一種水洗錫膏及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水洗錫膏及其制備方法，由以下質(zhì)量百分比含量的組分組成：錫粉86～89%，助焊劑11～14%；助焊劑的質(zhì)量百分比含量組成如下：活性劑7.5～10%，胺類緩蝕劑7～10%，絡(luò)合劑0.4～0.5%，WH-245抗老劑0.2～2%，羥乙基磺酸胺3～4%，聚乙烯吡咯烷酮2～6%，液態(tài)長鏈烷烴2～4%，丙烯酸改性樹脂7～14%，丙三醇1～3%，余量為PEG。本發(fā)明基于丙烯酸改性樹脂與胺類物質(zhì)的相互作用，并以PEG400～PEG2000范圍內(nèi)的聚合物進(jìn)行復(fù)配，作為溶劑和粘度調(diào)節(jié)劑；同時(shí)選用液態(tài)長鏈烷烴作為穩(wěn)定劑和保護(hù)劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)錫粉的支撐與后期保護(hù)。
【專利說明】一種水洗錫霣及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料及金屬材料，屬工業(yè)軟釬焊【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種水洗錫膏及其制備方法，適合于高可靠性電子封裝產(chǎn)品水洗工藝，以及對(duì)焊后殘留有特殊要求的產(chǎn)品(比如裸芯片的連接、高精度連接頭的焊接等)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，電子工業(yè)生產(chǎn)帶來的環(huán)境負(fù)荷問題引起了廣泛的關(guān)注。對(duì)于焊錫產(chǎn)業(yè)來說，其應(yīng)對(duì)方案包括兩個(gè)方面:一是焊錫形成焊點(diǎn)殘留的清洗，由含鹵代氫的溶劑清洗向環(huán)保型水洗工藝發(fā)展，水洗錫膏用助焊劑的研制倍受關(guān)注；另一方面，迫使助焊劑向降低焊后殘留物的免清洗助焊劑方向發(fā)展。
[0003]早期的水洗錫膏形成焊點(diǎn)后的焊后殘留可用去離子水或一般的水進(jìn)行清洗。也正是因?yàn)楹负笃骷砻娴那逑垂に?，使得這類錫膏產(chǎn)品一般均含有鹵素，在焊接過程中會(huì)對(duì)人體造成危害，加上各環(huán)保法規(guī)的要求限制鹵素的使用，使得市售水洗錫膏產(chǎn)品需要產(chǎn)品配方升級(jí)；對(duì)于免清洗錫膏，經(jīng)過十多年的研發(fā)已經(jīng)在很大程度上形成了規(guī)模。然而，免清洗并不是無殘留，主要是在要求條件不太高的情況下可以不清洗。隨著電子裝配技術(shù)向高、精、尖方向的發(fā)展，對(duì)焊后殘留物的要求更加苛刻，免清洗助焊劑的主導(dǎo)地位也受到了沖擊。因此，開發(fā)無鹵素水溶性錫膏用助焊劑成為必須。該類錫膏的焊后殘留少、易水洗，可根據(jù)使用要求對(duì)焊后殘留物進(jìn)行處理。
[0004]針對(duì)水洗工藝，現(xiàn)有專利大多是配合波峰焊用錫條開發(fā)的水溶性助焊劑。比如專利CN1836825A (配方無鹵化物)、CN101342649A (提高焊后表面絕緣阻抗)、CN101347876A(適合錫銀鋅無鉛焊料)、CN101456105A (以亞克力松香為載體)等，均公布的是不同種類，適合波峰焊工藝的水溶性液體助焊劑配方；CN102161135A則公布了一款水溶性錫絲用助焊齊U，該助焊劑可配合水溶性助焊劑或者水溶性(水洗)錫膏進(jìn)行電子產(chǎn)品的制備或返修。本專利旨在產(chǎn)品種類上，實(shí)現(xiàn)對(duì)以上兩種水洗錫類產(chǎn)品的補(bǔ)充，在應(yīng)用上滿足高可靠性、高精度要求電子器件的生產(chǎn)，尤其是一些裸芯片的連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]解決的技術(shù)問題:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種水洗錫膏及其制備方法，該錫膏適合2(T60°C的水洗工藝，配方無鹵，形成焊點(diǎn)飽滿、熱穩(wěn)定性好。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種水洗錫膏，包括以下質(zhì)量百分比含量的組分:錫粉86?89%，助焊劑11?14% ;所述錫粉為3#或4#錫粉，合金成分為SAC305 (Sn-3.0Ag-0.5Cu)或SAC0307 (Sn-0.3Ag-0.7Cu);所述助焊劑由如下質(zhì)量百分比含量的原料組成:活性劑
