焊锡膏制造技术

一种包含与含活化剂的基于松香的助熔剂相混合的含Ｚｎ的基于Ｓｎ的无铅焊料粉末的焊锡膏，其可防止在软熔焊接过程中焊料球和空隙的形成，并显示良好的钎焊性，所述助熔剂中加入０．５－１０．０重量％的异氰脲酸或它的卤代烷基酯。包含与含活化剂的基于松香的助熔剂相混合的含Ａｇ或Ｚｎ的基于Ｓｎ的无铅焊料粉末的焊锡膏也不显示粘度改变，并且显示良好的钎焊性，所述助熔剂中加入０．０１－１０．０重量％的水杨酰胺化合物。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于焊接电子装置的焊锡膏，和特别涉及基于Sn的、无铅焊接的焊锡膏。共晶的Sn-Pb焊料也普遍用于焊接电子装置。近来，由于SMT缩小尺寸、提高封装密度和性能和降低操作成本的能力，表面安装技术(SMT)已被日益用于在印刷电路板上安装电子部件。在SMT中，通过使用焊锡膏(也称作膏焊料)的软熔焊接方法来典型地进行焊接，所示焊锡膏包含与焊接助熔剂，特别是基于松香的助熔剂均匀混合的焊料粉末。通常，软熔焊接方法包含通过印刷或分散(通过分散器卸料)将焊锡膏进料到印刷电路板上，利用焊锡膏的粘附将芯片型电子部件临时固定在焊锡膏上，并在软熔炉中加热上面带有电子部件的印刷电路板，以使得焊料熔化，从而固定部件并与印刷电路板电力相连。通过拆卸从废弃的电子装置拆除的印刷电路板常常通过在破碎机中研磨和埋于地下来清除。当近年来已被酸化的雨水(即酸雨)接触埋于地下的粉末印刷电路板时，Sn-Pb焊料中的铅(Pb)析出并污染地下水。如果人或动物持续饮用含铅的水很多年，则铅在体内积累从而导致铅中毒。因此，在本领域中已推荐在焊接电子装置过程中使用无铅焊料，其完全不含铅。无铅焊料应由对人类无害的元素组成。例如，不能使用Cd，即使它能降低熔化温度。目前有前途的无铅焊料是基于Sn的合金，其包含大比例的Sn和一种或多种合金元素例如Ag，Cu，Bi，In，Sb或Zn。其中，含Ag的基于Sn的焊料(下文表示为基于Sn-Ag的焊料)例如Sn-Ag合金和Sn-Ag-Cu合金由于作为无铅焊料具有相对良好的润湿性，而具有易于操作的优点。然而，基于Sn-Ag的无铅焊料具有约220℃的熔点，其比共晶的Sn-Pb合金的熔点高约30-40℃，因此工作温度(在焊接时的加热温度)也变得相应较高。因此，它们可能不适合用于焊接某些热敏感的电子部件。从安全和经济的观点出发，含Zn的基于Sn的焊料(下文表示为基于Sn-Zn的焊料)是有利的，因为Zn不仅是对人体无害和不可缺少的元素，而且发现其大量存在于地下，因此它的成本比Ag，Cu，Bi，In等低。Sn-Zn无铅焊料的典型合金组合物是Sn-9Zn。该焊料具有199℃的熔点，其比Sn-Ag无铅焊料的熔点低约20℃，因此它也具有可用于焊接热敏感的电子部件的优点，基于Sn-Ag的无铅焊料不能涂布到所述热敏感的电子部件上。与从Sn-Pb焊料粉末和相同的基于松香的助熔剂制得的常规的焊锡膏相比，在包含基于Sn的无铅焊料(包括基于Sn-Ag和Sn-Zn的焊料)的粉末的无铅焊锡膏(这类焊锡膏在下文表述为“基于Sn的无铅焊锡膏”)与基于松香的助熔剂混合的过程中，由于焊料粉末中存在高含量的活性Sn金属，焊料粉末与助熔剂的组分，特别是与通常存在于基于松香的助熔剂中的活化剂之间的反应可能容易地发生。这种反应可能导致焊锡膏粘度的改变，并产生焊锡膏不能通过印刷或分散来令人满意地进料的问题。作为一个对策，可使用，特别是在基于Sn-Ag焊料的焊锡膏中使用一种方法，其中通过减少加入到基于松香的助熔剂中的活化剂如氢卤化胺和有机酸的量来控制粘度变化，从而抑制助熔剂与焊料粉末的反应。然而，由于该方法削弱了助熔剂的活性，它可能导致焊料球的形成并且不利地影响焊料的润湿性。因此，存在一种需要，即控制基于Sn的无铅焊锡膏的粘度变化而不减少助熔剂中活化剂的量。除了上述描述的问题，包含基于Sn-Zn无铅焊料粉末的焊锡膏(下文表示为“基于Sn-Zn的焊锡膏”)存在另一个问题。Zn是一种金属，由于它高的电离趋势导致它易于氧化。因此，在接触空气的焊料粉末表面形成一层氧化层，这使得焊料粉末的润湿性降低。