CN112692391B

CN112692391B - 一种耐高温无铅激光焊锡膏

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Publication number: CN112692391B
Application number: CN202110125358.7A
Authority: CN
Inventors: 邓小成; 朱穗涛; 赖高平; 张建斌
Original assignee: Dongguan Lvzhidao Metal Co ltd
Current assignee: Dongguan Lvzhidao Metal Co ltd
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-01-29
Also published as: CN112692391A

Abstract

本发明公开一种耐高温无铅激光焊锡膏，其包括锡基合金粉和助焊剂，所述助焊剂按重量百分数计包括以下组份：聚合松香20～40%、歧化松香5～20%、氢化蓖麻油4～8%、活化剂1～4%、有机胺2～4%、聚合酸3～5%、高温溶剂25～40%、高温分散剂3～5%。本发明的耐高温无铅激光焊锡膏用于激光焊接中不会产生飞溅、润湿性差等问题。

Description

一种耐高温无铅激光焊锡膏

技术领域

本发明涉及焊锡膏技术领域，具体涉及一种可用于激光焊锡的耐高温无铅焊锡膏。

背景技术

焊锡膏是SMT（表面贴装技术）生产中的焊接材料，焊接完后在贴装元器件与印制板焊盘之间起到连接作用。焊锡膏在常温下粘稠状，其中固体成分主要有焊锡微粉，液体成分主要有助焊剂和少量的添加物。

传统SMT技术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，对元器件产生了热冲击作用，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，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，降低了焊点疲劳寿命。

而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，其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，是一种局部加热方式的再流焊，能够避免表面贴装产生的缺陷。但由于激光焊接的能量密度大，热传递效率高，现有普通的SMT锡膏并不能耐高温，会产生飞溅、润湿性差等技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中焊锡膏不耐高温而不适用于激光焊接中的缺陷，提供一种耐高峰温无铅激光焊锡膏，用于激光焊接中不会产生飞溅、润湿性差等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耐高温无铅激光焊锡膏，其包括锡基合金粉和助焊剂，所述助焊剂按重量百分数计包括以下组份：

聚合松香 20～40%

歧化松香 5～20%

氢化蓖麻油 4～8%

活化剂 1～4%

有机胺 2～4%

聚合酸 3～5%

高温溶剂 25～40%

高温分散剂 3～5% ；

所述高温溶剂为邻苯二甲酸二辛酯或丙三醇或两种混合；所述活化剂为酒石酸、柠檬酸、衣康酸、二溴丁烯二醇中的一种或两种以上混合。

进一步的，所述助焊剂还包括1～2%的离子液体。

进一步的，所述离子液体为1-羧乙基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-胺丙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-胺乙基-3-甲基咪唑硝酸盐中的一种或两种以上混合。

进一步的，所述有机胺为三异乙醇胺和水杨酸酰胺中的一种或两种以上混合。

进一步的，所述高温分散剂采用聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油、过硫酸钾溶液混合制成。

进一步的，所述高温分散剂的制备方法包括以下步骤：

S1：将聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油加入反应釜中，加热120～140℃反应10～15min；

S2：保持120～140℃的温度下，边搅拌边往反应釜中添加过硫酸钾溶液，反应2～3h。

进一步的，步骤S1中，聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油的重量比为10：（0.5～2）: （0.5～1）。

进一步的，步骤S2中，过硫酸钾溶液的浓度为50g/L，过硫酸钾与聚氨酯丙烯酸酯的重量比为（0.1～0.5）：10。

进一步的，所述聚合酸为二聚酸。

进一步的，所述锡基合金粉为Sn/Bi合金粉，所述助焊剂与所述锡基合金粉的重量比为1：（8～10）。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的耐高温无铅激光焊锡膏的助焊剂是采用了高软化点的聚合松香和高沸点的高温溶剂为主料，添加高温分散剂以使得体系中的润湿性能、耐高温性能得到提高，使得用于激光焊接时，在高能量密度的作用下，处于熔融状态但不会沸腾，不会飞溅出小焊珠，保证了焊接产品达到预期功能且美观。

在本发明的耐高温无铅激光焊锡膏中，助焊剂加入了特别的高温分散剂，其将具有螯合能力的有机官能团接枝在高分子上，在助焊剂中能够发挥分散、偶联、内外润滑的作用，具有较好的分散和耐高温性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。本领域普通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，均属于本发明的保护范围。

