專利名稱：：一種含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種焊錫膏，具體地說涉及一種含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。屬于微電子行業(yè)表面組裝
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：近年計算機(jī)、通訊設(shè)備、儀器儀表、家用電器向小型化、高性能、多用途發(fā)展。電子零部件也必然小型化。而表面組裝技術(shù)(SMT)的發(fā)展正是源于微型電子元件及高精密度精細(xì)電子集成芯片的出現(xiàn)。表面組裝技術(shù)(SMT)的焊接方法及所需的焊接材料也發(fā)生變化，所用原材料焊錫膏在表面組裝技術(shù)(SMT)行業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，日益受到電子制造商的重視。傳統(tǒng)的焊錫膏產(chǎn)品由錫鉛悍料粉和焊劑混合均勻組成。其中錫鉛焊料較為常規(guī)，一般為直徑20Wn-45陶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(Sn)63%、(Pb)37o/o或(Sn)620/0、(Pb)36%和(Ag)2%球形粉構(gòu)成;而作為載體介質(zhì)的焊劑一般由樹脂、活化劑、觸變劑、溶劑和添加劑構(gòu)成。近年來，焊錫膏的種類也隨之增多，焊錫膏的選擇不但要配合生產(chǎn)的需要，同時也要注意到副作用的產(chǎn)生及避免不良后果。為了避免含鉛焊錫膏的危害和符合環(huán)保的要求，因此選用無鉛焊錫膏。但是無鉛焊錫膏在從有鉛到無鉛過程中技術(shù)還不成熟，這些無鉛焊錫膏存在許多缺點(diǎn)，如粘附性和印刷性不理想；焊后焊點(diǎn)不飽滿光亮；焊后有明顯的殘留物且殘留物色澤較深，必須用有機(jī)溶劑清洗。隨著表面組裝技術(shù)的興起和越來越廣泛的運(yùn)用，要求焊錫膏具有良好的工藝性能，比如印刷性能良好、焊后焊點(diǎn)飽滿光亮。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的活性劑，由于鹵化物在焊后殘留物較多，具有很大的腐蝕性，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。同時鹵化物對大氣臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的極大破壞，環(huán)保性能較差。中國專利申請(公開號CN101143407A)涉及一種焊錫膏及其制備方法，該焊錫膏組分及各組分的重量百分比含量為；合金焊粉80-90%;有機(jī)溶劑6-8%;有機(jī)酸1-8%;樹脂2-10%;表面活性劑0.2-2%。所述合金焊粉由重量百分比為95.5%-99.5%的錫，重量百分比為0.3%-4%的銀和重量百分比為0.1-0.7%的銅組成。雖然該焊錫膏的助焊劑中不含鹵化物，焊錫膏適應(yīng)性強(qiáng)，焊接后焊點(diǎn)周圍無殘留物，免清洗。但是該該焊錫膏的合金焊粉細(xì)化程度較差，分布不均勻，合金焊粉的延伸率較低，焊錫膏的力學(xué)性能較差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種力學(xué)綜合性能較好的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，該焊錫膏由以下重量百分比的組分組成合金焊粉85%90%，助焊膏10%15%;其中所述的合金焊粉由以下重量百分比的成分組成Ag:1.0%5.0%，Cu:0.1%1.0%，稀土元素0.025°/。1.5%，其余為Sn。本發(fā)明的合金焊粉主要由Sn、Ag、Cu、稀土元素的球形金屬合金粉末組成，粉末的顆粒大小通常在20um45um之間，球形率大于95%。錫銀銅合金焊粉具有耐熱疲勞，潤濕性好，強(qiáng)度大的特點(diǎn)。本發(fā)明在合金焊粉中加入稀土元素對其延伸率和抗拉強(qiáng)度有較大的提高，稀土元素的加入改善合金焊粉的塑性性能，稀土元素可以細(xì)化晶粒，而晶粒細(xì)小，相應(yīng)的應(yīng)力集中較小，晶粒越細(xì)，晶界越多，阻礙作用越大，使接近晶粒界面處產(chǎn)生了阻礙晶體變化的難變形區(qū)。要使其產(chǎn)生滑移，需加較多的力，從而使抗拉強(qiáng)度增加。采用本發(fā)明的Sn-Ag-Cu系焊錫膏對元器件進(jìn)行焊接，焊接后通過對其焊接面截面的斷口進(jìn)行顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)焊接面斷口有明顯的塑性變形，其斷裂幾乎發(fā)生在塑性變形階段，屬于韌性斷裂。這是由于本發(fā)明的Sn-Ag-Cu系焊錫膏中Cu元素含量較低，焊縫中塊狀的Cu6Sn5化合物的數(shù)量減少，改善了焊縫的組織分布，而且稀土元素的加入使組織細(xì)化均勻，改善了合金焊粉的塑性性能，使合金焊粉的斷裂方式發(fā)生了改變，由脆性斷裂向韌性斷裂轉(zhuǎn)化。