CN109014656A - 一种无卤助焊剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无卤助焊剂及其制备方法和应用。所述无卤助焊剂包括如下重量份的组分：成膜保护剂20.0‑45.0份，有机酸活性剂3.0‑25.0份，溶剂30.0‑65.0份，扩散剂0.1‑2.0份；所述扩散剂为丙三醇。将本发明助焊剂配合低熔点合金焊料应用到电子产品生产焊接中，可以使焊接效果更好，降低焊接疵点率，焊接得到的电子产品质量好。适用于低熔点合金焊料，能在200℃温度下显示出良好的活性。

Description

一种无卤助焊剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，特别涉及适用于低熔点合金焊料无卤助焊剂及其制备方法和应用。

背景技术

助焊剂是焊接时使用的辅料，助焊剂的主要作用是清除焊料和被焊母材表面的氧化物，使金属表面达到必要的清洁度，从而防止焊接时表面的再次氧化，降低焊料表面张力，提高焊接效果，助焊剂性能的优劣直接影响到电子产品的质量，因此，更高性能的助焊剂是电子行业不断追求的目标。

在电子产品锡焊工艺过程中，一般多使用由松香、树脂、含卤化物的活性剂、添加剂和有机溶剂组成的松香树脂系助焊剂。这类助焊剂虽然可焊性好，成本低，但焊后残留物高。其残留物含有卤素离子，会逐步引起电气绝缘性能下降和短路等问题，要解决这一问题，必须对电子印制板上的松香树脂系助焊剂残留物进行清洗，这样不但会增加生产成本，而且清洗松香树脂系助焊剂残留的溶剂型清洗剂主要是氟氯化合物。这种化合物是大气臭氧层的损耗物质，目前属于禁用和被淘汰之列。但是由于各种原因，目前仍有不少公司沿用的工艺是属于前述采用松香树脂系助焊剂焊锡，再用氟氯型清洗剂清洗的工艺，效率较低而成本偏高，环境污染严重。

目前，针对能源污染问题，助焊剂的研究向着无松香、无卤素、无VOC、免清洗等方面进展，不同的合金配比需要匹配不同的助焊剂，助焊剂不仅要起到相应的清洁被焊物体表面氧化物和降低表面张力的作用，也需要在成分组成上满足绿色环保走向。

另外，随着电子元器件不断向短小化、轻薄化发展，目前常规焊料产品所设定的工作温度早已高出其所能承受的范围，如果继续在当前焊料工艺下进行焊接，将会使得产品在今后的使用过程中造成不可预计的危险；此外，使用低温焊料可以使一些不耐高温的廉价元器件和电路板得以使用，从而降低产品成本，使用低温焊料还可以降低由于不同材料之间热膨胀系数不同所造成的伤害，因此低温焊料的开发应用以及研发与其配套的低温助焊剂刻不容缓。

目前市面上的低温助焊剂的焊料产品之间均有各自的利弊，有的焊料焊接性能优良，但是价格偏高；有的焊料价格合理，但是焊接性能不良；因此急需提供一种能够兼顾焊料性能、价格、市场要求、工艺要求、焊件温度要求等等多方面的助焊剂。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种适用于低熔点合金焊料的无卤助焊剂，该助焊剂具有助焊活性高、疵点率低，不含卤化物，价格低廉等多方面优点。

本发明所采用的技术方案如下。

一种适用于低熔点合金焊料的无卤助焊剂，包括如下重量份的组分：成膜保护剂20.0-45.0份，有机酸活性剂3.0-25.0份，溶剂30.0-65.0份，扩散剂0.1-2.0份。

优选地，所述无卤助焊剂包括如下重量份的组分：成膜保护剂22-30份，有机酸活性剂15-25份，溶剂45-65份，扩散剂0.3-1.2份。

进一步优选地，所述无卤助焊剂包括如下重量份的组分：成膜保护剂22-24份，有机酸活性剂15-18份，溶剂55-65份，扩散剂0.3-1.2份。

或，所述无卤助焊剂包括如下重量份的组分：成膜保护剂28-30份，有机酸活性剂18-22份，溶剂55-65份，扩散剂0.3-1.2份。

或，所述无卤助焊剂包括如下重量份的组分：成膜保护剂23-27份，有机酸活性剂23-25份，溶剂55-65份，扩散剂0.3-1.2份。

进一步地，所述成膜保护剂选自氢化松香、酚醛树脂、改性丙烯树脂中的一种或多种混合物。所述混合物的典型但非限制性的实例如：氢化松香和酚醛树脂的混合物，氢化松香和改性丙烯树脂的混合物，酚醛树脂和改性丙烯树脂的混合物；本发明上述混合物还可以是氢化松香、酚醛树脂和改性丙烯树脂的混合物。

