專利名稱：：一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于焊接電子裝置的焊錫膏，特別涉及基于Sn-Bi合金的低溫?zé)o鉛無鹵化物高活性焊錫膏。技術(shù)背景Sn-Pb合金作為焊接材料自古有之。近年來，為了減少鉛及其化合物對生態(tài)環(huán)境的污染，世界各國相繼研發(fā)出用于替代傳統(tǒng)錫鉛焊錫膏的無鉛焊錫膏。其中，含Ag的基于Sn的焊料，例如Sn-Ag和Sn-Ag-Cu合金由于作為無鉛焊料具有相對良好的潤濕性而具有易于操作的優(yōu)點(diǎn)。然而，基于Sn-Ag的無鉛焊料具有約22(TC的熔點(diǎn)，比共晶的Sn-Pb合金的熔點(diǎn)高約3040°C，因此工作溫度也變得相應(yīng)較高，不適合抗熱沖擊性能較差的電子元器件的焊接。從安全和經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，Sn-Zn合金焊料是有利的。其成本比Ag，Cu，Bi，In等低，而且該合金的共晶點(diǎn)低，具有可用于焊接熱敏感電子元器件的優(yōu)點(diǎn)。但由于Zn是一種極易氧化的金屬，在接觸空氣的焊料粉末表面形成一種氧化層，使得焊料粉末的潤濕性降低。特別是在使用基于松香的助焊劑制備基于Sn-Zn的焊錫膏過程中，通過與助焊劑反應(yīng)產(chǎn)生的悍料粉末表面氧化現(xiàn)象變得更嚴(yán)重，因此常常發(fā)生焊接瑕疵，包括由于焊料潤濕性極差形成的空焊和焊錫球。目前，電子行業(yè)中用于配制焊錫膏的助焊劑中大多含有鹵化物活性劑，其殘留物不僅多而且腐蝕性較大，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性。同時(shí)含鹵化合物的使用對大氣臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用，給人類的生態(tài)環(huán)境帶來極大破壞，已被聯(lián)合國限制生產(chǎn)和使用。因此，隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展以及人類對環(huán)保意識的提升，研究無鹵素免清洗焊錫膏是焊錫行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種焊接溫度較低的、無鹵化物添加的低溫?zé)o鉛高活性焊錫膏。通常用于焊錫膏的松香基助焊劑是通過在溶劑中溶解松香及一種或多種添加劑如活性劑和觸變劑來制備的，然而，活性劑的類型和數(shù)量對焊錫膏的焊料潤濕性有極大的影響。本發(fā)明提供的低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏是由松香基助焊劑與無鉛焊錫粉混合而成，助焊劑包括松香、活性劑、觸變劑、溶劑。無鉛焊錫粉是Sn-Bi合金粉末，其中Bi的重量占5662%，優(yōu)選Bi的含量為58%;也可以添加金屬元素Ag、In、Ge中的一種或幾種，優(yōu)選添加重量百分比2%的Ag;松香基助焊劑包括重量0.5%20%的羥基垸胺化合物，羥基垸胺化合物選自乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三異丙醇胺中的一種或多種混合；松香基助焊劑的重量百分比為915%，其余的為焊料粉末。與Sn-Pb焊料相比，基于Sn的無鉛焊料的潤濕性很差，加大有機(jī)酸活性劑的用量似乎是有利的。但由于有機(jī)酸活性劑和焊料粉末之間的反應(yīng)導(dǎo)致焊錫膏粘度迅速增加。結(jié)果，焊錫膏很快變得難以印刷而且使用壽命變得極短。除非通過表面包裹來保護(hù)焊料粉末，可以減少活性劑的用量，但會導(dǎo)致潤濕性變差。已發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明，通過向用于混合焊料粉末的基于松香的助焊劑中加入羥基垸胺化合物，可預(yù)防焊料粉末的氧化，并可替代氫鹵化物在焊接過程中清除涂層表面的金屬氧化物。其作用原理如下羥基烷胺化合物通常是一類熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高、揮發(fā)性很低的有機(jī)胺類化物。在焊接過程中，它首先以液態(tài)形式覆蓋于基于Sn-Bi的焊料粉末表面，有效防止其表面氧化。其次，不同于有機(jī)酸與金屬氧化物的酸堿反應(yīng)原理，羥基烷胺清除金屬氧化物的原理是通過絡(luò)合作用實(shí)現(xiàn)的。