WO2010133048A1 - 一种无铅焊料的减渣方法 - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a slag reducing method for lead-free solder. Background technique
- the lead-free solder Compared with the traditional Sn-Pb solder, the lead-free solder has a high Sn content (more than 95%), a complex composition, a higher melting point and solder temperature than the Sn-Pb alloy, and a large increase in the amount of oxidized slag, which directly affects the quality of the weld and Caused great economic losses.
- An object of the present invention is to provide a slag reducing method for lead-free solder which employs an easy-to-operate process to ensure long-term stable slag-resistance of lead-free solder under actual production conditions.
- the invention is based on the following slag resistance mechanism:
- the distribution concentration of the surface layer in the solder is always greater than that of the inner layer at any time, so that it continuously consumes a large amount of slag with the liquid surface, so that the P content in the solder is rapidly reduced.
- the P concentration does not reach the minimum value required for effective antioxidants.
- the present invention provides a lead-free solder slag reducing method capable of maintaining a "long-lasting" slag-resistance effect, the method comprising the steps of:
- the amount of the modified material with a P content of 0.020-5 wt% is added to the tin cylinder at a time, so that the P content of the solder in the tin cylinder reaches the target of the opening material ft 0.010-0.015 wt ;
- the determination of the P content in the supplementary material is determined by the measurement and analysis calculation of the variation of the P content of the specific tin cylinder, and the operation process is to first use the added open cylinder or The tin cylinder of the material is modified for a period of time.
- the consumption of P corresponding to the tin cylinder per unit time is calculated, and the tin cylinder is actually required to be replenished with the unit time.
- the lead-free solder is an alloy solder containing Sn and Ag, an alloy solder containing Sn and Cu, an alloy solder containing Sn, Ag, and Cu, etc., such as a Sn-3-3.5Ag alloy.
- Solder, Sn-0.7Cu alloy solder, Sn-0.7Cu-X (X Ti, Ni, Si, Co, etc.) alloy solder, Sn-3-3.5Ag-0.5-0.7Cu alloy solder, etc.
- the lead-free solder slag reduction method proposed by the invention does not require additional process equipment, and is simple and practical. The effect of the P-containing anti-oxidation lead-free solder is improved at a low cost.
- the method of the invention is applicable not only to the wave soldering process, but also to the dip soldering and hot air leveling processes.
- the lead-free solder slag reduction method used in the following embodiments includes the following steps: (1) preparing a lead-free solder containing Sn and P and having a P content of 0.008-5% by weight, which is divided into a start-up material, a modified material, and a supplementary material; 2) For the newly opened cylinder, that is, the solder-free empty tin cylinder, use P with S3 ⁇ 43 ⁇ 40.010-0.015 wt% open-cut material, so that the P content of the solder in the tin cylinder reaches the target value of 0.010-0.015 wt ; The solder does not contain a tin cylinder with a P or P content of less than 0.010-0.015%.
- the modified material with the P content of 0.020-5 wt is added to the tin cylinder at a time, and the P content of the solder in the tin cylinder reaches the target value of the opening material of 0.010-0.015 wt ; (3) the supplementary material is added according to the P content consumed by the tin cylinder.
- the determination of the P content in the supplementary material is determined by the determination and analysis of the variation of the P content of the specific tin cylinder.
- the operation process is to first use the tin cylinder to which the open cylinder or the modified material is added for a period of time, and the tin cylinder is determined.
- the variation of the internal P concentration in unit time calculate the unit time of the tin cylinder
- the consumption of P should be combined with the amount of solder actually required to be replenished per unit time of the tin cylinder to calculate the P concentration of the added supplementary material, and then the specific P concentration of the supplementary material should be produced or customized to maintain the consumption of the tin cylinder.
- the dynamic balance of the P concentration in the tin cylinder within the target range can be achieved, thereby achieving a continuous and stable slag-resistance effect of the solder in the tin cylinder.
- Tin cylinder working temperature 250 °C
- composition of the supplement is: Sn-3.5Ag-0.0144P
- the P concentration in the tin tank can fluctuate between 0.012 wt -0.013wt, maintaining a good anti-slag effect.
- Tin cylinder working temperature 270 ° C
- the composition of the supplement is: Sn-3.5Ag-0.0186P
- Tin cylinder working temperature 265 °C
- the composition of the supplementary material is: Sn-0.027P (Cu will dissolve in the solder in a large amount, so it does not contain copper). Add 30 kg of supplementary material every 24 hours, and the P concentration in the tin can fluctuate between 0.013 wt -0.015wt. , maintain a good anti-slag effect.
