CN106141489A

CN106141489A - 激光回流焊用的复合焊膏

Info

Publication number: CN106141489A
Application number: CN201610636075.8A
Authority: CN
Inventors: 屠富强; 许文斌; 周健; 王肇
Original assignee: Suzhou Xi You Micro Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Xi You Micro Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2016-11-23

Abstract

一种激光回流焊用的复合焊膏，属于电子器件焊接及表面封装材料技术领域。包括焊膏基体、助焊剂和金属颗粒，所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为82‑88%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为10‑13%，所述的金属颗粒为银粉颗粒并且该银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为2‑5%，其中：所述的焊膏基体为Sn‑Bi基体并且Bi在Sn‑Bi基体中的质量%比为41‑43%，余为锡。由于在配方中加入了片状银粉，因而得以在焊膏内部形成导热通道而提高焊膏的导热率。高的导热率能使焊膏在激光回流时避免焊膏因导热率低而产生局部温度过高的现象，从而有效避免了焊膏的飞溅对产品质量造成的影响。

Description

激光回流焊用的复合焊膏

技术领域

本发明属于电子器件焊接及表面封装材料技术领域，具体涉及一种激光回流焊用的复合焊膏。

背景技术

前述的激光回流焊是一种局部加热的钎焊（也称“钎接”）技术，它以精确聚焦的激光束光斑对焊区即对焊位照射，焊区在吸收了激光后迅速升温而使焊料熔化，然后停止照射而使焊区冷却，焊料凝固成焊点。由于只对焊区进行局部加热，整个组件的其它部位几乎不受热的影响并且焊接时激光的照射时间通常以毫秒计，因而激光回流焊特别适合于对温度比较敏感的元器件进行焊接。此外，激光回流焊的能耗是很低的。

鉴于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形和高效率的焊接方法，在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医药等方面尤其是电子封装领域得到了广泛的应用。在电子封装领域，由于焊接试件体积小且结构精密，因而要求焊点小、焊接强度高、焊接热影响区窄，于是传统的焊接方法难以满足要求，而激光焊接以其独特的优势得以满足前述要求并且能良好地适应电子封装行业的焊接需求，应用越来越广泛。

如业界所知，由于电子产品中使用了含铅的焊料，又由于铅是一种有毒物质并且对人体健康有害，还由于欧盟ROHS（关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令）和WEEE（关于废旧电子电气设备指令）等相关禁铅法令的颁布，因而无铅钎料日趋为业界所重视并应用。所谓的无铅钎料是指：以Sn为基体，加入诸如Ag、Cu、Zn、Bi等其它金属元素。Sn-Ag-Cu系、Sn-Cu系和Sn-Zn系等钎料以其较好的润湿性能、良好的钎焊性能以及优异的力学性能而得到了广泛的应用。其中，SnBi钎料以其较低的熔点（138℃）、低膨胀系数、性能优异以及环境协调性好等长处而较受业界之青睐。

激光焊接虽有局部加热、热影响区小、非接触加热、焊接质量高和易实现自动化等优点，但是运用激光作为热源，焊膏温度容易过高，加热和冷却速度和润湿铺展及凝固过程极快。这些特殊的材料和工艺特点使得焊接过程的控制极其复杂，焊点在成型方面易出现诸如焊接不良、桥连、焊盘烧焦，焊膏飞溅之类的问题，其中焊膏飞溅是严重影响产品质量和生产效率的关键问题。下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

中国专利CN103071943B公开了一种低温复合焊膏及其制备方法和使用方法，该专利方案在配方中将金属颗粒（Ni颗粒、Ag颗粒或Au颗粒）的择量选择为1-10%，并且依据该专利的实施例1至3，在配方中还含有3-4%的锌。但是，经本申请人所做的非有限次数的大量实验表明：当金属颗粒如Ag粉颗粒的取量大于5%（不包括5%）时，由于焊膏在激光焊接时由于加热时间极短，因而焊后有未溶解的单质银；而当金属颗粒如Ag粉颗粒的取量小于2%（不包括2%）时，因Ag粉颗粒数量相对较少而无法有效地在焊膏内部形成期望的导热通道。因此金属颗粒如前述的Ag粉颗粒在复合焊膏中的取量的合理与否会对复合焊膏的性能产生直接影响。此外金属颗粒的物理性状也是一个不可偏废的重要因素。

