CN101697662B - 一种高抗热性有机保焊剂 - Google Patents

Abstract

一种高抗热性有机保焊剂，其特征在于它由下述物质组成：芳香酚类氧吸收剂、咪唑类化合物、有机酸、增溶剂、金属化合物和去离子水。这种高抗热型环保有机保焊剂对铜板进行表面涂覆后，可以抑制线路板铜面的氧化，尤其是防止多次高温处理时铜面的变色氧化，它能维持线路板铜面优良的上锡性，提高可焊性，确保后续焊接过程能顺利进行。

Description

一种高抗热性有机保焊剂

技术领域

本发明涉及的是用于防止线路板铜面氧化的保焊剂，尤其是一种防止高温处理时铜面的变色氧化，使后续焊接过程能顺利进行的高抗热性有机保焊剂。

背景技术

近年来，各种电子元件日趋轻薄短小，而印制线路板(PCB)则往多层、高密度趋势发展。表面贴装技术(SMT)在零件和线路上的严格要求，使PCB必须接受更高的技术挑战。在线路板最终表面处理上，传统的热风整平技术(Hot Air Solder Leveling)已经无法满足目前高标准SMT提出的要求，越来越轻的基板更加无法承受热风整平所带来的高温冲击；化学镍金虽然在无铅可焊性方面有一定的优势，但此技术成本高，废水处理困难，限制了它的进一步发展。有机保焊膜不但可以满足现在高精密无铅焊接的需要，而且成本低廉，废水处理简单，因此越来越受到欢迎。但目前的有机保焊膜虽然膜厚均一性好，但不够致密，抗热性不佳，在1-2次无铅红外回流焊过后，铜面易氧化变色，从而导致下一步焊接上锡不良。美国专利5560785中所提到用2位长链取代苯并咪唑化合物、有机羧酸和金属盐组成的有机保焊剂溶液所得到的保焊膜只能经受一次高温处理，在155℃时这种保焊膜就会分解，从而增加铜面的氧化降低焊接性能。日本专利58-501281中所提到用2位芳基取代苯并咪唑化合物、有机羧酸和金属盐组成的有机保焊剂溶液所得到有机保焊膜，其耐高温性能较2位长链取代苯并咪唑化合物有了明显的提高，但在2次高温回流焊过后，铜面颜色有明显的变色。高精密无铅焊接对有机保焊膜的耐温性和致密性提出了更高的要求，现有技术已经很难满足这种要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提供一种用于防止线路板铜面的氧化，尤其是防止多次高温处理时铜面的变色氧化，使后续焊接过程能顺利进行的高抗热性有机保焊剂。

本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种高抗热性有机保焊剂由下述重量配比的物质组成：

芳香酚类氧吸收剂    0.005-1％

咪唑类化合物        0.01-5％

有机酸              3-30％

增溶剂              0.1-10％

金属化合物          0.001-5％

其余为溶剂          去离子水。

配制方法：常温下，将芳香酚类氧吸收剂与有机酸加入干净的搪瓷搅拌釜中，在搅拌过程中，加入咪唑类化合物，搅拌半小时后，固体物质基本上溶解完全，再依次加入去离子水、增溶剂及金属化合物，继续搅拌一个小时至固体原料完全溶解，混合均匀，停止搅拌，静置过滤，获得溶液pH值为2.5～4.5的高抗热性有机保焊剂产品。

这种高抗热性有机保焊剂优化重量百分比组成为：

芳香酚类氧吸收剂    0.01-0.5％

咪唑类化合物        0.1-1％

有机酸              10-20％

增溶剂              1-3％

金属化合物          0.05-2％

其余为溶剂          去离子水。

这种高抗热性有机保焊剂的芳香酚类氧吸收剂最优化重量百分比含量为0.05-0.1％。

本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

所述的芳香酚类氧吸收剂是2-羧基-1-苯酚、5-羧基-1-萘酚、5，8-二羧基-1-萘酚、1-羧基-9-蒽酚、1，2-二羧基-9-蒽酚中的一种或两种以上的混合物。

