一种无铅无卤焊锡膏制造技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性的无铅无卤焊锡膏，通过选用合适的种类和配比的成膜剂、溶剂、活性剂、触变剂以及触变剂的加入方式生产成助焊剂，按照锡粉：助焊剂＝88.5∶11.5的配比获得了具有良好的黏度稳定性和高的抗冷热坍塌性的无铅无卤焊锡膏。

【技术实现步骤摘要】
一种无铅无卤焊锡膏
本专利技术涉及焊锡膏领域，特别涉及一种无铅无卤焊锡膏。
技术介绍
焊锡膏是一种由焊料合金粉末和助焊剂混合而成的膏状物质。在SMT技术中，焊锡膏是电子元器件和基板连接的关键材料，焊锡膏的性能将会直接影响电子产品的使用性能。对焊锡膏的性能要求包括保存稳定性、印刷稳定性、润湿性、可焊性以及可靠性。为了满足焊锡膏的这些特性要求，就必须合理选择锡膏各组分的原材料的种类、比例、加入方式等。2003年欧盟国家(包括荷兰、丹麦、瑞典、澳大利亚、比利时、意大利、芬兰、及德国)正式公布了《报废电子电气设备指令》(WEEE-2002/96/EC)和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》(RoHS-2002/95/EC)，其主要目的是减少电气及电子设备的废弃物并建立回收及再利用系统，从而降低这些物质在废弃、掩埋及焚烧时对人体及环境所可能造成的危害及冲击。2004年8月31日之前所有的欧盟会员国必须制定出属于自己国家符合WEEE和RoHS两指令的规定，并于2006年7月1日起，所有WEEE指令中所规定的电子电气产品在进入欧洲市场时，不能够含有RoHS指令中所提到的有害物质(铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯及多溴联苯醚)。这两条指令对电子通讯产品提出更高的环保要求，对产品出口产生巨大影响。因此，对于锡膏产品而言，无铅化势在必行。人们在不断寻找新的无铅焊料，其中，Sn-Ag-Cu系焊料因其良好的综合性能得到越来越广泛的研究和应用。卤素是指元素周期表中第VIIA族非金属元素，包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)，因为砹为放射性元素，人们常说的卤素只是氟、氯、溴和碘。在锡膏中，卤素常被用作于助焊剂中的活性剂，卤素的加入能够极大地增强助焊剂的活性，但焊后的腐蚀性较大，制成的锡膏储存稳定性也较差。同时，卤素对内分泌系统、生殖和发育系统有毒害作用，还会引起其它精神和心理疾患，甚至有致癌作用。卤素的测试方法EN14582无卤要求：溴、氯含量分别小于900ppm，(溴+氯)小于1500ppm。为满足对产品可靠性的要求以及避免对环境和人体的伤害，无卤甚至零卤锡膏的研究愈来愈显得迫在眉睫。大部分的锡膏产品在被生产完成后到在客户端产线使用前这一段时间内会被保存在0～10℃的低温环境中，其目的是为了减缓锡膏中助焊剂与细粉颗粒表面的化学反应，使锡膏在使用前的粘度和触变性基本保持不变，从而保证锡膏的稳定性和使用性能。但是如果锡膏中助焊剂的原材料使用不当，如使用了极强的活性剂，或是成膜剂的搭配不当，或是触变剂的加入方式有误，均会导致锡膏在储存过程中粘度和触变性发生较大变化。而在一般情况下，锡膏在连续印刷过程中，其粘度会随着印刷次数的增加呈现先降低而后升高的趋势，这主要是因为焊膏在连续印刷过程中，粘度恢复存在滞后性，导致刚开始粘度下降，随着印刷时间的的延长，锡膏中的溶剂部分挥发，再加上锡粉颗粒和助焊剂在来回滚动过程中比在静置过程中发生的化学反应更为剧烈，导致锡膏逐渐发干，粘度升高。若锡膏在印刷过程中粘度稳定性较差，锡膏粘度升高速率加快，在短时间内就可能会引起锡膏发干从而导致印刷困难甚至完全不下锡。在完成锡膏印刷后，模板上的锡膏需要维持其形状不变且不发生坍塌，即锡膏需具有良好的抗冷坍塌性。如果锡膏的抗冷坍塌性不好，特别是对于密间距的形成桥连，造成短路。一般情况下，锡膏的粘度越大，其抗冷坍塌性越好，如果粘度过大，虽然其抗冷坍塌性很好，但同时也会出现印刷不良，也是不可取的。抗热坍塌性是指锡膏在印刷完成后进行加热，在合金熔化前，锡膏不发生坍塌的能力。回流焊过程中主要是在预热区要防止锡膏发生坍塌，预热环境温度约为150～180℃。对于抗坍塌性不好的锡膏，在预热阶段，相邻锡膏之间易形成锡膏粘连，焊后易形成锡珠，对于密间距焊盘，坍塌造成的锡膏粘连，在熔化后易形成短路，从而形成焊接缺陷。