CN103909358A - 一种水洗锡膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水洗锡膏及其制备方法，由以下质量百分比含量的组分组成：锡粉86～89%，助焊剂11～14%；助焊剂的质量百分比含量组成如下：活性剂7.5～10%，胺类缓蚀剂7～10%，络合剂0.4～0.5%，WH-245抗老剂0.2～2%，羟乙基磺酸胺3～4%，聚乙烯吡咯烷酮2～6%，液态长链烷烃2～4%，丙烯酸改性树脂7～14%，丙三醇1～3%，余量为PEG。本发明基于丙烯酸改性树脂与胺类物质的相互作用，并以PEG400～PEG2000范围内的聚合物进行复配，作为溶剂和粘度调节剂；同时选用液态长链烷烃作为稳定剂和保护剂，实现对锡粉的支撑与后期保护。

Description

一种水洗锡膏及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料及金属材料，属工业软钎焊技术领域，具体涉及一种水洗锡膏及其制备方法，适合于高可靠性电子封装产品水洗工艺，以及对焊后残留有特殊要求的产品（比如裸芯片的连接、高精度连接头的焊接等）。

背景技术

随着电子信息产业的蓬勃发展，电子工业生产带来的环境负荷问题引起了广泛的关注。对于焊锡产业来说，其应对方案包括两个方面：一是焊锡形成焊点残留的清洗，由含卤代氢的溶剂清洗向环保型水洗工艺发展，水洗锡膏用助焊剂的研制倍受关注；另一方面，迫使助焊剂向降低焊后残留物的免清洗助焊剂方向发展。

早期的水洗锡膏形成焊点后的焊后残留可用去离子水或一般的水进行清洗。也正是因为焊后器件表面的清洗工艺，使得这类锡膏产品一般均含有卤素，在焊接过程中会对人体造成危害，加上各环保法规的要求限制卤素的使用，使得市售水洗锡膏产品需要产品配方升级；对于免清洗锡膏，经过十多年的研发已经在很大程度上形成了规模。然而，免清洗并不是无残留，主要是在要求条件不太高的情况下可以不清洗。随着电子装配技术向高、精、尖方向的发展，对焊后残留物的要求更加苛刻，免清洗助焊剂的主导地位也受到了冲击。因此，开发无卤素水溶性锡膏用助焊剂成为必须。该类锡膏的焊后残留少、易水洗，可根据使用要求对焊后残留物进行处理。

针对水洗工艺，现有专利大多是配合波峰焊用锡条开发的水溶性助焊剂。比如专利CN1836825A（配方无卤化物）、CN101342649A(提高焊后表面绝缘阻抗)、CN101347876A（适合锡银锌无铅焊料）、CN101456105A（以亚克力松香为载体）等，均公布的是不同种类，适合波峰焊工艺的水溶性液体助焊剂配方；CN102161135A则公布了一款水溶性锡丝用助焊剂，该助焊剂可配合水溶性助焊剂或者水溶性（水洗）锡膏进行电子产品的制备或返修。本专利旨在产品种类上，实现对以上两种水洗锡类产品的补充，在应用上满足高可靠性、高精度要求电子器件的生产，尤其是一些裸芯片的连接。

发明内容

解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供了一种水洗锡膏及其制备方法，该锡膏适合20~60℃的水洗工艺，配方无卤，形成焊点饱满、热稳定性好。

技术方案：本发明提供的一种水洗锡膏，包括以下质量百分比含量的组分：锡粉86~89%，助焊剂11~14%；所述锡粉为3#或4#锡粉，合金成分为SAC305(Sn-3.0Ag-0.5Cu)或SAC0307（Sn-0.3Ag-0.7Cu）；所述助焊剂由如下质量百分比含量的原料组成：活性剂7.5~10%，胺类缓蚀剂7~10%，络合剂0.4~0.5%，WH-245抗老剂0.2~2%，羟乙基磺酸胺3~4%，聚乙烯吡咯烷酮2~6%，液态长链烷烃2~4%，丙烯酸改性树脂7~14%，丙三醇1~3%，余量为PEG。

