一种高可靠性预成型焊片及其制备方法与流程

1.本发明焊接材料技术领域，具体涉及一种高可靠性预成型焊片及其制备方法。


背景技术：

2.目前，在电子产品封装中应用最广泛的焊接材料是焊锡膏，但是对于焊锡用量较大而印刷方法不能满足要求的情况下，用表面涂覆助焊剂的预成型焊片来代替焊锡膏是一种方法。
3.目前市场上的焊片基本上是裸焊片和在焊片表面涂覆助焊剂的居多，但是在焊片表面涂覆一层助焊剂，由于助焊剂膜较薄且容易使预定部表面的助焊剂膜脆弱化，或被氧化导致助焊剂中的成分得不到很好的运用，预成型焊片具有特定的加工形状，这种焊片一般尺寸小，质量轻，特别是在电子产品封装过程中通过精确控制焊料金属的含量，实现高精度的钎焊，然而目前的预成型焊片的焊料中，大多包含铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，极易引起信号干扰等问题，焊料金属的选择极为重要。
4.因此，亟需一种高可靠性预成型焊片及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明为了解决助焊剂膜极易脆化，且焊料金属可靠性不高的技术问题提供一种预成型焊片；
6.本发明的第二个目的是提供一种预成型焊片的制备方法。
7.为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：
8.一种高可靠性预成型焊片，包括芯层和设于芯层周侧的壳层，通过将固体助焊剂芯层内嵌于焊料合金层中形成夹心饼干状，可很好的保护助焊剂不被氧化，无需再钎焊前涂布助焊剂，亦无需在钎焊完成后去除助焊剂，降低了制造成本和焊接后焊接面的空泡率，提高了焊片的可靠性；
9.所述芯层为助焊剂，包括以下组分：74-78wt％的不饱和单体改性松香、8-12wt％的活化剂、5-8wt％表面活性剂、4.9-6.1wt％的触变剂和3.1-5.2wt％的抗氧化剂，通过使用不饱和单体改性松香，可减小对基材的腐蚀性，减少焊后残留物，可以大幅度提高助焊剂芯层的湿态性能，提高其整体的强度和电气性能；
10.所述壳层为焊料合金，包括以下组分：89.1-93.7wt％的锡、1.2-2.3wt％的银、0.2-1.2wt％的铜、0.1-0.6wt％铟、0.5-0.8wt％铈、0.1-0.6wt％钒、1.1-2.8wt％镥、1.8-2.8wt％钇以及0.05-0.3wt％锌，通过添加少量的稀土元素镥、钇、铈，可提高焊片的导电性能和传热性，通过添加铟、钒、锌，可提高焊片的熔点，改善其凝固结晶状态，因未加入铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，可避免金属引起的信号干扰。
11.如上所述的高可靠性预成型焊片，所述不饱和单体为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(memo)与马来酸酐复配而成，通过采用不饱和单体甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可以提高松香的机械性能、电气性能、透光性能，特别是能大幅度提高松香的湿态性能，
为松香提供较强的渗透性，且可以提高焊片在基板上的扩展率，使焊片拥有较好的润湿性能。
12.如上所述的高可靠性预成型焊片，所述甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与马来酸酐复配的比例为1-2:4-5。
13.如上所述的高可靠性预成型焊片，所述活化剂为异丙胺溴化氢酸盐、三乙醇胺氢溴酸盐、单异丙醇胺和苹果酸中的一种或多种组合。
14.如上所述的高可靠性预成型焊片，所述触变剂为对苯二酚、十二羟基硬脂酸和改性氢化蓖麻油中的多种组合，通过采用多种触变剂互相配合，防止焊片塌陷，起到在钎焊中防止出现拖尾、粘连、坍塌等现象的作用。
15.如上所述的高可靠性预成型焊片，所述抗氧化剂为乙氧基喹啉、2-乙基醚唑、甲基苯并三氮唑中的一种或多种组合，可提高焊片的抗氧化性，抑制锡料氧化，有利于减少枕头效应的发生。
16.如上所述的高可靠性预成型焊片，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
17.如上所述的高可靠性预成型焊片，所述高可靠性预成型焊片整体形状为方形、圆形、弧形、环形、框形或条形。
18.如上所述的高可靠性预成型焊片，所述芯层厚度为30-50μm，所述壳层厚度为0.3-0.8mm。
19.为实现上述第二个目的，本发明采用的技术方案是：
20.如上任一项所述高可靠性预成型焊片的制备方法，包括以下步骤：
21.s1、按所述重量百分比称取上述各合金组分，进行熔炼；
22.s2、将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
23.s3、将松香加入到容器中，加热至120-140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；
24.s4、保持温度在120-140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；
25.s5、将温度降至60-80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌40-60min，得到液态助焊剂；
26.s6、将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；
27.s7、将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
28.本发明相对于现有技术，有以下优点：
29.1、本发明提供一种高可靠性预成型焊片，包括芯层和设于芯层周侧的壳层，通过将固体助焊剂芯层内嵌于焊料合金层中形成夹心饼干状，可很好的保护助焊剂不被氧化，无需再钎焊前涂布助焊剂，亦无需在钎焊完成后去除助焊剂，降低了制造成本和焊接后焊接面的空泡率，提高了焊片的可靠性；其中焊料合金外壳成分为锡、银、铜、铟、铈、钒、镥钇以及锌，通过添加少量的稀土元素镥、钇、铈，可提高焊片的导电性能和传热性，通过添加铟、钒、锌，可提高焊片的熔点，改善其凝固结晶状态，因未加入铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，可避免金属引起的信号干扰。
