CN104874940A - 一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂及其制备方法，助焊剂各成分重量百分比如下：活性剂3%~10%；表面活性剂0.2%~2%；成膜剂1%~5%；抗氧化剂0.1%~1.5%；缓蚀剂0.1%~1.5%和溶剂，全部组分总重量百分比为100%。本发明的低银无铅钎料用免清洗助焊剂，成本低，制备过程简单，不含卤素，无毒，无刺激性气味，化学性质稳定，储存时间长；固含量低，钎焊过程温和，化学烟雾少，焊后残留极少，大幅度减少了对电路板的腐蚀；润湿性好，焊点无回缩，无炸锡现象，焊点表面光亮、干净，无需焊后清洗工序。

Description

一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无铅钎料用助焊剂，特别是一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂及其制备方法。该助焊剂适用于Sn-0.3Ag-0.7Cu类，尤其是低银亚共晶Sn-0.45Ag-0.68Cu无铅钎料产品。

背景技术

共晶或近共晶的Sn-3.0Ag-0.5Cu（SAC305）钎料无疑是目前国内外公认的在性能方面与传统SnPb共晶钎料相当的无铅钎料。但随着金属原材料价格的增长，使得钎料成本大幅度增加。而且，随着电子产品向超大规模集成化、数字化、微型化方面发展以及市场竞争日益加剧，开发低成本、性能优异的低银SAC无铅钎料合金成为现在电子封装行业的迫切需求。

Ag含量低于1%的第二代低银无铅钎料，如Sn-0.3Ag-0.7Cu、Sn-0.8Ag-0.5Cu、Sn-0.45Ag-0.68Cu等，以其较好的综合性能越来越受到人们的青睐。由于Ag含量的降低使得低银无铅钎料的熔化温度范围变宽，熔点升高且偏离共晶点，因而钎焊温度随之升高。一方面，钎焊温度的升高除了会造成电子元器件的损坏加速外，还将加剧助焊剂中活性剂等物质的挥发，造成助焊剂助焊性能的降低，甚至失效而起不到良好的活化及保护作用。另一方面，由于钎焊温度的升高，对回流焊接工艺提出了新的挑战。且预热温度和预热时间的调整对助焊剂助焊性能及焊后残留影响较大。加之人们环保意识的不断增强，对助焊剂的成分及性能也提出了更高的要求。

在低银和无铅化的大趋势下，本课题组发明了“一种电子微连接使用的低银亚共晶无铅钎料”（中国专利ZL200810069262.8）。由于Sn-0.68Cu-0.45Ag钎料成本低，高温液态下具有优良的抗氧化性、润湿性和漫流性，可显著减少钎料的浪费，改善焊点的成型，明显减少钎焊连接缺陷，适用于电子产品的波峰焊、浸焊以及再流焊，已在波峰焊、再流焊领域广泛应用。但由于没有与之匹配的免清洗助焊剂，其进一步的研究尚还空白。

目前，国内外通常采用的优良助焊剂品种繁多，虽都能满足助焊要求。但一方面，因大多数助焊剂对钎料的依赖性强，活性低，钎焊过程中挥发剧烈，并伴随有刺激性化学烟雾的产生，且储存时间有限等缺点；另一方面，大多数助焊剂焊后残留多，腐蚀性大，焊点不美观，需要增加清洗工序，且清洗所用清洗剂会污染环境。为了实现免清洗，很多助焊剂考虑采用去离子水作为溶剂。中国专利ZL200710099093.8公开了一种无铅焊料用无卤素无松香免清洗助焊剂，能达到较好的助焊性能。但研究表明，水基助焊剂化学性质不稳定，储存时间有限，容易滋生微生物，易潮解，钎焊过程中挥发剧烈，活性较低，润湿效果不佳，无法满足低银无铅钎料的高活性要求（赵晓青, 肖文君, 杨欢, 等. 水基无卤素无松香抗菌型免清洗助焊剂[J]. 电子元件与材料, 2012, 31(3): 53-56）。中国专利ZL201210200580.X公开了无铅免清洗助焊剂及其制备方法，所用溶剂为低沸点无水乙醇。该助焊剂不含卤素，助焊能力强，无腐蚀性，焊后无残留固体物。在钎焊过程中挥发较快，虽焊后残留少，但活性剂无法较好的发挥其活性，助焊剂活性低，润湿性效果不高。且无水乙醇类低沸点醇属于易燃物质，存在安全隐患。因此，为解决现有助焊剂助焊性能差、焊后残留多、物理稳定性差、腐蚀严重等问题，开发低银无铅钎料用免清洗类助焊剂的需求显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低固含量，高活性，低银无铅钎料用免清洗助焊剂，焊后无回缩现象，性质稳定，储存时间长，钎焊过程温和，化学烟雾少，解决目前现有助焊剂焊后残留多、腐蚀严重、对低银无铅钎料的助焊效果差和污染环境等缺点，从而使低银无铅钎料的应用更加广泛。

