权利要求
1.一种复合
锡膏，其特征在于，包括按重量百分数计的以下组分：锡
铅合金粉末为65%～75%，
铜粉末为10%～15%，余量为有机焊剂;所述锡
铅合金粉末中铅的重量百分数为37%，锡的重量百分数为63%。
2.根据权利要求1所述的复合锡膏，其特征在于：所述锡铅合金粉末的粒径为15～25μm，铜粉末的粒径为5～10μm。
3.根据权利要求1所述的复合锡膏，其特征在于：所述有机焊剂包括按重量百分数计的如下组分：松香为48%～50%，乙二醇己醚为40%～42%，乙二酸为3%～5%，余量为氢化蓖麻油。
4.根据权利要求1所述的复合锡膏，其特征在于：所述锡铅合金粉末为65%～70%，铜粉末为10%～15%，余量为有机焊剂;所述锡铅合金粉末的粒径为15～20μm，铜粉末的粒径为5～10μm。
5.一种根据权利要求1所述的复合锡膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原料进行预处理，称取锡铅合金粉末、铜粉末并混合均匀，得到复合锡粉;
(2)制备有机焊剂;
(3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合搅拌均匀，得到复合锡膏。
6.根据权利要求6所述的复合锡膏的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中有机焊剂的加热温度为130℃～150℃。
7.根据权利要求6所述的复合锡膏的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的搅拌分阶段搅拌;第一阶段采用10～15rpm低速预混5～8min，第二阶段采用30～35rpm搅拌20～25min;搅拌全过程保持真空。
8.一种根据权利要求1所述的复合锡膏在非接触喷印中的应用。
9.根据权利要求8所述的复合锡膏在非接触喷印中的应用，其特征在于：所述复合锡膏进行非接触喷印过程中在200℃～220℃回流。
10.根据权利要求8所述的复合锡膏在非接触喷印中的应用，其特征在于：所述非接触喷印回流形成的焊点经1000次-55℃-125℃热循环后，抗剪切强度保持率大于90%。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及焊接材料，具体为一种复合锡膏及其制备方法与应用。
背景技术
[0002]在大功率器件进行封装过程中，常常需要对具有凹坑、突起等部位进行局部焊膏印刷，或者对多层3D集成电路进行分步印刷和焊接，以及对BGA器件进行植球等，这些电子封装应用领域即需要精确的印刷工艺，又要进行局部焊接，控制热对器件其它部位的影响以及变形，更要获得高可靠性焊点，因此喷印工艺结合激光回流焊接技术可以更好的满足这些需求。
[0003]现有单一焊膏难以同时满足上述工艺和性能的要求，如普通SnPb焊膏由于焊料颗粒在打印时收到挤压冲击易产生塑性变形，影响焊膏的喷出而导致堵头，往往喷印性能不佳;同时，普通SnPb焊料耐热冲击性能不佳，往往需要加入Ag、Ni等高熔点元素进行强化。
发明内容
[0004]发明目的：本发明的目的是提供一种可以降低堵头的概率、适应喷印及激光回流、满足焊点高及服役可靠性强的复合焊膏，本发明的另一目的是提供一种简单易操作的复合锡膏的制备方法，本发明还提供一种复合锡膏在非接触喷印中的应用。
[0005]技术方案：本发明所述的一种复合锡膏，包括按重量百分数计的以下组分：锡铅合金粉末为65%～75%，铜粉末为10%～15%，余量为有机焊剂;锡铅合金粉末中铅的重量百分数为37%，锡的重量百分数为63%。
[0006]进一步地，锡铅合金粉末的粒径为15～25μm，铜粉末的粒径为5～10μm。
[0007]进一步地，有机焊剂包括按重量百分数计的如下组分：松香为48%～50%，乙二醇己醚为40%～42%，乙二酸为3%～5%，余量为氢化蓖麻油。
[0008]进一步地，锡铅合金粉末为65%～70%，铜粉末为10%～15%，余量为有机焊剂;锡铅合金粉末的粒径为15～20μm，铜粉末的粒径为5～10μm。进一步地优化颗粒粒径及配比，平均粒径减小，铅和锡的混合颗粒的比例降低，可以降低复合锡膏的粘性以及提高喷印性能，喷印点的平均点径不变的情况下，点径波动范围由17%减低至9%，同时降低了堵头的概率，喷印点更加均匀的同时达到≥5000万点的稳定喷印。
[0009]本发明所述的复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将原料进行预处理，称取锡铅合金粉末、铜粉末并混合均匀，得到复合锡粉;
[0011](2)制备有机焊剂;
[0012](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合搅拌均匀，得到复合锡膏。
[0013]进一步地，步骤(2)中有机焊剂的加热温度为130～150℃。
[0014]进一步地，步骤(3)的搅拌全过程保持真空，分阶段搅拌;第一阶段采用10～15rpm低速预混5～8min，第二阶段采用30～35rpm搅拌20～25min。
[0015]本发明所述的复合锡膏在非接触喷印中的应用。
[0016]进一步地，复合锡膏进行非接触喷印过程中在200℃～220℃回流。
[0017]进一步地，非接触喷印回流形成的焊点经1000次-55℃-125℃热循环后，抗剪切强度保持率大于90%。
[0018]本发明的原理：本发明相比于一般的SnPb焊膏，采用梯度粒径分布的复合焊粉，结合有机助剂形成复合锡膏体系，结合有机助剂形成复合锡膏体系，主要特征是加入进行粒径级配的铜粉末颗粒，作为存在于焊膏中的异质颗粒，铜的密度相对SnPb合金更小，且铜颗粒粒径相对SnPb颗粒更小，而铜的熔点更高，在200-220℃回流时不会熔化和溶解，在回流后保留在焊点中并且弥散分布，分散了焊点的应力;由此形成的焊膏具有最佳的固态颗粒含量，因此更容易在相对较低的混合有机助剂中保持分散悬浮的状态，有利于焊膏在高速运动中保持微观结构的稳定性，从而提高了打印的稳定性;有利于改善焊膏在喷印过程中SnPb颗粒的受力条件，降低SnPb颗粒因塑性变形而堵头的概率。
