一种新型无铅焊接材料及其助焊剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种含锡和锌的锡基合金无铅焊接 材料及其助焊剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着ROHS在电子工业中的禁铅指令的正式实施，能替代铅合金材料的主要无铅 材料就是锡银铜合金。但是，锡银铜合金材料的应用难点不仅仅是要求回焊炉温度比原来 铅合金高25°C，而且其成本也比锡铅合金高20%，更重要的是这个温度的提高会大大降低 暴露元器件的稳定性。锡锌合金共晶合金的熔点与SnPb共晶的熔点（183)最为接近，并 可以在基本不改变现有的焊接设备和工艺的情况下进行钎焊，所以Sn-Zn系无铅焊料受到 了人们重视。然而由于锌的活泼性大，易发生氧化，因此锌的氧化阻碍了这种合金的应用， 以色列无铅焊接材料研发公司创新应用了微合金化技术，通过添加第三种元素锰来达到目 的，通过加入锰能够提高锌的抗氧化能力，但锰的加入必须要寻求一种全新的化学辅助来 保证其良好性能。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供新型无铅焊接材料，该焊接材料 在保持其共晶温度的前提下可以有效抑制锌的氧化。
[0004] 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
[0005] 一种新型无铅焊接材料，包括主体材料和助焊剂，其中：
[0006] 主体材料的质量百分比组成为8-12%的锌、0. 5-2%的锰以及余量的锡；
[0007] 助焊剂包括有机成分和经气体雾化技术处理的粉末化的主体材料，其质量百分比 组成为2 %的有机成分和98 %的金属粉末。
[0008] 进一步地，主体部分还包括质量百分比为0.05-0. 8 %的锑以及质量百分比为 0· 05-0. 5 % 的铜。
[0009] 进一步地，主体材料的质量百分比组成为10%的锌、1. 5%的锰、0.4%的锑、 0. 25%的铜以及余量的锡；助焊剂的质量百分比组成为2%的有机成分和98%的粉末化处 理的主体材料，主体材料和助焊剂质量比为80% :20%。
[0010] 进一步地，所述有机成分为松香。
[0011] 进一步地，所述气体雾化技术采用惰性气体，所述气体压力为I. 9-2. 2MPa，气体喷 射角度为40-45度。
[0012] 进一步地，所述粉末化材料的粒度为100 μ m以下。
[0013] 本发明进一步提供了一种上述助焊剂的制备方法，包括以下步骤：
[0014] 1)按照配比配制与主体材料成分及配比相同的金属材料混合物；
[0015] 2)将金属合金置于气体雾化设备中采用气体压力为L 9-2. 2MPa，角度为40-45度 的条件下进行雾化；
[0016] 3)将粉末化的金属材料在50_70°C的情况下通过超声分散，以制得金属粉末；
[0017] 4)将金属粉末与有机成分按配比混合均匀，制得助焊剂。
[0018] 进一步地，步骤1)和步骤4)中的混合均在常温下进行。
[0019] 本发明的有益效果是：本发明所采用的原材料成本低廉，对设备要求低，能够降低 生产成本，利用本发明的方案所生产的无铅焊接材料解决了锡锌锰无铅合金材料生产过程 中存在的晶粒度大小、分部大小、形状、氧化水平及均匀性等技术瓶颈，从而解决电子工业 类产品的性能指标问题。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明 作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定 本发明。
[0021] (1)实施例 1
[0022] -种新型无铅焊接材料，包括主体材料和助焊剂，其中：主体材料的质量百分比组 成为8 %的锌、0. 5 %的锰以及91. 5 %的锡；助焊剂包括有机成分和经气体雾化技术处理的 粉末化的主体材料，其质量百分比组成2%的有机成分和98%的金属粉末；主体材料和助 焊剂的质量百分比为80% :20%。
[0023] 实施例1的助焊剂的制备方法，包括如下步骤：
[0024] 1)将质量百分比组成为8%的锌、0. 5%的锰以及91. 5%的锡制成合金；
[0025] 2)将上述金属合金置于气体雾化设备中进行雾化，将金属粉末化，其中气体压力 为1.9MPa，角度为40度；
[0026] 3)将粉末化的金属在50°C超声分散，制得金属粉末；
[0027] 4)将金属粉末与松香按质量比为2% :98%的比例混合，制得本发明的助焊剂。
[0028] (2)实施例 2
[0029] -种新型无铅焊接材料，包括主体材料和助焊剂，其中：主体材料的质量百分比组 成为10%的锌、1. 5 %的锰、0. 4%的锑、0. 25%的铜以及87. 85%的锡；助焊剂包括有机成 分和经气体雾化技术处理的粉末化的主体材料，其质量百分比组成2 %的有机成分和98 % 的金属粉末，有机成分为含有质量分数为30%的松香的乙醇溶液，并加入质量分数为5% 的乙二胺；主体材料和助焊剂的质量百分比为80% :20%。
