專利名稱：用于配制焊錫膏的焊煤組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種配制電子元器件表面安裝(SMT)工藝用焊錫膏的焊煤(Solderingflux vehicle)，尤其涉及焊煤中載體組份的選擇。
背景技術：
電子元器件表面安裝(SMT)工藝是大規(guī)模制造印刷電路板中一項必不可少的技術，其應用范圍越來越廣泛。焊錫膏通過不銹鋼模板印刷到電路板焊盤上；將各種元件通過手工或自動貼裝方式，粘附在焊盤上，然后通過回流爐進行回流，自動完成印刷電路板的焊接工作，上述流程即所謂SMT工藝。
焊錫膏由球形合金粉末與焊煤調配而成。從實際應用情況來看，焊煤是決定焊錫膏品質和性能的關鍵因素，焊錫膏的綜合性能主要指印刷性、抗冷熱塌性、潤濕性和貯存穩(wěn)定性，任何一項性能的不良都將影響印刷線路板焊接合格率。焊煤的調配是錫膏制造中的核心技術。當前，SMT工藝的發(fā)展，對焊煤提出了更高的技術要求。貼片元件已越來越小型化，CHIP件從3216到1005、0603、0402、0201；IC腳間距從1.27mm到0.3mm。印刷方式，從手工印刷到半自動印刷、全自動印刷，印刷時壓力越來越大、印刷速度越來越快。這樣，焊盤間距的變小和錫膏印刷方式朝自動化方向的發(fā)展，要求錫膏具有更優(yōu)良的綜合性能。另外，為保障人類身體健康、保證社會經濟的可持續(xù)發(fā)展，中國信息產業(yè)部出臺的《電子信息產品生產污染防治管理辦法》中規(guī)定“自2006年7月1日起投放市場的國家重點監(jiān)管目錄內的電子信息產品不能含有鉛、汞、鎘、六價格、聚合溴化聯苯(PBB)、聚合溴化聯苯乙醚(PBDE)等?！毖兄崎_發(fā)并大規(guī)模生產能替代傳統(tǒng)錫-鉛焊料的無鉛綠色環(huán)保錫膏也給焊煤的制作提出更高的要求。
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。該專利未涉及到焊煤組合物。專利CN1184017A中指出，用10個碳原子以上的聚鹵脂肪族化合物或脂環(huán)式化合物作為活性劑，這樣調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。通過重復該專利實施例，我們發(fā)現其印刷性，特別是抗熱塌性不是十分理想。專利CN1236336A指出，通過添加一種特定的環(huán)己胺化合物和一種特定的聚氧乙烯基胺作為表面活性劑，可防止Sn-Zn系合金釬料膏發(fā)生老化。專利CN1514759A指出，通過添加格爾伯特醇或格爾伯特酸(酯)作為潤滑添加劑，可大大改善錫膏的印刷性。該專利的重點旨在提高錫膏的印刷性而未顧及其它性能。專利CN1569384A公開了一種錫膏，該焊錫膏采用含氟羧酸或含氟羧酸酯類有機化合物作為活性劑以提高焊膏的潤濕性；同時該焊膏選用杯芳烴化合物和含氟表面活性劑以提高錫膏貯存穩(wěn)定性。從該專利公開的焊煤組合物成分來看，該焊膏的印刷性和抗熱塌性不會很理想。專利CN1569383A公開了一種高黏附力無鉛焊錫膏配方。該無鉛錫膏采用Sn-Ag-Cu-Bi-Ni基無鉛錫粉、通過添加占焊煤質量35～50％的幾種特定樹脂來提高錫膏的粘附力，但是其抗熱塌性不夠理想。
焊煤配制十分復雜，簡單來說，焊煤一般分為載體組份、活性劑組份和溶劑組份三大部分。載體組份較為復雜，是焊煤的關鍵部分。載體組份選擇恰當可提高焊膏的印刷性、抗冷熱塌性和貯存穩(wěn)定性等。載體組份可再細分為樹脂組份、流交劑組份和穩(wěn)定劑組份。載體組份中的樹脂組份主要給膏體提供“粘著性”，確保SMT元件準確牢固地粘附在經印刷的焊錫膏焊盤位置，在SMT流水作業(yè)中不移位、不丟失。另外，回流焊接完畢后，殘余的樹脂要能在焊點表面形成一層美觀透明安全的保護膜。載體組份中的流變劑組份主要給膏體提供良好的印刷性、抗冷熱塌性，是載體組份中的關鍵部分。印刷時，焊錫膏經不銹鋼模板孔隙施加在PCB印刷線路板焊盤上。