[发明专利]一种电子行业使用的抑制铅在高温下挥发的环保型含铅钎料

说明书

本发明为申请号为200810069745.8的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电子行业使用的抑制铅在高温下挥发污染环境的含铅钎料。

背景技术

长期以来，含铅钎料以其低廉的成本和优异的性能被广泛用作电子钎焊材料。由于铅对环境有污染，自20世纪90年代世界开始了电子钎料无铅化的研究，但迄今为止，始终没有找到一种综合性能与Sn-Pb钎料媲美的无铅钎料，也没有找到替代Pb的全面的解决方案。在许多电子设备中，因无铅钎料的可靠性得不到保证而难以真正实现无铅化。因此，未来电子钎料将形成含铅和无铅并存的格局。

含铅钎料对环境的污染途径之一，是由于铅的沸点较低（1751℃），在高温下会产生铅的挥发而污染空气，严重危害人的身体健康，甚至造成操作人员中铅毒。为了改善车间环境，目前普遍采用的方法一是应用无铅钎料，二是在钎焊工位的上部设集气罩抽风。前者虽然可从根本上消除铅的污染，但使用的无铅钎料存在着熔点高，钎焊性能差，需要使用高活性钎剂而造成二次污染，以及价格高、浪费大等缺陷；后者虽然可以改善电子产品生产车间的空气质量，避免操作人员中铅毒，但对大气会造成严重污染。怎样才能既提高钎焊连接质量，又避免钎焊过程中的污染，国内外至今仍没有一个两全其美的解决办法。关于其他领域防止铅挥发的报道，例如中国专利ZL90107046报道了一种铅液表面覆盖剂，该方法采用多种氧化物的混合物覆盖在铅液表面上来抑制铅蒸气的逸出，使空气中的铅烟浓度降低。这种覆盖剂主要用于钢丝的铅浴淬火处理，而不适合电子钎焊使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种在高温下自身铅蒸气压极低的使用方便的环保型的含铅钎料。

本发明提出的抑制高温下铅挥发的含铅钎料由以下质量百分比的组分组成：Ag0～4.0wt%，Sb0～3.0wt%，和Ni、Al、Bi、Ga、In 、P、Ti中之一种或多种，每种元素的量为0.0001%-0.2%，余量为Sn和Pb。该钎料进一步的特征在于，在所述钎料中Ni、Al、Bi、Ga、In、P、Ti等元素的总量至多不超过0.3wt%。

钎料中Ni、Al、Bi、Ga、In、P、Ti等元素的选择有以下几种较好的组合：

一是选择：Ni 0.005-0.2%、P0.001-0.1%进行组合，可以达到在钎焊中难以检测到铅的挥发的效果。

二是选择：Ni 0.005-0.2%、P0.001-0.1%和Ti0.0001-0.005%进行组合，可以达到在钎焊中难以检测到铅的挥发的效果。

三是选择：Ni 0.005-0.2%、P0.001-0.1%和Ga 0.0001-0.005%进行组合，可以达到在钎焊中难以检测到铅的挥发的效果。

四是选择：Al 0.005-0.2%、Ni 0.001-0.01%和Ga 0.0001-0.005%组合，可以达到在钎焊中难以检测到铅的挥发的效果。

五是选择：Al 0.005-0.2%、Bi 0.001-0.2%和In 0.0001-0.005%组合，可以使铅的挥发量显著下降。

六是只选择Ni 0.005-0.2%，可以使铅挥发量显著降低或难以检测到铅的挥发。

七是只选择Al 0.005-0.2%，可以使铅的挥发量显著下降。

本发明设计的钎料之所以可以抑制高温下铅的挥发，是因为其在熔化以后能自发生成一层表面改性膜。因为该钎料将微量Ni、Al、Bi、Ga、In、P、Ti等表面改性元素均匀分散在钎料合金中，当钎料熔化以后，根据吉布斯吸附方程：

其中：Γ表示吸附量，C 表示浓度，R是气体常数，T是热力学温度，

表示在恒温下表面张力随浓度的变化率。

当 ＜0时，Γ＞0，此时为正吸附。即原来均匀分散在内部的微量表面改性元素将自动向表面运动，使表面浓度大于内部浓度，并在表面形成致密的改性膜。

在液态钎料表面上，铅的蒸气压可以表示为

在一定温度下，纯铅的饱和蒸气压为定值。因此，在钎焊温度下铅蒸气压的大小主要取决于液态钎料表面膜中铅的活度系数和摩尔分数。当熔融钎料中的改性元素被吸附到表面时，不仅能降低表面膜中铅的摩尔分数，而且能降低表面膜中铅的活度系数。同时由于所形成的改性膜的致密性，能显著降低铅通过氧化膜的扩散速度，从而阻挡铅原子向表面的转移。故能显著抑制高温下液态钎料中铅的暴露和挥发。