CN110560962B

CN110560962B - 一种锡铋系焊锡膏助焊剂及其制备方法

Info

Publication number: CN110560962B
Application number: CN201910816654.4A
Authority: CN
Inventors: 赵麦群; 李鹏宇; 王君; 袁昕; 王霞; 胡国忠
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: CN110560962A

Abstract

本发明公开了一种锡铋系焊锡膏助焊剂，按质量百分比由以下原料组成：活性剂10%～15%，溶剂30%～45%，成膜剂30%～40%，触变剂7%～15%，保湿剂1%～10%，抗氧化剂3%～4%，缓蚀剂2%～3%，上述组分的质量百分比之和为100%，本发明制备的焊锡膏助焊剂可去除黑圈现象，能够在焊点上形成一层均匀、透明的膜，残留物质覆盖于焊点表面，制备出无裂纹焊锡膏，对焊盘、焊点几乎不腐蚀，极大程度提高电气绝缘性和焊点、焊盘耐腐蚀性。

Description

一种锡铋系焊锡膏助焊剂及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接工艺技术领域，涉及一种锡铋系焊锡膏助焊剂，还涉及一种锡铋系焊锡膏助焊剂的制备方法。

背景技术

焊锡膏是伴随着电子封装技术应运而生的一种新型焊接封装材料。焊锡膏是在常温下有一定的粘度，可将电子元器件粘贴在基板的既定位置，电子元件、基板和焊锡膏在回流焊机中以一定的工艺曲线进行焊接，在焊接过程焊锡膏中的活性成分去除焊料表面氧化物、降低焊粉表面张力帮助焊料在熔点融化，溶剂和其他成分挥发，冷却后金属合金和基板形成冶金结合，将元器件与印制电路板连接在一起形成电子产品的材料。表面贴装技术是电子封装的重要方法，由于适应现代电子产品的高度集成化、微型化，具有工艺流程简单、结合性能好等特点，广泛应用于电子封装领域，目前国产锡膏与国外的相比在储存稳定性、可焊接性和焊后对基板腐蚀等方面还有待提高，且市场上的国产锡膏所占份额较小。

低温焊锡膏回流温度较低，峰值温度大概为170℃，能有效解决高温组件翘曲、保护元器件等优点，应用于热敏元器件、太阳能光伏、LED照明组件的连接。锡铋焊锡膏中铋元素在自然界储量丰富，工业成本低廉的特点深受关注。锡铋系焊锡膏焊后焊点周围存在一圈黑色残留，影响电子器件的电器绝缘、焊接性能、焊后耐腐蚀性能和美观；焊后残余流淌至焊盘出现电气绝缘性差和腐蚀焊盘、焊点等问题。

锡铋系焊锡膏焊后焊点周围存在一圈黑色物质，其中具有金属铋单质影响合金焊接性能、焊点电器绝缘性能。如何去除该黑色物质来提高锡铋焊锡膏的性能，使锡铋系锡膏快速推广和应用是以技术难题。目前一些专利用无机酸和复配触变剂等方法使得黑色物质均匀分散以达到去黑的目的，但是并不能完全去除，形成焊点表面不光亮，且配方复杂，不易于工业化生产。

影响焊点电气绝缘性另一较大的因素是焊锡膏焊后残余流淌至焊盘，其中的离子交换，影响电气绝缘性能。如何使得焊后残余的松香、有机酸等残留物质不流动，在焊点上形成均匀、透明的膜，覆盖于焊点上，成为企业追求的一个目标。

残留物流淌至焊盘造成焊盘腐蚀，在剧烈的热循环条件下吸收水分造成焊点腐蚀，严重影响电子产品的质量和使用寿命，是目前焊锡膏存在的重要缺陷之。减少基板腐蚀的一般方法是减少有机酸及松香用量减少活性成分；添加缓蚀剂，利用缓蚀剂在焊锡表面的活性反应区域形成一层完整的吸附膜，抑制金属腐蚀，但仍然无法从根本上解决焊盘腐蚀问题，如何解决基板腐蚀和焊点腐蚀问题，焊后残留物覆于焊点表面是对基板、焊点腐蚀较小的方法，残留于焊点表面覆膜性锡膏是企业目前的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种锡铋系焊锡膏助焊剂，解决了现有技术中存在的焊锡膏活性低的问题。

本发明的另一目的是提供一种锡铋系焊锡膏助焊剂的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种锡铋系焊锡膏助焊剂，按质量百分比由以下原料组成：活性剂10%～15%，溶剂30%～45%，成膜剂30%～40%，触变剂7%～15%，保湿剂1%～10%，抗氧化剂3%～4%，缓蚀剂2%～3%，上述组分的质量百分比之和为100%。

