CN115401358B - 一种光固化焊锡膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及焊锡膏技术领域，具体公开了一种光固化焊锡膏及其制备方法。光固化焊锡膏由包括以下质量百分比的原料制成：助焊剂8%‑30%，其余为锡粉；每重量份所述助焊剂由包括以下质量百分比的原料制成：松香20%‑40%、热塑性树脂0‑5%、光引发成分10%‑30%、增稠剂3%‑10%、缓蚀剂0.1%‑5%、活性剂5%‑20%、溶剂40%‑60%。本申请的光固化焊锡膏具有提高焊锡膏在焊接后的固化效果优点。

Description

一种光固化焊锡膏及其制备方法

技术领域

本申请涉及焊锡膏领域，更具体地说，它涉及一种光固化焊锡膏及其制备方法。

背景技术

焊锡膏是一种主要应用于SMT(表面贴装技术)行业的PCB(印制电路板)表面等电子元器件的焊接的一种新型焊接材料。焊锡膏在常温下有一定的粘性，可将电子元器件初粘在既定位置，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂的挥发，将被焊元器件与印制电路焊盘焊接在一起形成永久连接。

焊锡膏主要由助焊剂和焊料粉组成，常用的助焊剂的主要成分包括活性剂、触变剂、树脂和溶剂，焊料粉一般为锡-铋合金焊锡粉。

然而，在锡膏回流焊接后，焊点处会有助焊剂残留，其中的主要残留成分为松香，残留物一般表现为一种柔软湿润的状态，不利于后续工序的处理。

发明内容

为了提高焊锡膏焊接后的固化效果，本申请提供一种光固化焊锡膏及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种光固化焊锡膏，采用如下的技术方案：

一种光固化焊锡膏，由包括以下质量百分比的原料制成：助焊剂8％-30％，其余为锡粉；每重量份所述助焊剂由包括以下质量百分比的原料制成：松香20％-40％、热塑性树脂0-5％、光引发成分10％-30％、溶剂20％-60％、增稠剂3％-10％、缓蚀剂0.1％-5％、活性剂5％-20％。

通过采用上述技术方案，一定量的助焊剂和锡粉发生反应，能够降低焊料表面的张力，减少焊接时表面的再次氧化，提高焊接性能；溶剂在焊锡膏的搅拌过程中起调节均匀的作用；增稠剂能够调节焊锡膏的粘度以及性能，能够减少出现拖尾、粘连等现象；缓蚀剂能够减小焊点被腐蚀的可能性，保护焊点；活化剂能够去除焊盘表层及焊接部位的氧化物质，同时具有降低金属表面张力的功效；松香和热塑性树脂能够加大锡膏粘附性，提高焊点的牢固性，同时能够避免焊后焊点被再度氧化；通过添加光引发成分，使焊锡膏获得光固化效果，在经过回流焊接后，使用紫外光照，能够增强助焊剂的固化效果，使之更加干燥，提高了焊点的牢固性，同时为后一工序提供更好的基础。

优选的，每重量份所述光引发成分由包括以下质量百分比的原料制成：0.1％-5％光引发剂，其余为光固化树脂。

通过采用上述技术方案，在紫外光的照射下，光引发剂与光固化树脂发生反应，加速光固化树脂的固化并提高固化效果，进而可以提高助焊剂的固化效果，减少回流焊接后助焊剂的残留。

优选的，所述光固化树脂选自丙烯酸树脂、脂环族环氧树脂中的一种或两种的组合。

通过采用上述技术方案，丙烯酸树脂具有优越的耐矿物油和耐高温氧化性能；脂环族环氧树脂具有优良的电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、良好的化学稳定性且粘结强度高；使用丙烯酸树脂和脂环族环氧树脂能够增强助焊剂的使用性能，也可以使助焊剂获得光固化性能。

优选的，所述丙烯酸树脂选自丙烯酸异辛酯、冰晶丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或几种与环氧丙烯酸酯的组合。

通过采用上述技术方案，环氧丙烯酸酯能够减少因氧阻聚而引起的表面发粘的可能性，进一步增强焊锡膏残留物的抗粘性。

优选的，所述光固化树脂为丙烯酸树脂，每重量份所述光引发成分包括1％-5％光引发剂，所述光引发剂选自樟脑醌、安息香二甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、2-羟基,2-甲基苯丙酮中的一种或几种的组合。