所述的咪唑类化合物是2-戊基苯并咪唑、2-己基苯并咪唑、2-庚基苯并咪唑、2-环己基苯并咪唑、5-氯-2-苄基苯并咪唑、2-(3-氯苄基)-苯并咪唑、2-苯甲基咪唑、2-甲基-4，5-联苄基咪唑、2-(1-萘基)甲基-4-甲基咪唑。

所述有机酸是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、羟基乙酸、氯乙酸、溴乙酸、三氯乙酸、2-氯丙酸、2-溴丙酸、苯甲酸、对甲基苯甲酸、草酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸中的一种或两种以上的混合物。

所述增溶剂是乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、乙二醇单丁醚、乙二醇单***、二甘醇单***、二甘醇单丙醚中的一种或两种以上的混合物。

所述金属化合物是硫酸铜、硫酸亚铜、醋酸铜、氯化铜、氯化亚铜、溴化铜、磷酸铜、醋酸锌、甲酸锌、硫酸锌、氯化锌、溴化锌、氧化锌、柠檬酸锌、乳酸锌、硫酸铁、硫酸亚铁、醋酸铁、氯化铁、氯化亚铁、溴化铁中的一种或两种以上的混合物。

本发明高抗热性有机保焊剂中各物质作用：

芳香酚类氧吸收剂：当覆盖保焊膜的铜面在265℃高温环境下，膜表面的部分咪唑化合物必然会发生分解，再者由于膜本身的孔隙，致使空气中的氧气穿过保焊膜与底层铜面接触，使得铜面氧化变色，变色后的铜面上锡率会大幅降低。当加入上述芳香酚类氧吸收剂后，通过膜层孔隙的氧气会先与芳香酚类化合物发生化学反应而被吸收，芳香酚类下面的铜面因接触不到氧气，而不会被氧化变色。上述芳香酚类氧吸收剂结构中最好含有羧基，含有的羧基可以增加芳香酚类氧吸收剂的溶解性，同时也增加咪唑物质在水溶液中的稳定性。芳香酚类氧吸收剂的含量少于0.005％时，起不到吸收氧气的作用，当添加量大于1％时，溶解困难。

咪唑类化合物：能在铜面形成有机保焊膜，形成对铜面的保护。当咪唑类化合物的含量少于0.01％时，形成的有机保焊膜很薄甚至不能成膜，从而保护不了铜面，当咪唑类化合物的含量大于5％时，咪唑物质不能溶解或容易析出。

有机酸：解决咪唑化合物难溶于水的问题。当有机酸含量少于3％，会降低咪唑化合物的溶解性，当有机酸含量高于30％，咪唑化合物成膜薄甚至不能成膜。

增溶剂：更好地解决咪唑物质难溶解于水的问题。若增溶剂含量过低，会降低咪唑化合物的溶解性，增溶剂含量过高，造成不必要的浪费，而且咪唑化合物成膜薄甚至不能成膜。

金属化合物：增加保焊膜的成膜速度和抗热性，如金属化合物使用量低于0.001％，成膜速度比较慢且抗热性能不佳，如果金属化合物使用量高于5％，会降低溶液的稳定性，因此，使用上述范围规定的量，效果较佳。

本发明高抗热性有机保焊剂的pH低于2.5时，所形成的保焊膜比较薄，起不到保护铜面的作用，此时可以添加氨水、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺进行调节，当pH高于4.5时，溶液会较不稳定，容易析出晶体物质，此时可用乙酸进行调节。

本发明的高抗热性有机保焊剂的使用方法：先把铜面进行除油、微蚀、水洗等处理之后，再把铜面浸入高抗热性有机保焊剂溶液中，处理温度为30-50℃，处理时间为30-90秒，也可以进行喷雾等喷涂方法进行接触。

本发明的有益效果是：

这种高抗热型环保有机保焊剂对铜板进行表面涂覆后，可以抑制线路板铜面的氧化，尤其是防止多次高温处理时铜面的变色氧化，它能维持线路板铜面优良的上锡性，提高可焊性，确保后续焊接过程能顺利进行。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案：

实施例1～12：

在实施例1～12中，本高抗热性有机保焊剂的组成中除咪唑类化合物和芳香酚类氧吸收剂含量如表1所列外，其它组份均为：乙酸含量为15.6％，异丙醇含量为1.2％，氯化铜为0.1％，醋酸锌为0.05％，余量为去离子水。

