CN101049661A - 无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂 - Google Patents

Abstract

无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂属于助焊剂领域。其特征在于它由下述以重量百分数计的物质组成：活化剂8.0－15.0％、助溶剂28.0－40.0％、成膜剂0.1－1.0％、缓蚀剂0.1～0.5％，其余为溶剂去离子水。本发明的焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂不含松香，无卤化物，对无铅焊料助焊性能优越，焊点饱满光亮，铺展均匀，焊后残留物为一层无色或淡黄色透明酯类膜状物质，并均匀地覆盖在铜板上，无腐蚀，电气绝缘，常温下稳定，不吸潮，不发生分解，可免除清洗工艺。湿热试验后测试板子的表面绝缘电阻均大于1.0×10⁸Ω，可以满足一般产品焊接的要求。同时焊剂的部分溶剂用去离子水代替VOC溶剂，符合环保要求。

Description

无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂

技术领域

本发明涉及一种助焊剂，特别是适应无铅焊料用无卤素无松香的免清洗助焊剂。

背景技术

由于全球环保法规和电子工业发展的要求，电子产品无铅化是一种必然趋势。目前国际上研究较多和初步商业化的无铅焊料是Sn-Ag和Sn-Ag-Cu共晶合金。但在研究和使用过程中发现，与传统的Sn-Pb焊料相比，无铅焊料润湿性差，易氧化，且熔点高。熔点的升高意味着焊接温度必须提高，这一方面会造成板面元件的损坏，另一方面必然会增加助焊剂中活性剂的挥发，易于引起焊剂性能的失效，而起不到良好的活化和保护作用。无铅焊料的研究和开发过程中要求必须有相应的助焊剂能与之配套使用。

近10年来，免清洗助焊剂在国内外电子工业得到广泛的应用。由于具有能免除焊后清洗工艺、节约成本和焊接效果好等优势，免清洗助焊剂成为很多电子生产厂家的首选产品。以往研制的免清洗助焊剂有的活性较弱，腐蚀性小，焊后残留物少，能保证一般电子器件的焊接，但是不适用于焊接润湿性差的材料；有的活性较强的免清洗助焊剂，同时腐蚀性也较大，焊后残留物多，电子产品长时间在高湿高热等环境条件下工作时，具有腐蚀性的焊后残留物将会对产品的电气绝缘性能造成潜在的危害。而且，过去的研究主要集中在含铅焊料使用的免清洗助焊剂产品的开发上，不能满足当前无铅焊料发展的需要，针对无铅焊料焊接温度高和润湿性差的特点，有待于进一步开展关于无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂的研究。

[专利文献1]公开号CN1836825(公开日2006年9月27日)，名称为无铅焊料专用水溶性助焊剂的发明专利，以硼酸和有机酸作为助焊剂成分中的活化剂。该助焊剂的润湿力强，助焊性能较好，并且不含松香，无卤化物，对无铅焊料助焊性能优越。焊后残余物可溶于水，用水清洗后，干燥铜板，板子的表面绝缘电阻很高，可满足高可靠性产品的要求。

但是该类助焊剂的焊后残留物必须及时用水清洗，否则残留物将会对板面造成腐蚀。另外，对于一般消费类电子产品而言，焊后清洗工序成本相对较高，特别是随着电子产品日益向更轻、更小、更薄的方向发展，表面贴装的元器件和印制底板间的间隙很小，不能为清除残留物提供良好的液体和气体通道，给清洗工作带来困难，并且使用水溶性助焊剂需要配备专门的设备解决清洗后废水的排放和处理问题，也增加了产品的成本。因此，水溶性助焊剂助焊剂难以应用于中小规模企业的电子产品生产。

发明内容

本发明的目的就是提供一种可以保证一般电子产品可靠性要求的无铅焊料用无卤素无松香的免清洗助焊剂。

本发明目的是针对现有无铅焊料专用水溶性助焊剂对免清洗焊接工艺的不适应性，提供一种能有效配合无铅焊料使用的免清洗助焊剂。这种助焊剂对无铅焊料的润湿能力较强，能增强无铅焊料的可焊性，并能适应无铅焊料的焊接温度要求，对无铅焊料合金腐蚀作用小，焊后残留物为一层无色或淡黄色透明酯类膜状物质，可免除清洗工艺，焊接后的电路板具有较高的绝缘电阻值。

