一種高熔點無鉛無滷焊錫膏及其製備方法
2023-05-07 17:18:51 1
一種高熔點無鉛無滷焊錫膏及其製備方法
【專利摘要】本發明屬於焊接材料【技術領域】，尤其涉及一種高熔點無鉛無滷焊錫膏及其製備方法。本發明的高熔點無鉛無滷焊錫膏包含焊料合金和助焊膏，其中焊料合金成份主要是含1.5wt％－10wt％銀的鉍銀合金或含1.5wt％－10wt％銀和0.05%-4.0%第三元素的鉍銀合金；助焊膏的觸變劑是熔點在170-210℃之間的混合高級脂肪酸醯胺。該焊錫膏焊料合金具有固相線溫度高於260℃以上，具有強度高，塑性高，抗疲勞特性強的優點，助焊膏具有優良的防坍塌功能，而且實用性強的優點，所以，本發明的焊錫膏完全可以替代現有用於半導體和IC等電子元件內部封裝焊接用的焊錫膏，具有廣闊的市場前景。
【專利說明】一種高熔點無鉛無滷焊錫膏及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於焊接材料【技術領域】，尤其涉及一種高熔點無鉛無滷焊錫膏及其製備方 法。
【背景技術】
[0002] 表面組裝技術（Surface Mount Technology,縮寫SMT)是目前電子組裝行業裡最 盛行的一種技術和工藝，為了使SMT回流焊接時電子元件內部封裝高溫焊料不產生熔融的 現象，高溫焊料要求固相線溫度至少高於260°C。現在常使用的高溫焊料主要是以Pb為主 要成分的合金，例如：Sn5-Pb92. 5-Ag2. 5合金，固相線溫度是287°C，液相線溫度是296°C ; Pb-5Sn合金，固相線溫度是300°C，液相線溫度是314°C ;Pb-10Sn合金，固相線溫度是 268°C，液相線溫度是301°C ;Pb-5Ag合金，固相線溫度是304°C，液相線溫度是365°C。然而 使用Pb為主要成分的高溫焊料焊接的廢舊電子設備內的印刷基板難以回收，大多以填埋 的方式進行處置。
[0003] 近年來，隨著環境的日益惡化，雨水普遍被汙染成酸雨，在酸雨的作用下，Pb從印 刷基板等釺焊部件上溶解，齒元素溶解，導致地下水受到Pb和齒元素汙染，汙染環境。
[0004] 因此研究一種固相線溫度高於260°c的無鉛無滷高溫焊料是大量焊料廠家及科 研機構的一個重要發展方向。現在主要研究方向是使用以Sn為主要成分的無鉛焊料，但 是，該無鉛焊料即使使用大量的Ag、Cu、Sb、Ni、Cr、Fe、Mo等高熔點金屬，也只是使焊料的 液相線溫度上升，其固相線溫度無法達到260°C，所以以Sn為主要成分的無鉛焊料不存在 適用於在焊接溫度260°C不熔融的Sn基焊料。
[0005] 為了開發出無鉛無滷的高溫焊料，各種各樣的焊料應運而生。中國專利 CN100475996C公開了一種高溫無鉛焊料用組合物、生產方法及元件，該無鉛高溫焊料包含 一種含銀2wt%-18wt%、含鉍98wt%-82wt%的銀鉍合金，具有固相線不低於262. 5°C、液相線 不高於400°C，但是，該無鉛焊料用組合物強度和塑性較低，此焊料用普通助焊膏做成的錫 膏在抗坍塌能力較差，錫珠較多等不良，不利於該無鉛焊料用組合物的工業化生產和推廣。
