CN107088716B - 一种环保低温无残留锡膏及其制备方法 - Google Patents

一种环保低温无残留锡膏及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种环保低温无残留锡膏及其制备方法，其技术方案的要点是：该锡膏包含以下重量组分：Sn41.0％～60.0％,Bi26.6％～37.7％，第三元素合金2.1～4.4％助焊剂9.0～19.0％；所述助焊剂包含以下重量组分：载体67.0～75.0％，活化剂14.8～18.8％，触变剂4.6～8.72％，表面活性剂0.32～3.2％，缓蚀剂1.48～3.5％。本发明提供一种环保低温无残留锡膏，配方采用无卤组分，锡膏无挥发组分使用中无气味，且焊接后残留物无色透明，达到替代含Pb锡膏或含卤锡膏的效果，在低温焊接条件下，加入纳米铝粉在焊接时形成高温固溶体，作为辅助补充焊接，有效改善Sn‑Bi合金的焊接不良，能够满足电子元器件表面铝质部件的焊接需求，且同时延长锡膏的保存周期，带来更好的润湿性。

Description

一种环保低温无残留锡膏及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及锡膏及其制备技术领域，具体地说是一种环保低温无残留锡膏及其制备方法。
【背景技术】
焊料是一种熔点比被焊金属熔点低的易熔金属，焊料熔化时，在被焊金属不熔化的条件下能润浸被焊金属表面，并在接触面处形成合金层而与被焊金属连接到一起，具体到焊料膏是将焊料与助焊剂拌和在一起制成，焊接时先将焊料膏涂在印制电路板上，然后进行焊接，被广泛应用于电器电子产品的制作过程中，现在使用SnAgCu、SnAg等无铅合金系焊料制备的焊膏，再流焊温度一般在230℃以上，然而大量的家电通信电子产品的使用环境温度要求低于150℃，要求锡膏作业温度接近原有含Pb的锡膏条件，焊盘上的润湿能力能够与含卤锡膏的效果接近。实际生产中电子元器件表面，又存在铜质、铝质、铁质等部件进行焊接，需要在焊锡膏整体熔点不高的情况下，完成这些部件的焊接，在整体不能承受过高的焊接温度情况下，Sn-Bi共晶焊料的熔点为138℃成为主要选择，仅满足焊接温度的要求，且Bi是一种易氧化的合金元素，要求锡膏的助焊剂对其氧化有一定抑制作用，同时需要改善Sn-Bi合金焊接性差的缺陷。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种环保低温无残留锡膏，满足电子元器件表面铝质部件焊接需求，焊接润湿性和焊接性有极大提高，焊接作业后基本无残留。
本发明的另一目的是提供一种环保低温无残留锡膏的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种环保低温无残留锡膏，该锡膏包含以下重量组分：
Figure GDA0002278289140000021
所述助焊剂包含以下重量组分；
优选的，所述载体为酯化松香18～25％，聚乙烯醇13～20％，酒石酸11～23％，苯甲酸14～20％。松香的主要成分为松香酸，在助焊剂中除了起成膜作用外，对其活性的表现也起到明显作用，本发明助焊剂所用酯化松香为经过酸性物质改性的松香，具有较高的活性，有利于去除焊粉和被焊部位的氧化层，选用酯化松香、聚乙烯醇、酒石酸等的混合物作为载体，可以提高锡膏的粘稠度，增加其粘附性，同时在锡膏制备搅拌过程中可以使其混合调节均匀，可延长锡膏的寿命，在助焊剂实际制备过程中，松香会和醇胺类物质预先进行反应，可以将不溶于水的松香，改性成为一种可以完全溶解在水中的松香盐类可溶性树脂，并且具有非常有效焊接活性，有效替代含卤锡膏使用。
优选的，所述活化剂为草酸8～10％，苹果酸1～10％，丁二酸1～10％，烷基直链烷基羧酸二胺盐中的两种或三种混合物。本发明助焊剂中的活化剂，选用上述的有机酸和有机胺先进行中和反应，能够去除焊接部位的氧化物质，减缓Bi的氧化过程，由多元无卤有机酸构成活性体系，克服Sn-Bi系列合金粉焊接性差的问题，同时该组合物在低温下(4℃以下)不与纳米铝粉等第三合金元素反应，从而可以延长锡膏的储存寿命和使用寿命，当焊锡膏在焊接过程中高温环境时，有机酸和有机胺组合物的活性就会释放出来，成为高效活性物质，纳米铝粉外层氧化膜能够快速与高效活性物质反应，在润湿待焊表面同时与之发生冶金反应，而实现连接去除金属表面的氧化层，从而达到良好的焊锡性。
优选的，表面活性剂为柠檬酸三钠、十六酸季戊四醇酯、次磷酸钠和三甲基丁烯二醇中的两种或三种混合物。经过筛选上述混合物具有较好的表面活性效果，具有较好的浸润效果，抑制焊接时气泡的产生，同时有效减少焊接后残留物溢出。
优选的，所述缓蚀剂为巯基苯骈噻唑，苯并三氮唑、咪唑中的两种混合物。本发明助焊剂中，由巯基苯骈噻唑，苯并三氮唑、咪唑等的混合物作为缓蚀剂，在制备和保存时可以对焊粉起到保护作用，调整助焊剂PH减低对焊粉的腐蚀，而确保了锡膏的稳定性，可有效延长锡膏保存和使用时间，进而调整Sn-Bi合金锡膏的焊接性能。
