一种低残留低腐蚀的铝软钎焊锡膏及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于铝低温软钎焊的材料，特别是涉及一种用于铝的低温软钎焊 且焊后低残留、低腐蚀的锡膏及其制备方法，该锡膏适用于LED照明行业板级封装中芯片 组件与铝制散热基座的直接表面贴装钎焊连接，也可以用于电子电器与家电行业中铝制品 和结构及铝制散热器或热交换设备的低温软钎焊。 技术背景
[0002] 由于铜的成本较高且铜价受市场波动影响较大，铝在电子制造行业中的应用越来 越受到关注。铝不仅具有良好的导电和导热性能，并且具有合适的强度、较好的耐蚀性及较 低的成本。但铝表面有一层致密而牢固的氧化膜，使低温软钎焊难以顺利进行。目前电子 电器和照明灯具等行业中相当大部分的铝器件或结构采用挤压或螺纹连接，不仅效率低， 而且连接可靠性不高，对产品性能和使用寿命有显著影响。如果采用钎焊这种低温焊接方 式实现电子电器和照明灯具等产品中铝制构件或部件的牢固而持久可靠的连接，则可显著 提高产品的性能并延长其使用寿命。因此解决铝的低温软钎焊问题具有重要的工程应用意 义。
[0003] 采用锡膏实现铝制精密器件或结构的高效率软钎焊是一种具有很好生产应用价 值的方法。该方法中锡膏作为一种极为关键的连接材料，其性能的好坏直接决定产品焊接 质量和使用性能的优劣。锡膏是由助焊剂和钎料合金粉末组合而成的膏状混合物。采用锡 膏进行铝软钎焊工艺中的第一步是利用锡膏助焊剂中的强活性物质有效地去除铝表面致 密而牢固的氧化膜，然后锡膏中的锡钎料合金粉末熔化并润湿待焊表面同时与之发生冶金 反应而实现连接。然而锡膏助焊剂中的强活性物质在与钎料合金粉末长期混合接触时易腐 蚀金属颗粒表面，不仅降低了助焊剂的活性，而且引起锡膏发干等问题而影响其印刷性能； 此外，锡膏助焊剂中的强活性物质若在焊后残留于焊点内及其周围，容易造成焊点的强烈 腐蚀，可显著降低焊点服役寿命。
[0004] 锡膏设计和制备时并不是简单地将钎料合金粉末与助焊剂进行混合。锡膏质量的 好坏与成分配比和制备工艺密切相关，而且助焊剂和钎料合金粉末之间的相互作用和匹配 性也会影响锡膏的印刷和储存性能。目前关于铝软钎焊的研宄主要集中于助焊剂和钎料合 金粉末，而对于铝软钎焊用锡膏的研宄却很少。
[0005][0006][0007]
【发明内容】
[0008] 本发明旨在提出一种低残留低腐蚀的铝软钎焊锡膏及其制备方法，制得的锡膏具 有铺展性好、焊后残留少和腐蚀性低的特点，铝软钎焊锡膏于265°c温度焊接时在铝基板上 铺展后的残留率均低于48%，焊点耐腐蚀寿命大于20天。
[0009] 本发明目的通过如下技术方案实现：
[0010] 一种低残留低腐蚀的铝软钎焊锡膏，以重量百分比计算，原料组成为：
[0011] 锡基钎料合金粉末 75.0~90.0% 四羟丙基乙二胺氢氟酸盐 6.0~21.0% 金属盐成膜剂 0.5~5.0% 有机增粘剂 0.2~4.0% 触变剂 0.2~2.0%
[0012] 缓蚀剂 0.01~0.25%
[0013] 所述锡基钎料合金粉末为SnAgCu合金、SnBi合金和SnPb合金中的一种；
[0014] 所述金属盐成膜剂为锡化合物和锌化合物中的一种或者多种；
[0015] 所述有机增粘剂为聚异丁烯、聚乙二醇200-4000、松香酸甘油酯和硬脂酸甘油酯 中的一种或多种；
[0016] 所述触变剂为氢化蓖麻油、ST改性氢化蓖麻油、改性聚酰胺和聚乙烯蜡中的一种 或多种；
[0017] 所述缓蚀剂为苯并三氮唑、咪唑啉和吡嗪类中的一种或多种；
[0018] 所述四羟丙基乙二胺氢氟酸盐通过如下方法制备：将四羟丙基乙二胺和氢氟酸分 别用无水乙醇稀释至质量浓度为40-60%和15-30%;将稀释后的氢氟酸逐渐滴入已稀释的 四羟丙基乙二胺中，直至PH为5. 5~7. 0 ;将滴定好的溶液在100~120°C下蒸发2~5小 时，冷却后得到四羟丙基乙二胺氢氟酸盐。
[0019] 为进一步实现本发明目的，优选地，所述锡化合物为氧化亚锡、氟化亚锡、氟硼酸 亚锡、氯化亚锡和溴化亚锡中的一种或多种。所述锌化合物为氧化锌、氟化锌、氟硼酸锌、氯 化锌和溴化锌中的一种或多种。
