CN111451669A - 一种防飞溅激光焊锡膏制备方法 - Google Patents

一种防飞溅激光焊锡膏制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防飞溅激光焊锡膏制备方法，包括焊锡粉、助焊剂和溶剂重量百分比的原料组成。本发明的有益效果是：本发明采用特别的高沸点添加剂，可防止瞬间能量集中焊点时助焊剂里溶剂沸腾溅出，防止带出锡珠、不融化锡粉等现象，通过高沸点添加剂可降低受热溶剂的表面张力，提升溶剂沸点，抑制溶剂瞬间沸腾，使溶剂充分发挥其作用，达到良好焊接的效果，采用有机酸和有机胺先前加热融合，进行中和反应，可减少与锡粉的化学反应，保护和加快锡粉的熔锡效果，侧面起到防止锡粉与溶剂一起飞溅的效果，激光锡膏焊接，有效的进行局部加热方式的再流焊，增加焊点疲劳寿命，防止电子组件的可靠性受到破坏。

Description

一种防飞溅激光焊锡膏制备方法
技术领域
本发明涉及一种焊锡膏制备方法，具体为一种防飞溅激光焊锡膏制备方法，属于锡膏制作领域。
背景技术
激光锡膏焊接是以激光为热源加热锡膏融化的激光焊接技术，激光锡膏焊接的主要特点是利用激光的高能量实现局部或微小区域快速加热完成锡焊的过程，激光锡膏焊接相比传统SMT焊接有着不可取代的优势。
然而，传统SMT技术即表面组装技术中主要采用的是波峰焊和回流焊技术，存在一些根本性的问题，诸如元器件的引线与印制电路板上的焊盘会对熔融锡料扩散Cu、Fe、Zn等各种金属杂质；熔融锡料在空气中高速流动容易产生氧化物等；同时，在传统回流焊时，电子元器件本身也被以很大的加热速度加热到锡焊温度，对元器件产生热冲击作用，一些薄型封装的元器件，特别是热敏感元器件存在被破坏的可能；同时，由于采用了整体加热方式，因PCB板、电子元器件都要经历升温、保温、冷却的过程，而其热膨胀系数又不相同，冷热交替在组件内部易产生内应力，内应力的存在降低了焊点接头的疲劳强度，对电子组件的可靠性造成了破坏，此外，整体加热方式过长的加热时间容易造成焊缝金属晶粒粗大以及金属间化合物的过度生长，降低焊点疲劳寿命，激光锡膏焊接，是一种局部加热方式的再流焊，能够很好地避免上述问题的产生，激光锡膏焊接过程分为两步：首先激光锡膏需要被加热，且焊点也被预热，之后焊接所用的激光锡膏被完全熔融，锡膏完全润湿焊盘，最终形成焊接。由于使用激光发生器和光学聚焦组件焊接，能量密度大，热传递效率高，为非接触式焊接，如果焊料使用通用SMT锡膏,则会产生炸锡，飞溅，锡珠，润湿性等不良。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种防飞溅激光焊锡膏制备方法，采用特别的高沸点添加剂，可防止瞬间能量集中焊点时助焊剂里溶剂沸腾溅出，防止带出锡珠、不融化锡粉等现象，通过高沸点添加剂可降低受热溶剂的表面张力，提升溶剂沸点，抑制溶剂瞬间沸腾，使溶剂充分发挥其作用，达到良好焊接的效果，采用有机酸和有机胺先前加热融合，进行中和反应，可减少与锡粉的化学反应，保护和加快锡粉的熔锡效果，侧面起到防止锡粉与溶剂一起飞溅的效果，激光锡膏焊接，有效的进行局部加热方式的再流焊，增加焊点疲劳寿命，防止电子组件的可靠性受到破坏。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种防飞溅激光焊锡膏制备方法，以重量百分比计，由以下组分的焊锡粉、助焊剂和溶剂原料混炼制备得到：
焊锡粉87％-90％，所述的焊锡粉由两种或两种以上元素种类相同、含量不同的锡基合金粉混合而成的具有共晶组成的焊锡粉；
助焊剂10％-13％，所述的助焊剂由以下质量百分含量的原料组成：松香 35％-55％，触变剂4％-9％，有机酸3％-9％；有机胺2％-8％，高沸点添加剂2％-6％；
溶剂，余量；
所述制备方法包括以下步骤：
步骤A：将上述的有机酸，有机胺用上述原料重量的1.0-1.5倍溶剂混合均匀，加热至完全溶解，制成有机酸和有机胺混合物I,冷却至室温备用；
步骤B：制备助焊剂：将步骤A的溶剂和松香置于带加热装置的搅拌反应釜中，加热至155-180℃，搅拌至完全溶化，再依次加入上述重量配比的混合物I、高沸点添加剂及触变剂持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在2-8℃的温度下静置 24～48小时，制成膏状助焊剂；
