CN105364340B - 信号处理基板用锡膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信号处理基板用锡膏及其制备方法，该方法包括：1)将Sn‑Zn合金、镍、钴、四水合氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮、还原剂和水混合进行接触反应以制得活化金属组合物；2)将松香、松香胺、有机酸、咪唑、二烯丙酯异氰尿酸进行加热溶解以制得混合液I；3)将混合液I、触变剂和防腐剂混合，然后冷却以制得混合液II；4)将混合液II与聚乙二醇混合以制得助焊剂；5)将助焊剂进行冷藏处理；然后，在X射线存在的条件下，与活化金属组合物在真空条件下进行分散混合以制得信号处理基板用锡膏。通过该制备方法制得的锡膏具有优异的化学稳定性、低的焊接温度和优异的扩展率。

Description

信号处理基板用锡膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及锡膏，具体地，涉及一种信号处理基板用锡膏及其制备方法。
背景技术
由于欧盟Rohs及REACH等相关环境保护规范的出台，传统的锡铅合金中的铅在环境禁令之类，逐渐被以含有银、铋的无铅合金所取代，然而银属于稀有非再生资源，随着市场对电子产品的需要不断扩大，以及电子产品更新换代的周期愈来愈短，银不断被消耗，银价不断攀升，造成成本过高。
现有的无铅焊料基本上都是基于Sn的合金，其包含大比例的Sn和一种或者多种合金元素，如：Ag、Cu、Bi、In、Sb或Zn。其中，含Ag的基于 Sn的焊料(基于Sn-Ag的焊料)，如Sn-Ag合金和Sn-Ag-Cu合金由于作为无铅焊料具有相对良好的润湿性，从而易于操作。然而，基于Sn-Ag的无铅焊料具有约220℃的熔点，其比共晶的Sn-Pb合金的熔点高约30-40℃，因此工作温度(在焊接时的加热温度)也变得相对较高；变得不适合用于焊接某些热敏感的电子部件。
含Zn的基于Sn的焊料(基于Sn-Zn的焊料)，从安全性或者经济性来说，都具有较大的优势，因为Zn不仅是对于人体无害和不可或缺的元素，而且大量存在于地下，成本比Ag、Cu、Bi、In等低。Sn-Zn无铅焊料的典型合金组合物是Sn-9Zn，该焊料具有199℃的熔点，其比Sn-Ag无铅焊料的熔点低约20℃，因此它也具有可用于焊接热敏感的电子部件的优点，基于Sn-Ag的无铅焊料不能涂布到所述热敏感的电子部件上。锡锌的温域决定其推广不会要求对现有的SMT生产工艺进行很大的改进和革新；并且在回焊过程中对电子元器件的热冲击与传统锡铅锡膏相当，优于含银无铅锡膏。
作为一个对策，可使用基于Sn-Ag焊料的焊锡膏中使用一种方法，其中通过减少加入到基于松香的助焊膏中的活化剂如氢卤化胺和有机酸的量来控制粘度变化，从而抑制助焊膏与焊料粉末的反应。然而，由于该方法削弱了助焊膏的活性，它可能导致焊料球的形成并不利的影响焊料的润湿性。因此，需要控制基于Sn的无铅焊锡膏的粘度变化而不减少助焊膏中活化剂的量。
除此，包含基于Sn-Zn无铅焊料粉末的焊锡膏(基于Sn-Zn的焊锡膏) 还存在一个问题：Zn是一种金属，由于它高的电离趋势导致它易于氧化；因此，在接触空气的焊料粉末表面形成一层氧化层，这使得焊料粉末的润湿性降低。特别是，在通过使用基于松香的助焊膏制备的基于Sn-Zn的焊锡膏中，通过与助焊膏反应产生的焊料粉末的表面氧化甚至变得更严重，因此常常发生焊接疵点包括由于焊料极差的润湿性导致形成空隙和形成焊接球。
为了增加基于Sn-Zn的焊锡膏中焊料的润湿性，可以设想使用含增加量的活化剂的基于松香的助焊膏。然而，活化剂倾向于与焊料粉末反应，并且增加活化剂的量可以使焊锡膏的粘度迅速增加并且干扰通过印刷或分散进行的焊锡膏的进料。
在基于Sn-Zn的焊锡膏中，可以使用一种方法，即在于助焊膏混合前，用合适的物质基于Sn-Zn的焊料粉末表面，以防止焊料粉末与助焊膏反应和导致表面氧化。作为包被物质，可使用稀有金属如Ag或Pd，从水解的有机硅化合物等形成的无机氧化物，或有机物如咪唑或三唑。
然而，这种包被增加了焊锡膏的制造成本，而且不一定能有效提高焊料润湿性或可焊性。
发明内容
本发明的目的是提供一种信号处理基板用锡膏及其制备方法，通过该制备方法制得的锡膏具有优异的化学稳定性、低的焊接温度和优异的扩展率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种信号处理基板用锡膏的制备方法，包括：
