TWI552825B

TWI552825B - 焊膏組合物、焊膏及助焊劑

Info

Publication number: TWI552825B
Application number: TW099143884A
Authority: TW
Inventors: 楊慧英; 呂道強
Original assignee: 亨克爾股份有限及兩合公司; 漢高股份有限公司
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2016-10-11
Also published as: TW201223679A

Description

焊膏組合物、焊膏及助焊劑

本發明係關於一種焊膏組合物、一種焊膏及一種助焊劑。

焊膏係由合金焊粉及糊狀助焊劑均質混合的一種膏狀焊接材料。目前最常使用的合金焊粉包含Sn-Ag系、Sn-Pb系、Sn-Sb系、Sn-Cu系、Sn-Bi系及Sn-Ag-Cu系合金等。而助焊劑通常包含或由一樹脂、一觸變劑、一活化劑、一溶劑以及選擇性地由其他添加劑所組成。助焊劑是淨化金屬表面、改善濕潤性、防止焊接材料氧化、保證焊膏品質及/或所述材料之優良工藝的一種關鍵材料。此外，助焊劑對於焊膏之儲存穩定性具有重要影響。

正常情況下，焊膏於儲存期間會隨時間推移而硬化或凝固。通常用硬化或凝固的速度衡量焊膏之儲存穩定性。焊膏具有一高儲存穩定性，通常較慢硬化或凝固；反之，焊膏具有一低儲存穩定性，其表現出較快硬化或凝固之特性。

現存焊膏中，有機酸類、有機胺類小分子或含鹵素化合物係作為活化劑。該活化劑可於焊膏儲存期間與合金焊粉交互作用，因此影響其流變性及其他性能。請注意，上述活化劑會嚴重地降低焊膏之儲存穩定性。

不論先前技術之狀況，本發明係預期提供一種助焊劑、一種焊膏組合物及一種焊膏，以克服存在於焊膏中之活化劑於焊膏儲存期間與合金焊粉交互作用，因此降低焊膏儲存穩定性之技術問題。

本發明之焊膏具優良焊接性能之同時，亦具有一高度儲存穩定性。

本發明之焊膏可藉由添加一長鏈硫醇及/或一有機螯合劑至助焊劑中，而顯著提高其儲存穩定性。

因此，本發明係關於一種助焊劑，其包含或由一樹脂、一觸變劑、一活化劑、一溶劑以及一長鏈硫醇及/或一有機螯合劑所組成。

該術辭「樹脂」、「觸變劑」、「活化劑」、「溶劑」、「長鏈硫醇」或「有機螯合劑」意指一種或超過一種之所述成份可存在於本發明之助焊劑中。

本發明中，所述之長鏈硫醇係至少具一-SH官能基之化合物，其碳鏈長度大於或等於7個碳原子，其中該碳原子較佳者為彼此互相地共價性鍵結。一具體實施例中，長鏈硫醇係由一或多種具通式R(CH₂)_nSH之化合物所構成之群組選出，其中R為甲基(methyl)、羧基(carboxyl)、羥基(hydroxyl)、甲醯基(formyl)或醯胺基(amido)，n為7至21，較佳為12至18；更佳者，所述之長鏈硫醇係由己硫醇(hexanethiol)、辛硫醇(octanethiol)、癸硫醇(decanethiol)、十二硫醇(dodecanethiol)、十八硫醇(octadecanethiol)及/或其等之混合物所選出。本發明之助焊劑中亦可使用不同長鏈硫醇之混合物。

本發明中，所述之有機螯合劑較佳為選自鄰-二氮雜菲類(o-naphthisodiazine)螯合劑。更佳者，該有機螯合劑係選自1,10-鄰-二氮雜菲(1-10-o-naphthisodiazine)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-啡囉啉(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)、4,7-二甲基-1,10-鄰-二氮雜菲(4,7-dimethyl-1,10-o-naphthisodiazine)、4,7-二苯基-1,10-鄰-二氮雜菲(4,7-diphenyl-1,10-o-naphthisodiazine)及/或其等之混合物。

本發明中，所述長鏈硫醇及/或有機螯合劑之含量係為可於合金焊粉顆粒表面形成一單分子保護膜之適當含量，其不影響焊膏之其他性能表現。較佳者，長鏈硫醇及/或有機螯合劑以助焊劑總量為基礎，其存在含量為0.2wt%至10wt%，更佳者為0.5wt%至5wt%。當用量低於0.2wt%，合金焊粉顆粒表面單分子保護膜之形成會不完整；當用量高於10wt%，長鏈硫醇及/或有機螯合劑會負面地影響焊膏之其他性能，諸如焊接性能或印刷性能等。

一具體實施例中，助焊劑係包含至少一本發明長鏈硫醇及至少一本發明有機螯合劑所組成之混合物。

本發明中，樹脂係選自松香樹脂(rosin resins)、酸修飾之松香樹脂(acid modified rosin resins)、氫化松香樹脂(hydrogenated rosin resins)、歧化松香樹脂(disproportionated rosin resins)及/或聚合松香樹脂(polymerized rosin resins)，及/或其等之混合物。樹脂含量可為該領域中之常規用量。較佳者，該樹脂以助焊劑總量為基礎，其存在含量為10wt%至60wt%，及更佳者，其含量為30wt%至55wt%。