发明内容

本发明的任务在于提供一种有助于提高焊膏的导热率而藉以避免焊膏飞溅对产品质量产生影响的激光回流焊用的复合焊膏

本发明的任务是这样来完成的，一种激光回流焊用的复合焊膏，包括焊膏基体、助焊剂和金属颗粒，所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为82-88%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为10-13%，所述的金属颗粒为银粉颗粒并且该银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为2-5%，其中：所述的焊膏基体为Sn-Bi基体并且Bi在Sn-Bi基体中的质量%比为41-43%，余为锡。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为82%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为13%，所述的银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为5%，其中，所述的Bi在所述Sn-Bi基体中所占的质量%比为41%，余为锡。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为88%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为10%，所述的银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为2%，其中，所述的Bi在所述Sn-Bi基体中所占的质量%比为43%，余为锡。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为86%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为11%，所述的银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为3%，其中，所述的Bi在所述Sn-Bi基体中所占的质量%比为42%，余为锡。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为84%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为12%，所述的银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为4%，其中，所述的Bi在所述Sn-Bi基体中所占的质量%比为42.5%，余为锡。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的银粉颗粒为粒径在1-10μm的片状银粉颗粒。

在本发明的更而一个具体的实施例中，，所述的银粉颗粒为粒径在3-8μm的片状银粉颗粒。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的助焊剂由活性剂、触变剂、成膜剂和溶剂按质量比1∶2-3∶6-9∶8-10组成。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的成膜剂为KE604；所述的活性剂为丁二酸、己二酸、戊二酸、环己胺氢溴酸盐中的三种以上的并且按相同质量比相混合的混合物；所述的溶剂为三乙二醇丁醚、2-乙基-2,6-戊二醇和四氢糠醇中的两种或以上的并且按相同质量比混合的混合物；所述的触变剂为氢化蓖麻油（HCO）和乙二撑双硬脂酸酰胺（EBS）按质量比1∶1相混合的混合物。

本发明提供的技术方案的技术效果在于：由于在配方中加入了片状银粉，因而得以在焊膏内部形成导热通道而提高焊膏的导热率。高的导热率能使焊膏在激光回流时避免焊膏因导热率低而产生局部温度过高的现象，从而有效避免了焊膏的飞溅对产品质量造成的影响。

具体实施方式

本发明提供的激光回流焊用的复合焊膏，选用1-10μm粒径的片状银粉，可以使得有足够多银粉颗粒在焊膏内部形成导热通道，提高材料的热导率。目前，银在焊膏中的使用都是在焊料合金中添加，不能起到导热作用。众所周知，纯银是良好的导热材料，在导热胶当中应用非常普遍。而锡铋焊料合金的导热率在锡基焊料中是较差的，发明人尝试了在锡铋焊膏中参杂银粉以改进焊膏的导热性，并对银粉参杂的比例及尺寸、形态进行了优选。除提高焊膏的导热性外，银在焊接过程中可以溶入焊料中，提高焊点的力学性能，但当银粉比例高于5%时，焊膏在激光焊接时由于加热时间极短，焊后有未溶解的单质银。当银粉粒径大时，在总含量较低的条件下，颗粒数量也相对较少从而无法有效的在焊膏内部形成导热通道，进而导致导热效率的低下；当银粉直径过小，界面过多，导热效率降低。

实施例1：

本发明提供的激光回流焊用的复合焊膏包括焊膏基体、助焊剂和金属颗粒，焊膏基体在复合焊膏中所占的质量%比为82%，助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为13%，金属颗粒即银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为5%，所述的焊膏基体为Sn-Bi基体，并且Bi在焊膏基体中所占的质量%比为41%，余为锡，即锡为59%，在本实施例中，所述的银粉颗粒为粒径在10μm的片状银粉颗粒；所述的助焊剂由活性剂、触变剂、成膜剂和溶剂按质量比为1∶3∶7∶9组成，所述的成膜剂为RE604，所述活性剂为丁二酸、己二酸和戊二酸按相同质量比相混合的混合物，所述的溶剂为三乙二醇丁醚与2-乙基-2,6-戊二醇按相同质量比相混合的混合物，所述的触变剂为氢化蓖麻油（HCO）和乙二撑双硬脂酸酰胺（EBS）按质量比1∶1相混合的混合物。

实施例2：

本发明提供的激光回流焊用的复合焊膏包括焊膏基体、助焊剂和金属颗粒，焊膏基体在复合焊膏中所占的质量%比为88%，助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为10%，金属颗粒即银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为2%，所述的焊膏基体为Sn-Bi基体，并且Bi在焊膏基体中所占的质量%比为43%，余为锡，即锡为57%，在本实施例中，所述的银粉颗粒为粒径在1μm的片状银粉颗粒；所述的助焊剂由活性剂、触变剂、成膜剂和溶剂按质量比为1∶2∶6∶8组成，所述的成膜剂为RE604，所述活性剂为丁二酸、己二酸、戊二酸和环己胺氢溴酸盐按相同质量比相混合的混合物，所述的溶剂为三乙二醇丁醚与2-乙基-2,6-戊二醇按相同质量比相混合的混合物，所述的触变剂为氢化蓖麻油（HCO）和乙二撑双硬脂酸酰胺（EBS）按质量比1∶1相混合的混合物。