特别是，在通过使用基于松香的助熔剂制备的基于Sn-Zn的焊锡膏中，通过与助熔剂反应产生的焊料粉末的表面氧化甚至变得更严重，因此常常发生焊接疵点包括由于焊料极差的润湿性导致形成空隙和形成焊接球。为了增加基于Sn-Zn的焊锡膏中焊料的润湿性，可以设想使用含增加量的活化剂的基于松香的助熔剂。然而，如上所描述，在焊剂前，活化剂倾向于与焊料粉末反应，并且增加活化剂的量可使焊锡膏的粘度迅速增加并且干扰通过印刷或分散进行的焊锡膏的进料。在基于Sn-Zn的焊锡膏中，可以使用一种方法，即在与助熔剂混合前，用合适的物质包被基于Sn-Zn的焊料粉末表面，以防止焊料粉末与助熔剂反应和导致表面氧化。作为包被物质，可使用稀有金属如Au或Pd，从可水解的有机硅化合物等形成的无机氧化物，或有机物如咪唑或三唑。然而，这种包被增加了焊锡膏的制造成本。而且，包被的一些类型和方法可促进包被操作过程中焊料粉末的氧化，并且方法不一定能有效提高焊料润湿性或钎焊性。本专利技术的另一个目的是提供这种基于Sn的无铅焊锡膏，其显示最小的粘度变化和具有良好的润湿性。本专利技术的另一个目的是提供基于Sn的无铅焊锡膏，特别是基于Sn-Zn的焊锡膏，其具有良好的焊料润湿性和钎焊性，其中可防止与常规基于Sn-Zn的焊锡膏有效相遇的焊料粉末的表面氧化，而不需包被焊料粉末。一方面，本专利技术提供了包含与基于松香的助熔剂混合的基于Sn的无铅焊料粉末，其中基于松香的助熔剂包含0.5-10.0重量％的至少一种异氰脲酸化合物(isocyanuric compound)，其选自不具有羟基的异氰脲酸和它的衍生物。另一方面，本专利技术提供了包含与基于松香的助熔剂混合的基于Sn的无铅焊料粉末，其中基于松香的助熔剂包含0.01-10.0重量％的至少一种水杨酰胺化合物，其选自水杨酰胺和它的衍生物。通常，与Sn-Pb焊料相比，基于Sn的无铅焊料具有差的焊料润湿性。例如，与Sn-Pb焊料的扩散系数相比，Sn-Ag无铅焊料扩散仅相当于Sn-Pb焊料的约80％。Sn-Zn无铅焊料具有甚至更差的扩散系数，它扩散的程度仅相当于Sn-Pb焊料的约70％。因此，基于Sn的无铅焊锡膏结合大量的活化剂以提高润湿性似乎是有利的。然而，如前所述，由于在活化剂和焊料粉末之间的反应，这导致焊锡膏的粘度迅速增加。结果，焊锡膏很快变得难以通过印刷或通过分散器来进料，并且它的存放寿命或使用寿命变得极短。因此，除非通过表面包被来保护焊料粉末，应减少活化剂的量，导致差的润湿性。特别是常规基于Sn-Zn的无铅焊锡膏具有非常差的润湿性。在使用焊锡膏的软熔焊接过程中，在称作软熔炉的加热炉中进行焊接。软熔炉中的加热通常为两步加热，其中在150-170℃温度下首先进行预热30-100秒，然后在高于焊料熔化温度20-50℃的温度下进行主要的加热。为了蒸发焊锡膏中的溶剂和为了同时减轻对要焊接的电子部件的热震荡，进行预热。设计在仍然是目前最流行的共晶Sn-Pb焊料的焊锡膏中使用的物质，以使其在这两步加热中显示最佳的性能。例如，活化剂在约150℃开始部分反应，150℃是预热温度，并在约210-230℃完全反应，210-230℃是Sn-Pb焊料的主要反应温度。在Sn-Pb焊料的焊锡膏中，即使使用的活化剂在低到150℃的温度下有活性，由于Pb的低反应性，在预热阶段也不会发生明显的焊料粉末的氧化。相反，发现，关于基于Sn-Zn的无铅焊锡膏，甚至在预热阶段，暴露在基于Sn-Zn的焊料粉末表面的锌可容易地结合软熔炉中的氧气，以在焊料粉末上形成相对厚的表面氧化物层。如果对具有在预热期间通过氧化形成的这种氧化层的焊料粉末进行主要加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含与基于松香的助熔剂相混合的基于Ｓｎ的无铅焊料粉末的焊锡膏，其特征在于所述基于松香的助熔剂包含０．５－１０．０重量％的至少一种异氰脲酸化合物，所述异氰脲酸化合物选自不具有羟基的异氰脲酸和它的衍生物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：田口稔孙，高浦邦仁，田所节子，平田昌彦，吉田久彦，长嶋贵志，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]