CN116586820A - 一种低温焊料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温焊料，尤其是焊接温度在160至190℃的低温焊料，按照重量百分比，低温焊料包括原料74～85％、助焊剂11～15％以及多孔载体2～12％，所述原料包括锡和铋，所述多孔载体主要由聚丙烯(PP)球形载体颗粒构成。本发明，在使用焊料时，焊点不仅表面光泽好，而且具有较好的耐酸、耐腐蚀的功能的。焊料可有效解决了目前无铅焊料由于表面硬度不够、使用后焊点耐腐蚀性不够的等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子焊料技术领域，具体为一种低温焊料。
背景技术
电子封装行业中，元器件之间的连接以焊接材料为主，传统的焊料主要是锡铅焊料，铅本身带有剧烈毒性，会造成长期的污染，对环境及人体的危害不言而喻，而为了满足环保要求，锡铅焊料将逐步被无铅焊料所代替。
随着电子信息产品向超大规模集成化、微型化发展，焊锡膏已成为表面贴装技术(SMT)中最重要的工艺材料。传统焊锡膏普遍使用SAC系列合金(锡银铜系列合金)作为焊接材料，焊接温度通常需要高于240℃，在集成度高的微型电子器件的焊接过程中易产生器件变形等问题，因此目前多采用以锡铋系列合金为低温焊料的焊锡膏。
但是由于该种焊锡膏中含有大量的铋金属成分，导致焊点的韧性较低，导致电子器件无法满足性能要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温焊料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种焊接温度在160至190℃的低温焊料，按照重量百分比，低温焊料包括原料74～85％、助焊剂11～15％以及多孔载体2～12％，所述原料包括锡和铋，所述多孔载体由聚丙烯(PP)球形载体颗粒构成。
进一步的，所述聚丙烯(PP)球形载体颗粒直径为N，200μm≤N≤1200μm，且粒内孔隙率不低于55％。具体的采用微孔发泡聚丙烯MPP。
进一步的，所述原料还包括银，铜，钼，铟，锑，其中铋为14％，铟为7％，钼为1.8％，银为1.5％，铜为0.3％，锑为0.1％，其余为锡。
进一步的，所述助焊剂包括松香、增稠剂、添加剂、去离子水。
进一步的，所述松香为20％、增稠剂为30％、添加剂为5％，其中松香为丙烯酸松香、歧化松香、氢化松香、聚合松香中的一种或多种，所述增稠剂包括三乙胺和司盘，二者的重量比为30：2，所述添加剂包括戊二酸和水杨酸，二者的重量比为1：1。
进一步的，所述助焊剂还包括混合剂为3％，该混合剂包括聚乙二醇、萜烯油、醇醚、烷基醇中的一种或多种。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低温焊料的制备方法，包括：
步骤1、将助焊剂置入熔解用坩埚，加热熔解，并充分搅拌；
步骤2、然后将原料和多孔载体置入，升温至120-150℃，维持5-10min；
步骤3、取出熔解合金表面的杂质，然后入模冷却即可。
