一种锡基焊膏用助焊剂、电子封装用激光软钎焊膏
阅读说明：本技术 一种锡基焊膏用助焊剂、电子封装用激光软钎焊膏 (Soldering flux for tin-based soldering paste and laser soft soldering paste for electronic packaging ) 是由 王彩霞 金霞 经敬楠 冯斌 张玉 钟海锋 张玲玲 于 2021-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锡基焊膏用助焊剂,其原料按重量百分比包括：活性剂6-12％、成膜剂25-50％、触变剂6-10％、高效气体释放抑制剂0.05-2％、余量为溶剂,其中,高效气体释放抑制剂的原料包括：改性硅油、有机硅改性聚醚酯、聚二甲基硅氧烷。本发明还公开了一种电子封装用激光软钎焊膏,其原料按重量百分比包括：锡基合金粉末87-89％、上述锡基焊膏用助焊剂11-13％。本发明在钎焊时,具有良好的抑泡消泡性能,防止飞溅的效果很好,且可以提高钎料的润湿性。(The invention discloses a soldering flux for tin-based soldering paste, which comprises the following raw materials in percentage by weight: 6-12% of active agent, 25-50% of film forming agent, 6-10% of thixotropic agent, 0.05-2% of high-efficiency gas release inhibitor and the balance of solvent, wherein the high-efficiency gas release inhibitor comprises the following raw materials: modified silicone oil, organic silicon modified polyether ester and polydimethylsiloxane. The invention also discloses a laser soldering paste for electronic packaging, which comprises the following raw materials in percentage by weight: 87-89% of tin-based alloy powder and 11-13% of the soldering flux for tin-based soldering paste. The invention has good foam inhibiting and defoaming performance during soldering, has good splashing preventing effect and can improve the wettability of the brazing filler metal.)
技术领域
本发明涉及助焊剂技术领域，尤其涉及一种锡基焊膏用助焊剂、电子封装用激光软钎焊膏。
背景技术
在电子封装领域中，随着元器件集成度不断提高，器件间的密度越来越高、引线间距越来越细(特别是5G通讯上的网络连接头的锡焊，其密集的元器件和不规则的形状布局焊点位，以及超高的传输效率要求)，导致利用传统焊接方式会造成热敏感电子元器件的损害，因此微电子焊接技术已成为制约电子封装领域进一步发展的关键因素之一。近年来，激光钎焊因其采用局部加热方式避免了传统整体加热方式对周围器件造成热损伤的问题，同时还具有焊点可靠性高、灵活性好和易实现自动化等技术优势，逐渐成为微电子封装研究领域关注的热点。目前市场上电子封装用的软钎焊膏主要是为传统焊接方式研制生产的，而激光钎焊的能量密度高，升温速率快，普通焊膏在进行激光钎焊时会产生大量的焊料飞溅，而这个飞溅问题一直是国内外的难题。
为解决这个问题，各机构不断探索，推出一系列的研究成果。中国专利技术CN111571064B添加高沸点溶剂，来提升溶剂沸点，抑制溶剂瞬间沸腾来降低飞溅，但是该焊膏松香含量较大，焊后松香难免会留有残留，残留物会对焊点周围元件产生腐蚀，造成环境污染。
