CN106493487A - 水基助焊剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水基助焊剂及其制备方法与应用。本发明水基助焊剂由以下质量百分含量的成分组成：水溶性松香树脂2.0％‑4.0％、复配有机酸4.5％‑7.0％、复配表面活性剂0.1％‑0.4％、有机溶剂4％‑8％、其他添加剂0.1％‑0.3％、余量为去离子水。本发明水基助焊剂一方面使得本发明水基助焊剂完全适用于波峰焊焊接工艺，具有可焊性强，透锡性能优良，焊后板面残留少、具有极高的表面绝缘阻抗，以及易清洗等特性；另一方面使得本发明水基助焊剂气味清淡，焊接过程中烟雾小、润湿性能强、无闪点、使用安全，对人体亲和力好等特性。其制备方法环保安全，对人体无危害，无闪点，工艺条件易控，制备的水基助焊剂性能稳定。

Description

水基助焊剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于助焊剂技术领域，具体涉及一种水基助焊剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着电子行业的不断发展壮大，电子产品的持续更新换代和环保法规的不断升级，市场对助焊剂的要求也在日益增加，助焊剂的发展从传统的松香型助焊剂到80年代出现的合成助焊剂，免洗助焊剂、水溶性助焊剂，再到现在的无铅无卤助焊剂等。所有这些类型的助焊剂，均是以醇类溶剂为基础溶剂，添加各种类型辅助性材料，如成膜剂、活性剂、高沸溶剂、表面活性剂、抗蚀剂等等，实现应用于各种工艺的适用性。所有这些类型的助焊剂存在一个共性：以醇类溶剂为基础溶剂，而醇类溶剂多以乙醇、异丙醇、或两者混合物为主，具有闪点低、易燃易爆、且对人体存在一定的伤害等缺陷。

为了克服现有有机助焊剂存在的安全环保等缺陷，出现了水基助焊剂。如当前公开了一种水基助焊剂，其水组分占百分比仅为1-30％，并不符合水基助焊剂的概念，因为在IPC-CH-65B CN中对水基助焊剂或清洗剂的定义为水所占重量百分比大于50％，另外该专利所用溶剂为异丙醇、二甲苯、异构十二烷和乙酸丁酯中一种或一种以上的混合物，其所占百分比为31-90％，所用溶剂均为易燃易爆的低闪点溶剂，尤其是二甲苯，对人体伤害大。

在当前公开了另一种可减少焊接污染物排放的水基助焊剂中，所用的复配溶剂为乙醇与异丙醇，所占重量百分比为25-30％，同样具有易燃易爆的不安全操作性。

目前水基均采用高含量的有机溶剂的原因是因波峰焊焊接工艺中，水基助焊剂在预热段基础溶剂不能及时的完全挥发，易引起炸锡现象。因此，如何降低现有水基助焊剂有机溶剂组分特别是有毒有害有机溶剂的含量，并避免现有水基助焊剂出现的炸锡现象是本领域技术人员一直希望解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种水基助焊剂及其制备方法与应用，以克服现有水基助焊剂存在的闪点低，易燃易爆和出现炸锡现象的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种水基助焊剂。所述水基助焊剂由以下质量百分含量的成分组成：

本发明的另一方面，提供了一种水基助焊剂的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：

按照本发明水基助焊剂所含的成分和含量比例分别量取各成分原料；

将量取的水溶性松香树脂成分原料溶解于量取的有机溶剂成分原料中后，加入去离子水进行混料处理，配制第一混合溶液；

将量取的有机酸成分原料与所述第一混合溶液进行混料处理，配制第二混合溶液；

将量取的复配表面活性剂和量取的其他添加剂与所述第二混合溶液进行混料处理。

本发明的又一方面，提供了一种本发明水基助焊剂的应用方法。具体地，本发明水基助焊剂PCB焊接工艺中的应用。

与现有技术相比，本发明水基助焊剂通过所含成分之间的协效作用，在有效降低有机溶剂成分含量的同时，一方面使得本发明水基助焊剂完全适用于波峰焊焊接工艺，具有可焊性强，透锡性能优良，焊后板面残留少、具有极高的表面绝缘阻抗，以及易清洗等特性，有效解决了现有水基助焊剂在波峰焊工艺中容易炸锡等不良现象的发生；另一方面，使得本发明水基助焊剂气味清淡，焊接过程中烟雾小、润湿性能强、无闪点、使用安全，对人体亲和力好等特性，完全符合目前的ROHS 2.0,REACH等各种环保法规要求，彻底解决了以现有醇类溶剂为基础的助焊剂易燃易爆、对人体伤害大，操作不安全的问题。

