專利名稱：無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種助焊劑，特別是適應(yīng)無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香的免清洗助焊劑。
背景技術(shù)：
由于全球環(huán)保法規(guī)和電子工業(yè)發(fā)展的要求，電子產(chǎn)品無鉛化是一種必然趨勢。目前國際上研究較多和初步商業(yè)化的無鉛焊料是Sn-Ag和Sn-Ag-Cu共晶合金。但在研究和使用過程中發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的Sn-Pb焊料相比，無鉛焊料潤濕性差，易氧化，且熔點(diǎn)高。熔點(diǎn)的升高意味著焊接溫度必須提高，這一方面會造成板面元件的損壞，另一方面必然會增加助焊劑中活性劑的揮發(fā)，易于引起焊劑性能的失效，而起不到良好的活化和保護(hù)作用。無鉛焊料的研究和開發(fā)過程中要求必須有相應(yīng)的助焊劑能與之配套使用。
近10年來，免清洗助焊劑在國內(nèi)外電子工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。由于具有能免除焊后清洗工藝、節(jié)約成本和焊接效果好等優(yōu)勢，免清洗助焊劑成為很多電子生產(chǎn)廠家的首選產(chǎn)品。以往研制的免清洗助焊劑有的活性較弱，腐蝕性小，焊后殘留物少，能保證一般電子器件的焊接，但是不適用于焊接潤濕性差的材料；有的活性較強(qiáng)的免清洗助焊劑，同時腐蝕性也較大，焊后殘留物多，電子產(chǎn)品長時間在高濕高熱等環(huán)境條件下工作時，具有腐蝕性的焊后殘留物將會對產(chǎn)品的電氣絕緣性能造成潛在的危害。而且，過去的研究主要集中在含鉛焊料使用的免清洗助焊劑產(chǎn)品的開發(fā)上，不能滿足當(dāng)前無鉛焊料發(fā)展的需要，針對無鉛焊料焊接溫度高和潤濕性差的特點(diǎn)，有待于進(jìn)一步開展關(guān)于無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑的研究。
公開號CN1836825(
公開日2006年9月27日)，名稱為無鉛焊料專用水溶性助焊劑的發(fā)明專利，以硼酸和有機(jī)酸作為助焊劑成分中的活化劑。該助焊劑的潤濕力強(qiáng)，助焊性能較好，并且不含松香，無鹵化物，對無鉛焊料助焊性能優(yōu)越。焊后殘余物可溶于水，用水清洗后，干燥銅板，板子的表面絕緣電阻很高，可滿足高可靠性產(chǎn)品的要求。
但是該類助焊劑的焊后殘留物必須及時用水清洗，否則殘留物將會對板面造成腐蝕。另外，對于一般消費(fèi)類電子產(chǎn)品而言，焊后清洗工序成本相對較高，特別是隨著電子產(chǎn)品日益向更輕、更小、更薄的方向發(fā)展，表面貼裝的元器件和印制底板間的間隙很小，不能為清除殘留物提供良好的液體和氣體通道，給清洗工作帶來困難，并且使用水溶性助焊劑需要配備專門的設(shè)備解決清洗后廢水的排放和處理問題，也增加了產(chǎn)品的成本。因此，水溶性助焊劑助焊劑難以應(yīng)用于中小規(guī)模企業(yè)的電子產(chǎn)品生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種可以保證一般電子產(chǎn)品可靠性要求的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香的免清洗助焊劑。
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有無鉛焊料專用水溶性助焊劑對免清洗焊接工藝的不適應(yīng)性，提供一種能有效配合無鉛焊料使用的免清洗助焊劑。這種助焊劑對無鉛焊料的潤濕能力較強(qiáng)，能增強(qiáng)無鉛焊料的可焊性，并能適應(yīng)無鉛焊料的焊接溫度要求，對無鉛焊料合金腐蝕作用小，焊后殘留物為一層無色或淡黃色透明酯類膜狀物質(zhì)，可免除清洗工藝，焊接后的電路板具有較高的絕緣電阻值。
對于采用無鉛焊接并且焊后的電路板不需要清洗工藝的產(chǎn)品而言，該免清洗助焊劑是一種較理想的選擇。
本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香環(huán)保型免清洗助焊劑，其重量百分?jǐn)?shù)組成為活化劑8.0-15.0％助溶劑28.0-40.0％成膜劑0.1-1.0％緩蝕劑0.1～0.5％其余為溶劑去離子水。
配制方法在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和部分去離子水，攪拌下加入成膜劑，溶解后加余量去離子水、活化劑和表面活性劑，然后加入緩蝕劑。攪拌至固體物完全溶解，物料混合均勻，靜置過濾后保留濾液即得本發(fā)明助焊劑。