日本专利技术JP2012016737通过酸变形松香或有机酸作为气体释放抑制剂，以所述助焊剂的总质量为基准，含有20-80质量％酸变形松香，来降低飞溅，但该技术由于酸性松香酸雾很大，导致焊锡丝烟雾过大，同时酸变性松香在焊丝融化后产生的气泡过大过多，气泡破裂会产生部分飞溅，从而导致无法充分抑制飞溅。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锡基焊膏用助焊剂、电子封装用激光软钎焊膏，本发明在钎焊时，具有良好的抑泡消泡性能，防止飞溅的效果很好，且可以提高钎料的润湿性，无含卤活性剂，避免环境污染和对焊接料的腐蚀。
本发明提出了一种锡基焊膏用助焊剂，其原料按重量百分比包括：活性剂6-12％、成膜剂25-50％、触变剂6-10％、高效气体释放抑制剂0.05-2％、余量为溶剂，其中，高效气体释放抑制剂的原料包括：改性硅油、有机硅改性聚醚酯、聚二甲基硅氧烷。
优选地，在改性硅油的制备过程中，在惰性气体氛围中，将含氢硅油、纳米二氧化硅、酸催化剂、有机溶剂混匀，升温至90-100℃反应40-50min，然后碱中性，固液分离得到改性硅油。
本发明将纳米二氧化硅与低粘度的含氢硅油反应使得纳米二氧化硅接枝在含氢硅油上获得低粘度的改性硅油，纳米二氧化硅和低粘度的含氢硅油相互配合，具有针刺效应，从而提高硅油的消泡性能。
上述在改性硅油的制备过程中，有机溶剂可以为甲苯等；酸催化剂可以为三氟乙酸、苯甲酸等；可以用三乙胺、乙醇胺等碱性物质进行中和。
优选地，含氢硅油中，活性氢含量为1.2-1.6％。
优选地，含氢硅油、纳米二氧化硅的重量比为10:0.6-0.8。
优选地，含氢硅油、酸催化剂的重量比为10:0.05-0.1。
优选地，改性硅油的粘度为500-1000mPa·s。
优选地，有机硅改性聚醚酯的粘度为1000-2000mPa·s。
上述有机硅改性聚醚酯可以从市场购得。可以按照本领域常规方法制得如：含氢硅油与含有不饱和双键的聚醚酯，在氯铂酸催化作用下进行硅氢加成反应制得。
优选地，聚二甲基硅氧烷的粘度为10000-20000mPa·s。
优选地，改性硅油、有机硅改性聚醚酯、聚二甲基硅氧烷的重量比为0.4-0.5:0.5-0.6:1。
本发明选用低粘度的改性硅油，提高消泡性能，但抑泡性较差；选用高粘度的聚二甲基硅氧烷提高抑泡性，但消泡性较差，并添加适宜粘度的有机硅改性聚醚酯，三者相互配合具有良好的消泡、抑泡性能。
优选地，活性剂为物质A和苯甲酸组成的混合物，其中，物质A为硬脂酸、戊二酸、辛二酸、葵二酸、二聚酸中的至少一种。
优选地，物质A和苯甲酸的重量比为1:0.2-0.4。
本发明选用苯甲酸与硬脂酸、戊二酸、辛二酸、葵二酸、二聚酸中的至少一种进行复配，可以提高活性剂的热稳定性，降低焊接时的分解气压，可以进一步改善飞溅问题；并且活性剂中含有芳香苯环，可以诱导强的非极性相互作用，降低焊料的表面张力，提高焊料的润湿性。
优选地，成膜剂由C9石油树脂和萜烯酚树脂组成，其中，C9石油树脂和萜烯酚树脂的重量比为1:1.4-1.6。
优选地，触变剂包括：聚酰胺、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油中的至少一种。
优选地，溶剂包括：丙三醇、乙二醇、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二苯醚、二乙二醇己醚、2-乙基-2,6-戊二醇中的至少一种。
上述锡基焊膏用助焊剂的制备方法为：取部分溶剂，加入活性剂，加热溶解混匀得到混合物A；取剩余溶剂和成膜剂加热熔化混匀，然后加入混合物A、触变剂高效气体释放抑制剂加热搅拌至溶解混匀，冷却至室温，然后密封于5℃保存2天即得。
本发明还提出一种电子封装用激光软钎焊膏，其原料按重量百分比包括：锡基合金粉末87-89％、上述锡基焊膏用助焊剂11-13％。
上述锡基合金粉末为具有一种或两种共晶组分的锡基合金粉末。
有益效果：
1.本发明将适量的纳米二氧化硅与低粘度的含氢硅油反应使得纳米二氧化硅接枝在含氢硅油上获得低粘度的改性硅油，纳米二氧化硅和低粘度的含氢硅油相互配合，获得良好的消泡性能；有机硅改性聚醚酯往往以折叠式的结构平卧于气液界面上，具有良好的消泡、抑泡性能；选用低粘度的有机硅改性聚醚酯、低粘度的改性硅油相互配合，提高本发明的消泡性能；并配合适量的高粘度聚二甲基硅氧烷，使得本发明具有良好的抑泡性能，消泡和抑泡同时作用，从而改善焊接时容易飞溅的问题；
