专利名称：高温焊料的低温使用方法
技术领域：
本发明属于高温焊料焊接方法领域，特别涉及到一种能够在低温下实现高温 焊料焊接的方法，可以实现多种材料之间的连接。
背景技术：
在目前常用的连接工艺中，焊接技术基本能实现各种材料之间的连接。在广
泛应用的软钎焊技术中，焊接材料主要是熔点相对较低的锡基焊料SnPb、 SnAg、 SnCu、 SnZn、 SnBi等体系。熔化温度都在25(TC以下，所形成的焊点在使用温 度接近15(TC 20(TC时可靠性大大降低，因而在有特殊需要的场合，比如在高温 气氛下(例如接近车用发动机)工作的电子元器件，就需要使用耐高温的焊料。
而通常使用的高温焊料，如SnPb95等熔点在30(TC以上，在通常使用的焊 接过程中，都需要加热到悍料的熔点温度或者熔点温度以上，这样使得焊接部位 温度高，易引起部件发生热变形和扭曲，另外，设备所需承受的温度也较高，致 使工艺条件苛刻，成本提高。
另外，很多元器件或者材料由于承受温度较低，致使很多焊料无法使用，比 如电子元器件焊接温度过高，会引起器件损坏；另外温度过高，容易引起焊接接 头腐蚀严重。所以焊接温度不能太高。为了解决上述问题，需要一种焊接方法， 能够实现在相对较低的温度下焊接，而焊接后的界面和焊点能够耐高温。
发明内容
本发明为了克服现有中的不足，提供了一种高温焊料的低温使用方法，具有 许多优良特性能够在低温下实现焊接；焊接后焊点或者焊接界面有优良的导电 性和导热性、高的可靠性和耐高温性、优良的抗坍塌性；并且能够在连续焊接的 前期过程中使用。
本发明是通过以下技术方案实现的
a、 焊接材料的准备由低温焊锡粉SnPb、 SnBi、 SnAg、 SnAgCu、 SnZn、 SnCu、 SnSb合金中的一种以上和Ni、 Ag、 Cu、 Ti中一种以上组成的高温合金 粉混合，再加上助焊剂配制而成；其中占焊料总量的质量百分比为Ni: 3 5%， Ag: 10~21%， Cu: 12~15%， Ti: 3~6%。
b、 准备待焊接的对象，将焊料添加至待焊接处；
c、 根据所用焊料种类不同，将焊料和待焊接对象加热到23CTC—35(TC之间， 然后冷却实现材料之间的连接。
在低温焊锡粉和Ag、 Cu、 Ti金属粉的粒度在100^im以下，且焊锡粉中含有 不超过0.5%的不可避免的杂质，其杂质为In、 Ga、 Ge、 Al、 Cr、 Co、 Fe、 P中 的一种或几种。
在焊接时，将配置好的焊膏以涂敷方式、点胶方式或网印方式于需焊接元器 件的表面，根据焊接材料的不同选择加热过程中不同的峰值温度，焊膏中低熔点 成份(SnBi、 SnPb、 SnZn等)先熔化，相对较高熔点的合金(SnCu， SnSb等) 后熔化，然后高熔点金属粉Cu、 Ag、 Ti、 Ni等在熔融的同时也和低熔点焊粉以 焊接方式牢固结合，从而实现元器件之间的连接。
另外，如上所述的焊接方法，由于在加热过程中，低熔点合金优先熔化，高 熔点的合金形成骨架，从而使焊接过程中具有优良的抗坍塌性。
本发明的原理利用一种用焊锡材料和高温金属粉、助焊剂制成的焊膏，将 待焊接部件表面涂上焊膏，并在低温下逐步加热进行焊接。焊膏的成分可以是 SnPb、 SnBi、 SnAg、 SnAgCu、 SnZn、 SnCu、 SnSb合金中的一种以上和高温合 金粉Ag、 Cu 、 Ni、 Ti中的一种以上合金混合再加上助焊剂配制而成。合金悍料
在加热过程中低熔点的合金先熔化，继续加热，借助热传导方式将热量以阶梯式 一步一步传导，使焊料中合金按照熔点由低到高的顺序依次熔化，低熔点合金成 分先熔化，高熔点合金成分后熔化，部分合金成分由于熔点过高，不会在低温下 短时间内熔化，但是会和低熔点元素在加热状态下实现焊料之间的焊接，从而实 现材料之间的连接。并且可以根据材料需要添加特殊性能的合金元素，比如在焊 料中添加Ag、 CU、 Ni、 Ti等元素，焊接后均匀分散在焊接层或焊点中，具有优 良的导电性和导热性能，从而优化焊接层整体性能。另外，在加热过程中，低熔 点合金优先熔化，高熔点的合金形成骨架，从而使焊料在焊接过程中具有优良的 抗坍塌性。另外，焊接部件在高温、热冲击等条件下服役工作时，焊料中高熔点 合金成分和低熔点合金会更进一步结合，从而提高焊接部位的可靠性。
本发明的优点本发明公开的一种能够在低温下实现高温焊料焊接的方法及 应用，能在不改变其焊接性能的条件下，实现低温下材料之间的焊接，并且避免 元器件和材料在高温下的受损，同时也提高了焊点在高温使用过程中的可靠性； 另外在焊接材料中添加特殊性能得合金能优化焊接层的性能；含有SnZn焊料的 焊膏在经过表面抗氧化处理后能实现铝材的焊接；低温下焊接能减少热源的使 用，降低设备成本，是一种较为理想的焊接方法。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明迸行详细说明。应该声明的是，所属的实施例仅涉 及本发明的优选实施方案，在不脱离本发明思想的情况下，各种成份及含量的变 化和改进都是可能的。
以下技术方案详细叙述了本发明的优选实施例
实施例1:称取粒度分布为25um 45um的SnPb37粉末85g和纯Cu粉15g， 充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为12%的松香型助焊剂制成焊锡 膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热
曲线，加热过程中峰值温度为23(TC，实现元器件之间的连接。
实施例2:称取粒度分布为25nm~45|um的SnBi58粉末40g， SnCu0.7粉末 20g， SnAg3.5粉末35g和纯Ni粉5g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百 分比为11%的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏印刷于需焊接电子元器件的表 面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为240°C，实现 元器件之间的连接。
实施例3:称取粒度分布为25pm 75(im的SnBi58粉末88g和纯Cu粉12g， 充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为12%的松香型助焊剂制成焊锡 膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热 曲线，加热过程中峰值温度为21(TC，实现元器件之间的连接。
