低温环保多元合金焊锡膏及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温环保多元合金焊锡膏，包括以下质量份数的原料：锡合金焊料85～90份，助焊剂10～15份；所述锡合金焊料为含25wt％～45wt％的Bi、含0.5wt％～2.5wt％的低熔点金属以及余量为Sn的Sn‑Bi合金；所述助焊剂包括占助焊剂总质量28％～40％的松香、5％～16％的触变剂、6％～8％的表面活性剂、3％～6％的有机活性物质及余量的有机溶剂。将锡合金焊料中的Bi含量降到锡合金焊料的25wt％～45wt％，以改善降低Sn‑Bi合金的脆性，提高焊料的塑性，解决现有的含有Sn‑Bi焊料合金的焊锡膏脆性较大导致的潜在风险的问题；利用多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点的特性，通过在锡合金焊料中添加低熔点金属与Sn、Bi混合制成的合金来使锡合金焊料的焊点温度降低，同时增强焊料的润湿性能。

【技术实现步骤摘要】
低温环保多元合金焊锡膏及其制备方法
本专利技术涉及电子元器件用焊料
，具体涉及一种低温环保多元合金焊锡膏及其制备方法。
技术介绍
锡膏是电子元器件封装过程中常用到的材料，现有的锡膏存在其含有的卤素会造成电子元器件的线路失效、不含铅的锡膏温度高的问题。例如，现有的无铅焊料合金有Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Ag以及Sn-Zn系等，但是由于没有铅的存在，这些焊料合金的焊点温度均较高，保持在190℃以上，比Sn-Pb共晶焊料的焊接温度高40℃左右，无铅焊料的高焊点温度一方面对电子元器件、线路板的耐温性提出了更高的要求，另一方面也使生产过程中的能耗增加，造成能源的浪费。同时Sn-Ag-Cu、Sn-Ag系列的无铅焊料合金由于使用含量较高的Ag(3.0-3.5wt％)，使得制造成本大大增加。为了降低焊料合金的成本，人们为此开发出了Ag含量为0.3wt％的无铅焊料，降低了成本。为了降低焊料的焊点温度，人们开发出了Sn-Bi系列的焊料合金，Sn-Bi焊料合金的共晶温度为138℃，含有Sn-Bi共晶焊料的锡膏由于具有熔点低、良好的工艺性能及较好的力学性能，在电子行业中的散热器件上得到广泛的应用。但是Sn-Bi焊料合金有一个缺陷，Sn-Bi共晶合金中Bi元素的含量为58wt％，焊接后的显微组织是β-Sn+Bi共晶体，由于Bi具有的脆性(和Pb比较)，共晶成分含Bi量又高，因此虽然该焊料的强度指标较高，但焊料较脆，存在潜在的可靠性问题。由于Sn-Bi焊料的熔点较低，Sn-Bi焊料在服役期间焊点承受的约比温度很高，这会带来焊点蠕变寿命大大降低的潜在风险。还有就是对于采用Sn-Bi焊料焊接Cu焊盘使得焊点来说，在老化试验时，一方面焊点中的Bi相会长大粗化并偏聚：另一方面Bi原子通过扩散，会在界面金属间化合物Cu3Sn中聚集及形成微空洞，使焊点的力学性能降低。因此，本专利技术意在提供一种解决上述一个技术问题的低温环保多元合金焊锡膏。
技术实现思路
本专利技术提供一种低温环保多元合金焊锡膏，解决现有的含有Sn-Bi焊料合金的焊锡膏脆性较大导致的潜在风险的问题。为解决上述问题，本专利技术提供技术方案如下：一种低温环保多元合金焊锡膏，包括以下质量份数的原料：锡合金焊料85～90份，助焊剂10～15份；所述锡合金焊料为含25wt％～45wt％的Bi、含0.5wt％～2.5wt％的低熔点金属以及余量为Sn的Sn-Bi合金；所述助焊剂包括占助焊剂总质量28％～40％的松香、5％～16％的触变剂、6％～8％的表面活性剂、3％～6％的有机活性物质及余量的有机溶剂。所述低熔点金属为元素In、Ga中的任一种或两种的混合物，In的熔点为156.61℃，In的可塑性强，延展性也好，在液态下对金属表面具有良好的润湿性。Ga在29.76℃时变为液体，在液态下对金属表面也具有良好的润湿性。所述元素In含量为0.4wt％～2.1wt％，所述元素Ga的含量为0.1wt％～0.4wt％。所述锡合金焊料还包括0.8wt％～1.2wt％增强所述锡合金焊料韧性的晶粒细化元素和0.2wt％～0.6wt％增强所述锡合金焊料延展性的延展元素。所述晶粒细化元素为Co、Cu、Ni中的一种或几种的混合物，所述延展元素为Sb、Al中的一种或两种的混合物。Co具有一定的韧性，能减少冷热冲击对于焊锡膏的敏感性能，使Sn-Bi合金制成的焊锡膏具有温度耐候性。同时Co将Sn-Bi合金组成中其他金属的晶粒结合在一起，使Sn-Bi合金具有更高的韧性。所述晶粒细化元素包括1wt％的Co，所述延展性元素为0.45wt％的Sb。所述触变剂包括微粉化聚酰胺蜡、氢化蓖麻油、油酸酰胺中两种或三种的混合物；所述表面活性剂为烷基壬基酚乙氧基醚、月桂酰基胺酸钠、二甲基硅油、聚氧乙烯辛基苯酚醚中至少三种的混合物；所述有机活性物质为丁二酸、癸基十四酸、十八烷二酸中一种或几种的混合物；所述有机溶剂为二乙二醇、二乙二醇单乙醚、三丙二醇、丁醇中的一种或多种的混合物。本专利技术还提供一种上述低温环保多元合金焊锡膏的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将所述有机溶剂在容器中加热至70～110℃，然后加入松香，保持温度并分散松香至完全溶解；S2、保持所述步骤S1的温度，向所述步骤S1中所得的混合物中加入表面活性剂进行精密乳化，保持温度并均匀搅拌至表面活性剂完全溶解乳化均匀；S3、停止加热，将所述步骤S2所得的混合物降温至50～65℃后，加入触变剂并均匀搅拌至触变剂完全溶解；S4、使用离心式或超声波式锡合金焊料生产设备生产所述锡合金焊料，然后在真空环境中使所述锡合金焊料高精度精细研磨过滤并冷却，在真空环境中高精度精细研磨可使锡合金焊料的粉末更细化，便于与焊锡膏中的其他组分混合均匀，在进行电子元器件焊接加热时能够使焊锡膏均匀受热更快的熔融；S5、将所述步骤S3中所得的混合物降温至20～30℃，再将所述步骤S4制得的锡合金焊料加入，在抽真空充保护气体的容器中过滤并剪切搅拌至均匀；S6、将所述步骤5制得的混合物密封并保存在4～20℃的避光低温环境中。所述步骤S2的搅拌转速为60～150转/分钟，所述步骤S5的搅拌转速度120～270转/分钟。所述步骤S4中抽真空度达到-70～-100KPa，充入的保护气体为氮气，所述锡合金焊料的研磨精度为50～600μm。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术的低温环保多元合金焊锡膏，通过将锡合金焊料中的Bi含量降低到锡合金焊料的25wt％～45wt％，在保证焊料强度的同时以改善降低Sn-Bi合金的脆性，提高焊料的塑性，解决现有的含有Sn-Bi焊料合金的焊锡膏脆性较大导致的潜在风险的问题；利用多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点的特性，通过在锡合金焊料中添加低熔点金属与Sn、Bi混合制成的合金来使锡合金焊料的焊点温度降低，同时增强焊料的润湿性能；2、本专利技术的低温环保多元合金焊锡膏，通过在锡焊料合金中加入In、Ga作为低熔点金属元素，用于降低锡焊料合金的焊点温度，并通过添加的晶粒细化元素来细化焊点的晶粒结构，同时为了改善焊接点界面金属间化合物的生长，从而增强锡合金焊料的韧性和力学性能；通过延展元素提高焊料的延展性，使得焊料的延展性进一步提高，进而改善焊点的力学性能，提高电子元器件的服役可靠性；3、本专利技术的低温环保多元合金焊锡膏的制备方法，采用精密乳化技术、高精度研磨精细研磨以及真空搅拌等制备技术将优选的松香、有机溶剂、有机活性物质、触变剂、锡合金焊料等成分经过合理的乳化、研磨、混合、剪切分散等工艺流程精确控制，制备出高活性、无卤素的满足低温焊接时残留物低的低温环保多元合金焊锡膏。【具体实施方式】下面将结合本专利技术的实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.低温环保多元合金焊锡膏，其特征在于，包括以下质量份数的原料：锡合金焊料85～90份，助焊剂10～15份；所述锡合金焊料为含25wt％～45wt％的Bi、含0.5wt％～2.5wt％的低熔点金属以及余量为Sn的Sn-Bi合金；所述助焊剂包括占助焊剂总质量28％～40％的松香、5％～16％的触变剂、6％～8％的表面活性剂、3％～6％的有机活性物质及余量的有机溶剂。/n

