一种水洗高铅焊锡膏及其制备方法转让专利
申请号 : CN202111154345.9
文献号 : CN113878260B
文献日 : 2022-10-18
发明人 : 周志峰 , 郑伟民
申请人 : 江西小山新材料科技有限公司
摘要 :
本发明公开了一种水洗高铅焊锡膏及其制备方法，该水洗高铅焊锡膏按重量百分比包括焊料87.5％‑88.5％、助焊膏11.5％‑12.5％；其中，所述焊料为锡铅银系列合金粉，所述助焊膏由以下重量百分比的原料组成：三丙二醇丁醚12％‑16％、三丙二醇10％‑15％、β‑松油醇23％‑29％、乙二胺9.6％‑15.5％、2,2‑二羟甲基丙酸13％‑17％、琥珀酸8％‑12％、2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇2.5％‑5.2％、Elhal CSA‑25 2.3％‑4.8％、三乙醇胺3％‑6％。本发明还提供了该水洗高铅焊锡膏的制备方法，根据本发明方法制备的焊锡膏成本低、耐高温、润湿性好、焊点强度高，焊接后的元器件可直接用去离子水清洗，清洗后无残留，适用于不同材料的电子元器件或电路等众多技术领域，特别是需要在高温工作场所运行的仪器、医疗军工等需高可靠性的设备，具有广阔的应用前景。
权利要求 :
1.一种水洗高铅焊锡膏，其特征在于，所述水洗高铅焊锡膏按重量百分比包括焊料
87.5%‑88.5%、助焊膏11.5%‑12.5%；所述焊料为锡铅银系列合金粉；所述助焊膏由以下重量百分比的原料组成：
2.根据权利要求1所述一种水洗高铅焊锡膏，其特征在于，所述锡铅银系列合金粉为高铅锡合金粉，具体组分重量百分比为：4.0%‑5.5% Sn，2.25%‑2.85% Ag，余量为Pb。
3.根据权利要求2所述一种水洗高铅焊锡膏，其特征在于，所述高铅锡合金粉粒径范围为20‑45 μm，其中粒径35 μm±2 μm的颗粒需占合金粉总质量的60%‑70%。
4.如权利要求1‑3任一项所述一种水洗高铅焊锡膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制备助焊膏：
A、按助焊膏原料配比称取各原料备用；
B、将三丙二醇丁醚、三丙二醇混合加入温控乳化机内加热至100‑120℃，以200 r/min搅拌5‑10 min，然后加入β‑松油醇以1000 r/min再搅拌30‑40 min，得到混合物I；
C、将混合物I降温冷却至80‑90℃，加入乙二胺以800 r/min搅拌5‑10 min，得到混合物II；
D、将混合物II降温冷却至70‑75℃，依次加入2,2‑二羟甲基丙酸、琥珀酸和2,3‑二溴‑
1,4‑丁烯二醇并以1200 r/min搅拌50‑60 min，得到混合物III；
E、将混合物III降温冷却至50‑55℃，依次加入鲸蜡硬脂醇聚醚‑25和三乙醇胺并以
1200 r/min搅拌30‑50 min后抽真空，待温度降至室温后转入5‑10℃环境中静置过夜，然后取出多次研磨后再转入5‑10℃环境中静置过夜得到助焊膏；
2）按所述水洗高铅焊锡膏焊料、助焊膏配比取锡铅银系列合金粉及步骤1）所得助焊膏，二者混合在室温下用双行星锡膏搅拌机并以25 r/min速度搅拌15‑20 min得到水洗高铅焊锡膏。
5.根据权利要求4所述一种水洗高铅焊锡膏的制备方法，其特征在于，步骤E抽真空后压力值为0.04‑0.05 MPa；所述多次研磨为在室温下研磨3‑5次。
6.根据权利要求4所述一种水洗高铅焊锡膏的制备方法，其特征在于，所述水洗高铅焊锡膏焊接后的元器件可以直接使用去离子水清洗。
说明书 :
一种水洗高铅焊锡膏及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种水洗高铅焊锡膏及其制备方法。
背景技术
[0002] 焊锡膏是伴随表面贴装技术(SMT)应运而生的一种新型焊接材料，它是一种均匀稳定的锡合金粉、助焊膏、溶剂的混合物。焊锡膏在常温下具有一定的粘性，可将电子元器件粘结在设定位置，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂的挥发，将被焊元器件与印制电路焊盘焊接在一起形成永久的合金性连接。焊锡膏适用于电子元器件、微电子封装、集成电路、变频器模块、医疗及军工电路的焊接，是电子业高科技的产物。
