CN101362264B - 一种环保型无铅焊料用免清洗助焊剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种环保型无铅焊料用免清洗助焊剂及其制备方法，涉及一种助焊剂。提供一种在焊接过程中对人体和环境伤害很小的环保型无铅焊料用免清洗助焊剂及其制备方法。其组分及其按质量百分比的含量为：有机酸活性剂1％～3％，缓蚀剂0.05％～1％，成膜剂0.1％～2％表面活性剂0.1％～1％，余量为溶剂。配制好溶剂；在容器中加入有机酸活性剂、缓蚀剂、表面活性剂和成膜剂，再加入配制好的溶剂，加热搅拌使原料混合均匀，过滤，得环保型无铅焊料用免清洗助焊剂。选用环保型添加剂，能满足环保要求，对使用者安全无毒副作用。检验发现，其焊接性能能较好地满足J-STD-004标准，并且焊后的焊点光亮，成形性好。

Description

一种环保型无铅焊料用免清洗助焊剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种助焊剂，尤其是涉及一种环保型无铅焊料用免清洗助焊剂及其制备方法。

背景技术

自美国的反铅议案HR25374(美国国会)、S22637和S2391(美国参议院)提出到欧盟颁布的《报废电子电气之灵》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》中规定的2006年7月1日后投放市场的电气和电子设备不得含有包括铅等在内的6种有害物质，这些都表明了电子封装的无铅化是必然趋势。

无铅焊接工艺对助焊剂有以下要求：

a.由于助焊剂与钎料合金表面之间有化学反应，因此，不同合金成分要选择不同的助焊剂；

b.由于无铅合金的润湿性差，因此要求助焊剂的活性要足够高；

c.提高助焊剂的活化温度，适应无铅焊接温度；

d.焊后残留物少，并且无腐蚀性，满足探针测试和电迁移。

由此可见，结合无铅钎料合金系的开发和研究，必须加快研制相应的无铅钎料用助焊剂，才能满足无铅电子产品生产的需要，适应电子封装无铅化的迅速发展。

我国是从20世纪90年代初开始研制和开发免清洗助焊剂，最早的是上海化学试剂研究所于1997年研制出了低固含量、无卤素的NCSF-1免清洗助焊剂，化工部晨光化工研究院成都分院研究的免清洗助焊剂性能好，无卤素，能满足发泡、喷淋等多种涂布方式的工艺要求。中南工业大学的陈其垠等研制了一种免洗助焊剂MNCT。这些助焊剂所用的添加剂是有机物质，而大多数有机物都是有毒性的，在焊接过程中有机物大部分是挥发到空气中的，这势必会对人体和环境造成破坏。

本发明正是从环保和人体健康角度考虑，在选用助焊剂的添加剂时，尽量选取环保性的添加剂，有些甚至可以作为食品添加剂，从而减少有害物质排放到空气中，为推进电子工业无铅化工程而开发出的环保型无铅焊料助焊剂。

公开号为CN101157168的发明专利申请提供一种无铅焊料丝用的无卤素免清洗助焊剂，按重量比，由下述物质组成：有机酸活化剂4-18wt％，有机溶剂10-30wt％，成膏剂1-6wt％，稳定剂0.2-3wt％，触变剂0.5-5wt％，表面活性剂0.5-4wt％，缓蚀剂0.5-5wt％，改性松香为余量。该发明不含卤素，焊后铜镜无穿透，绝缘电阻高，助焊性能好，解决了以往焊料丝用助焊剂中松香含量过高、烟尘大、焊后残留物易剥落而造成潜在的焊点短路的问题，常温下稳定不吸潮，焊后可以不予清洗，可以满足一般产品焊接的需求。

公告号为CN1562554的发明专利提供一种免清洗无铅焊料助焊剂，由下述重量配比的物质组成：有机酸活化剂1.0-5.0％、改良树脂2.0-8.0％、表面活性剂0.2-1.0％、高沸点的溶剂2.0-13.0％、润湿剂1.0-6.0％、其余为溶剂：异丙醇或去离子水。该发明免清洗无铅焊料助焊剂是针对无铅焊料的性能研制的助焊剂，其设计科学，配制合理，具有以下优点：润湿力强，可焊性优越，可提高无铅焊料的焊接性能，焊后板面残留物少，且铺展均匀，无须清洗，表面绝缘电阻高，焊剂的溶剂可用去离子水取代VOC溶剂，符合环保要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的助焊剂普遍添加有毒性的有机物质，对人体和环境容易造成危害等问题，提供一种在焊接过程中对人体和环境伤害很小的环保型无铅焊料用免清洗助焊剂及其制备方法。

