CN108655606B - 一种低熔点smt焊锡膏的配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低熔点SMT焊锡膏的配方，包括膏状助焊剂和球形焊锡粉两个组分，其膏状助焊剂重量占比9‑14％，球形焊锡粉重量占比86‑91％，通过双行星搅拌机充分搅拌均匀抽真空制备得到，通过科学的配方设计，优化的生产工艺，添加了稳定的活性成分以及抗氧化成分，成功的解决了其由于易氧化而带来的回流焊接中大量锡珠的产生以及提高了其保质期。

Description

一种低熔点SMT焊锡膏的配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种低熔点SMT焊锡膏的配方及其制备方法。

背景技术

电子信息产业是国民经济的重要产业，随着电子产品的不断智能化以及各种产品的电子化，对线路板设计、研发、生产提出了越来越高的要求。线路板的焊接有波峰焊、回流焊两大工艺制程，SMT回流焊接涉及到印刷机、贴片机、回流焊、AOI、X-RAY检测等工序，SMT回流焊工艺最重要的焊接材料是焊锡膏，印刷机对焊锡膏的要求为：流动性好，抗冷坍塌效果好，下锡好不堵钢网，钢网寿命要长可以实现至少4小时以上的连续印刷以及中间停留不变干，耐干性能好不粘刮刀。贴片机对焊锡膏的要求：粘性好，耐干性能好，不容易掉件，不容易抛料。回流炉焊接对锡膏的要求：气味要小，不要出现锡球、立碑、虚焊、漏焊等不良，焊点饱满、爬锡好、亮度好、残留少、具有自矫正能力。AOI、x-ray检测对焊锡膏的要求：低空洞。现有的焊锡膏大多是Sn-Ag-Cu合金粉与助焊膏搅拌而成的无铅焊锡膏，这一系列的焊锡膏属于中温焊锡膏。Sn-Ag-Cu系焊锡膏的致命弱点是合金熔点高，导致组装温度上升，Sn-Ag-Cu系共晶温度为217℃，焊接器件的回流温度高于240℃，这就意味着对焊接设备、焊接工艺、电子元件及基板材料的耐温性能等都提出了较高的要求。而LED、LCD、散热器、高频头、防雷元件、火警报警器、温控元件、空调安全保护器、柔性板等热敏感电子元件在焊接过程中，加热温度都不宜过高、多层次多组件的分步焊接也需要用低温焊锡膏。低熔点焊锡膏熔点相比于中熔点以及高熔点，具有熔点低、外观亮、低能耗的优点，尽管锡铋成分的合金有较大的脆性，但是随着银的加入可以大大降低合金脆性，弥补了这一缺点。从降低生产能耗的角度，减少高温回流对元器件、设备、线路板的损伤角度，低熔点焊锡膏用途不断增加。但是低熔点焊锡膏所采用的锡铋合金很容易氧化，锡粉粉末越细其表面积越大氧化趋势越加严重，严重限制了锡铋成分焊锡膏的焊接性能，尤其是回流焊接中锡球的常态化出现对线路板的可靠性产生了严重的影响。锡铋低温焊锡膏由于粉末易氧化这一缺点对保存也提出了很高的要求，尽管焊锡膏需要低温2-8度储存，低温锡铋成分的焊锡膏在此温度下也会出现表层变黑，助焊剂析出等不良，因此保质期无法达到正常锡膏6个月的技术要求，综上所述，在降低能耗提高焊接品质的大背景下，稳定的低熔点焊锡膏是解决低温SMT回流焊的决定因素。

发明内容

为解决上述现有技术的问题，本发明提供一种低熔点SMT焊锡膏的配方及其制备方法，通过科学的配方设计，优化的生产工艺，添加了稳定的活性成分以及抗氧化成分，成功的解决了其由于易氧化而带来的回流焊接中大量锡珠的产生以及提高了其保质期。

