一种水洗低温无铅锡膏及其制备方法与流程

1.本发明涉及b23k，更具体地，本发明涉及一种水洗低温无铅锡膏及其制备方法。


背景技术：

2.在电子器件焊接过程中，如果温度较高，如在200℃以上，会损害电子器件的结构，故需要进行低温焊接，而目前广泛使用的含铅焊料存在环境污染等问题，故需要发展更环保的焊料，如锡铋焊料。
3.cn108620764a公开了一种低温软钎焊接用焊膏，焊膏包括焊料和助焊剂，焊料为60-80％，助焊剂为20-40％，焊料为熔点低于180℃的金属粉末，钎焊接头的抗腐蚀性强，绝大部分的助焊剂会蒸发或升华，避免残留助焊剂。
4.但当使用锡铋焊料时，较高的铋含量造成容易氧化，对助焊剂的活性要求较高，且存在回流塌落，以及在回流焊过程中溅射出锡珠等问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种水洗低温无铅锡膏，所述锡膏的制备原料包括焊料和助焊剂，重量比为84～91：16～9。
6.通过使用锡和铋为主要成分的焊料，发明人发现，具有较低的熔点和抗疲劳性能，可用于低温焊接中，但铋高的氧化性对助焊剂去除氧化膜的活性提出更高的要求，且在回流焊和冷却过程中，随着焊膏中助焊剂的挥发和铋和锡的相分离和收缩等问题，会造成锡珠的形成和焊点的塌落，故需要控制焊料和组成以及和助焊剂的作用，促进得到光亮，铺平的焊点。在一种实施方式中，焊料的成分按重量百分数计，包括50～60wt％铋和余量的锡；所述焊料的熔点小于150℃。
7.在一种实施方式中，所述焊料的成分还包括微量元素，所述微量元素占焊料的重量百分数小于等于2wt％，可列举的有，0.5wt％、1wt％、1.2wt％、1.5wt％、2wt％。微量元素选自银、铜、铝、镓中的一种或多种。作为焊料的实例，可列举的有，sn42％bi58％、sn42％bi57％ag1％、sn42bi57cu1合金粉末等，不做具体限定。
8.在一种实施方式中，所述助焊剂的制备原料包括多元酸、铵盐、松香树脂和溶剂，重量比为8～15：7～12：45～55：20～45，优选为8～15：7～12：45～55：20～35。
9.为了提高焊膏活性，发明人发现，可添加二元酸和少量四元酸共同作用。在一种实施方式中，所述多元酸包括二元酸和四元酸，重量比为3～6：1，可列举的有，3：1、4：1、5：1、6：1。作为二元酸的实例，可列举的有，乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、辛二酸、戊二酸、庚二酸。作为四元酸的实例，可列举的有，乙二胺四乙酸、乙二胺四丙酸、1,3-丙二胺四乙酸。
10.在一种实施方式中，所述二元酸包括c2～c3二元酸和c4～c8二元酸，重量比为1：2～4。
11.为了进一步提高低温活性和清洗性，发明人发现，可添加铵盐，相比于分别添加吡啶、烷基胺，如三乙胺，和有机酸等，铵盐的添加一方面提高回流焊稳定性的同时，发明人发
现，还促进了树脂对焊料合金粉的包覆，减少锡珠或者塌陷等问题，促进去除焊膏和基材的氧化层，得到高润湿和光亮的焊点，在一种实施方式中，所述铵盐选自吡啶铵盐、烷基铵盐、吡唑铵盐中的一种或多种。在一种实施方式中，所述铵盐的制备原料包括吡啶、烷基胺、吡唑中的至少一种，和有机酸，摩尔比为1：0.8～1.1。
12.发明人发现，当添加吡啶，如羟基吡啶时，相比于烷基胺，如三乙胺等作为铵盐原料，得到的铵盐可更均一和多元酸、松香树脂和溶剂熔融共混，进一步促进焊点的稳定。在一种实施方式中，所述吡啶为羟基吡啶、羧基吡啶、巯基吡啶中的一种或多种，可列举的有，4-羟基吡啶、2-羟基吡啶、2-甲基-4-羧基吡啶、2-羧酸吡啶。
13.在一种实施方式中，所述有机酸选自羟基有机酸、巯基有机酸、酯基有机酸中的一种或多种，可列举的有，苹果酸、酒石酸、柠檬酸。
