專利名稱：用于SnAgCu合金焊錫粉的助焊劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及助焊劑，具體地說(shuō)，涉及一種用于SnAgCu合金焊錫 粉的助焊劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的焊錫膏主要是由含鉛的焊錫粉(如鉛錫合金焊錫粉)所配 制的焊錫膏，作為電子產(chǎn)品的封裝材料，對(duì)需要焊接的電路板具有優(yōu) 秀的焊接和導(dǎo)電性能，焊點(diǎn)光亮、飽滿，但是在對(duì)廢棄的電子產(chǎn)品進(jìn) 行處理(目前多采用填埋處理)的過(guò)程中，焊錫粉中的鉛遇到酸雨或 酸性地下水，即會(huì)滲入地下，溶于地下水中，污染水源，人們長(zhǎng)期飲 用受鉛污染的水后，會(huì)導(dǎo)致鉛中毒，對(duì)身體健康造成嚴(yán)重危害。
鑒于有鉛焊錫粉所帶來(lái)的嚴(yán)重危害，電子封裝的無(wú)鉛化已經(jīng)在世 界范圍內(nèi)成為趨勢(shì)，各國(guó)紛紛出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)限制或廢止鉛在電子 產(chǎn)品中的使用，主要發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始逐漸使用無(wú)鉛焊錫粉作為消費(fèi) 類電子產(chǎn)品的封裝材料，通常作為無(wú)鉛焊錫粉的合金有SnAgCu合金、 SnBi合金、SnZn合金。但與SnPb合金焊錫粉相比，多數(shù)無(wú)鉛焊錫粉 在焊接時(shí)處于部分熔融或凝固狀態(tài)，很容易導(dǎo)致"虛焊"現(xiàn)象，這主 要是因?yàn)闊o(wú)鉛焊錫粉潤(rùn)濕性能差所造成的。
為增強(qiáng)無(wú)鉛焊錫粉的潤(rùn)濕性能，達(dá)到與有鉛焊錫粉類似的焊接效 果，現(xiàn)有的無(wú)鉛焊錫膏的助焊劑主要是添加較多的活性劑，以清除表 面氧化膜和降低金屬間的表面張力，同時(shí)還添加較多的松香，以保護(hù) 無(wú)鉛焊錫粉不在焊接時(shí)被再次氧化。但是，由于無(wú)鉛焊錫膏含有較多 的活性劑和松香樹(shù)脂，而松香的化學(xué)性質(zhì)主要取決于樹(shù)脂酸，樹(shù)脂酸 結(jié)構(gòu)式中含有雙鍵和羧酸兩類化學(xué)物質(zhì)，松香里面的樹(shù)脂酸中的雙鍵 具有很強(qiáng)的的化學(xué)反應(yīng)活性，在高溫且含氧氣的焊接接情況下，同時(shí) 在金屬離子做催化劑的情況下，焊錫粉與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，樹(shù)脂酸 在催化劑的作用下互相發(fā)生聚合反應(yīng)，產(chǎn)生的氧化物和聚合物分子鏈 段比較長(zhǎng)，流動(dòng)性極差，這樣，在回流悍接的后半段過(guò)程中，由這些氧化物和聚合物所構(gòu)成的殘留物便大部分停留在焊點(diǎn)表面，流動(dòng)性 差，因而覆蓋在焊點(diǎn)表面的殘留物會(huì)比較多，也正因?yàn)闅埩粑锏牧枯^ 多，殘留物的厚度也會(huì)較厚，焊點(diǎn)的光亮度也受到一定的影響，而且， 殘留物中仍含有少量活性物質(zhì)，殘留物長(zhǎng)期依附在焊點(diǎn)表面上，會(huì)對(duì) 電路板及元器件進(jìn)行腐蝕，在一定程度縮短了電子產(chǎn)品的使用壽命。
