專利名稱：一種提高電子元器件耐插拔性能的水溶性電接觸潤滑保護劑及其使用方法
技術領域：
本發明屬于電子元器件表面處理技術領域，特別是涉及一種利用水溶性電接觸潤滑保護劑及其相關的處理工藝來提高電子元器件的耐插拔性能。
背景技術：
近年來，隨著電子技術的日新月異以及高科技電子產業的相繼問世，電子產品的市場競爭越來越激烈。電子產品必須不斷推陳出新，朝向高品質、便攜式和多功能組合的趨勢邁進。電子元器件作為電子產品的最基本單元，其性能的優劣直接決定著電子產品品質的高低。如果電子元器件缺乏優良的耐插拔性能，將給電子產品帶來十分嚴重的影響。由于電子元器件耐插拔性差，其組裝而成的電子產品在反復的插拔使用過程中，導通功能區的金屬鍍層會逐漸摩擦損耗直至完全脫落，從而引起該部位導通性下降甚至斷路，使產品報廢。因此，優良的耐插拔性對于電子元器件具有十分重要的意義。影響電子元器件耐插拔性的原因除了生產中采用硬度較低的純金作為功能性鍍層外，最重要的原因是鍍層不可避免的結晶缺陷及表面微孔。這些存在大量凸起、凹陷及孔隙的缺陷型金屬結晶面，大大增加了鍍層表面的摩擦系數，使電子元器件插拔使用時受到的摩擦力增大，耐插拔性降低，大大縮短了電子產品的使用壽命。為了提高電子元器件的耐插拔性，業界多采用以下幾種做法
選用二元合金，如金-鈷合金、金-鎳合金等取代純金鍍層，同時增加鍍層厚度。雖然合金硬度較純金有所增加，但由于工藝水平所限，施鍍時會造成部分鎳、鈷裸露，這些鎳、鈷裸露點極易被空氣中的腐蝕物質氧化，脆性增加，插拔時更容易脫落，并且增加鍍金層厚度帶來的成本壓力也不可小覷。改良鍍液配方，在鍍液里添加潤滑耐磨成分，從而在電子元器件表面形成耐磨金屬鍍層。常用的提高金屬表面耐磨處理方法是采用電鍍/化學鍍硬鉻工藝。但是電鍍/化學鍍硬鉻層結合力不強，仿型性差，不耐高溫且極易造成環境污染，而且它們也不適合做為導通功能要求的鍍層。申請號為200810M9771.9的專利，公開了一種電鍍液，采用電鍍工藝將鎳鎢合金取代硬鉻沉積在金屬表面從而提高其耐磨性。專利號為200710017202. 7的專利，公開了一種摻雜鉻的非晶態石墨鍍層，通過在鍍層中加入減摩性能優越的非晶態石墨提高金屬耐磨性。申請號為200610086886. 1的專利通過在鍍液中加入納米硬質陶瓷提高金屬鍍層的耐磨性。這些技術雖然對金屬鍍層的耐磨性有一定改善，但鍍層表面的結晶缺陷問題仍沒有解決，表面仍存在大量的凸起、凹陷及孔隙，摩擦系數仍比較大，嚴重影響了金屬元器件長期使用的耐插拔性。
電鍍/化學鍍完成后，做進一步的表面處理，在結晶缺陷的鍍層表面覆蓋一層膜，通過降低摩擦系數增加其耐插拔性。申請號為201010535613. 7,201010535620. 7、200710075422. 5,201010147254. 8的專利公開了利用氮唑類、咪唑類、噻唑類等化合物作為成膜劑組分處理金屬鍍層，在鍍層表面形成一層保護膜，主觀上是為了提高產品的耐蝕性能，但客觀上，該保護膜層對鍍層具有一定的修復、填平作用，一定程度上增加了它的耐插拔磨損性能。不過，這些專利技術公開的只是普通的絡合作用成膜，其膜層為單分子層或雙分子層，膜厚一般不超過3 nm，對鍍層表面的修復、填平作用有限，因而其降低摩擦力的程度也有限，并不能有效地提高電子元器件的耐插拔性能。目前，應用最為廣泛、提高電子元器件耐插拔性最有效的方法是通過在電子元器件表面浸涂或噴涂特種潤滑油增加其耐插拔性。該特種潤滑油在業界俗稱“油性潤滑劑”或者“油封”，其作用機理是將油溶性緩蝕劑以及特殊的蠟和脂類溶于烴類或鹵代烴類之中，通過分子間作用力在鍍層表面吸附形成一層保護膜。例如專利號為US5242611A的專利公開了含有鋰基潤滑脂、凡士林、礦物油、聚二甲基硅氧烷等組分的油性電接觸潤滑保護劑。專利號為US6271186B1的專利公開了一種油性電接觸潤滑保護劑，由聚苯醚和聚丙烯丁醚按1:1的體積比組成。專利號為200810101776. 7的中國專利公開了一種電接點潤滑劑，該潤滑劑由鋰基潤滑脂、凡士林和石油基的傳動液組成。此類油性潤滑工藝不僅成本高、污染環境而且存在較大安全隱患，形成的膜厚一般在0.2 ym以上，有些甚至超過1 μπι，在插拔使用過程中，由于保護膜與電子元器件表面的吸附力較弱，會隨插拔力在某一局部聚集，容易造成導通功能區的局部膜層過厚而影響導通效果。同時，此類膜層為油性粘性膜，極易吸附灰塵類物質，使導通性能降低甚至斷路；并且大多耐熱性差，在高溫焊錫或注塑組裝時，會揮發損失以致潤滑功能下降，有的還會受熱炭化，炭化物殘留在電子元器件表面也容易引起斷路。

