CN107825004A - 一种包覆焊料球的助焊剂及其包覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包覆焊料球的助焊剂及其包覆方法。该助焊剂由去膜活性剂、乳化剂、消泡剂和有机载体组成。所述包覆方法为：将110‑120℃乳液状态的助焊剂喷淋在焊料球上，用行星重力搅拌机高速搅拌使助焊剂乳液均匀包覆在焊料球表面，随温度降低助焊剂形成固态壳层。然后将熔融为液态的低分子有机载体喷淋在已包覆固态助焊剂的焊料球上，用行星重力搅拌机搅拌使有机载体均匀包覆，降温后得到经过二次包覆的焊料球。本发明实现胶结与焊接同步进行，同时避免助焊剂对胶黏剂固化及粘接的影响，可广泛应用于钢制构件，镀锌钢制构件，铝制构件等的粘接。

Description

一种包覆焊料球的助焊剂及其包覆方法

技术领域

本发明涉及助焊剂技术领域，特别涉及一种包覆焊料球的助焊剂及包覆方法。

背景技术

目前点焊技术与胶接技术已广泛应用于许多构件的连接。点焊接头强度高但受载时焊点处应力过于集中，胶结接头虽然强度不如点焊接头但其受载时应力分布均匀，抗疲劳性能优异。为了使两种接头优势互补，研究人员继而开发出了点焊与胶结复合起来的胶焊工艺。

胶焊工艺有两种实现形式：一种是先涂胶后点焊的透胶胶焊工艺，另一种时先点焊后注胶毛细作用胶焊工艺。透胶胶焊工艺焊点附近胶黏剂会被焊接热破坏，且要求胶黏剂具有一定导电性；毛细作用胶焊工艺要求胶黏剂粘度低，无压力固化，而且注胶过程中可能存在气孔缺陷。

以上两种胶焊工艺中，胶结和焊接是分别独立先后进行的，而且对胶黏剂提出了较为苛刻的要求。采用助焊剂包覆低温焊料直接与胶黏剂混合，胶黏剂加热固化的同时实现焊接的胶焊技术不失为一种良好的解决方案。此方案中焊接强度虽没有点焊技术焊接强度高，但该方案对胶黏剂的使用限制较低，而且能够实现胶结与焊接同步进行，简化工艺节约能耗，该技术方案较纯胶结技术对粘接强度的提高达20-40%。

但是以上技术方案用于除去金属构件表面致密氧化膜，促进焊料浸润铺展作用的助焊剂提出了较高要求：助焊剂混入胶黏剂中会影响胶层固化，高温下气化导致胶层气孔缺陷。目前尚未见到解决此问题的相关报道。

综上所述，开发一种能够在胶黏剂中发挥功效而又不对胶黏剂的固化、粘接产生负面影响的助焊剂及相应的包覆方法是十分有前景的。

发明内容

本发明提供一种包覆焊料球的助焊剂及其包覆方法，实现胶结与焊接同步进行，同时避免助焊剂对胶黏剂固化及粘接的影响。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种包覆焊料球的助焊剂，其特征在于，以重量百分比计，该包覆焊料球的助焊剂的组成为：25-40%去膜活性剂，2-15%乳化剂，0-1%消泡剂，余量为有机载体；

所述去膜活性剂为有机胺与无机酸的复合盐，所述乳化剂为非离子型乳化剂。

所述有机胺为三乙醇胺、乙醇胺、二乙醇胺、羟乙基乙二胺，羟二乙基乙二胺和N,N-二乙基乙醇胺中的一种或多种的混合；所述无机酸为氟硼酸和氢氟酸中的一种或任意比例的两种。

所述乳化剂为聚氧化乙烯羧酸酯、聚氧乙烯多元醇羧酸酯、聚氧化乙烯烷基醚、聚氧化乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺、月桂酸单甘油酯和失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或任意比例的两种以上。

