CN111571065B - 一种改善bga封装焊接性能的锡膏及其制备方法 - Google Patents

一种改善bga封装焊接性能的锡膏及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，由质量比为89:11的锡粉和助焊膏制成；其中，所述助焊膏由以下重量份的组分组成：松香35～40份，溶剂40～45份，触变剂5～10份，活性剂5～10份，抗氧剂1～2份，聚叠氮改性剂1～2份，氟碳表面活性剂0.5～1份。本发明还提供了该锡膏的制备方法。本发明所提供的锡膏能有效避免盖板内温度原因引起的焊接性能不良，获得较好的湿润、焊点光亮、无锡珠的焊接效果。

Description

一种改善BGA封装焊接性能的锡膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改善BGA封装焊接性能的锡膏及其制备方法。
背景技术
随着现代信息电子工业的快速发展，电子封装的要求也越来越高。为了满足小型化、高性能和高可靠性的要求，出现了BGA、POP和CSP等先进封装技术。其中，BGA封装焊点失效现象较为常见，而且由于BGA的I/O端位于封装体的下面，其焊接质量的好坏不易检测判断，即使运用市面上昂贵的专用检测设备也不能对其焊接质量进行定量判定。因此，提高BGA封装的焊接性能对封装产品来说至关重要。目前关注较多的是锡膏的去氧化能力及二次氧化问题，却忽略了一个重要问题，即回流焊接时温度的问题。对于塑料封装的BGA，在焊接过程中塑料盖板会使盖板内侧温度降低，造成回流区温度有所偏差，导致助焊膏的焊接效果欠佳。因此，如何消除温度对焊接效果的影响，也是BGA芯片封装中亟需解决的问题。
中国专利申请CN201810335601.6公开了“焊锡膏助焊剂及其制备方法”，所述焊锡膏助焊剂包括如下重量的各组分：有机混合酸10-15％,混合溶剂50-75％,表面活性剂3-5％,白油3-10％,触变剂1-2％,增白剂3-8％,抗氧化剂1-4％,K604松香余量，所述触变剂为聚酰胺改性氢化蓖麻油。该发明同样存在盖板内温度原因引起的焊接性能不良的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，其能有效避免盖板内温度原因引起的焊接性能不良，获得较好的湿润、焊点光亮、无锡珠的焊接效果。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，由质量比为89:11的锡粉和助焊膏制成；其中，所述助焊膏由以下重量份的组分组成：松香35～40份，溶剂40～45份，触变剂5～10份，活性剂5～10份，抗氧剂1～2份，聚叠氮改性剂1～2份，氟碳表面活性剂0.5～1份。
进一步地，本发明所述锡粉的粒径为25～40nm。
进一步地，本发明所述溶剂为异丙醇、乙醇、乙二醇丁甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二丁醚中的两种或两种以上的组合。
进一步地，本发明所述触变剂为氢化蓖麻油。
进一步地，本发明所述活性剂为硬脂酸、苹果酸、柠檬酸、乳酸、丁二酸、三乙醇胺中的两种或两种以上的组合。
进一步地，本发明所述抗氧剂为对苯二酚。
进一步地，本发明所述聚叠氮改性剂为聚叠氮缩水甘油醚GAP、枝化聚叠氮缩水甘油醚B-GAP、3,3-二叠氮甲基氧丁环BAMO、3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环AMMO或BAMO-AMMO共聚物。
本发明要解决的另一技术问题提供上述改善BGA封装焊接性能的锡膏的制备方法。
为解决上述技术问题，技术方案是：
一种改善BGA封装焊接性能的锡膏的制备方法，包括以下步骤：
S1.按重量份称取各组分，将松香粉碎后加入溶剂中，加热搅拌使松香完全溶解，然后依次加入抗氧剂、触变剂、聚叠氮改性剂、氟碳表面活性剂，加热搅拌均匀得到混合物；
S2.将活性剂加入步骤S1所得混合物中加热搅拌均匀，冷却至室温后静置12-24小时得到助焊膏；
