CN105583550A - 一种新型环保助焊剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型环保助焊剂，该助焊剂包括溶剂、表面活性剂以及添加剂，助焊剂的主要成分包括去离子水、聚丙二醇1200、羟基苯并三唑、仲醇聚氧乙烯醚、三丙二醇丁醚、四乙二醇二甲醚、丁二酸以及脂肪族二羧酸混合物，该助焊剂的溶剂以不同类型的去离子水、醇类以及醚类混合组成，混合溶剂拥有适宜的沸点、较多的极性基团以及中等粘度，赋予助焊剂高活性，残留物极少，对焊接表面形成保护作用，将不同类型与组份的表面活性剂配合使用，具备良好的协同作用，能够改善焊料润湿性、防止氧化，该助焊剂拥有清洁表面，且不含卤素、低碳环保，能够满足焊接使用需求。

Description

一种新型环保助焊剂

技术领域

本发明涉及一种助焊剂及其制备方法，特别涉及电子产品焊接工艺过程中应用的助焊剂。

背景技术

电子工业领域的飞速发展为助焊剂的应用带来极大的可期前景，助焊剂不仅要提供优异的助焊性能以满足基本使用需求，还应满足一系列机械性能和电学性能要求，减少被焊接物体表面发生氧化、生锈现象，因此，助焊剂的特性对整个表面贴装技术的工艺过程和产品质量都具有举足轻重的效用，是关乎电子工业生产工艺的核心要素之一。

当前，国内外助焊剂的成分一般包括活化剂、溶剂、表面活性剂和特殊成分，特殊成分一般为缓蚀剂、防氧化剂、成膜剂等。理想的助焊剂除具备化学活性外，还应具备良好的热稳定性、粘附力、扩展力以及电解活性、环境稳定性、对通用清洗溶液和设备的适应性等。

在电子工业领域中，电路板上的各种电子元器件需经过涂助焊剂，再经过波峰焊、回流焊或手工焊接等工艺与PCB板连接成整体，目前采用的助焊剂多为松香型助焊剂或者水溶性助焊剂，固含量较高，传统的松香型助焊剂主要成分为松香和溶剂，还含有卤素成分，焊接后残留物多、腐蚀性强，如果残留物未得到有效清除，将会对产品的绝缘性能带来影响，导致产品的质量稳定性差，必须清洗才能保证电子产品的工作寿命和电器性能，然而电路板组装件的清洗技术和工艺步骤较多，使得操作不便，且许多清洗剂含有对环境造成危害的成分，不利于环保节能。

针对上述不足，公布号为CN101890596A的中国专利公开了一种低碳环保型水基助焊剂，该助焊剂由溶剂和活性添加剂组成，溶剂占助焊剂总重量的重量百分比为80%～97%，主要成分为去离子水，还包括聚乙二醇800，聚乙二醇1000，聚乙二醇1200，聚乙二醇1400之中的一种或多种，溶剂还包含碳原子数在10～14之间的醚类化合物，活性添加剂包括一种或多种水溶性的有机弱酸和水溶性表面活性剂，该助焊剂以水为主要溶剂，不易燃，使用安全，然而，该助焊剂中的表面活性剂成分较单一，该助焊剂改善润湿性、防止氧化的效果十分有限。

以去离子水搭配表面活性剂制备的助焊剂正逐渐代替传统的以松香为溶质、醇类为溶剂配方获得的助焊剂，申请号为US5145531的美国专利和申请号为US5507882的美国专利分别使用此方法获得新型助焊剂，然而，上述助焊剂所涉及到的溶剂类型与活性剂组成仍有待进一步挖掘。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接活性好、残留物少并且无卤素的环保助焊剂。