本发明所采用的另一技术方案是，一种锡铋系焊锡膏助焊剂的制备方法，按照以下步骤进行：

步骤1，按质量百分比称取活性剂10%～15%，溶剂30%～45%，成膜剂30%～40%，触变剂7%～15%，保湿剂1%～10%，抗氧化剂3%～4%，缓蚀剂2%～3%，上述组分的质量百分比之和为100%；

步骤2，将称量好的溶剂和活性剂加入反应釜中，将反应釜放入磁力搅拌器中，设置温度和转速，搅拌至活性剂溶解；

步骤3，将步骤2中的反应釜取出，向反应釜中加入称量好的成膜剂和抗氧化剂，将反应釜放入磁力搅拌器中，调节温度和转速后，搅拌；

步骤4，将步骤3中的反应釜取出，向反应釜中加入称量好的触变剂、保湿剂和缓蚀剂，将反应釜放入磁力搅拌器中，降低反应温度，搅拌至膏状，得到焊锡膏助焊剂。

步骤1中，所述活性剂为邻碘苯甲酸。

步骤1中，所述溶剂为丙二醇甲醚、乙二醇和四氢糠醇中的任意一种或几种的混合。

步骤1中，所述成膜剂为松香，所述触变剂为硬脂酸酰胺和改性蓖麻油衍生物中的任意一种，所述保湿剂为丙三醇和GE-511中的任意一种，所述抗氧化剂为叔丁基对苯二酚，所述缓蚀剂为2-疏基苯并噻唑。

步骤2中，磁力搅拌器的转速为500～700r/min，搅拌时间为5～10min，搅拌温度为130～140℃。

步骤3中，先设置反应温度为110～125℃，磁力搅拌器的转速为200～300r/min，搅拌2～5min后，将转速提升至500～700r/min，反应温度不变，继续搅拌5～15min。

步骤4中，设置反应温度为90～110℃，转速为500～700r/min，反应10～15min后，将温度调整为室温。

反应釜反应时用保鲜膜包裹。

本发明的有益效果是，焊接时可去除黑圈现象，能够在焊点上形成一层均匀、透明的膜，残留物质覆盖于焊点表面，制备出无裂纹焊锡膏，对焊盘、焊点几乎不腐蚀，极大程度提高电气绝缘性和焊点、焊盘耐腐蚀性。

附图说明

图1是本发明一种锡铋系焊锡膏助焊剂焊接后残留物示意图；

图2是本发明一种锡铋系焊锡膏助焊剂焊接后焊点覆膜示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种锡铋系焊锡膏助焊剂，按质量百分比由以下原料组成：活性剂10%～15%，溶剂30%～45%，成膜剂30%～40%，触变剂7%～15%，保湿剂1%～10%，抗氧化剂3%～4%，缓蚀剂2%～3%，上述组分的质量百分比之和为100%。

本发明一种锡铋系焊锡膏助焊剂的制备方法，按照以下步骤进行：

步骤1中，所述活性剂为邻碘苯甲酸，水杨酸，甲基丁二酸，磺基水杨酸，己二酸的任意一种或几种的混合。

反应釜反应时用保鲜膜包裹。

图1为焊接后残留物示意图，从图中可以看出，图1（a）焊点周围非常光洁，完全没有黑色残留，图1（b）焊点周围比较光洁，有较少黑色残留，图1（c）焊点周围比较浑浊，有较多黑色残留，图1（d）焊点周围非常混浊，有大量黑色残留，从图中看出，焊锡膏焊后焊点存在发黑现象，主要与Bi元素和焊料表面的氧化膜有关，助焊剂包覆钎料首先与氧化膜反应生成盐，随着温度升高，三氧化二铋与锡反应生成氧化锡和铋，其中铋生成的温度大概为160℃以上，此时活性剂活性减弱或活性剂活性区间不在该区间无法发挥作用，单质铋残留于焊点周围，邻碘苯甲酸熔点为164℃，活性区间正好在160～170℃之间，正好可以与单质铋反应，随着邻碘苯甲酸含量的增加黑色物质的量逐渐减少。