进一步的，步骤1中温度为100-120℃，步骤2中的升温速度80-100℃/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在本发明中，采用了多孔载体，不仅可以在升温至120-150℃的情况下多孔载体的微孔可以被扩大，具有较大口径、致密的微孔隙，这样以便于原料：锡、铋、铜、锑等进行快速弥散填充，使得制备时间得到缩减，在改善强化材料金相组织结构同时，使得混合料的内部和和表面弥散硬化，可以使制备的焊料焊点表面硬度提高。而且焊接温度在160至190℃能够使焊料能够焊接使用，此温度下多孔载体开始融化，所以能够与原料一起释放到被焊接的线路板(基板)上，使得焊料具有较好的流动性，能够快速实现焊接。同时液态的焊料具有很低的粘滞性，达到熔融温度后可以很快地浸润焊接面改善基板等焊接面与焊料形成紧密接触，利于接触反应熔化的进行。由于多孔载体的存在，在焊料焊接冷却后，在原料包含银情况下，可以在焊点表面形成致密的保护膜层，焊点不仅表面光泽好，而且具有较好的耐酸、耐腐蚀的功能。又由于添加了铜，钼，铟，锑，可以进一步提高焊料焊点的硬度以及抗腐蚀。通过扫描电子显微(SEM)及能谱仪(EDS)观察焊点，可以发现其外表面光滑且较为平整。从外观看去，焊点表面特别光亮，焊点饱满、无连焊。使用时，更容易与基材(固材)产生良好亲和力，焊缝光滑美观。所以本发明的焊料可有效解决了目前无铅焊料由于表面硬度不够、使用后焊点耐腐蚀性不够的等技术问题。
附图说明
图1为本发明低温焊料的制备方法示意图。
图2为本发明焊料A和焊料B测试焊料的漫流性结果示意图。
图3为本发明焊料A和焊料C测试焊料的漫流性结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：
实施例1
一种低温焊料，按照重量百分比，低温焊料包括原料76％、助焊剂13％以及余量为多孔载体，所述原料包括锡和铋，所述多孔载体主要由聚丙烯(PP)球形载体颗粒构成。
具体的，所述聚丙烯(PP)球形载体颗粒直径为N，200μm≤N≤1200μm，且粒内孔隙率不低于55％。
具体的，所述原料还包括银，铜，钼，铟，锑，其中铋为14％，铟为7％，钼为1.8％，银为1.5％，铜为0.3％，锑为0.1％，其余为锡。
具体的，所述助焊剂包括松香、增稠剂、添加剂、去离子水。
具体的，所述松香为20％、增稠剂为30％、添加剂为5％，其中松香为丙烯酸松香、歧化松香、氢化松香、聚合松香中的一种或多种，所述增稠剂包括三乙胺和司盘，二者的重量比为30：2，所述添加剂包括戊二酸和水杨酸，二者的重量比为1：1。
具体的，所述助焊剂还包括混合剂为3％，该混合剂包括聚乙二醇、萜烯油、醇醚、烷基醇中的一种或多种。
一种低温焊料的制备方法，包括：
步骤1、将助焊剂置入熔解用坩埚，加热熔解，并充分搅拌；
步骤2、然后将原料和多孔载体置入，升温至129℃，维持7min；
步骤3、取出熔解合金表面的杂质，然后入模冷却即可。
具体的，步骤1中温度为108℃，步骤2中的升温速度88℃/min。
实施例2
一种低温焊料，按照重量百分比，低温焊料包括原料81％、助焊剂14％以及余量为多孔载体，所述原料包括锡和铋，所述多孔载体主要由聚丙烯(PP)球形载体颗粒构成。
具体的，所述聚丙烯(PP)球形载体颗粒直径为N，200μm≤N≤1200μm，且粒内孔隙率不低于55％。
具体的，所述原料还包括银，铜，钼，铟，锑，其中铋为14％，铟为7％，钼为1.8％，银为1.5％，铜为0.3％，锑为0.1％，其余为锡。
具体的，所述助焊剂包括松香、增稠剂、添加剂、去离子水。
具体的，所述松香为20％、增稠剂为30％、添加剂为5％，其中松香为丙烯酸松香、歧化松香、氢化松香、聚合松香中的一种或多种，所述增稠剂包括三乙胺和司盘，二者的重量比为30：2，所述添加剂包括戊二酸和水杨酸，二者的重量比为1：1。
具体的，所述助焊剂还包括混合剂为3％，该混合剂包括聚乙二醇、萜烯油、醇醚、烷基醇中的一种或多种。
一种低温焊料的制备方法，包括：
步骤1、将助焊剂置入熔解用坩埚，加热熔解，并充分搅拌；
