CN101602153B - 一种免清洗电绝缘胶焊剂 - Google Patents

Abstract

一种免清洗电绝缘胶焊剂，属于电气、电子行业中的材料连接技术领域，所述胶焊剂包括松香、活化剂、有机膨润土CLAYTONE AF，其重量百分含量为：松香60～90％；活化剂15～25％；有机膨润土CLAYTONE AF 4～6％；活化剂选自乙二醇一甲醚、二甘醇、一甘醇酯、醇醚中的一种或一种以上的组合。本发明胶焊剂环保性能好，存储时间长、具有高粘结强度和牢固性能，绝缘性能高。而且本发明胶焊剂重操作时再生容易，有效降低焊接成本。

Description

一种免清洗电绝缘胶焊剂

技术领域

本发明属于电气/电子行业中的材料连接技术领域，具体涉及一种免清洗、无金属的电绝缘胶焊剂。

背景技术

在电子工业的连接技术中，软钎焊一直居于主导地位，由于铅对环境的影响，欧盟以及各发达国家已经要求电子组装产品中必须使用无铅钎料，以替代已广泛应用于印刷电路板(PCB printed cirluit Board)装配的Sn-Pb钎料。无铅钎料的采用对现行电子产业的生产工艺、对元器件及印刷电路板的要求、产品成本造成影响，进而冲击计算机、无线通讯、家用电器等制造业最具有吸引力的领域，同时随着集成电路(VLSI)和微型化片式元器件的不断发展与应用，寻求合适无铅电子钎料已为。电子表面组装技术(SMT Surface MountTechnoligy)将SMC/SMD(片状器件)直接贴焊到PCB表面或者其它基板上，SMT要求无铅钎料的性能可适用各种类型的元器件、以及印刷板的高密度分布、引脚间距小、焊点微型化等特征，无铅钎料还应具有良好润湿铺展性可填充间隙、适合的熔化温度范围以及牢固性能，更重要的对环境友好、无毒、可再循环。目前，钎料以Sn为基体，添加Ag、Cu、Sb、Zn等其它合金，现有的合金钎料中以Sn-Zn、Sn-Cu、Sn-Ag，具有较有潜力的Sn-Pb替代物，合金钎料西部添加脂类钎剂以及挥发性物质如乙醇等，合金钎料需要配合不同的钎剂，无铅合金钎料与金属基板形成冶金连接，具有好的导电性能和导热性，但是SMA焊接后，总是存在印刷板面钎剂残留以及其它类型污染物，即使免清洗钎剂的添加也不可造成涂覆和残留物，对PCBS造成化学侵害，而且不同的钎焊工艺需要采用不同的免清洗剂，相容性又带来很大问题，除了上述不足，合金钎料存在如下问题：

(1)焊剂中具有一定的毒性，形成的烟雾对人类有危害；

(2)钎焊也需要一定的气氛，才能保证良好的润湿和减少氧化，则最终形成黏性的、未氧化的残渣，而且使桥接危险增大；

(3)在柔性基板容易产生应力开裂；

(4)产生金属焊接微球；

(5)返修困难；

(6)具有定距限制。

在电子组装中，另外一种无铅替代材料是粘结剂(胶焊剂)，在混合电路组装中流行两种粘结剂导电胶和电绝缘粘结剂，导电胶添加导电填充物即金属颗粒，常见的导电胶为银粉和铜粉填充，非导电胶(电绝缘)胶焊剂也常用于混合电路的组装；导电胶和电绝缘胶焊剂用于集成电路与引线框架(lead-frame)的芯片附着(dieattach)材料，用作制作多层印刷电路板，将铜箔附着在电路板或者柔性基板上，导电胶的导电性不如合金类钎料，但粘结剂室温或者低温固化，很适合黏结温度敏感元件，而且对于要求返修的电路板更具有优势，现有存在较普遍使用的环氧粘结剂如导电(添银)和电绝缘的聚酰亚胺粘结剂和氰酸盐酯粘结剂，仍存在如下不足：

