專利名稱：一種膏狀助焊劑的制備方法
一種膏狀助焊劑的制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電子工業(yè)軟釬焊用焊錫膏領(lǐng)域，具體涉及一種膏狀助焊劑的制備方法。該助焊劑主要應(yīng)用于制備焊錫膏，尤其適用于電子工業(yè)的表面貼裝工藝。
背景技術(shù)：
電子工業(yè)要把大量的電子元器件通過焊接的方式安裝到印制電路板上。良好可靠的焊點(diǎn)形成需要熔融的焊料在非常潔凈的金屬表面進(jìn)行浸潤、擴(kuò)散和冶金結(jié)合。而印制電路板、電子元器件或被焊接材質(zhì)的金屬表面在制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)中被氧化的可能性幾乎是100%。因而，電子工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)焊接材質(zhì)表面氧化層的處理是十分關(guān)鍵的，常需要使用大量的助焊化學(xué)品對(duì)金屬表面的氧化層和污染物進(jìn)行清潔以增加潤濕，加速焊接的進(jìn)程， 從而提高生產(chǎn)的良率和產(chǎn)品的可靠性。
電子工業(yè)大量使用的焊接制程有兩種，一種是波峰焊，另一種是回流焊。波峰焊制程適用于插裝元器件，使用的助焊材料稱為助焊劑或液態(tài)助焊劑?；亓骱钢瞥踢m用于表面貼裝元器件，使用的助焊材料稱為焊錫膏或錫膏。焊錫膏是由超細(xì)合金焊料粉(20-75微米) 和膏狀助焊劑(助焊膏)混合攪拌而成的具有一定粘性及觸變特性的膏狀體。焊錫膏的膏狀性能使其能運(yùn)用于自動(dòng)印刷設(shè)備，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高速的、大批量的生產(chǎn)。在貼裝元件時(shí)，焊錫膏用作元件引線(或電極)與印制板焊盤之間的粘接材料，使元件在印制板上定位；在再流焊時(shí)，焊錫膏中的合金粉末熔化以后在元件引線和焊盤之間形成焊點(diǎn)，完成電氣連接與機(jī)械連接的雙重作用。
膏狀助焊劑包含樹脂、觸變劑、溶劑、活化劑、緩蝕劑及其他助劑。助焊劑在焊錫膏中有兩個(gè)功能一是幫助焊接，即在受熱時(shí)去除金屬氧化物，助焊劑中需添加活化劑(例如 丁二酸等有機(jī)酸、三乙醇胺等有機(jī)胺)，二是作為焊料粉的載體，助焊劑需添加樹脂、溶劑等調(diào)配成合適的膏狀。
助焊劑需添加觸變劑以使其具備流變學(xué)特性，從而使助焊劑具備如下功能1)在貯藏和使用時(shí)可作為焊料粉懸浮的載體；2)在焊錫膏印刷工藝中，使焊錫膏在印刷的時(shí)候容易流動(dòng)，但印刷完成后不能流動(dòng)；3)回流過程中受熱不會(huì)出現(xiàn)塌落，進(jìn)而減少焊接的橋接現(xiàn)象。焊錫膏中使用的常見觸變劑有氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油、硬脂酸酰胺、亞乙基雙硬脂酸酰胺等。
塌落是焊錫膏的重要指標(biāo)之一。焊錫膏塌落相關(guān)檢驗(yàn)方法有1)中國《錫鉛膏狀焊料通用規(guī)范》(SJ/T 11186-1998) ;2)美國《焊膏要求》(IPC/J-STD-005) ；3)日本《焊膏要求》(JIS Z3284)。這些檢測方法中都規(guī)定了兩種測試條件，一種是將印刷有焊膏圖形的測試板置于溫度為(25士5) °C、相對(duì)濕度為(50士 10)%的環(huán)境中停留10-15分鐘，稱之為冷塌落測試；第二種是將印刷有焊膏圖形的測試板置于溫度為(150士 10) ！的條件下10-15 分鐘，稱之為熱塌落。焊錫膏產(chǎn)生塌落有很多原因，造成冷塌落的主要原因是由于焊錫膏觸變性太低所導(dǎo)致的。熱塌落是指隨著印制電路板在回流過程中溫度的升高，焊錫膏粘度降低，觸變劑所形成的凝膠觸變結(jié)構(gòu)失效，膏狀助焊劑失去了對(duì)焊料粉的支撐能力，焊錫膏印刷圖形出現(xiàn)崩塌?？篃崴湫允侵负稿a膏在焊料熔化之前保持焊錫膏在印刷時(shí)的形狀的能力，絕大多數(shù)的焊錫膏使用場合都要求焊料熔化前保持印刷時(shí)的形狀。
