無滷助焊膏及其製備方法
2023-05-24 12:44:21 2
專利名稱：無滷助焊膏及其製備方法
技術領域：
本發明屬於助焊膏及其製備技術領域，尤其涉及一種無滷助焊膏及其製備方法。
背景技術：
錫膏是電子產品中主要的焊接材料，被廣泛的應用在電子產品的生產中，它主要由佔90%左右的焊粉和佔10%左右的助焊膏合成，助焊膏主要作用是利用含有的活性物質清除焊料和被焊母材表面的氧化物，降低焊料表面張力，提高焊料的潤溼性能，使潔淨的金屬表面接觸、反應，達到對被焊元件良好焊接的目的。助焊膏對提高電子產品焊接質量和可靠性起著至關重要的作用。傳統助焊膏的活性物質一般選用有機胺的滷酸鹽作為活性劑，如二甲胺鹽酸鹽、 二乙胺鹽酸鹽、二乙胺溴酸鹽、環己胺溴酸鹽等，該類活性劑具有活性高、表面活性優良、 助焊效果好等優點，但該類物質容易吸溼，並且滷素離子容易腐蝕焊粉，造成錫膏穩定性變差。如果滷素含量過大，在焊接過程中會產生大量刺激性氣味的煙霧，汙染環境，並且造成焊後的殘留腐蝕焊點，影響焊點可靠性。另外，多數滷化物屬環境荷爾蒙物質，對免疫系統、內分泌系統具有毒害作用，對生物體具有致癌作用及其它毒性反應(精神和心理疾患)，嚴重影響生物體的生殖和發育。 在燃燒時滷化物釋放出的大量滷素氣具有很強的毒性，影響人的呼吸系統，其形成的致癌物質「二噁英」被稱為「世紀之毒」。這些滷素氣在與水蒸汽結合時，會生成腐蝕性有害氣體 (滷化氫)，形成酸雨，對一些設備及建築物造成腐蝕。因此國際上的一些組織已經頒布了一些法規來限制滷化物的使用，如RoHs限制兩種特定滷化物(多溴聯苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE))，將要推出的RoHs 2. O也將對其它滷化物做出了嚴格的限制，REACH法規和加州法規也對多種滷化物進行了一定的規範和限制。雖然對焊錫膏和助焊膏中滷素的限制當前還沒有見到國際標準或國家標準，但一些知名的電子產品生產企業已經先後引入了無滷製程，對原材料以及輔料中的滷素含量進行了嚴格的限制，在電子產品的無滷化進程中起到了帶頭作用，如諾基亞、蘋果、索尼、惠普、三星、聯想等企業，要求氯和溴的含量均要小於 900PPM，兩者之和小於1500PPM。作為電子產品不可或缺的重要焊接材料，錫膏及助焊膏的無滷化成為當前發展的必然趨勢。早在十幾年前，IPC、IEC、JIS等組織就已經按照滷化物含量和其腐蝕性危害程度， 將助焊膏分為L，M，H三個等級。IPC/J-STD-004規定的無滷助焊膏標準僅要求助焊膏中不含離子鍵的滷化物，助焊膏中滷化物總含量(Cl+Br+F+I)小於500PPM，才能被定義為LO級 「無滷助焊膏」，測定方法規定為滴定測試或離子色譜法(IC)，但這兩種方法都只能測出離子鍵的滷化物。目前，大部分的助焊膏在降低離子鍵滷素活性劑用量的前提下，卻通常會添加一定量的共價鍵滷化物，如中國專利公開號為CN1562554A、CN101269448A、CN101062536A 中所用的二溴丁二酸、二溴丁烯二醇、5-氯代水楊酸等。共價鍵滷化物在焊接過程中，會釋放出具有活性的滷素離子或滷化氫氣體，可以有效的去除焊接表面的氧化物。相對於離子鍵滷化物，雖然共價鍵滷化物具有良好的可靠性，但依然會對人體和環境造成汙染，並且影響電子產品的可靠性。而滴定法和離子色譜法是無法測出共價鍵滷化物的，所以按照IPC/ J-STD-004標準測定的LO級助焊膏，未必一定是不含滷素(Halogen-free)的助焊膏。確定助焊膏是不是真正不含滷素，可採用「氧彈燃燒法」測試，這是一種環境測試程序，可見於 BS EN 14582 :2007，EPASW-846 5050/9056 和 JPCA ES-01-2003 等標準中。無滷活性劑通常選用有機羧酸，如丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、水楊酸等，相對於含滷的活性劑，該類活性劑活性和腐蝕性較低，使錫膏和焊點具有更高的可靠性，但對焊粉氧化層的去除能力和對焊點潤溼性的提高不足。因此，如何使這些活性劑表現出更強的活性，能夠達到含滷活性劑的焊接效果，是無滷助焊膏研製的關鍵問題。助焊膏的製備工藝對其活性的發揮具有明顯的影響，國內外對這方面的研究和報導甚少。本發明通過製備工藝的改進，確保了助焊膏具有更高的活性，這也是本發明的一個創新點。