如果錫膏粘度太大，“粘著性”太強，就會影響焊錫膏在印刷上的良好的孔穴釋放。這就要求膏體要有良好的脫模性，這在小間距焊盤印刷時尤為重要。為保證工作效率，現在的印刷都在朝半自動化和自動化方向發(fā)展，焊膏印刷速度和對焊膏施加的壓力越來越大，這就要求膏體之間必須具有良好的潤滑性。這樣可防止膏體在印刷過程中磨擦發(fā)熱，影響膏體的穩(wěn)定性。當焊膏施加在線路板焊盤上后，要確保錫膏具有一定的抗冷塌性，不然的話，如果錫膏在焊前就連在了一塊，這會造成后續(xù)焊接短路或錫球。同樣，在焊接預熱過程中，錫膏要具有抗熱塌性，不然的話也會造成短路連焊和錫球。特別是在小間距焊盤焊接時，膏體具有優(yōu)良的抗冷熱塌性，對保證焊接質量是尤為關鍵的。
上述各項專利，都可歸結為單一氫化蓖麻油(或改性氫化蓖麻油)流變體系。從實踐上來看，氫化蓖麻油(或改性氫化蓖麻油)具有優(yōu)良的冷觸變性，但其軟化點都在100℃以下，不足以提供抗熱塌性，這在無鉛錫膏應用時，更加暴露了其不足，因為無鉛錫膏具有更高的預熱工藝曲線。另外，單一的氫化蓖麻油體系也不能提供給膏體良好的脫模性和潤滑性。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種用于配制焊錫膏的焊煤組合物，使用該焊煤組合物調配而成的有鉛和無鉛錫膏同時具有優(yōu)良的印刷性、抗冷熱塌性、潤濕性和貯存穩(wěn)定性。
本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案是，采用一種用于配制焊錫膏的焊煤組合物，包括載體組份、活性劑組份和溶劑組份，所述載體組份又包括流變劑組份、穩(wěn)定劑組份和樹脂組份，其中所述流變劑組份占3～30％，由2～10％的二亞(對甲基)芐基山梨糖醇以及硬脂酸酰胺、水揚酸酰胺、亞乙撐雙硬脂酸酰胺、氫化蓖麻油或改性氫化蓖麻油中的至少一種配制而成；所述穩(wěn)定劑組份包括1～8％的壬基酚聚氧乙烯醚化合物、烷基酚聚氧乙烯醚化合物或改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物作為表面活性劑，0.1～1％的還原劑，2～6％的苯并咪唑脂肪胺鹽和0.1～3％的苯并咪唑作為緩蝕劑；所述樹脂組份占25～45％，為天然松香、聚合松香、岐化松香、氫化松香、酯化松香、水白松香中的一種或多種混合而成；所述活性劑組份占0.5～18％，所述溶劑組份占10～68％；上述百分比為占焊煤組合物總重量的百分比。
所述樹脂組份優(yōu)選酯化松香，其優(yōu)選重量比為30～40％。
所述活性劑組份由己二酸、癸二酸、丁二酸、月桂酸、蘋果酸、十六烯二元酸、12-羥基硬脂酸、水揚酸異丙酯、水揚酸異丁酯、環(huán)己胺氫溴酸鹽、二苯胍氫溴酸鹽、2，3-二溴丁烯-1，4-二醇中的至少一種配制而成，該活性劑組份的優(yōu)選重量比為2～12％。
所述還原劑優(yōu)選氫醌。
所述溶劑組份由二乙二醇單丁醚、二乙二醇單己醚、2-乙基-1，3-己二醇、C13～14正構烷中的至少一種配制而成。
上述焊煤組合物的優(yōu)選方案是所述流變劑組份的重量比為6～20％，其中包括3～7％的二亞(對甲基)芐基山梨糖醇；所述穩(wěn)定劑包括2～4％的改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物、0.2～0.4％的氫醌、3～5％的苯并咪唑脂肪胺鹽以及0.5～1.5％的苯并咪唑。
如用于含鉛焊錫膏，該焊煤組合物可采用以下配方2-乙基-1，3-己二醇29.4％、二乙二醇單丁醚5％、C13～14正構烷5％、酯化松香35％、二亞(對甲基)芐基山梨糖醇4％、水揚酸酰胺2％份、氫化蓖麻油3％、改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物3.3％、氫醌0.3％、苯并咪唑脂肪胺鹽4％、苯并咪唑1％、丁二酸2％、己二酸0.5％、癸二酸0.5％、12-羥基硬脂酸5％。
