焊剂和焊接材料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及焊剂和焊接材料及其制造方法。本发明专利技术公开了焊接用焊剂，所述焊剂包含第一组分和选自溶剂、增稠剂和/或金属氧化物减少剂的一种或多种第二组分。所述焊剂具有这样的温度曲线，即其中焊剂在等于和低于最大储存温度的温度温度下处于不可流动的无活性状态，所述最大储存温度高于约27℃，在活化温度处于液体活性状态，以及在高于最大储存温度并低于活化温度的沉积温度范围内处于可流动的无活性状态。焊接材料包含分散在焊剂中的焊料粒子。

【技术实现步骤摘要】
焊剂和焊接材料及其制造方法相关申请的交叉引用本申请是2011年1月27日提交的题为“焊剂和焊接材料及其制造方法”（FLUXANDSOLDERMATERIALANDMETHODOFMAKINGSAME）的美国专利申请系列号13/015,167的部分连续申请，所述美国专利申请要求2010年2月9日提交的美国专利申请系列号61/302,721的优先权，所述每个美国专利申请的公开内容在此以其全文引为参考。
本专利技术总体上涉及焊剂和焊接材料，更具体来说，涉及具有预定的温度-粘度关系的焊剂和焊接材料。
技术介绍
在焊接过程中，用焊料将两个以上部件彼此连接。正如本
中公知的，并且根据定义，焊料是液线温度不超过450℃（840℉）的合金或填充金属。当与待连接的部件相接触时，焊料被熔化并通过毛细管作用流入连接部。在熔化的焊料冷却后，在部件之间形成永久性连接部。焊料的一种常见应用是在电子工业中，其中使用焊料来连接电元件。焊料可以由沉积在至少一个待连接部件的表面上的多组分焊糊来提供。典型情况下，焊糊含有焊剂和焊料合金粒子。配有焊剂是为了改进焊接操作。例如，配有焊剂通常是为了从金属部件去除表面污染，例如表面氧化。通过这种方式，焊剂也可以改进焊料合金在金属表面上的流动和湿润。在焊接操作中，在将焊糊分配到表面上之后，将焊糊加热至一定温度，焊剂在该温度对表面进行准备。在进一步加热后，焊料粒子熔化，流过准备好的表面并进入连接部，在冷却后，焊料形成永久性连接部。尽管现有的焊糊便于形成一致的、高质量的焊接连接部，但由于从焊糊在焊接前暴露于等于或高于室温的温度时发生降解或劣化的意义上说，焊糊是温度敏感的，因此它们的使用还存在困难。具体来说，就温度敏感性而言，如果焊糊长时间暴露于即使与室温一样高的温度，它也可能逐渐失去其有利属性。此外，将焊糊暴露于更高温度则加速了它的劣化。因此，现有的焊糊被视为在等于和高于室温下具有有限的储存期限。延长现有焊糊的储存期限的一种解决方案是将它们冷藏，直到焊料被沉积在待连接部件上时并包括在沉积之时。冷藏遏制或减少了在焊糊内发生的化学反应，并防止焊料在沉积之前与焊剂分离。典型的冷藏温度包括由可商购冷藏或空调设备产生的温度，例如通常低于10℃的温度。然而，冷藏具有明显的缺点。最显著的是存在与使用冷藏设备相关的高的资本和运行成本。此外，通常情况下，制造环境的本性排除了冷藏作为防止焊糊降解的手段，这是由于在这些环境中固有的高温或由于其他因素、包括例如制造工厂内的场地空间所致。因此，由于焊糊的有利属性受到限制或者在这些有利之处可以充分实现之前受到破坏，并且由于对这些问题缺乏成本效益高的解决方案，在这些环境中不使用焊糊。限制现有焊糊的使用或使其使用变得困难的另一个问题是焊糊在沉积后保持柔软或糊状。