[發明專利]一種抑制鉛揮發污染環境的含鉛釬料

有效

• 申請號: 200810069745.8
• 申請日: 2008-05-27
• 公開（公告）號: CN101279406A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 杜長華;石曉輝;陳方;甘貴生;杜云飛
• 申請（專利權）人: 重慶工學院
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及電子行業使用的抑制鉛在高溫下揮發污染環境的含鉛釬料。

背景技術

長期以來，含鉛釬料以其低廉的成本和優異的性能被廣泛用作電子釬焊材料。由于鉛對環境有污染，自20世紀90年代世界開始了電子釬料無鉛化的研究，但迄今為止，始終沒有找到一種綜合性能與Sn-Pb釬料媲美的無鉛釬料，也沒有找到替代Pb的全面的解決方案。在許多電子設備中，因無鉛釬料的可靠性得不到保證而難以真正實現無鉛化。因此，未來電子釬料將形成含鉛和無鉛并存的格局。

含鉛釬料對環境的污染途徑之一，是由于鉛的沸點較低(1751℃)，在高溫下會產生鉛的揮發而污染空氣，嚴重危害人的身體健康，甚至造成操作人員中鉛毒。為了改善車間環境，目前普遍采用的方法一是應用無鉛釬料，二是在釬焊工位的上部設集氣罩抽風。前者雖然可從根本上消除鉛的污染，但使用的無鉛釬料存在著熔點高，釬焊性能差，需要使用高活性釬劑而造成二次污染，以及價格高、浪費大等缺陷；后者雖然可以改善電子產品生產車間的空氣質量，避免操作人員中鉛毒，但對大氣會造成嚴重污染。怎樣才能既提高釬焊連接質量，又避免釬焊過程中的污染，國內外至今仍沒有一個兩全其美的解決辦法。關于其他領域防止鉛揮發的報道，例如中國專利ZL90107046報道了一種鉛液表面覆蓋劑，該方法采用多種氧化物的混合物覆蓋在鉛液表面上來抑制鉛蒸氣的逸出，使空氣中的鉛煙濃度降低。這種覆蓋劑主要用于鋼絲的鉛浴淬火處理，而不適合電子釬焊使用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種在高溫下自身鉛蒸氣壓極低的使用方便的環保型的含鉛釬料。

本發明提出的抑制高溫下鉛揮發的含鉛釬料由以下質量百分比的組分組成：Ag0～4.0wt％，Sb0～3.0wt％，和Ni、Al、Bi、Ga、In、P、Ti中之一種或多種，每種元素的量為0.0001％-0.2％，余量為Sn和Pb。該釬料進一步的特征在于，在所述釬料中Ni、Al、Bi、Ga、In、P、Ti等元素的總量至多不超過0.3wt％。

釬料中Ni、Al、Bi、Ga、In、P、Ti等元素的選擇有以下幾種較好的組合：

一是選擇：Ni?0.005-0.2％、P0.001-0.1％進行組合，可以達到在釬焊中難以檢測到鉛的揮發的效果。

二是選擇：Ni?0.005-0.2％、P0.001-0.1％和Ti0.0001-0.005％進行組合，可以達到在釬焊中難以檢測到鉛的揮發的效果。

三是選擇：Ni?0.005-0.2％、P0.001-0.1％和Ga?0.0001-0.005％進行組合，可以達到在釬焊中難以檢測到鉛的揮發的效果。

四是選擇：Al?0.005-0.2％、Ni?0.001-0.01％和Ga?0.0001-0.005％組合，可以達到在釬焊中難以檢測到鉛的揮發的效果。

五是選擇：Al?0.005-0.2％、Bi?0.001-0.2％和In?0.0001-0.005％組合，可以使鉛的揮發量顯著下降。

六是只選擇Ni?0.005-0.2％，可以使鉛揮發量顯著降低或難以檢測到鉛的揮發。

七是只選擇Al?0.005-0.2％，可以使鉛的揮發量顯著下降。

本發明設計的釬料之所以可以抑制高溫下鉛的揮發，是因為其在熔化以后能自發生成一層表面改性膜。因為該釬料將微量Ni、Al、Bi、Ga、In、P、Ti等表面改性元素均勻分散在釬料合金中，當釬料熔化以后，根據吉布斯吸附方程：

Γ=-CRT(dσdc)T]]>

其中：Γ表示吸附量，C表示濃度，R是氣體常數，T是熱力學溫度，(dσ/dT)_T表示在恒溫下表面張力隨濃度的變化率。

當(dσ/dc)_T＜0時，Γ＞0，此時為正吸附。即原來均勻分散在內部的微量表面改性元素將自動向表面運動，使表面濃度大于內部濃度，并在表面形成致密的改性膜。

在液態釬料表面上，鉛的蒸氣壓可以表示為