如用于無鉛焊錫膏，該焊煤組合物可采用以下配方2-乙基-1，3-己二醇14.4％、二乙二醇單己醚5％、C13～14正構烷5％、酯化松香35％、二亞(對甲基)芐基山梨糖醇4％、水揚酸酰胺3％、亞乙撐雙硬脂酸酰胺10％、改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物3.3％、氫醌0.3％、苯并咪唑脂肪胺鹽4％、苯并咪唑1％、環(huán)己胺氫溴酸鹽3％、丁二酸2％、12-羥基硬脂酸5％、十六烯二元酸5％。
同現有技術相比較，用本發(fā)明的用于配制焊錫膏的焊煤組合物調配成的有鉛和無鉛錫膏具有優(yōu)良的印刷性和抗冷熱塌性，良好的潤濕性和貯存穩(wěn)定性，能很好地滿足SMT工藝越來越高的技術要求，大幅度提高印刷線路板焊接的合格率。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明的用于配制焊錫膏的焊煤組合物由載體組份、活性劑組份和溶劑組份三大部分組成，其中載體組份又可再細分為樹脂組份、流變劑組份和穩(wěn)定劑組份，而所述穩(wěn)定劑組份又可再細分為表面活性劑、還原劑和緩蝕劑。
按重量比，本發(fā)明的焊煤組合物包括25～45％的樹脂組份、3～30％的流變劑組份、1～8％的表面活性劑、0.1～1的還原劑、2～6％的苯并咪唑脂肪胺鹽和0.1～3％的苯并咪唑作為緩蝕劑、0.5～18％的活性劑，剩余部分由溶劑組成。
載體組份中的樹脂組份主要給膏體提供“粘著性”，確保SMT元件準確牢固地粘附在經印刷的焊錫膏焊盤位置，在SMT流水作業(yè)中不移位、不丟失。另外，回流焊接完畢后，殘余的樹脂要能在焊點表面形成一層美觀透明安全的保護膜?？蛇x擇的有各種天然松香、聚合松香、岐化松香、氫化松香、酯化松香、水白松香等。這些松香可單獨選擇，也可按一定比例混合使用。本發(fā)明優(yōu)選各種酯化松香，如685酯化松香、125酯化松香、610酯化松香、105酯化松香等，這些酯化松香可單獨使用，也可混合使用，酯化松香占整個焊煤的重量比例為25～45％，優(yōu)選30～40％。
載體組份中的流變劑組份主要給膏體提供良好的印刷性、抗冷熱塌性，是載體組份中的關鍵部分。本發(fā)明提供一種以二亞(對甲基)芐基山梨糖醇為主體的復配流變體系。該復配體系還包括酰胺類化合物、氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油中的至少一種。二亞(對甲基)芐基山梨糖醇具有優(yōu)良的抗熱塌性，其熔點高達245～250℃。酰胺類化合物優(yōu)選硬脂酸酰胺、水揚酸酰胺和亞乙撐雙硬脂酸酰胺等。這些酰胺化合物具有優(yōu)良的內外潤滑、脫模和抗靜電性，同時還具有良好的熱穩(wěn)定性和化學惰性。具體復配時，二亞(對甲基)芐基山梨糖醇占整個焊煤重量百分比為2～10％，優(yōu)選3～7％；至少選擇硬脂酸酰胺、水揚酸酰胺和亞乙撐雙硬脂酸酰胺、氫化蓖麻油、改性氫化蓖麻油中的一種與二亞(對甲基)芐基山梨糖醇進行復配，也可同時選擇其中的數種與二亞(對甲基)芐基山梨糖醇進行復配，復配體系總重量控制在3～30％(占整個焊煤重量百分比)，優(yōu)選6～20％。
載體組份中的穩(wěn)定劑部分包括表面活性劑、還原劑和緩蝕劑。本發(fā)明中的表面活性劑是指壬基酚聚氧乙烯醚化合物、烷基酚聚氧乙烯醚化合物和改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物，優(yōu)選改性的烷基酚聚氧乙烯醚化合物作為表面活性劑，占整個焊煤重量百分比為1～8％，優(yōu)選2～4％，可采用法國Rhodia公司的品名為IgepalTMCTA 639W的產品。本發(fā)明中的還原劑優(yōu)選氫醌，占整個焊煤百分比為0.1～1％，優(yōu)選0.2～0.4％，當然也可選用其他還原劑。本發(fā)明提供一種復配的緩蝕劑，該復配緩蝕劑由苯并咪唑脂肪胺鹽和苯并咪唑組成。苯并咪唑脂肪胺鹽在受壓體系中能充分發(fā)揮其緩蝕效果，這在焊膏印刷時顯得特別重要，在高速印刷時，刮刀施給錫膏的壓力是很大的，錫膏中的金屬顆粒在壓力作用下會相互磨擦而產生“冷焊”效應，即釬料顆粒會粘在一起，這會大大影響印刷效果。我們發(fā)現添加苯并咪唑脂肪胺鹽后，錫膏印刷穩(wěn)定性大大加強；苯并咪唑主要作為焊后的銅緩蝕劑。苯并咪唑脂肪胺鹽占整個焊煤重量百分比為2～6％，當其含量少于2％時，其發(fā)揮的效果作用不大；當其含量超過6％時，會影響焊接效果，優(yōu)選含量為3～5％。苯并咪唑含量為整個焊煤的0.1～3％，優(yōu)選量為0.5～1.5％。
