环氧树脂复合Sn-Bi-Sb无铅焊膏及制备方法

本发明涉及一种环氧树脂复合环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏及制备方法，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。主要用于电子行业元器件的组装及封装，是一种钎焊性能良好、焊点力学性能优良的无铅钎料。

背景技术：

1、随着电子行业对低温焊接的需求，snbi系低温无铅钎料在电子领域的应用越来越广泛。以sn-58bi共晶钎料为首选的低温钎料，既能减少回流焊工艺中印制电路板和电子组件的翘曲问题，又能减少能源排放，降低生产成本，已经广泛的应用在某些对温度有特定需求的产品。但是，由于sn-58bi共晶钎料中bi元素的含量高，使焊点的延展性、强度、温度循环可靠性和机械冲击可靠性变差，应用领域受到了限制。

2、目前国内外改善无铅钎料性能的方法主要为两种，一种是合金化，以现有的sn基无铅钎料为基体，通过添加一种或多种微量合金元素的方式改善钎料的性能；另一种方法是颗粒增强，即在sn基钎料中内生成(如原位合成)或直接加入第二相颗粒(如添加各种纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯等)，制备出复合无铅钎料，从而改善钎料的性能。

3、本申请者通过文献检索发现，专利申请号为201310002577.1的专利“一种低温复合焊膏及其制备方法和使用方法”，报道了一种低温复合焊膏及其制备方法和使用方法，其中低温复合焊膏包含低温焊料基体，焊剂和金属颗粒，其用于电子器件在焊接过程中具有保持稳定的作用，从而保证了焊缝的高精度要求；申请号为201811229313.9的“环氧树脂复合sn-bi无铅焊膏”，报道了一种环氧树脂复合sn-bi无铅焊膏，其特征在于其组成按质量百分数配比为3％～8％的环氧树脂、固化剂及促进剂(环氧树脂︰固化剂︰促进剂＝100︰8～30︰1～10)，余量为市售sn-bi焊膏。所述该复合sn-bi无铅焊膏具有良好的润湿铺展性能，能显著提高钎焊接头的抗剪强度，可用于电子行业元器件的回流焊；申请号为201811230768.2的“一种含有环氧树脂的复合sn-bi无铅焊膏”，报道了一种含有环氧树脂的复合sn-bi无铅焊膏。所述复合sn-bi无铅焊膏可改善钎料的润湿铺展性能，能显著地提高钎焊接头的抗剪强度。

4、申请号为202111234886.2的“环氧树脂复合sn-ag-cu无铅焊膏”报道了添加环氧树脂后的sn-ag-cu无铅焊膏与未添加环氧树脂的sn-ag-cu焊膏焊点强度21.36n相比，提高幅度在14％～26％，在最佳添加量5％时提高到了27.19n(环氧树脂+含固化剂+促进剂的总添加量为5％时)，提高了26％，充分说明环氧树脂的添加，能够显著地提高sn-ag-cu无铅焊膏焊点的剪切强度，且没有负面作用。但是，现有钎料文献均未见提高焊点或电子器件“抗跌落性”的报道。

5、2022年国内智能手机出货量达2.64亿部，手机几乎已经成为人们生活的必需品，但是却属于易耗品、易损品，而手机跌落造成手机损坏是最常见的方式，所以，手机的抗跌落试验主要考核的对象之一就是钎焊焊点的抗跌落性。为了提高电子器件(组件)抗跌落性、抗冲击性能，从而提高电子器件(组件)可靠性的，国内外在很多产品上采用“灌封胶”保护pcb板上的电子元器件，但是灌封胶的应用也有局限性。申请人通过试验发现，采用环氧树脂复合无铅钎料焊点能够显著提高电子器件(组件)的抗跌落性，从而弥补灌封胶应用的局限性，本项发明，即是在这种技术背景下完成的。