發明內容
為解決由于表面鍍層結晶缺陷引起的電子元器件表面摩擦系數大、耐插拔性差和傳統的油性潤滑劑污染環境、安全系數低、易吸附灰塵等問題，本發明提供了一種用于電子元器件的水溶性電接觸潤滑保護劑(Water-Soluble Electrical Contact ProtectiveLubricant)；通過浸泡工藝對鍍層進行修復、填平處理，提高其耐插拔性。本發明所提供的水溶性電接觸潤滑保護劑，不含礦物油、鹵代烷烴、烯烴類和石油基傳動液等，而且以水為稀釋劑，與水完全互溶，克服了油性潤滑劑極易吸附灰塵類物質而容易導致導通性能降低甚至斷路的缺陷。為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是提供一種水溶性電接觸潤滑保護劑及其使用方法，用于提高電子元器件的耐插拔性，通過浸泡工藝，有效地修復、填平電子元器件金屬鍍層表面的結晶缺陷及微孔，同時賦予金屬鍍層優異的潤滑性能。本發明所述的水溶性電接觸潤滑保護劑含有脂肪醇和環己六醇磷酸酯。脂肪醇是精細化工的基本原料，在現有技術中主要用于生產表面活性劑、洗滌劑及塑料工業的增塑劑等。本發明首次將脂肪醇與環己六醇磷酸酯共同作用，二者發生酯化反應后與鍍層金屬發生作用，生成半硬性干性膜，覆蓋于工件表面，修復了凹凸不平的鍍層，提高了工件表面的平整度，大幅降低了鍍層表面的摩擦系數，從而為工件提供強有力的潤滑保護。只要能夠與脂肪醇發生酯化反應的環己六醇磷酸酯均適用于本發明。本發明所采用的環己六醇磷酸酯可以為環己六醇六磷酸酯、環己六醇五磷酸酯、環己六醇四磷酸酯、環己六醇三磷酸酯、環己六醇二磷酸酯、環己六醇一磷酸酯中的一種或者幾種的混和物，優選環己六醇六磷酸酯(又稱‘肌醇六磷酸酯’或者‘植酸’)。環己六醇六磷酸酯在現有技術中作為防腐蝕劑使用，它是一種金屬螯合劑，在金屬表面與金屬絡合時，易形成一層致密的單分子有機保護膜，能有效阻止O2等滲入接觸金屬表面，從而抑制金屬的腐蝕。本發明優選將脂肪醇與環己六醇六磷酸酯共同作用，賦予潤滑保護劑體系優異的潤滑性能。環己六醇六磷酸酯分子結構上含有十二個未參與反應的酸基團，可以與脂肪醇生成各種不同組成的酯，我們將其稱之為‘多脂肪醇植酸酯’。多脂肪醇植酸酯一方面與金屬鍍層表面作用，形成光滑平整的保護膜，從而降低了鍍層表面摩擦系數；另一方面多脂肪醇植酸酯所成的膜內分子相互之間通過電荷與氫鍵進一步緊密作用，其作用力遠大于油封膜層分子間的范德華力，并且該酯所成的膜為半硬性膜，油封所成的膜為軟性膜，當發生摩擦時，前者的分子錯位程度小，對于摩擦沖擊力在膜層的減緩效果較油封更佳，并且變形回復性更好，效果能長期保持。因此，由脂肪醇與環己六醇六磷酸酯所形成的多脂肪醇植酸酯，可以為工件提供優良的潤滑保護作用，緩沖工件在使用中由于摩擦所帶來的損傷。只要能夠與環己六醇六磷酸酯發生酯化反應的脂肪醇均適用于本發明。本發明采用的脂肪醇是結構式為CnH2n+1-0H的脂肪醇。碳原子數相同時，直鏈脂肪醇長度最大，所成疏水膜厚度相對最高；支鏈脂肪醇在成膜時因空間結構影響，膜層致密度方面的性能會存在缺陷。本專利發明人經過反復測試發現，直鏈脂肪醇碳原子數由6增加至22的過程中，保護劑潤滑性能呈現先顯著升高后緩慢降低的趨勢。碳原子數由6增加至18時，膜層厚度逐漸增加，變形緩沖能力也隨之升高，保護劑體系潤滑能力升高；碳原子數由18繼續增加至22時，成膜作用空間位阻影響增大，成膜物質與金屬表面結合力削弱，保護劑體系潤滑功效略微下降。