(1)存放寿命短，室温1小时失效，而无再活能力；

(2)成本较高，单材料成本，导电胶通常比合金钎料贵几倍；

(3)有气体释出物沾污电路，如水汽、氯化物、金属离子和胺等，造成电短路和电化学腐蚀；

(4)导电胶分配银粉时需要可靠粘结工艺，环氧流散到电路导线之间会因为电气短路、金属迁移和颗粒脱落的危险。

发明目的

为克服现有电子连接材料存在上述储存时间与温度限制、粘度强度不够与粘性维持时间短、毒性、金属焊接微球的产生、对PCBs的化学侵害等缺陷，本发明之目的在于提供一种可存储时间长、具有高粘结强度和牢固性能、将环境毒性降至最低水平的无毒、无挥发物、无金属以及无铅、无定距限制的均质绝缘焊胶。而且本发明胶焊剂重操作时再生容易，有效降低焊接成本。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种免清洗电绝缘胶焊剂，其特征在于所述胶焊剂包括松香、活化剂、有机膨润土(CLAYTONE)，其重量百分含量为：

一种免清洗电绝缘胶焊剂，其特征在于所述胶焊剂包括松香、活化剂、有机膨润土CLAYTONE AF，其重量百分含量为：

松香60～90％；活化剂15～25％；有机膨润土CLAYTONE AF 4～6％；所述活化剂选自乙二醇一甲醚、二甘醇、一甘醇酯、醇醚中的一种或一种以上的组合。

本发明胶焊剂中松香作为基本物质，分子式为C₁₉H₂₉COOH，可为电子胶粘剂中常用松香的含义，包括天然松香和成份稳定的合成松香，性状如同柔软的二氧化物，松香(树脂)主要由树脂酸(混合有机酸)组成，用于纯化过程中中和酸根。松香从松树树脂中获得的松树树脂经加热、蒸馏获得，或者树脂油的改良得到的松香组成。或者与羧基的酯化、中和及与双键的加成、氢化、岐化、聚合等改性后的松香；本发明活化剂是一种加热后产生活性化合物，所产生的反应是微型氯化反应，高温下，打断分子连接，释放出的盐酸还原焊接表面，同时分解表面的氧化部分，此时连接金属。同时，在连接处产生惰性涂层；有机膨润土CLAYTONE AF，作为树脂和活化剂的载体，同时也充当溶剂，该溶剂赋予胶焊剂许多有用的特性：易于应用、自动定心以及快干。

所述胶焊剂由松香、活化剂、有机膨润土CLAYTONE AF组成，其重量百分含量为：松香70～80％；活化剂15～25％；有机膨润土(CLAYTONE)4～6％。

所述松香酸值(mgKOH/g)在80～272之间，氯含量小于7mg/g，氨含量<0.7％。

所述松香酸值(mgKOH/g)在160～175之间，氯含量小于10^-2％，氨含量<10^-2％。

本发明松香可以选自葵二酸松香、氯化二甲氨松香、脂肪酸松香中的一种和一种以上任意比例的混合。发明人发现优选的松香为a.美国的松香：十葵二酸松香；b.德国的松香：十氯化工甲氨松香；c.法国的松香：脂肪酸松香，它们形状为叶片形，颜色为黄色。

上述醇醚为乙二醇乙醚、乙二醇丁醚和二甘醇单甲醚、丙二醇单甲醚中的一种或多种组合。

上述活化剂优选为乙二醇一甲醚。

本发明的另一目的是提供免洗胶焊剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

混合：将活化剂和有机膨润土CLAYTONE AF混合搅拌，升温至70℃时，在70～95℃下搅拌2～3小时；

增添：将松香分时填加，每次增填后待混合物的温度升至70～95℃时，再继续下一次增添，加毕继续温度在70～95℃搅拌30分钟，

降温：等待冷却到30～60℃时包装即得。

本发明还提供使用免洗胶焊剂进行焊接的方法，其特征在于其至少包括如下步骤：

通过导管插入术分配预备好的部位，后将粘结的目标部件装配于衬底上，在热温达到90～120℃时，0.1～8分钟内开始自动焊接或通过绢网印刷法将先预备好的衬底均匀涂层的目标部位，在90～120℃下将部件装配于衬底上0.1～8分钟内自动焊接。

本发明胶焊剂具有外观透明、薄层和绝缘的性能，薄层能达到1μm，能便以检验产品好坏，在欧洲和美国一些大公司实验结果为焊接率能达100％，本发明比其它无铅焊膏牢固性能高出50％以上。

