CN102039499A - 无铅药芯焊锡丝用的固体助焊剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明所采用的技术方案是提供无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，所述无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂的物质成分按总量百分比计有：载体77-89％、活化剂9-20％、表面活性剂0.5-1.5％、缓蚀剂0.5-1.5％。同时提供一种无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂的制备方法。本发明的有益效果是该助焊剂在150℃-380℃的宽泛范围内保持较高的活性，满足烙铁手工焊工艺的要求。焊接残留物在170℃高温环境下应无明显发黑变色。该助焊剂的熔化范围在110℃-130℃，在该温度范围内具有良好的流动性，便于药芯焊锡丝制备中的灌芯操作；在80℃以下完全凝固为白色或浅黄色固体状，在拉丝操作及使用过程中药芯不会流出。

Description

无铅药芯焊锡丝用的固体助焊剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种无铅药芯焊锡丝用的固体助焊剂及制备方法，尤其是一种用于Sn-Cu共晶钎料药芯焊锡丝的固体助焊剂及其制备方法。

背景技术

近年来随着电子产品日益高速发展，与此同时，随着人们环保意识的增强，电子组装的无铅钎焊已经成为共识，无铅钎焊对助焊剂的要求也就更为严格。无铅焊料的使用使得手工烙铁焊接时，烙铁的温度从锡铅钎料焊接时280度左右大幅度提高到340-380度。传统松香基助焊剂中松香的最高活性温度仅为300℃，超过315度松香将完全失去助焊活性，影响钎料的润湿；另一方面，在高温环境下松香助焊剂的残留物会碳化变黑，严重影响高温电子产品的焊点外观。为此，开发具有更高活性温度及残留物热稳定性更好的助焊剂，配合无铅药芯焊锡丝的使用成为当务之急。

发明内容

为了解决上述无铅焊锡丝助焊剂活性温度低以及残留物变色问题，本发明提供一种无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂及其制备方法。本发明的助焊剂可以在烙铁头温度高达340-380度的情况下仍然保持良好的助焊能力，同时焊后残留物少，在170度的环境温度下助焊剂残留物不碳化、变色。尤其适用于高温电子产品的手工烙铁焊。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂的物质成分按总量百分比计有：载体77-89％、活化剂9-20％、表面活性剂0.5-1.5％、缓蚀剂0.5-1.5％。

同时提供一种无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂的制备方法。

本发明的有益效果是该助焊剂在150℃-380℃的宽泛范围内保持较高的活性，满足烙铁手工焊工艺的要求。焊接残留物在170℃高温环境下应无明显发黑变色。该助焊剂的熔化范围在110℃-130℃，在该温度范围内具有良好的流动性，便于药芯焊锡丝制备中的灌芯操作；在80度以下完全凝固为白色或浅黄色固体状，在拉丝操作及使用过程中药芯不会流出。

具体实施方式

结合实施例对本发明的无铅药芯焊锡丝用的固体助焊剂及制备方法实现过程加以说明。

本发明的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，所述无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂的物质成分按总量百分比计有：载体77-89％、活化剂9-20％、表面活性剂0.5-1.5％、缓蚀剂0.5-1.5％。

所述的载体为松香、聚乙二醇(PEG)和十八酸的混合物，在助焊剂中的重量百分比计：松香为30-40wt％、聚乙二醇(PEG)为15-20wt％、十八酸为25-35wt％。所述的活化剂为己二酸和癸二酸的混合物，在助焊剂中的重量百分比计：己二酸为8-10wt％，癸二酸为1-10wt％。所述表面活性剂采用阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和非离子型表面活性剂OP-10二者中的至少一种。所述缓蚀剂至少为至少为苯并三氮唑、乙二醇苯唑、三乙胺中的一种。

本发明的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂的制备方法包括以下步骤：

(1)按上述的载体成分加入容器内，在30-60分钟内加热至110-130度，不断进行搅拌，至完全溶化并形成均一的液体状；

(2)在温度为110-130度范围内加入活化剂成分，并充分搅拌时间为30-60分钟，至完全溶解到载体中，形成均匀的液体状；

(3)然后加入缓蚀剂和表面活性剂成分，并保持110-130度的温度条件下继续搅拌至均匀液体状，自然冷却至80度以下，即可凝固为乳白色或浅黄色固体助焊剂。

上述步骤(1)所述松香最好为36wt％，聚乙二醇(PEG)18wt％，十八酸为35wt％。所述松香在室温下要保持无色或白色，耐热温度要达到260度以上；松香为水白松香、氢化松香、酯化松香中的一种。

