CN104191108B

CN104191108B - 一种无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104191108B
Application number: CN201410431664.3A
Authority: CN
Inventors: 黄永灿; 邓延; 程江; 陆雁; 杜昆
Original assignee: GUANGZHOU SOLDERWELL ADVANCED MATERIALS Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-08-28
Also published as: CN104191108A

Abstract

本发明公开了一种无卤高活性低飞溅焊锡丝用助焊剂及制备方法。按照质量百分比计，原料组成为：2-10％醇类或醇醚类高沸点溶剂，0.08-1.5％高活性碘酸盐，2-10％复配二元有机酸，0.5-5％无卤活性增强剂，2-15％粘度调节剂，0.04-0.2％高效表面活性剂，余量为改性松香及松香衍生物。其制备方法是将复配松香及粘度调节剂加入到容器内加热并搅拌至完全熔化，加入有机酸、新型高活性碘酸盐、高效表面活性剂和高沸点有机溶剂，继续搅拌，制成助焊剂。本发明所述制备的焊锡丝用无卤助焊剂，不添加卤素化合物，焊接时易上锡，飞溅少，气味低，焊点光亮、饱满，对健康和环境无害，保证了电子产品的焊后可靠性效果。

Description

一种无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种焊锡丝助焊剂，特别是涉及一种新型无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂及其制备方法，是无铅焊锡丝的无卤新型助焊剂，用于电子、电气产品的软钎焊。

背景技术

近年来由于人类环保意识的日益增强和禁铅法令的相继出台，电子封装软钎焊钎料已从传统的含铅焊料合金逐渐过渡到无铅钎料，其中Sn-Cu系和Sn-Ag-Cu系钎料在业界被公认为较好的并已商业化的无铅钎料，具有高熔点、易氧化等特点。而现用锡丝助焊剂基本是沿用原有的助焊剂体系。传统的焊锡丝使用的活性剂主要是含卤素类物质，因其焊接效果佳及稳定，因而被广泛使用。如中国发明专利CN100591462C“无铅软钎焊料丝用助焊剂及制备方法”中采用环己胺氢溴酸盐、二溴乙胺氢溴酸盐等卤素化合物；中国发明专利CN101269448B“免清洗无铅焊料助焊剂”中采用5-氯代水杨酸、溴代十六烷基吡啶、二溴丁烯二醇及二溴丁二酸。这类卤素化合物虽具有很强去除氧化膜的能力，但其具有较强腐蚀性，如果助焊剂中卤素类物质使用量不加限制，导致焊后卤素残留度高，在电子产品的封装尺寸不断缩小，元器件引脚间距亦不断趋小的情况下，线路板表面的卤素残留物能在电场环境中发生定向移动，造成表面绝缘电阻降低而引发元器件引脚间短路，终易引起元器件失效。另外，多数卤化物属环境荷尔蒙物质，对人类免疫系统、内分泌系统具有毒害作用，严重危害到了人体健康和生态环境，因此国际上的一些组织已经颁布了一些法规来限制卤化物的使用。目前工业界中“无卤化”要求仅对卤族元素中的Br和Cl两种元素使用量限定，要求印刷电路板(PCB)中Br的总量不得超过900ppm，Cl元素总量不得超过900ppm，Br和Cl两种元素总量不得超过1500ppm；碘元素不在“无卤”控制的要求中，含有一定的碘元素，也属于无卤。

因此，寻找新型无卤环保型高效活性剂用以替代传统的二乙胺盐酸盐、环己胺盐酸盐和环己胺氢溴酸盐等含卤素活性剂已是未来“无卤化”的趋势。如中国发明专利CN102248317A公开了一种无卤素无铅焊锡丝，使用戊二酸、乙二胺一种或组合作为助焊剂活性成分，但因此有机酸作用温和且活性不高，远远未能跟卤素盐的高活性相媲美，因此该发明助焊剂活性不足；中国发明专利CN102166692A公开了一种无卤素助焊剂，使用5-20％有机酸、2.5-10％羟氨基羧酸、2-10％乙醇酸替代卤素盐作为无卤助焊剂的活性成分，虽活性有所提高，但有机酸使用量增多会导致焊接时飞溅变大，焊后残留物增多；中国发明专利CN101062536A公开了无铅焊锡用无卤素免清洗助焊剂，使用1.5-3.5％有机酸类活化剂搭配2.0-5.0％有机胺类及其衍生物，有机酸和有机胺混合会发生中和反应，生成中和产物，这种中和产物是不稳定的，在焊接温度下会迅速分解，重新生成有机酸和有机胺，但活性会消耗，焊接速度偏慢，制备出的助焊剂可焊性不高。