所述有机载体为石蜡、微晶蜡、聚乙烯石蜡、松香、氢化松香、聚合松香、歧化松香、马来松香、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000和聚乙二醇10000中的一种或多种。

所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

所述焊料球直径为0.2-1mm。

包覆焊料球的助焊剂的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：

1）制备醇水溶液：以重量百分比计，将水与酒精按1:3-5配制醇水溶液；

2）制备有机胺醇水溶液：以重量百分比计，将有机胺与步骤1）制备的醇水溶液按1:2-5配制成有机胺醇水溶液；

3）配置中性溶液：将无机酸逐滴加入到步骤2）配制的有机胺醇水溶液中，至溶液pH为中性，静置1-2d，得中性溶液；

4）制备有机胺盐：将步骤3）所得中性溶液在温度为135-145℃,搅拌转速为80-120r/min条件下去除酒精和水分，冷却后得到有机胺盐；

5）制备助焊剂：将步骤4）所得有机胺盐加热至熔融，在搅拌转速为40-80 r/min条件下依次加入乳化剂和消泡剂，保持温度为110-120℃，在搅拌转速为40-80 r/min，反应15-30min；加入有机载体，有机载体全部融化后，在搅拌转速为120-200 r/min，温度为110-120℃条件下，保温30-60min，停止加热，在搅拌转速为40-80 r/min条件下冷却，冷却至20-40℃，即得到助焊剂。

包覆焊料球的助焊剂的包覆方法，按照以下步骤进行：

a）将助焊剂在110-120℃条件下加热熔融，在转速为100-300r/min条件下，搅拌5-10min；

b）将步骤a）所得助焊剂喷淋至焊料球上，助焊剂和焊料球的重量比为4-10：100，加入到行星重力搅拌机中，在800-1200r/min条件下搅拌分散2-8min，使助焊剂包裹于焊料球表面，冷却后形成固态壳层焊料球；

c）将有机载体包覆于步骤b）制备的固态壳层焊料球上，加入到行星重力搅拌机中，在搅拌速度为300-500r/min条件下，搅拌5-15min，得到包覆焊料球。

发明具有以下有益技术效果：

1.本发明将助焊剂去膜活性成分与有机载体在110-120℃条件下配制成乳液，降温后形成以有机载体为骨架的固态助焊剂。这样使液态的助焊剂有效去膜活性成分能够包覆在焊料球表面，同时避免焊料球相互粘结团聚，减少助焊剂去膜活性成分混入胶黏剂中，从而降低助焊剂对胶黏剂固化及粘接的影响。

2.本发明对焊料球二次包覆，避免了助焊剂易挥发分混入到胶黏剂中，避免了胶黏剂对胶黏剂固化的影响，同时避免了因助焊剂挥发导致的胶层气孔缺陷。

3.本发明助焊剂能够有效去除镀锌钢板、铝合金表面致密氧化层，配合适当的高温固化胶黏剂适用于各类金属构件的胶焊连接。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种包覆焊料球的助焊剂，以重量分数计，原料配方如下：

三乙醇胺氟硼酸复合盐 38.4%

平平加O-25 10.5%

DF830消泡剂 0.1%

微晶蜡 32%

聚乙二醇4000 余量

制备方法：将水与酒精按重量比为1:5配制成醇水溶液；将三乙醇胺与醇水溶液以重量比为1:3配制成有机胺醇水溶液；用氟硼酸溶液滴定有机胺醇水溶液至PH=7后静置2d；将有机胺酸醇水溶液置于蒸发皿中，加热至140±5℃并连续以120r/min的速度搅拌至酒精与水分去除，冷却得到三乙醇胺与氟硼酸的复合盐；按上述配方中质量分数取三乙醇胺与氟硼酸的复合盐置于反应釜中，加热至120±5℃，待完全熔融后逐步将平平加O-25加入，持续以120r/min的速度搅拌至充分混合均匀，将DF830加入，继续搅拌30min；再将微晶蜡和聚乙二醇4000加入上述液态物中，继续以150r/min的速度搅拌30min，之后调整转速至50r/min开始冷却降温，温度低于80℃停止搅拌，冷却得用于包覆焊料球的固态助焊剂。