聚合松香 20～40%

歧化松香 5～20%

氢化蓖麻油 4～8%

活化剂 1～4%

有机胺 2～4%

聚合酸 3～5%

高温溶剂 25～40%

高温分散剂 3～5% 。

所述高温溶剂为邻苯二甲酸二辛酯或丙三醇或两种混合；所述活化剂为酒石酸、柠檬酸、衣康酸、二溴丁烯二醇中的一种或两种以上混合。所述聚合酸为二聚酸。

作为一种可选的实施方式，所述助焊剂还包括1～2%的离子液体。具体地，所述离子液体可以选自1-羧乙基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-胺丙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-胺乙基-3-甲基咪唑硝酸盐中的一种或两种以上混合。

作为一种可选的实施方式，所述有机胺为三异乙醇胺和水杨酸酰胺中的一种或两种以上混合。

作为一种较佳的实施方式，所述高温分散剂采用聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油、过硫酸钾溶液混合制成。具体地，所述高温分散剂的制备方法包括以下步骤：

具体地，步骤S1中，聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油的重量比为10：（0.5～2）: （0.5～1）。

具体地，步骤S2中，过硫酸钾溶液的浓度为50g/L，过硫酸钾与聚氨酯丙烯酸酯的重量比为（0.1～0.5）：10。

作为一种可选的实施方式，所述锡基合金粉为Sn/Bi合金粉，所述助焊剂与所述锡基合金粉的重量比为1：（8～10）。

实施例1

一种耐高温无铅激光焊锡膏，其包括锡基合金粉和助焊剂。所述助焊剂与所述锡基合金粉的重量比为1：8。所述锡基合金粉为Sn/Bi合金粉。所述助焊剂按重量百分数计包括以下组份：

聚合松香 20%、歧化松香15%、氢化蓖麻油 8%、活化剂 4%、有机胺4%、聚合酸5%、高温溶剂40%、高温分散剂4%。

助焊剂中，所述高温溶剂为邻苯二甲酸二辛酯和丙三醇按重量比为1：1的比例混合。所述活化剂为酒石酸。所述有机胺为三异乙醇胺和水杨酸酰胺按重量比为1：3的比例混合。所述聚合酸为二聚酸。

所述高温分散剂采用聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油、过硫酸钾溶液混合制成。具体制备方法包括以下步骤：

S1：将重量比为10：0.5: 1的聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油加入反应釜中，加热120～140℃反应10～15min；

S2：保持120～140℃的温度下，边搅拌边往反应釜中添加浓度为50g/L的过硫酸钾溶液，过硫酸钾与聚氨酯丙烯酸酯的重量比为0.5：10，反应2～3h。

本实施方式中，耐高温无铅激光焊锡膏的制备方法如下：

(1)将配方量的聚合松香、歧化松香和高温溶剂混合，于140～150℃下溶解，然后加入氢化蓖麻油、高温分散剂，待溶解之后再加入活性剂，制得第一混合物；

(2)将所述第一混合物进行冷却至70～80℃后加入有机胺和聚合酸，继续冷却至常温，得到助焊剂；

(3)将助焊剂与锡基合金粉按配方量的比例混合并真空搅拌均匀，即得到焊锡膏。

实施例2

一种耐高温无铅激光焊锡膏，其包括锡基合金粉和助焊剂。所述助焊剂与所述锡基合金粉的重量比为1：9。所述锡基合金粉为Sn/Bi合金粉。所述助焊剂按重量百分数计包括以下组份：

聚合松香 40%、歧化松香5%、氢化蓖麻油 4%、活化剂 1%、有机胺2%、聚合酸3%、高温溶剂40%、高温分散剂5%。

助焊剂中，所述高温溶剂为邻苯二甲酸二辛酯。所述活化剂为柠檬酸。所述有机胺为三异乙醇胺。所述聚合酸为二聚酸。

S1：将重量比为10：1: 1的聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油加入反应釜中，加热120～140℃反应10～15min；

S2：保持120～140℃的温度下，边搅拌边往反应釜中添加浓度为50g/L的过硫酸钾溶液，过硫酸钾与聚氨酯丙烯酸酯的重量比为0.1：10，反应2～3h。

耐高温无铅激光焊锡膏的制备方法与实施例1相同。

实施例3

一种耐高温无铅激光焊锡膏，其包括锡基合金粉和助焊剂。所述助焊剂与所述锡基合金粉的重量比为1：10。所述锡基合金粉为Sn/Bi合金粉。所述助焊剂按重量百分数计包括以下组份：

聚合松香 30%、歧化松香20%、氢化蓖麻油8%、活化剂 4%、有机胺4%、聚合酸5%、高温溶剂25%、高温分散剂4%。

所述高温溶剂为邻苯二甲酸二辛酯。所述活化剂为柠檬酸。所述有机胺为三异乙醇胺。所述聚合酸为二聚酸。

S1：将重量比为10：2: 1的聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油加入反应釜中，加热120～140℃反应10～15min；