为了实现上述目的，本专利采用以下技术方案：一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂，其特征在于，所述的助焊剂各成分重量百分比如下：

活性剂3%~10%；表面活性剂0.2%~2%；

成膜剂1%~5%；抗氧化剂0.1%~1.5%；

缓蚀剂0.1%~1.5%和溶剂，全部组分总重量百分比为100%；

所述的活性剂为羟基有机酸和有机胺的混合物；其中羟基有机酸为酒石酸、柠檬酸、丁二酸、草酸、戊二酸、松香酸、己二酸、苯甲酸、苹果酸、反油酸中的任意三种以各自大于百分之0 的质量比混合，或任意四种、任意五种，以各自大于百分之0 的质量比混合；所述的有机胺为乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的任一种，其添加量不高于活性剂总重量的20%，不低于活性剂总重量的5%；

所述的表面活性剂为非离子表面活性剂；

所述的成膜剂为氢化松香、聚合松香中的任一种，或两种以各自大于百分之0 的质量比混合；

所述的抗氧化剂为对苯二酚；

所述的缓蚀剂为苯骈三氮唑；

所述的溶剂为异丙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇中的任一种，或任两种以各自大于百分之0 的质量比混合，或任三种以各自大于百分之0 的质量比混合，或任四种以各自大于百分之0 的质量比混合。

进一步的特征是： 所述的活性剂至少含有两种二元酸，所选用的几种二元酸为相同重量百分比混合，且添加量不低于活性剂总重量的60%，混合时温度控制在30℃～70℃；所述的有机酸中其他酸的添加量总和不高于活性剂总重量的20%。

所述的表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列。

所述的表面活性剂为OP-10。

所述的溶剂中，沸点在钎焊温度附近的溶剂添加量总和不少于溶剂总重量的70%。

一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将作为成膜剂的松香按工艺要求比例加入溶剂中，在30℃～70℃的温度下加热搅拌至完全溶解；

第二步：将活性剂加入到第一步得到的溶液中，在30℃～70℃的温度下加热以促进溶解；

第三步：最后将表面活性剂、抗氧化剂、缓蚀剂加入第二步得到的溶液中，余热搅拌溶解；混合均匀后，过滤即得所述助焊剂。

本发明的一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂及其制备方法，具有如下特点：

1、本发明助焊剂成本低，制备过程简单，不含卤素，无毒，无刺激性气味，化学性质稳定，储存时间长。

2、本发明助焊剂固含量低，钎焊过程温和，化学烟雾少，焊后残留极少，大幅度减少了对电路板的腐蚀。

3、本发明助焊剂润湿性好，焊点无回缩，无炸锡现象，焊点表面光亮、干净，无需焊后清洗工序。

4、本发明的助焊剂活性高，助焊性能优异，不仅适用于Sn-0.45Ag-0.68Cu低银无铅钎料，也适用于Sn-0.3Ag-0.7Cu类低银无铅钎料合金。

具体实施方式：

本说明涉及一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂，其特征在于，所述助焊剂各成分重量百分比如下：活性剂3%~10%；表面活性剂0.2%~2%；成膜剂1%~5%；抗氧化剂0.1%~1.5%；缓蚀剂0.1%~1.5%和溶剂，各组分总重量百分比为100%。

所述的活性剂为羟基有机酸和有机胺的混合物；其中羟基有机酸为酒石酸、柠檬酸、丁二酸、草酸、戊二酸、松香酸、己二酸、苯甲酸、苹果酸、反油酸中的任意三种以各自大于百分之0 的质量比混合，或任意四种、任意五种、任意六种，直至全部十种组分，以各自大于百分之0 的质量比混合。其中，较佳的配比是：该助焊剂组分中活性剂至少含有两种或两种以上的二元酸，选用的二元酸为相同重量百分比混合，且添加量不应低于活性剂总重量的60%，混合时温度控制在30℃～70℃左右；所述的有机酸中其他酸（除了二元酸以外的其他酸）的添加量总和不应高于活性剂总重量的20%；所述的有机胺为乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的任一种，其添加量不应高于活性剂总重量的20%，不低于活性剂总重量的5%。

