焊劑和焊接材料及其制造方法技術

本發明專利技術涉及焊劑和焊接材料及其制造方法。本發明專利技術公開了焊接用焊劑，所述焊劑包含第一組分和選自溶劑、增稠劑和/或金屬氧化物減少劑的一種或多種第二組分。所述焊劑具有這樣的溫度曲線，即其中焊劑在等于和低于最大儲存溫度的溫度溫度下處于不可流動的無活性狀態，所述最大儲存溫度高于約27℃，在活化溫度處于液體活性狀態，以及在高于最大儲存溫度并低于活化溫度的沉積溫度范圍內處于可流動的無活性狀態。焊接材料包含分散在焊劑中的焊料粒子。

【技術實現步驟摘要】
焊劑和焊接材料及其制造方法相關申請的交叉引用本申請是2011年1月27日提交的題為“焊劑和焊接材料及其制造方法”（FLUXANDSOLDERMATERIALANDMETHODOFMAKINGSAME）的美國專利申請系列號13/015,167的部分連續申請，所述美國專利申請要求2010年2月9日提交的美國專利申請系列號61/302,721的優先權，所述每個美國專利申請的公開內容在此以其全文引為參考。
本專利技術總體上涉及焊劑和焊接材料，更具體來說，涉及具有預定的溫度-粘度關系的焊劑和焊接材料。
技術介紹
在焊接過程中，用焊料將兩個以上部件彼此連接。正如本
中公知的，并且根據定義，焊料是液線溫度不超過450℃（840℉）的合金或填充金屬。當與待連接的部件相接觸時，焊料被熔化并通過毛細管作用流入連接部。在熔化的焊料冷卻后，在部件之間形成永久性連接部。焊料的一種常見應用是在電子工業中，其中使用焊料來連接電元件。焊料可以由沉積在至少一個待連接部件的表面上的多組分焊糊來提供。典型情況下，焊糊含有焊劑和焊料合金粒子。配有焊劑是為了改進焊接操作。例如，配有焊劑通常是為了從金屬部件去除表面污染，例如表面氧化。通過這種方式，焊劑也可以改進焊料合金在金屬表面上的流動和濕潤。在焊接操作中，在將焊糊分配到表面上之后，將焊糊加熱至一定溫度，焊劑在該溫度對表面進行準備。在進一步加熱后，焊料粒子熔化，流過準備好的表面并進入連接部，在冷卻后，焊料形成永久性連接部。盡管現有的焊糊便于形成一致的、高質量的焊接連接部，但由于從焊糊在焊接前暴露于等于或高于室溫的溫度時發生降解或劣化的意義上說，焊糊是溫度敏感的，因此它們的使用還存在困難。具體來說，就溫度敏感性而言，如果焊糊長時間暴露于即使與室溫一樣高的溫度，它也可能逐漸失去其有利屬性。此外，將焊糊暴露于更高溫度則加速了它的劣化。因此，現有的焊糊被視為在等于和高于室溫下具有有限的儲存期限。延長現有焊糊的儲存期限的一種解決方案是將它們冷藏，直到焊料被沉積在待連接部件上時并包括在沉積之時。冷藏遏制或減少了在焊糊內發生的化學反應，并防止焊料在沉積之前與焊劑分離。典型的冷藏溫度包括由可商購冷藏或空調設備產生的溫度，例如通常低于10℃的溫度。然而，冷藏具有明顯的缺點。最顯著的是存在與使用冷藏設備相關的高的資本和運行成本。此外，通常情況下，制造環境的本性排除了冷藏作為防止焊糊降解的手段，這是由于在這些環境中固有的高溫或由于其他因素、包括例如制造工廠內的場地空間所致。因此，由于焊糊的有利屬性受到限制或者在這些有利之處可以充分實現之前受到破壞，并且由于對這些問題缺乏成本效益高的解決方案，在這些環境中不使用焊糊。限制現有焊糊的使用或使其使用變得困難的另一個問題是焊糊在沉積后保持柔軟或糊狀。例如，當焊糊被預先沉積在部件上但實際的焊接操作在較晚時間和/或另一個制造設備處執行時，問題出現。