30.2、本技术选用的助焊剂作为芯层，通过使用不饱和单体改性松香，可减小对基材的腐蚀性，减少焊后残留物，可以大幅度提高助焊剂芯层的湿态性能，提高其整体的强度和电气性能，通过采用不饱和单体甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可以提高松香的机械性能、电气性能、透光性能，特别是能大幅度提高松香的湿态性能，为松香提供较强的渗透
性，且可以提高焊片在基板上的扩展率，使焊片拥有较好的润湿性能。
31.3、本发明提供的一种高可靠性预成型焊片的制备方法，先后制备助焊剂内芯层以及焊料合金外壳，后将助焊剂芯层内嵌入合金壳中，工艺简便，反应温和，过程中无有害气体产生，适合大批量生产。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
33.图1是本技术一种高可靠性预成型焊片的剖面图。
具体实施方式
34.下面结合实施例1-5对本发明的技术方案进行说明。
35.实施例1
36.一种高可靠性预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
37.按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
38.按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至120℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在120℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至60℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌40min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
39.实施例2
40.一种高可靠性预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
41.按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
42.按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至130℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在130℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至70℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌50min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
43.实施例3
44.一种高可靠性预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
45.按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
46.按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌60min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
47.实施例4
48.一种高可靠性预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
49.按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
50.按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌60min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
51.实施例5
52.一种高可靠性预成型焊片，包括焊料合金壳层2和助焊剂内芯层1，其中焊料合金层2的组分配比如表1所示，所述助焊剂的组分配比如表2所示，其制备方法包括以下步骤：
53.按表1、表2重量百分比称取各组分，备用，将表1中的焊料合金进行熔炼；将熔融的溶液进行冷却，在模具中压铸成型，得到焊料壳体，备用；
54.按表2将不饱和单体改性松香加入到容器中，加热至140℃，待溶解后，加入表面活性剂，搅拌至完全溶解；保持温度在140℃，加入触变剂搅拌直至完全溶解；将温度降至80℃，加入抗氧化剂、活化剂，搅拌60min，得到液态助焊剂；将液态助焊剂冷却至室温，碾压成型，得到固态助焊剂；将所述固态助焊剂嵌入焊料壳体中，冲压成型，即得。
55.表1：实施例1-5的焊料合金粉的组分重量配比
56.组分实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5锡89.10％90.20％91.50％92.60％93.70％银2.30％2.20％2.00％1.50％1.20％铜1.20％1.10％1.00％0.80％0.70％铟0.10％0.60％0.50％0.30％0.60％铈0.80％0.80％0.60％0.50％0.70％钒0.60％0.60％0.40％0.20％0.10％镥2.80％1.80％1.80％1.20％1.10％钇2.80％2.40％2.00％2.70％1.80％锌0.30％0.30％0.20％0.20％0.10％
57.表2：实施例1-5的助焊剂的组分重量配比
[0058][0059]
将实施例1-5所得高可靠性预成型焊片做性能测试，测试结果如表3所示：
[0060]
表3：实施例1-5与对比例测试结果
[0061][0062]
从表中可以看出，本发明提供一种高可靠性预成型焊片，包括芯层和设于芯层周侧的壳层，通过将固体助焊剂芯层内嵌于焊料合金层中形成夹心饼干状，可很好的保护助焊剂不被氧化，无需再钎焊前涂布助焊剂，亦无需在钎焊完成后去除助焊剂，降低了制造成本和焊接后焊接面的空泡率，提高了焊片的可靠性；其中焊料合金外壳成分为锡、银、铜、铟、铈、钒、镥钇以及锌，通过添加少量的稀土元素镥、钇、铈，可提高焊片的导电性能和传热性，通过添加铟、钒、锌，可提高焊片的熔点，改善其凝固结晶状态，因未加入铅元素、铁元素、钴元素、镍元素、铌元素等磁性材料，可避免金属引起的信号干扰。
[0063]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。