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錫膏制造基礎講座之三 錫膏助焊劑各組分分析

錫膏制造基礎講座之三 錫膏助焊劑各組分分析

        助焊劑是電子技術中不可或缺的材料,在整個焊接過程中,助焊劑主要起到去除焊接表面氧化膜,促進熱傳遞,降低錫液及被焊材料之間的表面張力,促進潤濕和焊料流動,以及防止焊料母材再次氧化等作用。

                      

                        焊接過程中助焊劑的作用

焊接工藝

作用

備注

預熱

焊料開始時熔化

焊料合金形成

焊縫形成

焊料固化

 

輔助熱傳導

 

去除氧化物

 

降低表面張力

 

防止再氧化

溶劑蒸發

受熱,松香熔化,覆蓋在基材和焊料表明,使傳熱均勻。

         放出活化劑,與離子狀態表明的基材的氧化物發生反應,使之溶解在溶劑中,從而

除掉氧化物。熔融焊料表面張力小,使潤濕良好

       覆蓋在高溫焊料表明,控制氧化改善焊縫質量 

 

 

1,助焊劑的組成:

 

        助焊劑是一類具有綜合功能的混合物,一般包括活性劑,溶劑,成膜劑以及各種添加劑,他的組成對錫膏的擴展性,潤濕性,塌陷,粘度變化,清洗性質,焊珠飛濺及貯存壽命均有較大影響。

(1)活性劑

       活性劑又稱為活化劑,是為提高助焊劑助焊性能而加入的活性物質,其主要作用是在焊接溫度下去除焊盤和焊料表面的氧化物,從而提高焊料和焊盤之間的潤濕性,傳統的助焊劑中活性劑多為松香,有機鹵化物,現在多為有機酸和有機胺;

     有機酸和金屬氧化物的反應通式可表示為:

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

     有機胺類活化劑多半以鹽酸鹽或溴酸鹽形式使用,和金屬氧化物的反應通式可表示為:

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

由上公式可知,有機酸類的活化劑由于其最小的粒子污染殘留物和高的表面絕緣性,被認為是具有良好的助焊劑。

     優良的助焊劑物質應該滿足以下幾個條件或者要求:

     1)活性的持續性:活性物質在預熱階段能先將銅板表面的氧化層清除干凈,而當溫度升至焊接溫度時活化劑還              可以繼續去除焊料熔融后出現的氧化層。

     2)活性的穩定性:在整個焊接過程中,活性物質能始終保持活性,及時去除出現的氧化物。

     3)低的腐蝕性:活性劑的鋪展率指標是相互獨立的,鋪展率大的活化劑往往腐蝕性強,影響焊接質量,腐蝕性             較小的活化劑鋪展率小,達不到使用要求,因此活化劑的合理選擇是十分重要的。

(2)溶劑

        溶劑的主要作用是溶解焊劑中的所有組份,在錫膏的攪拌過程中起到調節均勻的作用,并對焊錫膏的粘性起到一定的調節作用,對錫膏的壽命具有一定的影響,溶劑的選擇一般須遵循三大原則:沸點,粘度和極性基團。

1)沸點:溶劑的沸點應適中,沸點太低,溶劑容易揮發,所配得到的錫膏干燥快,使用期短,而對于溶劑的揮發,一般希望在合金粉末開始融化時溶劑的質量百分含量應該不低于18%。

2)適宜的粘度:一般一元醇的粘度比較低,所配得到的助焊劑粘度也低,而錫膏配用焊劑需要一定的粘度,以滿足錫膏粘度的要求。

3)含有極性基團:溶劑中含有-OH親水基團越多,焊劑的活性越得到發揮,含有疏水基團R-的分子量越大,溶劑的極性越小,焊劑的活性越差。

       上述可知,單一的溶劑是無法滿足上述要求的,在配置溶劑時候多采用復配原則,這樣制備的錫膏溶劑具有適當的揮發速率和黏性,確保了錫膏中活化劑成分能夠持續的釋放活性,順利完成焊接。

 

(3)成膜劑

        成膜劑是調節錫膏粘度的主要成分,成膜物質的加入有助于助焊劑焊接后形成一層致密的有機膜,保護焊點和基板,從而具有一定的防腐蝕和電絕緣性能,在焊接過程中,成膜劑作為載體,攜帶活性劑向焊盤周圍擴散,協助活性劑提高上錫能力,同時也會起到阻止焊料金屬再次氧化的作用。