[0003] 我国的焊锡膏事业起步较晚，研发步伐落后于国外，无铅焊锡膏仍处于研制阶段，目前我国自主研发的无铅焊锡膏有着熔点较高、价格较高、润湿性较差、焊点强度低等缺点，在焊接性能与工艺性能上仍有待提高。因此，虽然现在焊锡膏大部分提倡无铅，但是含铅焊锡膏的可靠性和经济性，特别是高铅焊锡膏的抗高温性，是无铅焊锡膏暂时无法替代的。但是，目前市场上已有的含铅焊锡膏焊接后的元器件都是免洗或采用溶剂清洗，而部分元器件如军工或医疗设备焊接后为保证设备清洁度必须清洗，而使用溶剂清洗既增加了成本又会产生有毒、易燃等安全隐患。因此，研制一种高性能的、可水洗的高铅焊锡膏具有重大意义。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服背景技术中现有无铅焊锡膏与含铅焊锡膏的缺陷不足，提供了一种水洗高铅焊锡膏及其制备方法。本发明制备的水洗高铅焊锡膏具有成本低、抗高温性好、可焊性好、润湿性好、焊点强度高的优点，并且焊接后的元器件可以直接使用去离子水清洗，环保且安全，减少了清洗溶剂的成本、避免了有毒或易燃清洗溶剂带来的安全隐患。
[0005] 本发明具体是通过如下技术方案实现的：
[0006] 本发明一方面提供了一种水洗高铅焊锡膏，所述水洗高铅焊锡膏按重量百分比包括焊料87.5％‑88.5％、助焊膏11.5％‑12.5％；所述焊料为锡铅银系列合金粉；所述助焊膏由以下重量百分比的原料组成：
[0007]
[0008] 作为上述技术方案的进一步改进，所述锡铅银系列合金粉为高铅锡合金粉，具体组分重量百分比为：4.0％‑5.5％Sn，2.25％‑2.85％Ag，余量为Pb。
[0009] 作为上述技术方案的进一步改进，所述高铅锡合金粉粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％。
[0010] 本发明采用的高铅锡合金粉的成分、形状、尺寸分布均符合行业标准SJT11391‑2019电子产品焊接用锡合金粉的规定。
[0011] 三丙二醇丁醚是一种有机溶剂，分子式C13H28O4，中文别名PPG‑3丁醚，无色透明液体，优点是低气味、高沸点。
[0012] 三丙二醇是一种有机溶剂，分子式C9H20O4，中文别名二缩三丙二醇，沸点316.1℃(760mmHg)，本发明助焊膏中作高沸溶剂。
[0013] β‑松油醇是一种具有丁香味的高级溶剂，分子式C10H18O，中文别名萜品醇，无色黏稠液体，沸点217℃，一种环保低价格溶剂，本发明助焊膏中作稳定剂。
[0014] 乙二胺简称EDA，分子式C2H8N2，一种典型的脂肪二胺，无色或微黄色油状或水样透明液体。
[0015] 2,2‑二羟甲基丙酸简称DMPA，一种多用途有机化合物，分子式C5H10O4，中文别名二羟甲基丙酸、二羟基甲基氨。
[0016] 琥珀酸又名丁二酸，分子式C6H6O4，无色晶体，本发明助焊膏中作为活性触变增稠剂。
[0017] 2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇，分子式C4H6Br2O2，白色结晶性粉末。在助焊膏、焊锡膏生产中作为表面活性剂，高抗阻、活性强，对亮点、焊电饱满都有一定作用。
[0018] Elhal CSA‑25中文名为鲸蜡硬脂醇聚醚‑25，分子式C6H12N2O2，生产商Ethox，本发明助焊膏中作乳化剂。
[0019] 三乙醇胺，分子式C6H15NO3，无色至淡黄色透明黏稠液体，微有氨味，可用作乳化剂、增塑剂、增稠剂、稳定剂等。
[0020] 本发明另一方面提供了一种水洗高铅焊锡膏的制备方法，包括以下步骤：
[0021] 1)制备助焊膏：
[0022] A、按助焊膏原料配比称取各原料备用；
[0023] B、将三丙二醇丁醚、三丙二醇混合加热至100‑120℃，以200r/min搅拌5‑10min，然后加入β‑松油醇以1000r/min再搅拌30‑40min，得到混合物I；
[0024] C、将混合物I降温冷却至80‑90℃，加入乙二胺以800r/min搅拌5‑10min，得到混合物II；
[0025] D、将混合物II降温冷却至70‑75℃，依次加入2,2‑二羟甲基丙酸、琥珀酸和2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇并以1200r/min搅拌50‑60min，得到混合物III；
[0026] E、将混合物III降温冷却至50‑55℃，依次加入Elhal CSA‑25和三乙醇胺并以1200r/min搅拌30‑50min后抽真空，待温度降至室温后转入5‑10℃环境中静置过夜，然后取出多次研磨后再转入5‑10℃环境中静置过夜得到助焊膏；