1)将Sn-Zn合金、镍、钴、四水合氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮、还原剂和水混合进行接触反应以制得活化金属组合物；
2)将松香、松香胺、有机酸、咪唑、二烯丙酯异氰尿酸进行加热溶解以制得混合液I；
3)将混合液I、触变剂和防腐剂混合，然后冷却以制得混合液II；
4)将混合液II与聚乙二醇混合以制得助焊剂；
5)将助焊剂进行冷藏处理；然后，在X射线存在的条件下，与活化金属组合物在真空条件下进行分散混合以制得信号处理基板用锡膏。
本发明还提供了一种信号处理基板用锡膏，该信号处理基板用锡膏通过上述的方法制备而得。
通过上述技术方案，本发明首先现在Sn-Zn合金、镍、钴的表面通过接触反应修饰纳米金粒子以制得活化金属组合物，接着通过松香、松香胺、有机酸、咪唑、二烯丙酯异氰尿酸、触变剂、防腐剂以及聚乙二醇的溶解混合制得助焊剂，最后将助焊剂和活化金属组合物进行分散混合并在X射线下进行处理制得信号处理基板用锡膏。该方法利用各步骤以及各组分的协同作用，使制得的锡膏具有合适的粘度，并且能够抗氧化和抗腐蚀进而具有优异的存放寿命；同时该锡膏的焊接温度较低以便于进行焊接，同时具有优异的扩展率以使得其具有优异的焊接特性；另外，该锡膏中不含有铅和卤素，使其具有优异的环保特性。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种信号处理基板用锡膏的制备方法，包括：
1)将Sn-Zn合金、镍、钴、四水合氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮、还原剂和水混合进行接触反应以制得活化金属组合物；
2)将松香、松香胺、有机酸、咪唑、二烯丙酯异氰尿酸进行加热溶解以制得混合液I；
3)将混合液I、触变剂和防腐剂混合，然后冷却以制得混合液II；
4)将混合液II与聚乙二醇混合以制得助焊剂；
5)将助焊剂进行冷藏处理；然后，在X射线存在的条件下，与活化金属组合物在真空条件下进行分散混合以制得信号处理基板用锡膏。
在该方法的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，在节约成本的前提下，为了使得Sn-Zn合金、镍、钴的表面能够尽可能修饰金纳米粒子，优选地，在步骤1)中，相对于100重量份的Sn-Zn合金，镍的用量为1-1.5重量份，钴的用量为0.5-0.8重量份，四水合氯金酸的用量为10-15 重量份，聚乙烯吡咯烷酮的用量为8-15重量份，还原剂的用量为10-15重量份，水的用量为150-200重量份。
在本发明中，Sn-Zn合金可以是本领域中任何一种常规的Sn-Zn合金，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，在步骤1)中，Sn-Zn合金含有85-90重量％的锡，并且含有10-15重量％的锌。
在本发明中，还原剂可以是本领域中任何一种常规的还原剂，但是从成本上考虑，优选地，还原剂为柠檬酸钠和/或硼氢化钠。
在该方法的步骤1)中，接触反应可以在宽的范围内选择，但是为了提高接触反应的效率和产率，优选地，接触反应至少满足以下条件：反应温度为75-85℃，反应时间为2-6h。
在本发明中，在步骤2)中，各物料的具体用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，相对于100重量份的松香，松香胺的用量为30-40重量份，有机酸的用量为15-25重量份，咪唑的用量为9-17重量份，二烯丙酯异氰尿酸的用量为4-8重量份。
在本发明中，在步骤2)中，有机酸的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，有机酸选自苹果酸、水杨酸、月桂酸、硬脂酸和衣康酸中的一种或多种。
在本发明中，在步骤2)中，加热溶解的条件可以在宽的范围内选择，但是为了提高溶解的效率，优选地，加热溶解至少满足以下条件：加热温度为145-165℃，加热时间为50-80min。
在本发明中，在步骤3)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，相对于100重量份的混合液I，触变剂的用量为18-20重量份，防腐剂的用量为17-25重量份。
在本发明中，在步骤3)中，触变剂和防腐剂的种类可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，触变剂选自气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土、氢化蓖麻油和聚酰胺蜡中的一种或多种，防腐剂选自硼酸、亚硝酸盐、对苯二酚和羟基苯并三唑中的一种或多种。