S2：保持120～140℃的温度下，边搅拌边往反应釜中添加浓度为50g/L的过硫酸钾溶液，过硫酸钾与聚氨酯丙烯酸酯的重量比为0.3：10，反应2～3h。

耐高温无铅激光焊锡膏的制备方法与实施例1相同。

实施例4

聚合松香 30%、歧化松香20%、氢化蓖麻油8%、活化剂 4%、有机胺4%、聚合酸5%、高温溶剂25%、高温分散剂3%、离子液体1%。

本实施方式中，耐高温无铅激光焊锡膏的制备方法如下：

(2)将所述第一混合物进行冷却至70～80℃后加入有机胺、离子液体和聚合酸，继续冷却至常温，得到助焊剂；

对比例1

焊锡膏，其包括锡基合金粉和助焊剂。所述助焊剂与所述锡基合金粉的重量比为1：8。所述锡基合金粉为Sn/Bi合金粉。所述助焊剂按重量百分数计包括以下组份：

聚合松香 20%、歧化松香15%、氢化蓖麻油 8%、活化剂 4%、有机胺4%、聚合酸5%、高温溶剂44%。

其它与实施例相同。

对比例2

聚合松香 20%、歧化松香15%、氢化蓖麻油 8%、活化剂 4%、有机胺4%、聚合酸5%、高温溶剂40%、高熔点分散剂4%（乙撑基双硬脂酰胺）。

其它与实施例相同。

性能测试：

（一）扩展率测试：按照SJ/T 11389-2019 无铅焊接助焊剂的方法分别测试实施例1-4，对比例1-2的扩展率，测试结果如下表1：

表1 各实施方式的扩展率

	扩展率
		实施例1	86．3%
实施例2	86．7%
		实施例3	86．5%
实施例4	87．2%
		对比例1	72．4%
对比例2	70．1%

由表1可知，本发明中，高温分散剂对扩展率具有很高的提升作用，在不加高温分散剂的情况下，扩展率远低于加了高温分散剂的产品。而且，高温分散剂对提升产品的扩展率具有特异性，普通的分散剂无法提升产品的扩展率，甚至会给产品扩展率带来负面效果。

（二）激光焊接测试

采用实施例1-4，对比例1-2制得的焊锡膏进行激光焊接试验，观察并记录锡珠的出现情况，结果如下表2所示。

表2 各实施例的焊锡膏用于激光焊接的锡珠出现情况

	锡珠出现情况
		实施例1	无锡珠
实施例2	无锡珠
		实施例3	无锡珠
实施例4	无锡珠
		对比例1	大量锡珠
对比例2	大量锡珠

由以上测试结果可知，本发明的耐高温无铅激光焊锡膏具有较佳的扩展率，用于激光焊接时不会出现锡珠飞溅，适用于激焊接中。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种耐高温无铅激光焊锡膏，其包括锡基合金粉和助焊剂，其特征在于，所述助焊剂按重量百分数计包括以下组份：

聚合松香 20～40%

歧化松香 5～20%

氢化蓖麻油 4～8%

活化剂 1～4%

有机胺 2～4%

聚合酸 3～5%

高温溶剂 25～40%

高温分散剂 3～5% ；

所述聚合酸为二聚酸；所述高温溶剂为邻苯二甲酸二辛酯或丙三醇或两种混合；所述活化剂为酒石酸、柠檬酸、衣康酸、二溴丁烯二醇中的一种或两种以上混合；

所述高温分散剂采用聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油、过硫酸钾溶液混合制成，所述高温分散剂的制备方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的耐高温无铅激光焊锡膏，其特征在于：还包括1～2%的离子液体。

3.如权利要求2所述的耐高温无铅激光焊锡膏，其特征在于：所述离子液体为1-羧乙基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-胺丙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-胺乙基-3-甲基咪唑硝酸盐中的一种或两种以上混合。

4.如权利要求1所述的耐高温无铅激光焊锡膏，其特征在于：所述有机胺为三异乙醇胺和水杨酸酰胺中的一种或两种以上混合。

5.如权利要求1所述的耐高温无铅激光焊锡膏，其特征在于：步骤S1中，聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基乙烯基硅油的重量比为10：（0.5～2）: （0.5～1）。

6.如权利要求1所述的耐高温无铅激光焊锡膏，其特征在于：步骤S2中，过硫酸钾溶液的浓度为50g/L，过硫酸钾与聚氨酯丙烯酸酯的重量比为（0.1～0.5）：10。

7.如权利要求1所述的耐高温无铅激光焊锡膏，其特征在于：所述聚合酸为二聚酸。

8.如权利要求1所述的耐高温无铅激光焊锡膏，其特征在于：所述锡基合金粉为Sn/Bi合金粉，所述助焊剂与所述锡基合金粉的重量比为1：（8～10）。