專利名稱：一種低固含量無鹵化物水基型免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，特別是適合于無鉛焊料使用的低固含量無鹵化物 水基型免洗助焊劑。
背景技術(shù)：
近年來，免洗助焊劑由于具有焊后不需清洗和節(jié)約成本在國(guó)內(nèi)外電子行業(yè)
得到廣泛應(yīng)用。但是存在一些缺陷以往研制的免洗助焊劑有的活性較弱，腐蝕 性小，可以滿足一般電子器件的焊接，但不適用于焊接潤(rùn)濕性差的材料；有的 活性較強(qiáng)，但腐蝕性較大，焊后殘留物多，對(duì)電子產(chǎn)品在高溫高濕環(huán)境下長(zhǎng)時(shí) 間運(yùn)行造成潛在的危害。其次，過去的研究工作主要集中于傳統(tǒng)Sn-Pb焊料使 用的助焊劑的開發(fā)上，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 鉛化己成為現(xiàn)實(shí)。與傳統(tǒng)Sn-Pb焊料相比，目前國(guó)際上普遍采用的無鉛焊料 Sn-Ag和Sn-Ag-Cu共晶合金具有易氧化、潤(rùn)濕性差、熔點(diǎn)高的特點(diǎn)。熔點(diǎn)高則 焊接溫度高，由此帶來助焊劑的揮發(fā)和快速損耗，導(dǎo)致助焊劑失效，起不到良 好的活化和保護(hù)作用，因此適合含鉛焊料的助焊劑就不能滿足當(dāng)前無鉛焊料發(fā) 展的需要，迫切需要開發(fā)出一類適合無鉛焊料使用特點(diǎn)的新型助焊劑。再者， 目前助焊劑都采用低沸點(diǎn)的醇類如乙醇、甲醇、異丙醇作為溶劑載體。這些醇 類都是易燃易爆物質(zhì)，散發(fā)到空氣中既給環(huán)境造成了污染，也給安全生產(chǎn)帶來 不可避免的隱患，同時(shí)揮發(fā)又造成了巨大的浪費(fèi)，開發(fā)以去離子水替代現(xiàn)有助 焊劑中的VOC物質(zhì)已勢(shì)在必行
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以水做溶劑載體的助焊劑，尤其提供適合于印刷 線路板(PCB)無鉛焊接使用的一種無松香無鹵化物低固含量水基免洗助焊劑。 該助焊劑對(duì)無鉛焊料的潤(rùn)濕能力強(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(duì)無鉛焊料合金的腐蝕性低，焊后幾乎無殘留，可免除
清洗工藝，焊接后的PCB焊具有較高的表面絕緣電阻。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的-
一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，包括以下組分(重量百分比)
活性劑1 4%，成膜劑0.5 1.5%,助溶劑20 40%，潤(rùn)濕劑0.1 2%，緩蝕劑 0.01 0.1%，余量為去離子水。
活性劑是由有機(jī)酸和有機(jī)胺兩部分構(gòu)成，其中有機(jī)酸是包括選自間位含有 一個(gè)羥基的芳香族羥基羧酸以及含有至少兩個(gè)羥基的芳香族羧酸中的一種或者 多種組合，其重量百分比為1 4%，該類有機(jī)酸與金屬氧化物的反應(yīng)溫度的范 圍很廣，從大約13(TC的低溫區(qū)到大約20(TC的高溫區(qū)都能顯示出很強(qiáng)的去除氧 化膜的效果。以上這些作用被認(rèn)為是由于該類型芳香族羥基羧酸具有比其它小 分子有機(jī)酸如丙二酸、丁二酸、己二酸、蘋果酸等更廣的反應(yīng)溫度范圍，它連 續(xù)地在很廣的溫度范圍中與金屬氧化膜反應(yīng)并且顯示了防止金屬表面被重新氧 化的作用。即使在相對(duì)長(zhǎng)的預(yù)熱(加熱溫度15(TC 195'C，加熱時(shí)間100 120 秒)過程中，該類型的芳香族羥基羧酸也不會(huì)分解。
本發(fā)明中使用的芳香族羥基羧酸是這樣一類化合物，該化合物在苯環(huán)上相對(duì) 羧基的間位上結(jié)合有一個(gè)羥基或者在相對(duì)于羧基的任意位置含有兩個(gè)或多個(gè)羥 基，而且在其它位置上還可以含有一個(gè)或多個(gè)其它取代基，例如烷基、鹵素、 氨基。
