固化剂对树脂基Sn-58Bi复合焊膏铺展性能的影响
发布时间：2021-11-12 23:08
以市售Sn-58Bi焊膏为研究对象,加入E51型环氧树脂,采用多种固化剂制备不同种类树脂基复合焊膏,对比分析不同种类复合焊膏的润湿铺展性能,并结合DSC和FT-IR检测方法探究了固化剂活性以及各组焊膏固化产物的官能团组成。研究表明:复合焊膏以间苯二胺为固化剂时,在常温保存4 h内已经固化;不加固化剂或添加593固化剂、651固化剂、甲基四氢苯酐固化剂时,在铺展过程中将发生不润湿或反润湿现象。三乙醇胺和DMP-30可以保持或促进焊膏润湿铺展。其中,三乙醇胺固化剂的添加使焊膏具有良好固化成型形貌的同时又使铺展面积增大了17.66%。DSC测试表明,固化剂活性过高会使焊膏铺展时产生不润湿现象。FT-IR分析表明,焊膏中原有胺类物质和羧酸类物质以及添加的加成型固化剂都会被固化反应消耗,使助焊剂活性降低,出现反润湿现象。叔胺类物质不会被固化反应消耗且能提高固化剂活性,故能抑制反润湿并提高润湿性能。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(22)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
原始焊膏中助焊剂和固化产物的FT-IR谱图对比:(a)助焊剂;(b)固化产物
图5为各组复合焊膏的固化产物的红外光谱。由图5可知,在复合焊膏中无论加入何种固化剂,甚至不加固化剂的情况下,其固化产物的特征峰峰值都基本一致。结合红外光谱基团振动频率表[24]以及复合焊膏中主要成分进行分析可知,固化产物的主要特征峰分为以下几类:(1)碳原子链上的C-H振动峰,包括2 927 cm-1、2 867 cm-1、1 460 cm-1、1 384 cm-1处的峰;(2)环氧树脂中苯环上的特征峰,主要有苯环的骨架振动峰,包括1 609 cm-1、1 580 cm-1、1 510 cm-1、1 362 cm-1处的峰,以及1,4取代时苯环上的C-H的面外弯曲峰,即829 cm-1处的峰;醇羟基的O-H伸缩振动峰,包括3 340～3 397 cm-1间的宽频带峰;(3)酯基的特征基团的峰,主要有酯羰基的C=O伸缩振动峰,即为1 723 ～1 732 cm-1间的峰,以及酯基上C-O-C中的C-O伸缩振动峰,即为1 247 cm-1和1 040 cm-1附近的峰;(4)固化产物中还存在叔胺的C-N伸缩振动峰,即为1 183 cm-1处的峰;(5)其他峰,因峰值较弱或特征性不强,不具有分析价值,如1 297 cm-1处的峰可能性过多,且特征性不强。对固化产物的官能团进行分析发现,未主动加入加成型胺类物质的复合焊膏(组别4-1、4-2、5、6-1、6-2)的固化产物中也存在叔胺的C-N键,证明原焊膏中的胺类物质会参与固化反应。且通过观察可发现所有复合焊膏固化产物中均有酯基存在。结合助焊剂中主要成分和所添加的物质分析可知,酯的生成途径主要有两种:一种是环氧树脂固化时,羧酸基可能会与环氧树脂发生加成反应生成酯;另一种则是由于在环氧树脂的固化过程中,氢原子进攻环氧基,使其开环后产生羟基,而羧酸则可能与羟基发生酯化反应生成酯,该反应同时也会产生水分。图5中3 340～3 457 cm-1处的宽谱带峰证明在焊接过程中确实有羟基产生,验证了酯化反应发生的可能。
