專利名稱：一種松香型無鹵素免清洗助焊劑及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子封裝焊膏用助焊劑領(lǐng)域，具體涉及一種界面IMC可控制的松香型無鹵素免清洗助焊劑及其制備和應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品向微型化、薄型化、高精度化的方向發(fā)展，表面組裝技術(shù)(SMT)成為電子組裝行業(yè)里最流行的技術(shù)和工藝之一。焊膏是SMT中不可缺少的材料，其性能直接影響到焊接質(zhì)量，決定著電子產(chǎn)品的質(zhì)量。助焊劑是焊膏的重要組成成分，其主要由溶劑、活性劑、成膜劑、緩蝕劑等組成，助焊劑的不同成分起著特定的作用，其中緩蝕劑的主要作用是防止助焊劑中活性物質(zhì)腐蝕焊料金屬和銅襯底。熔融的焊料金屬與Cu襯底會(huì)形成界面IMC，界面IMC是影響焊點(diǎn)可靠性的關(guān)鍵因素，焊接過程中界面IMC迅速生長，過厚的IMC導(dǎo)致焊點(diǎn)性能變差，可靠性降低。 如何控制界面IMC的生長，獲得理想的焊點(diǎn)成為人們關(guān)心的熱點(diǎn)問題。以往的研究大多集中在對(duì)焊料進(jìn)行合金化、襯底表面處理等，以達(dá)到改善IMC組織形貌的目的，如YU D Q等在 Journal of Alloys and Compounds (2004, 376 (1-2) :170-175)上報(bào)道對(duì)Sn_2. 5Ag_0. 7Cu 合金進(jìn)行稀土 RE合金化，添加稀土后焊料基體及焊后界面IMC細(xì)化明顯，剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度相應(yīng)提高；LIN Y C等在kripta Materialia (2007, 56 (1) :49-52)上報(bào)道磷含量對(duì) SnAgCu/Ni-P界面相Ni-Sn-P的生長起決定性作用，通過P含量的改變對(duì)IMC生長進(jìn)行控制；而從助焊劑方面考慮解決這一問題的文獻(xiàn)確鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的是開發(fā)一種適用無鉛錫銀銅焊膏用的新型助焊劑及其制備和應(yīng)用方法，該助焊劑性能要求包括助焊劑助焊性能好，用所研制的助焊劑配成的焊膏印刷性能好， 焊后殘留少，腐蝕性小，焊點(diǎn)界面IMC的生長受到控制，機(jī)械性能優(yōu)良。本發(fā)明的技術(shù)方案是直接從助焊劑入手，通過添加不含任何鹵素的有機(jī)酸和有機(jī)胺活性劑，在不影響潤濕性的同時(shí)很大程度上降低了焊后殘留的腐蝕性，同時(shí)在助焊劑中添加復(fù)配緩蝕劑，通過緩蝕劑的協(xié)同緩釋作用，在襯底表面形成致密完整的保護(hù)膜，阻止或減緩了襯底原子的擴(kuò)散，從而達(dá)到控制界面IMC生長(可有效控制厚度、晶粒度、均勻性等)的目的，焊點(diǎn)的機(jī)械性能也顯著提高。一種錫銀銅系焊膏用松香型無鹵素助焊劑，由以下質(zhì)量百分比的成分制備而成 松香20 50 %，樹脂成膜劑5 25 %，高沸點(diǎn)溶劑30 50 %，活性劑3 8 %，觸變劑2 5%，緩蝕劑0. 3 1%。所述的松香為氫化松香、水白松香、歧化松香、聚合松香、脂松香、松香甘油酯中的一種或多種組合而成。所述的樹脂成膜劑為丙烯酸樹脂、硬脂酸甘油酯、聚乙二醇、環(huán)氧樹脂中的一種或多種組合而成。
