CN113798725B - 选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，按质量百分比计，包括以下组分：电解锡89.0％‑94.0％；铟铜金属间化合物1.5‑3.0％；锌铜金属间化合物2.0‑3.8％；锑铜金属间化合物2.5‑4.2％；电解锡的纯度为99.95％，铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物均为化合物颗粒料，颗粒度为5‑10毫米。本发明所获得的一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，适用于各种选择性波峰焊焊接工艺，能够满足铜基焊件及镀镍、镀银、镀金等多种合金组分焊件，其适用工作温度265‑285℃，工艺窗口宽，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铅焊料，具体的说是涉及一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料及其制备方法。
背景技术
无铅焊料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，国内外电子行业针对部分精密电子焊接工艺，在整体PCBA不需要完全焊接，只需要针对个别器件进行焊接时，会使用“选择性波峰焊”工艺，而传统的选择性波峰焊必须辅助一定的助焊剂才能完成焊接过程，其助焊剂涂覆方式包括发泡式、喷雾式、喷射式等。其中助焊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，本发明提供了一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料及其制备方法，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：
一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，按质量百分比计，包括以下组分：
其中，所述电解锡的纯度为99.95％，所述铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物均为化合物颗粒料，颗粒度为5-10毫米。
作为本发明的进一步改进，所述铟铜金属间化合物至少包括Cu9In4、CuIn2和CuIn3，所述锌铜金属间化合物至少包括Cu5Zn8和CuZn，所述锑铜金属间化合物至少包括Cu4Sb和Cu2Sb。
本发明还提供一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将电解锡按质量比称重后，放入中频加热炉，保持360-380℃温度区间，进行持续搅拌1.5-2.5小时；
步骤2，保持步骤1搅拌工艺，将“铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物”按其质量配比称重后加入步骤1高温锡液中，并保持搅拌约1.5小时；
步骤3，将上述步骤2所得浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤4，将步骤3的挤压型材放入挤压机进行连续挤压，并挤压成宽1.5厘米、厚度约0.6厘米的条状物，其剪断长度为27-30厘米；即得到本发明所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料成品。
本发明的有益效果是：本发明采用“铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物”与电解锡熔合，确保了在焊接过程中焊料能够自润湿并能够与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“铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物”。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。本发明中所添加的锑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，提升了无铅焊料在选择性波峰焊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：
一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，按质量百分比计，包括以下组分：
其中，电解锡的纯度为99.95％，铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物均为其化合物颗粒料，颗粒度为8毫米；铟铜金属间化合物至少包括Cu9In4、CuIn2、CuIn3，锌铜金属间化合物包括Cu5Zn8、CuZn，锑铜金属间化合物包括：Cu4Sb、Cu2Sb。
一种如上所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将电解锡按质量比称重后，放入中频加热炉，保持360-380℃温度区间，进行持续搅拌约2小时；
步骤2，保持步骤1搅拌工艺，将“铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物”按其质量配比称重后加入步骤1高温锡液中，并保持搅拌约1.5小时；
步骤3，将上述步骤2所得浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤4，将步骤3的挤压型材放入挤压机进行连续挤压，并挤压成宽1.5厘米、厚度约0.6厘米的条状物，其剪断长度约为28厘米；即得到本发明所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料实施例待测样件1。
实施例2：
一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，按质量百分比计，包括以下组分：
其中，电解锡的纯度为99.95％，铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物均为其化合物颗粒料，其颗粒度为8毫米。所述铟铜金属间化合物包括Cu9In4、CuIn2、CuIn，锌铜金属间化合物包括Cu5Zn8、CuZn，锑铜金属间化合物包括：Cu4Sb、Cu2Sb。
一种如上所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将电解锡按质量比称重后，放入中频加热炉，保持360-380℃温度区间，进行持续搅拌约2小时；
步骤2，保持步骤1搅拌工艺，将“铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物”按其质量配比称重后加入步骤1高温锡液中，并保持搅拌约1.5小时；
步骤3，将上述步骤2所得浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤4，将步骤3的挤压型材放入挤压机进行连续挤压，并挤压成宽1.5厘米、厚度约0.6厘米的条状物，其剪断长度约为28厘米；即得到本发明所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料实施例待测样件2。
实施例3：
一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，按质量百分比计，包括以下组分：
其中，电解锡的纯度为99.95％，铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物均为其化合物颗粒料，其颗粒度约为锑铜化合物粉末的颗粒度为8毫米。铟铜金属间化合物包括Cu9In4、CuIn2、CuIn3，锌铜金属间化合物包括Cu5Zn8、CuZn，锑铜金属间化合物包括：Cu4Sb、Cu2Sb。
一种如上所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将电解锡按质量比称重后，放入中频加热炉，保持360-380℃温度区间，进行持续搅拌约2小时；
步骤2，保持步骤1搅拌工艺，将“铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物”按其质量配比称重后加入步骤1高温锡液中，并保持搅拌约1.5小时；
步骤3，将上述步骤2所得浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤4，将步骤3的挤压型材放入挤压机进行连续挤压，并挤压成宽1.5厘米、厚度约0.6厘米的条状物，其剪断长度约为28厘米；即得到本发明所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料实施例待测样件3。
将上述三个实施例样件与“锡铜(Sn0.7Cu)无铅焊料+松香型助焊剂”的传统焊接工艺对比验证，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
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，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87％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选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，适用于各种选择性波峰焊焊接工艺，能够满足铜基焊件及镀镍、镀银、镀金等多种合金组分焊件，其适用工作温度265-285℃，工艺窗口宽，适用性强。
由此可见，本发明所获得的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，采用传统焊接时钎焊接头(IMC)所形成的金属间化合物(铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物等)主要成分作为无铅焊料合金的一部分，并通过一定的工艺与锡焊料进行融合，实现了免助焊剂焊接，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的(需要涂覆助焊剂)焊接工艺。本发明为电子焊接行业提供了新型材料，其制作工艺简单，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无铅焊料可焊性、可靠性的基础上，有了新技术的突破。在客户应用过程中，减少了助焊剂涂覆工艺，提升了制程效率、节省了工艺成本，同时也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)
1.一种选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料，其特征在于：按质量百分比计，包括以下组分：
电解锡 89.0％-94.0％；
铟铜金属间化合物 1.5-3.0％；
锌铜金属间化合物 2.0-3.8％；
锑铜金属间化合物 2.5-4.2％；
其中，所述电解锡的纯度为99.95％，所述铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物均为化合物颗粒料，颗粒度为5-10毫米；
所述铟铜金属间化合物至少包括Cu9In4、CuIn2和CuIn3，所述锌铜金属间化合物至少包括Cu5Zn8和CuZn，所述锑铜金属间化合物至少包括Cu4Sb和Cu2Sb。
2.一种根据权利要求1所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将电解锡按质量比称重后，放入中频加热炉，保持360-380℃温度区间，进行持续搅拌1.5-2.5小时；
步骤2，保持步骤1搅拌工艺，将“铟铜金属间化合物、锌铜金属间化合物、锑铜金属间化合物”按其质量配比称重后加入步骤1高温锡液中，并保持搅拌约1.5小时；
步骤3，将上述步骤2所得浇铸成待挤压型材，并冷却备用；
步骤4，将步骤3的挤压型材放入挤压机进行连续挤压，并挤压成宽1.5厘米、厚度约0.6厘米的条状物，其剪断长度为27-30厘米；即得到所述的选择性波峰焊用免焊剂无铅焊料成品。
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2021
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