用于大功率器件无铅钎焊的助焊剂的开发
无铅焊锡丝用助焊剂的研究及发展趋势
无铅焊锡丝用助焊剂的研究及发展趋势摘要：随着现代化社会发展，人们环保意识增强，对含铅、含汞等电子产品谈之色变，因此也进一步推动了无铅电子产品的大力研发和推广。
手工焊接在电子产品焊接中发挥不可替代的重要作用，而无铅焊锡丝用助焊剂的研发势在必行。
需要对各种类型的无铅焊锡丝用助焊剂进行科学性分析与研究，明确其应用要点，推动研究力度，为行业发展提供动力支持。
本文主要对无铅焊锡丝用助焊剂的研究现状以及未来发展趋势进行综合性分析。
关键词：无铅焊锡丝助焊剂研究发展趋势现代化经济发展背景下，人们的环保意识增强，加强对对自身身体健康的关注力度。
而铅这类物质对人体健康破坏性较大，而且还容易引起环境污染。
因此，越来越多的国家禁止使用含铅产品。
这种国际背景下，无铅焊料被逐渐被研发出来，并得到广泛应用。
无铅化的发展对电子行业带来了极大的技术挑战，只有秉持绿色设计和制造的理念，加大无铅焊料的研发力度，才能为其全面推广与应用奠定良好的基础。
[1]随着现代化科学技术的发展，再流焊接与波峰焊接技术日渐盛行，优势明显。
但是手工焊接仍然是一种不可或缺的重要技术方式，尤其是在复杂组装工艺中是穿孔组建作业中需要应用到，同时在对家电、仪表仪器等进行焊接、补焊时往往需要应用到焊锡丝。
基于此，需要对无铅焊锡丝用助焊剂进行持续性研究。
一、助焊剂作用、特性、分类我国在2007年初颁布相关法律文件，不再准许使用含有铅、汞、镉等有毒有害物质的电子产品。
现阶段我国逐渐向无铅时代进行过渡。
结合当前的研发成果来看，无铅焊丝用助焊剂包含很多类型，而且可以结合分类指标的不同，对其进行如下分类：按照松香角度，氛围松香型、低松香型、无松香型；从而卤素含量包含低卤素和无卤素；从焊后清洗角度包含清洗型和免清洗型。
[2]（一）作用在电子产品组装技术应用中，势必要应用中助焊剂，在具体应用中，主要发挥其物理、化学特性，达到钎焊目的，形成保障和焊点质量。
随着在现代化科学技术发展支持下，气氛焊接、真空焊接方式被研发和应用，但是成本较高，可操作性较低，而且应用稳定性不足，因此，现阶段在电子产品封装行业中，仍然使用助焊剂作为主要方式。
高可靠性微电子装备国产焊膏研制工程
2021年3月电子工艺技术Electronics Process Technology第42卷第2期113作者简介：樊融融，男，研究员，中兴通讯股份有限公司终身荣誉专家。
摘 要：针对当前国内高可靠性微电子装备用焊膏完全受制于国外，国内尚无一品牌产品可以替代的问题，分析了这一隐患的严重性，对高可靠性微电子装备国产焊膏研制工程的立项背景、实施路线和研制工程试验大纲等进行了详实介绍。
研制工程团队历时两年多先后完成了摸底试验和定型认证试验，积累了海量数据，并进行了归纳处理。
对近千幅分析图像判读和比较，不断浓缩迭代，最终获得受试的１１种焊膏（有铅焊膏国内３种，国外２种；无铅焊膏国内和国外各３种）的全部测试数据项（有铅焊膏５７项、无铅焊膏６３项），并逐项按其性能的优劣进行排序，最后再按获得优项的次数和权重，对受测试的公司再排序，从而获得了对高可靠性微电子装备国产焊膏研制工程成果的评价结论。
关键词：焊膏；互连可靠性；应用工艺性；成果评价；微电子装备中图分类号：ＴＮ６０４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－３４７４（２０２１）０２－０１１３－０７Abstract: In view of the problem that the domestic solder paste for high reliability microelectronic equipment is completely controlled by foreign countries, and there is no domestic brand product to replace, the seriousness of this hidden danger is analyzed, and the project background, implementation route and test program of domestic solder paste for high reliability microelectronic equipment is introduced in detail. It took more than two years for the research and development and engineering team to complete the thorough test高可靠性微电子装备国产焊膏研制工程Research and Development of Domestic Solder Paste with High Reliability forMicroelectronic Equipment樊融融FAN Rongrong（中兴通讯股份有限公司，广东 深圳 ５１８０５７）( Zhongxing Telecommunication Equipment Corporation, Shenzhen 518057, China )高可靠性微电子装备国产焊膏研制工程ｄｏｉ： １０．１４１７６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－３４７４．２０２１．０２．０１５【编者按】 当前国内高可靠性微电子装备用焊膏完全受制于国外，国内尚无一品牌产品可以替代。