所述的活化劑由有機(jī)酸和非離子表面活性劑組成，其重量百分比的組成比例為16∶1～75∶1，有機(jī)酸為脂肪族一元羧酸、二元羧酸、芳香酸、羥基酸，選自是乙酸、乙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、水楊酸、DL-蘋果酸、順丁烯二酸、鄰苯二甲酸、酒石酸、檸檬酸和乳酸。所選擇的二元酸的酸性較強(qiáng)，均能溶解于水。其中水楊酸、DL-蘋果酸、酒石酸、檸檬酸和乳酸都是羥基酸。羥基酸因?yàn)榉肿又泻辛u基和羧基兩種官能團(tuán)，具有羥基和羧基的一般性質(zhì)。而且由于羥基酸分子中羥基是吸電基，具有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，使羧基的離解度增加，酸性比相應(yīng)的羧酸強(qiáng)。因?yàn)檫@些有機(jī)酸的沸點(diǎn)及分解溫度有一定的差別，把多種有機(jī)酸類活化劑組合使用，可以使助焊劑的沸點(diǎn)及活性劑的分解溫度呈一個較大的區(qū)間分布，保持整個焊接過程中助焊劑都具有較高的活性，獲得良好的焊接效果。因?yàn)橹竸┑幕罨瘻囟扰c無鉛焊料合金的熔點(diǎn)相適應(yīng)，所以能起到改善無鉛焊料潤濕性、防止氧化和提高焊接性能的效果。
所述的非離子表面活性劑可選用辛基酚聚氧乙烯醚(簡稱為TX-10)和異辛基酚聚氧乙烯醚(簡稱為OP乳化劑)非離子型比其它類型表面活性劑更易溶于水、有機(jī)溶劑(包括酸、堿介質(zhì))，與其它類型活性劑的相容性也更好。由于其在水中不電離，故對PH值穩(wěn)定性高，受電解質(zhì)、無機(jī)鹽的影響也小。助焊劑中加入非離子表面活性劑能有效降低無鉛焊料的表面張力，獲得良好的焊接效果，同時還能降低去離子水的表面張力，提高助焊劑的潤濕能力。
所述的助溶劑為多元醇及醇醚類，可選自乙二醇、丙三醇、己二醇、二甘醇、季戊四醇、二甘醇乙醚、二乙二醇丁醚、乙二醇獨(dú)丁醚。在免清洗助焊劑中，活化劑的加入量畢竟是有限的，而選擇一種具有適當(dāng)粘度和熱穩(wěn)定性的助焊劑載體也是一個關(guān)鍵因素。通過在不同醇類中加入同樣含量的乳酸考察醇類作用的試驗(yàn)結(jié)果表明，高沸點(diǎn)的醇優(yōu)于低沸點(diǎn)的醇，多元醇優(yōu)于一元醇。這主要是由于低沸點(diǎn)的醇易于揮發(fā)，在焊接溫度下，對已去除氧化膜的釬料表面起不到良好的保護(hù)作用，致使其重新被氧化。而高沸點(diǎn)的醇，由于具有一定的粘性，揮發(fā)緩慢，保護(hù)效果較好。但是單純使用高沸點(diǎn)的醇，助焊劑的粘度太大，不利于助焊劑的涂覆工藝。因此，可以將高沸點(diǎn)的醇和低沸點(diǎn)的醇混合使用，以彌補(bǔ)單一醇類的不足。
所述的成膜劑為平均相對分子質(zhì)量在200～600聚乙二醇(PEG)系列。
所述的緩蝕劑為氮雜環(huán)化合物、有機(jī)胺類緩蝕劑，可選用三乙胺、苯并三氮唑。添加量為0.1-1.0％，起氧化抑制作用，減少助焊劑對印制板腐蝕性。
本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香環(huán)保型免清洗助焊劑的使用方法是可采用噴霧、發(fā)泡、浸漬等方法將助焊劑均勻涂敷在待焊接的PCB板上，對PCB板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100℃(板頂測量)，將水完全蒸發(fā)掉，再經(jīng)波峰焊料槽焊接，焊料槽溫度視無鉛焊料而定，一般為250℃-270℃，傳送速度1.2-1.8m/min。
本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香環(huán)保型免清洗助焊劑是針對無鉛焊料的性能而研制，對無鉛焊料的助焊性能優(yōu)越。尤其適用于Sn-3.5Ag、Sn-0.7Cu、Sn-3.8Ag-0.7Cu、Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-4.0Ag-0.5Cu等無鉛釬料。本發(fā)明選用的活化劑有足夠的活性，能在焊接溫度下發(fā)揮良好的去膜作用，獲得光亮飽滿的焊點(diǎn)。由于采用去離子水作為溶劑，高沸點(diǎn)的醇和低沸點(diǎn)的醇混合使用作為助溶劑，焊接過程中這些載體逐漸揮發(fā)或者分解，并且焊后殘留物為一層無色或淡黃色透明酯類膜狀物質(zhì)，均勻地覆蓋在銅板上，無腐蝕，電氣絕緣性高，常溫下穩(wěn)定，不吸潮，不發(fā)生分解，可免除焊后清洗工藝。
