CN103084756B - 一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏及其制备方法，所述锡膏按质量百分比含量由锡粉为85～88%，助焊剂为12～15%组成，其中所述锡粉为Sn-30Bi-0.5Cu或Sn-40Bi-2Zn-0.3Cu；所述助焊剂由树脂为37～55%，有机酸为3.5～8%，有机胺为3.5～7%，苯丙三氮唑为0.3～1%，聚酰胺蜡为2～3%，缩水甘油醚为2～3.2%，高分子聚合物为1～3%，白凡士林为3～5%，余量为有机溶剂组成，所述锡膏的制备方法是：先按配比制备助焊剂，然后将制得的助焊剂按配比与锡粉放入搅拌机混合均匀得到锡膏，再将锡膏装入针管进行离心竖直脱泡。本发明不含铅和卤素，并由于采用了脱泡工艺，确保焊后孔洞率低于8%，还由于配方采用不同温度范围内的活性剂与溶剂相互配合，保证整个焊接过程中的活性需求，解决了镀锌钢板不好焊和点涂中易断锡的现象。

Description

一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料及金属材料，属工业软钎焊技术领域，具体涉及一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏及其制备方法，适合于电子封装中的通孔工艺、镀锌基底上点涂作业的针管装锡膏。

背景技术

锡膏主要用于高频头、笔记本散热器、多层电路板、以及镀锌钢板的点涂式连接。从工艺上来说，它要求锡膏比重大、气压挤压点涂出锡，而现有的点涂式锡膏在作业过程中容易断锡、拉尖，导致回流后焊点处空洞率大于10%，甚至25%（IPC标准）。与此同时，在成本的压力下，业内已经使用镀锌钢板来替代以往的镀铜板来实现笔记本散热模组的连接。但由于锌的活性太大，表面存在大量锌的氧化物，对锡膏的低温存储稳定性、高温活性等方面提出了更高的要求；另外，点涂式针管装锡膏在使用过程中还存在以下问题：1、由于退压后活塞与锡膏分离，无法继续挤出锡膏而进行作业；2、由于锡粉比表面积较大，易产生锡粉的聚积，进而造成膏粉分离，在点涂过程中堵塞针头无法连续作业，尤其是细小的针头更为明显；3、由于锡膏中存在不同程度的气泡，点涂中容易断锡，导致客户端对产品进行补焊。又因为锡膏的均匀度不够，不仅使工作效率低下，且易造成焊点在服役中抵抗外来应力、热疲劳中暴露问题。

此外，现有的锡膏里多含有卤的有机化合物，不含卤素的普通有机酸、有机酸脂等活性比较弱，而且有机酸脂和酰胺类化合物在焊接温度下需要有机胺氢卤酸盐的催化才能表现活性，因而活性剂通常由多种活性较弱的有机酸类化合物和活性较强的有机酸胺的氢卤酸盐复配来用。但是，现阶段电子行业全力推行绿色环保，要求完全排除电子产品中的卤素，然而目前的无卤锡膏焊接性能较差，生产不良率较高。

针对低熔点无卤锡膏，公布号为CN102513736A的发明专利给出了一款低温适合点涂式锡膏，并在专利中提到该专利所述锡膏可用于镀锌钢板的焊接。该专利主要从助焊剂角度调整锡膏的点涂性能，配方以碳氢化合物为基础体系、有机磷酸为活性体系的主要成分，来实现配方对助焊剂的调节。本专利从助焊剂和锡粉合金选择两方面针对镀锌钢板的适应性焊接以及点涂性能进行调整，配方以有机溶剂为基础体系，以有机酸、胺、凡士林的配合实现活性与点涂性能，并针对镀锌钢板的焊接中遇到的问题，从原理上进行了改进，将依赖镀锌钢板表面粗糙度的连接改变为以金属化合物的形式实现了微连接。

公布号为CN102513738A的专利公开了一种连续点涂式无卤锡膏及其制备方法，该专利的助焊剂配方和本专利有很大差别，对于锡粉种类以及配合方式等未加描述。

发明内容：

本发明是针对上述背景技术存在的缺陷，提供一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏及其制备方法，该锡膏适合镀锌钢板的焊接，其性能稳定、点涂均匀、提高了锡膏连续点涂的效率。