此外，本發明之助焊劑包含至少一觸變劑。該觸變劑係選自聚醯胺類(polyamides)、氫化蓖麻油類(hydrogenated castor oils)及/或醯胺修飾之氫化蓖麻油類(amide modified hydrogenated castor oils)，及/或其等之混合物。觸變劑含量可為該領域中之常規用量。較佳者，該觸變劑以助焊劑總量為基礎，其存在含量為1wt%至10wt%。

本發明助焊劑之另一成份為至少一活化劑。該活化劑係選自含鹵素化合物、有機酸類化合物及/或有機胺類化合物，及/或其等之混合物。活化劑含量可為該領域中之常規用量。較佳者，該活化劑以助焊劑總量為基礎，其存在含量為0.5wt%至30wt%。

本發明助焊劑之另一成份為至少一溶劑。一具體實施例中，該溶劑為二醇單醚類(diol monoether)及/或二醇雙醚類(diol diether)溶劑，諸如二乙二醇單己醚(diethylene glycol monohexyl ether)及/或聚乙二醇雙丁醚(polyethylene glycol dibutyl ether)等。溶劑含量可為該領域中之常規用量。較佳者，該溶劑以助焊劑總量為基礎，其存在含量為10 wt%至60 wt%。

本發明之助焊劑亦包含其他常規添加劑，諸如增塑劑及/或抗氧化劑等。

本發明之助焊劑可為所有成份混合之一組成形式，亦可為多容器包裝或套裝形式，其中每一成份裝於分別之容器或數個成份組裝於一或多個容器中。

本發明中，所述之助焊劑可由該領域中常規方法製備而得，例如藉由加熱及混合每一成份。

本發明亦關於一種焊膏組合物，其包含本發明之助焊劑及至少一合金焊粉。該合金焊粉係選自無鉛合金焊粉或含鉛合金焊粉。該術辭「無鉛合金焊粉」係指合金焊粉大致上不包含鉛，其意指該鉛含量以合金焊粉總量為基礎，少於5 wt%，較佳為少於1 wt%，更佳為少於0.01 wt%。

較佳者，助焊劑與合金焊粉之體積比為0.8：1至1.2：1。無鉛焊粉較佳為選自Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Zn系及/或Sn-Bi系合金。含鉛焊粉較佳為Sn-Pb系合金。該合金焊粉較佳為一球形粉末形式，其中所述球形粉末之平均顆粒大小較佳為1μm至45μm。

本發明中，該術辭「平均顆粒大小」係指累積體積分佈曲線(cumulative volume distribution curve)之D₅₀值，其中50%顆粒體積直徑小於所述之值。本發明之平均顆粒大小或D₅₀值係經由雷射繞射測定法(laser diffractometry)測定，其較佳為使用來自Malvern儀器有限公司之Malvern Mastersizer 2000測定。於此技術中，溶於懸浮液或乳化液中之顆粒大小係基於Fraunhofer或Mie理論之應用，利用一雷射光束之繞射加以測定。於本發明中，係利用Mie理論或修正之Mie理論測量非球形顆粒，及該平均顆粒大小或D₅₀值係利用散射測量，其角度相對於入射雷射光束由0.02度至135度。

本發明中，所述焊膏組合物係以多容器包裝或套裝形式，其中每一成份裝於分別之容器或數個成份組裝於一或多個容器中。一具體實施例中，該焊膏組合物包含至少二容器。將長鏈硫醇及/或有機螯合劑作為第一部份，而合金焊粉作為第二部份，二部份較佳為不存放於相同容器中，以避免任何物理性或化學性接觸。例如，所述焊膏組合物為二容器包裝形式，其中一容器內含助焊劑及另一容器內含合金焊粉。於另一具體實施例中，所述焊膏組合物為三容器包裝形式，其中一容器內含長鏈硫醇及/或有機螯合劑，另一容器內含本發明助焊劑之其他成份，及第三容器內含合金焊粉。

本發明亦關於一種焊膏，其係為本發明焊膏組合物之所有成份之一混合物。

本發明之焊膏中，合金焊粉之整個顆粒表面較佳為覆蓋一層單分子膜。該單分子膜係由一或多種長鏈硫醇及/或有機螯合劑自我聚集組裝而成。

本發明之焊膏亦包含常規添加劑，諸如增塑劑及/或抗氧化劑等。

本發明之焊膏可經由混合本發明之助焊劑及合金焊粉製備而得。

所述之焊膏儲存溫度較佳為0℃至5℃，以使於長時間儲存中具有一高儲存穩定性。

本發明之實施例顯示當於30℃儲存4天之條件下，本發明之焊膏較佳為具有一黏度變化少於±6%。相對地，傳統焊膏於相較之儲存條件下，黏度增加84.1%。其指出本發明之焊膏具有一優異儲存穩定性。