实施例3：

本发明提供的激光回流焊用的复合焊膏包括焊膏基体、助焊剂和金属颗粒，焊膏基体在复合焊膏中所占的质量%比为86%，助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为11%，金属颗粒即银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为3%，所述的焊膏基体为Sn-Bi基体，并且Bi在焊膏基体中所占的质量%比为42%，余为锡，即锡为58%，在本实施例中，所述的银粉颗粒为粒径在4μm的片状银粉颗粒；所述的助焊剂由活性剂、触变剂、成膜剂和溶剂按质量比为1∶2.4∶8∶10组成，所述的成膜剂为RE604，所述活性剂为丁二酸、己二酸和戊二酸按相同质量比相混合的混合物，所述的溶剂为三乙二醇丁醚与2-乙基-2,6-戊二醇按相同质量比相混合的混合物，所述的触变剂为氢化蓖麻油（HCO）和乙二撑双硬脂酸酰胺（EBS）按质量比1∶1相混合的混合物。

实施例4：

本发明提供的激光回流焊用的复合焊膏包括焊膏基体、助焊剂和金属颗粒，焊膏基体在复合焊膏中所占的质量%比为84%，助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为12%，金属颗粒即银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为4%，所述的焊膏基体为Sn-Bi基体，并且Bi在焊膏基体中所占的质量%比为42.5%，余为锡，即锡为57.5%，在本实施例中，所述的银粉颗粒为粒径在8μm的片状银粉颗粒；所述的助焊剂由活性剂、触变剂、成膜剂和溶剂按质量比为1∶2.8∶9∶9.5组成，所述的成膜剂为RE604，所述活性剂为丁二酸、己二酸和戊二酸按相同质量比相混合的混合物，所述的溶剂为三乙二醇丁醚、2-乙基-2,6-戊二醇以及四氢糠醇按相同质量比相混合的混合物，所述的触变剂为氢化蓖麻油（HCO）和乙二撑双硬脂酸酰胺（EBS）按质量比1∶1相混合的混合物。

Claims

1.一种激光回流焊用的复合焊膏，包括焊膏基体、助焊剂和金属颗粒，其特征在于所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为82-88%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为10-13%，所述的金属颗粒为银粉颗粒并且该银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为2-5%，其中：所述的焊膏基体为Sn-Bi基体并且Bi在Sn-Bi基体中的质量%比为41-43%，余为锡。

2.根据权利要求1所述的激光回流焊用的复合焊膏，其特征在于所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为82%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为13%，所述的银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为5%，其中，所述的Bi在所述Sn-Bi基体中所占的质量%比为41%，余为锡。

3.根据权利要求1所述的激光回流焊用的复合焊膏，其特征在于所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为88%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为10%，所述的银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为2%，其中，所述的Bi在所述Sn-Bi基体中所占的质量%比为43%，余为锡。

4.根据权利要求1所述的激光回流焊用的复合焊膏，其特征在于所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为86%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为11%，所述的银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为3%，其中，所述的Bi在所述Sn-Bi基体中所占的质量%比为42%，余为锡。

5.根据权利要求1所述的激光回流焊用的复合焊膏，其特征在于所述的焊膏基体在所述复合焊膏中所占的质量%比为84%，所述的助焊剂在复合焊膏中所占的质量%比为12%，所述的银粉颗粒在复合焊膏中所占的质量%比为4%，其中，所述的Bi在所述Sn-Bi基体中所占的质量%比为42.5%，余为锡。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的激光回流焊用的复合焊膏，其特征在于所述的银粉颗粒为粒径在1-10μm的片状银粉颗粒。

7.根据权利要求6所述的激光回流焊用的复合焊膏，其特征在于所述的银粉颗粒为粒径在3-8μm的片状银粉颗粒。

8.根据权利要求1至5任一权利要求所述的激光回流焊用的复合焊膏，其特征在于所述的助焊剂由活性剂、触变剂、成膜剂和溶剂按质量比1∶2-3∶6-9∶8-10组成。

9.根据权利要求8所述的激光回流焊用的复合焊膏，其特征在于所述的成膜剂为KE604；所述的活性剂为丁二酸、己二酸、戊二酸、环己胺氢溴酸盐中的三种以上的并且按相同质量比相混合的混合物；所述的溶剂为三乙二醇丁醚、2-乙基-2,6-戊二醇和四氢糠醇中的两种或以上的并且按相同质量比混合的混合物；所述的触变剂为氢化蓖麻油和乙二撑双硬脂酸酰胺按质量比1∶1相混合的混合物。