CN110328466B - 一种无卤免清洗助焊剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无卤免清洗助焊剂。所述的无卤免清洗助焊剂按质量百分比计由以下组分组成：多支链醇40～60％、有机酸5～15％、烷基醇胺3～9％、含巯基的季戊四醇酯2～5％、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐1～3％和溶剂20～30％。所述的助焊剂不含卤素、不含松香，残留物少，达到免清洗的要求，并且高阻抗、高润湿，可焊性好，不形成锡球，不桥连，满足高性能助焊剂的要求。本发明的助焊剂适用于无铅焊接，焊点可靠性高，特别适用于高端精密电子产品的封装需求。

Description

一种无卤免清洗助焊剂

技术领域

本发明涉及电子封装焊接材料技术领域，具体涉及一种无卤免清洗助焊剂。

背景技术

免清洗型助焊剂是一种不含卤化物活性剂，焊接后不需要清洗的新型助焊剂。使用这类助焊剂不但能节约对清洗设备和清洗溶剂的投入，而且还可减少废气和废水的排放对环境带来的污染，所以用免清洗型助焊剂替代传统助焊剂具有重要的经济效益和社会效益，已成为当今微电子封装材料领域的研究方向。

目前，电子产品高性能、轻薄化和小型化的发展趋势使得电子元器件的集成度不断提高，封装密度大幅提升，封装尺寸不断缩小，元器件引脚间距越来越小。引脚窄间距情况下，PCB表面的离子残留物在电场环境中发生定向移动，容易引发元器件引脚间短路，导致元器件失效。残留物或残留离子的存在是产品使役可靠性的最大隐患，特别在高温高湿情况下(比如我国南方地区的雨季时，环境温度高且空气湿度大)，电子产品的可靠性面临巨大考验。免清洗助焊剂的使用要首要保证电子产品的焊后可靠性，这就要求助焊剂焊后应具有较高的表面绝缘电阻，焊后残留特别是离子残留应控制在一个合理的水平。目前国内的免清洗助焊剂大部分使用的是松香树脂体系，焊接后虽可以达到免清洗的标准，但松香属于高沸点难挥发物质，焊接后松香完全残留在焊点上，对于残留要求高的产品，以前的工艺是用清洗剂去清洗残留物。

公开号为CN 105728986 A的中国专利申请公开了一种免洗型助焊剂，该助焊剂由以下重量份的原料组成：松香树脂10-15份、醋酸丁酯5-10份、碳酸钠1-3份、葵二酸1-3份、脂肪酸甘油酯1-2份、氧化锌1-5份、1,4-二(2-乙基己基)丁二酸酯磺酸钠盐3-5份、二季铵化聚二甲基硅氧烷5-10份。该助焊剂不仅含有松香树脂存在残留的风险，而且配方中的醋酸丁酯、脂肪酸甘油酯沸点低，在焊接过程中过早挥发，葵二酸中的H⁺过早失去电离环境，不能很好发挥活性作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种无卤免清洗助焊剂。所述的助焊剂不含卤素、不含松香，残留物少，达到免清洗的要求，并且高阻抗、高润湿，可焊性好，不形成锡球，不桥连。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种无卤免清洗助焊剂，按质量百分比计，包括以下组分：

所述的多支链醇选自2-己基-1-癸醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,4-二甲基-2,4-戊二醇、异构十醇、2-辛基十二烷醇、2-乙基-1,3-己二醇、异构十三醇中的至少一种。

优选，所述的多支链醇为2-己基-1-癸醇、异构十醇和2-乙基-1,3-己二醇以1:(2～3):(2～3)的质量比组成。

所述的烷基醇胺选自二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺中的至少一种。

所述的有机酸选自丙二酸、邻苯二甲酸、酒石酸、水杨酸、富马酸、柠檬酸、苹果酸、乙醇酸、乳酸、丁二酸中的至少一种。

所述的含巯基的季戊四醇酯为季戊四醇四巯基乙酸酯、季戊四醇四巯基丙酸酯、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)或季戊四醇四(巯基乙酸酯)。

所述的溶剂为亲/疏水性溶剂，选自二乙二醇一乙醚、二乙二醇一丁醚、丙二醇一甲醚、二丙二醇一甲醚、丙二醇一丁醚、二丙二醇一丁醚中的至少一种。

优选，所述的溶剂为二乙二醇一乙醚和二丙二醇一丁醚以1:(1～1.5)的质量比组成。

本发明助焊剂中的多支链醇具有粘度大、粘度范围大、渗透性、铺展性和润湿性佳的优点，在一定的用量范围内＞40％，可显著增加助焊剂体系的初粘性，提高粘接强度，可替代松香或其衍生物，赋予焊膏一定的粘性，便于粘贴待焊元件，同时其优越的铺展性和润湿性可使助焊剂在不添加表面活性剂的情况下，仍能获得高的扩展率，可焊性好。所述的多支链醇沸点在190～270℃范围，沸点适中，在焊接过程中能与焊料充分作用，很好地完成焊接过程，并最终能挥发除去，残留少。