本发明水基助焊剂制备方法由于是直接按照本发明水基助焊剂所含的成分种类及其含量量取进行按照顺序进行混料处理，因此，获得的水基助焊剂分散体系稳定，保证了其完全适用于波峰焊焊接工艺，避免发生炸锡等不良现象，而且有机溶剂含量低，不含有毒有害有机溶剂，因此，在制备过程中环保安全，对人体无危害，无闪点。另外，其工艺条件易控，制备的水基助焊剂性能稳定。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的质量含量不仅仅可以指代各成分间质量的比例关系，也可以表示各成分的具体含量。因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

一方面，本发明实施例提供一种水基助焊剂。所述水基助焊剂由以下质量百分含量的成分组成：

其中，上述水基助焊剂所含的水溶性松香树脂是由改性后的松香酸与多元醇通过酯化反应制得，其在醚酯类溶剂的助溶下在水中具有一定的溶解性。在一实施例中，所述水溶性松香树脂为松香甘油酯、松香季戊四醇酯中的至少一种。选用该些水溶性松香树脂，使得本实施例水基助焊剂在无铅波峰焊高温焊接工艺后，以固化膜的形态均匀覆盖在焊点表面，一方面可以隔绝未完全挥发的活性剂残留与空气接触，防止吸潮和腐蚀的发生，保障电路板的电性能；另一方面，对于有清洗要求的生产要求，经过焊接高温固化后，该些水溶性松香树脂易溶于醇醚类溶剂，所以也可以满足易清洗的工艺要求。

另外，在研发过程中发明人发现，上述水溶性松香树脂在水基助焊剂的质量百分比含量控制为2.0％-4.0％为宜，当水溶性松香树脂低于2.0％时，焊接之后的PCB绝缘电阻值会有所下降；当高于4％时，会影响焊接之后的板面干净度。在具体实施例中，该水溶性松香树脂在水基助焊剂的质量百分比含量可以为2.0％、2.3％、2.5％、2.7％、3.0％、3.4％、3.6％、3.8％、4.0％等。

上述水基助焊剂所含的复配有机酸能够随着波峰焊工艺的温度逐渐上升过程中，能够逐渐分解或者升华，有效保证上述水基助焊剂在整个焊接过程中起到助焊的作用，又能有效降低焊接的残留物含量。在一实施例中，该复配有机酸为顺丁烯二酸、丙二酸与丁二酸、柠檬酸的混合酸，该顺丁烯二酸、丙二酸与丁二酸、柠檬酸三者的的质量比为(2.0-3.0):(1.5-2.0):(1.0-2.0)。通过选用该特定三种有机酸并控制其含量比例，一方面是利用有机酸不同的熔点和分解温度，这样如在PCB波峰焊工艺的板面温度逐渐上升的过程中，该混合酸能够在不同温度段活化并分解或升华，有效保证上述水基助焊剂在整个焊接过程中起到助焊的性能，另一方面将焊接完成后板面的残留物最少化。

上述水基助焊剂所含的复配表面活性剂能够有效降低水基的表面张力，提高水基的挥发性能，同时提高上述水基助焊剂的润湿性能。在一实施例中，所述复配表面活性剂为阴离子含氟的表面活性剂与两性碳氢表面活性剂的混合物，优选的控制所述阴离子含氟的表面活性剂与两性碳氢表面活性剂的质量比为1:(0.2-1)。选用含氟表面活性剂与碳氢链表面活性剂进行复配使用，在上述水基助焊剂中表现出良好的协同效应：有效降低水基的表面张力，提高水基的挥发性，从而避免波峰焊工艺中出现炸锡不良现象发生，而且提高上述水基助焊剂的润湿性，提高水基助焊剂的可焊性和透锡性能。其中，