发明内容

本发明的目的正是针对上述焊锡丝用助焊剂无卤产品活性不足、飞溅大等问题，提供一种无铅焊锡丝用的新型无卤高活性低飞溅助焊剂及其制备方法，从而可保证无卤助焊剂的可焊性，能够满足现代电子工业对锡丝助焊剂的综合要求。

一种无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂，按质量百分比计，原料组成为：

原料各组分之和为100％

所述的高活性碘酸盐为深圳宏硕实业有限公司提供的高活性碘酸盐D2；

所述的复配二元有机羧酸为至少含有六个碳原子的有机酸的两种或两种以上复配；

所述的无卤活性增强剂为酮基羟酸ST-400或酮基羟酸ST-200；

所述的粘度调节剂为氢化松香醇、氢化松香甲基酯、季戊四醇四苯甲酸酯、12-羟基硬脂酸甲酯和氧化聚乙烯蜡的一种或多种；

所述的高效表面活性剂为FSN-100、FC-4430、FS-3100和FSO-100的一种或多种；

所述的复配改性松香为水白松香、伊士曼全氢化松香AX-E、巴西松香、125松香、150松香、聚合松香115和685松香和亚克力松香的两种或两种以上的组合。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述复配二元有机羧酸为己二酸、辛二酸、癸二酸、十二酸、十四酸、十六酸、硬脂酸、二十四酸中两种或两种以上的组合。

所述的高沸点醇类或醇醚类溶剂为2-乙基-1,3-己二醇、四氢糠醇、二丙二醇二甲醚、三乙二醇丁醚、乙二醇乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单己醚的一种或多种。

所述的无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料配方中改性松香及粘度调节剂混合后加热并搅拌至完全熔化；

(2)加入复配二元有机羧酸、无卤活性增强剂、高活性碘酸盐、高效表面活性剂和高沸点醇类或醇醚类溶剂；

(3)继续搅拌至全部组分完全溶解，制成无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂。

优选地，所述的继续搅拌的时间为20-30分钟。

优选地，所述的加热并搅拌至完全熔化的温度控制在130℃-150℃。

本发明的一种无卤低飞溅焊锡丝具有以下方面的特点和有益效果：

(1)按照欧盟REACH指令对无卤的标准(Br≤9OOppm；Cl≤9OOppm；Br+Cl≤1500ppm)，本发明配方中不使用含卤化合物，实现无卤化，对健康和环境无公害。焊接过程中上锡速度快，气味小，手工焊接试验时飞溅少，扩展率达80％以上，对Sn-Cu系和Sn-Ag-Cu系无铅钎料有较佳的助焊效果；

(2)本发明采用额新型高效活性剂碘酸盐D2(深圳宏硕实业有限公司网页有具体的介绍)活性很好，添加少量即可起到传统卤素盐如环己胺氢溴酸盐起到的效果，助焊效果极佳，且不引起额外的飞溅。目前的无卤方法主要是增加有机酸含量来提高活性，但残留量增加也有可能会引发电子迁移问题等，而同等量的有机羧酸的活性无法与卤素盐相提并论。因此，寻找一种无卤又能满足高活性低腐蚀性的活性剂成为亟待解决的关键问题。该高活性无卤盐在非焊接条件下，化学性质很稳定，对焊盘与焊料金属无腐蚀性；在焊接过程中迅速分解出游离的I^-，释放活性，具有很强去除氧化物的能力，降低表面张力，改变表面物化平衡条件，使焊料与被焊金属相互润湿，能增强助焊能力，焊后分子低残留，具有低腐蚀性。本发明使用的新型高活性无卤盐弥补了其他无卤盐及羧酸活化剂活性低的缺点，可作为多类助焊剂中的活性成份，配制出各种高性能的无卤素助焊剂。

(3)粘度调节剂的应用时本发明特色之一；本发明通过粘度调节剂提高焊接时焊药的流动性，促进焊点的铺展，提高焊点的可靠性，并且有良好的成膜作用，粘度调整后可显著降低焊接时药剂的飞溅。其中氢化松香甲基酯可抗氧化，抑制药剂中松香焊后结晶；季戊四醇四苯甲酸酯作为增塑剂、阻燃剂、成膜剂添加到药剂中能起到多种效果，在完成焊接过程后，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，增强焊后残留的塑性，从而提高焊后残留可靠性。此外粘度调节剂还可调节焊接过程中金属液的流动特性，改变金属液滴在电烙铁上的停驻时间，保持生产效率和焊接效果之间的平衡，改善手工焊接效率。

