專利名稱：一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于焊接的材料，尤其是涉及一種用于微電子焊接的可抑制焊點(diǎn)界面化 合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑。
背景技術(shù)：
隨著全球環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，歐盟頒布了《電子電氣設(shè)備廢棄物(WEEE)》和《關(guān) 于電子電氣設(shè)備禁止使用某些有害物質(zhì)(RHOS)》兩項(xiàng)法令，從2006年7月1日起，全面 禁止含鉛電子產(chǎn)品進(jìn)口。目前，國際上主要是用Sn-Ag和Sn-Ag-Cu共晶體系來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 SnPb合金，但新合金體系的潤(rùn)濕性比傳統(tǒng)SnPb合金差，易被氧化，焊接后焊點(diǎn)界面處的金 屬間化合物過度生長(zhǎng)，造成焊點(diǎn)機(jī)械性能下降。使用傳統(tǒng)的助焊劑，焊接效果極差。
有關(guān)無鉛焊料助焊劑已有一些相關(guān)的報(bào)道。公開號(hào)為CN 1565791A的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁?一種免洗可成膜性水基型助焊劑。含有以重量計(jì)0.5% 8%的水溶性熱固型樹脂、0.5% 5%的活化劑和90% 99%的去離子水，其中活化劑由表面活性成分、有機(jī)酸和醇類助溶劑 組成。應(yīng)用于微電子焊接生產(chǎn)中，可消除有機(jī)型溶劑助焊劑帶來的污染和安全問題，又可免 去清洗工序，并可在線路板表面形成一層有一定附著力的非水溶性膜，起到防潮防濕的保護(hù) 作用，有效地提高了電器產(chǎn)品的絕緣穩(wěn)定性。使用成膜保護(hù)，但對(duì)一些油溶性高分子成膜必 須使用大量的有機(jī)溶劑，水溶性高分子成膜劑焊后易吸潮。其中一部分只是將傳統(tǒng)的松香型 助焊劑的溶劑替換成高沸點(diǎn)的溶劑，以適應(yīng)無鉛焊接的高溫操作，整體上沒有多大的改進(jìn)， 對(duì)無鉛焊料的焊接效果很差。公開號(hào)為CN1836825A的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┮环N無鉛焊料專用水 溶性助焊劑，由下述重量百分?jǐn)?shù)物質(zhì)組成硼酸和有機(jī)酸活化劑5.0% 10.0%、非離子表 面活性劑或陽離子表面活性劑0. 1% 1.0%、助溶劑8.0% 20.0%、成膜劑0. 1% 1.0 %、緩蝕劑O. 1% 0.5%，其余為去離子水。該助焊劑不含松香，無鹵化物，環(huán)保，對(duì)無鉛 焊料助焊性能優(yōu)越，焊點(diǎn)飽滿，鋪展均勻，腐蝕小，焊后殘余物可溶于水，用水清洗后，干 燥銅板，測(cè)試板子的表面絕緣電阻均大于1.0X10"Q。公開號(hào)為CN1562554的中國專利提供 一種免清洗無鉛焊料助焊劑，它由下述重量配比的物質(zhì)組成有機(jī)酸活化劑1.0% 5.0%、 改良樹脂2.0% 8.0%、表面活性劑0.2% 1.0%、高沸點(diǎn)的溶劑2.0% 13.0%、潤(rùn)濕劑 1.0% 6.0%、其余為溶劑異丙醇或去離子水。使用非離子共價(jià)鍵的溴化物，焊接后殘留
物會(huì)造成較大的腐蝕性?，F(xiàn)有的一些助焊劑大多只考慮焊點(diǎn)的鋪展性問題，忽視了無鉛焊料 的兼容性。無鉛焊料在焊接后，金屬間化合物大量生長(zhǎng)，造成焊點(diǎn)機(jī)械性能下降。工業(yè)上在 銅基板上鍍上5 7pm厚度的鎳來增加焊點(diǎn)的機(jī)械性能，但這樣增加了成本和工藝的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有無鉛焊料的特點(diǎn)，提供一種能有效配合無鉛焊料使用，焊點(diǎn) 光亮，可阻礙金屬間化合物的生長(zhǎng)，焊接效果和界面性能好的可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的 免清洗水基型助焊劑。
本發(fā)明的技術(shù)方案是直接從助焊劑出發(fā)，通過助焊劑對(duì)基板進(jìn)行表面改性，對(duì)基板與焊 料之間的原子擴(kuò)散進(jìn)行抑制，從而阻礙了金屬間化合物的生長(zhǎng)。這樣既保證了良好的助焊性 能，又提高了焊點(diǎn)的機(jī)械性能。
本發(fā)明的組成及其按質(zhì)量百分比的含量為