一种新型环保助焊剂，所述助焊剂包括溶剂、表面活性剂与添加剂，各组成部分及其在助焊剂中所占的重量份如下：

去离子水：80～96份

聚丙二醇1200：0.1～0.3份

羟基苯并三唑：0.1～0.2份

仲醇聚氧乙烯醚：0.2～0.3份

三丙二醇丁醚：1.8～8.2份

四乙二醇二甲醚：0.3～2.6份

丁二酸：0.1～0.3份

脂肪族二羧酸混合物：1.8～7.5份

50%戊二醛：0.15～0.25份。

通过采用上述技术方案，在本发明的助焊剂配方中，溶剂起到溶解焊剂中所含成分、提供反应载体、使助焊剂成为均匀液体的作用，溶剂为混合型，主要成分包括去离子水、醇类以及醚类，醚类溶剂包括三丙二醇丁醚、四乙二醇二甲醚，醇类溶剂选择聚丙二醇1200，以去离子水作为溶剂比传统的醇基助焊剂沸点更高且不易燃，在焊接过程中耐高温，具有无污染特性，以醇与醚类结合使用，能够增加表面绝缘电阻，焊接过程中能够完全挥发，去离子水、醇类、醚类三种组份构成的混合溶剂拥有适宜的沸点和较多的极性基团以及中等粘度，焊接活性高、焊后残留物极少，对焊接表面还能形成保护作用。

在混合溶剂中添加脂肪族二羧酸混合物作为活性剂，具备改善焊料润湿性、防止氧化的效果，焊接活性高、不含卤素，助焊剂中还添加了仲醇聚氧乙烯醚，仲醇聚氧乙烯醚作为非离子型表面活性剂能够降低助焊剂的表面张力，提高润湿性能；羟基苯并三唑能够防氧化，本发明中的助焊剂中还添加有50%戊二醛，可赋予助焊剂高效消毒性与防腐蚀特性。

本发明的进一步设置为，所述脂肪族二羧酸混合物包括戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸中的任意两种或者多种。

通过采用上述技术方案，以脂肪族二羧酸，包括戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸中的任意两种或者多种的混合物作为助焊剂的有机酸类活性剂使用，由于脂肪族二元酸的分子量较小，蒸气压较低，在焊接的高温过程中容易挥发，焊接结束后助焊剂的固含量低，表面残留物极少，能够避免对被焊材料产生腐蚀，无需使用含有VOC的材料进行清洗，简化了工艺程序，免除了清洗剂对环境造成的损害，低碳环保。

本发明的进一步设置为，所述脂肪族二羧酸混合物由戊二酸、辛二酸、癸二酸组成，所述戊二酸、辛二酸、癸二酸的质量比为5:3:1。

通过采用上述技术方案，脂肪族二羧酸混合物由戊二酸、辛二酸、癸二酸组成，戊二酸、辛二酸、癸二酸按照一定质量配比进行混合使用，优选地，所述质量比为5:3:1，通过使用混合酸能够在焊接过程中降低表面张力，并且在焊接温度下进行分解、挥发，使焊后表面无残留、无腐蚀。同时，在脂肪族二羧酸混合物的选用和配比上，还能够提高组分间的混合度，不同物质溶于不同溶剂之间的溶解度以及分散度不一样，本发明选取的配方以及比例能够最大程度上提高混合度。

本发明还涉及到助焊剂的制备方法，所述方法包括：

步骤一：依次将去离子水、二羧酸混合物、四乙二醇二甲醚、三丙二醇丁醚制备成混合物放入搅拌装置，搅拌时间为10～20分钟；

步骤二：在搅拌后的混合物中依次加入丁二酸、聚丙二醇1200、羟基苯并三唑、仲醇聚氧乙烯醚、50%戊二醛，搅拌时间为50～70分钟。

通过采用上述技术方案，本发明涉及到的助焊剂的制备方法分为两步，先将去离子水、二羧酸混合物、四乙二醇二甲醚、三丙二醇丁醚放置在防腐蚀容器中混合搅拌，持续搅拌10～20分钟，待形成均匀的混合液后，再依次按照顺序加入丁二酸、聚丙二醇1200、羟基苯并三唑、仲醇聚氧乙烯醚、50%戊二醛等表面活性剂和添加剂，经过搅拌50～70分钟、冷却、过滤工序，最终制备助焊剂。