例如，当焊糊被预先沉积在部件上但实际的焊接操作在较晚时间和/或另一个制造设备处执行时，问题出现。在沉积与焊接操作之间的中间时段中，如果对部件进行储存和/或处理，外来物体可能接触、摩擦或粘着在柔软的焊糊中。除了由于外来材料粘着于焊糊所引起的问题之外，焊糊也可能粘着外来物体并粘附在其表面上。这种类型的接触减少了最初的焊糊沉积物，并且在极端情况下，最初沉积物可能显著减少或甚至被完全从目标表面移除。此外，焊糊可能不慎转移到某些表面，在这些表面上，焊糊或焊料合金对部件有害。在任何情况下，焊糊在接近室温下呈糊状、可流动的性质限制了沉积后操作，并可能增加制造成本。尽管将焊糊冷藏可以提高焊糊的储存期限，但它不能使焊糊在这些温度变得不成糊状。换句话说，冷焊糊可能具有上面提到的所有不慎转移问题。加上上面提到的成本考虑，冷藏一般来说不是保存沉积的焊糊的解决方案。一种部分地解决了运输和处理问题的解决方案包括将分配的焊糊立即复流，随后施加焊剂以保护复流的焊料合金。在最初复流期间，将焊糊在预定的沉积位置处熔化。在清理后，通过重新加热沉积的、熔化的焊料合金，使焊料合金变平，然后将其冷却。向变平的焊料施加外部焊剂涂层以防止焊料氧化，并促进随后的焊料复流。然后可以将用焊剂覆盖的、复流后的焊料合金运输或储存，以备随后使用。然而，正如所指出的，这种工艺需要将部件至少另外加热一次，这可能是适得其反的，因为在电子组件的情况下，部件本身可能是温度敏感的。额外的加热周期可能增加元件故障数。此外，焊剂仍然是发粘的，因此将脱模片附着于焊剂以防止污染。因此，对解决上述问题的焊剂和焊接材料存在着需求。例如，所需要的是在室温下或接近室温下以及在高于这些温度的温度、包括正常制造、储存和运输温度不是糊状的焊剂和/或焊接材料。此外，所需要的是可以在沉积之前加热、在沉积温度不降解、以及可以被冷却并重新加热而不降解的焊剂和焊接材料。
技术实现思路
为了达到这些目的，在本专利技术的一个实施方案中，焊接用焊剂包含第一组分和选自溶剂、增稠剂和/或金属氧化物减少剂的一种或多种第二组分。所述焊剂具有这样的温度曲线，即其中焊剂在等于和低于最大储存温度的温度处于不可流动的无活性状态，所述最大储存温度高于约27℃，在活化温度处于液体活性状态，以及在高于最大储存温度并低于活化温度的沉积温度范围内处于可流动的无活性状态。在一个实施方案中，焊接材料包含分散在焊剂中的焊料粒子。焊料粒子在活化温度或高于活化温度下处于液体状态。在另一个实施方案中，制造焊接材料的方法包括将焊剂加热至在沉积温度范围内或高于沉积温度范围并低于活化温度的温度。所述方法还包括将焊料粒子分散在整个加热的焊剂中形成焊料/焊剂混合物，以及将焊料/焊剂混合物冷却至等于或低于最大储存温度的温度，由此使焊料/焊剂混合物处于不可流动的无活性状态。在本专利技术的另一个实施方案中，分配焊接材料的方法包括将焊接材料加热至在沉积温度范围内或高于沉积温度范围并低于活化温度的温度。所述方法还包括，当焊接材料在沉积温度范围内或高于沉积温度范围并低于活化温度时，将加热的焊接材料分配到基材上，以及将焊接材料冷却至等于或低于最大储存温度的温度，由此使焊接材料处于不可流动的无活性状态。在另一个实施方案中，使用焊接材料进行焊接的方法包括将焊接材料加热至在沉积温度范围内或高于沉积温度范围并低于活化温度的温度。所述方法还包括，当焊接材料在沉积温度范围内或高于沉积温度范围并低于活化温度时，将加热的焊接材料分配到工件上。