連接至鋁的制作方法
【專利說明】連接至鋁
[0001] 本發(fā)明涉及改善的焊劑(solder flux)，尤其是用于焊接至錯的焊劑。本發(fā)明還涉 及使用助焊劑(flux)和常規(guī)的焊料(solder)使鋁表面能焊接的方法。
[0002] 通常，通過使用助焊劑推動焊接過程。對于成功的焊接接縫（solder joint)的一 種障礙物是在接縫部位處的雜質(zhì)，例如，塵垢、油或氧化物?？梢酝ㄟ^機(jī)械清潔或通過化學(xué) 方法除去雜質(zhì)，但是熔融填料金屬(焊料)所需要的升高溫度促使工件（以及焊料)再氧化。 隨著焊接溫度升高使這種影響加速并且可以完全防止焊料連接至工件。
[0003] 對于部分工業(yè)參與者而言在很寬的工業(yè)和最終應(yīng)用的范圍內(nèi)降低組裝件的重量 和成本，如包括使用在機(jī)動車、LED組裝件和PV模塊中的那些的電子電路和線束，存在強(qiáng)烈 的期望。特別地，存在期望以除去目前在印刷電路板中使用的銅層并且用鋁將其替代。進(jìn)一 步地，為了達(dá)到減輕重量和節(jié)省成本，用焊料涂覆鋁替代典型的焊料涂覆銅帶將是有利的。
[0004] 然而，直接焊接至鋁造成顯著的技術(shù)挑戰(zhàn)。特別地，極其難以破壞表面上的氧化層 以產(chǎn)生直接連接至鋁金屬。鋁是非常易于被氧化而生成非常頑強(qiáng)的氧化層，這在暴露至空 氣后趨向于立即重新組成。
[0005] 通過沉積/電鍍至鋁上或通過生成導(dǎo)致能焊接表面的中間層可以完成焊接至鋁。 其他方法包括使用非常強(qiáng)的助焊劑(aggressive flux)以除去與高反應(yīng)性的焊料如SnZnAl 結(jié)合的氧化層。直接連接至鋁還可以包括使用在高溫下執(zhí)行的釬焊合金。這種方法與電子 組裝件不相容。最近嘗試了開發(fā)焊膏（solder paste)以直接焊接至鋁，包括在很高的溫度 (>280°C)下的回流工藝，這再次是不能被電子組件和基板所容忍的。因此，對于能夠簡單地 焊接至鋁而不需要中間層或者強(qiáng)焊料(aggressive solder)并且可以用于與電子組裝件相 容的焊接過程的焊劑存在需要。
[0006] 本發(fā)明致力于解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的至少一些問題或至少向其提供商業(yè)上可接 受的替代解決方案。
[0007] 本發(fā)明提供了包含一種或多種胺的助焊劑。
[0008] 正如本文所定義的每個(gè)方面或?qū)嵤┓绞?，除非明確指出相反，否則可以與任何一 個(gè)或多個(gè)其它方面或?qū)嵤┓绞浇M合。具體而言，指出是優(yōu)選的或有利的任何特征都可以與 指出為優(yōu)選的或有利的任何其它特征相組合。
[0009] 在本文中使用的術(shù)語"助焊劑"包括用于在焊接之前從工件除去雜質(zhì)，例如，塵垢、 油或氧化物的物種。
[0010] 在本文中使用的術(shù)語"鋁工件"包括在它們的表面具有鋁和/或鋁合金的工件。
[0011] 發(fā)明人已經(jīng)出乎意料地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的助焊劑能夠使得焊接至鋁工件。
[0012] 在使用中，將助焊劑與待焊接的鋁工件的表面接觸。在焊接之前可以將助焊劑與 該表面接觸，通常通過沉浸工件于助焊劑中?？商娲?，可以將助焊劑與表面連同焊料接 觸。例如，可以將表面與包含助焊劑和焊料顆粒的膏接觸。在這種情況下，在隨后的加熱步 驟引起焊料顆粒形成焊接接縫之前，助焊劑將從工件的表面除去氧化鋁。
[0013] 在不被理論限制的情況下，應(yīng)該考慮，一種或多種胺的存在可以用來溶解鋁工件 上的氧化鋁。因此，隨后的焊接步驟可以導(dǎo)致牢固的焊接接縫的形成。
[0014] 與除去鋁工件表面上的氧化鋁一樣，助焊劑還可以抑制隨后的表面再氧化。在助 焊劑與鋁工件的表面接觸之后的一段時(shí)間進(jìn)行焊接步驟時(shí)，這可以是特別有利的。此外，這 可以使得能夠使用包含可以另外引起鋁的再氧化或腐蝕的物種的焊膏。一種或多種胺還可 以作為在助焊劑中的表面活性劑有利地起作用。
[0015] -種或多種胺可以有利地表現(xiàn)出高的熱穩(wěn)定性。因此，助焊劑可以與寬范圍的焊 料在高溫下使用。
[0016] 助焊劑有利地是水溶性的，意味著在鋁表面上形成的任何殘留物在已經(jīng)與助焊劑 接觸之后可以通過洗滌被除去。這種步驟消除了與腐蝕和可靠性有關(guān)的任何潛在的擔(dān)憂。
[0017] 胺類優(yōu)選地包含乙醇胺和/或乙氧基化胺。這類胺類(例如乙氧基化動物脂胺類和 乙氧基化多胺)在活化鋁基板的表面上可以是特別有效的，即它們可以特別有效地溶解氧 化鋁，并且也可以表現(xiàn)出特別高的熱穩(wěn)定性。這類胺類也可以作為特別有效的表面活性劑 起作用。
