一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑及其制備方法，包括：助焊劑，其中復配活性物質6.6-9.9份、助溶劑12-20份、表面活性劑0.02-0.1份、成膜劑0.1-0.5份、緩蝕劑0.06-0.15份和余量的去離子水，復配活性物質是由有機酸、有機胺、去離子水和丙烯酸樹脂混合，助溶劑是由乙醇、C醇和丙三醇以質量比1:2:1形成，有機酸包括以質量比1:1配置的活化劑A酸和活化劑B酸，兩者的分解溫度差50-150℃，有機酸和有機胺以10:1的復配比混合。通過上述方式，本發(fā)明無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑具有減少原料、精細化主要成分的配比的作用，通過膠囊化的活性劑還能優(yōu)化性能和配置工藝。
【專利說明】一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑及其制備方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及助焊劑領域，特別是涉及一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]Sn-Pb焊料因其熔點低(約183°C )、潤濕性強而成為傳統(tǒng)電子類產(chǎn)品焊接用材料。而電子信息產(chǎn)品的無鉛化進程使Sn-Pb焊料的使用受到限制，無鉛焊料逐漸取代Sn-Pb焊料，成為電子工業(yè)的重要連接材料。由于無鉛焊料熔點較高，使用時易被氧化，潤濕性差，傳統(tǒng)助焊劑不能滿足焊接要求。
[0003]傳統(tǒng)的助焊劑在焊后留有較多殘留物，且具有腐蝕性，對焊點的力學性能及電氣性能存在隱患，在殘留物的清洗過程中常使用對臭氧層有破壞作用的氟利昂類物質，因而從SMT工藝可靠性和大氣保護而言，采用低固含量免清洗助焊劑成為一個有效解決途徑。目前，被廣泛應用的助焊劑多為有機溶劑型助焊劑，其活性成分必須溶解在有機溶劑中，在使用時存在揮發(fā)性大、易燃、對身體有害等缺點。水基助焊劑以去離子水作主溶劑，綠色環(huán)保、安全、成本低，成為當今微電子封裝材料領域的一個研究熱點。
[0004]但是，一般的水基免洗型無鉛焊料的助焊劑制作復雜或者原料多，增加成本，而且作用有限，助焊劑的制品比較粗糙，不夠精細，需要經(jīng)過多次試驗，減少原料、減少成本并精確組分含量，加強保證產(chǎn)品質量的工藝過程，推行量化生產(chǎn)，這些要求在目前的助焊劑品種中還很難 實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑及其制備方法，通過采用一般水基助焊材料為主體原料，方便原料供給，通過改良工藝和原料的配比組合方式，加強和監(jiān)控產(chǎn)品的性能。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是:提供一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑，包括:助焊劑，所述助焊劑包括復配活性物質6.6-9.9份、助溶劑12-20份、表面活性劑0.02-0.1份、成膜劑0.1-0.5份、緩蝕劑0.06-0.15份和余量的去離子水，所述復配活性物質是由有機酸、有機胺、去離子水和丙烯酸樹脂混合的微膠囊化的活性物質，所述助溶劑是由乙醇、C醇和丙三醇以質量比為1:2:1形成的三元復配溶劑體系，所述表面活性劑采用非離子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)，以上均以質量計。
[0007]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述有機酸包括活化劑A酸和活化劑B酸兩種脂肪族二元酸，且活化劑A酸和活化劑B酸以質量比1:1配置，所述脂肪族二元酸為乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸和癸二酸中的一種或者多種混合物，原料為分析純品質，所述活化劑A酸的分解溫度和所述活化劑B酸的分解溫度相差50-150°C。
[0008]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述有機胺為乙二胺、三乙胺和三乙醇胺中的一種或者多種混合物，原料為分析純品質。[0009]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述復配活性物質中的有機酸和有機胺是以10:1的復配比混合。