所述活性剂为有机酸和AK218活性剂，两者的配比为AK218活性剂︰有机酸=1︰（3~4）；所述有机酸为无水柠檬酸、衣康酸和壬二酸，三者的配比为无水柠檬酸︰衣康酸︰壬二酸=1︰ (0.5~2) ︰(1~3)。

所述胺类缓蚀剂为乙基咪唑、三乙醇胺和乙二胺，三者的配比为乙基咪唑：三乙醇胺：乙二胺=1︰（3~6）︰（3~6）。

所述络合剂为苯基冠醚和18-冠6醚，两者的配比为苯基冠醚︰18-冠6醚=1︰（0.66~3）。

所述液态长链烷烃为癸烷和十四烷，两者的配比为癸烷︰十四烷=1︰（1~2）。

所述PEG为PEG2000、PEG600和PEG400，三者的配比为PEG2000︰PEG600︰PEG400=1︰（0~0.67）︰（2.13~4）。

本发明提供的一种水洗锡膏的制备方法，其制备步骤如下：

（1）按上述质量百分比含量将丙烯酸改性树脂、PEG、有机酸、WH-245抗老剂、乙基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮加入温度调控为110±10℃的温控玻璃容器内进行溶解、搅拌，30分钟后降温至75±5℃再加入剩余物料，搅拌、溶解为均一、清透溶液，冷却至室温后静置24小时，即得到助焊剂。 

（2）按上述质量百分比含量锡粉86~89%、助焊剂11~14%配比，将步骤（1）中得到的助焊剂加入锡膏搅拌机搅拌15~30分钟后加入锡粉，搅拌速度为10~20rpm，混合均匀即得到锡膏。

有益效果：（1）本发明采取水溶性丙烯酸树脂与过量胺类物质的复配，反应生成酰胺类物质的基本原理，提高产品的可清洗性、活性，提高流变特性，增加触变能力。

（2）本发明以PEG作为溶剂，既有普通醇类溶剂的载体作用，又能实现对产品粘度的调节。采用不同分子量的PEG来起到增稠或者稀释的作用，极大的丰富了产品的工艺窗口。

（3）本发明在配方中加入液态长链烷烃的复配物，起到了保护锡粉的作用，可有效提高锡膏的存储稳定性。

（4）适用于微细间距印刷应用，最小适用于16 mil（0.4mm）间距的QFP 部件，在 12mil (0.3mm) 级别的细微元件上都能保持优异的印刷量及印刷量可重复性；BGA 元件焊接时可实现高回流率以及IPC III 级的空洞性能。

（5）助焊剂残留是溶于水的，水洗条件下，提高了因线路板设计条件不同而不同的清洗方式的灵活性，清洗水温为25~60℃，30~50PSI的压力下进行清洗。

（6）该种锡膏在各种无铅合金焊膏中，可实现印刷能力和回流曲线工艺窗口的理想结合，并具实现良好的水清洗作用。

具体实施方式

下面通过实施例的方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但本发明的范围并不因此局限于下述实施例。

实施例1

（一）各原料质量百分比含量

锡粉为86%，助焊剂为14%；其中，锡粉为Sn-3.0Ag-0.5Cu合金3#锡粉；

助焊剂配方为：丙烯酸改性树脂13%，PEG400 40%、PEG600 6%、PEG2000 10%、壬二酸 3%，衣康酸2%，无水柠檬酸1%，WH-245抗老剂0.5%，乙基咪唑1%，聚乙烯吡咯烷酮6%，AK218无卤活性剂2%，乙二胺3%，三乙醇胺3%，苯基冠醚0.3%，18-冠6醚0.2%，羟乙基磺酸胺4%，癸烷1%，十四烷2%，丙三醇2%。