进一步地，所述有机酸活性剂的主要功能是减小焊料与引线脚金属两者接触时产生的表面张力、增强表面润湿性和有机酸活化剂的渗透力，是助焊剂的关键成分之一。

所述有机酸活性剂选自硬脂酸、戊二酸、柠檬酸、水杨酸、苹果酸中的一种或多种混合物。本发明所述的有机酸活性剂在200℃焊接温度条件下即挥发，焊后无残留。所述有机酸活性剂的特点是熔点低、活性好、易挥发，保证低熔点合金在低于200℃温度下润湿被焊基材。

其中，所述的典型但非限制性的实例如：硬脂酸和戊二酸的混合物，硬脂酸和柠檬酸的混合物，硬脂酸和水杨酸的混合物，硬脂酸和苹果酸的混合物，戊二酸和柠檬酸的混合物，戊二酸和水杨酸的混合物，戊二酸和苹果酸的混合物，柠檬酸和水杨酸的混合物，柠檬酸和苹果酸的混合物，水杨酸和苹果酸的混合物；本发明上述的混合物还可以选择三种有机酸活性剂的混合物，例如硬脂酸、戊二酸和柠檬酸的混合物，硬脂酸、戊二酸和水杨酸的混合物，硬脂酸、戊二酸和苹果酸的混合物，戊二酸、柠檬酸和水杨酸的混合物，戊二酸、柠檬酸和苹果酸的混合物，柠檬酸、水杨酸和苹果酸的混合物；本发明上述的混合物也可以是选择四种有机酸活性剂的混合物，例如硬脂酸、戊二酸、柠檬酸和水杨酸的混合物，硬脂酸、戊二酸、柠檬酸和苹果酸的混合物，戊二酸、柠檬酸、水杨酸和苹果酸的混合物；本发明上述的混合物还可以是选择五种有机酸活性剂的混合物，例如硬脂酸、戊二酸、柠檬酸、水杨酸和苹果酸的混合物。

进一步地，所述溶剂的主要作用是溶解助焊剂中的固态成分，使之形成均匀的溶液，便于待焊元件均匀涂布适量的助焊剂成分，同时还可以清洗脏物和金属表面的油污。

所述溶剂选自乙醇、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇中的一种或多种混合物。所述混合物的典型但非限制性的实例如：乙醇和二乙醇胺的混合物，乙醇和三乙醇胺的混合物，乙醇和异丙醇的混合物，二乙醇胺和三乙醇胺的混合物，二乙醇胺和异丙醇的混合物，三乙醇胺和异丙醇的混合物；本发明上述的溶剂混合物也可以选择三种溶剂的混合物，如乙醇、二乙醇胺和三乙醇胺的混合物，乙醇、二乙醇胺和异丙醇的混合物，乙醇、三乙醇胺、异丙醇的混合物；本发明上述的溶剂混合物还可以是乙醇、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇的混合物。本发明采用的上述溶剂为无毒溶剂，绿色环保。

进一步地，所述扩散剂为液体成分，其作用是降低焊剂的表面张力，并引导焊料向四周扩散，从而形成光滑的焊点。本发明所述的扩散剂为丙三醇。

作为本发明更优选的实施方式之一，所述无卤助焊剂包括如下重量份的组分：氢化松香10-22份，酚醛树脂8-11份，硬脂酸3-5份，戊二酸3-9份，柠檬酸3-5份，水杨酸3-9份，乙醇33-42份，三乙醇胺8-22份，丙三醇0.3-1.5份。