图2为焊接后焊点覆膜示意图，从图中可以看出，图2（e）残留完全覆盖于焊点表面，图2（f）残留不完全覆盖于焊点表面，有少量分布于焊盘，图2（g）残留不完全分布于焊盘，图2（h）残留完全分布于焊盘，焊后残留流淌是焊锡膏的普遍现象，残留流淌主要与锡膏的粘度有关，焊锡膏在温度达到成膜剂软化点之前不流淌，到成膜剂软化点后开始流淌，要获得覆膜能力，必须提高助焊剂的高温粘度，乙二醇与丙二醇甲醚复配在未达到成膜剂软化点前开始挥发，提高了体系的粘度，为覆膜提供了条件，其次是成膜剂的软化点，助焊剂体系来达到增加体系高温粘度的目的，从而达到较好的覆膜效果。随着溶剂含量的减少覆膜效果逐渐稳定。

实施例1

称量15%的丙二醇甲醚和15%的乙二醇，得到溶剂，称量15%的邻碘苯甲酸，得到活性剂，将溶剂和活性剂混合均匀后放入反应釜中，将反应釜放入磁力搅拌器中，设置反应温度为130℃，转速为700r/min，搅拌10min后，向反应釜中加入40%的松香和4%的叔丁基对苯二酚，设置反应温度为125℃，转速为200r/min，搅拌5min后，将转速提升至500r/min，反应温度不变，继续搅拌15min后，向反应釜中加入8%的硬脂酸酰胺、2%的2-疏基苯并噻唑和1%的丙三醇，设置反应温度为110℃，转速为500r/min，反应15min后，将温度调整为室温，继续搅拌至膏状，得到焊锡膏助焊剂。

实施例2

称量22.5%的丙二醇甲醚和22.5%的乙二醇，得到溶剂，称量3%的邻碘苯甲酸和7%的水杨酸，得到活性剂，将溶剂和活性剂混合均匀后放入反应釜中，将反应釜放入磁力搅拌器中，设置反应温度为135℃，转速为600r/min，搅拌8min后，向反应釜中加入30%的松香和3%的叔丁基对苯二酚，设置反应温度为120℃，转速为240r/min，搅拌3min后，将转速提升至600r/min，反应温度不变，继续搅拌10min后，向反应釜中加入8%的硬脂酸酰胺、3%的2-疏基苯并噻唑和1%的丙三醇，设置反应温度为100℃，转速为600r/min，反应12min后，将温度调整为室温，继续搅拌至膏状，得到焊锡膏助焊剂。

实施例3

称量15.5%的丙二醇甲醚和15.5%的乙二醇，得到溶剂，称量3%的邻碘苯甲酸和8%的己二酸，得到活性剂，将溶剂和活性剂混合均匀后放入反应釜中，将反应釜放入磁力搅拌器中，设置反应温度为140℃，转速为500r/min，搅拌5min后，向反应釜中加入31%的松香和3.5%的叔丁基对苯二酚，设置反应温度为110℃，转速为300r/min，搅拌2min后，将转速提升至700r/min，反应温度不变，继续搅拌5min后，向反应釜中加入15%的硬脂酸酰胺、2.5%的2-疏基苯并噻唑和6%的丙三醇，设置反应温度为90℃，转速为700r/min，反应10min后，将温度调整为室温，继续搅拌至膏状，得到焊锡膏助焊剂。

实施例4

称量15%的丙二醇甲醚和15%的乙二醇，得到溶剂，称量1%的邻碘苯甲酸、8%的己二酸和4%的水杨酸，得到活性剂，将溶剂和活性剂混合均匀后放入反应釜中，将反应釜放入磁力搅拌器中，设置反应温度为130℃，转速为550r/min，搅拌7min后，向反应釜中加入30%的松香和3%的叔丁基对苯二酚，设置反应温度为120℃，转速为200r/min，搅拌4min后，将转速提升至650r/min，反应温度不变，继续搅拌10min后，向反应釜中加入12%的硬脂酸酰胺、2%的2-疏基苯并噻唑和10%的丙三醇，设置反应温度为110℃，转速为500r/min，反应10min后，将温度调整为室温，继续搅拌至膏状，得到焊锡膏助焊剂。

实施例5

称量20%的丙二醇甲醚和20%的乙二醇，得到溶剂，称量3%的邻碘苯甲酸、5%的己二酸和2%的甲基丁二酸，得到活性剂，将溶剂和活性剂混合均匀后放入反应釜中，将反应釜放入磁力搅拌器中，设置反应温度为132℃，转速为700r/min，搅拌5min后，向反应釜中加入30%的松香和3%的叔丁基对苯二酚，设置反应温度为115℃，转速为270r/min，搅拌5min后，将转速提升至650r/min，反应温度不变，继续搅拌10min后，向反应釜中加入10%的改性蓖麻油衍生物、2%的2-疏基苯并噻唑和5%的丙三醇，设置反应温度为110℃，转速为500r/min，反应15min后，将温度调整为室温，继续搅拌至膏状，得到焊锡膏助焊剂。

