CN101508061A - 用于SnAgCu合金焊锡粉的助焊剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于SnAgCu合金焊锡粉的助焊剂，其特征在于由下述重量配比的组分组成：有机溶剂25～40％；活性剂5～10％；松香30～55％；触变剂5～10％；增塑剂5～10％。本发明还提供上述助焊剂的一种制备方法。本发明中，增塑剂使残留物流动性增强，使采用这种助焊剂和SnAgCu合金焊锡粉所制备的焊锡膏在焊后残留物极少并且能很好地铺展在焊点周围，残留物透明，从而具有很好的焊点光亮度，同时极大地降低残留物对焊点和元器件的腐蚀作用；适量的触变剂使采用这种助焊剂和SnAgCu合金焊锡粉所制备的焊锡膏稳定性高、触变性能好，焊锡膏在印刷、焊接时具有良好抗塌陷性能，减少回流焊接时在焊点周围出现的焊锡珠现象。

Description

用于SnAgCu合金焊锡粉的助焊剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及助焊剂，具体地说，涉及一种用于SnAgCu合金焊锡粉的助焊剂及其制备方法。

背景技术

传统的焊锡膏主要是由含铅的焊锡粉(如铅锡合金焊锡粉)所配制的焊锡膏，作为电子产品的封装材料，对需要焊接的电路板具有优秀的焊接和导电性能，焊点光亮、饱满，但是在对废弃的电子产品进行处理(目前多采用填埋处理)的过程中，焊锡粉中的铅遇到酸雨或酸性地下水，即会渗入地下，溶于地下水中，污染水源，人们长期饮用受铅污染的水后，会导致铅中毒，对身体健康造成严重危害。

鉴于有铅焊锡粉所带来的严重危害，电子封装的无铅化已经在世界范围内成为趋势，各国纷纷出台相关法律法规限制或废止铅在电子产品中的使用，主要发达国家已经开始逐渐使用无铅焊锡粉作为消费类电子产品的封装材料，通常作为无铅焊锡粉的合金有SnAgCu合金、SnBi合金、SnZn合金。但与SnPb合金焊锡粉相比，多数无铅焊锡粉在焊接时处于部分熔融或凝固状态，很容易导致“虚焊”现象，这主要是因为无铅焊锡粉润湿性能差所造成的。

为增强无铅焊锡粉的润湿性能，达到与有铅焊锡粉类似的焊接效果，现有的无铅焊锡膏的助焊剂主要是添加较多的活性剂，以清除表面氧化膜和降低金属间的表面张力，同时还添加较多的松香，以保护无铅焊锡粉不在焊接时被再次氧化。但是，由于无铅焊锡膏含有较多的活性剂和松香树脂，而松香的化学性质主要取决于树脂酸，树脂酸结构式中含有双键和羧酸两类化学物质，松香里面的树脂酸中的双键具有很强的的化学反应活性，在高温且含氧气的焊接接情况下，同时在金属离子做催化剂的情况下，焊锡粉与氧气发生氧化反应，树脂酸在催化剂的作用下互相发生聚合反应，产生的氧化物和聚合物分子链段比较长，流动性极差，这样，在回流焊接的后半段过程中，由这些氧化物和聚合物所构成的残留物便大部分停留在焊点表面，流动性差，因而覆盖在焊点表面的残留物会比较多，也正因为残留物的量较多，残留物的厚度也会较厚，焊点的光亮度也受到一定的影响，而且，残留物中仍含有少量活性物质，残留物长期依附在焊点表面上，会对电路板及元器件进行腐蚀，在一定程度缩短了电子产品的使用寿命。

另外，目前大部分含SnAgCu合金焊锡粉的焊锡膏(如中国发明专利申请公布说明书CN101152686A公开的环保焊锡膏)虽然具有良好的强度、抗疲劳特性、塑性、溶解性和持续性，但在印刷、贴片和焊接等三个使用过程中都较容易产生焊锡珠不良现象，主要表现在印刷和贴片过程中出现冷塌(印刷后干燥过程中焊锡膏的外观变形称之为冷塌)，在焊接过程中的预热和保温阶段出现热塌(加热中出现焊锡膏变形则称之为热塌)；当焊锡膏出现塌陷(塌陷是指焊锡膏印刷和贴片后，在干燥或加热过程中，其外观上的改变；包括冷塌和热塌)现象以后，焊锡膏在最后的回流焊接阶段就会产生焊锡珠，焊接不良率较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于SnAgCu合金焊锡粉的助焊剂，以及这种助焊剂的制备方法，采用这种助焊剂和SnAgCu合金焊锡粉所制备的焊锡膏残留物极少且腐蚀性低，并且在印刷、焊接、贴片时具有良好的抗塌陷性能，减少在焊点周围出现的焊锡珠现象。采用的技术方案如下：

