CN104476007A - 一种高熔点无铅无卤焊锡膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，尤其涉及一种高熔点无铅无卤焊锡膏及其制备方法。本发明的高熔点无铅无卤焊锡膏包含焊料合金和助焊膏，其中焊料合金成份主要是含1.5wt％－10wt％银的铋银合金或含1.5wt％－10wt％银和0.05%-4.0%第三元素的铋银合金；助焊膏的触变剂是熔点在170-210℃之间的混合高级脂肪酸酰胺。该焊锡膏焊料合金具有固相线温度高于260℃以上，具有强度高，塑性高，抗疲劳特性强的优点，助焊膏具有优良的防坍塌功能，而且实用性强的优点，所以，本发明的焊锡膏完全可以替代现有用于半导体和IC等电子元件内部封装焊接用的焊锡膏，具有广阔的市场前景。

Description

一种高熔点无铅无卤焊锡膏及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，尤其涉及一种高熔点无铅无卤焊锡膏及其制备方法。

背景技术

表面组装技术（Surface Mount Technology，缩写SMT）是目前电子组装行业里最盛行的一种技术和工艺，为了使SMT回流焊接时电子元件内部封装高温焊料不产生熔融的现象，高温焊料要求固相线温度至少高于260℃。现在常使用的高温焊料主要是以Pb为主要成分的合金，例如：Sn5-Pb92.5-Ag2.5合金 ，固相线温度是287℃，液相线温度是296℃；Pb-5Sn合金 ，固相线温度是300℃，液相线温度是314℃；Pb-10Sn合金，固相线温度是268℃，液相线温度是301℃；Pb-5Ag合金，固相线温度是304℃，液相线温度是365℃。然而使用Pb为主要成分的高温焊料焊接的废旧电子设备内的印刷基板难以回收，大多以填埋的方式进行处置。

近年来，随着环境的日益恶化，雨水普遍被污染成酸雨，在酸雨的作用下，Pb从印刷基板等钎焊部件上溶解，卤元素溶解，导致地下水受到Pb和卤元素污染，污染环境。

 因此研究一种固相线温度高于260℃的无铅无卤高温焊料是大量焊料厂家及科研机构的一个重要发展方向。现在主要研究方向是使用以Sn为主要成分的无铅焊料，但是，该无铅焊料即使使用大量的Ag、Cu、Sb、Ni、 Cr、Fe、Mo等高熔点金属，也只是使焊料的液相线温度上升，其固相线温度无法达到260℃，所以以Sn为主要成分的无铅焊料不存在适用于在焊接温度260℃不熔融的Sn基焊料。

为了开发出无铅无卤的高温焊料，各种各样的焊料应运而生。中国专利CN100475996C公开了一种高温无铅焊料用组合物、生产方法及元件，该无铅高温焊料包含一种含银2wt%-18wt%、含铋98wt%-82wt%的银铋合金，具有固相线不低于262.5℃、液相线不高于400℃，但是，该无铅焊料用组合物强度和塑性较低，此焊料用普通助焊膏做成的锡膏在抗坍塌能力较差，锡珠较多等不良，不利于该无铅焊料用组合物的工业化生产和推广。

目前焊锡膏中常用的触变剂有以下几类：氢化蓖麻油、改性蓖麻油、酰胺类化合物。氢化蓖麻油的熔点为80℃度，改性蓖麻油最高的熔点也只能做到140℃左右。酰胺类触变剂如：硬脂酸酰胺熔点98-102℃，乙撑双油酸酰胺熔点101-120℃，乙撑双硬脂酸酰胺熔点141-146℃。上述常用的触变剂相对于普通无铅焊料如Sn96.5Ag3.0Cu0.5，Sn99.0Ag0.3Cu0.7等熔点低于230℃的合金锡膏基本是适用的，但对于高熔点焊料如： Bi91.95Ag8Sb0.05，Bi94.5Ni2Cu2Ag1.5等熔点高于260℃的焊料合金，熔点140℃左右的触变剂不能有效的防止高熔点焊料在熔化前不坍塌。在熔化前就坍塌的焊锡膏则可能出现因坍塌而产生收不回来的锡珠。