所述的表面活性剂为非离子表面活性剂，如烷基酚聚氧乙烯醚系列的表面活性剂，具体如OP-10。

所述的成膜剂为氢化松香、聚合松香中的任一种，或两种以各自大于百分之0 的质量比混合；其添加量不宜过多，应控制在助焊剂总质量的5%以下，溶解温度30℃～70℃，外加搅拌促进松香溶解。

所述的抗氧化剂为对苯二酚。

所述的缓蚀剂为苯骈三氮唑。

所述的溶剂为异丙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇中的任一种，或任两种，任意三种、任意四种，全部五种，以各自大于百分之0 的质量比混合，或任三种以各自大于百分之0 的质量比混合，或任四种以各自大于百分之0 的质量比混合；其含量应占助焊剂总重量的80%以上。其中，沸点在钎焊温度附近的溶剂添加量总和应不少于溶剂总重量的70%，通常以钎焊温度点增加或减少20℃为钎焊温度附近。

本说明低银无铅钎料用免清洗助焊剂的制备方法，该助焊剂的制备工艺包括以下步骤：

第一步：将成膜剂的松香按一定比例加入有机溶剂中，在30℃～70℃的温度下加热搅拌至完全溶解；第二步：将活性剂依次加入到步骤一得到的溶液中，在30℃～70℃的温度下加热以促进溶解；第三步：最后将表面活性剂、抗氧化剂、缓蚀剂加入步骤二得到的溶液中，余热搅拌溶解。混合均匀后，过滤即得所述助焊剂，或者静置后过滤。

实施案列1

本实施例按以下重量比准备原料：反油酸：己二酸：戊二酸=2：3：3，反油酸+己二酸+戊二酸=3%，二乙醇胺为0.5%，表面活性剂OP-10为0.2%，成膜剂（氢化松香）1%，抗氧化剂对苯二酚为0.3%，缓蚀剂苯骈三氮唑为0.1%，余量为溶剂，溶剂为异丙醇和二甘醇按照1：9的重量比混合的混合物。

配制时，将作为成膜剂的松香按工艺要求比例加入溶剂中，在30℃～70℃的温度下加热搅拌至完全溶解；将活性剂加入溶液中，在30℃～70℃的温度下加热以促进溶解；最后将表面活性剂、抗氧化剂、缓蚀剂加入第二步得到的溶液中，余热搅拌溶解；混合均匀后，过滤即得所述助焊剂。

实施案列2

本实施例按以下重量比准备原料：反油酸：己二酸：草酸：戊二酸=5：6：6：6，反油酸+己二酸+草酸+戊二酸=5%，二乙醇胺为0.8%，表面活性剂OP-10为0.4%，成膜剂（氢化松香：聚合松香=1：2）为1.2%，抗氧化剂对苯二酚为0.4%，缓蚀剂苯骈三氮唑为0.4%，余量为溶剂，溶剂为异丙醇和三甘醇按照3：17的重量比混合的混合物。

实施案列3

本实施例按以下重量比准备原料：丁二酸：松香酸：戊二酸：酒石酸：苹果酸=4：1：4：1：2，丁二酸+松香酸+戊二酸+酒石酸+苹果酸=7%, 乙醇胺为1%，表面活性剂OP-10为0.8%，成膜剂（氢化松香：聚合松香=2：1）为1.5%，抗氧化剂对苯二酚为0.8%，缓蚀剂苯骈三氮唑为0.5%，余量为溶剂，溶剂为丙三醇、乙二醇和二甘醇按照3：1：6的重量比混合的混合物。

实施案列4

本实施例按以下重量比准备原料：松香酸：己二酸：丁二酸：柠檬酸：苹果酸=1：4：4：2：4，松香酸+己二酸+丁二酸+柠檬酸+苹果酸=9%, 三乙醇胺为1.5%，表面活性剂OP-10为1.5%，成膜剂（氢化松香：聚合松香=1：1）为2.5%，抗氧化剂对苯二酚为0.6%，缓蚀剂苯骈三氮唑为0.8%，余量为溶剂, 溶剂为三甘醇。

实施案列5

本实施例按以下重量比准备原料：丁二酸：草酸：反油酸：酒石酸：苯甲酸=5：5：1：1：1，丁二酸+草酸+反油酸+酒石酸+苯甲酸=10%,三乙醇胺为1.5%，表面活性剂OP-10为2%，成膜剂（氢化松香：聚合松香=3：1）为5%，抗氧化剂对苯二酚为1%，缓蚀剂苯骈三氮唑为1%，余量为溶剂，溶剂为丙三醇和乙二醇按8：2的重量比混合的混合物。