(4)本发明的高沸点有机溶剂具有透锡能力强的优点，焊接过程中，能完整上完锡，并使得其他成分能在松香中中均匀分布，减少在焊接过程中因为助焊剂成分分散不均匀而造成的飞溅；有机酸为六个碳原子以上有机羧酸，碳链较长，活性时间长，可抑制高温下的瞬间汽化，防止焊接时焊锡丝急剧受热所引起的飞溅，提高焊接作业安全性，焊后低残留低腐蚀。此外，选择不同有机酸活化剂合理搭配，在钎焊温度下有助于形成活化梯度，可以增大活性剂的活化温度范围，由于羧基属于吸电基团，有强吸电子诱导效应，能够使另一个羧基中的氢原子容易解离，因而吸电诱导效应使得复配后的酸性增强，使助焊剂在不同的钎焊阶段能保持足够的活性；表面活性剂选用高效的具有特别出色内润滑性能的氟碳表面活性剂，有很强的降低焊料表面张力的作用，添加极少量即有降低金属表面张力的功效；活性增强剂选用无卤酮基羟酸替代传统的二溴丁烯二醇，高阻抗，对焊点光亮饱满起到一定作用；改性松香作为主要成膜物，两种或以上复配改性松香不仅可在焊接过程中起到活化剂的作用，还能有效降低焊接过程中的飞溅现象。焊后在焊接处形成一层均匀的松香树脂膜，对焊点进行有效的防护，残留不易开裂，焊后绝缘电阻高。

(5)本发明的焊锡丝助焊剂不含有禁用卤素化合物，焊后按照我国工信部SJ/T11273-2002免清洗液态助焊剂标准中规定的试验方法测试，扩展率≥80％(标准要求≥75％)，焊后绝缘电阻大于1×10¹¹Ω(标准要求焊后绝缘电阻大于1×10⁸Ω)，飞溅特性优良，是一种无卤高活性低飞溅锡丝用助焊剂。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例表述的范围。

实施例1

本实施例的无卤高活性低飞溅焊锡丝用助焊剂，其组分及质量百分比含量为：

具体制备方法：

将39.92％150松香、39.92％聚合松香115及9％氢化松香醇加入到容器内加热至140℃并搅拌至完全熔化。在此温度下依次加入2％的己二酸及2％癸二酸、1.6％无卤活性增强剂ST-400、0.45％高活性碘酸盐D2、0.11％的氟碳表面活性剂FSN-100、5％高沸点有机溶剂三乙二醇丁醚，继续搅拌20分钟至全部组分完全溶解，即可制成无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂。

对本实施例分别进行扩展率、焊后表面绝缘电阻、焊接测试，测试结果如下表1所示。

实施例2

具体制备方法：

将27.66％巴西松香、55.32％125松香及3％氢化松香甲基酯加入到容器内加热至140℃并搅拌至完全熔化。在此温度下依次加入2.5％的十六酸、1.5％癸二酸及1.5％十二酸、1.8％无卤活性增强剂ST-400、0.54％高活性碘酸盐D2、0.18％的氟碳表面活性剂FC-4430、6％高沸点有机溶剂二乙二醇单丁醚，继续搅拌30分钟至全部组分完全溶解，即可制成无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂。

对实施例分别进行扩展率、焊后表面绝缘电阻、焊接测试，测试结果如下表1所示。

实施例3

具体制备方法：

将64.17％水白松香、21.39％685松香及2％季戊四醇四苯甲酸酯加入到容器内加热至140℃并搅拌至完全熔化。在此温度下依次加入1.5％的己二酸、3％癸二酸及1.5％十四酸、1.2％无卤活性增强剂ST-400、0.58％高活性碘酸盐D2、0.16％的氟碳表面活性剂FSO-100、6％高沸点有机溶剂2-乙基-1,3-己二醇，继续搅拌25分钟至全部组分完全溶解，即可制成无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂。

实施例4

具体制备方法：

将46.83％水白松香、15.61％全氢化松香AX-E、15.61％125松香及7％12-羟基硬脂酸甲酯加入到容器内加热至140℃并搅拌至完全熔化。在此温度下依次加入1％的辛二酸、3％己二酸及2％十六酸、1.2％无卤活性增强剂ST-200、0.55％高活性碘酸盐D2、0.2％的氟表面活性剂FS-3100、2％乙二醇乙醚搭配5％四氢糠醇，继续搅拌20分钟至全部组分完全溶解，即可制成无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂。