稀土元素具有很強(qiáng)的親Sn能力，微量的稀土元素與Sn化合，溶入Sn晶格中，優(yōu)先析出，使焊縫的組織得到明顯細(xì)化，進(jìn)一步的改善了焊縫的組織分布，從而使焊縫的力學(xué)性能得到提高。作為優(yōu)選，所述的合金焊粉由以下重量百分比的成分組成Ag:2.0%4.0%，Cu:0.3%0.8%，稀土元素:0.1%1.0%，其余為Sn。在本發(fā)明的焊錫膏中，Ag元素，Cu元素，稀土元素對焊錫膏的存放壽命、延伸率、抗拉強(qiáng)度、釬焊性，印刷性都存在最佳含量，其中Ag元素的優(yōu)選含量為2.0%4.0%，進(jìn)一步優(yōu)選Ag元素的含量為2.5%3.5%;Cu元素的優(yōu)選含量為0.3%0.8%，進(jìn)一步優(yōu)選Cu元素的含量為0.4%0.6%;稀土元素的優(yōu)選含量為0.1%1.0%，進(jìn)一步優(yōu)選稀土元素的優(yōu)選含量為0.3%0.8%。在上述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏中，所述的稀土元素包括由Ce、La、Nb、Pr中的一種或多種元素組成。由于Ce和La稀土元素的化學(xué)性質(zhì)最為活潑，作為優(yōu)選，稀土元素中Ce的百分重量比為30%60%，La的百分重量比為10%40%，Nb的百分重量比為10%20%，Pr的百分重量比為510%，余量為雜質(zhì)。在上述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏中，所述的助焊膏由松香及其衍生物和包括由觸變劑、溶劑、有機(jī)酸活性劑、表面活性劑、抗氧化劑中的一種或多種組成。其中所述的松香及其衍生物由聚合松香、天然脂松香、氫化松香、亞克力松香、馬來松香、歧化松香、部分聚合松香、氫化松香甘油脂、季戊四醇松香酯中一種或多種組成。作為優(yōu)選，所述的松香及其衍生物由聚合松香、氫化松香、亞克力松香、馬來松香中一種或多種組成。本發(fā)明采用松香及其衍生物能有效地清除油污、汗跡、塵埃等阻焊物質(zhì)；能有效地防止被焊接處因暴露在空氣中而被氧化；能有效地增強(qiáng)焊錫熔化后的流動性；焊接完成后，能有效地保護(hù)焊接處均勻地冷卻；松香及其衍生物沒有腐蝕性，也沒有吸濕性，使用后容易被清除干凈；電氣絕緣性好，價格低廉。其中所述的觸變劑由氫化蓖麻油、高嶺土、改性氫化蓖麻油中的一種或多種組成。加入上述觸變劑后，可以使焊錫膏在靜止時有較高粘度，在外力作用時變成低粘度，提高了焊膏的印刷性能。其中所述的溶劑由四氫糠醇、二甘醇乙醚、丙二醇甲醚、2-乙基-1，3-乙二醇、二甘醇二丁醚、聚乙二醇二丁醚、2_甲基-己二醇中的一種或多種組成。作為優(yōu)選，所述的溶劑由四氫糠醇、二甘醇乙醚、丙二醇甲醚、2-乙基-1，3-乙二醇中的一種或多種組成。上述溶劑有較強(qiáng)的溶解能力，較高的揮發(fā)點(diǎn)，能使焊錫膏中的有效成分完全溶解，便于焊錫膏粘度的調(diào)整，使焊錫膏性能更穩(wěn)定，保質(zhì)期延長。其中所述的有機(jī)酸活性劑由丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、水楊酸、苯二甲酸、十六酸、十八酸、消旋蘋果酸中的一種或多種組成。作為優(yōu)選，所述的有機(jī)酸活性劑由丁二酸、癸二酸、十六酸、十八酸、消旋蘋果酸中的一種或多種組成。上述活性劑能有效去除焊盤上的氧化層，使元件焊接強(qiáng)度增強(qiáng)、焊點(diǎn)光亮。其中所述的表面活性劑由乳化劑op-io、三乙醇胺中的一種或兩種組成。特別是采用乳化劑0P-10后，改善了焊錫膏在焊盤上的流動性，使焊錫膏的擴(kuò)展率得到較大提高。其中所述的抗氧化劑為苯并三唑。活性劑去除氧化層后，抗氧化劑苯并三唑可抑制活性劑進(jìn)一步與焊盤作用，防止焊盤再腐蝕氧化。本發(fā)明通過合金焊粉與助焊膏的合理配伍制成的焊錫膏粘度適中，能夠獲得較好的印刷性能，焊錫膏表面氧化膜較薄，表面積比球形較小，焊接后不易產(chǎn)生焊錫球。由于助焊劑之間配伍合理，細(xì)密的印刷圖形不容易塌邊，焊接后不容易產(chǎn)生殘留焊粉顆粒。本發(fā)明的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏的制備方法如下所示將松香及其衍生物和包括有機(jī)活性劑、表面活性劑、溶劑、抗氧化劑中的一種或多種成分加入中容器中加熱，在不高于100"C的溫度下，攪拌溶解，然后冷卻至室溫。加入觸變劑，高速分散至7(TC左右，冷卻至室溫，得到助焊膏。再將助焊膏與合金焊粉按照其重量百分比攪拌均勻，即得到含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏由于添加一定量的稀土元素，使得焊錫膏具有優(yōu)異的力學(xué)綜合性能，印刷性、釬焊性和穩(wěn)定性。2、本發(fā)明的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏的成分配伍合理，不含鹵素，解決了鹵素對焊后可焊性造成的影響，焊后殘留物少，免清洗，環(huán)保無毒，成本較低，具有很強(qiáng)的市場競爭力。3、本發(fā)明的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏還具有良好的強(qiáng)度、抗疲勞特性和塑性、有優(yōu)越的溶解性和持續(xù)性，有球面形狀，存放壽命較長。