- New open tin cylinder composition 1.
- Tin cylinder capacity 460kg
- composition of the supplement is: Sn-0.025P-Ti
- the P concentration in the tin tank can fluctuate between 0.012 ⁇ -0.013 ⁇ , maintaining a good anti-slag effect.
- Tin cylinder capacity 460kg
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Description
一种无铅悍料的减渣方法 技术领域
本发明涉及一种无铅焊料的减渣方法。 背景技术
与传统 Sn-Pb焊料相比，无铅焊料存在 Sn含量高（95^%以上），成分复杂， 熔点以及使用焊料温度比 Sn-Pb合金高， 氧化出渣量巨增， 直接影响焊接质量和 造成很大经济损失。
针对无铅焊料的这种氧化损耗， 目前业界也有采取各种应对措施， 如： 1 ) 覆盖抗氧化油或还原剂： 其抗氧化效果不错， 但缺点明显即使用时间长后发生变 质， 污染线路板， 锡缸烟大， 气氛不好， 维护不当有失火的危险， 业界一般不推 荐使用； 2) 氮气保护： 抗氧化效果显著， 出渣量少， 其缺点是电路板表面产生 的锡珠增多， 在焊接工作面氮气浓度高才有显效 （打开波峰机的次数受到限制， 给生产操作增加了难度）， 设备投资大； 3)减少氧化机会， 改进波峰机结构—— 电磁泵： 减少了吸氧现象并有一定减渣效果， 缺点设备成本高（每台约增加投资 30-50% ) 且效果不稳定； 4) 改造无铅焊料， 使其自身具有良好的抗氧化能力： 在合金中添加微量的抗氧化元素例如： P、 Ga、 Ge 等等， 其优点是效果好， 技 术成熟， 操作容易， 节约成本， 其缺点是产品抗氧化寿命不长， 即所谓非"长效" 结果， 在一段不长的时间内， 抗渣效果从起始的良好至完全消失， 使这种方法的 实际应用效果大打折扣。
发明内容
本发明的目的是提供一种无铅焊料的减渣方法， 该方法采用易于操作的工 艺， 在实际生产条件下， 保证无铅焊料具有长期稳定的抗渣效果。
本发明基于以下抗渣机理：
( 1 ) P元素在液态焊料中分布具有 "集肤效应"， 且与 02的结合自由能比 Sn与 02的结合自由能低得多， 从而造成在氧化膜形成时， P的氧化膜要优先于 Sn02膜。 还有由于 P的氧化膜的特点是致密、 坚固， 它覆盖在液态焊料表层， 起到严密隔绝空气中 02与焊料接触的效果， 阻断了 02持续氧化焊料的进程， 因 此具有显著的抗氧化效果。
(2) 含 P无铅焊料抗氧化性能的实际表现为非 "长效"。 由于 P元素在焊料 中的 "集肤效应"， 任何时刻它在焊料中最表层分布浓度永远大于里层， 这样就 使它不断随液面氧化渣大量消耗，使焊料中 P含量迅速减小， 导致液态焊料表面
P浓度达不到显效抗氧化所需最低值一抗渣失效。
基于上述原因， 本发明提出一种可以保持 "长效"抗渣作用的无铅焊料减渣 方法， 该方法包括以下步骤：
( 1 ) 制备包含 Sn禾 B P且 P含量为 0.008-5wt%的无铅焊料， 其中分为开缸 料、 改造料和补充料；
(2) 对于新开缸即不含焊料的空锡缸， ^¾P^1¾¾0.010-0.015 wt%的开 缸料， 使锡缸内焊料的 P含量达到目标值 0.010-0.015 wt%; 对于含有焊料且焊 料中不含 P或 P含量低于 0.010-0.015 ^%的锡缸， 先根据锡缸原有 P含量来计 算出将该锡缸焊料改造为含 0.010-0.015 ^%的 所需的 P量， 再选择 P含量为 0.020-5 wt%的改造料一次加入锡缸， 实现锡缸内焊料的 P含量达到开缸料目标 ft 0.010-0.015 wt ;
(3) 根据锡缸消耗的 P含量添加补充料， 补充料中 P含量的确定来源于对 该具体锡缸 P含量变化规律的测定及分析计算，其操作过程是先使用添加有开缸 料或改造料的锡缸一段时间， 通过测定该锡缸内 P浓度在单位时间内的变化规 律，计算出该锡缸单位时间所对应的 P的消耗量，再结合该锡缸单位时间实际需 补充焊料的量计算出添加的补充料所应具备的 P浓度，随后生产或定制这种特定 P浓度的补充料来维持锡缸消耗，就能达到锡缸内 P浓度在目标范围内的动平衡， 从而实现锡缸内焊料持续稳定的抗渣效果。