[0027] 2)按所述水洗高铅焊锡膏焊料、助焊膏配比取高铅锡合金粉及步骤1)所得助焊膏，二者混合在室温下用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌15‑20min得到水洗高铅焊锡膏。
[0028] 作为上述技术方案的进一步改进，步骤E抽真空后压力值为0.04‑0.05MPa；所述多次研磨为在室温下研磨3‑5次。
[0029] 作为上述技术方案的进一步改进，所述水洗高铅焊锡膏焊接后的元器件可以直接使用去离子清洗。
[0030] 本发明选用三丙二醇丁醚、三丙二醇为高沸点溶剂；β‑松油醇为稳定剂并提高锡膏粘附性；乙二胺为固化剂，也有中和剂的作用；2,2‑二羟甲基丙酸为活性剂，有很好的耐热性和亲水性，能增加膏体的稳定性；琥珀酸为活性触变增稠剂，起去除金属膜焊盘表层及零件焊接部位的氧化物质的作用，同时具有降低金属表面张力的功效；2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇为活性剂，高抗阻、活性强；Elhal CSA‑25为乳化剂，它有优秀的润湿、去污和乳化能力，提供更佳的防沉、防垂作用；三乙醇胺可用作中和剂、保湿剂与润湿剂，在本产品中有着很好的抗高温润湿的效果。
[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0032] 1.本发明制备的水洗高铅焊锡膏成本低、润湿性好、焊点强度高，解决了现有无铅焊锡膏使用新能的不足。
[0033] 2.不同于现有的含铅焊锡膏，本发明制备的水洗高铅焊锡膏焊接后的元器件可以直接使用去离子清洗，环保且安全，减少了清洗溶剂的成本、避免了有毒或易燃清洗溶剂带来的安全隐患。
[0034] 3.本发明结合了现有含铅焊锡膏的优良使用性能与部分无铅焊锡膏可直接水洗的优点，制备了一种水洗高铅焊锡膏，本发明水洗高铅焊锡膏适用于不同材料的电子元器件或电路等众多技术领域，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
[0035] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0036] 实施例1
[0037] 取12g三丙二醇丁醚、10g三丙二醇加入温控乳化机内加热至120℃，以200r/min速度搅拌10分钟后，然后加入29gβ‑松油醇并以1000r/min速度再搅拌40分钟，得到混合物I；将混合物I降温冷却至90℃，加入10g乙二胺并以800r/min速度搅拌10分钟，得到混合物II；
将混合物II降温冷却至75℃温度，依次加入15g 2,2‑二羟甲基丙酸、10g琥珀酸和4g的2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇并以1200r/min速度搅拌60分钟，得到混合物III；将混合物III降温冷却至55℃，依次加入4g的Elhal CSA‑25和6g三乙醇胺并以1200r/min速度再搅拌50分钟后边搅拌边抽真空至0.05MPa，待温度降至室温后转入5℃环境中静置过夜，然后取出使用三辊机在室温下研磨4次，最后再转入5℃环境中静置过夜得到11.5g助焊膏，取88.5g的高铅锡合金粉(4.8％Sn，2.6％Ag，余量为Pb；粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％)，二者混合用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌15分钟，得到水洗高铅焊锡膏。
将混合物II降温冷却至75℃温度，依次加入15g 2,2‑二羟甲基丙酸、10g琥珀酸和4g的2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇并以1200r/min速度搅拌60分钟，得到混合物III；将混合物III降温冷却至55℃，依次加入4g的Elhal CSA‑25和6g三乙醇胺并以1200r/min速度再搅拌50分钟后边搅拌边抽真空至0.05MPa，待温度降至室温后转入5℃环境中静置过夜，然后取出使用三辊机在室温下研磨4次，最后再转入5℃环境中静置过夜得到11.5g助焊膏，取88.5g的高铅锡合金粉(4.8％Sn，2.6％Ag，余量为Pb；粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％)，二者混合用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌15分钟，得到水洗高铅焊锡膏。