7.5?10%，胺類緩蝕劑7?10%，絡(luò)合劑0.4?0.5%，WH_245抗老劑0.2?2%，羥乙基磺酸胺3?4%，聚乙烯吡咯烷酮2?6%，液態(tài)長鏈烷烴2?4%，丙烯酸改性樹脂7?14%，丙三醇f 3%，余量為PEG。
[0007]所述活性劑為有機(jī)酸和AK218活性劑，兩者的配比為AK218活性劑:有機(jī)酸=1:(3^4);所述有機(jī)酸為無水檸檬酸、衣康酸和壬二酸，三者的配比為無水檸檬酸:衣康酸:壬二酸=1: (0.5~2): (I~3)。
[0008]所述胺類緩蝕劑為乙基咪唑、三乙醇胺和乙二胺，三者的配比為乙基咪唑:三乙醇胺:乙二胺=1: (3~6): (3~6)。
[0009]所述絡(luò)合劑為苯基冠醚和18-冠6醚，兩者的配比為苯基冠醚:18-冠6醚=1:(0.66~3)。
[0010]所述液態(tài)長鏈烷烴為癸烷和十四烷，兩者的配比為癸烷:十四烷=1: 0-2)0
[0011]所述PEG 為 PEG2000、PEG600 和 PEG400，三者的配比為 PEG2000: PEG600:PEG400=1: (0~0.67): (2.13~4)。
[0012]本發(fā)明提供的一種水洗錫膏的制備方法，其制備步驟如下:
(I)按上述質(zhì)量百分比含量將丙烯酸改性樹脂、PEG、有機(jī)酸、WH-245抗老劑、乙基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮加入溫度調(diào)控為110±10°C的溫控玻璃容器內(nèi)進(jìn)行溶解、攪拌，30分鐘后降溫至75±5°C再加入剩余物料，攪拌、溶解為均一、清透溶液，冷卻至室溫后靜置24小時(shí)，即得到助焊劑。
[0013](2)按上述質(zhì)量百分比含量錫粉86~89%、助焊劑11~14%配比，將步驟(1)中得到的助焊劑加入錫膏攪拌機(jī)攪拌15~30分鐘后加入錫粉，攪拌速度為l(T20rpm，混合均勻即得到錫膏。
[0014]有益效果:(1)本發(fā)明采取水溶性丙烯酸樹脂與過量胺類物質(zhì)的復(fù)配，反應(yīng)生成酰胺類物質(zhì)的基本原理，提高產(chǎn)品的可清洗性、活性，提高流變特性，增加觸變能力。
[0015](2)本發(fā)明以PEG作為溶劑，既有普通醇類溶劑的載體作用，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品粘度的調(diào)節(jié)。采用不同分子量的PEG來起到增稠或者稀釋的作用，極大的豐富了產(chǎn)品的工藝窗□。
[0016](3)本發(fā)明在配方中加入液態(tài)長鏈烷烴的復(fù)配物，起到了保護(hù)錫粉的作用，可有效提高錫膏的存儲(chǔ)穩(wěn)定性。
[0017](4)適用于微細(xì)間距印刷應(yīng)用，最小適用于16 mil (0.4mm)間距的QFP部件，在12mil (0.3mm)級(jí)別的細(xì)微元件上都能保持優(yōu)異的印刷量及印刷量可重復(fù)性；BGA元件焊接時(shí)可實(shí)現(xiàn)高回流率以及IPC III級(jí)的空洞性能。
[0018](5)助焊劑殘留是溶于水的，水洗條件下，提高了因線路板設(shè)計(jì)條件不同而不同的清洗方式的靈活性，清洗水溫為25飛0°C，3(T50PSI的壓力下進(jìn)行清洗。
[0019](6)該種錫膏在各種無鉛合金焊膏中，可實(shí)現(xiàn)印刷能力和回流曲線工藝窗口的理想結(jié)合，并具實(shí)現(xiàn)良好的水清洗作用。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的范圍并不因此局限于下述實(shí)施例。
[0021]實(shí)施例1
(一)各原料質(zhì)量百分比含量
錫粉為86%，助焊劑為14% ;其中，錫粉為Sn-3.0Ag-0.5Cu合金3#錫粉；
助焊劑配方為:丙烯酸改性樹脂13%，PEG400 40%, PEG600 6%、PEG2000 10%、壬二酸3%,衣康酸2%，無水檸檬酸1%，WH-245抗老劑0.5%，乙基咪唑1%，聚乙烯吡咯烷酮6%，AK218無鹵活性劑2%，乙二胺3%，三乙醇胺3%，苯基冠醚0.3%，18-冠6醚0.2%，羥乙基磺酸胺4%，癸烷1%，十四烷2%，丙三醇2%。