[0018] 一種或多種胺優(yōu)選地選自：單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氨乙基乙醇胺、乙氧基 化動物脂胺(ethoxylated tallow amine)、和乙氧基化多胺。這類胺類在溶解錯工件表面 的氧化鋁是特別有效的。
[0019] 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，助焊劑包含：
[0020] 從按重量計(jì)10至45%的單乙醇胺，和/或 [0021]從按重量計(jì)15至30%的三乙醇胺，和/或 [0022]從按重量計(jì)10至35 %的氨乙基乙醇胺，和/或 [0023]從按重量計(jì)5至36 %的乙氧基化動物脂胺，和/或 [0024]從按重量計(jì)1至10%的乙氧基化多胺。
[0025] 在列舉范圍內(nèi)胺的這樣的組合可以導(dǎo)致表現(xiàn)出特別高的熱穩(wěn)定性以及氧化鋁溶 解的助焊劑。助焊劑在抑制隨后的處理表面的再氧化和/或腐蝕上也可以是特別有效的。
[0026] 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，助焊劑包含：
[0027] 從10至40wt. %的單乙醇胺；
[0028] 從15至30wt·%的三乙醇胺；
[0029] 從10至35wt · %的氨乙基乙醇胺；
[0030]從5至20wt. %的乙氧基化動物脂胺；以及 [0031] 可選的從1至10wt.%的乙氧基化多胺。
[0032]在列舉范圍內(nèi)的胺的這樣的組合可以導(dǎo)致表現(xiàn)出特別高的熱穩(wěn)定性以及氧化鋁 溶解的助焊劑。助焊劑在抑制隨后的處理表面的再氧化和/或腐蝕上也可以是特別有效的。 [0033] 助焊劑優(yōu)選地進(jìn)一步地包含活化劑(催化劑，activator)。活化劑可以用來幫助溶 解來自鋁工件表面的氧化鋁。
[0034] 活化劑優(yōu)選地選自氯化鋅、氯化鋁和氟硼酸中的一種或多種。這樣的物種在除去 氧化鋁方面特別地有效。
[0035] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，助焊劑包含:從按重量計(jì)1至5%的氯化鋁，和/或從按 重量計(jì)5至15%的氯化鋅，和/或從按重量計(jì)5至15%的氟硼酸。
[0036]助焊劑可以有利地進(jìn)一步地包含表面活性劑，優(yōu)選地選自辛基苯酚乙氧基化物和 壬基苯酚乙氧基化物。
[0037] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，助焊劑包含：
[0038] 從10至40wt. %的單乙醇胺；
[0039] 從15至30wt·%的三乙醇胺；
[0040] 從10至35wt. %的氨乙基乙醇胺；
[00411從5至20wt. %的乙氧基化動物脂胺；
[0042]從 1 至5wt·% 的水；
[0043] 從1至5wt. %的氯化銨；
[0044] 從5至15wt. %的氯化鋅；
[0045] 從5至15wt·%的氟硼酸，50%;
[0046] 從1至5wt · %的氟硼酸錫（tin f luoroborate);以及從1至5wt · %的壬基和/或辛 基苯酚乙氧基化物(總量的）。
[0047] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，助焊劑包含：
[0048] 從10至40wt.%的單乙醇胺；
[0049] 從15至30wt·%的三乙醇胺；
[0050] 從10至35wt. %的氨乙基乙醇胺；
[00511從5至20wt. %的乙氧基化動物脂胺；
[0052]從 1 至5wt·% 的水；
[0053] 從1至5wt·%的氯化銨；
[0054] 從5至15wt. %的氯化鋅；
[0055] 從5至15wt·%的氟硼酸，50%;
[0056]從1至5wt.%的氟硼酸錫；以及 [0057] 從1至10wt.%的乙氧基化多胺。
[0058]這些優(yōu)選的實(shí)施方式的助焊劑表現(xiàn)出特別有利的鋁溶解和高溫穩(wěn)定性，并且特別 適合于使得鋁工件處于使用錫類焊料的隨后的焊接的條件。
[0059] 助焊劑可以用于制造印刷電路板、LED或光伏模塊(photovoltaic module)。
[0060] 在進(jìn)一步的方面，本發(fā)明提供了包含在本文中所描述的助焊劑的焊膏。焊膏通常 還包含焊料顆粒?？梢允褂萌魏纬Ｒ?guī)的錫類焊料，例如鉛類焊料（例如Sn63Pb37、Sn62、 ?匕36482)或不含鉛的焊料（例如5他丨、5詘丨48、540305、低48 54(：、11111〇1〇伙51^8和511100)。 焊料顆粒優(yōu)選地包含錫、錫-銀合金、錫-銀-銅合金、錫-鉍合金和錫-銀-鉍合金中的一種或 多種。特別合適的焊料顆?？梢园环N或多種