CN105345314B

CN105345314B - 一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂

Info

Publication number: CN105345314B
Application number: CN201510518008.1A
Authority: CN
Inventors: 戴爱斌; 徐成群; 邓勇
Original assignee: Jiang Suguang Noboru New Material Co Ltd
Current assignee: Jiang Suguang Noboru New Material Co Ltd
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: CN105345314A

Abstract

本发明公开了一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，所用原料及质量百分比为：溶剂、松香、表面活性剂、触变剂、有机酸、有机胺、缓蚀剂，其质量百分比为：20%〜30%：30%〜50%：3%〜8%：2%〜5%：5%〜10%：2%〜5%：2%〜5%。本发明技术与现有工艺比较，具有如下优点：1、每一粒锡粉都在助焊剂的包裹中，与助焊剂完全接触，印刷过程中不易粘网粘刮刀，减小了漏印、少锡膏等缺陷；2、锡粉表面的纳米粒子减少了锡粉与锡粉之间的摩擦，提高了焊锡膏的印刷寿命；3、触变剂形成细密的防沉网状结构，不致于析出较大结晶，造成假稠现象；4、添加聚酰胺树脂纳米粉末，使焊锡膏中每粒锡粉保持与助焊剂良好的接触，提高助焊剂的助焊效率。

Description

一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种高精密度纳米焊锡膏用助焊剂。

背景技术

随着电子信息产品的小型化，PCB板上元器件的组装密度越来越高，焊盘间距越来越小，使得各国对焊锡膏质量要求也越来越严格，超细间距的焊盘间距以及在半导体固晶导电银胶的替代上，高精密度的焊锡膏越来越受到重视。

根据焊盘大小选择锡粉粒径的范围，随着焊盘尺寸的间距离越来越小，只依靠降低锡粉粒径已不能完全解决问题。锡粉的粒径越小，表面积越大，氧含量也越大，这就需要锡膏助焊剂有良好的除氧能力，活性太强容易使助焊剂与锡粉在使用前发生化学反应而失效，因此，在不提高助焊剂活性的情况下，提高助焊剂活性和利用率可以很好的解决这一问题。

超细尺寸焊盘的印刷对锡膏的脱模性能要求非常严格，传统的依靠触变剂改善焊锡膏印刷和脱模的方法已经不能完全适应新的需要。现有技术中利用聚酰胺树脂的流变及防沉作用，使焊锡膏具有极佳的触变性能，满足焊锡膏的印刷性能，但随着焊盘及间距尺寸的日益减小，市场上所用的聚酰胺树脂颗粒直径一般为20μm，聚酰胺树脂是在熔点以下的活性温度搅拌产生网状触变结构，对于直径小于20μm的5#（15-25μm）、6#（5-15μm）粉焊锡膏来说，已经完全不能达到要求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述工艺不足，利用纳米粒子的特殊性能，提高助焊剂的活性使用效率，增强焊锡膏的脱模性能，达到精密印刷、焊接的要求，提供一种润湿性、印刷性、助焊性、耐腐蚀性良好且能适应5~45μm锡粉的无铅焊锡膏用无卤素助焊剂。

本发明的技术解决方案：

一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，其特征在于：所用原料及质量百分比为：溶剂、松香、表面活性剂、触变剂、有机酸、有机胺、缓蚀剂，其质量百分比为：20%30%：30%50%：3%8%：2%5%：5%10%：2%5%：2%5%。

所述溶剂为二乙二醇单辛醚、三丙二醇丁醚、异丙醇中的一种或两种以上组合。

所述松香为歧化松香、马来松香、全氢松香中的两种或三种以上组合。

所述表面活性剂为OP-10乳化剂、聚氧乙烯甘油醚中的一种或两种组合物。

所述触变剂为聚酰胺树脂纳米粉体。

所述聚酰胺树脂纳米粉体通过如下制备步骤得到：（1）将聚酰胺树脂和乙醇溶剂按3：7质量比例加入到高压釜中，并加入占总量1%的羟乙基纤维素作为防凝剂，加热至150~170℃的同时不断搅拌，直至聚酰胺树脂完全溶解；