作進(jìn)一步具體的說明；但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。表l:實(shí)施例1-5中助焊膏成分的重量份名稱實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5氫化松香3020253015壓克力松香817.81007聚合樹脂00403.36.5馬來松香000100氫化蓖麻油203高嶺土1210改性氫化蓖麻油00223四氫糠醇2010020二甘醇乙醚201020250丙二醇甲醚251010252-乙基-1，3-乙二醇0510510丁二酸320葵二酸02022十六酸10312十八酸之0202消旋蘋果酸10212OP-IO0.50110.5三乙醇胺0.5100.51苯并三唑11.211.21表2:實(shí)施例1-5中合金焊粉中成分的重量百分比成分(^3\^12345Ag2%3%4%5%3%Cu1.0%0.2%0.5%0.8%0.6%稀土元素1.0%0.8%0.025%0.25%0.5Sn余量余量余量余量余量其中實(shí)施例1中所述的稀土元素為Ce，實(shí)施例2中所述的稀土元素中Ce的百分重量比為40%，La的百分重量比為20%，Nb的百分重量比為15%，Pr的百分重量比為8%，余量為雜質(zhì)。實(shí)施例3中所述的稀土元素中Ce的百分重量比為30%，U的百分重量比為40%，Nb的百分重量比為10%，Pr的百分重量比為10%，余量為雜質(zhì)。實(shí)施例4中所述的稀土元素中Ce的百分重量比為50%，U的百分重量比為50%。實(shí)施例5中所述的稀土元素中Ce的百分重量比為60%，La的百分重量比為20%，Nb的百分重量比為20%。實(shí)施例l中所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏的制備方法為按表1中實(shí)施例1的重量份稱取助焊膏成分，將松香及其衍生物、有機(jī)酸活性劑、表面活性劑、溶劑、抗氧化劑物料依次加入到容器中進(jìn)行加熱，在溫度不高于IO(TC的條件下，攪拌溶解，然后冷卻至室溫。加入觸變劑，高速分散至7(TC，然后冷卻至室溫，得到助焊膏。再將按重量百分比為12.5%的助焊膏與按重量百分比為87.5%的合金焊粉攪拌均勻，即得實(shí)施例1所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。實(shí)施例2中所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏的制備方法為按表1中實(shí)施例2的重量份稱取助焊膏成分，其余工藝同實(shí)施例l，不再贅述，得到助焊膏。再將按重量百分比為11.5%的助焊膏與按重量百分比為88.5%的合金焊粉攪拌均勻，即得實(shí)施例2所述的含稀土無卣素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。實(shí)施例3中所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏的制備方法為按表1中實(shí)施例3的重量份稱取助焊膏成分，其余工藝同實(shí)施例l，不再贅述，得到助焊膏。再將按重量百分比為10.5%的助焊膏與按重量百分比為89.5%的合金焊粉攪拌均勻，即得實(shí)施例3所述的含稀土無^素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。實(shí)施例4中所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏的制備方法為按表1中實(shí)施例4的重量份稱取助焊膏成分，其余工藝同實(shí)施例l，不再贅述，得到助焊膏。再將按重量百分比為13.5%的助焊膏與按重量百分比為86.5%的合金焊粉攪拌均勻，即得實(shí)施例4所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。實(shí)施例5中所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系悍錫膏的制備方法為按表1中實(shí)施例5的重量份稱取助焊膏成分，其余工藝同實(shí)施例l，不再贅述，得到助焊膏。再將按重量百分比為14.5%的助焊膏與按重量百分比為85.5%的合金焊粉攪拌均勻，即得實(shí)施例5所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。對比例1采用的合金焊粉的成分為Sn-3.5Ag-0.7Cu，助焊膏是由現(xiàn)有普通的樹脂，活性劑，觸變劑，穩(wěn)定劑和具有一定沸點(diǎn)的溶劑組成，再將按重量百分比為12.5%的助焊膏與按重量百分比為87.5%的合金焊粉攪拌均勻，即得焊錫膏。