对于采用无铅焊接并且焊后的电路板不需要清洗工艺的产品而言，该免清洗助焊剂是一种较理想的选择。

本发明无铅焊料用无卤素无松香环保型免清洗助焊剂，其重量百分数组成为：

活化剂                    8.0-15.0％

助溶剂                    28.0-40.0％

成膜剂                    0.1-1.0％

缓蚀剂                    0.1～0.5％

其余为溶剂去离子水。

配制方法：

在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和部分去离子水，搅拌下加入成膜剂，溶解后加余量去离子水、活化剂和表面活性剂，然后加入缓蚀剂。搅拌至固体物完全溶解，物料混合均匀，静置过滤后保留滤液即得本发明助焊剂。

所述的活化剂由有机酸和非离子表面活性剂组成，其重量百分比的组成比例为16∶1～75∶1，有机酸为脂肪族一元羧酸、二元羧酸、芳香酸、羟基酸，选自是乙酸、乙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、水杨酸、DL-苹果酸、顺丁烯二酸、邻苯二甲酸、酒石酸、柠檬酸和乳酸。所选择的二元酸的酸性较强，均能溶解于水。其中水杨酸、DL-苹果酸、酒石酸、柠檬酸和乳酸都是羟基酸。羟基酸因为分子中含有羟基和羧基两种官能团，具有羟基和羧基的一般性质。而且由于羟基酸分子中羟基是吸电基，具有吸电子诱导效应，使羧基的离解度增加，酸性比相应的羧酸强。因为这些有机酸的沸点及分解温度有一定的差别，把多种有机酸类活化剂组合使用，可以使助焊剂的沸点及活性剂的分解温度呈一个较大的区间分布，保持整个焊接过程中助焊剂都具有较高的活性，获得良好的焊接效果。因为助焊剂的活化温度与无铅焊料合金的熔点相适应，所以能起到改善无铅焊料润湿性、防止氧化和提高焊接性能的效果。

所述的非离子表面活性剂可选用辛基酚聚氧乙烯醚(简称为TX-10)和异辛基酚聚氧乙烯醚(简称为OP乳化剂)非离子型比其它类型表面活性剂更易溶于水、有机溶剂(包括酸、碱介质)，与其它类型活性剂的相容性也更好。由于其在水中不电离，故对PH值稳定性高，受电解质、无机盐的影响也小。助焊剂中加入非离子表面活性剂能有效降低无铅焊料的表面张力，获得良好的焊接效果，同时还能降低去离子水的表面张力，提高助焊剂的润湿能力。

所述的助溶剂为多元醇及醇醚类，可选自乙二醇、丙三醇、己二醇、二甘醇、季戊四醇、二甘醇乙醚、二乙二醇丁醚、乙二醇独丁醚。在免清洗助焊剂中，活化剂的加入量毕竟是有限的，而选择一种具有适当粘度和热稳定性的助焊剂载体也是一个关键因素。通过在不同醇类中加入同样含量的乳酸考察醇类作用的试验结果表明，高沸点的醇优于低沸点的醇，多元醇优于一元醇。这主要是由于低沸点的醇易于挥发，在焊接温度下，对已去除氧化膜的钎料表面起不到良好的保护作用，致使其重新被氧化。而高沸点的醇，由于具有一定的粘性，挥发缓慢，保护效果较好。但是单纯使用高沸点的醇，助焊剂的粘度太大，不利于助焊剂的涂覆工艺。因此，可以将高沸点的醇和低沸点的醇混合使用，以弥补单一醇类的不足。

