專利名稱：一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑，特別是用于錫-銀-銅系無鉛錫膏的無鹵助焊劑，屬電子、電氣產(chǎn)品的軟釬焊材料領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及該無鹵助焊劑的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品朝著微型化、輕量化和多功能化方向發(fā)展，封裝技術(shù)則向高密度、窄間距和焊點(diǎn)微小化等方向發(fā)展；相應(yīng)地，具有諸多優(yōu)點(diǎn)的表面組裝技術(shù)(SMT)已成為電子封裝領(lǐng)域應(yīng)用的主流技術(shù)和工藝。作為SMT主要連接材料的助焊劑和錫膏成為了研究界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)，其性能的好壞直接影響著焊接的質(zhì)量，直接決定著電子產(chǎn)品的質(zhì)量以及可靠性和使用壽命。錫膏用助焊劑通常由松香、活性劑、觸變劑、溶劑和其它添加劑所組成，其不同的成分發(fā)揮著不同的作用，各成分又是一個(gè)相互影響的整體。在助焊劑體系中，起關(guān)鍵作用的是活性劑成分，多由有機(jī)酸、有機(jī)胺、鹵酸鹽和表面活性劑組成，起到在一定的焊接溫度下發(fā)揮活性，與無鉛錫合金粉和焊盤表面的金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)進(jìn)而去除氧化膜，最終形成良好的焊點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)元器件及線路之間機(jī)械和電氣互連的作用。傳統(tǒng)的助焊劑中活性物質(zhì)一般是有機(jī)胺的鹵酸鹽等活性劑，例如二乙胺鹽酸鹽、二 -溴乙胺氫溴酸鹽、L-谷氨酸鹽酸鹽、三乙胺鹽酸鹽、三乙胺氫溴酸鹽、十六烷基三甲基氯化銨和氫溴酸環(huán)己胺鹽等。該類物質(zhì)活性非常高、制成的助焊劑上錫速度快、焊接效果好；然而該類物質(zhì)由于焊后鹵素殘留物多，給產(chǎn)品的使用可靠性帶來了極大的安全隱患，特別在高溫和高濕度情況下，該類物質(zhì)極容易在熱場與電場的交互作用下電離出鹵離子，腐蝕線路板和焊點(diǎn)，引起電子元器件引腳間短路，造成元器件失效，使電子產(chǎn)品的可靠性面臨著巨大的考驗(yàn)。作為活性劑成分的有機(jī)酸憑借其低腐蝕性和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地運(yùn)用到無鹵助焊劑的制備中，然而有機(jī)酸較弱的活性尚不足以充分地去除無鉛錫合金粉和焊盤表面的氧化物達(dá)到潤濕要求而形成牢固可靠的焊點(diǎn)。為此，如何提高無鹵助焊劑的活性，使無鹵助焊劑的活性達(dá)到含鹵助焊劑的活性程度并獲得相同的焊接效果，是無鉛錫膏用無鹵助焊劑研制的關(guān)鍵技術(shù)難題和瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目正是為了解決上述已有技術(shù)存在的難題而提供了一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑，該無鹵助焊劑不僅擴(kuò)展性好、潤濕性強(qiáng)，達(dá)到含鹵助焊劑的焊接效果，而且添加錫-銀-銅系無鉛錫合金粉制備的錫膏具有印刷性能優(yōu)良、脫模干凈、焊后銅鏡無穿透性腐蝕、焊點(diǎn)可靠性高和力學(xué)性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，可滿足現(xiàn)代高端電子產(chǎn)品的高可靠性要求。本發(fā)明還提供該一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑的制備方法。本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑，它由下述重量百分比的原料組成
改性松香25 55%
活性劑3 12%
表面活性劑0.1-3%
觸變劑2~6%
抗氧化劑0.01 3% IiIlfIJ0.1-2%
溶劑30 50%
