CN101653876A - 一种低银无卤素焊锡膏 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低银无卤素焊锡膏。它解决了现有焊锡膏产品成本高、钎焊性能较差、不适合用于精细间距元器件的焊接等问题。本低银无卤素焊锡膏，由以下重量百分比的组分组成：合金焊粉：88％～91％，助焊膏：9％～12％；其中合金焊粉由以下重量百分比的成分组成：Ag：0.1％～0.9％；Cu：0.1％～0.8％；其余为Sn。本低银无卤素焊锡膏具有成本低，焊接性能好，印刷后不易塌边等优点。

Description

一种低银无卤素焊锡膏

技术领域

本发明涉及一种焊锡膏，具体地说涉及一种低银无卤素焊锡膏。属于微电子行业表面组装技术领域。

背景技术

近年计算机、通讯设备、仪器仪表、家用电器向小型化、高性能、多用途发展。电子零部件也必然小型化。而表面组装技术(SMT)的发展正是源于微型电子元件及高精密度精细电子集成芯片的出现。表面组装技术(SMT)的焊接方法及所需的焊接材料也发生变化，所用原材料焊锡膏在表面组装技术(SMT)行业中的应用也越来越广泛，日益受到电子制造商的重视。

传统的焊锡膏产品由锡铅焊料粉和焊剂混合均匀组成。其中锡铅焊料较为常规，一般为直径20μm-45μm的质量分数为(Sn)63％、(Pb)37％或(Sn)62％、(Pb)36％和(Ag)2％球形粉构成；而作为载体介质的焊剂一般由树脂、活化剂、触变剂、溶剂和添加剂构成。近年来，焊锡膏的种类也随之增多，焊锡膏的选择不但要配合生产的需要，同时也要注意到副作用的产生及避免不良后果。为了避免含铅焊锡膏的危害，因此选用无铅焊锡膏。通常作为无铅焊锡膏的合金有Sn-Ag系、Sn-Cu-Ag系、Sn-Bi系、Sn-Zn系等。其中Sn-Bi系机械性能较差，Sn-Zn系容易氧化。因而一般选用Sn-Cu-Ag系或Sn-Ag系。比较常用的Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-4.0Ag-0.5Cu、Sn-3.5Ag等合金成分。中国专利申请(公开号：101152686A)该环保焊锡膏的原料包括：无铅焊锡粉89.5-88.5％以及助焊膏10.5-11.5％，其中无铅焊锡粉包括：锡、银、铜，上述三种材料的质量百分比为锡：96-97％、银：2.8-3.2％、铜：0.45-0.55％。虽然该无铅焊锡粉主要由锡、银、铜组成，它不含铅，更助于保护环境，焊后残留物少，无需清洗。但是由于Ag含量偏高，成本偏大，不适合市场化需求，而且钎焊性能较差，焊锡膏印刷后容易坍塌，不适合用于精细间距元器件的焊接。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种Ag含量较低，钎焊性能较好，焊锡膏印刷后不易塌边，适合用于精细间距元器件焊接的低银无卤素焊锡膏。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：一种低银无卤素焊锡膏，该焊锡膏由以下重量百分比的组分组成：

合金焊粉：88％～91％，助焊膏：9％～12％；其中所述的合金焊粉由以下重量百分比的成分组成：

Ag：0.1％～0.9％；Cu：0.1％～0.8％；其余为Sn。

锡银铜合金焊粉具有耐热疲劳，润湿性好，强度大的特点。虽然添加Ag可以增加焊料的抗拉强度，但是随着Ag含量的增大，在合金焊粉中形成了粗大的Ag₃Sn板状晶体，该化合物会降低焊料的强度。本发明焊锡膏的合金焊粉中，含Ag较低，成本低，同时熔化温度区间小，具有高稳定性。焊锡膏合金粉末中添加0.1-0.9％的Ag，与不含银的合金粉末成分Sn-0.7Cu相比，能够提供更优良的可焊性能，同时与Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-4.0Ag-0.5Cu、Sn-3.5Ag等合金成分相比较，不仅大大降低了焊锡膏的材料成本，而且拉伸强度也增加。在无铅焊锡膏合金粉中，Ag的价格最高，当Ag的含量从4％降低到1％以下时，原料的成本将呈倍减少，因此具有明显的经济效益。