S3.将步骤S2所得助焊膏和锡粉放入锡膏搅拌机中，加热搅拌均匀得到锡膏。
进一步地，本发明所述步骤S1、S2、S3中，加热搅拌的温度为80～100℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明使用的聚叠氮改性剂具有能量密度高、速度快、洁净、低毒等特性，每摩尔的叠氮基分解可以释放出314～317千焦能量，在焊接过程中聚叠氮改性剂受热挥发，在瞬间释放能量，形成微小“爆炸”，从而提高BGA封装中盖板内侧的温度，进而有效避免盖板内温度原因引起的焊接性能不良，获得较好的湿润、焊点光亮、无锡珠的焊接效果。
2)本发明使用的氟碳表面活性剂是一种耐高温的非离子表面活性剂，能提高各组分的混合均匀程度，从而进一步提高锡膏的扩展率，还能降低锡膏的BGA空洞率。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
改善BGA封装焊接性能的锡膏，由质量比为89:11的粒径为25～40nm的锡粉和助焊膏制成；其中，助焊膏由以下重量份的组分组成：松香40份，二乙二醇单乙醚39份，异丙醇4份，氢化蓖麻油5份，丁二酸4份，苹果酸4份，对苯二酚2份，聚叠氮缩水甘油醚GAP 1份，氟碳表面活性剂1份。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
S1.按重量份称取各组分，将松香粉碎后加入二乙二醇单乙醚、异丙醇中，加热搅拌使松香完全溶解，然后依次加入对苯二酚、氢化蓖麻油、聚叠氮缩水甘油醚GAP、氟碳表面活性剂，加热搅拌均匀得到混合物；
S2.将丁二酸、苹果酸加入步骤S1所得混合物中加热搅拌均匀，冷却至室温后静置18小时得到助焊膏；
S3.将步骤S2所得助焊膏和锡粉放入锡膏搅拌机中，加热搅拌均匀得到锡膏。
步骤S1、S2、S3中，加热搅拌的温度为90℃。
实施例2
改善BGA封装焊接性能的锡膏，由质量比为89:11的粒径为25～40nm的锡粉和助焊膏制成；其中，助焊膏由以下重量份的组分组成：松香35份，二乙二醇单乙醚40份，乙醇5份，氢化蓖麻油6份，硬脂酸5份，丁二酸5份，对苯二酚2份，枝化聚叠氮缩水甘油醚B-GAP 1份，氟碳表面活性剂1份。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
S1.按重量份称取各组分，将松香粉碎后加入二乙二醇单乙醚、乙醇中，加热搅拌使松香完全溶解，然后依次加入对苯二酚、氢化蓖麻油、枝化聚叠氮缩水甘油醚B-GAP、氟碳表面活性剂，加热搅拌均匀得到混合物；
S2.将硬脂酸、丁二酸加入步骤S1所得混合物中加热搅拌均匀，冷却至室温后静置12小时得到助焊膏；
S3.将步骤S2所得助焊膏和锡粉放入锡膏搅拌机中，加热搅拌均匀得到锡膏。
步骤S1、S2、S3中，加热搅拌的温度为80℃。
实施例3
改善BGA封装焊接性能的锡膏，由质量比为89:11的粒径为25～40nm的锡粉和助焊膏制成；其中，助焊膏由以下重量份的组分组成：松香39份，二乙二醇单乙醚36份，乙二醇丁甲醚4份，氢化蓖麻油10份，柠檬酸5份，丁二酸3.5份，对苯二酚1份，3,3-二叠氮甲基氧丁环BAMO 1份，氟碳表面活性剂0.5份。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
S1.按重量份称取各组分，将松香粉碎后加入二乙二醇单乙醚、乙二醇丁甲醚中，加热搅拌使松香完全溶解，然后依次加入对苯二酚、氢化蓖麻油、3,3-二叠氮甲基氧丁环BAMO、氟碳表面活性剂，加热搅拌均匀得到混合物；
S2.将柠檬酸、丁二酸加入步骤S1所得混合物中加热搅拌均匀，冷却至室温后静置24小时得到助焊膏；
S3.将步骤S2所得助焊膏和锡粉放入锡膏搅拌机中，加热搅拌均匀得到锡膏。
步骤S1、S2、S3中，加热搅拌的温度为100℃。
实施例4
