CN113441868B - 一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏，其技术方案要点是包含以下重量组分：Ni 1.1％，Cu 0.49％，合金金属8.735％，助焊剂12％，Sn 77.7％；所述助焊剂包含以下重量百分比组分；载体为松香、聚乙二醇(PEG)、十八酸的混合物，活化剂由己二酸、失水山梨醇单油酸酯复配而成，表面活性剂为OP‑10；缓蚀剂为乙二醇本唑、三乙胺两种组合。本申请的无铅抗氧化锡膏，无卤抗氧化性好，改进了焊料对基材的润湿性能，提高了焊锡膏的活性和印刷耐久性，改进了焊料对基材的润湿性能，且具有一定抗坍塌性能。

Description

一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏及其制备方法

本申请是分案申请，原申请的申请号为201910210562.1，申请日为：2019年03月20日，发明名称为：一种无铅抗氧化锡膏及其制备方法。

【技术领域】

本发明涉及一种焊锡膏材料，更具体地说是一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏及其制备方法。

【背景技术】

焊接技术的发展时间已经超过了六十年，并且随着科学技术的不断发展，焊接技术也一直得到不断地发展和创新。焊锡膏作为电子焊料的常用形态之一，随着科学技术的进步而不断地发展和创新，工业制造4.0的升级及国家加快发展战略性基础型新材料的要求，当前，焊接材料产品的发展在成分上已形成向无铅、无卤、环保、功能化方向发展；在产品性价比上向质量可靠、成本低廉方向发展；在产品应用上向精细化、专业化、分布跨度更窄等方向发展，并且各项评判技术指标也已逐渐细化和完善，此外，随着电子电器产品及其技术发展的需求，产品逐渐向功能化、节能环保等方向发展，对焊接材料产品的质量和制造技术水平的要求将更为苛刻和严格。

近几十年来,在电子产品生产锡焊工艺过程中,一般多使用主要由松香、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，属于禁用和被淘汰之列，而且焊接前的锡膏印刷或注射涂布，因为锡膏的抗坍塌性能不强会使锡膏向预定位置外扩展，即焊锡膏的坍塌，使相邻近的电路图形相连导致短路或者焊点移位，新型焊锡膏需同时克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明提供一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏，无卤抗氧化性好，提高了焊锡膏的活性和印刷耐久性，改进了焊料对基材的润湿性能，且具有一定抗坍塌性能。

本发明还提供一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏的制备方法。

一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏，该锡膏包含以下重量组分：

Ni 1～3％，

Cu 0.4～0.8％，

合金金属8～11％，

助焊剂10～20％，

余量为Sn；

所述助焊剂包含以下重量百分比组分；

载体80～90％，

活化剂3～9％，

表面活性剂2～6％，

缓蚀剂1.5～5.5％。

优选的，所述载体为松香、聚乙二醇(PEG)、十八酸的混合物。松香的主要成分为松香酸，在助焊剂中除了起成膜作用外，对其活性的表现也起到明显作用，本发明助焊剂为松香与聚乙二醇和十八酸复配而成，具有较高的活性，有利于去除焊粉和被焊部位的氧化层，可以提高锡膏的粘稠度，增加其粘附性，同时在锡膏制备搅拌过程中可以使其混合调节均匀，可提高锡膏的抗氧化性，在助焊剂实际制备过程中，松香会和醇胺类物质预先进行反应，可以将不溶于水的松香，改性成为一种可以完全溶解在水中的松香盐类可溶性树脂，并且具有非常有效焊接活性，有效替代含卤锡膏使用。