[0020] 所述蒸发的时间优选为2~5小时。
[0021] 所述低残留低腐蚀的铝软钎焊锡膏于265°C温度焊接时在铝基板上铺展后的残留 率均低于48%。
[0022] 所述低残留低腐蚀的铝软钎焊锡膏的焊点耐腐蚀寿命大于20天。
[0023] 所述的低残留低腐蚀的铝软钎焊锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0024] 1)将四羟丙基乙二胺氢氟酸盐投入反应釜中，加热至120~150°C，使其全部熔 融；
[0025] 2)加入金属盐成膜剂、有机增粘剂、触变剂和缓蚀剂，加热温度维持在120~ 150°C直至添加剂全部溶解，随后冷却至室温并静置48-96小时后获得助焊剂膏体；
[0026] 3)将锡基钎料合金粉末与助焊剂膏体混合均匀，得低残留低腐蚀的铝软钎焊用锡 膏。
[0027] 所述混合均匀优选使用真空搅拌机混合。
[0028] 本发明铝软钎焊锡膏在钎焊加热过程中，四羟丙基乙二胺氢氟酸盐分解为碱性和 酸性两部分，酸性部分物质为氢氟酸，能与铝表面氧化物发生作用起到去膜作用，且大部分 反应产物能在焊接过程中挥发。在焊接过程，由于Al的电极电位高，能和锡、锌金属盐发生 置换反应，形成锡锌金属层，该置换反应金属层能与Al形成良好的冶金结合，促进钎料的 润湿和冶金反应。从而钎料能够顺利铺展，获得强度高而低残留的焊点。
[0029] 相对于现有技术，本发明具有如下优点：
[0030] 1)本发明采用的四羟丙基乙二胺氢氟酸盐不仅具有较强活性，能够有效去除铝表 面氧化膜，而且在焊接过程中形成的产物能大量挥发，因而焊后残留少、腐蚀性小。
[0031] 2)本发明锡膏在焊接过程中无明显气泡产生，不挥发出刺激性烟雾。
[0032] 3)本发明由于选取了四羟丙基乙二胺和氢氟酸滴定，形成的物质在常温下对钎料 合金腐蚀小，制备的锡膏不易发干、不结皮，易于锡膏印刷。
[0033] 4)本发明助焊剂储存性好，活性稳定，规模化生产时适用性好。
[0034] 5)本发明铝软钎焊锡膏，可在250°C以下温度对铝进行焊接，并获得较好的焊接 效果。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，实施例并不构成对本 发明要求保护范围的限制。以下实施例中的组分含量均以重量百分比计。
[0036] 实施例1
[0037] -种低残留低腐蚀的铝软钎焊锡膏，钎料合金粉末为Sn3. OAgO. 5Cu，锡膏中各成 分按重量百分比如下：
[0038] Sn-3.0Ag-0.5Cu 钎料合金粉末 86.0% 四羟丙基乙二胺氢氟酸盐 9.9% 氧化锌 2.1% 氟化亚锡 0.9% 聚异丁烯 0.55% 氢化蓖麻油 0.5% 苯并三氮唑 0.05%
[0039] 制备方法：将四羟丙基乙二胺和氢氟酸分别用无水乙醇稀释至质量分数为60% 和30%左右；将稀释后的氢氟酸逐渐滴入已稀释的四羟丙基乙二胺溶液中，直至PH为5. 5 ; 然后将滴定好的溶液在120°C下蒸发2小时，冷却后得到四羟丙基乙二胺氢氟酸盐。
[0040] 称取99. 0克羟丙基乙二胺氢氟酸盐投入反应釜中，加热至150°C，使其全部熔融 并保持温度不变；然后在熔融酸铵盐中加入氧化锌21. 0克、氟化亚锡9. 0克、聚异丁烯5. 5 克、氢化蓖麻油5. 0克、苯并三氮唑0. 5克，搅拌均匀，冷却至室温即获得助焊剂膏体并静置 48小时；最后将Sn3. OAgO. 5Cu钎料合金粉末860. 0克混入制备的助焊剂膏体中，使用真空 搅拌机进行均匀混合，获得铝软钎焊用低残留低腐蚀性锡膏1千克。
[0041] 实施例2
[0042] 一种低残留低腐蚀的铝软钎焊锡膏，钎料合金粉末为Sn-58Bi，锡膏中各成分按重 量百分比如下：
[0043] Sn-58Bi钎料合金粉末 75.0% 四羟丙基乙二胺氢氟酸盐 2].0% 氟化锌 1.5% 氟硼化亚锡 1.5% 聚乙二醇200 0.5% ST改性氢化蓖麻油 0.25% 吡嗪类 0 25%
[0044] 制备方法：将四羟丙基乙二胺和氢氟酸分别用无水乙醇稀释至质量浓度为40% 和15%;将稀释后的氢氟酸逐渐滴入已稀释的四羟丙基乙二胺溶液中，直至PH为7.0;然后 将滴