（二）制备方法  

（1）按上述质量百分比含量将丙烯酸改性树脂、PEG400、PEG600、PEG2000、壬二酸、衣康酸，无水柠檬酸、WH-245抗老剂、乙基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮加入温度调控为110±10℃的温控玻璃容器内进行溶解、搅拌，30分钟后降温至75±5℃再加入剩余物料，搅拌、溶解为均一、清透溶液，冷却至室温后静置24小时，即得到助焊剂；

（2）按上述质量百分比含量锡粉86~89%、助焊剂11~14%配比，将步骤（1）中得到的助焊剂加入锡膏搅拌机搅拌15~30分钟后加入锡粉，搅拌速度为10~20rpm，混合均匀即得到锡膏。

（三）本实施例的有益效果

本实施例样品根据IPC J-STD-004测试标准测得完全不含RoHS 2002/95/EC法规规定的有害物质；在大气条件下，直线升温和保温回流曲线条件下回流均能保持润湿能力；根据JIS-Z-3197测试其扩展率为80.1%。

实施例2

（一）各原料质量百分比含量

锡粉为89%，助焊剂为11%；其中，锡粉为Sn-0.3Ag-0.7Cu 4#粉；

助焊剂配方为：丙烯酸改性树脂13%，PEG400 40%、PEG600 6%、PEG2000 10%、壬二酸3%，衣康酸2%，无水柠檬酸1%，WH-245抗老剂0.5%，乙基咪唑1%，聚乙烯吡咯烷酮6%，AK218无卤活性剂2%，乙二胺3%，三乙醇胺3%，苯基冠醚0.3%，18-冠6醚0.2%，羟乙基磺酸胺4%，癸烷1%，十四烷2%，丙三醇2%。

（二）制备方法同实施例1。

（三）本实施例的有益效果

本实施例样品根据IPC J-STD-004测试标准测得完全不含RoHS 2002/95/EC 法规规定的有害物质；在空气中条件下，直线升温和保温回流曲线条件下回流均能保持润湿能力；根据JIS-Z-3197测试其扩展率为78.3%。

实施例3

（一）各原料质量百分比含量

锡粉为86%，助焊剂为14%；其中，锡粉为Sn-3.0Ag-0.5Cu合金4#粉；

助焊剂原料：丙烯酸改性树脂7%，PEG400 32%、PEG600 10%、PEG2000 15%、壬二酸2%，衣康酸2%，无水柠檬酸2%，WH-245抗老剂2%，乙基咪唑1%，聚乙烯吡咯烷酮6%，AK218无卤活性剂1.5%，乙二胺6%，三乙醇胺3%，苯基冠醚0.3%，18-冠6醚0.2%，羟乙基磺酸胺4%，癸烷1%，十四烷2%，丙三醇3%。

（二）制备方法同实施例1

（三）本实施例的有益效果

本实施例样品根据IPC J-STD-004测试标准测得完全不含RoHS 2002/95/EC 法规规定的有害物质；在空气中条件下，在保温回流曲线条件下回流高温活性稍差；根据JIS-Z-3197测试其扩展率为76.5%。

实施例4

（一）各原料质量百分比含量

锡粉为89%，助焊剂为11%；其中，锡粉为Sn-0.3Ag-0.7Cu合金3#锡粉。

助焊剂配方为：丙烯酸改性树脂14%，PEG400 40%、PEG600 5.1%、PEG2000 10%、壬二酸3%，衣康酸3%，无水柠檬酸2%，WH-245抗老剂0.5%，乙基咪唑1%，聚乙烯吡咯烷酮2%，AK218无卤活性剂2%，乙二胺6%，三乙醇胺3%，苯基冠醚0.2%，18-冠6醚0.2%，羟乙基磺酸胺3%，癸烷2%，十四烷2%，丙三醇1%。

