一种低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，包括：活化剂12-16%、松香8-10%、表面活性剂2-3%、抗氧化剂0.05-0.1%、有机胺5-8%和余量的有机溶剂，活化剂包括无水柠檬酸40-57份、水杨酸7-14份、乳酸0.7-3.6份和DL-苹果酸36-43份的复配组分，表面活性剂包括复配组分吐温60和司盘，有机胺为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种，抗氧化剂为特丁基对苯二酚，有机溶剂为乙二醇、二乙二醇乙醚、硝基乙烷、四氢糠醇和丙二醇的混合溶剂，均以质量计。通过上述方式，本发明低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂具有提高焊接材料的铺展率和降低成本的作用。
【专利说明】一种低温无南低固含量无铅焊锡用助焊剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及助焊剂领域，特别是涉及一种低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂。【背景技术】
[0002]目前，针对能源污染问题，我们在无铅焊锡产业中就需要发明出无污染或者污染小的助焊剂，助焊剂现在的发展方向向着无松香、无齒素、无V0C、免清洗等方面进展，不同的合金配比需要匹配不同的助焊剂，助焊剂不仅要起到相应的清洁被焊物体表面氧化物和降低表面张力的作用外也需要在成分组成上满足绿色环保走向。
[0003]另外，随着电子元器件不断向短小化、轻薄化发展，目前无铅焊锡产品所设定的工作温度早已高出其所能承受的范围，如果继续在当前焊料工艺下进行焊接，将会使得产品在今后的使用过程中造成不可预计的危险；此外，使用低温焊料可以使一些不耐高温的廉价元器件和电路板得以使用，从而降低产品成本，使用低温焊料还可以降低由于不同材料之间热膨胀系数不同所造成的伤害，因此低温焊料的开发与使用以及研发与其相适用的低温助焊剂适用刻不容缓。
[0004]目前市面上的低温助焊剂的焊料产品之间均有各自的利弊，有的焊料焊接性能优良，但是价格偏高，有的焊料价格合理，但是焊接性能不良，因此我们要在焊料性能、价格、市场要求、工艺要求、焊件温度要求等等多方面有目的，有特性的选择焊料。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题是提供一种低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，通过选择分解温度低但沸点不超过焊接温度和沸点接近焊接温度的混合酸来弥补单一活性剂的缺点，增强活性剂的铺展率效果；通过设定抗氧化剂、表面活性剂、有机胺和有机溶剂的组分选择及其含量可以有效的控制铺展率的提高。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，包括:活化剂12-16%、松香8-10%、表面活性剂2-3%、抗氧化剂
0.05-0.1%、有机胺5-8%和余量的有机溶剂，以质量计。
[0007]在本发明一个较佳实施例中，所述活化剂包括无水柠檬酸40-57份、水杨酸7-14份、乳酸0.7-3.6份和DL-苹果酸36-43份的复配组分，以质量计。
[0008]在本发明一个较佳实施例中，所述表面活性剂包括复配组分吐温60和司盘，其中司盘与吐温的质量比小于等于1/2。
[0009]在本发明一个较佳实施例中，所述有机胺为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种以上混合。
[0010]在本发明一个较佳实施例中，所述抗氧化剂包括特丁基对苯二酚。
[0011]在本发明一个较佳实施例中，所述有机溶剂采用乙二醇、二乙二醇乙醚、硝基乙烷、四氢糠醇和丙二醇的混合溶剂，且它们的质量配比设置为2:1:1: 2:1。
[0012]在本发明一个较佳实施例中，所述司盘包括司盘60和司盘80中的一种或两种混合物。
[0013]本发明的有益效果是:本发明低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂通过选择分解温度低但沸点不超过焊接温度和沸点接近焊接温度的混合酸来弥补单一活性剂的缺点，增强活性剂的铺展率效果；通过设定抗氧化剂、表面活性剂、有机胺和有机溶剂的组分选择及其含量设置出一种低温无卤低固含量的无铅焊锡用助焊剂，具有良好的物理稳定性和提高焊料铺展率的性能。
