[發(fā)明專利]一種能抑制鉛在高溫下?lián)]發(fā)的環(huán)保型含鉛釬料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010583064.0
• 申請日: 2008-05-27
• 公開（公告）號: CN102059474A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜長華;石曉輝;陳方;甘貴生;杜云飛
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

本發(fā)明為申請?zhí)枮?00810069745.8的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子行業(yè)使用的抑制鉛在高溫下?lián)]發(fā)污染環(huán)境的含鉛釬料。

背景技術(shù)

長期以來，含鉛釬料以其低廉的成本和優(yōu)異的性能被廣泛用作電子釬焊材料。由于鉛對環(huán)境有污染，自20世紀(jì)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(shè)備中，因無鉛釬料的可靠性得不到保證而難以真正實現(xiàn)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(huán)境的污染途徑之一，是由于鉛的沸點較低（1751℃），在高溫下會產(chǎn)生鉛的揮發(fā)而污染空氣，嚴(yán)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(huán)境，目前普遍采用的方法一是應(yīng)用無鉛釬料，二是在釬焊工位的上部設(shè)集氣罩抽風(fēng)。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(chǎn)品生產(chǎn)車間的空氣質(zhì)量，避免操作人員中鉛毒，但對大氣會造成嚴(yán)重污染。怎樣才能既提高釬焊連接質(zhì)量，又避免釬焊過程中的污染，國內(nèi)外至今仍沒有一個兩全其美的解決辦法。關(guān)于其他領(lǐng)域防止鉛揮發(fā)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)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(huán)保型的含鉛釬料。

本發(fā)明提出的抑制高溫下鉛揮發(fā)的含鉛釬料由以下質(zhì)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)量顯著下降。

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

七是只選擇Al?0.005-0.2%，可以使鉛的揮發(fā)量顯著下降。

本發(fā)明設(shè)計的釬料之所以可以抑制高溫下鉛的揮發(fā)，是因為其在熔化以后能自發(fā)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(dāng)釬料熔化以后，根據(jù)吉布斯吸附方程：

其中：Γ表示吸附量，C?表示濃度，R是氣體常數(shù)，T是熱力學(xué)溫度，

表示在恒溫下表面張力隨濃度的變化率。

當(dāng)＜0時，Γ＞0，此時為正吸附。即原來均勻分散在內(nèi)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(nèi)部濃度，并在表面形成致密的改性膜。

在液態(tài)釬料表面上，鉛的蒸氣壓可以表示為

在一定溫度下，純鉛的飽和蒸氣壓為定值。因此，在釬焊溫度下鉛蒸氣壓的大小主要取決于液態(tài)釬料表面膜中鉛的活度系數(shù)和摩爾分?jǐn)?shù)。當(dāng)熔融釬料中的改性元素被吸附到表面時，不僅能降低表面膜中鉛的摩爾分?jǐn)?shù)，而且能降低表面膜中鉛的活度系數(shù)。同時由于所形成的改性膜的致密性，能顯著降低鉛通過氧化膜的擴散速度，從而阻擋鉛原子向表面的轉(zhuǎn)移。故能顯著抑制高溫下液態(tài)釬料中鉛的暴露和揮發(fā)。