[0038] 将本实施例所制水洗高铅焊锡膏进行检测得：粘度为130pa·s；润湿性1级；锡珠1级；铜板腐蚀结果无腐蚀；铜镜腐蚀(去离子水清洗后)结果未穿透；塌陷为0.2mm；表面绝缘11
阻抗(去离子水清洗后)为10 Ω。上述检测标准为JIS‑Z‑3284或IPC‑TM‑650。
阻抗(去离子水清洗后)为10 Ω。上述检测标准为JIS‑Z‑3284或IPC‑TM‑650。
[0039] 实施例2
[0040] 取16g三丙二醇丁醚、15g三丙二醇加入温控乳化机内加热至120℃，以200r/min速度搅拌10分钟后，然后加入23gβ‑松油醇并以1000r/min速度再搅拌40分钟，得到混合物I；将混合物I降温冷却至90℃，加入12g乙二胺并以800r/min速度搅拌10分钟，得到混合物II；
将混合物II降温冷却至75℃温度，依次加入16g 2,2‑二羟甲基丙酸、8g琥珀酸和4.5g的2,
3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇并以1200r/min速度搅拌60分钟，得到混合物III；将混合物III降温冷却至55℃，依次加入2.5g的Elhal CSA‑25和3g三乙醇胺并以1200r/min速度再搅拌50分钟后边搅拌边抽真空至0.05MPa，待温度降至室温后转入9℃环境中静置过夜，然后取出使用三辊机在室温下研磨4次，最后再转入9℃环境中静置过夜得到12.5g助焊膏，取87.5g的高铅锡合金粉(4.8％Sn，2.6％Ag，余量为Pb；粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％)，二者混合用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌
15分钟，得到水洗高铅焊锡膏。
将混合物II降温冷却至75℃温度，依次加入16g 2,2‑二羟甲基丙酸、8g琥珀酸和4.5g的2,
3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇并以1200r/min速度搅拌60分钟，得到混合物III；将混合物III降温冷却至55℃，依次加入2.5g的Elhal CSA‑25和3g三乙醇胺并以1200r/min速度再搅拌50分钟后边搅拌边抽真空至0.05MPa，待温度降至室温后转入9℃环境中静置过夜，然后取出使用三辊机在室温下研磨4次，最后再转入9℃环境中静置过夜得到12.5g助焊膏，取87.5g的高铅锡合金粉(4.8％Sn，2.6％Ag，余量为Pb；粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％)，二者混合用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌
15分钟，得到水洗高铅焊锡膏。
[0041] 将本实施例所制水洗高铅焊锡膏进行检测得：粘度为120pa·s；润湿性1级；锡珠1级；铜板腐蚀结果无腐蚀；铜镜腐蚀(去离子水清洗后)结果未穿透；塌陷为0.3mm；表面绝缘11
阻抗(去离子水清洗后)为10 Ω。上述检测标准为JIS‑Z‑3284或IPC‑TM‑650。
阻抗(去离子水清洗后)为10 Ω。上述检测标准为JIS‑Z‑3284或IPC‑TM‑650。
[0042] 实施例3
[0043] 取14g三丙二醇丁醚、13g三丙二醇加入温控乳化机内加热至120℃，以200r/min速度搅拌10分钟后，然后加入25gβ‑松油醇并以1000r/min速度再搅拌40分钟，得到混合物I；将混合物I降温冷却至90℃，加入11g乙二胺并以800r/min速度搅拌10分钟，得到混合物II；
将混合物II降温冷却至75℃温度，依次加入15g 2,2‑二羟甲基丙酸、9g琥珀酸和5g的2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇并以1200r/min速度搅拌60分钟，得到混合物III；将混合物III降温冷却至55℃，依次加入3g的Elhal CSA‑25和5g三乙醇胺并以1200r/min速度再搅拌50分钟后边搅拌边抽真空至0.05MPa，待温度降至室温后转入7℃环境中静置过夜，然后取出使用三辊机在室温下研磨4次，最后再转入7℃环境中静置过夜得到12g助焊膏，取88g的高铅锡合金粉(5.2％Sn，2.4％Ag，余量为Pb；粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％)，二者混合用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌15分钟，得到水洗高铅焊锡膏。