发明内容

为了解决现有技术高温焊料强度和塑性低，焊锡膏易坍塌，本发明提供一种高熔点无铅无卤焊锡膏及其制备方法。

       本发明的目的之一是提供一种高熔点无铅无卤焊锡膏，该焊锡膏包含80重量份~90重量份 焊料合金和10重量份~20重量份 助焊膏，其中，所述的焊料合金主要含银1.5wt％－10wt％的铋银合金或含银1.5wt％－10wt％和0.05%-4.0%第三元素的铋银合金，所述第三元素是Al、Ba、Ca、Ce、Mg、P、Au、Cu、Pt、Sb、In、Sn、Ni、Ge和Zn中的一种，所述的焊料合金优选是Bi95.3Ag4.7，Bi91.95Ag8Sb0.05，Bi94.5Ni2Cu2Ag1.5和Bi93.3Ag4.7Ni2.0中的一种或其组合物，具有强度高，塑性高，抗疲劳特性强的优点。

所述的助焊膏的组分质量百分比含量如下：

松香                          30重量份～55重量份；

触变剂                        3重量份～15重量份；

有机酸胺盐活性剂              2重量份～10重量份；

有机酸活性剂                  2重量份～10重量份；

表面活性剂                    3重量份～15重量份；

醇类溶剂                      5重量份～25重量份；

醚类溶剂                      10重量份～20重量份。

本发明助焊膏的松香选自聚合松香﹑歧化松香和氢化松香中一种或其组合物；所述的触变剂是熔点为170-210℃之间的混合脂肪酸酰胺，优选熔点为180-210℃的混合高级脂肪酸酰胺；其中有机酸胺盐活性剂为三乙醇胺丁二酸盐、乙醇胺丁二酸盐类有机酸胺盐。有机酸活性剂主要为一元酸与二元酸，选自丙二酸﹑丁二酸﹑戊二酸﹑辛二酸﹑癸二酸﹑十二二酸﹑十二酸﹑十四酸﹑棕榈酸和硬脂酸中的一种或其组合物；表面活性剂选自TX-10、油醇聚氧乙烯醚、曲拉通X-100和聚乙二醇中的一种或其组合物；溶剂使用的是沸点为200～300℃的高沸点醇类﹑醚类溶剂，醇类优选为2-乙基-1,3-己二醇，醚类优选为二乙二醇二丁醚。

由上述组分组成的助焊膏具有很好的防坍塌功能，尤其是使用改良后高熔点的高级脂肪酸酰胺，大大的提高了焊锡膏的抗坍塌能力，使本发明的助焊膏应用于熔点高于260℃的焊料合金，不会出现坍塌的现象，而且该助焊膏对应用普通焊料合金如Sn96.5Ag3.0Cu0.5，Sn99.0Ag0.3Cu0.7也一样有较好的防坍塌功能，具有应用广泛的优点。

   本发明的目的之二是提供高熔点无铅无卤焊锡膏的制备方法，包括以下步骤：

（1）将称取的松香、量取的醇和醚溶剂加入反应容器中加热升温至160℃，搅拌至完全熔化；

（2）加入触变剂，并搅拌至完全熔化；

（3）将反应容器温度控制在110℃～130℃，按质量百分比加入有机酸胺盐活性剂和有机酸活性剂，搅拌至完全熔化；

（4）加入表面活性剂，并搅拌均匀，冷却后即得助焊膏；

（5）将步骤（4）的助焊膏放置制冷室中24h，温度控制在2-10℃；

（6）将步骤（5）的冷冻后助焊膏进行研磨，得粒度小于10μm的助焊膏；

（7）将焊料合金与助焊膏放置真空搅拌机中充分搅拌混合均匀，即可得焊锡膏。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的焊锡膏的焊料合金具有固相线温度高于260℃以上，具有强度高，塑性高，抗疲劳特性强的优点，助焊膏具有优良的防坍塌功能，而且实用性强。