本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香環(huán)保型免清洗助焊劑設(shè)計科學(xué)，配制合理，具有以下優(yōu)點(diǎn)無松香，無鹵化物，對無鉛焊料潤濕力強(qiáng)，使焊料鋪展均勻，焊后殘留物為一層無色或淡黃色透明酯類膜狀物質(zhì)，可免除清洗工藝，印制板表面絕緣電阻高。另外，本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香環(huán)保型免清洗助焊劑無毒，無刺激性氣味，使用安全，且不易燃燒。
本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香環(huán)保型免清洗助焊劑與松香免清洗助焊劑和有機(jī)溶劑型免清洗助焊劑相比具有以下優(yōu)勢在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)錫焊工藝中，使用松香型助焊劑，焊后殘留物多，銅板表面外觀不良，并且在高溫潮濕環(huán)境存在可靠性和電氣絕緣隱患；使用有機(jī)溶劑型免清洗助焊劑，在焊接過程中大量的有機(jī)溶劑將揮發(fā)出去，這樣既提高了生產(chǎn)成本，也造成了資源浪費(fèi)，并且這些有機(jī)溶劑揮發(fā)到大氣中將污染環(huán)境，危害人類身體健康，同時這類助焊劑易燃，這也是綠色生產(chǎn)和環(huán)保要求逐漸禁用的物質(zhì)。因此，以去離子水逐步代替揮發(fā)性有機(jī)物作為溶劑是助焊劑發(fā)展的趨勢。
但是助焊劑中如果完全采用去離子水作為溶劑，也不能發(fā)揮較好的效果。因?yàn)樗姆悬c(diǎn)較低，而且熱容量較大，在焊接溫度下，大部分的水會迅速揮發(fā)掉，一方面帶走大量的熱量，使得板面溫度降低，影響釬料的熔化；另一方面，由于溶劑的揮發(fā)，活化劑失去載體，影響其活性的發(fā)揮，導(dǎo)致助焊劑的潤濕能力很差。因此，助焊劑中一定要有適量的高沸點(diǎn)的溶劑或者助溶劑。本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香環(huán)保型免清洗助焊劑，就是將高沸點(diǎn)的醇和低沸點(diǎn)的醇混合使用作為助溶劑，并且用去離子水作為溶劑，使得焊接溫度下，在活化劑的作用過程中不同沸點(diǎn)的溶劑載體呈階梯狀揮發(fā)掉，可確?；罨瘎┏浞职l(fā)揮活性。免清洗助焊劑的開發(fā)和應(yīng)用把電子工業(yè)的發(fā)展推向了更高層次，特別是對于可靠性要求不高的一般消費(fèi)類電子產(chǎn)品，在無鉛焊接中使用免清洗助焊劑具有很大優(yōu)勢。因?yàn)楹负髿埩粑锷?，可免去清洗工藝，這不但有助于企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，而且對于保護(hù)人類健康和環(huán)境也具有重要意義。
本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑按以下實(shí)施例詳細(xì)給出。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1丁二酸2.0戊二酸0.6水楊酸1.2酒石酸0.1檸檬酸0.8OP乳化劑 0.1丙三醇16.0乙二醇獨(dú)丁醚 12.0PEG-400 0.5苯并三氮唑0.1去離子水 57.6配制方法在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和部分去離子水，攪拌下加入成膜劑，溶解后加余量去離子水、活化劑和表面活性劑，然后加入緩蝕劑，攪拌至固體物完全溶解，物料混合均勻，靜置過濾后保留濾液即得本發(fā)明助焊劑。
實(shí)施例2水楊酸1.5丁二酸1.5
己二酸0.2酒石酸0.2乳酸 1.0TX-10 0.2丙三醇18.0二甘醇4.0乙二醇獨(dú)丁醚 15.0PEG-600 0.5苯并三氮唑0.1去離子水 57.8制備和使用方法與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3DL-蘋果酸 1.8酒石酸0.2檸檬酸0.5乳酸 0.5OP乳化劑 0.3丙三醇18.0二甘醇乙醚15.0PEG-400 0.5三乙胺0.1去離子水 63.1制備和使用方法與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4水楊酸1.2酒石酸0.2檸檬酸0.5己二酸0.2DL-蘋果酸 1.8OP乳化劑 0.1