[0006] 目前焊錫膏中常用的觸變劑有以下幾類：氫化蓖麻油、改性蓖麻油、醯胺類化合 物。氫化蓖麻油的熔點為80°C度，改性蓖麻油最高的熔點也只能做到140°C左右。醯胺 類觸變劑如：硬脂酸醯胺熔點98-102°C，乙撐雙油酸醯胺熔點101_120°C，乙撐雙硬脂 酸醯胺熔點141-146°C。上述常用的觸變劑相對於普通無鉛焊料如Sn96. 5Ag3. OCuO. 5， Sn99. OAgO. 3CuO. 7等熔點低於230°C的合金錫膏基本是適用的，但對於高熔點焊料如： Bi91. 95Ag8SbO. 05, Bi94. 5Ni2Cu2Agl. 5等熔點高於260°C的焊料合金，熔點140°C左右的 觸變劑不能有效的防止高熔點焊料在熔化前不坍塌。在熔化前就坍塌的焊錫膏則可能出現 因坍塌而產生收不回來的錫珠。
【發明內容】
[0007] 為了解決現有技術高溫焊料強度和塑性低，焊錫膏易坍塌，本發明提供一種高熔 點無鉛無滷焊錫膏及其製備方法。
[0008] 本發明的目的之一是提供一種高熔點無鉛無滷焊錫膏，該焊錫膏包含80重量 份~90重量份焊料合金和10重量份~20重量份助焊膏，其中，所述的焊料合金主要含 銀1.5￥七％-1(^七％的鉍銀合金或含銀1.5￥七％-1(^七％和0.05%-4.0%第三元素的鉍 銀合金，所述第三元素是 Al、Ba、Ca、Ce、Mg、P、Au、Cu、Pt、Sb、In、Sn、Ni、Ge 和 Zn 中的 一種，所述的焊料合金優選是 Bi95. 3Ag4. 7, Bi91. 95Ag8SbO. 05, Bi94. 5Ni2Cu2Agl. 5 和 Bi93. 3Ag4. 7Ni2. 0中的一種或其組合物，具有強度高，塑性高，抗疲勞特性強的優點。
[0009] 所述的助焊膏的組分質量百分比含量如下： 松香 30重量份?55重量份； 觸變劑 3重量份?15重量份； 有機酸胺鹽活性劑 2重量份?10重量份； 有機酸活性劑 2重量份?10重量份； 表面活性劑 3重量份?15重量份； 醇類溶劑 5重量份?25重量份； 醚類溶劑 10重量份?20重量份。
[0010] 本發明助焊膏的松香選自聚合松香、歧化松香和氫化松香中一種或其組合物；所 述的觸變劑是熔點為170-2KTC之間的混合脂肪酸醯胺，優選熔點為180-2KTC的混合高 級脂肪酸醯胺；其中有機酸胺鹽活性劑為三乙醇胺丁二酸鹽、乙醇胺丁二酸鹽類有機酸胺 鹽。有機酸活性劑主要為一元酸與二元酸，選自丙二酸、丁二酸、戊二酸、辛二酸、癸二 酸、十二二酸、十二酸、十四酸、棕櫚酸和硬脂酸中的一種或其組合物；表面活性劑選自 TX-10、油醇聚氧乙烯醚、曲拉通X-100和聚乙二醇中的一種或其組合物；溶劑使用的是沸 點為200?300°C的高沸點醇類、醚類溶劑，醇類優選為2-乙基-1，3-己二醇，醚類優選為 二乙二醇二丁醚。
[0011] 由上述組分組成的助焊膏具有很好的防坍塌功能，尤其是使用改良後高熔點 的高級脂肪酸醯胺，大大的提高了焊錫膏的抗坍塌能力，使本發明的助焊膏應用於熔 點高於260°C的焊料合金，不會出現坍塌的現象，而且該助焊膏對應用普通焊料合金如 Sn96. 5Ag3. OCuO. 5，Sn99. OAgO. 3CuO. 7也一樣有較好的防坍塌功能，具有應用廣泛的優點。
