CN113070608B - 一种高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于助焊剂技术领域，尤其涉及一种高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，包括以下质量百分比的组成：松香树脂70～86％、异丙醇9～15％、丙酮2～5％、抗氧化剂2～5％、缓蚀剂0.1～1％、表面活性剂0.1～2％、润湿增强剂0.1～2％；其中，所述表面活性剂包括烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯；所述润湿增强剂包括二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。相比于现有技术，本发明的助焊剂活性高、润湿性好，能防止表面挂锡及焊接偏位，而且焊接过程无烟无刺鼻气味无毒性物质排放，焊接后芯片表面无残留免清洗。

Description

一种高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂

技术领域

本发明属于助焊剂技术领域，尤其涉及一种高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂。

背景技术

高压硅堆是一种硅高频高压整流二极管，工作电压在几千伏至几万伏之间。它之所以能有如此高的耐压本领，是因为它的内部是由若干个硅高频二极管芯片串联起来组合而成的。通常地，各个硅高频二极管芯片之间形成堆叠式结构，相邻两个硅高频二极管芯片之间通过焊片并借助助焊剂焊接在一起。然而，现有的助焊剂焊接后会存在挂锡和焊接偏位的问题。

助焊剂通常是以松香为主要成分的混合物。传统的松香型助焊剂主要成分为松香和溶剂，还含有卤素成分，焊接过程会产生烟气、焊接后残留物多、腐蚀性强，如果残留物未得到有效清除，将会对产品的绝缘性能带来影响，导致产品的质量稳定性差，必须清洗才能保证电子产品的工作寿命和电器性能。然而清洗技术和工艺步骤较多，使得操作不便，且许多清洗剂含有对环境造成危害的成分，不利于环保。

除此之外，由于现有的部分硅高频二极管芯片是采用玻璃钝化工艺制作的，焊接时容易出现挂锡以及焊接偏位的现象，容易造成高压硅堆在使用过程中发生短路。因此，其对助焊剂的要求更高，其不仅要求焊接过程无烟无刺鼻气味无毒性物质排放以及焊接后芯片表面无残留免清洗，其还要求助焊剂活性高、润湿性好，能避免挂锡以及焊接偏位。

鉴于此，确有必要提供一种新的环保助焊剂以适用于高压硅堆堆叠式芯片的焊接。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，旨在解决目前助焊剂焊接后会存在挂锡和焊接偏位的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，包括以下质量百分比的组成：松香树脂70～86％、异丙醇9～15％、丙酮2～5％、抗氧化剂2～5％、缓蚀剂0.1～1％、表面活性剂0.1～2％、润湿增强剂0.1～2％；

其中，所述表面活性剂包括烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯；所述润湿增强剂包括二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

优选地，所述抗氧化剂包括苯并三氮唑和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

优选地，所述缓蚀剂包括质量比为(3～4)：2：1的双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸和膦酰基羧酸。

优选地，所述表面活性剂包括质量比为1：3：(1～2)的烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯。

优选地，所述润湿增强剂包括质量比为1：1：(1.5～2.5)的二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

优选地，高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂包括以下质量百分比的组成：松香树脂76～80％、异丙醇11～13％、丙酮2.5～4.5％、抗氧化剂2.5～4％、缓蚀剂0.3～0.8％、表面活性剂0.5～1.8％、润湿增强剂0.5～1.5％。

优选地，高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂包括以下质量百分比的组成：松香树脂78％、异丙醇12％、丙酮4％、抗氧化剂3％、缓蚀剂0.5％、表面活性剂1.5％、润湿增强剂1％。

优选地，高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂的制备方法包括以下步骤：

1)按照所述质量百分比称取各配方组分，将松香树脂加入至异丙醇和丙酮的混合溶剂中，连续搅拌45～60min，得到混合溶液；

2)将抗氧化剂、缓蚀剂和润湿增强剂混合，连续搅拌20～30min，得到混合物；

3)将步骤2)得到的混合物缓慢加入到步骤1)的得到的混合溶液中，搅拌20～30min，加入表面活性剂后，继续搅拌10～15min，使得原料充分溶解且混合均匀，得到环保助焊剂。