改性氫化蓖麻油作為觸變劑、增稠劑廣泛應(yīng)用于涂料、油墨行業(yè)，主要用于提高涂料、油墨的流平性、抗流掛性能。在涂料、油墨行業(yè)中，作為觸變劑的改性氫化蓖麻油適用于中等極性溶劑使用，簡單高速分散即能達(dá)到高觸變、抗流掛的效果。在焊錫膏助焊劑中使用改性氫化蓖麻油做觸變劑是常見的，有專利及文獻(xiàn)資料可查。其改善膏體抗塌落能力的技術(shù)原理與在涂料、油墨行業(yè)抗流掛性能類似。但在一般的使用工藝下只能解決焊錫膏的冷塌落問題，不能很好解決熱塌落問題。
專利CN1123210A中公開了三種錫粉表面處理方法來提高錫膏的穩(wěn)定性。該專利未涉及焊劑組合物。專利CN1184017A中指出，用10個(gè)碳原子以上的聚鹵脂肪族化合物或脂環(huán)式化合物作為活化劑，這樣調(diào)配而成的焊錫膏既具有良好的潤濕性能而又具有良好的貯存穩(wěn)定性。通過重復(fù)該專利實(shí)施例，我們發(fā)現(xiàn)其印刷性特別是抗熱塌落性不是十分理想。 專利CN100336626C公開了一種無鉛焊膏用松香型無鹵素助焊劑，通過優(yōu)化配方提高了助焊性能，解決了高溫氧化嚴(yán)重的問題，通過重復(fù)該專利實(shí)施例，我們發(fā)現(xiàn)其抗熱塌落性不是十分理想。
提供焊錫膏優(yōu)良抗熱塌落性的技術(shù)路線主要有兩種。技術(shù)路線之一是選用常規(guī)觸變劑在相對(duì)簡單的分散乳化工藝下使用，助焊劑配方中添加室溫或低溫有去除氧化物能力的活化劑。工藝通常有兩種1)與松香、溶劑等組分一起加熱溶解后冷卻，有時(shí)冷卻后使用三輥研磨機(jī)進(jìn)行研磨；2)松香、溶劑等組分加熱溶解后冷卻，使用高速乳化機(jī)在40-60度溫度下進(jìn)行分散乳化，之后慢速攪拌冷卻。上述兩種工藝中，焊錫膏能很好的滿足使焊料粉懸浮及解決冷塌落問題，但抗熱塌落性能很差，所添加的活化劑在室溫或低溫下有去除錫粉表面氧化物的能力，錫粉的氧化物被去除后錫粉顆粒之間產(chǎn)生凝聚力，使焊錫膏不至于出現(xiàn)崩塌。第二條技術(shù)路線是優(yōu)選合適的觸變劑，調(diào)節(jié)適當(dāng)溶劑極性，采用恰當(dāng)分散乳化工藝，使觸變劑形成的凝膠觸變結(jié)構(gòu)即使被加熱到150°C以上的高溫，仍不失效，可持續(xù)對(duì)焊料粉末產(chǎn)生支撐作用，印刷圖形不出現(xiàn)崩塌。第一條路線助焊劑配方中所添加的活化劑在室溫或低溫有較強(qiáng)的去除氧化物能力，而在貯存及印刷過程中，錫粉表面氧化物被去除， 潔凈的金屬表面將產(chǎn)生強(qiáng)的凝聚力，導(dǎo)致焊錫膏的粘度提高，嚴(yán)重時(shí)焊錫膏失去流動(dòng)性不能順利印刷，焊錫膏必須冷藏貯存減緩粘度的變化。第二條路線則不存在這種情況，焊錫膏可添加室溫或低溫下無去除氧化物能力的活化劑，活化劑在高溫下才發(fā)揮去除氧化物作用，焊錫膏從貯存到印刷產(chǎn)生的粘度變化極小，可實(shí)現(xiàn)焊錫膏的常溫貯存。焊錫膏解決熱塌落問題采用第二條路線的專利、文獻(xiàn)是很少的。專利CN 100349688C指出，用熔點(diǎn)高達(dá) 245-250°C的二亞(對(duì)甲基)芐基山梨糖醇為主體的復(fù)配流變體系可提高焊錫膏的抗冷熱塌落，該專利重點(diǎn)講述了復(fù)配流變體系的組成，并未涉及其制備方法。
“后增稠”是涂料生產(chǎn)的常見問題。涂料后增稠定義涂料制備后粘度在貯存過程中不斷變化的現(xiàn)象。焊錫膏制備某些情況下也會(huì)產(chǎn)生類似現(xiàn)象。例如使用氫化蓖麻油作為增稠劑，助焊劑配方中添加大量的可溶性胺類化合物，制備好的膏狀助焊劑及焊錫膏在貯存期間都會(huì)隨著時(shí)間的推移而粘度上升。焊錫膏制備產(chǎn)生“后增稠”現(xiàn)象的真正原因是未知的，參考涂料行業(yè)對(duì)“后增稠”現(xiàn)象的理解可這樣解釋可溶性胺類化合物在助焊劑中提供了大量的極性基團(tuán)，這些極性基團(tuán)在助焊劑乳化分散生產(chǎn)過程中幫助觸變劑形成凝膠觸變結(jié)構(gòu)，具有增稠、觸變的效果。