CN104416297A - 一种ict测试低误判率免洗锡膏 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ICT测试低误判率免洗锡膏。包括80％～91％重量百分比的焊料合金粉末和9％～20％重量百分比的助焊剂，关键是助焊剂的配比是(按重量百分比)：软化点低于110℃的松香10～35％；复合溶剂40～60％；熔点低于140℃的触变剂3～10％；组合活化剂5～15％；非离子表面活性剂0.2～1.5％；焊料合金为Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Bi-Cu合金、Sn-Zn合金、Sn-Zn-Bi合金、Sn-Pb合金或Sn-Pb-Ag合金中的一种。

Description

一种ICT测试低误判率免洗锡膏

技术领域：

本发明涉及电子装联用焊接材料领域使用的免洗锡膏，特指一种ICT测试低误判率免洗锡膏。

背景技术：

表面贴装技术---SMT(Surface Mounting Technology)，是目前电子装联行业里最流行的一种技术和工艺，它是实现电子产品向高集成度、高可靠性、高精度、低成本发展的关键技术之一。在SMT涉及的众多技术中，焊接技术是SMT的核心技术。随着再流焊接技术的应用，锡膏已成为SMT中最重要的工艺材料。锡膏是一种将焊料合金粉末均匀搅拌到助焊剂中的一种膏状装联材料。通过钢网印刷或注射器点涂到PCB焊盘上，进入回流炉实现焊接装联，通常我们称之为回流焊接。回流炉可采用各种加热方式，包括红外加热，激光加热，热风加热，热板加热等。

随着RoHS指令的实施，回流焊接的焊料合金已经从传统的锡铅焊料发展为无铅焊料，主要以锡银铜系列中的Sn96.5Ag3.0Cu0.5，Sn98.5Ag1.0Cu0.5和Sn99.0Ag0.3Cu0.7分别代表高、中、低银含量的无铅合金。通常，锡膏中助焊剂主要由以下四部分组成：①松香树脂(Rosin)：该成份主要起到加大锡膏粘着性，而且有保护和防止焊后PCB再度氧化的作用，该项成分对零件固定起到很重要的作用，其重量比含量通常为35-50％；②活化剂(Activator)：该成份主要起到去除PCB焊盘表层及零件焊接部位的氧化物作用，同时具有降低焊料合金表面张力的功效，其重量比含量通常为5-15％；③触变剂(Thixotropic Agent)：该成份主要是调节锡膏的粘度以及印刷性能，其重量比含量通常为3-10％；④溶剂(Solvent)：该成分主要起到溶解松香、活化剂以及触变剂并成为均匀物质，其重量比含量通常为25-40％。传统的锡膏，焊后残留多、腐蚀性较大、外观欠佳，须用氟里昂或氯化烃溶剂清洗线路板。由于环境保护以及生产成本的需要，免洗锡膏已经成为当今市场主流。它不但因不使用氟里昂类清洗溶剂而减少环境污染，而且对细间隙、高密度元器件组装带来的清洗困难和元器件与清洗剂之间的相容问题提供了解决方案。更重要的是它的推广还可以节省清洗设备等物资成本，简化工艺流程，缩短产品生产周期。随着电子产品向高密度、小体积、多功能方向发展，其装联难度也越来越高。为了有效保证电子装联质量和装联效率，在线测试(ICT，In CircuitTesting的缩写)就越来越重要。ICT测试是经由量测电路板上所有零件，包括电阻、电容、电感、二极体、电晶体、FET、SCR、LED和IC等，要求能够在短短的1分钟之内，检测出电路板产品可能存在的各种缺点，诸如：线路短路、断路、缺件、错件、零件不良或装配不良等，并明确地指出缺点的所在位置，帮助生产者确保产品的品质，并提高不良品检修效率。当使用传统免洗锡膏，在回流焊接后，由于没有经过清洗制程，助焊剂残留，特别是松香残留，会分布在测试点焊料金属表面。一方面，会造成ICT测试探针不易刺破残留而接触不到焊料金属引起误判；另一方面，由于松香残留粘性大，会粘附于ICT探针上，特别是对多爪型的冠形探针，从而更加恶化探针刺破残留接触焊料金属性能，引起更多的ICT测试误判，严重影响电子装配制造行业的生产效率。因此，具有低ICT测试误判率的免清洗锡膏的开发成为必要。在无需清洗制程情况下，锡膏的残留特性除满足低腐蚀性等可靠性要求外，还需满足工业界对产品的在线功能测试的要求，降低ICT测试的误判，提升生产效率。