作为本发明的具体实施方式， 所述的无铅焊料为包含 Sn和 Ag的合金焊料， 包含 Sn和 Cu的合金焊料， 包含 Sn、 Ag和 Cu的合金焊料等， 例如 Sn-3-3.5Ag 合金焊料、 Sn-0.7Cu 合金焊料、 Sn-0.7Cu-X(X=Ti、 Ni、 Si、 Co 等)合金焊料、 Sn-3-3.5Ag-0.5-0.7Cu合金焊料等。
作为本发明的具体实施方式，所述的包含 Sn和 P且 P含量为 0.008-5wt%的 无铅焊料为包含 Sn、 Cu禾 B P且 P含量为 0.008-5wt%的合金焊料， 包含 Sn、 Ag 和 P且 P含量为 0.008-5wt%的合金焊料， 包含 Sn、 Cu、 X(X=Ti、 Ni、 Si、 Co 等） 禾 B P且 P含量为 0·008-5wt%的合金焊料等。
本发明提出的无铅焊料减渣方法， 不需额外工艺设备， 简单实用。低成本地 改善了含 P元素的抗氧化无铅焊料的使用效果。适用于当今电子领域所使用的无 铅焊料， 可以获得最小量的出渣效果， 具有很大的经济效益。本发明方法不仅适 用于波峰焊工艺， 也适用于浸焊及热风整平工艺。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是， 实施例只用于对本 发明作进一步说明， 不代表本发明的保护范围， 其他人根据本发明的提示做出的 非本质的修改和调整， 仍属于本发明的保护范围。 除非有特别说明， 以下实施例 出现的百分数均为重量百分数。
以下实施例采用的无铅焊料减渣方法包括以下步骤： （1 ) 制备包含 Sn和 P 且 P含量为 0.008-5wt%的无铅焊料， 其中分为开缸料、 改造料和补充料； （2) 对于新开缸即不含焊料的空锡缸，使用 P含 S¾¾0.010-0.015 wt%的开缸料，使锡 缸内焊料的 P含量达到目标值 0.010-0.015 wt ; 对于含有焊料且焊料中不含 P 或 P含量低于 0.010-0.015 ^%的锡缸， 先根据锡缸原有 P含量来计算出将该锡 缸焊料改造为含 0.010-0.015 wt%的 P所需的 P量， 再选择 P含量为 0.020-5 wt 的改造料一次加入锡缸，实现锡缸内焊料的 P含量达到开缸料目标值 0.010-0.015 wt ; (3)根据锡缸消耗的 P含量添加补充料， 补充料中 P含量的确定来源于对 该具体锡缸 P含量变化规律的测定及分析计算，其操作过程是先使用添加有开缸 料或改造料的锡缸一段时间， 通过测定该锡缸内 P浓度在单位时间内的变化规 律，计算出该锡缸单位时间所对应的 P的消耗量，再结合该锡缸单位时间实际需 补充焊料的量计算出添加的补充料所应具备的 P浓度，随后生产或定制这种特定 P浓度的补充料来维持锡缸消耗，就能达到锡缸内 P浓度在目标范围内的动平衡， 从而实现锡缸内焊料持续稳定的抗渣效果。
以下比较例除焊料中不添加抗渣合金外， 其余工艺条件均与上述实施例相 同。
实施例 1
1. 改造锡缸成分：
在不含 P的 Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊料中添加 0.013%P， 使锡缸内 P含量达到 0.013wt
波峰炉锡缸容量： 360公斤
锡缸工作温度： 250 °C
需要补入 P量： 360kg X 0.013%=0.0468kg
改造料成分： Sn-3.5Ag-0.5P
需要改造料重量： 100 X 0.0468 kg /0.5=9.36kg
2. 补充料含 P量的确定：
试验分析， 锡缸每工作 24小时 P浓度变化量为减少 0.001%
锡缸容量： 360kg
锡缸每工作 24小时损失 量（即需要补充的 P量）： 360 kg X 0.001 =0.0036kg 已知锡缸每工作 24小时需补充锡条 25kg
补充料应该含 P浓度： 0.0036kg÷25 kg=0.0144%
补充料的成分为： Sn-3.5Ag-0.0144P
每工作 24小时添加补充料 25 kg, 锡缸内 P浓度可在 0.012 wt -0.013wt 之间波动， 维持很好的抗渣效果。
实施例 2
1. 改造锡缸成分：
在不含 P的 Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊料中添加 0.01%P， 使锡缸内 P含量达到 0.01wt
浸锡缸锡缸容量： 10公斤
锡缸工作温度： 270°C
需要补入 P量： 10kg X 0.01%=0.001kg
改造料成分： Sn-3.5Ag-0.5P
需要改造料重量： 100 X 0.001 kg /0.5=0.2kg
2. 补充料含 P量的确定：
试验分析， 锡缸每工作 24小时 P浓度变化量为减少 0.0013%
锡缸容量： 10kg