 

(4)添加劑

       添加劑是為了適應工藝和工藝環境需要而加入的具有特殊物理和化學性能的物質,常用的添加劑有:含氮雜環化合物等。

①表面活性劑:加入少量的表面活性劑,可以促進助焊劑中各種組分的溶解,降低焊劑的表面張力,增加焊劑對焊       粉和焊盤的親潤性,表面活性劑有非離子型。陰離子型,陽離子型等。表面活性劑不易揮發,回流焊后會留下吸       濕性殘留,用量過多會降低焊后表面絕緣電阻,因而,其應當適當選擇活性劑加入量。

②調節劑:為調節助焊劑的酸性而加入的材料。如在無機助焊劑中加入鹽酸可抑制氧化鋅生成。

③緩蝕劑:緩蝕劑的作用是有效抑制助焊劑中的活性物質對銅板產生的腐蝕。緩蝕劑大多是以氮化物為主體的有機       物,一般有酚類,吡咯類

 

(5)防氧化劑

     防錫粉氧化,屬酚類

 

(6)潤濕劑

     Solder Paste與PAD間的易接觸,便于殘渣清洗。

 

(7)增黏劑

    保持貼片后REFLOW前的黏性

 (8)其他化合劑

     為了使焊接后焊點發亮,添加一些增光劑等增加焊點光澤亮度。以及一些錫膏制造商的專利化合物試劑。

2,助焊劑成分產品一覽表

 

助焊劑主要成分

成分

代表類產品

代表生產廠家(中國國內企業)

松香

松香類物質等

1.精制氫化松香

2.水白松香

1.南京釬焊化工研究所

2.廣西梧州日成林產化工股份有限公司

3.日本荒川化學

活性劑

氫氣、無機鹽、鹵化物、中性有機酸、胺類、有機酸、氯化物等

1.檸檬酸

2.硬脂酸

1:益海(連云港)油化工業有限公司:

2:嘉里油脂化學工業(上海)有限公司

3:嘉里油脂化學工業(天津)有限公司

溶劑

醇類物質等

1.乙醇

2.二乙二醇丁醚

3.丙三醇

揚州飛揚化工有限公司

益海油化工業有限公司

成膜劑

醇類物質等

聚乙二醇2000

江蘇省海安石油化工廠

表面活性劑

鈉鹽、FSN-100等

OP乳化劑

江蘇省海安石油化工廠

國藥集團化學試劑公司

美國杜邦公司

調節劑

醇類物質等

三乙醇

揚州飛揚化工有限公司

緩釋劑

苯類及衍生產品

BTA(苯并三氮唑)

山東德藍化工有限公司

增光劑

醇類物質等

丙三醇

益海油化工業有限公司

防氧化劑

酚類物質等

企業合成

-

潤濕劑

醇類物質等

企業合成

-

增黏劑

酸類物質等

1.草酸

2.喹啉、喹啉-2-羧酸

常州福盟化工有限公司

其他化合劑

企業合成具有特殊性能的化合物,

企業合成

企業合成(如美國阿爾法,日本田村,日本千住等合成具有特殊功能的有機化合物)

 

  3.常見助焊劑化合物成分介紹

  (1)松香

       松香是一種具有多種成分的混合物,其成分因松樹種類不同而略有差異,主要由

樹脂酸組成,另有少量脂肪酸和中性物質。在一般的松香中,各項參數如下所示:

   一般松香和各項參數如下:

結構成分

含量

樹脂酸

85.6~88.7%

脂肪酸

2.5~5.4%

中性物質

5.2~7.6%

軟化點

70~90℃

比重

1.070~1.085

溶解熱

15.8kcal/kg

熱容

0.54kcal/kg·℃

體積電阻率

5×10^16?cm

導熱系數

0.11kcal/m·h·℃

閃點

216℃

比旋值

0~15℃(最佳點+7℃)

結晶臨界溫度

約100℃

結晶松香熔點

110~135℃

                    

 



 

 

 

 

 

 

 

     1)松香分類

    按原料來源,可分為:脂松香松香、木松香松香、浮油松香松香;