其中，阴离子含氟表面活性剂选用通式为C_nF_2n+1COONH₃全氟羧酸铵中的至少一种，其中，n＝7-10。该类的阴离子含氟表面活性剂具有碳氟链憎水基，因此，其具有如下一些特征：能使水的表面张力下降到15mN.m^-1，提高润湿性能和浸透性能；在低浓度下亦表现出高表面活性；具有良好的耐热性能。所述碳氢表面活性剂选用十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟基乙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、豆油酰胺丙基甜菜碱中的至少一种。该选用的碳氢表面活性剂具有良好降低水油界面张力特性，其与上述阴离子含氟表面活性剂复配使用时，能够有效弥补阴离子含氟表面活性剂存在降低水油界面张力不理想的不足，提高上述水基助焊剂的润湿性能。上述特定的阴离子含氟的表面活性剂与特定的碳氢表面活性剂复配使用，在上述水基助焊剂中至少所发挥的协效作用有：一是大幅度的降低了水溶液的表面张力，使其在波峰焊预热段可及时的完全挥发，从而避免炸锡现象的发生；二是显著提高了上述水基助焊剂的润湿性能，使其在焊点的扩展和透锡方面的获得优良表现。三是有效降低了表面活性剂的含量，如在上述水基助焊剂中，其含量最高只需0.4％，也即是说上述复配表面活性剂总浓度很低时，就能显著降低水溶液的表面张力，且使得水溶液表面张力显著低于含氟表面活性剂单组分水溶液的表面张力。

上述水基助焊剂所含的有机溶剂在上述水基助焊剂起到助溶剂的作用，如提供水溶性松香树脂等组分在水基中的溶解性和分散的稳定。在一实施例中，有机溶剂选用高沸有机溶剂，如选用三丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中任意两种或两种以上溶剂的混合物，在该混合物溶液中，各组分之间的比例可以是任意比例，如在具体实施例中，该混合物溶液为两种有机溶剂的混合物时，所述混合物混合质量比为1:(0.5-2)为最佳。所选用该些高沸有机溶剂一方面能够有效增加如水溶性松香树脂等组分在水中的溶解性，起到助溶的作用；另一方面可以增加助焊剂中固体原料的流平效果，同时还能有效维持上述复配有机酸在高温焊接过程中的耐焊性；其次，上述有机溶剂安全无毒，赋予上述水基助焊剂的安全环保性能。

上述水基助焊剂所含的其他添加剂的存在，赋予上述水基助焊剂相应的其他相关的性能，如在一实施例中，所述其他添加剂为苯并三氮唑和羟丙基壳聚糖的混合物，且苯并三氮唑与羟丙基壳聚糖质量比为(0.5-1):1。其中，苯并三氮唑可作为缓蚀剂，在焊接工艺中降低上述水基助焊剂对金属元件和传送带的腐蚀。羟丙基壳聚糖可抑制微生物在水中的生长，提高助焊剂的稳定性。

上述水基助焊剂所含的去离子水作为主溶剂，使得上述水基助焊剂无闪点。另外，选用去离子水作为溶剂，是出于实际生产的如成本控制的需要。因此，该去离子水可以用其他的如蒸馏水、纯净水等替代，不管选用何种水，只要是作为水基之用，均在本发明公开的范围。

因此，上述水基助焊剂通过其所含的成分之间的协效作用，一方面实现了真正意义上的水基助焊剂概念，去离子水所占百分比大于80％；二是实现真正意义上的绿色安全环保，材料完全符合ROHS 2.0,REACH等环保法规的要求，环保、无闪点、操作安全、对人体亲和力好；三是适用于波峰焊焊接工艺，可焊性好，腐蚀性小，无炸锡，焊后板面绝缘电阻高，且残留易于清洗。

