CN101733573B - 电子工业用无铅无卤环保焊膏 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子工业用无铅无卤环保焊膏，以总重量百分比计，由80％～95％的无铅焊锡粉末和5％～20％的无卤助焊剂组成，以无卤助焊剂总重量百分比计，该无卤助焊剂由5％～15％的活化剂、32％～50％的树脂、3％～10％的树脂添加剂、2％～10％的触变剂、1～15％的稳定剂、0.5％～8％的抗氧化剂和余量的溶剂组成，所述活化剂采用有机酸与胺形成的盐代替了传统的卤素盐，采用改性酚醛松香树脂和三异氰酸酯替代一部分传统大量使用的树脂，该电子工业用无铅无卤环保焊膏不含铅和卤，安全环保，并具有良好的焊接性能、电气性能、印刷性能和存储性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子工业用免清洗焊膏，尤其是一种无铅无卤的环保焊膏。
背景技术
随着电子产品的日益高速发展，追求更小、更轻、更高性能、更加环保的电子消费品成为越来越多的人的追求，以往的THT(Through Hole Technology，通孔组装技术)已经逐渐被SMT(Surface Mount Technology，表面贴装技术)所取代。由于传统的焊膏产品由锡铅焊料粉和助焊剂组成，焊膏中的重金属铅在焊接PCB以后，会随着产品废弃后而进入人们生存的环境中，经过酸雨的长期浸湿和不断的跟环境中的各化学物质反应，铅会渗入到地下水中或者被植物吸收，当人们在长期饮用受到污染的水体和农作物时，随着重金属的再人体内的累积后而对人产生毒害作用。还有用来调制传统焊膏的助焊剂含有一定量的卤素物质，但是随着欧盟2003年1月通过的RoHS指令(全称是The Restriction of the use of certain Hazardoussubstances in Electnical and Electronic Equipment，即在电子电气设备中限制使用某些有害物质的法令)的实施和2007年6月1日起实施的化学品监管体系REACH法令(Registration，Evaluation and Authorisation of Chemicals《化学品注册、评估、 许可和限制》的简称)，从产品的性能和环保都作了严格的限卤的法令。在焊膏所有相应的对焊膏的品质及其环保要求也就越来越严格。焊膏是焊后免清洗的产品，要使焊后焊点的电气性能良好，现有的焊膏大多有一定的不足。因此，开发一种对环境友好，电气性能好的焊膏势在必行。并且含有卤素的焊点在空气中长时间放置的话会造成焊点的机械强度变弱，产生离子污染造成一些潜在的短路风险。另外，目前锡焊膏印刷性能、储存性也不太理想。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种电子工业用无铅无卤环保焊膏，该电子工业用无铅无卤环保焊膏不含铅和卤，安全环保，且具有良好的焊接性能、电气性能、印刷性能和存储性。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电子工业用无铅无卤环保焊膏，以总重量百分比计，由80％～95％的无铅焊锡粉末和5％～20％的无卤助焊剂组成。
本发明的进一步技术方案是：
所述无铅焊锡粉末为SnAgCu、SnAgBi、SnCuNiCe、SnAgCuCe、SnBiCe和SnBiNiCe等无铅原料混合制成的25～45微米或20～38微米的粉料。这些无铅原料的力学性能、焊点拉伸、剪切试验、润湿性、扩展率、印刷实验、塌陷实验和焊料球实验等各项性能均达到无铅焊料使用的标准，可以跟助焊剂复配。
所述无卤助焊剂由下述重量百分比的无卤原料组成：
5％～15％的活化剂，32％～50％的树脂，3％～10％的树脂添加剂，2％～10％的触变剂，1～15％的稳定剂，0.5％～8％的抗氧化剂和余量的溶剂。