[0022](二)制備方法
(1)按上述質(zhì)量百分比含量將丙烯酸改性樹脂、PEG400、PEG600、PEG2000、壬二酸、衣康酸，無水檸檬酸、WH-245抗老劑、乙基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮加入溫度調(diào)控為110±10°C的溫控玻璃容器內(nèi)進(jìn)行溶解、攪拌，30分鐘后降溫至75±5°C再加入剩余物料，攪拌、溶解為均一、清透溶液，冷卻至室溫后靜置24小時(shí)，即得到助焊劑；
(2)按上述質(zhì)量百分比含量錫粉86?89%、助焊劑11?14%配比，將步驟(I)中得到的助焊劑加入錫膏攪拌機(jī)攪拌15?30分鐘后加入錫粉，攪拌速度為l(T20rpm，混合均勻即得到錫膏。
[0023](三)本實(shí)施例的有益效果
本實(shí)施例樣品根據(jù)IPC J-STD-004測試標(biāo)準(zhǔn)測得完全不含RoHS 2002/95/EC法規(guī)規(guī)定的有害物質(zhì)；在大氣條件下，直線升溫和保溫回流曲線條件下回流均能保持潤濕能力；根據(jù)JIS-Z-3197測試其擴(kuò)展率為80.1%。
[0024]實(shí)施例2
(一)各原料質(zhì)量百分比含量
錫粉為89%，助焊劑為11% ;其中，錫粉為Sn-0.3Ag-0.7Cu 4#粉；
助焊劑配方為:丙烯酸改性樹脂13%，PEG400 40%, PEG600 6%、PEG2000 10%、壬二酸3%，衣康酸2%，無水檸檬酸1%，WH-245抗老劑0.5%，乙基咪唑1%，聚乙烯吡咯烷酮6%，AK218無鹵活性劑2%，乙二胺3%，三乙醇胺3%，苯基冠醚0.3%，18-冠6醚0.2%，羥乙基磺酸胺4%，癸烷1%，十四烷2%，丙三醇2%。
[0025](二)制備方法同實(shí)施例1。
[0026](三)本實(shí)施例的有益效果
本實(shí)施例樣品根據(jù)IPC J-STD-004測試標(biāo)準(zhǔn)測得完全不含RoHS 2002/95/EC法規(guī)規(guī)定的有害物質(zhì)；在空氣中條件下，直線升溫和保溫回流曲線條件下回流均能保持潤濕能力；根據(jù)JIS-Z-3197測試其擴(kuò)展率為78.3%。
[0027]實(shí)施例3
(一)各原料質(zhì)量百分比含量
錫粉為86%，助焊劑為14% ;其中，錫粉為Sn-3.0Ag-0.5Cu合金4#粉；
助焊劑原料:丙烯酸改性樹脂7%，PEG400 32%, PEG600 10%、PEG2000 15%、壬二酸2%，衣康酸2%，無水檸檬酸2%，WH-245抗老劑2%，乙基咪唑1%，聚乙烯吡咯烷酮6%，AK218無鹵活性劑1.5%，乙二胺6%，三乙醇胺3%，苯基冠醚0.3%，18-冠6醚0.2%，羥乙基磺酸胺4%，癸烷1%，十四烷2%，丙三醇3%。
[0028](二)制備方法同實(shí)施例1 (三)本實(shí)施例的有益效果
本實(shí)施例樣品根據(jù)IPC J-STD-004測試標(biāo)準(zhǔn)測得完全不含RoHS 2002/95/EC法規(guī)規(guī)定的有害物質(zhì)；在空氣中條件下，在保溫回流曲線條件下回流高溫活性稍差；根據(jù)JIS-Z-3197測試其擴(kuò)展率為76.5%。[0029]實(shí)施例4
(一)各原料質(zhì)量百分比含量
錫粉為89%，助焊劑為11% ;其中，錫粉為Sn-0.3Ag-0.7Cu合金3#錫粉。
[0030]助焊劑配方為:丙烯酸改性樹脂14%，PEG400 40%、PEG600 5.1%、PEG2000 10%、壬二酸3%，衣康酸3%，無水檸檬酸2%，WH-245抗老劑0.5%，乙基咪唑1%，聚乙烯吡咯烷酮2%，AK218無鹵活性劑2%，乙二胺6%，三乙醇胺3%，苯基冠醚0.2%，18-冠6醚0.2%，羥乙基磺酸胺3%，癸烷2%，十四烷2%，丙三醇1%。
[0031]二、制備方法同實(shí)施例1 三、本實(shí)施例的有益效果
本實(shí)施例樣品根據(jù)IPC J-STD-004測試標(biāo)準(zhǔn)測得完全不含RoHS 2002/95/EC法規(guī)規(guī)定的有害物質(zhì)；在空氣中條件下，直線升溫和保溫回流曲線條件下回流均能保持潤濕能力；根據(jù)JIS-Z-3197測試其擴(kuò)展率為82.4%。
