专利名称：可升华的助焊剂组合物的制作方法
技术领域：
本发明一般说来涉及助焊剂配方，更具体地说是涉及在焊接过程中能升华的低残留助焊剂。
助焊剂配方典型地是含有一种分散或溶解在水溶液或有机溶剂中的助焊组分或试剂。这些助焊剂一般是被施用于需要被焊接在一起的表面或位置上。施用助焊剂可用任何一种方式来实施，诸如涂布、分配、浸渍、喷雾、或选择性地或整个地把助焊剂沉积在待焊接在一起的表面上，如电子工业中将电子元件焊接在印刷电路板上。将一种可焊接的材料(典型地是锡铅合金)与助焊剂一起被施用于元件，电路板或同时施用于这二者上面，并把构件加热，使助焊剂活化金属的表面，当焊料熔化时，它同时和电子元件及印刷电路板熔合，从而在元件和电路板之间形成电性和机械性的连接。
对于电工业中的大多数应用来说，希望使用一种非腐蚀性和非导电性的助焊剂组合物。为此，在市售的专门用来制造表面安装的电子构件的助焊剂中广泛使用了基于松香的助焊剂组合物。如果使用活性更大的助焊剂组合物，则它们典型地会留下有腐蚀性和/或导电性的残留物。但在某些情况下需要有较高活性的助焊剂来帮助除去金属表面上形成的氧化物，从而提供强的焊接。但是，使用这类助焊剂也有一些缺点，因为松香基助焊剂留下的残留物是有粘性的，它们会干扰电路的自动化测试，而且不美观，并从周围环境吸附灰尘和湿气，它们防碍整机电路有效的包封或保形涂布，并且是湿性的。
因为这些缺点，典型做法是在焊接后的清洗操作中把助焊剂的残留物清除掉。通常的做法是用一种水溶液或有机溶剂来清除助焊剂残留物。水是优选的，因为它不会留下讨压的残留物，但水通常又是一种无效的试剂，因为许多残留物，诸如松香的残留物，只是微溶于水中。有机溶剂更有效，但不希望使用它，因为购买的时候费钱，处理时也是费钱和困难的。历史上曾经得到广泛使用的一类有机溶剂是含氯氟烃(CFCs)，因为它们是惰性的并在清洗操作后可以挥发掉。但CFCs近来受到强烈指责，因为它们能破坏臭氧层。鉴于对制造和使用CFCs的严格限制，很清楚，这种清洗方法在不远的未来将是完全不适宜的。
基于这些以及别的理由，先有技术中的助焊剂组合物已不再是优选的，最好是去发现新的能够避免上述缺点中的一项或多项的助焊剂组合物。
简言之，按照本发明，提供了一种把金属焊接在一起的助焊剂组合物，这种助焊剂组合物含有一种载体溶剂、一种氧化物清除剂和一种可释出氮气的化合物。这种氧化物清除剂可在或低于把金属焊接在一起的温度下升华。释放氮气的化合物在低于把金属焊接在一起的温度下升华或分解，以便在被焊接的金属上提供惰性气体的保护层。
在本发明的一个供选择的具体实施方案中，这种氧化物清除剂是一种化学物质，诸如2-氨基-间苯二甲酸、5-氨基-间苯二甲酸、间苯二甲酸、氟硼酸铵或水杨酸铵。
在本发明的又一具体实施方案中，加热时可释放出氮气的化合物是，例如，1，2-苯并-3，4-蒽醌、1，2-苯并-9，10-蒽醌、5，6- 醌、6，12- 醌、2，3-苯并蒽醌、2-氨基-间苯二甲酸、5-氨基-间苯二甲酸或5-异喹啉羧腈。
在本发明的再一具体实施方案中，提供了一种把电子元件焊接到电路板上的方法，它包括把在含氮化合物中含有活化剂的助焊剂组合物施用到电路板上。助焊剂组合物，电子元件和电路板被加热到这样的温度，使它足以引起活化剂与元件或电路板上的金属氧化物起反应并升华，并且也加热到能使含氮化合物分解或升华的温度。
虽然本专利说明书总结了权利要求中限定的本发明被认为是新特征，但相信通过考虑以下描述会对本发明有更好的了解。