二、制备方法同实施例1

三、本实施例的有益效果

本实施例样品根据IPC J-STD-004测试标准测得完全不含RoHS 2002/95/EC 法规规定的有害物质；在空气中条件下，直线升温和保温回流曲线条件下回流均能保持润湿能力；根据JIS-Z-3197测试其扩展率为82.4%。

对以上四个实施例样品进行相关性能检测，结果见表1。

综上所述，本发明的水洗锡膏，通过丙烯酸改性树脂与胺类物质的相互作用，并以不同聚合度的PEG进行复配起到溶解其他物料和粘度调节的作用；同时选用液态长链烷烃作为稳定助焊剂来保护锡粉免受腐蚀提高存储特性。该配方满足整个焊接过程中的活性需求，解决了高性能要求的军工产品以及高级电子产品对于焊点焊后残留清洗的需求。

表1 各实施例相关项目测试结果

检测项目	焊接性能	扩展率（%）	水洗效果	存储寿命	卤素测试
						实施例1	优良	80.1	干净	﹥三个月	不含有
实施例2	优良	78.3	干净	﹥三个月	不含有
						实施例3	良好	76.5	干净	﹥三个月	不含有
实施例4	优良	82.4	干净	﹥三个月	不含有

Claims (8)

1.一种水洗锡膏，其特征在于由以下质量百分比含量的组分组成：锡粉86~89%，助焊剂11~14%；所述锡粉为3#或4#锡粉，合金成分为SAC305(Sn-3.0Ag-0.5Cu)或SAC0307（Sn-0.3Ag-0.7Cu）；所述助焊剂由如下质量百分比含量的原料组成：活性剂7.5~10%，胺类缓蚀剂7~10%，络合剂0.4~0.5%，WH-245抗老剂0.2~2%，羟乙基磺酸胺3~4%，聚乙烯吡咯烷酮2~6%，液态长链烷烃2~4%，丙烯酸改性树脂7~14%，丙三醇1~3%，余量为PEG。

2.根据权利要求1所述的水洗锡膏，其特征在于所述活性剂为有机酸和AK218活性剂，两者的配比为AK218活性剂︰有机酸=1︰（3~4）。

3.根据权利要求2所述的水洗锡膏，其特征在于所述有机酸为无水柠檬酸、衣康酸和壬二酸，三者的配比为无水柠檬酸︰衣康酸︰壬二酸=1︰ (0.5~2) ︰(1~3)。

4.根据权利要求1所述的水洗锡膏，其特征在于所述胺类缓蚀剂为乙基咪唑、三乙醇胺和乙二胺，三者的配比为乙基咪唑：三乙醇胺：乙二胺=1︰（3~6）︰（3~6）。

5.根据权利要求1所述的水洗锡膏，其特征在于所述络合剂为苯基冠醚和18-冠6醚，两者的配比为苯基冠醚︰18-冠6醚=1︰（0.66~3）。

6.根据权利要求1所述的水洗锡膏，其特征在于所述液态长链烷烃为癸烷和十四烷，两者的配比为癸烷︰十四烷=1︰（1~2）。

7.根据权利要求1所述的水洗锡膏，其特征在于所述PEG为PEG2000、PEG600和PEG400，三者的配比为PEG2000︰PEG600︰PEG400=1︰（0~0.67）︰（2.13~4）。

8.如权利要求1-7任一项所述的水洗锡膏的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

（1）按上述质量百分比含量将丙烯酸改性树脂、PEG、有机酸、WH-245抗老剂、乙基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮加入温度调控为110±10℃的温控玻璃容器内进行溶解、搅拌，30分钟后降温至75±5℃再加入剩余物料，搅拌、溶解为均一、清透溶液，冷却至室温后静置24小时，即得到助焊剂；

（2）按上述质量百分比含量锡粉86~89%、助焊剂11~14%配比，将步骤（1）中得到的助焊剂加入锡膏搅拌机搅拌15~30分钟后加入锡粉，搅拌速度为10~20rpm，混合均匀即得到锡膏。