发明内容：

本发明的发明目的是公开一种ICT测试低误判率免洗锡膏。本发明经印刷回流后，助焊剂残留物集中分布到ICT测试点的边缘，从而在无需清洗的情况下，测试点表面的焊料金属充分裸露而无助焊剂残留覆盖，利于顺利通过ICT探针的穿透测试，降低ICT测试的误判，提升电子装联的生产效率。

实现本发明的技术解决方案如下：包括80％～91％重量百分比的焊料合金粉末和9％～20％重量百分比的助焊剂，特别是助焊剂的配比是(按重量百分比)：

上述的焊料合金为Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Bi-Cu合金、Sn-Zn合金、Sn-Zn-Bi合金、Sn-Pb合金或Sn-Pb-Ag合金中的一种。

所述的松香选自全氢化松香、聚合松香、氢化松香、歧化松香、妥尔油松香中的一种或多种；复合溶剂为常温下为高粘稠的溶剂、固状的“固体溶剂”和低粘度的醇类溶剂或醇醚类溶剂组成；触变剂为氢化蓖麻油、氢化蓖麻油改性衍生物、聚酰胺及其衍生物、硬脂酸酰胺及其衍生物中的一种或多种组合；组合活化剂包括有机酸、有机胺和卤素；非离子表面活性剂为氟碳类非离子表面活性剂。

所述的复合溶剂中的高粘稠的溶剂为助焊剂总重的13～18％、固状的“固体溶剂”为助焊剂总重的10～20％、低粘度的醇类溶剂或醇醚类溶剂为助焊剂总重的20～28％。

所述的复合溶剂中的常温下为高粘稠的溶剂选自1，2-辛二醇、一缩二丙二醇、三甘醇、二缩二乙二醇、1，4-丁二醇、2-乙基-1，3-己二醇等多元醇类中的一种或多种组合，常温下为固状的“固体溶剂”选自1，8-辛二醇、新戊二醇、1，4-环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷、2，5-二甲基-2，5-己二醇、山梨糖醇等多元醇类或多元醇类似溶剂中的一种或多种组合，常温下为低粘度的醇类或醇醚类溶剂选自2-己基-1-癸醇、α-松油醇、2-甲基-2、4-戊二醇、二甘醇二丁醚、二甘醇单己醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇单辛醚、三乙二醇单甲醚、聚乙二醇单丁醚、三丙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚等中的一种或多种组合。

所述的松香为软化点为75～90℃全氢化松香和／或软化点为90～100℃的聚合松香。

所述的触变剂为熔点低于140℃的氢化蓖麻油或其聚酰胺改性衍生物。

所述的组合活化剂包括有机酸、有机胺和卤素且分别为助焊剂总重的4～12％、0.5～3％和0.2～1.5％。

所述的组合活化剂的有机酸可选自：一元羧酸如对羟基苯乙酸、间羟基苯甲酸、水杨酸、对氨基苯甲酸、棕榈酸、硬脂酸等中的一种或多种；二元酸如丁二酸、马来酸、苹果酸、己二酸、丙二酸、甲基丁二酸、苯基丁二酸、癸二酸、十二烷二酸等中的一种或多种；所述的组合活化剂的有机胺可选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、三异丙醇胺中的一种或多种；所述的组合活化剂卤素可选自二溴丁烯二醇、二溴丁烯二酸、二溴乙基苯、三(2，3-二溴丙基)异三聚氰酸酯。

所述的合金粉末为球形粉末，其具体是Sn96.5Ag3.0Cu0.5、Sn98.5Ag1.0Cu0.5、Sn99.0Ag0.3Cu0.7、Sn96.5Ag3.5、Sn99.3Cu0.7、Sn59.9Bi40Cu0.1、Sn91.0Zn9.0、Sn89.0Zn8.0Bi3.0、Sn63Pb37、Sn62Pb36Ag2和Sn62.8Pb36.8Ag0.4中的一种。

