CN103286477A

CN103286477A - 一种无铅焊料用助焊剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103286477A
Application number: CN2013101948312A
Authority: CN
Inventors: 杨鹰; 秦春阳; 李海普
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: CN103286477B

Abstract

本发明涉及一种无铅焊料用助焊剂及其制备方法，该助焊剂中各组分的质量百分比为：活化剂2.0-4.0%、表面活性剂0.05-0.5%、成膜剂0.4-1.0%、助溶剂18-30%、缓蚀剂0.1-0.4%，余量为去离子水。该助焊剂中不含松香，且固体含量小于3%，从而使焊接时固体残留量少，离子污染度低，焊后免清洗。本发明水溶性免清洗助焊剂使用去离子水做溶剂，无色透明，无刺激性气味，原料获取途径较易，成本较低。助焊剂中的活化成分均不含卤素以增强焊后线路板的绝缘性，且由于成膜剂的作用，线路板经过焊接工序之后，表面形成一层致密保护膜，降低焊后残留物的电迁移，有效提高线路板的绝缘稳定性；可减少有机型助焊剂在焊接时带来的危害，符合环保要求。

Description

一种无铅焊料用助焊剂及其制备方法

技术领域

本发明属于微电子焊接材料技术领域，涉及一种助焊剂，尤其是一种无铅焊料用助焊剂及其制备方法。

背景技术

传统的电子类产品采用铅-锡焊料作为焊接用材料，铅-锡焊料熔点低（183℃），可焊性好。但随着电子信息产品禁铅法令的颁布实施，铅-锡焊料的使用受到限制，无铅焊料逐渐取代铅-锡焊料成为电子工业的重要连接材料。而由于无铅焊料熔点较高，使用时易氧化，润湿性差，传统助焊剂已不能满足无铅焊料的焊接要求。

目前被广泛应用的助焊剂多为有机溶剂型助焊剂，该类型助焊剂的活性成分都必须溶解在有机溶剂中，在使用时存在挥发性大、易燃、对身体有害等缺点。水溶性助焊剂以去离子水做溶剂，环保、安全，能够较好的适应于无铅焊接。

出于对焊接效果的考虑，一些助焊剂选用腐蚀性较强、固含量较高的物质作为活性组分，导致焊后印制组件板残留多且不易清洗，离子污染度大，表面绝缘电阻率下降。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种无铅焊料用助焊剂及其制备方法。以适应焊料的无铅化趋势要求。这种助焊剂使用去离子水做溶剂，降低了生产成本，达到环保、稳定、安全的目的，对无铅焊接有良好的适应性。其较低的固含量使该助焊剂在焊后残留物少，绝缘电阻高，达到免清洗要求。

一种无铅焊料用助焊剂，该助焊剂包括：活化剂、表面活性剂、成膜剂、助溶剂、缓蚀剂以及去离子水；

该助焊剂中，各组分的质量百分含量为：活化剂2.0～4.0%、表面活性剂0.05～0.5%、成膜剂0.4～1.0%、助溶剂18～30%、缓蚀剂0.1～0.4%，余量为去离子水。

所述助焊剂的制备方法包括以下步骤：

第一步：将活化剂与表面活性剂在低温（约20～35℃）下溶解到部分去离子水中，搅拌均匀，作为活化剂部分备用；

第二步：将助溶剂和余量去离子水加入到另一个反应釜内，搅拌下加入成膜剂，并加热至40～60℃，待成膜剂溶解完毕，停止加热，冷却到室温，搅拌下依次加入第一步获得的活化剂部分与缓蚀剂，溶液混合均匀后，静置过滤。

所述的活化剂为有机酸和有机胺的混合物，且有机酸与有机胺的质量比为5:1～9:1。

所述有机酸为有机二元羧酸或有机多元羧酸，其选自苹果酸、柠檬酸、丁二酸、戊二酸、己二酸中的至少一种；所述有机胺为醇胺，选自二乙醇胺、三乙醇胺和三乙胺中的一种。

所述表面活性剂为非离子表面活性剂，或非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的复配；其中，非离子表面活性剂选自OP系列或TX系列表面活性剂中的一种；阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠,，且阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的质量比为1:1～1:3。

成膜剂选自水溶性丙烯酸树脂、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000中的一种。

所述助溶剂包括低沸点助溶剂、高沸点助溶剂，低沸点助溶剂为乙二醇或四氢糠醇中的一种，高沸点助溶剂为丙三醇，且低沸点助溶剂与高沸点助溶剂的质量比为1:1～3:1。

缓蚀剂为含氮杂环化合物。

本发明所选用的活化剂为有机酸与有机胺的复配，可调节助焊剂的pH值，降低有机酸对印制组件板的腐蚀，其中有机酸与有机胺的质量比为4.5:1～8:1。在有机酸活化剂的选取上，选用具有不同热分解温度的羧酸进行复配，从而使活化剂在焊接的整个温度范围内都具有活性，提高助焊效果。

本发明选用水溶性丙烯酸树脂、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000等作为成膜剂。这些树脂在较低温度（如40～100℃）下即具有一定的溶解度，且与水的互溶程度较高，在焊接过程中，由于水分挥发与受热作用，即可在焊点周围形成一层致密的保护膜，防止焊料进一步氧化，提高润湿效果。

本发明添加一定量的助溶剂，一方面增加溶剂对活性物质及成膜剂的溶解能力，使助焊剂充分发挥活化作用和成膜效果，另一方面不同热分解温度的助溶剂的复配，在较大的温度范围内为有机酸活化剂电离出游离的H⁺提供一种电离环境，保证在焊接过程中助焊剂有较宽的活化温度区间，从而提高助焊效果。