步骤C：制备锡膏：将步骤B所制备好的助焊剂，在常温常压下，将 Sn42Bi58或Sn96.5Ag3.0Cu 0.5系列合金粉末和助焊剂按10-13：90-87 的重量配比装入锡膏搅拌机，预搅拌5分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
优选的，所述合金粉末包括：Sn42Bi58和Sn96.5Ag3.0Cu0.5，熔点分别为138℃和217℃。
优选的，所述松香包括610松香和KE-604松香，其中KE-604松香占比30％。
优选的，所述触变剂包括聚酰胺、聚酰胺蜡、氢化蓖麻油、甘油基三 -12-羟基硬脂酸酯中的一种或多种组合。
优选的，所述有机酸包括己二酸、辛二酸、戊二酸、苹果酸、琥珀酸中的一种或多种组合。
优选的，所述有机胺包括3-丙醇胺、异丁酰胺、三乙醇胺、水杨酰胺和丙烯酰胺中的一种或多种组合。
优选的，所述高沸点添加剂包括乙二醇二乙酸酯、二甲基乙酰胺、2- 苯氧基乙醇中的一种或多种组合。
优选的，所述溶剂包括二乙二醇单辛醚、丙三醇、二甘醇单丁醚、四乙二醇二丁醚、乙二醇中的一种或多种组合。
本发明的有益效果是：本发明采用特别的高沸点添加剂，可防止瞬间能量集中焊点时助焊剂里溶剂沸腾溅出，防止带出锡珠、不融化锡粉等现象，通过高沸点添加剂可降低受热溶剂的表面张力，提升溶剂沸点，抑制溶剂瞬间沸腾，使溶剂充分发挥其作用，达到良好焊接的效果，采用有机酸和有机胺先前加热融合，进行中和反应，可减少与锡粉的化学反应，保护和加快锡粉的熔锡效果，侧面起到防止锡粉与溶剂一起飞溅的效果，激光锡膏焊接，有效的进行局部加热方式的再流焊，增加焊点疲劳寿命，防止电子组件的可靠性受到破坏。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
第一实施例
一种防飞溅激光焊锡膏制备方法，它是由助焊剂和无铅合金粉末组成，所述的助焊剂和无铅合金粉末的重量比为11.3：88.7。
所述无铅合金粉末选择Sn96.5Ag3.0Cu0.5。
助焊剂原料：610松香31.5g、KE-604松香13.5g、聚酰胺3g、氢化蓖麻油6g、辛二酸3g、苹果酸4g、3-丙醇胺5g、高沸点添加剂乙二醇二乙酸酯2g、高沸点添加剂二甲基乙酰胺2g、二乙二醇单辛醚26g、丙三醇4g。
制备步骤如下：
步骤一：制备助焊剂：将辛二酸3g、苹果酸4g、3-丙醇胺5g、二乙二醇单辛醚12g混合均匀，加热至完全溶解，制备成混合物I、冷却至室温备用，再将610松香31.5g、KE-604松香13.5g、二乙二醇单辛醚14g、丙三醇4g加热至155-180℃，搅拌至完全溶化，再依次加入混合物I、高沸点添加剂乙二醇二乙酸酯2g、高沸点添加剂二甲基乙酰胺2g、聚酰胺3g、氢化蓖麻油6g持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在5℃的温度下静置48小时，制成膏状助焊剂；
步骤二：制备锡膏：在常温常压下，选择Sn96.5Ag3.0Cu0.5合金粉末和助焊剂按88.7∶11.3的重量配比装入锡膏搅拌机，以20转/分钟的搅拌速度预搅拌10分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
第二实施例
基于本发明的第一实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法，本发明的第二实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法的不同之处在于，它是由助焊剂和无铅合金粉末组成，所述的助焊剂和无铅合金粉末的重量比为 10.5：89.5。
所述无铅合金粉末选择Sn42Bi58。
助焊剂原料：610松香29.4g、KE-604松香12.6g、聚酰胺蜡3g、氢化蓖麻油6g、戊二酸4g、琥珀酸2g、3-丙醇胺5g、高沸点添加剂乙二醇二乙酸酯2g、高沸点添加剂二甲基乙酰胺2g、二乙二醇单辛醚28g、丙三醇 6g。
制备步骤如下：
步骤一：制备助焊剂：将戊二酸4g、琥珀酸2g、3-丙醇胺5g、二乙二醇单辛醚11g混合均匀，加热至完全溶解，制备成混合物I、冷却至室温备用，再将610松香29.4g、KE-604松香12.6g、二乙二醇单辛醚17g、丙三醇6g加热至155-180℃，搅拌至完全溶化，再依次加入混合物I、高沸点添加剂乙二醇二乙酸酯2g、高沸点添加剂二甲基乙酰胺2g、聚酰胺蜡3g、氢化蓖麻油6g持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在5℃的温度下静置48小时，制成膏状助焊剂；