本发明的有益效果在于：将大量去离子水、聚丙二醇1200以及四乙二醇二甲醚、三丙二醇丁醚作为混合溶剂，三种不同类型的混合溶剂拥有适宜的沸点和较多的极性基团以及中等粘度，使助焊剂拥有极少的残留物、很高的活性，对焊接表面形成保护作用，以脂肪族二羧酸混合物为活性剂并且加入仲醇聚氧乙烯醚，不同类型的表面活性剂配合使用，能够发挥协同作用，具备改善焊料润湿性、防止氧化的效果，该助焊剂中不含卤素，低碳环保，还具有消毒性与防腐蚀特性。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

一种新型环保助焊剂，该助焊剂包括溶剂、表面活性剂与添加剂，各组成部分及其在助焊剂中所占的重量份如下：

去离子水：80～96份

聚丙二醇1200：0.1～0.3份

羟基苯并三唑：0.1～0.2份

仲醇聚氧乙烯醚：0.2～0.3份

三丙二醇丁醚：1.8～8.2份

四乙二醇二甲醚：0.3～2.6份

丁二酸：0.1～0.3份

脂肪族二羧酸混合物：1.8～7.5份

50%戊二醛：0.15～0.25份。

本发明中的实施例为按照上述不同组分配比制备的助焊剂，实验操作过程如下：将三种不同的助焊剂配方按照其所占助焊剂的重量份设置，助焊剂的制备按照两步法进行：

实施例一：

各组分配比如下：

96份去离子水

1.8份三丙二醇丁醚

1.0份戊二酸

0.85份辛二酸

0.1份丁二酸

0.1份羟基苯并三唑

0.15份50%戊二醛

制备方法：先将去离子水、戊二酸、辛二酸、三丙二醇丁醚放置在防腐蚀的容器中混合搅拌，持续时间为15分钟，待形成混合液后，再依次加入丁二酸、羟基苯并三唑、50%戊二醛等表面活性剂和添加剂搅拌60分钟，经过搅拌、冷却、过滤工序，最终制备成助焊剂。

实施例二：

各组分配比如下：

89份去离子水

2.6份四乙二醇二甲醚

8.2份三丙二醇丁醚

0.3份聚丙二醇1200

3.92份戊二酸

2.1份辛二酸

1.03份癸二酸

0.3份丁二酸

0.2份羟基苯并三唑

0.25份50%戊二醛

制备方法：先将去离子水、戊二酸、辛二酸、癸二酸、四乙二醇二甲醚、三丙二醇丁醚放置在防腐蚀的容器中混合搅拌，持续时间为15分钟，待形成混合液后，再依次加入丁二酸、聚丙二醇1200、羟基苯并三唑、50%戊二醛等表面活性剂和添加剂搅拌60分钟，经过搅拌、冷却、过滤工序，最终制备成助焊剂。

实施例三：

各组分配比如下：

90份去离子水

2.6份四乙二醇二甲醚

8.2份三丙二醇丁醚

0.2份聚丙二醇1200

1.95份戊二酸

1.05份辛二酸

0.51份癸二酸

0.26份仲醇聚氧乙烯醚

0.2份丁二酸

0.19份羟基苯并三唑

0.19份50%戊二醛

制备方法：先将去离子水、戊二酸、辛二酸、癸二酸、四乙二醇二甲醚、三丙二醇丁醚放置在防腐蚀的容器中混合搅拌，持续时间为15分钟，待形成混合液后，再依次加入丁二酸、聚丙二醇1200、羟基苯并三唑、仲醇聚氧乙烯醚、50%戊二醛等表面活性剂和添加剂搅拌60分钟，经过搅拌、冷却、过滤工序，最终制备成助焊剂。

