CN112980602A

CN112980602A - 水溶性锡膏清洗剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112980602A
Application number: CN202110177628.9A
Authority: CN
Inventors: 郭艳萍; 杨鹏
Original assignee: Shenzhen Unibright Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Unibright Technology Co ltd
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2021-06-18

Abstract

本申请属于清洗技术领域，尤其涉及一种水溶性锡膏清洗剂及其制备方法和应用。以所述水溶性锡膏清洗剂的总质量为100％，包括如下原料组分：非离子表面活性剂0.5～1％，第一金属缓蚀剂0.05～0.15％，第二金属缓蚀剂0.01～0.05％，增效剂0.5～2％，有机胺碱0.5～1％，有机溶剂0.8～3％，水93～97％。本申请水溶性锡膏清洗剂，通过各原料组分的协同配合作用，使水溶性锡膏清洗剂对电子元器件表面残留的水溶性锡膏具有优异的清洗能力，特别是对小尺寸、高集成度、微缝隙、高表面张力情况下的水溶性锡膏残留，有着很好的清洗能力；且VOCs含量低，安全绿色环保。

Description

水溶性锡膏清洗剂及其制备方法和应用

技术领域

本申请属于清洗技术领域，尤其涉及一种水溶性锡膏清洗剂及其制备方法和应用。

背景技术

锡膏主要用于印刷电路板与集成电路焊接工艺，在电子行业中被广泛使用。随着电子行业的发展，对锡膏的性能和质量要求也越来越高。锡膏焊后PCB板面等电子元器件会产生残留，目前采用的清洗剂很难完全清洗干净，这些残留会导致电气性能不理想，影响到产品品质的可靠性。水溶性锡膏由于具有很强的活化性，因此通常显示出良好的润湿性，但与免洗焊膏相比，它们的使用寿命更短，并且对温度和湿度的工作条件要求较为敏感。随着科技技术的快速发展，特别是5G半导体芯片应用，要求工作频率越来越高，尺寸越来越小，集成度越来越高，组件之间的距离越来越小，这对芯片制作和封装工艺中的关键清洗技术提出了更高、更严格的要求。

水溶性锡膏残留，由于其更易吸潮，并且容易腐蚀电子元器件，因此在芯片制作过程中必须完全清洗干净。水溶性锡膏经高温焊接，残留组成会发生变化，同时微缝处清洗的低表面张力，使得仅用水洗涤水溶性锡膏残留物越来越具有挑战性，因此需要采用合适的清洗剂来达到彻底清洗的效果。而现有清洗剂因为配方针对性的原因，若用来清洗水溶性锡膏助焊剂残留，则碱性太强，容易出现焊料金属不兼容现象，且元器件底部的锡膏助焊剂残留清洗不干净，影响产品的可靠性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种水溶性锡膏清洗剂及其制备方法和应用，旨在一定程度上解决现有清洗剂难以清除电子元器件焊后残留的水溶性锡膏，且清洗剂碱性强与电子元器件金属兼容性差的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种水溶性锡膏清洗剂，以所述水溶性锡膏清洗剂的总质量为100％，包括如下原料组分：

第二方面，本申请提供一种水溶性锡膏清洗剂的制备方法，包括步骤：

获取上述水溶性锡膏清洗剂的原料组分，将各原料组分进行混合处理，得到水溶性锡膏清洗剂。

第三方面，本申请提供一种将上述水溶性锡膏清洗剂用于清洗电子元器件表面的锡膏残留的应用。

本申请第一方面提供的水溶性锡膏清洗剂，包括0.5～1％的非离子表面活性剂、0.05～0.15％的第一金属缓蚀剂、0.01～0.05％的第二金属缓蚀剂、0.5～2％的增效剂、0.5～1％的有机胺碱、0.8～3％的有机溶剂和余量的水。本申请通过各原料组分的协同配合作用，使水溶性锡膏清洗剂对电子元器件表面的水溶性锡膏残留具有优异的清洗能力，特别是对小尺寸、高集成度、微缝隙、高表面张力情况下的水溶性锡膏残留，有着很好的清洗能力。并且，本申请水溶性锡膏清洗剂中，水含量达到93％～97％，功能性成分浓度低，对电子元器件的敏感金属或者特殊性功能材料具有很好的兼容性，降低了清洗剂对基材的损害；同时降低了水溶性锡膏清洗剂的闪点、VOCs，使其更加安全、环境友好，也降低了清洗成本。