相比于现有技术，本发明的技术方案至少具有以下有益效果：

本发明的助焊剂使用不含卤素的材料，各材料复配合理，助焊剂活性高、润湿性好、能防止芯片表面挂锡及焊接偏位，而且焊接过程无烟无刺鼻气味无毒性物质排放，焊接后芯片表面无残留免清洗。具体的，选用含量合适(70～86％)的松香树脂，既能确保助焊剂的活性，又便于控制助焊剂的黏度，一方面，其使得助焊剂流动性好，能有效防止芯片表面挂锡及焊接偏位，另一方面，其能确保焊后无残留免清洗；而表面活性剂是绿色温和型表面活性剂，其中烷基葡萄糖酰胺中的酰胺键具有良好的耐热性能，与另外两者搭配使用，对被焊接表面起到更好的保护作用。另外，本发明还添加了缓蚀剂和润湿增强剂，缓蚀剂的加入使得焊后表面被保护，具有防潮、防霉、防腐蚀性能；润湿增强剂则能改善助焊剂本身的流动性和润湿力，增强助焊剂在被焊接金属表面上的润湿。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，包括以下质量百分比的组成：松香树脂78％、异丙醇12％、丙酮4％、抗氧化剂3％、缓蚀剂0.5％、表面活性剂1.5％、润湿增强剂1％；其中，抗氧化剂包括苯并三氮唑和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；缓蚀剂包括质量比为3.6：2：1的双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸和膦酰基羧酸；表面活性剂包括质量比为1：3：1.7的烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯；润湿增强剂包括质量比为1：1：2.2的二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

该高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂的制备方法包括以下步骤：

1)按照以上质量百分比称取各配方组分，将松香树脂加入至异丙醇和丙酮的混合溶剂中，连续搅拌45～60min，得到混合溶液；

2)将抗氧化剂、缓蚀剂和润湿增强剂混合，连续搅拌20～30min，得到混合物；

3)将步骤2)得到的混合物缓慢加入到步骤1)的得到的混合溶液中，搅拌20～30min，加入表面活性剂后，继续搅拌10～15min，使得原料充分溶解且混合均匀，得到环保助焊剂。

实施例2

与实施例1不同的是：

本实施例的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂包括以下质量百分比的组成：松香树脂70％、异丙醇15％、丙酮5％、抗氧化剂5％、缓蚀剂1％、表面活性剂2％、润湿增强剂2％。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例3

与实施例1不同的是：

本实施例的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂包括以下质量百分比的组成：松香树脂76％、异丙醇13％、丙酮4％、抗氧化剂4％、缓蚀剂0.7％、表面活性剂0.8％、润湿增强剂1.5％。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例4

与实施例1不同的是：

本实施例的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂包括以下质量百分比的组成：松香树脂80％、异丙醇12％、丙酮3％、抗氧化剂3％、缓蚀剂0.5％、表面活性剂0.6％、润湿增强剂0.9％。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例5

与实施例1不同的是：

本实施例的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂包括以下质量百分比的组成：松香树脂86％、异丙醇9％、丙酮2％、抗氧化剂2％、缓蚀剂0.2％、表面活性剂0.4％、润湿增强剂0.4％。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例6

与实施例1不同的是：

本实施例的缓蚀剂包括质量比为3：2：1的双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸和膦酰基羧酸。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例7

与实施例1不同的是：

本实施例的缓蚀剂包括质量比为3.2：2：1的双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸和膦酰基羧酸。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例8

与实施例1不同的是：

本实施例的缓蚀剂包括质量比为4：2：1的双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸和膦酰基羧酸。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例9

与实施例1不同的是：

本实施例的表面活性剂包括质量比为1：3：1的烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例10

与实施例1不同的是：

本实施例的表面活性剂包括质量比为1：3：1.4的烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例11

与实施例1不同的是：

本实施例的表面活性剂包括质量比为1：3：2的烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例12

与实施例1不同的是：

本实施例的润湿增强剂包括质量比为1：1：1.5的二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例13

与实施例1不同的是：

本实施例的润湿增强剂包括质量比为1：1：1.8的二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例14

与实施例1不同的是：

本实施例的润湿增强剂包括质量比为1：1：2.5的二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例1

与实施例1不同的是：

本对比例的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂包括以下质量百分比的组成：松香树脂66％、异丙醇18％、丙酮6％、抗氧化剂5％、缓蚀剂1％、表面活性剂2％、润湿增强剂2％。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例2

与实施例1不同的是：

本对比例的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂包括以下质量百分比的组成：松香树脂88％、异丙醇8％、丙酮2％、抗氧化剂1％、缓蚀剂0.2％、表面活性剂0.4％、润湿增强剂0.4％。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例3

与实施例1不同的是：

本对比例的缓蚀剂包括质量比为2：2：1的双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸和膦酰基羧酸。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例4

与实施例1不同的是：

本对比例的缓蚀剂包括质量比为5：2：1的双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸和膦酰基羧酸。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例5

与实施例1不同的是：

本对比例的表面活性剂包括质量比为1：3：0.6的烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例6

与实施例1不同的是：

本对比例的表面活性剂包括质量比为1：3：2.4的烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例7

与实施例1不同的是：

本对比例的润湿增强剂包括质量比为1：1：1的二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例8

与实施例1不同的是：

本对比例的润湿增强剂包括质量比为1：1：3的二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例9

与实施例1不同的是：

本对比例的抗氧化剂为抗氧化剂1010。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例10

与实施例1不同的是：

本对比例的缓蚀剂为质量比为3.6：2的双咪唑啉季铵盐和氨基三亚甲基膦酸。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例11