有機(jī)還原劑0.1 % 0.3% ，抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑0. 01 % 1 % ，有機(jī)活性劑0.2% 3 %，表面活性劑0.1% 3%，緩蝕劑O. 1%，助溶劑5% 30%，余為水。
本發(fā)明所用的有機(jī)還原劑為抗壞血酸、4-己基間苯二酚、抗壞血酸鹽、L-抗壞血酸棕櫚 酸酯、異抗壞血酸、植酸、茶多酚、維生素E和胡蘿卜素中的至少一種。
本發(fā)明所用的抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑即界面成膜劑，抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑為草酸、 鄰氨基苯甲酸、8-羥基喹啉和喹啉-2-羧酸中的至少一種。
本發(fā)明所用的有機(jī)活性劑不包含鹵素，按質(zhì)量百分比，有機(jī)活性劑由50% 90%的有機(jī) 酸和10% 50%的有機(jī)胺組成。有機(jī)酸主要是脂肪族一元酸、脂肪族二元酸、脂肪族多元酸、 酒石酸、水楊酸和檸檬酸中的至少一種。有機(jī)胺為醇胺、酰胺或脂肪胺，醇胺可以是一乙醇 胺、二乙醇胺和三乙醇胺等中的一種，酰胺是尿素，脂肪胺是碳鏈原子數(shù)小于12的一元胺或 二元胺；有機(jī)胺也可以是三類胺中的至少一種。
本發(fā)明所用的表面活性劑為非離子型表面活性劑，可以是OP系列表面活性劑，TX系列 表面活性劑中的至少一種，其中以高分子量和低分子量的表面活性劑相配合為佳。
本發(fā)明所用的緩蝕劑為含氮雜環(huán)化合物。
本發(fā)明所用的助溶劑為沸點(diǎn)140'C以上的醇或醇醚，可以是乙二醇、丙三醇和乙二醇丁 醚中的至少一種。
本發(fā)明可采用以下方法制備在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和水，攪拌下加入 有機(jī)活性劑、表面活性劑、緩蝕劑、抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑和還原劑，后加熱至50 7(TC， 攪拌均勻，靜置過濾，即得本發(fā)明的產(chǎn)品。
通過此法配制的助焊劑，其助焊性能能較好地滿足J-STD-004標(biāo)準(zhǔn)。Sn3.5Ag0.5Cu焊料 焊完后，在190。C下退火120h，其界面層的金屬間化合物的厚度為6.5 7.5ixm，界面也比 較平緩，而普通助焊劑的金屬間化合物層的厚度為8 12um。
由于本發(fā)明采用有機(jī)還原劑，具有抗氧化作用，因此保證了焊點(diǎn)的光亮；由于抑制金屬 間化合物生長(zhǎng)劑的加入，在焊料與界面處形成一層界面化合物沉淀層，抑制了焊料與基板的 原子擴(kuò)散，因此阻礙了金屬間化合物的生長(zhǎng)；由于加入有機(jī)活性劑，因此可起清除銅板表面 氧化膜的作用；由于表面活性劑的加入，降低焊料金屬的表面張力和基板的表面能，因此增 強(qiáng)了焊接效果；由于加入其他助溶劑來調(diào)節(jié)焊接過程助焊劑沸騰的穩(wěn)定性，因此保證了基本 的助焊性能的同時(shí)，又改善了界面性能。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。
實(shí)施例l:原料選用抗壞血酸0.2g，草酸0.01g，己二酸lg，檸檬酸0.5g，尿素0.5g， OP—IO O.lg，苯并三氮哇0.1g，乙二醇15g，丙三醇5g，去離子水77.6g。制備時(shí)，在帶有 攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和去離子水，攪拌下加入有機(jī)活性劑、表面活性劑、緩蝕劑、 抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑和還原劑，后加熱至6(TC，攪拌均勻，靜置過濾，即得助焊劑。所 得的助焊劑的鹵素含量O.Ol，擴(kuò)展率83.1%,同時(shí)干燥度和銅板腐蝕性能均合格。采用此助 焊劑焊接時(shí)無特殊氣味發(fā)出，焊點(diǎn)表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完，190 °C下退火 120h的金屬間化合物層厚度7.4ixm。
實(shí)施例2:原料選用L-抗壞血酸棕櫚酸酯O.lg，草酸0.7g， 8-羥基喹啉0.3g， 丁二酸 0.15g，三乙醇胺0.05g， TX—1002g，苯并三氮唑0.1g，乙二醇30g，去離子水66.6g。制備 時(shí)，在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和去離子水，攪拌下加入有機(jī)活性劑、表面活性 劑、緩蝕劑、抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑和還原劑，后加熱至5(TC，攪拌均勻，靜置過濾，即 得助焊劑。經(jīng)檢測(cè)，所制得的助焊劑的密度為1.018g/L，鹵素含量O.Ol,擴(kuò)展率80.8%，同 時(shí)干燥度和銅板腐蝕性能均合格。采用此助焊劑焊接時(shí)無特殊氣味發(fā)出，焊點(diǎn)表面光亮，使 用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完，190 °C下退火120 h的金屬間化合物層厚度7.0 y m，界面平緩。
