CN1927524A - 水溶助焊剂芯无铅焊锡丝 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无毒性、无腐蚀性、无卤，对环境安全的水溶助焊剂芯无铅焊锡丝。它涉及一种无铅焊料，由Cu0.5－1、Ni0.02－0.1、P0.005－0.1、Sn余量构成。本水溶助焊剂芯无铅焊锡丝无论是在焊接质量、润湿性，特点结晶光亮，流动性、可靠性及焊剂残渣的清净化等方面都显示了优越的特性。它解决了保护环境及臭氧层，淘汰ODS清洗的难题。为电子信息产品的焊接提供了一种新型材料。
Description
技术领域
本发明属电子信息产品焊接技术领域，尤其是一种水溶助焊剂芯无铅焊锡丝。
背景技术
目前，电子工业中对电子信息产品采用手工焊接的材料，一般是活性松香芯锡铅焊锡丝。虽然该焊锡丝具有优异的润湿性、焊接性、导电性及力学性能且成本较低等特点，但其中所含的Pb或所含Pb的物质是危害人类身心健康和污染环境卫生的有害有毒物质。随着环境保护法规的日趋完善和严格，禁止使用铅的呼声日趋高涨，日本、欧洲和美国都制订了自己无铅化规则及研究。同时，采用传统用的固体活性松香焊剂(组成常规焊锡丝用焊剂)对电子信息产品手工焊接后，其焊剂残留物过多，难于清洗干净，且腐蚀性大，污染环境。焊点可靠性受湿度、温度的影响较大，特别是对高精密、高可靠性电子产品，一般均在焊接后必须进行清洗，以保证PCB组装件的离子污染度满足MIL-P-28809A的标准要求。通常只有采用氯氟烃类、三氯甲烷类清洗剂才能将焊剂残留物离子清洗干净。松香芯焊锡丝焊接后对电子产品的清洗一般用CFC(三氯三氟乙烷)，在清洗过程中向大气排放离子物质会严重破坏臭氧层，废弃物会严重污染环境。从国内外已有的研究成果来看，目前水溶助焊剂芯无铅焊锡丝的问题尚未解决，所以，我们着手此新材料的开发研究，对我开发创新材料提供时机，对环境安全和人类身心健康多做益事而感到欣慰。
发明内容：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种水溶助焊剂芯无铅焊锡丝，该焊锡丝具有焊接性好，可靠性高，焊点结晶细致光亮，抗氧化性能好，焊剂残渣清洗净化容易，价格低廉，无毒、无害，对环境安全的优异品质。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
1.一种水溶助焊剂芯无铅焊锡丝，由无铅焊料及水溶助焊剂组成，其特征在于：
其无铅焊料包括以下组分且各组分的重量百分比是：
铜 0.5-1％
镍 0.02-0.1％
磷 0.005-0.1％
锡 98.5-99％；
其水溶助焊剂包括以下组分且各组分的重量百分比是：
表面活性剂47-49％
植物油2-5％
有机酸3-6％
卤代物1-3％
去离子水38-45％。
而且，所述的表面活性剂为吐温20或吐温60；所述的植物油为椰子油或花生油；所述的有机酸为羟基丁二酸或柠檬酸；所述的卤代物为二溴丁烯二醇或二溴丁二酸。
而且，所述的表面活性剂为吐温20或吐温60的分子量为200-2000。
而且，所述的植物油内需要含有月桂酸或豆蔻酸或油酸或亚油酸或花生油酸的甘油酯的其中至少一种。
本发明的优点和有益效果是：
1.清净化工艺简单，在冷水或热水中都可清洗干净残留焊剂。成本低、无毒、无害、无污染，对环境安全。
2.具有极好的润湿性，焊接速率可提高50％，为快速焊接提供条件，对耐热性差的电子元件焊接加热时间可缩短。
3.由于本发明的水溶助焊剂芯无铅焊锡丝其优异的润湿性和焊料流动性，可减少焊接缺漏。提供可靠及有光泽的焊点。
4.该水溶助焊剂适用于Sn-Ag-Cu，系无铅焊料配制成的一种无卤、无毒、无腐蚀性、润湿性及焊接性好，清洗容易对环境安全的水溶助焊剂芯无铅焊锡丝，为电子信息产品的一种新型焊接材料。
具体实施方式
以下对本发明实施例做进一步详述：
本发明的无铅焊料由以下重量百分比的化学成分组成：Cu 0.5-1、Ni0.02-0.1、P 0.005-0.1、Sn 98.5-99。本发明所涉及的无铅焊锡丝所用无铅焊料，在做为无铅焊料组成物中不含有毒性的铅，必须具有优良的焊接性能。下面详细说明本发明中各添加元素的作用基理及最佳含量：添加上述重量范围的Cu，能调整焊料的熔点，可使无铅焊料组织有一定的微细化作用，延伸率提高。当Sn-Cu焊料中Cu含量＞0.8％时原生Cu6Sn5柱晶生成多，会使强度下降。Cu添加最佳优选是0.7-0.75％在本发明中，不仅向Sn基材中添加少量的Cu，并且添加了微量的0.02-0.1％的Ni，添加Ni目的是为了控制Cu6Sn5金属化合物的生长。并使这些形成的化合物溶解，改变形态而形成(Ni+Cu)6Sn5化合物，因为Cu与Ni可以以任何比例固溶，可用来控制Sn与Cu的反应，事实证明在Sn-Cu焊料合金中添加微量Ni可使无铅焊料在凝固中结晶致密，流动性提高。原因是添加Ni后抑制了高熔点的Cu6Sn5的柱晶粗大化，使柱晶尺寸显著减小，并减少了在高温焊料中Cu6Sn5相的生成量。Ni含量的最佳优选是0.02-0.06％。