因此，本發明所述的脂肪醇優選碳原子數在8-20之間的直鏈脂肪醇，進一步優選碳原子數在12-18之間的直鏈脂肪醇。本發明中碳原子數在12-18之間的直鏈脂肪醇與環己六醇六磷酸酯的摩爾比為1:1 6:1。本專利發明人經過反復試驗發現，當兩者的摩爾比為1:1時，會導致整個水溶性電接觸潤滑保護劑體系的親水性太強而疏水性不夠，表面膜層的厚度、致密性降低，保護劑潤滑功能下降；而當兩者的摩爾比大于4:1之后，又會導致整個體系的水溶性差，并且所形成的分子結構的空間位阻大，導致成膜作用困難，成膜分子與金屬鍍層間的結合力也被削弱，表面膜層難以達到完整致密的程度，潤滑功能下降。脂肪醇與環己六醇六磷酸酯的摩爾比為2:廣3:1時，形成的多脂肪醇植酸酯的結構，其成膜結合力、膜的致密性和親水疏水性都得到了很好的兼顧，保護劑潤滑性能最佳。因此，最終優選碳原子數在12-18之間的直鏈脂肪醇與環己六醇六磷酸酯的摩爾比為2 廣3 1。優選地，本發明所述的水溶性電接觸潤滑保護劑還可以含有天然磷酯。所述天然磷酯為卵磷脂、腦磷脂或肌醇磷脂的一種，或者它們的混和物。天然磷脂的潤滑性在許多領域獲得了廣泛應用，以金屬加工沖壓油切削液為例，沖壓油和切削液在金屬沖壓和切削加工中主要起降溫作用，其次是在刀具模具和金屬素材之間成一層吸附潤滑膜保護加工制具和金屬素材免受過損，并有短時間的工序間的防銹作用。在這些體系中，天然磷脂主要起極壓劑的作用，即與接觸的金屬表面起反應形成高熔點無機薄膜以防止在高負荷下發生熔結、卡咬、劃痕或刮傷。它們沒有電性能要求，也沒有焊接性要求，更沒有長時間的耐腐蝕要求。而在本發明中，這幾種性能是至關重要的。
作為進一步的優選方案，本發明所述的水溶性電接觸潤滑保護劑還可以含有緩蝕劑、復合表面活性劑體系、螯合劑和助洗劑等組分。所述緩蝕劑由氮唑類化合物、咪唑類化合物、巰基類化合物、噻唑類化合物、長鏈芳香烴磺酸及其鹽等中的一種或者幾種化合物組成。所述復合表面活性劑體系含有一種或一種以上的碳氫表面活性劑。優選的復合表面活性劑體系除了含有組分A —種或一種以上的碳氫表面活性劑之外，還同時至少包含組分B 氟表面活性劑或生物表面活性劑中的一種或幾種。組分A和組分B之間的重量比優選為1:廣3:1。所述的氟表面活性劑可以是非離子型或者陰離子型氟表面活性劑；生物表面活性劑可以是鼠李糖脂、槐糖脂或者多聚糖。所述螯合劑為醇胺類有機物，優選二乙醇胺、三乙醇胺。多脂肪醇植酸酯中的植酸部分，富余了大量的酸基團，這些酸基團與醇胺作用成鹽，它們構成了很好的PH緩沖體系。所述助洗劑包括雜環醇、醇醚或者二者的混和物，雜環醇優選四氫糠醇；醇醚優選乙二醇單丁醚，乙二醇雙丁醚，丙二醇單丁醚，丙二醇雙丁醚等。本發明所提供的水溶性電接觸潤滑保護劑，含有下列重量份數的組分脂肪醇和環己六醇磷酸酯10-15份、天然磷脂3-6份、緩蝕劑3-8份、復合表面活性劑體系10-20份、螯合劑15-25份、助洗劑10-20份。應當指出的是，常用的各種緩蝕劑、碳氫表面活性劑、螯合劑、助洗劑，都可以用于本發明制備潤滑保護劑。這是因為，本發明的核心點在于提供一種水性的并且具有明顯潤滑作用、提升金屬鍍層耐磨性能的保護劑，這個目的是通過脂肪醇與環己六醇磷酸酯作為主要功能組份來實現的；而上述的緩蝕劑、碳氫表面活性劑、螯合劑、助洗劑等的作用在于協助主要功能組份，對金屬鍍層表面以及鍍層的微孔和畸形結晶缺陷實施高效清潔并初步降低鍍層金屬腐蝕活性等作用，以增強脂肪醇與環己六醇磷酸酯反應成膜后的綜合保護性能。因此，盡管本發明列出了優選的緩蝕劑、碳氫表面活性劑、螯合劑、助洗劑等，但本發明可采用的緩蝕劑、表面活性劑、螯合劑、助洗劑等，不受上述種類的限制。同時，發明提供了該水溶性電接觸潤滑保護劑使用方法，將水溶性電接觸潤滑保護劑用純水稀釋成保護劑稀釋液，將電子元器件浸泡在保護劑稀釋液中進行潤滑處理，然后取出進行水洗和干燥。保護劑稀釋液中保護劑的質量百分數為廣10%，優選Γ8% ；潤滑處理溫度為2(T60°C，潤滑處理時間為3(Γ90秒；潤滑處理后鍍件的干燥溫度為8(T150°C，干燥時間為30 120秒。本發明的有益效果在于