在沉積與焊接操作之間的中間時段中，如果對部件進行儲存和/或處理，外來物體可能接觸、摩擦或粘著在柔軟的焊糊中。除了由于外來材料粘著于焊糊所引起的問題之外，焊糊也可能粘著外來物體并粘附在其表面上。這種類型的接觸減少了最初的焊糊沉積物，并且在極端情況下，最初沉積物可能顯著減少或甚至被完全從目標表面移除。此外，焊糊可能不慎轉移到某些表面，在這些表面上，焊糊或焊料合金對部件有害。在任何情況下，焊糊在接近室溫下呈糊狀、可流動的性質限制了沉積后操作，并可能增加制造成本。盡管將焊糊冷藏可以提高焊糊的儲存期限，但它不能使焊糊在這些溫度變得不成糊狀。換句話說，冷焊糊可能具有上面提到的所有不慎轉移問題。加上上面提到的成本考慮，冷藏一般來說不是保存沉積的焊糊的解決方案。一種部分地解決了運輸和處理問題的解決方案包括將分配的焊糊立即復流，隨后施加焊劑以保護復流的焊料合金。在最初復流期間，將焊糊在預定的沉積位置處熔化。在清理后，通過重新加熱沉積的、熔化的焊料合金，使焊料合金變平，然后將其冷卻。向變平的焊料施加外部焊劑涂層以防止焊料氧化，并促進隨后的焊料復流。然后可以將用焊劑覆蓋的、復流后的焊料合金運輸或儲存，以備隨后使用。然而，正如所指出的，這種工藝需要將部件至少另外加熱一次，這可能是適得其反的，因為在電子組件的情況下，部件本身可能是溫度敏感的。額外的加熱周期可能增加元件故障數。此外，焊劑仍然是發粘的，因此將脫模片附著于焊劑以防止污染。因此，對解決上述問題的焊劑和焊接材料存在著需求。例如，所需要的是在室溫下或接近室溫下以及在高于這些溫度的溫度、包括正常制造、儲存和運輸溫度不是糊狀的焊劑和/或焊接材料。此外，所需要的是可以在沉積之前加熱、在沉積溫度不降解、以及可以被冷卻并重新加熱而不降解的焊劑和焊接材料。
技術實現思路
為了達到這些目的，在本專利技術的一個實施方案中，焊接用焊劑包含第一組分和選自溶劑、增稠劑和/或金屬氧化物減少劑的一種或多種第二組分。所述焊劑具有這樣的溫度曲線，即其中焊劑在等于和低于最大儲存溫度的溫度處于不可流動的無活性狀態，所述最大儲存溫度高于約27℃，在活化溫度處于液體活性狀態，以及在高于最大儲存溫度并低于活化溫度的沉積溫度范圍內處于可流動的無活性狀態。在一個實施方案中，焊接材料包含分散在焊劑中的焊料粒子。焊料粒子在活化溫度或高于活化溫度下處于液體狀態。在另一個實施方案中，制造焊接材料的方法包括將焊劑加熱至在沉積溫度范圍內或高于沉積溫度范圍并低于活化溫度的溫度。所述方法還包括將焊料粒子分散在整個加熱的焊劑中形成焊料/焊劑混合物，以及將焊料/焊劑混合物冷卻至等于或低于最大儲存溫度的溫度，由此使焊料/焊劑混合物處于不可流動的無活性狀態。在本專利技術的另一個實施方案中，分配焊接材料的方法包括將焊接材料加熱至在沉積溫度范圍內或高于沉積溫度范圍并低于活化溫度的溫度。所述方法還包括，當焊接材料在沉積溫度范圍內或高于沉積溫度范圍并低于活化溫度時，將加熱的焊接材料分配到基材上，以及將焊接材料冷卻至等于或低于最大儲存溫度的溫度，由此使焊接材料處于不可流動的無活性狀態。在另一個實施方案中，使用焊接材料進行焊接的方法包括將焊接材料加熱至在沉積溫度范圍內或高于沉積溫度范圍并低于活化溫度的溫度。所述方法還包括，當焊接材料在沉積溫度范圍內或高于沉積溫度范圍并低于活化溫度時，將加熱的焊接材料分配到工件上。