CN101391350A - 一种免清洗无铅焊锡丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种免清洗无铅焊锡丝及其制备方法，无铅焊锡丝由2～3％的助焊剂和97～98％的无铅焊料组成，其中，无铅焊料由Cu 0.5～0.7％、Ni0.03～0.05％、P 0.01～0.02％、Ga 0.005～0.01％及余量为Sn组成；免清洗助焊剂由有机酸活性剂1.0～4.0％、卤代物活性剂0.5～5.0％、耐热性树脂2.0～5.0％、助溶剂1.0～4.0％、高沸点溶剂2.0～5.0％及余量为改性松香组成，助溶剂为酯类化合物，高沸点溶剂为SAF－25、癸二酸二辛酯、苯甲酸苄酯、己二酸二辛酯中的一种或多种的混合溶剂。该焊锡丝在制备时，关键在于首先形成Sn与其它金属的合金，然后再依次加入锡中进行熔炼。本发明无铅焊锡丝耐热性好、无卤素，焊剂飞溅少、臭味少、焊剂残渣无腐蚀性、实用性强、焊后电绝缘性好、残留焊剂无裂纹发生、可靠性高。

Description

一种免清洗无铅焊锡丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种免清洗无铅焊锡丝及其制备方法。

背景技术

目前，无铅焊锡丝系由无铅焊料与免清洗助焊剂组成，采用冷压机将无铅焊料挤压成丝状时，使液态的免清洗助焊剂同步挤入无铅焊丝的空芯中，填充组成免清洗无铅焊锡丝，最后拉拔制成一定规格的无铅焊锡。

国内外无铅焊锡丝均存在焊剂飞溅大、卤化物多量添加、烟雾多，焊剂含卤，残留焊剂易发生裂纹，绝缘电阻低，腐蚀性大等问题。

申请号为200710035046.7的中国发明专利申请公开了一种无铅焊锡用无卤素免清洗助焊剂，其主要由有机酸类活化剂、非离子表面活性剂、有机胺类及其衍生物以及成膜物质如松香组成。该助焊剂可焊性较好，粒子残留量少，表面绝缘电阻高，但是该助焊剂仍存在耐热性差、臭味和飞溅大等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐热性好、无卤素，焊剂飞溅少、臭味少、焊剂残渣无腐蚀性、实用性强、焊后电绝缘性好、残留焊剂无裂纹发生、可靠性高的免清洗无铅焊锡丝。

本发明还要提供一种免清洗无铅焊锡丝的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种免清洗无铅焊锡丝，由无铅焊料与免清洗助焊剂组成，该无铅焊锡丝中，免清洗助焊剂的质量百分含量为2～3％。以无铅焊料的总重量计，无铅焊料由Cu 0.5～0.7％、Ni 0.03～0.05％、P 0.01～0.02％、Ga 0.005～0.01％及余量为Sn组成；以免清洗助焊剂的总重量计，免清洗助焊剂由有机酸活性剂1.0～4.0％、卤代物活性剂0.5～5.0％、耐热性树脂2.0～5.0％、助溶剂1.0～4.0％、高沸点溶剂2.0～5.0％及余量为改性松香组成，助溶剂为酯类化合物，高沸点溶剂为SAF-25、癸二酸二辛酯、苯甲酸苄酯、己二酸二辛酯中的一种或多种的混合溶剂。

作为本发明的优选方案，无铅焊料由Cu 0.5～0.7％、Ni 0.03～0.05％、P0.01～0.02％、Ga 0.005～0.01％及余量为Sn组成。

所述的卤代物活性剂优选为溴代物和氯代物的混合物。其中，氯代物为5-氯代水杨酸，溴代物为溴代十六烷基吡啶、二溴丁烯二醇及二溴丁二酸中的一种或多种的混合物。

耐热性树脂优选为12-羟基硬脂酸甲酯、氧化聚乙烯蜡中的一种或它们的混合物。助溶剂可以是乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯中的一种或多种的混合物。

本发明的另一种技术方案是：

一种上述免清洗无铅焊锡丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)、制备免清洗无铅焊料助焊剂；

(2)、制备无铅焊料：将Sn加温至550～600℃，待溶解后，首先加入事先配好的Sn-Ni合金，搅拌0.5～1.5h使Sn-Ni熔解，然后加入事先配好的Sn-Cu合金，搅拌0.5～1.5h使Sn-Cu合金溶解，降温至380～450℃，加入事先配好的Sn-P合金和Sn-Ga合金，搅拌使溶解，保温1～2h，降温至300～350℃，浇制成锭即为所述的无铅焊料；

(3)、采用冷压机将无铅焊料挤压成丝状，同时免清洗无铅焊料助焊剂加热熔融，其呈液态形式注入到无铅焊丝的空芯中，最好拉拔制成所需规格的无铅焊锡丝。

免清洗无铅焊料助焊剂的制备采用常规工艺制备，可以按如下步骤操作：

在带有搅拌与加热器的容器内加入配方量的改性松香，加热并搅拌使改性松香完全熔化，然后在130～150℃下加入配方量的高沸点溶剂，搅拌均匀后，加入配方量的有机酸活性剂、卤代物活性剂及助溶剂，搅拌均匀，最后加入配方量的耐热性树脂，直至搅拌均匀即得所述的免清洗无铅焊料助焊剂。