现已发现一种低残留物的助焊剂组合物，它含有一载体溶剂、一活化剂或氧化物清除剂以及一含氮化合物。这种助焊剂组合物特别适用于软焊条，诸如锡-铅低共熔合金。其它含有银、铋、锑、铟等元素的锡-铅合金也可使用。这些合金及其它类型的合金典型地被用作焊料，在制造电子构件诸如计算机和便携式收音机时提供电的相互连接。在本发明的一个实例中，载体溶剂是一种醇类化合物或一些醇类化合物形成的混合物。在这个经优选的具体实例中，使用的是异丙醇或正庚醇，别的醇类，诸如甲醇、乙醇、丙醇和丁醇等，也可以与这些物质的混合物一起使用。
为了提供一种只有少许残留物或没有残留物的助焊剂，希望用作活化剂或氧化物清除剂的组分在焊料软熔后不存留在电路板上，这也意味着这些材料的反应副产物也不应存留在电路板上。本发明的氧化物清除剂特别选择了这样的化合物，它在或低于焊接操作的温度下即发生升华。为清楚起见，术语“升华”是指由固态变为气态而不经过液态，即在加热时升华的物质直接由固态变为气态。物质的升华点是化合物的固相的蒸气压等于和它接触的气相总压力时的温度。这和液体的沸点类似。本专业的熟练技术人员可能会容易看出使用能升华的助焊剂活化剂的优点。通过消除液相，现在我们可以保证当焊接操作完成时，助焊剂残留物将由印刷电路板构件上完全挥发掉，而不会象通常的工艺中那样会有液体或固体物质残留;本专业的熟练技术人员也将会认识到，升华的物质在低于它的升华点时就已经具有相当大的蒸气压，因此能以液体蒸发类似的方式慢慢地进入气相。这就是说，升华物质能够在远低于它的升华点的温度“蒸发”掉。这一现也有助于保证在焊接操作之后印刷电路板上没有残留物。如果偶然在焊接后有任何残留物残留下来，它们也会慢慢地升华进入气相，从而最终使痕量残留物也从电路板上消失。
一些已发现可用作本发明的活化剂的材料列在下面的表1中，这些物质可清除氧化物或能够还原金属氧化物，表Ⅰ决不是全面的，本专业熟练的技术人员当然能认识到其它能够还原氧化物并具有升华性质的材料也可被适当地使用。
表Ⅰ化合物种类分子式熔点(℃)分子量间苯二甲酸 C8H6O4348℃升华 166.1氟硼酸铵 NH4BF6升华 104.8水杨酸铵 C7H9NO3升华 1552-氨基-间苯二甲酸 C8H7NO4260,267°升华 181.55-氨基-间苯二甲酸 C8H7NO4>360°升华 181.5可升华的助焊剂组合物的第三种组分是含有氮原子的化合物，选择的化合物也具有在或低于焊接操作发生的温度升华或分解的性质，以产生氮或含氮的化合物，这一作用的目的是在电子元件和电路板的已经活化或清洗好的金属表面上提供不含氧气的保护层。一旦氧化物被活化剂从金属表面清除，重要的是要维持这些表面处于无氧状态下，直到焊料和金属熔合。无氧的气体保护层即提供这一功能。下面的表Ⅱ列出了一些已被发现特别适合于本发明使用的材料。应该注意这些材料中的每一种在接近软焊条焊接典型发生的温度时都会升华或者分解。
表Ⅱ化合物种类分子式熔点(℃)分子量1,2-苯并-3,4-蒽醌 C18H10O2262分解 258.31,2-苯并-9,10-蒽醌 C18H10O2169升华 258.35,6- 醌 C18H10O2239.5升华 258.36,12- 醌 C18H10O2288-290分解 258.39,10-Napthanene醌 C18H10O2294升华 258.3(即2,3-苯并蒽醌)2-氨基-间苯二甲酸 C8H7NO4260,267升华 181.55-氨基-间苯二甲酸 C8H7NO4>360升华 181.55-异喹啉羧腈 C10H6N2135升华 154.8(即5-氰基异喹啉)焊接操作的热量可引起这些材料反应或升华，从而提供所需的效果。升华的能力，就像活化剂的情况那样，也是需要的，以便提供打算在当前的发明中实现的那些优点。
在本发明的最佳具体实施方案中，助焊剂的配方总结在下面的实施例Ⅰ中。