无铅电子封装材料的研究与开发
无铅电子封装材料的研究与开发一、背景介绍随着环保意识的深入，人们对于环境污染的关注越来越高，也越来越重视绿色制造和生产。
在电子制造行业中，电子封装材料是一个重要的研究领域。
一些电子封装材料中常含有铅等有毒物质，对环境和人类健康造成危害，因此无铅电子封装材料的研究与开发已经成为了许多研究人员的热点。
二、无铅电子封装材料的定义无铅电子封装材料可以在电子制造行业中替代传统的含铅电子封装材料，以减少对环境造成的污染。
无铅电子封装材料主要采用无铅焊料、无铅高温塑料等材料，在产品生产线上可以与原有的生产流程相兼容，不会对原有的生产流程造成太大的影响。
三、无铅电子封装材料的开发1、无铅焊料的开发在无铅电子封装材料中，无铅焊料是一个重要的材料，因为焊料对整个电路的稳定性有着至关重要的作用。
传统的含铅焊料虽然可以确保焊接的稳定性，但含有有毒物质，对环境污染和人类健康造成危害。
因此，无铅焊料的开发成为了无铅电子封装材料研究的重点之一。
在无铅焊料的开发过程中，需要研究无铅焊料的焊接性、稳定性、可靠性和耐热性等方面的性能。
同时，还需要考虑无铅焊料在焊接过程中的氧化和金属结构变化等问题，以确保焊接后的产品的稳定性和可靠性。
2、无铅高温塑料的开发在无铅电子封装材料的研究中，无铅高温塑料也是一个重要的材料。
传统的含铅高温塑料在生产过程中不仅需要使用含有有毒物质的材料，而且还存在着环保和稳定性方面的问题。
因此，研究无铅高温塑料的材质和相应的加工工艺成为了一个研究重点。
在无铅高温塑料的开发过程中，需要考虑材料的可加工性、耐热性和稳定性等方面的性能。
同时，还需要研究无铅高温塑料在加工过程中的流变行为和热稳定性等问题，以确保产品的质量和稳定性。
3、无铅电子封装材料的应用通过对无铅电子封装材料进行研究和开发，可以将其应用到电子制造行业的不同领域中。
无铅电子封装材料可以在电子产品的生产线上替代传统含铅电子封装材料，以减少对环境的污染和对人类健康的危害。
Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究
Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究*范琳霞，荆洪阳，徐连勇(天津大学材料科学与工程学院，天津 300072)摘要：随着电子产品小型化，无铅化的发展，对焊料提出了更高的要求。
无铅钎料Au80Sn20由于具有优良的力学性能在高可靠性气密封装和芯片焊接中被广泛应用。
本文综述了近几年来Au80Sn20的发展状况，重点介绍了该焊料的可靠性研究。
关键词：无铅钎料；Au80Sn20；可靠性；力学性能Reliability Study Of Au80Sn20 Lead-free SolderFan Lin-xia, Jing Hong-yang, Xu Lian-yong(School of Materials Science and Engineering,Tianjin University ,Tianjin 300072,China) Abstract: with the miniaturized and lead-free development of electronic products ,higher demand is put forward about solder . Lead-free solder Au80Sn20 is widely applied in high reliable hermetic package and die welding due to excellent mechanical property.The text summarizes the development status of Au80Sn20 in recent several years,and emphasizes to introduce the reliability study of the solder.Keywords: Lead-free Solder; Au80Sn20; reliability; mechanical property1 前言共晶SnPb焊料作为主流的互连材料长期以来一直广泛用于电子工业中。