14.本发明所述铵盐通过酸碱成盐得到，不对反应条件作具体限定，如将铵盐的制备原料在200～220℃熔融，或者在水溶液，45～55℃反应成盐，当熔融成盐时，随着原料全部熔融，得到一体结构，而当水溶液成盐时，随着水分挥发，会出现铵盐结晶，经过滤后得到。本发明酸碱成盐在氮气、氩气等惰性气氛下反应。
15.在一种实施方式中，所述松香树脂选自氢化松香、歧化松香、氢化松香醇中的一种或多种，优选为氢化松香醇。
16.在一种实施方式中，所述溶剂包括水溶性溶剂和油溶性溶剂，重量比为(1.5～2.5)：1。
17.在一种实施方式中，所述水溶性溶剂选自醇醚、醇酯、烷基醇中的一种或多种，作为醇醚的实例，可列举的有，二乙二醇单丁醚、二乙二醇甲醚、二丙二醇单丁醚、四乙二醇单甲醚，作为醇酯的实例，可列举的有，三羟甲基丙烷辛癸酸酯、季戊四醇油酸酯；作为烷基醇的实例，可列举的有，丁醇。
18.在一种实施方式中，所述油溶性溶剂选自桉树油、松针油、松节油、松油醇中的一种或多种。
19.在一种实施方式中，所述助焊剂还包括表面活性剂，所述多元酸和表面活性剂的重量比为8～15：1～4。作为表面活性剂的实例，可列举的有，异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚。
20.本发明第二个方面提供了一种所述的水洗低温无铅锡膏的制备方法，包括：将焊料和助焊剂混合，得到所述锡膏。
21.在一种实施方式中，所述的水洗低温无铅锡膏的制备方法，包括：
22.助焊剂制备：将助焊剂的制备原料在110～170℃混合、冷却，得到所述助焊剂；本发明助焊剂制备原料的加入温度根据原料的沸点或分解温度确定，不做具体限定。
23.锡膏制备：将焊料和助焊剂混合，得到所述锡膏。
24.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
25.(1)本发明提供的锡膏通过选择低熔点的焊料，并控制助焊剂的选择，可用于低温焊接，减少焊接能耗。
26.(2)通过添加合适铵盐和多元酸、溶剂、松香树脂等作用，得到的锡膏用于回流焊时，具有良好的低温焊接效果，得到的焊点光滑具有光泽，具有高的润湿性能。
27.(3)本发明焊接后残留在焊点周围的助焊剂可通过纯水快速清洗完全，改善生产
环境、降低生产成本。
附图说明
28.图1为实施例1提供的锡膏焊接、清洗后的图片。
29.图2为实施例4提供的锡膏焊接、清洗后的图片。
具体实施方式
30.实施例
31.实施例1
32.本例提供一种水洗低温无铅锡膏，所述锡膏的制备原料包括焊料和助焊剂，重量比为88：12，所述焊料为sn42％bi58％，所述助焊剂的制备原料包括多元酸、铵盐、松香树脂、溶剂、表面活性剂，重量比为10：9：50：28：3，所述多元酸包括二元酸和乙二胺四乙酸，重量比为4：1，所述二元酸包括丙二酸和戊二酸，重量比为1：3，所述铵盐的制备原料包括2-羟基吡啶和柠檬酸，摩尔比为1：0.99，所述铵盐通过铵盐的制备原料在水溶液，50℃反应成盐制备得到，所述松香树脂为氢化松香醇，所述溶剂包括二乙二醇甲醚和松油醇，重量比为1.8：1，所述表面活性剂为异辛醇聚氧乙烯醚。
33.本例还提供如上所述的水洗低温无铅锡膏的制备方法，包括：
34.助焊剂制备：将戊二酸和乙二胺四乙酸、铵盐、松香树脂、溶剂、表面活性剂在160℃混合后，降温至120℃，加入丙二酸混合，保温5min后，冷却得到所述助焊剂；
35.锡膏制备：将焊料和助焊剂混合，得到所述锡膏。
36.实施例2