[0010]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述成膜劑為單硬脂酸甘油酯、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一種或者多種混合物，原料為化學純品質。
[0011]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述緩蝕劑包括苯并三氮唑(BTA)，所述苯并三氮唑(BTA)的濃度為10_3mOl/L，化學純品質。
[0012]本發(fā)明還包括一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑的制備方法，包括以下步驟:
步驟一:活性物質的微膠囊化
將所述活化劑A酸、所述活化劑B酸與有機胺以1:1:0.2的復配比進行混合，得到混合
物；
加入1-2倍混合物體積的去離子水，攪拌并加熱至50°C，10分鐘,充分混合后加入2-3倍混合物質量的丙烯酸樹脂，較快升溫至90°C，攪拌4小時，冷卻、過濾、烘干，在瑪瑙研缽中均勻研磨30分鐘，得到白色粉末狀的微膠囊化處理的復配活性物質；
步驟二:助焊劑的制備
將助溶劑與去離子水加入到反應釜內(nèi)，加熱至40-50°C，攪拌，加入成膜劑，攪拌，溶解完全，依次加入復配活性物質、表面活性劑及緩蝕劑，攪拌均勻后靜置，過濾，即得助焊劑。
[0013]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述助溶劑、表面活性劑、成膜劑和緩蝕劑的總質量百分比小于等于20%。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑及其制備方法通過采用一般水基助焊材料為原料主體，方便原料供給，通過改良工藝和原料的配比組合方式，加強和監(jiān)控產(chǎn)品的性能，優(yōu)化產(chǎn)品質量的同時還能方便對量化生產(chǎn)的產(chǎn)品質量進行工藝監(jiān)測，通過膠囊化的活化劑制備方式，增強活化劑的性能。
【具體實施方式】
[0015]下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0016]本發(fā)明實施例包括:
一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑，包括:助焊劑。
[0017]所述助焊劑包括復配活性物質6.6-9.9份、助溶劑12-20份、表面活性劑0.02-0.1份、成膜劑0.1-0.5份、緩蝕劑0.06-0.15份和余量的去離子水，所述復配活性物質是由有機酸、有機胺、去離子水和丙烯酸樹脂混合的微膠囊化的活性物質，所述助溶劑是由乙醇、C醇和丙三醇以質量比為1:2:1形成的三元復配溶劑體系，所述表面活性劑采用非離子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)，以上均以質量計。
[0018]所述有機酸包括活化劑A酸和活化劑B酸兩種脂肪族二元酸，且活化劑A酸和活化劑B酸以質量比1:1配置，所述脂肪族二元酸為乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸和癸二酸中的一種或者多種混合物，原料為分析純品質，所述活化劑A酸的分解溫度和所述活化劑B酸的分解溫度相差50-150°C。
[0019]所述有機胺為乙二胺、三乙胺和三乙醇胺中的一種或者多種混合物，原料為分析
純品質。
[0020]所述復配活性物質中的有機酸和有機胺是以10:1的復配比混合。
[0021]所述成膜劑為單硬脂酸甘油酯、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一種或者多種混合物，原料為化學純品質。
[0022]所述緩蝕劑包括苯并三氮唑(BTA)，所述苯并三氮唑(BTA)的濃度為10_3mol/L，化學純品質。
[0023]本發(fā)明還包括一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑的制備方法，包括以下步驟:
步驟一:活性物質的微膠囊化
將所述活化劑A酸、所述活化劑B酸與有機胺以1:1:0.2的復配比進行混合，得到混合
物；
加入1-2倍混合物體積的去離子水，攪拌并加熱至50°C，10分鐘,充分混合后加入2-3倍混合物質量的丙烯酸樹脂，較快升溫至90°C，攪拌4小時，冷卻、過濾、烘干，在瑪瑙研缽中均勻研磨30分鐘，得到白色粉末狀的微膠囊化處理的復配活性物質；
步驟二:助焊劑的制備
將助溶劑與去離子水加入到反應釜內(nèi)，加熱至40-50°C，攪拌，加入成膜劑，攪拌，溶解完全，依次加入復配活性物質、表面活性劑及緩蝕劑，攪拌均勻后靜置，過濾，即得助焊劑。