优选的，所述活化剂由己二酸、失水山梨醇单油酸酯以1～1.7:1复配而成。本发明助焊剂中的活化剂，选用上述的有机酸和酯类先进行中和反应，能够去除焊接部位的氧化物质，减缓Ni的氧化过程，由多元无卤有机酸构成活性体系，克服Sn-Ni系列合金粉焊接性差的问题，同时该组合物在低温下(4℃以下)不与铜粉等第三合金元素反应，当焊锡膏在焊接过程中高温环境时，有机酸和酯类组合物的活性就会释放出来，成为高效活性物质，纳米铝合金金属粉外层氧化膜能够快速与高效活性物质反应，在润湿待焊表面同时与之发生冶金反应，而实现连接去除金属表面的氧化层，从而达到良好的焊锡性。

优选的，表面活性剂为十六烷基三甲基溴乙胺和OP-10中的一种或两种。优选上述混合物具有较好的表面活性效果，具有较好的浸润效果，抑制焊接时气泡的产生，同时有效减少焊接后残留物溢出。

优选的，所述缓蚀剂为苯并三氮唑、乙二醇本唑、三乙胺中的两种或三种。本发明助焊剂中，由苯并三氮唑、乙二醇本唑、三乙胺中的两种或三种的混合物作为缓蚀剂，在制备和保存时可以对焊粉起到保护作用，调整助焊剂PH减低对焊粉的腐蚀，而确保了锡膏的稳定性。

优选的，所述松香为水白松香、氢化松香、酯化松香中的一种。

优选的，所述合金金属包括0.14～1.15wt％的钴，0.45～0.55wt％的锑，0.005～0.15wt％的锗，8.0～8.8wt％的铋，0～0.25wt％的磷(以上为锡膏中的重量比例)。本方案采用Sn～Ni体系，采用无卤原料，作业温度可以达到138℃以下，有效替代含Pb锡膏使用。

一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏的制备方法，包括以下步骤：

A、将活化剂与载体按比例混合均匀，并加热至120～135℃完全溶解，制成初级混合物a；

B、将缓蚀剂与表面活性剂混合均匀，并加热至95～105℃完全溶解，制得初级混合物b；

C、在初级混合物a与初级混合物b混合搅拌，完全溶解后冷却制成助焊剂，放置在温度为2℃～10℃的环境下备用；

D、将制备好的助焊剂静置24小时后，按照重量比例加入Sn～Ni焊粉和除Cu之外的合金元素粉，在乳化机内125～135℃进行混合搅拌蒸发3.2～3.7H，降温至45℃后加入铜粉搅拌均匀，置于0～4℃环境冷藏，制得成品锡膏。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏，通过锡合金材料形成共晶体，选用特殊组合的松香等作为载体，使难溶性的松香改性成为一种可以完全溶解在水中的松香盐类可溶性树脂，采用特定配比的活化剂，在焊接时优先与金属外表的氧化层反应，在润湿待焊表面同时与之发生冶金反应，而实现连接去除金属表面的氧化层，而缓蚀剂的组合，使焊粉具有一定耐蚀性的同时，在焊接完成前，能够控制锡合金焊料颗粒，在不同熔点挥发反应，避免焊锡膏向外扩展而坍塌产生锡珠，具有良好抗氧化性的同时，提高了焊锡膏的抗坍塌性能，有效替代含卤锡膏使用，进一步优化了焊料的合金强度和抗氧化性能，通过焊锡膏合成助焊剂材料的优化和使用，提高了焊锡膏的活性和印刷耐久性，改进了焊料对基材的润湿性能，通过对焊料合金材料均匀度的优化控制以及合成助焊剂中微量元素的添加，使得焊料合金的组织微细化，可以起到金属间化合物生长调节剂和晶粒细化剂的作用，这种属性有助于保持焊料组成的稳定，提高了焊料的耐久性、抗氧化性、强度及扩展性，并且能够抑制气孔的产生。

本发明的一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏的制备方法，过程温和环保，品质稳定，适于批量生产。