实施例6

称量35%的四氢糠醇，得到溶剂，称量1%的邻碘苯甲酸、6%的己二酸和6%的磺基水杨酸，得到活性剂，将溶剂和活性剂混合均匀后放入反应釜中，将反应釜放入磁力搅拌器中，设置反应温度为130℃，转速为700r/min，搅拌7min后，向反应釜中加入37%的松香和3%的叔丁基对苯二酚，设置反应温度为125℃，转速为200r/min，搅拌5min后，将转速提升至600r/min，反应温度不变，继续搅拌10min后，向反应釜中加入7%的改性蓖麻油衍生物、2%的2-疏基苯并噻唑和3%的GE-511，设置反应温度为100℃，转速为500r/min，反应10min后，将温度调整为室温，继续搅拌至膏状，得到焊锡膏助焊剂。

本发明以水杨酸或己二酸为主要活性剂，复配邻碘苯甲酸解决了锡铋焊锡膏焊后焊点周围发黑、焊接性能差、焊后残留腐蚀基板等问题。邻碘苯甲酸可以与三氧化二铋和单质铋反应生成无色透明的产物，解决了合金焊后焊点发黑问题，制备过程简单，适合工业化生产，本发明中的改性蓖麻油衍生物为海明斯流变剂，成膜剂可选用TSR-610，二聚松香154#，HM-604，KE-604，AX-E。

本发明中触变剂硬脂酸酰胺和改性蓖麻油衍生物所构成的助焊剂体系可以使焊锡膏在高温下不流动，在焊后焊点上形成一层均匀、透明的残留物膜，极大程度提高电子元器件的电气绝缘性，减少残留对基板的腐蚀。

所选溶剂主要为丙二醇甲醚、乙二醇，或者使用四氢糠醇作为溶剂，其中，丙二醇甲醚、乙二醇的沸点不同，低沸点溶剂丙二醇甲醚沸点在110℃～130℃之间，高沸点溶剂乙二醇沸点在170℃～210℃之间，通过高低沸点复配，在保证良好的焊接性和焊点饱满、美观的前提下，在焊接过程中充分挥发，减少焊后残留，同时增加松香高温下粘度，使得焊后残留于焊点上覆膜成为可能，极大程度上减少残留对基板的腐蚀，本发明选用的溶剂分子链较小，可以在焊接过程中充分发挥活性物质的活性。

Claims

1.一种锡铋系焊锡膏助焊剂，其特征在于，按质量百分比由以下原料组成：

活性剂10%～15%，溶剂30%～45%，成膜剂30%～40%，触变剂7%～15%，保湿剂1%～10%，抗氧化剂3%～4%，缓蚀剂2%～3%，上述组分的质量百分比之和为100%；所述活性剂为邻碘苯甲酸。

2.一种权利要求1所述的锡铋系焊锡膏助焊剂的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤4，将步骤3中的反应釜取出，向反应釜中加入称量好的触变剂、保湿剂和缓蚀剂，将反应釜放入磁力搅拌器中，降低反应温度，搅拌至膏状，得到高活性焊锡膏助焊剂；

所述活性剂为邻碘苯甲酸；

所述溶剂为丙二醇甲醚、乙二醇和四氢糠醇中的任意一种或几种的混合；

所述成膜剂为松香，所述触变剂为硬脂酸酰胺和改性蓖麻油衍生物中的任意一种，所述保湿剂为丙三醇和GE-511中的任意一种，所述抗氧化剂为叔丁基对苯二酚，所述缓蚀剂为2-疏基苯并噻唑；

所述反应釜反应时用保鲜膜包裹。

3.根据权利要求2所述的锡铋系焊锡膏助焊剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，磁力搅拌器的转速为500～700r/min，搅拌时间为5～10min，搅拌温度为130～140℃。

4.根据权利要求2所述的锡铋系焊锡膏助焊剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，先设置反应温度为110～125℃，磁力搅拌器的转速为200～300r/min，搅拌2～5min后，将转速提升至500～700r/min，反应温度不变，继续搅拌5～15min。

5.根据权利要求2所述的锡铋系焊锡膏助焊剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，设置反应温度为90～110℃，转速为500～700r/min，反应10～15min后，将温度调整为室温。