另外，目前大部分含SnAgCu合金焊錫粉的焊錫膏(如中國(guó)發(fā)明 專利申請(qǐng)公布說(shuō)明書(shū)CN101152686A公開(kāi)的環(huán)保焊錫膏)雖然具有良 好的強(qiáng)度、抗疲勞特性、塑性、溶解性和持續(xù)性，但在印刷、貼片和 焊接等三個(gè)使用過(guò)程中都較容易產(chǎn)生焊錫珠不良現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在印 刷和貼片過(guò)程中出現(xiàn)冷塌(印刷后干燥過(guò)程中焊錫膏的外觀變形稱之 為冷塌)，在焊接過(guò)程中的預(yù)熱和保溫階段出現(xiàn)熱塌(加熱中出現(xiàn)焊 錫膏變形則稱之為熱塌)；當(dāng)焊錫膏出現(xiàn)塌陷(塌陷是指焊錫膏印刷 和貼片后，在干燥或加熱過(guò)程中，其外觀上的改變；包括冷塌和熱塌) 現(xiàn)象以后，焊錫膏在最后的回流焊接階段就會(huì)產(chǎn)生焊錫珠，焊接不良 率較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于SnAgCu合金焊錫 粉的助焊劑，以及這種助焊劑的制備方法，采用這種助焊劑和SnAgCu 合金焊錫粉所制備的焊錫膏殘留物極少且腐蝕性低，并且在印刷、焊 接、貼片時(shí)具有良好的抗塌陷性能，減少在焊點(diǎn)周圍出現(xiàn)的焊錫珠現(xiàn) 象。采用的技術(shù)方案如下
一種用于SnAgCu合金焊錫粉的助焊劑，其特征在于由下述重量 配比的組分組成有機(jī)溶劑25 40%;活性劑5 10%;松香30 55%;觸變劑5 10%;增塑劑5 10%。
優(yōu)選上述有機(jī)溶劑是二丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、2-甲基-2， 4-戊二醇、丙二醇苯醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、 一縮二乙二醇、二縮三 乙二醇、2-乙基-2， 6戊二醇、松油醇、十六醇、甲基丙醇中的一種 或多種的組合。有機(jī)溶劑作為溶劑，在制備焊錫膏的攪拌過(guò)程中起調(diào) 節(jié)均勻的作用，對(duì)焊錫膏的壽命有一定的影響。
優(yōu)選上述活性劑是十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、鄰苯二甲酸、苯甲酸、對(duì)叔丁基苯甲酸、順丁烯二酸酐、順丁烯二酸、乳酸、 丙二酸、壬二酸、辛二酸、十二二酸、二羥甲基丙酸、氟碳表面活性
劑、2， 3-二溴l， 4-丁烯二醇、烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)和壬基 酚聚氧乙烯醚(TX-10)中的一種或多種的組合。活性劑主要起到去 除印刷電路板(PCB)銅膜焊盤(pán)表層及電子元器件焊接部位的氧化物 質(zhì)的作用，同時(shí)還具有降低經(jīng)加熱后熔融焊錫粉表面張力的作用。
優(yōu)選上述松香是水白氫化松香、全氫化松香、聚合松香、氫化松 香、歧化松香、酯化松香中的一種或多種的組合。松香能夠加大焊錫 膏的粘附性，還能夠防止焊后印刷電路板(PCB)銅膜焊盤(pán)表層及焊 接點(diǎn)被再度氧化，而且對(duì)電子元器件的固定起到很重要的作用。
優(yōu)選上述觸變劑是乙二撐雙硬脂酸酰胺、蓖麻油、氫化蓖麻油、 氫化蓖麻油臘中的一種或多種的組合。觸變劑具有較強(qiáng)的表面活性效 果，能夠在極小的添加量時(shí)表現(xiàn)出較高的浸潤(rùn)效果。
優(yōu)選上述增塑劑主要是鄰苯二甲酸酯類增塑劑；更優(yōu)選上述鄰苯 二甲酸酯類增塑劑是鄰苯二甲酸二癸酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、鄰苯 二甲酸二異十一垸酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二甲酯中的一 種或多種的組合。增塑劑能夠增強(qiáng)殘留物鋪展在焊點(diǎn)周圍的能力。
另外，本發(fā)明還提供上述助焊劑的一種制備方法，其特征在于依 次包括下述步驟
(1) 將有機(jī)溶劑和松香混合后加入到加熱容器中，然后加熱， 將加熱容器中的溫度控制在100 — 13(TC;
(2) 當(dāng)所加入的松香完全熔化后，繼續(xù)將加熱容器中的溫度控 制在100 — 130。C，將活性劑、觸變劑和增塑劑加入到加熱容器中，并 攪拌至松香、活性劑、觸變劑和增塑劑完全混溶在有機(jī)溶劑中，得到 混合物料；
