专利名称：一种提高电子元器件耐插拔性能的水溶性电接触润滑保护剂及其使用方法
技术领域：
本发明属于电子元器件表面处理技术领域，特别是涉及一种利用水溶性电接触润滑保护剂及其相关的处理工艺来提高电子元器件的耐插拔性能。
背景技术：
近年来，随着电子技术的日新月异以及高科技电子产业的相继问世，电子产品的市场竞争越来越激烈。电子产品必须不断推陈出新，朝向高品质、便携式和多功能组合的趋势迈进。电子元器件作为电子产品的最基本单元，其性能的优劣直接决定着电子产品品质的高低。如果电子元器件缺乏优良的耐插拔性能，将给电子产品带来十分严重的影响。由于电子元器件耐插拔性差，其组装而成的电子产品在反复的插拔使用过程中，导通功能区的金属镀层会逐渐摩擦损耗直至完全脱落，从而引起该部位导通性下降甚至断路，使产品报废。因此，优良的耐插拔性对于电子元器件具有十分重要的意义。影响电子元器件耐插拔性的原因除了生产中采用硬度较低的纯金作为功能性镀层外，最重要的原因是镀层不可避免的结晶缺陷及表面微孔。这些存在大量凸起、凹陷及孔隙的缺陷型金属结晶面，大大增加了镀层表面的摩擦系数，使电子元器件插拔使用时受到的摩擦力增大，耐插拔性降低，大大缩短了电子产品的使用寿命。为了提高电子元器件的耐插拔性，业界多采用以下几种做法
选用二元合金，如金-钴合金、金-镍合金等取代纯金镀层，同时增加镀层厚度。虽然合金硬度较纯金有所增加，但由于工艺水平所限，施镀时会造成部分镍、钴裸露，这些镍、钴裸露点极易被空气中的腐蚀物质氧化，脆性增加，插拔时更容易脱落，并且增加镀金层厚度带来的成本压力也不可小觑。改良镀液配方，在镀液里添加润滑耐磨成分，从而在电子元器件表面形成耐磨金属镀层。常用的提高金属表面耐磨处理方法是采用电镀/化学镀硬铬工艺。但是电镀/化学镀硬铬层结合力不强，仿型性差，不耐高温且极易造成环境污染，而且它们也不适合做为导通功能要求的镀层。申请号为200810M9771.9的专利，公开了一种电镀液，采用电镀工艺将镍钨合金取代硬铬沉积在金属表面从而提高其耐磨性。专利号为200710017202. 7的专利，公开了一种掺杂铬的非晶态石墨镀层，通过在镀层中加入减摩性能优越的非晶态石墨提高金属耐磨性。申请号为200610086886. 1的专利通过在镀液中加入纳米硬质陶瓷提高金属镀层的耐磨性。这些技术虽然对金属镀层的耐磨性有一定改善，但镀层表面的结晶缺陷问题仍没有解决，表面仍存在大量的凸起、凹陷及孔隙，摩擦系数仍比较大，严重影响了金属元器件长期使用的耐插拔性。
电镀/化学镀完成后，做进一步的表面处理，在结晶缺陷的镀层表面覆盖一层膜，通过降低摩擦系数增加其耐插拔性。申请号为201010535613. 7,201010535620. 7、200710075422. 5,201010147254. 8的专利公开了利用氮唑类、咪唑类、噻唑类等化合物作为成膜剂组分处理金属镀层，在镀层表面形成一层保护膜，主观上是为了提高产品的耐蚀性能，但客观上，该保护膜层对镀层具有一定的修复、填平作用，一定程度上增加了它的耐插拔磨损性能。不过，这些专利技术公开的只是普通的络合作用成膜，其膜层为单分子层或双分子层，膜厚一般不超过3 nm，对镀层表面的修复、填平作用有限，因而其降低摩擦力的程度也有限，并不能有效地提高电子元器件的耐插拔性能。目前，应用最为广泛、提高电子元器件耐插拔性最有效的方法是通过在电子元器件表面浸涂或喷涂特种润滑油增加其耐插拔性。该特种润滑油在业界俗称“油性润滑剂”或者“油封”，其作用机理是将油溶性缓蚀剂以及特殊的蜡和脂类溶于烃类或卤代烃类之中，通过分子间作用力在镀层表面吸附形成一层保护膜。例如专利号为US5242611A的专利公开了含有锂基润滑脂、凡士林、矿物油、聚二甲基硅氧烷等组分的油性电接触润滑保护剂。专利号为US6271186B1的专利公开了一种油性电接触润滑保护剂，由聚苯醚和聚丙烯丁醚按1:1的体积比组成。专利号为200810101776. 