低鹵素無鉛焊錫膏研制
膏是焊錫行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，筆者對此進行了探討，研制出一種低鹵素無鉛焊錫膏。
1 實驗
1.1 實驗材料
焊接材料：銅板（牌號為 T2，純度＞99%）；Sn3.0Ag0.5Cu 三號焊粉。 助焊劑材料：有溶劑、活性劑、成膜物質(zhì)、觸變性等。其中，溶劑及活性劑使用分析純試劑，其他為化學純試劑。成膜物質(zhì)為氫化松香、聚合松香；溶劑為高沸點的溶纖劑、卡必醇；活性劑為丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、檸檬酸、蘋果酸、鹵代酸 1、鹵代酸 2、鹵代酸 3；觸變劑為高級脂肪酸類物質(zhì)、改性氫化蓖麻油類物質(zhì)。
1.2 實驗儀器
燒杯、量筒、電動攪拌機、電子天平、Malcom PCU205 黏度測試儀、電熱板、烘箱、手動印刷臺、刮刀、顯微鏡。
1.3 測試方法
鹵素含量、潤濕性測試按 JIS—Z—3284 進行；黏度、錫球、塌陷測試按照 IPC J—STD—005 進行；黏度測試用 Malcom PCU205 儀器進行測定，設(shè)定參數(shù)為 25℃，轉(zhuǎn)速為 10 r/mim。
2 結(jié)果與討論
2.1 成膜物質(zhì)對黏度的影響
本研究的成膜物質(zhì)是指兩種松香，即氫化松香和聚合松香，它們是調(diào)節(jié)焊錫膏黏度的主要成分。實驗首先固定除松香以外的其他組分含量，w(成膜物質(zhì))為 50%，然后用一定量的一種松香取代另外一種松香制備助焊劑，如 w(氫化松香)為 10%，則 w(聚合松香)為 40%，以此類推，并與Sn3.0Ag0.5Cu 三號焊粉按照一定比例配制焊錫膏，測出焊錫膏的黏度η
，其結(jié)果如圖
1 助焊劑內(nèi)成膜物質(zhì)含量對黏度的影響
Fig.1 The effect of film-forming substances contents in the flux on theviscosities
實驗結(jié)果表明，不同的松香配比對焊錫膏的黏度有較大的影響。隨著氫化松香含量的增加，焊錫膏黏度也增加，主要原因是兩種松香的結(jié)構(gòu)不同導致其在溶劑里的黏度不同，因而制備出的焊錫膏的黏度不同。另外，由于松香不同，其軟化點、酸值等性質(zhì)也不同，所以用不同的松香制備的焊錫膏除黏度以外的其他性能也有所不同，如潤濕性、抗坍塌性及儲存性等
[1]。綜合考慮，松香質(zhì)量比采用 m(氫化松香): m(聚合松香) = 3:2。
2.2
觸變劑對黏度的影響固定其他組分的含量，改變觸變劑種類及含量，其中觸變劑 1 為改性氫化蓖麻油類物質(zhì)，觸變劑 2為高級脂肪酸類物質(zhì)，其實驗結(jié)果如圖
2 所示。
觸變劑種類及含量對黏度的影響
Fig.2 The effects of thixotropic agents types and contents on the viscosities 由圖 2 可知，不同種類的觸變劑，即使其含量相同，制備出的焊錫膏黏度不同。實驗中相同含量的改性氫化蓖麻油類物質(zhì)比高級脂肪酸類物質(zhì)制備的焊錫膏黏度大，主要原因可能是改性氫化蓖麻油類物質(zhì)在溶劑中通過分散、活化而被溶脹的長鏈相互纏繞形成的觸變結(jié)構(gòu)較高級脂肪酸類物質(zhì)體積大，因而其增稠作用也大，表現(xiàn)在黏度上就比高級脂肪酸類物質(zhì)大�？紤]到觸變劑含量高，制備出焊錫膏的黏度大，焊錫膏的印刷性有所降低，不適合高速印刷制程，所以在制備助焊劑時 w(觸變劑)一般為 4%~7%，根據(jù)生產(chǎn)需要選擇。
2.3 溶劑對黏度的影響
固定助焊劑中松香含量，并固定 w(溶劑)為 35%，然后改變?nèi)軇┓N類及含量，其中溶劑 1 為溶纖劑，溶劑 2、溶劑 3 為兩種不同的卡必醇，考察指標為黏度。實驗結(jié)果見表 1