本发明的技术方案是从助焊剂的配方出发，在选择助焊剂的添加剂时有针对性地选取一些环保性的添加剂，通过这些添加剂与所用焊料兼容性和可焊性试验，确定有效的配方，使得所配制的助焊剂在保证优良的焊接性能的同时，能满足环保和不危害使用者健康的要求。

本发明所述的环保型无铅焊料用免清洗助焊剂的组分及其按质量百分比的含量为：

有机酸活性剂1％～3％，缓蚀剂0.05％～1％，成膜剂0.1％～2％表面活性剂0.1％～1％，余量为溶剂。

本发明所用的有机酸活性剂是不同沸点范围内的有机酸的复配，使得焊剂在焊接过程中不同温度范围内都能起到相应的作用。有机酸活性剂最好选自丙烯酸、L-苹果酸、柠檬酸、草酸、正丁酸、正戊酸、琥珀酸和酒石酸(外消旋)中的至少两种。

缓蚀剂最好选自食品添加剂所用的缓蚀剂苯甲酸、苯甲酸钠盐类、山梨酸、山梨酸盐类、维生素C和L-抗坏血酸棕榈酸酯中的至少一种。缓蚀剂的加入使得焊后金属表面被保护，具有防潮、防霉、防腐蚀性能。

成膜剂最好选自聚氨酯改性环氧树脂、马来酸松香树脂、丙烯酸树脂、邻氨基苯甲酸、8-羟基喹啉中的至少一种，成膜剂能在焊剂后形成一层致密的有机膜，保护了焊点和基板，具有防腐蚀性和优良的电气绝缘性。

表面活性剂最好为烷基葡萄糖酰胺，合成该产品所用的原料生物降解性好、低毒、无刺激，并且可以采用再生资源进行清洁生产。表面活性剂由于其两亲分子结构特征，极易富集于界面，改变界面性质，对界面过程产生影响，从而使得焊接的润湿性大大提高。

溶剂最好选自酯类和醇类的水溶液，醇类最好选自一元醇类或二元醇类，按质量比，酯类∶醇类∶水＝3∶1∶6，溶剂是将助焊剂中的各种成分溶解在一起，成为均相溶液。助焊剂中大部分都是溶剂，保证溶剂的安全环保性尤其重要。

本发明所述的环保型无铅焊料用免清洗助焊剂的制备方法包括以下步骤：

1)配制好溶剂；

2)在容器中加入有机酸活性剂、缓蚀剂、表面活性剂和成膜剂，再加入配制好的溶剂，加热搅拌使原料混合均匀，过滤，得环保型无铅焊料用免清洗助焊剂。

由于本发明中大部分添加剂的选用均是环保型添加剂，因此能满足环保性要求和对使用者安全无毒副作用性的要求。另外对该助焊剂的焊接性能进行检验，发现其焊接性能能较好地满足J-STD-004标准，并且焊后的焊点光亮，成形性好。

具体实施方式

实施例1

各原料组分和按质量百分比的含量为：

丙烯酸             0.5％

草酸               0.1％

L-苹果酸           0.4％

丙烯酸树脂         0.1％

烷基葡萄糖酰胺     0.1％

L-抗坏血酸棕榈酸酯 0.05％

溶剂               余量

配制方法：

先配制好所需要的混合溶剂(按质量比，酯类∶醇类∶水＝3∶1∶6)，往容器中分别加入有机酸活性剂、缓蚀剂、表面活性剂和成膜剂，最后加入配制好的溶剂，边加热的条件下边搅拌30min左右，使原料混合均匀，最后静止过滤，所得溶液即本发明的产品。

所得助焊剂为无色透明状，毒副作用小，相对安全可靠，另外在焊接性能上能适应无铅焊料的焊接温度要求，不含卤素，润湿性好，扩展率≥80％，对无铅焊料合金腐蚀作用小，焊后残留物为淡黄色透明状物质，可免除清洗工艺。