（2）继续搅拌并以2℃/min速度降温至70℃，析出粒径为20~50nm的聚酰胺树脂粉末颗粒；

（3）停止搅拌，降温至室温后取出高压釜中物料，分离聚酰胺树脂粉末和乙醇溶剂，干燥后获得纯净的聚酰胺树脂纳米粉体；

（4）作为触变剂，聚酰胺树脂在锡膏助焊剂中的含量为2%-5%。

所述有机酸为水杨酸、苹果酸、16酸、24酸中的一种或两种以上组合。

所述有机胺为三乙醇胺、二乙醇胺中的一种或两种组合。

所述缓蚀剂为苯并三氮唑。

一种高精密度纳米焊锡膏用助焊剂的制备，其特征在于：包括以下步骤：

一、按比例称取上述原料备用；

二、将溶剂、松香加入反应容器中，加热至115℃125℃并搅拌至完全溶解；

三、降温至75℃85℃，加入有机酸、有机胺、缓蚀剂，控制温度在75℃85℃搅拌至充分混合均匀；

四、继续降温至20℃25℃，加入表面活性剂、触变剂，搅拌并抽真空至混合均匀，制得混合溶液；

五、用三辊研磨机将步骤四中所得混合溶液中的固体颗粒研磨至5μm以下，即制得本发明的助焊剂，并用不锈钢或塑料容器密封保存。

本发明技术与现有工艺比较，具有如下优点：

1、为了达到良好的触变性能，目前助焊剂的生产工艺一般使用氢化蓖麻油的衍生物作为触变剂，聚酰胺树脂就是最常用的一种，市场使用的触变剂粉状颗粒直径一般为20μm，这对于锡粉粒径小于20μm（5#、6#）的焊锡膏来说，锡粉会产生小团聚现象（如图1所示），印刷过程中，锡粉与锡粉之间缺少助焊剂的润滑，摩擦加剧印刷寿命缩短，焊接过程中，各锡粉与助焊剂的接触面不同，部分锡粉因助焊不足而产生氧化，形成小锡球现象；使用纳米技术助焊剂的焊锡膏，由于防沉网状结构的更加细密，确保每一粒锡粉都在助焊剂的包裹中，与助焊剂完全接触（如图2所示），由于纳米颗粒的量子力学原理，表面能较大的纳米粒子可以很好地阻止锡粉产生团聚，印刷过程中不易粘网粘刮刀，减小了漏印、少锡膏等缺陷；

2、对于较大粒径锡粉，普通助焊剂因为触变剂粒子较大，与普通固体性能无异，长时间印刷会导致锡粉以及其他固体颗粒之间的摩擦，摩擦至一定程度，颗粒表面***糙，印刷中容易发热使锡粉与助焊剂中活性物质产生化学反应使焊锡膏失效，降低了焊锡膏的印刷寿命；添加了纳米粒子的焊锡膏在每颗焊锡粉表面形成细密的网状结构，焊锡粉表面覆盖了一层纳米粒子（如图3所示），根据量子力学原理，表面能非常大的纳米粒子印刷的运动过程中，表现极大的活跃性，使锡粉等较大颗粒的固体料子不易粘附在印刷钢网上，锡粉表面的纳米粒子减少了锡粉与锡粉之间的摩擦，提高了焊锡膏的印刷寿命；

3、现有锡膏助焊剂生产工艺一般在冷却过程中不再搅拌，这样容易在冷却过程中析出不可控的晶体尺寸，使助焊剂产生假稠现象；本发明在所有原料均混合均匀后，仍以较低转速进行搅拌，使助焊剂保持运动状态，触变剂可以形成更加细密的防沉网状结构，不致于析出较大结晶，造成假稠现象；