[0030] 实施例2的助焊剂的制备方法，包括如下步骤：
[0031] 1)将质量百分比组成为10 %的锌、1.5 %的锰、0.4 %的锑、0.25 %的铜以及 87. 85 %的锡制成合金；
[0032] 2)将上述金属合金置于气体雾化设备中进行雾化，将金属粉末化，其中气体压力 为2. IMPa，角度为42度；
[0033] 3)将粉末化的金属在60°C超声分散，制得金属粉末；
[0034] 4)将金属粉末与松香按质量比为2% :98%的比例混合，制得本发明的助焊剂。
[0035] 铜可以与钎料中富锌相中游离态的锌原子生成Cu-Zn化合物，在熔化时，由于熔 化温度较低，合金中大量存在Cu-Zn化合物，减少了锌原子在焊接材料表面的氧化。
[0036] 松香助焊剂对锡锌合金具有明显的腐蚀性，添加乙二胺可以显著降低合金的腐蚀 速率。
[0037] 锑有助于钎料合金在母料上铺展，增加了合金的熔程，同时锑还有助于在钎料合 金表面形成致密的氧化膜阻挡钎料的二次氧化及烧损。
[0038] (3)实施例 3
[0039] -种新型无铅焊接材料，包括主体材料和助焊剂，其中：主体材料的质量百分比组 成为12 %的锌、2 %的锰、0.8 %的锑、0.5 %的铜以及84. 7 %的锡；助焊剂包括有机成分和 经气体雾化技术处理的粉末化的主体材料，其质量百分比组成2%的有机成分和98%的金 属粉末；主体材料和助焊剂的质量百分比为80% :20%。
[0040] 实施例3的助焊剂的制备方法，包括如下步骤：
[0041] 1)将质量百分比组成为12%的锌、2%的锰、0.8%的锑、0.5%的铜以及84. 7%的 锡制成合金；
[0042] 2)将上述金属合金置于气体雾化设备中进行雾化，将金属粉末化，其中气体压力 为2. 2MPa，角度为45度；
[0043] 3)将粉末化的金属在70°C超声分散，制得金属粉末；
[0044] 4)将金属粉末与松香按质量比为2% :98%的比例混合，制得本发明的助焊剂。
[0045] 本发明提供的新型无铅焊接材料以及传统焊接材料的性能如表1所示。
[0046] 表1新型无铅焊接材料与传统焊接材料的性能对比
[0047]
【主权项】
1. 一种新型无铅焊接材料，其特征在于，包括主体材料和助焊剂，其中： 主体材料的质量百分比组成为8-12%的锌、0. 5-2%的锰以及余量的锡； 助焊剂包括有机成分和经气体雾化技术处理的粉末化的主体材料，其质量百分比组成 为2%的有机成分和98%的金属粉末； 主体材料和助焊剂的质量百分比为80% :20%。
2. 根据权利要求1所述的新型无铅焊接材料，其特征在于，主体材料还包括质量百分 比为0. 05-0. 8 %的锑以及质量百分比为0. 05-0. 5 %的铜。
3. 根据权利要求1所述的新型无铅焊接材料，其特征在于，主体材料的质量百分比组 成为10 %的锌、1. 5 %的锰、0. 4 %的锑、0. 25 %的铜以及余量的锡；助焊剂的质量百分比组 成为2%的有机成分和98%的粉末化处理的主体材料，主体材料和助焊剂质量比为80% : 20%〇
4. 根据权利要求1所述的新型无铅焊接材料，其特征在于，所述有机成分为松香。
5. 根据权利要求1所述的新型无铅焊接材料，其特征在于，所述气体雾化技术采用惰 性气体，气体压力为I. 9-2. 2MPa，气体喷射角度为40-45度。
6. 根据权利要求5所述的新型无铅焊接材料，其特征在于，所述粉末化材料的粒度为 100 μm以下。
7. -种权利要求1-6中任一项所述的助焊剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 按照配比配制与主体材料成分及配比相同的金属合金； 2) 将金属合金置于气体雾化设备中采用气体压力为I. 9-2. 2MPa，角度为40-45度的条 件下进行雾化； 3) 将粉末化的金属材料在50-70°C的情况下通过超声分散，以制得金属粉末； 4) 将金属粉末与有机成分按配比混合均匀，制得助焊剂。
8. 根据权利要求7中所述的助焊剂的制备方法，其特征在于，步骤1)和步骤4)中的混 合均在常温下进行。
【专利摘要】本发明公开了一种新型无铅焊接材料及其助焊剂的制备方法，该新型无铅焊接材料包括主体材料和助焊剂，主体材料的质量百分比组成为8-12％的锌、0.5-2％的锰以及余量的锡；助焊剂包括有机成分和经气体雾化技术处理的粉末化的主体材料，其质量百分比组成为2％的有机成分和98％的金属粉末；主体材料和助焊剂的质量百分比为80％：20％。本发明所采用的原材料成本低廉，对设备要求低，能够降低生产成本，利用本发明的方案所生产的无铅焊接材料解决了锡锌锰无铅合金材料生产过程中存在的晶粒度大小、分部大小、形状、氧化水平及均匀性等技术瓶颈，从而解决电子工业类产品的性能指标问题。
【IPC分类】B23K35-26, B23K35-363
【公开号】CN104668810
【申请号】CN201510046766
【发明人】陆海荣, 孙飞, 赵勇
【申请人】苏州天兼新材料科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月29日