将混合物II降温冷却至75℃温度，依次加入15g 2,2‑二羟甲基丙酸、9g琥珀酸和5g的2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇并以1200r/min速度搅拌60分钟，得到混合物III；将混合物III降温冷却至55℃，依次加入3g的Elhal CSA‑25和5g三乙醇胺并以1200r/min速度再搅拌50分钟后边搅拌边抽真空至0.05MPa，待温度降至室温后转入7℃环境中静置过夜，然后取出使用三辊机在室温下研磨4次，最后再转入7℃环境中静置过夜得到12g助焊膏，取88g的高铅锡合金粉(5.2％Sn，2.4％Ag，余量为Pb；粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％)，二者混合用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌15分钟，得到水洗高铅焊锡膏。
[0044] 将本实施例所制水洗高铅焊锡膏进行检测得：粘度为126pa·s；润湿性1级；锡珠1级；铜板腐蚀结果无腐蚀；铜镜腐蚀(去离子水清洗后)结果未穿透；塌陷为0.25mm；表面绝11
缘阻抗(去离子水清洗后)为10 Ω。上述检测标准为JIS‑Z‑3284或IPC‑TM‑650。
缘阻抗(去离子水清洗后)为10 Ω。上述检测标准为JIS‑Z‑3284或IPC‑TM‑650。
[0045] 实施例4
[0046] 取15g三丙二醇丁醚、14g三丙二醇加入温控乳化机内加热至120℃，以200r/min速度搅拌10分钟后，然后加入24gβ‑松油醇并以1000r/min速度再搅拌40分钟，得到混合物I；将混合物I降温冷却至90℃，加入9.6g乙二胺并以800r/min速度搅拌10分钟，得到混合物II；将混合物II降温冷却至75℃温度，依次加入14g 2,2‑二羟甲基丙酸、12g琥珀酸和2.6g的2,3‑二溴‑1,4‑丁烯二醇并以1200r/min速度搅拌60分钟，得到混合物III；将混合物III降温冷却至55℃，依次加入4.8g的Elhal CSA‑25和4g三乙醇胺并以1200r/min速度再搅拌
50分钟后边搅拌边抽真空至0.05MPa，待温度降至室温后转入10℃环境中静置过夜，然后取出使用三辊机在室温下研磨4次，最后再转入10℃环境中静置过夜得到12.2g助焊膏，取
87.8g的高铅锡合金粉(5.2％Sn，2.4％Ag，余量为Pb；粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±
2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％)，二者混合用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌15分钟，得到水洗高铅焊锡膏。
50分钟后边搅拌边抽真空至0.05MPa，待温度降至室温后转入10℃环境中静置过夜，然后取出使用三辊机在室温下研磨4次，最后再转入10℃环境中静置过夜得到12.2g助焊膏，取
87.8g的高铅锡合金粉(5.2％Sn，2.4％Ag，余量为Pb；粒径范围为20‑45μm，其中粒径35μm±
2μm的颗粒需占合金粉总质量的60％‑70％)，二者混合用双行星锡膏搅拌机并以25r/min速度搅拌15分钟，得到水洗高铅焊锡膏。
[0047] 将本实施例所制水洗高铅焊锡膏进行检测得：粘度为122pa·s；润湿性1级；锡珠1级；铜板腐蚀结果无腐蚀；铜镜腐蚀(去离子水清洗后)结果未穿透；塌陷为0.3mm；表面绝缘11
阻抗(去离子水清洗后)为10 Ω。上述检测标准为JIS‑Z‑3284或IPC‑TM‑650。
阻抗(去离子水清洗后)为10 Ω。上述检测标准为JIS‑Z‑3284或IPC‑TM‑650。
[0048] 以上所描述的实施例仅为本发明优选实施例，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。