2.本发明选用苯甲酸与硬脂酸、戊二酸、辛二酸、葵二酸、二聚酸中的至少一种进行复配，可以提高活性剂的热稳定性，降低焊接时的分解气压，可以进一步改善飞溅问题；并且活性剂中含有芳香苯环，可以诱导强的非极性相互作用，降低焊料的表面张力，提高焊料的润湿性；选用适宜的触变剂进一步减小分解气压，改善飞溅问题；另外选用适宜的成膜剂减少焊接时的烟雾；选用高沸点的溶剂，可以进一步改善飞溅问题；本发明通过各物质相互配合，可以很好的改善焊接时容易产生烟雾、气泡、飞溅的问题，且本发明没有使用含卤活性剂，可以避免环境污染和对焊接料的腐蚀。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种锡基焊膏用助焊剂，其原料按重量百分比包括：硬脂酸0.5g、苯甲酸0.1g、C9石油树脂1g、萜烯酚树脂1.5g、聚酰胺蜡0.6g、氢化蓖麻油0.4g、高效气体释放抑制剂0.2g、二乙二醇丁醚5.7g；
其中，高效气体释放抑制剂包括：粘度为500-1000mPa·s改性硅油40mg、粘度为1000-2000mPa·s有机硅改性聚醚酯60mg、粘度为10000-20000mPa·s聚二甲基硅氧烷100mg；
在改性硅油的制备过程中，取100mg活性氢含量为1.2％的含氢硅油、0.5mg三氟乙酸、80ml甲苯混匀，通入氮气，然后加入6mg纳米二氧化硅混匀，然后升温至90℃反应50min，然后用三乙胺中和，过滤，洗涤，减压干燥得到改性硅油。
实施例2
一种锡基焊膏用助焊剂，其原料按重量百分比包括：二聚酸0.86g、苯甲酸0.34g、C9石油树脂2.1g、萜烯酚树脂2.9g、聚酰胺蜡0.6g、高效气体释放抑制剂0.1g、乙二醇0.6g、二乙二醇丁醚2.5g；
其中，高效气体释放抑制剂包括：粘度为500-1000mPa·s改性硅油0.025g、粘度为1000-2000mPa·s有机硅改性聚醚酯0.025g、粘度为10000-20000mPa·s聚二甲基硅氧烷0.05g；
在改性硅油的制备过程中，取100mg活性氢含量为1.6％的含氢硅油、1mg三氟乙酸、80ml甲苯混匀，通入氮气，然后加入8mg纳米二氧化硅混匀，然后升温至100℃反应40min，然后用三乙胺中和，过滤，洗涤，减压干燥得到改性硅油。
实施例3
一种锡基焊膏用助焊剂，其原料按重量百分比包括：癸二酸0.27g、硬脂酸0.5g、苯甲酸0.23g、C9石油树脂1.5g、萜烯酚树脂2.5g、聚酰胺0.95g、高效气体释放抑制剂0.05g、丙三醇1g、二乙二醇二丁醚3g；
其中，高效气体释放抑制剂包括：粘度为500-1000mPa·s改性硅油0.01g、粘度为1000-2000mPa·s有机硅改性聚醚酯0.015g、粘度为10000-20000mPa·s聚二甲基硅氧烷0.025g；
在改性硅油的制备过程中，取100mg活性氢含量为1.4％的含氢硅油、0.6mg三氟乙酸、80ml甲苯混匀，通入氮气，然后加入7mg纳米二氧化硅混匀，然后升温至100℃反应45min，然后用三乙胺中和，过滤，洗涤，减压干燥得到改性硅油。
实施例4
一种锡基焊膏用助焊剂，其原料按重量百分比包括：戊二酸0.27g、辛二酸0.5g、苯甲酸0.23g、C9石油树脂1.5g、萜烯酚树脂2.5g、聚酰胺0.8g、高效气体释放抑制剂0.2g、丙三醇1g、二乙二醇己醚3g；
其中，高效气体释放抑制剂包括：粘度为500-1000mPa·s改性硅油0.05g、粘度为1000-2000mPa·s有机硅改性聚醚酯0.05g、粘度为10000-20000mPa·s聚二甲基硅氧烷0.1g；
在改性硅油的制备过程中，取100mg活性氢含量为1.4％的含氢硅油、0.6mg三氟乙酸、80ml甲苯混匀，通入氮气，然后加入7mg纳米二氧化硅混匀，然后升温至100℃反应45min，然后用三乙胺中和，过滤，洗涤，减压干燥得到改性硅油。
对比例1
高效气体释放抑制剂为粘度为10000-20000mPa·s聚二甲基硅氧烷，其他同实施例4。
对比例2
高效气体释放抑制剂为粘度为1000-2000mPa·s有机硅改性聚醚酯，其他同实施例4。
对比例3
高效气体释放抑制剂为粘度为500-1000mPa·s改性硅油，其他同实施例4。
对比例4
将“戊二酸0.27g、辛二酸0.5g、苯甲酸0.23g”替换成“戊二酸0.27g、辛二酸0.5g”，其他同实施例4。
对比例5
将“C9石油树脂1.5g、萜烯酚树脂2.5g”，替换成“松香树脂4g”，其他同实施例4。
分别取实施例1-4和对比例1-5的助焊剂各1.2g，分别与Sn-0.7Cu合金粉末8.8g搅拌20min，然后抽真空，再搅拌40min得到软钎焊膏。分别检测各组焊膏的焊接性能，结果如表1所示。
表1检测结果
备注：以“*”表示烟雾多少，“*”越多烟雾越大。
由表1可以看出，本发明扩展率均≥78％，焊接时没有锡珠产生，可以改善飞溅问题，且烟雾较小。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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