为了达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：

一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏，包括锡粉和助焊剂，其特征在于：所述锡膏中的锡粉和助焊剂的质量百分比含量为：锡粉85～88%，助焊剂12～15%，其中所述锡粉为Sn-30Bi-0.5Cu或Sn-40Bi-2Zn-0.3Cu；所述助焊剂由如下质量百分比含量的原料组成：

树脂          37～55%，

有机酸        3.5～8%，

有机胺        3.5～7%，

苯丙三氮唑    0.3～1%，

聚酰胺蜡      2～3%，

缩水甘油醚    2～3.2%，

高分子聚合物  1～3%，

白凡士林      3～5%，

有机溶剂      余量，

以上各个原料的质量百分比含量之和为100%。

上述所述的树脂为氢化松香与聚合松香的组合，其组合比为氢化松香：聚合松香为1：（1～1.2）。

上述所述的有机酸为辛二酸、水杨酸与月桂酸的组合，其组合比为辛二酸：水杨酸：月桂酸为1:（0.5～3）：（2～4）。

上述所述的有机胺为：乙二胺、三乙醇胺、乙基咪唑的组合，其组合比为三乙醇胺：乙二胺：乙基咪唑为1：（0.5～2）：（0.5～2）。

上述所述的有机溶剂为环己基二醇、二乙二醇单乙醚、二甘醇丁醚的组合，其组合比为环己基二醇：二乙二醇单乙醚：二甘醇丁醚为1：(2～3)：(1.25～2.7)。

上述所述的高分子聚合物为聚乙二醇，其分子量为1000～3000。

为了达到上述目的，本发明实现目的所采取的另一个技术方案是：

一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

步骤1、制备助焊剂：先按助焊剂组成配比，然后将其中树脂、有机溶剂、有机酸、缩水甘油醚、白凡士林、苯丙三氮唑加入温度调控为140±10℃、转速为1000±50r/min的温控乳化机内进行溶解、分散、乳化20分钟后降温至75±5℃再加入有机胺、聚乙二醇、聚酰胺蜡，以4000±100r/min的转速进行搅拌40分钟，冷却至室温后进行静置24小时，即得到助焊剂；

步骤2、制备锡膏：按质量百分比含量，锡粉为85～88%，助焊剂为12～15%配比，将步骤1得到的助焊剂加入锡膏搅拌机后，加入锡粉，混合均匀即得到锡膏；

步骤3、脱泡：将步骤2制得的锡膏装入针管进行离心竖直脱泡，将多余大气泡挤出得到所需锡膏，然后将装有锡膏的针管竖直放置于箱内。

本发明的一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏及其制备方法的优点和有益效果主要是：

1、本发明由于采用Sn-30Bi-0.5Cu，Sn-40Bi-2Zn-0.3Cu锡粉，改变了镀锌钢板的软钎焊机理，由原来的依靠助焊剂与镀锌钢板表面粗糙度实现连接，变为依靠助焊剂与锡粉中的铜元素与锌反应形成界面化合物Cu₅Zn₈，实现微连接。

2、本发明的点涂式锡膏在作业过程中不易断锡、拉尖，回流后焊点处孔洞率小于8%；适合镀锌钢板的微连接，对于降低制造成本有巨大的作用；在退压后活塞不会与锡膏分离，可以继续挤点涂作业，提高生产率；加入的高分子聚合物与聚酰胺蜡触变剂的联合作用使锡膏在作业过程中不会出现膏粉分离，无针头堵塞。由于采用脱泡工艺，排出了锡膏中存在气体，从而缓解了点涂中由于断锡而造成客户进行补焊问题。

3、本发明的点涂式锡膏点涂时连续性良好，可使用于手工、半自动、全自动点涂工艺；实现25号高精密防静电针头顺利挤出，达到12小时连续挤出顺畅不堵塞；实现27号斜针头顺利挤出，达到12小时连续挤出顺畅；

4、本发明的点涂式锡膏点涂均匀无大小点，且出锡流畅，能够保证长时间稳定作业；根据IPC-TM-650测试标准测得表面绝缘电阻（温度85±2℃，湿度85±2%，168小时后）＞10⁸Ω，铜镜腐蚀试验无任何穿透，铜板腐蚀试验（经4天，温度40±3℃，湿度93±5%）与标准板比较无明显腐蚀迹象；根据JIS-Z-3197测试其扩展率＞75.0%。