包覆方法：将上述制备的固态助焊剂在115±5℃条件下加热，待完全熔融后以150r/min的速度搅拌10min；取上述重量份数为焊料球5%的助焊剂喷淋至焊料球，使用行星重力搅拌机在1000r/min条件下搅拌分散，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后形成固态壳层；将重量为焊料球2%的加热熔融后的液态聚乙二醇4000喷淋至上述助焊剂包覆的焊料球上，使用行星重力搅拌机在450r/min条件下搅拌分散10min，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后得到包覆焊料球。

实施例2

一种包覆焊料球的助焊剂，以重量分数计，原料配方如下：

三乙醇胺与羟乙基乙二胺的氟硼酸复合盐 37.7%

平平加O-25 9.7%

DF830消泡剂 0.1%

微晶蜡 30.5%

聚乙二醇4000 余量

制备方法：将水与酒精按重量比为1:5配制成醇水溶液；将三乙醇胺和羟乙基乙二胺（重量比为1:2）与醇水溶液以重量比为1:3配制成有机胺醇水溶液；用氟硼酸溶液滴定有机胺醇水溶液至PH=7后静置2d；将有机胺酸醇水溶液置于蒸发皿中，加热至140±5℃并连续以120r/min的速度搅拌至酒精与水分去除，冷却得到三乙醇胺与氟硼酸的复合盐；按上述配方中质量分数取三乙醇胺与羟乙基乙二胺的氟硼酸复合盐置于反应釜中，加热至120±5℃，待完全熔融后逐步将平平加O-25加入，持续以120r/min的速度搅拌至充分混合均匀，将DF830加入，继续搅拌30min；再将微晶蜡和聚乙二醇4000加入上述液态物中，继续以150r/min的速度搅拌30min，之后调整转速至50r/min开始冷却降温，温度低于80℃停止搅拌，冷却得用于包覆焊料球的固态助焊剂。

包覆方法：将上述制备的固态助焊剂在115±5℃条件下加热，待完全熔融后以150r/min的速度搅拌10min；取上述重量份数为焊料球5%的助焊剂喷淋至焊料球，使用行星重力搅拌机在1000r/min条件下搅拌分散，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后形成固态壳层；将重量为焊料球2%的加热熔融后的液态聚乙二醇4000喷淋至上述助焊剂包覆的焊料球上，使用行星重力搅拌机在450r/min条件下搅拌分散8min，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后得到包覆焊料球。

实施例3

一种包覆焊料球的助焊剂，以重量分数计，原料配方如下：

三乙醇胺氢氟酸复合盐 45.7%

乳化剂TX-4 2.7%

DF830消泡剂 0.1%

微晶蜡 26.8%

氢化松香 5.4%

聚乙二醇2000 余量

制备方法：将水与酒精按重量比为1:5配制成醇水溶液；将三乙醇胺与醇水溶液以重量比为1:3配制成有机胺醇水溶液；用氢氟酸溶液滴定有机胺醇水溶液至PH=7后静置2d；将有机胺酸醇水溶液置于蒸发皿中，加热至140±5℃并连续以120r/min的速度搅拌至酒精与水分去除，冷却得到三乙醇胺与氢氟酸的复合盐；按上述配方中质量分数取三乙醇胺与氢氟酸的复合盐置于反应釜中，加热至120±5℃，待完全熔融后逐步将乳化剂TX-4加入，持续以120r/min的速度搅拌至充分混合均匀，将DF830加入，继续搅拌30min；再将微晶蜡、氢化松香和聚乙二醇2000加入上述液态物中，继续以150r/min的速度搅拌30min，之后调整转速至50r/min开始冷却降温，温度低于80℃停止搅拌，冷却得用于包覆焊料球的固态助焊剂。

