CN101011784A

CN101011784A - 一种无铅合金焊锡膏及其制备方法

Info

Publication number: CN101011784A
Application number: CN 200710063608
Authority: CN
Inventors: 王家君; 史启媛
Original assignee: BEIJING LANJING INNOVATE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Suzhou Gaiyiya Biological Pharmaceutical Co., Ltd.
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: CN100488704C

Abstract

本发明提供一种无铅合金焊锡膏及其制备方法，包括助焊剂和分布于该助焊剂中的无铅焊锡合金粉体，其特征在于：所述助焊剂由有机溶质和有机溶剂组成，所述有机溶质包含：高分子PVP，高分子PEG和/或PVA，松香酸或改性松香，脂肪酸单甘油酯，以及脂肪酸山梨醇酯；所述有机溶剂选自下列物质的一种或多种的组合：无水乙醇，乙二醇，环乙烷，一缩乙二醇，二缩乙二醇。该无铅合金焊锡膏具有较宽的结晶温区变化范围，在对印刷电路板施焊时可调温度范围为203℃－219℃，从而适合于不同的电子线路板的施焊温度要求，给加工生产带来便利。该无铅合金焊锡膏可广泛用于电子通讯、航天航空、汽车、机车等领域的电子组装、封装。

Description

一种无铅合金焊锡膏及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子元器件组装的焊接材料，特别是一种无铅合金焊锡膏及其制备方法，适用于电子通讯、航空航天、汽车、机车等领域的电子组装与封装。

背景技术

欧盟RoHS指令规定，要求输往欧洲的电子产品与组件均需对铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr⁶⁺)、2种溴化防燃剂包括多溴联苯(PBBs)、多溴二苯醚(PBDEs)等有害物质的原料加以严格限制。这项规定涉及10大类、近20万种产品品项，几乎涵盖所有电子信息产品。中国是全球制造业大国，也是产品出口大国，出口电子产品总量的70％以上涉及到RoHS指令，因此形势十分严峻，采用无铅合金焊锡膏对电子产品进行组装与封装已经当务之急。在现有技术中，经过检索，一项发明专利申请CN1569383A，已经披露了以SnAgCu为主体、添加少量Bi、Ni制成的无铅焊锡粉，也就是无铅焊锡合金粉体。但是，在制备焊锡膏的助焊剂即有机膏体方面，基本都是国外技术。由于熔点不同，在焊接电子产品的生产工艺方面，采用无铅焊料与采用含铅系列具有一定差别，其预热温度的升高、预热区间的增长、焊接时间的增长、焊后快速冷却以及氮气保护系统等要求，必须更改生产线的工艺参数。因此，给正常的加工生产带来不便。

目前所采用的助焊剂主要由改性松香酸酯树脂、改性蓖麻油、缩多元醇醚或酯、以及少量的长链二元酸构成，对于焊锡粉为SnAgCu、SnAg等无铅焊锡膏而言，液相线比SnPb焊料高出34～40℃，预热温度的升高、预热区间的增长、焊接时间的增长，助焊剂无法保持原有的印刷形貌，导致印刷点或线坍塌，导致焊点扩散。

特别要指出的是，现有技术中的无铅合金焊锡膏往往只有很窄的结晶温区变化范围，例如通常为217℃-219℃，导致其可调施焊温度范围很窄，因而只适合于特定的电子线路板。本发明人认为，如果能够研制出一种可调施焊温度范围较宽的无铅合金焊锡膏，则可以适合于不同的电子线路板的施焊温度要求，从而给加工生产带来便利。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种无铅合金焊锡膏及其制备方法，该无铅合金焊锡膏具有较宽的结晶温区变化范围，在对电子印刷线路板施焊时可调温度范围为203℃-219℃，从而适合于不同的电子线路板的施焊温度要求，给加工生产带来便利。该无铅合金焊锡膏可广泛用于电子通讯、航天航空、汽车、机车等领域的电子组装、封装。

本发明的技术构思为，利用超细球型粉末的制备技术制备锡、银、铜合金粉体，添加高性能的助焊剂调合成高端的无铅焊锡膏，用于电子组装、封装。

本发明的技术方案如下：

无铅合金焊锡膏，包括助焊剂和分布于该助焊剂中的无铅焊锡合金粉体，其特征在于：所述助焊剂由有机溶质和有机溶剂组成，所述有机溶质包含：高分子PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，高分子PEG(聚乙烯醇)和PVA(聚乙烯醇)，松香酸或改性松香，脂肪酸单甘油酯，以及脂肪酸山梨醇酯；所述有机溶剂选自下列物质的一种或多种的组合：无水乙醇，乙二醇，环乙烷，一缩乙二醇，二缩乙二醇。