[0024]所述助溶劑、表面活性劑、成膜劑和緩蝕劑的總質量百分比小于等于20%。
[0025]本發(fā)明中，A酸和B酸的質量比對助焊劑擴展率的影響數(shù)據(jù): m(A): m(B) 擴展率/%
I: O73.80
2:174.13
I: I74.90
1:274.51
0:175.22
由上述數(shù)據(jù)可以看出A酸的擴展率低于B酸，但B酸的分解溫度較高，焊后殘留較多，且有腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，因此須控制B酸的量。當A酸與B酸的質量比為1:1時，擴展率大，焊后殘留物較少。
[0026]另外，有機胺類物質活性較弱，且酸和胺易發(fā)生中和反應，可降低有機酸活化劑對基板的腐蝕性，因此將有機酸、胺復配使用。實驗考察了乙二胺、三乙胺以及三乙醇胺的潤濕效果。乙二胺與三乙胺的沸點較低，在低于活性溫度下已分解，無法發(fā)揮有機胺的活性作用，故選用三乙醇胺作為助焊劑的酸度調節(jié)劑和堿性活化劑。三乙醇胺的沸點較高(約為360°C)，在焊后易出現(xiàn)殘留物，影響焊點外觀，其添加量不宜過多，實驗確定有機酸與三乙醇胺的復配比例為10:1。
[0027]三乙醇胺與有機酸的復配活化劑的活性初始溫度較低，活性接近于有機鹵化物。為了進一步提高焊劑的穩(wěn)定性，實驗采用微膠囊技術對活化劑進行包裹。由于膜材的非極性保護作用使得包覆后的活性物質在室溫下能保持惰性狀態(tài)，在焊接過程中微膠囊破裂釋放活性物質，焊后對未反應完的活化劑又重新包覆，因而可降低焊劑在焊接前后的腐蝕性、增強焊后可靠性。以丙烯酸樹脂作為膜材對復配活化劑進行包覆處理，制備的活性物質常溫穩(wěn)定、高溫活性高，較好的解決了助焊性與腐蝕性之間的矛盾。
[0028]本發(fā)明中，以去離子水作為助焊劑的主溶劑，由于水的表面張力比較高，將會影響助焊劑的潤濕性能，需要添加表面活性劑，以降低助焊劑的表面張力。非離子表面活性劑因其自身化學結構的特性，在水溶液中不電離，穩(wěn)定性高，不易受酸堿介質的影響，且與其他類型活性劑的相容性好，因此，選用非離子表面活性劑0P-10。
[0029]本發(fā)明中，水基助焊劑在焊接溫度下水易過早揮發(fā)，導致活化劑失去活化環(huán)境。添加一定量的助溶劑，一方面增加活性物質及成膜劑的溶解能力，使助焊劑充分發(fā)揮活化作用和成膜效果；另一方面，不同熱分解溫度的助溶劑的復配，在較大的溫度范圍內(nèi)為有機酸活化劑電離出游離的H +提供一種電離環(huán)境，保證在焊接過程中助焊劑有較寬的活化溫度區(qū)間，從而提高助焊效果。醇類助溶劑中含有的-OH親水基團越多，助焊劑的活性越能得到發(fā)揮。結合焊接的溫度區(qū)間分布范圍，選取乙醇、C醇和丙三醇組成三元復配溶劑體系，其中乙醇與丙三醇的質量比為1:1。二元醇C的分解溫度介于乙醇(沸點約為78°C)與丙三醇(分解溫度為290°C)之間。而當C醇在復配溶劑中的含量為50%，即溶劑組成為乙醇、C醇、丙三醇質量比為1:2:1時，焊點的擴展率最大，焊點規(guī)則、光亮。
[0030]本發(fā)明中，硬脂酸甘油酯成膜較厚，有油膩感，且較難溶于水；聚乙烯醇成膜較薄且不均勻，有黏性，外觀欠佳；聚乙二醇成膜均勻、透明、干燥。另外，聚乙二醇系列物質有良好的電氣性能，具有無腐蝕性、防潮等特點，因此實驗以聚乙二醇2000作為成膜物質。微膠囊化的囊壁材料丙烯酸樹脂在焊后也有一定的成膜性，且與聚乙二醇的相容性較好，對聚乙二醇的成膜效果具有增強作用。
[0031 ] 本發(fā)明中，使用的儀器包括:直徑70mm的瑪瑙研缽，0_25mm螺旋測微器，PHS-3C型數(shù)字式酸度計，W201B恒溫水浴鍋，DF-102S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，SX-4-13箱式電阻爐，QUANTA FEG 250型掃描電子顯微鏡。
[0032]本發(fā)明中，擴展率的測定依據(jù)中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T6173-1992《水溶性有機助焊劑》進行測定。
