專利名稱：一種低溫無鹵無鉛焊錫膏的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種焊錫膏，具體說是涉及一種低溫無鹵無鉛焊錫膏。主要應用于通孔插裝無鉛回流制程焊接，也適用于表面貼裝技術低溫無鉛制程焊接領域。
背景技術：
隨著焊接工藝的發(fā)展，順應電子零部件的微型化、功能化的趨勢，諸如回流焊、波峰焊、浸焊或噴焊法等越來越多的焊接方式可供電子制造商的選擇。表面安裝元件的焊接， 采用回流焊的方法；通孔插裝元件，可根據(jù)情況選擇波峰焊、浸焊或噴焊法來進行焊接。其中，波峰焊更適合于整塊板上通孔插裝元件的焊接；浸焊更適合于整塊板上或板上局部區(qū)域通孔插裝元件的焊接；局噴焊劑更適合于板上個別元件或少量通孔插裝元件的焊接。
傳統(tǒng)的焊錫膏產(chǎn)品由錫鉛焊料和焊劑混合而成，其中焊錫粉的構成一般為SnPb 或SnPbAg的球形粉，直徑在25 μ m-45 μ m,載體焊劑一般由松香樹脂、活化劑、觸變劑、溶劑及添加劑構成。為了避免錫焊膏中的鉛等重金屬及有毒有機化合物對生產(chǎn)環(huán)境和生活環(huán)境的污染，大多數(shù)電子產(chǎn)品在可選擇的條件下采用無鉛焊料進行釬焊生產(chǎn)，并要求焊錫膏符合RoHS指令的檢測標準。但是目前的無鉛焊錫膏在生產(chǎn)和使用過程中仍存在很多缺點，如焊接溫度較高，預熱時間較長，浸潤性能需要改善，粘附性較小，焊點不飽滿光亮，焊后殘留物明顯需清洗等等。同時，由于助焊劑使用的活化劑如胺的鹽酸鹽中含鹵化物，焊接時產(chǎn)生含鹵素的煙霧對人體有害，且吸水生成的鹵酸會導致部分電子零部件失效，焊后殘留的游離鹵素，會引起表面絕緣電阻下降，加速電化學遷移，造成對焊接的影響?，F(xiàn)如今普遍使用無鉛焊料合金SnAgCu代替SnPb合金,雖然SnAgCu合金機械強度較之增強,但由于銅的加入，合金熔點增大，焊接溫度升高，同時在焊接過程中的熱沖擊現(xiàn)象會對電子產(chǎn)品造成了一定損害。
中國專利文獻公開號CNlO 1491866A公開了一種低溫無鉛釬焊料合金及其制成的焊錫膏，該焊錫膏的焊料合金以Sn-58Bi為主要成分的體系中添加Ag占O. 2_6%或Cu占 O. 1-3%的重量百分比來改進。雖然該焊錫膏的熔點低，潤濕性和可靠性得以改善，但焊錫膏的力學性能 及機械強度較差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種力學性能較好的低溫無鹵無鉛焊錫膏及制備方法，能夠適用通孔插裝無鉛回流制程焊接，與表面貼裝技術低溫無鉛制程焊接的工藝流程。
本發(fā)明的目的通過采用以下的技術方案來實現(xiàn)一種低溫無鹵無鉛焊錫膏由以下重量百分比的組分組成焊錫粉88%-91%，助焊劑9%-12% ；其中所述的焊錫粉由以下重量百分比的成分組成Bi 45-60wt%, Ag :0. 3-3. 0wt%, P :0. 01%-1. 0wt%，稀土元素:0. 01%-1. 0%，其余為 Sn。
本發(fā)明的焊錫粉合金成分主要以Sn、B1、Ag為主元素，通過加入P或Ce、Pr、Nd等稀土元素改善其機械性能和穩(wěn)定性、塑性性能，細化晶體顆粒，增強抗拉強度、延伸率，同時進一步改善了抗老化、抗氧化性能。