發明內容
本發明旨在提供一種真正不含滷素的助焊膏及其生產工藝。使用該助焊膏生產的錫膏具有良好的潤溼性和高可靠性。本發明所述的無滷助焊膏，其特徵在於由下列重量配比組成松香和/或松香衍生物30 60 %，活性劑5 20 %，觸變劑5 12 %，表面活性劑O. 3 2 %，緩蝕劑O. I I. 5%，溶劑30 60% ;所述配比之和為100%。進一步，本發明所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述松香衍生物包括氫化松香、 聚合松香、亞克力松香、富馬酸改性松香或馬來酸改性松香中的一種或多種。進一步，本發明所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述活性劑包括丁二酸、戊二酸、 己二酸、壬二酸、癸二酸、水楊酸、蘋果酸、苯基丁二酸或鄰苯二甲酸中的一種或多種；進一步，本發明所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述觸變劑包括十二羥基硬脂酸、氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、乙撐雙硬脂酸醯胺、脂肪酸醯胺或聚醯胺中的一種或多種；進一步，本發明所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述表面活性劑為矽氧烷基表面活性劑。進一步，本發明所述的用於製備錫基合金焊膏的無滷助焊膏，其特徵在於所述矽氧烷基表面活性劑為聚二甲基矽氧烷、烷基改性二甲基矽氧烷、聚醚改性聚二甲基矽氧烷、 芳烷基改性甲基烷基聚矽氧烷中的中一種或多種。進一步，本發明所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述緩蝕劑包括苯並三氮唑、甲基苯並三氮唑、2-乙基咪唑、二乙醇胺、三乙醇胺或三異丙醇胺中的一種或多種；進一步，本發明所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述溶劑包括2-乙基-1，3-己二
醇、二甘醇丁醚、二乙二醇己醚、二乙二醇辛醚、三甘醇丁醚或三丙二醇丁醚中的一種或多種。此外本發明還提供一種無滷助焊膏製備方法，其特徵在於包括如下步驟將前述無滷助焊膏中除了活性劑以外的其餘組分在80 120°C條件下加熱溶解，冷卻至20 30 0C ；在20 40°C的條件下將活性劑通過乳化分散均勻添加到前一步驟獲得的溶液中，得到所述無滷助焊膏。通過本發明所述製備的助焊膏不含滷素，在製備過程中活性劑採用了低溫乳化分散技術，具有較高的活性和穩定性，使生產的錫膏具有良好的潤溼性，能夠達到和含滷產品相同的焊接效果，且焊後殘留物更穩定，產品可靠性更高。
具體實施例本發明所述無滷助焊膏，其主要特徵在於由下列重量配比組成松香和/或松香衍生物30 60 %，活性劑5 20 %，觸變劑5 12 %，表面活性劑O. 3 2 %，緩蝕劑O. I
I.5%，溶劑 30 60%。本發明所述松香和或松香衍生物主要包括氫化松香、聚合松香、亞克力松香、富馬酸改性松香、馬來酸改性松香的一種或幾種混合。松香的主要成分為松香酸,在助焊膏中除了起成膜作用外，對其活性的表現也起到明顯作用。本發明所用亞克力松香、富馬酸改性松香、馬來酸改性松香為經過酸性物質改性的松香，具有較高的活性，有利於去除焊粉和被焊部位的氧化層，配合氫化松香或聚合松香使用，可使助焊膏具有更優的綜合性能。本發明所述活性劑主要包括丁二酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、水楊酸、蘋果酸、苯基丁二酸、鄰苯二甲酸中的一種或多種。在回流焊接過程中該類有機酸與金屬氧化物發生反應Me0+2RC00H— (RCOO) 2Me+H20從而達到去除焊粉和被焊部位氧化層的目的。該類活性劑相對於含滷活性劑，對焊粉的腐蝕性更小，焊後殘留具有更高的可靠性。