[发明专利]一种无铅焊料减渣方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅焊料的减渣方法。 

背景技术

焊料无铅化之后，市场上出现的无铅焊料品种繁多。但与传统Sn-Pb焊料相比，无铅焊料存在Sn含量高(95wt％以上)，熔点也比Sn-Pb合金高以及使用焊料温度高等因素，因此造成出渣量巨增，直接影响焊接质量和造成很大经济损失。 

目前，业界正在针对波峰焊、浸焊和热风整平的不同工艺特点采用各种措施减渣，如：1)覆盖抗氧化油：抗氧化油属非离子表面活性剂，通过游离基与臭氧作用，减少在高温下锡的氧化，其缺点是使用时间长后发生变质，污染线路板，锡缸烟大，气氛不好，业界不推荐使用；2)氮气保护：优点是效果显著，出渣量少，其缺点是电路板表面产生的锡珠增多，要求氮气纯度增加，设备投资大；3)改进波峰机结构——电磁泵：优点是不存在剧烈的机械搅拌作用，槽内没有强烈的漩涡运动和液面翻滚——减少了吸氧现象，缺点是技术不稳定，价格高，设备成本每台约增加投资30-50％；4)在合金中添加微量的抗氧化元素：P、Ga、Ge等等，其优点是效果好，技术成熟，操作容易，节约成本，但这种措施存在的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。 

以上几种减渣方法各有适用范围，综合考虑效果最佳的就是第4种方法。若能针对其缺点加以改进，则使用效果更加满意。 

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。 

本发明的目的基于以下抗渣机理： 

(1)P、Ga、Ge微量元素在液态焊料中分布具有“集肤效应”，这些元素本身与O₂的结合自由能都比Sn与O₂的结合自由能低得多，从而造成在氧化膜形成时，P、Ga、Ge的氧化膜要优先于SnO₂膜。还有由于P、Ga、Ge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O₂与焊料接触的效果，使O₂不能不断氧化液态焊料； 

(2)“长效”作用问题：由于P、Ga、Ge这些元素的“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，这样就使它可以不断被液面锡渣带走，使P、Ga、Ge含量不断减小，直至抗渣失效。 

基于上述原因，本发明提出一种可以保持长效作用而操作十分简单的无铅焊料减渣方法，该方法是：首先用中间合金法制造出包含Sn和P且P含量为0.1-0.8wt％的抗渣合金，然后分析待改造锡炉内焊料的P含量，进行锡炉成分改造，即在不含P或P含量低于0.008wt％的无铅焊料中添加上述抗渣合金，使锡炉内P含量达到0.008-0.015wt％，然后每隔一工作时间段在锡炉内取样分析，确定锡炉内P含量及P含量的损失量，当锡炉内P含量低于0.008-0.015wt％之间的一个设定值时，再补加根据P含量的损失量计算出的维持锡炉内原P含量所需的上述抗渣合金的量，最终使锡炉内P含量保持在0.008-0.015wt％。 

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的合金焊料或包含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-Ti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0.1-0.8wt％的抗渣合金为Sn-0.1-0.8P合金、Sn-3-3.5Ag-0.1-0.8P合金、Sn-0.7Cu-Ti-0.1-0.8P合金或Sn-0.7Cu-0.1-0.8P合金或Sn-3-3.5Ag-0.5-0.7Cu-0.1-0.8P合金等。 

本发明提出的抗渣合金成分设计必需确保锡炉里P及相关合金成分的最优浓度，以及抗渣合金在锡炉正常工作温度下能容易熔化，即像普通锡条一样加入锡炉使用，不需额外工艺条件。本发明方法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。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