包覆方法：将上述制备的固态助焊剂在115±5℃条件下加热，待完全熔融后以150r/min的速度搅拌10min；取上述重量份数为焊料球5%的助焊剂喷淋至焊料球，使用行星重力搅拌机在1000r/min条件下搅拌分散，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后形成固态壳层；将重量为焊料球2%的加热熔融后的液态聚乙二醇2000喷淋至上述助焊剂包覆的焊料球上，使用行星重力搅拌机在450r/min条件下搅拌分散12min，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后得到包覆焊料球。

实施例4

一种包覆焊料球的助焊剂，以重量分数计，原料配方如下：

三乙醇胺、二乙醇胺的氢氟酸复合盐 41.5%

Span-80 2.5%

DF830消泡剂 0.1%

石蜡 29.6%

聚乙二醇6000 余量

制备方法：将水与酒精按重量比为1:5配制成醇水溶液；将三乙醇胺和二乙醇胺（重量比为3:1）与醇水溶液以重量比为1:3配制成有机胺醇水溶液；用氢氟酸溶液滴定有机胺醇水溶液至PH=7后静置2d；将有机胺酸醇水溶液置于蒸发皿中，加热至140±5℃并连续以120r/min的速度搅拌至酒精与水分去除，冷却得到三乙醇胺、二乙醇胺与氢氟酸的复合盐；按上述配方中质量分数取三乙醇胺与二乙醇胺的氢氟酸复合盐置于反应釜中，加热至120±5℃，待完全熔融后逐步将Span-80加入，持续以120r/min的速度搅拌至充分混合均匀，将DF830加入，继续搅拌30min；再将石蜡和聚乙二醇6000加入上述液态物中，继续以150r/min的速度搅拌30min，之后调整转速至50r/min开始冷却降温，温度低于80℃停止搅拌，冷却得用于包覆焊料球的固态助焊剂。

包覆方法：将上述制备的固态助焊剂在115±5℃条件下加热，待完全熔融后以150r/min的速度搅拌10min；取上述重量份数为焊料球5%的助焊剂喷淋至焊料球，使用行星重力搅拌机在1000r/min条件下搅拌分散，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后形成固态壳层；将重量为焊料球2%的加热熔融后的液态聚乙二醇6000喷淋至上述助焊剂包覆的焊料球上，使用行星重力搅拌机在450r/min条件下搅拌分散7min，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后得到包覆焊料球。

对比例1

一种包覆焊料球的助焊剂，以重量分数计，原料配方如下：

三乙醇胺氢氟酸复合盐 38.4%

平平加O-25 10.5%

DF830消泡剂 0.1%

微晶蜡 32%

聚乙二醇4000 余量

制备方法：将水与酒精按重量比为1:5配制成醇水溶液；将三乙醇胺与醇水溶液以重量比为1:3配制成有机胺醇水溶液；用氢氟酸溶液滴定有机胺醇水溶液至PH=7后静置2d；将有机胺酸醇水溶液置于蒸发皿中，加热至140±5℃并连续以120r/min的速度搅拌至酒精与水分去除，冷却得到三乙醇胺与氢氟酸的复合盐；按上述配方中质量分数取三乙醇胺与氢氟酸的复合盐置于反应釜中，加热至120±5℃，待完全熔融后逐步将平平加O-25加入，持续以120r/min的速度搅拌至充分混合均匀，将DF830加入，继续搅拌30min；再将微晶蜡和聚乙二醇4000加入上述液态物中，继续以150r/min的速度搅拌30min，之后调整转速至50r/min开始冷却降温，温度低于80℃停止搅拌，冷却得用于包覆焊料球的固态助焊剂。

包覆方法：将上述制备的固态助焊剂在115±5℃条件下加热，待完全熔融后以150r/min的速度搅拌10min；取上述重量份数为焊料球5%的助焊剂喷淋至焊料球，使用行星重力搅拌机在1000r/min条件下搅拌分散，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后形成固态壳层，得到助焊剂包覆的焊料球。

