专利名称：一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于焊接的材料，尤其是涉及一种用于微电子焊接的可抑制焊点界面化 合物生长的免清洗水基型助焊剂。
背景技术：
随着全球环境污染问题日益严峻，欧盟颁布了《电子电气设备废弃物(WEEE)》和《关 于电子电气设备禁止使用某些有害物质(RHOS)》两项法令，从2006年7月1日起，全面 禁止含铅电子产品进口。目前，国际上主要是用Sn-Ag和Sn-Ag-Cu共晶体系来代替传统的 SnPb合金，但新合金体系的润湿性比传统SnPb合金差，易被氧化，焊接后焊点界面处的金 属间化合物过度生长，造成焊点机械性能下降。使用传统的助焊剂，焊接效果极差。
有关无铅焊料助焊剂已有一些相关的报道。公开号为CN 1565791A的发明专利申请提供 一种免洗可成膜性水基型助焊剂。含有以重量计0.5% 8%的水溶性热固型树脂、0.5% 5%的活化剂和90% 99%的去离子水，其中活化剂由表面活性成分、有机酸和醇类助溶剂 组成。应用于微电子焊接生产中，可消除有机型溶剂助焊剂带来的污染和安全问题，又可免 去清洗工序，并可在线路板表面形成一层有一定附着力的非水溶性膜，起到防潮防湿的保护 作用，有效地提高了电器产品的绝缘稳定性。使用成膜保护，但对一些油溶性高分子成膜必 须使用大量的有机溶剂，水溶性高分子成膜剂焊后易吸潮。其中一部分只是将传统的松香型 助焊剂的溶剂替换成高沸点的溶剂，以适应无铅焊接的高温操作，整体上没有多大的改进， 对无铅焊料的焊接效果很差。公开号为CN1836825A的发明专利申请提供一种无铅焊料专用水 溶性助焊剂，由下述重量百分数物质组成硼酸和有机酸活化剂5.0% 10.0%、非离子表 面活性剂或阳离子表面活性剂0. 1% 1.0%、助溶剂8.0% 20.0%、成膜剂0. 1% 1.0 %、缓蚀剂O. 1% 0.5%，其余为去离子水。该助焊剂不含松香，无卤化物，环保，对无铅 焊料助焊性能优越，焊点饱满，铺展均匀，腐蚀小，焊后残余物可溶于水，用水清洗后，干 燥铜板，测试板子的表面绝缘电阻均大于1.0X10"Q。公开号为CN1562554的中国专利提供 一种免清洗无铅焊料助焊剂，它由下述重量配比的物质组成有机酸活化剂1.0% 5.0%、 改良树脂2.0% 8.0%、表面活性剂0.2% 1.0%、高沸点的溶剂2.0% 13.0%、润湿剂 1.0% 6.0%、其余为溶剂异丙醇或去离子水。使用非离子共价键的溴化物，焊接后残留
物会造成较大的腐蚀性。现有的一些助焊剂大多只考虑焊点的铺展性问题，忽视了无铅焊料 的兼容性。无铅焊料在焊接后，金属间化合物大量生长，造成焊点机械性能下降。工业上在 铜基板上镀上5 7pm厚度的镍来增加焊点的机械性能，但这样增加了成本和工艺的难度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有无铅焊料的特点，提供一种能有效配合无铅焊料使用，焊点 光亮，可阻碍金属间化合物的生长，焊接效果和界面性能好的可抑制焊点界面化合物生长的 免清洗水基型助焊剂。
本发明的技术方案是直接从助焊剂出发，通过助焊剂对基板进行表面改性，对基板与焊 料之间的原子扩散进行抑制，从而阻碍了金属间化合物的生长。这样既保证了良好的助焊性 能，又提高了焊点的机械性能。
本发明的组成及其按质量百分比的含量为
有机还原剂0.1 % 0.3% ，抑制金属间化合物生长剂0. 01 % 1 % ，有机活性剂0.2% 3 %，表面活性剂0.1% 3%，缓蚀剂O. 1%，助溶剂5% 30%，余为水。
本发明所用的有机还原剂为抗坏血酸、4-己基间苯二酚、抗坏血酸盐、L-抗坏血酸棕榈 酸酯、异抗坏血酸、植酸、茶多酚、维生素E和胡萝卜素中的至少一种。
本发明所用的抑制金属间化合物生长剂即界面成膜剂，抑制金属间化合物生长剂为草酸、 邻氨基苯甲酸、8-羟基喹啉和喹啉-2-羧酸中的至少一种。
本发明所用的有机活性剂不包含卤素，按质量百分比，有机活性剂由50% 90%的有机 酸和10% 50%的有机胺组成。有机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、水杨酸和柠檬酸中的至少一种。有机胺为醇胺、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种，酰胺是尿素，脂肪胺是碳链原子数小于12的一元胺或 二元胺；有机胺也可以是三类胺中的至少一种。
本发明所用的表面活性剂为非离子型表面活性剂，可以是OP系列表面活性剂，TX系列 表面活性剂中的至少一种，其中以高分子量和低分子量的表面活性剂相配合为佳。
本发明所用的缓蚀剂为含氮杂环化合物。
本发明所用的助溶剂为沸点140'C以上的醇或醇醚，可以是乙二醇、丙三醇和乙二醇丁 醚中的至少一种。
本发明可采用以下方法制备在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和水，搅拌下加入 有机活性剂、表面活性剂、缓蚀剂、抑制金属间化合物生长剂和还原剂，后加热至50 7(TC， 搅拌均匀，静置过滤，即得本发明的产品。
通过此法配制的助焊剂，其助焊性能能较好地满足J-STD-004标准。Sn3.5Ag0.5Cu焊料 焊完后，在190。C下退火120h，其界面层的金属间化合物的厚度为6.5 7.5ixm，界面也比 较平缓，而普通助焊剂的金属间化合物层的厚度为8 12um。