實(shí)施例3:原料選用抗壞血酸鈉0.3g，草酸0.1g，鄰氨基苯甲酸0.1g，乙酸0.1g，檸檬 酸0.5g， 二乙醇胺0.1g， OP-10 lg，苯并三氮唑0.1g,丙三醇5g，去離子水84.7g。制備時(shí)， 在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和去離子水，攪拌下加入有機(jī)活性劑、表面活性劑、 緩蝕劑、抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑和還原劑，后加熱至5(TC，攪拌均勻，靜置過濾，即得助 焊劑。所制得的助焊劑的鹵素含量O.Ol，擴(kuò)展率82.3%，同時(shí)干燥度和銅板腐蝕性能均合格。 采用此助焊劑焊接時(shí)無特殊氣味發(fā)出，焊點(diǎn)表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完，190°C 下退火120 h的金屬間化合物層厚度7.1 ix m。
實(shí)施例4:原料選用4-已基間苯二酚0.1g，草酸0.01g，喹啉-2-羧酸0.1g， 丁二酸1.4g， 一乙醇胺1.5g， OP-10 3g，苯并三氮唑0.1g，丙三醇3g，乙二醇丁醚10g，純凈水80.79g。 制備時(shí)，在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和去離子水，攪拌下加入有機(jī)活性劑、表面 活性劑、緩蝕劑、抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑和還原劑，后加熱至5(TC，攪拌均勻，靜置過濾， 即得助焊劑。所制得的助焊劑的鹵素含量O.Ol，擴(kuò)展率85.3%，同時(shí)干燥度和銅板腐蝕性能 均合格。采用此助焊劑焊接時(shí)無特殊氣味發(fā)出，焊點(diǎn)表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完， 190°C下退火120h的金屬間化合物層厚度7.5um。
實(shí)施例5:原料選用異抗壞血酸0.1g，植酸0.05g，草酸0.01g，喹啉-2-羧酸0.1g，酒石 酸1.4g，十二胺1.5g， OP-4 0.5g，苯并三氮唑0.1g，丙三醇3g，乙二醇10g，純凈水83.24g。 制備時(shí)，在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和去離子水，攪拌下加入有機(jī)活性劑、表面 活性劑、緩蝕劑、抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑和還原劑，后加熱至5(TC，攪拌均勻，靜置過濾， 即得助焊劑。所制得的助焊劑的鹵素含量O.Ol，擴(kuò)展率85.0%，同時(shí)干燥度和銅板腐蝕性能 均合格。采用此助焊劑焊接時(shí)無特殊氣味發(fā)出，焊點(diǎn)表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完， 190 °C下退火120 h的金屬間化合物層厚度7.2 u m。
實(shí)施例6:原料選用茶多酚0.1g，草酸0.05g，水楊酸0.4g，檸檬酸0.8g,甲胺1.5g ， TX-100 0.5g， TX-10 0.5g，苯并三氮唑0.1g，丙三醇3g，乙二醇10g，去離子水83.05g。 制備時(shí)，在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和去離子水，攪拌下加入有機(jī)活性劑、表面 活性劑、緩蝕劑、抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑和還原劑，后加熱至70。C，攪拌均勻，靜置過濾， 即得助焊劑。所制得的助焊劑的鹵素含量O.Ol，擴(kuò)展率82.8%，同時(shí)干燥度和銅板腐蝕性能 均合格。采用此助焊劑焊接時(shí)無特殊氣味發(fā)出，焊點(diǎn)表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完， 190 °C下退火120h的金屬間化合物層厚度7.4um。
