本發(fā)明屬于電子封裝，具體涉及一種無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、據(jù)粗略估計(jì)，在制備化學(xué)品和材料、分離等過(guò)程中，70%以上的化學(xué)化工過(guò)程使用溶劑，生產(chǎn)效率與溶劑的性質(zhì)和功能密切相關(guān)。傳統(tǒng)有機(jī)溶劑普遍存在易揮發(fā)、效率低、功能有限等問(wèn)題。同時(shí)，采用傳統(tǒng)溶劑取得重大技術(shù)突破越來(lái)越難。綠色溶劑的有效利用不僅可避免使用有害溶劑，減少環(huán)境污染，而且利用其特性往往可以?xún)?yōu)化和強(qiáng)化許多化學(xué)化工過(guò)程，減少能源消耗，提高原料利用率，實(shí)現(xiàn)一些傳統(tǒng)條件下難以或無(wú)法進(jìn)行的化學(xué)化工過(guò)程，為開(kāi)發(fā)新型高效綠色技術(shù)、解決傳統(tǒng)溶劑難以解決的重大難題提供了廣闊的空間。環(huán)境友好介質(zhì)的使用對(duì)實(shí)現(xiàn)化工過(guò)程綠色化至關(guān)重要。

2、綠色溶劑應(yīng)該具備無(wú)毒無(wú)害、環(huán)境友好、容易循環(huán)利用等特點(diǎn)，其使用應(yīng)能促進(jìn)效率、節(jié)省能源。環(huán)境友好介質(zhì)包括水、離子液體、超臨界流體、液體聚合物、生物質(zhì)基溶劑及其混合體系等。

3、在電子焊接用的助焊劑中，需要使用溶劑來(lái)溶解功能性材料，其用量占比高。然而傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑為主的助焊劑在高溫260℃焊接過(guò)程中大量揮發(fā)，造成嚴(yán)重的voc排放。作為揮發(fā)性有機(jī)溶劑的替代者，綠色溶劑（如水、離子液體等）具有良好的環(huán)境友好性，因而可以用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)工業(yè)中有毒有害的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，以達(dá)到綠色化學(xué)的目的。

4、水溶性助焊劑被設(shè)計(jì)在高溫焊接中使用，經(jīng)過(guò)高溫后需要經(jīng)過(guò)水或者水性清洗液去除殘留物。為了提高焊接質(zhì)量，通常會(huì)使用有機(jī)酸類(lèi)產(chǎn)品來(lái)清除焊錫表面氧化物，并使用緩蝕劑起到氧化抑制防止助焊劑在高溫情況下氧化分解的作用。因?yàn)橹竸┲械娜軇┬枰C合考慮滿(mǎn)足多種材料溶解率且需要保持高溫穩(wěn)定性，所以溶劑的選擇尤為重要。以緩蝕劑為例，緩蝕劑添加量受制于在溶劑中的溶解度，因此能產(chǎn)生氧化抑制性能有限。但離子液體由于其功能團(tuán)的可設(shè)計(jì)性，兼顧溶劑和緩蝕劑的作用，拓寬了其在水溶性助焊劑中用量和選擇性，能起到優(yōu)良的氧化抑制作用，從而使提高水溶性助焊劑焊接質(zhì)量變成可能。

5、水溶性助焊劑中開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀：cn?102398124?b/cn?100408257c?中使用水來(lái)降低voc排放。但兩篇專(zhuān)利中保留一定重量比的助溶劑如醇和醚類(lèi)，其質(zhì)量比分別為5~20%和3~4%；仍會(huì)在高溫焊接產(chǎn)生大量voc。在助焊劑中使用離子液體作為溶劑從未見(jiàn)報(bào)道。同時(shí)，兩篇專(zhuān)利中采用有機(jī)胺類(lèi)，或者氮雜環(huán)類(lèi)化合物作為緩蝕劑起到氧化抑制作用，在助焊劑中利用離子液體的功能團(tuán)作為緩蝕劑從未見(jiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑及其制備方法和應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑，以質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：離子液體30~70%；有機(jī)酸5~30%；助溶劑0.2~10%；所述離子液體的沸點(diǎn)大于300℃。

3、離子液體的沸點(diǎn)通常很高，也無(wú)法用試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)量具體值，是因?yàn)殡x子液體在達(dá)到沸點(diǎn)的溫度以前，就早已分解或升華了，此處為了與常規(guī)的溶劑進(jìn)行對(duì)比，選擇基團(tuán)貢獻(xiàn)法預(yù)測(cè)了離子液體的沸點(diǎn)，進(jìn)而來(lái)比較離子液體和常規(guī)溶劑的沸點(diǎn)，從沸點(diǎn)的角度證明本發(fā)明的助焊劑選用離子液體替代常規(guī)有機(jī)溶劑，產(chǎn)生了較少的voc。

4、基團(tuán)貢獻(xiàn)法參考文獻(xiàn)“j.?o.?valderrama,?p.?a.?roldes,?criticalproperties,?normal?boiling?temperatures,?and?acentric?factors?of?fifty?ionicliquids,?industrial&engineering?chemistry?research,?2007,?46(4),?1338-1344?”計(jì)算得到。

5、本發(fā)明中，限定離子液體的沸點(diǎn)大于300℃，是因?yàn)樵陔娮雍附舆^(guò)程中，焊接溫度普遍在300℃以下，常見(jiàn)的溫度為220~260℃之間，限定沸點(diǎn)大于300℃，能夠基本上實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程在離子液體的沸點(diǎn)以下進(jìn)行，從根本上控制voc的產(chǎn)生。