具体实施方式

        下面采用具体实施例进一步说明本发明的内容。

以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

实施例1、本发明的高熔点无铅无卤焊锡膏的制备方法：

（1）将称取的松香、量取的醇和醚溶剂加入反应容器中加热升温至160℃，搅拌至完全熔化；

（2）加入触变剂，并搅拌至完全熔化；

（3）将反应容器温度控制在110℃～130℃，按质量百分比加入有机酸胺盐活性剂和有机酸活性剂，搅拌至完全熔化；

（4）加入表面活性剂，并搅拌均匀，冷却后即得助焊膏；

（5）将步骤（4）的助焊膏放置制冷室中24h，温度控制在2-10℃；

（6）将步骤（5）的冷冻后助焊膏进行研磨，得粒度小于10μm的助焊膏；

（7）将焊料合金与助焊膏放置真空搅拌机中充分搅拌混合均匀，即可得焊锡膏。

实施例2、本发明的高熔点无铅无卤焊锡膏：

（1）将称取11重量份的氢化松香、20重量份歧化松香、20重量份量二乙二醇二丁醚、20重量份2-乙基-1,3-己二醇加入反应容器中加热升温至160℃，搅拌至完全熔化；

（2）加入9重量份170℃熔点高级脂肪酸酰胺，并搅拌至完全熔化；

（3）将反应容器温度控制在110℃，称取加入6重量份丁二酸和4重量份戊二酸，搅拌至完全熔化；

（4）加入5重量份油醇聚氧乙烯醚和5重量份曲拉通X-100，并搅拌均匀，冷却后即得助焊膏；

（5）将步骤（4）的助焊膏放置制冷室中24h，温度控制在5℃；

（6）将步骤（5）的冷冻后助焊膏进行研磨，得粒度小于10μm的助焊膏；

（7）将86重量份 Bi95.3Ag4.5和14重量份助焊膏放置真空搅拌机中充分搅拌混合均匀，即可得焊锡膏。

实施例3、本发明的高熔点无铅无卤焊锡膏：

（1）将称取21重量份的氢化松香、15重量份歧化松香、14重量份量二乙二醇二丁醚、25重量份2-乙基-1,3-己二醇加入反应容器中加热升温至160℃，搅拌至完全熔化；

（2）加入10重量份170℃～200℃熔点高级脂肪酸酰胺，并搅拌至完全熔化；

（3）将反应容器温度控制在120℃，称取加入3重量份乙醇胺丁二酸盐、1重量份丁二酸和6重量份戊二酸，搅拌至完全熔化；

（4）加入5重量份曲拉通X-100，并搅拌均匀，冷却后即得助焊膏；

（5）将步骤（4）的助焊膏放置制冷室中24h，温度控制在8℃；

（6）将步骤（5）的冷冻后助焊膏进行研磨，得粒度小于10μm的助焊膏；

（7）将88重量份 Bi94.5Ni2Cu2Ag1.5和12重量份助焊膏放置真空搅拌机中充分搅拌混合均匀，即可得焊锡膏。

 实施例4、本发明的高熔点无铅无卤焊锡膏：

表1 本发明高熔点无铅无卤焊锡膏的成分含量（单位为重量份）：

制备方法如实施例1。

 实施例5、本发明的高熔点无铅无卤焊锡膏：

表2 本发明高熔点无铅无卤焊锡膏的成分含量（单位为重量份）：

制备方法如实施例1。

 实施例6、本发明的高熔点无铅无卤焊锡膏：

表3 本发明高熔点无铅无卤焊锡膏的成分含量（单位为重量份）：

 