37.本例提供一种水洗低温无铅锡膏，所述锡膏的制备原料包括焊料和助焊剂，重量比为91：9，所述焊料为sn42％bi57％ag1％，所述助焊剂的制备原料包括多元酸、铵盐、松香树脂、溶剂、表面活性剂，重量比为14：11：48：23：4，所述多元酸包括二元酸和乙二胺四丙酸，重量比为3：1，所述二元酸包括丙二酸和丁二酸，重量比为1：4，所述铵盐的制备原料包括4-羟基吡啶和柠檬酸，摩尔比为1：0.8，所述铵盐通过铵盐的制备原料在210℃熔融，所述松香树脂为氢化松香醇，所述溶剂包括二乙二醇单丁醚和松油醇，重量比为2.5：1，所述表面活性剂为异辛醇聚氧乙烯醚。
38.本例还提供如上所述的水洗低温无铅锡膏的制备方法，包括：
39.助焊剂制备：将丁二酸和乙二胺四丙酸、铵盐、松香树脂、溶剂、表面活性剂在160℃混合后，降温至120℃，加入丙二酸混合，保温5min后，冷却得到所述助焊剂；
40.锡膏制备：将焊料和助焊剂混合，得到所述锡膏。
41.实施例3
42.本例提供一种水洗低温无铅锡膏，所述锡膏的制备原料包括焊料和助焊剂，重量比为84：16，所述焊料为ssn42bi57cu1，所述助焊剂的制备原料包括多元酸、铵盐、松香树脂、溶剂、表面活性剂，重量比为8：7：55：28：2，所述多元酸包括二元酸和乙二胺四乙酸，重量比为3：1，所述二元酸包括丙二酸和己二酸，重量比为1：2，所述铵盐的制备原料包括2-羟基吡啶和柠檬酸，摩尔比为1：1.1，所述铵盐通过铵盐的制备原料在水溶液，45℃反应成盐制备得到，所述松香树脂为氢化松香醇，所述溶剂包括二丙二醇单丁醚和松油醇，重量比为
1.5：1，所述表面活性剂为异辛醇聚氧乙烯醚。
43.本例还提供如上所述的水洗低温无铅锡膏的制备方法，包括：
44.助焊剂制备：将己二酸和乙二胺四乙酸、铵盐、松香树脂、溶剂、表面活性剂在160℃混合后，降温至120℃，加入丙二酸混合，保温5min后，冷却得到所述助焊剂；
45.锡膏制备：将焊料和助焊剂混合，得到所述锡膏。
46.实施例4
47.本例提供一种水洗低温无铅锡膏，所述锡膏的制备原料包括焊料和助焊剂，重量比为88：12，所述焊料为sn42％bi58％，所述助焊剂的制备原料包括多元酸、铵盐、松香树脂、溶剂、表面活性剂，重量比为10：9：50：28：3，所述多元酸包括二元酸和乙二胺四乙酸，重量比为4：1，所述二元酸包括丙二酸和戊二酸，重量比为1：3，所述铵盐的制备原料包括三乙胺和柠檬酸，摩尔比为1：0.99，所述铵盐通过铵盐的制备原料在水溶液，50℃反应成盐制备得到，所述松香树脂为氢化松香醇，所述溶剂包括二乙二醇甲醚和松油醇，重量比为1.8：1，所述表面活性剂为异辛醇聚氧乙烯醚。
48.本例还提供如上所述的水洗低温无铅锡膏的制备方法，包括：
49.助焊剂制备：将戊二酸和乙二胺四乙酸、铵盐、松香树脂、溶剂、表面活性剂在160℃混合后，降温至120℃，加入丙二酸混合，保温5min后，冷却得到所述助焊剂；
50.锡膏制备：将焊料和助焊剂混合，得到所述锡膏。
51.性能评价
52.1、低温焊接性：在铜片上印刷锡膏，经过120℃5分钟，180℃5分钟焊接后，观察焊接过程中锡膏的铺展情况，发现实施例1～3提供的锡膏会熔化成完整的一块均匀铺展在铜片上，而不会收缩成球，得到的焊点平铺在铜片上，铺展大小均匀。
53.2、清洗性：在每个铜片上印刷锡膏，经过120℃5分钟，180℃5分钟焊接后，在50℃的纯水中超声清洗3分钟，观察助焊剂残留和焊点光滑和光泽程度，其中实施例1结果如图1所示，发现助焊剂残留全部清洗干净，且得到焊点光滑具有光泽，且焊接清洗后得到的多个焊点尺寸均一，其中实施例2、3也同样无助焊剂残留，得到的焊点光滑富有光泽，尺寸规整均一；而实施例4提供的焊膏经焊接和清洗后，发现焊点表面存在多个锡珠，且表面不平整光滑。
54.由测试结果可知，本发明提供的锡膏可用于低温焊接，避免高锑焊料对焊点的影响，具有高的活性和润湿性，且经纯水清洗即可清洗完全。