实现本发明技术方案为：一种低熔点SMT焊锡膏的配方，包括膏状助焊剂和球形焊锡粉两个组分，其膏状助焊剂重量占比9-14％，各组分重量配比为：低沸点醇溶剂占比15-20％，高沸点醚溶剂占比15-20％，松香树脂占比为35-50％，有机酸占比为2-6％，抗氧剂占比为3-6％，卤素活性剂0.1-1％，无卤素活性剂占比为1-5％，黏度调节剂占比为3-10％，非离子表面活性剂占比1-3％，高效触变剂占比3-6％，酸度调节剂占比1-3％，胺类有机胺盐类占比1-3％；其球形焊锡粉重量占比86-91％，为锡铋合金、锡铋银合金Ⅰ和锡铋银合金Ⅱ的任一种，其中锡铋合金各组分重量占比为：锡42％、铋58％；锡铋银合金Ⅰ各组分重量占比为：锡42％、铋57％、银1％；锡铋银合金Ⅱ各组分重量占比为：锡42％、铋57.6％、银0.4％。

进一步说，所述膏状助焊剂与球形焊锡粉按照体积比1：1或者重量比10:90通过双行星搅拌机充分搅拌均匀抽真空制备得到。

进一步说，所述球形焊锡粉中球形度长径比小于1.5的焊锡粉质量占比大于96％；根据球形焊锡粉粉末粒度分为3#，直径为25-45微米或者4#，直径为20-38微米。

进一步说，所述低沸点醇溶剂为聚乙二醇、己烯乙二醇中的任一种或多种；所述高沸点醚溶剂为丁醚类、己醚类、辛醚类中的任一种或多种。

进一步说，所述松香树脂为氢化松香、聚合松香、歧化松香、特级松香、马来松香、氢化松香甘油酯、季戊四醇酯、松香甘油酯中的任一种或多种。

进一步说，所述有机酸为丁二酸、丙二酸、己二酸、葵二酸、戊二酸、水杨酸、柠檬酸、苯甲酸、硬脂酸、软脂酸、苹果酸中的任一种或多种；所述抗氧剂为BHT、苯并三氮唑、甲基苯丙三氮唑的任一种或多种；所述黏度调节剂为松节油、凡士林的任一种或多种。

进一步说，所述卤素活性剂为氢溴酸盐、铵盐、盐酸盐、氢溴酸盐的任一种或多种；所述无卤素活性剂为单乙醇胺、多乙醇胺、酰胺盐、水杨酸酰胺的任一种或多种。

进一步说，所述非离子表面活性剂为氟碳表面活性剂、聚乙二醇400、溴化肼、丁烯二醇的任一种或多种；所述高效触变剂为氢化蓖麻油类增稠剂、触变剂。

一种低熔点SMT焊锡膏的制备方法，其步骤为：

(1)制备膏状助焊剂：首先将低沸点醇溶剂、高沸点醚溶剂、松香树脂、有机酸、抗氧剂、卤素活性剂、无卤素活性剂、黏度调节剂、非离子表面活性剂、高效触变剂、酸度调节剂、胺类有机胺盐类中的所有液体溶剂放入乳化机的不锈钢反应釜中，然后将松香树脂粉碎后加入反应釜，依次开启刮边搅拌桨，高速分散盘，高速乳化器，打开温度控制系统进行温控并在设备内部记录反映的温度曲线，经过充分搅拌大约20分钟得到预混合液体，然后通过乳化机加料口依次加入有机酸、卤素活性剂、无卤素活性剂、黏度调节剂、胺类有机胺盐类、酸度调节剂进行充分乳化，乳化温度不断升高至85～90℃，设定最高乳化温度为90℃，当超过90℃时系统启动冷却水循环降温，使乳化温度控制在88～92℃之间，全程乳化时间为130分钟，最后加入高效触变剂继续乳化15分钟完成乳化，将乳化后的助焊剂转入10升开口塑料桶密封静止储存25小时备用；

