[发明专利]一种无卤化物无铅焊锡膏

说明书

技术领域

本发明涉及用于焊接电子装置的焊锡膏，特别涉及基于SnAgCu合金的无卤化物无铅焊锡膏。

背景技术

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，得到了美国NEMI(NationalElectronics Manufacturing Initiative)、英国DTI(Department of Trade andIndustry)、Soldertec(The Solder Technology Center)等的推荐。基于Sn-Ag-Cu系合金，目前被广泛使用的是Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-4.0Ag-0.5Cu和Sn-3.5Ag，它们共同的特点是含Ag量高，使用昂贵。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的基于Sn-Zn的焊锡膏过程中，通过与助焊剂反应产生的焊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，研究无卤化物免清洗焊锡膏是焊锡行业发展的必然趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用成本较低的、无卤化物添加的锡银铜焊锡膏。

本发明提供的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。无铅焊锡粉是球形金属合金粉末，其球形率大于95％，合金粉末的粒径为25μm～45μm，其中Ag的重量占0.0001-1.0％，Cu的重量占0.5-0.9％，优选Ag的重量为0.3％，Cu的重量为0.7％，还添加合金元素Bi、Ni、Sb、Ge、P、Ce、Ga、Co中的一种或几种；松香助焊剂包括重量占0.5％～15％的羟基烷胺化合物，羟基烷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者多种；无铅焊锡粉与助焊剂的重量百分比为：无铅焊锡粉∶助焊剂＝85～91∶9～15。

无铅焊料合金中添加0.0001～1.0％的Ag，与不含银的无铅合金成分Sn-0.7Cu(元素后面的数字表示以重量百分比计的元素含量，下同)相比，能够提供焊料优良的可焊性能，同时与Sn-3，0Ag-0.5Cu、Sn-4，0Ag-0.5Cu和Sn-3，5Ag等合金成分相比较，又大大降低了焊料的材料成本。在无铅焊料合金的原料中，Ag的价格最高，当Ag的含量从4％降低到1％以下时，原料的成本将呈几倍减少，因此具有明显的经济效益。

通常用于焊锡膏的松香基助焊剂是通过在溶剂中添加松香及一种或多种添加剂如活性剂和触变剂来制备的。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。与有机酸活性剂相比，氢卤化物赋予焊锡膏的润湿性高很多。为替代氢卤化物，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。

按照本发明，通过向基于松香的助焊剂中加入重量百分比为0.5％～15％的羟基烷胺化合物，选自乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或者多种，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合物。在焊接过程中，它首先以液态形式覆盖于基于无铅焊料粉末表面，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+H₂O