[0019]有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：复合锡膏具备降低堵头的概率，提升喷印性能，喷印平均点径不变的情况下，点径波动范围降低，获得稳定打印效果;制备工艺简单易操作;适用于喷印，可以增强焊点，使焊点剪切强度提升至55MPa以上，形成的焊点在1000次-55℃～125℃冷热循环冲击作用下，可以延缓裂纹的产生和扩展，满足热冲击性能要求。
附图说明
[0020]图1是本发明复合锡粉的SEM图;
[0021]图2是本发明的实施例10制备的复合锡膏焊点的SEM;
[0022]图3是本发明的实施例10制备的复合锡膏焊点经热冲击后的SEM图;
[0023]图4是本发明的实施例10制备的复合锡膏的回流曲线图;
[0024]图5是本发明的实施例10制备的复合锡膏应用的喷印效果图。
具体实施方式
[0025]以下结合具体实施例对本发明内容做进一步地描述。
[0026]将购得的金属铸锭，包括
锡锭、
铅锭按照设计的合金成分放入加热炉中在400℃加热5h，在加热过程中每30min使用机械搅拌器搅拌以使熔体均质，同时去除表面的氧化物杂质。然后，待成分完全均匀后通过超声雾化工艺制备锡铅合金粉末。将制备完成的锡铅合金粉末与购得的铜粉通过音波振动式全自动筛分粒度仪对目标粒径的锡粉进行选取，获得锡铅合金粉末的粒径为15～25μm，铜粉末的粒径为5～10μm。
[0027]实施例1
[0028]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末300g、铜粉末40g混合均匀，得到复合锡粉。
[0030](2)称取松香28.8g、乙二醇己醚24g、乙二酸1.8g和5.4g氢化蓖麻油混合均匀以130℃的温度加热，得到有机焊剂。
[0031](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用10rpm低速预混5min，第二阶段采用30rpm搅拌20min，得到均匀复合锡膏。
[0032]如图1所示，复合锡粉的中间铜颗粒的周围包覆锡铅合金颗粒。
[0033]实施例2
[0034]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0035](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末300g、铜粉末50g混合均匀，得到复合锡粉。
[0036](2)称取松香25g、乙二醇己醚21g、乙二酸2.5g和1.5g氢化蓖麻油混合均匀以135℃温度加热，得到有机焊剂。
[0037](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0038]实施例3
[0039]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0040](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末300g、铜粉末60g混合均匀，得到复合锡粉。
[0041](2)称取松香19.6g、乙二醇己醚16.4g、乙二酸1.6g和2.4g氢化蓖麻油混合均匀以140℃温度加热，得到有机焊剂。
[0042](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0043]实施例4
[0044]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0045](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末290g、铜粉末40g混合均匀，得到复合锡粉。
[0046](2)称取松香33.6g、乙二醇己醚28g、乙二酸2.1g和6.3g氢化蓖麻油混合均匀以145℃温度加热，得到有机焊剂。
[0047](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0048]实施例5
[0049]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0050](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末290g、铜粉末50g混合均匀，得到复合锡粉。
[0051](2)称取松香30g、乙二醇己醚25.2g、乙二酸3g和1.8g氢化蓖麻油混合均匀以150℃温度加热，得到有机焊剂。
[0052](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0053]实施例6
[0054]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0055](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末290g、铜粉末60g混合均匀，得到复合锡粉。
[0056](2)称取松香24.5g、乙二醇己醚20.5g、乙二酸2g和3g氢化蓖麻油混合均匀以140℃温度加热，得到有机焊剂。
[0057](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0058]实施例7
[0059]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0060](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末280g、铜粉末40g混合均匀，得到复合锡粉。
[0061](2)称取松香38.4g、乙二醇己醚32g、乙二酸2.4g和7.2g氢化蓖麻油混合均匀以150℃温度加热，得到有机焊剂。
[0062](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0063]实施例8
[0064]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0065](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末280g、铜粉末50g混合均匀，得到复合锡粉。