实施例5

具体制备方法：

将25.51％125松香、25.51％水白松香、25.51％亚克力松香及9％氧化聚乙烯蜡加入到容器内加热至140℃并搅拌至完全熔化。在此温度下依次加入1.5％的辛二酸、1.5％十二酸及3％二十四酸、1.8％无卤活性增强剂ST-200、0.5％高活性碘酸盐D2、0.17％的氟表面活性剂FS-3100、3％二乙二醇单己醚搭配3％二丙二醇二甲醚，继续搅拌20分钟至全部组分完全溶解，即可制成无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂。

对比例1

实施对比例中的焊锡丝用助焊剂，其组分及质量百分比含量为：

具体制备方法：

将93.24％水白松香加入到容器内加热至140℃并搅拌至完全熔化。在此温度下依次加入2.5％的己二酸、1％苹果酸、2％苯胺、1.2％乙二胺、0.06％TX-10，继续搅拌20分钟至全部组分完全溶解，可制成该焊锡丝助焊剂。

在电子行业“无卤化”趋势下，无卤焊锡丝助焊剂已成为技术发展要求。对比例1中使用有机酸搭配有机胺作为助焊剂活性成分是目前常见无卤化方法之一。有机酸和有机胺都具备一定活性，混合后会发生中和反应，生成中和产物有机酸胺盐。这种有机酸胺盐是不稳定的，在焊接温度下会迅速分解，重新生成有机酸和有机胺起活性，焊接结束后，剩余的有机酸又会被有机胺中和，使残留物的酸性下降，减少腐蚀。但是在有机酸胺盐重新分解有机酸和有机胺的过程较为缓慢，焊接速度慢，且已消耗掉部分活性。在焊接过程中，可焊性是首要指标，活性不足将导致焊接速度慢，焊接效率低。本发明中使用新型高活性碘酸盐，兼备甚至超过了氯溴等卤素盐类的活性，以之配成助焊剂，可焊性好，不引起额外飞溅，提高焊接效率。

按照我国工信部SJ/T11273-2002免清洗液态助焊剂标准中规定的试验方法，对上述发明实施例分别进行扩展率、焊后表面绝缘电阻、焊接测试，测试结果如表1所示。

表1实施例1至5及对比实施例的性能检测结果

表1焊锡丝用助焊剂性能检测一览表

从表1可以看出，本发明的实施例1至5均不含有卤素，扩展率≥80％，焊后表面绝缘电阻＞1×10¹¹Ω，达到并超过SJ/T11273-2002免清洗液态助焊剂标准中焊后表面绝缘电阻≥1×10⁸Ω的要求；而对比例1中虽扩展率不高，焊接效率低，并且飞溅特性也较实施例严重。

可见，本发明使用一种新型高活性碘酸盐作为活性剂，且配合粘度添加剂与醇类或醇醚类溶剂，且使用无卤酮基羟酸替代传统的二溴丁烯二醇做活性增强剂，可焊性佳，配成的助焊剂提高了扩展率，具有高阻抗，焊后绝缘电阻满足要求，，复配的松香残留不易开裂，焊后绝缘电阻高，使得药剂分散均匀从而减少飞溅，并且使飞溅控制在较小范围内。此无卤助焊剂既能满足了行业内对无卤的标准要求，又弥补了有机酸有机胺复配活性不足的缺点，且飞溅低，适宜手工焊接，提高了焊接效率。

本发明上述实施例不是限定性的。对本领域技术人员来说，可在本发明的基础上做相应的变化和改进，都应属本发明专利的保护范围之内。

Claims

1.一种无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂，其特征在于：按质量百分比计，原料组成为：

原料各组分之和为100％

所述的高活性碘酸盐为深圳市宏硕实业有限公司提供的高活性碘酸盐D2；

所述的无卤活性增强剂为酮基羟酸ST-400或酮基羟酸ST-200；

2.根据权利要求1所述的无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂，其特征在于，所述复配二元有机羧酸为己二酸、辛二酸、癸二酸、十二酸、十四酸、十六酸、硬脂酸、二十四酸中两种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂，其特征在于，所述的高沸点醇类或醇醚类溶剂为2-乙基-1,3-己二醇、四氢糠醇、二丙二醇二甲醚、三乙二醇丁醚、乙二醇乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单己醚的一种或多种。

4.权利要求1-3任一项所述的无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂的制备方法，其特征在于，所述的继续搅拌的时间为20-30分钟。

6.根据权利要求4所述的无卤高活性低飞溅焊锡丝助焊剂的制备方法，其特征在于，所述的加热并搅拌至完全熔化的温度控制在130℃-150℃。