CN107999992B - 一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏，按重量百分比计，包括70‑90wt％的SnBi焊料颗粒以及10％‑30％的助焊剂；所述助焊剂，由溶剂、活性剂、触变剂、有机高分子化合物及松香组成；所述有机高分子化合物为分子量10000‑20000、粒径≤20μm、分解温度为200‑220℃的聚合物，采用上述技术方案，通过特定分子量及粒径的有机聚合物对焊膏进行改性，在焊膏受力发生滑动时，起到一个小颗粒对大颗粒焊料的润滑作用，提高了焊膏的流动性。

Description

一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子焊接领域，具体来说为一种锡铋喷印焊膏。
背景技术
随着摩尔定律出现拐点，半导体制造技术面临挑战。表面组装技术工业走向更高元件密度的微型封装，传统的网版印刷技术逐渐不能满足需求。喷印技术逐渐进入人们的视线，其主要的优点为：喷印速度快，最高喷印效率可达30000cph；无需制作网版，更容易实现定制化生产；可以自动检查喷印点质量，可加入人工智能控制单元。
现在市面上的焊膏产品主要为焊粉颗粒和助焊剂混合搅拌，在印刷后进行回流焊接，焊料颗粒熔化成球，助焊剂挥发。随着喷印技术的快速发展，由于喷印焊膏相比现有的焊膏而言，需要有更好的流动性，因而如何提高焊膏的流动性成为一个难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术所存在的不足，提供一款适用于喷印技术的锡膏。
为实现上述目的，本发明提供一种有机高分子改性的锡铋喷印焊膏，其所采用的技术方案为：
一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏，按重量百分比计，包括70-90wt％的SnBi焊料颗粒以及10％-30％的助焊剂；
所述助焊剂，由溶剂、活性剂、触变剂、有机高分子化合物及松香组成；
所述有机高分子化合物为分子量10000-20000、粒径≤20μm、分解温度为200-220℃的聚合物。
进一步的，所述有机高分子化合物为聚乳酸或与之有类似物化性能的有机聚合物；所述溶剂为三甘醇甲醚和/或山梨醇；所述活性剂为二乙二醇己醚、丁二酸、己二酸、戊二酸中的至少一种；所述触变剂为氢化蓖麻油和聚酰胺蜡的至少一种。
采用上述技术方案，通过加入聚乳酸或类似的聚合物，通过控制加入的聚合物的分子量及粒径，对焊膏进行改性，在焊膏受力发生滑动时，起到一个小颗粒对大颗粒焊料的润滑作用，提高了焊膏的流动性。此外，对于聚乳酸，使用时环保无害且润湿性良好，在喷印时PLA小颗粒起到润滑作用，回流焊后可以完全降解，不影响焊点的点穴性能。喷印点径均匀，高度一致，焊点光滑饱满，机械性能优良。
进一步的，所述焊膏还包括导电银胶，所述导电银胶质量为SnBi焊料颗粒及助焊剂质量之和的0.2-1倍。
进一步的，所述导电银胶按质量占比计，包括65-67％的Ag以及35-33％的助剂；双酚A环氧树脂、固化剂、偶联剂、稀释剂、促进剂以及消泡剂；所述助剂中各组分按重量百分比计：双酚A环氧树脂为60-80wt％、固化剂为10-20wt％、偶联剂为1-5wt％、稀释剂为10-20wt％、促进剂为0.5-0.7wt％，以及消泡剂为余量，所述双酚A环氧树脂优选70-80wt％。
进一步的，所述固化剂为三乙醇胺、甲基六氢邻苯、三氰二胺的至少一种；所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、氯丙基甲基二甲氧基硅烷的至少一种；所述稀释剂为十二至十四缩水甘油醚、甲醇、乙二醇一乙醚的至少一种；所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑、二乙基二硫代氨基甲酸锌的至少一种；所述消泡剂为磷酸三丁酯和聚醚硅油的至少一种。
采用上述技术方案，通过导电银胶的加入，能够进一步得提高焊膏的流动性。
本发明还提供了一种有机高分子改性的锡铋喷印焊膏的制备方法，包括以下步骤：
S1.分别称取相应比例的溶剂、松香和聚乳酸混合搅拌，再剪切加入触变剂和活性剂，研磨4～5个道次至助焊剂均匀不变色，取出静置备用；
S2.称取SnBi焊料，与S1得到的助焊剂混合，得到所述锡铋喷印焊膏。
步骤S2中将SnBi焊料颗粒与助焊剂混合时，先用振荡器进行机械搅拌，然后用超声仪进行超声振荡。
S3.导电银胶的制备和加入：
S31.分别称取相应比例的固化剂、偶联剂、稀释剂、促进剂和消泡剂，搅拌均匀后，与搅拌均匀的双酚A环氧树脂研磨3-5道次，得到所述助剂；
S32.称取相应比例的银粉，与S31中得到的助剂混合搅拌均匀后，再次研磨至均匀不变色，得到所述导电银胶；
S33.将S32得到的导电银胶加入S2得到的锡铋喷印焊膏中。
进一步的，步骤S33的混合中，先用振荡器进行机械搅拌，然后用超声仪进行超声振荡。
附图说明
图1实施例1喷印点体式显微图像(50倍)；
图2实施例2喷印点体式显微图像(50倍)；
图3实施例3喷印点体式显微图像(50倍)；
图4实施例1喷印点3D形貌照片；
图5实施例2喷印点3D形貌照片；
图6实施例3喷印点3D形貌照片；
图7.实施例1-3蠕变曲线；
图8.有机高分子颗粒加入改变焊膏喷印性能原理。
图9.助焊剂制备过程图；
图10.焊膏制备过程图。
具体实施方式
实施例1：