_類_濕麵0.1-5%所述的改性松香為水白松香、聚合松香、氫化松香、岐化松香或亞克力松香中的一種或兩種或者兩種以上的組合；所述的活性劑為丁二酸、戊二酸、辛二酸、癸二酸、十二酸、十四酸、十六酸、馬來酸、衣康酸、水楊酸或聯(lián)二丙酸中的一種或兩種與羥基乙酸的組合；所述的表面活性劑為十二烷基二甲基氧化胺、二甲基烷基甜菜堿、椰子油酰胺丙基甜菜堿、辛基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、異辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇單脂酸酯或聚乙二醇單油酸酯中的一種或兩種或者兩種以上的組合；所述的觸變劑為氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、觸變劑6500/6650/7000/8800、乙
撐雙硬脂酸酰胺、乙撐雙月桂酰胺或硬脂酸酰胺中的一種或兩種或者兩種以上的組合；所述的抗氧化劑為咪唑、對(duì)苯二酚或2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中一種或兩種組合；所述的脫模劑為石蠟；所述的溶劑為二丙二醇、二甘醇、丙三醇、四氫糠醇、二甘醇單丁醚、二甘醇二丁醚、二乙二醇單己醚、三乙二醇單丁醚、三乙基卡必醇醚、三乙二醇乙醚、己二酸二辛酯或二乙二醇丁醚醋酸酯中的一種或兩種或者兩種以上的組合；所述的油類潤濕劑為蓖麻油、大豆油、芝麻油或低芥酸菜籽油中的一種或兩種組
口 ο一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑的制備方法，它按下述步驟進(jìn)行(I)將25 55%松香、30 50%溶劑、3 12%活性劑和O.1 3%表面活性劑加入到器皿中混合后加熱升溫至13(T145°C，攪拌至完全溶解，得到混合物；(2)將步驟(I)得到的混合物降溫到8(Tl00°C，然后加入2 6%觸變劑、O. 01 3%抗氧化劑和O. Γ2%脫模劑，攪拌至完全溶解，得到二次混合物；
(3)將步驟(2)得到的二次混合物降溫到2(T35°C，加入O. Γδ%油類潤濕劑，攪拌均勻即制得本發(fā)明的無鉛錫膏用無鹵助焊劑。本發(fā)明選擇原料的原則是，有機(jī)酸配合羥基乙酸作為活性劑，羥基乙酸含有極性親水基團(tuán)-0Η，屬于液體酸，可最大程度地促進(jìn)自身和有機(jī)酸電離出H+，大大提高助焊劑活性，迅速去除無鉛錫合金粉和焊盤表面氧化物，實(shí)現(xiàn)良好焊接，且焊后無殘留無腐蝕，表面絕緣電阻高；表面活性劑能夠有效地去除無鉛錫合金粉表面的氧化膜，降低無鉛錫合金熔化后的表面張力，促進(jìn)其流動(dòng)與鋪展，改善潤濕性，獲得性能良好的釬焊接頭，并且此類表面活性劑不含齒素，對(duì)環(huán)境友好，與有機(jī)酸和羥基羧酸活性劑兼容性也非常好；溶劑使用醇類、醚類和酯類，它可充分溶解松香、活性劑、表面活性劑、觸變劑、抗氧化劑和脫模劑，形成成分均勻的混合體，并且給活性劑提供一個(gè)電離H+的載體，使活性劑更大程度地發(fā)揮活性；油類潤濕劑能夠使錫膏在回流焊整個(gè)工藝過程中均有一層薄的連續(xù)油膜包覆在焊點(diǎn)表面，隔絕氧氣，促進(jìn)潤濕，顯著提高錫膏的潤濕性能和存儲(chǔ)穩(wěn)定性；觸變劑能夠賦予助焊劑良好的印刷性能和抗坍塌性能，避免焊接過程中產(chǎn)生連錫現(xiàn)象；抗氧化劑能夠與回流爐中殘留的氧氣發(fā)生反應(yīng)，阻礙氧氣對(duì)錫膏的氧化，促進(jìn)錫膏的鋪展?jié)櫇?；脫模劑賦予錫膏非常良好 的印刷性能，使焊盤印刷錫膏飽滿，鋼網(wǎng)脫模干凈；改性松香在焊接過程會(huì)在焊點(diǎn)表面形成致密的保護(hù)膜將焊點(diǎn)包覆起來，隔絕空氣，防止焊點(diǎn)的再次氧化，并且焊后常溫下呈固態(tài)，性能穩(wěn)定。