优选的，所述触变剂为对苯二酚、十二羟基硬脂酸、氢化蓖麻油、改性氢化蓖麻油、乙撑双硬脂酸酰胺、脂肪酸酰胺或聚酰胺中的多种混合物。助焊剂在焊接过程中如果遇到氧气，结构中的羟基会氧化成羰基，这不仅保护了Sn-Bi系列合金的氧化，而且其活性通过羰基得到进一步加强，因Sn-Bi系列合金的熔点在138℃～180℃，本发明的触变剂，通过沸点温度在120～138℃的醚与190～210℃的醚的复配，使助焊剂的载体在整个焊接过程中不易过早挥发，直到焊接完成后，从而使焊锡膏保持良好的润湿性及焊接性。
优选的，所述载体为酯化松香24％，聚乙烯醇15.5％，酒石酸11.5％，苯甲酸16％。
优选的，所述第三元素合金为镓(Ga)0.05～0.1wt％，铟(In)0.15～0.30wt％，钴(Co)0.15～0.23wt％，铝(Al)1.7～3.85wt％。本方案采用Sn～Bi低温体系，不含Ag、Cu、Ni等高温金属，采用无卤原料，作业温度可以达到138℃以下，有效替代含Pb锡膏使用。
优选的，所述第三元素合金中铝(Al)为直径小于16nm的纳米铝粉。本发明的焊料主体为Sn-Bi合金，属于相对低熔点的焊料混合物，当加入相对高熔点的含铝粉末后，与部分Sn-Bi形成近共晶焊料合金，形成高温固溶体，在回流条件下，与电子元器件上的铝质部件进行焊接作业。
一种环保低温无残留锡膏的制备方法，包含以下步骤：
A、将活化剂与载体按比例混合均匀，并加热至110～125℃完全溶解，制成初级混合物a，冷却到室温备用；
B、将成膜剂与表面活性剂混合均匀，并加热至95～105℃完全溶解，制得初级混合物b；
C、在初级混合物b加入缓蚀剂，搅拌完全溶解后冷却到室温，再加入上述初级混合物a，搅拌均匀制成助焊剂，放置在温度为2℃～10℃的环境下备用；
D、将制备好的助焊剂静置24小时后，按照重量比例加入Sn-Bi焊粉和除铝粉外的第三元素合金粉，在真空分散机内125～135℃进行混合搅拌蒸发3.7～4.7H，降温至45℃后加入纳米铝粉搅拌均匀，置于0～4℃环境冷藏，制得成品锡膏。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明的一种环保低温无残留锡膏，配方采用无卤组分，环保无污染，在低温焊接条件下，能够满足部分电子元器件表面铝质部件的焊接需求，有效替代含Pb锡膏的使用，焊后残留少且透明，免清洗，显著提高焊后残留物的绝缘电阻；
2、本发明的一种环保低温无残留锡膏，在低温下焊粉等能够可长期保存，而不与助焊剂的活性物质发生反应，待反应过程中高温条件下使这些活性剂表现出更强的活性，能够达到含卤活性剂的焊接效果，同时促进润湿，提高Sn-Bi锡膏的焊接性能；
3、本发明的一种环保低温无残留锡膏的制备方法，制备助焊剂后按照比例加入焊粉混合，而纳米铝粉在低温条件加入后混合，在延长锡膏寿命同时，满足低温(138℃左右)焊接条件下，铝质部件的焊接要求。
【具体实施方式】
结合具体实施例1～2说明本发明的一种环保低温无残留锡膏：
实施例1～2的制备方法如下：
表1：实施例1～2的锡膏组分配比
表2：实施例1～2的锡膏中助焊剂的组分配比
Figure GDA0002278289140000062
实施例1：
A、将活化剂与载体按比例混合均匀，并加热至110℃完全溶解，制成初级混合物a，冷却到室温备用；
B、将成膜剂与表面活性剂混合均匀，并加热至105℃完全溶解，制得初级混合物b；
C、在初级混合物b加入缓蚀剂，搅拌完全溶解后冷却到室温，再加入上述初级混合物a，搅拌均匀制成助焊剂，放置在温度为2℃的环境下备用；
D、将制备好的助焊剂静置24小时后，按照重量比例加入Sn-Bi焊粉和除铝粉外的第三元素合金粉，在真空分散机内125℃进行混合搅拌蒸发3.7H，降温至45℃后加入纳米铝粉搅拌均匀，置于4℃环境冷藏，制得成品锡膏。
实施例2：
A、将活化剂与载体按比例混合均匀，并加热至115℃完全溶解，制成初级混合物a，冷却到室温备用；
B、将成膜剂与表面活性剂混合均匀，并加热至105℃完全溶解，制得初级混合物b；
C、在初级混合物b加入缓蚀剂，搅拌完全溶解后冷却到室温，再加入上述初级混合物a，搅拌均匀制成助焊剂，放置在温度为8℃的环境下备用；
D、将制备好的助焊剂静置24小时后，按照重量比例加入Sn-Bi焊粉和除铝粉外的第三元素合金粉，在真空分散机内135℃进行混合搅拌蒸发4.7H，降温至45℃后加入纳米铝粉搅拌均匀，置于0℃环境冷藏，制得成品锡膏。
表3：上述实施例1-2与市场现有锡膏对比例做对比测试
Figure GDA0002278289140000091
上述实施例与市场现有含卤锡膏对比，本发明的一种环保低温无残留锡膏，配方采用无卤组分，锡膏无挥发组分使用中无气味，且焊接后残留物无色透明，达到替代含Pb锡膏或含卤锡膏的效果，在低温焊接条件下，加入纳米铝粉在焊接时形成高温固溶体，作为辅助补充焊接，有效改善Sn-Bi合金的焊接不良，能够满足电子元器件表面铝质部件的焊接需求，且同时延长锡膏的保存周期，带来更好的润湿性。