通过采用上述技术方案，紫外光使光引发剂光解产生自由基，引发丙烯酸树脂中的丙烯酸树脂中的丙烯酸酯单体的不饱和键发生自由基聚合反应，引起丙烯酸树脂的固化；在光聚合反应中，加入如上所述一定量的光引发剂，减少了因光引发剂的量过少而会使反应难以发生的可能性，同时减少了光引发剂的量过多而使成本提高、产生浪费的可能性。

优选的，所述光固化树脂为脂环族环氧树脂，每重量份所述光引发成分包括0.1％-1％光引发剂，所述光引发剂为阳离子引发剂。

通过采用上述技术方案，阳离子光引发剂在没有光线照射的情况下可以同脂环族环氧树脂共存，有很好的潜伏性，且不易被空气阻聚，有利于生产和使用，有明显的由活性聚合引起的后固化作用，可以缩短光照时间，提高生产效率，改善产品质量。

优选的，所述阳离子引发剂为二苯基碘锚六氟磷酸盐。

通过采用上述技术方案，二苯基碘鎓六氟磷酸盐是一种高效阳离子引发剂，具有良好的感光性、稳定性和光引发活性，其引发脂环族环氧树脂光固化，固化速度快、机械性能好。

优选的，所述溶剂为醇醚溶剂，所述溶剂选自二乙二醇己醚、二乙二醇丁醚、乙二醇己醚、乙二醇丁醚、二乙二醇辛醚、三丙二醇甲醚中的一种或几种的组合。

通过采用上述技术方案，选用醇醚溶剂使溶剂的沸点与焊接温度接近，减少了因溶剂沸点过低、过早挥发而失去电离效果的可能性，同时减少了因沸点过高而使焊接后残留物增加的可能性。

优选的，所述活性剂选自丁二酸、己二酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、十二烷二酸、二甲基咪唑、十二烷基咪唑、二溴丁烯二醇、二溴丁二酸、环己胺氢溴酸盐、溴化铵、二苯胍氢溴酸盐、甲基咪唑、苯基咪唑、乙基咪唑、全氟表面活性剂中的一种或多种的组合。

通过采用上述技术方案，避免活性剂与光引发成分相互反应而影响光固化效果，同时活性剂能够去除焊接处的氧化物质、降低表面张力，增强焊锡膏的焊接效果。

第二方面，本申请提供一种光固化焊锡膏的制备方法，采用如下的技术方案：

一种光固化焊锡膏的制备方法，包括以下步骤：

Step1将松香、热塑性树脂、光引发成分、溶剂和增稠剂加入反应容器中，加热至120-180摄氏度，搅拌至完全溶解后，逐渐加入活性剂、缓蚀剂，不停搅拌冷却至室温，即为助焊剂，备用；

Step2将助焊剂投入搅拌器中搅拌，搅拌转速10～80rpm，然后逐渐投入锡粉，搅拌均匀后得到锡膏。

通过采用上述技术方案，可制得具有光固化活性的焊锡膏。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过在助焊剂中添加光引发成分，使助焊剂获得光固化效果，在回流焊接后使用紫外光照射焊点，能够增强助焊剂的固化效果，减少了助焊剂的残留，使焊点的助焊剂更为干燥，提高了焊点的可靠性，为后一工作工序提供了更好的基础；

2、本申请中优选采用丙烯酸树脂和脂环族环氧树脂作为光固化树脂，丙烯酸树脂具有优越的耐矿物油和耐高温氧化性能；脂环族环氧树脂具有优良的电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、良好的化学稳定性且粘结强度高；在树脂中加入一定量的丙烯酸树脂或脂环族环氧树脂能够增强树脂的使用性能，也可以使助焊剂获得光固化性能；同时丙烯酸树脂或脂环族环氧树脂与焊锡膏中的其他材料不发生反应，也不会受到加热影响而固化，仅当暴露于紫外光时会发生固化反应，避免了丙烯酸树脂或脂环族环氧树脂影响助焊剂的其他性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

