CN104785949B - 掺杂镀锡合金粉的焊锡粉及包含其的焊膏 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺杂镀锡合金粉的焊锡粉及包含其的焊膏，其在金属铜粉、塑料镀铜粉、陶瓷镀铜粉和氧化硅镀铜粉的表面镀锡得到镀锡合金粉，然后将该镀锡合金粉和目前市售常见锡合金粉末混合形成焊锡粉后用于焊膏中，镀锡合金粉和锡合金粉末两者间的润湿性好，结合力好，焊接后外观一致，焊接后的焊点不会出现小锡珠，或者焊盘外残留小锡球的情况，且含有该焊锡粉的焊膏焊锡效果优于市售焊锡粉，可用于PCB电子元器件的组装和其他金属元件的回流焊工艺，能够大幅降低焊膏成本。

Description

掺杂镀锡合金粉的焊锡粉及包含其的焊膏
技术领域
本发明涉及一种焊锡粉，尤其涉及一种掺杂镀锡合金粉的焊锡粉及包含该焊锡粉的焊膏，属于电子器件组装用焊接和表面处理材料的加工领域。
背景技术
随着社会的发展及矿产资源的开发利用，在2008-2009年国务院连续公布的全部44个国家资源枯竭城市，其中以产锡闻名的云南省多个旧市名列其中。并且在最近十年来，锡的价格波动频繁，最高涨到20多万一吨，最低跌倒8万多一吨，在这样的价格波动和矿产资源日渐枯竭的情况下，作为生产锡产品的企业很难把握市场节奏，而锡作为锡膏合金粉末(焊锡粉)主要原材料又是不可或缺的，在这样的背景下，如何减少或者取代锡材料在锡膏中使用量的研究已经成为电子表面组装技焊技术领域方面的紧迫任务。
目前，国内锡膏用锡合金粉末主要有锡铋粉末合金、锡银铜粉末合金、锡铅粉末合金等锡基金属粉末合金，这些合金的价格都比较昂贵。而采用一种价格低廉的物质与锡粉末混合形成一种新型锡膏用金属合金粉末，一旦这样的合金粉末能满足锡膏性能的要求，并且生产这种合金粉末的成本价格低廉，那么采用这种合金粉末生产的锡膏将在未来的市场有很强的市场竞争力。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种掺杂镀锡合金粉的焊锡粉及包含其的焊膏，由于焊锡粉中使用了能部分替代现有焊锡粉中锡合金粉末的镀锡合金粉，且含有该焊锡粉的焊膏价格低廉并能够满足使用性能要求，它们能在电子元器件表面组装领域的推广使用，并可用于其它金属材料回流焊。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种掺杂镀锡合金粉的焊锡粉，由1～15wt.％的镀锡合金粉和余量的锡合金粉末组成，其中所述镀锡合金粉为在颗粒直径为20～45μm的非锡合金粉末表面经化学镀锡制备所得，所述锡合金粉末为锡铜合金、锡银铜合金和锡铋合金中的至少一种。
其进一步的技术方案是：
所述掺杂镀锡合金粉的焊锡粉由5～10wt.％的镀锡合金粉和余量的锡合金粉末组成。
所述镀锡合金粉是通过含有下述步骤的方法制备所得：将非锡合金粉末经水洗、酸洗、二次水洗后，采用化学镀锡液进行化学镀锡，其中所述化学镀锡液由150-500g/L有机混合酸、50-100g/L有机锡盐、1-5g/L有机银盐、45-200g/L络合剂、30-60g/L次亚磷酸或次亚磷酸钠还原剂、10-80g/L稳定剂、5-20g/L乳化剂、3-20g/L光亮剂和余量去离子水组成。
所述非锡合金粉末为金属铜粉、塑料镀铜粉、陶瓷镀铜粉和氧化硅镀铜粉中的至少一种。
本发明还公开了一种包含上述焊锡粉的焊膏。
所述焊膏以总重量百分比计，由80～95wt.％的焊锡粉和5～20wt.％的无卤助焊剂组成；其中所述无卤助焊剂由下述按重量百分比计的无卤原料组成：5～15wt.％活化剂、32～50wt.％树脂、3～10wt.％树脂添加剂、2～10wt.％触变剂、1～15wt.％稳定剂、0.5～8.0wt.％抗氧化剂和余量溶剂。
所述树脂中含有改性酚醛松香树脂，所述树脂添加剂为三异氰酸异丙酯和三异氰酸正丁酯中的至少一种，所述活化剂为有机酸与胺形成的盐。
本发明还公开了上述焊膏用于PCB电子元器件的组装和其他金属元件的回流焊工艺。