本发明使用有机酸和烷基醇胺复配作为活性剂，两者的协同作用在发挥助焊活性的同时避免腐蚀，有利于提高助焊剂的稳定性。

本发明的含巯基的季戊四醇酯是一种含有四个游离巯基的酯类物质，其巯基是一个强吸附基团，容易与金属表面上空原子轨道配位，同时，吸附基团可以直接吸附在金属表面从而起到缓蚀作用，增加结合力。能够填补吸附在金属表面的烷基醇胺与金属之间的空隙，从而发挥很好的协同作用，增加缓蚀剂作用。

所述的十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐，能在金属表面形成保护膜，减缓助焊剂与合金焊粉之间的作用，该保护膜可以在室温下稳定存在以确保焊膏的存贮稳定性，而在高温回流过程中可以分解，不会影响焊膏的焊接性能，因此使焊膏同时具备优异的存贮稳定性和焊接性。同时具有酸中和及助溶性能，有助于提高助焊剂的稳定性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的助焊剂不含卤素、不含松香，无需添加表面活性剂即可具有优异的焊接性能，能有效去除金属氧化膜，使焊点光亮饱满，并具有良好的铺展性能，抑制锡桥的形成，残留物少，满足免清洗的要求。

(2)本发明的助焊剂适应于焊接工艺的温度变化，能有效维持焊料的熔融性，抑制焊锡球的产生，从而提高电子封装品质，延长作业时间，在锡膏的保存状态下能抑制焊料合金和活化剂的反应，在加热时维持焊料的熔融性，具有很好的操作性。

(3)本发明的助焊剂适用于无铅焊接，焊点可靠性高，特别适用于高端精密电子产品的封装需求。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1无卤免清洗助焊剂的制备

一种无卤免清洗助焊剂，按质量百分比计，包括以下组分：2-己基-1-癸醇10％、异构十醇20％、2-乙基-1,3-己二醇20％、丙二酸10％、三乙醇胺5％、季戊四醇四巯基乙酸酯4％、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐2％、二乙二醇一乙醚12％和二丙二醇一丁醚17％。

制备方法：将丙二酸和三乙醇胺加至反应釜中，加热至105℃，搅拌30min，使其充分反应，得到酸铵盐；在另外一个反应釜中，加入2-己基-1-癸醇、异构十醇、2-乙基-1,3-己二醇、季戊四醇四巯基乙酸酯、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐加热至100℃，搅拌至物料溶解完全，降温至80℃后，加入酸铵盐、二乙二醇一乙醚、二丙二醇一丁醚，搅拌混匀，冷却至室温，静置，得到无卤免清洗助焊剂。

实施例2无卤免清洗助焊剂的制备

一种无卤免清洗助焊剂，按质量百分比计，包括以下组分：2-己基-1-癸醇8％、异构十醇16％、2-乙基-1,3-己二醇16％、酒石酸15％、二乙醇胺9％、季戊四醇四巯基丙酸酯5％、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐2％、二乙二醇一乙醚14％和二丙二醇一丁醚15％。

制备步骤参考实施例1。

实施例3无卤免清洗助焊剂的制备

一种无卤免清洗助焊剂，按质量百分比计，包括以下组分：2-甲基-2,4-戊二醇26％、2-辛基十二烷醇26％、酒石酸12％、异丙醇胺8％、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)2％、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐3％、二乙二醇一丁醚23％。

制备步骤参考实施例1。

实施例4无卤免清洗助焊剂的制备

一种无卤免清洗助焊剂，按质量百分比计，包括以下组分：2,4-二甲基-2,4-戊二醇39％、异构十三醇20％、丙二酸5％、异丙醇胺3％、季戊四醇四(巯基乙酸酯)2％、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐1％、二丙二醇一丁醚30％。

制备步骤参考实施例1。

实施例5无卤免清洗助焊剂的制备

一种无卤免清洗助焊剂，按质量百分比计，包括以下组分：2-辛基十二烷醇30％、2-己基-1-癸醇29％、丙二酸10％、三乙醇胺5％、季戊四醇四巯基丙酸酯3％、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐3％、二乙二醇一乙醚10％、二丙二醇一丁醚10％。

制备步骤参考实施例1。

实施例6无卤免清洗助焊剂的制备

一种无卤免清洗助焊剂，按质量百分比计，包括以下组分：2-己基-1-癸醇10％、异构十醇20％、2-乙基-1,3-己二醇23％、丙二酸8％、三乙醇胺4％、季戊四醇四巯基乙酸酯3％、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐2％、二乙二醇一乙醚12％和二丙二醇一丁醚18％。

制备步骤参考实施例1。

对比例1无卤免清洗助焊剂的制备

对比例1与实施例1的助焊剂区别在于，配方中不含季戊四醇四巯基乙酸酯，相应增加溶剂的比例，其余的组分及配比不变。

对比例2无卤免清洗助焊剂的制备

对比例2与实施例1的助焊剂区别在于，配方中以己硫醇替换季戊四醇四巯基乙酸酯，其余的组分及配比不变。

对比例3无卤免清洗助焊剂的制备

对比例3与实施例1的助焊剂区别在于，配方中不含十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐，相应增加溶剂的比例，其余的组分及配比不变。

