CN114986016A - 一种低残留免清洗助焊膏、焊膏及助焊膏的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低残留免清洗助焊膏、焊膏及助焊膏的制备方法，属于电子产品封装/组装用互连材料领域。该助焊膏以重量百分比计包括，酚类抗氧剂30‑60wt％，活性剂5‑15wt％和触变剂2‑8wt％，余量为溶剂。酚类抗氧化剂在焊接后可完全挥发，制备的焊膏焊后残留量极低，不用清洗，可靠性高。助焊膏中酚类抗氧化剂的加入有效提升了焊膏的抗氧化性能，对焊接过程中的焊粉具有更好的保护作用，能够降低焊粉二次氧化机会，提高焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品封装/组装用互连材料领域，具体涉及一种低残留免清洗助焊膏、焊膏及助焊膏的制备方法。
背景技术
传统的焊膏主要由85-90wt％左右的锡基合金粉和10-15wt％左右的助焊膏合成。传统的助焊膏通常含有30-60wt％的松香树脂，起到调整焊膏粘稠度，和防止焊接过程焊粉二次氧化的作用。松香树脂作为助焊膏中一类主要的材料，对焊膏的操作性和焊接性能起着重要的作用，但在焊接完成后会作为主要不挥发成分，残留在焊点表面或附近。总的残留量通常占焊点总重量的6-8wt％，这些残留松香树脂会导致焊接区域具有不良外观，甚至损害焊料与电子元件引脚的接触，导致电路之间的绝缘电阻降低，致使电路断裂或断开。
对于可靠性要求较高的电子产品，通常在焊接后需要对线路板进行清洗处理，以去掉残余物，进而增加电子产品的使用寿命，通常会使用以氟化和氯化溶剂为基础的清洁剂进行清洁。但是清洗剂的使用会对环境造成污染，在现阶段使用受到管制，并且会增加生产成本。
专利CN200780024743.0公开了一种“用于半导体器件应用的免清洗无残留焊膏”，其介绍了半导体用焊膏用的助焊膏中氢化松香含量(wt％)为10-25wt％，使用时最高温度在330-360℃之间，超过300℃的时间大约在10分钟左右，在这种条件下氢化松香的挥发量相对较多。对于常规的SMT焊接工艺，温度一般不超过260℃，高于200℃的时间一般不超过5分钟，在这种条件下松香挥发的速率偏低，残留量较多，仍然需要使用有机溶剂进行清洗才能满足无残留的要求。
专利EP2038086B1公开了一种助焊膏，使用“高粘性溶剂”以保证焊膏较高的粘度和流变性，并且可以在焊接过程中全部挥发，但依然需要使用10-25wt％的松香以保证良好的焊接质量。
专利CN109877484A公开了一种无残留的焊膏，主要使用高粘性的复合溶剂体系代替松香，以起到很好的粘接作用，并使用聚碳酸酯多元醇提高润湿性和粘结强度，焊接完后可以完全挥发，达到无残留的效果。但这些溶剂的作用主要是在于提高焊膏粘稠度和可操作性，对焊接过程中防止焊粉的二次氧化作用有限，最终影响焊接的质量。
因此，本领域技术人员希望开发一种焊后残留量低并且具有良好抗氧化性能，可靠性高的焊膏。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种低残留免清洗助焊膏、焊膏及助焊膏的制备方法。助焊膏中的酚类抗氧化剂在焊接后可完全挥发，制备的焊膏焊后残留量极低，不用清洗，可靠性高。酚类抗氧化剂的加入有效提升了焊膏的抗氧化性能，对焊接过程中的焊粉具有更好的保护作用，能够降低焊粉二次氧化机会，提高焊接质量。
为了实现以上目的，本发明第一方面提供一种低残留免清洗助焊膏，技术方案如下：
一种助焊膏，所述助焊膏以重量百分比计包括，酚类抗氧剂30-60wt％，活性剂5-15wt％和触变剂2-8wt％，余量为溶剂。
优选地，所述酚类抗氧化剂包括2,6-二叔丁基对甲酚、2-甲基对苯二酚、苯二酚、对氨基苯酚、2,4,6-三叔丁基苯酚、特丁基对苯二酚中的一种或多种。
本发明采用的酚类抗氧剂，其具有至少一个羟基，该羟基具有优先与氧反应并提供氢原子的作用，起到抗氧化和还原的作用，能够降低焊粉的二次氧化，提升焊膏的焊接质量。其溶解后具有一定的粘稠度，可为焊膏提供良好的粘黏性和操作性能。并且在焊接过程中不易碳化，焊接完成后可完全挥发，无残留。
优选地，所述活性剂包括丁二酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、苹果酸、苯基丁二酸和邻苯二甲酸中的一种或多种。