 制备方法如实施例1。

 实施例7、本发明的高熔点无铅无卤焊锡膏：

表4 本发明高熔点无铅无卤焊锡膏的成分含量（单位为重量份）：

制备方法如实施例1。

对比例一、一种焊锡膏：

表5 一种焊锡膏的成分含量（单位为重量份）：

制备方法如实施例1。

对比例二、一种焊锡膏：

表6 一种焊锡膏的成分含量（单位为重量份）：

 

制备方法如实施例1。

实验例一、本发明实施例2-7与对比例一至二制得焊锡膏的性能测定：

表7 本发明实施例2-7与对比例一至二制得焊锡膏的性能测试结果如下：

 

本发明制作的高熔点无铅无卤焊锡膏，润湿性好，锡珠2级以上，热坍塌不连间隔为0.1mm，熔点高，完全可替代现常用于半导体和IC等电子元件内部封装焊接的高铅高温焊锡膏，具有广阔的市场前景。

Claims (8)

1.一种高熔点无铅无卤焊锡膏，其特征在于，该焊锡膏由80重量份~90重量份的焊料合金和10重量份~20重量份的助焊膏组成；

所述的焊料合金为含1.5wt％－10wt％银的铋银合金或含1.5wt％－10wt％银和0.05%-4.0%第三元素的铋银合金，其中该焊料合金的固相线温度大于260℃；

所述助焊膏的组分重量份含量如下：

松香                          30重量份～55重量份；

触变剂                        3重量份～15重量份；

有机酸胺盐活性剂              2重量份～10重量份；

有机酸活性剂                  2重量份～10重量份；

表面活性剂                    3重量份～15重量份；

醇类溶剂                      5重量份～25重量份；

醚类溶剂                      10重量份～20重量份；

所述的触变剂是熔点在170-210℃之间的混合高级脂肪酸酰胺。

2.如权利要求1所述的高熔点无铅无卤焊锡膏，其特征在于，所述第三元素是Al、Ba、Ca、Ce、Mg、P、Au、Cu、Pt、Sb、In、Sn、Ni、Ge和Zn中的一种。

3.如权利要求1所述的高熔点无铅无卤焊锡膏，其特征在于，所述的焊料合金是Bi95.3Ag4.7，Bi91.95Ag8Sb0.05，Bi94.5Ni2Cu2Ag1.5和Bi93.3Ag4.7Ni2.0中的一种或其组合物。

4.如权利要求1所述的高熔点无铅无卤焊锡膏，其特征在于，所述的触变剂是熔点在180-210℃之间的混合高级脂肪酸酰胺。

5.如权利要求1所述的高熔点无铅无卤焊锡膏，有机酸胺盐活性剂为三乙醇胺丁二酸盐和乙醇胺丁二酸盐中的一种或其组合。

6.如权利要求1所述的高熔点无铅无卤焊锡膏，表面活性剂主要为TX-10、油醇聚氧乙烯醚、曲拉通X-100和聚乙二醇中的一种或其组合。

7.如权利要求1所述的高熔点无铅无卤焊锡膏，其特征在于，所述的醇溶剂优选为2-乙基-1,3-己二醇，所述的醚溶剂优选为二乙二醇二丁醚。

8.如权利要求1所述的高熔点无铅无卤焊锡膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将称取的松香、量取的醇和醚溶剂加入反应容器中加热升温至160℃，搅拌至完全熔化；

（2）加入触变剂，并搅拌至完全熔化；

（3）将反应容器温度控制在110℃～130℃，按质量百分比加入有机酸胺盐活性剂和有机酸活性剂，搅拌至完全熔化；

（4）加入表面活性剂，并搅拌均匀，冷却后即得助焊膏；

（5）将步骤（4）的助焊膏放置制冷室中24h，温度控制在2-10℃；

（6）将步骤（5）的冷冻后助焊膏进行研磨，得粒度小于10μm的助焊膏；

（7）将焊料合金与助焊膏放置真空搅拌机中充分搅拌混合均匀，即可得焊锡膏。