(3) 將步驟(2)得到的混合物料冷卻到20 —35°C，得到助焊劑。 制得的助焊劑密封保存待用。將上述助焊劑和SnAgCu合金焊錫
粉按照一定的比例(通常是l: (6.77 9))混合并攪拌均勻，即可得 到焊錫膏。
本發(fā)明的助焊劑和SnAgCu合金焊錫粉制成焊錫膏以后，在印刷 過(guò)程中，在刮刀的推力作用下焊錫膏的粘度開(kāi)始下降，經(jīng)過(guò)鋼網(wǎng)網(wǎng)眼時(shí)，觸變劑特殊的大分子結(jié)構(gòu)可以使得此時(shí)焊錫膏的粘度最低，從而 讓焊錫膏可以順利通過(guò)鋼網(wǎng)網(wǎng)眼并到達(dá)需焊接點(diǎn)上；隨著鋼網(wǎng)與印刷
電路板的分離，附于焊錫膏上的外力也撤去，觸變劑特殊的大分子結(jié) 構(gòu)又使焊錫膏的粘度迅速回升，這時(shí)焊錫膏的粘度所產(chǎn)生的內(nèi)聚力足
以防止焊錫膏塌陷，維持需焊接點(diǎn)上的焊錫膏的形狀，從而讓焊錫膏 產(chǎn)生局部分離，防止了在回流焊過(guò)程中因焊錫膏不位于需焊接點(diǎn)而產(chǎn) 生焊錫珠。在貼片和回流焊接過(guò)程中，觸變劑能保持焊錫膏在貼片和 預(yù)熱時(shí)外觀上不發(fā)生變化，即不使焊錫膏產(chǎn)生塌陷現(xiàn)象。這樣，便能 在焊錫膏幾乎不變形的情況下完成最后的回流焊接過(guò)程，達(dá)到最后不 產(chǎn)生焊錫珠的目的，很大程度上提高了焊錫膏的電氣安全性能。
增塑劑的主要作用是在焊錫膏完成焊接過(guò)程后，削弱殘留物之間 的次價(jià)健(即范德華力)，從而增強(qiáng)了分子鏈的移動(dòng)性，降低了殘留 物中聚合物分子鏈的結(jié)晶性，即增加了殘留物的塑性，使殘留物具備 較好的流動(dòng)性，這樣，留在焊點(diǎn)表面的殘留物的量會(huì)很大程度上減少， 焊點(diǎn)的光亮度也會(huì)有顯著提高，殘留物對(duì)焊點(diǎn)和元器件的腐蝕程度也 降低，在一定程度上延長(zhǎng)了所焊接電子產(chǎn)品的壽命。
本發(fā)明在助焊劑中加入增塑劑，增塑劑在焊接過(guò)程中與焊后的殘 留物很好地結(jié)合在一起，降低了殘留物的分子間力，從而使殘留物流
動(dòng)性增強(qiáng)，使采用這種助焊劑和SnAgCu合金焊錫粉所制備的焊錫膏 在焊后殘留物極少并且能很好地鋪展在焊點(diǎn)周圍，殘留物透明，從而 具有很好的焊點(diǎn)光亮度，同時(shí)極大地降低殘留物對(duì)焊點(diǎn)和元器件的腐 蝕作用，延長(zhǎng)了電子產(chǎn)品的使用壽命；在助焊劑中加入適量的觸變劑， 使采用這種助焊劑和SnAgCii合金焊錫粉所制備的焊錫膏穩(wěn)定性高、 觸變性能好，焊錫膏在印刷、焊接時(shí)具有良好抗塌陷性能(包括抗冷 塌性能和抗熱塌性能)，減少回流焊接時(shí)在焊點(diǎn)周圍出現(xiàn)的焊錫珠現(xiàn) 象，從而使焊錫膏具有優(yōu)秀和焊接性能和電氣安全性能，降低了焊接 的不良率。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本助焊劑的制備方法依次包括下述步驟
(1) 將25千克有機(jī)溶劑(其中松油醇10千克、二乙二醇丁醚IO
千克、2-甲基-2，4-戊二醇5千克)和55千克松香(其中酯化松香30 千克、氫化松香25千克)混合后加入到加熱容器中，然后加熱，將加 熱容器中的溫度控制在10(TC;
(2) 當(dāng)所加入的松香完全熔化后，繼續(xù)將加熱容器中的溫度控 制在100。C，將5千克活性劑(其中十六酸2.5千克、2， 3-二溴l， 4-丁烯二醇0.5千克、垸基酚聚氧乙烯醚2千克)、8千克觸變劑(均為氫 化蓖麻油)和7千克增塑劑(其中鄰苯二甲酸二甲酯4千克、鄰苯二甲 酸二異壬酯3千克)加入到加熱容器中，并攪拌至松香、活性劑、觸
變劑和增塑劑完全混溶在有機(jī)溶劑中，得到混合物料；
(3) 將步驟(2)得到的混合物料冷卻到30。C，得到100千克助焊劑。
