CN103785975A - 一种提高缓蚀性能的助焊剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高缓蚀性能的助焊剂，包括：活化剂2-4%、助溶剂3-5%、表面活性剂3-5%、成膜剂0.2-0.3%、缓蚀剂0.06-0.10%、抗菌剂0.5-2%和余量的去离子水，以质量计，所述缓蚀剂为苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)以质量比1:1进行复配的混合物，活化剂为丁二酸与DL-苹果酸以质量比1:1的混合物，表面活性剂为异构十三醇乙氧基化物，助溶剂为乙二醇、异丙醇和乙二醇丁醚以质量比1:1:1进行复配的混合物，成膜剂为聚乙二醇-6000，抗菌剂为三氯生，均为化学纯品质。通过上述方式，本发明提高缓蚀性能的助焊剂具有较高的缓蚀性，还具有低毒、环保和抗菌的特性。

Description

一种提高缓蚀性能的助焊剂

技术领域

本发明涉及助焊剂领域，特别是涉及一种提高缓蚀性能的助焊剂。

背景技术

研制环保型免清洗助焊剂是未来电子工业实现“绿色”制造技术的必然要求。免清洗助焊剂的成分较多，主要有活化剂、溶剂、表面活性剂、成膜剂、缓蚀剂、防氧化剂以及其它添加剂，其中关于活化剂及其作用原理研究报道较多。有机酸作为常用活化剂，在焊接过程中释放出H+，去除基板表面的氧化膜，减小焊接时的表面张力，增加焊料和焊盘金属的润湿性，提高可焊性。若有机酸用量过多或酸性较强，会对基底金属材料及焊料造成腐蚀，进而引起电子元器件发生短路、漏电、信号不稳等故障，严重影响电子产品的可靠性和稳定性。为了减少有机酸活化剂造成的腐蚀，添加缓蚀剂是较为常用的方法。在助焊剂中缓蚀剂的含量一般较少，在这种低浓度情况下，外界环境的微小变化，体系就会有较大的响应，给缓蚀剂的研究带来一定的困难，因而在助焊剂体系中关于缓蚀剂性能的研究方法和作用机理报道较少，目前国内外学者和相关企业对环保助焊剂的研究主要集中于助焊剂组分的选择、工艺的研制、性能评价和应用技术等方面。

在电子工业领域中用于基底的金属材料主要是铜及其合金，因而为了降低助焊剂中活化剂对基底材料的腐蚀，添加的缓蚀剂应该主要是针对金属铜的腐蚀。吡咯类(苯并噻唑、α-巯基苯并噻唑、苯并三氮唑)、咪唑类(苯并咪唑、甲基苯并咪唑)和有机胺类（三乙醇胺、三乙胺）是三类主要的铜的缓蚀剂，其中又以苯并三氮唑（BTA）及其衍生物报道最多，应用也最为广泛。BTA 作为是铜的高效缓蚀剂，虽然缓蚀效率较高，但其毒性也较大 (大鼠经口半致死量为500 mg/kg)，对操作人员和环境存在较大危害。因而开发高效低毒的缓蚀剂是当前“绿色助焊剂”研究的一个重要方向；

咪唑或者苯并咪唑为双氮杂原子的五元环化合物，它可在金属表面形成保护层减轻腐蚀，同时具有适应性强及环境友好等优点，此类化合物毒性低 (大鼠经口半致死量>l000mg/kg)，因此采用此类化合物作为缓蚀剂具有一定的开发价值。 

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种提高缓蚀性能的助焊剂，通过采用苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)复配的缓蚀剂代替苯并三氮唑(BTA)，在降低毒性的同时还能提高缓蚀性能，通过设置三氯生抗菌剂还可以提高助剂的使用期限和性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种提高缓蚀性能的助焊剂，包括：活化剂2-4%、助溶剂3-5%、表面活性剂3-5%、成膜剂0.2-0.3%、缓蚀剂0.06-0.10%、抗菌剂0.5-2%和余量的去离子水，以质量计，所述缓蚀剂为苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)以质量比1:1进行复配的混合物，原料均为化学纯。

在本发明一个较佳实施例中，所述活化剂为丁二酸与DL-苹果酸以质量比1:1的混合物，原料均为化学纯。

在本发明一个较佳实施例中，所述表面活性剂为异构十三醇乙氧基化物。

在本发明一个较佳实施例中，所述助溶剂为乙二醇、异丙醇和乙二醇丁醚以质量比1:1:1进行复配的混合物，原料均为化学纯。

在本发明一个较佳实施例中，所述成膜剂为聚乙二醇-6000，化学纯品质。

在本发明一个较佳实施例中，所述抗菌剂为三氯生。 

本发明的有益效果是：本发明提高缓蚀性能的助焊剂通过采用苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)复配的缓蚀剂代替苯并三氮唑(BTA)，在降低毒性的同时还能提高缓蚀性能，通过设置三氯生抗菌剂还可以提高助剂的使用期限和性能，通过异构十三醇乙氧基化物的表面活性剂提高助焊剂的铺展率，还具有环保性能。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例包括：