对比例一：

传统醇基助焊剂的组成：

88份异丙醇

4.5份聚合松香

3.5份戊二酸

3.0份丙二酸

1.0份羟基苯并三唑

将本发明涉及的新型环保助焊剂中的实施例一、实施例二、实施例三与对比例一进行焊接剂的性能测试，所述测试包括不挥发物含量测试、铺展工艺性测试以及润湿力测试。

不挥发物含量测试

不挥发物含量，是指在一定温度下助焊剂中固体残留物的含量。由于助焊剂的固体残留物通常都有黏性，对焊缝和母材有腐蚀性，因此，助焊剂的残留量越小越好。

不挥发物含量的测定方法如下：将6g助焊剂准确称量(M₁)，放入沸水浴中加热，当大量溶剂挥发后，再将其放入110±2℃的烘箱中干燥4h，取出并放入干燥器中冷至室温，称量，反复干燥和称量，直至称量误差保持在±0.05g之内时为恒量，此时试样质量为M₂。

按公式(1)计算助焊剂的不挥发物含量。

w(不挥发物含量)%=……………………………(1)

式中：M₁为初始试样的质量g；

M₂为试样经110℃干燥后恒量时不挥发物的质量g。

测试结果如下：

助焊剂的多种组份在焊接的高温环境中会有一部分挥发，但仍会有残留物存在，残留物会损害焊接表面，造成腐蚀现象，并且易于增加以含有VOC的材料为清洁剂的清洗处理工序，对环境造成污染，在助焊剂的实际应用中，不挥发物含量越少，则助焊剂的焊接性能越佳。

从表1可知，按照公式(1)的数据，本发明涉及的新型环保助焊剂从实施例一到实施例三的不挥发物含量分别为6.43%、5.59%、5.11%，均低于对比例一中醇基助焊剂的不挥发物含量11.02%。

本发明的新型环保助焊剂以去离子水、醚类溶剂三丙二醇丁醚、四乙二醇二甲醚以及醇类溶剂聚丙二醇1200作为混合型溶剂使用，该混合溶剂沸点适中，在焊接进行过程中作为载体溶解多种活性剂与添加剂形成均匀液体，当焊接结束时可有效挥发，从而使助焊剂的残留物组份较少，不挥发物含量降低。

此外，脂肪族二元酸的分子量较小，蒸气压较低，在焊接的高温过程中也容易挥发，焊接结束后助焊剂的固含量低，表面残留物极少，避免对被焊材料产生腐蚀。

铺展工艺性测试

本发明采用《GB/T11364-2008钎料润湿性试验方法》对助焊剂的铺展性能进行测试。

试样制备：

实验所用母材为0.2mm×40mm×40mm的纯铜板，焊料为Sn99.3Cu0.7，所用助焊剂为实施例一、实施例二、实施例三以及对比例一中的助焊剂，焊料球约为0.2g的小球，其质量误差允许范围为5%，将称量好的焊料球用超声波清洗仪清洗，再用无水乙醇清洗，干燥后备用。

铺展测试：

将铺展时的炉温设定为270℃恒温，将称量好的焊料置于母材铜板中心部位，再滴加助焊剂，用量以能覆盖焊料表面为准，每份助焊剂做5次铺展测试，每个试样测量5次取平均值，测试结果见表2。

焊接过程需要依靠焊剂的化学作用与被焊金属表面的氧化物化合，在焊接温度下形成液态化合物，使被焊金属部位表面的金属原子与熔融焊料的原子相互扩散，达到锡焊连接的目的。当铺展面积越大、润湿角越小时，润湿现象的发生越容易，焊剂和焊盘之间的润湿性能提高，促进焊接过程顺利进行。