由表 1 可知，不同的溶劑對焊錫膏的黏度也有一定的影響，制備出的焊錫膏黏度大小分別為溶劑 1＞溶劑 2＞溶劑 3。另外，這三種溶劑按照不同比例制備出的焊錫膏黏度也遵循相應(yīng)的變化規(guī)律。其主要原因是每種溶劑的分子結(jié)構(gòu)和極性對成膜劑、活性劑等的溶解性、匹配性不同，特別是它們本身的黏度不同，所以制備出的焊錫膏黏度也就不同。與此同時，溶劑的選擇還要看其沸點、黏度、極性等性能[2-3]，而且，不同溶劑對助焊劑活化點也有影響[4]，因此單一溶劑不能滿足要求，所以溶劑的選擇同樣也采用復(fù)配的原則。
表 1
溶劑對黏度的影響
Tab.1 The effects of solvents on the viscosities
w(溶劑 1)/% w(溶劑 2)/% w(溶劑 3)/% η / Pa·s
35 0 0 240
25 10 0 231
15 20 0 220
0 35 0 215
25 0 10 224
15 0 20 213
0 0 35 181
0 15 20 193
0 25 10 204
2.4
活性劑種類對潤濕性的影響
固定松香、溶劑等的含量，添加不同種類一定比例的活性劑進行考察，其中活性劑的總質(zhì)量分數(shù)為9%，有機酸活性劑為丁二酸、戊二酸、癸二酸、己二酸、檸檬酸、蘋果酸中的一種，鹵代酸活性劑為鹵代酸 1、鹵代酸 2、鹵代酸 3 中的一種，考察指標為焊錫膏的潤濕性，根據(jù)照片作定性評價。表 2 為癸二酸和鹵代酸 2 的考察結(jié)果，該結(jié)果具有代表性。
表 2
活性劑種類對潤濕性的影響
Tab.2 The effects of activator type upon wettabilities
活性劑組成 w / %
癸二酸 9 7 6 5 鹵代酸2 0 2 3 4 潤濕性結(jié)果照片
由表 2
可看出，隨著鹵代酸含量的增加，潤濕性增加，主要原因是鹵代酸中的鹵代基可以吸引羧基中羥基的電子使其酸性增強，在釬焊加熱過程中可以更快去除氧化層，表現(xiàn)為活性增強，潤濕性增強。而普通有機酸一般為弱酸，其活性相對較弱，表現(xiàn)為潤濕性也相對較弱。為了達到低鹵素、高活性的效果，綜合考慮各方面性能指標，選擇采用一種有機酸與一種鹵代酸復(fù)配，其質(zhì)量比為 m(有機酸): m(鹵代酸) = 2:1。
3 焊錫膏配方及綜合性能
考慮到焊錫膏的焊接性、印刷性以及儲存穩(wěn)定性等綜合性能，本研究最終確定以下配方：溶劑使用復(fù)配溶劑，其總質(zhì)量分數(shù)為 35%，且 m(溶劑 1) :m(溶劑 2) = 3:4；觸變劑的質(zhì)量分數(shù)為 6%；鹵代酸的質(zhì)量分數(shù)為 3%、有機酸的質(zhì)量分數(shù)為 6%，用此配方與質(zhì)量分數(shù)為 50%的復(fù)配松香進行配制得到助焊劑，再與焊粉混合，助焊劑與焊錫粉的質(zhì)量比為11.5:88.5，制備出低鹵素無鉛焊錫膏，并根據(jù)相關(guān)性能的測試方法測試其綜合性能，其結(jié)果見表 3。
根據(jù)測試結(jié)果可知：制得的低鹵素無鉛焊錫膏具有鹵素含量低、潤濕性好、錫珠少和坍塌性好等綜合性能。
4 結(jié)論
研制了一種綜合性能優(yōu)越的低鹵素無鉛焊錫膏，其中各組分的作用及選擇原則是：（1）焊錫膏中松香對黏度、潤濕性、印刷性及儲存性等有一定的影響，為提高綜合性能，松香應(yīng)
選擇復(fù)配方式。（2）焊錫膏中的溶劑不僅起溶解活性劑等固體物質(zhì)的作用，而且對焊錫膏黏度起著重要的作用，同樣也應(yīng)使用復(fù)配溶劑。（3）焊錫膏中觸變劑對黏度有很大的影響，根
據(jù)實際情況選擇。（4）焊錫膏中活性劑的復(fù)配可以使活性劑不僅具有低鹵素特點，而且在焊接的整個溫度范圍內(nèi)都具有活性，從而提高焊錫膏的潤濕效果。
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