一种低温无卤化物高活性焊锡膏制造技术

一种低温无卤化物高活性焊锡膏，该焊锡膏含有一种与助焊剂混合的Ｓｎ－Ｂｉ基无铅焊锡粉，其中的助焊剂含有０．５％～２０％质量百分比的至少一种的羟基烷胺。该焊锡膏粘度稳定性好，残留物无色透明，腐蚀性低，并显示出优异的钎焊性，在标准和难焊表面具有良好的可焊性，尤其是焊接温度较低，适合抗热冲击性能较差的电子元器件的焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于焊接电子装置的焊锡膏，特别涉及基于Sn-Bi合金的低温无 铅无卤化物高活性焊锡膏。技术背景Sn-Pb合金作为焊接材料自古有之。近年来，为了减少铅及其化合物对生态 环境的污染，世界各国相继研发出用于替代传统锡铅焊锡膏的无铅焊锡膏。其 中，含Ag的基于Sn的焊料，例如Sn-Ag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22(TC的熔点，比共晶的Sn-Pb合金的熔点高约30 40°C，因此工作温 度也变得相应较高，不适合抗热冲击性能较差的电子元器件的焊接。从安全和 经济的观点出发，Sn-Zn合金焊料是有利的。其成本比Ag， Cu， Bi， In等低， 而且该合金的共晶点低，具有可用于焊接热敏感电子元器件的优点。但由于Zn 是一种极易氧化的金属，在接触空气的焊料粉末表面形成一种氧化层，使得焊 料粉末的润湿性降低。特别是在使用基于松香的助焊剂制备基于Sn-Zn的焊锡 膏过程中，通过与助焊剂反应产生的悍料粉末表面氧化现象变得更严重，因此 常常发生焊接瑕疵，包括由于焊料润湿性极差形成的空焊和焊锡球。目前，电子行业中用于配制焊锡膏的助焊剂中大多含有卤化物活性剂，其 残留物不仅多而且腐蚀性较大，会严重影响产品的可靠性。同时含卤化合物的 使用对大气臭氧层有严重的破坏作用，给人类的生态环境带来极大破坏，已被 联合国限制生产和使用。因此，随着电子行业的飞速发展以及人类对环保意识的提升，研究无卤素免清洗焊锡膏是焊锡行业发展的必然趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种焊接温度较低的、无卤化物添加的低温无铅高活性焊锡膏。通常用于焊锡膏的松香基助焊剂是通过在溶剂中溶解松香及一种或多种添 加剂如活性剂和触变剂来制备的，然而，活性剂的类型和数量对焊锡膏的焊料 润湿性有极大的影响。本专利技术提供的低温无卤化物高活性焊锡膏是由松香基助焊剂与无铅焊锡粉混合而成，助焊剂包括松香、活性剂、触变剂、溶剂。无铅焊锡粉是Sn-Bi合金 粉末，其中Bi的重量占56 62%，优选Bi的含量为58%;也可以添加金属元 素Ag、 In、 Ge中的一种或几种，优选添加重量百分比2%的Ag;松香基助焊剂 包括重量0.5% 20%的羟基垸胺化合物，羟基垸胺化合物选自乙醇胺、二乙醇 胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或多种混合；松香基助焊剂的重量百分比 为9 15%，其余的为焊料粉末。与Sn-Pb焊料相比，基于Sn的无铅焊料的润湿性很差，加大有机酸活性剂 的用量似乎是有利的。但由于有机酸活性剂和焊料粉末之间的反应导致焊锡膏 粘度迅速增加。结果，焊锡膏很快变得难以印刷而且使用寿命变得极短。除非 通过表面包裹来保护焊料粉末，可以减少活性剂的用量，但会导致润湿性变差。已发现，按照本专利技术，通过向用于混合焊料粉末的基于松香的助焊剂中加 入羟基垸胺化合物，可预防焊料粉末的氧化，并可替代氢卤化物在焊接过程中 清除涂层表面的金属氧化物。其作用原理如下羟基烷胺化合物通常是一类熔点高、沸点高、挥发性很低的有机胺类化物。在焊接过程中，它首先以液态形式覆盖于基于Sn-Bi的焊料粉末表面，有效防止其表面氧化。其次，不同于有机酸与金属氧化物的酸碱反应原理，羟基烷 胺清除金属氧化物的原理是通过络合作用实现的。有机酸与金属氧化物的作用原理可用下列方程式表示 RCOOH+MO ~~^ RCOOM+H20羟基垸胺化合物与金属氧化物的作用原理是通过羟基烷胺化合物分子结构 中N原子的孤对电子与铜、镍等金属离子的空轨道形成配位键，也就是将金属 氧化物转变为可溶解于松香的金属络合物实现了对金属表面氧化层的去除，保 证了合金焊料对镀层的合金化，实现焊接的可靠性。