一种提高缓蚀性能的助焊剂，包括：活化剂2-4%、助溶剂3-5%、表面活性剂3-5%、成膜剂0.2-0.3%、缓蚀剂0.06-0.10%、抗菌剂0.5-2%和余量的去离子水，以质量计，所述缓蚀剂为苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)以质量比1:1进行复配的混合物，原料均为化学纯。

通过采用苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)复配的缓蚀剂代替苯并三氮唑(BTA)，在降低毒性的同时还能提高缓蚀性能；当苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)的质量比为1:1 时，缓蚀率达到94.25%，大于缓蚀剂单独使用时的缓蚀率，表现出通常所说的“1+1>2” 协同效应。而其他比例的BIA 与BTA 复配，缓蚀率均小于88.78 %，不存在显著协同增强效应，其原因还有待进一步研究。但是BIA 与BTA以质量比1:1 复配混合使用后，表现出协同效应，对于充分发挥各种缓蚀组分的作用，提高缓蚀效率，开发不同环境条件下的新型复合缓蚀剂配方具有重要的意义。

所述活化剂为丁二酸与DL-苹果酸以质量比1:1的混合物，原料均为化学纯。其中，丁二酸为酸性较强的二元酸，溶解于水，有利于溶解抗菌剂；DL-苹果酸、为羟基酸，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和活性剂的分解温度呈现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。

所述表面活性剂为异构十三醇乙氧基化物。异构十三碳醇乙氧基化合物属于典型的非离子表面活性剂。其原料为康迪雅的异构C13醇，是一种用三聚丁烯法制备的C12烯烃经羰基合成的带支链的异构伯醇，该产品的性能随加成的环氧乙烷摩尔数的不同而各具特色，使之有着广泛的应用领域。该产品的表面活性高，润湿力、渗透力、乳化能力强，环境相容性好，是取代烷基酚乙氧基化物的较好产品。它抗硬水，在较宽的pH范围内化学稳定性好，与其他表面活性剂结合具有协同作用的特点；本发明采用异构十三碳醇乙氧基化合物作为表面活性剂具有泡沫少、润湿性强、不污染环境和低毒的特性。

所述助溶剂为乙二醇、异丙醇和乙二醇丁醚以质量比1:1:1进行复配的混合物，原料均为化学纯。

所述成膜剂为聚乙二醇-6000，化学纯品质。聚乙二醇-6000与乙二醇具有很好的相似相容性。

所述抗菌剂为三氯生。三氯生学名“二氯苯氧氯酚”，化学分子式为C12H7Cl3O2，又名“三氯新”、“三氯沙”等，三氯生的常态为白色或灰白色晶状粉末，稍有酚臭味。不溶于水，易溶于碱液和有机溶剂，三氯生是一种广谱抗菌剂，被广泛应用于肥皂、牙膏等日用化学品之中。

实施例的原料及仪器供应：

原料包括：丁二酸、DL-苹果酸、乙二醇、异丙醇、乙二醇丁醚、聚乙二醇-6000，均为化学纯，来自天津市大茂化学试剂厂；苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)，均为化学纯，来自国药化学试剂有限公司；三氯生，上海厚诚精细化工有限公司提供；异构十三醇乙氧基化物，美国埃克森美孚公司提供。

焊料及测试板：紫铜板，东莞利宏新金属材料有限公司；Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料，广州有色金属研究所提供。

仪器：OP-S600可调恒温合金锅熔锡炉，广州黄花电子工具有限公司；JA4103精密电子天平，上海舜宇恒平科技仪器有限公司；DF-1015集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限责任公司。

助焊剂性能测试：

静态失重法：试验前将20×20 mm的铜片依次用400#、600#、800#、1000#的砂纸打磨，乙醇、丙酮洗涤去油，去离子水清洗，采用OP-S600可调恒温合金锅熔锡炉干燥，采用JA4103精密电子天平称量。将紫铜板垂直浸入实施例配置的助焊剂中，室温下浸泡72 h后取出。用软橡皮擦净铜表面的腐蚀层，再经去离子水、乙醇、丙酮清洗，干燥至恒重，精确至0.0001 g。每组试样平行3次实验，采用式1和式2分别计算腐蚀速率和缓蚀率：

式1：腐蚀速率                                               

；

式2：缓蚀率

；

式中，m0、m分别为试样铜片腐蚀前、腐蚀后的质量(单位：g)；s为暴露在腐蚀介质中的表面积(单位：cm2)；t为腐蚀时间(单位：h)；v0为铜片在未加缓蚀剂介质中的腐蚀速率（单位：g/cm2h），v为铜片在添加缓蚀剂后介质中的腐蚀速率（单位：g/cm2h）。