6、進(jìn)一步的，所述離子液體包括咪唑類(lèi)、吡啶類(lèi)中的一種或兩種。咪唑環(huán)和吡啶環(huán)具有緩蝕功能，采用上述基團(tuán)貢獻(xiàn)法，篩選了帶有咪唑環(huán)和吡啶環(huán)結(jié)構(gòu)的且沸點(diǎn)大于300℃離子液體作為本發(fā)明助焊劑的主溶劑，在可降低voc的同時(shí)還具有緩釋作用。

7、進(jìn)一步的，所述離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸甲酯鹽或1-乙基吡啶四氟硼酸鹽。這些離子液體結(jié)構(gòu)中含有具有緩蝕性能的結(jié)構(gòu)單元，所以離子液體在具有溶劑的功能同時(shí)還具有緩蝕劑的功效。

8、進(jìn)一步的，所述有機(jī)酸包括檸檬酸、草酸、衣康酸、亞氨基二乙酸、丁二酸，戊二酸、己二酸、丙烯酸，乳酸、蘋(píng)果酸、苯甲酸中的一種或幾種。

9、進(jìn)一步的，所述助溶劑包括水和表面活性劑。

10、進(jìn)一步的，所述表面活性劑包括聚乙二醇200~4000、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基多苷、n-烷基吡咯烷酮、環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物中的一種或幾種。

11、本發(fā)明同時(shí)要求保護(hù)一種上述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑的制備方法，在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入離子液體和助溶劑，攪拌均勻后，在攪拌狀態(tài)下加入有機(jī)酸至固體物完全溶解，物料混合均勻，冷卻靜置過(guò)濾后保留濾液即得。

12、進(jìn)一步的，在攪拌過(guò)程中，控制體系溫度為40~80℃，攪拌速度為80~1500?rpm。

13、本發(fā)明同時(shí)要求一種上述無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑的應(yīng)用，用于電子軟釬焊焊錫焊接工藝，是一種高溫?zé)o鉛焊料焊接工藝，例如表面貼裝工藝、bga植球工藝、晶圓級(jí)bumping工藝、sip等封裝制程。

14、進(jìn)一步的，采用噴涂、點(diǎn)膠或轉(zhuǎn)移涂敷方法將助焊劑均勻涂敷在待焊接的pcb?板上，將pcb板經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)好的回流焊爐加熱至260℃以下，然后取出冷卻后經(jīng)水清洗，焊接完成。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

16、本發(fā)明采用高沸點(diǎn)離子液體使得原本焊接過(guò)程中產(chǎn)生voc排放問(wèn)題得到有效降低；而離子液體的官能團(tuán)如咪唑類(lèi)的咪唑環(huán)，吡啶類(lèi)的吡啶環(huán)等本身是優(yōu)良的緩蝕劑，可利用其緩蝕作用來(lái)避免常規(guī)緩蝕劑由于溶解度的限制問(wèn)題而導(dǎo)致的緩蝕性能受限并最終提高助焊劑焊接質(zhì)量；離子液體的水溶性?xún)?yōu)異，焊接后可直接使用水清洗即可清除，完全符合水溶性助焊劑在電子封裝應(yīng)用場(chǎng)景的需要。

技術(shù)特征：

1.無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑，其特征在于：以質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：離子液體30~70%；有機(jī)酸5~30%；助溶劑0.2~10%；所述離子液體的沸點(diǎn)大于300℃。

2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑，其特征在于：所述離子液體包括咪唑類(lèi)、吡啶類(lèi)中的一種或兩種。

3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑，其特征在于：所述離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸甲酯鹽或1-乙基吡啶四氟硼酸鹽。

4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑，其特征在于：所述有機(jī)酸包括檸檬酸、草酸、衣康酸、亞氨基二乙酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、丙烯酸，乳酸、蘋(píng)果酸、苯甲酸中的一種或幾種。

5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑，其特征在于：所述助溶劑包括水和表面活性劑。

6.如權(quán)利要求5所述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑，其特征在于：所述表面活性劑包括聚乙二醇200~4000、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基多苷、n-烷基吡咯烷酮、環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物中的一種或幾種。

7.一種如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑的制備方法，其特征在于：在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入離子液體和助溶劑，攪拌均勻后，在攪拌狀態(tài)下加入有機(jī)酸至固體物完全溶解，物料混合均勻，冷卻靜置過(guò)濾后保留濾液即得。

8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑的制備方法，其特征在于：在攪拌過(guò)程中，控制體系溫度為40~80℃，攪拌速度為800~1500?rpm。

9.一種如權(quán)利要求1所述的無(wú)voc水溶性環(huán)保助焊劑的應(yīng)用，其特征在于：用于電子軟釬焊焊錫焊接工藝。

10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于：采用噴涂、點(diǎn)膠或轉(zhuǎn)移涂敷方法將助焊劑均勻涂敷在待焊接的pcb?板上，將pcb板經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)好的回流焊爐加熱至260℃以下，然后取出冷卻后經(jīng)水清洗，焊接完成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)VOC水溶性環(huán)保助焊劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，其中助焊劑以質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：離子液體30~70%；有機(jī)酸5~30%；助溶劑0.2~10%；所述離子液體的沸點(diǎn)大于300℃；通過(guò)加熱混合攪拌冷卻來(lái)制備成水溶性助焊劑，可用于電子焊錫焊接工藝中。本發(fā)明利用離子液體低蒸汽壓特性，避免了使用高溫易揮發(fā)的低沸點(diǎn)常規(guī)溶劑如醚類(lèi)或醇類(lèi)，從而降低電子焊錫焊接工藝中的VOC排放；同時(shí)離子液體在高溫焊接過(guò)程中起到緩蝕作用，比傳統(tǒng)緩蝕劑更高效，可顯著提高焊接質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：姚友西,范榮,華純吉,趙景華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州赫伯特電子科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19