低碳环保型水基助焊剂
技术领域
本发明涉及一种助焊剂，尤其是指电路板组装行业波峰焊接工艺中用的助焊剂。
背景技术
随着电子产品逐渐转向小型化、集成化及多功能化方向发展，电路板组装行业也在高速发展，因此对助焊剂的需求量也越来越大。
助焊剂在焊接过程中起到以下几方面的作用：
1.驱除焊盘及元件引脚的金属氧化物及熔融焊料表面的氧化物。反应原理如式1：MOx+2xRCOOH＝M(RC00)x+xH2O
注：式1中RCOOH代表助焊剂中的有机酸成分。
2.降低熔融焊料的表面张力，促进润湿。
3.焊接过程中，隔绝空气。防止熔融焊料和焊点在焊接过程中发生再氧化。
4.在焊接过程中起到辅助传热的作用。
助焊剂主要应用在电路板组装的波峰焊接工艺中。波峰焊设备主要由助焊剂涂敷装置、预热区、焊接区、冷却区共四部分组成。
波峰焊接工艺流程一般如下：
先将已插装好被焊元件的电路板需焊引脚面(又叫焊接起始面)朝下平稳的放入波峰焊设备轨道中，通过自动涂敷设备将助焊剂自下而上自动均匀地涂敷在需焊接有引脚的一面(焊接起始面)上，随着链条的传动，涂敷有助焊剂的电路板进入预热区，在预热区内，当助焊剂温度升高至其活化温度时，助焊剂开始同焊盘及元件引脚上的金属氧化物发生反应，并驱除，并且助焊剂可保护焊盘避免重新氧化而生成新的金属氧化物。电路板经过预热区之后开始进入波峰焊接区，焊接区由锡炉和熔融的钎料组成。电路板经过双波峰时，钎料在焊盘和元件引脚上发生润湿并形成焊点。当电路板离开焊接区时，即开始进入冷却区。在此区域内，首先焊料开始凝固形成牢固的焊点，随后整个电路板的温度冷却至室温。最后产品进入下道工序进行目视和ICT(In Circuit Tester)在线测试仪测试检查。
波峰焊预热区的温度设置因助焊剂的活化温度的不同而不同。如果温度设置过低，助焊剂作用发挥不明显，导致焊料润湿不充分，而且助焊剂的大部分溶剂不能在预热区挥发完全，则会在焊后形成较多的残留物。如果温度设置过高，助焊剂过早地活化并反应完全从而失去活性，并且助焊剂过早的挥发完全，导致焊盘和元件引脚发生二次氧化，进而影响焊料的润湿效果。因此波峰焊预热区的温度设置需要根据助焊剂生产厂家推荐的温度曲线来设置。
传统助焊剂的溶剂多以醇类物质为主体，主要有甲醇、乙醇和异丙醇三种。由于甲醇的毒害性及其在助焊剂中的相对不稳定性，很少有厂家在助焊剂配方使用，因此使用乙醇或异丙醇或两者混合使用的厂家较多。醇类物质本身具有易燃易爆的特性，三种醇的闪点都相差不多，都在11-1℃，而其蒸汽压分别是：甲醇为1℃，乙醇为5℃，异丙醇为4℃。由此可见，在相同的操作环境下，甲醇的可燃性能最强，其次是乙醇，然后是异丙醇。在助焊剂的配方中通过添加阻燃剂，一般助焊剂闪点可升至2℃左右，但助焊剂如此低的闪点致使在波峰焊接过程中还是存在非常大的着火的隐患。助焊剂着火的现象在电路板组装行业也是时有发生的。助焊剂着火不仅给企业和个人带来一定的经济损失，而且有可能导致火灾对作业人员造成人身伤害。因此，开发以水为主要溶剂的助焊剂来解决助焊剂可能引起的着火问题便成为助焊剂的研发的新方向。
低碳环保型水基助焊剂早在10多年前国外就有报道。1992年加拿大Hughes Aircraft公司在美国专利US5,145,531中就已经使用了去离子水搭配表面活性剂使用代替普通的醇基助焊剂，并推荐预热温度为150-160度。1994年美国Ford Motor公司成功申请美国专利US 5,443,660。该专利所涉及的助焊剂至少90％的溶剂是由去离子水组成。1996年印度的Delco电子公司在专利US5,507,882中将去离子水和水溶性有机酸搭配，所得助焊剂可在1℃温度下预热且焊后残留较少，无水残留。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中助焊剂易燃和环保的问题。本发明的水基型的助焊剂安全不易燃，无卤素环保，还减少二氧化碳排放达到低碳环保。
本发明所涉及的低碳环保型水基助焊剂由溶剂和活性添加剂组成。溶剂的主要作用是作为载体溶解活性物质，并在波峰焊预热过程即挥发完全。溶剂以去离子水为主，同时还包括聚乙二醇800，聚乙二醇1000，聚乙二醇1200，聚乙二醇1400之中的一种或多种，溶剂还可包括碳原子数在10-14之间的醚类化合物。溶剂占助焊剂的重量百分比为80-97wt％，更合适的比例为85-95wt％。活性添加剂的主要作用是降低焊料及助焊剂的表面张力，促进润湿。活性添加剂包括一种或多种水溶性有机弱酸和表面活性剂。水溶性有机弱酸是由丙二酸，丁二酸、戊二酸、己二酸其中的两种或两种以上组成。同时表面活性剂还包括有羟甲基苯并三氮唑、2-乙基咪唑、N，N-二甲基十二胺，其中的一种或多种。活性添加剂占低碳环保型水基助焊剂总重量的重量百分比为3-20％更合适的比例为5-15wt％。