由于采取了上述技術(shù)方案，因而本發(fā)明技術(shù)與己有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果a)本發(fā)明的助焊劑以有機(jī)酸與羥基羧酸作為活性劑，油類物質(zhì)為潤濕劑，不僅不含鹵素、擴(kuò)展率高、潤濕性強(qiáng)，而且焊后銅鏡無穿透性腐蝕、表面絕緣電阻高；b)本發(fā)明的助焊劑添加了石蠟脫模劑，使得研制的助焊劑具有非常良好的印刷性能，在印刷過程中焊盤錫膏飽滿，鋼網(wǎng)脫模干凈；c)本發(fā)明的助焊劑與錫-銀-銅系無鉛錫合金粉制備的錫膏具有可焊性好、焊點(diǎn)可靠性高和力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足現(xiàn)代電子工業(yè)對(duì)高可靠性的嚴(yán)格要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑進(jìn)一步說明實(shí)施例1原料水白松香10g、聚合松香20g、氫化松香25g、丁二酸lg、戊二酸lg、羥基乙酸lg、十二烷基二甲基氧化胺O. lg、氫化蓖麻油2g、咪唑O.Olg、石蠟O. lg、二丙二醇34. 79g、蓖麻油2g、大豆油3g ；將IOg水白松香、20g聚合松香、25g氫化松香、Ig 丁二酸、Ig戊二酸、Ig羥基乙酸、O.1g十二烷基二甲基氧化胺和34. 79g 二丙二醇加入到器皿中混合后加熱升溫到145°C，攪拌至完全溶解得到混合物；然后將上述混合物降溫到80°C，加入2g氫化蓖麻油、O. Olg咪唑和O.1g石蠟，攪拌至完成溶解得到二次混合物；再將制得的二次混合物降溫到35°C，加入2g蓖麻油和3g大豆油，攪拌均勻，制得無鉛錫膏用無鹵助焊劑。實(shí)施例2
原料聚合松香10g、氫化松香30g、辛二酸6g、羥基乙酸6g、二甲基烷基甜菜堿lg、椰子油酰胺丙基甜菜堿2g、改性氫化蓖麻油2g、6500觸變劑4g、對(duì)苯二酹lg、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酹2g、石臘2g、二甘醇20g、二乙二醇單己醚13. 9g、蓖麻油O.1g ；將IOg聚合松香、30g氫化松香、6g辛二酸、6g輕基乙酸、Ig 二甲基燒基甜菜堿、2g椰子油酰胺丙基甜菜堿、20g 二甘醇和13. 9g 二乙二醇單己醚加入到器皿中混合后加熱升溫到140°C，攪拌至完全溶解得到混合物；然后將上述混合物的溫度降溫到80°C，加入2g改性氫化蓖麻油、4g的6500觸變劑、Ig對(duì)苯二酹、2g的2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酹和2g石蠟，攪拌至完成溶解得到二次混合物；再將制得的二次混合物降溫到20°C，加入O.1g蓖麻油，攪拌均勻，制得無鉛錫膏用無鹵助焊劑。實(shí)施例3原料岐化松香25g、癸二酸4g、十二酸4g、羥基乙酸4g、辛基酚聚氧乙烯醚2g、烷基酚聚氧乙烯醚lg、6650觸變劑2g、7000觸變劑3g、硬脂酸酰胺lg、2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚1. 5g、石臘O. 5g、丙三醇35g、三乙二醇單丁醚15g、芝麻油2g ；將25g岐化松香、4g癸二酸、4g十二酸、4g輕基乙酸、2g辛基酹聚氧乙烯醚、Ig烷基酚聚氧乙烯醚、35g丙三醇和15g三乙二醇單丁醚加入到器皿中混合后加熱升溫到140°C，攪拌至完全溶解得到混合物；然后將上述混合物的溫度降溫到90°C，加入2g的6650觸變劑、3g的7000觸變劑、Ig硬脂酸酰胺、1. 5g的2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚和O. 5g石蠟，攪拌至完成溶解得到二次混合物；再將制得的二次混合物降溫到25°C，加入2g芝麻油，攪拌均勻，制得無鉛錫膏用無鹵助焊劑。實(shí)施例4原料亞克力松香49g、十四酸2g、十六酸3g、輕基乙酸3g、壬基酹聚氧乙烯醚lg、異辛基酚聚氧乙烯醚1. 5g、8800觸變劑2g、乙撐雙硬脂酸酰胺3g、咪唑1. 5g、石蠟lg、四氫糠醇10g、三乙基卡必醇醚10g、三乙二醇乙醚10g、低芥酸菜籽油3g ；將49g亞克力松香、2g十四酸、3g十六酸、3g輕基乙酸、Ig壬基酹聚氧乙烯醚、1. 5g異辛基酚聚氧乙烯醚、IOg四氫糠醇、IOg三乙基卡必醇醚和IOg三乙二醇乙醚加入到器皿中加熱升溫到140°C，攪拌至完全溶解得到混合物；然后將上述混合物的溫度降溫到90°C，加入2g的8800觸變劑、3g乙撐雙硬脂酸酰胺、1. 5g咪唑和Ig石蠟，攪拌至完成溶解得到二次混合物；再將制得的二次混合物降溫到25°C，加入3g低芥酸菜仔油，攪拌均勻，制得無鉛錫膏用無鹵助焊劑。