技术实现思路

1、本发明的任务在于提供一种具有良好的润湿铺展性能、能显著提高钎焊接头的抗剪强度特别是焊点的抗跌落性的低温无铅钎料。

2、本发明的任务是这样来完成的。

3、一种环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏，其特征在于其组成按质量百分数配比为3％～6％的环氧树脂、固化剂、促进剂组成的混合物，1.5％～5.0％的纳米银膏，余量为市售sn-bi-sb焊膏。其中环氧树脂、固化剂及促进剂组成的混合物中，各组分占该组合物质量百分数配比为环氧树脂︰固化剂︰促进剂＝100︰70～85︰4～9。所述环氧树脂为50％的e44型双酚a与50％的e51型双酚a的组合，所述固化剂为40％的顺丁烯二酸酐与60％的邻苯二甲酸酐的组合，所述促进剂为30％的2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚(即dmp-30)与30％的邻苯二酚与40％的间苯二酚的组合。

4、根据所述的环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏的制备方法，其特征在于包括以下过程：步骤1、使用市售的锡锭、金属铋块、锑锭，各种元素原材料按需要配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”或采用“惰性气体”保护进行冶炼、浇铸，得到sn-bi-sb合金棒材；将冶炼好的sn-bi-sb合金，再熔化后，采用氩气保护通过“气雾化”制粉设备将sn-bi-sb合金制备成颗粒直径为20μm～75μm的合金粉末；pb元素作为原材料中的“杂质元素”，总量(质量百分数)控制在pb≤0.07wt.％范围内；将质量百分数85％～95％的sn-bi-sb合金粉末、余量为市售助焊剂，加入适量乙醇或乙二醇，使用高速搅拌机，转速为300r/min～1200r/min，搅拌10min.～30min.即得到sn-bi-sb无铅焊膏；再将50％的e44型双酚a与50％的e51型双酚a的环氧树脂组合混合物、所述40％的顺丁烯二酸酐与60％的邻苯二甲酸酐的固化剂组合混合物、所述30％的2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚与30％的邻苯二酚与40％的间苯二酚的促进剂组合混合物，按照环氧树脂︰固化剂︰促进剂＝100︰70～85︰4～9预先配比并混合均匀后备用；然后，将质量百分数为3％～6％的环氧树脂、固化剂及促进剂组成的混合物、1.5％～5.0％的市售纳米银膏、余量为上述制备的sn-bi-sb无铅焊膏，加入适量乙醇或乙二醇，使用高速搅拌机，转速为300r/min～1200r/min，搅拌10min.～30min.，即得到环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏；其中市售纳米银膏中纳米银粒径为150nm～250nm，无压烧结温度不高于220℃。

5、所述市售sn-bi-sb焊膏，其中sn-bi-sb合金粉末占市售sn-bi-sb焊膏按质量百分比的85％～95％，余量为市售助焊剂。其中bi元素占合金粉末的57％～59％，sb占1.2％～2.0％，余量为sn，合金粉末颗粒直径为20μm～75μm。新发明的环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏具有良好的润湿铺展性能(与市售sn-bi-sb焊膏润湿铺展性能相当，无负面影响)，能显著提高钎焊接头的抗剪强度和抗跌落性，可用于电子行业某些对温度和抗跌落性能有特定需求的产品的回流焊。

6、本发明提供的技术方案，由于使用的环氧树脂、固化剂及促进剂均属于价格低廉(相对sn、bi、sb、ag金属元素来说，每公斤的市场价格均低于sn、bi、sb、ag金属的价格)、无毒(极低毒)、环保的市售化工材料，总体用量只占膏状钎料的3％～6％，纳米银膏添加量只占膏状钎料的1.5％～5.0％，而且可改善钎料的润湿铺展性能，能显著地提高钎焊接头的抗剪强度和抗跌落性。

技术特征：

1.一种环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的环氧树脂复合sn-bi-sb无铅焊膏的制备方法，其特征在于包括以下过程：

技术总结
一种环氧树脂复合Sn‑Bi‑Sb无铅焊膏及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。其组成按质量百分数配比为3%～6%的环氧树脂、固化剂、促进剂组成的混合物，1.5%～5.0%的纳米银膏，余量为市售Sn‑Bi‑Sb焊膏。其中环氧树脂、固化剂及促进剂组成的混合物中，各组分占该组合物质量百分数配比为环氧树脂︰固化剂︰促进剂=100︰70～85︰4～9。本发明具有良好的润湿铺展性能，能显著提高钎焊接头的抗剪强度和抗跌落性，可用于电子行业某些对温度和抗跌落性能有特定需求的产品的回流焊。

技术研发人员：张鹏,薛鹏,顾立勇,顾文华,薛松柏
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14