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1、(10)申请公布号 CN 103071944 A (43)申请公布日 2013.05.01 CN 103071944 A *CN103071944A* (21)申请号 201310041941.5 (22)申请日 2013.02.04 B23K 35/26(2006.01) B23K 35/363(2006.01) B23K 35/40(2006.01) (71)申请人 江苏科技大学 地址 212003 江苏省镇江市梦溪路 2 号 (72)发明人 王小京 张义宾 陈钦 刘宁 陈云霞 邵辉 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 楼高潮 (54) 发明名称 一种。
2、无卤低飞溅焊锡丝及其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种无卤低飞溅焊锡丝及其制 备方法, 所述焊锡丝按质量百分比含量由组分 : 焊料为 97.4%98.2%, 助焊剂为 1.82.6% 组成, 其中, 所述焊料为 Sn-0.7Cu, Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-0.3Ag-0.7Cu 中任一种 ; 所述助焊剂按质量 百分比含量由组分 : 橡胶为 1222%, 有机酸为 6.58.5%, 苯丙三氮唑为 2%, 咪唑类物质为 2%, 抗 氧化油为 3%, 复合型活性剂为 3.54.5%, 余量为 松香组成。制备方法是先按配比制备助焊剂, 然 后通过挤丝、 拉丝和绕丝工序得到焊锡丝。。
3、本发 明的焊锡丝的特性指标均满足 JIS-Z-3197 以及 IPC-TM-650 标准要求。焊后焊点光亮饱满, 气味 小、 飞溅少、 绿色环保。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103071944 A CN 103071944 A *CN103071944A* 1/1 页 2 1. 一种无卤低飞溅焊锡丝, 其特征在于, 所述焊锡丝按质量百分比含量由组分 : 焊料 为 97.4%98.2%, 助焊剂为 1.82.6% 组成, 其中。
4、, 所述焊料为 Sn-0.7Cu, Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-0.3Ag-0.7Cu 中任一种 ; 所述助焊剂按质量百分比含量由组分 : 橡胶为 1222%, 有 机酸为 6.58.5%, 苯丙三氮唑为 2%, 咪唑类物质为 2%, 抗氧化油为 3%, 复合型活性剂为 3.54.5%, 余量为松香组成, 各个组分的质量百分比含量之和为 100%。 2. 根据权利要求 1 所述的一种无卤低飞溅焊锡丝, 其特征在于, 所述的松香为氢化松 香与聚合松香的组合, 其组合比例为松香为氢化松香 : 聚合松香 =1 :(0.8 1.1) 。 3. 根据权利要求 1 所述的一种无卤低飞溅焊锡丝, 。
5、其特征在于, 所述的有机酸为乙 二酸、 乙二酸盐、 丁二酸的组合, 其组合比例为乙二酸 : 乙二酸盐 : 丁二酸 =1 :(1.26) : (1.26) 。 4. 根据权利要求 1 所述的一种无卤低飞溅焊锡丝, 其特征在于, 所述的咪唑类物质为 乙基咪唑或甲基咪唑。 5. 根据权利要求 1 所述的一种无卤低飞溅焊锡丝, 其特征在于, 所述的复合型活性剂 为 AK218 活性剂。 6. 一种如权利要求 1 所述的无卤低飞溅焊锡丝的制备方法, 其特征在于, 所述制备方 法包括如下步骤 : 步骤 1、 助焊剂制备 : 将助焊剂配方中的松香均匀加热至 1705, 待全部熔清后, 加 入其余助焊剂物料,。
6、 搅拌至所有物料溶解, 外观为均一清透液体, 加热时间为 1205 分钟, 然后将加热熔化的助焊膏用 100 目过滤网过滤后倒入挤丝机的助焊剂桶中 90 100保 温, 气压设定范围为 0.10.4MPa ; 步骤 2、 挤丝 : 按焊锡丝的设计要求将选用的棒状焊料安装在挤丝机上, 设定挤丝机挤 丝温度为 70 110、 挤丝机转速为 300320rpm, 按丝径为 10mm 调节挤丝孔径和与焊料 相配比的助焊剂的质量百分比含量, 然后进行挤丝 ; 步骤 3、 拉丝绕丝 : 将步骤 2 挤得的焊锡丝采用大拉、 中拉和小拉三道工序后绕丝获得 焊锡丝成品, 其中大拉设定拉丝机转速为 1000 13。
