CN114434047A - 一种铟基钎料低温焊接用助焊剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铟基钎料低温焊接用助焊剂及其制备方法，所述助焊剂包括如下重量百分比含量的成分：载体松香10‑30wt％、有机酸活化剂1.0‑2.5wt％、含卤化合物0.5‑1.0wt％、表面活性剂0.1‑0.5wt％、余量为有机溶剂。本发明提供的助焊剂具有活性高，去氧化膜能力强，润湿性好，可焊性优越，焊后易清洗等优点，尤其适用于In52Sn48、In97Ag3、In80Pb15Ag5等铟基钎料的低温焊接。

Description

一种铟基钎料低温焊接用助焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于钎焊助焊剂领域，尤其涉及一种铟基钎料低温焊接用助焊剂及其制备方法。
背景技术
在微组装工艺中，常常需要进行阶梯焊接，阶梯焊接通常分为2-4段完成，每一段所用的钎料及匹配的助焊剂均有所不同，其中低温焊接段通常选用的钎料为铟基钎料，例如In52Sn48、In97Ag3、In80Pb15Ag5等，这些铟基钎料有一个共同特点就是：钎料本身的熔点较低，一般在120-150℃左右，同时因为铟含量较多，钎料表面容易氧化。在实际焊接时，普通的助焊剂因活性温度较高，当上述钎料开始融化时，助焊剂还未发挥其作用，来不及破坏钎料表面的氧化膜；并且随着焊接温度的升高，钎料自身的氧化也加快，最终导致钎料本身表面的氧化膜难于破坏，焊接效果不佳。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种铟基钎料低温焊接用助焊剂及其制备方法，所述助焊剂具有活性高，去氧化膜能力强，润湿性好，可焊性优越，焊后易清洗等优点，尤其适用于In52Sn48、In97Ag3、In80Pb15g5等铟基钎料的低温焊接。
本发明提出的一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，包括如下重量百分比含量的成分：载体松香10-30wt％、有机酸活化剂1.0-2.5wt％、含卤化合物0.5-1.0wt％、表面活性剂0.1-0.5wt％、余量为有机溶剂。
上述助焊剂成分中，载体松香具有热稳定性好，不易氧化，不结晶，酸值低的优点，因此能够在钎料和被焊金属表面上形成一层致密有机膜，对去除氧化膜的钎料和被焊金属起到保护的作用，确保不会被重新氧化，同时保护焊点不被腐蚀和受潮；有机酸活化剂的作用是清除钎料和被焊金属表面的氧化膜以达到改善钎料润湿性的目的；含卤化合物作为去除金属表面氧化膜的活性辅助剂，可以在助焊剂中导入卤素原子，通过卤素原子进一步除去钎料和被焊金属表面的氧化膜，并抑制氧化膜的形成，其与有机酸活化剂配合使用时，可有效提高助焊剂在低温下的有效活性，并促进钎料在被焊金属上的润湿与铺展，从而达到进一步降低钎料的表面张力，提高钎料润湿性的目的；表面活性剂的作用是降低钎料和被焊金属之间的表面张力，促进钎料的润湿和铺展；有机溶剂则与助焊剂中的其他固体成分形成良好互溶，促进助焊剂在焊接部位的浸润铺展。
与此同时，上述助焊剂的成分配比中，载体松香的含量限定为10-30wt％，当含量超过30wt％时，助焊剂粘度过大，焊后残留物过多且难以清洗，而含量低于10wt％时，助焊剂活性降低；有机酸的含量则限定为1.0-2.5wt％，当含量超过2.5wt％时，焊后残留物腐蚀性较强，而含量低于1.0wt％时，助焊剂活性则不够，无法达到清除钎料和被焊金属表面氧化膜的目的；含卤化合物含量限定为0.5-1.0wt％，当含量超过1.0wt％时，焊后残留物较多，但含量低于0.5wt％时，助焊剂低温下的活性不足，无法满足铟基钎料低温焊接的要求；表面活性剂含量限定为0.1-0.5wt％，当含量超过0.5wt％时，钎料铺展面积有所减少，但含量低于0.1wt％时，钎料的铺展面积又不明显增加。
优选地，所述载体松香为氢化松香、685改性松香、KE-604松香或625改性松香中的一种或者几种的组合。
相比普通松香，氢化松香、685改性松香、KE-604松香作为载体松香，除了在焊接过程中覆盖熔融钎料表面，防止钎料氧化以外，还能在焊接后形成更加致密的保护膜，增加焊点绝缘性。
优选地，所述载体松香为氢化松香、685改性松香和KE-604松香的组合；
氢化松香、685改性松香和KE-604松香的质量比优选为15-20:1-3:2.5-5。
载体松香优选为特定配比下的氢化松香、685改性松香和KE-604松香的组合，既可以实现载体松香最佳的成膜保护作用，又能对有机酸和卤素化合物的活性剂成分进行受热保护，并进一步提高助焊剂的活性。
优选地，所述有机酸活化剂为碳原子数为2-10的有机酸；