作为优选，所述的合金焊粉由以下重量百分比的成分组成：Ag：0.1％～0.5％；Cu：0.5％～0.8％；其余为Sn。在本发明的焊锡膏中，Ag元素、Cu元素对焊锡膏的熔点、电导率、铺展性能影响趋势一致，都存在最佳含量，其中Ag元素的最佳含量为0.1％～0.5％，Cu元素的最佳含量是0.5％～0.8％。

在上述的低银无卤素焊锡膏中，所述的助焊膏由松香及其衍生物和包括由触变剂、溶剂、有机酸活性剂、表面活性剂、抗氧化剂中的一种或多种组成。

其中所述的松香及其衍生物由聚合松香、天然脂松香、氢化松香、亚克力松香、马来松香、歧化松香、部分聚合松香、氢化松香甘油脂、季戊四醇松香酯中一种或多种组成。作为优选，所述的松香及其衍生物由聚合松香、氢化松香、亚克力松香、马来松香中一种或多种组成。本发明采用松香及其衍生物能有效地清除油污、汗迹、尘埃等阻焊物质；能有效地防止被焊接处因暴露在空气中而被氧化；能有效地增强焊锡熔化后的流动性；焊接完成后，能有效地保护焊接处均匀地冷却；松香及其衍生物没有腐蚀性，也没有吸湿性，使用后容易被清除干净；电气绝缘性好，价格低廉。

其中所述的触变剂由氢化蓖麻油、高岭土、改性氢化蓖麻油中的一种或多种组成。加入以上触变剂后，使焊锡膏在静止时有较高粘度，在外力作用时变成低粘度，提高了焊膏的印刷性能。

其中所述的溶剂由四氢糠醇、二甘醇乙醚、丙二醇甲醚、2-乙基-1，3-乙二醇、二甘醇二丁醚、聚乙二醇二丁醚、2-甲基-己二醇中的一种或多种组成。作为优选，所述的溶剂由四氢糠醇、二甘醇乙醚、丙二醇甲醚、2-乙基-1，3-乙二醇中的一种或多种组成。上述溶剂有较强的溶解能力，较高的挥发点，能使焊锡膏中的有效成分完全溶解，便于焊锡膏粘度的调整，使焊锡膏性能更稳定，保质期延长。

其中所述的有机酸活性剂由丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、水杨酸、苯二甲酸、十六酸、十八酸、消旋苹果酸中的一种或多种组成。作为优选，所述的有机酸活性剂由丁二酸、癸二酸、十六酸、十八酸、消旋苹果酸中的一种或多种组成。上述活性剂能有效去除焊盘上的氧化层，使元件焊接强度增强、焊点光亮。

其中所述的表面活性剂由乳化剂OP-10、三乙醇胺中的一种或两种组成。特别是采用乳化剂OP-10后，改善了焊锡膏在焊盘上的流动性，使焊锡膏的扩展率得到较大提高。

其中所述的抗氧化剂为苯并三唑。活性剂去除氧化层后，抗氧化剂苯并三唑可抑制活性剂进一步与焊盘作用，防止焊盘再腐蚀氧化。

本发明通过合金焊粉与助焊膏的合理配伍制成的焊锡膏粘度适中，能够获得较好的印刷性能，焊锡膏表面氧化膜较薄，表面积比球形较小，焊接后不易产生焊锡球。由于助焊剂之间配伍合理，细密的印刷图形不容易塌边，焊接后不容易产生残留焊粉颗粒。

本发明的低银无卤素焊锡膏的制备方法如下所示：将松香及其衍生物和包括有机活性剂、表面活性剂、溶剂、抗氧化剂中的一种或多种成分加入中容器中加热，在不高于100℃的温度下，搅拌溶解，然后冷却至室温。加入触变剂，高速分散至70℃左右，冷却至室温，得到助焊膏。再将助焊膏与合金焊粉按照其重量百分比搅拌均匀，即得到低银无卤素焊锡膏。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明的低银无卤素焊锡膏由于添加一定量的Ag，使得焊锡膏具有良好的钎焊性，扩展性和印刷后不易塌边性等性能。

2、本发明的低银无卤素焊锡膏中Ag元素在合金焊粉中的成分控制在0.1-0.9％，既保证了良好的可焊性能，成本较低，具有很高的性价比，经济效益明显，适用市场化需求。