[0012] 本發明的目的之二是提供高熔點無鉛無滷焊錫膏的製備方法，包括以下步驟： (1) 將稱取的松香、量取的醇和醚溶劑加入反應容器中加熱升溫至160°c，攪拌至完全 熔化； (2) 加入觸變劑，並攪拌至完全熔化； (3) 將反應容器溫度控制在IKTC?130°C，按質量百分比加入有機酸胺鹽活性劑和有 機酸活性劑，攪拌至完全熔化； (4) 加入表面活性劑，並攪拌均勻，冷卻後即得助焊膏； (5) 將步驟（4)的助焊膏放置製冷室中24h，溫度控制在2-10°C ; (6) 將步驟（5)的冷凍後助焊膏進行研磨，得粒度小於IOMffl的助焊膏； (7) 將焊料合金與助焊膏放置真空攪拌機中充分攪拌混合均勻，即可得焊錫膏。
[0013] 與現有技術相比，本發明的優點在於：本發明的焊錫膏的焊料合金具有固相線溫 度高於260°C以上，具有強度高，塑性高，抗疲勞特性強的優點，助焊膏具有優良的防坍塌功 能，而且實用性強。
【具體實施方式】
[0014] 下面採用具體實施例進一步說明本發明的內容。
[0015] 以下內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的 保護範圍。
[0016] 實施例1、本發明的高熔點無鉛無滷焊錫膏的製備方法： (1) 將稱取的松香、量取的醇和醚溶劑加入反應容器中加熱升溫至160°c，攪拌至完全 熔化； (2) 加入觸變劑，並攪拌至完全熔化； (3) 將反應容器溫度控制在IKTC?130°C，按質量百分比加入有機酸胺鹽活性劑和有 機酸活性劑，攪拌至完全熔化； (4) 加入表面活性劑，並攪拌均勻，冷卻後即得助焊膏； (5) 將步驟（4)的助焊膏放置製冷室中24h，溫度控制在2-10°C ; (6) 將步驟（5)的冷凍後助焊膏進行研磨，得粒度小於IOMffl的助焊膏； (7) 將焊料合金與助焊膏放置真空攪拌機中充分攪拌混合均勻，即可得焊錫膏。
[0017] 實施例2、本發明的高熔點無鉛無滷焊錫膏： (1) 將稱取11重量份的氫化松香、20重量份歧化松香、20重量份量二乙二醇二丁醚、20 重量份2-乙基-1，3-己二醇加入反應容器中加熱升溫至160°C，攪拌至完全熔化； (2) 加入9重量份170°C熔點高級脂肪酸醯胺，並攪拌至完全熔化； (3) 將反應容器溫度控制在IKTC，稱取加入6重量份丁二酸和4重量份戊二酸，攪拌 至完全熔化； (4) 加入5重量份油醇聚氧乙烯醚和5重量份曲拉通X-100,並攪拌均勻，冷卻後即得 助焊膏； (5) 將步驟（4)的助焊膏放置製冷室中24h，溫度控制在5°C ; (6) 將步驟（5)的冷凍後助焊膏進行研磨，得粒度小於IOMffl的助焊膏； (7) 將86重量份Bi95. 3Ag4. 5和14重量份助焊膏放置真空攪拌機中充分攪拌混合均 勻，即可得焊錫膏。
[0018] 實施例3、本發明的高熔點無鉛無滷焊錫膏： (1) 將稱取21重量份的氫化松香、15重量份歧化松香、14重量份量二乙二醇二丁醚、25 重量份2-乙基-1，3-己二醇加入反應容器中加熱升溫至160°C，攪拌至完全熔化； (2) 加入10重量份170°C?200°C熔點高級脂肪酸醯胺，並攪拌至完全熔化； (3) 將反應容器溫度控制在120°C，稱取加入3重量份乙醇胺丁二酸鹽、1重量份丁二酸 和6重量份戊二酸，攪拌至完全熔化； (4) 加入5重量份曲拉通X-100,並攪拌均勻，冷卻後即得助焊膏； (5) 將步驟（4)的助焊膏放置製冷室中24h，溫度控制在8°C ; (6) 將步驟（5)的冷凍後助焊膏進行研磨，得粒度小於IOMffl的助焊膏； (7)將88重量份Bi94. 5Ni2Cu2Agl. 5和12重量份助焊膏放置真空攪拌機中充分攪拌 混合均勻，即可得焊錫膏。