實(shí)施例5原料水白松香40.5g、馬來酸2g、衣康酸3g、羥基乙酸4g、脂肪醇聚氧乙烯醚lg、聚乙二醇單脂酸酯lg、乙撐雙月桂酰胺lg、硬脂酸酰胺3g、對(duì)苯二酚lg、石蠟1. 5g、二甘醇單丁醚25g、己二酸二辛酯15g、蓖麻油2g ；將40. 5g水白松香、2g馬來酸、3g衣康酸、4g羥基乙酸、Ig脂肪醇聚氧乙烯醚、Ig聚乙二醇單脂酸酯、25g 二甘醇單丁醚和15g己二酸二辛酯加入到器皿中混合后加熱升溫到135°C，攪拌至完全溶解得到混合物；然后將上述混合物的溫度降溫到90°C，加入Ig乙撐雙月桂酰胺、3g硬脂酸酰胺、Ig對(duì)苯二酚和1. 5g石蠟，攪拌至完成溶解得到二次混合物；再將制得的二次混合物降溫到30°C，加入2g蓖麻油，攪拌均勻，制得無鉛錫膏用無鹵助焊劑。實(shí)施例6原料聚合松香35g、水楊酸2g、聯(lián)二丙酸2g、羥基乙酸5g、二甲基烷基甜菜堿O. 5g、聚乙二醇單脂酸酯lg、烷基酚聚氧乙烯醚O. 5g、硬脂酸酰胺3g、2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚lg、石蠟2g、二甘醇二丁醚20g、二乙二醇丁醚醋酸酯25g、低芥酸菜籽油3g ；將35g聚合松香、2g水楊酸、2g聯(lián)二丙酸、5g輕基乙酸、O. 5g 二甲基燒基甜菜堿、Ig聚乙二醇單脂酸酯、O. 5g烷基酚聚氧乙烯醚、20g二甘醇二丁醚和25g二乙二醇丁醚醋酸 酯加入到器皿中混合后加熱升溫到145°C，攪拌至完全溶解得到混合物；然后將上述混合物的溫度降溫到100°C，加入3g硬脂酸酰胺、Ig的2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚和2g石蠟，攪拌至完成溶解得到二次混合物；再將制得的二次混合物降溫到25°C，加入3g低芥酸菜籽油，攪拌均勻，制得無鉛錫膏用無鹵助焊劑。按照我國工信部SJ/T11186— 2009焊錫膏通用規(guī)范中規(guī)定的試驗(yàn)方法，對(duì)上述發(fā)明實(shí)施例1至6的性能進(jìn)行檢測(cè)，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果見表I。表I實(shí)施例1至6及對(duì)比實(shí)施例的性能檢測(cè)結(jié)果
~5
檢 M Jw …...........................................................!............................................................；...........................................................T..........................................................■!........................................................... ............................................................
'~實(shí)麵I 實(shí)施倒2 I實(shí)施倒3 實(shí)施例4 實(shí)施倒5 實(shí)施倒6
ft (Pa s)167172 | 169173170173
錫珠I級(jí)I級(jí)I級(jí)I級(jí)I級(jí)I級(jí)
.................................................................................................................................................................................1...............................................................................................................................................................................................................................................