3、本发明的低银无卤素焊锡膏采用的助焊膏的成分配伍合理，不含卤素，解决了卤素对焊后可焊性造成的影响，焊后残留物少，同时具有很好的焊接性能和印刷后不易塌边性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但是本发明并不限于这些实施例。

表1：实施例1-5中助焊膏成分的重量份

其中实施例1中所述的松香及其衍生物由氢化松香30份，亚克力松香8份组成；所述的触变剂由氢化蓖麻油3份，高岭土2份组成；所述的溶剂由四氢糠醇20份，二甘醇乙醚20份，丙二醇甲醚5份组成；所述的有机酸活性剂由丁二酸5份，十六酸1份，十八酸1份，消旋苹果酸1份组成，所述的表面活性剂为三乙醇胺，所述的抗氧化剂为苯并三唑。

其中实施例2中所述的松香及其衍生物由聚合松香25份，马来松香15份组成；所述的触变剂由氢化蓖麻油2份，高岭土1份组成；所述的溶剂由2-乙基-1，3-乙二醇10份，二甘醇二丁醚10份，2-甲基-乙二醇15份组成；所述的有机酸活性剂由癸二酸6份，丁二酸2份，水杨酸1份，消旋苹果酸3份组成，所述的表面活性剂由乳化剂OP-101份，三乙醇胺0.5份组成。

其中实施例3中所述的松香及其衍生物由歧化松香15份，氢化松香甘油酯5份，亚克力松香10份组成；所述的触变剂由改性氢化蓖麻油3份，氢化蓖麻油2份，高岭土1份组成；所述的溶剂由四氢糠醇20份，二甘醇乙醚20份，丙二醇甲醚5份，2-乙基-1，3-乙二醇5份组成；所述的有机酸活性剂由苯甲二酸2份，丁二酸2份，十八酸1份，十六酸21份组成，所述的表面活性剂由乳化剂OP-10 1份，三乙醇胺1份组成，所述的抗氧化剂为苯并三唑。

其中实施例4中所述的松香及其衍生物由聚合松香20份，亚克力松香10份，季戊四醇松香酯6份组成；所述的触变剂由氢化蓖麻油2份，高岭土1份，改性氢化蓖麻油1份组成；所述的溶剂由聚乙二醇二丁醚10份，二甘醇乙醚15份，丙二醇甲醚10份，二甘醇二丁醚5份组成；所述的有机酸活性剂由丁二酸3份，癸二酸3份，十六酸1份，十八酸1份，消旋苹果酸1份组成，所述的抗氧化剂为苯并三唑。

其中实施例5中所述的松香及其衍生物由聚合松香10份，氢化松香20份，部分聚合松香4份，马来松香8份组成；所述的触变剂由氢化蓖麻油1份，高岭土1份组成；所述的溶剂由四氢糠醇10份，二甘醇乙醚20份，丙二醇甲醚2份组成；所述的有机酸活性剂由丁二酸6份，十六酸2份，十八酸2份，消旋苹果酸2份组成，所述的表面活性剂由乳化剂OP-10 1份，三乙醇胺1份组成，所述的抗氧化剂为苯并三唑。

表2：实施例1-5中合金焊粉中成分的重量百分比

实施例1中所述的低银无卤素焊锡膏的制备方法为：按表1中实施例1的重量份称取助焊膏成分，将松香及其衍生物、有机酸活性剂、表面活性剂、溶剂、抗氧化剂物料依次加入到容器中进行加热，在温度不高于100℃的条件下，搅拌溶解，然后冷却至室温。加入触变剂，高速分散至70℃，然后冷却至室温，得到助焊膏。

