CN103071944A

CN103071944A - 一种无卤低飞溅焊锡丝及其制备方法

Info

Publication number: CN103071944A
Application number: CN2013100419415A
Authority: CN
Inventors: 王小京; 张义宾; 陈钦; 刘宁; 陈云霞; 邵辉
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2033-02-04
Also published as: CN103071944B

Abstract

本发明公开了一种无卤低飞溅焊锡丝及其制备方法，所述焊锡丝按质量百分比含量由组分：焊料为97.4%~98.2%，助焊剂为1.8~2.6%组成，其中，所述焊料为Sn-0.7Cu，Sn-3.0Ag-0.5Cu，Sn-0.3Ag-0.7Cu中任一种；所述助焊剂按质量百分比含量由组分：橡胶为12~22%，有机酸为6.5~8.5%，苯丙三氮唑为2%，咪唑类物质为2%，抗氧化油为3%，复合型活性剂为3.5~4.5%，余量为松香组成。制备方法是先按配比制备助焊剂，然后通过挤丝、拉丝和绕丝工序得到焊锡丝。本发明的焊锡丝的特性指标均满足JIS-Z-3197以及IPC-TM-650标准要求。焊后焊点光亮饱满，气味小、飞溅少、绿色环保。

Description

一种无卤低飞溅焊锡丝及其制备方法

技术领域

本发明属于电子焊接材料技术领域，涉及一种焊锡丝，更具体是涉及一种无卤低飞溅焊锡丝及其制备方法。该焊锡丝满足REACH38项、RoHS6项的要求，焊锡丝性能指标符合IPC、JIZ相关标准。

背景技术

目前的电子封装行业在二级封装层面基本实现了从有铅到无铅的转变，由于普遍使用的锡铜、锡银铜系焊料的熔点较高、易氧化等特点，而现有的焊锡丝用助焊剂基本是沿用原有的助焊剂体系。其特点是助焊剂含有卤素、焊后残留发硬，甚至出现脆性裂纹。

然而，随着人们环保意识的加强，REACH、RoHS等指令和要求对于助焊剂卤素、高关注度物质等进行限制，从而给焊锡丝产品提出了新的要求。目前在市场上出现的为数不多的无卤锡丝产品中，扩展率、飞溅特性一直难以满足业内需求。对于锡丝而言，在使用过程中考虑最大的问题就在于气味、烟尘、飞溅、效率、焊后可靠性。这些问题中，焊锡丝的飞溅一直是产品开发中很难解决的一个方面。目前行业内所用焊锡丝普遍存在飞溅个数多、飞溅点数大、飞溅中助焊剂夹杂焊料金属的问题。

为了满足电子工业发展的无卤化新需求，各焊料公司、研究院所、高校均在该领域进行了探索，并推出最新研究成果，比如：授权公告号为CN201988854U的实用新型专利采用侧面三开口的方法，即在锡层上呈120°均匀开口，使焊锡丝在高温焊接过程中助焊剂和锡层的压力释放得更为均匀有效，实现对焊锡丝飞溅性的改善，但此方法增加了一道生产工艺，需增加额外设备、人员来实现飞溅特性上的改善。申请公布号为CN102284809A的专利名为“锡丝芯用无卤免清洗助焊剂”，它的配方特色之处在于使用草酸亚锡作为活化剂，配合有机酸实现活性体系的完备作用。然而，该专利未对焊锡丝的电迁移特性进行描述，IPC标准要求达到1Ω以上，所以锡丝中基本不添加含有任何金属离子的物质，以防在后续性能测试中未能达标；此外，申请公布号为CN102248317A、CN102357746A的两个发明专利，分别公布了两款均适合锡铜焊料（后者也适合锡银铜）的无卤锡丝，其最大不同在于各自的表面活性剂。以上三款锡丝均含大量有机溶剂，其中后两款辅以聚乙二醇或粘度调节剂来实现助焊剂常温下呈固态。含有有机溶剂的焊锡丝在生产成焊锡丝的过程中一般优选的助焊剂含量为3%，而多量的助焊剂会增加焊接过程的飞溅。本发明则通过有机酸、橡胶等的使用控制焊接过程中气泡的产生，以优选的2%助焊剂含量在保证焊接活性的基础上，实现了焊锡丝焊后残留、烟尘、飞溅特性的改善。同时注意焊锡丝扩展率，高温液态流动性，保证焊接效率的提高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有锡丝助焊剂中存在的卤素问题、焊接过程的烟尘对人体的危害问题、焊接效率问题以及锡丝的飞溅问题，提供一种性能达标，绿色环保的无卤低飞溅焊锡丝及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种无卤低飞溅焊锡丝，包括焊料和助焊剂，所述焊锡丝按质量百分比含量由组分：焊料为97.4%~98.2%，助焊剂为1.8~2.6%组成，其中，所述焊料为Sn-0.7Cu，Sn-3.0Ag-0.5Cu，Sn-0.3Ag-0.7Cu中任一种；所述助焊剂按质量百分比含量由组分：橡胶为12~22%，有机酸为6.5~8.5%，苯丙三氮唑为2%，咪唑类物质为2%，抗氧化油为3%，复合型活性剂为3.5~4.5%，余量为松香组成，各个组分的质量百分比含量之和为100%。