7的中国专利公开了一种电接点润滑剂，该润滑剂由锂基润滑脂、凡士林和石油基的传动液组成。此类油性润滑工艺不仅成本高、污染环境而且存在较大安全隐患，形成的膜厚一般在0.2 ym以上，有些甚至超过1 μπι，在插拔使用过程中，由于保护膜与电子元器件表面的吸附力较弱，会随插拔力在某一局部聚集，容易造成导通功能区的局部膜层过厚而影响导通效果。同时，此类膜层为油性粘性膜，极易吸附灰尘类物质，使导通性能降低甚至断路；并且大多耐热性差，在高温焊锡或注塑组装时，会挥发损失以致润滑功能下降，有的还会受热炭化，炭化物残留在电子元器件表面也容易引起断路。
发明内容
为解决由于表面镀层结晶缺陷引起的电子元器件表面摩擦系数大、耐插拔性差和传统的油性润滑剂污染环境、安全系数低、易吸附灰尘等问题，本发明提供了一种用于电子元器件的水溶性电接触润滑保护剂(Water-Soluble Electrical Contact ProtectiveLubricant)；通过浸泡工艺对镀层进行修复、填平处理，提高其耐插拔性。本发明所提供的水溶性电接触润滑保护剂，不含矿物油、卤代烷烃、烯烃类和石油基传动液等，而且以水为稀释剂，与水完全互溶，克服了油性润滑剂极易吸附灰尘类物质而容易导致导通性能降低甚至断路的缺陷。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种水溶性电接触润滑保护剂及其使用方法，用于提高电子元器件的耐插拔性，通过浸泡工艺，有效地修复、填平电子元器件金属镀层表面的结晶缺陷及微孔，同时赋予金属镀层优异的润滑性能。本发明所述的水溶性电接触润滑保护剂含有脂肪醇和环己六醇磷酸酯。脂肪醇是精细化工的基本原料，在现有技术中主要用于生产表面活性剂、洗涤剂及塑料工业的增塑剂等。本发明首次将脂肪醇与环己六醇磷酸酯共同作用，二者发生酯化反应后与镀层金属发生作用，生成半硬性干性膜，覆盖于工件表面，修复了凹凸不平的镀层，提高了工件表面的平整度，大幅降低了镀层表面的摩擦系数，从而为工件提供强有力的润滑保护。只要能够与脂肪醇发生酯化反应的环己六醇磷酸酯均适用于本发明。本发明所采用的环己六醇磷酸酯可以为环己六醇六磷酸酯、环己六醇五磷酸酯、环己六醇四磷酸酯、环己六醇三磷酸酯、环己六醇二磷酸酯、环己六醇一磷酸酯中的一种或者几种的混和物，优选环己六醇六磷酸酯(又称‘肌醇六磷酸酯’或者‘植酸’)。环己六醇六磷酸酯在现有技术中作为防腐蚀剂使用，它是一种金属螯合剂，在金属表面与金属络合时，易形成一层致密的单分子有机保护膜，能有效阻止O2等渗入接触金属表面，从而抑制金属的腐蚀。本发明优选将脂肪醇与环己六醇六磷酸酯共同作用，赋予润滑保护剂体系优异的润滑性能。环己六醇六磷酸酯分子结构上含有十二个未参与反应的酸基团，可以与脂肪醇生成各种不同组成的酯，我们将其称之为‘多脂肪醇植酸酯’。多脂肪醇植酸酯一方面与金属镀层表面作用，形成光滑平整的保护膜，从而降低了镀层表面摩擦系数；另一方面多脂肪醇植酸酯所成的膜内分子相互之间通过电荷与氢键进一步紧密作用，其作用力远大于油封膜层分子间的范德华力，并且该酯所成的膜为半硬性膜，油封所成的膜为软性膜，当发生摩擦时，前者的分子错位程度小，对于摩擦冲击力在膜层的减缓效果较油封更佳，并且变形回复性更好，效果能长期保持。因此，由脂肪醇与环己六醇六磷酸酯所形成的多脂肪醇植酸酯，可以为工件提供优良的润滑保护作用，缓冲工件在使用中由于摩擦所带来的损伤。只要能够与环己六醇六磷酸酯发生酯化反应的脂肪醇均适用于本发明。本发明采用的脂肪醇是结构式为CnH2n+1-0H的脂肪醇。碳原子数相同时，直链脂肪醇长度最大，所成疏水膜厚度相对最高；支链脂肪醇在成膜时因空间结构影响，膜层致密度方面的性能会存在缺陷。本专利发明人经过反复测试发现，直链脂肪醇碳原子数由6增加至22的过程中，保护剂润滑性能呈现先显著升高后缓慢降低的趋势。