適合于本發(fā)明的間位含有羥基的芳香族羥基羧酸的非限制性實(shí)例包括3-羥基-2-甲基苯甲酸、3-P5基-4-甲基苯甲酸、3-蘿5基-2， 4， 6-三纟臭苯甲酸、3-p5基-2 氨基苯甲酸和3-羥基-苯甲酸。適合于本發(fā)明的含有至少兩個(gè)羥基的芳香族羥基 羧酸的非限制性實(shí)例包括二羥基苯甲酸、二羥基肉桂酸、五倍子酸和二羥基苯 乙酸。可以使用一種或多種這樣的芳香族羥基羧酸。有機(jī)酸中還包括0.5 5%重量百分比的一種包含至少6個(gè)碳原子的脂肪族 羥基羧酸。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過使用含有至少6個(gè)碳原子的脂肪族羥基羧酸與上述 的芳香族羥基羧酸共存于助焊劑中，可有效對(duì)抗金屬涂層的再氧化，促進(jìn)無鉛 焊料的鋪展。推測(cè)該脂肪族羥基羧酸的作用機(jī)制是(1)含有至少6個(gè)碳原子的脂肪族 羥基羧酸在較低溫度下幾乎不顯酸性，不與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，使活性得以 保留；(2)含有至少6個(gè)碳原子的脂肪族羥基羧酸具有200'C或者更高的分解溫 度，可以在相對(duì)高的溫度下發(fā)生反應(yīng)。因此，當(dāng)PCB板在波峰焊爐中進(jìn)行焊接 時(shí)，該化合物不會(huì)在預(yù)熱階段與氧化膜起反應(yīng)，并保持未反應(yīng)狀態(tài)直至最后階 段，即無鉛焊料與PCB板和電子元件發(fā)生接觸時(shí)起作用，提高無鉛焊料的鋪展性。所使用的脂肪族羥基羧酸含有至少6個(gè)碳原子，小于6個(gè)碳原子的脂肪族 羥基羧酸沒有足夠的耐熱性，在達(dá)到焊接溫度之前就可能會(huì)分解，無法顯示出 上述的作用。適合于本發(fā)明的脂肪族羥基羧酸的非限制性實(shí)例包括羥基十八烷 酸、羥基油酸、羥基辛酸和二羥基十八烷酸。活性劑有機(jī)胺是選自至少8個(gè)碳原子以上的脂肪胺以及4個(gè)碳原子以上的 脂肪胺衍生物中的一種或者多種組合。脂肪胺及其衍生物與金屬氧化層的作用機(jī)理不同，是利用其化合物分子結(jié) 構(gòu)中N原子的孤對(duì)電子與銅、鎳等金屬離子的空軌道形成配位鍵，也就是將金屬氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇艿慕饘俳j(luò)合物，實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬表面氧化層的去除，保證了 合金焯料對(duì)鍍層的合金化，實(shí)現(xiàn)焊接的可靠性。
脂肪胺及其衍生物與金屬氧化物的作用原理可用下列方程式表示-
HNR+MO——^M(NHR)4(OH)2
按照羥基垸胺化合物與金屬氧化物的作用原理，對(duì)于具有空軌道的金屬涂 層(如Cu、 Ni、 Ag、 Zn、 Ir 、 Rh、 Co等)基于含有羥基垸胺化合物的助焊劑 配制的焊錫膏都具有極高的活性，解決無鉛焊料合金潤(rùn)濕性不足的缺陷。
所使用的有機(jī)胺應(yīng)含有至少8個(gè)碳原子，小于8個(gè)碳原子的有機(jī)胺沒有足 夠的耐熱性，在達(dá)到焊接溫度之前就可能會(huì)揮發(fā)，無法顯示出上述的作用。適 合于本發(fā)明的有機(jī)胺的非限制性實(shí)例包括癸胺、三丁胺，壬胺和三異戊胺。適 合于本發(fā)明的有機(jī)胺衍生物的非限制性實(shí)例包括二乙醇胺、三乙醇胺、三異丙 醇胺和丁二酸胺。
助溶劑選自丙二醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、 乙二醇丁醚中的一種或多種混合。在水基型助焊劑中完全采用去離子水作為溶 劑也不能發(fā)揮最好的效果。因?yàn)樗姆悬c(diǎn)低，在焊接溫度下造成大量揮發(fā)，活 性劑失去載體將大大影響其活性的發(fā)揮，導(dǎo)致助焊劑的潤(rùn)濕能力變差。因此， 助焊劑中一定要含有適量的高沸點(diǎn)溶劑或助溶劑。在免清洗助焊劑中，活性劑 的加入量是有限的，選擇具有適當(dāng)粘度和熱穩(wěn)定性的助焊劑載體也是一個(gè)關(guān)鍵 因素。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高沸點(diǎn)的醇優(yōu)于抵沸點(diǎn)的醇，多元醇優(yōu)于一元醇。這主要是 因?yàn)榈头悬c(diǎn)的醇易于揮發(fā)，在焊接溫度下，對(duì)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)的醇由于蒸汽壓低，揮發(fā)緩慢， 保護(hù)效果較好。但是單獨(dú)使用高沸點(diǎn)的醇會(huì)使助焊劑的粘度過大，不利于助焊 劑的涂覆工藝。因此，本發(fā)明的助焊劑就是將高沸點(diǎn)溶劑和低沸點(diǎn)溶劑混合使用作為助溶劑，高、低沸點(diǎn)的醇混合使用，使得焊接溫度下，不同沸點(diǎn)的溶劑 載體呈階梯狀揮發(fā)掉，確?；钚詣┏浞职l(fā)揮活性。