所述活化剂为己二酸、癸二酸、丁二酸、膦酸三丁酯、异丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种或两种以上的任意比例的组合。活化剂中不含有卤素，但是在去除母材和焊料表面的氧化膜的能力不比卤素盐差，从而更好的达到了各方要求，使产品有了更高的品质和更好的扩展率。
所述树脂由氢化松香、歧化松香、聚合松香和亚克力松香中的至少一种和改性酚醛松香树脂(SD树脂)以任意比例组合而成。SD树脂与氢化松香、歧化松香、聚合松香、亚克力松香组成的树脂在常温下呈现固态，不电离，钎焊后能形成气密性好且透明不发粘的有机保护膜，可将焊点跟大气隔绝开来从而很好的保护焊点不被腐蚀。所述SD树脂可采用下述方法合成：在装有搅拌器的三颈瓶中加入重蒸过的甲酚80克，并滴入40％的NaOH水溶液20滴，水浴加热到60～65℃，在此温度下慢慢滴加30％的甲醛溶液160g，加完后在搅拌下保持温度24小时，真空脱水直到反应物透明为止。取上述反应最终产物120g，加入370g水白松香，加热到160℃，保温反应6～8小时，并在此温度下慢慢减压抽空，蒸出甲酚，待未反应完全的游离甲酚全部抽完，取出产物冷却后即为SD树脂。
所述树脂添加剂为三异氰酸异丙酯和三异氰酸正丁酯中的至少一种。加入树脂添加剂和SD树脂的好处在于焊接后电 气绝缘性好，还具有一定的阻燃特性，成膜性能佳，提高产品的品质和可靠性。
所述触变剂为氢化蓖麻油、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和酰胺化合物中的一种或两种或两种以上的任意比例的组合。所述酰胺化合物为十六酸酰胺、乙二撑双硬脂酸酰胺、脂肪酸酰胺、亚甲基硬脂酸酰胺或甲酰胺。上述触变剂可增强焊膏的流动性能，改善了焊膏的印刷性能，而采用多种触变剂能使焊膏克服单一触变剂的对不同合金粉末的适应，并且提高焊膏的触变性能，从而保证坍塌实验部桥连。
所述稳定剂为8-羟基喹啉、丁基咪唑和石蜡中的一种或两种或三种的任意比例的组合。这些物质能增强松香溶胶粘稠状态下的稳定性，从而使焊膏的保存更加稳定。
所述抗氧化剂为苯并三氮唑、5-苯基苯并咪唑中的一种或两种的任意比例的组合。抗氧化剂能在锡合金或铜的表面形成配合物防止氧化，确保可焊性和储存性，延长了焊膏的使用寿命。
所述溶剂为聚乙二醇、2-乙基-1，3-己二醇、三甘醇单乙醚和二甘醇单正乙醚中的一种或两种或两种以上的任意比例的组合。这些物质焊接后残留腐蚀性小，绝缘性能好，可提供一种载体作用，在焊接过程中，载着游离的H+离子去除金属粉末和母材表面的氧化膜，从而达到助焊作用，同时溶剂对助焊剂的浓度和粘度起到一定的调节作用。
本发明的活化剂采用有机酸与胺形成的盐代替了传统的卤素盐，再采用改性酚醛松香树脂(SD树脂)和三异氰酸酯 作成膜材料，辅以其他材料做成无卤助焊剂，进而来制作一种电子工业用无铅无卤环保焊膏。
本发明的有益效果是：
1、采用了SnAgCu、SnAgBi、SnCuNiCe、SnAgCuCe、SnBiCe和SnBiNiCe等无铅原料混合制成无铅焊锡粉末，并且根据无铅原料成分不同的配比，适应了对不同焊接温度的需求，包括两面回流焊接对焊膏的要求；
2、活化剂采用有机酸与胺形成的盐代替了传统的卤素盐，在去除母材和焊料表面的氧化膜的能力不比卤素盐差，在减少焊膏的腐蚀性的同时也能很好的满足各项指令和环境友好的要求，使产品有了更高的品质和更好的扩展率；
3、SD树脂与氢化松香、歧化松香、聚合松香、亚克力松香组成的树脂在常温下呈现固态，不电离，钎焊后能形成气密性好且透明不发粘的有机保护膜，可将焊点跟大气隔绝开来从而很好的保护焊点不被腐蚀，加入SD树脂和树脂添加剂可使焊接后电气绝缘性好，还具有一定的阻燃特性，成膜性能佳，提高产品的品质和可靠性；