优选地，所述触变剂为改性氢化蓖麻油、脂肪聚酰胺、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯、改性甘油基三-12-羟基硬脂酸酯中的一种或多种。
优选地，所述溶剂包括2-乙基-1,3-己二醇、二乙二醇己醚和三丙二醇丁醚中的一种或多种。
优选地，所述助焊膏，还包括，5wt％以下的树脂。
优选地，所述树脂包括松香、石油树脂、萜烯树脂中的一种或多种。
本发明第二方面提供一种本发明第一方面所述助焊膏的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将所述抗氧剂加入至所述溶剂中，可选的加入所述树脂，在100-170℃温度下搅拌10-60min至溶解；
第二步，依次加入活性剂和触变剂，搅拌10-40min，在搅拌条件下冷却至室温。
优选地，所述第一步中搅拌温度优选为110-160℃，例如为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃等；优选为120℃、130℃、150℃。
优选地，所述第一步中搅拌时间优选为30-40min；所述第二步中搅拌时间优选为20-30min。
本发明第三方面提供一种焊膏，其包括本发明第一方面所述的助焊膏，其中，以重量百分比计；
所述焊粉为80-90wt％，所述助焊膏为10-20wt％。
优选地，采用所述焊膏的焊点残留量低于2wt％。在一些具体实施例中，本发明采用所述焊膏的焊点残留量低于1.5wt％，最低可为0.60wt％。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1.本发明制备的焊膏焊后残留量极低，小于1.50wt％，不用清洗，可靠性高。
2.本发明制备的助焊膏中加入的酚类抗氧化剂有效提升了焊膏的抗氧化性能，对焊接过程中的焊粉具有更好的保护作用，能够降低焊粉二次氧化机会，提高焊接质量。
3.本发明制备的助焊膏中加入的酚类抗氧化剂溶解后具有一定的粘稠度，可为焊膏提供良好的粘黏性和操作性能。并且在焊接过程中不易碳化，焊后可完全挥发，无残留。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施例对本发明所述的技术方案做进一步说明，但本发明不仅限于此。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。除非另有说明，实施例中使用的原料和试剂均为市售商品。本文未记载的试剂、仪器或操作步骤均是本领域普通技术人员可常规确定的内容。
实施例1
本实施例提供的一种低残留免清洗焊膏，由90wt％重量的SnBi35Ag1-T4焊粉，和10wt％的助焊膏混合制备而成。
上述助焊膏由以下重量百分含量的原料组成：2,6-二叔丁基对甲酚50wt％、丁二酸wt％、己二酸10wt％、改性氢化蓖麻油6wt％、二乙二醇己醚17wt％、2-乙基-1,3-己二醇15wt％。
上述助焊膏的制备方法包括以下步骤：
将2,6-二叔丁基对甲酚、二乙二醇己醚和2-乙基-1,3-己二醇混合，在120℃下搅拌30min，然后依次加入丁二酸、己二酸、改性氢化蓖麻油，搅拌30min，然后在搅拌条件下冷却至室温。
实施例2
本实施例提供的一种低残留免清洗焊膏，由90wt％重量的SnPb37-T4焊粉，和10wt％的助焊膏混合制备而成。
上述助焊膏由以下重量百分含量的原料组成：2-甲基对苯二酚15wt％、苯二酚15wt％、萜烯树脂2wt％、苯基丁二酸15wt％、脂肪聚酰胺8wt％、三丙二醇丁醚32wt％、2-乙基-1,3-己二醇13wt％。
上述助焊膏的制备方法包括以下步骤：
将2-甲基对苯二酚、苯二酚、萜烯树脂、三丙二醇丁醚、2-乙基-1,3-己二醇混合，在130℃下搅拌40min，然后依次加入苯基丁二酸、脂肪聚酰胺，搅拌30min，然后在搅拌条件下冷却至室温。
实施例3
本实施例提供的一种低残留免清洗焊膏，由88.5wt％重量的SnAg0.3Cu0.7-T4焊粉，和11.5wt％的助焊膏混合制备而成。
上述助焊膏由以下重量百分含量的原料组成：特丁基对苯二酚20wt％、苯二酚34wt％、松香3wt％、苹果酸2wt％、壬二酸3wt％、改性氢化蓖麻油2wt％、二乙二醇己醚18wt％、2-乙基-1,3-己二醇18wt％。