潤(rùn)濕劑為一元脂肪酸酯、二元脂肪酸酯、芳香酸酯、氨基酸酯。選自乙酸
乙酯、丁二酸二乙酯、苯甲酸乙酯、混合酯DBE中的一種或多種混合，添加量 為0.1 2%。
成膜劑為水溶性樹脂，選自聚乙二醇、聚丙烯酸、羧甲基纖維素、聚乙烯 基吡咯烷酮、馬來酸松香樹脂中的一種或多種組合。
緩蝕劑是氮雜環(huán)化合物，選自苯并三氮唑、苯并噻唑、乙二醇苯唑中的一 種，添加量為0.01 0.1%，起氧化抑制作用，減少助焊劑對(duì)PCB板的腐蝕性。
本發(fā)明助焊劑不含鹵素，不含松香，焊料在焊接時(shí)鋪展性好，PCB板透錫 性好，焊點(diǎn)飽滿光亮，焊后PCB板面無明顯殘留，無腐蝕，表面絕緣阻抗高， 常溫下穩(wěn)定，不吸潮，不分解，可免除清洗工藝。由于用去離子水作溶劑，不 含任何VOC物質(zhì)，不燃不爆，是環(huán)保型助焊劑，適合于郵電通訊、航空航天、 計(jì)算機(jī)等各種印刷板的波峰焊或浸焊生產(chǎn)線。
具體實(shí)施例方式
描述下列實(shí)施例以進(jìn)一步解釋本發(fā)明。這些實(shí)施例總的來說是解釋性的，而 不是限制性的。在實(shí)施例中，如果未指出，百分比表示重量百分比。
實(shí)施例l
乙醇酸 0.2
丙二酸 0.5
3-羥基-4-甲基苯甲酸 0.5
2， 6-二羥基苯甲酸 1.0
苯甲酸乙酯 1,0二乙醇胺 0.5
苯并三氮唑 0.04
丙三純 16
乙二醇丁醚 12
PEG-400 0.5
去離子水 余量
配制方法；
在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑、潤(rùn)濕劑和部分去離子水，攪拌下 加入成膜劑，溶解后加入活性劑、緩蝕劑，攪拌至固體物完全溶解，最后加入 余量的去離子水，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
水揚(yáng)酸0.5
丁二酸1.0
3-羥基-2-甲基苯甲酸0.2
2， 6-二羥基苯甲酸1.0
三乙醇胺0.3
乙酸乙酯1.0
苯并三氮唑0.04
二甘醇18
乙二醇丁醚10
聚丙烯酸0.5
去離子水余量
配制方法與實(shí)施例l相同。
實(shí)施例3DL-蘋果酸 1.0戊二酸 0.23-羥基-2-甲基苯甲酸 0.22， 6-二羥基苯甲酸 1.0三異丙醇胺 0.3乙酸乙酯 1.0苯并三氮唑 0.04乙二醇 4.0丙三醇 14二乙二醇乙醚 10羧甲基纖維素 0.5去離子水 余量配制方法與實(shí)施例l相同。以上實(shí)施例制成的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，按照我國(guó)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) 如表1所示。表1技術(shù)指標(biāo)測(cè)試測(cè)試項(xiàng)目外觀和 顏色穩(wěn)定性擴(kuò)展性 (Sn隱0.7Cu)卣化物 含量，％銅鏡腐 蝕試驗(yàn)固含量， %焊后表面絕緣 電阻，Q實(shí)施例1無色 透明良好79.20無穿透 性腐蝕5.28.6 X108實(shí)施例2無色 透明良好78.80無穿透 性腐蝕5.79. 2X108實(shí)施例3無色 透明良好79.80無穿透 性腐蝕5.48.0X108經(jīng)檢驗(yàn)，本發(fā)明一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑均不含卣素，焊接后的PCB板的絕緣電阻〉1X108，擴(kuò)展率〉75%，固含量、穩(wěn)定性、銅鏡腐蝕 試驗(yàn)均合格，焊接時(shí)無揮發(fā)性刺激性氣味，適合一般電子元件產(chǎn)品的無鉛免清 洗焊接工藝。應(yīng)用例本發(fā)明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涂敷于待焊接的PCB板上，對(duì)PCB板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100 120°C (板面測(cè) 量)，將水完全蒸發(fā)掉，再經(jīng)波峰焊料槽進(jìn)行焊接，焊料槽溫度視無鉛焊料成分 而定， 一般為250 270°C，傳送速度為1.2 1.8m/min.本發(fā)明助焊劑適合于Sn-3.5Ag 、 Sn-3.8Ag-0.7Cu、 Sn-3.0Ag-0.5Cu和 Sn-0.7Cu等無鉛焊料的使用。