实施案列6

本实施例按以下重量比准备原料：戊二酸：松香酸：苹果酸=4：2：4，戊二酸+松香酸+苹果酸=8%，三乙醇胺为1.2%，表面活性剂OP-10为1.2%，成膜剂（氢化松香：聚合松香=4：1）为2%，抗氧化剂对苯二酚为1.5%，缓蚀剂苯骈三氮唑为1.2%，余量为溶剂，溶剂为三甘醇、丙三醇和异丙醇按6：3：1的重量比混合的混合物。

实施例7

本实施例按以下重量比准备原料：丁二酸：反油酸：苯甲酸：柠檬酸：己二酸=7：1：1：2：7，丁二酸+反油酸+柠檬酸+己二酸=6%，二乙醇胺为0.9%，表面活性剂OP-10为0.9%，成膜剂（聚合松香）为4%，抗氧化剂对苯二酚为1.2%，缓蚀剂苯骈三氮唑为1.5%，余量为溶剂, 溶剂为异丙醇、二甘醇和乙二醇按照2：15：3的重量比混合的混合物。

实施例8

本实施例按以下重量比准备原料：丁二酸：反油酸：柠檬酸：己二酸=6：1：3：6，丁二酸+反油酸+柠檬酸+己二酸=4%，二乙醇胺为0.8%，表面活性剂OP-10为0.5%，成膜剂（氢化松香：聚合松香=1：3）为3%，抗氧化剂对苯二酚为0.5%，缓蚀剂苯骈三氮唑为0.3%，余量为溶剂, 溶剂为异丙醇、三甘醇、二甘醇和乙二醇按照1：1：7：1的重量比混合的混合物。

使用上述实施例配制成的助焊剂时，焊点饱满、光亮、美观，无回缩现象，其扩展率都在78%以上，且钎焊过程中化学烟雾少，焊后残留极低，有效的减少了焊后残留造成的腐蚀问题，可实现免清洗工艺。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂，其特征在于，所述的助焊剂各成分重量百分比如下：

活性剂3%~10%；表面活性剂0.2%~2%；

成膜剂1%~5%；抗氧化剂0.1%~1.5%；

缓蚀剂0.1%~1.5%和溶剂，组分总重量百分比为100%；

所述的活性剂为羟基有机酸和有机胺的混合物；其中羟基有机酸为酒石酸、柠檬酸、丁二酸、草酸、戊二酸、松香酸、己二酸、苯甲酸、苹果酸、反油酸中的任意三种以各自大于百分之0 的质量比混合，或任意四种、任意五种以各自大于百分之0 的质量比混合；所述的有机胺为乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的任一种，其添加量不高于活性剂总重量的20%，不低于活性剂总重量的5%；

所述的表面活性剂为非离子表面活性剂；

所述的成膜剂为氢化松香、聚合松香中的任一种，或两种以各自大于百分之0 的质量比混合；

所述的抗氧化剂为对苯二酚；

所述的缓蚀剂为苯骈三氮唑；

所述的溶剂为异丙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇中的任一种，或任两种以各自大于百分之0 的质量比混合，或任三种以各自大于百分之0 的质量比混合，或任四种以各自大于百分之0 的质量比混合。

2.根据权利要求1所述的一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂，其特征在于： 所述的活性剂至少含有两种二元酸，所选用的二元酸为相同重量百分比混合，且其添加总量不低于活性剂总重量的60%，混合时温度控制在30℃～70℃；所述的有机酸中其他酸的添加量总和不高于活性剂总重量的20%。

3.根据权利要求1或2所述的一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂，其特征在于：所述的表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列。

4.根据权利要求3所述的一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂，其特征在于：所述的表面活性剂为OP-10。

5.根据权利要求1或2所述的一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂，其特征在于：所述的溶剂中，沸点在钎焊温度附近的溶剂添加量总和不少于溶剂总重量的70%。

6.一种低银无铅钎料用免清洗助焊剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将作为成膜剂的松香按工艺要求比例加入溶剂中，在30℃～70℃的温度下加热搅拌至完全溶解；

第二步：将活性剂加入到第一步得到的溶液中，在30℃～70℃的温度下加热以促进溶解；

第三步：最后将表面活性剂、抗氧化剂、缓蚀剂加入第二步得到的溶液中，余热搅拌溶解；混合均匀后，过滤即得所述助焊剂。