所述方法還包括將焊接材料加熱至活化溫度或高于活化溫度，由此使焊劑從工件的表面除去氧化物；將焊接材料加熱至焊料粒子的熔化溫度以使焊料粒子熔化并同時與工件的表面相接觸；以及將熔化的焊料冷卻。在另一個實施方案中，使用焊接材料進行焊接的方法包括將焊接材料從等于或低于最大儲存溫度的溫度加熱至焊料粒子的熔化溫度以使焊料粒子熔化。所述焊接材料位于第一工件與第二工件之間并與每個工件相接觸。所述方法還包括將熔化的焊料冷卻，由此在第一工件與第二工件之間形成連接部。附圖說明整合在本說明書中并構成本說明書的一部分的附圖，說明了本專利技術的實施方案，并與下面給出的詳細描述一起用于解釋本專利技術的各個方面。圖1是溫度-粘度/硬度圖，描繪了本專利技術的4個示例性實施方案的4個溫度曲線；并且圖2是本專利技術的一個實施方案的示例性焊劑的示例性差示掃描量熱術（DSC）圖。詳細描述本專利技術提供了在焊接過程中使用的焊劑。在一個實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
焊接用焊劑，其包含第一組分和選自溶劑、增稠劑和/或金屬氧化物減少劑的一種或多種第二組分，其中焊劑具有這樣的溫度曲線，即其中焊劑在等于和低于最大儲存溫度的溫度處于不可流動的無活性狀態，所述最大儲存溫度高于約27℃，在活化溫度處于液體活性狀態，以及在高于最大儲存溫度并低于活化溫度的沉積溫度范圍內處于可流動的無活性狀態。

【技術特征摘要】
2011.08.10 US 13/207,2141.焊接材料，其包含：焊料粒子分散在焊劑中的焊料/焊劑混合物，其中所述焊料/焊劑混合物冷卻到處于或低于最大儲存溫度的溫度時是不可流動的無活性狀態；所述焊劑包括第一組分和一種或多種第二組份，所述第一組分包含聚丙二醇，所述第二組份選自：溶劑、增稠劑和金屬氧化物減少劑，其中所述焊劑包含25重量％到40重量％的聚丙二醇；所述焊劑具有這樣的溫度曲線，即其中焊劑在等于和低于最大儲存溫度的溫度處于不可流動的無活性狀態，在活化溫度處于液體活性狀態，以及在高于最大儲存溫度并低于活化溫度的沉積溫度范圍內處于可流動的無活性狀態，所述最大儲存溫度為40℃，以及所述活化溫度為120℃或更高，所述焊料粒子在活化溫度或高于活化溫度處于液體狀態。2.根據權利要求1的焊接材料，其中不可流動的無活性狀態是固體狀態。3.根據權利要求1的焊接材料，其中沉積溫度范圍包括在45℃至100℃范圍內的溫度。4.根據權利要求1的焊接材料，其中沉積溫度范圍包括在75℃至105℃范圍內的溫度。5.根據權利要求1的焊接材料，其中沉積溫度范圍包括在45℃至60℃范圍內的溫度。6.根據權利要求1的焊接材料，其中第一組分進一步包含樹脂或蠟，或其組合。7.根據權利要求1的焊接材料，其中第一組分進一步包含松香。8.制造權利要求1的焊接材料的方法，其包括：將焊劑加熱至在沉積溫度范圍內的溫度；將焊料粒子分散在整個加熱的焊劑中形成焊料/焊劑混合物；將焊料/焊劑混合物冷卻到處于或低于最大儲存溫度的溫度，由此使焊料/焊劑混合物是不可流動的無活性狀態。9.分配權利要求1的焊接材料的方法，其包括：將焊接材料加熱至在沉積溫度范圍內的溫度；當焊接材料在沉積溫度范圍內時，將加熱的焊接材料分配到基材上；以及將焊接材料冷卻至等于或低于最大儲存溫度的溫度，由此使焊接材料處...

【專利技術屬性】
技術研發人員：小約翰·A·維瓦里，
申請(專利權)人：諾信公司，
類型：發明
國別省市：