无铅焊料研究报告综述
2.5 焊料特性
Sn-Bi系
Sn-Bi系焊料合金的场 变性和拉伸强度明显的 高于Sn-Pb共晶焊料。 主要是Bi元素的结晶构 造是菱面体晶格，延展 性不好。但是该焊料合 金的固液相共存的区域 大，焊接时容易出现凝 固偏析，使耐热性劣化。 在工艺上应采用快速冷 却以减小偏析。
2.5 焊料特性
Sn-Zn系
2.4种类
Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-In、Sn-Cu等
2.5 焊料特性
Sn-Ag系
Sn-Ag系焊料作为高熔点焊料已被实用化了。Sn-Ag系合金具有良好 的金属特性，其力学性能、可焊性、热疲劳可靠性良好；此外，由于Ag 的抗氧化性能好，从而使用 Sn-Ag系焊料无须气体保护，它被认为是有 力的替代焊料之一。 Sn-Ag系无铅焊料合金目前存在的最大问题是，如用于替代Sn-Pb共 晶焊料，熔点偏高。如Sn-3.5Ag共晶的熔点是221oC，为降低熔点，通 常是添加微量的 Bi，In，Cu和Zn等元素。但总体上看，Sn-Ag系无铅焊 料合金具有热疲劳性能优良、结合强度高、熔融温度范围小、蠕变特性 好、熔点比较高、价格高等特点。
2.6 无铅焊接技术应用的影响因素
3.助焊剂 开发新型的氧化还原能力强和润湿性更好的助焊剂,以满足无铅焊料的 要求。助焊剂要与焊接预热温度和焊接温度相匹配,而且要满足环保的要 求。迄今为止,实际测试证明免清洗助焊剂用于无铅焊料焊接效果更好。 4.模板 无铅工艺对模板的开口尺寸和模板的厚度提出了新的要求，模板开口 尺寸的更改主要还是依据实际生产的基板焊接情况而定。例如QFP/BGA 等细间距引脚的元件要求在不引起桥连的情况下尽量加大模板开口，以 增加焊膏量提高焊接质量；由于无铅焊膏的比重相对有铅焊膏要小，助 焊剂含量较多，无铅焊接特性等形成了无铅焊膏在焊接时要求锡膏量要 比有铅的要多，所以在生产无铅产品时模板厚度应相应增加一点。
钎焊材料成分性能分析-无铅焊料(或无铅钎料,无铅焊锡)
杭州辛达狼焊接科技有限公司是一家专业研发、生产和销售低、中、高温钎焊用助焊剂的科技型企业。
产品主要有不锈钢无铅助焊剂，普通型不锈钢锡焊助焊剂，无铅烙铁头专用高效助焊剂，低温液体铝助焊剂，铝/铜异种材料钎焊助焊剂，铜合金用中温膏状助焊剂，中温膏状铝助焊剂和焊膏等系列产品，广泛应用于电子、电器、制冷和汽车等领域。
公司建有助焊剂研发中心，拥有2名博士和多名助焊剂专家，并与哈尔滨工业大学在助焊剂领域建立了密切的科研合作。
助焊剂--辛达狼焊接科技有限公司1.3.2锡基无铅软焊料铅及其化合物是有毒物质，损害人类健康，污染环境。
随着人类环保意识的增强，世界各国已相继出台一系列法令和法规来防治电子产品所带来的生态问题，限制铅在电子产品中的使用，最有影响力的是欧盟于2003年颁布的WEEE 指令（《报废电子电器设备指令》）和ROHS指令（《电器和电子设备中限制使用某些有害物质指令》），执行日期是2006年7月1日。
我国于2006年2月也颁布了相应的《电子信息产品污染控制管理办法》，规定2007年3月1日起开始实施。
欧盟和我国的指令都明确规定在指定日期前停止在监管电子产品中使用含铅材料。
在无铅绿色制造这一大趋势下，许多国家的科研机构和企业已开始加大投入来研发无铅焊料，并积极推广其应用。
目前已开发出的无铅焊料主要有Sn-Ag系，Sn-Cu系，Sn-Zn系和Sn-Ag-Cu 系等，并通过添加P、Ni、Ag、Sb、Cu、In、Bi等元素获得不同性能的系列产品。
如千住金属工业株式会社的JS3027441专利、亚通电子有限公司的ZL03129619.X专利和艾奥瓦州立大学的US5527628专利，分别公开了各自的Sn--Ag-Cu系无铅焊料；AIM的US5525577专利和US5352407专利，公开了Sn-Ag-Cu-Sb系无铅焊料；松下电器产业株式会社的CN1087994C专利和北京工业大学的CN1586793A专利申请公开了各自开发的Sn-Zn系无铅焊料；千住金属工业株式会社的CN1496780A专利申请公开了Sn-Cu系无铅焊料；韩国三星电机株式会社的CN1040302C、CN1040303C专利和CN1139607A专利申请公开了Sn-Bi系无铅焊料等。
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第2"卷第"期 2018年6月哈尔滨理工大学学报JOURNAL OF HARBI,^ UNIVERSITY OF SCIE：NCE AND TECHNOLOGYVol.23 No. 3 Jun. 2018用于大功率器件无铅钎焊的助焊剂的开发孙凤莲，彭丽娟(哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150040)摘要：采用正交试验法研制适用于大功率器件无铅钎焊的无卤素低松香型助焊剂。