所述的成膜剂为平均相对分子质量在200～600聚乙二醇(PEG)系列。

所述的缓蚀剂为氮杂环化合物、有机胺类缓蚀剂，可选用三乙胺、苯并三氮唑。添加量为0.1-1.0％，起氧化抑制作用，减少助焊剂对印制板腐蚀性。

本发明无铅焊料用无卤素无松香环保型免清洗助焊剂的使用方法是：可采用喷雾、发泡、浸渍等方法将助焊剂均匀涂敷在待焊接的PCB板上，对PCB板进行预热，预热温度为100℃(板顶测量)，将水完全蒸发掉，再经波峰焊料槽焊接，焊料槽温度视无铅焊料而定，一般为250℃-270℃，传送速度1.2-1.8m/min。

本发明无铅焊料用无卤素无松香环保型免清洗助焊剂是针对无铅焊料的性能而研制，对无铅焊料的助焊性能优越。尤其适用于Sn-3.5Ag、Sn-0.7Cu、Sn-3.8Ag-0.7Cu、Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-4.0Ag-0.5Cu等无铅钎料。本发明选用的活化剂有足够的活性，能在焊接温度下发挥良好的去膜作用，获得光亮饱满的焊点。由于采用去离子水作为溶剂，高沸点的醇和低沸点的醇混合使用作为助溶剂，焊接过程中这些载体逐渐挥发或者分解，并且焊后残留物为一层无色或淡黄色透明酯类膜状物质，均匀地覆盖在铜板上，无腐蚀，电气绝缘性高，常温下稳定，不吸潮，不发生分解，可免除焊后清洗工艺。

本发明无铅焊料用无卤素无松香环保型免清洗助焊剂设计科学，配制合理，具有以下优点：无松香，无卤化物，对无铅焊料润湿力强，使焊料铺展均匀，焊后残留物为一层无色或淡黄色透明酯类膜状物质，可免除清洗工艺，印制板表面绝缘电阻高。另外，本发明无铅焊料用无卤素无松香环保型免清洗助焊剂无毒，无刺激性气味，使用安全，且不易燃烧。

本发明无铅焊料用无卤素无松香环保型免清洗助焊剂与松香免清洗助焊剂和有机溶剂型免清洗助焊剂相比具有以下优势：在电子产品的生产锡焊工艺中，使用松香型助焊剂，焊后残留物多，铜板表面外观不良，并且在高温潮湿环境存在可靠性和电气绝缘隐患；使用有机溶剂型免清洗助焊剂，在焊接过程中大量的有机溶剂将挥发出去，这样既提高了生产成本，也造成了资源浪费，并且这些有机溶剂挥发到大气中将污染环境，危害人类身体健康，同时这类助焊剂易燃，这也是绿色生产和环保要求逐渐禁用的物质。因此，以去离子水逐步代替挥发性有机物作为溶剂是助焊剂发展的趋势。

但是助焊剂中如果完全采用去离子水作为溶剂，也不能发挥较好的效果。因为水的沸点较低，而且热容量较大，在焊接温度下，大部分的水会迅速挥发掉，一方面带走大量的热量，使得板面温度降低，影响钎料的熔化；另一方面，由于溶剂的挥发，活化剂失去载体，影响其活性的发挥，导致助焊剂的润湿能力很差。因此，助焊剂中一定要有适量的高沸点的溶剂或者助溶剂。本发明无铅焊料用无卤素无松香环保型免清洗助焊剂，就是将高沸点的醇和低沸点的醇混合使用作为助溶剂，并且用去离子水作为溶剂，使得焊接温度下，在活化剂的作用过程中不同沸点的溶剂载体呈阶梯状挥发掉，可确保活化剂充分发挥活性。免清洗助焊剂的开发和应用把电子工业的发展推向了更高层次，特别是对于可靠性要求不高的一般消费类电子产品，在无铅焊接中使用免清洗助焊剂具有很大优势。因为焊后残留物少，可免去清洗工艺，这不但有助于企业节约生产成本、提高经济效益，而且对于保护人类健康和环境也具有重要意义。

本发明无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂按以下实施例详细给出。

具体实施方式

实施例1：

丁二酸                2.0

戊二酸                0.6

水杨酸                1.2

酒石酸                0.1

柠檬酸                0.8

OP乳化剂              0.1

丙三醇                16.0

乙二醇独丁醚          12.0

PEG-400               0.5

苯并三氮唑            0.1

去离子水              57.6

配制方法：

在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和部分去离子水，搅拌下加入成膜剂，溶解后加余量去离子水、活化剂和表面活性剂，然后加入缓蚀剂，搅拌至固体物完全溶解，物料混合均匀，静置过滤后保留滤液即得本发明助焊剂。