碳原子数由6增加至18时，膜层厚度逐渐增加，变形缓冲能力也随之升高，保护剂体系润滑能力升高；碳原子数由18继续增加至22时，成膜作用空间位阻影响增大，成膜物质与金属表面结合力削弱，保护剂体系润滑功效略微下降。因此，本发明所述的脂肪醇优选碳原子数在8-20之间的直链脂肪醇，进一步优选碳原子数在12-18之间的直链脂肪醇。本发明中碳原子数在12-18之间的直链脂肪醇与环己六醇六磷酸酯的摩尔比为1:1 6:1。本专利发明人经过反复试验发现，当两者的摩尔比为1:1时，会导致整个水溶性电接触润滑保护剂体系的亲水性太强而疏水性不够，表面膜层的厚度、致密性降低，保护剂润滑功能下降；而当两者的摩尔比大于4:1之后，又会导致整个体系的水溶性差，并且所形成的分子结构的空间位阻大，导致成膜作用困难，成膜分子与金属镀层间的结合力也被削弱，表面膜层难以达到完整致密的程度，润滑功能下降。脂肪醇与环己六醇六磷酸酯的摩尔比为2:广3:1时，形成的多脂肪醇植酸酯的结构，其成膜结合力、膜的致密性和亲水疏水性都得到了很好的兼顾，保护剂润滑性能最佳。因此，最终优选碳原子数在12-18之间的直链脂肪醇与环己六醇六磷酸酯的摩尔比为2 广3 1。优选地，本发明所述的水溶性电接触润滑保护剂还可以含有天然磷酯。所述天然磷酯为卵磷脂、脑磷脂或肌醇磷脂的一种，或者它们的混和物。天然磷脂的润滑性在许多领域获得了广泛应用，以金属加工冲压油切削液为例，冲压油和切削液在金属冲压和切削加工中主要起降温作用，其次是在刀具模具和金属素材之间成一层吸附润滑膜保护加工制具和金属素材免受过损，并有短时间的工序间的防锈作用。在这些体系中，天然磷脂主要起极压剂的作用，即与接触的金属表面起反应形成高熔点无机薄膜以防止在高负荷下发生熔结、卡咬、划痕或刮伤。它们没有电性能要求，也没有焊接性要求，更没有长时间的耐腐蚀要求。而在本发明中，这几种性能是至关重要的。
作为进一步的优选方案，本发明所述的水溶性电接触润滑保护剂还可以含有缓蚀剂、复合表面活性剂体系、螯合剂和助洗剂等组分。所述缓蚀剂由氮唑类化合物、咪唑类化合物、巯基类化合物、噻唑类化合物、长链芳香烃磺酸及其盐等中的一种或者几种化合物组成。所述复合表面活性剂体系含有一种或一种以上的碳氢表面活性剂。优选的复合表面活性剂体系除了含有组分A —种或一种以上的碳氢表面活性剂之外，还同时至少包含组分B 氟表面活性剂或生物表面活性剂中的一种或几种。组分A和组分B之间的重量比优选为1:广3:1。所述的氟表面活性剂可以是非离子型或者阴离子型氟表面活性剂；生物表面活性剂可以是鼠李糖脂、槐糖脂或者多聚糖。所述螯合剂为醇胺类有机物，优选二乙醇胺、三乙醇胺。多脂肪醇植酸酯中的植酸部分，富余了大量的酸基团，这些酸基团与醇胺作用成盐，它们构成了很好的PH缓冲体系。所述助洗剂包括杂环醇、醇醚或者二者的混和物，杂环醇优选四氢糠醇；醇醚优选乙二醇单丁醚，乙二醇双丁醚，丙二醇单丁醚，丙二醇双丁醚等。本发明所提供的水溶性电接触润滑保护剂，含有下列重量份数的组分脂肪醇和环己六醇磷酸酯10-15份、天然磷脂3-6份、缓蚀剂3-8份、复合表面活性剂体系10-20份、螯合剂15-25份、助洗剂10-20份。应当指出的是，常用的各种缓蚀剂、碳氢表面活性剂、螯合剂、助洗剂，都可以用于本发明制备润滑保护剂。这是因为，本发明的核心点在于提供一种水性的并且具有明显润滑作用、提升金属镀层耐磨性能的保护剂，这个目的是通过脂肪醇与环己六醇磷酸酯作为主要功能组份来实现的；而上述的缓蚀剂、碳氢表面活性剂、螯合剂、助洗剂等的作用在于协助主要功能组份，对金属镀层表面以及镀层的微孔和畸形结晶缺陷实施高效清洁并初步降低镀层金属腐蚀活性等作用，以增强脂肪醇与环己六醇磷酸酯反应成膜后的综合保护性能。因此，尽管本发明列出了优选的缓蚀剂、碳氢表面活性剂、螯合剂、助洗剂等，但本发明可采用的缓蚀剂、表面活性剂、螯合剂、助洗剂等，不受上述种类的限制。同时，发明提供了该水溶性电接触润滑保护剂使用方法，将水溶性电接触润滑保护剂用纯水稀释成保护剂稀释液，将电子元器件浸泡在保护剂稀释液中进行润滑处理，然后取出进行水洗和干燥。保护剂稀释液中保护剂的质量百分数为广10%，优选Γ8% ；润滑处理温度为2(T60°C，润滑处理时间为3(Γ90秒；润滑处理后镀件的干燥温度为8(T150°C，干燥时间为30 120秒。本发明的有益效果在于