另一方面，本发明实施例还提供了上述水基助焊剂的一种制备方法。所述制备方法包括如下步骤：

步骤S01：按照上文所述的水基助焊剂所含的成分和含量比例分别量取各成分原料；

步骤S02：将量取的水溶性松香树脂成分原料溶解于量取的有机溶剂成分原料中后，加入去离子水进行混料处理，配制第一混合溶液；

步骤S03：将量取的有机酸成分原料与所述第一混合溶液进行混料处理，配制第二混合溶液；

步骤S04：将量取的复配表面活性剂和量取的其他添加剂与所述第二混合溶液进行混料处理。

具体地，上述步骤S01所述的水基助焊剂所含的成分和含量比例均如上文水基清洗剂中所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02至S04中的混料处理可以采用本领域常规的混料处理，如搅拌等，加料顺序可以按照常规清洗剂的加料顺序加料，不管采用哪种方法进行混料处理，只要将各成分原料混合均匀即可。

因此，上述水基助焊剂制备方法由于是直接按照水基助焊剂所含的成分种类及其含量量取进行按照顺序进行混料处理，获得的水基助焊剂分散体系稳定，保证了其完全适用于波峰焊焊接工艺，避免发生炸锡等不良现象，而且有机溶剂含量低，不含有毒有害有机溶剂，因此，在制备过程中环保安全，对人体无危害，无闪点。另外，其工艺条件易控，制备的水基助焊剂性能稳定。

再一方面，在上文水基助焊剂及其制备方法的基础上，由于上文各实施例中所述水基助焊剂具有绿色安全环保、无闪点、操作安全、对人体亲和力好等优点，而且还具有可焊性好、腐蚀性小、无炸锡、焊后板面绝缘电阻高、且残留易于清洗等优点。因此，上文各实施例中所述水基助焊剂特别适用于PCB波峰焊焊接工艺中，从而焊接效果、使得对器件腐蚀性小，无炸锡，焊后板面绝缘电阻高，残留物易于清洗。

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例提供一种水基助焊剂，以质量百分计，由如下组分组成：

该水基助焊剂的制备方法包括如下步骤：

S11：将丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚混合均匀，将松香甘油醋加入混合好的溶剂中，高速剪切搅拌至完全溶解，然后加入去离子水，搅拌混合均匀；

S12：将顺丁烯二酸、丁二酸、柠檬酸逐一加入步骤S11中，搅拌至完全溶解；

S13：将全氟辛酸铵和十二烷基二甲基甜菜碱混合均匀后加入步骤S12中，搅拌至完全溶解。

S14：将添加剂苯并三氮唑和羟丙基壳聚糖逐一加入步骤S13中，搅拌至完全溶解即得产物。

实施例2

本实施例提供一种水基助焊剂，以质量百分计，由如下组分组成：

该水基助焊剂的制备方法包括如下步骤：

S21：将二丙二醇丁醚、三丙二醇甲醚混合均匀，将松香季戊四醇酷加入混合好的溶剂中，高速剪切搅拌至完全溶解，然后加入去离子水，搅拌混合均匀；

S22：将顺丁烯二酸、丁二酸、柠檬酸逐一加入步骤S21中，搅拌至完全溶解；

S23：将全氟壬酸钱和十二烷基二羟基乙基甜菜碱混合均匀后加入步骤S22中，搅拌至完全溶解。

S24：将添加剂苯并三氮哇和羟丙基壳聚糖逐一加入步骤S23中，搅拌至完全溶解即得产物。

实施例3

本实施例提供一种水基助焊剂，以质量百分计，由如下组分组成：

该水基助焊剂的制备方法包括如下步骤：

S31：将二丙二醇丁醚、丙二醇丁醚混合均匀，将松香甘油酯和松香季戊四醇酯加入混合好的溶剂中，高速剪切搅拌至完全溶解，然后加入去离子水，搅拌混合均匀；

S32：将顺丁烯二酸、丁二酸、柠檬酸逐一加入步骤S231中，搅拌至完全溶解；

S33：将全氟葵酸铵和月桂酰胺丙基甜菜碱混合均匀后加入步骤S32中，搅拌至完全溶解。

S34：将添加剂苯并三氮唑和羟丙基壳聚糖逐一加入步骤S33中，搅拌至完全溶解即得产物。

实施例4

本实施例提供一种水基助焊剂，以质量百分计，由如下组分组成：

该水基助焊剂的制备方法包括如下步骤：

S41：将三丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚混合均匀，将松香甘油酯和松香季戊四醇酯加入混合好的溶剂中，高速剪切搅拌至完全溶解，然后加入去离子水，搅拌混合均匀；