上述助焊膏的制备方法包括以下步骤：
将特丁基对苯二酚、苯二酚、松香、二乙二醇己醚、2-乙基-1,3-己二醇混合，150℃下搅拌40min，然后依次加入苹果酸、壬二酸、改性氢化蓖麻油，搅拌20min，然后在搅拌条件下冷却至室温。
实施例4
本实施例提供的一种低残留免清洗焊膏，由85wt％重量的Sn5Pb92.5Ag2.5-T4焊粉，和15wt％的助焊膏混合制备而成。
上述助焊膏由以下重量百分含量的原料组成：特丁基对苯二酚20wt％、2,6-二叔丁基对甲酚25wt％、萜烯树脂3wt％、石油树脂2wt％、苹果酸1wt％、邻苯二甲酸5wt％、壬二酸2wt％、改性氢化蓖麻油2wt％、脂肪聚酰胺4wt％、二乙二醇己醚18wt％、2-乙基-1,3-己二醇18wt％。
上述助焊膏的制备方法包括以下步骤：
将特丁基对苯二酚、2,6-二叔丁基对甲酚、萜烯树脂、石油树脂、二乙二醇己醚、2-乙基-1,3-己二醇混合，在150℃下搅拌40min，然后依次加入苹果酸、邻苯二甲酸、壬二酸、改性氢化蓖麻油、脂肪聚酰胺，搅拌30min，然后在搅拌条件下冷却至室温。
实施例5
本实施例提供的一种低残留免清洗焊膏，由80wt％重量的SnAg3Cu0.5-T7焊粉，和20wt％的助焊膏混合制备而成。
上述助焊膏由以下重量百分含量的原料组成：对氨基苯酚20wt％、特丁基对苯二酚40wt％、松香4wt％、苯基丁二酸5wt％、脂肪聚酰胺2wt％、三丙二醇丁醚29wt％。
上述助焊膏的制备方法包括以下步骤：
将对氨基苯酚、特丁基对苯二酚、松香、三丙二醇丁醚混合，在150℃下搅拌40min，然后依次加入苯基丁二酸、脂肪聚酰胺，搅拌20min，然后在搅拌条件下冷却至室温。
实施例6
本实施例提供的一种低残留免清洗焊膏，由89.5wt％重量的SnBi42.3Sb2Ag0.5-T4焊粉，和10.5wt％的助焊膏混合制备而成。
上述助焊膏由以下重量百分含量的原料组成：2,4-6-三叔丁基苯酚24wt％、2,6-二叔丁基对甲酚20wt％、萜烯树脂3wt％、石油树脂2wt％、丁二酸1wt％、苯基丁二酸5wt％、壬二酸1wt％、脂肪聚酰胺4wt％、2-乙基-1,3-己二醇40wt％。
上述助焊膏的制备方法包括以下步骤：
将2,4-6-三叔丁基苯酚、2,6-二叔丁基对甲酚、萜烯树脂、石油树脂、2-乙基-1,3-己二醇混合，在150℃下搅拌40min，然后依次加入丁二酸、苯基丁二酸、壬二酸、脂肪聚酰胺，搅拌25min，然后在搅拌条件下冷却至室温。
实施例7
本实施例提供的一种低残留免清洗焊膏，由90wt％重量的SnPb36.8Ag0.2-T3焊粉，和10wt％的助焊膏混合制备而成。
上述助焊膏由以下重量百分含量的原料组成：特丁基对苯二酚10wt％、2-甲基对苯二酚35wt％、萜烯树脂1wt％、松香2wt％、丁二酸2wt％、己二酸4wt％、壬二酸1wt％、改性氢化蓖麻油3wt％、脂肪聚酰胺4wt％、二乙二醇己醚20wt％、2-乙基-1,3-己二醇18wt％。
上述助焊膏的制备方法包括以下步骤：
将特丁基对苯二酚、2-甲基对苯二酚、萜烯树脂、松香、二乙二醇己醚、2-乙基-1,3-己二醇混合，在150℃下搅拌40min，然后依次加入丁二酸、己二酸、壬二酸、改性氢化蓖麻油、脂肪聚酰胺，搅拌30min，然后在搅拌条件下冷却至室温。
实施例8
本实施例提供的一种低残留免清洗焊膏，由89wt％重量的SnBi58-T4∶SnCu0.7-T4＝1∶1混合焊粉，和11wt％的助焊膏混合制备而成。
上述助焊膏由以下重量百分含量的原料组成：2,6-二叔丁基对甲酚42wt％、萜烯树脂5wt％、邻苯二甲酸5wt％、壬二酸2wt％、改性氢化蓖麻油1wt％、脂肪聚酰胺4wt％、三丙二醇丁醚23wt％、2-乙基-1,3-己二醇18wt％。
上述助焊膏的制备方法包括以下步骤：
将2,6-二叔丁基对甲酚、萜烯树脂、三丙二醇丁醚、2-乙基-1,3-己二醇混合，在150℃下搅拌40min，然后依次加入邻苯二甲酸、壬二酸、改性氢化蓖麻油、脂肪聚酰胺，搅拌30min，然后在搅拌条件下冷却至室温。
对比例1
市售SnBi35Ag1-T4焊膏，为焊粉SnBi35Ag1-T4比例90wt％生产的焊膏。
对比例2
市售SnPb37-T4焊膏，为焊粉SnPb37-T4比例90wt％生产的焊膏。
