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锡膏制造基础讲座之三 锡膏助焊剂各组分分析

锡膏制造基础讲座之三 锡膏助焊剂各组分分析

        助焊剂是电子技术中不可或缺的材料,在整个焊接过程中,助焊剂主要起到去除焊接表面氧化膜,促进热传递,降低锡液及被焊材料之间的表面张力,促进润湿和焊料流动,以及防止焊料母材再次氧化等作用。

                      

                        焊接过程中助焊剂的作用

焊接工艺

作用

备注

预热

焊料开始时熔化

焊料合金形成

焊缝形成

焊料固化

 

辅助热传导

 

去除氧化物

 

降低表面张力

 

防止再氧化

溶剂蒸发

受热,松香熔化,覆盖在基材和焊料表明,使传热均匀。

         放出活化剂,与离子状态表明的基材的氧化物发生反应,使之溶解在溶剂中,从而

除掉氧化物。熔融焊料表面张力小,使润湿良好

       覆盖在高温焊料表明,控制氧化改善焊缝质量 

 

 

1,助焊剂的组成:

 

        助焊剂是一类具有综合功能的混合物,一般包括活性剂,溶剂,成膜剂以及各种添加剂,他的组成对锡膏的扩展性,润湿性,塌陷,粘度变化,清洗性质,焊珠飞溅及贮存寿命均有较大影响。

(1)活性剂

       活性剂又称为活化剂,是为提高助焊剂助焊性能而加入的活性物质,其主要作用是在焊接温度下去除焊盘和焊料表面的氧化物,从而提高焊料和焊盘之间的润湿性,传统的助焊剂中活性剂多为松香,有机卤化物,现在多为有机酸和有机胺;

     有机酸和金属氧化物的反应通式可表示为:

            2RCOOH+MeO-----(RCOO)2Me+H2O

     有机胺类活化剂多半以盐酸盐或溴酸盐形式使用,和金属氧化物的反应通式可表示为:

               2RNH2.HX----2RNH2+MeX2+H2O

由上公式可知,有机酸类的活化剂由于其最小的粒子污染残留物和高的表面绝缘性,被认为是具有良好的助焊剂。

     优良的助焊剂物质应该满足以下几个条件或者要求:

     1)活性的持续性:活性物质在预热阶段能先将铜板表面的氧化层清除干净,而当温度升至焊接温度时活化剂还              可以继续去除焊料熔融后出现的氧化层。

     2)活性的稳定性:在整个焊接过程中,活性物质能始终保持活性,及时去除出现的氧化物。

     3)低的腐蚀性:活性剂的铺展率指标是相互独立的,铺展率大的活化剂往往腐蚀性强,影响焊接质量,腐蚀性             较小的活化剂铺展率小,达不到使用要求,因此活化剂的合理选择是十分重要的。

(2)溶剂

        溶剂的主要作用是溶解焊剂中的所有组份,在锡膏的搅拌过程中起到调节均匀的作用,并对焊锡膏的粘性起到一定的调节作用,对锡膏的寿命具有一定的影响,溶剂的选择一般须遵循三大原则:沸点,粘度和极性基团。

1)沸点:溶剂的沸点应适中,沸点太低,溶剂容易挥发,所配得到的锡膏干燥快,使用期短,而对于溶剂的挥发,一般希望在合金粉末开始融化时溶剂的质量百分含量应该不低于18%。

2)适宜的粘度:一般一元醇的粘度比较低,所配得到的助焊剂粘度也低,而锡膏配用焊剂需要一定的粘度,以满足锡膏粘度的要求。

3)含有极性基团:溶剂中含有-OH亲水基团越多,焊剂的活性越得到发挥,含有疏水基团R-的分子量越大,溶剂的极性越小,焊剂的活性越差。

       上述可知,单一的溶剂是无法满足上述要求的,在配置溶剂时候多采用复配原则,这样制备的锡膏溶剂具有适当的挥发速率和黏性,确保了锡膏中活化剂成分能够持续的释放活性,顺利完成焊接。

 

(3)成膜剂

        成膜剂是调节锡膏粘度的主要成分,成膜物质的加入有助于助焊剂焊接后形成一层致密的有机膜,保护焊点和基板,从而具有一定的防腐蚀和电绝缘性能,在焊接过程中,成膜剂作为载体,携带活性剂向焊盘周围扩散,协助活性剂提高上锡能力,同时也会起到阻止焊料金属再次氧化的作用。