步骤二：制备锡膏：在常温常压下，选择Sn42Bi58合金粉末和助焊剂按89.5∶10.5的重量配比装入锡膏搅拌机，以20转/分钟的搅拌速度预搅拌40分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
第三实施例
基于本发明的第一实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法，本发明的第三实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法的不同之处在于，它是由助焊剂和无铅合金粉末组成，所述的助焊剂和无铅合金粉末的重量比为 12.0：88.0。
所述无铅合金粉末选择Sn96.5Ag3.0Cu0.5。
助焊剂原料：610松香34.3g、KE-604松香14.7g、聚酰胺3g、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯5g、己二酸4g、戊二酸3g、丙烯酰胺5g、高沸点添加剂2-苯氧基乙醇2g、高沸点添加剂乙二醇二乙酸酯2g、二乙二醇单辛醚 23g、四乙二醇二丁醚4g。
制备步骤如下：
步骤一：制备助焊剂：将己二酸4g、戊二酸3g、丙烯酰胺5g、二乙二醇单辛醚12g混合均匀，加热至完全溶解，制备成混合物I、冷却至室温备用，再将610松香34.3g、KE-604松香14.7g、二乙二醇单辛醚11g、四乙二醇二丁醚4g加热至155～180℃，搅拌至完全溶化，再依次加入混合物I、高沸点添加剂2-苯氧基乙醇2g、高沸点添加剂乙二醇二乙酸酯2g、聚酰胺3g、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯5g持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在5℃的温度下静置48小时，制成膏状助焊剂；
步骤二：制备锡膏：在常温常压下，选择Sn96.5Ag3.0Cu0.5合金粉末和助焊剂按88.0∶12.0的重量配比装入锡膏搅拌机，以20转/分钟的搅拌速度预搅拌10分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
第四实施例
基于本发明的第一实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法，本发明的第四实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法的不同之处在于，它是由助焊剂和无铅合金粉末组成，所述的助焊剂和无铅合金粉末的重量比为 11.0∶89.0。
所述无铅合金粉末选择Sn42Bi58。
助焊剂原料：610松香30.1g、KE-604松香12.9g、聚酰胺蜡2g、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯5g、己二酸4g、戊二酸2g、三乙醇胺5g、高沸点添加剂2-苯氧基乙醇3g、高沸点添加剂二甲基乙酰胺1g、二乙二醇单辛醚 26g、二甘醇单丁醚9g。
制备步骤如下：
步骤一：制备助焊剂：己二酸4g、戊二酸2g、三乙醇胺5g、二乙二醇单辛醚11g混合均匀，加热至完全溶解，制备成混合物I、冷却至室温备用，再将610松香30.1g、KE-604松香12.9g、二乙二醇单辛醚15g、二甘醇单丁醚9g加热至155-180℃，搅拌至完全溶化，再依次加入混合物I、高沸点添加剂2-苯氧基乙醇3g、高沸点添加剂二甲基乙酰胺1g、聚酰胺蜡2g、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯5g持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在5℃的温度下静置 48小时，制成膏状助焊剂；
步骤二：制备锡膏：在常温常压下，选择Sn42Bi58合金粉末和助焊剂按89.0∶11.0的重量配比装入锡膏搅拌机，以20转/分钟的搅拌速度预搅拌40分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
第五实施例