有機(jī)酸與金屬氧化物的作用原理可用下列方程式表示RCOOH+MO~~^RCOOM+H20羥基垸胺化合物與金屬氧化物的作用原理是通過羥基烷胺化合物分子結(jié)構(gòu)中N原子的孤對電子與銅、鎳等金屬離子的空軌道形成配位鍵，也就是將金屬氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇芙庥谒上愕慕饘俳j(luò)合物實(shí)現(xiàn)了對金屬表面氧化層的去除，保證了合金焊料對鍍層的合金化，實(shí)現(xiàn)焊接的可靠性。羥基烷胺化合物與金屬氧化物的作用原理可用下列方程式表示HNROH+MO~^M(NHROH)4(OH)2按照羥基烷胺化合物與金屬氧化物的作用原理，對于具有空軌道的金屬涂層(如Cu、Ni、Ag、Zn、Ir、Rh、Co等)基于含有羥基烷胺化合物的助焊劑配制的焊錫膏都具有極高的活性，解決無鉛焊料合金潤濕性不足的缺陷。羥基烷胺化合物為堿性，加到助焊劑中可降低其酸性，并使焊后殘留物的腐蝕性降至最低。存在于基于松香的助焊劑中的羥基烷胺化合物的量為0.520%。如果小于0.5%，在預(yù)熱過程中不能充分實(shí)現(xiàn)預(yù)防Sn-Bi焊料合金粉末的表面氧化作用，在焊接過程不能充分實(shí)現(xiàn)清除涂層金屬氧化物的作用。如果超過20%，則容易使助焊劑吸潮而引起表面絕緣阻抗下降。依照本發(fā)明，在焊錫膏中使用的助焊劑是基于松香的助焊劑，還包含活性劑、觸變劑和溶劑。除了依照本發(fā)明向助焊劑中加入羥基垸胺以外，助焊劑的其它組分的類型和數(shù)量可與常規(guī)的基于松香的助焊劑相同，沒有特別的限制。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、氫化松香、加酸松香，松香酯，或松香改良的樹脂。當(dāng)然，可以使用它們中的兩種或多種。作為活性劑，優(yōu)選使用是有機(jī)二元酸或有機(jī)多元酸極其衍生物，例如丁二酸、蘋果酸和檸檬酸等。觸變劑可以使用天然的，或者改性的脂肪酸酰胺，例如氫化蓖麻油，乙二撐雙硬脂酰胺等。溶劑的實(shí)例是醚類例如二甘醇己醚和二甘醇辛醚，和醇類例如丁基卡必醇和已基卡必醇。助焊劑中上述組分的量以重量百分比計(jì)，例如松香3560%，活性劑l20%，觸變劑410%，溶劑3050%。依照本發(fā)明，助焊劑還包含羥基烷胺。除了上述所提及的組分，助焊劑還可包含一種或多種添加劑，例如表面活性劑、緩蝕劑等。依照本發(fā)明，在低溫焊錫膏中使用的基于Sn的無鉛焊料合金粉末優(yōu)選Sn-Bi合金，其中Sn占3844%，Bi占5662%，特別是Sn42Bi58合金組成，元素后面的數(shù)字表示以重量百分比計(jì)的元素含量。為進(jìn)一步降低焊點(diǎn)的脆性，增加機(jī)械強(qiáng)度，可在Sn-Bi合金中加入Ag、In、Ge或類似物。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，其中助焊劑包含羥基烷胺化合物，基于在低溫焊錫膏中使用的Sn的無鉛焊料合金優(yōu)選Sn-Bi合金。如前所述，存在于助焊劑中的羥基烷胺化合物對于防止焊料粉末氧化和清除金屬氧化層是非常有效的。因此，當(dāng)對不含有氫鹵化物作為活性劑的助焊劑配方配制的焊錫膏實(shí)施該實(shí)施方案時(shí)，可獲得特別明顯的效果。不限定焊料粉末的形狀，但通常它是球形粉末，其可用離心霧化方法，氣體霧化方法以及超聲霧化方法等來制備。焊料粉末的顆粒大小可與常規(guī)悍錫膏的相同，通常在約200目~400目，但也可以使用500目或更細(xì)的粉末?？蛇x擇焊料粉末與助焊劑的混合比率，以獲得具有適合印刷或分散的粘度的焊錫膏。通常，助焊劑是9~15%，其余的為焊料粉末。本發(fā)明提供了一種基于Sn-Bi的低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，即在未添加氫鹵化物，只包含常規(guī)適量的有機(jī)酸作為活性劑的條件下，可提供一種焊錫膏，在標(biāo)準(zhǔn)鍍層(鍍銅)和其它難焊鍍層(如鍍化學(xué)鎳)上，其焊錫球的形成受到抑制，并具有杰出的潤濕性，彌補(bǔ)并超過了由于氫鹵化物的缺失帶來的可焊性極大降低的缺陷，其焊接溫度較低，適合抗熱沖擊性能較差的電子元器件的焊接，還可以抑制基于Sn-Bi的低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏的粘度變化，從而延長該焊錫膏的使用壽命，有利于長時(shí)間印刷。具體實(shí)施方式描述實(shí)施例以進(jìn)一步解釋本發(fā)明。這些實(shí)施例總的來說是解釋性的，而不是限制性的。在實(shí)施例中，如果未指出，百分比表示重量百分比。