活性劑組份主要保證錫膏的潤濕性(即可焊性)。本發(fā)明優(yōu)選的活性劑有己二酸、癸二酸、丁二酸、月桂酸、蘋果酸、十六烯二元酸、12-羥基硬脂酸、水揚酸異丙酯、水揚酸異丁酯、環(huán)己胺氫溴酸鹽、二苯胍氫溴酸鹽、2，3-二溴丁烯-1，4-二醇等。這些物質可單獨使用，但最好是根據一定的活性溫度范圍進行復配。活性劑組份占整個焊煤重量百分比的0.5～18％，優(yōu)選2～12％。
本發(fā)明的剩余部分為溶劑組份，優(yōu)選二乙二醇單丁醚、二乙二醇單己醚、2-乙基-1，3-己二醇、C13～14正構烷等。這些溶劑可單獨使用，但最好是復配使用，溶劑組分占整個焊煤重量百分比的10～68％。
由上述組份制備的焊煤與各種常用的有鉛和無鉛錫粉混合均勻即可制成各種焊錫膏。焊煤與錫粉的重量配比為5∶95至20∶80，優(yōu)選9.5∶90.5至11∶89。
以下是本發(fā)明的焊煤組合物配方的兩組實施例實施例一1、溶劑組份 2-乙基-1，3-己二醇 294g二乙二醇單丁醚 50gC13～14正構烷 50g2、載體樹脂組份685酯化松香 250g610酯化松香 100g載體流變劑組份二亞(對甲基)芐基山梨糖醇 40g水揚酸酰胺 20g氫化蓖麻油 30g
載體穩(wěn)定劑組份改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物IgepalTMCTA 639W 33g氫醌 3g苯并咪唑脂肪胺鹽 40g苯并咪唑 10g3、活性劑組份丁二酸 20g己二酸 5g癸二酸 5g12-羥基硬脂酸 50g將上述組份物質制成焊煤備用。
取100g上述焊煤與900g Sn63Pb37錫鉛粉末(25μm-45μm)放在行星輪混合器中混合均勻后分裝，然后密封貯存在5～10℃冰箱中。
經測試，上述制備所得錫膏具有優(yōu)良的印刷性和抗冷熱塌性，良好的潤濕性和貯存穩(wěn)定性。
實施例二1、溶劑組份2-乙基-1，3-己二醇 144g二乙二醇單己醚 50gC13～14正構烷50g2、載體樹脂組份685酯化松香 250g610酯化松香 100g載體流變劑組份二亞(對甲基)芐基山梨糖醇 40g水揚酸酰胺 30g亞乙撐雙硬脂酸酰胺 100g載體穩(wěn)定劑組份改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物IgepalTMCTA 639W 33g氫醌3g苯并咪唑脂肪胺鹽40g苯并咪唑10g3、活性劑組份環(huán)己胺氫溴酸鹽30g丁二酸20g12-羥基硬脂酸 50g
十六烯二元酸 50g將上述組份物質制成焊煤備用。
取105g上述焊煤與895g SnAg3Cu0.5無鉛錫粉(25μm-45μm)放在行星輪混合器中混合均勻后分裝，然后密封貯存在5～10℃冰箱中。
經測試，上述制備所得無鉛錫膏同樣具有優(yōu)良的印刷性和抗冷熱塌性，良好的潤濕性和貯存穩(wěn)定性。
權利要求
1.一種用于配制焊錫膏的焊煤組合物，包括載體組份、活性劑組份和溶劑組份，所述載體組份又包括流變劑組份、穩(wěn)定劑組份和樹脂組份，其特征在于所述流變劑組份占3～30％，由2～10％的二亞(對甲基)芐基山梨糖醇以及硬脂酸酰胺、水揚酸酰胺、亞乙撐雙硬脂酸酰胺、氫化蓖麻油或改性氫化蓖麻油中的至少一種配制而成；所述穩(wěn)定劑組份包括1～8％的壬基酚聚氧乙烯醚化合物、烷基酚聚氧乙烯醚化合物或改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物作為表面活性劑，0.1～1％的還原劑，2～6％的苯并咪唑脂肪胺鹽和0.1～3％的苯并咪唑作為緩蝕劑；所述樹脂組份占25～45％，為天然松香、聚合松香、岐化松香、氫化松香、酯化松香、水白松香中的一種或多種混合而成；所述活性劑組份占0.5～18％，所述溶劑組份占10～68％；上述百分比為占焊煤組合物總重量的百分比。
