连接至铝的制作方法
【专利说明】连接至铝
[0001] 本发明涉及改善的焊剂(solder flux)，尤其是用于焊接至错的焊剂。本发明还涉 及使用助焊剂(flux)和常规的焊料(solder)使铝表面能焊接的方法。
[0002] 通常，通过使用助焊剂推动焊接过程。对于成功的焊接接缝（solder joint)的一 种障碍物是在接缝部位处的杂质，例如，尘垢、油或氧化物。可以通过机械清洁或通过化学 方法除去杂质，但是熔融填料金属(焊料)所需要的升高温度促使工件（以及焊料)再氧化。 随着焊接温度升高使这种影响加速并且可以完全防止焊料连接至工件。
[0003] 对于部分工业参与者而言在很宽的工业和最终应用的范围内降低组装件的重量 和成本，如包括使用在机动车、LED组装件和PV模块中的那些的电子电路和线束，存在强烈 的期望。特别地，存在期望以除去目前在印刷电路板中使用的铜层并且用铝将其替代。进一 步地，为了达到减轻重量和节省成本，用焊料涂覆铝替代典型的焊料涂覆铜带将是有利的。
[0004] 然而，直接焊接至铝造成显著的技术挑战。特别地，极其难以破坏表面上的氧化层 以产生直接连接至铝金属。铝是非常易于被氧化而生成非常顽强的氧化层，这在暴露至空 气后趋向于立即重新组成。
[0005] 通过沉积/电镀至铝上或通过生成导致能焊接表面的中间层可以完成焊接至铝。 其他方法包括使用非常强的助焊剂(aggressive flux)以除去与高反应性的焊料如SnZnAl 结合的氧化层。直接连接至铝还可以包括使用在高温下执行的钎焊合金。这种方法与电子 组装件不相容。最近尝试了开发焊膏（solder paste)以直接焊接至铝，包括在很高的温度 (>280°C)下的回流工艺，这再次是不能被电子组件和基板所容忍的。因此，对于能够简单地 焊接至铝而不需要中间层或者强焊料(aggressive solder)并且可以用于与电子组装件相 容的焊接过程的焊剂存在需要。
[0006] 本发明致力于解决与现有技术相关的至少一些问题或至少向其提供商业上可接 受的替代解决方案。
[0007] 本发明提供了包含一种或多种胺的助焊剂。
[0008] 正如本文所定义的每个方面或实施方式，除非明确指出相反，否则可以与任何一 个或多个其它方面或实施方式组合。具体而言，指出是优选的或有利的任何特征都可以与 指出为优选的或有利的任何其它特征相组合。
[0009] 在本文中使用的术语"助焊剂"包括用于在焊接之前从工件除去杂质，例如，尘垢、 油或氧化物的物种。
[0010] 在本文中使用的术语"铝工件"包括在它们的表面具有铝和/或铝合金的工件。
[0011] 发明人已经出乎意料地发现本发明的助焊剂能够使得焊接至铝工件。
[0012] 在使用中，将助焊剂与待焊接的铝工件的表面接触。在焊接之前可以将助焊剂与 该表面接触，通常通过沉浸工件于助焊剂中。可替代地，可以将助焊剂与表面连同焊料接 触。例如，可以将表面与包含助焊剂和焊料颗粒的膏接触。在这种情况下，在随后的加热步 骤引起焊料颗粒形成焊接接缝之前，助焊剂将从工件的表面除去氧化铝。
[0013] 在不被理论限制的情况下，应该考虑，一种或多种胺的存在可以用来溶解铝工件 上的氧化铝。因此，随后的焊接步骤可以导致牢固的焊接接缝的形成。
[0014] 与除去铝工件表面上的氧化铝一样，助焊剂还可以抑制随后的表面再氧化。在助 焊剂与铝工件的表面接触之后的一段时间进行焊接步骤时，这可以是特别有利的。此外，这 可以使得能够使用包含可以另外引起铝的再氧化或腐蚀的物种的焊膏。一种或多种胺还可 以作为在助焊剂中的表面活性剂有利地起作用。
[0015] -种或多种胺可以有利地表现出高的热稳定性。因此，助焊剂可以与宽范围的焊 料在高温下使用。
[0016] 助焊剂有利地是水溶性的，意味着在铝表面上形成的任何残留物在已经与助焊剂 接触之后可以通过洗涤被除去。这种步骤消除了与腐蚀和可靠性有关的任何潜在的担忧。
[0017] 胺类优选地包含乙醇胺和/或乙氧基化胺。这类胺类(例如乙氧基化动物脂胺类和 乙氧基化多胺)在活化铝基板的表面上可以是特别有效的，即它们可以特别有效地溶解氧 化铝，并且也可以表现出特别高的热稳定性。这类胺类也可以作为特别有效的表面活性剂 起作用。