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所述的高沸點(diǎn)溶劑為乙二醇、丙三醇、二甘醇、甲基卡必醇、乙二醇單丁醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇丁醚、乙酸乙酯、丁二酸二甲酯、丁二酸二乙酯、N-甲基-2吡咯烷酮中的一種或多種組合而成。所述的活性劑為油酸、硬脂酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、葵二酸、蘋果酸、檸檬酸、 水楊酸、聯(lián)二丙酸、甲基丁二酸、2，3-二羥基甲酸、順丁烯二酸酐、丁二酸胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、十四胺中的一種或多種組合而成。所述的觸變劑為氫化蓖麻油、乙撐雙硬脂酸酰胺、觸變劑6500、觸變劑6650中的一種或多種組合而成。所述的緩蝕劑為苯并三氮唑、咪唑、2-乙基咪唑、2-巰基苯并噻唑、8-羥基喹啉中的二種或多種組合而成。所述的助焊劑的制備方法，具體如下(1)將稱量好的松香、樹脂成膜劑加入高沸點(diǎn)溶劑中，加熱到110 130°C，并攪拌至形成均一混合物；(2)將步驟(1)得到的混合物溫度降到75_80°C，將稱量好的活性劑、觸變劑、緩蝕劑加入其中，在75-80°C保溫下不斷攪拌至完全溶解；(3)將步驟(2)所得混合物以30-50°C /分鐘急速冷卻至室溫，制得助焊劑。所述的助焊劑應(yīng)用于電子產(chǎn)品封裝用焊膏的配制及相應(yīng)的表面封裝焊接工藝。所述的焊膏為無鉛錫銀銅焊膏。發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果該助焊劑完全不含鹵素，選用活度適中的有機(jī)酸、有機(jī)胺作為活性劑，助焊劑腐蝕性小，助焊性優(yōu)越。根據(jù)無鉛焊料的性質(zhì)及焊接原理，科學(xué)選取原材料，所選用的活性劑、 溶劑采用復(fù)配方式，能在整個(gè)焊接過程中都起作用，并在焊接完成時(shí)全部分解揮發(fā)掉，焊后殘留物少，不必清洗，所選用的樹脂成膜劑和松香相容性好，焊接后在PCB板表面上形成一層均勻的電絕緣性樹脂保護(hù)膜，同時(shí)能起到防水、抗腐蝕的作用。該助焊劑通過添加復(fù)配緩蝕劑對(duì)界面IMC的生長進(jìn)行控制，焊膏焊接過程中，助焊劑的活性物質(zhì)對(duì)Cu襯底的氧化膜進(jìn)行清洗，提高潤濕性的同時(shí)也增加了襯底Cu原子的擴(kuò)散。通過緩蝕劑的復(fù)配，它們與 Cu各自形成的保護(hù)膜可以互補(bǔ)，保證了襯底表面的聚合鈍化層的致密性和完整性，從而阻止或減緩了襯底Cu原子向焊料基體中的擴(kuò)散，也降低了焊料基體元素向襯底的擴(kuò)散和反應(yīng)速度，這樣使得IMC的反應(yīng)擴(kuò)散階段明顯受到抑制，晶界擴(kuò)散和體擴(kuò)散階段也受到抑制， IMC的增長速度降低，最終獲得薄而均勻、晶粒細(xì)小的IMC層，從而改善了界面組織性能，提高了焊點(diǎn)的機(jī)械性能。如果緩蝕劑加入的量太少，起不到很好的保護(hù)作用，加入過多則殘留增加，復(fù)配緩蝕劑的添加量在0.3% 之間。


圖1為實(shí)施例1制備的助焊劑；圖2為實(shí)施例2制備的助焊劑；圖3為實(shí)施例3制備的助焊劑。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實(shí)施例1一種電子封裝無鉛焊膏用助焊劑，其組分及含量(wt% )為