本申请第二方面提供的水溶性锡膏清洗剂的制备方法，将配方量的各原料组分进行混合处理，便可得到水溶性锡膏清洗剂。本申请水溶性锡膏清洗剂的制备方法，工艺简单，可操作性强，工艺条件易控，制得的水溶性锡膏清洗剂分散体系稳定，从而保证了清洗效果的稳定性。

本申请第三方面提供的水溶性锡膏清洗剂应用在水溶性锡膏焊后锡膏残留清洗工艺中，该清洗剂产品对PCB板表面的水溶性锡膏残留、油污、灰尘等污染物具有优异的清洗能力，特别是能够有效去除小尺寸、微缝隙里的水溶性锡膏残留。并且对PCB板上的各个器件无任何影响，特别是对敏感金属和特殊功能性材料具有良好的兼容性。

具体实施方式

为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请实施例第一方面提供一种水溶性锡膏清洗剂，以水溶性锡膏清洗剂的总质量为100％，包括如下原料组分：

在一些实施例中，本申请水溶性锡膏清洗剂中，0.5～1％的非离子表面活性剂选自：炔二醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷醇酰胺中的至少一种；这些非离子表面活性剂所含有的极性官能团具有较强的极性和亲水性，同时烃基又使其具有疏水性。因此，这些表面活性剂具有较强的表面活性，能够降低水的表面张力，有效清洗微缝处焊膏残留。另外，这些表面活性剂中含烃基的支链基团基本都是甲基等小分子基团，而表面活性剂结构中又有极性基团，这些结构特点赋予了清洗剂良好的润湿性和渗透性。使清洗剂能够渗透进焊膏残留的孔隙中并使其扩大，提高清洗性能。此外，表面活性剂中，烃支链减弱了清洗剂中相邻分子间的吸引力，在气液界面形成可压缩、易透气的扩展膜，从而使清洗剂不易形成泡沫，具有一定的消泡能力，保证清洗剂泡沫少，使其既适用于超声清洗，也适用于喷淋清洗，应用灵活方便。

在一些实施例中，本申请水溶性锡膏清洗剂中，0.5～1％的有机胺碱选自：异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺中的至少一种，这些有机胺碱为弱碱性有机胺，能与焊膏残留中的有机酸反应，增强清洗力的同时，提高清洗剂对金属的兼容性，尤其是对敏感金属的兼容性。并且相对于无机碱，采用的这些有机胺碱，使清洗剂清洗后的离子残留度低，更容易满足IPC标准。

在一些实施例中，本申请水溶性锡膏清洗剂中，0.05～0.15％的第一金属缓蚀剂包括：甲基苯骈三氮唑、巯基苯骈噻唑中的至少一种和甲基苯骈三氮唑盐、巯基苯骈噻唑盐中至少一种。本申请第一金属缓蚀剂通过甲基苯骈三氮唑、巯基苯骈噻唑中的至少一种，与甲基苯骈三氮唑盐、巯基苯骈噻唑盐中至少一种盐的复配作用。其中，甲基苯骈三氮唑能快速吸附在铜等金属表面，形成一层很薄且均匀的不溶性聚合物保护膜，反应式如下；巯基苯骈噻唑与金属铜表面的活泼铜原子或者Cu²⁺产生化学吸附，进而发生螯合作用，在铜表面形成一层十分致密且牢固的保护膜，反应式如下。