实施例2

各原料组分和按质量百分比的含量为：

L-苹果酸               1％

正丁酸                 0.5％

酒石酸(外消旋)         0.5％

烷基葡萄糖酰胺         0.2％

苯甲酸钠               0.5％

聚氨酯改性环氧树脂     0.3％

溶剂                   余量

配制方法同实施例1。

所得助焊剂为无色透明状，在焊接过程中挥发到空气中的有机物毒性很低，且无特殊气味，使用SnAgCu焊料在铜板上进行焊接所得的焊点光亮，且润湿角小，铺展性能好。

实施例3

各原料组分和按质量百分比的含量为：

柠檬酸                 1.5％

正丁酸                 0.5％

琥珀酸                 1％

维生素C                0.5％

L-抗坏血酸棕榈酸酯     0.5％

烷基葡萄糖酰胺         0.3％

马来酸松香树脂         0.2％

溶剂                   余量

配制方法同实施例1。

所得助焊剂为无色透明状，在焊接过程中挥发到空气中的有机物毒性很低，且无特殊气味，使用SnAgCu焊料在铜板上进行焊接所得的焊点光亮，且润湿角小，铺展性能好

实施例4

各原料组分和按质量百分比的含量为：

草酸                 0.2％

正戊酸               1％

柠檬酸               1％

丙烯酸树脂           0.2％

邻氨基苯甲酸         1.8％

维生素C             0.5％

烷基葡萄糖酰胺      1％

溶剂                余量

配制方法同实施例1。

所得助焊剂为无色透明状，在焊接过程中挥发到空气中的有机物毒性很低，且无特殊气味，使用SnAgCu焊料在铜板上进行焊接所得的焊点光亮，且润湿角小，铺展性能好

实施例5

各原料组分和按质量百分比的含量为：

正丁酸              1％

草酸                1.5％

山梨酸钾盐          0.3％

8-羟基喹啉          0.5％

烷基葡萄糖酰胺      0.3％

溶剂                余量

配制方法同实施例1。

所得助焊剂为无色透明状，在焊接过程中挥发到空气中的有机物毒性很低，且无特殊气味，使用SnAgCu焊料在铜板上进行焊接所得的焊点光亮，且润湿角小，铺展性能好

实施例6

各原料组分和按质量百分比的含量为：

丙烯酸               1％

柠檬酸               1％

改性环氧树脂         0.4％

苯甲酸钠             0.9％

L-抗坏血酸棕榈酸酯   0.1％

烷基葡萄糖酰胺       0.3％

溶剂                 余量

配制方法同实施例1。

所得助焊剂为无色透明状，在焊接过程中挥发到空气中的有机物毒性很低，且无特殊气味，使用SnAgCu焊料在铜板上进行焊接所得的焊点光亮，且润湿角小，铺展性能好

实施例7

各原料组分和按质量百分比的含量为：

柠檬酸              1.5％

L-苹果酸            0.8％

丙烯酸              1.2％

维生素C             1％

丙烯酸树脂          0.1％

烷基葡萄糖酰胺      0.5％

溶剂                余量

配制方法同实施例1。

所得助焊剂为无色透明状，在焊接过程中挥发到空气中的有机物毒性很低，且无特殊气味，使用SnAgCu焊料在铜板上进行焊接所得的焊点光亮，且润湿角小，铺展性能好，满足无铅免清洗助焊剂要求。

Claims (4)

1.一种环保型无铅焊料用免清洗助焊剂，其特征在于其组分及其按质量百分比的含量为：

有机酸活性剂1％～3％，缓蚀剂0.05％～1％，成膜剂0.1％～2％表面活性剂0.1％～1％，余量为溶剂；

所述有机酸活性剂选自丙烯酸、L-苹果酸、柠檬酸、草酸、正丁酸、正戊酸、琥珀酸和酒石酸中的至少两种；

所述缓蚀剂选自苯甲酸、苯甲酸钠盐类、山梨酸、山梨酸盐类、维生素C和L-抗坏血酸棕榈酸酯中的至少一种；

所述成膜剂选自聚氨酯改性环氧树脂、马来酸松香树脂、丙烯酸树脂、邻氨基苯甲酸、8-羟基喹啉中的至少一种；

所述表面活性剂为烷基葡萄糖酰胺。

2.如权利要求1所述的一种环保型无铅焊料用免清洗助焊剂，其特征在于溶剂选自酯类和醇类的水溶液，按质量比，酯类∶醇类∶水＝3∶1∶6。

3.如权利要求2所述的一种环保型无铅焊料用免清洗助焊剂，其特征在于醇类选自一元醇类或二元醇类

4.如权利要求1所述的环保型无铅焊料用免清洗助焊剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)配制好溶剂；

2)在容器中加入有机酸活性剂、缓蚀剂、表面活性剂和成膜剂，再加入配制好的溶剂，加热搅拌使原料混合均匀，过滤，得环保型无铅焊料用免清洗助焊剂。