优选地，所述有机酸活化剂为丁二酸、乙二酸、己二酸、戊二酸、葵二酸中的一种或者几种的组合。
和同等质量的高碳羧酸相比，选择碳原子数为2-10之间的小分子量羧酸，后者不仅羧基含量较多，释放出的H+相对更多，而且可以更加有效地与含卤化合物形成复配，确保在较低温度区间下的氧化膜去除活性。
优选地，所述含卤化合物为有机胺氢卤酸盐和/或卤代物；
有机胺氢卤酸盐在焊接过程中容易释放出氢卤酸，电离出大量H+可以进一步有效去除金属表面氧化膜并实现快速润湿，有利于钎料铺展；
含有卤代共价键的卤代物则通过形成电子诱导效应，增强有机酸的羧基电离程度，进一步提高有机酸活性剂在低温下去除氧化膜实现快速润湿的活性。
优选地，所述有机胺氢卤酸盐为二乙胺盐酸盐、二乙胺氢溴酸盐、二甲胺盐酸盐、三乙胺盐酸盐或正丁胺氢溴酸中的一种或者几种的组合；
优选地，所述卤代物为二溴乙基苯或二溴丁烯二醇中的一种或者几种的组合。
优选地，所述有机酸活化剂与含卤化合物的质量比为1:0.3-0.6；
通过上述配比限定，使得有机酸活化剂与含卤化合物之间能够实现最佳配合，是实现快速润湿和铺展良好的决定因素。
优选地，所述有机酸活化剂与有机胺氢卤酸盐的质量比为1:0.2-0.4，所述有机酸活化剂与卤代物的质量比为1:0.1-0.2。
有机胺氢卤酸盐是通过释放氢卤酸来进一步增加有机酸活化剂的活化能力，卤代物是通过电子诱导效应来进一步增加有机酸活化剂去除金属氧化膜的能力。为了适配这两类含卤化合物与有机酸活化剂复配的作用原料，得到一种120-180℃具有有效低温活性的助焊剂，本发明中，当含卤化合物选择为有机胺氢卤酸盐时，限定二者的质量比为1:0.2-0.4，可以使得有机胺氢卤酸盐复配有机酸活化剂的助焊剂活性最佳，助焊剂的润湿和铺展效果也更为显著；当含卤化合物选择为卤代物时，限定二者的质量比为1:0.1-0.2，可以使得卤代物复配有机酸活化剂的助焊剂活性最佳，使得助焊剂在120-180℃温度区间持续发挥高效润湿功能。
优选地，所述表面活性剂为非离子氟素类表面活性剂和/或非离子氟碳类表面活性剂；
优选地，所述表面活性剂为氟表面活性剂FSN-100。
与其他类型表面活性剂相比，非离子氟素类表面活性剂和/或非离子氟碳类表面活性剂(例如氟表面活性剂FSN-100)更有助于提高助焊剂的润湿性。
优选地，所述有机溶剂为异丙醇、丙三醇、乙二醇丁醚或聚乙二醇400中的一种或几种的组合。
异丙醇、丙三醇作为基础溶剂在焊接初期可快速挥发，乙二醇丁醚、聚乙二醇400沸点较高，在120-180℃低温区间挥发较慢，低沸点、高沸点溶剂相互搭配，促使焊料在熔化时能在焊接面的浸润铺展。
本发明还提出一种上述铟基钎料低温焊接用助焊剂的制备方法，包括：将载体松香加热至130-150℃后，依次加入有机酸活化剂、含卤化合物和表面活性剂搅拌均匀，冷却固化后研磨粉碎，并与有机溶剂混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
本发明的有益效果为：
通过设计适当配比的载体松香、有机酸活化剂、含卤化合物、表面活性剂以及有机溶剂的成分，本发明所得助焊剂在低温(120-180℃)下即能够有效去除被焊金属表面的氧化膜，降低焊接部位表面张力，促进润湿和铺展效果也更为显著，实现了铟基钎料和被焊金属之间强结合，焊后焊点表面光亮平整，接头力学性能好，解决了以往助焊剂残留物多，焊接效果差的缺陷。
附图说明
图1为实施例1所述助焊剂的焊点效果图。
具体实施方式
下面，本发明通过具体实施例对所述技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提出一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香16wt％、685改性松香1.2wt％、KE-604松香2.8wt％、丁二酸1.0wt％、己二酸1.2wt％、二乙胺盐酸盐0.6wt％、二溴丁烯二醇0.3wt％、氟表面活性剂FSN-1000.3wt％、异丙醇72％、丙三醇4％、聚乙二醇4000.6wt％；
制备该实施例所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再加入丁二酸、己二酸、二溴丁烯二醇、二乙胺盐酸盐和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇和聚乙二醇400混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
实施例2
本实施例提出一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香15wt％、685改性松香1.8wt％、KE-604松香3.2wt％、丁二酸1.0wt％、乙二酸1.0wt％、二甲胺盐酸盐0.6wt％、二溴丁烯二醇0.2wt％、二溴乙基苯0.2wt％、氟表面活性剂FSN-1000.3wt％、异丙醇66.1wt％、丙三醇10wt％、聚乙二醇4000.6％；