一种用于SnAgCu合金焊锡粉的助焊剂，其特征在于由下述重量配比的组分组成：有机溶剂25～40％；活性剂5～10％；松香30～55％；触变剂5～10％；增塑剂5～10％。

优选上述有机溶剂是二丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、2-甲基-2，4-戊二醇、丙二醇苯醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、2-乙基-2，6戊二醇、松油醇、十六醇、甲基丙醇中的一种或多种的组合。有机溶剂作为溶剂，在制备焊锡膏的搅拌过程中起调节均匀的作用，对焊锡膏的寿命有一定的影响。

优选上述活性剂是十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、邻苯二甲酸、苯甲酸、对叔丁基苯甲酸、顺丁烯二酸酐、顺丁烯二酸、乳酸、丙二酸、壬二酸、辛二酸、十二二酸、二羟甲基丙酸、氟碳表面活性剂、2，3-二溴1，4-丁烯二醇、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)中的一种或多种的组合。活性剂主要起到去除印刷电路板(PCB)铜膜焊盘表层及电子元器件焊接部位的氧化物质的作用，同时还具有降低经加热后熔融焊锡粉表面张力的作用。

优选上述松香是水白氢化松香、全氢化松香、聚合松香、氢化松香、歧化松香、酯化松香中的一种或多种的组合。松香能够加大焊锡膏的粘附性，还能够防止焊后印刷电路板(PCB)铜膜焊盘表层及焊接点被再度氧化，而且对电子元器件的固定起到很重要的作用。

优选上述触变剂是乙二撑双硬脂酸酰胺、蓖麻油、氢化蓖麻油、氢化蓖麻油腊中的一种或多种的组合。触变剂具有较强的表面活性效果，能够在极小的添加量时表现出较高的浸润效果。

优选上述增塑剂主要是邻苯二甲酸酯类增塑剂；更优选上述邻苯二甲酸酯类增塑剂是邻苯二甲酸二癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异十一烷酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或多种的组合。增塑剂能够增强残留物铺展在焊点周围的能力。

另外，本发明还提供上述助焊剂的一种制备方法，其特征在于依次包括下述步骤：

(1)将有机溶剂和松香混合后加入到加热容器中，然后加热，将加热容器中的温度控制在100—130℃；

(2)当所加入的松香完全熔化后，继续将加热容器中的温度控制在100—130℃，将活性剂、触变剂和增塑剂加入到加热容器中，并搅拌至松香、活性剂、触变剂和增塑剂完全混溶在有机溶剂中，得到混合物料；

(3)将步骤(2)得到的混合物料冷却到20—35℃，得到助焊剂。

制得的助焊剂密封保存待用。将上述助焊剂和SnAgCu合金焊锡粉按照一定的比例(通常是1：(6.77～9))混合并搅拌均匀，即可得到焊锡膏。

本发明的助焊剂和SnAgCu合金焊锡粉制成焊锡膏以后，在印刷过程中，在刮刀的推力作用下焊锡膏的粘度开始下降，经过钢网网眼时，触变剂特殊的大分子结构可以使得此时焊锡膏的粘度最低，从而让焊锡膏可以顺利通过钢网网眼并到达需焊接点上；随着钢网与印刷电路板的分离，附于焊锡膏上的外力也撤去，触变剂特殊的大分子结构又使焊锡膏的粘度迅速回升，这时焊锡膏的粘度所产生的内聚力足以防止焊锡膏塌陷，维持需焊接点上的焊锡膏的形状，从而让焊锡膏产生局部分离，防止了在回流焊过程中因焊锡膏不位于需焊接点而产生焊锡珠。在贴片和回流焊接过程中，触变剂能保持焊锡膏在贴片和预热时外观上不发生变化，即不使焊锡膏产生塌陷现象。这样，便能在焊锡膏几乎不变形的情况下完成最后的回流焊接过程，达到最后不产生焊锡珠的目的，很大程度上提高了焊锡膏的电气安全性能。

增塑剂的主要作用是在焊锡膏完成焊接过程后，削弱残留物之间的次价健(即范德华力)，从而增强了分子链的移动性，降低了残留物中聚合物分子链的结晶性，即增加了残留物的塑性，使残留物具备较好的流动性，这样，留在焊点表面的残留物的量会很大程度上减少，焊点的光亮度也会有显著提高，残留物对焊点和元器件的腐蚀程度也降低，在一定程度上延长了所焊接电子产品的寿命。