在本发明中，在步骤3)中，混合液II的温度可以在宽的范围内选择，但是为了混合液II与聚乙二醇快速、充分地混合，优选地，混合液II的温度为15-35℃。
在本发明中，在步骤4)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，混合液II与聚乙二醇的重量比为100：7-14。
在本发明中，在步骤5)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，相对于100重量份的活化金属组合物，助焊剂的用量为15-30重量份。
在本发明中，在步骤5)中，冷藏处理的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，冷藏处理至少满足以下条件：冷藏温度为1-5℃，冷藏时间为15-20h。
在本发明中，在步骤5)中，X射线的波长的范围可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的锡膏具有更优异的化学稳定性、焊接温度和扩展率，优选地，X射线的波长为3-8nm。
本发明还提供了一种信号处理基板用锡膏，该信号处理基板用锡膏通过上述的方法制备而得。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
1)将Sn-Zn合金(含88重量％的锡和12重量％的锌)、镍、钴、四水合氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为2500)、还原剂(柠檬酸钠)和水按照100：1.3：0.7：13：12：13：180的重量比混合，并于80℃下进行接触反应4h以制得活化金属组合物；
2)将松香、松香胺、有机酸(苹果酸)、咪唑、二烯丙酯异氰尿酸按照 100：35：20：13：7的重量比混合，并于155℃下进行加热溶解70min以制得混合液I；
3)将混合液I、触变剂(气相二氧化硅)和防腐剂(亚硝酸钠)按照 100：19：22的重量比混合，然后冷却至25℃以制得混合液II；
4)将混合液II与聚乙二醇(重量比为100：11)混合以制得助焊剂；
5)将助焊剂于3℃下进行冷藏处理17h；然后，在X射线(波长为6nm) 存在的条件下，与活化金属组合物(活化金属组合物与助焊剂的重量比为 100：25)在真空条件下进行分散混合以制得信号处理基板用锡膏A1。
实施例2
1)将Sn-Zn合金(含85重量％的锡和15重量％的锌)、镍、钴、四水合氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为1500)、还原剂(柠檬酸钠)和水按照100：1：0.5：10：8：10：150的重量比混合，并于75℃下进行接触反应2h以制得活化金属组合物；
2)将松香、松香胺、有机酸(水杨酸)、咪唑、二烯丙酯异氰尿酸按照 100：30：15：9：4的重量比混合，并于145℃下进行加热溶解50min以制得混合液I；
3)将混合液I、触变剂(气有机膨润土)和防腐剂(对苯二酚)按照 100：18：17的重量比混合，然后冷却至15℃以制得混合液II；
4)将混合液II与聚乙二醇(重量比为100：7)混合以制得助焊剂；
5)将助焊剂于1℃下进行冷藏处理15h；然后，在X射线(波长为3nm) 存在的条件下，与活化金属组合物(活化金属组合物与助焊剂的重量比为 100：15)在真空条件下进行分散混合以制得信号处理基板用锡膏A2。
实施例3
1)将Sn-Zn合金(含90重量％的锡和10重量％的锌)、镍、钴、四水合氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为3500)、还原剂(硼氢化钠)和水按照100：1.5：0.8：15：15：15：200的重量比混合，并于85℃下进行接触反应6h以制得活化金属组合物；
2)将松香、松香胺、有机酸(硬脂酸)、咪唑、二烯丙酯异氰尿酸按照 100：40：25：17：8的重量比混合，并于165℃下进行加热溶解80min以制得混合液I；
3)将混合液I、触变剂(氢化蓖麻油)和防腐剂(羟基苯并三唑)按照 100：20：25的重量比混合，然后冷却至35℃以制得混合液II；
4)将混合液II与聚乙二醇(重量比为100：14)混合以制得助焊剂；
5)将助焊剂于5℃下进行冷藏处理20h；然后，在X射线(波长为8nm) 存在的条件下，与活化金属组合物(活化金属组合物与助焊剂的重量比为 100：30)在真空条件下进行分散混合以制得信号处理基板用锡膏A3。