[0066](2)称取松香35g、乙二醇己醚29.4g、乙二酸3.5g和2.1g氢化蓖麻油混合均匀以130℃温度加热，得到有机焊剂。
[0067](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0068]实施例9
[0069]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0070](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末280g、铜粉末60g混合均匀，得到复合锡粉。
[0071](2)称取松香29.4g、乙二醇己醚24.6g、乙二酸2.4g和3.6g氢化蓖麻油混合均匀以135℃温度加热，得到有机焊剂。
[0072](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0073]实施例10
[0074]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0075](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末260g、铜粉末40g混合均匀，得到复合锡粉。
[0076](2)称取松香48g、乙二醇己醚40g、乙二酸3g和9g氢化蓖麻油混合均匀以140℃温度加热，得到有机焊剂。
[0077](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0078]实施例11
[0079]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0080](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末260g、铜粉末50g混合均匀，得到复合锡粉。
[0081](2)称取松香45g、乙二醇己醚37.8g、乙二酸4.5g和2.7g氢化蓖麻油混合均匀以145℃温度加热，得到有机焊剂。
[0082](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0083]实施例12
[0084]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0085](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末260g、铜粉末60g混合均匀，得到复合锡粉。
[0086](2)称取松香39.2g、乙二醇己醚32.8g、乙二酸3.2g和4.8g氢化蓖麻油混合均匀以150℃温度加热，得到有机焊剂。
[0087](3)将步骤(1)的复合锡粉与步骤(2)的有机焊剂混合，置于真空搅拌机中进行分阶段搅拌，第一阶段采用15rpm低速预混8min，第二阶段采用35rpm搅拌25min，得到均匀复合锡膏。
[0088]以上各实施例中实施例10为最佳实施例。
[0089]对比例1
[0090]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0091](1)原料预处理后，称取锡铅合金粉末260g，与实施例10不同的是不混入铜粉末。
[0092](2)称取松香67.2g、乙二醇己醚56g、乙二酸4.2g和12.6g氢化蓖麻油混合均匀得到有机焊剂。
[0093](3)其余制备方法与实施例10相同。
[0094]对比例2
[0095]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0096](1)原料预处理后，与实施例10不同的是，称取锡铅合金粉末240g、铜粉末80g混合均匀，得到复合锡粉。
[0097](2)称取松香38.4g、乙二醇己醚32g、乙二酸2.4g和7.2g氢化蓖麻油混合均匀得到有机焊剂。
[0098](3)其余制备方法与实施例10相同。
[0099]对比例3
[0100]一种复合锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0101](1)原料预处理后，与实施例10不同的是，称取锡铅合金粉末320g、铜粉末20g混合均匀，得到复合锡粉。
[0102](2)称取松香28.8g、乙二醇己醚24g、乙二酸1.8g和5.4g氢化蓖麻油混合均匀得到有机焊剂。
[0103](3)其余制备方法与实施例10相同。
[0104]性能测试
[0105]使用Malcom粘度计(PCU-205)对上述实施例1～12与对比例1～3制备得到的复合锡膏进行粘度测量，得到粘度如下表1所示。
[0106]表1复合锡膏的性能检测结果
[0107]
[0108]
[0109]将实施例1～12与对比例1～3制备得到的复合锡膏应用于气压控制的气动喷印并对焊点进行剪切实验强度测试;图2为焊接形成的焊点微观组织图;焊点可靠性通过冷热循环冲击验证，将回流焊后的样品放入高低温循环冲击试验箱中，设置的测试条件为-55～125℃，停留时间为30min，循环1000次，如图3所示，可以发现Cu颗粒在焊点内部分布均匀，以第二相的方式强化焊点性能。对比例1中，不含Cu颗粒无法起到颗粒增强的效果，对比例2中由于Cu颗粒含量过多，在熔化时会发生偏聚，故不能弥散的分布在焊点中起到强化作用。如图4所示，复合焊料焊接方式采用回流焊加工工艺，其中回流峰值温度在200-220℃，峰值时间在60-90s。完成回流焊后通过推拉力测试机对焊点进行水平剪切，测量强度，得到焊点强度见下表1。结合表1的复合锡膏性能检测结果与图5的喷印效果图，将本发明的复合锡膏应用于气压控制的气动喷印，可实现精准填充微孔，避免钢网堵塞。多品种小批量生产，通过数字化控制快速切换喷印位置，减少钢网成本。
说明书附图(5)
声明：
“复合锡膏及其制备方法与应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：东南大学
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