本发明的有益技术效果是：本发明在金属铜粉、塑料镀铜粉、陶瓷镀铜粉和氧化硅镀铜粉的表面镀锡得到镀锡合金粉，然后将该镀锡合金粉和目前市售常见锡合金粉末混合形成焊锡粉后用于焊膏中，镀锡合金粉和锡合金粉末两者间的润湿性好，结合力好，焊接后外观一致，焊接后的焊点不会出现小锡珠，或者焊盘外残留小锡球的情况，且含有该焊锡粉的焊膏焊锡效果优于市售焊锡粉，可用于PCB电子元器件的组装和其他金属元件的回流焊工艺，能够大幅降低焊膏成本。
附图说明
附图1为含本发明所述焊锡粉的焊膏进行焊接后焊点的实物图。
具体实施方式
下面结合本申请的具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明所述掺杂镀锡合金粉的焊锡粉，由镀锡合金粉和余量的锡合金粉末组成，其中所述镀锡合金粉为在颗粒直径为20～45μm的非锡合金粉末表面经化学镀锡制备所得，该非锡合金粉末为金属铜粉、塑料镀铜粉、陶瓷镀铜粉和氧化硅镀铜粉中的至少一种，所述锡合金粉末为锡铜合金、锡银铜合金和锡铋合金中的至少一种。本实施例中所采用的非锡合金粉末如金属铜粉、塑料镀铜粉、陶瓷镀铜粉和氧化硅镀铜粉均为市面上所采购的成品；本实施例中所采用的锡合金粉末如锡铜合金、锡银合金和锡铋合金均为市场上所采购的成品，其中当使用锡铋合金时，熔点为138℃，比通常导电胶约150℃的固化温度要低。
本发明中对上述采购来的非锡合金粉末进行化学镀锡，其按照一般的化学镀锡步骤进行，经水洗、酸洗、二次水洗后，采用化学镀锡液进行化学镀锡。其中所述化学镀锡液由150-500g/L有机混合酸、50-100g/L有机锡盐、1-5g/L有机银盐、45-200g/L络合剂、30-60g/L次亚磷酸或次亚磷酸钠还原剂、10-80g/L稳定剂、5-20g/L乳化剂、3-20g/L光亮剂和余量去离子水组成。有机混合酸可以采用甲磺酸、乙磺酸、2-羟基乙磺酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、葡萄糖酸、磺基水杨酸和草酸等中的至少两种。有机锡盐可采用有机酸的锡二价盐，如甲磺酸锡、2-羟基乙磺酸锡和2-羟基丙磺酸锡中的一种。有机银盐可采用甲磺酸银、2-羟基乙磺酸银、2-羟基丙磺酸银和对甲酚磺酸银中的一种。络合剂可选用硫脲、1,2-二甲基硫脲、甲基胍、胍基乙酸、2,4-二硫缩二脲、2,4,6-三硫缩三脲、2,2-二硫吡啶和2,2-二硫苯胺中的一种。稳定剂可采用抗败血酸、氨基苯酚、对苯二酚、邻苯二酚和麝香草酚中的一种与β-环糊精的组合物。乳化剂可采用溴化十六烷基吡啶、氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷基三甲铵、氯化十六烷基三甲铵和辛基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。光亮剂为咪唑、α-吡啶甲酸、苯甲醛和2,4,6-三氯苯甲醛中的一种。
将经上述镀锡工艺所得的镀锡合金粉与锡合金粉末按照表1中所述比例进行混合，得到本发明所述的掺杂镀锡合金粉的焊锡粉。
表1 本发明具体实施例1-7中所用焊锡粉的组成
将上述表1中所述具体实施例1-7中的焊锡粉用于制备焊膏。以总重量百分比计，由80～95wt.％的焊锡粉和5～20wt.％的无卤助焊剂组成；其中所述无卤助焊剂由下述按重量百分比计的无卤原料组成：5～15wt.％活化剂、32～50wt.％树脂、3～10wt.％树脂添加剂、2～10wt.％触变剂、1～15wt.％稳定剂、0.5～8.0wt.％抗氧化剂和余量溶剂。上述树脂由氢化松香、歧化松香、聚合松香和亚克力松香中的至少一种和改性酚醛松香树脂组成；所述树脂添加剂为三异氰酸异丙酯和三异氰酸正丁酯中的至少一种；所述活化剂为有机酸与胺形成的盐，如己二酸、癸二酸、丁二酸、磷酸三丁酯、异丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种或两种以上的任意比例的组合。触变剂可选用氢化蓖麻油、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和酰胺化合物中的一种或两种或两种以上的任意比例的混合，酰胺化合物可以为十六酸酰胺、乙二撑双硬脂酸酰胺、脂肪酸酰胺、亚甲基硬脂酸酰胺或甲酰胺。稳定剂为8-羟基喹啉、丁基咪唑和石蜡中的至少一种。抗氧化剂为苯并三氮唑和5-苯基苯并咪唑中的至少一种。溶剂为聚乙二醇、2-乙基-1,3-己二醇、三甘醇单乙醚和二甘醇单正乙醚中的至少一种。