本發明所述觸變劑包括十二羥基硬脂酸、氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、乙撐雙硬脂酸醯胺、脂肪酸醯胺、聚醯胺中的一種或多種。這些觸變劑可以使錫膏具有良好的印刷性，提高錫膏的抗坍塌性，避免焊接過程產生錫珠和連錫現象。本發明所述表面活性劑主要為矽氧烷基表面活性劑，如聚二甲基矽氧烷、烷基改性二甲基矽氧烷、聚醚改性聚二甲基矽氧烷、芳烷基改性甲基烷基聚矽氧烷等。含齒活性劑除了具有較高的去除焊料和被焊部位氧化層能力外，還有明顯降低焊料表面張力的作用， 可以促進焊料潤溼性能。而有機羧酸在降低焊料表面張力方面較含滷活性劑差，因此需用高效表面活性劑來彌補。矽氧烷表面活性劑有很強的降低焊料表面張力的作用，且較傳統使用的烷基酚聚氧乙烯醚(如OP-10、TX-10等)具有更強的耐溫性，在200°C以上仍表現出很好的效果，可明顯提高焊點的潤溼性。本發明所述緩蝕劑包括苯並三氮唑、甲基苯並三氮唑、2-乙基咪唑、二乙醇胺、三乙醇胺、三異丙醇胺中的一種或多種。該類物質可以對焊粉起到保護作用，或調整助焊膏PH 減低對焊粉的腐蝕，而確保了錫膏的穩定性。本發明所述溶劑主要包括2-乙基-1，3-己二醇、二甘醇丁醚、二乙二醇己醚、二乙二醇辛醚、三甘醇丁醚、三丙二醇丁醚中的一種或多種。這些溶劑對助焊膏的其他組分具有良好的溶解能力，且揮發緩和，在整個焊接過程起到持續的載體作用，並且這些溶劑分子中均含有-OH極性基團，可以促進活性劑活性的發揮。本發明所述助焊膏製備方法，其主要特徵在於將本發明所述助焊膏中除了活性劑以外的其餘組分按比例加入不鏽鋼反應釜中，在80 120°C條件下攪拌，直至完全溶解，冷
5卻至20 30°C得到助焊膏半成品。按比例將助焊膏半成品和活性劑加入高剪切分散乳化機，在20 40°C的條件下將活性劑均勻分散，得到所述助焊膏。當前各生產廠家幾乎均在較高溫度下(10(TC 180°C )使各組分溶解來生產助焊膏，但試驗發現活性劑較高溫度的溶解過程可降低助焊膏活性的發揮。這是因為有機羧酸在較高的溫度下可反應生成酸酐2RC00H — RC0-0_0CR+2H20RC00H+R，COOH — RCO-O-OCR，+2H20或與醇反應生成酯RC00H+R，OH — RCOOR，+H2O另一方面，有機羧酸在較高的溫度下可以離解出H+，在助焊膏的生產過程中，部分 H+可能與其它某些組分(比如胺類物質)發生反應，而導致了活性降低。本發明採用在不高於40°C的條件下經乳化裝置將活性劑分散到其他組分的混合液中，確保了活性劑活性最大程度的保留，使得所製備的錫膏在焊接過程中表現出良好的活性。本發明所述的助焊膏可以按錫膏重量的8% 15%與錫基合金粉末均勻混合製備錫膏。所述錫基合金成分中除了含有Sn以外，可包含Pb、Cu、Ag、Bi、Sb、Au等一種或多種元素，如 SnPb37、SnBi58、SnAg3. OCuO. 5、SnCuO. 7、SnSb5、SnAu80 等，粒度可以為 20 μ m 80 μ m中任意範圍。使用本發明所述助焊膏生產的錫膏具有良好的潤溼性，能夠達到和含滷產品相同的焊接效果，且焊後殘留物更穩定，產品可靠性更高。下面是具體實施例中給出的無滷助焊膏中各組分的總量百分比，並在表I中給出了將各實施例組分的無滷助焊膏與錫基合金粉末均勻混合製備錫膏之後的性能數據。具體來說實施例I :
馬來酸改性松香20% 聚合松香10%
鄰苯二甲酸5%
聚醯胺4% 聚醚改性聚二甲基矽氧烷1% 苯並三氮唑0.1% 三丙二醇丁醚餘量實施例2
實施例3實施例4
亞克力松香30%
氫化松香5%
丁二酸8%
己二酸12%
聚醯胺4%
乙撐雙硬脂酸醯胺3%
聚二甲基矽氧烷0.5%
三乙醇胺1%
二甘醇丁醚20% 2-乙基-1,3-己二醇餘量
富馬酸改性松香40%
氫化松香15%
水楊酸2%
癸二酸6%
氫化蓖麻油2%
聚醯胺3%
烷基改性二甲基矽氧烷0.3%
三異丙醇胺1%
三甘醇丁醚餘量
實施例5
馬來酸改性松香15%亞克力松香15%聚合松香10%蘋果酸4%癸二酸4%十二羥基硬脂酸2%聚醯胺6%烷基改性二甲基矽氧烷0.2%2-乙基咪唑3%三丙二醇丁醚25三甘醇丁醚餘量亞克力松香30%聚合松香10%蘋果酸4%苯基丁二酸8%油酸醯胺4%改性氫化蓖麻油8%聚二甲基矽氧烷2%苯並三氮唑0.5%甲基苯並三氮唑1%三甘醇丁醚25%二乙二醇己醚餘量