上述所述的松香为氢化松香与聚合松香的组合，其组合比例为松香为氢化松香：聚合松香=1：（0.8~1.1）。

上述所述的有机酸为乙二酸、乙二酸盐、丁二酸的组合，其组合比例为乙二酸：乙二酸盐：丁二酸=1：（1.2~6）：（1.2~6）。

上述所述的咪唑类物质为乙基咪唑或甲基咪唑。

上述所述的复合型活性剂为AK218活性剂。

本发明的一种无卤低飞溅焊锡丝的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、助焊剂制备：将助焊剂配方中的松香均匀加热至170±5℃，待全部熔清后，加入其余助焊剂物料，搅拌至所有物料溶解，外观为均一清透液体。加热时间不能超过120±5分钟，否则助焊剂不予使用。加热完后即进行过滤，将加热熔化的助焊膏用100目过滤网过滤后倒入挤丝机的助焊剂桶中90~100℃保温，气压设定范围为0.1~0.4MPa；

步骤2、挤丝：按焊锡丝的设计要求将选用的棒状焊料安装在挤丝机上，设定挤丝机挤丝温度为70~110℃、挤丝机转速为300~320rpm，按丝径为φ10mm调节挤丝孔径和与焊料相配比的助焊剂的质量百分比含量，然后进行挤丝；

步骤3、拉丝绕丝：将步骤2挤得的丝采用大拉、中拉和小拉三道工序后绕丝获得焊锡丝成品，其中大拉设定拉丝机转速为10001~300rpm，拉丝直径为φ5mm，拉丝线速度为0.005~0~.007m/s；中拉设定拉丝机为转速900～1200rpm，拉丝直径为φ2.16mm，拉丝线速度为0.50.~9m/s；小拉设定拉丝机转速为2003~00rpm，拉丝直径为φ0.8mm拉丝线速度为25m/s。

本发明的一种无卤低飞溅焊锡丝具有以下几方面的特点和有益效果：

1，在配方中不含有任何游离态或者化合态的卤素离子，实现了真正意义上的无卤（无卤标准：Br≤900ppm;Cl≤900ppm;Br+Cl≤1500ppm）。焊接过程中气味小、飞溅少、改善焊接环境。

2，采用橡胶来调节焊接过程中金属液的流动特性，改变金属液滴在电烙铁上的停驻时间，保持生产效率和焊接效果之间的平衡，提高了焊接效率。

3，焊后根据JIS-Z-3197测试表面绝缘阻抗（温度40±3℃、湿度93±5%，96小时后）＞10¹⁰Ω、扩展率＞75.0%，根据IPC-TM-650测试铜镜腐蚀试验无任何穿透、腐蚀试验(温度85±2℃，湿度85±2%，96小时后)与标准板比较无明显腐蚀迹象；飞溅特性优异，按照Sony测试标准，飞溅个数达到10个以下。

4，在保证助焊剂活性的条件下，将助焊剂含量降低到1.8%、优选2%，从而改善飞溅特性；常温下的助焊剂软、延展性好，易于生产直径更细的锡丝。

本发明的无卤低飞溅焊锡丝，采用美国印制电路行业组织所推出的试验方法手册（IPC-TM-650）测试其电迁移特性好，焊后铜镜无腐蚀；采用日本焊接协会JIS-Z-3197的方法进行测试，其扩展率大于75%，表面绝缘阻抗高；焊接中无毒、无刺激性气体产生，焊后残留少，成膜效果好，具有良好的焊接效果，具体见表1、表2。

附图说明

图1为表2中对比例2的焊锡丝飞溅照片图；

图2为本发明实施例3焊锡丝飞溅照片图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的无卤低飞溅焊锡丝作进一步的详细说明。

实施例1

焊锡丝配比：助焊剂2%，Sn-3.0Ag-0.5Cu棒状(φ100mm)焊料98%

其中助焊剂质量百分数配比为：氢化松香35%、聚合松香35%、橡胶12%、苯丙三氮唑2%、甲基咪唑2%、乙二酸0.5%、乙二酸盐3%、丁二酸3%、抗氧化油3%、复合型AK218活性剂4.5%。

制备方法：

步骤1、助焊剂制备：将助焊剂配方中的松香均匀加热至170±5℃，待全部熔清后，加入其余助焊剂物料，搅拌至所有物料溶解，外观为均一清透液体。加热时间不能超过120±5分钟，否则助焊剂不予使用。加热完后即进行过滤，将加热熔化的助焊膏用100目过滤网过滤后倒入挤丝机的助焊剂桶中90～100℃保温，气压设定范围为0.1~0.4MPa；

步骤2、挤丝：将选用的棒状焊料安装在挤丝机上，设定挤丝机挤丝温度为70～110℃、挤丝机转速为300~320rpm，按丝径为φ10mm调节挤丝孔径和与焊料相配比的助焊剂的质量百分比含量，然后进行挤丝；

