CN116900556A - 一种高导电型预成型焊片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高导电型预成型焊片，包括芯层和设于芯层周侧的壳层，通过将固体助焊剂芯层内嵌于焊料合金层中形成夹心饼干状，可很好的保护助焊剂不被氧化，无需再钎焊前涂布助焊剂，亦无需在钎焊完成后去除助焊剂，降低了制造成本和焊接后焊接面的空泡率，提高了焊片的可靠性；其中焊料合金外壳成分为锡、银、铜、铟、铈、钒、镥钇以及锌，通过添加少量的稀土元素镥、钇、铈，可提高焊片的导电性能和传热性，通过添加铟、钒、锌，可提高焊片的熔点，改善其凝固结晶状态，因未加入铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，可避免金属引起的信号干扰。
Description
本申请为分案申请，原申请的申请号为2022103390009，申请日为2022年04月01日，发明专利名称为：一种高可靠性预成型焊片及其制备方法。
技术领域
本发明焊接材料技术领域，具体涉及一种高导电型预成型焊片及其制备方法。
背景技术
目前，在电子产品封装中应用最广泛的焊接材料是焊锡膏，但是对于焊锡用量较大而印刷方法不能满足要求的情况下，用表面涂覆助焊剂的预成型焊片来代替焊锡膏是一种方法。
目前市场上的焊片基本上是裸焊片和在焊片表面涂覆助焊剂的居多，但是在焊片表面涂覆一层助焊剂，由于助焊剂膜较薄且容易使预定部表面的助焊剂膜脆弱化，或被氧化导致助焊剂中的成分得不到很好的运用，预成型焊片具有特定的加工形状，这种焊片一般尺寸小，质量轻，特别是在电子产品封装过程中通过精确控制焊料金属的含量，实现高精度的钎焊，然而目前的预成型焊片的焊料中，大多包含铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，极易引起信号干扰等问题，焊料金属的选择极为重要。
因此，亟需一种高导电型预成型焊片及其制备方法。
发明内容
本发明为了解决助焊剂膜极易脆化，且焊料金属可靠性不高的技术问题提供一种预成型焊片；
本发明的第二个目的是提供一种预成型焊片的制备方法。
为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：
一种高导电型预成型焊片，包括芯层和设于芯层周侧的壳层，通过将固体助焊剂芯层内嵌于焊料合金层中形成夹心饼干状，可很好的保护助焊剂不被氧化，无需再钎焊前涂布助焊剂，亦无需在钎焊完成后去除助焊剂，降低了制造成本和焊接后焊接面的空泡率，提高了焊片的可靠性；
所述芯层为助焊剂，包括以下组分：75-80wt％的不饱和单体改性松香、10-15wt％的活化剂、2-3wt％表面活性剂、4-6wt％的触变剂和3-6wt％的抗氧化剂，通过使用不饱和单体改性松香，可减小对基材的腐蚀性，减少焊后残留物，可以大幅度提高助焊剂芯层的湿态性能，提高其整体的强度和电气性能；
所述壳层为焊料合金，包括以下组分：89.1-93.7wt％的锡、1.2-2.3wt％的银、0.2-1.2wt％的铜、0.1-0.6wt％铟、0.5-0.8wt％铈、0.1-0.6wt％钒、1.1-2.8wt％镥、1.8-2.8wt％钇以及0.05-0.3wt％锌，通过添加少量的稀土元素镥、钇、铈，可提高焊片的导电性能和传热性，通过添加铟、钒、锌，可提高焊片的熔点，改善其凝固结晶状态，因未加入铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，可避免金属引起的信号干扰。
如上所述的高导电型预成型焊片，所述不饱和单体为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MEMO)与马来酸酐复配而成，通过采用不饱和单体甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可以提高松香的机械性能、电气性能、透光性能，特别是能大幅度提高松香的湿态性能，为松香提供较强的渗透性，且可以提高焊片在基板上的扩展率，使焊片拥有较好的润湿性能。
如上所述的高导电型预成型焊片，所述甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与马来酸酐复配的比例为1-2:4-5。
如上所述的高导电型预成型焊片，所述活化剂为异丙胺溴化氢酸盐、三乙醇胺氢溴酸盐、单异丙醇胺和苹果酸中的一种或多种组合。
如上所述的高导电型预成型焊片，所述触变剂为对苯二酚、十二羟基硬脂酸和改性氢化蓖麻油中的多种组合，通过采用多种触变剂互相配合，防止焊片塌陷，起到在钎焊中防止出现拖尾、粘连、坍塌等现象的作用。
如上所述的高导电型预成型焊片，所述抗氧化剂为乙氧基喹啉、2-乙基醚唑、甲基苯并三氮唑中的一种或多种组合，可提高焊片的抗氧化性，抑制锡料氧化，有利于减少枕头效应的发生。
如上所述的高导电型预成型焊片，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
如上所述的高导电型预成型焊片，所述高导电型预成型焊片整体形状为方形、圆形、弧形、环形、框形或条形。
如上所述的高导电型预成型焊片，所述芯层厚度为30-50μm，所述壳层厚度为0.3-0.8mm。
为实现上述第二个目的，本发明采用的技术方案是：
如上任一项所述高导电型预成型焊片的制备方法，包括以下步骤：
S1、按所述重量百分比称取上述各合金组分，进行熔炼；
S2、将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
S3、将松香加入到容器中，加热至120-140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；
S4、保持温度在120-140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；
S5、将温度降至60-80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌40-60min，得到液态助焊剂；
S6、将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；
S7、将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
1、本发明提供一种高导电型预成型焊片，包括芯层和设于芯层周侧的壳层，通过将固体助焊剂芯层内嵌于焊料合金层中形成夹心饼干状，可很好的保护助焊剂不被氧化，无需再钎焊前涂布助焊剂，亦无需在钎焊完成后去除助焊剂，降低了制造成本和焊接后焊接面的空泡率，提高了焊片的可靠性；其中焊料合金外壳成分为锡、银、铜、铟、铈、钒、镥钇以及锌，通过添加少量的稀土元素镥、钇、铈，可提高焊片的导电性能和传热性，通过添加铟、钒、锌，可提高焊片的熔点，改善其凝固结晶状态，因未加入铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，可避免金属引起的信号干扰。
2、本申请选用的助焊剂作为芯层，通过使用不饱和单体改性松香，可减小对基材的腐蚀性，减少焊后残留物，可以大幅度提高助焊剂芯层的湿态性能，提高其整体的强度和电气性能，通过采用不饱和单体甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可以提高松香的机械性能、电气性能、透光性能，特别是能大幅度提高松香的湿态性能，为松香提供较强的渗透性，且可以提高焊片在基板上的扩展率，使焊片拥有较好的润湿性能。