再将按重量百分比为10.5％的助焊膏与按重量百分比为89.5％的合金焊粉搅拌均匀，即得实施例1所述的低银无卤素焊锡膏。

实施例2中所述的低银无卤素焊锡膏的制备方法为：按表1中实施例2的重量份称取助焊膏成分，其余工艺同实施例1，不再赘述，得到助焊膏。

再将按重量百分比为11.5％的助焊膏与按重量百分比为88.5％的合金焊粉搅拌均匀，即得实施例2所述的低银无卤素焊锡膏。

实施例3中所述的低银无卤素焊锡膏的制备方法为：按表1中实施例3的重量份称取助焊膏成分，其余工艺同实施例1，不再赘述，得到助焊膏。

再将按重量百分比为9.5％的助焊膏与按重量百分比为90.5％的合金焊粉搅拌均匀，即得实施例3所述的低银无卤素焊锡膏。

实施例4中所述的低银无卤素焊锡膏的制备方法为：按表1中实施例4的重量份称取助焊膏成分，其余工艺同实施例1，不再赘述，得到助焊膏。

再将按重量百分比为12％的助焊膏与按重量百分比为88％的合金焊粉搅拌均匀，即得实施例4所述的低银无卤素焊锡膏。

实施例5中所述的低银无卤素焊锡膏的制备方法为：按表1中实施例5的重量份称取助焊膏成分，其余工艺同实施例1，不再赘述，得到助焊膏。

再将按重量百分比为9.0％的助焊膏与按重量百分比为91.0％的合金焊粉搅拌均匀，即得实施例5所述的低银无卤素焊锡膏。

比较例1

采用的合金焊粉的成分为Sn48Bi，助焊膏是由现有普通的树脂，活性剂，触变剂，稳定剂和具有一定沸点的溶剂组成，再将按重量百分比为10.5％的助焊膏与按重量百分比为89.5％的合金焊粉搅拌均匀，即得焊锡膏。

比较例2

采用的合金焊粉的成分为Sn0.7Cu，助焊膏是由现有普通的树脂，活性剂，触变剂，稳定剂和具有一定沸点的溶剂组成，再将按重量百分比为10.5％的助焊膏与按重量百分比为89.5％的合金焊粉搅拌均匀，即得焊锡膏。

然后对本发明实施例1-5制得的低银无卤素焊锡膏和对比例1-2制得的焊锡膏在应用过程中对其焊锡球、钎焊性能、扩展率以及塌边性进行定性或定量检测，检测后的结果如表3所示：

表3：实施例1-5和对比例1-2焊锡膏性能比较

从表3可以看出：本发明的低银无卤素焊锡膏不仅具有良好的钎焊性，扩展性和印刷后不易塌边性等性能。而且成本较低，具有很高的性价比，经济效益明显，适用市场化需求。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1、一种低银无卤素焊锡膏，该焊锡膏由以下重量百分比的组分组成：

合金焊粉：88％～91％，助焊膏：9％～12％；其中所述的合金焊粉由以下重量百分比的成分组成：

Ag：0.1％～0.9％；Cu：0.1％～0.8％；其余为Sn。

2、根据权利要求1所述的低银无卤素焊锡膏，其特征在于：所述的合金焊粉由以下重量百分比的成分组成：

Ag：0.1％～0.5％；Cu：0.5％～0.8％；其余为Sn。

3、根据权利要求1或2所述的低银无卤素焊锡膏，其特征在于：所述的助焊膏由松香及其衍生物和包括由触变剂、溶剂、有机酸活性剂、表面活性剂、抗氧化剂中的一种或多种组成。

4、根据权利要求3所述的低银无卤素焊锡膏，其特征在于：所述的松香及其衍生物由聚合松香、天然脂松香、氢化松香、歧化松香、部分聚合松香、氢化松香甘油脂、季戊四醇松香酯中一种或多种组成。

5、根据权利要求3所述的低银无卤素焊锡膏，其特征在于：所述的触变剂由氢化蓖麻油、高岭土、改性氢化蓖麻油中的一种或多种组成。

6、根据权利要求3所述的低银无卤素焊锡膏，其特征在于：所述的溶剂由四氢糠醇、二甘醇乙醚、丙二醇甲醚、2-乙基-1，3-乙二醇、二甘醇二丁醚、聚乙二醇二丁醚、2-甲基-己二醇中的一种或多种组成。

7、根据权利要求3所述的低银无卤素焊锡膏，其特征在于：所述的有机酸活性剂由丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、水杨酸、苯二甲酸、十六酸、十八酸、消旋苹果酸中的一种或多种组成。

8、根据权利要求3所述的低银无卤素焊锡膏，其特征在于：所述的表面活性剂由乳化剂OP-10、三乙醇胺中的一种或两种组成。

9、根据权利要求3所述的低银无卤素焊锡膏，其特征在于：所述的抗氧化剂为苯并三唑。