5、本发明的锡膏，可广泛应用于高频头、散热模组等元器件，通孔、3D电路板焊接工艺。实现了镀锌钢板的连接，抑制了由于锌的活性而引起锡膏的腐蚀、变质、存放问题。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏及其制备方法作进一步的详细说明。

实施例1

一、按质量百分比含量配比

锡粉为85%，助焊剂为15%；

其中，锡粉为Sn-30Bi-0.5Cu工业级锡粉，

助焊剂为：氢化松香17%，聚合松香20%，白凡士林5%，辛二酸1%，水杨酸3%，月桂酸4%，三乙醇胺2%，乙二胺1%，乙基咪唑4%，苯丙三氮唑1%，聚乙二醇20003%，聚酰胺蜡2%，缩水甘油醚3%，环乙基二醇6%，二乙二醇单乙醚12%，二甘醇丁醚16%的混合物。

二、制备方法

1、制备助焊剂：将树脂、有机溶剂、有机酸、缩水甘油醚、白凡士林、防老剂中的苯丙三氮唑加入温度调控为140±10℃、转速为1000±50r/min，温控乳化机内进行溶解、分散、乳化20分钟后降温至75±5℃再加入有机胺、高分子聚合物、触变剂，以4000±100r/min的转速进行搅拌40分钟，冷却至室温后进行静置24小时，即得到助焊剂。

2、制备锡膏：将助焊剂加入锡膏搅拌机，加入锡粉进行混合均匀即得到锡膏；然后将锡膏装入针管进行离心竖直脱泡，将多余大气泡挤出，将装有锡膏的针管竖直放置于箱内。

三、本实施例的有益效果

本实施例样品根据IPC-TM-650测试标准测得表面绝缘电阻（温度85±2℃，湿度85±2%，经168小时后）为2.6×10⁸Ω，铜镜腐蚀试验无任何穿透，铜板腐蚀试验（经4天，温度40±3℃，湿度93±5%）与标准板比较无明显腐蚀迹象；根据JIS-Z-3197测试其扩展率为82.1%。

实施例2

一、按质量百分比含量配比

锡粉为88%，助焊剂为12%；

其中，锡粉为Sn-30Bi-0.5Cu工业级锡粉，

助焊剂原料为：氢化松香20%，聚合松香20%，白凡士林4%，辛二酸2%，水杨酸1%，月桂酸4%，三乙醇胺2%，乙二胺2%，乙基咪唑2%，苯丙三氮唑1%，聚乙二醇20001%，聚酰胺蜡2%，缩水甘油醚3%，环己基二醇8%，二乙二醇单乙醚18%，二甘醇丁醚10%的混合物。

二、制备方法同实施例1。

三、本实施例的有益效果

本实施例样品根据IPC-TM-650测试标准测得表面绝缘电阻（温度85±2℃，湿度85±2%，经168小时后）为2.2×10⁸Ω，铜镜腐蚀试验无任何穿透，铜板腐蚀试验（经4天，温度40±3℃，湿度93±5%）与标准板比较无明显腐蚀迹象；根据JIS-Z-3197测试其扩展率为80.4%。

实施例3

一、按质量百分比含量配比

锡粉为85%，助焊剂为15%；

其中，锡粉为Sn-40Bi-2Zn-0.3Cu工业级锡粉，

助焊剂原料：氢化松香18%，聚合松香20%，白凡士林4%，辛二酸2%，水杨酸1%，月桂酸4%，三乙醇胺2%，乙二胺1%，乙基咪唑1%，苯丙三氮唑1%，聚乙二醇20002%，聚酰胺蜡3%，缩水甘油醚2%，环己基二醇6%，二乙二醇单乙醚18%，二甘醇丁醚15%混合物。

二、制备方法同实施例1。

三、本实施例的有益效果

实施例样品根据IPC-TM-650测试标准测得表面绝缘电阻（温度85±2℃，湿度85±2%，经过168小时后）为3.1×10⁸Ω，铜镜腐蚀试验无任何穿透，铜板腐蚀试验（经4天，温度40±3℃，湿度93±5%）与标准板比较无明显腐蚀迹象；根据JIS-Z-3197测试其扩展率为82.2%。