本发明胶焊剂为环氧和清洁产品之一，无铅成份，能排除去挥发物。内无金属、完全绝缘(各向导电绝缘导体之间绝缘)。同时低温焊接不限小距离，也可实现多层同时焊接。

应用本发明免洗胶焊剂在电子焊接工艺的优点是：

(1)无金属，焊接时无毒气散发，没有挥发物除去、无金属焊接球。属于纯生物焊接，对环境无污染；

(2)低温焊接，绝缘性能好，不会产生零部件损坏；

(3)双面焊接，上下侧焊接只需一种工艺，能在薄层4～6mils(mils为千分之一英寸，1mils为25.4um)焊接或多层通知焊接，多层可以同时焊接。

(4)不易凝固，开启后数周时间，仍能保持其流动性，而传统焊剂在几个小时即凝固。

(5)焊接不正确，返工操作容易，在过期的焊剂添加适量活化剂即可恢复性能；

本发明胶焊剂的热处理工艺可使用传统焊膏已有一定的加热模式，而且现有技术中用来除去溶剂的预热过程省却，也不再需要在控制气氛的工艺，冷却模式为自然冷却过程，没有强制性挥发，与传统焊接技术相比能提高50％以上的效果，各成分完全地与其框架架电绝缘，并且机械强度更好。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步的说明：

实施例1：

本发明例胶焊剂包括松香、活化剂、有机膨润土CLAYTONE AF。

松香是暗黄色的低熔点的松散的块状物质，CAS：8050-09-7；本实施例松香选自美国的松香即十葵二酸松香，活化剂为乙二醇一甲醚.

松香占总重量的百分含量为70％；乙二醇一甲醚为20％；有机膨润土(CLAYTONE AF占总组份重量的5％。；

所述松香酸值在85～175mgKOH/g之间，氯含量小于10^-2％，氨含量<10^-2％。

活化剂乙二醇一甲醚为无色液体，CAS：111-77-3；

有机膨润土CLAYTONE AF为白色粉末状物质，用做变性剂/摇溶剂，CAS：68953-58-2，可以从，美国名称为Southern Clay Products，Inc.的公司购买到。

在容量为1公升的制造的原料比率中，准备一个反应器带有叶片的机动搅拌器和一个温度计，填加原料：

乙二醇一甲醚      150克

有机膨润土CLAYTONE AF   40克

用一个能够保持恒温的外部溶液进行加热，使温度上升到70～95摄氏度。在用搅拌器进行搅拌大约两个小时后，填加一些：

松香 600克

在填加物质的阶段，要等待一段时间，以便使反应器中的所有物质能够均匀的混合在一起，同时使温度回到70～95摄氏度。

在填加物质结束时，让它在继续搅拌30分种时，等待回到70～95摄氏度的温度条件下进行搅拌。

然后冷却到30-60摄氏度，并且将粘滞流体物质倒入聚乙烯材质的圆形瓶中。

所得胶焊剂。

 

颜色	琥珀胶
		水中溶解度	不溶
乙醇中溶解度	溶
		酸指数	86mg的KOH/g
卤素百分比含量	0％
		20℃时的粘度	450*
沸点	超过200℃
		PH	不适用
20℃时的密度	1.03

^*使用布氏RVT粘度计，升降流动F系统，粘度5T/min

本胶焊剂外观透明、薄层和绝缘的效果.薄层能达到1μm能使产品便以检验好坏，焊接率能达100％。

对于用粘结剂贴装的器件和基片来说，主要要求在电路的整个寿命周期内具有足够的粘结强度，本发明粘结剂组装样品电路置于工艺温度和机械筛选试验下考验，粘结性比其它无铅焊膏牢固性能高出50％以上。

本发明胶焊剂无铅成份，能排除去挥发物。内无金属、完全绝缘(各向导电绝缘导体之间绝缘)，低温焊接不限小距离，并能在较薄蜡纸焊接，或者多层同时焊接等等。

所得胶焊剂与现有技术中常用焊接粘胶相比：

 

	商业用焊接粘胶	本发明
			框架清洁	每10批洗一次	不需要
储存	冷藏	标准大气温度
			抽去烟雾	强	不需要
短路危险	有	无(内无金属)
			微球形成	有	无(内无金属)
最小垫定距	10mils	无限制

从下表也可以看出使用本发明胶焊剂，生产成本将降低

 

	商业用焊接粘胶	本发明
			用量	1KG	1KG
可粘接的零部件数量	160000	4400000
			损耗	20％	0
返工率	60％	0
			芯片成本	100	8
粘接期限	10mils	无限期
			温度	至25℃	至35℃
焊粘有限期	4小时	无限期

实施例2

制备胶焊剂，松香为宝石松香，用量：松香700g；

活化剂为二甘醇，用量为250g；有机膨润土CLAYTONE AF用量为50g。

将二甘醇和有机膨润土CLAYTONE AF混合搅拌，外部水浴加热，升温至70℃时，在70～95℃下恒温搅拌2小时；

将700g松香分时填加，每次增填后待混合物的温度升至70～95℃时，再继续下一次增添，加毕继续温度在70～95℃搅拌30分钟，

降温：等待冷却到30～60℃时包装即得。

使用上述胶焊剂，可通过导管插入术分配预备好的部位，后将粘结的目标部件装配于衬底上，在热温达到100℃时，5分钟内开始自动焊接.