2.根據權利要求1所述的用于配制焊錫膏的焊煤組合物，其特征在于所述樹脂組份采用酯化松香，其重量比為30～40％。
3.根據權利要求1所述的用于配制焊錫膏的焊煤組合物，其特征在于所述活性劑組份由己二酸、癸二酸、丁二酸、月桂酸、蘋果酸、十六烯二元酸、12-羥基硬脂酸、水揚酸異丙酯、水揚酸異丁酯、環(huán)己胺氫溴酸鹽、二苯胍氫溴酸鹽、2，3-二溴丁烯-1，4-二醇中的至少一種配制而成。
4.根據權利要求3所述的用于配制焊錫膏的焊煤組合物，其特征在于所述活性劑組份的重量比為2～12％。
5.根據權利要求1所述的用于配制焊錫膏的焊煤組合物，其特征在于所述還原劑采用氫醌。
6.根據權利要求1所述的用于配制焊錫膏的焊煤組合物，其特征在于所述溶劑組份由二乙二醇單丁醚、二乙二醇單己醚、2-乙基-1，3-己二醇、C13～14正構烷中的至少一種配制而成。
7.根據權利要求1至6任一所述的用于配制焊錫膏的焊煤組合物，其特征在于所述流變劑組份的重量比為6～20％，其中包括3～7％的二亞(對甲基)芐基山梨糖醇；所述穩(wěn)定劑包括2～4％的改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物、0.2～0.4％的氫醌、3～5％的苯并咪唑脂肪胺鹽以及0.5～1.5％的苯并咪唑。
8.根據權利要求7所述的用于配制焊錫膏的焊煤組合物，其特征在于，該焊煤組合物各組分及其配比為2-乙基-1，3-己二醇29.4％、二乙二醇單丁醚5％、C13～14正構烷5％、酯化松香35％、二亞(對甲基)芐基山梨糖醇4％、水揚酸酰胺2％份、氫化蓖麻油3％、改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物3.3％、氫醌0.3％、苯并咪唑脂肪胺鹽4％、苯并咪唑1％、丁二酸2％、己二酸0.5％、癸二酸0.5％、12-羥基硬脂酸5％。
9.根據權利要求7所述的用于配制焊錫膏的焊煤組合物，其特征在于，該焊煤組合物各組分及其配比為2-乙基-1，3-己二醇14.4％、二乙二醇單己醚5％、C13～14正構烷5％、酯化松香35％、二亞(對甲基)芐基山梨糖醇4％、水揚酸酰胺3％、亞乙撐雙硬脂酸酰胺10％、改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物3.3％、氫醌0.3％、苯并咪唑脂肪胺鹽4％、苯并咪唑1％、環(huán)己胺氫溴酸鹽3％、丁二酸2％、12-羥基硬脂酸5％、十六烯二元酸5％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于配制焊錫膏的焊煤組合物，包括載體、活性劑和溶劑，所述載體又包括流變劑、穩(wěn)定劑和樹脂，按重量比，所述流變劑占3～30％，由2～10％的二亞(對甲基)芐基山梨糖醇以及硬脂酸酰胺、水揚酸酰胺、亞乙撐雙硬脂酸酰胺、氫化蓖麻油或改性氫化蓖麻油中的至少一種配制而成；所述穩(wěn)定劑包括1～8％的壬基酚聚氧乙烯醚化合物、烷基酚聚氧乙烯醚化合物或改性烷基酚聚氧乙烯醚化合物、0.1～1％的還原劑、2～6％的苯并咪唑脂肪胺鹽以及0.1～3％的苯并咪唑。使用本發(fā)明的焊煤組合物配制成的錫膏具有優(yōu)良的印刷性、抗冷熱塌性、潤濕性和貯存穩(wěn)定性等綜合性能，能很好地滿足SMT工藝越來越高的技術要求，大幅度提高印刷線路板焊接的合格率。
文檔編號B23K35/36GK1757481SQ20051003606
公開日2006年4月12日 申請日期2005年7月16日 優(yōu)先權日2005年7月16日
發(fā)明者李昕 申請人:李昕