基于以上背景，本专利技术从锡膏助焊剂所用的成膜剂、溶剂、触变剂以及触变剂的加入方式等方向入手，以期获得高的粘度稳定性和抗冷热坍塌性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无铅无卤焊锡膏，提高在锡膏进行长期保存和印刷过程中的粘度稳定性以及印刷完成后和回流焊后锡膏的抗坍塌性能，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：一种无铅无卤焊锡膏，锡锡膏是由锡粉和助焊剂按照质量比为88.5∶11.5的比例混合而成。优选的，所述助焊剂是由成膜剂、溶剂、活性剂和触变剂等物质构成。优选的，所述成膜剂是由KE-100和KE-604构成，其总含量占助焊剂的30％～35％。优选的，所述溶剂是由三丙二醇丁醚和2-甲基-2，4-戊二醇构成，其总含量占助焊剂的35％～40％。优选的，所述活性剂是由丁二酸、己二酸和二聚酸构成，其总含量占助焊剂的15％～20％。优选的，所述触变剂是由TALENVA-79和スリパツクスZHS构成，其总含量占助焊剂的4％～5％。优选的，所述锡粉为Sn96.5Ag3.0Cu0.5，粒度规格为4#(20μm～38μm)，氧含量符合要求值。一种焊锡膏助焊剂的制备方法，将所述的成膜剂和溶剂在高温下搅拌，是两者完全熔融混合，加入触变剂和活性剂，保持高温和高速搅拌，直至反应体系中不在出现未溶解的物质，装袋进行快速降温冷却，一段时间后确认袋中物质完全凝固，移至冷藏库中保存。一种焊锡膏的制备方法，将所得的助焊剂在常温下回温4h后，将其与粒度规格为4#(20μm～38μm)的Sn96.5Ag3.0Cu0.5焊粉均匀混合，装罐冷藏保存。采用以上技术方案的有益效果是：本专利技术不仅能满足锡膏在使用前和连续印刷过程中的黏度稳定性，而且使得焊锡膏在印刷完成后和回流焊过程中不出现坍塌，从而为开发高性能的无铅无卤焊锡膏提供实践依据和理论基础。具体实施方式下面详细说明本专利技术的优选实施方式。为了使制得的焊锡膏满足基本的使用要求，首先进行活性剂的研究和优选，通过铺展性测试和活性剂溶解性测试，以确定后期研究所使用的活性剂成分。本专利技术选用丁二酸、己二酸、癸二酸、二聚酸、二羟甲基丙酸等作为活性剂研究对象，因为这些有机酸的活性分解温度范围符合Sn96.5Ag3.0Cu0.5焊锡膏的理想回流温度曲线。为了保证在后期测试过程中不出现活性剂的析出，对活性剂进行溶解性测试，将活性剂溶解后在0℃环境下静置6h，逐渐增加活性剂的含量，直至活性剂在溶剂中析出。结果如表1所示(二聚酸为液体有机酸，不用考虑其溶解性)：表1在以上溶解性结果的基础上研究了不同活性剂对焊料铺展润湿性的影响。焊剂成分为活性剂∶己醚溶剂(质量比)＝1∶20，采用0.3g的Sn96.5Ag3.0Cu0.5焊料球在铜片上进行铺展实验。采用日本行业标准JIS-Z3198-3，通过计算铺展率SR来衡量焊料的润湿性能，铺展率由式1计算：[式1]式中：SR为铺展率；H为铺展后焊料的高度(mm)，D为将焊料看作球体时的直径(mm)。表2为使用不同活性剂的焊料铺展率的结果：表2在溶解性测试中，丁二酸和己二酸的溶解性比余下两种要好；而在润湿性测试中，丁二酸和己二酸的铺展率也要优于余下两种。所以，在后面的稳定性测试中，优选丁二酸、己二酸和二聚酸作为活性剂。优选的，所述的松香树脂为KE-100和KE-604。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铅无卤焊锡膏，其特征在于，锡锡膏是由锡粉和助焊剂按照质量比为88.5∶11.5的比例混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种无铅无卤焊锡膏，其特征在于，锡锡膏是由锡粉和助焊剂按照质量比为88.5∶11.5的比例混合而成。2.如权利要求1所述无铅无卤焊锡膏，其特征在于，所述助焊剂是由成膜剂、溶剂、活性剂和触变剂等物质构成。3.如权利要求2所述无铅无卤焊锡膏，其特征在于，所述成膜剂是由KE-100和KE-604构成，其总含量占助焊剂的30％～35％。4.如权利要求2所述无铅无卤焊锡膏，其特征在于，所述溶剂是由三丙二醇丁醚和2-甲基-2，4-戊二醇构...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡佳胜，楚成云，谭志阳，
申请(专利权)人：深圳市博士达焊锡制品有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44