4、在不同配方的锡膏助焊剂中添加聚酰胺树脂纳米粉末，使用纳米粒子包裹技术，使焊锡膏中每粒锡粉保持与助焊剂良好的接触，提高助焊剂的助焊效率。

附图说明

图1为常规聚酰胺与锡粉形成的网状防沉结构示意图。

图2为本发明纳米聚酰胺树脂防沉网状结构示意图。

图3为本发明纳米助焊剂在4#粉锡膏中产生的网状防沉结构示意图。

其中：1－锡粉；2－聚酰胺树脂颗料；3-溶剂。

具体实施例

实施例1：

1、取聚酰胺树脂4g、乙醇10g、羟乙基纤维素0.14g加入到高压釜中，加热至150~170℃的同时不停搅拌，直至聚酰胺树脂完全溶解；继续搅拌并以2℃/min速度降温至70℃，停止搅拌降温至室温，取出高压釜中物料，分离粉末和溶剂，干燥后获得纯净的聚酰胺树脂纳米颗粒4g；

2、将二乙二醇单辛醚28.5g、全氢松香35g、歧化松香15g加入反应容器中，加热至115℃搅拌，直至松香完全溶解于二乙二醇单辛醚中；降温至75℃，加入16酸3g、24酸2.5g，三乙醇胺2g，苯并三氮唑3.5g，充分搅拌至混合均匀；冷却至20℃，加入聚氧乙烯甘油醚5.5g，聚酰胺树脂纳米粉末4g，搅拌并抽真空至其混合均匀，用三辊研磨机将混合均匀溶液中的固体颗粒研磨至10μm以下，即制得无铅焊锡膏用无卤素纳米助焊剂100g。

实施例2：

1、取聚酰胺树脂5g、乙醇11.7g、羟乙基纤维素0.17g加入到高压釜中，加热至150~170℃的同时不停搅拌，直至聚酰胺树脂完全溶解；继续搅拌并以2℃/min速度降温至70℃，停止搅拌降温至室温，取出高压釜中物料，分离粉末和溶剂，干燥后获得纯净的聚酰胺树脂纳米颗粒5g；

2、将三乙二醇单丁醚30g、全氢松香34g、马来松香13g加入反应容器中，加热至117℃搅拌，直致松香完全溶解于溶剂中；降温至77℃，加入水杨酸4g、24酸3g、三乙醇胺2g、苯并三氮唑2.5g，充分搅拌至混合均匀；冷却至22℃，加入聚氧乙烯甘油醚6.5g，氢化蓖麻油5g，搅拌并抽真空至其混合均匀，用三辊研磨机将混合均匀溶液中的固体颗粒研磨至10μm以下，即制得无铅焊锡膏用无卤素纳米助焊剂100g。

实施例3：

2、将三乙二醇单丁醚28g、全氢松香30g、歧化松香13g、马来松香5g加入反应容器中，加热至119℃搅拌，直至松香完全溶解于溶剂中；降温至79℃，加入24酸7g，二乙醇胺2g，苯并三氮唑3.5g，充分搅拌至混合均匀；冷却至22℃，加入聚氧乙烯甘油醚6.5g，聚酰胺树脂5g，搅拌并抽真空至其混合均匀，用三辊研磨机将混合均匀溶液中的固体颗粒研磨至5μm以下，即制得无铅焊锡膏用无卤素纳米助焊剂100g。

实施例4（常规锡膏助焊剂的制备）：

将三乙二醇单丁醚28g、全氢松香30g、歧化松香12g、马来松香5g加入反应容器中，加热至121℃搅拌，直至松香完全溶解于溶剂中；降温至81℃，加入16酸5g、水杨酸2.5g，二乙醇胺2g，苯并三氮唑3.5g，充分搅拌至混合均匀；冷却至25℃，加入OP-10乳化剂7g，氢化蓖麻油5g，搅拌并抽真空至其混合均匀，用三辊研磨机将混合均匀溶液中的固体颗粒研磨至10μm以下，即制得常规无铅焊锡膏用无卤素助焊剂100g。