所述助焊剂中各组分的重量百分含量为：高分子PVP为5-10％，高分子PEG和PVA为5-10％，松香酸或改性松香为20-50％，脂肪酸单甘油酯为5-10％，脂肪酸山梨醇酯为2-5％，余量为有机溶剂。

所述无铅焊锡合金粉体为SnAgCu球形金属合金粉末。

所述SnAgCu球形金属合金的组分含量重量比为Sn∶Ag∶Cu＝96.5∶3∶0.5，允许变动范围为0.5％。

所述SnAgCu球形金属合金粉末的球形率≥95％。

所述SnAgCu球形金属合金粉末的粒径在25μm至45μm之间。

所述PVP的平均分子量≤3000。

所述的PEG、PVA的平均分子量均≤1200。

所述无铅焊锡合金粉体与助焊剂的重量比为：无铅焊锡合金粉体∶助焊剂＝87～90∶13～10。

无铅合金焊锡膏的制备方法，其特征在于包括：利用离心雾化技术制备出球形的无铅焊锡合金粉体，将该无铅焊锡合金粉体混匀在助焊剂中，所述助焊剂通过以下步骤制备：将松香酸或改性松香与有机溶剂混合，加热回流至松香酸或改性松香完全溶解；然后加入PVP，以及PEG和/或PVA，继续加热回流成为均匀溶液；在搅拌条件下，加入脂肪酸单甘油酯和脂肪酸山梨酸酯，搅拌均匀，达到一定粘度。

本发明的技术效果如下：

由于本创新发明的无铅合金焊锡膏具有优异的润湿性及焊接性、导电性、力学性能、温区变化范围宽(可在温差203℃至219℃之间调节)、成本低等特点，改善焊接“立碑”现象，尤其具备了对焊接材料表面形成自然保护层的特性。本创新发明制约了现有技术未来升级的可能，将在电子行业起到积极的作用。

附图说明

图1为使用本发明无铅合金焊锡膏所建议的施焊作业程序示意图；图中横坐标为时间秒，纵坐标为温度℃，图中自下而上的4个线段依次为：升温速度1-3℃/秒，升温速度0.5-1.5℃/秒，升温速度2-3℃/秒，峰值230℃保持30秒。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

无铅合金焊锡膏的制备技术及方法，其特征在于：利用离心雾化技术制备型貌可控、粒度分布均匀、颗粒分布窄的合金粉体作为无铅焊锡膏的主材料；以高分子PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PEG(聚乙二醇)、PVA(聚乙烯醇)、松香(酸)/改性松香、及有机助剂脂肪酸单甘油酯、脂肪酸山梨醇脂，无水乙醇、乙二醇、环乙烷、一缩乙二醇、二缩乙二醇等溶剂组合成为助焊剂，实现无铅合金焊锡膏的复合与制备。

所述的合金粉，与助焊剂的质量比为：合金粉∶助焊剂＝87～90∶10～13；所述的主材料合金粉为锡/银/铜合金粉末；合金粉的组成比例为锡96.5、银3、铜0.5；合金粉的粒径在25μm至45μm之间的；合金粉末球形率≥95％；在所述的助焊剂中：所述的PVP的量为5-10％；平均分子量≤3000。所述的PEG、PVA总量为5-10％；平均分子量均≤1200，至少含有PEG、PVA的一种；所述脂肪酸单甘油酯量为5-10％；所述松香(酸)/改性松香量为20-50％；

所述脂肪酸山梨醇酯量为2-5％。余量为溶剂，至少是无水乙醇、乙二醇、环乙烷、一缩乙二醇、二缩乙二醇的一种。

实施例1：

A：助焊剂配方：

PVP(平均分子量为1200)8.0％；PEG(平均分子量为800)6.0％；脂肪酸单甘油酯8.5％；脂肪酸山梨醇酯2.5％；松香(一级，即松香酸/改性松香)40.0％；二缩乙二醇15.0％；环乙烷20.0％。

先将松香与环乙烷、二缩乙二醇按比例混合，加热回流至松香完全溶解，然后加入PVP和PEG，继续加热回流成为均匀溶液，在搅拌条件下，加入脂肪酸单甘油酯和脂肪酸山梨酸酯，搅拌均匀，其粘度为6500mps。

B、焊锡膏制备

将助焊剂与平均粒径为32μm的Sn96.5Ag3.0Cu0.5的球形合金粉按照质量比为：

合金粉∶助焊剂＝88∶12，进行混合、搅拌均匀；

以500克为一瓶单独包装，密封、低温(4～8℃)保存。经SGS检测符合欧盟RoHS指令规定。

实施例2：

A：助焊剂配方：

PVP(平均分子量为2200)6.0％；PEG(平均分子量为1000)8.0％；脂肪酸单甘油酯6.5％；脂肪酸山梨醇酯4.5％；松香(一级，即松香酸/改性松香)35.0％；二缩乙二醇20.0％；环乙烷20.0％。