焊后松香的残留物在超过150度的温度下会发黑变色，因此要选用耐热温度在300度以上的松香才可以保证残留物不变色，同时，松香的用量不能太高，超过40wt％，即使采用耐热温度在300度以上的松香，残留物也会出现较明显的发黑现象。另一方面，松香兼具有活性剂和成膜剂的作用，其含量低于30wt％将使助焊剂的活性和成膜性能下降。本专利优选日本荒川生产的超浅色KR-610酯化松香，耐热温度达到300度，具有良好的耐高温性能，残留物在170度温度下30分钟不变黑。

聚乙二醇(PEG)与十八酸的熔点较低且与松香及本发明所选定的其它有效成分之间具有良好的互溶性，通过添加适量的这两种成分，可以调节助焊剂的溶化温度和凝固的温度范围，使助焊剂在110-130℃范围内能完全溶化成均匀液体，在80度以下可以完全凝固为固体状，满足药芯焊锡丝灌芯工艺及随后的拉丝工艺的要求。

所选用的聚乙二醇的分子量要在2000-8000范围内。分子量小于2000，则助焊剂的粘度太小，灌芯完毕后拉丝过程中助焊剂易流出，分子量大于8000则助焊剂粘度太大，灌芯过程中助焊剂流动不畅，易堵塞。

所述的活化剂成分为己二酸和癸二酸两种有机酸的混合物。己二酸的熔点为153度左右，癸二酸的熔点为135度左右，二者配合可以形成一个熔化温度梯度，保证了本助焊剂可以在一个较宽的温度范围内都有高的助焊活性。这两种有机酸的沸点和分解温度都在300度以上，在烙铁头的高温作用下不会产生明显的飞溅。同时其焊后残留物少、还具有高温不变色的特点。

所述表面活性剂采用阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和非离子型表面活性剂OP-10中至少一种。十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)是含有卤素元素溴的表面活性剂，在助焊剂中可以显著提高助焊剂的流动性和钎料的铺展面积的作用，受RoHS指令对助焊剂中卤素含量的限制，该表面活性剂用量不能超过0.3wt％。

本发明中选择OP-10是一种优良的非离子型表面活性剂，它与其它表面活性剂具有良好的兼容性，本发明中选择其用量在0.5-1.2wt％。

除了上述的载体、活化剂、表面活性剂以外，该助焊剂至少还要加入0.5-1.5％的缓蚀剂。

所述缓蚀剂至少为苯并三氮唑、乙二醇苯唑以及三乙胺中的一种，起氧化抑制作用，减少助焊剂残留物对焊点的腐蚀。

该固体助焊剂的制备方法，按下述步骤进行：按配比将三个载体成分加入容器内，在30-60分钟内加热至110-130度，使其完全溶化并形成均一的液体状，在110-130℃的温度下加入活化剂成分并充分搅拌30-60分钟，使其形成均匀的液体状，然后加入缓蚀剂和表面活性剂成分，再次搅拌至均匀液体状，即可放入松香锅内直接用于灌芯工艺。也可以自然冷却至80度一下凝固为乳白色或浅黄色固体状以备用。

实施例1

按重量百分比计：

己二酸                8

癸二酸                1

十八酸                35

聚乙二醇(PEG)4000     18

KR-610酯化松香        36

OP-10                 1.1

CTAB            0.1

苯并三氮唑      0.8

配制方法：将十八酸、PEG、KR-610酯化松香按比例加入容器内加热并搅拌至完全熔化，在110-130℃的温度下加入活性剂，搅拌30-60分钟，然后加入缓蚀剂和表面活性剂成分，再次搅拌至均匀液体状，即可以倒入松香锅中进行灌芯。也可以自然冷却至80度一下凝固为乳白色或浅黄色固体状以备用。该实施例是本专利配方的最优配比，具有足够的助焊能力，同时活性剂与卤素含量都很低，残留物腐蚀性小。采用日本荒川生产的超浅色KR-610松香，耐热温度达到300度，具有良好的耐高温性能，残留物在170度温度下30分钟不变黑。