7、00rpm, 拉丝直径为拉丝线速度 为 0.0050.007m/s ; 中拉设定拉丝机为转速 900 1200rpm, 拉丝直径为拉丝线 速度为 0.50.9m/s ; 小拉设定拉丝机转速为 200300rpm, 拉丝直径为拉丝线速度 为 25m/s。 权 利 要 求 书 CN 103071944 A 2 1/4 页 3 一种无卤低飞溅焊锡丝及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于电子焊接材料技术领域, 涉及一种焊锡丝, 更具体是涉及一种无卤低 飞溅焊锡丝及其制备方法。该焊锡丝满足 REACH38 项、 RoHS6 项的要求, 焊锡丝性能指标符 合 IPC、 JIZ 相关标准。 背景技术 。
8、0002 目前的电子封装行业在二级封装层面基本实现了从有铅到无铅的转变, 由于普遍 使用的锡铜、 锡银铜系焊料的熔点较高、 易氧化等特点, 而现有的焊锡丝用助焊剂基本是沿 用原有的助焊剂体系。其特点是助焊剂含有卤素、 焊后残留发硬, 甚至出现脆性裂纹。 0003 然而, 随着人们环保意识的加强, REACH、 RoHS 等指令和要求对于助焊剂卤素、 高关 注度物质等进行限制, 从而给焊锡丝产品提出了新的要求。目前在市场上出现的为数不多 的无卤锡丝产品中, 扩展率、 飞溅特性一直难以满足业内需求。对于锡丝而言, 在使用过程 中考虑最大的问题就在于气味、 烟尘、 飞溅、 效率、 焊后可靠性。这些问。
9、题中, 焊锡丝的飞溅 一直是产品开发中很难解决的一个方面。目前行业内所用焊锡丝普遍存在飞溅个数多、 飞 溅点数大、 飞溅中助焊剂夹杂焊料金属的问题。 0004 为了满足电子工业发展的无卤化新需求, 各焊料公司、 研究院所、 高校均在该领域 进行了探索, 并推出最新研究成果, 比如 : 授权公告号为 CN201988854U 的实用新型专利采 用侧面三开口的方法, 即在锡层上呈 120均匀开口, 使焊锡丝在高温焊接过程中助焊剂和 锡层的压力释放得更为均匀有效, 实现对焊锡丝飞溅性的改善, 但此方法增加了一道生产 工艺, 需增加额外设备、 人员来实现飞溅特性上的改善。申请公布号为 CN102284。
10、809A 的专 利名为 “锡丝芯用无卤免清洗助焊剂” , 它的配方特色之处在于使用草酸亚锡作为活化剂, 配合有机酸实现活性体系的完备作用。然而, 该专利未对焊锡丝的电迁移特性进行描述, IPC 标准要求达到 1 以上, 所以锡丝中基本不添加含有任何金属离子的物质, 以防在后续 性能测试中未能达标 ; 此外, 申请公布号为 CN102248317A、 CN102357746A 的两个发明专利, 分别公布了两款均适合锡铜焊料 (后者也适合锡银铜) 的无卤锡丝, 其最大不同在于各自的 表面活性剂。以上三款锡丝均含大量有机溶剂, 其中后两款辅以聚乙二醇或粘度调节剂来 实现助焊剂常温下呈固态。 含有有机。
11、溶剂的焊锡丝在生产成焊锡丝的过程中一般优选的助 焊剂含量为3%, 而多量的助焊剂会增加焊接过程的飞溅。 本发明则通过有机酸、 橡胶等的使 用控制焊接过程中气泡的产生, 以优选的 2% 助焊剂含量在保证焊接活性的基础上, 实现了 焊锡丝焊后残留、 烟尘、 飞溅特性的改善。 同时注意焊锡丝扩展率, 高温液态流动性, 保证焊 接效率的提高。 发明内容 0005 本发明的目的是为了克服上述现有锡丝助焊剂中存在的卤素问题、 焊接过程的烟 尘对人体的危害问题、 焊接效率问题以及锡丝的飞溅问题, 提供一种性能达标, 绿色环保的 无卤低飞溅焊锡丝及其制备方法。 说 明 书 CN 103071944 A 3 2。