[0019] 實施例4、本發明的高熔點無鉛無滷焊錫膏： 表1本發明高熔點無鉛無滷焊錫膏的成分含量(單位為重量份）：
【權利要求】
1. 一種高熔點無鉛無滷焊錫膏，其特徵在於，該焊錫膏由80重量份~90重量份的焊料 合金和10重量份~20重量份的助焊膏組成； 所述的焊料合金為含1. 5wt % - 10wt %銀的秘銀合金或含1. 5wt % - 10wt %銀和 0. 05%-4. 0%第三元素的鉍銀合金，其中該焊料合金的固相線溫度大於260°C ; 所述助焊膏的組分重量份含量如下： 松香 30重量份?55重量份； 觸變劑 3重量份?15重量份； 有機酸胺鹽活性劑 2重量份?10重量份； 有機酸活性劑 2重量份?10重量份； 表面活性劑 3重量份?15重量份； 醇類溶劑 5重量份?25重量份； 醚類溶劑 10重量份?20重量份； 所述的觸變劑是熔點在170-2KTC之間的混合高級脂肪酸醯胺。
2. 如權利要求1所述的高熔點無鉛無滷焊錫膏，其特徵在於，所述第三元素是Al、Ba、 Ca、Ce、Mg、P、Au、Cu、Pt、Sb、In、Sn、Ni、Ge 和 Zn 中的一種。
3. 如權利要求1所述的高熔點無鉛無滷焊錫膏，其特徵在於，所述的焊料合金是 Bi95. 3Ag4. 7，Bi91. 95Ag8SbO. 05，Bi94. 5Ni2Cu2Agl. 5 和 Bi93. 3Ag4. 7Ni2. 0 中的一種或其 組合物。
4. 如權利要求1所述的高熔點無鉛無滷焊錫膏，其特徵在於，所述的觸變劑是熔點在 180-210°C之間的混合高級脂肪酸醯胺。
5. 如權利要求1所述的高熔點無鉛無滷焊錫膏，有機酸胺鹽活性劑為三乙醇胺丁二酸 鹽和乙醇胺丁二酸鹽中的一種或其組合。
6. 如權利要求1所述的高熔點無鉛無滷焊錫膏，表面活性劑主要為TX-10、油醇聚氧乙 烯醚、曲拉通X-100和聚乙二醇中的一種或其組合。
7. 如權利要求1所述的高熔點無鉛無滷焊錫膏，其特徵在於，所述的醇溶劑優選為 2-乙基-1，3-己二醇，所述的醚溶劑優選為二乙二醇二丁醚。
8. 如權利要求1所述的高熔點無鉛無滷焊錫膏的製備方法，其特徵在於，包括以下步 驟： (1) 將稱取的松香、量取的醇和醚溶劑加入反應容器中加熱升溫至160°C，攪拌至完全 熔化； (2) 加入觸變劑，並攪拌至完全熔化； (3) 將反應容器溫度控制在110°C?130°C，按質量百分比加入有機酸胺鹽活性劑和有 機酸活性劑，攪拌至完全熔化； (4) 加入表面活性劑，並攪拌均勻，冷卻後即得助焊膏； (5) 將步驟（4)的助焊膏放置製冷室中24h，溫度控制在2-10°C ; (6) 將步驟（5)的冷凍後助焊膏進行研磨，得粒度小於lOMffl的助焊膏； (7) 將焊料合金與助焊膏放置真空攪拌機中充分攪拌混合均勻，即可得焊錫膏。
【文檔編號】B23K35/40GK104476007SQ201410777629
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】吳國齊, 宣英男, 劉明蓮, 連亨池 申請人:東莞永安科技有限公司