制备该实施例所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再加入丁二酸、乙二酸、二甲胺盐酸盐、二溴丁烯二醇、二溴乙基苯和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇和聚乙二醇400混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
实施例3
本实施例提出一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香16.2wt％、685改性松香1.2wt％、KE-604松香2.6wt％、乙二酸1.0wt％、己二酸1.0wt％、二乙胺氢溴酸盐0.5wt％、二溴丁烯二醇0.2wt％、氟表面活性剂FSN-1000.4wt％、异丙醇70wt％、丙三醇6wt％、乙二醇丁醚0.9wt％；
制备该实施例所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至130℃后，再加入乙二酸、己二酸、二溴丁烯二醇、二乙胺氢溴酸盐和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇和乙二醇丁醚混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
实施例4
本实施例提出一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香16wt％、685改性松香1.5wt％、KE-604松香2.5wt％、葵二酸1.0wt％、丁二酸0.9wt％、己二酸0.5wt％、二甲胺盐酸盐0.6wt％、二溴丁烯二醇0.3wt％、氟表面活性剂FSN-1000.4wt％、异丙醇70wt％、丙三醇5.7wt％、乙二醇丁醚0.6wt％；
制备该实施例所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至150℃后，再加入葵二酸、丁二酸、己二酸、二甲胺盐酸盐、二溴丁烯二醇和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇和乙二醇丁醚混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
实施例5
本实施例提出一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香15.5wt％、685改性松香1.5wt％、KE-604松香3.1wt％、戊二酸0.6wt％、乙二酸1.0wt％、正丁胺氢溴酸0.5wt％、氟表面活性剂FSN-1000.3wt％、异丙醇70.8wt％、丙三醇5.7wt％、聚乙二醇4000.6wt％、乙二醇丁醚0.4wt％；
制备该实施例所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再加入戊二酸、乙二酸、正丁胺氢溴酸和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇、聚乙二醇400和乙二醇丁醚混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
实施例6
本实施例提出一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香15.4wt％、685改性松香1.4wt％、KE-604松香3.2wt％、葵二酸1.0wt％、乙二酸1.2wt％、二乙胺盐酸盐0.6wt％、二溴丁烯二醇0.2wt％、二溴乙基苯0.1wt％、氟表面活性剂FSN-1000.3wt％、异丙醇75.8wt％、乙二醇丁醚0.8wt％；
制备该实施例所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再加入葵二酸、乙二酸、二乙胺盐酸盐、二溴丁烯二醇、二溴乙基苯和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、乙二醇丁醚混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
实施例7