 

(4)添加剂

       添加剂是为了适应工艺和工艺环境需要而加入的具有特殊物理和化学性能的物质,常用的添加剂有:含氮杂环化合物等。

①表面活性剂:加入少量的表面活性剂,可以促进助焊剂中各种组分的溶解,降低焊剂的表面张力,增加焊剂对焊       粉和焊盘的亲润性,表面活性剂有非离子型。阴离子型,阳离子型等。表面活性剂不易挥发,回流焊后会留下吸       湿性残留,用量过多会降低焊后表面绝缘电阻,因而,其应当适当选择活性剂加入量。

②调节剂:为调节助焊剂的酸性而加入的材料。如在无机助焊剂中加入盐酸可抑制氧化锌生成。

③缓蚀剂:缓蚀剂的作用是有效抑制助焊剂中的活性物质对铜板产生的腐蚀。缓蚀剂大多是以氮化物为主体的有机       物,一般有酚类,吡咯类

 

(5)防氧化剂

     防锡粉氧化,属酚类

 

(6)润湿剂

     Solder Paste与PAD间的易接触,便于残渣清洗。

 

(7)增黏剂

    保持贴片后REFLOW前的黏性

 (8)其他化合剂

     为了使焊接后焊点发亮,添加一些增光剂等增加焊点光泽亮度。以及一些锡膏制造商的专利化合物试剂。

2,助焊剂成分产品一览表

 

助焊剂主要成分

成分

代表类产品

代表生产厂家(中国国内企业)

松香

松香类物质等

1.精制氢化松香

2.水白松香

1.南京钎焊化工研究所

2.广西梧州日成林产化工股份有限公司

3.日本荒川化学

活性剂

氢气、无机盐、卤化物、中性有机酸、胺类、有机酸、氯化物等

1.柠檬酸

2.硬脂酸

1:益海(连云港)油化工业有限公司:

2:嘉里油脂化学工业(上海)有限公司

3:嘉里油脂化学工业(天津)有限公司

溶剂

醇类物质等

1.乙醇

2.二乙二醇丁醚

3.丙三醇

扬州飞扬化工有限公司

益海油化工业有限公司

成膜剂

醇类物质等

聚乙二醇2000

江苏省海安石油化工厂

表面活性剂

钠盐、FSN-100等

OP乳化剂

江苏省海安石油化工厂

国药集团化学试剂公司

美国杜邦公司

调节剂

醇类物质等

三乙醇

扬州飞扬化工有限公司

缓释剂

苯类及衍生产品

BTA(苯并三氮唑)

山东德蓝化工有限公司

增光剂

醇类物质等

丙三醇

益海油化工业有限公司

防氧化剂

酚类物质等

企业合成

-

润湿剂

醇类物质等

企业合成

-

增黏剂

酸类物质等

1.草酸

2.喹啉、喹啉-2-羧酸

常州福盟化工有限公司

其他化合剂

企业合成具有特殊性能的化合物,

企业合成

企业合成(如美国阿尔法,日本田村,日本千住等合成具有特殊功能的有机化合物)

 

  3.常见助焊剂化合物成分介绍

  (1)松香

       松香是一种具有多种成分的混合物,其成分因松树种类不同而略有差异,主要由

树脂酸组成,另有少量脂肪酸和中性物质。在一般的松香中,各项参数如下所示:

   一般松香和各项参数如下:

结构成分

含量

树脂酸

85.6~88.7%

脂肪酸

2.5~5.4%

中性物质

5.2~7.6%

软化点

70~90℃

比重

1.070~1.085

溶解热

15.8kcal/kg

热容

0.54kcal/kg·℃

体积电阻率

5×10^16?cm

导热系数

0.11kcal/m·h·℃

闪点

216℃

比旋值

0~15℃(最佳点+7℃)

结晶临界温度

约100℃

结晶松香熔点

110~135℃

                    

 



 

 

 

 

 

 

 

     1)松香分类

    按原料来源,可分为:脂松香松香、木松香松香、浮油松香松香;