    根據樹種來分類,可分為:馬尾松松香、濕地松松香、云南松松香、思茅松松香、南亞松松香、加勒比松松香等

    2)松香產品的生產工藝

     松脂加工方法有“滴水法”與“蒸汽法”兩大類。

    3)松香產品的用途

        松香由多種樹脂酸組成,其化學性質取決于樹脂酸所能產生的各種反應。樹脂酸

分子具有兩個化學反應中心,即雙鍵和羧基。由于樹脂酸的雙鍵反應和羧基反應,使

≧解、酯化、成鹽、脫羧等反應。利用這些反應,可以將松香加以改性,制成一系列的

改性松香,提高松香的使用價值。如利用歧化反應,可生產歧化松香;利用聚合反應,

可生產聚合松香;利用氫化反應,可生產氫化松香;利用加成反應,可生產出馬來松

香等等。這些松香的改性產品,性質穩定,在工業中的應用更為廣泛,是重要的化工

原料。

4)松香的質量標準

項目

特級(X)

一級(WW)

二級(WG)

三級(N)

四級(M)

五級(K)

顏色

微黃

淡黃

黃色

深黃

黃棕

黃紅

         符合色度松香標準塊的顏色要求

外觀

                     透    明

軟化點(環球法)/℃,≧

76

75

74

酸價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.南亞松松香由于含有二元樹脂酸,其酸值較高。

B.濕地松松香由于含有比較多的二萜中性物質,其不皂化物含量較高。

 









5)松香的檢測方法

    ①主要檢測類別

        甜味劑、防腐劑、抗氧化劑、漂白劑、著色劑、增稠劑、乳化劑、有機酸、酸度調節抗結劑、消泡劑、抗氧劑、漂白劑、膨松劑、護色劑、調味劑、面粉處理劑、被膜劑、水分保持劑、營養強化劑、防腐保鮮劑、穩定劑、凝固劑、甜味劑。   

    ②主要檢測項目

        物理性質:外觀色澤、比重、結晶點、閃點、折光率、熱穩定性、環氧值、熱分解溫度、運動粘度、凝固點、酸值。    

     純度:灰分、水分、加熱減量、皂化值、酯含量。

    常用松香檢測方法介紹:

A,顏色測定方法

       顏色是松香產品標準中劃分級別的重要指標之一。根據測定時松香的狀態,可分為松香溶液測試法和固體松香顏色測試法2類。松香溶液測試法指碘色度標準比色法和加納色度標準比色法,其中碘色度標準比色法僅在日本、德國標準中使用;固體松香顏色測試法包括羅維邦色調計比色法、松香色級標準玻璃色塊比色法。世界各國對松香顏色的標準和測試方法雖然進行了大量研究,并根據本國特點制定了不同的標準和測試方法,但至今仍未能制定國際統一的標準和測試方法。不同的松香顏色測定方法,都有誤差問題而影響測量的精度。目前世界上松香主產國都已制定了分級CIE色度指標,配制了相應的松香色度玻璃標準。如美國早在1936年開始組合配制玻璃色塊,形成了以200號標準件所配合的各級標準并延用至今(ASTMD509293)。

B,酸值分析方法

         酸值是松香的主要化學性質之一。松香的主要成分是樹脂酸(C19H29COOH),可進行堿中和反應生成樹脂酸鹽和水,所以用酸堿滴定法來測定酸值。酸堿滴定法適用于淺色和中等色度的松香。

C,樹脂酸組分分析法

         松香的主要成分是樅酸型樹脂酸和海松酸型樹脂酸。現行松香和改性松香質量檢驗標準中只有GB/T1402021992《氫化松香》、LY/T135721999《歧化松香》中對樹脂酸中樅酸和脫氫樅酸含量用紫外分光光度法進行分析測定;GB/T1402121992《馬來松香》用酸堿滴定法對馬來酸酐加合物含量進行測定。對歧化松香中樅酸和脫氫樅酸的組成分析,近年進行了大量的研究,除采用國家標準紫外分光光度法外,還研究用氣相色譜法、紫外(UV)光譜導數法、紫外吸收光譜法等方法分析其含量。

D,金屬離子含量監測

       金屬離子含量的高低會影響松香及改性產品的質量及用途。現行質量檢驗標準中只有GB10287288《食品添加劑松香甘油酯和氫化松香甘油酯》中有砷含量的測定指標,其余標準都只用重量法測定松香的灰分,導致松香及其改性產品進入生產、生活時有可能是重金屬超標的,不符合清潔生產、綠色環保的要求。 目前松香中雜質金屬元素測定的常用方法是原子吸收光譜法。


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