Claims (3)

1.一种环保低温无残留锡膏，其特征在于该锡膏包含以下重量组分：
所述助焊剂包含以下重量组分：
Figure FDA0002267095180000012
所述载体为酯化松香、聚乙烯醇、酒石酸、苯甲酸的混合物，在助焊剂中的重量百分比分别为酯化松香24％，聚乙烯醇15.5％，酒石酸11.5％，苯甲酸16％；所述活化剂为草酸、苹果酸、丁二酸的混合物，在助焊剂中的重量百分比分别为草酸15％，苹果酸1.3％，丁二酸2.5％；所述第三元素合金为镓(Ga)0.1wt％，铟(In)0.27wt％，钴(Co)0.23wt％，铝(Al)2.7wt％；
或
Figure FDA0002267095180000013
Figure FDA0002267095180000021
所述助焊剂包含以下重量组分：
Figure FDA0002267095180000022
所述载体为酯化松香、聚乙烯醇、酒石酸、苯甲酸的混合物，在助焊剂中的重量百分比分别为酯化松香25％，聚乙烯醇13％，酒石酸17％，苯甲酸19％；所述活化剂为草酸、苹果酸、丁二酸的混合物，在助焊剂中的重量百分比分别为草酸9.4％，苹果酸2.2％，丁二酸3.5％；所述第三元素合金为镓(Ga)0.05wt％，铟(In)0.30wt％，钴(Co)0.15wt％，铝(Al)1.85wt％；
所述表面活性剂为柠檬酸三钠、十六酸季戊四醇酯、次磷酸钠和三甲基丁烯二醇中的两种或三种混合物；所述缓蚀剂为巯基苯骈噻唑、苯并三氮唑、咪唑中的两种混合物。
2.根据权利要求1所述的一种环保低温无残留锡膏，其特征在于：所述触变剂为对苯二酚、十二羟基硬脂酸、氢化蓖麻油、改性氢化蓖麻油、乙撑双硬脂酸酰胺、脂肪酸酰胺或聚酰胺中的多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种环保低温无残留锡膏，其特征在于：所述第三元素合金中铝(Al)为直径小于16nm的纳米铝粉。
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Denomination of invention: The invention relates to an environment-friendly low-temperature residue free solder paste and a preparation method thereof

Effective date of registration: 20220314

Granted publication date: 20200124

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Zhongshan Sanxiang sub branch

Pledgor: ZHONGSHAN TIN-KING Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980002534

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