焊膏制备方法为：(1)将树脂和树脂添加剂加入到反应釜内加热并搅拌至完全融化，在融化后将温度调节至150～200℃并保持10min后，慢慢均匀冷却，在100～150℃之间逐步分别加入活化剂、触变剂、稳定剂、抗氧化剂和溶剂并搅拌25～40min；(2)将上述产物冷却至室温后取出放入干净容器中，容器封口后置于2～10℃的环境中保存48h，得到助焊剂；(3)将上述助焊剂和具体实施例中的焊锡粉装入焊锡搅拌机搅拌60～90min后得到焊膏。
将采用上述具体实施例1-7中所述焊锡粉制备所得焊膏进行性能测试，测试结果参见表2中所述。
表2 含本发明所述焊锡粉的焊膏的性能测试结果
采用上述实施例中所用的助焊膏分别与市售305锡粉和本发明表1中具体实施例1中所述焊锡粉制备成焊膏，对该两焊膏进行性能测试对比，对比结果参见表3，且采用本发明所述焊膏进行焊接后焊点的情况请参见附图1。
表3 含市售305锡粉焊膏与含实施例1焊锡粉焊膏性能测试
由上述数据可以看出，本发明所述镀锡合金粉能很好地与锡合金粉末混合后达到优良的焊接效果，满足锡膏焊接后的性能，且由于这些镀锡合金粉有一层镀锡，其与目前市场上现有的锡合金粉末混合时，两者间的润湿性好，结合力好，焊接后外观一致，焊接后的焊点不会出现小锡珠，或者焊盘外残留小锡球的情况，且从上述数据及对比可以看出，含有本发明所述焊锡粉的焊膏后的焊锡效果优于市售焊锡粉，可用于PCB电子元器件的组装和其他金属元件的回流焊工艺，且能够大幅降低焊膏成本。

Claims (7)

1.一种掺杂镀锡合金粉的焊锡粉，其特征在于：由1～15wt.％的镀锡合金粉和余量的锡合金粉末组成，其中所述镀锡合金粉为在颗粒直径为20～45μm的非锡合金粉末表面经化学镀锡制备所得，所述非锡合金粉末为塑料镀铜粉、陶瓷镀铜粉和氧化硅镀铜粉中的至少一种，所述锡合金粉末为锡铜合金、锡银铜合金和锡铋合金中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的掺杂镀锡合金粉的焊锡粉，其特征在于：所述掺杂镀锡合金粉的焊锡粉由5～10wt.％的镀锡合金粉和余量的锡合金粉末组成。
3.根据权利要求2所述的掺杂镀锡合金粉的焊锡粉，其特征在于：所述镀锡合金粉是通过含有下述步骤的方法制备所得：将非锡合金粉末经水洗、酸洗、二次水洗后，采用化学镀锡液进行化学镀锡，其中所述化学镀锡液由150-500g/L有机混合酸、50-100g/L有机锡盐、1-5g/L有机银盐、45-200g/L络合剂、30-60g/L次亚磷酸或次亚磷酸钠还原剂、10-80g/L稳定剂、5-20g/L乳化剂、3-20g/L光亮剂和余量去离子水组成。
4.包含权利要求1至3中任一权利要求所述焊锡粉的焊膏。
5.根据权利要求4所述的焊膏，其特征在于：以总重量百分比计，由80～95wt.％的焊锡粉和5～20wt.％的无卤助焊剂组成；其中所述无卤助焊剂由下述按重量百分比计的无卤原料组成：5～15wt.％活化剂、32～50wt.％树脂、3～10wt.％树脂添加剂、2～10wt.％触变剂、1～15wt.％稳定剂、0.5～8.0wt.％抗氧化剂和余量溶剂。
6.根据权利要求5所述的焊膏，其特征在于：所述树脂中含有改性酚醛松香树脂，所述树脂添加剂为三异氰酸异丙酯和三异氰酸正丁酯中的至少一种，所述活化剂为有机酸与胺形成的盐。
7.根据权利要求5或6所述焊膏的应用，其特征在于：所述焊膏用于PCB电子元器件的组装和其他金属元件的回流焊工艺。
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