实施例2

按重量百分比计：

己二酸             10

癸二酸             10

十八酸             25

聚乙二醇(PEG)6000  15

水白松香           37

CTAB               0.3

OP-10              1.2

苯并三氮唑         1.5

配制方法：将十八酸、PEG、酯化松香按比例加入容器内加热并搅拌至完全熔化，在110-130℃的温度下加入活性剂成分己二酸和癸二酸，搅拌30-60分钟，然后加入缓蚀剂和表面活性剂成分，再次搅拌至均匀液体状，即可以倒入松香锅中进行灌芯。也可以自然冷却至80度一下凝固为乳白色或浅黄色固体状以备用。该实施例具有很高的助焊活性，且不含卤素成分，在镍基板或者镀镍的铜基板上进行焊接时具有足够的助焊活性。

实施例3

按重量份计：

己二酸             8

癸二酸             2.8

十八酸             35

聚乙二醇(PEG)2000  20

KR-610酯化松香     32

OP-10              1.2

CTAB               0.4

苯并三氮唑         0.8

配制方法：将十八酸、PEG、酯化松香按比例加入容器内加热并搅拌至完全熔化，在110-130℃的温度下加入活性剂成分己二酸和癸二酸，搅拌30-60分钟，然后加入缓蚀剂和表面活性剂成分，再次搅拌至均匀液体状，即可以倒入松香锅中进行灌芯。该实施例具有较低的凝固温度及良好的流动性，在冬季寒冷的温度下进行灌芯作业时保证松香锅不堵塞，同时，在较低的烙铁温度下进行焊接仍可以保持良好的流动性和助焊活性。

实施例4

按重量份计：

己二酸             8

癸二酸             4

十八酸             25

聚乙二醇(PEG)8000  20

氢化松香           40

OP-10              1.2

CTAB              0.3

三乙胺            0.5

乙二醇苯唑        1.0

配制方法：将十八酸、PEG、酯化松香按比例加入容器内加热并搅拌至完全熔化，在110-130℃的温度下加入活性剂成分己二酸和癸二酸，搅拌30-60分钟，然后加入缓蚀剂和表面活性剂成分，再次搅拌至均匀液体状，即可以倒入松香锅中进行灌芯。该实施例具有较高的凝固速度和凝固温度，可以保证在夏天环境温度高的情况下，灌入的药芯仍能够快速的凝固，并防止在拉丝过程中助焊剂药芯的流程。

Claims (9)

1.一种无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂的物质成分按总量百分比计有：载体77-89％、活化剂9-20％、表面活性剂0.5-1.5％、缓蚀剂0.5-1.5％。

2.根据权利要求1所述的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述的载体为松香、聚乙二醇(PEG)和十八酸的混合物，在助焊剂中的重量百分比计：松香为30-40wt％、聚乙二醇(PEG)为15-20wt％、十八酸为25-35wt％。

3.根据权利要求1所述的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述的活化剂为己二酸和癸二酸的混合物，在助焊剂中的重量百分比计：己二酸为8-10wt％，癸二酸为1-10wt％。

4.根据权利要求1所述的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述表面活性剂采用阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和非离子型表面活性剂OP-10二者中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述缓蚀剂至少为至少为苯并三氮唑、乙二醇苯唑、三乙胺中的一种。

6.根据权利要求2所述的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述松香为36wt％，聚乙二醇(PEG)18wt％，十八酸为35wt％。

7.根据权利要求2所述的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述松香在室温下要保持无色或白色，耐热温度要达到260度以上；松香为水白松香、氢化松香、酯化松香中的一种。

8.根据权利要求2所述的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂，其特征是：所述的聚乙二醇(PEG)的分子量要在2000-8000之间。

9.一种权利要求1所述的无铅药芯焊锡丝用固体助焊剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按权利要求1所述的载体成分加入容器内，在30-60分钟内加热至110-130度，不断进行搅拌，至完全溶化并形成均一的液体状；

(2)在温度为110-130度范围内加入活化剂成分，并充分搅拌时间为30-60分钟，至完全溶解到载体中，形成均匀的液体状；

(3)然后加入缓蚀剂和表面活性剂成分，并保持110-130度的温度条件下继续搅拌至均匀液体状，自然冷却至80度以下，即可凝固为乳白色或浅黄色固体助焊剂。