1.电子元器件经本润滑保护剂处理后，镀层表面结晶缺陷得到有效地修复和填平，插拔使用时所受滑动摩擦力大幅降低，降幅达到90%，耐插拔性显著提高。2.本发明的水溶性电接触润滑保护剂在镀层表面形成半硬性干性膜，不吸附尘类物质，具有变形及回复性，缓冲作用极佳，可显著降低插拔摩擦作用对电子元器件表面的损害，延长电子产品的使用寿命。3.本发明所述的水溶性电接触润滑保护剂，不含矿物油、卤代烷烃、烯烃类和石油基传动液等，对人体及环境十分安全可靠，并且对电子元器件耐插拔性的改善可以和现有技术的油性润滑剂相媲美。4.本发明所述的水溶性电接触润滑保护剂，融合缓蚀防腐处理体系和润滑保护处理体系于一体，从而在同一步骤处理中即实现金属表面的防腐及润滑。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例1 :PCB金手指插拔力测试
测试样品为平面型结构的PCB金手指，镀金厚度>0.30 μπι。共测试2组，即不经润滑处理的对照组1#和使用本发明所提供的水溶性电接触润滑保护剂进行润滑处理后的测试组2#。1# 未做润滑处理的空白对照组。2# 选用本发明所述水溶性电接触润滑保护剂进行润滑处理。膜层厚度在1(Γ20nm(5 10个分子层)。本实施例所用水溶性电接触润滑保护剂浓缩液配比(按重量百分比)如下硬脂醇(十八醇)4. 5%和环己六醇六磷酸酯(植酸)5. 5% (摩尔比=2 1)；卵磷脂(北京美亚斯磷脂技术有限公司，FPLA大豆粉末磷脂)4% ；
1-苯基-5-巯基-四氮唑1%和2，5- 二巯基噻二唑3% ；
氟表面活性剂(杜邦公司的hnyl FSH) 3%，鼠李糖脂(Jeneil Biosurfactant Co.公司JBR215) 6%，脂肪醇聚氧乙烯醚(陶氏化学的Tergitol 15-S-9) 6%与椰子油二乙醇酰胺磷酸酯3% (椰子油二乙醇酰胺磷酸酯为清洗剂行业广泛使用的净洗剂6503。)二乙醇胺12%与三乙醇胺6%;四氢糠醇4%，乙二醇单丁醚4%与丙二醇单丁醚4% ；余量为纯水。使用时将浓缩液用纯水稀释20倍。润滑处理条件为温度为25°C，工件浸泡处理60秒，然后取出水洗，100°C热风干燥60秒。测试方法按照国标GB/T 5095-1997进行，测试结果见表1。1#与2#测试结果对比可知，PCB经本发明所述水溶性电接触润滑保护剂处理后，摩擦系数较润滑处理前大幅下降，下降率为90%，这与目前油性润滑剂处理后的效果相当。证明本发明不但操作便捷、成本可控、安全环保，而且性能完全达到了现有的油性润滑技术效果。表1 PCB金面滑动摩擦力测试对比结果
权利要求
1.一种提高电子元器件耐插拔性能的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于含有脂肪醇和环己六醇磷酸酯。
2.根据权利要求1所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于还含有天然磷酯。
3.根据权利要求1所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于还含有缓蚀剂、复合表面活性剂体系、螯合剂和助洗剂。
4.根据权利要求1所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于，所述脂肪醇是结构式为CnH2n+l-0H的脂肪醇。
5.根据权利要求4所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于，所述脂肪醇CnH2n+l-0H为C原子数η在8_20之间的直链脂肪醇。