12、/4 页 4 0006 为实现上述目的, 本发明采取的技术方案是 : 0007 一种无卤低飞溅焊锡丝, 包括焊料和助焊剂, 所述焊锡丝按质量百分比含量 由组分 : 焊料为 97.4%98.2%, 助焊剂为 1.82.6% 组成, 其中, 所述焊料为 Sn-0.7Cu, Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-0.3Ag-0.7Cu 中任一种 ; 所述助焊剂按质量百分比含量由组分 : 橡胶 为 1222%, 有机酸为 6.58.5%, 苯丙三氮唑为 2%, 咪唑类物质为 2%, 抗氧化油为 3%, 复合型 活性剂为 3.54.5%, 余量为松香组成, 各个组分的质量百分比含量之和为 100%。 0。
13、008 上述所述的松香为氢化松香与聚合松香的组合, 其组合比例为松香为氢化松香 : 聚合松香 =1 :(0.81.1) 。 0009 上述所述的有机酸为乙二酸、 乙二酸盐、 丁二酸的组合, 其组合比例为乙二酸 : 乙 二酸盐 : 丁二酸 =1 :(1.26) :(1.26) 。 0010 上述所述的咪唑类物质为乙基咪唑或甲基咪唑。 0011 上述所述的复合型活性剂为 AK218 活性剂。 0012 本发明的一种无卤低飞溅焊锡丝的制备方法, 包括如下步骤 : 0013 步骤 1、 助焊剂制备 : 将助焊剂配方中的松香均匀加热至 1705, 待全部熔清 后, 加入其余助焊剂物料, 搅拌至所有物料溶。
14、解, 外观为均一清透液体。加热时间不能超过 1205分钟, 否则助焊剂不予使用。 加热完后即进行过滤, 将加热熔化的助焊膏用100目过 滤网过滤后倒入挤丝机的助焊剂桶中 90100保温, 气压设定范围为 0.10.4MPa ; 0014 步骤 2、 挤丝 : 按焊锡丝的设计要求将选用的棒状焊料安装在挤丝机上, 设定挤丝 机挤丝温度为70110、 挤丝机转速为300320rpm, 按丝径为10mm调节挤丝孔径和与焊 料相配比的助焊剂的质量百分比含量, 然后进行挤丝 ; 0015 步骤 3、 拉丝绕丝 : 将步骤 2 挤得的丝采用大拉、 中拉和小拉三道工序后绕丝获得 焊锡丝成品, 其中大拉设定拉丝。
15、机转速为 10001300rpm, 拉丝直径为 5mm, 拉丝线速度为 0.0050.007m/s ; 中拉设定拉丝机为转速9001200rpm, 拉丝直径为2.16mm, 拉丝线速 度为 0.50.9m/s ; 小拉设定拉丝机转速为 200300rpm, 拉丝直径为 0.8mm 拉丝线速度为 25m/s。 0016 本发明的一种无卤低飞溅焊锡丝具有以下几方面的特点和有益效果 : 0017 1, 在配方中不含有任何游离态或者化合态的卤素离子, 实现了真正意义上的无卤 (无卤标准 : Br 900ppm;Cl 900ppm;Br+Cl 1500ppm) 。焊接过程中气味小、 飞溅少、 改 善焊接。
16、环境。 0018 2, 采用橡胶来调节焊接过程中金属液的流动特性, 改变金属液滴在电烙铁上的停 驻时间, 保持生产效率和焊接效果之间的平衡, 提高了焊接效率。 0019 3, 焊后根据 JIS-Z-3197 测试表面绝缘阻抗 (温度 403、 湿度 935%, 96 小时 后) 1010、 扩展率 75.0%, 根据 IPC-TM-650 测试铜镜腐蚀试验无任何穿透、 腐蚀试验 (温度852, 湿度852%, 96小时后)与标准板比较无明显腐蚀迹象 ; 飞溅特性优异, 按 照 Sony 测试标准, 飞溅个数达到 10 个以下。 0020 4, 在保证助焊剂活性的条件下, 将助焊剂含量降低到 1。
17、.8%、 优选 2%, 从而改善飞 溅特性 ; 常温下的助焊剂软、 延展性好, 易于生产直径更细的锡丝。 0021 本发明的无卤低飞溅焊锡丝, 采用美国印制电路行业组织所推出的试验方法手册 (IPC-TM-650) 测试其电迁移特性好, 焊后铜镜无腐蚀 ; 采用日本焊接协会 JIS-Z-3197 的方 说 明 书 CN 103071944 A 4 3/4 页 5 法进行测试, 其扩展率大于 75%, 表面绝缘阻抗高 ; 焊接中无毒、 无刺激性气体产生, 焊后残 留少, 成膜效果好, 具有良好的焊接效果, 具体见表 1、 表 2。 附图说明 0022 图 1 为表 2 中对比例 2 的焊锡丝飞溅。