锡缸每工作 24小时损失 P量（即需 卜充的 P量)： 10 kg X 0.0013%=0.00013kg 已知锡缸每工作 24小时需补充锡条 0.7kg
补充料应该含 P浓度： 0.00013kg÷0. 7 kg=0.0186
补充料的成分为： Sn-3.5Ag-0.0186P
每工作 24小时添加补充料 0.7kg， 锡缸内 P浓度可在 0.009
间波动， 维持很好的抗渣效果。
实施例 3
1. 改造锡缸成分：
在不含 P 的 Sn-0.7Cu 无铅悍料中添加 0.015%P， 使锡缸内 P 含量达到 0.015wt
热风平整锡缸容量： 400公斤
锡缸工作温度： 265 °C
需要补入 P量： 400kg X 0.015%=0.06kg
改造料成分： Sn-4 P
需要改造料重量： 100 X 0.06 kg /4=1.5kg
2. 补充料含 P量的确定：
试验分析， 锡缸每工作 24小时 P浓度变化量为减少 0.002%
锡缸容量： 400kg
锡缸每工作 24小时消耗 P量（即需要补充的 P量）： 400 kg X 0.002%=0.008kg 已知锡缸每工作 24小时需补充锡条 30kg
补充料应该含 P浓度： 0.008kg ÷ 30 kg=0.027
补充料的成分为： Sn-0.027P (使用中 Cu会大量溶入焊料， 故不含铜） 每工作 24小时添加补充料 30 kg, 锡缸内 P浓度可在 0.013 wt -0.015wt 之间波动， 维持很好的抗渣效果。
实施例 4
1. 新开锡缸成分：
新开锡缸焊料 （开缸料） 成分： Sn-0.7Cu-Ti-0.013% P
锡缸容量： 460公斤
锡缸工作温度： 255 °C
2. 补充料含 P量的确定：
试验分析， 锡缸每工作 24小时 P浓度变化量为减少 0.0011%
锡缸容量： 460kg
锡缸每工作 24小时消耗 P量（即¾|卜充的 P量)： 460 kg X 0.0011 =0.00506kg
已知锡缸每工作 24小时需补充锡条 20kg
补充料应该含 P浓度： 0.00506kg ÷ 20 kg=0.025
补充料的成分为： Sn-0.025P-Ti
每工作 24小时添加补充料 20kg， 锡缸内 P浓度可在 0.012 \¥ -0.013\¥ 之 间波动， 维持很好的抗渣效果。
实施例 5
1. 改造锡缸成分：
在含 0.001%P的 Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊料中添加 0.012%P， 使锡缸内 P含量 达到 0.013wt%
锡缸容量： 590公斤
锡缸工作温度： 255 °C
需要补入 P量： 590kg X 0.012%=0.0708kg
改造料成分： Sn-3Ag-0.5Cu-0.55P
需要改造料重量： 100 X 0.0708kg /0.55=12.87kg
2. 补充料含 P量的确定：
试验分析， 锡缸每工作 24小时 P浓度变化量为减少 0.002%
锡缸容量： 590kg
锡缸每工作 24小时消耗 P量（即 ¾ ¾¾Ρ量)： 590 kg X 0.002 =0.0118kg 已知锡缸每工作 24小时需补充锡条 40kg
补充料应该含 P浓度： 0.0118kg÷40kg=0.03%
补充料成分： Sn-3Ag-0.5Cu-0.03P
每工作 24小时添加补充料 40kg， 锡缸内 P浓度可在 0.011 \¥ -0.013\¥ 之 间波动， 维持很好的抗渣效果。
实施例 6
1. 改造锡缸成分：
在含 0.005%P 的 Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊料中添加 0.008%P， 使锡缸内 P含量 达到 0.013wt%
锡缸容量： 460公斤
需要补入 P量： 460kg X 0.008%=0.0368kg
改造料成分： Sn-0.7Cu-Ti-0.5P
需要改造料重量： 100 X 0.0368 kg /0.5=7.36kg
2. 补充料含 P量的确定：
试验分析， 锡缸每工作 24小时 P浓度变化量为减少 0.0025%
锡缸容量： 460kg
锡缸每工作 24小时消耗 P量（即需要补充的 P ) : 460 kg X 0.0025 =0.0115kg 已知锡缸每工作 24小时需补充锡条 29kg
补充料应该含 P浓度： 0.0115kg÷ 29 kg=0.04
补充料成分： Sn-3Ag-0.5Cu-0.04P
每工作 24小时添加补充料 29kg， 锡缸内 P浓度可在 0.012 \¥ -0.013\¥ 之 间波动， 维持很好的抗渣效果。 实施例 1-6与对比例 1-6的实验结果列表如下:
编号 抗氧化改造 实验时间 h 总出渣量 kg 减渣率 ¾> 对比例 1 无 120 66 一 实施例 1 有 120 28.2 57.3 对比例 2 无 120 3.4 一 实施例 2 有 120 0.96 71.6 对比例 3 无 120 93.7 一 实施例 3 有 120 64.2 31.4 对比例 4 无 96 41.3 一 实施例 4 开缸是抗氧化料 96 22.5 45.5 对比例 5 无 168 105.5 一 实施例 5 有 168 59 44 对比例 6 无 96 31.4 一 实施例 6 有 96 22.6 28
Claims
1. 一种无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 包括以下步骤：
( 1 ) 制备包含 Sn禾 B P且 P含量为 0.008-5wt%的无铅焊料， 其中分为开缸 料、 改造料和补充料；
(2) 对于新开缸即不含焊料的空锡缸， 使用 P含 S¾¾0.010-0.015 wt%的开 缸料， 使锡缸内焊料的 P含量达到目标值 0.010-0.015 wt ; 对于含有焊料且焊 料中不含 P或 P含量低于 0.010-0.015 ^%的锡缸， 先根据锡缸原有 P含量来计 算出将该锡缸焊料改造为含 0.010-0.015 ^%的 所需的 P量， 再选择 P含量为 0.020-5 wt%的改造料一次加入锡缸， 实现锡缸内焊料的 P含量达到开缸料目标 ft 0.010-0.015 wt ;
(3) 根据锡缸消耗的 P含量添加补充料， 补充料中 P含量的确定来源于对 该具体锡缸 P含量变化规律的测定及分析计算，其操作过程是先使用添加有开缸 料或改造料的锡缸一段时间， 通过测定该锡缸内 P浓度在单位时间内的变化规 律，计算出该锡缸单位时间所对应的 P的消耗量，再结合该锡缸单位时间实际需 补充焊料的量计算出添加的补充料所应具备的 P浓度，随后生产或定制这种特定 P浓度的补充料来维持锡缸消耗，就能达到锡缸内 P浓度在目标范围内的动平衡， 从而实现锡缸内焊料持续稳定的抗渣效果。
2. 根据权利要求 1所述的无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 所述的无铅焊 料为包含 Sn和 Ag的合金焊料。
3. 根据权利要求 1所述的无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 所述的无铅焊 料为包含 Sn和 Cu的合金焊料。
4. 根据权利要求 1所述的无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 所述的无铅焊 料为包含 Sn、 Ag和 Cu的合金焊料。
5. 根据权利要求 1所述的无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 所述的包含 Sn 禾 B P且 P含量为 0.008-5wt%的无铅焊料为包含 Sn、Cu禾 B P且 P含量为 0.008-5wt% 的合金焊料。
6. 根据权利要求 1所述的无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 所述的包含 Sn 禾口 P且 P含量为 0.008-5wt%的无铅焊料为包含 Sn、 Ag禾 B P且 P含量为 0.008-5wt% 的合金焊料。
7. 根据权利要求 1所述的无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 所述的包含 Sn 和 P且 P含量为 0.008-5wt%的无铅焊料为包含 Sn、 Cu、 X和 P且 P含量为 0.008-5wt%的合金焊料， 其中 X=Ti、 Ni、 Si或 Co。
8. 根据权利要求 1-7任一项所述的无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 所述 的一段时间为 24-48小时。
9. 根据权利要求 8所述的无铅焊料的减渣方法， 其特征是， 该方法适用于 波峰焊、 浸焊及热风整平工艺。
Applications Claiming Priority (2)
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-
2009
- 2009-05-19 CN CNA2009100395791A patent/CN101554684A/zh active Pending
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