改善BGA封装焊接性能的锡膏，由质量比为89:11的粒径为25～40nm的锡粉和助焊膏制成；其中，助焊膏由以下重量份的组分组成：松香38份，二乙二醇单乙醚40份，二乙二醇二甲醚4份，氢化蓖麻油9.5份，乳酸3份，丁二酸2份，对苯二酚1.5份，3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环AMMO 1.2份，氟碳表面活性剂0.8份。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
S1.按重量份称取各组分，将松香粉碎后加入二乙二醇单乙醚、二乙二醇二甲醚中，加热搅拌使松香完全溶解，然后依次加入对苯二酚、氢化蓖麻油、3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环AMMO、氟碳表面活性剂，加热搅拌均匀得到混合物；
S2.将乳酸、丁二酸加入步骤S1所得混合物中加热搅拌均匀，冷却至室温后静置18小时得到助焊膏；
S3.将步骤S2所得助焊膏和锡粉放入锡膏搅拌机中，加热搅拌均匀得到锡膏。
步骤S1、S2、S3中，加热搅拌的温度为85℃。
实施例5
改善BGA封装焊接性能的锡膏，由质量比为89:11的粒径为25～40nm的锡粉和助焊膏制成；其中，助焊膏由以下重量份的组分组成：松香39份，二乙二醇单乙醚38份，二乙二醇二丁醚5份，氢化蓖麻油7.5份，苹果酸3份，三乙醇胺4份，对苯二酚2份，BAMO-AMMO共聚物2份，氟碳表面活性剂0.5份。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
S1.按重量份称取各组分，将松香粉碎后加入二乙二醇单乙醚、二乙二醇二丁醚中，加热搅拌使松香完全溶解，然后依次加入对苯二酚、氢化蓖麻油、BAMO-AMMO共聚物、氟碳表面活性剂，加热搅拌均匀得到混合物；
S2.将苹果酸、三乙醇胺加入步骤S1所得混合物中加热搅拌均匀，冷却至室温后静置15小时得到助焊膏；
S3.将步骤S2所得助焊膏和锡粉放入锡膏搅拌机中，加热搅拌均匀得到锡膏。
步骤S1、S2、S3中，加热搅拌的温度为95℃。
参比实施例1：与实施例1的不同之处在于：助焊膏组分中不包括聚叠氮缩水甘油醚GAP。
参比实施例2：与实施例1的不同之处在于：助焊膏组分中不包括枝化聚叠氮缩水甘油醚B-GAP。
参比实施例3：与实施例1的不同之处在于：助焊膏组分中不包括3,3-二叠氮甲基氧丁环BAMO。
参比实施例4：与实施例1的不同之处在于：助焊膏组分中不包括3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环AMMO。
参比实施例5：与实施例1的不同之处在于：助焊膏的组分中不包括BAMO-AMMO共聚物。
参比实施例6：与实施例1的不同之处在于：助焊膏的组分中不包括氟碳表面活性剂。
对比例：申请号为CN201810335601.6的中国专利的实施例1。
试验例一：扩展率测试
参考SJ/T 11389-2009分别测试实施例1-5、参比实施例1-6、对比例的扩展率。测试结果如表1所示：
扩展率(％)
实施例1 84.7
实施例2 83.8
实施例3 84.1
实施例4 83.6
实施例5 84.3
参比实施例1 81.7
参比实施例2 81.6
参比实施例3 81.5
参比实施例4 81.9
参比实施例5 81.7
参比实施例6 81.8
对比例 79.4
表1
由表1可以看出，本发明实施例1-5的扩展率均明显高于对比例。参比实施例1-6的部分组分与实施例1不同，参比实施例1-6的扩展率均有所下降，说明聚叠氮改性剂和氟碳表面活性剂均能提高锡膏的扩展率。
试验例二：焊接测试
分别将实施例1-5、参比实施例1-6、对比例进行焊接测试，记录焊点光亮情况和锡珠的出现情况。测试结果如表2所示：
焊点光亮 锡珠
实施例1 优秀 无锡珠
实施例2 优秀 无锡珠
实施例3 优秀 无锡珠
实施例4 优秀 无锡珠
实施例5 优秀 无锡珠
参比实施例1 普通 少量锡珠
参比实施例2 普通 少量锡珠
参比实施例3 普通 少量锡珠