本发明在锡膏在印刷后回流焊接过程中，在升温及匀热阶段(常温到190度左右)，由于松香含量低，软化点低，高溶剂含量以及在高效表面活性剂的复合作用下，助焊剂表现出极好的流动特性而向ICT测试焊点四周铺展，避免助焊剂停留于测试焊点表面。当回流冷却后，助焊剂残留集中分布到测试点的边缘，而测试点表面的焊料金属充分裸露而无助焊剂残留覆盖。在后端的ICT测试过程中，探针充分与焊料金属接触导通，有效避免因残留的影响而产生测试误判。另外，由于松香含量低，焊接后残留软而不粘，有效避免残留粘附于探针，提升探针测试的持久性。

附图说明：

图1为本发明实施例1锡膏回流焊接后，测试焊点表面的SEM照片。

图2为本发明实施例2锡膏回流焊接后，测试焊点表面的SEM照片。

图3为对比例锡膏回流焊接后，测试焊点表面的SEM照片。

具体实施方式：

请参见图1～图3，本发明的具体实施例如下：包括80％～91％重量百分比的焊料合金粉末和9％～20％重量百分比的助焊剂，其特征在于所述的助焊剂的配比是(按重量百分比)：

上述的焊料合金为Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金，Sn-Cu合金，Sn-Bi-Cu合金，Sn-Zn合金，Sn-Zn-Bi合金、Sn-Pb合金或Sn-Pb-Ag合金中的一种。

所述的复合溶剂为常温下为高粘稠的溶剂、固状的“固体溶剂”和低粘度的醇类或醇醚类溶剂组成，不同粘稠度和固液组合而成的复合溶剂可提高低松香使用量时的粘度和保持良好的流动性。

所述的松香为软化点低于110℃的一种或多种松香，其总含量占助焊剂的重量比为10～35％范围，优选范围为20～30％。松香可选自全氢化松香，部分氢化松香，聚合松香，歧化松香，妥尔油松香中的一种或多种。优选软化点为75～90℃全氢化松香和／或软化点范围为90～100℃的聚合松香。

所述的复合溶剂体系占助焊剂的重量比为40～60％，其中常温下为粘稠液体的溶剂优选比例为13～18％，常温下为固态的“固体溶剂”优选比例为10～20％，常温下为低粘度的醇类或醇醚类溶剂优选比例为20～28％。

所述的复合溶剂中的常温下为高粘稠的溶剂可为1，2-辛二醇、一缩二丙二醇、三甘醇、二缩二乙二醇、1，4-丁二醇、2-乙基-1，3-己二醇等多元醇类中的一种或多种组合；常温下为固状的“固体溶剂”可为1，8-辛二醇、新戊二醇、1，4-环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷、2，5-二甲基-2，5-己二醇、山梨糖醇等多元醇类或多元醇类似溶剂中的一种或多种组合；常温下为低粘度的醇类或醇醚类溶剂可为2-己基-1-癸醇、α-松油醇、2-甲基-2、4-戊二醇、二甘醇二丁醚、二甘醇单己醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇单辛醚、三乙二醇单甲醚、聚乙二醇单丁醚、三丙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚等中的一种或多种组合。

所述触变剂可为氢化蓖麻油、氢化蓖麻油改性衍生物、聚酰胺及其衍生物、硬脂酸酰胺及其衍生物中的一种或多种组合，最优选的为熔点低于140℃的氢化蓖麻油或其聚酰胺改性衍生物；触变剂含量占助焊剂的重量比为3～10％。

为了取得良好的润湿性能，所述活化剂采用有机酸、有机胺及卤素组合使用。有机酸可选自：一元羧酸如对羟基苯乙酸、间羟基苯甲酸、水杨酸、对氨基苯甲酸、棕榈酸、硬脂酸等中的一种或多种；二元酸如丁二酸、马来酸、苹果酸、己二酸、丙二酸、甲基丁二酸、苯基丁二酸、癸二酸、十二烷二酸等中的一种或多种。有机胺可选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、三异丙醇胺中的一种或多种。卤素可选自二溴丁烯二醇、二溴丁烯二酸、二溴乙基苯、三(2，3-二溴丙基)异三聚氰酸酯等中的一种或多种。所述活化剂的量占助焊剂的重量比为5～15％。其中有机酸优选为4～12％，有机胺优选为0.5～3％，卤素优选为0.2～1.5％。

为了使助焊剂更好地在测试焊点表面铺展以及改善锡膏的润湿性能，0.2～1.5％重量比的非离子表面活性剂添加到助焊剂中。优选的非离子表面活性剂为氟碳类非离子表面活性剂，它能有效降低锡膏助焊剂在回流焊接过程中的表面张力，从而有利于助焊剂从焊点金属表面向外铺展，将焊料金属裸露而不被助焊剂残留覆盖。