对比例4无卤免清洗助焊剂的制备

对比例4的无卤免清洗助焊剂为含松香的助焊剂，并添加脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性剂，其按质量百分比计，包括以下组分：氢化松香8％、丙二酸10％、三乙醇胺5％、季戊四醇四巯基乙酸酯4％、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐2％、脂肪醇聚氧乙烯醚5％、二乙二醇一乙醚30％和二丙二醇一丁醚36％。

制备步骤为：将丙二酸和三乙醇胺加至反应釜中，加热至105℃，搅拌30min，使其充分反应，得到酸铵盐；在另外一个反应釜中，加入氢化松香、二乙二醇一乙醚、二丙二醇一丁醚，加热至110℃，充分搅拌使氢化松香溶解，然后加入季戊四醇四巯基乙酸酯、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌至物料溶解完全，降温至80℃后，加入酸铵盐、搅拌混匀，冷却至室温，静置，得到无卤免清洗助焊剂。

实施例7焊接性能测试

以汉尔信公司无铅焊料Sn3.0Ag0.5Cu作为焊料，按常规锡膏的焊料：助焊剂调配比例，分别结合实施例1-6和对比例1-4制得的无卤免清洗助焊剂配制锡膏，按照SJ/T11389-2009、GB/T 9491-2002、GB/T 11364-2008和IPC-SA-61标准规定的方法对实施例1-6和对比例1-4制得的助焊剂进行焊接性能检测，结果见表1和表2所示。

表1助焊剂的使用性能检测结果

表2助焊剂的使用性能检测结果

组别	表面绝缘电阻(Ω)	锡桥现象	焊点光亮度
				实施例1	4.8×10<sup>11</sup>	无锡桥	好
实施例2	4.0×10<sup>11</sup>	无锡桥	好
				实施例3	4.5×10<sup>11</sup>	无锡桥	好
实施例4	5.3×10<sup>11</sup>	无锡桥	好
				实施例5	4.7×10<sup>11</sup>	无锡桥	好
实施例6	5.1×10<sup>11</sup>	无锡桥	好
				对比例1	4.9×10<sup>11</sup>	无锡桥	稍差
对比例2	5.0×10<sup>11</sup>	无锡桥	一般
				对比例3	4.9×10<sup>11</sup>	无锡桥	稍差
对比例4	3.8×10<sup>11</sup>	有锡桥	一般

结果显示，本发明实施例1-6制得的无卤免清洗助焊剂具有高润湿、高阻抗、无腐蚀、无残留的特点，可有效抑制锡桥形成，使焊点光亮饱满，焊点可靠性高，与无铅焊料复配性好，满足高性能助焊剂的要求，特别适用于高端精密电子产品的封装需求。由对比例1可知，无卤免清洗助焊剂配方中不含季戊四醇四巯基乙酸酯，会降低助焊剂的耐腐蚀性、扩展效果及焊点的光亮度；由对比例2可知，以己硫醇替换季戊四醇四巯基乙酸酯，会降低助焊剂的耐腐蚀性、扩展效果及焊点的光亮度，推测这是由于己硫醇仅含一个巯基，缓蚀效果不如季戊四醇四巯基乙酸酯；由对比例3可知，无卤免清洗助焊剂配方中不含十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐，会降低助焊剂的耐腐蚀性、扩展效果及焊点的光亮度；由对比例4可知，使用松香替换本发明的多支链醇，同时添加表面活性剂，制得的助焊剂具有明显残留，且扩展润湿效果不如本发明的助焊剂，最终形成锡桥，并且焊点光亮度一般。以上结果表明，本发明实施例1-6制得的无卤免清洗助焊剂配方中各成分配比科学，发挥显著的协同效果，具有优异的焊接性能，可靠性高。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无卤免清洗助焊剂，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：

多支链醇为2-己基-1-癸醇、异构十醇和2-乙基-1,3-己二醇以1:(2～3):(2～3)的质量比组成；

所述的含巯基的季戊四醇酯为季戊四醇四巯基乙酸酯或季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)。

2.根据权利要求1所述的无卤免清洗助焊剂，其特征在于，所述的烷基醇胺选自二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的无卤免清洗助焊剂，其特征在于，所述的有机酸选自丙二酸、邻苯二甲酸、酒石酸、水杨酸、富马酸、柠檬酸、苹果酸、乙醇酸、乳酸、丁二酸中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的无卤免清洗助焊剂，其特征在于，所述的溶剂为亲/疏水性溶剂，选自二乙二醇一乙醚、二乙二醇一丁醚、丙二醇一甲醚、二丙二醇一甲醚、丙二醇一丁醚、二丙二醇一丁醚中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的无卤免清洗助焊剂，其特征在于，所述的溶剂为二乙二醇一乙醚和二丙二醇一丁醚以1:(1～1.5)的质量比组成。