由于采取以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下技术效果：

1、本发明的无铅焊料主要成分为Sn和Cu，不含Ag，生产成本低；相比传统的Sn-Cu无铅焊料，本发明中添加有微量的Ni，解决了β Sn易与Cu元素形成Cu₆Sn₅相金属化合物，防止化合物品相随温度和时间的变化长大而影响焊料的物理性能，焊料的流动性提高，波峰焊、手工焊时的实用性好，焊点外表面结晶细致光亮、美观；另外，无铅焊料中还添加有P和Ga，其可提高无铅焊丝的抗氧化性，并可降低焊料与被焊接表面的自由能，进一步提高焊料的润湿性，同时促使焊料结晶细化，提高焊点的光亮度。

2、本发明的免清洗助焊剂优选耐热性树脂来提高焊剂的塑性以及绝缘电阻，以减少飞溅性，通过卤代物与有机酸相互配合来提高焊剂的持续活性及绝缘电阻，促进残留焊剂中的活性离子量完全达到电迁移及离子污染度的免清洗要求，满足离子当量浓度3μ gNaCl/cm²当量；另外，高沸点溶剂和酯类的助溶剂均带有水果香味，改善活性剂活化分解时释放胺臭味的目的，而采用卤代物加上有机酸替代传统的含有机胺的卤化物，实现了焊丝无卤的目的。

本发明焊锡丝表面绝缘电阻大于等于1×10¹¹Ω，电迁移大于等于1×10¹⁰Ω，离子污染度小于等于3μ gNaCl/cm²，扩展率大于等于80％，均满足并超出SJ/T11168-98免清洗焊接用焊锡丝(Sn/Pb)标准的性能指标要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但并不限于这些实施例。

实施例1：

按照本实施例的免清洗无铅焊锡丝由2.5％的助焊剂和97.5％的无铅焊料组成，其中：

无铅焊料由0.7％的Cu，0.03％的Ni，0.005％的Ga，0.01％的P以及余量为Sn组成，其中含量均为质量百分含量。

助焊剂由精制氢化松香82％、苯甲酸1.5％、己二酸1.0％、12-羟基硬脂酸甲酯4.0％、氧化聚乙烯蜡2.0％、5-氯代水杨酸1.5％、二溴丁烯二醇2.0％、乙酸丁酯3.0％及SAF-25 3.0％组成。

免清洗无铅焊锡丝的制备方法包括如下步骤：

(1)、制备助焊剂：在带有搅拌与加热器的容器内加入82g精制改性松香，加热并搅拌使精制改性松香完全熔化，然后在130℃下加入3g SAF-25，搅拌均匀后，加入1.5g苯甲酸、1g己二酸、1.5g 5-氯代水杨酸、2g二溴丁烯二醇及3g乙酸丁酯，搅拌均匀，最后加入4g 12-羟基硬脂酸甲酯及2g氧化聚乙烯蜡，直至搅拌均匀即得助焊剂。

(2)、制备无铅焊料：首先配制Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-P以及Sn-Ga中间合金；然后将配方量的Sn加入熔炼炉，升温至550℃，待Sn溶解后先加入配比量的Sn-Ni中间合金，溶解后搅拌40分钟后加入配比量的Sn-Cu中间合金，溶解后搅拌30分钟，将无铅焊料降温至400℃后，加入Sn-P、Sn-Ga中间合金，并搅拌和保温1小时，降温至350℃即可浇制成锭，备用。

(3)、采用冷压机将无铅焊料挤压成丝状，同时免清洗无铅焊料助焊剂加热熔融，其呈液态形式注入到无铅焊丝的空芯中，最好拉拔制成所需规格的无铅焊锡丝。本发明中拉制成丝径1mm。

实施例2：

无铅焊锡丝由2.5％的助焊剂和97.5％的无铅焊料组成。

无铅焊料的组成为：0.6％的Cu，0.04％的Ni，0.005％的Ga，0.01％的P以及余量为Sn。

助焊剂的组成为：精制氢化松香84.5％、己二酸2.5％、5-氯代水杨酸2.0％、二溴丁烯二醇2.0％、氧化聚乙烯蜡3.0％、丁酸乙酯3.0％及SAF-25 3.0％。

免清洗无铅焊锡丝的制备方法包括如下步骤：

(1)、制备助焊剂：在带有搅拌与加热器的容器内加入84.5g精制改性松香，加热并搅拌使精制改性松香完全熔化，然后在150℃下加入3g SAF-25，搅拌均匀后，加入2.5g己二酸、2g 5-氯代水杨酸、2g二溴丁烯二醇及3g乙酸丁酯，搅拌均匀，最后加入3g氧化聚乙烯蜡，直至搅拌均匀即得助焊剂。