1.電子元器件經本潤滑保護劑處理后，鍍層表面結晶缺陷得到有效地修復和填平，插拔使用時所受滑動摩擦力大幅降低，降幅達到90%，耐插拔性顯著提高。2.本發明的水溶性電接觸潤滑保護劑在鍍層表面形成半硬性干性膜，不吸附塵類物質，具有變形及回復性，緩沖作用極佳，可顯著降低插拔摩擦作用對電子元器件表面的損害，延長電子產品的使用壽命。3.本發明所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，不含礦物油、鹵代烷烴、烯烴類和石油基傳動液等，對人體及環境十分安全可靠，并且對電子元器件耐插拔性的改善可以和現有技術的油性潤滑劑相媲美。4.本發明所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，融合緩蝕防腐處理體系和潤滑保護處理體系于一體，從而在同一步驟處理中即實現金屬表面的防腐及潤滑。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例1 :PCB金手指插拔力測試
測試樣品為平面型結構的PCB金手指，鍍金厚度>0.30 μπι。共測試2組，即不經潤滑處理的對照組1#和使用本發明所提供的水溶性電接觸潤滑保護劑進行潤滑處理后的測試組2#。1# 未做潤滑處理的空白對照組。2# 選用本發明所述水溶性電接觸潤滑保護劑進行潤滑處理。膜層厚度在1(Γ20nm(5 10個分子層)。本實施例所用水溶性電接觸潤滑保護劑濃縮液配比(按重量百分比)如下硬脂醇(十八醇)4. 5%和環己六醇六磷酸酯(植酸)5. 5% (摩爾比=2 1)；卵磷脂(北京美亞斯磷脂技術有限公司，FPLA大豆粉末磷脂)4% ；
1-苯基-5-巰基-四氮唑1%和2，5- 二巰基噻二唑3% ；
氟表面活性劑(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(陶氏化學的Tergitol 15-S-9) 6%與椰子油二乙醇酰胺磷酸酯3% (椰子油二乙醇酰胺磷酸酯為清洗劑行業廣泛使用的凈洗劑6503。)二乙醇胺12%與三乙醇胺6%;四氫糠醇4%，乙二醇單丁醚4%與丙二醇單丁醚4% ；余量為純水。使用時將濃縮液用純水稀釋20倍。潤滑處理條件為溫度為25°C，工件浸泡處理60秒，然后取出水洗，100°C熱風干燥60秒。測試方法按照國標GB/T 5095-1997進行，測試結果見表1。1#與2#測試結果對比可知，PCB經本發明所述水溶性電接觸潤滑保護劑處理后，摩擦系數較潤滑處理前大幅下降，下降率為90%，這與目前油性潤滑劑處理后的效果相當。證明本發明不但操作便捷、成本可控、安全環保，而且性能完全達到了現有的油性潤滑技術效果。表1 PCB金面滑動摩擦力測試對比結果
權利要求
1.一種提高電子元器件耐插拔性能的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于含有脂肪醇和環己六醇磷酸酯。
2.根據權利要求1所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于還含有天然磷酯。
3.根據權利要求1所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于還含有緩蝕劑、復合表面活性劑體系、螯合劑和助洗劑。
4.根據權利要求1所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于，所述脂肪醇是結構式為CnH2n+l-0H的脂肪醇。
5.根據權利要求4所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于，所述脂肪醇CnH2n+l-0H為C原子數η在8_20之間的直鏈脂肪醇。