本发明在助焊剂中加入增塑剂，增塑剂在焊接过程中与焊后的残留物很好地结合在一起，降低了残留物的分子间力，从而使残留物流动性增强，使采用这种助焊剂和SnAgCu合金焊锡粉所制备的焊锡膏在焊后残留物极少并且能很好地铺展在焊点周围，残留物透明，从而具有很好的焊点光亮度，同时极大地降低残留物对焊点和元器件的腐蚀作用，延长了电子产品的使用寿命；在助焊剂中加入适量的触变剂，使采用这种助焊剂和SnAgCu合金焊锡粉所制备的焊锡膏稳定性高、触变性能好，焊锡膏在印刷、焊接时具有良好抗塌陷性能(包括抗冷塌性能和抗热塌性能)，减少回流焊接时在焊点周围出现的焊锡珠现象，从而使焊锡膏具有优秀和焊接性能和电气安全性能，降低了焊接的不良率。

具体实施方式

实施例1

本助焊剂的制备方法依次包括下述步骤：

(1)将25千克有机溶剂(其中松油醇10千克、二乙二醇丁醚10千克、2-甲基-2，4-戊二醇5千克)和55千克松香(其中酯化松香30千克、氢化松香25千克)混合后加入到加热容器中，然后加热，将加热容器中的温度控制在100℃；

(2)当所加入的松香完全熔化后，继续将加热容器中的温度控制在100℃，将5千克活性剂(其中十六酸2.5千克、2，3-二溴1，4-丁烯二醇0.5千克、烷基酚聚氧乙烯醚2千克)、8千克触变剂(均为氢化蓖麻油)和7千克增塑剂(其中邻苯二甲酸二甲酯4千克、邻苯二甲酸二异壬酯3千克)加入到加热容器中，并搅拌至松香、活性剂、触变剂和增塑剂完全混溶在有机溶剂中，得到混合物料；

(3)将步骤(2)得到的混合物料冷却到30℃，得到100千克助焊剂。

得到的100千克助焊剂由25千克有机溶剂(其中松油醇10千克、二乙二醇丁醚10千克、2-甲基-2，4-戊二醇5千克)、5千克活性剂(其中十六酸2.5千克、2，3-二溴1，4-丁烯二醇0.5千克、烷基酚聚氧乙烯醚2千克)、55千克松香(其中酯化松香30千克、氢化松香25千克)、8千克触变剂(均为氢化蓖麻油)和7千克增塑剂(其中邻苯二甲酸二甲酯4千克、邻苯二甲酸二异壬酯3千克)组成。

实施例2

本助焊剂的制备方法依次包括下述步骤：

(1)将35千克有机溶剂(其中二丙二醇甲醚15千克、一缩二乙二醇10千克、乙酸乙酯10千克)和47千克松香(均为聚合松香)混合后加入到加热容器中，然后加热，将加热容器中的温度控制在120℃；

(2)当所加入的松香完全熔化后，继续将加热容器中的温度控制在120℃，将8千克活性剂(其中十二酸3千克、十八酸4千克、苯甲酸0.5千克、氟碳表面活性剂0.5千克)、5千克触变剂(均为乙二撑双硬脂酸酰胺)和5千克增塑剂(其中邻苯二甲酸二癸酯3千克、邻苯二甲酸二辛酯2千克)加入到加热容器中，并搅拌至松香、活性剂、触变剂和增塑剂完全混溶在有机溶剂中，得到混合物料；

(3)将步骤(2)得到的混合物料冷却到25℃，得到100千克助焊剂。

得到的100千克助焊剂由35千克有机溶剂(其中二丙二醇甲醚15千克、一缩二乙二醇10千克、乙酸乙酯10千克)、8千克活性剂(其中十二酸3千克、十八酸4千克、苯甲酸0.5千克、氟碳表面活性剂0.5千克)、47千克松香(均为聚合松香)、5千克触变剂(均为乙二撑双硬脂酸酰胺)和5千克增塑剂(其中邻苯二甲酸二癸酯3千克、邻苯二甲酸二辛酯2千克)组成。

实施例3

本助焊剂的制备方法依次包括下述步骤：

(1)将40千克有机溶剂(其中丙二醇苯醚25千克、乙酸丁酯5千克、十六醇5千克、甲基丙醇5千克)和30千克松香(其中全氢化松香20千克、水白氢化松香5千克、歧化松香5千克)混合后加入到加热容器中，然后加热，将加热容器中的温度控制在130℃；