鹵2 含: (%)οο I οοοο
銅鏡腐蝕不穿透不穿透不穿透不穿透不穿透不穿透
獷展率(%)82%86% I 84%83%85%85%
潤湖忡(等級(jí))丨級(jí)I級(jí) [ I級(jí)I級(jí)I級(jí)I級(jí)
絕錄電阻(Ω) 4.34011 3J.X1011 I S,6m11 4,7m11 7JX1011 SJxlO11由表I可以看出，本發(fā)明的無鉛錫膏用無鹵助焊劑均不含鹵素，擴(kuò)展性高、潤濕性強(qiáng)，焊后銅鏡無穿透性腐蝕，表面絕緣電阻高，解決了現(xiàn)有含鹵助焊劑因含有鹵素物質(zhì)所帶來的腐蝕問題以及無鹵助焊劑潤濕性較弱的問題，同時(shí)還使得將助焊劑與錫-銀-銅系無鉛釬料合金粉混合后制得的錫膏具有印刷性能優(yōu)良、脫模干凈、焊點(diǎn)可靠性高和力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，可滿足現(xiàn)有聞端電子廣品的聞可罪性要求。
權(quán)利要求
1.一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑，其特征在于它由下述重量百分比的原料組成改性松香25-55%活性劑3-12%表面活性劑0.1 3%觸變劑2 6%抗氣化劑0.01 3%K 樓 M0.1~2%ISIfi30-50%汕類潤濕劑0.1-5%所述的改性松香為水白松香、聚合松香、氫化松香、岐化松香或亞克力松香中的一種或兩種或者兩種以上的組合；所述的活性劑為丁二酸、戊二酸、辛二酸、癸二酸、十二酸、十四酸、十六酸、馬來酸、衣康酸、水楊酸或聯(lián)二丙酸中的一種或兩種與羥基乙酸的組合；所述的表面活性劑為十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺、二甲基烷基甜菜堿、椰子油酰胺丙基甜菜堿、辛基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、 異辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇單脂酸酯或聚乙二醇單油酸酯中的一種或兩種或者兩種以上的組合；所述的觸變劑為氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、觸變劑6500/6650/7000/8800、乙撐雙硬脂酸酰胺(EBS)、乙撐雙月桂酰胺或硬脂酸酰胺中的一種或兩種組合；所述的抗氧化劑為咪唑、對(duì)苯二酚或2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚中一種或兩種組合； 所述的脫模劑為石蠟；所述的有機(jī)溶劑為二丙二醇、2-甲基-2. 4-戊二醇、二甘醇、二甘醇單丁醚、二甘醇二丁醚、二乙二醇單己醚、三乙二醇單丁醚、三乙基卡必醇醚、三乙二醇乙醚、己二酸二辛酯或二乙二醇丁醚醋酸酯中的兩種或兩種以上的組合；所述的油類潤濕劑為蓖麻油、大豆油或芝麻油中的一種或兩種組合。
2.一種如權(quán)利要求1所述的無鉛錫膏用無鹵助焊劑的制備方法，其特征在于它按下述步驟進(jìn)行(1)將25 55%松香、30 50%溶劑、3 12%活性劑和O.Γ3%表面活性劑加入到器皿中混合并加熱升溫至13(T145°C，攪拌至完全溶解，得到混合物；(2)將步驟(I)得到的混合物降溫到8(Tl00°C，然后加入2飛％觸變劑、O.0廣3%抗氧化劑和O. Γ2%脫模劑，攪拌至完全溶解，得到二次混合物；(3)將步驟(2)得到的二次混合物再降溫到2(T35°C，隨后加入O.f 5%油類潤濕劑，攪拌均勻即制得本發(fā)明的無鉛錫膏用無鹵助焊劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無鉛錫膏用無鹵助焊劑及其制備方法，其特征在于它由25~55%改性松香、3~12%活性劑、0.1~3%表面活性劑、2~6%觸變劑、0.01~3%抗氧化劑、0.1~2%脫模劑、30~50%溶劑和0.1~5%油類潤濕劑組成，該助焊劑不含鹵素，通過加入有機(jī)羧酸和羥基羧酸作為活性劑，并配合表面活性劑，使其活性顯著提高，此外，還使用了油類潤濕劑，確保錫膏在回流焊整個(gè)工藝過程中均有一層薄的連續(xù)油膜包覆在焊點(diǎn)表面，起到隔絕氧氣作用，大大提高其擴(kuò)展性和潤濕性能，將本發(fā)明的助焊劑與錫-銀-銅系無鉛釬料制備的錫膏具有印刷性能優(yōu)良、脫模干凈、可焊性好、潤濕性強(qiáng)、焊后銅鏡無穿透性腐蝕、焊點(diǎn)可靠性高和力學(xué)性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，可滿足高端電子產(chǎn)品的高可靠性要求。
文檔編號(hào)B23K35/363GK103008921SQ20121057456
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者方喜波, 梁靜珊, 黃家強(qiáng), 馬驍, 張新平 申請(qǐng)人:廣東中實(shí)金屬有限公司, 華南理工大學(xué)