專利名稱：無鹵助焊膏及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于助焊膏及其制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無鹵助焊膏及其制備方法。
背景技術(shù)：
錫膏是電子產(chǎn)品中主要的焊接材料，被廣泛的應(yīng)用在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中，它主要由占90%左右的焊粉和占10%左右的助焊膏合成，助焊膏主要作用是利用含有的活性物質(zhì)清除焊料和被焊母材表面的氧化物，降低焊料表面張力，提高焊料的潤濕性能，使?jié)崈舻慕饘俦砻娼佑|、反應(yīng)，達(dá)到對被焊元件良好焊接的目的。助焊膏對提高電子產(chǎn)品焊接質(zhì)量和可靠性起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)助焊膏的活性物質(zhì)一般選用有機(jī)胺的鹵酸鹽作為活性劑，如二甲胺鹽酸鹽、 二乙胺鹽酸鹽、二乙胺溴酸鹽、環(huán)己胺溴酸鹽等，該類活性劑具有活性高、表面活性優(yōu)良、 助焊效果好等優(yōu)點(diǎn)，但該類物質(zhì)容易吸濕，并且鹵素離子容易腐蝕焊粉，造成錫膏穩(wěn)定性變差。如果鹵素含量過大，在焊接過程中會產(chǎn)生大量刺激性氣味的煙霧，污染環(huán)境，并且造成焊后的殘留腐蝕焊點(diǎn)，影響焊點(diǎn)可靠性。另外，多數(shù)鹵化物屬環(huán)境荷爾蒙物質(zhì)，對免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)具有毒害作用，對生物體具有致癌作用及其它毒性反應(yīng)(精神和心理疾患)，嚴(yán)重影響生物體的生殖和發(fā)育。 在燃燒時鹵化物釋放出的大量鹵素氣具有很強(qiáng)的毒性，影響人的呼吸系統(tǒng)，其形成的致癌物質(zhì)“二噁英”被稱為“世紀(jì)之毒”。這些鹵素氣在與水蒸汽結(jié)合時，會生成腐蝕性有害氣體 (鹵化氫)，形成酸雨，對一些設(shè)備及建筑物造成腐蝕。因此國際上的一些組織已經(jīng)頒布了一些法規(guī)來限制鹵化物的使用，如RoHs限制兩種特定鹵化物(多溴聯(lián)苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE))，將要推出的RoHs 2. O也將對其它鹵化物做出了嚴(yán)格的限制，REACH法規(guī)和加州法規(guī)也對多種鹵化物進(jìn)行了一定的規(guī)范和限制。雖然對焊錫膏和助焊膏中鹵素的限制當(dāng)前還沒有見到國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，但一些知名的電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)先后引入了無鹵制程，對原材料以及輔料中的鹵素含量進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，在電子產(chǎn)品的無鹵化進(jìn)程中起到了帶頭作用，如諾基亞、蘋果、索尼、惠普、三星、聯(lián)想等企業(yè)，要求氯和溴的含量均要小于 900PPM，兩者之和小于1500PPM。作為電子產(chǎn)品不可或缺的重要焊接材料，錫膏及助焊膏的無鹵化成為當(dāng)前發(fā)展的必然趨勢。早在十幾年前，IPC、IEC、JIS等組織就已經(jīng)按照鹵化物含量和其腐蝕性危害程度， 將助焊膏分為L，M，H三個等級。IPC/J-STD-004規(guī)定的無鹵助焊膏標(biāo)準(zhǔn)僅要求助焊膏中不含離子鍵的鹵化物，助焊膏中鹵化物總含量(Cl+Br+F+I)小于500PPM，才能被定義為LO級 “無鹵助焊膏”，測定方法規(guī)定為滴定測試或離子色譜法(IC)，但這兩種方法都只能測出離子鍵的鹵化物。目前，大部分的助焊膏在降低離子鍵鹵素活性劑用量的前提下，卻通常會添加一定量的共價鍵鹵化物，如中國專利公開號為CN1562554A、CN101269448A、CN101062536A 中所用的二溴丁二酸、二溴丁烯二醇、5-氯代水楊酸等。共價鍵鹵化物在焊接過程中，會釋放出具有活性的鹵素離子或鹵化氫氣體，可以有效的去除焊接表面的氧化物。相對于離子鍵鹵化物，雖然共價鍵鹵化物具有良好的可靠性，但依然會對人體和環(huán)境造成污染，并且影響電子產(chǎn)品的可靠性。而滴定法和離子色譜法是無法測出共價鍵鹵化物的，所以按照IPC/ J-STD-004標(biāo)準(zhǔn)測定的LO級助焊膏，未必一定是不含鹵素(Halogen-free)的助焊膏。