光引发成分的制备例

制备例1

每重量份的光引发成分包括1％的光引发剂与99％的丙烯酸树脂。按配比，将光引发剂与丙烯酸树脂加入烧杯中，搅拌均匀，得到光引发成分。

本制备例中，丙烯酸树脂选用等量的丙烯酸异辛酯和环氧丙烯酸酯，光引发剂选用樟脑醌。

制备例2

本制备例与制备例1的区别仅在于，每重量份的光引发成分包括3％的光引发剂与97％的丙烯酸树脂。

制备例3

本制备例与制备例1的区别仅在于，每重量份的光引发成分包括5％的光引发剂与95％的丙烯酸树脂。

制备例4

本制备例与制备例1的区别仅在于，每重量份的光引发成分包括0.5％的光引发剂与99.5％的丙烯酸树脂。

制备例5

本制备例与制备例1的区别仅在于，丙烯酸树脂选用等量的丙烯酸羟乙酯和环氧丙烯酸酯。

制备例6

本制备例与制备例1的区别仅在于，丙烯酸树脂选用丙烯酸异辛酯。

制备例7

本制备例与制备例1的区别仅在于，每重量份的光引发成分包括0.1％的二苯基碘锚六氟磷酸盐与99.9％的脂环族环氧树脂。按配比，将二苯基碘锚六氟磷酸盐与脂环族环氧树脂加入烧杯中，搅拌均匀，得到光引发成分。

本制备例中，脂环族环氧树脂的型号为CELLOXIDE 2021P。

制备例8

本制备例与制备例5的区别仅在于，每重量份的光引发成分包括0.5％的二苯基碘锚六氟磷酸盐与99.5％的脂环族环氧树脂。

制备例9

本制备例与制备例5的区别仅在于，每重量份的光引发成分包括1％的二苯基碘锚六氟磷酸盐与99％的脂环族环氧树脂。

制备例10

本制备例与制备例5的区别仅在于，每重量份的光引发成分包括3％的二苯基碘锚六氟磷酸盐与97％的脂环族环氧树脂。

助焊剂的制备例

制备例1

助焊剂由以下原料制成：250g松香、10g热塑性树脂、100g光引发成分、30g增稠剂、1g缓蚀剂、200g活性剂、409g溶剂。

增稠剂选自clayvalley super、clayvalley ultra、disparon 6650、disparon6500、nylon66、nylon6、改性氢化蓖麻油、海明斯st、棕榈蜡、牛油中的一种或几种的组合，本制备例中，增稠剂的型号为clayvalley super；缓蚀剂选自二丁基羟基甲苯、三苯氧基磷酸酯、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、噻唑、咪唑啉、磷酸三苯基酯、磷酸三甲酯、科莱恩混合磷酸酯mdst、mdb中的一种或几种的组合，本制备例中，缓蚀剂选用三苯氧基磷酸酯。

松香的型号可以为ke604、ke311、kh610、伊士曼AX－E，本制备例中，松香的型号为伊士曼AX－E。本制备例选用光引发成分的制备例1来制备光引发成分，活性剂选用丁二酸，溶剂选用二乙二醇己醚。

按配比，将松香、热塑性树脂、光引发成分、溶剂和增稠剂加入烧杯中，加热至150度，搅拌完全溶解后，加入活性剂、缓蚀剂，不停搅拌冷却至室温，即为助焊剂，备用。

制备例2

本制备例与制备例1的区别仅在于，助焊剂由以下原料制成：200松香、50g热塑性树脂、100g光引发成分、100g增稠剂、50g缓蚀剂、80g活性剂、420g溶剂。

本制备例中光引发剂选用安息香二甲醚，活性剂选用二溴丁二酸。

制备例3

本制备例与制备例1的区别仅在于，助焊剂由以下原料制成：200g松香、10g热塑性树脂、200g光引发成分、30g增稠剂、10g缓蚀剂、50g活性剂、500g溶剂。