从表2可知，新型环保型助焊剂所对应的实施例一到实施例三的铺展面积均大于对比例一、润湿角均小于对比例一，因此铺展性能均优于对比例一，本发明涉及的助焊剂配方中包括脂肪族二羧酸混合物，优选地，在以戊二酸、辛二酸、癸二酸的混合酸作为表面活性剂的同时还添加了一种非离子型表面活性剂仲醇聚氧乙烯醚以及另一种活性剂羟基苯并三唑，二元羧酸混合物与仲醇聚氧乙烯醚、羟基苯并三唑配合使用时，能够产生协同作用，显著降低了焊剂的表面张力，增加了焊剂对焊粉和焊盘的亲润性，达到改善焊料润湿性、防止氧化效果的同时，还使助焊剂拥有去污洗涤性，起到清洁助焊剂表面的作用。

润湿力测试

为了更好地评价助焊剂的润湿能力，对助焊剂的润湿过程采用动态分析方法，润湿平衡(称量)法原理如下：将金属片试样浸入熔融焊料中，测量提升时的荷重曲线，根据该荷重曲线得出润湿时间以及对浮力进行修正后的润湿力。润湿力是指试样垂直浸入熔融焊锡中受到的作用力与浸入时受到的浮力的合力，也称为附着力。

本试验所用金属片试样为铜片(牌号T2)，规格10mm×30mm×0.3mm。按照《GB/T2423.32-2008》的方法对铜片试样进行预处理。焊料槽中使用Sn99.3Cu0.7无铅焊料。所用助焊剂为实施例一、实施例二、实施例三以及对比例一中的助焊剂，测试参数如表3所示：

测试结果如表4所示：

助焊剂的润湿时间t越短、最大润湿力F_max数值越大，润湿性能越好。参见表4所示，实施例一到实施例三的最大润湿力均大于对比例一的3.19mN，且润湿时间皆短于对比例一的1.27s，其中，实施例三的最大润湿力达到5.41mN、润湿时间仅持续0.86s，实施例三的润湿效果最佳。本发明所涉及的新型环保助焊剂的润湿效果优于普通的醇基助焊剂。

本发明所涉及的新型环保助焊剂中选用以戊二酸、辛二酸、癸二酸为优选的二元羧酸混合物作为活化剂，以去离子水、四乙二醇二甲醚、三丙二醇丁醚、聚丙二醇为溶剂，焊接活性高，能够有效防止氧化作用，显著增进了助焊剂对被焊材料的均匀润湿作用，且该助焊剂中不含卤素，低碳环保，50%戊二醛还能赋予助焊剂高效消毒性与防腐蚀特性。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种新型环保助焊剂，其特征在于，包括下列重量份的组分构成：

去离子水：80～96份

聚丙二醇1200：0.1～0.3份

羟基苯并三唑：0.1～0.2份

仲醇聚氧乙烯醚：0.2～0.3份

三丙二醇丁醚：1.8～8.2份

四乙二醇二甲醚：0.3～2.6份

丁二酸：0.1～0.3份

脂肪族二羧酸混合物：1.8～7.5份

50%戊二醛：0.15～0.25份。

2.根据权利要求1所述的新型环保助焊剂，其特征在于，所述助焊剂包括脂肪族二羧酸混合物，所述脂肪族二羧酸混合物包括戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸中的任意两种或者多种。

3.根据权利要求1或2所述的新型环保助焊剂，其特征在于：所述脂肪族二羧酸混合物由戊二酸、辛二酸、癸二酸组成，所述戊二酸、辛二酸、癸二酸的质量比为5:3:1。

4.如权利要求1所述的助焊剂的制备方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤一：依次将去离子水、脂肪族二羧酸混合物、四乙二醇二甲醚、三丙二醇丁醚制备成混合物放入搅拌装置，搅拌时间为10～20分钟；

步骤二：在搅拌后的混合物中依次加入丁二酸、聚丙二醇1200、羟基苯并三唑、仲醇聚氧乙烯醚、50%戊二醛，搅拌时间为50～70分钟。