羟基烷胺化合物与金属氧化物的作用原理可用下列方程式表示HNROH+MO ~^ M(NHROH)4(OH)2按照羟基烷胺化合物与金属氧化物的作用原理，对于具有空轨道的金属涂 层(如Cu、 Ni、 Ag、 Zn、 Ir 、 Rh、 Co等)基于含有羟基烷胺化合物的助焊剂 配制的焊锡膏都具有极高的活性，解决无铅焊料合金润湿性不足的缺陷。羟基烷胺化合物为碱性，加到助焊剂中可降低其酸性，并使焊后残留物的 腐蚀性降至最低。存在于基于松香的助焊剂中的羟基烷胺化合物的量为0.5 20%。如果小于 0.5%，在预热过程中不能充分实现预防Sn-Bi焊料合金粉末的表面氧化作用，在 焊接过程不能充分实现清除涂层金属氧化物的作用。如果超过20%，则容易使 助焊剂吸潮而引起表面绝缘阻抗下降。依照本专利技术，在焊锡膏中使用的助焊剂是基于松香的助焊剂，还包含活性 剂、触变剂和溶剂。除了依照本专利技术向助焊剂中加入羟基垸胺以外，助焊剂的 其它组分的类型和数量可与常规的基于松香的助焊剂相同，没有特别的限制。松香可以是天然的或未被改性的，例如浮油松香或木松香，也可以是改性 松香，例如聚合松香、氢化松香、加酸松香，松香酯，或松香改良的树脂。当 然，可以使用它们中的两种或多种。作为活性剂，优选使用是有机二元酸或有机多元酸极其衍生物，例如丁二 酸、苹果酸和柠檬酸等。触变剂可以使用天然的，或者改性的脂肪酸酰胺，例如氢化蓖麻油，乙二 撑双硬脂酰胺等。溶剂的实例是醚类例如二甘醇己醚和二甘醇辛醚，和醇类例如丁基卡必醇 和已基卡必醇。助焊剂中上述组分的量以重量百分比计，例如松香35 60%，活性剂l 20%，触变剂4 10%，溶剂30 50%。依照本专利技术，助焊剂还包含羟基烷胺。 除了上述所提及的组分，助焊剂还可包含一种或多种添加剂，例如表面活性剂、 缓蚀剂等。依照本专利技术，在低温焊锡膏中使用的基于Sn的无铅焊料合金粉末优选Sn-Bi 合金，其中Sn占38 44%， Bi占56 62%，特别是Sn 42Bi 58合金组成，元 素后面的数字表示以重量百分比计的元素含量。为进一步降低焊点的脆性，增 加机械强度，可在Sn-Bi合金中加入Ag、 In、 Ge或类似物。在本专利技术的实施方案中，其中助焊剂包含羟基烷胺化合物，基于在低温焊 锡膏中使用的Sn的无铅焊料合金优选Sn-Bi合金。如前所述，存在于助焊剂中的羟基烷胺化合物对于防止焊料粉末氧化和清除金属氧化层是非常有效的。因 此，当对不含有氢卤化物作为活性剂的助焊剂配方配制的焊锡膏实施该实施方 案时，可获得特别明显的效果。不限定焊料粉末的形状，但通常它是球形粉末，其可用离心雾化方法，气体雾化方法以及超声雾化方法等来制备。焊料粉末的颗粒大小可与常规悍锡膏的相同，通常在约200目~400目，但也可以使用500目或更细的粉末。可选择焊料粉末与助焊剂的混合比率，以获得具有适合印刷或分散的粘度 的焊锡膏。通常，助焊剂是9~15%，其余的为焊料粉末。本专利技术提供了一种基于Sn-Bi的低温无卤化物高活性焊锡膏，即在未添加氢 卤化物，只包含常规适量的有机酸作为活性剂的条件下，可提供一种焊锡膏， 在标准镀层(镀铜)和其它难焊镀层(如镀化学镍)上，其焊锡球的形成受到 抑制，并具有杰出的润湿性，弥补并超过了由于氢卤化物的缺失带来的可焊性 极大降低的缺陷，其焊接温度较低，适合抗热冲击性能较差的电子元器件的焊 接，还可以抑制基于Sn-Bi的低温无卤化物高活性焊锡膏的粘度变化，从而延长 该焊锡膏的使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温无卤化物高活性焊锡膏，是由松香基助焊剂与无铅焊锡粉混合而成的焊锡膏，其特征在于所述松香基助焊剂中含有０．５％～２０％重量百分比的至少一种的羟基烷胺化合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国齐，宣英男，
申请(专利权)人：东莞永安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]