所述方法还包括将焊接材料加热至活化温度或高于活化温度，由此使焊剂从工件的表面除去氧化物；将焊接材料加热至焊料粒子的熔化温度以使焊料粒子熔化并同时与工件的表面相接触；以及将熔化的焊料冷却。在另一个实施方案中，使用焊接材料进行焊接的方法包括将焊接材料从等于或低于最大储存温度的温度加热至焊料粒子的熔化温度以使焊料粒子熔化。所述焊接材料位于第一工件与第二工件之间并与每个工件相接触。所述方法还包括将熔化的焊料冷却，由此在第一工件与第二工件之间形成连接部。附图说明整合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图，说明了本专利技术的实施方案，并与下面给出的详细描述一起用于解释本专利技术的各个方面。图1是温度-粘度/硬度图，描绘了本专利技术的4个示例性实施方案的4个温度曲线；并且图2是本专利技术的一个实施方案的示例性焊剂的示例性差示扫描量热术（DSC）图。详细描述本专利技术提供了在焊接过程中使用的焊剂。在一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
焊接用焊剂，其包含第一组分和选自溶剂、增稠剂和/或金属氧化物减少剂的一种或多种第二组分，其中焊剂具有这样的温度曲线，即其中焊剂在等于和低于最大储存温度的温度处于不可流动的无活性状态，所述最大储存温度高于约27℃，在活化温度处于液体活性状态，以及在高于最大储存温度并低于活化温度的沉积温度范围内处于可流动的无活性状态。

【技术特征摘要】
2011.08.10 US 13/207,2141.焊接材料，其包含：焊料粒子分散在焊剂中的焊料/焊剂混合物，其中所述焊料/焊剂混合物冷却到处于或低于最大储存温度的温度时是不可流动的无活性状态；所述焊剂包括第一组分和一种或多种第二组份，所述第一组分包含聚丙二醇，所述第二组份选自：溶剂、增稠剂和金属氧化物减少剂，其中所述焊剂包含25重量％到40重量％的聚丙二醇；所述焊剂具有这样的温度曲线，即其中焊剂在等于和低于最大储存温度的温度处于不可流动的无活性状态，在活化温度处于液体活性状态，以及在高于最大储存温度并低于活化温度的沉积温度范围内处于可流动的无活性状态，所述最大储存温度为40℃，以及所述活化温度为120℃或更高，所述焊料粒子在活化温度或高于活化温度处于液体状态。2.根据权利要求1的焊接材料，其中不可流动的无活性状态是固体状态。3.根据权利要求1的焊接材料，其中沉积温度范围包括在45℃至100℃范围内的温度。4.根据权利要求1的焊接材料，其中沉积温度范围包括在75℃至105℃范围内的温度。5.根据权利要求1的焊接材料，其中沉积温度范围包括在45℃至60℃范围内的温度。6.根据权利要求1的焊接材料，其中第一组分进一步包含树脂或蜡，或其组合。7.根据权利要求1的焊接材料，其中第一组分进一步包含松香。8.制造权利要求1的焊接材料的方法，其包括：将焊剂加热至在沉积温度范围内的温度；将焊料粒子分散在整个加热的焊剂中形成焊料/焊剂混合物；将焊料/焊剂混合物冷却到处于或低于最大储存温度的温度，由此使焊料/焊剂混合物是不可流动的无活性状态。9.分配权利要求1的焊接材料的方法，其包括：将焊接材料加热至在沉积温度范围内的温度；当焊接材料在沉积温度范围内时，将加热的焊接材料分配到基材上；以及将焊接材料冷却至等于或低于最大储存温度的温度，由此使焊接材料处...

【专利技术属性】
技术研发人员：小约翰·A·维瓦里，
申请(专利权)人：诺信公司，
类型：发明
国别省市：