本发明还提供上述助焊剂的制备方法，包括：

(1)按配比，分别称取各原料，研磨至粒径小于1mm；

(2)将成膜保护剂、活性剂依次加入溶剂中，混匀；

(3)将扩散剂加入到步骤(2)所得混合液中，在50℃～70℃条件下搅拌，待各组分全部溶解并混合均匀后，冷却到室温，制得助焊剂。

本发明还提供上述助焊剂在低熔点合金焊料焊接工艺中的应用；所述熔点为45℃～200℃。

本发明所述技术方案取得的有益效果如下：

将本发明助焊剂配合低熔点合金焊料应用到电子产品生产焊接中，可以使焊接效果更好，降低焊接疵点率，焊接得到的电子产品质量好；该助焊剂适用于低熔点合金焊料，能在200℃温度下显示出良好的活性。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1一种助焊剂的制备方法

本实施例提供一种适用于低熔点合金焊料无卤助焊剂及制备方法，由以下重量百分比的原料制得：

氢化松香13％，酚醛树脂10％，硬脂酸4％，戊二酸4％，柠檬酸4％，水杨酸4％，乙醇40％，三乙醇胺20％，丙三醇1％。

具体制备步骤如下：

①称取13％的氢化松香、10％的酚醛树脂，在研磨钵体中将称取的氢化松香充分研磨，之后将研磨后的氢化松香与称取的酚醛树脂充分搅拌混匀。

②称取4％的硬脂酸、4％的戊二酸、4％的柠檬酸、4％的水杨酸，充分搅拌混匀。

③称取40％的乙醇、20％的三乙醇胺，搅拌混匀，将上述混匀的成膜保护剂和有机酸活性剂混匀。

④称取1％的丙三醇，加入到上述混匀的溶液中，在50℃～70℃温度下加热搅拌，待各组分全部溶解并混合均匀后，停止加热，冷却到室温，制备得到无卤低熔点合金用助焊剂。

实施例2一种助焊剂的制备方法

本实施例提供一种适用于低熔点合金焊料无卤助焊剂及制备方法，由以下重量百分比的原料制得：

氢化松香20％，酚醛树脂9.5％，硬脂酸4％，戊二酸8％，柠檬酸4％，水杨酸4％，乙醇35％，三乙醇胺15％，丙三醇0.5％。

具体制备步骤如下：

①称取20％的氢化松香、9.5％的酚醛树脂，在研磨钵体中将称取的氢化松香充分研磨，之后将研磨后的氢化松香与称取的酚醛树脂充分搅拌混匀。

②称取硬脂酸4％、戊二酸8％、柠檬酸4％、水杨酸4％，充分搅拌混匀。

③称取35％的乙醇、15％的三乙醇胺，搅拌混匀，将上述混匀的成膜保护剂和有机酸活性剂混匀。

④称取0.5％的丙三醇，加入到上述混匀的溶液中，在50℃～70℃温度下加热搅拌，待各组分全部溶解并混合均匀后，停止加热，冷却到室温，制备得到无卤低熔点合金用助焊剂。

实施例3一种助焊剂的制备方法

本实施例提供一种适用于低熔点合金焊料无卤助焊剂及制备方法，由以下重量百分比的原料制得：

氢化松香15％，酚醛树脂10％，硬脂酸4％，戊二酸8％，柠檬酸4％，水杨酸8％，乙醇40％，三乙醇胺10％，丙三醇1％。

具体制备步骤如下：

①称取15％的氢化松香、10％的酚醛树脂，在研磨钵体中将称取的氢化松香充分研磨，之后将研磨后的氢化松香与称取的酚醛树脂充分搅拌混匀。

②称取4％的硬脂酸、8％的戊二酸、4％的柠檬酸、8％的水杨酸，充分搅拌混匀。

③称取40％的乙醇、10％的三乙醇胺，搅拌混匀，将上述混匀的成膜保护剂和有机酸活性剂混匀。

④称取1％的丙三醇，加入到上述混匀的溶液中，在50℃～70℃温度下加热搅拌，待各组分全部溶解并混合均匀后，停止加热，冷却到室温，制备得到无卤低熔点合金用助焊剂。

效果验证

对实施例1～3所得的助焊剂，搭配熔点约138℃的Bi-Sn合金，依据IPC-J-STD004B标准进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种无卤助焊剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：成膜保护剂20.0-45.0份，有机酸活性剂3.0-25.0份，溶剂30.0-65.0份，扩散剂0.1-2.0份；所述扩散剂为丙三醇。

2.根据权利要求1所述的无卤助焊剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：成膜保护剂22-30份，有机酸活性剂15-25份，溶剂45-65份，扩散剂0.3-1.2份。