步骤3、拉丝绕丝：将步骤2挤得的丝采用大拉、中拉和小拉三道工序后绕丝获得焊锡丝成品，其中大拉设定拉丝机转速为1000～1300rpm，拉丝直径为φ5mm，拉丝线速度为0.005~0.007m/s；中拉设定拉丝机为转速900～1200rpm，拉丝直径为φ2.16mm，拉丝线速度为0.5~0.9m/s；小拉设定拉丝机转速为200~300rpm，拉丝直径为φ0.8mm拉丝线速度为2~5m/s。

本实施例获得的焊锡丝各项测试指标见表1、表2。

实施例2

锡丝配比：助焊剂1.8%、Sn-0.7Cu棒状(φ100mm)焊料98.2%

其中助焊剂质量百分数配比为：氢化松香32%、聚合松香35%、橡胶15%、苯丙三氮唑2%、乙基咪唑2%、乙二酸1.5%、乙二酸盐3%、丁二酸3%、抗氧化油3%、复合型AK218活性剂3.5%；

制备方法中无需小拉，其它同实施例1。

本实施例获得的焊锡丝各项测试指标见表1、表2，其和实施例1相比，由于配方橡胶含量的提高，焊后表面绝缘阻抗提高。

实施例3

锡丝配比：助焊剂2%、Sn-0.3Ag-0.7Cu棒状(φ100mm)焊料98%

其中助焊剂质量百分数配比为：氢化松香32%、聚合松香31%、橡胶19%、苯丙三氮唑2%、乙基咪唑2%、乙二酸1.5%、乙二酸盐3%、丁二酸3%、抗氧化油3%、复合型AK218活性剂3.5%；

制备方法中无需小拉，其它同实施例1。

本实施例获得的焊锡丝各项测试指标见表1、表2，其飞溅效果如图2所示。

实施例4

锡丝配比：助焊剂2.6%、Sn-0.3Ag-0.7Cu棒状(φ100mm)焊料97.4%

其中助焊剂质量百分数配比为：氢化松香32%、聚合松香27%、橡胶22%、苯丙三氮唑2%、乙基咪唑2%、乙二酸2.5%、乙二酸盐3%、丁二酸3%、抗氧化油3%、复合型无卤活性剂AK2183.5%；

制备方法同实施例1。

本实施例获得的焊锡丝各项测试指标见表1、表2。

表1各实施例性能比较一览表

表2各实施例与对比例飞溅特性一览表（Sony标准测试方法）

Claims

1.一种无卤低飞溅焊锡丝，其特征在于，所述焊锡丝按质量百分比含量由组分：焊料为97.4%~98.2%，助焊剂为1.8~2.6%组成，其中，所述焊料为Sn-0.7Cu，Sn-3.0Ag-0.5Cu，Sn-0.3Ag-0.7Cu中任一种；所述助焊剂按质量百分比含量由组分：橡胶为12~22%，有机酸为6.5~8.5%，苯丙三氮唑为2%，咪唑类物质为2%，抗氧化油为3%，复合型活性剂为3.5~4.5%，余量为松香组成，各个组分的质量百分比含量之和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种无卤低飞溅焊锡丝，其特征在于，所述的松香为氢化松香与聚合松香的组合，其组合比例为松香为氢化松香：聚合松香=1：（0.8～1.1）。

3.根据权利要求1所述的一种无卤低飞溅焊锡丝，其特征在于，所述的有机酸为乙二酸、乙二酸盐、丁二酸的组合，其组合比例为乙二酸：乙二酸盐：丁二酸=1：（1.2~6）：（1.2~6）。

4.根据权利要求1所述的一种无卤低飞溅焊锡丝，其特征在于，所述的咪唑类物质为乙基咪唑或甲基咪唑。

5.根据权利要求1所述的一种无卤低飞溅焊锡丝，其特征在于，所述的复合型活性剂为AK218活性剂。

6.一种如权利要求1所述的无卤低飞溅焊锡丝的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1、助焊剂制备：将助焊剂配方中的松香均匀加热至170±5℃，待全部熔清后，加入其余助焊剂物料，搅拌至所有物料溶解，外观为均一清透液体，加热时间为120±5分钟，然后将加热熔化的助焊膏用100目过滤网过滤后倒入挤丝机的助焊剂桶中90～100℃保温，气压设定范围为0.1~0.4MPa；

步骤2、挤丝：按焊锡丝的设计要求将选用的棒状焊料安装在挤丝机上，设定挤丝机挤丝温度为70～110℃、挤丝机转速为300~320rpm，按丝径为φ10mm调节挤丝孔径和与焊料相配比的助焊剂的质量百分比含量，然后进行挤丝；

步骤3、拉丝绕丝：将步骤2挤得的焊锡丝采用大拉、中拉和小拉三道工序后绕丝获得焊锡丝成品，其中大拉设定拉丝机转速为1000～1300rpm，拉丝直径为

拉丝线速度为0.005~0.007m/s；中拉设定拉丝机为转速900～1200rpm，拉丝直径为

拉丝线速度为0.5~0.9m/s；小拉设定拉丝机转速为200~300rpm，拉丝直径为

拉丝线速度为2~5m/s。