2-1和2-2组复合焊膏(固化剂∶添加间苯二胺)配制好后,铺展试验进行前的常温放置阶段就已经固化,铺展试验无法进行。其他组别树脂复合焊膏的铺展结果如图1所示,可从钎料的铺展性能和树脂固化程度两方面来评价焊膏的铺展性能。从钎料铺展情况(图1)来看,对比原始Sn-58Bi焊膏,添加有593脂肪胺固化剂(组别1)和651聚酰胺固化剂(组别3)的复合焊膏在铺展时,钎料出现了明显的不润湿和反润湿现象(图1b、c),说明此时焊膏已经基本失效。以甲基四氢苯酐作为固化剂的组别4-1未出现不润湿现象,但反润湿现象依然存在。在4-1组焊膏中再加入极少量的促进剂DMP-30(组别4-2)后,反润湿现象消失。以三乙醇胺为固化剂的组别5复合焊膏铺展状况良好。未加固化剂的组别6情况同组别4类似,6-1组出现了反润湿现象,加入少量DMP-30 (组别6-2)后,反润湿现象消失。可见,三乙醇胺和DMP-30比例适当时,可促进钎料润湿铺展,改善反润湿现象。润湿性能的优劣可用液态钎料在母材上的铺展面积或润湿角来衡量,本试验对铺展良好的复合焊膏的钎料铺展面积进行了测量,结果如图2所示。计算可知,与原始Sn-58Bi焊膏(组别0)相比,4-2组、5组和6-2组复合焊膏的铺展面积分别增加了12.39%、17.66%和6.49%。相较于其他复合焊膏,这三组焊膏都添加有叔胺类物质,且随着叔胺量增多,扩展面积增大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂/酸酐固化剂体系的热性能研究[J]. 段国晨,赵景丽,赵伟超. 中国胶粘剂. 2017(02)
[2]Sn-Bi系电子互连材料研究进展[J]. 杨帆,张亮,孙磊,钟素娟,马佳,鲍丽. 电子元件与材料. 2016(06)
[3]醇胺对免清洗焊芯用助焊剂性能的影响[J]. 秦俊虎,刘宝权,吕金梅,古列东. 电子元件与材料. 2013(02)
[4]非松香基无卤素固体助焊剂成分的优化设计[J]. 程方杰,马兆龙,葛文君. 电子与封装. 2011(08)
[5]电子封装用环氧树脂基复合材料的优化[J]. 李攀敏,钟朝位,童启铭,庞祥. 电子元件与材料. 2011(08)
[6]焊膏用免清洗助焊剂的制备与研究[J]. 王伟科,赵麦群,邬涛. 电子工艺技术. 2006(01)
[7]绿色无铅电子焊料的研究与应用进展[J]. 张曙光,何礼君,张少明,石力开. 材料导报. 2004(06)
[8]环氧树脂/间苯二胺体系性能研究[J]. 郑亚萍,宁荣昌. 中国塑料. 2001(02)
[9]固化环氧树脂用促进剂[J]. 陈平. 中国胶粘剂. 1992(05)
硕士论文
[1]环氧树脂/胺体系固化行为的分子模拟研究及新型碳杂化增强体设计[D]. 高亮.北京化工大学 2017
本文编号：3491816
【文章来源】：材料导报. 2020,34(22)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
原始焊膏中助焊剂和固化产物的FT-IR谱图对比:(a)助焊剂;(b)固化产物
图5为各组复合焊膏的固化产物的红外光谱。由图5可知,在复合焊膏中无论加入何种固化剂,甚至不加固化剂的情况下,其固化产物的特征峰峰值都基本一致。结合红外光谱基团振动频率表[24]以及复合焊膏中主要成分进行分析可知,固化产物的主要特征峰分为以下几类:(1)碳原子链上的C-H振动峰,包括2 927 cm-1、2 867 cm-1、1 460 cm-1、1 384 cm-1处的峰;(2)环氧树脂中苯环上的特征峰,主要有苯环的骨架振动峰,包括1 609 cm-1、1 580 cm-1、1 510 cm-1、1 362 cm-1处的峰,以及1,4取代时苯环上的C-H的面外弯曲峰,即829 cm-1处的峰;醇羟基的O-H伸缩振动峰,包括3 340～3 397 cm-1间的宽频带峰;(3)酯基的特征基团的峰,主要有酯羰基的C=O伸缩振动峰,即为1 723 ～1 732 cm-1间的峰,以及酯基上C-O-C中的C-O伸缩振动峰,即为1 247 cm-1和1 040 cm-1附近的峰;(4)固化产物中还存在叔胺的C-N伸缩振动峰,即为1 183 cm-1处的峰;(5)其他峰,因峰值较弱或特征性不强,不具有分析价值,如1 297 cm-1处的峰可能性过多,且特征性不强。