18、照片图 ; 0023 图 2 为本发明实施例 3 焊锡丝飞溅照片图。 具体实施方式 0024 下面通过实施例对本发明的无卤低飞溅焊锡丝作进一步的详细说明。 0025 实施例 1 0026 焊锡丝配比 : 助焊剂 2%, Sn-3.0Ag-0.5Cu 棒状 (100mm) 焊料 98% 0027 其中助焊剂质量百分数配比为 : 氢化松香 35%、 聚合松香 35%、 橡胶 12%、 苯丙三氮 唑 2%、 甲基咪唑 2%、 乙二酸 0.5%、 乙二酸盐 3%、 丁二酸 3%、 抗氧化油 3%、 复合型 AK218 活性 剂 4.5%。 0028 制备方法 : 0029 步骤 1、 助焊剂制备 : 。
19、将助焊剂配方中的松香均匀加热至 1705, 待全部熔清 后, 加入其余助焊剂物料, 搅拌至所有物料溶解, 外观为均一清透液体。加热时间不能超过 1205分钟, 否则助焊剂不予使用。 加热完后即进行过滤, 将加热熔化的助焊膏用100目过 滤网过滤后倒入挤丝机的助焊剂桶中 90 100保温, 气压设定范围为 0.10.4MPa ; 0030 步骤 2、 挤丝 : 将选用的棒状焊料安装在挤丝机上, 设定挤丝机挤丝温度为 70 110、 挤丝机转速为 300320rpm, 按丝径为 10mm 调节挤丝孔径和与焊料相配比的助焊 剂的质量百分比含量, 然后进行挤丝 ; 0031 步骤 3、 拉丝绕丝 : 。
20、将步骤 2 挤得的丝采用大拉、 中拉和小拉三道工序后绕丝获得 焊锡丝成品, 其中大拉设定拉丝机转速为 1000 1300rpm, 拉丝直径为 5mm, 拉丝线速度 为 0.0050.007m/s ; 中拉设定拉丝机为转速 900 1200rpm, 拉丝直径为 2.16mm, 拉丝线 速度为 0.50.9m/s ; 小拉设定拉丝机转速为 200300rpm, 拉丝直径为 0.8mm 拉丝线速度 为 25m/s。 0032 本实施例获得的焊锡丝各项测试指标见表 1、 表 2。 0033 实施例 2 0034 锡丝配比 : 助焊剂 1.8%、 Sn-0.7Cu 棒状 (100mm) 焊料 98.2%。
21、 0035 其中助焊剂质量百分数配比为 : 氢化松香 32%、 聚合松香 35%、 橡胶 15%、 苯丙三氮 唑 2%、 乙基咪唑 2%、 乙二酸 1.5%、 乙二酸盐 3%、 丁二酸 3%、 抗氧化油 3%、 复合型 AK218 活性 剂 3.5% ; 0036 制备方法中无需小拉, 其它同实施例 1。 0037 本实施例获得的焊锡丝各项测试指标见表1、 表2, 其和实施例1相比, 由于配方橡 胶含量的提高, 焊后表面绝缘阻抗提高。 0038 实施例 3 0039 锡丝配比 : 助焊剂 2%、 Sn-0.3Ag-0.7Cu 棒状 (100mm) 焊料 98% 0040 其中助焊剂质量百分数配。
22、比为 : 氢化松香 32%、 聚合松香 31%、 橡胶 19%、 苯丙三氮 说 明 书 CN 103071944 A 5 4/4 页 6 唑 2%、 乙基咪唑 2%、 乙二酸 1.5%、 乙二酸盐 3%、 丁二酸 3%、 抗氧化油 3%、 复合型 AK218 活性 剂 3.5% ; 0041 制备方法中无需小拉, 其它同实施例 1。 0042 本实施例获得的焊锡丝各项测试指标见表 1、 表 2, 其飞溅效果如图 2 所示。 0043 实施例 4 0044 锡丝配比 : 助焊剂 2.6%、 Sn-0.3Ag-0.7Cu 棒状 (100mm) 焊料 97.4% 0045 其中助焊剂质量百分数配比为 : 氢化松香 32%、 聚合松香 27%、 橡胶 22%、 苯丙三氮 唑 2%、 乙基咪唑 2%、 乙二酸 2.5%、 乙二酸盐 3%、 丁二酸 3%、 抗氧化油 3%、 复合型无卤活性剂 AK2183.5% ; 0046 制备方法同实施例 1。 0047 本实施例获得的焊锡丝各项测试指标见表 1、 表 2。 0048 表 1 各实施例性能比较一览表 0049 0050 表 2 各实施例与对比例飞溅特性一览表 (Sony 标准测试方法) 0051 说 明 书 CN 103071944 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103071944 A 7 。