但在助焊劑貯存及攪拌成焊錫膏后繼續(xù)發(fā)揮作用，形成新的凝膠觸變結(jié)構(gòu)，使粘度上升。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種膏狀助焊劑的制備方法，所制備的膏狀助焊劑主要應(yīng)用于與超細(xì)焊料粉末通過真空攪拌混合形成焊錫膏所制備的焊錫膏，具有良好的抗熱塌落性，同時(shí)貯存和印刷過程中有良好的粘度穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生 “后增稠”現(xiàn)象。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種膏狀助焊劑的制備方法，制備該膏狀助焊劑的原料中包括樹脂、溶劑、胺類活化劑、觸變劑、有機(jī)酸活化劑和緩蝕劑。
制備助焊劑的方法包括如下步驟a)將樹脂和溶劑攪拌加熱到樹脂完全溶解后冷卻到80°C士2°C，再加入胺類活化劑攪拌至完全溶解；b)加入觸變劑，用乳化設(shè)備在50°C士2°C下恒溫乳化分散，使觸變劑形成觸變性凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；c)加入有機(jī)酸活化劑，與胺類活化劑反應(yīng)生成鹽類化合物，再加入緩蝕劑攪拌溶解鹽類化合物；d)慢速攪拌冷卻至室溫即得膏狀助焊劑。
上述樹脂選自聚合松香、氫化松香、改性松香、或亞克力松香中的一種，樹脂的添加量為助焊劑總質(zhì)量的20-60%。
上述溶劑的沸點(diǎn)為200-300°C，且所述溶劑為一種極性較強(qiáng)的溶劑和一種極性較弱的溶劑混合復(fù)配。所述極性相對(duì)較強(qiáng)的溶劑為醇類溶劑、酯類有機(jī)溶劑、醇醚類溶劑，所述極性相對(duì)較弱的溶劑為碳?xì)漕愑袡C(jī)溶劑或芳香族有機(jī)溶劑。溶劑添加量為助焊劑總質(zhì)量的 20-50%ο
上述觸變劑為改性氫化蓖麻油，觸變劑的添加量為助焊劑總質(zhì)量的3_8%。
上述胺類活化劑優(yōu)選自單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基咪唑、N-乙基咪唑、苯基咪唑、2-乙基咪唑、或環(huán)己胺中的一種，胺類活化劑的添加量為助焊劑總質(zhì)量的2-5%。
上述有機(jī)酸活化劑選自丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、蘋果酸、 或馬來酸中的一種。
上述緩蝕劑選自1，2，3-苯駢三氮唑、苯駢咪唑或甲基苯駢三氮唑中的一種，緩蝕劑的添加量為助焊劑總質(zhì)量的0. 05-10 %。
此外，制備該膏狀助焊劑的原料中還可以包括抗氧化劑或潤滑劑，以增強(qiáng)助焊劑的抗氧化或潤滑性能。
本發(fā)明的有益效果是在制備步驟中首先將樹脂、溶劑加入反應(yīng)釜中攪拌加熱到樹脂完全溶解，然后冷卻，再加入胺類活化劑攪拌至完全溶解。加入觸變劑并使用高速剪切乳化設(shè)備進(jìn)行恒溫乳化分散，在高速乳化條件下，觸變劑形成發(fā)達(dá)且具有觸變性凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所加入的胺類活化劑可提高松香溶液的極性，促進(jìn)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，使觸變劑活化更充分并縮短改性氫化蓖麻油類觸變劑的活化時(shí)間。待高速乳化一段時(shí)間觸變劑活化完成后，再加入有機(jī)酸活化劑，有機(jī)酸活化劑與之前加入的胺類活化劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成鹽類化合物，鹽類化合物以細(xì)小晶粒的方式析出，加入緩蝕劑等其他助劑攪拌溶解，最后慢速攪拌冷卻即得膏狀助焊劑。膏狀助焊劑與合金焊料粉末按一定比例配比后用行星攪拌機(jī)攪拌均勻可制得成品焊錫膏。所加入有機(jī)酸活化劑是通過嚴(yán)格計(jì)算的，適度過量，胺類活化劑幾乎全部析出，恢復(fù)溶液的初始極性，減緩觸變劑繼續(xù)形成凝膠觸變結(jié)構(gòu)，避免了后增稠現(xiàn)象。這種方法所制備的焊錫膏觸變性良好，抗熱塌落性得到大幅度提升，焊錫膏在長時(shí)間貯存的粘度穩(wěn)定，印刷、焊接等其他方面性能也是滿足的。