助焊剂的性能参数按照IPC J-STD-004B标准进行检测，助焊剂的助焊效果主要通过可焊性测试进行评估。
本发明助焊剂以水为主要溶剂，比传统醇基助焊剂沸点更高，不易燃，在预热和焊接阶段不会发生火灾，比传统醇基助焊剂更安全。该助焊剂不含任何卤素类的化学物质，适应电子行业中无卤和环保法规的要求。该助焊剂以水为主要溶剂比传统的醇基助焊剂更低碳，减少二氧化碳排放，更环保。
附图说明
图1是实施例和对比例助焊剂润湿时间(T0)的对比图。
图2是实施例和对比例助焊剂最大润湿力(Fmax)的对比图。。
具体实施方式
以下是本发明的进一步阐述，但是本发明范围并不是限于这里所提出的实施例。在以下的描述中，所有关于低碳环保型水基助焊剂组分的百分数都是重量百分数。
具体实施例1
低碳环保型水基助焊剂的组成：
94％ 去离子水
1.8％ C12醚类
3％ 丁二酸
0.1％ 羟甲基苯并三氮唑
0.1％ N，N-二甲基十二胺
1％ 表面活性剂YK-302
具体实施例2
低碳环保型水基助焊剂的组成：
85％ 去离子水
5％ PEG800
4.2％ C12醚类
4％ 丙二酸
0.4％ 羟甲基苯并三氮唑
0.4％ N，N-二甲基十二胺
1％ 表面活性剂YK-302
具体实施例3
95％ 去离子水
1.1％ C12醚类
3％ 丁二酸
0.2％ 2-乙基咪唑
0.2％ N，N-二甲基十二胺
0.5％ 表面活性剂YK-302
对比例1
传统醇基型助焊剂的组成：
85％ 异丙醇
3.5％ 聚合松香
3％ 丙二酸
2％ 戊二酸
2％ N，N-二甲基十二胺
1％ 表面活性剂YK-302
可焊性测试，润湿平衡法：
对可焊性的评估，国际上各大标准组织IEC，IPC，DIN，JIS等都推荐了各种评估方法，但是无论从试验的重复性还是结果的易读性，润湿平衡法(Wetting Balance)都是目前公认的进行定性和定量分析的可焊性测试方法。
润湿平衡法的原理是利用规定温度控制的小型焊料槽，将试料以固定的速度在焊料中浸渍到一定的深度，通过高灵敏度的电子天平连续性地记录过程中试样铜片上发生的力的变化，据此来分析焊料合金的润湿性能。
本实验依照日本工业标准JIS Z3198“无铅焊料试验方法”中第4部分“基于润湿平衡法及接触角法的润湿性试验方法”对所有实施例和对比例的低碳环保型水基助焊剂采用润湿平衡仪进行润湿性测试。测试基材为无氧铜片，焊料使用无铅焊料Sn3.0Ag0.5Cu，测试条件及参数如表1，测试结果见图1、及图2。
表1 实施例和对比例可焊性条件参数
项目
温度
浸入深度
浸入速度
测试时间
参数
2℃
2mm
5mm/s
10s
润湿平衡曲线中曲线与横坐标的交叉时间代表焊料合金的润湿时间(T0)，它与曲线的最大润湿力(Fmax)共同表征出助焊剂的润湿能力，润湿时间越短、润湿力越大，表明助焊剂的润湿性越好。实施例1所描述的低碳环保型水基助焊剂的润湿时间和润湿力分别为0.91s和3.15mN，实施例2所描述的低碳环保型水基助焊剂的润湿时间和润湿力分别为0.87s和3.17mN，实施例3所描述的低碳环保型水基助焊剂的润湿时间和润湿力分别为0.93s和3.14mN。对比例1所描述的低碳环保型水基助焊剂的润湿时间和润湿力分别为1.05s和2.95mN。在润湿力方面，所有实施例的润湿时间都较对比例1的润湿时间要短；在润湿时间值方面，所有实施例的最大润湿力都较对比例的最大润湿力大，这说明本发明所涉及的低碳环保型水基助焊剂的润湿效果达到甚至优于普通的醇基型助焊剂。可满足电路板组装中波峰焊工艺对助焊剂的需求。该低碳环保型水基助焊剂不含任何卤素类的化学物质，适应电子行业中环保及无卤法规的要求。该低碳环保型水基助焊剂以水为主要溶剂，比传统醇基助焊剂更低碳，更少二氧化碳排放，因此更环保。该低碳环保型水基助焊剂的活化温度在90℃之间，推荐的预热温度为1℃。
表2 实施例和对比例润湿性能的比较
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虽然上面已经揭示了本发明的具体实施方式，但是它们不是本发明范围的局限，熟知本技术领域的人员对以上所述具体实施的修改和变化也包含在本发明的范围之内。