先将松香与环乙烷、二缩乙二醇按比例混合，加热回流至松香完全溶解，然后加入PVP和PEG，继续加热回流成为均匀溶液，在搅拌条件下，加入脂肪酸单甘油酯和脂肪酸山梨酸酯，搅拌均匀即可。

B、焊锡膏制备

将助焊剂与平均粒径为35μm的Sn96.5Ag3.0Cu0.5的球形合金粉按照质量比为：

合金粉∶助焊剂＝88∶12，进行混合、搅拌均匀；

以500克为一瓶单独包装，密封、低温(4～8℃)保存。

实施例3：

A：助焊剂配方：

PVP(平均分子量为1000)9.0％；PEG(平均分子量为1200)5.0％；脂肪酸单甘油酯10％；脂肪酸山梨醇酯5％；松香(一级，即松香酸/改性松香)25.0％；余量为溶剂，至少是无水乙醇、乙二醇、环乙烷、一缩乙二醇、二缩乙二醇的一种。

B、焊锡膏制备

将助焊剂与平均粒径为30μm的Sn96.5Ag3.0Cu0.5的球形合金粉按照质量比为：

合金粉∶助焊剂＝88∶12，进行混合、搅拌均匀；

以500克为一瓶单独包装，密封、低温(4～8℃)保存。

实验例：

建议本发明无铅合金焊锡膏的作业程序，如图1所示，图中横坐标为时间秒，纵坐标为温度℃，图中自下而上的4个线段依次为：升温速度1-3℃/秒，升温速度0.5-1.5℃/秒，升温速度2-3℃/秒，峰值230℃保持30秒。事实表明本发明能够满足电子线路板施焊加工生产的要求。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本创新发明，但不以任何方式限制本创新发明。说明书中明确叙述了本创新发明成份分析，达到这些成份标准是和本创新发明的技术路线分不开的。因此，尽管本说明书参照实施例对本创新发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对创新发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本创新发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本创新发明专利的保护范围当中。

Claims

1.无铅合金焊锡膏，包括助焊剂和分布于该助焊剂中的无铅焊锡合金粉体，其特征在于：所述助焊剂由有机溶质和有机溶剂组成，所述有机溶质包含：高分子PVP，高分子PEG和/或PVA，松香酸或改性松香，脂肪酸单甘油酯，以及脂肪酸山梨醇酯；所述有机溶剂选自下列物质的一种或多种的组合：无水乙醇，乙二醇，环乙烷，一缩乙二醇，二缩乙二醇。

2.根据权利要求1所述的无铅合金焊锡膏，其特征在于：所述助焊剂中各组分的重量百分含量为：高分子PVP为5-10％，高分子PEG和/或PVA为5-10％，松香酸或改性松香为20-50％，脂肪酸单甘油酯为5-10％，脂肪酸山梨醇酯为2-5％，余量为有机溶剂。

3.根据权利要求1所述的无铅合金焊锡膏，其特征在于：所述无铅焊锡合金粉体为SnAgCu球形金属合金粉末。

4.根据权利要求3所述的无铅合金焊锡膏，其特征在于：所述SnAgCu球形金属合金的组分含量重量比为Sn∶Ag∶Cu＝96.5∶3∶0.5，允许变动范围为0.5％。

5.根据权利要求3所述的无铅合金焊锡膏，其特征在于：所述SnAgCu球形金属合金粉末的球形率≥95％。

6.根据权利要求3所述的无铅合金焊锡膏，其特征在于：所述SnAgCu球形金属合金粉末的粒径在25μm至45μm之间。

7.根据权利要求1所述的无铅合金焊锡膏，其特征在于：所述PVP的平均分子量≤3000。

8.根据权利要求1所述的无铅合金焊锡膏，其特征在于：所述的PEG、PVA的平均分子量均≤1200。

9.根据权利要求1所述的无铅合金焊锡膏，其特征在于：所述无铅焊锡合金粉体与助焊剂的重量比为：无铅焊锡合金粉体∶助焊剂＝87～90∶13～10。

10.无铅合金焊锡膏的制备方法，其特征在于包括：利用离心雾化技术制备出球形的无铅焊锡合金粉体，将该无铅焊锡合金粉体混匀在助焊剂中，所述助焊剂通过以下步骤制备：将松香酸或改性松香与有机溶剂混合，加热回流至松香酸或改性松香完全溶解；然后加入PVP，以及PEG和/或PVA，继续加热回流成为均匀溶液；在搅拌条件下，加入脂肪酸单甘油酯和脂肪酸山梨酸酯，搅拌均匀，达到一定粘度。