由于本发明采用有机还原剂，具有抗氧化作用，因此保证了焊点的光亮；由于抑制金属 间化合物生长剂的加入，在焊料与界面处形成一层界面化合物沉淀层，抑制了焊料与基板的 原子扩散，因此阻碍了金属间化合物的生长；由于加入有机活性剂，因此可起清除铜板表面 氧化膜的作用；由于表面活性剂的加入，降低焊料金属的表面张力和基板的表面能，因此增 强了焊接效果；由于加入其他助溶剂来调节焊接过程助焊剂沸腾的稳定性，因此保证了基本 的助焊性能的同时，又改善了界面性能。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。
实施例l:原料选用抗坏血酸0.2g，草酸0.01g，己二酸lg，柠檬酸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，去离子水77.6g。制备时，在带有 搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和去离子水，搅拌下加入有机活性剂、表面活性剂、缓蚀剂、 抑制金属间化合物生长剂和还原剂，后加热至6(TC，搅拌均匀，静置过滤，即得助焊剂。所 得的助焊剂的卤素含量O.Ol，扩展率83.1%,同时干燥度和铜板腐蚀性能均合格。采用此助 焊剂焊接时无特殊气味发出，焊点表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完，190 °C下退火 120h的金属间化合物层厚度7.4ixm。
实施例2:原料选用L-抗坏血酸棕榈酸酯O.lg，草酸0.7g， 8-羟基喹啉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，去离子水66.6g。制备 时，在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和去离子水，搅拌下加入有机活性剂、表面活性 剂、缓蚀剂、抑制金属间化合物生长剂和还原剂，后加热至5(TC，搅拌均匀，静置过滤，即 得助焊剂。经检测，所制得的助焊剂的密度为1.018g/L，卤素含量O.Ol,扩展率80.8%，同 时干燥度和铜板腐蚀性能均合格。采用此助焊剂焊接时无特殊气味发出，焊点表面光亮，使 用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完，190 °C下退火120 h的金属间化合物层厚度7.0 y m，界面平缓。
实施例3:原料选用抗坏血酸钠0.3g，草酸0.1g，邻氨基苯甲酸0.1g，乙酸0.1g，柠檬 酸0.5g， 二乙醇胺0.1g， OP-10 lg，苯并三氮唑0.1g,丙三醇5g，去离子水84.7g。制备时， 在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和去离子水，搅拌下加入有机活性剂、表面活性剂、 缓蚀剂、抑制金属间化合物生长剂和还原剂，后加热至5(TC，搅拌均匀，静置过滤，即得助 焊剂。所制得的助焊剂的卤素含量O.Ol，扩展率82.3%，同时干燥度和铜板腐蚀性能均合格。 采用此助焊剂焊接时无特殊气味发出，焊点表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完，190°C 下退火120 h的金属间化合物层厚度7.1 ix m。
实施例4:原料选用4-已基间苯二酚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，纯净水80.79g。 制备时，在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和去离子水，搅拌下加入有机活性剂、表面 活性剂、缓蚀剂、抑制金属间化合物生长剂和还原剂，后加热至5(TC，搅拌均匀，静置过滤， 即得助焊剂。所制得的助焊剂的卤素含量O.Ol，扩展率85.3%，同时干燥度和铜板腐蚀性能 均合格。采用此助焊剂焊接时无特殊气味发出，焊点表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完， 190°C下退火120h的金属间化合物层厚度7.5um。
实施例5:原料选用异抗坏血酸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，纯净水83.24g。 制备时，在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和去离子水，搅拌下加入有机活性剂、表面 活性剂、缓蚀剂、抑制金属间化合物生长剂和还原剂，后加热至5(TC，搅拌均匀，静置过滤， 即得助焊剂。所制得的助焊剂的卤素含量O.Ol，扩展率85.0%，同时干燥度和铜板腐蚀性能 均合格。采用此助焊剂焊接时无特殊气味发出，焊点表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完， 190 °C下退火120 h的金属间化合物层厚度7.2 u m。