优选助焊剂的活性剂、溶剂、成膜剂等成分，按照GB/T 31474 -2015电子装联高质量内部互连用助焊剂标准，对助焊剂的铺展率、腐蚀性及物理性能进行测试。
结果表明，当助焊剂中，有机酸活性剂质量分 数为15%、松香质量分数为30%，触变剂为1%时，助焊剂具有良好的物理稳定性和润湿性，平均扩展率达到86%，焊后残留物对铜板无腐蚀，满足电子器件的使用要求。
关键词：助焊剂；活性剂；铺展率DOI :10.15938/j. jhust. 2018.03.010中图分类号：TG425.1文献标志码：A文章编号！1007-2683(2018)03-0056-04Development of Flux for Lead-free Soldering of High Power DevicesSUNFeng -lian ， PENG Li-juan(School of Material Science and Engineering "Harbin University of Science and Technology "Harbin 150040 "China)Abstract ； Halogen-free low-Rosin flux was applied to lead-free soldering of the high-power devices witli orthogonal test method. The compositions of flux such as active agent ，solvents ，film-forming agent were optimized and the spreading rate ， corrosion resistance and physical properties of the 31474 -2015 soldering fluxes for high-quality interconnections in electronic assembly. The results showed that ； the new flux has good physical stability and wettability，and the highest average rate of expan fraction of organic acid active agent is 15%，rosin mass fraction is 30% and thixotropic The corrosion of residues after reflow is little to the copper plate，and the new flux well meets the requirements of the electronic device.Keywords ； flux % active agent; spreading rate〇引言无铅焊膏由金属合金粉末和高分子助焊剂组 成，是微连接电子封装中重要的连接材料，广泛应用 于航空、通信、医疗电子、汽车等电子产品生产领域 中[1_5]。
助焊剂作为焊膏的重要组成成分，其性能的优异直接关系到电子产品质量的好坏，因此要求收稿日期：2016 -05 -26基金项目：国家自然科学基金(4301 -431010411).作者简介：彭丽娟（1990—），女，硕士研究生.通信作者：孙凤莲（1957—），女，博士，教授，博士研究生导师,E-mail:Sunflian@163.C O m.助焊剂必须具备化学活性，热稳定性，润湿能力等特性[6-7]。
助焊剂的组元复杂，各组分之间还发生相互作用[8_10]。
目前，国内针对无铅焊膏用助焊剂的研究较少，加上焊膏用助焊剂的配方多属于企业的 商业机密，受专利保护，公开发表的资料很少[11 4]，因此，研制与无铅钎料相匹配、性能优越、绿色环保的助焊剂也就成为了必然要求[14-16]。
文中钎料采用实验室的专利产品SACBN07,具第3期孙凤莲等:用于大功率器件无铅钎焊的助焊剂的开发57有优良的可焊接性，耐高温老化性等优点，但熔点也 比市面上合金粉末稍高[17—19*，是一款性能优异的大 功率器件无铅钎焊的焊料。
通过正交实验优选助焊 剂配方，研制与SACBN07钎料匹配的助焊剂，并且按照GB/T 31474 -2015电子装联高质量内部互连 用助焊剂[2°]标准对助焊剂进行性能测试，得到活性 高、腐蚀性低、残留少、粘度适宜的无卤素环保型助 焊剂，有助于助焊剂配方的科学设计和焊膏的正确 使用，为国内助焊剂的研究提供参考。
1实验方法1.1助焊剂配制方法按照设计的助焊剂配方，称量活性剂，溶剂，成 膜剂，松香，触变剂，缓蚀剂，调节剂成分，放入烧杯 中进行混合，在55°C水浴锅中进行加热30 Y?，之 后进行磁力搅拌15 mm，待溶液混合均勻后，停止搅 拌，放在室温下冷却15 m i n，即可得到膏状助焊剂。
