的工艺与锡焊料进行融合，实现了免钎剂焊接，既保证了焊接后基本没有残留，而且焊接形态（扩展率）较好，焊接强度较高，完全能够满足并替代传统松香型焊锡丝。本发明为电子焊接行业提供了新型材料，其应用场景更加广阔，应用可靠性更高。
总之，本发明在达到了传统焊锡丝可焊性、可靠性的基础上，有了新技术的突破。在客户应用过程中，无需改变原有工艺，便达到了更好的焊接效果。
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 (2)
1.一种含锌免钎剂焊锡丝，其特征在于：按质量百分比计，所述含锌免钎剂焊锡丝由10%-20%的第一组分和80%-90%的第二组分组成；
其中，所述第一组分由40%-60%的水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和60%-40%的锌铜化合物粉末制备组成，且所述水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液中水性聚酰胺酰亚胺树脂的质量百分含量为3%，所述锌铜化合物粉末的颗粒度为0.8-1.2微米；
所述第二组分是纯度为99.95%电解锡；
所述含锌免钎剂焊锡丝的制备方法包括如下步骤：
步骤1，将所述第一组分中的物料水性聚酰胺酰亚胺树脂水溶液和锌铜化合物粉末混合均匀后加热至90-105℃，并保持持续搅拌，得到第一组分；
步骤2，将上述混合均匀的第一组分倒入具有保温及搅拌功能的压注桶内备用；
步骤3，将所述第二组分中的电解锡称重后，放入中频加热炉，保持380-400℃温度区间，进行持续搅拌2小时，得到第二组分；
步骤4，将上述第二组分浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤5，将步骤4的挤压型材放入挤压机进行挤压，通过加压密闭的压注桶将混合均匀的第一组分压入第二组分中，其压入比例通过流量调节阀控制在10-20%，所述压入比例为所述第一组分质量与第二组分的质量比例；
步骤6，将挤压后的产品通过拉丝模具控制线径粗细，并达到最终需要的线径，即得到所述的含锌免钎剂焊锡丝成品。
2.根据权利要求1所述的含锌免钎剂焊锡丝，其特征在于：所述锌铜化合物的成分至少包括：Cu5Zn8、CuZn。
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