(2)将步骤1)中得到的膏状助焊剂准确称量加入搅拌机的搅拌釜，然后将球形焊锡粉通过100目筛网过滤加入到搅拌釜内，升起搅拌釜通过双行星搅拌机充分搅拌10分钟，然后将搅拌釜降到搅拌机托盘加入剩余的球形焊锡粉，并用刮片将搅拌桨上未能搅拌到的物料刮入搅拌釜，继续搅拌20分钟，然后抽真空，继续在真空下搅拌10分钟，搅拌完成后得到焊锡膏成品。

进一步说，步骤2)所采用的球形焊锡粉为氧含量低于100ppm以下的焊锡粉，包装形式为抽真空冲氮气的铝袋包装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)助焊剂配方采用低、中、高沸点溶剂材料搭配的溶剂作为膏体助焊剂的溶剂载体，所选择的溶剂具有良好的溶解性以及稳定性，可以保证其余化学品很好地溶剂以及互溶，达到产品产品具有良好的耐干性能、印刷流动性，大大提高焊锡膏在常温使用下的钢网寿命以及稳定的黏度；

(2)选用低软化点、高酸值的松香作为助焊剂主要的固形物，加入高度氢化水白松香以及无色的合成树脂作为助焊剂的增粘成分，以此保证焊锡膏具有良好的粘性，良好的粘性使焊锡膏在印刷完毕贴片前以及贴片后可以保证锡膏牢固的粘接电子元器件减少贴片机的抛料以及回流焊接的各种不良问题出现；

(3)为满足无卤素环保的技术要求，在不降低焊接品质的前提下加入少量的卤素活性剂配合无卤素活性剂以及适量的有机酸，形成稳定互溶的活性体系，所得助焊剂可以满足无卤素的技术标准同时具有卤素助焊剂的优良焊接性能，保证焊点的饱满度、扩展度、爬锡高度、空洞率都满足工艺技术要求；

(4)添加胺类、有机铵盐、表面活性剂、抗氧剂，保证高温焊接焊点不会出现锡珠、连焊、立碑等不良，加入了抗氧剂阻止焊锡膏在焊接构成中的氧化，在焊盘表面形成一层保护膜为焊接提供有效的保护作用。加入酸度调节剂得到中性的助焊剂配方体系以防止助焊剂与金属粉末的反应，提高焊锡膏产品的保质期；

(5)助焊剂配方体系中所有经过搅拌、分散、乳化、混合、溶解后的材料以及细微无法彻底熔融的颗粒状的材料通过加入增稠剂、高效触变剂将均匀的配置形成一个稳定、均匀、致密的体系；

(6)通过功能齐备的乳化机进行充分的乳化，温度调节保证反应温度可控，严格的温度曲线下制作的助焊剂产品具有较高的一致性品质。乳化工艺保证了溶剂充分溶解有机材料，分散盘可以将固体材料不断的打碎，有助于充分的溶解。低温的曲线设定不会导致材料间互相的进行化学反应，材料的功能不会在乳化过程中进行释放；

(7)球形焊锡粉根据不同的印刷精度要求、考虑生产制造成本酌情选择，常规的3#适合普通线路板印刷需求，4#粉末则为了满足高密度集成线路板印刷要求，由于锡铋金属粉末很容易氧化，采用氧含量低于100ppm以下的焊锡粉，包装形式为抽真空冲氮气的铝袋包装。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种低熔点SMT焊锡膏的配方，包括膏状助焊剂和球形焊锡粉两个组分，其膏状助焊剂重量占比9-14％，各组分重量配比为：低沸点醇溶剂占比15-20％，高沸点醚溶剂占比15-20％，松香树脂占比为35-50％，有机酸占比为2-6％，抗氧剂占比为3-6％，卤素活性剂0.1-1％，无卤素活性剂占比为1-5％，黏度调节剂占比为3-10％，非离子表面活性剂占比1-3％，高效触变剂占比3-6％，酸度调节剂占比1-3％，胺类有机胺盐类占比1-3％；其球形焊锡粉重量占比86-91％，为锡铋合金、锡铋银合金Ⅰ和锡铋银合金Ⅱ的任一种，其中锡铋合金各组分重量占比为：锡42％、铋58％；锡铋银合金Ⅰ各组分重量占比为：锡42％、铋57％、银1％；锡铋银合金Ⅱ各组分重量占比为：锡42％、铋57.6％、银0.4％。