实施例Ⅰ异丙醇80%(体积)庚醇10%(体积)2，3-苯并蒽醌6%(体积)四氟硼酸铵1%(体积)4-氨基-间苯二甲酸3%(体积)实施例Ⅱ异丙醇80%(体积)正庚醇10%(体积)2，3-苯并蒽醌6%(体积)水杨酸铵2%(体积)4-氨基-间苯二甲酸1%(体积)5-异喹啉羧腈1%(体积)这里公开的助焊剂组合物也可以被用作焊锡膏中的助焊剂。焊锡膏或焊膏典型地是焊料在赋形剂中以小颗粒形成的分散体系，诸如上面概括的助焊剂组合物那样。此外，助焊剂组合物可以直接施用于焊料包封的印刷电路板上，以便提供准备被焊接的表面。这种助焊剂组合物然后被用作涂层剂或粘合剂，以协助电子元件在板上的键接和软熔过程。
虽然本发明已阐明和描述了最佳具体实施方案。但很清楚，本发明不受此局限。对那些本专业熟练的技术人员来说，将可能做出一些修饰、变化、改变，取代和同类物，它们都不脱离本发明的精神和范围，如所附权利要求书中所限定。
权利要求
1.一种在焊接温度下把金属焊接在一起的助焊剂组合物，它包含一载体溶剂；一在或低于焊接温度时可升华的氧化物清除剂；以及一在或低于焊接温度时可释出氮气的化合物。
2.权利要求1中的助焊剂组合物，其中的氧化物清除剂是选自2-氨基-间苯二甲酸;5-氨基-间苯二甲酸;间苯二甲酸;氟硼酸铵和水杨酸锭。
3.权利要求1中的助焊剂组合物，其中的可释出氮气的化合物是一种多核芳香族化合物。
4.权利要求1中的助焊剂组合物，其中的可释出氮气的化合物是自1，2-苯并-3，4-蒽醌;1，2-苯并-9，10-蒽醌;5，6- 醌;6，12- 醌;2，3-苯并-蒽醌;2-氨基-间苯二甲酸;5-氨基-间苯二甲酸和5-异喹啉羧腈。
5.一种把两种金属或金属合金焊接在一起的助焊剂组合物，它包含一种活性剂，其存在的量足以提供助焊能力，这种活化剂的特征为它在把金属焊接在一起的温度下可还原金属氧化物并且升华;一含氧化合物，其特征为它在把金属焊接在一起的温度下可升华。
6.权利要求5的助焊剂组合物，其中的活化剂是选自2-氨基-间苯二甲酸;5-氨基-间苯二甲酸;间苯二甲酸;氟硼酸铵和水杨酸铵。
7.权利要求5的助焊剂组合物，其中的含氮化合物在把金属焊接在一起的温度下可释出氮气。
8.权利要求5的助焊剂组合物，其中的含氮化合物是选自1，2-苯并-3，4-蒽醌;1，2-苯并-9，10-蒽醌;5，6- 醌;6，12- 醌;2，3-苯并蒽醌;2-氨基-间苯二甲酸;5-氨基-间苯二甲酸和5-异喹啉羧腈。
9.权利要求5的助焊剂组合物，它进一步包含一种醇类载体溶剂。
10.一种低残留物助焊剂组合物，它包含一种醇类载体溶剂以及活化量的升华混合物，后者至少含有下列化合物当中的一种，即1，2-苯并-3，4-蒽醌;1，2-苯并-9，10-蒽醌;5，6- 醌;6，12- 醌;2，3-苯并蒽醌;2-氨基间苯二甲酸;5-氨基-间苯二甲酸;5-异喹啉羧腈;并且至少含有下列化合物当中的一种，即间苯二甲酸，氟硼酸铵和水杨酸铵。
11.一种把电子元件焊接到载有电路的底板上的方法，包括把含有活化剂的含氮化合物的助焊剂组合物施用到有电路的底板上;把助焊剂组合物以及电子元件和有电路的底板要被焊接在一起的部分加热到这样的温度，它足以使活化剂与元件及底板上的金属氧化物起反应，并且足以使活化剂升华并使含氮化合物分解并释出氮气。
全文摘要
一种把金属焊接在一起的助焊剂组合物，它包含载体熔剂，氧化物清除剂以及可释出氮气的化合物。氧化物清除剂在或低于把金属焊接在一起的温度下升华，可释出氮气的化合物在低于把金属焊接在一起的温度下可升华或分解，以便在被焊接的金属上提供惰性气体的保护层。氧化物清除剂是2-氨基间苯二甲酸等；加热时释放出氮气的化合物为多核芳族化合物等。
文档编号H05K3/34GK1101598SQ9410903
公开日1995年4月19日 申请日期1994年8月10日 优先权日1993年8月16日
发明者F·J·贾斯基, D·W·亨德里斯 申请人:莫托罗拉公司