1.2助焊剂性能检测方法根据GB/T 31474 -2015电子装联高质量内部 互连用助焊剂标准[14]，对配制的助焊剂进行了性能 测试:外观和颜色、物理稳定性、不挥发物含量、密 度、PH值、卤化物含量、扩展率、铜板腐蚀性。
2助焊剂配方设计助焊剂的成分有溶剂、活化剂、触变剂和成膜剂 等，因此对助焊剂的组分进行筛选。
2.1溶剂与松香质量分数比的确定溶剂是采用异丙醇X，乙二醇丁醚y和二乙二 醇甲醚z的复配。
采用不同沸点的溶剂混合使用，可以弥补单一溶剂的不足。
为了使溶剂能够很好地 溶解松香，保证助焊剂能长时间呈现均勻，不分层，特设计如表1所示的溶剂和松香质量分数配比，测 试x，y和Z 3种溶剂单独使用和混合使用时的效果。
表1溶剂的选取 =试验序号1234567 x 6003302y 0603032z 0060332试验采用溶剂加松香的配比，其中溶剂选用6 g，松香选择普通松香和氢化松香质量1:1复配2 g，溶解均勻后，观察两个小时内的分层情况，结果表明，溶液的稳定程度$7# > 4# > 5# > 6# > 1# > 2# > 3 #，因此得出溶剂复配更利于与松香的混合，其中可 以看出，单个溶剂和松香的溶解情况中，醇x溶解情 况最好，醚y和醚Z程度类似，因此在选择溶剂的复 配中，醇x应适当的比重多一些。
对溶剂的配比中 进行附加实验，按照表2所示进行试验。
表2溶剂的比例确定验序号1234醇x:醚y醚z3n4n34n3n35n3n26n2n2采用如上所述的方法，观看溶解后两个小时的 分层情况得出，4号实验溶液的稳定程度$4# > 3# > 2# > 1#，由此确定溶剂的质量分数比例为6:2:2。
2.2活性剂质量分数比的确定活性剂选用有机酸，绿色环保，无卤素，且采用 强弱酸的复配方式。
弱酸选用硬脂酸I,熔点低，在预热区可发挥助 焊作用，强酸从3种有机酸丁二酸H，己二酸o，癸二 酸d中选择，3种酸的熔点使得助焊剂可在活性区 发挥活性，并持续到回流区。
采用弱酸与强酸质量 分数1:1进行实验。
采用0.3 g无铅焊球配合助焊 剂在255 ±2°C的加热台进行模拟焊接，AutoCAD测 量焊后铺展面积，以其大小作为评价标准。
选择强 酸种类，其中铺展面积大小〇 = d >b，由此确定强酸 为c+ d，其中O d为1:1，因此活性剂种类为a:(c + d) =1:1。
对活性剂的质量分数比的选择实验，按照表3 行，铺 面积作为 。
表3活性剂的比例确定验序号酸a:(酸c +酸d#铺展面积/mm21 1 n131.2722 1 n231.5963 1 n332.48742n128.13853n128.080由表3可知，铺展面积大小比较3# >2# >1# > 4# >5#，因此确定活性剂的质量分数比例为a: (c +d)为 1:3。
2.3正交实验确定助焊剂组分配比2.1 2.2 到，采用 正 验化配方，其中缓蚀剂质量分数为0.5%，表面活性剂 1.5%，调节剂1.5%，其余为溶剂含量，正交设计如58哈尔滨理工大学学报第23卷表4所示。
表4正交实验Z景因素松香性剂成膜剂触剂125550.5230107.513351510 1.5行正交实验，铺展面积作为衡量标准，得到表5的实验结果。
表7正交实验结果编号松香性剂成膜剂触变剂铺展面积/mm2125550.5 5.94225107.51 6.003251510 1.5 6.0743057.5 1.5 6.2153010100.5 6.016301551 6.357355101 5.89835105 1.5 5.70935157.50.5 6.271 6.003 6.013 6.017 6.0732 6.210 5.903 6.160 6.1003 5.953 6.250 5.990 5.993极差0.2570.3470.1700.107序性剂d>成膜剂>触剂5可知，在助焊剂的研制过程中，活性剂对助焊剂的性能的最大，铺面积中，即可选取 因素的最，5的验结果，进行验，制备10#助焊剂，6所，并选9 验铺展性能较好的6#助焊剂，进行制行性能比 。
表6优化后的 的分编号松香性剂成膜剂触剂1030157.513试验结果及结论51助焊剂的性能测试助焊剂的性能，其测试结果如表7所示。
表7助焊剂的综合性能检项目助焊剂6#助焊剂10#外观颜淡黄色粘稠状膏体淡黄色粘稠状膏体物理稳定性均一*稳定，无杂质均一*稳定，无杂质卤素含量无无干燥度合格合格密度/(g.m L — 1) 1.047 1.008PH值 4.3 4.0铜板腐蚀性无无不挥发物质量分数/%40.550.1长无无3.2助焊剂适宜工作温度的确定对及10#助焊剂（简称A)，市售美国AMTECH 助焊剂（简称1 #，的 偶助焊剂（简称C#的焊接温度进行，确定其工作温度后，对其铺行对比。
以SACBN07焊料作为研究对象，在不同温度其进行铺展性能，其 结果分别如图1所示。