所述膏状助焊剂与球形焊锡粉按照体积比1：1或者重量比10:90通过双行星搅拌机充分搅拌均匀抽真空制备得到。

所述球形焊锡粉中球形度长径比小于1.5的焊锡粉质量占比大于96％；根据球形焊锡粉粉末粒度分为3#，直径为25-45微米或者4#，直径为20-38微米。

所述低沸点醇溶剂为聚乙二醇、己烯乙二醇中的任一种或多种；所述高沸点醚溶剂为丁醚类、己醚类、辛醚类中的任一种或多种。

所述松香树脂为氢化松香、聚合松香、歧化松香、特级松香、马来松香、氢化松香甘油酯、季戊四醇酯、松香甘油酯中的任一种或多种。

所述有机酸为丁二酸、丙二酸、己二酸、葵二酸、戊二酸、水杨酸、柠檬酸、苯甲酸、硬脂酸、软脂酸、苹果酸中的任一种或多种；所述抗氧剂为BHT、苯并三氮唑、甲基苯丙三氮唑的任一种或多种；所述黏度调节剂为松节油、凡士林的任一种或多种。

所述卤素活性剂为氢溴酸盐、铵盐、盐酸盐、氢溴酸盐的任一种或多种；所述无卤素活性剂为单乙醇胺、多乙醇胺、酰胺盐、水杨酸酰胺的任一种或多种。

所述非离子表面活性剂为氟碳表面活性剂、聚乙二醇400、溴化肼、丁烯二醇的任一种或多种；所述高效触变剂为氢化蓖麻油类增稠剂、触变剂。

实施例1：

一种低熔点SMT焊锡膏的制备方法，其步骤为：

(1)制备膏状助焊剂：首先将低沸点醇溶剂乙二醇17.5份、高沸点二乙二醇单己醚溶剂17.5份，全氢化松香(伊士曼AX-E)、水白氢化松香(日本荒川化学KE-604松香)氢化松香甲酯合计45份，有机酸(丁二酸、丙二酸)5份，抗氧剂(瑞士汽巴化学1010抗氧剂)3份，卤素活性剂(乙二胺盐酸盐)0.5份，无卤素活性剂(水杨酸酰胺)2.5份，黏度调节剂凡士林3份，平平加O1份，高效触变剂(日本产6650)4份，酸度调节剂三乙醇胺0.5份，胺类有机胺盐类0.5份中的所有液体溶剂放入乳化机的不锈钢反应釜中，然后将松香树脂粉碎后加入反应釜，依次开启刮边搅拌桨，高速分散盘，高速乳化器，打开温度控制系统进行温控并在设备内部记录反映的温度曲线，经过充分搅拌大约20分钟得到预混合液体，然后通过乳化机加料口依次加入有机酸、卤素活性剂、无卤素活性剂、黏度调节剂、胺类有机胺盐类、酸度调节剂进行充分乳化，乳化温度不断升高至85～90℃，设定最高乳化温度为90℃，当超过90℃时系统启动冷却水循环降温，使乳化温度控制在88～92℃之间，全程乳化时间为130分钟，最后加入高效触变剂继续乳化15分钟完成乳化，将乳化后的助焊剂转入10升开口塑料桶密封静止储存25小时备用；

所制得的助焊剂基本测试数据如下表所示：

测试项目	测试方法标准	测试结果
			IPC腐蚀实验	J-STD-004	Pass
Cl<sup>-</sup>and Br<sup>-</sup>	J-STD-004	Pass
			助焊剂固体含量	J-STD-004	48％weight
酸值	J-STD-004	110mgKOH/g
			助焊剂卤素含量t	J-STD-004	<0.005％

