基本信息
- 项目名称：
- 环保型无松香无铅焊膏的开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 焊膏是一种重要的电子封装材料，传统的焊膏中含有大量的Pb和松香，会危害操作人员的身体健康并且污染环境。本项目从环保的角度出发，开发一种环保型无松香无铅焊膏，该焊膏对环境无污染，不增加成本并保证了焊接的可靠性，同时焊接温度比市场上同类产品低10-20℃，可以有效地避免电子器件和印刷电路板因焊接温度过高而受到损坏，焊膏保质期也得到延长。因此，与同类产品相比，该研究成果在技术创新上具有明显的优势。
- 详细介绍：
- 焊膏是影响电子产品尺寸、成本及可靠性的关键材料之一。传统的焊接材料含有大量的Pb和松香，均为有毒物质，危害操作人员的身体健康并且污染环境，因此世界各国都提倡在电子封装中使用无（低）松香无铅焊膏，并且制定了相关的法律法规。本项目从环保和实用性两方面出发，开发出一种环保型无松香无铅焊膏，以避免焊接过程中对环境的污染和对人类身体健康的危害，同时解决无铅焊接过程中焊点因导电不好或导热性差等原因导致焊点提前失效从而影响电路板整体性能的问题，满足焊点密度更高、面积更小的BGA封装领域对可靠性优良的焊点的要求。本项目开发的环保型无松香无铅焊膏在印刷电路板上的焊点饱满、有光泽，无锡珠，无桥连，无坍塌现象出现。可以应用到BGA封装、LED封装、Flip Chip封装等电子封装领域，该研究成果已申请国家发明专利（公开号：CN 101670499A），并且多次在大型学术会议上进行展示和交流，具有广阔的市场前景和良好的经济效益潜力。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：在电子封装的无铅化过程中，Sn-Ag-Cu系列被公认为是最佳的无铅焊料之一，但是为了提高焊接效果，Sn-Ag-Cu焊膏中含有大量松香，而松香在焊接过程中挥发出有毒气体，长期使用会危害焊接操作人员的身体健康以及污染环境。因此从环保角度考虑，开发一种环保型无松香无铅焊膏具有很强的现实意义。 基本思路：从焊膏用助焊剂着手，找到性能良好的环保型松香替代物，并且对助焊剂中的活性剂进行改良，然后通过选择其它添加剂进一步提升焊接性能，开发出一种焊接性能优良的环保型无松香无铅焊膏。 创新点：本研究中开发的无松香无铅焊膏是一种环保型产品，不含松香不含铅；利用现有的封装设备和技术即可使用；焊接可靠性良好；焊接温度为250℃，比市场上的焊膏低10-20℃，可以有效地避免电子器件和电路板因焊接温度过高而受到损坏；与市场上的同类型的焊膏相比，其成本相当。 技术关键：通过实验选择一种性能优良的环保型松香替代物，在不增加成本和保证焊接可靠性的前提下替换掉有害物质松香。 主要技术指标：本研究中开发的环保型无松香无铅焊膏不含松香不含铅，在铜片和PCB板上经过回流焊后，焊点饱满、有光泽、无锡珠、无坍塌、无桥连现象出现，满足焊接要求。
科学性、先进性
- 目前市场上的焊膏中含有大量松香，而松香是危害人体健康和环境的有害物质。本项目通过大量实验找到松香的替代物，既能保持焊膏良好的焊接性能，又能不对人体健康和环境造成危害，从而开发出一种环保型无松香无铅焊膏。虽然目前国内市场已有少数无松香无铅焊膏的产品，但因未能找到性能优良的松香替代物从而导致焊膏的活性不够，在此情况下要提高焊接可靠性就需升高焊接温度，这对电路板和电子器件的温度承受能力将是一个严峻的考验。国家知识产权局也公开了一些无松香免清洗助焊剂的发明专利，但是这些助焊剂并不能满足高性能焊膏的要求。 本项目正是从松香替代物、活性剂、焊接温度等关键技术方面着手开发性能优良的环保型无松香无铅焊膏，该焊膏能够在现有的电子封装设备和封装工艺中正常使用，且焊接温度比市场上的焊膏低10-20℃，可以有效避免电子器件和电路板因焊接温度过高而受到损坏，同时成本相差不大，保质期明显延长，具有明显的科学性和先进性。
获奖情况及鉴定结果