【具体实施方式】
[0014]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。
[0015]本发明实施例包括:
一种低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，包括:活化剂12-16%、松香8-10%、表面活性剂2-3%、抗氧化剂0.05-0.1%、有机胺5-8%和余量的有机溶剂，以质量计。
[0016]所述活化剂包括无水柠檬酸40-57份、水杨酸7-14份、乳酸0.7-3.6份和DL-苹果酸36-43份的复配组分，以质量计。
[0017]所述表面活性剂包括复配组分吐温60和司盘，其中司盘与吐温的质量比小于等于 1/2。
[0018]所述有机胺为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种以上混合。
[0019]所述抗氧化剂包括特丁基对苯二酚。
[0020]所述有机溶剂采用乙二醇、二乙二醇乙醚、硝基乙烷、四氢糠醇和丙二醇的混合溶剂，且它们的质量配比设置为2:1:1:2:1。
[0021]所述司盘包括司盘60和司盘80中的一种或两种混合物。
[0022]本发明中，焊料采用Sn_57Bi无铅焊锡球由苏州之侨新材料有限公司提供，该无铅焊料的液相点温度为138° C，根据有关无铅焊锡的文献显示，焰点温度上加上50° C作为焊接温度时能达到最大的铺展率，综合所查阅到的各个助焊剂试剂的物理性能(沸点)，本发明设定的焊接温度为20° C。
[0023]目前助焊剂发展的一个方向就是免清洗，这就需要松香的含量要尽量的低，这样焊后的残留物才能尽量少，考虑到铺展率的影响，根据相关文献中所涉及到的松香含量的多少以及对比试验的分析设定松香的含量为8%。
[0024]本发明中，所述活化剂采用无水柠檬酸、水杨酸以及极差影响较大的DL-苹果酸三种酸进行复配；根据质量百分比，当无水柠檬酸为6%，水杨酸用量为2%，DL-苹果酸用量为6%时，实验测得溶液的PH为1.72，国家标准要求助挥剂pH在25之间，而无水柠檬酸与DL-苹果酸的pH值低于2，水杨酸酸PH值接近于2，随着无水柠檬酸与DL-苹果酸两种酸用量的增加会造成助焊剂的酸性高于国家对液态助焊剂的要求，因此本发明中无水柠檬酸使用量设为40-57份而DL-苹果酸使用量设为36-43份,其中,无水柠檬酸与DL-苹果酸满足了低温时对铜板表面氧化物的清除作用，水杨酸是满足高温时对铜板表面氧化物的清除作用，水杨酸用量的减少势必会造成高温时酸清除铜板氧化物能力的下降，所以本发明最终确定水杨酸的使用量为7-14份；
实验分析:松香在170° C下才能与氧化物发生反应，而在这之前并无化学反应，可看做是单一组分活性剂的反应，而在添加混合酸之后，弥补了焊接温度的不同温度段的不同需求；首先在低温阶段，DL-苹果酸在140摄氏度不断分解的情况下不断参与去除氧化物的反应，DL-苹果酸含有两个可以电离的氧离子，其去除氧化物的能力较强，最重要的就是其开始参与氧化物的反应温度低，弥补低温度下的空白反应；其次是无水柠檬酸，无水柠檬酸含有三个氧离子可以电离，是去除氧化物能力很强的酸，无水柠檬酸在175° C进行分解反应，在190° C下达到最大分解值；最后的是水杨酸，水杨酸也含有两个可以电离的氧离子，其开始参与反应的温度不明确，但是其沸点接近所设定的焊接温度，在焊接过程中能保证在无水柠檬酸和DL-苹果酸含量不断减少的时候，水杨酸可以继续弥补空白，从而使得在焊接即将结束的时候仍然能够有去除氧化物的反应进行，这样在三种酸的配合下，使得燥接过程中的去除氧化物反应一直进行，保证焊接质量。
[0025]本发明中，所述抗氧化剂为特丁基对苯二酚，一般的抗氧化剂多数选用酚类，但绝大部分的酚类对人身体有害，特丁基对苯二酚是一种国家允许使用的安全高效食用油脂抗氧化剂，具有良好的抗氧化作用，其安全性能好，当特丁基对苯二酚用量为0.05%时对焊料铺展率的提高作用最好。
[0026]本发明中，所述表面活性剂选用复配组分吐温60和司盘，表面活性剂的作用就是降低表面张力，增加润湿性，在活性剂和抗氧化剂的作用下，进一步降低与焊体接触面的张力，使铺展率提升，本发明所设计的助焊剂为有机溶剂型液态助焊剂，黏度无要求，因此在查阅相关文献后，选用司盘系列和吐温系列两类表面活性剂；根据实验分析，当司盘80用量〈1%，表面活性剂吐温60用量为2%时，铺展效果最佳。