然后對本發(fā)明實(shí)施例1-5制得的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏在應(yīng)用過程中對其存放壽命、焊錫球、釬焊性能以及塌邊性進(jìn)行定性或定量檢測，檢測后的結(jié)果如表3所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表3可以看出本發(fā)明的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏不僅具有良好的釬焊性和印刷后不易塌邊性等性能。存放壽命較長，焊接后沒有或只要少量焊錫球。然后對本發(fā)明實(shí)施例1-5制得的低銀無鹵素焊錫膏和對比例1制得的焊錫膏在應(yīng)用過程中對其最大載荷，延伸率等綜合力學(xué)性能進(jìn)行定量或定性檢測，檢測后的結(jié)果如表4所示<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表4可以看出本發(fā)明制得的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏還具有良好的力學(xué)綜合性能和塑性。本發(fā)明中所描述的具體實(shí)施例僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管對本發(fā)明已作出了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實(shí)施例，但是對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。權(quán)利要求1、一種含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，該焊錫膏由以下重量百分比的組分組成合金焊粉85％～90％，助焊膏10％～15％；其中所述的合金焊粉由以下重量百分比的成分組成Ag1.0％～5.0％，Cu0.1％～1.0％，稀土元素0.025％～1.5％，其余為Sn。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的合金焊粉由以下重量百分比的成分組成-Ag:2.0%4.0%，Cu:0.3%0.8%，稀土元素:0.1%1.0%，其余為Sn。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的稀土元素包括由Ce、La、Nb、Pr中的一種或多種元素組成。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的助焊膏由松香及其衍生物和包括由觸變劑、溶劑、有機(jī)酸活性劑、表面活性劑、抗氧化劑中的一種或多種組成。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的松香及其衍生物由聚合松香、天然脂松香、氫化松香、歧化松香、部分聚合松香、氫化松香甘油脂、季戊四醇松香酯中一種或多種組成。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的觸變劑由氫化蓖麻油、高嶺土、改性氫化蓖麻油中的一種或多種組成。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的溶劑由四氫糠醇、二甘醇乙醚、丙二醇甲醚、2-乙基-1，3-乙二醇、二甘醇二丁醚、聚乙二醇二丁醚、2-甲基-己二醇中的一種或多種組成。8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的有機(jī)酸活性劑由丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、水楊酸、苯二甲酸、十六酸、十八酸、消旋蘋果酸中的一種或多種組成。9、根據(jù)權(quán)利要求4所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的表面活性劑由乳化劑OP-10、三乙醇胺中的一種或兩種組成。10、根據(jù)權(quán)利要求4所述的含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，其特征在于所述的抗氧化劑為苯并三唑。全文摘要本發(fā)明提供了一種含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏。它解決了現(xiàn)有焊錫膏產(chǎn)品含有鹵化物，環(huán)保性能較差、力學(xué)性能差的問題。本含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏，由以下重量百分比的組分組成合金焊粉85％～90％，助焊膏10％～15％；其中合金焊粉由以下重量百分比的成分組成Ag1.0％～5.0％，Cu0.1％～1.0％，稀土元素0.025％～1.5％，其余為Sn。本含稀土無鹵素Sn-Ag-Cu系焊錫膏環(huán)保無毒，成本低，穩(wěn)定性高，具有良好的強(qiáng)度、抗疲勞特性和塑性、有優(yōu)越的溶解性和持續(xù)性。文檔編號B23K35/22GK101642855SQ20091010193公開日2010年2月10日申請日期2009年8月19日優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日發(fā)明者余洪桂,婷劉,甘洋生,建羅,勇鄧申請人:浙江一遠(yuǎn)電子材料研究院