本申请水溶性锡膏清洗剂包含油相和液相两相，需要考虑缓蚀剂在水相和油相中都具有很好的溶解性，第一金属缓蚀剂中苯骈三氮唑盐和巯基苯骈噻唑盐在水相中有较好的溶解性，甲基苯骈三氮唑和巯基苯骈噻唑在油相中有较好的溶解性，本申请水溶性锡膏清洗剂通过这两种相缓蚀剂的复配，能同时确保电子元器件铜等金属表面在水相和油相中的缓蚀效果，进一步提高清洗剂与电子元器件表面金属的兼容性，避免清洗剂对电子元器件表面的破坏作用，从而提高器件的稳定性。此外，高温下甲基苯骈三氮唑或巯基苯骈噻唑缓蚀剂在有机溶剂中的溶解度降低，容易导致缓蚀剂析出，出现絮状沉淀现象，会影响缓蚀效果，加入一定量苯骈三氮唑盐或巯基苯骈噻唑盐等缓蚀剂盐，有助于减少缓蚀剂的析出，可作为缓蚀剂的增溶剂。在一些具体实施例中，苯骈三氮唑盐选自苯骈三氮唑钠。在一些具体实施例中，巯基苯骈噻唑盐选自巯基苯骈噻唑钠。

在一些实施例中，本申请水溶性锡膏清洗剂中，甲基苯骈三氮唑和巯基苯骈噻唑的总质量与苯骈三氮唑盐和巯基苯骈噻唑盐的总质量之比为(2～4)：1，该配比使得第一金属缓蚀剂对电子元器件表面的铜等金属有最佳的缓蚀效果，若甲基苯骈三氮唑和巯基苯骈噻唑与它们相对应盐的复配比例过高，则达不到增容的效果；若甲基苯骈三氮唑和巯基苯骈噻唑与它们相对应盐的复配比例过低，则缓蚀效果不佳。在一些具体实施例中，甲基苯骈三氮唑和巯基苯骈噻唑的总质量与苯骈三氮唑盐和巯基苯骈噻唑盐的总质量之比，可以是2:1、3:1、或4:1等。

在一些实施例中，本申请水溶性锡膏清洗剂中，0.01～0.05％的第二金属缓蚀剂选自藻酸钠，藻酸钠是一种天然多糖，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。本申请水溶性锡膏清洗剂中藻酸钠，可与电子元器件表面的铝发生氧化铝反应，生产不溶性的藻酸盐，在电子元器件表面形成一层覆盖膜，能有效地隔绝电子元器件与外部溶液的接触，从而防止电子元器件表面的铝等金属被腐蚀，提高水溶性锡膏清洗剂与清洗基材的兼容性。此外，藻酸钠与增效剂在水中具有协同增稠效应，能够确保锡膏污垢稳定的悬浮分散在清洗液中，不再沉积到被清洗物表面。

本申请实施例，第一金属缓蚀剂和第二金属缓蚀剂，不仅对铜和铝等金属表面具有较好的缓蚀性能，两种金属缓蚀剂复配后，对银、镍、锌、铁等其它金属也具有良好的缓蚀性能，使清洗剂在清洗锡膏残留的同时，可较好的保护电子元气表面。

在一些实施例中，本申请水溶性锡膏清洗剂中，0.5～2％的增效剂选自：聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠中的至少一种，这些增效剂具有很强物理粘附能力，极易被吸附在胶体粒子表面，具有抗再沉积功能，能够有效防止重金属的无机盐沉积，使进入清洗剂水溶液中的锡膏污垢悬浮分散在水溶液中，防止这些污垢再沉积到被清洗物表面，提供清洗剂的稳定性。

在一些实施例中，本申请水溶性锡膏清洗剂中，0.8～3％的有机溶剂选自：二丙二醇丙醚、二丙二醇***、二丙二醇丁醚、二乙二醇己醚中的至少一种，这些有机溶剂属于多官能团溶剂，具有烷基、羟基、醚基等多种官能团，因此对极性和非极性的污垢都具有比较好的溶解性，特别是对焊膏残留中水溶性聚合物的溶解清洗具有特别好的效果。此外，这些有机溶剂气味清淡、沸点高、闪点高，安全性好，具有强清洗力和渗透性等优点，且对化学材料特别是某些功能性材料具有良好的兼容性能。