配制方法：常温下，将2-羧基-1-苯酚与乙酸加入干净的搪瓷搅拌釜中，在搅拌过程中，加入5-氯-2-苄基苯并咪唑，搅拌半小时后，固体物质基本上溶解完全，再依次加入去离子水、异丙醇、氯化铜和醋酸锌，继续搅拌一个小时至固体原料完全溶解，混合均匀，停止搅拌，静置过滤，获得溶液pH值为3.40的高抗热性有机保焊剂产品。若pH低于2.5时或高于4.5时，可用氨水或乙酸将溶液的pH调整至2.5～4.5范围。

表1是采用上述实施例1～12的高抗热性有机保焊剂与比较例1、2、3的抗热性有机保焊剂所进行的焊件锡膏延展性测试效果对比：

比较例1、2、3的抗热性有机保焊剂均由咪唑类化合物、有机酸、增溶剂、金属化合物、去离子水配制而成，不含芳香酚类氧吸收剂。

测试方法：由长宽高60mm×60mm×1.6mm的单面有16μm厚的铜箔的覆铜板基材作为测试板，该测试板上面有以1.2mm的间距在宽度方向形成10条长宽30mm×0.80mm的铜箔电路。测试板除油后，经受1.2μm的微蚀，然后水洗吸干，最后该测试板被浸泡在本发明的高抗热性有机保焊剂中，浸泡温度为42℃，时间为60秒，水洗后高温吹干，在铜面上形成厚度为0.2～0.4μm的有机保焊膜。

将已成膜的测试板经过红外回流炉(型号：Genesis 608，Made inSuneast Co.，Ltd.)进行三次回流加热处理，其后使用具有1.2mm孔径和1.5mm厚度的金属模板，将Sn96.5Ag3.0Cu0.5锡膏(型号：WTO-LF2000-3B，Made in Vital Chemical Co.，Ltd.)印制在铜电路的中心，最高回流加热温度设定为265℃。

对铺展在铜电路上的焊料长度进行测试，10条铜线路取平均值，结果如表1所示。相同条件下，焊料长度越长说明焊接效果越好。

表1

由表1所示结果可知，用实施例1-12有机保焊剂处理后焊料铺展长度相对比较例1-3的长度要长，焊锡扩展性要更优异。由此可知，在实施例1-12中得到的有机保焊剂在焊锡扩展性方面是比较优异的。

实施例13～18：

在实施例13～18中，高抗热性有机保焊剂的组成中除芳香酚类氧吸收剂含量如表2所列外，其它组份均为：3-氯-2-苄基苯并咪唑0.36％，乙酸含量为15.6％，异丙醇含量为1.2％，氯化铜为0.1％，醋酸锌为0.05％，余量为去离子水。

配制方法与实施例1～12相同。

表2是采用实施例13～18的高抗热性有机保焊剂与比较例4、5的抗热性有机保焊剂所进行的焊件通孔上锡性测试效果对比：

比较例4、5的高抗热性有机保焊剂均由咪唑类化合物、有机酸、增溶剂、金属化合物、去离子水配制而成，不含芳香酚类氧吸收剂。

由长宽高60mm×60mm×1.6mm的双面有16μm厚的铜箔的覆铜板基材作为测试板，该测试板上形成200个直径为0.8mm的通孔，制成处理用测试板。测试板除油后，经受1.2μm的微蚀，然后水洗吸干，最后该测试板被浸泡在本发明的高抗热性有机保焊剂中，浸泡温度为42℃，时间为60秒，水洗后高温吹干，在铜面上形成厚度为0.2～0.4μm的有机保焊膜。

将已成膜的测试板经过红外回流炉(型号：Genesis 608，Made inSuneast Co.，Ltd.)进行多次回流加热处理，回流加热后使用助焊剂(型号：GW9810-6A，Made in Vital Chemical Co.，Ltd.)进行喷涂，将已喷涂助焊剂的测试板进行波峰焊处理。