(2)将步骤1)中得到的膏状助焊剂准确称量加入搅拌机的搅拌釜，然后将3#球形焊锡粉通过100目筛网过滤加入到搅拌釜内，升起搅拌釜通过双行星搅拌机充分搅拌10分钟，然后将搅拌釜降到搅拌机托盘加入剩余的球形焊锡粉，并用刮片将搅拌桨上未能搅拌到的物料刮入搅拌釜，继续搅拌20分钟，然后抽真空，继续在真空下搅拌10分钟，搅拌完成后得到焊锡膏成品。

球形焊锡粉基本参数如下表所示：

搅拌完成后得到焊锡膏成品，基本检测指标如下表所示：

步骤2)所采用的球形焊锡粉为氧含量低于100ppm以下的焊锡粉，包装形式为抽真空冲氮气的铝袋包装。

所述的乳化机为10L-30L带有不锈钢反应釜，内部结构为刮边结构的搅拌桨、高速分散盘、乳化器等，并且外联加热系统以及水循环降温系统，可以实现加热、降温自动控制。通过PLC总成的控制柜对各个系统的参数进行调节、控制、设定等。

所述的搅拌机为双行星门式搅拌机，可以实现自转加公转的搅拌方式。外部接真空泵可以对搅拌机搅拌釜内抽真空来满足真空搅拌的要求。搅拌釜为不锈钢材质，底部带有出料口并配有阀门，成品可以通过压力机从出料口接料灌装焊锡膏。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种低熔点SMT焊锡膏，其特征在于：包括膏状助焊剂和球形焊锡粉两个组分，其膏状助焊剂重量占比9-14%，各组分重量配比为：低沸点醇溶剂占比15-20%，高沸点醚溶剂占比15-20%，松香树脂占比为35-50%，有机酸占比为2-6%，抗氧剂占比为3-6%，卤素活性剂0.1-1%，无卤素活性剂占比为1-5%，黏度调节剂占比为3-10%，非离子表面活性剂占比1-3%，高效触变剂占比3-6%，酸度调节剂占比1-3%，胺类有机胺盐类占比1-3%；

其球形焊锡粉重量占比86-91%，为锡铋合金、锡铋银合金Ⅰ和锡铋银合金Ⅱ的任一种，其中锡铋合金各组分重量占比为：锡42%、铋58%；锡铋银合金Ⅰ各组分重量占比为：锡42%、铋57%、银1%；锡铋银合金Ⅱ各组分重量占比为：锡42%、铋57.6%、银0.4%；

所述膏状助焊剂与球形焊锡粉通过双行星搅拌机充分搅拌均匀抽真空制备得到；

所述球形焊锡粉中球形度长径比小于1.5的焊锡粉质量占比大于96%；根据球形焊锡粉粉末粒度分为3#，直径为25-45微米或者4#，直径为20-38微米；

所述低沸点醇溶剂为聚乙二醇、己烯乙二醇中的任一种或多种；所述高沸点醚溶剂为丁醚类、己醚类、辛醚类中的任一种或多种；

所述松香树脂为氢化松香、聚合松香、歧化松香、特级松香、马来松香、氢化松香甘油酯、季戊四醇酯、松香甘油酯中的任一种或多种；

所述有机酸为丁二酸、丙二酸、己二酸、葵二酸、戊二酸、水杨酸、柠檬酸、苯甲酸、硬脂酸、软脂酸、苹果酸中的任一种或多种；所述抗氧剂为BHT、苯并三氮唑、甲基苯丙三氮唑的任一种或多种；所述黏度调节剂为松节油、凡士林的任一种或多种；

所述卤素活性剂为氢溴酸盐、铵盐、盐酸盐的任一种或多种；所述无卤素活性剂为单乙醇胺、多乙醇胺、酰胺盐、水杨酸酰胺的任一种或多种；

所述非离子表面活性剂为氟碳表面活性剂、聚乙二醇400、溴化肼、丁烯二醇的任一种或多种；所述高效触变剂为氢化蓖麻油类增稠剂、触变剂。

2.根据权利要求1所述的一种低熔点SMT焊锡膏，其特征在于：所述球形焊锡粉为氧含量低于100ppm以下的焊锡粉，包装形式为抽真空充氮气的铝袋包装。