对比例3
市售SnAg0.3Cu0.7-T4焊膏，为焊粉SnAg0.3Cu0.7-T4比例88.5wt％生产的焊膏。
对比例4
市售Sn5Pb92.5Ag2.5-T4焊膏，为焊粉Sn5Pb92.5Ag2.5-T4比例87wt％生产的焊膏。
测试实验：
将各实施例1-8制备的焊膏和市售焊膏(对比例1-4)进行扩展率、焊点残留量以及表面绝缘电阻的性能测试，测试方法按照表1所示标准进行测试。
测试结果见表1。
表1：
焊点残留量测试方法：本发明专利所述焊点残留量，通过测试焊后的助焊膏残留物，占整个焊后物质(包括焊点和残留物)的重量百分比获得。具体测试方法：
1)取5mm×5mm×0.5mm无氧紫铜片，使用酒精清洗，干燥后称重，记为M0；
2)称取焊膏(0.30±0.03)g，置于紫铜片中心；
3)将样品根据所测试焊膏对应回流曲线，过回流炉焊接，冷却后称重，记为M1；
4)将焊后的样品，置于正溴丙烷中，经充分超声清洗，使用酒精淋洗，干燥后称重，记为M2；
5)焊点残留量，通过如下公式计算：
从表1可以看出，由本申请实施例1-4低残留免清洗焊膏，在扩展率性能上(反映焊膏的焊接性能)完全能够达到并优于对应的对比例1-4常规焊膏水平，在残留量上明显低于对比例的残留量，表面绝缘电阻方面较对比例具有明显优势，焊后残留无需清洗，具有更高的可靠性。
实施例5-8是采用与实施例1-4不同的焊粉，使用本发明提供的助焊膏，制备的低残留免清洗焊膏。从表1可以看出，其均具有优异的焊接性能，残留量＜1.5wt％，显著少于常规锡膏6-8wt％的残留量，表面绝缘电阻高，焊后无需清洗，可靠性高。
由此可以看出，使用本发明提供的助焊膏，不仅制备的包含有市售焊膏相同焊粉的焊膏残留量极低，具有优异的焊接性能，表面绝缘电阻方具有明显优势，焊后残留无需清洗，具有更高的可靠性，并且制备的包含有不同于市售焊膏焊粉的焊膏具有同样极低的残留量，优异的焊接性能，高表面绝缘电阻以及高可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种助焊膏，其特征在于，所述助焊膏以重量百分比计包括，酚类抗氧剂30-60wt％，活性剂5-15wt％和触变剂2-8wt％，余量为溶剂。
2.根据权利要求1所述的助焊膏，其特征在于，所述酚类抗氧化剂包括2,6-二叔丁基对甲酚、2-甲基对苯二酚、苯二酚、对氨基苯酚、2,4,6-三叔丁基苯酚、特丁基对苯二酚中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的助焊膏，其特征在于，所述活性剂包括丁二酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、苹果酸、苯基丁二酸和邻苯二甲酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的助焊膏，其特征在于，所述触变剂为改性氢化蓖麻油、脂肪聚酰胺、甘油基三-12-羟基硬脂酸酯、改性甘油基三-12-羟基硬脂酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的助焊膏，其特征在于，所述溶剂包括2-乙基-1,3-己二醇、二乙二醇己醚和三丙二醇丁醚中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的助焊膏，其特征在于，还包括，5wt％以下的树脂。
7.根据权利要求6所述的助焊膏，其特征在于，所述树脂包括松香、石油树脂、萜烯树脂中的一种或多种。
8.一种权利要求1-7所述助焊膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述抗氧剂加入至所述溶剂中，可选的加入所述树脂，在100-170℃温度下搅拌10-60min至溶解；
依次加入活性剂和触变剂，搅拌10-40min，在搅拌条件下冷却至室温。
9.一种焊膏，其特征在于，包括焊粉和权利要求1-7任一项所述的助焊膏，其中，以重量百分比计；
所述焊粉为80-90wt％，所述助焊膏为10-20wt％。
10.根据权利要求9所述的焊膏，其特征在于，采用所述焊膏的焊点残留量低于2wt％。
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