在一些实施例中，本申请水溶性锡膏清洗剂中，水选自去离子水。

本申请水溶性锡膏清洗剂可通过以下实施例方法制得。

本申请实施例第二方面提供一种水溶性锡膏清洗剂的制备方法，包括步骤：

S10.获取上述水溶性锡膏清洗剂的原料组分，将各原料组分进行混合处理，得到水溶性锡膏清洗剂。

在一些实施例中，本申请实施例混合方式可以是人工搅拌也可以机械搅拌。无特定加料顺序要求，无特殊温度条件要求，只需按步骤及各成分配比混合均匀即可，制备工艺简单。

在一些实施例中，混合处理的步骤包括：

S11.将有机胺碱、增效剂、第一金属缓蚀剂中水溶性组分、第二金属缓蚀剂与水进行第一混合处理，得到第一混合液；

S12.将非离子表面活性剂、第一金属缓蚀剂中油溶性组分与有机溶剂进行混合处理，得到第二混合液；

S13.将第一混合液与第二混合液进行混合处理，得到水溶性锡膏清洗剂。

本申请实施例混合处理工艺中，先分别将有机胺碱、增效剂、第一金属缓蚀剂中的甲基苯骈三氮唑盐或巯基苯骈噻唑盐等水溶性组分、第二金属缓蚀剂等水溶性好的物料溶解在水中；将非离子表面活性剂、第一金属缓蚀剂中甲基苯骈三氮唑或巯基苯骈噻唑等油溶性好的物料与有机溶剂混合，再将两种混合液混合，通过相似相容的机理进行混合，相对于常规混料方式，具有更加快速的制备速度，尤其在低温及人工搅拌的生产状况下，能够明显加快物料的溶解混合速度，节省生产工艺时间。

本申请实施例第三方面提供一种将上述水溶性锡膏清洗剂用于清洗电子元器件表面的水溶性锡膏残留的应用。

本申请第三方面提供的水溶性锡膏清洗剂应用在水溶性锡膏焊后残留清洗工艺中，该清洗剂产品对PCB板表面的水溶性锡膏残留、油污、灰尘等污染物具有优异的清洗能力，特别是能够有效去除小尺寸、微缝隙里的锡膏残留。并且对PCB板上的各个器件无任何影响，特别是对敏感金属和特殊功能性材料具有良好的兼容性。

为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本申请实施例水溶性锡膏清洗剂及其制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

一种水溶性锡膏清洗剂，以水溶性锡膏清洗剂的总质量为100％，包括如下原料组分：

其制备包括步骤：

①将上述异丙醇胺、聚乙烯醇、巯基苯骈噻唑钠、藻酸钠加入到去离子水中，搅拌均匀，得到第一混合液；

②将上述炔二醇聚氧乙烯醚、甲基苯骈三氮唑加入到二丙二醇丙醚中，搅拌均匀，得到第二混合液；

③将上述第二混合液添加到第一混合液中，搅拌均匀，得到水溶性锡膏清洗剂。

实施例2

其制备步骤参照实施例1。

实施例3

其制备步骤参照实施例1。

对比例1

其制备步骤参照实施例1。

对比例2

对比例3

进一步的，为了验证本申请实施例的进步性，对实施例1～3和对比例1～3提供的水溶性锡膏清洗剂进行了如下性能测试：

1.评估项目和定义级别

①锡膏残留，5*10倍显微镜观察。

定义级别：1级元器件底部无锡膏残留；

2级元器件底部有极少量锡膏残留；

3级有明显的锡膏残留。

②离子残留度，采用“离子污染物当量测试法(动态法)”参照SJ20868-2003中第6.3进行测试。

定义级别：1级＜1.5μg(NaCl)/cm²；

2级1.5～3.0μg(NaCl)/cm²；

3级3.0～5.0μg(NaCl)/cm²。

③金属腐蚀测试，根据《SJ/T 11639-2016电子制造用水基清洗剂》中第7.9，将处理好的纯铜、不锈钢及铝片三种金属试片浸泡在水基清洗剂中，放入60℃±2℃的恒温烘箱中2h±5min，用20倍显微镜观察金属片是否有变色、腐蚀现象。