氫化松香35聚乙二醇200015甲基卡必醇18二甘醇16丙三醇4丁二酸2.8戊二酸2.2丁二酸胺1.5氫化蓖麻油5苯并三氮唑0.32-巰基苯并噻唑0.2具體配制方法稱量甲基卡必醇、二甘醇、丙三醇置入500毫升的燒杯容器中，按甲基卡必醇二甘醇丙三醇=18 16 4的比例配制溶劑76克；在上述所配溶劑中依次加入70克氫化松香、30克聚乙二醇2000，加熱到115°C，并攪拌至形成均一混合物；將混合物溫度降到78°C，將5. 6克丁二酸、4. 4克戊二酸、3克丁二酸胺、10克氫化蓖麻油、0. 6 克苯并三氮唑、0. 4克2-巰基苯并噻唑依次加入其中，在78°C保溫不斷攪拌至完全溶解；以 50°C /分鐘急速冷卻至室溫，制得所需助焊劑。本實(shí)施例制備出的助焊劑(圖1)，呈半透明粘稠膏體，PH值為5. 6，密度為1. 06g/ cm3。此助焊劑與無鉛Sn3.0Ag0.5Cu焊錫粉按質(zhì)量百分比11.5 88. 5配成焊膏進(jìn)行焊接，焊點(diǎn)飽滿，表面光亮，擴(kuò)展率為82. 5%，焊后殘留少且呈透明狀可以免除清洗，焊點(diǎn)界面 IMC均勻致密，平均厚度為3. 8 μ m，剪切強(qiáng)度達(dá)45. 34Mpa。實(shí)施例2一種電子封裝無鉛焊膏用助焊劑，其組分及含量(wt% )為聚合松香40
氫化松香8
丙烯酸樹脂8
硬脂酸甘油酯4
二乙二醇二丁醚23
丁二酸二乙酯8.4
2，3-二羥基甲酸2.2
己二酸1.5
順丁烯二酸酐1.5
二乙醇胺0.6
乙撐雙硬脂酸酰胺2
苯并三氮唑0.65
8-羥基喹啉0.15具體配制方法稱量二乙二醇二丁醚、丁二酸二乙酯置入500毫升的燒杯容器中， 按二乙二醇二丁醚丁二酸二乙酯=23 8. 4的比例配制溶劑62. 8克；在上述所配溶劑中依次加入80克聚合松香、16克氫化松香、16克丙烯酸樹脂、8克硬脂酸甘油酯，加熱到 130°C，并攪拌至形成均一混合物；將混合物溫度降到80°C，將4. 4克2，3- 二羥基甲酸、3克己二酸、3克順丁烯二酸酐、1. 2克二乙醇胺、4克乙撐雙硬脂酸酰胺、1. 3克苯并三氮唑、0. 3 克8-羥基喹啉依次加入其中，在80°C保溫不斷攪拌至完全溶解；以35°C /分鐘急速冷卻至室溫，制得所需助焊劑。本實(shí)施例制備出的助焊劑(圖2)，呈淡黃色粘稠膏體，pH值為6. 3，密度為1. 06g/ cm3。此助焊劑與無鉛3113.(^80.501焊錫粉按質(zhì)量百分比11.5 88. 5配成焊膏進(jìn)行焊接， 焊點(diǎn)飽滿光亮，擴(kuò)展率為83.4%，焊后殘留很少且無色透明，可以免除清洗，焊點(diǎn)界面IMC 均勻致密，平均厚度為3. 4 μ m，剪切強(qiáng)度達(dá)48. OlMpa0實(shí)施例3一種電子封裝無鉛焊膏用助焊劑，其組分及含量(wt% )為水白松香15聚合松香25硬脂酉I甘油酯7乙二酉17三乙二二醇丁醚25硬脂酉I1.0檸檬酉I1.0丁二酉I4.0三乙醇胺0.2氫化蓖麻油4.5咪唑0.158-羥基喹啉0.15具體配制方法稱量乙二醇、三乙二醇丁醚置入500毫升的燒杯容器中，按乙二醇三乙二醇丁醚=17 25的比例配制溶劑84克；在上述所配溶劑中依次加入30克水白松香、50克聚合松香、14克硬脂酸甘油酯，加熱到130°C，并攪拌至形成均一混合物；將混合物溫度降到80°C，將2克硬脂酸、2克檸檬酸、8克丁二酸、0. 4克三乙醇胺、9克氫化蓖麻油、 0. 3克咪唑、0. 3克8-羥基喹啉依次加入其中，在80°C保溫不斷攪拌至完全溶解；以40°C / 分鐘急速冷卻至室溫，制得所需助焊劑本實(shí)施例制備出的助焊劑(圖3)，呈淡黃色粘稠膏體，pH值為6. 1，密度為1. 02g/ cm3。采用此助焊劑焊接時(shí)，焊后殘留少，焊點(diǎn)飽滿，表面光亮，擴(kuò)展率為81. 2 %，焊點(diǎn)界面 IMC厚度為4. 0 μ m，剪切強(qiáng)度達(dá)45. OlMpa0
權(quán)利要求