[0027]本发明中，所述有机胺选用单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺是根据资料和实验分析以及焊料的焊接温度设定的，有机胺的沸点温度值接近焊接温度值；焊料选用Sn_57Bi无铅焊锡球，焊接温度为20° C。
[0028]本发明中，所述有机溶剂采用乙二醇、二乙二醇乙醚、硝基乙烷、四氢糠醇和丙二醇的混合溶剂也是根据焊接温度设定的，溶剂的沸点温度值接近焊接温度值，其中选择硝基乙烷是因为松香在硝基乙烷里面的溶解度大。
[0029]具体实施例:
配置IOOg助焊剂，以质量计，称取各组分:活化剂15g (无水柠檬酸40-57份、水杨酸7-14份、乳酸0.7-3.6份和DL-苹果酸36-43份的复配组分)；松香8g ;表面活性剂2g (吐温60和司盘80以质量比为1:2进行复配的混合物)；抗氧化剂0.05-0.1% (特丁基对苯二酚);、有机胺6g (三乙醇胺)和余量的去离子水；
按重量比称取各组分原料，在常温下，将助溶剂加入干净的带搅拌的搪瓷釜中，先加入难溶原料，搅拌半小时，依次加入其它原料，继续搅拌I小时至全部溶化，混合均匀，停止搅拌，静置过滤即为助焊剂成品。
[0030]本发明低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂的有益效果是:
一、通过选择分解温度低但沸点不超过焊接温度和沸点接近焊接温度的混合酸来弥补单一活性剂的缺点，增强活性剂的铺展率效果；通过设定抗氧化剂、表面活性剂、有机胺和有机溶剂的组分选择及其含量设置出一种低温无卤低固含量的无铅焊锡用助焊剂，具有良好的物理稳定性和提闻焊料铺展率的性能；
二、与普通的低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂相比具有环保、稳定和提高焊料铺展率的性能，还易于操作，便于广泛推广。
[0031]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。
【权利要求】
1.一种低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，其特征在于，包括:活化剂12-16%、松香8-10%、表面活性剂2-3%、抗氧化剂0.05-0.1%、有机胺5_8%和余量的有机溶剂，以质量计。
2.根据权利要求1所述的低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，其特征在于，所述活化剂包括复配组分无水柠檬酸40-57份、水杨酸7-14份、乳酸0.7-3.6份和DL-苹果酸36-43份，以质量计。
3.根据权利要求1所述的低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，其特征在于，所述表面活性剂包括复配组分吐温60和司盘，其中司盘与吐温的质量比小于等于1/2。
4.根据权利要求1所述的低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，其特征在于，所述有机胺为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种以上混合。
5.根据权利要求1所述的低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，其特征在于，所述抗氧化剂包括特丁基对苯二酚。
6.根据权利要求1所述的低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，其特征在于，所述有机溶剂采用乙二醇、二乙二醇乙醚、硝基乙烷、四氢糠醇和丙二醇的混合溶剂，且它们的质量配比设置为2:1:1:2:1ο
7.根据权利要求1或3所述的低温无卤低固含量无铅焊锡用助焊剂，其特征在于，所述司盘包括司盘60和司盘80中的一种或两种混合物。
【文档编号】B23K35/362GK103785973SQ201410057434
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】杨伟帅 申请人:苏州龙腾万里化工科技有限公司