3、本发明提供的一种高导电型预成型焊片的制备方法，先后制备助焊剂内芯层以及焊料合金外壳，后将助焊剂芯层内嵌入合金壳中，工艺简便，反应温和，过程中无有害气体产生，适合大批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请一种高导电型预成型焊片的剖面图。
具体实施方式
下面结合实施例1-5对本发明的技术方案进行说明。
实施例1
一种高导电型预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至120℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在120℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至60℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌40min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
实施例2
一种高导电型预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至130℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在130℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至70℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌50min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
实施例3
一种高导电型预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌60min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
实施例4
一种高导电型预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌60min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
实施例5
一种高导电型预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌60min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
表1：实施例1-5的焊料合金粉的组分重量配比
表2：实施例1-5的助焊剂的组分重量配比
将实施例1-5所得高导电型预成型焊片做性能测试，测试结果如表3所示：
表3：实施例1-5与对比例测试结果
从表中可以看出，本发明提供一种高导电型预成型焊片，包括芯层和设于芯层周侧的壳层，通过将固体助焊剂芯层内嵌于焊料合金层中形成夹心饼干状，可很好的保护助焊剂不被氧化，无需再钎焊前涂布助焊剂，亦无需在钎焊完成后去除助焊剂，降低了制造成本和焊接后焊接面的空泡率，提高了焊片的可靠性；其中焊料合金外壳成分为锡、银、铜、铟、铈、钒、镥钇以及锌，通过添加少量的稀土元素镥、钇、铈，可提高焊片的导电性能和传热性，通过添加铟、钒、锌，可提高焊片的熔点，改善其凝固结晶状态，因未加入铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，可避免金属引起的信号干扰。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高导电型预成型焊片，其特征在于：包括芯层(1)和设于芯层周侧的壳层(2)；
所述芯层(1)为助焊剂，按重量百分比计，包括以下组分：74-78wt％的不饱和单体改性松香、8-12wt％的活化剂、5-8wt％表面活性剂、4.9-6.1wt％的触变剂和3.1-5.2wt％的抗氧化剂；
所述壳层(2)为焊料合金，按重量百分比计，包括以下组分：89.1-93.7wt％的锡、1.2-2.3wt％的银、0.2-1.2wt％的铜、0.1-0.6wt％的铟、0.5-0.8wt％的铈、0.1-0.6wt％的钒、1.1-2.8wt％的镥、1.8-2.8wt％的钇以及0.1-0.3wt％的锌；
所述抗氧化剂为乙氧基喹啉、2-乙基醚唑、甲基苯并三氮唑中的一种或多种组合。
2.根据权利要求1所述的高导电型预成型焊片，其特征在于：所述不饱和单体为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与马来酸酐复配而成。
3.根据权利要求2所述的高导电型预成型焊片，其特征在于：所述甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MEMO)与马来酸酐复配的重量比例为1-2:4-5。
4.根据权利要求1所述的高导电型预成型焊片，其特征在于：所述活化剂为异丙胺溴化氢酸盐、三乙醇胺氢溴酸盐、单异丙醇胺和苹果酸中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的高导电型预成型焊片，其特征在于：所述触变剂为对苯二酚、十二羟基硬脂酸和改性氢化蓖麻油中的多种组合。
6.根据权利要求1所述的高导电型预成型焊片，其特征在于：所述抗氧化剂为乙氧基喹啉、2-乙基醚唑、甲基苯并三氮唑中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的高导电型预成型焊片，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
8.根据权利要求1所述的高导电型预成型焊片的制备方法，其特征在于：所述芯层(1)厚度为30-50μm，所述壳层(2)厚度为0.3-0.8mm。
9.根据权利要求1所述的高导电型预成型焊片的制备方法，其特征在于：所述焊片整体形状为方形、圆形、弧形、环形、框形或条形。
10.权利要求1-9任一项所述高导电型预成型焊片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按所述重量百分比称取上述各合金组分，进行熔炼；
S2、将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
S3、将松香加入到容器中，加热至120-140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；
S4、保持温度在120-140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；
S5、将温度降至60-80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌40-60min，得到液态助焊剂；
S6、将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；
S7、将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
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