(2)当所加入的松香完全熔化后，继续将加热容器中的温度控制在130℃，将10千克活性剂(均为壬基酚聚氧乙烯醚)、10千克触变剂(其中乙二撑双硬脂酸酰胺5千克、蓖麻油5千克)和10千克增塑剂(均为邻苯二甲酸二异十一烷酯)加入到加热容器中，并搅拌至松香、活性剂、触变剂和增塑剂完全混溶在有机溶剂中，得到混合物料；

(3)将步骤(2)得到的混合物料冷却到35℃，得到100千克助焊剂。

得到的100千克助焊剂由40千克有机溶剂(其中丙二醇苯醚25千克、乙酸丁酯5千克、十六醇5千克、甲基丙醇5千克)、10千克活性剂(均为壬基酚聚氧乙烯醚)、30千克松香(全氢化松香20千克、水白氢化松香5千克、歧化松香5千克)、10千克触变剂(乙二撑双硬脂酸酰胺5千克、蓖麻油5千克)和10千克增塑剂(均为邻苯二甲酸二异十一烷酯)组成。

实施例4

本助焊剂的制备方法依次包括下述步骤：

(1)将33千克有机溶剂(均为二缩三乙二醇)和44千克松香(其中全氢化松香20千克、酯化松香24千克)混合后加入到加热容器中，然后加热，将加热容器中的温度控制在115℃；

(2)当所加入的松香完全熔化后，继续将加热容器中的温度控制在115℃，将9千克活性剂(其中十二二酸3千克、丙二酸2千克、二羟甲基丙酸2千克、乳酸2千克)、7千克触变剂(氢化蓖麻油腊4千克、蓖麻油3千克)和7千克增塑剂(均为邻苯二甲酸二癸酯)加入到加热容器中，并搅拌至松香、活性剂、触变剂和增塑剂完全混溶在有机溶剂中，得到混合物料；

(3)将步骤(2)得到的混合物料冷却到30℃，得到100千克助焊剂。

得到的100千克助焊剂由33千克有机溶剂(均为二缩三乙二醇)、9千克活性剂(其中十二二酸3千克、丙二酸2千克、二羟甲基丙酸2千克、乳酸2千克)、44千克松香(其中全氢化松香20千克、酯化松香24千克)、7千克触变剂(氢化蓖麻油腊4千克、蓖麻油3千克)和7千克增塑剂(均为邻苯二甲酸二癸酯)组成。

上述实施例1—4制得的助焊剂密封保存待用。将上述助焊剂和SnAgCu合金焊锡粉按照一定的比例(通常是1：(6.77～9))混合并搅拌均匀，即可得到焊锡膏。

Claims (8)

1、一种用于SnAgCu合金焊锡粉的助焊剂，其特征在于由下述重量配比的组分组成：有机溶剂25～40％；活性剂5～10％；松香30～55％；触变剂5～10％；增塑剂5～10％。

2、根据权利要求1所述的助焊剂，其特征是：所述有机溶剂是二丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、2-甲基-2，4-戊二醇、丙二醇苯醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、2-乙基-2，6戊二醇、松油醇、十六醇、甲基丙醇中的一种或多种的组合。

3、根据权利要求1所述的助焊剂，其特征是：所述活性剂是十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、邻苯二甲酸、苯甲酸、对叔丁基苯甲酸、顺丁烯二酸酐、顺丁烯二酸、乳酸、丙二酸、壬二酸、辛二酸、十二二酸、二羟甲基丙酸、氟碳表面活性剂、2，3-二溴1，4-丁烯二醇、烷基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种的组合。

4、根据权利要求1所述的助焊剂，其特征是：所述松香是水白氢化松香、全氢化松香、聚合松香、氢化松香、歧化松香、酯化松香中的一种或多种的组合。

5、根据权利要求1所述的助焊剂，其特征是：所述触变剂是乙二撑双硬脂酸酰胺、蓖麻油、氢化蓖麻油、氢化蓖麻油腊中的一种或多种的组合。

6、根据权利要求1所述的助焊剂，其特征是：所述增塑剂是邻苯二甲酸酯类增塑剂。

7、根据权利要求6所述的助焊剂，其特征是：所述邻苯二甲酸酯类增塑剂是邻苯二甲酸二癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异十一烷酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或多种的组合。

8、权利要求1—7所述的助焊剂的制备方法，其特征在于依次包括下述步骤：

(1)将有机溶剂和松香混合后加入到加热容器中，然后加热，将加热容器中的温度控制在100—130℃；

(2)当所加入的松香完全熔化后，继续将加热容器中的温度控制在100—130℃，将活性剂、触变剂和增塑剂加入到加热容器中，并搅拌至松香、活性剂、触变剂和增塑剂完全混溶在有机溶剂中，得到混合物料；

(3)将步骤(2)得到的混合物料冷却到20—35℃，得到助焊剂。