将四个实施例制得的四个助焊剂样品分别按锡粉：助焊剂=88.5%：11.5%的重量百分比与SAC305锡粉（6#）混合，制成焊锡膏，并根据相关技术标准进行测试，其测试结果如表1所示。

由表1中实验测试数据对比可知，采用本发明技术产品作助焊剂的焊锡膏与采用现有技术产品作助焊剂的焊锡膏相比，在微细粉焊锡膏的应用中，其各项性能的稳定性都有所提升，产品的保存期和使用寿命都较长。

表1 两种工艺制备的同一配方助焊剂性能测试对比

将四个实施例制得的四个助焊剂样品分别按锡粉：助焊剂=88.5%：11.5%的重量百分比与SAC305锡粉（4#）混合，制成焊锡膏，并根据相关技术标准进行测试其测试结果如表2所示。

由表2中实验测试数据对比可知，采用本发明技术产品作助焊剂的焊锡膏与采用现有技术产品作助焊剂的焊锡膏相比，在常规粉焊锡膏的应用中，其脱模性能有所提升，产品的保存期和使用寿命都有所延长。

表2 两种工艺制备的同一配方助焊剂性能测试对比

Claims

1.一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，其特征在于：所用原料及质量百分比为：溶剂、松香、表面活性剂、触变剂、有机酸、有机胺、缓蚀剂，其质量百分比为：20%～30%：30%～50%：3%～8%：2%～5%：5%～10%：2%～5%：2%～5%，其包括以下步骤：一、按比例称取上述原料备用；二、将溶剂、松香加入反应容器中，加热至115℃～125℃并搅拌至完全溶解；三、降温至75℃～85℃，加入有机酸、有机胺、缓蚀剂，控制温度在75℃～85℃搅拌至充分混合均匀；四、继续降温至20℃～25℃，加入表面活性剂、触变剂，搅拌并抽真空至混合均匀，制得混合溶液；五、用三辊研磨机将步骤四中所得混合溶液中的固体颗粒研磨至5μm以下，即制得本发明的助焊剂，并用不锈钢或塑料容器密封保存，所述触变剂为聚酰胺树脂纳米粉体，所述聚酰胺树脂纳米粉体通过如下制备步骤得到：（1）将聚酰胺树脂和乙醇溶剂按3：7质量比例加入到高压釜中，并加入占总量1%的羟乙基纤维素作为防凝剂，加热至150～170℃的同时不断搅拌，直至聚酰胺树脂完全溶解；（2）继续搅拌并以2℃/min速度降温至70℃，析出粒径为20～50nm的聚酰胺树脂粉末颗粒；（3）停止搅拌，降温至室温后取出高压釜中物料，分离聚酰胺树脂粉末和乙醇溶剂，干燥后获得纯净的聚酰胺树脂纳米粉体；（4）作为触变剂，聚酰胺树脂在锡膏助焊剂中的含量为2%-5%。

2.根据权利要求1所述一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，其特征在于：所述溶剂为二乙二醇单辛醚、三丙二醇丁醚、异丙醇中的一种或两种以上组合。

3.根据权利要求1所述一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，其特征在于：所述松香为歧化松香、马来松香、全氢松香中的两种或三种以上组合。

4.根据权利要求1所述一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，其特征在于：所述表面活性剂为OP-10乳化剂、聚氧乙烯甘油醚中的一种或两种组合物。

5.根据权利要求1所述一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，其特征在于：所述有机酸为水杨酸、苹果酸、16酸、24酸中的一种或两种以上组合。

6.根据权利要求1所述一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，其特征在于：所述有机胺为三乙醇胺、二乙醇胺中的一种或两种组合。

7.根据权利要求1所述一种高精密纳米焊锡膏用助焊剂，其特征在于：所述缓蚀剂为苯并三氮唑。