对固化产物的官能团进行分析发现,未主动加入加成型胺类物质的复合焊膏(组别4-1、4-2、5、6-1、6-2)的固化产物中也存在叔胺的C-N键,证明原焊膏中的胺类物质会参与固化反应。且通过观察可发现所有复合焊膏固化产物中均有酯基存在。结合助焊剂中主要成分和所添加的物质分析可知,酯的生成途径主要有两种:一种是环氧树脂固化时,羧酸基可能会与环氧树脂发生加成反应生成酯;另一种则是由于在环氧树脂的固化过程中,氢原子进攻环氧基,使其开环后产生羟基,而羧酸则可能与羟基发生酯化反应生成酯,该反应同时也会产生水分。图5中3 340～3 457 cm-1处的宽谱带峰证明在焊接过程中确实有羟基产生,验证了酯化反应发生的可能。
2-1和2-2组复合焊膏(固化剂∶添加间苯二胺)配制好后,铺展试验进行前的常温放置阶段就已经固化,铺展试验无法进行。其他组别树脂复合焊膏的铺展结果如图1所示,可从钎料的铺展性能和树脂固化程度两方面来评价焊膏的铺展性能。从钎料铺展情况(图1)来看,对比原始Sn-58Bi焊膏,添加有593脂肪胺固化剂(组别1)和651聚酰胺固化剂(组别3)的复合焊膏在铺展时,钎料出现了明显的不润湿和反润湿现象(图1b、c),说明此时焊膏已经基本失效。以甲基四氢苯酐作为固化剂的组别4-1未出现不润湿现象,但反润湿现象依然存在。在4-1组焊膏中再加入极少量的促进剂DMP-30(组别4-2)后,反润湿现象消失。以三乙醇胺为固化剂的组别5复合焊膏铺展状况良好。未加固化剂的组别6情况同组别4类似,6-1组出现了反润湿现象,加入少量DMP-30 (组别6-2)后,反润湿现象消失。可见,三乙醇胺和DMP-30比例适当时,可促进钎料润湿铺展,改善反润湿现象。润湿性能的优劣可用液态钎料在母材上的铺展面积或润湿角来衡量,本试验对铺展良好的复合焊膏的钎料铺展面积进行了测量,结果如图2所示。计算可知,与原始Sn-58Bi焊膏(组别0)相比,4-2组、5组和6-2组复合焊膏的铺展面积分别增加了12.39%、17.66%和6.49%。相较于其他复合焊膏,这三组焊膏都添加有叔胺类物质,且随着叔胺量增多,扩展面积增大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂/酸酐固化剂体系的热性能研究[J]. 段国晨,赵景丽,赵伟超. 中国胶粘剂. 2017(02)
[2]Sn-Bi系电子互连材料研究进展[J]. 杨帆,张亮,孙磊,钟素娟,马佳,鲍丽. 电子元件与材料. 2016(06)
[3]醇胺对免清洗焊芯用助焊剂性能的影响[J]. 秦俊虎,刘宝权,吕金梅,古列东. 电子元件与材料. 2013(02)
[4]非松香基无卤素固体助焊剂成分的优化设计[J]. 程方杰,马兆龙,葛文君. 电子与封装. 2011(08)
[5]电子封装用环氧树脂基复合材料的优化[J]. 李攀敏,钟朝位,童启铭,庞祥. 电子元件与材料. 2011(08)
[6]焊膏用免清洗助焊剂的制备与研究[J]. 王伟科,赵麦群,邬涛. 电子工艺技术. 2006(01)
[7]绿色无铅电子焊料的研究与应用进展[J]. 张曙光,何礼君,张少明,石力开. 材料导报. 2004(06)
[8]环氧树脂/间苯二胺体系性能研究[J]. 郑亚萍,宁荣昌. 中国塑料. 2001(02)
[9]固化环氧树脂用促进剂[J]. 陈平. 中国胶粘剂. 1992(05)
硕士论文
[1]环氧树脂/胺体系固化行为的分子模拟研究及新型碳杂化增强体设计[D]. 高亮.北京化工大学 2017
本文编号：3491816
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