得到的100千克助焊劑由25千克有機(jī)溶劑(其中松油醇10千克、 二乙二醇丁醚10千克、2-甲基-2，4-戊二醇5千克)、5千克活性劑(其 中十六酸2.5千克、2， 3-二溴l， 4-丁烯二醇0.5千克、烷基酚聚氧乙 烯醚2千克)、55千克松香(其中酯化松香30千克、氫化松香25千克)、 8千克觸變劑(均為氫化蓖麻油)和7千克增塑劑(其中鄰苯二甲酸二 甲酯4千克、鄰苯二甲酸二異壬酯3千克)組成。
實(shí)施例2
本助焊劑的制備方法依次包括下述步驟
(1) 將35千克有機(jī)溶劑(其中二丙二醇甲醚15千克、 一縮二乙 二醇10千克、乙酸乙酯10千克)和47千克松香(均為聚合松香)混合 后加入到加熱容器中，然后加熱，將加熱容器中的溫度控制在12(TC;
(2) 當(dāng)所加入的松香完全熔化后，繼續(xù)將加熱容器中的溫度控 制在12(TC，將8千克活性劑(其中十二酸3千克、十八酸4千克、苯甲 酸0.5千克、氟碳表面活性劑0.5千克)、5千克觸變劑(均為乙二撐雙 硬脂酸酰胺)和5千克增塑劑(其中鄰苯二甲酸二癸酯3千克、鄰苯二 甲酸二辛酯2千克)加入到加熱容器中，并攪拌至松香、活性劑、觸 變劑和增塑劑完全混溶在有機(jī)溶劑中，得到混合物料；
(3) 將步驟(2)得到的混合物料冷卻到25'C，得到100千克助
8焊劑。
得到的100千克助焊劑由35千克有機(jī)溶劑(其中二丙二醇甲醚15 千克、 一縮二乙二醇10千克、乙酸乙酯10千克)、8千克活性劑(其中 十二酸3千克、十八酸4千克、苯甲酸0.5千克、氟碳表面活性劑0.5 千克)、47千克松香(均為聚合松香)、5千克觸變劑(均為乙二撐雙 硬脂酸酰胺)和5千克增塑劑(其中鄰苯二甲酸二癸酯3千克、鄰苯二 甲酸二辛酯2千克)組成。
實(shí)施例3
本助焊劑的制備方法依次包括下述步驟
(1) 將40千克有機(jī)溶劑(其中丙二醇苯醚25千克、乙酸丁酯5 千克、十六醇5千克、甲基丙醇5千克)和30千克松香(其中全氫化松 香20千克、水白氫化松香5千克、歧化松香5千克)混合后加入到加熱 容器中，然后加熱，將加熱容器中的溫度控制在13(TC;
(2) 當(dāng)所加入的松香完全熔化后，繼續(xù)將加熱容器中的溫度控 制在13(TC，將10千克活性劑(均為壬基酚聚氧乙烯醚)、IO千克觸變 劑(其中乙二撐雙硬脂酸酰胺5千克、蓖麻油5千克)和10千克增塑劑
(均為鄰苯二甲酸二異十一垸酯)加入到加熱容器中，并攪拌至松香、 活性劑、觸變劑和增塑劑完全混溶在有機(jī)溶劑中，得到混合物料；
(3) 將歩驟(2)得到的混合物料冷卻到35。C，得到100千克助焊劑。
得到的100千克助焊劑由40千克有機(jī)溶劑(其中丙二醇苯醚25千 克、乙酸丁酯5千克、十六醇5千克、甲基丙醇5千克)、IO千克活性劑 (均為壬基酚聚氧乙烯醚)、30千克松香(全氫化松香20千克、水白 氫化松香5千克、歧lk松香5千克)、IO千克觸變劑(乙二撐雙硬脂酸 酰胺5千克、蓖麻油5千克)和10千克增塑劑(均為鄰苯二甲酸二異十 一垸酯)組成。
實(shí)施例4
本助焊劑的制備方法依次包括下述步驟 (1)將33千克有機(jī)溶劑(均為二縮三乙二醇)和44千克松香(其 中全氫化松香20千克、酯化松香24千克)混合后加入到加熱容器中， 然后加熱，將加熱容器中的溫度控制在115"C;(2) 當(dāng)所加入的松香完全熔化后，繼續(xù)將加熱容器中的溫度控
制在115"C,將9千克活性劑(其中十二二酸3千克、丙二酸2千克、二 羥甲基丙酸2千克、乳酸2千克)、7千克觸變劑(氫化蓖麻油臘4千克、 蓖麻油3千克)和7千克增塑劑(均為鄰苯二甲酸二癸酯)加入到加熱 容器中，并攪拌至松香、活性劑、觸變劑和增塑劑完全混溶在有機(jī)溶 劑中，得到混合物料；
(3) 將步驟(2)得到的混合物料冷卻到3(TC，得到100千克助焊劑。
得到的100千克助焊劑由33千克有機(jī)溶劑(均為二縮三乙二醇)、 9千克活性劑(其中十二二酸3千克、丙二酸2千克、二羥甲基丙酸2 千克、乳酸2千克)、44千克松香(其中全氫化松香20千克、酯化松香 24千克)、7千克觸變劑(氫化蓖麻油臘4千克、蓖麻油3千克)和7千 克增塑劑(均為鄰苯二甲酸二癸酯)組成。
上述實(shí)施例1一4制得的助焊劑密封保存待用。將上述助焊劑和 SnAgCu合金焊錫粉按照一定的比例(通常是l: (6.77 9))混合并 攪拌均勻，即可得到焊錫膏。