具體地講，用于攪拌焊錫膏的焊料粉末可以是通過離心或超聲霧化工藝霧化或篩分而得。焊料粉末通常是球形的，顆粒大小與常規(guī)所用的相同，通常為25 — 45 μ m、 20 - 38μπι或更細(xì)。對(duì)所選用的焊料合金也沒有特別限制，可以使用傳統(tǒng)的Sn63Pb37、 Sn62Pb36Ag2合金，也可以使用新型的無鉛合金，例如=SnAgCu, SnAg, SnBi、SnBiCu、 SnBiAg, SnBiCuSb等。這些焊料合金還可包括一個(gè)或多個(gè)Bi、In、Ag、Ni、Co、Mo、Fe、P、Ge 或類似物。
此外，本發(fā)明所采用溶劑的沸點(diǎn)優(yōu)選為200-300°C，可用醇類、醇醚類、酯類、碳?xì)漕惢蚍枷阕逵袡C(jī)溶劑，例如二甘醇、三甘醇、乙基己二醇、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單己醚、二乙二醇單辛醚、二乙二醇二丁醚、二甘醇乙醚、丙二醇苯醚、二甲苯等。二甘醇、三甘醇等極性相對(duì)較強(qiáng)的溶劑溶解松香，活化劑能力強(qiáng)，會(huì)造成酸胺中和反應(yīng)生成的鹽不析出，單獨(dú)使用是不適當(dāng)?shù)摹Ｌ細(xì)漕?、芳香族等極性相對(duì)較弱的溶劑存在松香溶解性太差或與焊料粉末親和性差的現(xiàn)象。本發(fā)明優(yōu)選的是兩類溶劑的混合復(fù)配，溶劑添加量為助焊劑質(zhì)量的 20-50 %。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所采用的觸變劑為改性氫化蓖麻油，可在市場上買到該產(chǎn)品。例子包括CRAYVALLAC SF (CRAY VALLEY 公司)、Luvotix R-RF (Lehmann & Voss & Co. KG)、 RC-HST (長興協(xié)和高分子材料有限公司)等，觸變劑的優(yōu)選添加量為助焊劑質(zhì)量的3-8%。
本發(fā)明所采用的有機(jī)酸活化劑優(yōu)選自丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、蘋果酸、馬來酸等有機(jī)酸。有機(jī)酸活化劑的添加量是經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算的，計(jì)算胺類活化劑的胺基數(shù)量，得出用于中和胺基所需有機(jī)酸活化劑羧基的數(shù)量，推算出有機(jī)酸添加量，實(shí)際添加量優(yōu)選為105%-130%，基于推算得到的有機(jī)酸添加量。
助焊劑的制備中使用的反應(yīng)釜帶有導(dǎo)熱夾套，夾套內(nèi)通導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油溫度可通過控溫設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)物料溫度的控制。所述反應(yīng)釜附帶有三組攪拌機(jī)構(gòu)，一組是錨式攪拌用于刮壁，用于加強(qiáng)物料與導(dǎo)熱油的熱交換；一組是鋸齒狀攪拌機(jī)構(gòu)，與錨式攪拌一起達(dá)到劇烈攪拌物料，加速溶解，并且無死角；第三組是高剪切分散乳化機(jī)構(gòu)，用于高剪切分散乳化。
具體實(shí)施方式
以下借助實(shí)施例和對(duì)比例來詳細(xì)描述本發(fā)明，通過實(shí)施例與對(duì)比例的檢驗(yàn)測試來說明本發(fā)明達(dá)到的顯著作用，參見表1。實(shí)施本發(fā)明的方式不限于實(shí)施例，而僅僅是舉例說明。
表1各助焊劑的組分及含量配比