- 获2010—2011年度“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛校赛特等奖。 本课题组指导教师2009年10月14-17日在苏州举办的中国材料研讨会中任绿色电子材料（电子封装领域）分会主席，本项目中的成员亦积极参会，并介绍课题的研究思路和部分研究成果，受到参会人员的一致好评，各级专家和学者对该成果的创新性和实用性给予了高度肯定。 已取得的阶段性成果： 1、一种含有活性控制剂的无松香无铅免洗焊膏。 国家发明专利，公开号：CN 101670499A 2、无松香无铅焊膏活性体系的研究。 2009中国材料研讨会，2009 3、Sn-3.5Ag-0.5Cu块状焊料用无松香助焊剂的研究。 第十五届全国相图学术会议暨相图与材料设计国际研讨会，2010
作品所处阶段
- 中试阶段。在印刷电路板上进行焊接实验，其焊点饱满、有光泽，无锡珠，无桥连，无坍塌现象，焊接性能良好。
技术转让方式
- 1、专利技术转让 2、项目合作
作品可展示的形式
- 实物、图片。可提供助焊剂、合金粉末、焊膏、焊接后的印刷电路板等实物及相关图片。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点及优势：产品中无松香无铅；焊接温度较低为250℃；可以有效避免电子器件和电路板因焊接温度过高而受到损坏；成本相差不大；保质期明显延长；整个焊接过程可以在现有的电子封装设备和封装工艺中完成。 适应范围、市场分析及经济效益预测：电子信息产业是福建省以及厦门市当前发展最快、实力最强，也是最有活力和最有发展前景的产业之一，在海西战略的闽台对接中发挥着十分重要的作用。因此，大力发展应用于电子封装领域的焊接性能优良的环保型焊膏就有着十分重要的现实意义。 本研究正是从环保和实用性两方面出发，开发出一种环保型的无松香无铅焊膏，以避免焊接过程中松香对环境的污染和对人类身体健康的危害，同时解决无铅焊接过程中焊点因导电不好或导热性差等原因导致焊点提前失效从而影响电路板整体性能的问题，满足在焊点密度更高、面积更小的BGA封装领域对可靠性优良的焊点的要求。本研究开发的环保型无松香无铅焊膏可以应用到BGA封装、LED封装、Flip Chip封装等电子封装领域，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 电子封装是指将构成电子器件或集成电路的各个部件按规定的要求实现合理的布置、组装、键合和连接，以达到防止水份、尘埃及有害气体对电子器件或集成电路的侵入，减缓震动、防止外力损伤和稳定元器件等目的的操作工艺。 长期以来Sn-Pb合金由于具有优良的物理、化学性质和机械性能及低廉的价格，作为焊接材料广泛应用于半导体器件、计算机及家用电器等电子产品中。处理废弃的电子产品垃圾方法是将其破碎后埋入地下，但由于含铅的微细焊料无法回收，在酸雨的侵蚀作用下发生化学反应，而使铅离子渗入到地下水中和土壤中，进而对人体健康和环境造成极大危害。这一问题已引起欧洲、美国、日本等政府的高度重视，并已制定出多项政策来限制含铅焊料的使用，并积极研究和开发无铅焊接材料。 随着电子行业的飞速发展，焊膏已发展为高度精细的表面组装材料，它在SMT (表面组装技术) 的细引脚、小间距器件组装，高密度组装等组装技术中发挥了极其重要的作用。随着电路组装密度的不断提高和回流焊接技术的广泛应用、人们对环保的关注以及绿色组装概念的提出，SMT对焊接材料也不断有了新的要求。目前焊膏的发展主要方向包括无松香环保型免清洗焊膏的研制，即为了满足低残留，高可靠性及环保的需求，无松香环保型焊膏的研发还需要不断地深入。在一些发达国家，对无松香无铅焊膏的研发已经进行了很长一段时间，并且也取得了一些比较好的成果。而国内在这方面的研究相对来说起步比较晚，尽管也有一些无松香无铅焊膏的问世，但焊接效果不是十分理想。因此开发一种焊接性能优良的环保型无松香无铅焊膏就显得十分必要。 与市场上同类产品相比，本研究中开发的环保型无松香无铅焊膏不含松香不含铅，对环境无污染，是一种环保型产品，并且本焊膏在现有的电子封装设备和封装工艺中即能顺利完成焊接过程，同时焊接温度比市场上的焊膏低10-20℃，可以有效避免电子器件和封装设备因焊接温度过高而受到损坏，焊膏保质期也比传统的松香型焊膏的长。在技术创新上与同类产品相比，具有明显的优势。