基于本发明的第一实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法，本发明的第五实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法的不同之处在于，它是由助焊剂和无铅合金粉末组成，所述的助焊剂和无铅合金粉末的重量比为 12.5：87.5。
所述无铅合金粉末选择Sn96.5Ag3.0Cu0.5。
助焊剂原料：610松香35.0g、KE-604松香15.0g、氢化蓖麻油3g、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯5g、辛二酸3g、戊二酸5g、三乙酰胺6g、高沸点添加剂2-苯氧基乙醇3g、高沸点添加剂二甲基乙酰胺2g、二乙二醇单辛醚20g、四乙二醇二丁醚3g。
制备步骤如下：
步骤一：制备助焊剂：将辛二酸3g、戊二酸5g、三乙酰胺6g、二乙二醇单辛醚14g混合均匀，加热至完全溶解，制备成混合物I、冷却至室温备用，再将610松香35.0g、KE-604松香15.0g、二乙二醇单辛醚6g、四乙二醇二丁醚3g加热至155-180℃，搅拌至完全溶化，再依次加入混合物 I、高沸点添加剂2-苯氧基乙醇3g、高沸点添加剂二甲基乙酰胺2g、氢化蓖麻油3g、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯5g持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在5℃的温度下静置48小时，制成膏状助焊剂；
步骤二：制备锡膏：在常温常压下，选择Sn96.5Ag3.0Cu0.5合金粉末和助焊剂按87.5∶12.5的重量配比装入锡膏搅拌机，以20转/分钟的搅拌速度预搅拌10分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
第六实施例
基于本发明的第一实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法，本发明的第六实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法的不同之处在于，它是由助焊剂和无铅合金粉末组成，所述的助焊剂和无铅合金粉末的重量比为 11.3：88.7。
所述无铅合金粉末选择Sn96.5Ag3.0Cu0.5。
助焊剂原料：610松香31.5g、KE-604松香13.5g、聚酰胺3g、氢化蓖麻油6g、
辛二酸3g、苹果酸4g、3-丙醇胺5g、乙二醇4g、二乙二醇单辛醚26g、丙三醇4g。
制备步骤如下：
步骤一：制备助焊剂：将辛二酸3g、苹果酸4g、3-丙醇胺5g、二乙二醇单辛醚12g混合均匀，加热至完全溶解，制备成混合物I、冷却至室温备用，再将610松香31.5g、KE-604松香13.5g、二乙二醇单辛醚14g、乙二醇4g、丙三醇4g加热至155-180℃，搅拌至完全溶化，再依次加入混合物I、聚酰胺3g、氢化蓖麻油6g持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在5℃的温度下静置48 小时，制成膏状助焊剂；
步骤二：制备锡膏：在常温常压下，选择Sn96.5Ag3.0Cu0.5合金粉末和助焊剂按88.7∶11.3的重量配比装入锡膏搅拌机，以20转/分钟的搅拌速度预搅拌10分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
第七实施例
基于本发明的第一实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法，本发明的第七实施例提供的防飞溅激光焊锡膏制备方法的不同之处在于，它是由助焊剂和无铅合金粉末组成，所述的助焊剂和无铅合金粉末的重量比为 10.5∶89.5。
所述无铅合金粉末选择Sn42Bi58。
助焊剂原料：610松香29.4g、KE-604松香12.6g、聚酰胺蜡3g、氢化蓖麻油6g
戊二酸4g、琥珀酸2g、3-丙醇胺5g、乙二醇3g、二乙二醇单辛醚29g、丙三醇6g。
制备步骤如下：
步骤一：制备助焊剂：将610松香29.4g、KE-604松香12.6g、乙二醇3g、二乙二醇单辛醚29g、丙三醇6g加热至155-180℃，搅拌至完全溶化，再依次加戊二酸4g、琥珀酸2g、3-丙醇胺5g、聚酰胺蜡3g、氢化蓖麻油6g持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在5℃的温度下静置48小时，制成膏状助焊剂；