[0032]對(duì)以上四個(gè)實(shí)施例樣品進(jìn)行相關(guān)性能檢測，結(jié)果見表1。
[0033]綜上所述，本發(fā)明的水洗錫膏，通過丙烯酸改性樹脂與胺類物質(zhì)的相互作用，并以不同聚合度的PEG進(jìn)行復(fù)配起到溶解其他物料和粘度調(diào)節(jié)的作用；同時(shí)選用液態(tài)長鏈烷烴作為穩(wěn)定助焊劑來保護(hù)錫粉免受腐蝕提高存儲(chǔ)特性。該配方滿足整個(gè)焊接過程中的活性需求，解決了高性能要求的軍工產(chǎn)品以及高級(jí)電子產(chǎn)品對(duì)于焊點(diǎn)焊后殘留清洗的需求。
[0034]表1各實(shí)施例相關(guān)項(xiàng)目測試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種水洗錫膏，其特征在于由以下質(zhì)量百分比含量的組分組成:錫粉8619%，助焊劑11~14% ;所述錫粉為3#或4#錫粉，合金成分為SAC305 (Sn-3.0Ag-0.5Cu)或SAC0307(Sn-0.3Ag-0.7Cu);所述助焊劑由如下質(zhì)量百分比含量的原料組成:活性劑7.5~10%，胺類緩蝕劑7~10%，絡(luò)合劑0.4~0.5%，WH-245抗老劑0.2~2%，羥乙基磺酸胺3~4%，聚乙烯吡咯烷酮2~6%，液態(tài)長鏈烷烴2~4%，丙烯酸改性樹脂7~14%，丙三醇1~3%，余量為PEG。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水洗錫膏，其特征在于所述活性劑為有機(jī)酸和AK218活性劑，兩者的配比為AK218活性劑:有機(jī)酸=1: (3~4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水洗錫膏，其特征在于所述有機(jī)酸為無水檸檬酸、衣康酸和壬二酸，三者的配比為無水檸檬酸:衣康酸:壬二酸=1: (0.5^2): 0-3).
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水洗錫膏，其特征在于所述胺類緩蝕劑為乙基咪唑、三乙醇胺和乙二胺，三者的配比為乙基咪唑:三乙醇胺:乙二胺=1: (3-6):(3-6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水洗錫膏，其特征在于所述絡(luò)合劑為苯基冠醚和18-冠6醚，兩者的配比為苯基冠醚:18-冠6醚=1: (0.66~3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水洗錫膏，其特征在于所述液態(tài)長鏈烷烴為癸烷和十四烷，兩者的配比為癸烷:十四烷=1: 0-2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水洗錫膏，其特征在于所述PEG為PEG2000、PEG600和PEG400，三者的配比為 PEG2000: PEG600: PEG400=1: (0~0.67): (2.13~4)。
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的水洗錫膏的制備方法，其特征在于制備步驟如下: (1)按上述質(zhì)量百分比含量將丙烯酸改性樹脂、PEG、有機(jī)酸、WH-245抗老劑、乙基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮加入溫度調(diào)控為110±10°C的溫控玻璃容器內(nèi)進(jìn)行溶解、攪拌，30分鐘后降溫至75±5°C再加入剩余物料，攪拌、溶解為均一、清透溶液，冷卻至室溫后靜置24小時(shí)，即得到助焊劑； (2)按上述質(zhì)量百分比含量錫粉86~89%、助焊劑11~14%配比，將步驟(1)中得到的助焊劑加入錫膏攪拌機(jī)攪拌15~30分鐘后加入錫粉，攪拌速度為l0-20rpm，混合均勻即得到錫膏。
【文檔編號(hào)】B23K35/363GK103909358SQ201410092171
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】胡慶賢, 王小京, 浦娟, 胥國祥, 吳銘方, 王曉麗 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)