实施例3

下列组分作为原料：

富马酸改性松香和丙烯酸改性松香的混合物，酸值(mgKOH/g)在80～272之间，氯含量小于7mg/g，氨含量<0.7％，用量：900g；

一甘醇酯，用量为200g；

有机膨润土CLAYTONE AF用量为60g，本实施例加助溶剂乙醚50g。

将一甘醇酯和有机膨润土CLAYTONE AF和乙醚混合搅拌，加热升温至70℃时，在70～95℃下恒温搅拌2小时；

将900g松香分时填加，每次增填后待混合物的温度升至70～95℃时，再继续下一次增添，加毕继续温度在70～95℃搅拌30分钟，

降温：等待冷却到30～60℃时包装即得。

使用上述胶焊剂，通过丝网印刷法将先预备好的衬底均匀施涂，在100℃下将部件装配于衬底上3分钟内自动焊接。

当然本发明不局限于丝网印刷法实施涂布。可用已知的方法将胶焊剂施涂于具有待粘结电器元件的衬底的目标位置上，将待粘接部件装配于衬底，加热即可自行焊接。

实施例4

下列组分作为原料：

法国松香：750g；

二甘醇单甲醚，用量为250g；

有机膨润土CLAYTONE AF 60g。

将二甘醇单甲醚和有机膨润土CLAYTONE AF和乙醚混合搅拌，加热升温至70℃时，在70～95℃下恒温搅拌2小时；

将750g松香分时填加，每次增填后待混合物的温度升至70～95℃时，再继续下一次增添，加毕继续温度在70～95℃搅拌30分钟，

降温：等待冷却到30～60℃时包装即得。

使用上述胶焊剂，通过丝网印刷法将胶焊剂均匀施涂于先预备好的衬底的规定部位，装备上芯片，100℃下，在回流炉中加热，40秒内自动焊接。

Claims (8)

1.一种免清洗电绝缘胶焊剂，其特征在于所述胶焊剂包括松香、活化剂、有机膨润土CLAYTONE AF，其重量百分含量为：

松香60～90％；活化剂15～25％；有机膨润土CLAYTONE AF 4～6％；所述活化剂选自二甘醇、一甘醇酯、醇醚中的一种或一种以上的组合。

2.如权利要求1所述的免清洗电绝缘胶焊剂，其特征是所述胶焊剂由松香、活化剂、有机膨润土CLAYTONE AF组成，其重量百分含量为：

松香70～80％；活化剂15～25％；有机膨润土CLAYTONE AF 4～6％。

3.如权利要求2所述的免清洗电绝缘胶焊剂，其特征是所述松香酸值(mgKOH/g)在80～272之间，氯含量小于7mg/g，氨含量＜0.7％。

4.如权利要求2所述的免清洗电绝缘胶焊剂，其特征是所述松香酸值(mgKOH/g)在160～175之间，氯含量小于10^-2％，氨含量＜10^-2％。

5.如权利要求1所述的免清洗电绝缘胶焊剂，其特征是松香选自葵二酸松香、氯化二甲氨松香、脂肪酸松香中的一种或一种以上任意比例的混合。

6.如权利要求5所述的免清洗电绝缘胶焊剂，其特征是醇醚为乙二醇乙醚、乙二醇丁醚和二甘醇单甲醚、丙二醇单甲醚中的一种或多种组合。

7.如权利要求1所述的免清洗电绝缘胶焊剂，其特征是活化剂为乙二醇一甲醚。

8.制备如权利要求1～7中任一项所述免洗胶焊剂的方法，其特征在于：

混合：将活化剂和有机膨润土CLAYTONE AF混合搅拌，升温至70℃时，在70～95℃下搅拌2～3小时；

增添：将松香分时填加，每次增填后待混合物的温度升至70～95℃时，再继续下一次增添，加毕继续温度在70～95℃搅拌30分钟，

降温：等待冷却到30～60℃时包装即得。