本發明焊膏之儲存穩定性顯著增加，具有較佳儲存性及優良焊接性能。相較於現存之焊膏，本發明之焊膏可以簡單製備步驟製備而得。

除非特別說明，本發明所使用之所有材料及試劑皆為市面上可購得。

助焊劑之製備：

將本發明之溶劑、樹脂、活化劑及觸變劑依比例地加入一不銹鋼反應釜中。將混合物於100℃至150℃下攪拌，直至所有成份皆完全溶解。其後將混合物快速冷卻，補充添加部份揮發之溶劑，並以密封方式儲存備用。

焊膏之製備：

將11.5 wt%之助焊劑及88.5 wt%之合金焊粉置於雙行星攪拌器(double planetary stirrer)中，於室溫下非均質地(heterogeneously)攪拌，並分裝於500公克錫膏罐。

實施例1

此實施例中，使用88.5 wt%之合金焊粉Sn-3.0Ag-0.5Cu，及11.5 wt%之助焊劑，該助焊劑含長鏈硫醇及/或有機螯合劑。

助焊劑之特殊配方如下：

實施例2

助焊劑之特殊配方如下：

實施例3

助焊劑之特殊配方如下：

對比實施例

此實施例中，使用88.5 wt%之合金焊粉Sn-3.0Ag-0.5Cu，及11.5 wt%之助焊劑，該助焊劑不包含長鏈硫醇及/或有機螯合劑。

助焊劑之特殊配方如下：

儲存穩定性及濕潤性

測定所有實施例及對比實施例之儲存穩定性及焊接濕潤性。

Malcom黏度：

利用Malcom PCU-201黏度計分別測量儲存前及儲存後之黏度。黏度於轉速為10rpm下進行比較，以表現黏度變化。

黏度變化%=(儲存後10rpm黏度一儲存前10rpm黏度)/儲存前10rpm黏度

當上述實施例之焊膏於30℃下儲存4天後，利用Malcom黏度測量其儲存穩定性。其測試與比較結果如表一所示。

由表一結果可知，本發明之焊膏(實施例1至3)相較於對比實施例1，展現出一較佳儲存穩定性。

此即說明長鏈硫醇及/或鄰-二氮雜菲之添加可顯著地提高焊膏之儲存穩定性，其中該焊接濕潤性仍表現良好。

Claims

一種助焊劑，其包含一樹脂、一觸變劑、一活化劑、一溶劑以及一長鏈硫醇及/或一有機螯合劑，其中，長鏈硫醇係由一或多種具通式R(CH₂)_nSH之化合物所構成之群組選出，其中，R為甲基、羧基、羥基、甲醯基或醯胺基，且n為7至21，且該有機螯合劑係為一鄰-二氮雜菲類螯合劑。
根據申請專利範圍第1項所述之助焊劑，其中，長鏈硫醇係由一或多種具通式R(CH₂)_nSH之化合物所構成之群組選出，其中，R為甲基、羧基、羥基、甲醯基或醯胺基，且n為12至18。
根據申請專利範圍第1項所述之助焊劑，其中，長鏈硫醇係由己硫醇、辛硫醇、癸硫醇、十二硫醇及/或十八硫醇，及/或其等之混合物所選出。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，有機螯合劑係選自1,10-鄰-二氮雜菲、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-啡囉啉、4,7-二甲基-1,10-鄰-二氮雜菲及4,7-二苯基-1,10-鄰-二氮雜菲，及/或其等之混合物。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，長鏈硫醇及/或有機螯合劑以助焊劑總量為基礎，其存在含量為0.2wt%至10wt%。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，樹脂係選自松香樹脂、酸修飾之松香樹脂、氫化松香樹脂、歧化松香樹脂及/或聚合松香樹脂，及/或其等之混合物。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，樹脂以助焊劑總量為基礎，其存在含量為10wt%至60wt%。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，觸變劑係選自聚醯胺類、氫化蓖麻油類及/或醯胺修飾之氫化蓖麻油類及/或其等之混合物。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，觸變劑以助焊劑總量為基礎，其存在含量為1wt%至10wt%。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，活化劑係選自含鹵素化合物、有機酸類及/或有機胺類化合物及/或其等之混合物。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，活化劑以助焊劑總量為基礎，其存在含量為0.5wt%至30wt%。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，溶劑係選自二醇單醚類及/或二醇雙醚類溶劑。
根據中請專利範圍第1項或第2項所述之助焊劑，其中，溶劑以助焊劑總量為基礎，其存在含量為10wt%至60wt%。
根據申請專利範圍第13項所述之助焊劑，其中，溶劑係為二乙二醇單己醚及/或聚乙二醇雙丁醚。
一種呈套裝形式之焊膏組合物，其包含根據申請專利範圍第1項至第14項中任一項所述之助焊劑及至少一合金焊粉。
根據申請專利範圍第15項所述之焊膏組合物，其中，助焊劑與合金焊粉之體積比係為0.8：1至1.2：1。
一種焊膏，其係為一根據申請專利範圍第15項或第16項所述之焊膏組合物中之所有成份之混合物。