步骤2、然后将原料和多孔载体置入，升温至138℃，维持6min；
步骤3、取出熔解合金表面的杂质，然后入模冷却即可。
具体的，步骤1中温度为115℃，步骤2中的升温速度90℃/min。
实施例3
一种低温焊料，按照重量百分比，低温焊料包括原料84％、助焊剂13.6％以及余量为多孔载体，所述原料包括锡和铋，所述多孔载体主要由聚丙烯(PP)球形载体颗粒构成。
具体的，所述聚丙烯(PP)球形载体颗粒直径为N，200μm≤N≤1200μm，且粒内孔隙率不低于55％。
具体的，所述原料还包括银，铜，钼，铟，锑，其中铋为14％，铟为7％，钼为1.8％，银为1.5％，铜为0.3％，锑为0.1％，其余为锡。
具体的，所述助焊剂包括松香、增稠剂、添加剂、去离子水。
具体的，所述松香为20％、增稠剂为30％、添加剂为5％，其中松香为丙烯酸松香、歧化松香、氢化松香、聚合松香中的一种或多种，所述增稠剂包括三乙胺和司盘，二者的重量比为30：2，所述添加剂包括戊二酸和水杨酸，二者的重量比为1：1。
具体的，所述助焊剂还包括混合剂为3％，该混合剂包括聚乙二醇、萜烯油、醇醚、烷基醇中的一种或多种。
一种低温焊料的制备方法，包括：
步骤1、将助焊剂置入熔解用坩埚，加热熔解，并充分搅拌；
步骤2、然后将原料和多孔载体置入，升温至146℃，维持7min；
步骤3、取出熔解合金表面的杂质，然后入模冷却即可。
具体的，步骤1中温度为117℃，步骤2中的升温速度92℃/min。
对比例1
本实施的对比例1中，省去了助焊剂中的一部分，具体是增稠剂、添加剂，其余的物料成分和参数与实施例3中均相同。
然后以实施例3制成焊料A和对比例1制成焊料B，然后以此焊料A和焊料B分别料焊接线路板20块，每块随机抽取一点。依据标准DL/T868-2004对焊接接头进行布氏硬度测试，具体结果见下表1。
表1
以实施例3制成焊料A和对比例1制成焊料B，以母材为紫铜，选取合适的尺寸如0.4mm后，边长为30×30mm，并用15％的稀盐酸溶液浸泡洗去表面油渍，然后晾干，至于密闭容器中。按GB11364289《钎焊铺展性及填缝性试验方法》，测试焊料的漫流性，焊料A和B在160℃、170℃、180℃、190℃做温度点的试验，然后用求积仪测出焊料在铜片表面上的铺展面积，取其平均值作为试验结果，具体见图2。
对比例2
本实施的对比例2中，省去了多孔载体，其余的物料成分和参数与实施例3中均相同。
对比例2制成焊料C，然后以此焊料C分别料焊接线路板20块，每块随机抽取一点。依据标准DL/T868-2004对焊接接头进行布氏硬度测试，具体结果见下表2。
下表2
同样的进行测试焊料的漫流性，除了焊料C材料外，测试参数保持一致进行测试。以焊料A作为参考，具体见图3。
采用盐雾试验，标准规定的盐水浓度为5mass％对焊料A、B、C焊接线路板随机各抽取一块，然后试验336h。试验后的试件用电子扫描镜EPMA(及能谱仪(EDS))做了表面观察焊点，可以发现焊料A表面被侵蚀程度最小(随机点状分布，占比约占整个表面的7％)，次之是焊料B(随机区域分布，占比不超过占整个表面的16％)，最后是焊料B(占比约占整个表面的42％)。