制备例4

本制备例与制备例1的区别仅在于，助焊剂由以下原料制成：400g松香、100g光引发成分、30g增稠剂、20g缓蚀剂、50g活性剂、400g溶剂。

本制备例中光引发剂选用2-羟基,2-甲基苯丙酮，活性剂选用二甲基咪唑。

制备例5

本制备例与制备例3的区别仅在于：光引发成分为100g，二乙二醇己醚600g。

制备例6

本制备例与制备例3的区别仅在于：光引发成分为300g，二乙二醇己醚400g。

制备例7

本制备例与制备例1的区别仅在于：光引发成分为50g，二乙二醇己醚459g。

制备例8

本制备例与制备例3的区别仅在于：光引发成分为350g，二乙二醇己醚350g。

制备例9

本制备例与制备例1的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例2来制备光引发成分。

制备例10

本制备例与制备例1的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例3来制备光引发成分。

制备例11

本制备例与制备例1的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例4来制备光引发成分。

制备例12

本制备例与制备例1的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例5来制备光引发成分。

制备例13

本制备例与制备例2的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例6来制备光引发成分。

制备例14

本制备例与制备例2的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例7来制备光引发成分。

制备例15

本制备例与制备例2的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例8来制备光引发成分。

制备例16

本制备例与制备例2的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例9来制备光引发成分。

制备例17

本制备例与制备例2的区别仅在于，本制备例中选用光引发成分的制备例10来制备光引发成分。

实施例

实施例1

选用助焊剂的制备例1中的方法制备助焊剂；

取200g上述助焊剂投入双行星搅拌器中搅拌，搅拌转速60rpm，将800g通用焊锡合金逐渐投入搅拌器中，搅拌均匀，得到光固化焊锡膏。

在本实施例中，焊锡合金为Sn96.5Ag3.0Cu0.5。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，取用300g助焊剂、700g锡粉。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于，取用80g助焊剂、920g锡粉。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例2中的方法制备助焊剂。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例3中的方法制备助焊剂。

实施例6

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例4中的方法制备助焊剂。

实施例7

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例5中的方法制备助焊剂。

实施例8

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例6中的方法制备助焊剂。

实施例9

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例7中的方法制备助焊剂。

实施例10

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例8中的方法制备助焊剂。

实施例11

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例9中的方法制备助焊剂。

实施例12

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例10中的方法制备助焊剂。

实施例13

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例11中的方法制备助焊剂。

实施例14

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例12中的方法制备助焊剂。

实施例15

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例13中的方法制备助焊剂。

实施例16

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例14中的方法制备助焊剂。

实施例17

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例15中的方法制备助焊剂。

实施例18

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例16中的方法制备助焊剂。

实施例19

本实施例与实施例1的区别仅在于，选用助焊剂的制备例17中的方法制备助焊剂。

实施例20

本实施例与实施例1的区别仅在于，溶剂为乙酸乙酯。

对比例

对比例1

本对比例与实施例1的区别仅在于，助焊剂为50g，锡粉为950g。

对比例2

本对比例与实施例1的区别仅在于，助焊剂为400g，锡粉为600g。

对比例3

本对比例与实施例1的区别仅在于，不添加光引发成分、溶剂为509g。

对比例4

一种焊锡膏，按照重量百分数计算，由无铅焊料合金粉末85％与助焊剂15％混合制成。

无铅焊料合金粉末按照重量百分数计算，包括以下原料制成：锌7％、纳米钛颗粒0.15％、铜0.4％、铋3％与石墨烯1.8％，余量为锡。

助焊剂的组分为：粘结成膜剂35wt％、二溴乙基苯2wt％、蓖麻油酰二乙醇胺2％、三乙醇胺6％，余量为有机溶剂。有机溶剂由四氢糖醇、二缩三乙二醇、氢化松香丙醚按照体积比为40：20：40组成。

粘结成膜剂为氢化松香、聚合松香与水白松香的混合物，其中，氢化松香、水白松香与聚合松香的质量比为2:5:1。

性能检测试验

测试一，参照JIS-Z-3284，并在回焊后，使用波长为365nm的紫外光照射3分钟，照射能量典型为5000mj/cm²，测试各实施例和各对比例的焊锡膏残留物的黏滞力。焊锡膏残留物的黏滞力的评估方式为：若软刷能容易地将滑石粉末刷除，则焊锡膏残留物并无黏滞力，若无法或难以清除滑石粉末，则焊锡膏残留物有黏滞力。

测试二，取50g焊锡膏，使用回流焊接的方式将焊锡丝焊接到铜盘上，焊接完成后，使用波长为365nm的紫外光照射3分钟后，观察焊点处残留物凝固程度、流动性；用手触摸焊点并摇动焊锡丝，判断粘手感程度以及焊点的牢固程度，并用如下等级加以记录：

凝固程度：A、完全凝固；B、未完全凝固；C、未凝固；流动性：A、无；B、轻微；C、有；粘手感：A、无；B、轻微；C、有；牢固程度：A、牢固；B、略微晃动；C、不牢固。

表1性能检测结果

参照表1，结合实施例1-3、对比例1和对比例2，在焊接过程中，助焊剂能够起到降低焊点的表明张力，去除表面氧化物等作用，助焊剂的量过少时，焊点处牢固性会降低；助焊剂的量过多时，焊锡膏的固化效率减弱，进而影响到焊点的牢固性。

结合实施例1、对比例3和对比例4，对比例3和对比例4的焊点处的残留物未完全凝固，有黏滞性和粘手感，表明光固化成分能使焊锡膏具备光固化效果，焊接后通过紫外光照射，能够使焊点处进一步固化、干燥。