实施例6:原料选用茶多酚0.1g，草酸0.05g，水杨酸0.4g，柠檬酸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，去离子水83.05g。 制备时，在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和去离子水，搅拌下加入有机活性剂、表面 活性剂、缓蚀剂、抑制金属间化合物生长剂和还原剂，后加热至70。C，搅拌均匀，静置过滤， 即得助焊剂。所制得的助焊剂的卤素含量O.Ol，扩展率82.8%，同时干燥度和铜板腐蚀性能 均合格。采用此助焊剂焊接时无特殊气味发出，焊点表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完， 190 °C下退火120h的金属间化合物层厚度7.4um。
实施例7:原料选用维生素E0.05g，胡萝卜素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，去离子水83.65g。 制备时，在带有搅拌器的反应釜中先加入助溶剂和去离子水，搅拌下加入有机活性剂、表面 活性剂、缓蚀剂、抑制金属间化合物生长剂和还原剂，后加热至50'C，搅拌均匀，静置过滤， 即得助焊剂。所制得的助焊剂的卤素含量O.Ol，扩展率80.9%，同时干燥度和铜板腐蚀性能 均合格。采用此助焊剂焊接时无特殊气味发出，焊点表面光亮，使用Sn3.5Ag0.5Cu焊料焊完， 190 °C下退火120h的金属间化合物层厚度7.4um。
权利要求
1.一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征在于其组成及其按质量百分比的含量为有机还原剂0.1％～0.3％，抑制金属间化合物生长剂0.01％～1％，有机活性剂0.2％～3％，表面活性剂0.1％～3％，缓蚀剂0.1％，助溶剂5％～30％，余为水。
2. 如权利要求1所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征 在于有机还原剂为抗坏血酸、4-已基间苯二酚、抗坏血酸盐、L-抗坏血酸棕榈酸酯、异抗坏 血酸、植酸、茶多酚、维生素E和胡萝卜素中的至少一种。
3. 如权利要求l所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征 在于抑制金属间化合物生长剂为草酸、邻氨基苯甲酸、8-羟基喹啉和喹啉-2-羧酸中的至少一 种。
4. 如权利要求1所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征 在于按质量百分比，有机活性剂由50% 90%的有机酸和10% 50%的有机胺组成;有机酸 为脂肪族一元酸、脂肪族二元酸、脂肪族多元酸、酒石酸、水杨酸和柠檬酸中的至少一种。
5. 如权利要求1所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征 在于有机胺为醇胺、酰胺或脂肪胺，醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种，酰 胺为尿素，脂肪胺为碳链原子数小于12的一元胺或二元胺。
6. 如权利要求1所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征 在于有机胺为三类胺中的至少一种。
7. 如权利要求1所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征 在于表面活性剂为非离子型表面活性剂，选自OP系列表面活性剂，TX系列表面活性剂中的 至少一种。
8. 如权利要求1所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征 在于缓蚀剂为含氮杂环化合物。
9. 如权利要求1所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特征 在于助溶剂为沸点14(TC以上的醇或醇醚。
10. 如权利要求9所述的一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，其特 征在于所述的醇或醇醚选自乙二醇、丙三醇和乙二醇丁醚中的至少一种。
全文摘要
一种可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂，涉及一种用于焊接的材料，尤其是涉及一种用于微电子焊接的可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂。提供一种能有效配合无铅焊料使用，焊点光亮，可阻碍金属间化合物的生长，焊接效果和界面性能好的可抑制焊点界面化合物生长的免清洗水基型助焊剂。组成及其按质量百分比的含量为有机还原剂0.1％～0.3％，抑制金属间化合物生长剂0.01％～1％，有机活性剂0.2％～3％，表面活性剂0.1％～3％，缓蚀剂0.1％，助溶剂5％～30％，余为水。
文档编号B23K35/362GK101104231SQ20071000936
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月11日 优先权日2007年8月11日
发明者刘兴军, 炜 张, 张锦彬, 林顺茂, 王翠萍, 马云庆, 黄艺雄 申请人:厦门大学