与实施例1不同的是：

本对比例的表面活性剂为质量比为3：1.7的辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯。

其余同实施例1，这里不再赘述。

对比例12

与实施例1不同的是：

本对比例的润湿增强剂为二甘醇甲醚。

其余同实施例1，这里不再赘述。

性能测试

对以上实施例和对比例制得的助焊剂按照相关标准进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1测试结果

由表1的测试结果可以看出：

1)由实施例1～5以及对比例1～2对比可以看出，当松香树脂的含量过少(低于70％)时，焊后表面残留物较多，因为松香树脂含量过少时，助焊剂的粘度较难控制且活性太强；而当松香树脂的含量过多(高于86％)时，产品不良率较高，这是因为松香树脂的含量过多时，助焊剂的活性会较差，从而容易导致挂锡和偏位。其中，以实施例1的松香助焊剂性能最优。

2)由实施例1和对比例9对比可以看出，采用本发明的两者抗氧化剂复配时助焊剂的性能明显优于采用抗氧化剂1010。

3)由实施例1、6～8以及对比例3～4和10对比可以看出，当缓蚀剂中不含有膦酰基羧酸(对比例10)或膦酰基羧酸在所有缓蚀剂中的占比过多(对比例3)或过少(对比例4)时，助焊剂的性能明显较差。由于膦酰基羧酸分子中的膦酰基基团的P原子和O原子对HOMO轨道电荷密度贡献较大,且其轨道电子布居数均大于1，因此比较容易通过膦基与金属形成吸附位而对焊接表面具有良好的缓蚀作用，而且采用膦酰基羧酸与双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸复配具有协同增效作用。

4)由实施例1、9～11以及对比例5～6和11对比可以看出，当表面活性剂中不含有烷基葡萄糖酰胺(对比例11)或烷基葡萄糖酰胺在表面活性剂中的占比过多(对比例3)或过少(对比例4)时，助焊剂的各项性能相对较差，这是因为烷基葡萄糖酰胺是温和的绿色表面活性剂，其与适量的其他表面活性剂复配时，能改善烷基葡萄糖酰胺的性能，进而使得本发明的表面活性剂作用效果更优。

5)由实施例1、12～14以及对比例7～8和12对比可以看出，润湿增强剂对改善助焊剂的扩展率和相对润湿力具有明显的效果，特别是当润湿增强剂中同时含有醇醚和有机酸酯时，效果更佳。由此可见，本发明的润湿增强剂能改善助焊剂本身的流动性和润湿力，增强助焊剂在被焊接芯片表面上的润湿。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，其特征在于，包括以下质量百分比的组成：松香树脂70～86％、异丙醇9～15％、丙酮2～5％、抗氧化剂2～5％、缓蚀剂0.1～1％、表面活性剂0.1～2％、润湿增强剂0.1～2％；

其中，所述表面活性剂包括烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯；所述润湿增强剂包括二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯；所述缓蚀剂包括质量比为(3～4)：2：1的双咪唑啉季铵盐、氨基三亚甲基膦酸和膦酰基羧酸。

2.根据权利要求1所述的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，其特征在于，所述抗氧化剂包括苯并三氮唑和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

3.根据权利要求1所述的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，其特征在于，所述表面活性剂包括质量比为1：3：(1～2)的烷基葡萄糖酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚和磷酸酯。

4.根据权利要求1所述的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，其特征在于，所述润湿增强剂包括质量比为1：1：(1.5～2.5)的二甘醇甲醚、丙二醇苯醚和混合酯。

5.根据权利要求1～4任一项所述的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，其特征在于，包括以下质量百分比的组成：松香树脂76～80％、异丙醇11～13％、丙酮2.5～4.5％、抗氧化剂2.5～4％、缓蚀剂0.3～0.8％、表面活性剂0.5～1.8％、润湿增强剂0.5～1.5％。

6.根据权利要求5所述的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，其特征在于，包括以下质量百分比的组成：松香树脂78％、异丙醇12％、丙酮4％、抗氧化剂3％、缓蚀剂0.5％、表面活性剂1.5％、润湿增强剂1％。

7.根据权利要求1所述的高压硅堆堆叠式芯片环保助焊剂，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

1)按照所述质量百分比称取各配方组分，将松香树脂加入至异丙醇和丙酮的混合溶剂中，连续搅拌45～60min，得到混合溶液；

2)将抗氧化剂、缓蚀剂和润湿增强剂混合，连续搅拌20～30min，得到混合物；

3)将步骤2)得到的混合物缓慢加入到步骤1)的得到的混合溶液中，搅拌20～30min，加入表面活性剂后，继续搅拌10～15min，使得原料充分溶解且混合均匀，得到环保助焊剂。