定义级别：0级金属表面无明显变化；

1级金属表明有轻微均匀变色或失光；

2级表面不均匀变色、失光，局部有蚀点；

3级金属表面严重变色或腐蚀。

④聚合物腐蚀测试，根据《SJ/T 11639-2016电子制造用水基清洗剂》中第7.10，将聚合物试片浸泡在水基清洗剂中，放入23℃±2℃的室温中24h±15min，用20倍显微镜观察聚合物试片是否有变色、起泡、起皱、裂缝、溶胀等现象，文字油墨是否有变色、字迹模糊等现象。

定义级别：0级聚合物无明显变化，文字油墨无变色、字迹模糊现象；

1级聚合物有轻微变色、起泡、起皱、裂缝、溶胀等现象，文字油墨有轻微变色、字迹模糊现象；

2级聚合物有明显变色、起泡、起皱、裂缝、溶胀等现象，文字油墨有明显变色、字迹模糊现象。

2.测试结果

将实施例1～3和对比例1～3按照以上评估项目进行测试，评估结果如下表1所示：

表1

由上述测试结果可知：本发明实施例1～3水溶性锡膏清洗剂清洗后锡膏残留、离子度残留达到最高清洗标准，并且对金属和聚合物的兼容性很好，完全能够满足所有评估项目和标准要求。

对比例1和对比例3水溶性锡膏清洗剂兼容性可以达到标准要求，但是清洗后，元器件底部仍有少量锡膏残留，达不到干净度标准要求；

对比例2水溶性锡膏清洗剂能满足清洗性能要求，但是出现金属腐蚀现象，容易损伤敏感金属，达不到兼容性能标准要求。

因此，本发明实施例的水溶性锡膏清洗剂具有优异的水溶性锡膏焊后清洗能力，并且对敏感金属和特殊功能性聚合材料具有很好的兼容性能。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种水溶性锡膏清洗剂，其特征在于，以所述水溶性锡膏清洗剂的总质量为100％，包括如下原料组分：

2.如权利要求1所述的水溶性锡膏清洗剂，其特征在于，所述第一金属缓蚀剂包括：甲基苯骈三氮唑、巯基苯骈噻唑中的至少一种和甲基苯骈三氮唑盐、巯基苯骈噻唑盐中至少一种。

3.如权利要求2所述的水溶性锡膏清洗剂，其特征在于，所述甲基苯骈三氮唑和所述巯基苯骈噻唑的总质量与所述苯骈三氮唑盐和所述巯基苯骈噻唑盐的总质量之比为(2～4)：1；

和/或，所述苯骈三氮唑盐选自苯骈三氮唑钠；

和/或，所述巯基苯骈噻唑盐选自巯基苯骈噻唑钠。

4.如权利要求1所述的水溶性锡膏清洗剂，其特征在于，所述增效剂选自：聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠中的至少一种。

5.如权利要求1～4任一所述的水溶性锡膏清洗剂，其特征在于，所述第二金属缓蚀剂选自藻酸钠。

6.如权利要求5所述的水溶性锡膏清洗剂，其特征在于，所述非离子表面活性剂选自：炔二醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷醇酰胺中的至少一种；

和/或，所述有机胺碱选自：异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺中的至少一种。

7.如权利要求1所述的水溶性锡膏清洗剂，其特征在于，所述有机溶剂选自：二丙二醇丙醚、二丙二醇***、二丙二醇丁醚、二乙二醇己醚中的至少一种；

和/或，所述水选自去离子水。

8.一种水溶性锡膏清洗剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

获取如权利要求1～7任一所述水溶性锡膏清洗剂的原料组分，将各原料组分进行混合处理，得到水溶性锡膏清洗剂。

9.如权利要求8所述的水溶性锡膏清洗剂的制备方法，其特征在于，所述混合处理的步骤包括：

将有机胺碱、增效剂、第一金属缓蚀剂中水溶性组分、第二金属缓蚀剂与水进行第一混合处理，得到第一混合液；

将非离子表面活性剂、第一金属缓蚀剂中油溶性组分与有机溶剂进行混合处理，得到第二混合液；

将所述第一混合液与所述第二混合液进行混合处理，得到水溶性锡膏清洗剂。

10.将如权利要求1～7任一所述的水溶性锡膏清洗剂或者如权利要求8～9任一方法制备的水溶性锡膏清洗剂用于清洗电子元器件表面的水溶性锡膏残留。