实施例4

一、按质量百分比含量配比

锡粉为88%，助焊剂为12%；

其中，锡粉为Sn-40Bi-2Zn-0.3Cu工业级锡粉，

助焊剂原料：氢化松香25%，聚合松香30%，白凡士林3%，辛二酸0.5%，水杨酸1%，月桂酸2%，三乙醇胺1%，乙二胺2%，乙基咪唑0.5%，苯丙三氮唑0.3%，聚乙二醇20002%，聚酰胺蜡2.5%，缩水甘油醚3.2%，环己基二醇6%，二乙二醇单乙醚12%，二甘醇丁醚9%混合物。

二、制备方法同实施例1。

三、本实施例的有益效果

由于松香比例增大，可以适当减少有机酸的含量，保持防老剂体系不变化，和前面三个实施例比较，焊接后残留稍硬。

本实施例样品根据IPC-TM-650测试标准测得表面绝缘电阻（温度85±2℃，湿度85±2%，经过168小时后）为3.7×10⁸Ω，铜镜腐蚀试验无任何穿透，铜板腐蚀试验（经4天，温度40±3℃，湿度93±5%）与标准板比较无明显腐蚀迹象；根据JIS-Z-3197测试其扩展率为79.3%。

对以上四个实施例样品进行点涂工艺相关性能检测，结果见表1。

综上所述，本发明的锡膏，通过对合金成分优选，并在助焊膏配方中加入了对锌有效的缓蚀成分，实现了镀锌钢板的焊接。加入的高分子聚合物、白凡士林与触变剂的联合作用使锡膏在作业过程中不会出现膏粉分离，无针头堵塞。采用脱泡、挤泡、静置工艺，排出了锡膏中存在气体，从而缓解了点涂中由于断锡而造成生产效率低下、补焊等问题。

表1各实施例与点涂工艺相关项目测试结果

Claims (2)

1.一种用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏，包括锡粉和助焊剂，其特征在于：所述锡膏中的锡粉和助焊剂的质量百分比含量为：锡粉85～88％，助焊剂12～15％，其中所述锡粉为Sn-30Bi-0.5Cu或Sn-40Bi-2Zn-0.3Cu；所述助焊剂由如下质量百分比含量的原料组成：

以上各个原料的质量百分比含量之和为100％；所述的树脂为氢化松香与聚合松香的组合，其组合比为氢化松香：聚合松香为1：(1～1.2)；所述的有机酸为辛二酸、水杨酸与月桂酸的组合，其组合比为辛二酸：水杨酸：月桂酸为1:(0.5～3)：(2～4)；所述的有机胺为：乙二胺、三乙醇胺、乙基咪唑的组合，其组合比为三乙醇胺：乙二胺：乙基咪唑为1：(0.5～2)：(0.5～2)；所述的有机溶剂为环己基二醇、二乙二醇单乙醚、二甘醇丁醚的组合，其组合比为环己基二醇：二乙二醇单乙醚：二甘醇丁醚为1：(2～3)：(1.25～2.7)；所述的高分子聚合物为聚乙二醇，其分子量为1000～3000。

2.一种根据权利要求1所述的用于镀锌钢板的点涂式无卤锡膏的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

步骤1、制备助焊剂：先按助焊剂组成配比，然后将其中树脂、有机溶剂、有机酸、缩水甘油醚、白凡士林、苯丙三氮唑加入温度为140±10℃、转速为1000±50r/min的温控乳化机内进行溶解、分散、乳化20分钟后降温至75±5℃再加入有机胺、聚乙二醇、聚酰胺蜡，以4000±100r/min的转速进行搅拌40分钟，冷却至室温后进行静置24小时，即得到助焊剂；

步骤2、制备锡膏：按质量百分比含量，锡粉为85～88％，助焊剂为12～15％配比，将步骤1得到的助焊剂加入锡膏搅拌机后，加入锡粉，混合均匀即得到锡膏；

步骤3、脱泡：将步骤2制得的锡膏装入针管进行离心竖直脱泡，将多余大气泡挤出得到所需锡膏，然后将装有锡膏的针管竖直放置于箱内。