本发明在制备方法上，将助焊剂的活性物质作为焊剂体系中的活化部分进行单独配制，以防活性成分与焊剂中的其他组成物质发生反应，且独立配制活化部分的温度较低，可降低加热过程中活性物质性状的变化，保护活化剂的活性。另外，由于表面活性剂本身具有的活性与在溶液中的増溶作用，将其作为活性体系的一部分，也可促进活化剂部分对固体有机酸等的溶解。

本发明水溶性免清洗助焊剂无色透明，无刺激性气味，原料获取途径较易，成本较低。助焊剂中的活化成分均不含卤素以增强焊后线路板的绝缘性，且由于成膜剂的作用，线路板经过焊接工序之后，表面形成一层致密保护膜，降低焊后残留物的电迁移，有效提高线路板的绝缘稳定性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细介绍。

实施例1：

有机酸：丁二酸 1.2g 己二酸1.2g

有机胺：三乙醇胺 0.4g

表面活性剂：OP-10乳化剂 0.1g

成膜剂：聚乙二醇2000 0.5g

助溶剂：乙二醇 20g 丙三醇 10g

缓蚀剂：苯并三氮唑 0.1g

去离子水 66.5g

制备方法：将有机酸、有机胺与表面活性剂在较低温（约20～35℃）下溶解到部分去离子水中，搅拌均匀，得到中间产物，备用。然后将助溶剂和余量去离子水加入到另一个反应釜内，搅拌下加入成膜剂，并加热至40～60℃，待成膜剂溶解完毕，停止加热，冷却到室温，搅拌下依次加入中间产物与缓蚀剂，溶液混合均匀后，静置过滤即得本发明助焊剂。

实施例2：

有机酸：丁二酸 1.2g 己二酸 1.2g

有机胺：三乙胺 0.5g

表面活性剂：OP-10 0.1g

成膜剂：聚乙二醇4000 0.4g

助溶剂：乙二醇 16g 丙三醇 8g

缓蚀剂：苯并三氮唑 0.2g

去离子水 72.4g

制备方法：同实施例1。

实施例3：

有机酸：丁二酸 1.0g 己二酸 1.0g

有机胺：三乙醇胺 0.4g

表面活性剂：TX-10 0.15g 十二烷基磺酸钠 0.15g

成膜剂：聚乙二醇2000 0.8g

助溶剂：四氢糠醇 20g 丙三醇 10g

缓蚀剂：甲基苯并三氮唑 0.1g

去离子水 66.4g

制备方法：同实施例1。

实施例4：

有机酸：丁二酸 1.0g 己二酸 1.0g 柠檬酸 0.25g有机胺：三乙醇胺 0.5g

表面活性剂：OP-10 0.075g 十二烷基磺酸钠 0.025g

成膜剂：聚乙二醇2000 0.5g

助溶剂：乙二醇 22g 丙三醇 8g

缓蚀剂：苯并三氮唑 0.1g

去离子水 66.55g

制备方法：同实施例1。

实施例5：

有机酸：丁二酸 1.6g 己二酸 1.6g

有机胺：三乙胺 0.5g

表面活性剂：OP-10 0.2g

成膜剂：聚乙二醇2000 0.5g

助溶剂：四氢糠醇 9g 丙三醇 9g

缓蚀剂：苯并三氮唑 0.35g

去离子水 77.25g

使用上述实施例配制成的无铅焊料用水溶性免清洗助焊剂时，铜板腐蚀测试无明显腐蚀斑纹，以Sn-0.7Cu系焊料检测焊接效果，施焊中无刺激性气味，焊后固体残留物较少且铺展均匀，可免于清洗，表面绝缘电阻大于2.0×10¹¹Ω，焊点光亮，铺展率均在78%以上。根据对产品的助焊性以及成本等要求，各组份物质含量可做适当调整。

Claims

1.一种无铅焊料用助焊剂，其特征在于，该助焊剂包括：活化剂、表面活性剂、成膜剂、助溶剂、缓蚀剂以及去离子水；

该助焊剂中，各组分的质量百分比为：活化剂2.0～4.0%、表面活性剂0.05～0.5%、成膜剂0.4～1.0%、助溶剂18～30%、缓蚀剂0.1～0.4%，余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于，所述助焊剂的制备方法包括以下步骤：

第一步：将活化剂与表面活性剂在20～35℃下溶解到部分去离子水中，搅拌均匀，作为活化剂部分备用；

3.根据权利要求1或2所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于：所述的活化剂为有机酸和有机胺的混合物，且有机酸与有机胺的质量比为4.5:1～8:1。

4.根据权利要求1或2所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于：所述有机酸为有机二元羧酸或有机多元羧酸，其选自苹果酸、柠檬酸、丁二酸、戊二酸、己二酸中的至少一种；所述有机胺为醇胺，选自二乙醇胺、三乙醇胺和三乙胺中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于：所述表面活性剂为非离子表面活性剂，或非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的复配；其中，非离子表面活性剂选自OP系列或TX系列表面活性剂中的一种；阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠，且阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的质量比为1:1～1:3。

6.根据权利要求1或2所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于：成膜剂选自水溶性丙烯酸树脂、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000中的一种。

7.根据权利要求1或2所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于：助溶剂为醇和/或醇醚的复配混合物，所述醇和/或醇醚的复配混合物沸点大于等于150℃。

8.根据权利要求1或2所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于：所述助溶剂包括低沸点助溶剂、高沸点助溶剂，低沸点助溶剂为乙二醇或四氢糠醇中的一种，高沸点助溶剂为丙三醇，且低沸点助溶剂与高沸点助溶剂的质量比为1:1～3:1。

9.根据权利要求1或2所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于：缓蚀剂为含氮杂环化合物。

10.根据权利要求9所述的无铅焊料用助焊剂，其特征在于：缓蚀剂选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑中的一种。