6.根据权利要求5所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于，所述脂肪醇CnH2n+l-0H为C原子数η在12-18之间的直链脂肪醇。
7.根据权利要求1所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于，所述环己六醇磷酸酯为环己六醇六磷酸酯、环己六醇五磷酸酯、环己六醇四磷酸酯、环己六醇三磷酸酯、环己六醇二磷酸酯、环己六醇一磷酸酯中的一种或者几种的混和物。
8.根据权利要求7所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于，所述环六醇磷酸酯为环己六醇六磷酸酯。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于，所述脂肪醇与环己六醇磷酸酯的摩尔比为1:1 6:1。
10.根据权利要求9所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于，所述脂肪醇与环己六醇磷酸酯的摩尔比为2:广3:1。
11.根据权利要求2所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于，所述天然磷酯为卵磷脂、脑磷脂或肌醇磷脂的一种，或者它们的混和物。
12.根据权利要求3所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于所述缓蚀剂由氮唑类化合物、咪唑类化合物、巯基类化合物、噻唑类化合物、长链芳香烃磺酸或其盐等中的一种或者几种化合物组成；所述复合表面活性剂体系含有一种或一种以上的碳氢表面活性剂，同时至少包含氟表面活性剂或生物表面活性剂中的一种或几种；所述螯合剂为醇胺类有机物；优选为二乙醇胺或三乙醇胺；所述助洗剂为杂环醇或醇醚或二者的混和物；杂环醇优选为四氢糠醇；醇醚优选为乙二醇单丁醚、乙二醇双丁醚、丙二醇单丁醚或丙二醇双丁醚。
13.根据权利要求9所述的水溶性电接触润滑保护剂，其特征在于含有以下重量份数的成分脂肪醇和环己六醇磷酸酯共10-15份；天然磷酯3-6份；缓蚀剂3-8份；复合表面活性剂体系10-20份；螯合剂15-25份；助洗剂10-20份。
14.一种提高电子元器件耐插拔性能的水溶性电接触润滑保护剂的使用方法，其特征在于，将权利要求1所述的水溶性电接触润滑保护剂用纯水稀释成保护剂稀释液，将电子元器件浸泡在保护剂稀释液中进行润滑处理，然后取出进行水洗和干燥。
15.根据权利要求14所述的水溶性电接触润滑保护剂的使用方法，其特征在于，保护剂稀释液中保护剂的质量百分数为广10%，优选4 8% ；润滑处理温度为2(T60oC，润滑处理时间为30 90秒；润滑处理后镀件的干燥温度为8(Tl50oC，干燥时间为30 120秒。
全文摘要
本发明公开了一种提高电子元器件耐插拔性能的水溶性电接触润滑保护剂及其使用方法。该水溶性电接触润滑保护剂含有下列组分(重量份数)脂肪醇和环己六醇磷酸酯10-15份、天然磷脂3-6份、缓蚀剂3-8份、复合表面活性剂体系10-20份、螯合剂15-25份、助洗剂10-20份。采用上述保护剂对电子元器件进行润滑处理，先用纯水稀释10~100倍，优选100/8~100/4。润滑处理采用浸泡工艺，温度为20~60oC，时间为30~90秒，润滑处理后工件干燥温度为80~150oC，时间为30~120秒。电子元器件经本发明处理后，经插拔力试验、磨损试验和盐雾测试，结果显示其所受摩擦力显著降低，耐插拔性能显著增强，产品长期可靠性显著提高。
文档编号C10N30/06GK102559358SQ20121000731
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者刘倩源, 刘宏, 吴小明, 吴银丰, 路勇 申请人:广州天至环保科技有限公司