为更好地了解和实施本发明，通过下面的表1和表2进一步给出更详细的实施例1～2，表3给出的是对比方案的配方。

表1(实施例1)

表2(实施例2)

表3(对比例)

从以上实施例1和实施例2与对比例的配方设计可看出：

①作为赋予锡膏粘着特性以及防止PCB再度氧化的松香部分，实施例1和实施例2助焊剂配方分别采用软化点低于110℃的全氢化松香和／或聚合松香，而对比例中的传统锡膏助焊剂配方采用绝大部分的高软化点丙烯酸改性松香和少部分低软化点的氢化松香配合使用。低软化点的松香体系赋予本发明锡膏在回流预热过程中，其助焊剂好的流动特性；而且在松香含量方面，实施例1和实施例2的助焊剂配方的松香含量分别为28％和25％，而对比例传统配方松香含量达46％。低松香含量赋予本发明锡膏回流焊接后其残留具有低的粘性，降低残留粘附探针针头的风险。

②作为溶解松香、活化剂、增稠剂而形成均匀物质的溶剂部分，实施例1和实施例2助焊剂配方采用粘稠溶剂、固体溶剂和低粘度溶剂配合使用，赋予弥补因松香减少而带来的粘性不足问题；而对比例传统配方采用单一低粘度溶剂。溶剂含量方面，实施例1和实施例2助焊剂配方的溶剂含量分别为51.5％和53％，而对比例中溶剂含量为34.5％，特选的溶剂及其高比例含量赋予本发明锡膏回流过程中助焊剂的优异流动特性，同时弥补锡膏因松香含量减少而带来的粘性不足问题。

③本发明的实施例1和实施例2配方中皆加入了0.5％氟碳类非离子表面活性剂。该类表面活性剂中的非极性基不仅有疏水性质而且独具疏油的性能，能以较低的浓度显著地降低流体的表面张力。因此本发明锡膏在回流焊接过程中，助焊剂因低的表面张力有利于向四周扩散。

以下为本发明的具体实施例以及对比例来进一步说明本发明。所有实施例和对比例的助焊剂制作数量为6KG，制作工艺为：将松香和溶剂准确称量后放入不锈钢容器，将不锈钢容器放入加热套加热，加热过程中不停搅拌。当物料加热至145～150℃溶解完毕后，将触变剂加入并搅拌溶解完毕，然后加入活性剂和表面活性剂溶解均匀后倒出冷却至常温待用。所有实施例和对比例所制作的锡膏，都采用88.8％重量比的Sn96.5Ag3.0Cu0.5合金Type4(20～38μm)锡粉与11.2％重量比的相应助焊剂在15L双行星设备上搅拌制作。

根据实施例1，实施例2和对比例所制作的锡膏，在印刷机上通过钢网印刷到某Notebook机型的线路板上，采用Sn96.5Ag3.0Cu0.5合金锡膏的标准回流曲线回流后，将其ICT测试焊点进行扫描电镜拍照。实施例1(即表1)，实施例2(即表2)和对比例(即表3)的扫描拍照结果分别见图1，图2和图3。

从图1，图2和图3对比可以看出：采用本发明方案所制作的锡膏，回流焊接后，对应的ICT测试焊点表面无助焊剂残留，助焊剂残留集中分布在测试焊点的四周，而测试焊点表面的焊料金属完全裸露，利于ICT测试时探针很容易接触焊料金属而顺利通过测试。而对比例制作的锡膏，回流焊接后，对应的ICT测试点表面有助焊剂残留覆盖，造成ICT测试时探针不易接触测试点的焊料金属，引起测试误判。同时测试点表面覆盖的助焊剂残留，会粘附于探针端头，从而影响探针测试的持续性，引起更多的误判，造成生产效率低下。

本发明所涉及的锡膏，除了具有良好的可焊接特性外，由于助焊剂体系在回流焊接过程中，加热到约110～190℃范围内时，助焊剂具有优异的流动特性。而且在此温度范围，助焊剂的活性开始激活，溶剂开始挥发，促使助焊剂向测试焊点四周流动，避免在测试焊点表面聚集。冷却后，测试焊点表面焊料金属充分裸露，利于ICT探针接触导通，避免ICT测试因残留粘附于探针而造成误判。另外，由于松香含量低，焊接后残留软而不粘，有效避免残留粘附于探针，提升探针测试的持久性。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，但不应理解为本发明仅限于此。故凡依本发明专利申请范围所述的原理所做的等效替换、变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (9)