实施例1：

配制助焊剂总质量100g，按照以下质量百分比称量各组分原料：丁二酸与DL-苹果酸活化剂2.00%；乙二醇、异丙醇和乙二醇丁醚复配助溶剂3.00%；聚乙二醇-6000成膜剂0.25%；苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)（质量比1:1）缓蚀剂0.08%；余量为去离子水。按一定的顺序将各组分混合，在50-60℃加热搅拌混合均匀，过滤、冷却后得到系列助焊剂试样。

对比例1：

配制助焊剂总质量100g，按照以下质量百分比称量各组分原料：丁二酸与DL-苹果酸活化剂2.00%；乙二醇、异丙醇和乙二醇丁醚复配助溶剂3.00%；聚乙二醇-6000成膜剂0.25%；苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)（质量比1:1）缓蚀剂0.06%；余量为去离子水。按一定的顺序将各组分混合，在50-60℃加热搅拌混合均匀，过滤、冷却后得到系列助焊剂试样。

对比例1：

配制助焊剂总质量100g，按照以下质量百分比称量各组分原料：丁二酸与DL-苹果酸活化剂2.00%；乙二醇、异丙醇和乙二醇丁醚复配助溶剂3.00%；聚乙二醇-6000成膜剂0.25%；苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)（质量比1:1）缓蚀剂0.1%；余量为去离子水。按一定的顺序将各组分混合，在50-60℃加热搅拌混合均匀，过滤、冷却后得到系列助焊剂试样。

结果分析：

根据静态失重法，在室温下，分别测定了含不同添加量的缓蚀剂配置出的助焊剂对铜的腐蚀速率和缓蚀率。根据实验测试数据，缓蚀剂的少量加入可以降低铜挂片的腐蚀速率，缓蚀率均有增加，随着添加量的增加，缓蚀剂表现出缓蚀率先增大后减小的趋势，以缓蚀剂的质量比为0.08%为临界点，当两种缓蚀剂添加量超过0.08%，缓蚀率为降低的趋势；当缓蚀剂添加量超过0.10%时，不仅助焊剂的活性降低，同时焊后板面的残留物增加，容易引起电子元器件的短路和漏电。

根据实验测得数据：

当苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)（质量比1:1）缓蚀剂占0.06%，缓蚀率达到72.05%，具有较好的协同效应，铺展面积达到69.28 mm2；

当苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)（质量比1:1）缓蚀剂占0.1%时，缓蚀率达到69.05%，具有较好的协同效应，铺展面积达到67.52 mm2；

当苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)（质量比1:1）缓蚀剂占0.08%时，缓蚀率达到94.25%，具有明显的协同效应，铺展面积达到72.05 mm2。

总之，缓蚀剂以最佳添加量（0.04%BIA+0.04%BTA）配制的助焊剂铺展性能最好，缓蚀剂的质量比在0.06-0.1%之间的助焊剂性能次之，也能满足助焊剂的基本性能要求。

本发明提高缓蚀性能的助焊剂的有益效果是：

一、通过采用苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)复配的缓蚀剂代替苯并三氮唑(BTA)，在降低毒性的同时还能提高缓蚀性能，通过设置三氯生抗菌剂还可以提高助剂的使用期限和性能，通过异构十三醇乙氧基化物的表面活性剂提高助焊剂的铺展率，还具有环保性能。

二、与普通的提高缓蚀性能的助焊剂相比具有缓蚀性优异，提高阻焊剂品质的特点，还具有抗菌性和低毒性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种提高缓蚀性能的助焊剂，其特征在于，包括：活化剂2-4%、助溶剂3-5%、表面活性剂3-5%、成膜剂0.2-0.3%、缓蚀剂0.06-0.10%、抗菌剂0.5-2%和余量的去离子水，以质量计，所述缓蚀剂为苯并咪唑(BIA)和苯并三氮唑(BTA)以质量比1:1进行复配的混合物，原料均为化学纯。

2.根据权利要求1所述的提高缓蚀性能的助焊剂，其特征在于，所述活化剂为丁二酸与DL-苹果酸以质量比1:1的混合物，原料均为化学纯。

3.根据权利要求1所述的提高缓蚀性能的助焊剂，其特征在于，所述表面活性剂为异构十三醇乙氧基化物。

4.根据权利要求1所述的提高缓蚀性能的助焊剂，其特征在于，所述助溶剂为乙二醇、异丙醇和乙二醇丁醚以质量比1:1:1进行复配的混合物，原料均为化学纯。

5.根据权利要求1所述的提高缓蚀性能的助焊剂，其特征在于，所述成膜剂为聚乙二醇-6000，化学纯品质。

6.根据权利要求1所述的提高缓蚀性能的助焊剂，其特征在于，所述抗菌剂为三氯生。