以上實施例所述助焊膏製備的錫膏性能見下表I :
錫膏ABCDE助焊膏實施例I實施例2實施例3實施例4實施例5焊粉SnPb37-3#SnBi58-2#SnAg3Cu0.5-3#SnAg3Cu0.5-4#SnCuO.7-3#金屬比例90%91%88.5%88%88.5%錫珠OOOOO擴展率92%90%88%87%87%粘度， pa · s初始18014515616216760°C60h 後182148159163169銅鏡腐蝕不穿透不穿透不穿透不穿透不穿透表面絕緣阻抗(Ω)3.2X10115.2X10114.5X10114.7X10113.8X10U注2#焊粉粒度45 75μπι;3#焊粉粒度25 45μπι;4#焊粉粒度20 38 μ m0最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。
權利要求
1.一種無滷助焊膏，其特徵在於由下列重量配比組成松香和/或松香衍生物30 60%，活性劑5 20%，觸變劑5 12%，表面活性劑O. 3 2%，緩蝕劑O. I I. 5%，溶劑30 60%，所述配比之和為100%。
2.根據權利要求I所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述松香衍生物包括氫化松香、聚合松香、亞克力松香、富馬酸改性松香或馬來酸改性松香中的一種或多種。
3.根據權利要求I所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述活性劑包括丁二酸、戊二酸、 己二酸、壬二酸、癸二酸、水楊酸、蘋果酸、苯基丁二酸或鄰苯二甲酸中的一種或多種。
4.根據權利要求I所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述觸變劑包括十二羥基硬脂酸、 氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、乙撐雙硬脂酸醯胺、脂肪酸醯胺或聚醯胺中的一種或多種。
5.根據權利要求I所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述表面活性劑為矽氧烷基表面活性劑。
6.根據權利要求5所述的用於製備錫基合金焊膏的無滷助焊膏，其特徵在於所述矽氧烷基表面活性劑為聚二甲基矽氧烷、烷基改性二甲基矽氧烷、聚醚改性聚二甲基矽氧烷、芳烷基改性甲基烷基聚矽氧烷中的一種或多種。
7.根據權利要求I所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述緩蝕劑包括苯並三氮唑、甲基苯並三氮唑、2-乙基咪唑、二乙醇胺、三乙醇胺或三異丙醇胺中的一種或多種。
8.根據權利要求I所述的無滷助焊膏，其特徵在於所述溶劑包括2-乙基-1，3-己二醇、二甘醇丁醚、二乙二醇己醚、二乙二醇辛醚、三甘醇丁醚或三丙二醇丁醚中的一種或多種。
9.一種無滷助焊膏製備方法，其特徵在於包括如下步驟將權利要求I所述的無滷助焊膏中除了活性劑以外的其餘組分在80 120°C條件下加熱溶解，冷卻至20 30°C ；在20 40°C的條件下將活性劑通過乳化分散均勻添加到前一步驟獲得的溶液中，得到所述無滷助焊膏。
全文摘要
一種無滷助焊膏及其製備方法，該助焊膏主要用於製備錫基合金焊膏。所述助焊膏重量配比為松香和/或松香衍生物30～60％，活性劑5～20％，觸變劑3～12％，高效表面活性劑0.3～2％，緩蝕劑0.1～1.5％，溶劑30～60％，所述組分之和為100％。所述助焊膏不含滷素，在製備過程中活性劑採用了低溫乳化分散技術，具有較高的活性和穩定性，生產的錫膏具有良好的潤溼性，能夠達到和含滷產品相同的焊接效果，且焊後殘留物更穩定，產品可靠性更高。
文檔編號B23K35/363GK102581523SQ20121007532
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者盧茂成, 朱捷 申請人:瑞瑪泰(北京)科技有限公司