確定助焊膏是不是真正不含鹵素，可采用“氧彈燃燒法”測試，這是一種環(huán)境測試程序，可見于 BS EN 14582 :2007，EPASW-846 5050/9056 和 JPCA ES-01-2003 等標(biāo)準(zhǔn)中。無鹵活性劑通常選用有機(jī)羧酸，如丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、水楊酸等，相對于含鹵的活性劑，該類活性劑活性和腐蝕性較低，使錫膏和焊點(diǎn)具有更高的可靠性，但對焊粉氧化層的去除能力和對焊點(diǎn)潤濕性的提高不足。因此，如何使這些活性劑表現(xiàn)出更強(qiáng)的活性，能夠達(dá)到含鹵活性劑的焊接效果，是無鹵助焊膏研制的關(guān)鍵問題。助焊膏的制備工藝對其活性的發(fā)揮具有明顯的影響，國內(nèi)外對這方面的研究和報道甚少。本發(fā)明通過制備工藝的改進(jìn)，確保了助焊膏具有更高的活性，這也是本發(fā)明的一個創(chuàng)新點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種真正不含鹵素的助焊膏及其生產(chǎn)工藝。使用該助焊膏生產(chǎn)的錫膏具有良好的潤濕性和高可靠性。本發(fā)明所述的無鹵助焊膏，其特征在于由下列重量配比組成松香和/或松香衍生物30 60 %，活性劑5 20 %，觸變劑5 12 %，表面活性劑O. 3 2 %，緩蝕劑O. I I. 5%，溶劑30 60% ;所述配比之和為100%。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述松香衍生物包括氫化松香、 聚合松香、亞克力松香、富馬酸改性松香或馬來酸改性松香中的一種或多種。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述活性劑包括丁二酸、戊二酸、 己二酸、壬二酸、癸二酸、水楊酸、蘋果酸、苯基丁二酸或鄰苯二甲酸中的一種或多種；進(jìn)一步，本發(fā)明所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述觸變劑包括十二羥基硬脂酸、氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、乙撐雙硬脂酸酰胺、脂肪酸酰胺或聚酰胺中的一種或多種；進(jìn)一步，本發(fā)明所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述表面活性劑為硅氧烷基表面活性劑。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的用于制備錫基合金焊膏的無鹵助焊膏，其特征在于所述硅氧烷基表面活性劑為聚二甲基硅氧烷、烷基改性二甲基硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、 芳烷基改性甲基烷基聚硅氧烷中的中一種或多種。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述緩蝕劑包括苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、2-乙基咪唑、二乙醇胺、三乙醇胺或三異丙醇胺中的一種或多種；進(jìn)一步，本發(fā)明所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述溶劑包括2-乙基-1，3-己二
醇、二甘醇丁醚、二乙二醇己醚、二乙二醇辛醚、三甘醇丁醚或三丙二醇丁醚中的一種或多種。此外本發(fā)明還提供一種無鹵助焊膏制備方法，其特征在于包括如下步驟將前述無鹵助焊膏中除了活性劑以外的其余組分在80 120°C條件下加熱溶解，冷卻至20 30 0C ；在20 40°C的條件下將活性劑通過乳化分散均勻添加到前一步驟獲得的溶液中，得到所述無鹵助焊膏。通過本發(fā)明所述制備的助焊膏不含鹵素，在制備過程中活性劑采用了低溫乳化分散技術(shù)，具有較高的活性和穩(wěn)定性，使生產(chǎn)的錫膏具有良好的潤濕性，能夠達(dá)到和含鹵產(chǎn)品相同的焊接效果，且焊后殘留物更穩(wěn)定，產(chǎn)品可靠性更高。
具體實施例本發(fā)明所述無鹵助焊膏，其主要特征在于由下列重量配比組成松香和/或松香衍生物30 60 %，活性劑5 20 %，觸變劑5 12 %，表面活性劑O. 3 2 %，緩蝕劑O. I