4、触变剂采用氢化蓖麻油、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和酰胺化合物中的一种或两种或两种以上的任意比例的组合，触变剂可增强焊膏的流动性能，改善了焊膏的印刷性能，而采用多种触变剂能使焊膏克服单一触变剂的对不同合金粉末的适应，并且提高焊膏的触变性能，从而保证坍塌实验部桥连；
5、稳定剂采用8-羟基喹啉、丁基咪唑和石蜡中的一种或两种或三种的任意比例的组合，这些物质能增强松香溶胶粘稠状态下的稳定性，从而使焊膏的保存更加稳定；
6、抗氧化剂采用苯并三氮唑、5-苯基苯并咪唑中的一种或两种的任意比例的组合，抗氧化剂能在锡合金或铜的表面形成配合物防止氧化，确保可焊性和储存性，延长了焊膏的使用寿命；
7、溶剂为聚乙二醇、2-乙基-1，3-己二醇、三甘醇单乙醚和二甘醇单正乙醚中的一种或两种或两种以上的任意比例的组合，这些物质焊接后残留腐蚀性小，绝缘性能好，可提供一种载体作用，在焊接过程中，载着游离的H+离子去除金属粉末和母材表面的氧化膜，从而达到助焊作用，同时溶剂对助焊剂的浓度和粘度起到一定的调节作用。
具体实施方式
本发明各实施例中无卤助焊剂的配方见表1：
表1(以无卤助焊剂总重量百分比计)
本发明各实施例中所述无铅焊锡粉末和无卤助焊剂的配比见表2：
表2(以电子工业用无铅无卤环保焊膏总重量百分比计)
本发明的电子工业用无铅无卤环保焊膏的制备方法按下述步骤进行：
1、将所述树脂和所述树脂添加剂加入到反应釜内加热并搅拌至完全融化，在融化后将温度调节到150℃～200℃并保持10分钟后，让其慢慢程序化均匀冷却，在100℃～150℃之间逐步分别加入活化剂、触变剂、稳定剂、抗氧化剂和溶剂并搅拌25min到40min；
2、将步骤1的产物冷却到室温后取出放入制定容器中，并将容器封口后置入2℃～10℃的环境中保存48小时，制得所述无卤助焊剂；
3、最后将无卤助焊剂和无铅焊锡粉装入焊锡搅拌机搅拌60min～90min后，分装到包装瓶内密封保存，制成所述电子工业用无铅无卤环保焊膏。
本发明的电子工业用无铅无卤环保焊膏应冷藏在2℃～10℃之间，在此条件下的保质期为6个月。
本发明各实施例制得的电子工业用无铅无卤环保焊膏的测试结果见表3：
表3
| 测试编号 | 润湿级别 | 焊料球实验 | 坍陷实验 | 铜镜腐蚀实验 |
| 1 | 1级 | 1级 | 合格 | 不穿透 |
| 2 | 1级 | 2级 | 合格 | 不穿透 |
| 3 | 2级 | 1级 | 合格 | 不穿透 |
| 4 | 1级 | 1级 | 合格 | 不穿透 |
| 5 | 1级 | 2级 | 合格 | 不穿透 |
| 6 | 2级 | 1级 | 合格 | 不穿透 |
| 7 | 1级 | 1级 | 合格 | 不穿透 |
| 8 | 1级 | 1级 | 合格 | 不穿透 |
| 9 | 1级 | 1级 | 合格 | 不穿透 |
| 10 | 2级 | 1级 | 合格 | 不穿透 |
| 11 | 2级 | 2级 | 合格 | 不穿透 |
从上述测试结果可以看出本发明产品具有良好的扩展率，所以适用于电子工业方面的SMT的回流焊，且焊后残留腐蚀性小，适合当前电子工业发展的方向。
Claims (2)
1.一种电子工业用无铅无卤环保焊膏，以总重量百分比计，由80％～95％的无铅焊锡粉末和5％～20％的无卤助焊剂组成；
其中，所述无卤助焊剂由下述重量百分比的无卤原料组成：5％～15％的活化剂、32％～50％的树脂、3％～10％的树脂添加剂、2％～10％的触变剂、1～15％的稳定剂、0.5％～8％的抗氧化剂和余量的溶剂；
其特征在于：所述树脂中含有改性酚醛松香树脂，所述树脂添加剂为三异氰酸异丙酯和三异氰酸正丁酯中的至少一种，所述活化剂为有机酸与胺形成的盐。
2.根据权利要求1所述的电子工业用无铅无卤环保焊膏，其特征在于：所述树脂由氢化松香、歧化松香、聚合松香和亚克力松香中的至少一种和改性酚醛松香树脂组成。
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