S42：将丙二酸、丁二酸、柠檬酸逐一加入步骤S41中，搅拌至完全溶解；

S43：将全氟葵酸铵和椰油酰胺丙基甜菜碱混合均匀后加入步骤S42中，搅拌至完全溶解；

S44：将添加剂苯并三氮唑和羟丙基壳聚糖逐一加入步骤S43中，搅拌至完全溶解即得产物。

实施例5

本实施例提供一种水基助焊剂，以质量百分计，由如下组分组成：

实施例6

本实施例提供一种水基助焊剂，以质量百分计，由如下组分组成：

实施例7

本实施例提供一种水基助焊剂，以质量百分计，由如下组分组成：

对比例1

相关性能测试

将上述实施例1-7提供的水基助焊剂和对比实施例1提供的助焊剂分别进行下述表1中相关性能测试，测试参考GBT9491-2002和IPC-SA-61标准规定的工艺进行焊接测试。测试结果如表1所示。

表1

由表1可知，本发明实施例1-7与对比例1相比较，各项性能，如：扩展率、相对润湿力、焊后绝缘电阻、炸锡现象等综合性能优于对比例1。由此，本发明实施例水基助焊剂采用去离子水为基础溶剂，无闪点，操作安全。对比例1采用异丙醇为基础溶剂，闪点低，存在易燃易爆的安全隐患。与此同时，由表1实验结果可知，本发明实施例水基助焊剂所含的水溶性松香树脂能有效提高焊接之后的板面绝缘电阻值，复配表面活性剂能显著降低水溶液的表面张力，提高助焊剂的扩展率和相对润湿力，使水基助焊剂中的基础溶剂-水在波峰焊工艺的预热段完全挥发后，在焊接工艺段无炸锡现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水基助焊剂，其特征在于：其由以下质量百分含量的成分组成：

2.如权利要求1所述的水基助焊剂，其特征在于：所述复配表面活性剂为阴离子含氟的表面活性剂与两性碳氢表面活性剂的混合物，且所述阴离子含氟的表面活性剂与两性碳氢表面活性剂的质量比为1:(0.2-1)。

3.如权利要求4所述的水基助焊剂，其特征在于：所述阴离子含氟的表面活性剂选用通式为C_nF_2n+1COONH₃全氟羧酸铵中的至少一种，其中，n＝7-10；和/或

所述碳氢表面活性剂选用十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟基乙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、豆油酰胺丙基甜菜碱中的至少一种。

4.如权利要求1所述的水基助焊剂，其特征在于：所述水溶性松香树脂为松香甘油酯、松香季戊四醇酯中的至少一种。

5.如权利要求2所述的水基助焊剂，其特征在于：所述复配有机酸为顺丁烯二酸、丙二酸与丁二酸、柠檬酸的混合酸，且所述顺丁烯二酸、丙二酸与丁二酸、柠檬酸的质量比为(2.0-3.0):(1.5-2.0):(1.0-2.0)。

6.如权利要求1所述的水基助焊剂，其特征在于：所述有机溶剂选用三丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中任意两种或两种以上的混合溶剂。

7.如权利要求1-6任一所述的水基助焊剂，其特征在于：所述其他添加剂为苯并三氮唑和羟丙基壳聚糖的混合物，且苯并三氮唑与羟丙基壳聚糖质量比为(0.5-1):1。

8.一种水基助焊剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按照权利要求1-7任一所述的水基助焊剂所含的成分和含量比例分别量取各成分原料；

将量取的水溶性松香树脂成分原料溶解于量取的有机溶剂成分原料中后，加入去离子水进行混料处理，配制第一混合溶液；

将量取的有机酸成分原料与所述第一混合溶液进行混料处理，配制第二混合溶液；

将量取的复配表面活性剂和量取的其他添加剂与所述第二混合溶液进行混料处理。

9.根据权利要求1-7任一所述的水基助焊剂或由权利要求8制备方法制备的水基助焊剂在PCB波峰焊焊接工艺中的应用。