[0018] 一种或多种胺优选地选自：单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氨乙基乙醇胺、乙氧基 化动物脂胺(ethoxylated tallow amine)、和乙氧基化多胺。这类胺类在溶解错工件表面 的氧化铝是特别有效的。
[0019] 在一个特别优选的实施方式中，助焊剂包含：
[0020] 从按重量计10至45%的单乙醇胺，和/或 [0021]从按重量计15至30%的三乙醇胺，和/或 [0022]从按重量计10至35 %的氨乙基乙醇胺，和/或 [0023]从按重量计5至36 %的乙氧基化动物脂胺，和/或 [0024]从按重量计1至10%的乙氧基化多胺。
[0025] 在列举范围内胺的这样的组合可以导致表现出特别高的热稳定性以及氧化铝溶 解的助焊剂。助焊剂在抑制随后的处理表面的再氧化和/或腐蚀上也可以是特别有效的。
[0026] 在一个特别优选的实施方式中，助焊剂包含：
[0027] 从10至40wt. %的单乙醇胺；
[0028] 从15至30wt·%的三乙醇胺；
[0029] 从10至35wt · %的氨乙基乙醇胺；
[0030]从5至20wt. %的乙氧基化动物脂胺；以及 [0031] 可选的从1至10wt.%的乙氧基化多胺。
[0032]在列举范围内的胺的这样的组合可以导致表现出特别高的热稳定性以及氧化铝 溶解的助焊剂。助焊剂在抑制随后的处理表面的再氧化和/或腐蚀上也可以是特别有效的。 [0033] 助焊剂优选地进一步地包含活化剂(催化剂，activator)。活化剂可以用来帮助溶 解来自铝工件表面的氧化铝。
[0034] 活化剂优选地选自氯化锌、氯化铝和氟硼酸中的一种或多种。这样的物种在除去 氧化铝方面特别地有效。
[0035] 在一个优选的实施方式中，助焊剂包含:从按重量计1至5%的氯化铝，和/或从按 重量计5至15%的氯化锌，和/或从按重量计5至15%的氟硼酸。
[0036]助焊剂可以有利地进一步地包含表面活性剂，优选地选自辛基苯酚乙氧基化物和 壬基苯酚乙氧基化物。
[0037] 在一个优选的实施方式中，助焊剂包含：
[0038] 从10至40wt. %的单乙醇胺；
[0039] 从15至30wt·%的三乙醇胺；
[0040] 从10至35wt. %的氨乙基乙醇胺；
[00411从5至20wt. %的乙氧基化动物脂胺；
[0042]从 1 至5wt·% 的水；
[0043] 从1至5wt. %的氯化铵；
[0044] 从5至15wt. %的氯化锌；
[0045] 从5至15wt·%的氟硼酸，50%;
[0046] 从1至5wt · %的氟硼酸锡（tin f luoroborate);以及从1至5wt · %的壬基和/或辛 基苯酚乙氧基化物(总量的）。
[0047] 在一个优选的实施方式中，助焊剂包含：
[0048] 从10至40wt.%的单乙醇胺；
[0049] 从15至30wt·%的三乙醇胺；
[0050] 从10至35wt. %的氨乙基乙醇胺；
[00511从5至20wt. %的乙氧基化动物脂胺；
[0052]从 1 至5wt·% 的水；
[0053] 从1至5wt·%的氯化铵；
[0054] 从5至15wt. %的氯化锌；
[0055] 从5至15wt·%的氟硼酸，50%;
[0056]从1至5wt.%的氟硼酸锡；以及 [0057] 从1至10wt.%的乙氧基化多胺。
[0058]这些优选的实施方式的助焊剂表现出特别有利的铝溶解和高温稳定性，并且特别 适合于使得铝工件处于使用锡类焊料的随后的焊接的条件。
[0059] 助焊剂可以用于制造印刷电路板、LED或光伏模块(photovoltaic module)。
[0060] 在进一步的方面，本发明提供了包含在本文中所描述的助焊剂的焊膏。焊膏通常 还包含焊料颗粒。可以使用任何常规的锡类焊料，例如铅类焊料（例如Sn63Pb37、Sn62、 ?匕36482)或不含铅的焊料（例如5他丨、5诎丨48、540305、低48 54(：、11111〇1〇伙51^8和511100)。 焊料颗粒优选地包含锡、锡-银合金、锡-银-铜合金、锡-铋合金和锡-银-铋合金中的一种或 多种。特别合适的焊料颗粒可以包含一种或多种