[发明专利]一种低温无卤化物高活性焊锡膏

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Sn-Bi合金的低温无铅无卤化物高活性焊锡膏。

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。然而，基于Sn-Ag的无铅焊料具有约220℃的熔点，比共晶的Sn-Pb合金的熔点高约30～40℃，因此工作温度也变得相应较高，不适合抗热冲击性能较差的电子元器件的焊接。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，研究无卤素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焊接温度较低的、无卤化物添加的低温无铅高活性焊锡膏。

通常用于焊锡膏的松香基助焊剂是通过在溶剂中溶解松香及一种或多种添加剂如活性剂和触变剂来制备的，然而，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。

本发明提供的低温无卤化物高活性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Sn-Bi合金粉末，其中Bi的重量占56～62％，优选Bi的含量为58％；也可以添加金属元素Ag、In、Ge中的一种或几种，优选添加重量百分比2％的Ag；松香基助焊剂包括重量0.5％～20％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多种混合；松香基助焊剂的重量百分比为9～15％，其余的为焊料粉末。

与Sn-Pb焊料相比，基于Sn的无铅焊料的润湿性很差，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。除非通过表面包裹来保护焊料粉末，可以减少活性剂的用量，但会导致润湿性变差。

已发现，按照本发明，通过向用于混合焊料粉末的基于松香的助焊剂中加入羟基烷胺化合物，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Sn-Bi的焊料粉末表面，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

羟基烷胺化合物与金属氧化物的作用原理是通过羟基烷胺化合物分子结构中N原子的孤对电子与铜、镍等金属离子的空轨道形成配位键，也就是将金属氧化物转变为可溶解于松香的金属络合物实现了对金属表面氧化层的去除，保证了合金焊料对镀层的合金化，实现焊接的可靠性。

羟基烷胺化合物与金属氧化物的作用原理可用下列方程式表示：

HNROH+MO→M(NHROH)₄(OH)₂

按照羟基烷胺化合物与金属氧化物的作用原理，对于具有空轨道的金属涂层(如Cu、Ni、Ag、Zn、Ir、Rh、Co等)基于含有羟基烷胺化合物的助焊剂配制的焊锡膏都具有极高的活性，解决无铅焊料合金润湿性不足的缺陷。

羟基烷胺化合物为碱性，加到助焊剂中可降低其酸性，并使焊后残留物的腐蚀性降至最低。