波峰焊处理方式如下：将测试板的预热温度调节至120℃，加热85秒，然后将由Sn96.5Ag3.0Cu0.5焊料(型号：Made in Vital ChemicalCo.，Ltd.)温度调节至265℃，对测试板进行双波峰处理，在双波峰处理中，测试板与焊锡接触时间为2.5秒，然后使测试板与焊锡不进行接触时间为2.5秒，再使测试板与焊锡接触时间为3.0秒，最后冷风吹冷。观察测试板的焊接情况，结果如表2所示。通孔上锡合格是指在孔内完全填有焊料，通孔上锡合格率为上锡合格通孔数占总数200的比例。

表2

从表2可知，实施例13-18中的通孔上锡合格率要比比较例4-5高，由此表明这是加入了芳香酚类氧吸收剂所导致的结果，铜面因此免于被氧气所氧化，从而增加通孔上锡合格率。

由以上结果可知，使用本发明的高抗热型环保有机保焊剂对覆铜板进行表面涂覆后，可以抑制铜面的氧化，即使在多次高温处理后，也能维持优良的上锡性。

Claims (10)

1.一种高抗热性有机保焊剂，其特征在于它由下述重量配比的

物质组成：

芳香酚类氧吸收剂      0.005-1％

咪唑类化合物          0.01-5％

有机酸                3-30％

增溶剂                0.1-10％

金属化合物            0.001-5％

其余为溶剂            去离子水。

2.根据权利要求1所述的高抗热性有机保焊剂，其特征在于：其重量百分比组成为：

芳香酚类氧吸收剂      0.01-0.5％

咪唑类化合物          0.1-1％

有机酸                10-20％

增溶剂                1-3％

金属化合物            0.05-2％

其余为溶剂           去离子水。

3.根据权利要求1或2所述的高抗热性有机保焊剂，其特征在于：

芳香酚类氧吸收剂的含量为0.05-0.1％。

4.根据权利要求3所述的高抗热性有机保焊剂，其特征在于：

所述的芳香酚类氧吸收剂是2-羧基-1-苯酚、5-羧基-1-萘酚、5，8-二羧基-1-萘酚、1-羧基-9-蒽酚、1，2-二羧基-9-蒽酚中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求4所述的高抗热性有机保焊剂，其特征在于：所述的咪唑类化合物是2-戊基苯并咪唑、2-己基苯并咪唑、2-庚基苯并咪唑、2-环己基苯并咪唑、5-氯-2-苄基苯并咪唑、2-(3-氯苄基)-苯并咪唑、2-苯甲基咪唑、2-甲基-4，5-联苄基咪唑、2-(1-萘基)甲基-4-甲基咪唑。

6.根据权利要求5所述的高抗热性有机保焊剂，其特征在于：   所述有机酸是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、羟基乙酸、氯乙酸、溴乙酸、三氯乙酸、2-氯丙酸、2-溴丙酸、苯甲酸、对甲基苯甲酸、草酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸中的一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求6所述的高抗热性有机保焊剂，其特征在于：

所述增溶剂是乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、乙二醇单丁醚、乙二醇单***、二甘醇单***、二甘醇单丙醚中的一种或两种以上的混合物。

8.根据权利要求1或7所述的高抗热性有机保焊剂，其特征在于：

所述金属化合物是硫酸铜、硫酸亚铜、醋酸铜、氯化铜、氯化亚铜、溴化铜、磷酸铜、醋酸锌、甲酸锌、硫酸锌、氯化锌、溴化锌、氧化锌、柠檬酸锌、乳酸锌、硫酸铁、硫酸亚铁、醋酸铁、氯化铁、氯化亚铁、溴化铁中的一种或两种以上的混合物。

9.根据权利要求1或2所述的高抗热性有机保焊剂，其配制方法：

常温下将芳香酚类氧吸收剂与有机酸加入干净的搪瓷搅拌釜中，在搅拌过程中，加入咪唑类化合物，搅拌半小时后，固体物质基本上溶解完全，再依次加入去离子水、增溶剂及金属化合物，继续搅拌一个小时至固体原料完全溶解，混合均匀，停止搅拌，静置过滤，获得溶液pH值为2.5～4.5的高抗热性有机保焊剂产品。

10.根据权利要求9所述的高抗热性有机保焊剂，其特征在于：

当溶液pH值低于2.5时，用添加氨水、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺进行调节；当溶液pH高于4.5时，用乙酸进行调节。