本实施例提出一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香16wt％、685改性松香1.2wt％、KE-604松香2.8wt％、丁二酸1.0wt％、己二酸0.8wt％、二乙胺盐酸盐0.7wt％、二溴乙基苯0.3wt％、氟表面活性剂FSN-1000.5wt％、异丙醇76.2wt％、聚乙二醇4000.5wt％；
制备该实施例所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再加入丁二酸、己二酸、二乙胺盐酸盐、二溴乙基苯和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、聚乙二醇400混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
实施例8
本实施例提出一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香16wt％、685改性松香1.2wt％、KE-604松香2.8wt％、丁二酸1.0wt％、己二酸0.5wt％、二乙胺盐酸盐0.6wt％、二溴乙基苯0.3wt％、氟表面活性剂FSN-1000.4wt％、异丙醇70.7wt％、丙三醇6wt％、乙二醇丁醚0.5wt％；
制备该实施例所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再加入丁二酸、己二酸、二溴乙基苯、二乙胺盐酸盐和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇和乙二醇丁醚混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
对比例1
本对比例提出一种助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香16wt％、685改性松香1.2wt％、KE-604松香2.8wt％、丁二酸3.1wt％、氟表面活性剂FSN-1000.3wt％、异丙醇72％、丙三醇4％、聚乙二醇4000.6wt％；
制备该对比例所述助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再依次加入丁二酸和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇和聚乙二醇混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
对比例2
本对比例提出一种助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香16wt％、685改性松香1.2wt％、KE-604松香2.8wt％、丁二酸1.0wt％、己二酸1.2wt％、二乙胺盐酸盐1.0wt％、氟表面活性剂FSN-1000.3wt％、异丙醇72％、丙三醇4％、聚乙二醇4000.5wt％；
制备该对比例所述助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再依次加入丁二酸、己二酸、二乙胺盐酸盐和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇、聚乙二醇400混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
对比例3
本对比例提出一种助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香16wt％、685改性松香1.2wt％、KE-604松香2.8wt％、丁二酸1.0wt％、己二酸1.2wt％、二溴丁烯二醇1.0wt％、氟表面活性剂FSN-1000.3wt％、异丙醇72％、丙三醇4％、聚乙二醇4000.5wt％；
制备该对比例所述助焊剂的方法包括：将氢化松香、685改性松香、KE-604松香加热至140℃后，再依次加入丁二酸、己二酸、二溴丁烯二醇和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇、丙三醇、聚乙二醇400混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
对比例4
本对比例提出一种助焊剂，其是由下述质量的组份组成：氢化松香20wt％、丁二酸1.0wt％、己二酸1.2wt％、二乙胺盐酸盐0.9wt％、氟表面活性剂FSN-1000.3wt％、异丙醇76.6wt％；
制备该对比例所述助焊剂的方法包括：将氢化松香加热至140℃后，再依次加入丁二酸、己二酸、二乙胺盐酸盐和氟表面活性剂FSN-100，搅拌均匀后，冷却固化并研磨粉碎，并与异丙醇混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