对比例2

一种包覆焊料球的助焊剂，以重量分数计，原料配方如下：

三乙醇胺氢氟酸复合盐 42.5%

DF830消泡剂 0.1%

微晶蜡 35%

聚乙二醇4000 余量

制备方法：将水与酒精按重量比为1:5配制成醇水溶液；将三乙醇胺与醇水溶液以重量比为1:3配制成有机胺醇水溶液；用氢氟酸溶液滴定有机胺醇水溶液至PH=7后静置2d；将有机胺酸醇水溶液置于蒸发皿中，加热至140±5℃并连续以120r/min的速度搅拌至酒精与水分去除，冷却得到三乙醇胺与氢氟酸的复合盐；按上述配方中质量分数取三乙醇胺与氢氟酸的复合盐置于反应釜中，加热至120±5℃，待完全熔融后将DF830加入持续以120r/min的速度搅拌30min至充分混合均匀；再将微晶蜡和聚乙二醇4000加入上述液态物中，继续以150r/min的速度搅拌30min，之后调整转速至50r/min开始冷却降温，温度低于80℃停止搅拌，冷却得用于包覆焊料球的固态助焊剂。

包覆方法：将上述制备的固态助焊剂在115±5℃条件下加热，待完全熔融后以150r/min的速度搅拌10min；取上述重量份数为焊料球5%的助焊剂喷淋至焊料球，使用行星重力搅拌机在1000r/min条件下搅拌分散，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后形成固态壳层；将重量为焊料球2%的加热熔融后的液态聚乙二醇4000喷淋至上述助焊剂包覆的焊料球上，使用行星重力搅拌机在450r/min条件下搅拌分散，使助焊剂均匀包覆于焊料球表面，冷却后得到经过二次包覆的焊料球。

以上实施例1-4制备了一种由乳化过的助焊剂并经过有机载体二次包覆的焊料球，对比例1制备了一种由乳化过的助焊剂包覆的焊料球，对比例2制备了一种未经乳化的助焊剂包覆的焊料球。所用焊料球直径为0.4mm，材质为SnBi58合金。对应的选用固化温度为150℃的单组份环氧胶黏剂作为胶结用胶黏剂。将实施例制备的焊料球与选用的环氧胶黏剂混合后粘接钢板，将拉伸断裂后胶层气孔缺陷、焊点有效焊接面积与焊料同钢板接触面积的占比作为评价依据。测试结果见表1、表2。将实施例1-4制备的焊料球与环氧树脂混合后分别粘接不锈钢板、镀锌钢板、铝板，将固化后拉伸断裂后是否实现焊接、焊点有效焊接面积与焊料同钢板接触面积的占比作为评价依据，结果见表3。

表1实施例1-4、对比例1及空白对比案例性能检测结果

*注：空白对比例使用的焊料球为未经助焊剂包覆的焊料球。

如表1所示，本发明实施例1-4与空白对比例测试结果表明，本发明的一种包覆焊料球的助焊剂及包覆方法，能够避免助焊剂引起的气孔缺陷并形成相对良好的焊点。

作为对比，本发明实施例1-4与对比例1的测试结果表明，本发明经过二次包覆，能够将乳化过的向表面迁移的助焊剂去膜活性成分包覆，避免其混入胶黏剂中造成气孔缺陷。

表2实施例1-4、对比例2及空白对比案例性能检测结果

*注：空白对比例使用的焊料球为未经助焊剂包覆的焊料球。

本发明实施例1-4与对比例2的测试结果表明，本发明将助焊剂乳化，降温固化得到以有机载体为骨架液态去膜活性成分分布其中的结构，能够明显减少包覆助焊剂的焊料球与胶黏剂混合时助焊剂混入胶黏剂中的情况，使助焊剂能够有效的发挥去除氧化膜以及润湿铺展的作用。

