焊膏用免清洗助焊剂的制备与研究

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电 子 工 艺 技 术 第 27卷第 1期
作为酸度调节剂 、焊点光亮剂 [ 5 ] 。而且本次实验结
果显示 :它虽然是一种碱性物质 ,但其作为活性剂时 的助焊性还是比较出色的 。所以考虑到该物质的多
功能性 ,在此选择将其列为添加剂 。
铺展面积 S /mm2
251. 20
44. 30
47. 50 近球形
润湿角 θ/ ( °)
31. 80
34. 04
34. 31 不润湿
原料
乳酸
铺展面积 S /mm2
35. 90
润湿角 θ/ ( °)
40. 60
经过对活性剂的选择我们确定了以无水柠檬酸
作为活性剂 ,以三乙醇胺作为第二活性剂和酸碱调 节剂 。
关键词 :助焊剂 ;焊锡膏 ;免清洗 ;活性剂 中图分类号 : TN 6 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 3474 (2006) 01 - 0008 - 06
Prepara tion and Study of No - clean Flux Used for M ak ing Solder Pa ste
产品质量 。而传统的松香基助焊剂虽然可以提供良 好的助焊性能 ,但是该类助焊剂多为高固含量 (一 般质量分数为 20% ～40% ) ,焊后残留多 、外观欠 佳 。甚至有些松香基助焊剂还含有卤素 ,使得焊后 的残留物有较大的 腐蚀 性 [ 1 ] , 且 必须 采用 氟里 昂 (CFC)清洗 ,不符合环保要求 。目前 CFC的使用已
实验选取了 17 种有机酸 、有机胺作为测试对 象 。选用符合 GB5231 的无氧铜片 ( TU1 ) 作为 基 板 。该基板必须是常态曝露于大气环境下自然氧化 一年左右 ,表面光滑 ,规格为 25 mm ×25 mm ×0. 8 mm。 将符合规格的 TU1 板用丙酮在超声波清洗机中清 洗 15 m in,水冲洗后在酒精里浸泡 30 m in后放入干 燥箱中干燥备用 。选取质量为 0. 2 g的 Sn3Ag2. 8Cu 近球形焊料 。活性剂以纯物质进行实验 ,固态活性 剂要求研为粉末 。实验是在 360 ℃的箱式电阻炉内 进行 。首先将准备好的 TU1板置于实验台上 ,在表 面中部放上钎料 ,表面用活性物质覆盖 (约 0. 02 g)。 为了减少焊料的氧化 ,活性物质应尽量将焊料完全 包覆 。然后将其缓慢送入 360 ℃的箱式炉内 ,保温 90 s取出冷却并照相 。用透明纸覆盖在焊点表面描 绘出焊点轮廓 ,将其扫描到计算机上 ,处理后导入 Auto CAD 中 ,利用填充功能计算出面积并且记录结 果 。或者对焊点进行直径测量 ,求其平均值计算出 面积 。结果记录见表 1。
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E
电子 lec tron ic s
工艺技术 Process Techno
logy 第200267年卷第1月1期
· SM T / PCB ·
焊膏用免清洗助焊剂的制备与研究
王伟科 ,赵麦群 ,邬涛
(西安理工大学 ,陕西 西安 710048)
W ANG W e i - ke, ZHAO M a i - qun, W U Tao ( X i′an Un iversity of technology, X i′an 710048, Ch ina )
Abstract:According to the p roperty of the compositions in No - clean soldering flux, select activator, solvent, film former and accessories individually. Homogenizing each group at certain temperature to m ake flux and test the p roperties of the flux according to the standard. Take the powder of tin, silver and copper solder as the basis to make solder paste and sim ulate soldering. The result show s that the activator which was made up of organic acid and organic am ine comp lex satisfied the p rospective demand. The compound solvent m et the three dem ands of boiling point, viscosity and polarity group. The diversified p roperties of the no - clean soldering flux met the standard requirements, actualized the dem and of no - clean and solved the p roblem between solderability and causticity. The p roperties of the solder paste is fine, no cor2 rosion, low solid and it can be stored for a long time.