盡管關(guān)于優(yōu)選的實(shí)施方案已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體的描述，這些實(shí)施方案僅 僅是解釋而不是限制本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在未脫離權(quán)利要求 中所闡述的本發(fā)明的范圍的條件下，可對(duì)上述實(shí)施方案進(jìn)行各種修改。而一切 不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的 保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其特征在于它由下列重量配比的物質(zhì)組成活性劑1～4％成膜劑0.5～1.5％助溶劑20～40％潤(rùn)濕劑0.1～2％緩蝕劑0.01～0.1％余量去離子水
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其特 征在于所述的活性劑是由有機(jī)酸和有機(jī)胺兩部分構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其特 征在于所述的有機(jī)酸是包括選自間位含有一個(gè)羥基的芳香族羥基羧酸以及含有 至少兩個(gè)羥基的芳香族羧酸中的一種或者多種組合，其重量百分比為0.1 2%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其特 征在于所述的有機(jī)酸中還包括0.5 5%重量百分比的一種包含至少6個(gè)碳原子 的脂肪族羥基羧酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其特 征在于所述的有機(jī)胺是選自至少8個(gè)碳原子以上的脂肪胺以及4個(gè)碳原子以上 的脂肪胺衍生物中的一種或者多種組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其特 征在于所述的助溶劑是選自丙二醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、二甘醇乙醚、 二甘醇丁醚、乙二醇丁醚中的一種或多種組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其特 征在于所述的潤(rùn)濕劑是選自一元脂肪酸酯、二元脂肪酸酯、芳香酸酯、氨基酸 酯。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑， 其特征在于所述的潤(rùn)濕劑是選自乙酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯甲酸乙酯、混合 酯DBE中的一種或多種組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其特 征在于所述的成膜劑為水溶性樹脂，選自聚乙二醇、聚丙烯酸、羧甲基纖維素、 聚乙烯基吡咯烷酮、馬來酸松香樹脂中的一種或多種組合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑，其 特征在于所述的緩蝕劑是氮雜環(huán)化合物，選自苯并三氮唑、苯并噻唑、乙二醇 苯唑中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適合于噴霧、發(fā)泡和浸蘸工藝的中高活性、低固含量無鹵化物水基型免洗助焊劑。它由下述重量配比的物質(zhì)組成活性劑1～4％，成膜劑0.5～1.5％，助溶劑20～40％，潤(rùn)濕劑0.1～2％，緩蝕劑0.01～0.1％，余量為去離子水。本發(fā)明助焊劑不含鹵素，不含松香，焊料在焊接時(shí)鋪展性好，PCB板透錫性好，焊點(diǎn)飽滿光亮，焊后PCB板面無明顯殘留，無腐蝕，表面絕緣阻抗高，常溫下穩(wěn)定，不吸潮，不分解，可免除清洗工藝。由于用去離子水作溶劑，不含任何揮發(fā)性有機(jī)物，不燃不爆，是環(huán)保型助焊劑，適合于郵電通訊、航空航天、計(jì)算機(jī)等各種印刷板的波峰焊或浸焊生產(chǎn)線。
文檔編號(hào)B23K35/362GK101327552SQ200810029908
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者吳國(guó)齊, 宣英男 申請(qǐng)人:東莞永安科技有限公司