实施例2：

水杨酸                1.5

丁二酸                1.5

己二酸                0.2

酒石酸                0.2

乳酸                  1.0

TX-10                 0.2

丙三醇                18.0

二甘醇                4.0

乙二醇独丁醚          15.0

PEG-600               0.5

苯并三氮唑            0.1

去离子水              57.8

制备和使用方法与实施例1相同。

实施例3：

DL-苹果酸             1.8

酒石酸                0.2

柠檬酸                0.5

乳酸                  0.5

OP乳化剂              0.3

丙三醇                18.0

二甘醇乙醚            15.0

PEG-400               0.5

三乙胺                0.1

去离子水              63.1

制备和使用方法与实施例1相同。

实施例4：

水杨酸                1.2

酒石酸                0.2

柠檬酸                0.5

己二酸                0.2

DL-苹果酸             1.8

OP乳化剂              0.1

丙三醇                 18.0

乙二醇独丁醚           15.0

PEG-400                0.5

苯并三氮唑             0.1

去离子水               62.4

制备和使用方法与实施例1相同。

实施例5：

DL-苹果酸              1.5

乙二酸                 0.8

酒石酸                 0.2

柠檬酸                 0.5

水杨酸                 1.2

TX-10                  0.3

丙三醇                 20.0

二乙二醇丁醚           18.0

PEG-400                0.5

苯并三氮唑             0.2

去离子水               56.8

制备和使用方法与实施例1相同。

实施例6：

顺丁烯二酸             2.0

酒石酸                 0.2

柠檬酸                 0.5

乳酸                   1.5

TX-10                  0.8

丙三醇                 18.0

季戊四醇               3.0

乙二醇独丁醚           12.0

PEG-400                0.5

苯并三氮唑             0.2

去离子水                 61.3

制备和使用方法与实施例1相同。

以上实施例制成的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，按照我国信息产业部《免清洗液态助焊剂标准SJ/T 11273-2002》进行检验，各项技术指标如下表所示。

经检测，本发明无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂均不含卤素，焊接完成后印制板

的绝缘电阻＞1.0×108Ω，扩展率≥75％，同时不挥发物含量、物理稳定性、铜镜腐蚀试验均合格，焊接时无挥发出刺激性气味，烟尘少，适合一般电子产品的免清洗无铅焊接工艺。

Claims (9)

1、一种无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于它包括以重量百分数计的下述物质：

活化剂                                   8.0-15.0％

助溶剂                                   28.0-40.0％

成膜剂                                   0.1-1.0％

缓蚀剂                                   0.1～0.5％

其余为溶剂去离子水。

2、根据权利要求1所述的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于：所述的活化剂由有机酸和非离子表面活性剂组成，重量比例为16∶1-75∶1。

3、根据权利要求2所述的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于：有机酸为脂肪族一元羧酸、二元羧酸、芳香酸、羟基酸。

4、根据权利要求3所述的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于：有机酸是选自乙酸、乙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、水杨酸、DL-苹果酸、顺丁烯二酸、邻苯二甲酸、酒石酸、柠檬酸和乳酸。

5、根据权利要求2所述的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于：所述的非离子表面活性剂是辛基酚聚氧乙烯醚或异辛基酚聚氧乙烯醚。

6、根据权利要求1所述的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于：所述的助溶剂为多元醇及醇醚类。

7、根据权利要求6所述的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于：助溶剂是选自乙二醇、丙三醇、己二醇、二甘醇、季戊四醇、二甘醇乙醚、二乙二醇丁醚、乙二醇独丁醚。

8、根据权利要求1所述的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于：所述的成膜剂为平均相对分子质量在200～600聚乙二醇系列。

9、根据权利要求1所述的无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，其特征在于：所述的缓蚀剂为氮杂环化合物、有机胺类缓蚀剂。