摘 要 :根据免清洗助焊剂各组份的特点 ,分别对其活性剂 、溶剂 、成膜剂以及添加物进行筛选 和处理 。在一定温度下对各组份进行均匀化处理并制备出助焊剂 ,依据标准对所制备的焊剂进行 性能测试 。以自制的锡银铜系焊粉为基础制备焊膏并做焊接模拟 。结果表明 :采用有机酸和有机 胺复配制备的活性物质满足预期要求 ;复配溶剂满足沸点 、黏度和极性基团三大原则 ;所制备的免 清洗焊剂多项性能满足规范要求 ,达到了免清洗的要求 ,解决了助焊性与腐蚀性的矛盾 ;所制备的 焊膏焊接性能良好 ,无腐蚀 ,固体残留量低 ,存储寿命较长 。
传统的助焊剂多以大量的松香作为活性剂 ,也 常采用腐蚀性较大的酸类 。而免清洗助焊剂要求很 少的松香含量或者无松香 ,在达到助焊性要求下活 性物质的腐蚀性要尽量的低 。低残留免清洗助焊剂 中 ,松香质量分数一般都在 3%以下 。这样低的松 香含量就不可能象传统的松香类助焊剂那样把一些 有害物质包裹起来 ,未用完的活性剂和金属活性剂 化合物不能完全地溶解在松香中 ,从而使化合物可 能发生水解反应 ,反应产物和未用完的活性剂可能 构成导电通道 ,同时可能产生腐蚀 PCB 或元器件等 问题 。因此 ,对免清洗低残留助焊剂的活性剂必须 慎重选择 。采用有机酸作为活性物质配以适当量的 松香效果最好 。有机酸由于其作用柔和 ,带来的腐 蚀性极小 ,一般不会造成较大的危害 。此外为了调
表 1 不同活性剂下焊点的铺展面积及润湿角
原料 水杨酸 磺基水杨酸 柠檬酸 无水柠檬酸
铺展面积 S /mm2
40. 10
近球形
51. 50
57. 40
润湿角 θ/ ( °)
41. 38 不润湿
33. 78
28. 86
原料 氢化松香 松香 酒石酸 己二酸
铺展面积 S /mm2
41. 60
45. 10
53. 90
基金项目 :陕西省自然科学研究计划项目基金资助项目 (项目编号 : 2002E111) 。 作者简介 :王伟科 (1979 - ) ,男 ,硕士 ,主要从事新型功能材料的研究工作 。
2006年 1月 王伟科等 :焊膏用免清洗助焊剂的制备与研究
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在发达国家全面禁止 ,我国也已限制其用量 ,最终必 将全面禁止 。为顺应这一要求 ,采用低固含量免清 洗焊接技术成为一个有效的解决途径 。低固含量免 清洗助焊剂与传统的松香基清洗型助焊剂相比 ,除 了要求良好的助焊性能和确保与焊粉的相容性外 , 对固含量的要求表现的极为苛刻 ,一般要求其质量 分数 ≤5% ,松香的质量分数不能超过 3% [ 1 ] 。免清 洗助焊剂在我国还处于实验研究阶段 ,其使用领域 也仅 限 于 小 规 模 的 民 用 之 中 。自 从 禁 止 氟 利 昂 (CFC)以来 ,免洗助焊剂在发达国家的研究及应用 受到足够的重视 。国外一些大公司也已经开始使用 免洗助焊剂代替传统松香型助焊剂 ,如美国的 IBM 公司 ,摩托罗拉公司 ,加拿大的北方电讯公司等都采 用了免洗助焊剂和锡膏 。目前这些公司又将目标定 在对低固含量免清洗助焊剂的研制上 [ 2 ] 。因此 ,低 固含量免清洗助焊剂的研制必将成为免清洗助焊剂 开发的目标 。
48. 70
润湿角 θ/ ( °)
37. 93
34. 30
33. 57
33. 90
原料 柠檬酸三胺
铺展面积 S /mm2
53. 30
硬脂酸 42. 70
DL - 苹果酸 三乙醇胺
56. 70