I.5%，溶劑 30 60%。本發(fā)明所述松香和或松香衍生物主要包括氫化松香、聚合松香、亞克力松香、富馬酸改性松香、馬來酸改性松香的一種或幾種混合。松香的主要成分為松香酸,在助焊膏中除了起成膜作用外，對其活性的表現(xiàn)也起到明顯作用。本發(fā)明所用亞克力松香、富馬酸改性松香、馬來酸改性松香為經(jīng)過酸性物質(zhì)改性的松香，具有較高的活性，有利于去除焊粉和被焊部位的氧化層，配合氫化松香或聚合松香使用，可使助焊膏具有更優(yōu)的綜合性能。本發(fā)明所述活性劑主要包括丁二酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、水楊酸、蘋果酸、苯基丁二酸、鄰苯二甲酸中的一種或多種。在回流焊接過程中該類有機(jī)酸與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)Me0+2RC00H— (RCOO) 2Me+H20從而達(dá)到去除焊粉和被焊部位氧化層的目的。該類活性劑相對于含鹵活性劑，對焊粉的腐蝕性更小，焊后殘留具有更高的可靠性。本發(fā)明所述觸變劑包括十二羥基硬脂酸、氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、乙撐雙硬脂酸酰胺、脂肪酸酰胺、聚酰胺中的一種或多種。這些觸變劑可以使錫膏具有良好的印刷性，提高錫膏的抗坍塌性，避免焊接過程產(chǎn)生錫珠和連錫現(xiàn)象。本發(fā)明所述表面活性劑主要為硅氧烷基表面活性劑，如聚二甲基硅氧烷、烷基改性二甲基硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、芳烷基改性甲基烷基聚硅氧烷等。含齒活性劑除了具有較高的去除焊料和被焊部位氧化層能力外，還有明顯降低焊料表面張力的作用， 可以促進(jìn)焊料潤濕性能。而有機(jī)羧酸在降低焊料表面張力方面較含鹵活性劑差，因此需用高效表面活性劑來彌補(bǔ)。硅氧烷表面活性劑有很強(qiáng)的降低焊料表面張力的作用，且較傳統(tǒng)使用的烷基酚聚氧乙烯醚(如OP-10、TX-10等)具有更強(qiáng)的耐溫性，在200°C以上仍表現(xiàn)出很好的效果，可明顯提高焊點(diǎn)的潤濕性。本發(fā)明所述緩蝕劑包括苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、2-乙基咪唑、二乙醇胺、三乙醇胺、三異丙醇胺中的一種或多種。該類物質(zhì)可以對焊粉起到保護(hù)作用，或調(diào)整助焊膏PH 減低對焊粉的腐蝕，而確保了錫膏的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述溶劑主要包括2-乙基-1，3-己二醇、二甘醇丁醚、二乙二醇己醚、二乙二醇辛醚、三甘醇丁醚、三丙二醇丁醚中的一種或多種。這些溶劑對助焊膏的其他組分具有良好的溶解能力，且揮發(fā)緩和，在整個焊接過程起到持續(xù)的載體作用，并且這些溶劑分子中均含有-OH極性基團(tuán)，可以促進(jìn)活性劑活性的發(fā)揮。本發(fā)明所述助焊膏制備方法，其主要特征在于將本發(fā)明所述助焊膏中除了活性劑以外的其余組分按比例加入不銹鋼反應(yīng)釜中，在80 120°C條件下攪拌，直至完全溶解，冷
5卻至20 30°C得到助焊膏半成品。按比例將助焊膏半成品和活性劑加入高剪切分散乳化機(jī)，在20 40°C的條件下將活性劑均勻分散，得到所述助焊膏。當(dāng)前各生產(chǎn)廠家?guī)缀蹙谳^高溫度下(10(TC 180°C )使各組分溶解來生產(chǎn)助焊膏，但試驗發(fā)現(xiàn)活性劑較高溫度的溶解過程可降低助焊膏活性的發(fā)揮。這是因為有機(jī)羧酸在較高的溫度下可反應(yīng)生成酸酐2RC00H — RC0-0_0CR+2H20RC00H+R，COOH — RCO-O-OCR，+2H20或與醇反應(yīng)生成酯RC00H+R，OH — RCOOR，+H2O另一方面，有機(jī)羧酸在較高的溫度下可以離解出H+，在助焊膏的生產(chǎn)過程中，部分 H+可能與其它某些組分(比如胺類物質(zhì))發(fā)生反應(yīng)，而導(dǎo)致了活性降低。本發(fā)明采用在不高于40°C的條件下經(jīng)乳化裝置將活性劑分散到其他組分的混合液中，確保了活性劑活性最大程度的保留，使得所制備的錫膏在焊接過程中表現(xiàn)出良好的活性。本發(fā)明所述的助焊膏可以按錫膏重量的8% 15%與錫基合金粉末均勻混合制備錫膏。所述錫基合金成分中除了含有Sn以外，可包含Pb、Cu、Ag、Bi、Sb、Au等一種或多種元素，如 SnPb37、SnBi58、SnAg3. OCuO. 5、SnCuO. 7、SnSb5、SnAu80 等，粒度可以為 20 μ m 80 μ m中任意范圍。使用本發(fā)明所述助焊膏生產(chǎn)的錫膏具有良好的潤濕性，能夠達(dá)到和含鹵產(chǎn)品相同的焊接效果，且焊后殘留物更穩(wěn)定，產(chǎn)品可靠性更高。下面是具體實施例中給出的無鹵助焊膏中各組分的總量百分比，并在表I中給出了將各實施例組分的無鹵助焊膏與錫基合金粉末均勻混合制備錫膏之后的性能數(shù)據(jù)。具體來說實施例I :
馬來酸改性松香20% 聚合松香10%
鄰苯二甲酸5%
聚酰胺4% 聚醚改性聚二甲基硅氧烷1% 苯并三氮唑0.1% 三丙二醇丁醚余量實施例2
實施例3實施例4
亞克力松香30%