(2)、制备无铅焊料：首先配制Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-P以及Sn-Ga中间合金；然后将配方量的Sn加入熔炼炉，升温至600℃，待Sn溶解后先加入配比量的Sn-Ni中间合金，溶解后搅拌30分钟后加入配比量的Sn-Cu中间合金，溶解后搅拌30分钟，将无铅焊料降温至400℃后，加入Sn-P、Sn-Ga中间合金，并搅拌和保温1小时，降温至350℃即可浇制成锭，备用。

(3)、同实施例1。

实施例3：

无铅焊锡丝由3％的助焊剂和97％的无铅焊料组成。

无铅焊料的组成为：0.5％的Cu，0.05％的Ni，0.01％的Ga，0.02％的P以及余量为Sn。

助焊剂的组成为：精制氢化松香85.5％、己甲酸1.5％、反丁烯二酸1.0％、5-氯代水杨酸2.0％、二溴丁烯二酸2.0％、氧化聚乙烯蜡3.0％、乙酸丁酯2％、SAF-25 3.0％。

制备方法与实施例2相同。

将上述实施例1～3所得免清洗无铅焊锡丝，依据SJ/T11273-2002标准进行测试，结果见表1。

表1  电子级免清洗无铅焊锡丝性能测试结果

 

无铅焊锡丝	卤素离子含量(％)	扩展率(％)	铜镜腐蚀	电迁移(Ω)	离子污染度(μgNaCl/cm2)
						实施例1	无	85	不穿透	>1×1011	<0.1
实施例2	无	85.5	不穿透	>1×1011	<0.1
						实施例3	无	86	不穿透	>1×1011	<0.1

从表1可以看出，实施例1～3的无铅焊锡丝不含卤素离子，焊后铜镜腐蚀不穿透，电迁移后绝缘电阻均大于>1×10¹¹Ω，远远超出ST/T11273-2002标准的要求。

另外，焊锡丝的扩展率均大于85％，无铅焊丝流动性增强；焊点不会出现桥连，焊丝的断变性能增强，可减薄焊料与PCBCu箔扩展层，有利于焊点寿命提高。另外，与常规的Sn-Cu系无铅焊丝相比，每公斤价格下降30元，产品成本大为减小。

Claims (9)

1、一种免清洗无铅焊锡丝，由无铅焊料与免清洗助焊剂组成，其特征在于：所述的无铅焊锡丝中，免清洗助焊剂的质量百分含量为2～3％，其中，

以无铅焊料的总重量计，无铅焊料由Cu 0.5～0.7％、Ni 0.03～0.05％、P0.01～0.02％、Ga 0.005～0.01％及余量为Sn组成；

以免清洗助焊剂的总重量计，免清洗助焊剂由有机酸活性剂1.0～4.0％、卤代物活性剂0.5～5.0％、耐热性树脂2.0～5.0％、助溶剂1.0～4.0％、高沸点溶剂2.0～5.0％及余量为改性松香组成，助溶剂为酯类化合物，所述的高沸点溶剂为SAF-25、癸二酸二辛酯、苯甲酸苄酯、己二酸二辛酯中的一种或多种的混合溶剂。

2、根据权利要求1所述的一种免清洗无铅焊锡丝，其特征在于：所述的无铅焊料由Cu 0.5～0.7％、Ni 0.03～0.05％、P 0.01～0.02％、Ga 0.005～0.01％及余量为Sn组成。

3、根据权利要求1所述的一种免清洗无铅焊锡丝，其特征在于：所述的卤代物活性剂为溴代物和氯代物的混合物。

4、根据权利要求3所述的一种免清洗无铅焊锡丝，其特征在于：所述的氯代物为5-氯代水杨酸，所述的溴代物为溴代十六烷基吡啶、二溴丁烯二醇及二溴丁二酸中的一种或多种的混合物。

5、根据权利要求1所述的一种免清洗无铅焊锡丝，其特征在于：所述的耐热性树脂为12-羟基硬脂酸甲酯、氧化聚乙烯蜡中的一种或它们的混合物。

6、一种权利要求1所述的免清洗无铅焊锡丝的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、制备免清洗无铅焊料助焊剂；

(2)、制备无铅焊料：将Sn加温至550～600℃，待溶解后，首先加入事先配好的Sn-Ni合金，搅拌0.5～1.5h使Sn-Ni熔解，然后加入事先配好的Sn-Cu合金，搅拌0.5～1.5h使Sn-Cu合金溶解，降温至380～450℃，加入事先配好的Sn-P合金和Sn-Ga合金，搅拌使溶解，保温1～2h，降温至300～350℃，浇制成锭即为所述的无铅焊料；

(3)、采用冷压机将无铅焊料挤压成丝状，同时免清洗无铅焊料助焊剂加热熔融，其呈液态形式注入到无铅焊丝的空芯中，最好拉拔制成所需规格的无铅焊锡丝。