47. 90
润湿角 θ/ ( °)
27. 29
36. 05
27. 25
31. 45
原料
Βιβλιοθήκη Baidu
精制氢 化松香
水白松香 邻苯二甲酸 乙二酸
节焊剂的 pH 值 ,我们在有机酸中加入一定量的有 机胺 ,进行酸碱复配处理 。
焊剂的活性一般要在焊接过程中才能得到最大 发挥 ,这就要求在选取活性物质中尽量与其使用工 艺联系起来 ,进行活性剂的焊接模拟 ,以期更加确切 地反应活性剂的助焊能力 。为此 ,我们考虑使用纯 的活性剂作为助焊材料 ,进行焊接工艺模拟来表征 活性剂的助焊能力 ,对比寻求更好效果的助焊活性 剂 。考虑用一定量的纯活性剂覆盖定量的焊料 ,进 行模拟焊接后对其焊点进行铺展性和润湿角的测 定 ,从而更加贴切地反映活性剂的助焊活性 。此外 , 本实验还可以直观地反映活性剂发挥活性后残留物 的状况 ,从而对活性剂在焊剂中的用量有所参考 。
本文研制出的低固含量免清洗助焊剂 ,以良好 的助焊性能为前提 ,综合考虑多种活性剂并进行选 择和处理 ,在不影响高温活性前提下将其低温腐蚀 性降为最低 。以正交试验优化助焊剂组分 ,并参考 《免清洗液 态助 焊剂 标准 的技 术要 点 》[ 3 ] 和《 GB / T15829. 1 - 1995 》[ 4 ] ,对研制的低固含量免清洗助 焊剂进行了性能研究 。以 SnAgCu系无铅焊粉为基 础制备焊膏 ,回流焊接后分析焊点形貌和焊接过渡 层组织 。 1 免清洗助焊剂的原料选择 1. 1 活性剂的选取
表 1显示 :选用无水柠檬酸和 DL - 苹果酸时的 铺展面积大 ,分别为 57. 4 mm2 和 56. 7 mm2 ,润湿角 小 ,均在 30°以下 。其中 DL - 苹果酸要比无水柠檬 酸在铺展面积和润湿角上稍佳 ,但是 DL - 苹果酸价 格昂贵 ,并结合两者发泡性和残留物 ,选定以无水柠 檬酸做为活性剂 。磺基水杨酸和乙二酸在此发生了 不润湿 ,表明其高温活性极差 ,没有去除氧化物的能 力 。此外 ,磺基水杨酸的发泡性极强 ,焊后残留很 多 。分析认为磺基水杨酸极强的发泡性是造成其不 具备去除氧化物能力的主要原因 。三乙醇胺作为一 种碱性活性剂在助焊剂中的作用非常重要 ,它可以
1. 2 活性剂的处理 在焊剂中加入三乙醇胺以降低焊剂的酸度 。这
种复配活化剂的活性起始温度较低 ,活性接近于有 机卤化物 [ 6 ] 。该复配活性物质与松香的相容性不
佳 ,我们采用复配物与丙烯酸树脂进行反应改性 ,在 不降低焊剂活性的情况下 ,减少了游离试剂的含量 , 改善了焊剂的稳定性 ,同时大大降低了焊后的腐蚀 性 。酸和胺易发生中和反应 ,部分中和的产物 ,在焊 接温度下迅速分解为有机酸和有机胺 ,而这二种物 质皆为活化剂 ,所以改进后的焊剂活性反而有所增 加 ,但在室温下由于成膜剂的非极性保护作用使得
key words: Flux; Solder paste; No - clean; Activator D ocum en t Code:A Article ID : 1001 - 3474 (2006) 01 - 0008 - 06
微电子组装 ( SM T)中使用的焊膏在整个焊接过 程中所起的作用是十分重要的 。焊膏的性能直接影 响着焊接质量 。助焊剂作为焊膏中的辅料 (质量分 数为 10% ～20% ) ,不仅可以提供优良的助焊性能 , 而且还直接影响焊膏的印刷性能和储存寿命 。因 此 ,助焊剂的品质直接影响 SMT的整个工艺过程和