【具体实施方式】

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

表1：实施例1～6各组分百分比

表2：实施例1～6助焊剂各组分百分比

实施例1～6

一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏的制备方法：

A、将活化剂与载体按比例混合均匀，并加热至120～135℃完全溶解，制成初级混合物a；

B、将缓蚀剂与表面活性剂混合均匀，并加热至95～105℃完全溶解，制得初级混合物b；

C、在初级混合物a与初级混合物b混合搅拌，完全溶解后冷却制成助焊剂，放置在温度为2℃～10℃的环境下备用；

D、将制备好的助焊剂静置24小时后，按照重量比例加入Sn～Ni焊粉和除Cu之外的合金元素粉，在乳化机内125～135℃进行混合搅拌蒸发3.2～3.7H，降温至45℃后加入铜粉搅拌均匀，置于0～4℃环境冷藏，制得成品锡膏。

对各实施例所得产品进行实际测试，结果如下：

表3：上述实施例1-6与市场现有锡膏对比例做对比测试

本本发明的一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏，通过锡合金材料形成共晶体，选用特殊组合的松香等作为载体，使难溶性的松香改性成为一种可以完全溶解在水中的松香盐类可溶性树脂，采用特定配比的活化剂，在焊接时优先与金属外表的氧化层反应，在润湿待焊表面同时与之发生冶金反应，而实现连接去除金属表面的氧化层，而缓蚀剂的组合，使焊粉具有一定耐蚀性的同时，在焊接完成前，能够控制锡合金焊料颗粒，在不同熔点挥发反应，避免焊锡膏向外扩展而坍塌产生锡珠，具有良好抗氧化性的同时，提高了焊锡膏的抗坍塌性能，有效替代含卤锡膏使用，进一步优化了焊料的合金强度和抗氧化性能，通过焊锡膏合成助焊剂材料的优化和使用，提高了焊锡膏的活性和印刷耐久性，改进了焊料对基材的润湿性能，通过对焊料合金材料均匀度的优化控制以及合成助焊剂中微量元素的添加，使得焊料合金的组织微细化，可以起到金属间化合物生长调节剂和晶粒细化剂的作用，这种属性有助于保持焊料组成的稳定，提高了焊料的耐久性、抗氧化性、强度及扩展性，并且能够抑制气孔的产生。

Claims (2)

1.一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏，其特征在于该锡膏包含以下重量组分：

Ni 1.1％，

Cu 0.49％，

合金金属8.735％，

助焊剂12％，

Sn 77.7％；

所述助焊剂包含以下重量百分比组分；

载体为松香、聚乙二醇(PEG)、十八酸的混合物，包括所述松香45.5％，聚乙二醇21.5％，十八酸16％；

活化剂由己二酸、失水山梨醇单油酸酯复配而成，包括所述己二酸3.5％、失水山梨醇单油酸酯2.5％；

表面活性剂为5.8％的OP-10；

缓蚀剂为乙二醇苯 唑、三乙胺两种组合，包括所述乙二醇苯 唑1.45％、三乙胺3.75％；

所述松香为水白松香、氢化松香、酯化松香中的一种；所述合金金属包括0.14～1.15wt％的钴，0.45～0.55wt％的锑，0.005～0.15wt％的锗，8.0～8.8wt％的铋，0～0.25wt％的磷，以上合金金属中各元素的重量比例为在锡膏中的重量比例。

2.一种如权利要求1所述的一种润湿效果好的无铅抗氧化锡膏制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A、将活化剂与载体按比例混合均匀，并加热至120～135℃完全溶解，制成初级混合物a；

B、将缓蚀剂与表面活性剂混合均匀，并加热至95～105℃完全溶解，制得初级混合物b；

C、在初级混合物a与初级混合物b混合搅拌，完全溶解后冷却制成助焊剂，放置在温度为2℃～10℃的环境下备用；

D、将制备好的助焊剂静置24小时后，按照重量比例加入Sn～Ni焊粉和除Cu之外的合金元素粉，在乳化机内125～135℃进行混合搅拌蒸发3.2～3.7H，降温至45℃后加入铜粉搅拌均匀，置于0～4℃环境冷藏，制得成品锡膏。