本发明的一种包覆焊料球的助焊剂能够避免助焊剂混入胶黏剂中造成气孔缺陷的同时实现胶结与焊接的同步进行。

表3实施例1-4与空白对比案例性能检测结果

*注：空白对比例使用的焊料球为未经助焊剂包覆的焊料球，√代表是，×代表否。

如表3所示，实施例1-4与空白对比例测试结果表明，本发明的一种包覆焊料球的助焊剂能够有效去除不锈钢板、镀锌钢板、铝板表面的致密膜，实现焊接。

Claims (8)

1.一种包覆焊料球的助焊剂，其特征在于，以重量百分比计，该包覆焊料球的助焊剂的组成为：25-40%去膜活性剂，2-15%乳化剂，0-1%消泡剂，余量为有机载体；

所述去膜活性剂为有机胺与无机酸的复合盐，所述乳化剂为非离子型乳化剂。

2.根据权利要求1所述的包覆焊料球的助焊剂，其特征在于，所述有机胺为三乙醇胺、乙醇胺、二乙醇胺、羟乙基乙二胺，羟二乙基乙二胺和N,N-二乙基乙醇胺中的一种或多种的混合；所述无机酸为氟硼酸和氢氟酸中的一种或任意比例的两种。

3.根据权利要求1所述的包覆焊料球的助焊剂，其特征在于，所述乳化剂为聚氧化乙烯羧酸酯、聚氧乙烯多元醇羧酸酯、聚氧化乙烯烷基醚、聚氧化乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺、月桂酸单甘油酯和失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或任意比例的两种以上。

4.根据权利要求1所述的包覆焊料球的助焊剂，其特征在于，所述有机载体为石蜡、微晶蜡、聚乙烯石蜡、松香、氢化松香、聚合松香、歧化松香、马来松香、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000和聚乙二醇10000中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的包覆焊料球的助焊剂，其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

6.根据权利要求1所述的包覆焊料球的助焊剂，其特征在于，所述焊料球直径为0.2-1mm。

7.权利要求1-5任一项所述的包覆焊料球的助焊剂的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：

1）制备醇水溶液：以重量百分比计，将水与酒精按1:3-5配制醇水溶液；

2）制备有机胺醇水溶液：以重量百分比计，将有机胺与步骤1）制备的醇水溶液按1:2-5配制成有机胺醇水溶液；

3）配置中性溶液：将无机酸逐滴加入到步骤2）配制的有机胺醇水溶液中，至溶液pH为中性，静置1-2d，得中性溶液；

4）制备有机胺盐：将步骤3）所得中性溶液在温度为135-145℃,搅拌转速为80-120r/min条件下去除酒精和水分，冷却后得到有机胺盐；

5）制备助焊剂：将步骤4）所得有机胺盐加热至熔融，在搅拌转速为40-80 r/min条件下依次加入乳化剂和消泡剂，保持温度为110-120℃，在搅拌转速为40-80 r/min，反应15-30min；加入有机载体，有机载体全部融化后，在搅拌转速为120-200 r/min，温度为110-120℃条件下，保温30-60min，停止加热，在搅拌转速为40-80 r/min条件下冷却，冷却至20-40℃，即得到助焊剂。

8.根据权利要求1所述的包覆焊料球的助焊剂的包覆方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

a）将助焊剂在110-120℃条件下加热熔融，在转速为100-300r/min条件下，搅拌5-10min；

b）将步骤a）所得助焊剂喷淋至焊料球上，助焊剂和焊料球的重量比为4-10：100，加入到行星重力搅拌机中，在800-1200r/min条件下搅拌分散2-8min，使助焊剂包裹于焊料球表面，冷却后形成固态壳层焊料球；

c）将有机载体包覆于步骤b）制备的固态壳层焊料球上，加入到行星重力搅拌机中，在搅拌速度为300-500r/min条件下，搅拌5-15min，得到包覆焊料球。