氫化松香5%
丁二酸8%
己二酸12%
聚酰胺4%
乙撐雙硬脂酸酰胺3%
聚二甲基硅氧烷0.5%
三乙醇胺1%
二甘醇丁醚20% 2-乙基-1,3-己二醇余量
富馬酸改性松香40%
氫化松香15%
水楊酸2%
癸二酸6%
氫化蓖麻油2%
聚酰胺3%
烷基改性二甲基硅氧烷0.3%
三異丙醇胺1%
三甘醇丁醚余量
實施例5
馬來酸改性松香15%亞克力松香15%聚合松香10%蘋果酸4%癸二酸4%十二羥基硬脂酸2%聚酰胺6%烷基改性二甲基硅氧烷0.2%2-乙基咪唑3%三丙二醇丁醚25三甘醇丁醚余量亞克力松香30%聚合松香10%蘋果酸4%苯基丁二酸8%油酸酰胺4%改性氫化蓖麻油8%聚二甲基硅氧烷2%苯并三氮唑0.5%甲基苯并三氮唑1%三甘醇丁醚25%二乙二醇己醚余量
以上實施例所述助焊膏制備的錫膏性能見下表I :
錫膏ABCDE助焊膏實施例I實施例2實施例3實施例4實施例5焊粉SnPb37-3#SnBi58-2#SnAg3Cu0.5-3#SnAg3Cu0.5-4#SnCuO.7-3#金屬比例90%91%88.5%88%88.5%錫珠OOOOO擴(kuò)展率92%90%88%87%87%粘度， pa · s初始18014515616216760°C60h 后182148159163169銅鏡腐蝕不穿透不穿透不穿透不穿透不穿透表面絕緣阻抗(Ω)3.2X10115.2X10114.5X10114.7X10113.8X10U注2#焊粉粒度45 75μπι;3#焊粉粒度25 45μπι;4#焊粉粒度20 38 μ m0最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種無鹵助焊膏，其特征在于由下列重量配比組成松香和/或松香衍生物30 60%，活性劑5 20%，觸變劑5 12%，表面活性劑O. 3 2%，緩蝕劑O. I I. 5%，溶劑30 60%，所述配比之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述松香衍生物包括氫化松香、聚合松香、亞克力松香、富馬酸改性松香或馬來酸改性松香中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述活性劑包括丁二酸、戊二酸、 己二酸、壬二酸、癸二酸、水楊酸、蘋果酸、苯基丁二酸或鄰苯二甲酸中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述觸變劑包括十二羥基硬脂酸、 氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、乙撐雙硬脂酸酰胺、脂肪酸酰胺或聚酰胺中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述表面活性劑為硅氧烷基表面活性劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制備錫基合金焊膏的無鹵助焊膏，其特征在于所述硅氧烷基表面活性劑為聚二甲基硅氧烷、烷基改性二甲基硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、芳烷基改性甲基烷基聚硅氧烷中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述緩蝕劑包括苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、2-乙基咪唑、二乙醇胺、三乙醇胺或三異丙醇胺中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無鹵助焊膏，其特征在于所述溶劑包括2-乙基-1，3-己二醇、二甘醇丁醚、二乙二醇己醚、二乙二醇辛醚、三甘醇丁醚或三丙二醇丁醚中的一種或多種。
9.一種無鹵助焊膏制備方法，其特征在于包括如下步驟將權(quán)利要求I所述的無鹵助焊膏中除了活性劑以外的其余組分在80 120°C條件下加熱溶解，冷卻至20 30°C ；在20 40°C的條件下將活性劑通過乳化分散均勻添加到前一步驟獲得的溶液中，得到所述無鹵助焊膏。
全文摘要
一種無鹵助焊膏及其制備方法，該助焊膏主要用于制備錫基合金焊膏。所述助焊膏重量配比為松香和/或松香衍生物30～60％，活性劑5～20％，觸變劑3～12％，高效表面活性劑0.3～2％，緩蝕劑0.1～1.5％，溶劑30～60％，所述組分之和為100％。所述助焊膏不含鹵素，在制備過程中活性劑采用了低溫乳化分散技術(shù)，具有較高的活性和穩(wěn)定性，生產(chǎn)的錫膏具有良好的潤濕性，能夠達(dá)到和含鹵產(chǎn)品相同的焊接效果，且焊后殘留物更穩(wěn)定，產(chǎn)品可靠性更高。
文檔編號B23K35/363GK102581523SQ20121007532
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者盧茂成, 朱捷 申請人:瑞瑪泰(北京)科技有限公司