(1)助焊剂的制备：分别称取重量百分比为35％的三甘醇二甲醚，10％的丁二酸，3％的氢化蓖麻油,15％的聚乳酸(PLA)和37％的松香。先将三甘醇二甲醚、丁二酸和聚乳酸混合搅拌10min，再用三辊机剪切加入氢化蓖麻油，在三辊机中研磨4～5个道次至助焊剂均匀不变色，取出静置备用。
(2)焊膏的制备：取42Sn58Bi颗粒(5号粉)，按照锡粉末和助焊剂质量比17:3通过搅拌制备焊膏。先手工搅拌至没有明显干粉的程度，然后放于搅拌机进行搅拌，最后用超声清洗器进行超声振荡，得到有机高分子改性喷印焊膏。
实施例2：
(1)助焊剂的制备：分别称取重量百分比为35％的山梨糖醇，10％的己二酸，5％的氢化蓖麻油,15％的聚乳酸(PLA)和35％的松香。先将三甘醇二甲醚、丁二酸和聚乳酸混合搅拌10min，再用三辊机剪切加入氢化蓖麻油，在三辊机中研磨4～5个道次至助焊剂均匀不变色，取出静置备用。
(2)焊膏的制备：取42Sn58Bi颗粒(5号粉)，按照锡粉末和助焊剂质量比15:5通过搅拌制备焊膏。先手工搅拌至没有明显干粉的程度，然后放于搅拌机进行搅拌，最后用超声清洗器进行超声振荡，得到有机高分子改性喷印焊膏。
实施例3：
(1)助焊剂的制备：分别称取重量百分比为35％的山梨糖醇，10％的己二酸，5％的氢化蓖麻油,15％的聚乳酸(PLA)和35％的松香。先将三甘醇二甲醚、丁二酸和聚乳酸混合搅拌10min，再用三辊机剪切加入氢化蓖麻油，在三辊机中研磨4～5个道次至助焊剂均匀不变色，取出静置备用。
(2)焊膏的制备：取42Sn58Bi颗粒(5号粉)，按照锡粉末和助焊剂质量比9:1通过搅拌制备焊膏。先手工搅拌至没有明显干粉的程度，然后放于搅拌机进行搅拌，最后用超声清洗器进行超声振荡，得到有机高分子改性喷印焊膏。
本发明进一步提供一种在上述实施例得到的有机高分子改性喷印焊膏中加入导电银胶的方法。
实施例4
导电银胶的制备：取银粉颗粒(2-10μm)，按照银粉颗粒和助剂质量比13:7通过搅拌制备导电银胶。助剂成分见下表。
Figure BDA0001494453090000051
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏，其特征在于，按重量百分比计，包括70-90wt％的SnBi焊料颗粒以及10％-30％的助焊剂；
所述助焊剂，由溶剂、活性剂、触变剂、有机高分子化合物及松香组成；
所述有机高分子化合物为分子量10000-20000、粒径≤20μm、分解温度为200-220℃的聚合物；所述有机高分子化合物为聚乳酸；
所述溶剂为三甘醇甲醚和/或山梨醇；所述活性剂为二乙二醇己醚、丁二酸、戊二酸中的至少一种；所述触变剂为氢化蓖麻油和聚酰胺蜡的至少一种；
所述焊膏还包括导电银胶，所述导电银胶质量为SnBi焊料颗粒及助焊剂质量之和的0.2-1倍；
所述导电银胶按质量占比计，包括65-67％的Ag以及35-33％的助剂；
所述助剂包括：双酚A环氧树脂、固化剂、偶联剂、稀释剂、促进剂以及消泡剂；
所述固化剂为三乙醇胺、甲基六氢邻苯、三氰二胺的至少一种；所述偶联剂为2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、氯丙基甲基二甲氧基硅烷的至少一种；所述稀释剂为甲醇、乙二醇一乙醚的至少一种；所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑、二乙基二硫代氨基甲酸锌的至少一种；所述消泡剂为聚醚硅油。
2.根据权利要求1所述的一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏，其特征在于，所述助剂中各组分按重量百分比计：双酚A环氧树脂为60-70wt％、固化剂为10-20wt％、偶联剂为1-5wt％、稀释剂为10-20wt％、促进剂为0.5-0.7wt％，以及消泡剂为余量。
3.权利要求1-2任一项所述的一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.分别称取相应比例的溶剂、松香和聚乳酸混合搅拌，再剪切加入触变剂和活性剂，研磨4～5个道次至助焊剂均匀不变色，取出静置备用；
S2.称取SnBi焊料，与S1得到的助焊剂混合，得到所述锡铋喷印焊膏。
4.根据权利要求3所述的一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏的制备方法，其特征在于，步骤S2中将SnBi焊料颗粒与助焊剂混合时，先用振荡器进行机械搅拌，然后用超声仪进行超声振荡。
5.根据权利要求3或4所述的一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏的制备方法，其特征在于，步骤S2之后还包括S3.导电银胶的制备和加入：
S31.分别称取相应比例的固化剂、偶联剂、稀释剂、促进剂和消泡剂，搅拌均匀后，与搅拌均匀的双酚A环氧树脂研磨3-5道次，得到所述助剂；
S32.称取相应比例的银粉，与S31中得到的助剂混合搅拌均匀后，再次研磨至均匀不变色，得到所述导电银胶；
S33.将S32得到的导电银胶加入S2得到的锡铋喷印焊膏中。
6.根据权利要求5所述的一种有机高分子改性的喷印用无铅焊膏的制备方法，其特征在于，步骤S33的混合中，先用振荡器进行机械搅拌，然后用超声仪进行超声振荡。
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