3.根据权利要求1所述的无卤助焊剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：成膜保护剂22-24份，有机酸活性剂15-18份，溶剂55-65份，扩散剂0.3-1.2份；

或，所述无卤助焊剂包括如下重量份的组分：成膜保护剂28-30份，有机酸活性剂18-22份，溶剂55-65份，扩散剂0.3-1.2份；

或，所述无卤助焊剂包括如下重量份的组分：成膜保护剂23-27份，有机酸活性剂23-25份，溶剂55-65份，扩散剂0.3-1.2份。

4.根据权利要求1-3任一所述的无卤助焊剂，其特征在于，所述成膜保护剂选自氢化松香、酚醛树脂、改性丙烯树脂中的一种或多种混合物；

优选地，所述成膜保护剂选自氢化松香和酚醛树脂的混合物，氢化松香和改性丙烯树脂的混合物，酚醛树脂和改性丙烯树脂的混合物中的一种；

或，所述成膜保护剂为氢化松香、酚醛树脂和改性丙烯树脂的混合物。

5.根据权利要求1-4任一所述的无卤助焊剂，其特征在于，所述有机酸活性剂选自在200℃条件下挥发的活性剂；

优选地，所述有机酸活性剂选自硬脂酸、戊二酸、柠檬酸、水杨酸、苹果酸中的一种或多种混合物。

6.根据权利要求1-5任一所述的无卤助焊剂，其特征在于，所述有机酸活性剂选自：硬脂酸和戊二酸的混合物，硬脂酸和柠檬酸的混合物，硬脂酸和水杨酸的混合物，硬脂酸和苹果酸的混合物，戊二酸和柠檬酸的混合物，戊二酸和水杨酸的混合物，戊二酸和苹果酸的混合物，柠檬酸和水杨酸的混合物，柠檬酸和苹果酸的混合物，水杨酸和苹果酸的混合物中的一种；

或，所述有机酸活性剂选自硬脂酸、戊二酸和柠檬酸的混合物，硬脂酸、戊二酸和水杨酸的混合物，硬脂酸、戊二酸和苹果酸的混合物，戊二酸、柠檬酸和水杨酸的混合物，戊二酸、柠檬酸和苹果酸的混合物，柠檬酸、水杨酸和苹果酸的混合物中的一种；

或，所述有机酸活性剂选自：硬脂酸、戊二酸、柠檬酸和水杨酸的混合物，硬脂酸、戊二酸、柠檬酸和苹果酸的混合物，戊二酸、柠檬酸、水杨酸和苹果酸的混合物中的一种；

或，所述有机酸活性剂为硬脂酸、戊二酸、柠檬酸、水杨酸和苹果酸的混合物。

7.根据权利要求1-6任一所述的无卤助焊剂，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇中的一种或多种混合物；

优选地，所述溶剂选自：乙醇和二乙醇胺的混合物，乙醇和三乙醇胺的混合物，乙醇和异丙醇的混合物，二乙醇胺和三乙醇胺的混合物，二乙醇胺和异丙醇的混合物，三乙醇胺和异丙醇的混合物中的一种；

或，所述溶剂选自：乙醇、二乙醇胺和三乙醇胺的混合物，乙醇、二乙醇胺和异丙醇的混合物，乙醇、三乙醇胺、异丙醇的混合物中的一种；

或，所述溶剂选自：乙醇、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇的混合物。

8.根据权利要求1-7任一所述的无卤助焊剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：氢化松香10-22份，酚醛树脂8-11份，硬脂酸3-5份，戊二酸3-9份，柠檬酸3-5份，水杨酸3-9份，乙醇33-42份，三乙醇胺8-22份，丙三醇0.3-1.5份。

9.一种助焊剂的制备方法，其特征在于，包括：

(1)按配比，分别称取各原料，研磨至粒径小于1mm；

(2)将成膜保护剂、活性剂依次加入溶剂中，混匀；

(3)将扩散剂加入到步骤(2)所得混合液中，在50℃～70℃条件下搅拌，待各组分全部溶解并混合均匀后，冷却到室温，制得助焊剂。

10.权利要求1-8任一所述助焊剂在低熔点合金焊料焊接工艺中的应用；优选所述熔点为45℃～200℃。