参比实施例4 普通 少量锡珠
参比实施例5 普通 少量锡珠
参比实施例6 优秀 无锡珠
对比例 普通 大量锡珠
表2
由表2可以看出，本发明实施例1-5的焊点光亮均为优秀且均未出现锡珠，而对比例的焊点光亮为普通且出现了大量锡珠。参比实施例1-6的部分组分与实施例1不同，参比实施例1-5的焊点光亮均为普通且均出现了少量锡珠，说明聚叠氮改性剂能有效改善焊点光亮以及避免锡珠。
试验例三：BGA空洞率测试
分别测定实施例1-5、参比实施例1-6、对比例回流焊后的BGA空洞率。测试结果如表3所示：
BGA空洞率
实施例1 5～8％
实施例2 5～8％
实施例3 5～8％
实施例4 5～8％
实施例5 5～8％
参比实施例1 10～14％
参比实施例2 10～14％
参比实施例3 10～14％
参比实施例4 10～14％
参比实施例5 10～14％
参比实施例6 12～16％
对比例 15～18％
表3
由表3可以看出，本发明实施例1-5的BGA空洞率均明显低于对比例。参比实施例1-6的部分组分与实施例1不同，参比实施例1-6的BGA空洞率均有明显升高，说明聚叠氮改性剂和氟碳表面活性剂均能降低锡膏的BGA空洞率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，其特征在于：由质量比为89:11的锡粉和助焊膏制成；其中，所述助焊膏由以下重量份的组分组成：松香35～40份，溶剂40～45份，触变剂5～10份，活性剂5～10份，抗氧剂1～2份，聚叠氮改性剂1～2份，氟碳表面活性剂0.5～1份，所述聚叠氮改性剂为聚叠氮缩水甘油醚GAP、枝化聚叠氮缩水甘油醚B-GAP、3,3-二叠氮甲基氧丁环BAMO、3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环AMMO或BAMO-AMMO共聚物。
2.根据权利要求1所述的一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，其特征在于：所述锡粉的粒径为25～40nm。
3.根据权利要求1所述的一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，其特征在于：所述溶剂为异丙醇、乙醇、乙二醇丁甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二丁醚中的两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，其特征在于：所述触变剂为氢化蓖麻油。
5.根据权利要求1所述的一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，其特征在于：所述活性剂为硬脂酸、苹果酸、柠檬酸、乳酸、丁二酸、三乙醇胺中的两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的一种改善BGA封装焊接性能的锡膏，其特征在于：所述抗氧剂为对苯二酚。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种改善BGA封装焊接性能的锡膏的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.按重量份称取各组分，将松香粉碎后加入溶剂中，加热搅拌使松香完全溶解，然后依次加入抗氧剂、触变剂、聚叠氮改性剂、氟碳表面活性剂，加热搅拌均匀得到混合物；
S2.将活性剂加入步骤S1所得混合物中加热搅拌均匀，冷却至室温后静置12-24小时得到助焊膏；
S3.将步骤S2所得助焊膏和锡粉放入锡膏搅拌机中，加热搅拌均匀得到锡膏。
8.根据权利要求7所述的一种改善BGA封装焊接性能的锡膏的制备方法，其特征在于：所述步骤S1、S2、S3中，加热搅拌的温度为80～100℃。
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