步骤二：制备锡膏：在常温常压下，选择Sn42Bi58合金粉末和助焊剂按89.5∶10.5的重量配比装入锡膏搅拌机，以20转/分钟的搅拌速度预搅拌40分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
本发明在使用时，首先对原料称重，按照重量百分比，焊锡粉87％-90％(Sn42Bi58和Sn96.5Ag3.0Cu0.5)，助焊剂10％-13％(松香35％-55％，触变剂4％-9％，有机酸3％-9％；有机胺2％-8％，高沸点添加剂2％-6％)，溶剂 (余量)，利用电子秤将上述原料按比例进行称重；将助焊剂加热至完全溶解，制成有机酸和有机胺混合物I，冷却至室温备用，在常温常压下，将焊锡粉装入锡膏搅拌机，以20转/分钟的搅拌速度预搅拌10分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏，在常温常压下，将所制备好的助焊剂和Sn42Bi58或Sn96.5Ag3.0Cu 0.5系列合金粉末和助焊剂按10～13：90～87的重量配比装入锡膏搅拌机，预搅拌5分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟，检验成品，对混合物送测，合格后出料制得成品防飞溅激光焊锡膏。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种防飞溅激光焊锡膏制备方法，其特征在于，以重量百分比计，由以下组分的焊锡粉、助焊剂和溶剂原料混炼制备得到：
焊锡粉87％-90％，所述的焊锡粉由两种或两种以上元素种类相同、含量不同的锡基合金粉混合而成的具有共晶组成的焊锡粉；
助焊剂10％-13％，所述的助焊剂由以下质量百分含量的原料组成：松香35％-55％，触变剂4％-9％，有机酸3％-9％；有机胺2％-8％，高沸点添加剂2％-6％；
溶剂，余量；
所述制备方法包括：
步骤A：将上述的有机酸，有机胺用上述原料重量的1.0-1.5倍溶剂混合均匀，加热至完全溶解，制成有机酸和有机胺混合物I,冷却至室温备用；
步骤B：制备助焊剂：将步骤A的溶剂和松香置于带加热装置的搅拌反应釜中，加热至155-180℃，搅拌至完全溶化，再依次加入上述重量配比的混合物I、高沸点添加剂及触变剂持续搅拌，待其固体物完全溶化后停止加热和搅拌，冷却至室温后置于搪瓷容器中并密封，在2-8℃的温度下静置24～48小时，制成膏状助焊剂；
步骤C：制备锡膏：将步骤B所制备好的助焊剂，在常温常压下，将Sn42Bi58或Sn96.5Ag3.0Cu 0.5系列合金粉末和助焊剂按10-13：90-87的重量配比装入锡膏搅拌机，预搅拌5分钟后抽真空，并持续搅拌40分钟后，制得成品防飞溅激光焊锡膏。
2.根据权利要求1所述的防飞溅激光焊锡膏制备方法，其特征在于，所述合金粉末包括：Sn42Bi58和Sn96.5Ag3.0Cu0.5，熔点分别为138℃和217℃。
3.根据权利要求1所述的防飞溅激光焊锡膏制备方法，其特征在于，所述松香包括610松香和KE-604松香，其中KE-604松香占比30％。
4.根据权利要求1所述的防飞溅激光焊锡膏制备方法，其特征在于，所述触变剂包括聚酰胺、聚酰胺蜡、氢化蓖麻油、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的防飞溅激光焊锡膏制备方法，其特征在于，所述有机酸包括己二酸、辛二酸、戊二酸、苹果酸、琥珀酸中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述的防飞溅激光焊锡膏制备方法，其特征在于，所述有机胺包括3-丙醇胺、异丁酰胺、三乙醇胺、水杨酰胺和丙烯酰胺中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的防飞溅激光焊锡膏制备方法，其特征在于，所述高沸点添加剂包括乙二醇二乙酸酯、二甲基乙酰胺、2-苯氧基乙醇中的一种或多种组合。
8.根据权利要求1所述的防飞溅激光焊锡膏制备方法，其特征在于，所述溶剂包括二乙二醇单辛醚、丙三醇、二甘醇单丁醚、四乙二醇二丁醚、乙二醇中的一种或多种组合。
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