以Sn-B1-Ag為主體的無鉛焊料熔點低，對電子元器件的熱沖擊不會太大，同時機械性能、抗老化性能、可焊性也能滿足人們的要求。但Ag的成本較高，為了盡可能降低成本，試驗中，我們發(fā)現(xiàn)當Ag含量在O. 3-3. 0 丨％時效果較為理想，在O. 3-1. 0wt%時也能達到對性能的要求，定為Ag的優(yōu)選含量。為了得到較穩(wěn)定的機械性能良好的無鉛焊錫粉，我們加入P及稀土元素中的一種或多種作為補償。其中P的優(yōu)選含量為O. 1-0. 5wt%，稀土元素的優(yōu)選含量為O. 3-0. 8wt%。
上述的低溫無鹵無鉛焊錫膏中，所述的稀土元素包括Pr、Nd、Ce中的一種或多種元素，其中Ce較活潑，故稀土元素中Ce優(yōu)選含量為40-60wt%，Nd的優(yōu)選含量為20_30wt%， Pr的優(yōu)選含量為5-15wt%，其余為雜質(zhì)。
在上述的低溫無鹵無鉛焊錫膏中，所述的助焊劑助焊劑由以下的重量百分比組成松香30-45wt%，有機酸活化劑2-10wt%，觸變劑3-5wt%，緩蝕劑2_5wt%，其余為溶·劑。
其中，所述的松香由氫化松香、改性松香、歧化松香、季戊四醇松香、丙烯酸松香、 萜烯樹脂中的一種或多種組成。本發(fā)明選用的松香可以提高焊錫膏的粘附力，防止焊后的 PCB被再度氧化，無腐蝕，相較傳統(tǒng)的松香樹脂殘留物降低，易清洗。
其中，所述的有機酸活化劑由月桂酸、硬脂酸、軟脂酸、丁二酸、己二酸、水楊酸中的一種或多種組成。所述的有機酸活化劑可以有效地去除PCB銅膜焊盤表層及零件焊接部位的氧化物質(zhì)，降低焊點的表面張力。
其中，所述的觸變劑由氫化麻油、改性氫化蓖麻油、十六酸酰胺中的一種或多種組成，可有效調(diào)節(jié)焊錫膏的粘度以及印刷性能，抑制拖尾、粘連現(xiàn)象的產(chǎn)生。
其中，所述的緩蝕劑為苯并噻唑、苯并三氮唑、苯并咪唑中的一種或多種，可有效的防止腐蝕。
其中，所述的溶劑乙二醇二丁醚、乙二醇單苯醚、丙二醇甲醚、丙三醇、丙二醇單苯醚、季戊四醇、十一醇、2-甲基-己二醇中的一種或多種組成，所述的溶劑沸點較高，溶解能力強。
本發(fā)明低溫無鹵無鉛焊錫膏的制備方法如下焊料粉采用液體金屬霧化法即高壓惰性氣體對熔融的焊料噴霧制成，通過調(diào)節(jié)合金的熔化溫度，氮氣噴霧的壓力，噴嘴的結(jié)構尺寸，除氧防護開控制合金粉末的收益率，形狀，粒度，含氧量。得到的錫粉為球形，顆粒在25 μ m-45 μ m之間，收益大于93%，熔點在153 172°C之間，密度在8. lg/cm3左右。
將有機溶劑、有機酸活化劑、松香按比例加入容器中，加熱到100_140°C，攪拌，溶解后，再加入一定比例的緩蝕劑、觸變劑，繼續(xù)攪拌至完全溶解，冷卻到室溫。取88%-91%質(zhì)量分數(shù)的焊錫粉與剩余比例的焊劑攪拌均勻，分裝保存。
綜上所述，本發(fā)明具有以下特點A.本發(fā)明所述的錫鉍銀合金焊錫膏熔點低，焊接的工作溫度低，不會對電子元器件造成熱損傷。適當降低Ag含量，也可以降低了焊錫膏成本，同時保證了焊接性能、機械強度等;B.本發(fā)明涉及的焊錫膏用無鹵助焊劑，消除了鹵素對基體的腐蝕以及對表面絕緣電阻的影響，錫膏焊后殘留物少，環(huán)保無毒；C.本發(fā)明焊錫膏含稀土元素，具有較好的穩(wěn)定性，高粘附力，強度、潤濕性良好，溶解性優(yōu)越，較長的儲存和使用壽命。