權(quán)利要求
1、一種用于SnAgCu合金焊錫粉的助焊劑，其特征在于由下述重量配比的組分組成有機(jī)溶劑25～40％；活性劑5～10％；松香30～55％；觸變劑5～10％；增塑劑5～10％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征是所述有機(jī)溶劑是二丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、2-甲基-2，4-戊二醇、丙二醇苯醚、乙酸 丁酯、乙酸乙酯、 一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、2-乙基-2， 6戊二 醇、松油醇、十六醇、甲基丙醇中的一種或多種的組合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征是所述活性劑是十二 酸、十四酸、十六酸、十八酸、鄰苯二甲酸、苯甲酸、對(duì)叔丁基苯甲 酸、順丁烯二酸酐、順丁烯二酸、乳酸、丙二酸、壬二酸、辛二酸、 十二二酸、二羥甲基丙酸、氟碳表面活性劑、2， 3-二溴l， 4-丁烯二 醇、烷基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種的組合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征是所述松香是水白氫 化松香、全氫化松香、聚合松香、氫化松香、歧化松香、酯化松香中 的一種或多種的組合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征是所述觸變劑是乙二撐雙硬脂酸酰胺、蓖麻油、氫化蓖麻油、氫化蓖麻油臘中的一種或多 種的組合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征是所述增塑劑是鄰苯二甲酸酯類增塑劑。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的助焊劑，其特征是所述鄰苯二甲酸酯類增塑劑是鄰苯二甲酸二癸酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、鄰苯二甲酸二 異十一垸酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二甲酯中的一種或多種 的組合。
8、 權(quán)利要求1一7所述的助焊劑的制備方法，其特征在于依次包括下述步驟(1)將有機(jī)溶劑和松香混合后加入到加熱容器中，然后加熱，將加熱容器中的溫度控制在100 — 130°C;(2) 當(dāng)所加入的松香完全熔化后，繼續(xù)將加熱容器中的溫度控 制在100 — 13(TC，將活性劑、觸變劑和增塑劑加入到加熱容器中，并 攪拌至松香、活性劑、觸變劑和增塑劑完全混溶在有機(jī)溶劑中，得到 混合物料；(3) 將步驟(2)得到的混合物料冷卻到20 — 35。C，得到助焊劑。
全文摘要
一種用于SnAgCu合金焊錫粉的助焊劑，其特征在于由下述重量配比的組分組成有機(jī)溶劑25～40％；活性劑5～10％；松香30～55％；觸變劑5～10％；增塑劑5～10％。本發(fā)明還提供上述助焊劑的一種制備方法。本發(fā)明中，增塑劑使殘留物流動(dòng)性增強(qiáng)，使采用這種助焊劑和SnAgCu合金焊錫粉所制備的焊錫膏在焊后殘留物極少并且能很好地鋪展在焊點(diǎn)周圍，殘留物透明，從而具有很好的焊點(diǎn)光亮度，同時(shí)極大地降低殘留物對(duì)焊點(diǎn)和元器件的腐蝕作用；適量的觸變劑使采用這種助焊劑和SnAgCu合金焊錫粉所制備的焊錫膏穩(wěn)定性高、觸變性能好，焊錫膏在印刷、焊接時(shí)具有良好抗塌陷性能，減少回流焊接時(shí)在焊點(diǎn)周圍出現(xiàn)的焊錫珠現(xiàn)象。
文檔編號(hào)B23K35/00GK101508061SQ20091011979
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者周博軒, 周振基 申請(qǐng)人:汕頭市駿碼凱撒有限公司