结合实施例1、实施例4-8、实施例11-12、实施例16-18，表明参照本申请公开的重量比进行配制助焊剂和焊锡膏，可确保焊锡膏具有较优的固化效果和使用性能。结合实施例9和实施例10，实施例9相对于实施例1，其焊点处残留物未完全凝固，有黏滞性和粘手感，表明光引发成分过少时，焊锡膏的光固化活性不够；实施例10相对于实施例5和实施例8，其焊点处牢固程度较低，表明光引发成分过多时，光引发成分会影响焊锡膏的使用效果。

结合实施例1、实施例13、实施例17和实施例19，实施例13相较于实施例1，其焊点处残留物未完全凝固、有黏滞性和粘手感，表明光引发剂用量过少时，光固化树脂的光聚合反应难以发生，光固化速率较低，使焊锡膏的固化效果较差；实施例19相较于实施例17，光引发剂用量过多时，焊锡膏固化效率变化不大，但会影响固化膜本身的效果，进而影响到焊点的牢固性。

结合实施例1、实施例14和实施例15，选用丙烯酸树脂作为光固化树脂可能出现氧阻聚问题，进而影响到光固化树脂的固化效果，故实施例15相较于实施例1和实施例14有轻微的粘手感，而加入环氧丙烯酸酯能够减少丙烯酸树脂的氧阻聚问题而影响焊锡膏的作用效果的可能性，进而减少焊锡膏残留物的粘手感。

参照实施例1、实施例4和实施例6，樟脑醌、安息香二甲醚、2-羟基,2-甲基苯丙酮中等光引发剂都可引起丙烯酸树脂的光聚合反应，进而使焊锡膏获得光固化活性。

参照实施例1和实施例20，实施例18的助焊剂残留物有轻微粘手感，表明使用醇醚溶剂来制备助焊剂能够进一步减小助焊剂残留物的湿润程度。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种光固化焊锡膏，其特征在于：由包括以下质量百分比的原料制成：助焊剂8%-30%，其余为锡粉；

每重量份所述助焊剂由包括以下质量百分比的原料制成：松香20%-40%、热塑性树脂0-5%、光引发成分10%-30%、增稠剂3%-10%、缓蚀剂0.1%-5%、活性剂 5%-20%、溶剂40%-60%；

每重量份所述光引发成分由以下质量百分比的原料制成：

1%-5%光引发剂，其余为丙烯酸树脂，所述光引发剂选自樟脑醌、安息香二甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、2-羟基,2-甲基苯丙酮中的一种或几种的组合；

或，

1%-5%光引发剂，其余为脂环族环氧树脂；

或，

1%-5%光引发剂，其余为丙烯酸树脂与脂环族环氧树脂的组合。

2.根据权利要求1所述的光固化焊锡膏，其特征在于：所述丙烯酸树脂选自丙烯酸异辛酯、冰晶丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或几种与环氧丙烯酸酯的组合。

3.根据权利要求1所述的光固化焊锡膏，其特征在于：所述光固化树脂为脂环族环氧树脂，每重量份所述光引发成分包括0.1%-1%光引发剂，所述光引发剂为阳离子引发剂。

4.根据权利要求3所述的光固化焊锡膏，其特征在于：所述阳离子引发剂为二苯基碘锚六氟磷酸盐。

5.根据权利要求1所述的光固化焊锡膏，其特征在于：所述溶剂为醇醚溶剂，所述溶剂选自二乙二醇己醚、二乙二醇丁醚、乙二醇己醚、乙二醇丁醚、二乙二醇辛醚、三丙二醇甲醚中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的光固化焊锡膏，其特征在于：所述活性剂选自丁二酸、己二酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、十二烷二酸、二甲基咪唑、十二烷基咪唑、二溴丁烯二醇、二溴丁二酸、环己胺氢溴酸盐、溴化铵、二苯胍氢溴酸盐、甲基咪唑、苯基咪唑、乙基咪唑、全氟表面活性剂中的一种或几种的组合。

7.权利要求1-6任一所述的光固化焊锡膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1按配比，将松香、热塑性树脂、光引发成分、溶剂和增稠剂加入反应容器中，加热至120-180摄氏度，搅拌至完全溶解后，加入活性剂、缓蚀剂，不停搅拌冷却至室温，即为助焊剂，备用；

Step2将助焊剂投入搅拌器中搅拌，搅拌转速10-80rpm，然后投入锡粉，搅拌均匀后得到光固化焊锡膏。