【技术特征摘要】
1.低温环保多元合金焊锡膏，其特征在于，包括以下质量份数的原料：锡合金焊料85～90份，助焊剂10～15份；所述锡合金焊料为含25wt％～45wt％的Bi、含0.5wt％～2.5wt％的低熔点金属以及余量为Sn的Sn-Bi合金；所述助焊剂包括占助焊剂总质量28％～40％的松香、5％～16％的触变剂、6％～8％的表面活性剂、3％～6％的有机活性物质及余量的有机溶剂。


2.根据权利要求1所述的低温环保多元合金焊锡膏，其特征在于：所述低熔点金属为元素In、Ga中的任一种或两种的混合物。


3.根据权利要求2所述的低温环保多元合金焊锡膏，其特征在于：所述元素In含量为0.4wt％～2.1wt％，所述元素Ga的含量为0.1wt％～0.4wt％。


4.根据权利要求2或3所述的低温环保多元合金焊锡膏，其特征在于：所述锡合金焊料还包括0.8wt％～1.2wt％增强所述锡合金焊料韧性的晶粒细化元素和0.2wt％～0.6wt％增强所述锡合金焊料延展性的延展元素。


5.根据权利要求4所述的低温环保多元合金焊锡膏，其特征在于：所述晶粒细化元素为Co、Cu、Ni中的一种或几种的混合物，所述延展元素为Sb、Al中的一种或两种的混合物。


6.根据权利要求5所述的低温环保多元合金焊锡膏，其特征在于：所述晶粒细化元素包括1wt％的Co，所述延展性元素为0.45wt％的Sb。


7.根据权利要求1所述的低温环保多元合金焊锡膏，其特征在于：所述触变剂包括微粉化聚酰胺蜡、氢化蓖麻油、油酸酰胺中两种或三种的混合物；所述表面活性剂为烷基壬基酚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱良，万国晖，曹正，童桂辉，丁灿，
申请(专利权)人：中山翰华锡业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44