    根据树种来分类,可分为:马尾松松香、湿地松松香、云南松松香、思茅松松香、南亚松松香、加勒比松松香等

    2)松香产品的生产工艺

     松脂加工方法有“滴水法”与“蒸汽法”两大类。

    3)松香产品的用途

        松香由多种树脂酸组成,其化学性质取决于树脂酸所能产生的各种反应。树脂酸

分子具有两个化学反应中心,即双键和羧基。由于树脂酸的双键反应和羧基反应,使

≧解、酯化、成盐、脱羧等反应。利用这些反应,可以将松香加以改性,制成一系列的

改性松香,提高松香的使用价值。如利用歧化反应,可生产歧化松香;利用聚合反应,

可生产聚合松香;利用氢化反应,可生产氢化松香;利用加成反应,可生产出马来松

香等等。这些松香的改性产品,性质稳定,在工业中的应用更为广泛,是重要的化工

原料。

4)松香的质量标准

项目

特级(X)

一级(WW)

二级(WG)

三级(N)

四级(M)

五级(K)

颜色

微黄

淡黄

黄色

深黄

黄棕

黄红

         符合色度松香标准块的颜色要求

外观

                     透    明

软化点(环球法)/℃,≧

76

75

74

酸价a/(mg/m),≧

166

165

164

不皂化物含量b/(% ),≤

5

5

5

乙醇不溶物/(% ),≤

0.030

0.030

0.040

灰分/(% ),≤

0.020

0.030

0.040

A.南亚松松香由于含有二元树脂酸,其酸值较高。

B.湿地松松香由于含有比较多的二萜中性物质,其不皂化物含量较高。

 









5)松香的检测方法

    ①主要检测类别

        甜味剂、防腐剂、抗氧化剂、漂白剂、着色剂、增稠剂、乳化剂、有机酸、酸度调节抗结剂、消泡剂、抗氧剂、漂白剂、膨松剂、护色剂、调味剂、面粉处理剂、被膜剂、水分保持剂、营养强化剂、防腐保鲜剂、稳定剂、凝固剂、甜味剂。   

    ②主要检测项目

        物理性质:外观色泽、比重、结晶点、闪点、折光率、热稳定性、环氧值、热分解温度、运动粘度、凝固点、酸值。    

     纯度:灰分、水分、加热减量、皂化值、酯含量。

    常用松香检测方法介绍:

A,颜色测定方法

       颜色是松香产品标准中划分级别的重要指标之一。根据测定时松香的状态,可分为松香溶液测试法和固体松香颜色测试法2类。松香溶液测试法指碘色度标准比色法和加纳色度标准比色法,其中碘色度标准比色法仅在日本、德国标准中使用;固体松香颜色测试法包括罗维邦色调计比色法、松香色级标准玻璃色块比色法。世界各国对松香颜色的标准和测试方法虽然进行了大量研究,并根据本国特点制定了不同的标准和测试方法,但至今仍未能制定国际统一的标准和测试方法。不同的松香颜色测定方法,都有误差问题而影响测量的精度。目前世界上松香主产国都已制定了分级CIE色度指标,配制了相应的松香色度玻璃标准。如美国早在1936年开始组合配制玻璃色块,形成了以200号标准件所配合的各级标准并延用至今(ASTMD509293)。

B,酸值分析方法

         酸值是松香的主要化学性质之一。松香的主要成分是树脂酸(C19H29COOH),可进行碱中和反应生成树脂酸盐和水,所以用酸碱滴定法来测定酸值。酸碱滴定法适用于浅色和中等色度的松香。

C,树脂酸组分分析法

         松香的主要成分是枞酸型树脂酸和海松酸型树脂酸。现行松香和改性松香质量检验标准中只有GB/T1402021992《氢化松香》、LY/T135721999《歧化松香》中对树脂酸中枞酸和脱氢枞酸含量用紫外分光光度法进行分析测定;GB/T1402121992《马来松香》用酸碱滴定法对马来酸酐加合物含量进行测定。对歧化松香中枞酸和脱氢枞酸的组成分析,近年进行了大量的研究,除采用国家标准紫外分光光度法外,还研究用气相色谱法、紫外(UV)光谱导数法、紫外吸收光谱法等方法分析其含量。

D,金属离子含量监测

       金属离子含量的高低会影响松香及改性产品的质量及用途。现行质量检验标准中只有GB10287288《食品添加剂松香甘油酯和氢化松香甘油酯》中有砷含量的测定指标,其余标准都只用重量法测定松香的灰分,导致松香及其改性产品进入生产、生活时有可能是重金属超标的,不符合清洁生产、绿色环保的要求。 目前松香中杂质金属元素测定的常用方法是原子吸收光谱法。


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