具體實施方式
下面通過實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步說明，但并不作為本發(fā)明保護范圍的限定，本發(fā)明的保護范圍有權利要求書來決定。
表1:實施例1-5中助焊劑成分的重量百分比(wt%)。
權利要求
1.一種低溫無鹵無鉛焊錫膏，該焊錫膏由以下重量百分比組分組成焊錫粉88%-91%，助焊劑9%-12% ；所述的焊錫粉由45-60wt%的B1、0. 3-3. 0wt%的Ag、不超過1. 0wt%的P或稀土元素、余量的Sn組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的低溫無鹵無鉛焊錫膏，其特征在于所述焊錫膏按重量百分比由89. 5wt%的焊錫粉和10. 5wt%的焊劑組成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的低溫無鹵無鉛焊錫膏，其特征在于所述的焊錫粉由以下重量百分比的成分組成Bi 46%-58%, Ag 0. 3%-1. 0%, P 0. 01%-0. 5%，稀土元素0. 01%_1· 0%，其余為 Sn ；其中，所述的稀土元素包括Pr、Nd、Ce中的一種或多種元素。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的低溫無鹵無鉛焊錫膏，其特征在于所述的助焊劑由 30-45wt%的松香、2-10wt%的有機酸活化劑、3-5wt%的觸變劑、2_5wt%的緩蝕劑和余量的溶劑組成。
5.根據(jù)權利要求4所述的低溫無鹵無鉛焊錫膏，其特征在于所述的松香包括氫化松香、改性松香、歧化松香、季戊四醇松香、丙烯酸松香、萜烯樹脂中的一種或多種。
6.根據(jù)權利要求4所述的低溫無鹵無鉛焊錫膏，其特征在于所述的有機酸活化劑包括月桂酸、硬脂酸、軟脂酸、丁二酸、己二酸、水楊酸中的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求4所述的低溫無鹵無鉛焊錫膏，其特征在于所述的觸變劑為氫化麻油、改性氫化蓖麻油、十六酸酰胺中的一種或多種組成。
8.根據(jù)權利要求4所述的低溫無鹵無鉛焊錫膏，其特征在于所述的緩蝕劑由苯并噻唑、苯并三氮唑、苯并咪唑中的一種或多種組成。
9.根據(jù)權利要求4所述的低溫無鹵無鉛焊錫膏，其特征在于所述的溶劑包括乙二醇二丁醚、乙二醇單苯醚、丙二醇甲醚、丙三醇、丙二醇單苯醚、季戊四醇、i^一醇、2-甲基-己二醇中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫無鹵無鉛焊錫膏，該焊錫膏由添加了P或稀土元素的Sn-Ag-Bi基無鉛焊錫粉與松香基助焊劑混合而成。該焊劑基本上是由30-45wt%的松香樹脂、2-10wt%的有機酸活化劑、3-5wt%的觸變劑、2-5wt%的緩蝕劑、3-5wt%的表面活性劑和余量的溶劑組成。本發(fā)明的無鉛焊錫膏有焊接溫度低、熔渣形成減少的特點，適合抗熱沖擊性能差的手工焊和印刷焊接。
文檔編號B23K35/26GK102990242SQ201110267770
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權日2011年9月13日
發(fā)明者胡潔 申請人:郴州金箭焊料有限公司