[0033]準備好Sn-0.7Cu無鉛焊錫絲和0.5mm厚紫銅板，對銅片表面進行打磨、溶劑清洗后，放在(150±2) 1:烘箱中氧化處理I小時，取出，放在密封的干燥器中。將Sn-0.7Cu無鉛焊錫絲在不銹鋼棒上繞成內(nèi)徑為3mm的焊絲圓環(huán)，并在分析天平上稱重。把焊絲圓環(huán)放置在準備好的厚紫銅板中央，在焊料圓環(huán)內(nèi)滴入1-2滴助焊劑(約0.05g)，將試件放入溫度為360 1:的SX-4-13箱式電阻爐內(nèi)，保溫90秒后取出，冷卻至室溫，用乙醇清洗殘余物，用0-25mm螺旋測微器測定鋪展的焊料高度H，根據(jù)焊絲圓環(huán)的質量與比重，計算出焊絲圓環(huán)的當量球直徑D，進一步計算出平均擴展率E。當量球直徑D和擴展率E的計算公式如下:
D=L 24(W/p )I
E= )*100%
其中，H為測得的焊料高度，W為焊絲圓環(huán)的質量，P為焊絲圓環(huán)的相對密度值。
[0034]下面通過正交實驗法對本發(fā)明作進一步說明:利用正交實驗法優(yōu)化助焊劑的配方，活化劑A酸、B酸與三乙醇胺的復配比為1:1:0.2;助溶劑為1:2:1(質量比)的三元復配溶劑體系，有機溶劑的含量控制在20%以內(nèi)，配制的助焊劑總質量為100 g0
[0035]正交實驗的因素水平表:
【權利要求】
1.一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑，其特征在于，包括:助焊劑，所述助焊劑包括復配活性物質6.6-9.9份、助溶劑12-20份、表面活性劑0.02-0.1份、成膜劑0.1-0.5份、緩蝕劑0.06-0.15份和余量的去離子水，所述復配活性物質是由有機酸、有機胺、去離子水和丙烯酸樹脂混合的微膠囊化的活性物質，所述助溶劑是由乙醇、C醇和丙三醇以質量比為1:2:1形成的三元復配溶劑體系，所述表面活性劑采用非離子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚(OP-1O)，以上均以質量計。
2.根據(jù)權利要求1所述的無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑，其特征在于，所述有機酸包括活化劑A酸和活化劑B酸兩種脂肪族二元酸，且活化劑A酸和活化劑B酸以質量比I: I配置，所述脂肪族二元酸為乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸和癸二酸中的一種或者多種混合物，原料為分析純品質，所述活化劑A酸的分解溫度和所述活化劑B酸的分解溫度相差50-150°C。
3.根據(jù)權利要求1所述的無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑，其特征在于，所述有機胺為乙二胺、三乙胺和三乙醇胺中的一種或者多種混合物，原料為分析純品質。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑，其特征在于，所述復配活性物質中的有機酸和有機胺是以10:1的復配比混合。
5.根據(jù)權利要求1所述的無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑，其特征在于，所述成膜劑為單硬脂酸甘油酯、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一種或者多種混合物，原料為化學純品質。
6.根據(jù)權利要求1所述的無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑，其特征在于，所述緩蝕劑包括苯并三氮唑(BTA)，所述苯并三氮唑(BTA)的濃度為10_3mol/L，化學純品質。
7.一種無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:活性物質的微膠囊化 將所述活化劑A酸、所述活化劑B酸與有機胺以1:1:0.2的復配比進行混合，得到混合物； 加入1-2倍混合物體積的去離子水，攪拌并加熱至50°C，10分鐘,充分混合后加入2-3倍混合物質量的丙烯酸樹脂，較快升溫至90°C，攪拌4小時，冷卻、過濾、烘干，在瑪瑙研缽中均勻研磨30分鐘，得到白色粉末狀的微膠囊化處理的復配活性物質； 步驟二:助焊劑的制備 將助溶劑與去離子水加入到反應釜內(nèi)，加熱至40-50°C，攪拌，加入成膜劑，攪拌，溶解完全，依次加入復配活性物質、表面活性劑及緩蝕劑，攪拌均勻后靜置，過濾，即得助焊劑。
8.根據(jù)權利要求7所述的無鉛焊料用膠囊化水基免洗助焊劑的制備方法，其特征在于，所述助溶劑、表面活性劑、成膜劑和緩蝕劑的總質量百分比小于等于20%。
【文檔編號】B23K35/362GK103769775SQ201410057875
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權日:2014年2月20日
【發(fā)明者】楊偉帥 申請人:蘇州龍騰萬里化工科技有限公司