6.根據權利要求5所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于，所述脂肪醇CnH2n+l-0H為C原子數η在12-18之間的直鏈脂肪醇。
7.根據權利要求1所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于，所述環己六醇磷酸酯為環己六醇六磷酸酯、環己六醇五磷酸酯、環己六醇四磷酸酯、環己六醇三磷酸酯、環己六醇二磷酸酯、環己六醇一磷酸酯中的一種或者幾種的混和物。
8.根據權利要求7所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于，所述環六醇磷酸酯為環己六醇六磷酸酯。
9.根據權利要求1-8任一權利要求所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于，所述脂肪醇與環己六醇磷酸酯的摩爾比為1:1 6:1。
10.根據權利要求9所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于，所述脂肪醇與環己六醇磷酸酯的摩爾比為2:廣3:1。
11.根據權利要求2所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于，所述天然磷酯為卵磷脂、腦磷脂或肌醇磷脂的一種，或者它們的混和物。
12.根據權利要求3所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于所述緩蝕劑由氮唑類化合物、咪唑類化合物、巰基類化合物、噻唑類化合物、長鏈芳香烴磺酸或其鹽等中的一種或者幾種化合物組成；所述復合表面活性劑體系含有一種或一種以上的碳氫表面活性劑，同時至少包含氟表面活性劑或生物表面活性劑中的一種或幾種；所述螯合劑為醇胺類有機物；優選為二乙醇胺或三乙醇胺；所述助洗劑為雜環醇或醇醚或二者的混和物；雜環醇優選為四氫糠醇；醇醚優選為乙二醇單丁醚、乙二醇雙丁醚、丙二醇單丁醚或丙二醇雙丁醚。
13.根據權利要求9所述的水溶性電接觸潤滑保護劑，其特征在于含有以下重量份數的成分脂肪醇和環己六醇磷酸酯共10-15份；天然磷酯3-6份；緩蝕劑3-8份；復合表面活性劑體系10-20份；螯合劑15-25份；助洗劑10-20份。
14.一種提高電子元器件耐插拔性能的水溶性電接觸潤滑保護劑的使用方法，其特征在于，將權利要求1所述的水溶性電接觸潤滑保護劑用純水稀釋成保護劑稀釋液，將電子元器件浸泡在保護劑稀釋液中進行潤滑處理，然后取出進行水洗和干燥。
15.根據權利要求14所述的水溶性電接觸潤滑保護劑的使用方法，其特征在于，保護劑稀釋液中保護劑的質量百分數為廣10%，優選4 8% ；潤滑處理溫度為2(T60oC，潤滑處理時間為30 90秒；潤滑處理后鍍件的干燥溫度為8(Tl50oC，干燥時間為30 120秒。
全文摘要
本發明公開了一種提高電子元器件耐插拔性能的水溶性電接觸潤滑保護劑及其使用方法。該水溶性電接觸潤滑保護劑含有下列組分(重量份數)脂肪醇和環己六醇磷酸酯10-15份、天然磷脂3-6份、緩蝕劑3-8份、復合表面活性劑體系10-20份、螯合劑15-25份、助洗劑10-20份。采用上述保護劑對電子元器件進行潤滑處理，先用純水稀釋10~100倍，優選100/8~100/4。潤滑處理采用浸泡工藝，溫度為20~60oC，時間為30~90秒，潤滑處理后工件干燥溫度為80~150oC，時間為30~120秒。電子元器件經本發明處理后，經插拔力試驗、磨損試驗和鹽霧測試，結果顯示其所受摩擦力顯著降低，耐插拔性能顯著增強，產品長期可靠性顯著提高。
文檔編號C10N30/06GK102559358SQ20121000731
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者劉倩源, 劉宏, 吳小明, 吳銀豐, 路勇 申請人:廣州天至環保科技有限公司