表2分析可知，该焊料焊点表面布氏硬度大体在16.4至17.2区间，也就是说焊料表面布氏硬度是较为正常水平，而表1中焊料A的点表面布氏硬度大体在22.1至23.5区间，相较于表2有明显提升。在表1中，虽然焊料A和焊料B助焊剂成分有所区别，但是焊料A和焊料B的整体性能相差不大。焊料B焊点表面布氏硬度大体在22.1至22.8区间。但都相较于表2的焊料C焊点表面布氏硬度大要明显大的多。这是由于在本发明中，采用了多孔载体，不仅可以在升温至120-150℃的情况下多孔载体的微孔可以被扩大，具有较大口径、致密的微孔隙，这样以便于原料：锡、铋、铜、锑等进行快速弥散填充，使得制备时间得到缩减，在改善强化材料金相组织结构同时，使得混合料的内部和和表面弥散硬化，可以使制备的焊料焊点表面硬度提高。而且焊接温度在160至190℃能够使焊料能够焊接使用，此温度下多孔载体开始融化，所以能够与原料一起释放到被焊接的线路板(基板)上，使得焊料具有较好的流动性，能够快速实现焊接。同时液态的焊料具有很低的粘滞性，达到熔融温度后可以很快地浸润焊接面改善基板等焊接面与焊料形成紧密接触，利于接触反应熔化的进行。由于多孔载体的存在，在焊料焊接冷却后，在原料包含银情况下，可以在焊点表面形成致密的保护膜层，焊点不仅表面光泽好，而且具有较好的耐酸、耐腐蚀的功能。又由于添加了铜，钼，铟，锑，可以进一步提高焊料焊点的硬度以及抗腐蚀。通过扫描电子显微(SEM)及能谱仪(EDS)观察焊点，可以发现其外表面光滑且较为平整。从外观看去，焊点表面特别光亮，焊点饱满、无连焊。使用时，更容易与基材(固材)产生良好亲和力，焊缝光滑美观。所以本发明的焊料可有效解决了目前无铅焊料由于表面硬度不够、使用后焊点耐腐蚀性不够的等技术问题。
本发明一种低温焊料可以用于高端仪器仪表，计算机等电子产品的低温无铅焊接工艺。本发明低温无铅合金焊料的应用很大程度上节约了能源，减少了废气排放，将为保护生产环境降低生产成本做出贡献。
本发明，其余未叙述部分为现有技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种低温焊料，其特征在于，按照重量百分比，焊料包括原料74～85％、助焊剂11～15％以及多孔载体2～12％，所述原料包括锡和铋，所述多孔载体主要由聚丙烯(PP)球形载体颗粒构成。
2.如权利要求1所述的一种低温焊料，其特征在于，所述聚丙烯(PP)球形载体颗粒直径为N，200μm≤N≤1200μm，且粒内孔隙率不低于55％。
3.如权利要求1所述的一种低温焊料，其特征在于，所述原料还包括银，铜，钼，铟，锑，其中铋为14％，铟为7％，钼为1.8％，银为1.5％，铜为0.3％，锑为0.1％，其余为锡。
4.如权利要求1所述的一种低温焊料，其特征在于，所述助焊剂包括松香、增稠剂、添加剂、去离子水。
5.如权利要求4所述的一种低温焊料，其特征在于，所述松香为20％、增稠剂为30％、添加剂为5％，其中松香为丙烯酸松香、歧化松香、氢化松香、聚合松香中的一种或多种，所述增稠剂包括三乙胺和司盘，二者的重量比为30：2，所述添加剂包括戊二酸和水杨酸，二者的重量比为1：1。
6.如权利要求5所述的一种低温焊料，其特征在于，所述助焊剂还包括混合剂为3％，该混合剂包括聚乙二醇、萜烯油、醇醚、烷基醇中的一种或多种。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的低温焊料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1、将助焊剂置入熔解用坩埚，加热熔解，并充分搅拌；
步骤2、然后将原料和多孔载体置入，升温至120-150℃，维持5-10min；
步骤3、取出熔解合金表面的杂质，然后入模冷却即可。
8.如权利要求7所述的一种低温焊料的制备方法，其特征在于，步骤1中温度为100-120℃，步骤2中的升温速度80-100℃/min。
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