实施例4:称取粒度分布为20inm 38]Lim的SnAg3.5粉末85g和纯Cu粉15g， 充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为13%的松香型助焊剂制成焊锡 膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热 曲线，加热过程中峰值温度为25(TC，实现元器件之间的连接。
实施例5:称取粒度分布为25pm~45|im的SnAg3.0Cu0.5粉末94g和纯Ti 粉6g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为11%的松香型助焊剂制成 焊锡膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流悍炉中，调整 加热曲线，加热过程中峰值温度为25(TC，实现元器件之间的连接。
实施例6:称取粒度分布为25nm 45pm的SnBi58粉末79g和纯Ag粉21g， 充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为12%的松香型助焊剂制成焊锡 膏。将焊锡膏印刷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热 曲线，加热过程中峰值温度为21(TC，实现元器件之间的连接。
实施例7:称取粒度分布为25|um 45jum的SnCu0.7粉末94g和纯Ni粉3g、 纯Ti粉3g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为12%的松香型助焊 剂制成焊锡膏。将焊锡膏印刷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中， 调整加热曲线，加热过程中峰值温度为25(TC，实现元器件之间的连接。
实施例8:称取粒度分布为25|um~45(im的SnZn9粉末80g和纯Ag粉20g， 充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为13%的松香型助焊剂制成焊锡 膏。将焊锡膏点胶于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热 曲线，加热过程中峰值温度为23(TC，实现元器件之间的连接。
实施例10:称取粒度分布为3^im 15(im的SnAg3.0Cu0.5粉末70g、纯Sn 粉13g和纯Cu粉12g、纯Ti粉5g充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比 为13%的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏印刷于需焊接电子元器件的表面， 然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为240°C，实现元器 件之间的连接。
实施例ll:称取粒度分布为25nm 45nm的SnPb37粉末54g， SnZn9粉末 30g和纯Cu粉13g，纯Ni粉3g充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为 13%的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏涂敷于铝散热片和铝基板的表面，然 后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为230°C，实现铝散热 器的焊接。
实施例12:称取SnAg0.3Cu0.7焊锡膏36g， SnZn8Bi3焊锡膏20g， SnBi58 焊锡膏30g，和纯Cu粉14g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为 13%的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然 后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为240°C，实现元器件 之间的连接。
权利要求
1、一种高温焊料的低温使用方法，其特征在于包括如下步骤 a、焊料的准备由低温焊锡粉SnPb、SnBi、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnCu、SnSb合金中的一种以上和Ni、Ag、Cu、Ti中一种以上组成的高温合金粉混合，再加上助焊剂配制而成；其中占焊料总量的质量百分比为Ni3-5％，Ag10-21％，Cu12-15％，Ti3-6％。b、准备待焊接的对象，将焊料添加至待焊接处；c、根据所用焊料种类不同，将焊料和待焊接对象加热到230℃—350℃之间，然后冷却实现材料之间的连接。
2、 根据权利要求1所述的一种高温焊料的低温使用方法，其特征在于步 骤c在加热过程中，合金焊料中低熔点的合金先熔化，继续加热，借助热传导和 助焊剂的氧化还原反应，将热量以阶梯式一步一步传导，使焊料中合金按照熔点 由低到高的顺序依次熔化，Ag、 Cu、 Ni、 Ti金属由于熔点过高，短时间内不会 在低温下熔化，但是会和Sn、 Zn元素在加热状态下实现粉末间的焊接。
3、 根据权利要求1所述的一种高温焊料的低温使用方法，其特征在于Ni 金属粉的粒度范围为5.1 100pm之间，低温焊锡粉和Ag、 Cu、 Ti金属粉的粒 度在lOOpm以下，且焊锡粉中含有不超过0.5%的不可避免的杂质，其杂质为In、 Ga、 Ge、 Al、 Cr、 Co、 Fe、 P中的一种或几种。
全文摘要
本发明属于焊料焊接技术领域，特别涉及一种高温焊料的低温使用方法，包括以下步骤a.焊料的准备由SnPb、SnBi、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnCu、SnSb合金中的一种以上和Ni、Ag、Cu、Ti中一种以上组成的高温合金粉混合，加上助焊剂配制而成；其中质量百分比为Ni3～5％，Ag10～21％，Cu12～15％，Ti3～6％；b.准备待焊接的对象，并将焊料添加至待焊接处；c、根据所用焊料种类不同，将焊料和待焊接对象加热到230℃-350℃之间，然后冷却实现材料焊接。此种焊接方法在焊接过程中有优良的抗坍塌性，焊接后的焊点或者焊接面具有优良的导线性能和导热性能。
文档编号B23K1/00GK101362238SQ20071012015
公开日2009年2月11日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者品 张, 骏 徐, 强 胡, 贺会军, 赵朝辉 申请人:北京康普锡威焊料有限公司;北京有色金属研究总院