性能测试：
(1)扩展率
扩展率是评价钎料润湿性(工艺性)的重要指标，参照SJ/T11389-2009提供的方法测试其扩展率，考察助焊剂对In80Pb15Ag5钎料的铺展率。具体是把实施例和对比例所述助焊剂配制成固体含量为25％的液体助焊剂，将In80Pb15Ag5钎料制成直径1.5mm的实芯锡丝，并制备成0.30g±0.005g的圆环；用微量吸管将0.02ml的助焊剂滴在试验铜板中心，将圆环放置于铜板中心，得到待试验件；将待试验件放入80℃干燥器中烘干2min后，置于温度为185℃的焊锡槽表面上，并保持30s，待钎料熔化充分扩展后水平取出试片，冷却到室温后用异丙醇清洗焊剂残留物，由此计算出扩展率，结果如表1所示。
(2)润湿性能
润湿性是评价助焊剂性能的一项重要指标，参照SJ/T 11390-2009提供的方法测试助焊剂的润湿性能。具体是把实施例和对比例所述助焊剂配制成固体含量为25％的液体助焊剂，以In80Pb15Ag5钎料作为被测焊料，温度设定为185℃，浸入焊料时间5s，浸入焊料深度5mm。润湿力大小以2/3Fmax为判定依据，润湿时间以润湿开始时间t0和润湿时间t作为参考，润湿力越大，润湿时间越短，表示助焊剂的润湿性越好。结果如表1所示。
(3)绝缘电阻
对电子产品而言绝缘电阻是很重要的性能指标之一，参照SJ/T11389-2009提供的方法测试其绝缘电阻值。具体是将把实施例和对比例所述助焊剂配制成固体含量为25％的液体助焊剂，均匀涂覆在预先处理好的梳形电路板上，匀速浸入到焊料槽(用In80Pb15Ag5钎料)中3-5s，确认试样无连焊，再放入入温度为65±2℃、相对湿度为85±5％的恒温恒湿箱中保持96小时，测得电阻值，结果如表1所示。
表1实施例和对比例所得助焊剂的性能
Figure BDA0003374543400000111
由上表结果可知，本发明实施例所述助焊剂润湿性强，腐蚀性低，可焊性优越。
参照图1所示，图1为本发明实施例1所述助焊剂与In80Pb15Ag5钎料制成的圆环置于铜板中心后，在温度为185℃的焊锡槽表面上保持30s后的焊点效果图，可知本发明助焊剂所形成的焊点规则，表面光亮，不出现气泡、缝隙等焊接不良现象。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铟基钎料低温焊接用助焊剂，其特征在于，包括如下重量百分比含量的成分：载体松香10-30wt％、有机酸活化剂1.0-2.5wt％、含卤化合物0.5-1.0wt％、表面活性剂0.1-0.5wt％、余量为有机溶剂。
2.根据权利要求1所述铟基钎料低温焊接用助焊剂，其特征在于，所述载体松香为氢化松香、685改性松香或KE-604松香的一种或者几种的组合。
3.根据权利要求2所述铟基钎料低温焊接用助焊剂，其特征在于，所述载体松香为氢化松香、685改性松香和KE-604松香的组合；
氢化松香、685改性松香和KE-604松香的质量比优选为15-20:1-3:2.5-5。
4.根据权利要求1-3任一项所述铟基钎料低温焊接用助焊剂，其特征在于，所述有机酸活化剂为碳原子数为2-10的有机酸；
优选地，所述有机酸活化剂为丁二酸、乙二酸、己二酸、戊二酸、葵二酸中的一种或者几种的组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述铟基钎料低温焊接用助焊剂，其特征在于，所述含卤化合物为有机胺氢卤酸盐和/或卤代物；
优选地，所述有机胺氢卤酸盐为二乙胺盐酸盐、二乙胺氢溴酸盐、二甲胺盐酸盐、三乙胺盐酸盐或正丁胺氢溴酸中的一种或者几种的组合；
优选地，所述卤代物为二溴乙基苯或二溴丁烯二醇中的一种或者几种的组合。
6.根据权利要求5所述铟基钎料低温焊接用助焊剂，其特征在于，所述有机酸活化剂与含卤化合物的质量比为1:0.3-0.6；
优选地，所述有机酸活化剂与有机胺氢卤酸盐的质量比为1:0.2-0.4，所述有机酸活化剂与卤代物的质量比为1:0.1-0.2。
7.根据权利要求1-6任一项所述铟基钎料低温焊接用助焊剂，其特征在于，所述表面活性剂为非离子氟素类表面活性剂和/或非离子氟碳类表面活性剂；
优选地，所述表面活性剂为氟表面活性剂FSN-100。
8.根据权利要求1-7任一项所述铟基钎料低温焊接用助焊剂，其特征在于，所述有机溶剂为异丙醇、丙三醇、乙二醇丁醚或聚乙二醇400中的一种或几种的组合。
9.一种权利要求1-8任一项所述铟基钎料低温焊接用助焊剂的制备方法，其特征在于，包括：将载体松香加热至130-150℃后，依次加入有机酸活化剂、含卤化合物和表面活性剂搅拌均匀，冷却固化后研磨粉碎，并与有机溶剂混合搅拌溶解完全，即得到所述助焊剂。
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