1.一種錫銀銅系焊膏用松香型無鹵素免清洗助焊劑，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分配置而成松香20 50%，樹脂成膜劑5 25%，高沸點(diǎn)溶劑30 50%，活性劑 3 8%，觸變劑2 5%，緩蝕劑0. 3 1 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征在于所述的松香為氫化松香、水白松香、歧化松香、聚合松香、脂松香、松香甘油酯中的一種或多種組合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征在于所述的樹脂成膜劑為丙烯酸樹脂、硬脂酸甘油酯、聚乙二醇、環(huán)氧樹脂中的一種或多種組合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征在于所述的高沸點(diǎn)溶劑為乙二醇、丙三醇、 二甘醇、甲基卡必醇、乙二醇單丁醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇丁醚、乙酸乙酯、丁二酸二甲酯、丁二酸二乙酯、N-甲基-2吡咯烷酮中的一種或多種組合而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征在于所述的活性劑為油酸、硬脂酸、丁二酸、 戊二酸、己二酸、葵二酸、蘋果酸、檸檬酸、水楊酸、聯(lián)二丙酸、甲基丁二酸、2，3-二羥基甲酸、 順丁烯二酸酐、丁二酸胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、十四胺中的一種或多種組合而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征在于所述的觸變劑為氫化蓖麻油、乙撐雙硬脂酸酰胺、觸變劑6500、觸變劑6650中的一種或多種組合而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助焊劑，其特征在于所述的緩蝕劑為苯并三氮唑、咪唑、 2-乙基咪唑、2-巰基苯并噻唑、8-羥基喹啉中的二種或多種組合而成。
8.權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的助焊劑的制備方法，其特征在于，具體如下(1)將稱量好的松香、樹脂成膜劑加入高沸點(diǎn)溶劑中，加熱到110 130°C，并攪拌至形成均一混合物；(2)將步驟(1)得到的混合物溫度降到75-80°C，將稱量好的活性劑、觸變劑、緩蝕劑加入其中，在75-80°C保溫下不斷攪拌至完全溶解；(3)將步驟( 所得混合物以30-50°C/分鐘急速冷卻至室溫，制得助焊劑。
9.權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的助焊劑的應(yīng)用方法，其特征在于，應(yīng)用于電子產(chǎn)品封裝用焊膏的配制及相應(yīng)的表面封裝焊接工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用方法，其特征在于，所述的焊膏為無鉛錫銀銅焊膏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種松香型無鹵素免清洗助焊劑及其制備和應(yīng)用。特別是一種適合表面封裝無鉛焊膏用助焊劑及其制備和應(yīng)用。該助焊劑由20～50％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下相同)的松香、5～25％的成膜劑、30～50％的高沸點(diǎn)溶劑、3～8％的活性劑、2～5％的觸變劑組成，助焊劑不含任何鹵素。為了控制焊接過程中界面IMC的生長，添加了0.3～1％的復(fù)配緩蝕劑。本發(fā)明的助焊劑和錫銀銅無鉛粉體配制的焊膏具有印刷性能優(yōu)良、可焊性好、焊后殘留少、焊點(diǎn)界面IMC薄且均勻、力學(xué)性能優(yōu)良的特點(diǎn)，可滿足高端電子產(chǎn)品封裝的需要。
文檔編號(hào)B23K35/363GK102513732SQ201110421368
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者劉文勝, 鄧濤, 馬運(yùn)柱 申請(qǐng)人:中南大學(xué)