为了提高水溶助焊剂芯无铅焊锡丝的外表抗氧化性能，添加了0.005-0.1％P可以有效地阻止无铅焊料在熔炼、制锭时的氧化。作为二次熔炼无铅焊料时的抗氧化剂，其最佳优选量是0.005-0.01％
本发明涉及的水溶助焊剂芯无铅焊锡丝中的水溶性助焊剂，在设计时必须考虑要改善水溶助焊剂的耐热性，对焊料的抗氧化性、焊接性及加工性等性能要求。而提供一种无卤、无毒、无腐蚀性，环境安全及符合实用性的水溶助焊剂芯无铅焊锡丝解决的关键手段。
本发明的水溶助焊剂由表面活性剂、植物油、有机酸、卤代物及去离子水组成。
为了确保水溶助焊剂具有低的表面张力，提高水溶性焊剂各类添加剂的融合均匀度及稳定度，我们选择了用非离子表面活性剂。在水溶液中不呈离子状态，稳定性好，且与其它材料组成有一定粘合作用。本发明所用的表面活性剂吐温20或吐温60是作为水溶助焊剂的载体，选择他是为了解决水溶助焊剂的耐热性、焊接性、稳定性、粘合作用及防止焊接过程中再氧化能力。因为其分子量均控制在200-2000范围内。如选择的表面活性剂其分子量＜200时，水溶焊剂耐热性变差，防止再氧化能力小，对无铅焊料热熔时扩展性小及焊点光泽有所降低。当＞2000时，会使助焊剂中其他添加剂的溶解性及保存稳定性变差，也会使焊剂粘度增加。所以，表面活性剂的选择对水溶性焊剂的要求是至关重要的因素。添加量合适与植物油配合能起到最增粘的作用，其最佳优选量是47-49％的表面活性剂。
为了无铅焊锡丝扩展均匀，生成平滑的焊点表面，将焊锡丝在焊接中出现的飞溅降到最小限度，对熔融焊料及焊件的防止再氧化能力提高，我们选择了含有月桂酸、豆蔻酸、油酸、亚油酸及花生油酸的甘油酯的椰子油或花生油，最佳优选量是2-5％。植物油的添加是使无铅焊料均匀扩展将焊剂飞溅降到最小限度，与表面活性剂匹配合适，起到增粘作用，其最佳优选量是2-5％。
表面活性剂是水溶性焊剂也是重要组分之一，是还原金属氧化物作用的重要添加剂。在水溶性焊剂设计上，必须考虑焊剂对无铅焊锡丝的焊接性、腐蚀性、环境安全性及稳定性。所以，我们选择一是对水的溶解性要好。二是不含卤，对焊剂在常规保存时稳定性好。选择了无毒、无臭、无味、无腐蚀性，能与卤代物复配其强的活性能力，并其优良的润湿性和扩展率的柠檬酸做有机酸活性物，其最佳添加量是3-6％。
除了有机酸外，我们又添加了卤代物二溴丁烯二醇或二溴丁二酸，它与有机酸—柠檬酸复配会使水溶焊剂的焊接活性更优良，确保对金属氧化物的还原能力提高。其最佳优选量是2-3％
组成水溶性焊剂的余量部分是由去离子水其最佳优选量是37-45％
水溶助焊剂芯无铅焊锡丝由下列化学成分比例组成。
实例1
水溶性助焊剂：土温20 48％ 椰子油2％ 柠檬酸4％ 二溴丁二酸2％去离子水 余量。
无铅焊料：Sn99.3％ Cu0.7％ Ni0.03％ P0.005％ 液相线及固相线为227℃。
实例2
水溶性助焊剂：土温60 49％ 花生油4％ 羟基丁二酸4％ 二溴丁烯二醇2％ 去离子水 余量。
无铅焊料：Sn99.3％ Cu0.7％ Ni0.03％ P0.005％ 液相线及固相线为227℃。
该无铅焊锡丝的工艺流程
无铅焊料熔炼→铸锭剥皮→挤压→拉丝→绕线
制备方法：
1.先将定量的锡加温至600℃，后加入定量锡铜、锡镍和锡磷中间合金并搅拌均匀，静置降温至400℃，保温0.5-1小时即可铸锭。
2.无铅焊料挤压时注入水溶性焊剂，并保持压力1Kg/cm2。水溶性焊剂的注入量为2-3％。
3.再将挤压后的盘条拉丝到所需规格开始绕线，再进行包装。
Claims (4)
1.一种水溶助焊剂芯无铅焊锡丝，由无铅焊料及水溶助焊剂组成，在无铅焊料挤压时注入水溶助焊剂，其特征在于：
其无铅焊料包括以下组分及各组分的重量百分比是：
铜 0.5-1％
镍 0.02-0.1％
磷 0.005-0.1％
锡 98.5-99％；
其水溶助焊剂包括以下组分且各组分的重量百分比是：
表面活性剂 47-49％
植物油 2-5％
有机酸 3-6％
卤代物 1-3％
去离子水 38-45％。
2.根据权利要求1所述的水溶助焊剂芯无铅焊锡丝，其特征在于：所述的表面活性剂为吐温20或吐温60；所述的植物油为椰子油或花生油；所述的有机酸为羟基丁二酸或柠檬酸；所述的卤代物为二溴丁烯二醇或二溴丁二酸。
3.根据权利要求2所述的水溶助焊剂芯无铅焊锡丝，其特征在于：所述的表面活性剂为吐温20或吐温60的分子量为200-2000。
4.根据权利要求2所述的水溶助焊剂芯无铅焊锡丝，其特征在于：所述的植物油内需要含有月桂酸或豆蔻酸或油酸或亚油酸或花生油酸的甘油酯的其中至少一种。
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