丙三醇 18.0乙二醇獨(dú)丁醚 15.0PEG-4000.5苯并三氮唑 0.1去離子水 62.4制備和使用方法與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例5DL-蘋果酸 1.5乙二酸 0.8酒石酸 0.2檸檬酸 0.5水楊酸 1.2TX-10 0.3丙三醇 20.0二乙二醇丁醚 18.0PEG-4000.5苯并三氮唑 0.2去離子水 56.8制備和使用方法與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例6順丁烯二酸 2.0酒石酸 0.2檸檬酸 0.5乳酸 1.5TX-10 0.8丙三醇 18.0季戊四醇 3.0乙二醇獨(dú)丁醚 12.0PEG-4000.5苯并三氮唑 0.2
去離子水 61.3制備和使用方法與實(shí)施例1相同。
以上實(shí)施例制成的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，按照我國信息產(chǎn)業(yè)部《免清洗液態(tài)助焊劑標(biāo)準(zhǔn)SJ/T 11273-2002》進(jìn)行檢驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下表所示。
經(jīng)檢測，本發(fā)明無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑均不含鹵素，焊接完成后印制板的絕緣電阻＞1.0×108Ω，擴(kuò)展率≥75％，同時不揮發(fā)物含量、物理穩(wěn)定性、銅鏡腐蝕試驗(yàn)均合格，焊接時無揮發(fā)出刺激性氣味，煙塵少，適合一般電子產(chǎn)品的免清洗無鉛焊接工藝。
權(quán)利要求
1.一種無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于它包括以重量百分?jǐn)?shù)計的下述物質(zhì)活化劑 8.0-15.0％助溶劑 28.0-40.0％成膜劑 0.1-1.0％緩蝕劑 0.1～0.5％其余為溶劑去離子水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于所述的活化劑由有機(jī)酸和非離子表面活性劑組成，重量比例為16∶1-75∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于有機(jī)酸為脂肪族一元羧酸、二元羧酸、芳香酸、羥基酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于有機(jī)酸是選自乙酸、乙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、水楊酸、DL-蘋果酸、順丁烯二酸、鄰苯二甲酸、酒石酸、檸檬酸和乳酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于所述的非離子表面活性劑是辛基酚聚氧乙烯醚或異辛基酚聚氧乙烯醚。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于所述的助溶劑為多元醇及醇醚類。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于助溶劑是選自乙二醇、丙三醇、己二醇、二甘醇、季戊四醇、二甘醇乙醚、二乙二醇丁醚、乙二醇獨(dú)丁醚。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于所述的成膜劑為平均相對分子質(zhì)量在200～600聚乙二醇系列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑，其特征在于所述的緩蝕劑為氮雜環(huán)化合物、有機(jī)胺類緩蝕劑。
全文摘要
無鉛焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑屬于助焊劑領(lǐng)域。其特征在于它由下述以重量百分?jǐn)?shù)計的物質(zhì)組成活化劑8.0－15.0％、助溶劑28.0－40.0％、成膜劑0.1－1.0％、緩蝕劑0.1～0.5％，其余為溶劑去離子水。本發(fā)明的焊料用無鹵素?zé)o松香免清洗助焊劑不含松香，無鹵化物，對無鉛焊料助焊性能優(yōu)越，焊點(diǎn)飽滿光亮，鋪展均勻，焊后殘留物為一層無色或淡黃色透明酯類膜狀物質(zhì)，并均勻地覆蓋在銅板上，無腐蝕，電氣絕緣，常溫下穩(wěn)定，不吸潮，不發(fā)生分解，可免除清洗工藝。濕熱試驗(yàn)后測試板子的表面絕緣電阻均大于1.0×10
文檔編號B23K35/36GK101049661SQ20071009909
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者雷永平, 徐冬霞, 夏志東, 張冰冰, 李國偉, 周永馨, 祝蕾, 郭福, 史耀武 申請人:北京工業(yè)大學(xué)