对比例1
按照实施例1的方法进行制得信号处理基板用锡膏B1，不同的是，Sn-Zn 合金(含90重量％的锡和10重量％的锌)、镍和钴未经过步骤1)的处理。
对比例2
按照实施例1的方法进行制得信号处理基板用锡膏B2，不同的是，步骤5)中未使用X射线。
检测例1
1)对上述的锡膏进行粘度的检测，具体结果见表1；
2)使用寿命检测：30℃下粘度变化超过10％的时间，具体结果见表1；
3)对上述的锡膏进行扩展率的检测，具体结果见表1；
4)对上述的锡膏进行铜镜腐蚀的检测，具体结果见表1；
5)对上述的锡膏进行焊接温度的检测，具体结果见表1；。
表1
粘度(Pa·s) 使用寿命(周) 扩展率(％) 焊接温度(℃) 铜镜腐蚀
A1 225 13 85 148 无穿透性腐蚀
A2 215 14 88 140 无穿透性腐蚀
A3 235 12 87 152 无穿透性腐蚀
B1 260 6 92 185 有穿透性腐蚀
B2 170 7 78 178 有穿透性腐蚀
锡膏的粘度的行业标准为170-250Pa·s，扩展率的行业标准为80-90％，由此可见本发明提供的锡膏具有优异的粘度和扩展率；同时通过上述检测例也可知，本发明提供的锡膏具有优异的化学稳定性、耐腐蚀性和焊接温度，进而使得该锡膏具有广泛应用和长期保存的潜质。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种信号处理基板用锡膏的制备方法，其特征在于，包括：
1)将Sn-Zn合金、镍、钴、四水合氯金酸、聚乙烯吡咯烷酮、还原剂和水混合进行接触反应以制得活化金属组合物；
2)将松香、松香胺、有机酸、咪唑、二烯丙酯异氰尿酸进行加热溶解以制得混合液I；
3)将所述混合液I、触变剂和防腐剂混合，然后冷却以制得混合液II；
4)将所述混合液II与聚乙二醇混合以制得助焊剂；
5)将所述助焊剂进行冷藏处理；然后，在X射线存在的条件下，与所述活化金属组合物在真空条件下进行分散混合以制得所述信号处理基板用锡膏；
其中，在步骤1)中，相对于100重量份的所述Sn-Zn合金，所述镍的用量为1-1.5重量份，所述钴的用量为0.5-0.8重量份，所述四水合氯金酸的用量为10-15重量份，所述聚乙烯吡咯烷酮的用量为8-15重量份，所述还原剂的用量为10-15重量份，所述水的用量为150-200重量份；在步骤1)中，所述Sn-Zn合金含有85-90重量％的锡，并且含有10-15重量％的锌；所述接触反应至少满足以下条件：反应温度为75-85℃，反应时间为2-6h；在步骤2)中，相对于100重量份的所述松香，所述松香胺的用量为30-40重量份，所述有机酸的用量为15-25重量份，所述咪唑的用量为9-17重量份，所述二烯丙酯异氰尿酸的用量为4-8重量份；在步骤2)中，所述加热溶解至少满足以下条件：加热温度为145-165℃，加热时间为50-80min；在步骤3)中，相对于100重量份的所述混合液I，所述触变剂的用量为18-20重量份，所述防腐剂的用量为17-25重量份；在步骤4)中，所述混合液II与聚乙二醇的重量比为100：7-14；在步骤5)中，相对于100重量份的所述活化金属组合物，所述助焊剂的用量为15-30重量份；所述冷藏处理至少满足以下条件：冷藏温度为1-5℃，冷藏时间为15-20h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，优选地，所述还原剂为柠檬酸钠和/或硼氢化钠。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述有机酸选自苹果酸、水杨酸、月桂酸、硬脂酸和衣康酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述触变剂选自气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土、氢化蓖麻油和聚酰胺蜡中的一种或多种，所述防腐剂选自硼酸、亚硝酸盐、对苯二酚和羟基苯并三唑中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述混合液II的温度为15-35℃。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述X射线的波长为3-8nm。
7.一种信号处理基板用锡膏，其特征在于，所述信号处理基板用锡膏通过权利要求1-6中任意一项所述的方法制备而得。
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