1.一种ICT测试低误判率免洗锡膏，包括80％～91％重量百分比的焊料合金粉末和9％～20％重量百分比的助焊剂，其特征在于所述的助焊剂的配比是(按重量百分比)：

上述的焊料合金为Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Bi-Cu合金、Sn-Zn合金、Sn-Zn-Bi合金、Sn-Pb合金或Sn-Pb-Ag合金中的一种。

2.根据权利要求1所述的ICT测试低误判率免洗锡膏，其特征在于所述的松香选自全氢化松香、聚合松香、氢化松香、歧化松香、妥尔油松香中的一种或多种；复合溶剂为常温下为高粘稠的溶剂、固状的“固体溶剂”和低粘度的醇类溶剂或醇醚类溶剂组成；触变剂为氢化蓖麻油、氢化蓖麻油改性衍生物、聚酰胺及其衍生物、硬脂酸酰胺及其衍生物中的一种或多种组合；组合活化剂包括有机酸、有机胺和卤素；非离子表面活性剂为氟碳类非离子表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的ICT测试低误判率免洗锡膏，其特征在于所述的复合溶剂中的高粘稠的溶剂为助焊剂总重的13～18％、固状的“固体溶剂”为助焊剂总重的10～20％、低粘度的醇类溶剂或醇醚类溶剂为助焊剂总重的20～28％。

4.根据权利要求1或2或3所述的ICT测试低误判率免洗锡膏，其特征在于所述的复合溶剂中的常温下为高粘稠的溶剂选自1，2-辛二醇、一缩二丙二醇、三甘醇、二缩二乙二醇、1，4-丁二醇、2-乙基-1，3-己二醇等多元醇类中的一种或多种组合，常温下为固状的“固体溶剂”选自1，8-辛二醇、新戊二醇、1，4-环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷、2，5-二甲基-2，5-己二醇、山梨糖醇等多元醇类或多元醇类似溶剂中的一种或多种组合，常温下为低粘度的醇类或醇醚类溶剂选自2-己基-1-癸醇、α-松油醇、2-甲基-2、4-戊二醇、二甘醇二丁醚、二甘醇单己醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇单辛醚、三乙二醇单甲醚、聚乙二醇单丁醚、三丙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚等中的一种或多种组合。

5.根据权利要求4所述的ICT测试低误判率免洗锡膏，其特征在于所述的松香为软化点为75～90℃全氢化松香和／或软化点为90～100℃的聚合松香。

6.根据权利要求5所述的ICT测试低误判率免洗锡膏，其特征在于所述的触变剂为熔点低于140℃的氢化蓖麻油或其聚酰胺改性衍生物。

7.根据权利要求6所述的ICT测试低误判率免洗锡膏，其特征在于所述的组合活化剂包括有机酸、有机胺和卤素且分别为助焊剂总重的4～12％、0.5～3％和0.2～1.5％。

8.根据权利要求7所述的ICT测试低误判率免洗锡膏，其特征在于所述的组合活化剂的有机酸可选自：一元羧酸如对羟基苯乙酸、间羟基苯甲酸、水杨酸、对氨基苯甲酸、棕榈酸、硬脂酸等中的一种或多种；二元酸如丁二酸、马来酸、苹果酸、己二酸、丙二酸、甲基丁二酸、苯基丁二酸、癸二酸、十二烷二酸等中的一种或多种；所述的组合活化剂的有机胺可选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、三异丙醇胺中的一种或多种；所述的组合活化剂卤素可选自二溴丁烯二醇、二溴丁烯二酸、二溴乙基苯、三(2，3-二溴丙基)异三聚氰酸酯。

9.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的ICT测试低误判率免洗锡膏，其特征在于所述的合金粉末为球形粉末，其具体是Sn96.5Ag3.0Cu0.5、Sn98.5Ag1.0Cu0.5、Sn99.0Ag0.3Cu0.7、Sn96.5Ag3.5、Sn99.3Cu0.7、Sn59.9Bi40Cu0.1、Sn91.0Zn9.0、Sn89.0Zn8.0Bi3.0、Sn63Pb37、Sn62Pb36Ag2和Sn62.8Pb36.8Ag0.4中的一种。