實(shí)施例13與比較實(shí)施例l2將88.5%的基于Sn-Bi無鉛焊料合金的球形粉末與11.5%的基于松香的助焊劑徹底混合以制備焊錫膏，所述基于Sn-Bi無鉛焊料合金具有以下組成42%的Sn和58M的Bi，所述基于松香的助焊劑具有示于表1的組成。各組分按比例稱量、加熱溶解成均項(xiàng)溶液后，在51(TC下保存?zhèn)溆?。使用上述制備的焊錫膏，在標(biāo)準(zhǔn)熔錫爐中進(jìn)行焊接試驗(yàn)，并評價(jià)釬焊性(潤濕性)和焊錫球的形成，涂層材料分別為鍍銅和鍍化學(xué)鎳。結(jié)果示于表2表1助焊劑配方表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表2結(jié)果可以看出，當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下，在鍍銅材料表面，在空氣中用基于Sn-Bi焊料的低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏進(jìn)行焊接時(shí)(所述焊錫膏依照本發(fā)明使用含羥基垸胺化合物的助焊劑來制備)，在焊錫球的形成量和釬焊性方面，它明顯優(yōu)于比較例1的焊錫膏(助焊劑中不加入羥基烷胺化合物)；在釬焊性方面也優(yōu)于比較例2的焊錫膏，即使該助焊劑中加入氫鹵化物作為活性劑。在難涂層表面(例如在鍍化學(xué)鎳的材料表面上)進(jìn)行焊接時(shí)，在焊錫球的形成量和釬焊性方面明顯高于比較例1和比較例2。此外，羥基垸胺化合物的添加延長了焊錫膏的存放壽命，這是由于不添加氫鹵化物，焊料粉末與酸性物質(zhì)的反應(yīng)程度降低，有效抑制了焊錫膏粘度的變化。盡管關(guān)于優(yōu)選的實(shí)施方案已對本發(fā)明進(jìn)行了具體的描述，這些實(shí)施方案僅僅是解釋而不是限制本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在未脫離權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的范圍的條件下，可對上述實(shí)施方案進(jìn)行各種修改。權(quán)利要求1.一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，是由松香基助焊劑與無鉛焊錫粉混合而成的焊錫膏，其特征在于所述松香基助焊劑中含有0.5％～20％重量百分比的至少一種的羥基烷胺化合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，其特征在于所述的羥基烷胺化合物選自乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三異丙醇胺的一種或多種混合。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，其特征在于所述的無鉛焊錫粉是一種Bi占5662%重量百分比的Sn-Bi合金。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，其特征在于所述的Sn-Bi合金中還添加Ag、In、Ge金屬元素中的一種或多種混合。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，其特征在于所述的Sn-Bi合金中Bi的重量占58%。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，其特征在于所述的金屬元素為Ag，重量占2%。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，其特征在于所述的松香基助焊劑還含有活性劑、觸變劑、溶劑。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，其特征在于其中的松香基助焊劑與無鉛焊錫粉的重量百分比為助焊劑無鉛焊錫粉=915:8591。全文摘要一種低溫?zé)o鹵化物高活性焊錫膏，該焊錫膏含有一種與助焊劑混合的Sn-Bi基無鉛焊錫粉，其中的助焊劑含有0.5％～20％質(zhì)量百分比的至少一種的羥基烷胺。該焊錫膏粘度穩(wěn)定性好，殘留物無色透明，腐蝕性低，并顯示出優(yōu)異的釬焊性，在標(biāo)準(zhǔn)和難焊表面具有良好的可焊性，尤其是焊接溫度較低，適合抗熱沖擊性能較差的電子元器件的焊接。文檔編號B23K35/362GK101327554SQ200810029910公開日2008年12月24日申請日期2008年7月31日優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日發(fā)明者吳國齊,宣英男申請人:東莞永安科技有限公司