實(shí)施例7:原料選用維生素E0.05g，胡蘿卜素0.05g，草酸0.05g，甲酸0.3g， 丁二酸 0.8g，已二胺lg， OP-10 lg,苯并三氮唑0.1g,丙三醇3g，乙二醇10g，去離子水83.65g。 制備時(shí)，在帶有攪拌器的反應(yīng)釜中先加入助溶劑和去離子水，攪拌下加入有機(jī)活性劑、表面 活性劑、緩蝕劑、抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑和還原劑，后加熱至50'C，攪拌均勻，靜置過濾， 即得助焊劑。所制得的助焊劑的鹵素含量O.Ol，擴(kuò)展率80.9%，同時(shí)干燥度和銅板腐蝕性能 均合格。采用此助焊劑焊接時(shí)無特殊氣味發(fā)出，焊點(diǎn)表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完， 190 °C下退火120h的金屬間化合物層厚度7.4um。
權(quán)利要求
1.一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征在于其組成及其按質(zhì)量百分比的含量為有機(jī)還原劑0.1％～0.3％，抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑0.01％～1％，有機(jī)活性劑0.2％～3％，表面活性劑0.1％～3％，緩蝕劑0.1％，助溶劑5％～30％，余為水。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征 在于有機(jī)還原劑為抗壞血酸、4-已基間苯二酚、抗壞血酸鹽、L-抗壞血酸棕櫚酸酯、異抗壞 血酸、植酸、茶多酚、維生素E和胡蘿卜素中的至少一種。
3. 如權(quán)利要求l所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征 在于抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑為草酸、鄰氨基苯甲酸、8-羥基喹啉和喹啉-2-羧酸中的至少一 種。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征 在于按質(zhì)量百分比，有機(jī)活性劑由50% 90%的有機(jī)酸和10% 50%的有機(jī)胺組成;有機(jī)酸 為脂肪族一元酸、脂肪族二元酸、脂肪族多元酸、酒石酸、水楊酸和檸檬酸中的至少一種。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征 在于有機(jī)胺為醇胺、酰胺或脂肪胺，醇胺選自一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一種，酰 胺為尿素，脂肪胺為碳鏈原子數(shù)小于12的一元胺或二元胺。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征 在于有機(jī)胺為三類胺中的至少一種。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征 在于表面活性劑為非離子型表面活性劑，選自O(shè)P系列表面活性劑，TX系列表面活性劑中的 至少一種。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征 在于緩蝕劑為含氮雜環(huán)化合物。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特征 在于助溶劑為沸點(diǎn)14(TC以上的醇或醇醚。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，其特 征在于所述的醇或醇醚選自乙二醇、丙三醇和乙二醇丁醚中的至少一種。
全文摘要
一種可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑，涉及一種用于焊接的材料，尤其是涉及一種用于微電子焊接的可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑。提供一種能有效配合無鉛焊料使用，焊點(diǎn)光亮，可阻礙金屬間化合物的生長(zhǎng)，焊接效果和界面性能好的可抑制焊點(diǎn)界面化合物生長(zhǎng)的免清洗水基型助焊劑。組成及其按質(zhì)量百分比的含量為有機(jī)還原劑0.1％～0.3％，抑制金屬間化合物生長(zhǎng)劑0.01％～1％，有機(jī)活性劑0.2％～3％，表面活性劑0.1％～3％，緩蝕劑0.1％，助溶劑5％～30％，余為水。
文檔編號(hào)B23K35/362GK101104231SQ20071000936
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月11日
發(fā)明者劉興軍, 煒 張, 張錦彬, 林順茂, 王翠萍, 馬云慶, 黃藝雄 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)