權(quán)利要求
1.一種膏狀助焊劑的制備方法，其特征在于制備該膏狀助焊劑的原料中包括樹脂、 溶劑、胺類活化劑、觸變劑、有機(jī)酸活化劑和緩蝕劑，其制備方法包括如下步驟a)將樹脂和溶劑攪拌加熱到樹脂完全溶解后冷卻到78-82°C，再加入胺類活化劑攪拌至完全溶解；b)加入觸變劑，用乳化設(shè)備在48-52°C下恒溫乳化分散，使觸變劑形成觸變性凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；c)加入有機(jī)酸活化劑，與胺類活化劑反應(yīng)生成鹽類化合物，再加入緩蝕劑攪拌溶解鹽類化合物；d)慢速攪拌冷卻至室溫即得膏狀助焊劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述膏狀助焊劑的制備方法，其特征在于所述樹脂選自聚合松香、 氫化松香、改性松香、或亞克力松香中的一種，樹脂的添加量為助焊劑總質(zhì)量的20-60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述膏狀助焊劑的制備方法，其特征在于所述溶劑的沸點(diǎn)為 200-300°C，且所述溶劑為一種極性較強(qiáng)的溶劑和一種極性較弱的溶劑混合復(fù)配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述膏狀助焊劑的制備方法，其特征在于所述溶劑添加量為助焊劑總質(zhì)量的20-50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述膏狀助焊劑的制備方法，其特征在于所述觸變劑為改性氫化蓖麻油，觸變劑的添加量為助焊劑總質(zhì)量的3-8%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述膏狀助焊劑的制備方法，其特征在于所述胺類活化劑優(yōu)選自單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基咪唑、N-乙基咪唑、苯基咪唑、2-乙基咪唑、或環(huán)己胺中的一種，胺類活化劑的添加量為助焊劑總質(zhì)量的2-5 %。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述膏狀助焊劑的制備方法，其特征在于所述有機(jī)酸活化劑選自丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、蘋果酸、或馬來酸中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述膏狀助焊劑的制備方法，其特征在于所述緩蝕劑選自 1,2, 3-苯駢三氮唑、苯駢咪唑或甲基苯駢三氮唑中的一種，緩蝕劑的添加量為助焊劑總質(zhì)量的 0. 05-10 %。
全文摘要
本發(fā)明提供一種膏狀助焊劑的制備方法，該助焊劑的原料中包括樹脂、溶劑、胺類活化劑、觸變劑、有機(jī)酸活化劑和緩蝕劑，其制備方法包括如下步驟a)將樹脂和溶劑攪拌加熱到樹脂完全溶解后冷卻，再加入胺類活化劑攪拌至完全溶解；b)加入觸變劑，用乳化設(shè)備恒溫乳化分散，使觸變劑形成觸變性凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；c)加入有機(jī)酸活化劑，與胺類活化劑反應(yīng)生成鹽類化合物，再加入緩蝕劑攪拌溶解鹽類化合物；d)慢速攪拌冷卻至室溫即得膏狀助焊劑。所制備的膏狀助焊劑主要應(yīng)用于與超細(xì)焊料粉末通過真空攪拌混合形成焊錫膏所制備的焊錫膏，具有良好的抗熱塌落性，同時(shí)貯存和印刷過程中有良好的粘度穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生“后增稠”現(xiàn)象。
文檔編號(hào)B23K35/363GK102513734SQ20111044358
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者孫洪日, 羅禮偉, 鄭序漳 申請人:廈門市及時(shí)雨焊料有限公司