CN104023904A - 焊膏 - Google Patents

Abstract

本发明提供消除了在利用喷出法使用的情况下突然发生的喷嘴的堵塞、且助焊剂会因焊接时的加热发生分解而变得无残渣的焊膏。一种焊膏，其为焊料粉末与助焊剂混合而生成的焊膏，其中，助焊剂以1.0质量％以上～小于2.0质量％含有聚甲基丙烯酸烷基酯作为在常温区域内防止焊料粉末的沉降、在焊接时的加热过程中发生分解或蒸发的量的甲基丙烯酸聚合物，并且以5.0质量％以上～小于15.0质量％含有硬脂酰胺作为粘性调节剂，所述焊膏的粘度设为50～150Pa·s。焊膏中的助焊剂的含量优选为11质量％以上～小于13质量％。

Description

焊膏

技术领域

本发明涉及将助焊剂与焊料粉末混合而成的焊膏，尤其涉及具有助焊剂的分离抑制效果、能够在喷出法中使用且能够实现助焊剂的无残渣的焊膏。

背景技术

<关于焊膏的供给方法>

在涂布有焊膏的基板等上搭载芯片部件并在回流焊工序中将焊料熔化来进行电连接的SMT方法(Surface Mount Technology：表面安装技术)中，用于组装电子基板、电子器件的接合工序的第一阶段是从将由焊料粉末与助焊剂混合而制成的焊膏适量供给到接合部开始的。

在将焊膏供给到接合部的方法中，所谓丝网印刷的工艺是常用的。图7A、图7B、图7C、图7D、图7E及图7F为示出丝网印刷法的一个例子的说明图。在丝网印刷法中，如图7A所示，由形成有与基板101的电极102相对应的开口部103的钢板构成的丝网104与基板101如图7B所示地密合。

在如图7C所示于丝网104上载置有焊膏S的状态下，如图7D所示那样，使刮板105一边与丝网104密合一边沿箭头F方向滑动，由此将焊膏S填充到开口部103，接着，利用刮板105刮去多余的焊膏S，从而如图7的E所示，焊膏S仅被填充到丝网104的开口部103。

之后，如图7F所示，使丝网104与基板101脱离，由此在丝网104的开口部103中填充的焊膏S被转印到基板101一侧。

利用丝网印刷的焊膏的供给方法作为在连续地生产相同型号的基板时能够最廉价地准确地供给焊膏的方法而被普及，另外，作为能够向随着基板的轻薄短小化而进一步极小极窄化的焊接部供给焊膏的方法，维持着其地位。然而，为了进行丝网印刷，对象物体必须为平面。

在焊膏的供给方法中，也采用所谓喷出法的工艺。图8为示出喷出法的一个例子的说明图。喷出法中，将焊膏S填充到注射器106中，利用空气的压力等从安装于注射器106的前端的喷嘴107喷出焊膏S，在基板101的电极102上涂布焊膏S。

喷出法与丝网印刷法不同，有下述简便性：无需供给对象为平面，也可以供给到具备立体结构的对象物体，而且供给量也可以自由地改变。

因此，在要安装IC芯片等元件的基质(基板、substrate)上涂布焊膏的工序中，有时使用喷出法。图9A、图9B、图9C及图9D为示出电子器件的制造工序的一个例子的操作说明图。

如图9A所示，利用图8中说明的喷出法从喷嘴107将焊膏S涂布在基质(基板)110的芯片接合部111。在芯片接合部111形成有未作图示的由Ni形成的镀层。如图9的B所示，利用芯片接合将功率元件等元件112安装在涂布有焊膏S的芯片接合部111。在元件112的接合面上也形成有未作图示的由Ni形成的镀层。

芯片接合是指在基质(基板)110的芯片接合部111上焊接元件112的工序。芯片接合中，元件112搭载于涂布有焊膏S的芯片接合部111，在回流焊炉中进行焊接。

功率元件在工作时发热，因此，需要依托于焊料层的散热性，一直以来，利用预成型焊片(preform)、焊线的无助焊剂焊接是常见的。近年来，从生产率、成本的方面考虑，有时会使用焊膏，使用焊膏时，利用喷出法供给焊膏。

对于焊接到芯片接合部111上的元件112，如图9C所示，元件112的接合焊盘113与基质(基板)110的引线部114通过引线键合来连接。

引线键合用于元件112与内部电路、外部的端子的线连接。在引线键合中，Al线或Au线等的引线115通过利用超声波的振动压接进行连接。

通过引线键合将元件112与引线部114连接时，如图9D所示，元件112及引线部114利用树脂进行模制成型。出于焊接部和/或电路的机械可靠性、电学可靠性、保护的目的，模制成型中，将元件112及引线部114用环氧树脂116封装。

<关于焊膏用的助焊剂>

用于进行焊接的助焊剂所具有的基本特性需要有去除金属氧化物、防止焊料熔融时的再次氧化、降低焊料的表面张力等性能。在焊膏中使用这样的助焊剂时，助焊剂需要兼具在将比重大的焊料粉末与助焊剂混合分散后抑制由重力导致的焊料粉末的沉降的特性。将其称作助焊剂的分离抑制效果。

助焊剂的分离抑制效果弱时，分散于助焊剂中的焊料粉末会因自重而发生沉降，助焊剂浮起。焊料粉末发生沉降而助焊剂逐渐分离时，在焊膏内产生助焊剂的浓度差，变得无法进行稳定的供给。然而，即使发生助焊剂的分离，也可以通过搅拌焊膏而使分散状态复原。

在图7A～图7F所示的丝网印刷法的情况下，如图7C～图7E所示，在焊膏S的供给中，在丝网104上载置有焊膏S的状态下，使刮板105边与丝网104密合边滑动，从而在丝网104上引起被称作翻滚(rolling)的现象，由于一边搅拌焊膏S一边进行供给，因此不会发生助焊剂的分离。

然而，在如图8所示的喷出法那样为在注射器106中填充的焊膏S的情况下，发生助焊剂的分离时，无法搅拌焊膏S。另外，若在注射器106中搅拌焊膏S，则在搅拌中会将外部空气会引入到焊膏S内，这是导致喷出中发生的空射(empty shot)的原因。

因此，喷出法中使用的焊膏中所使用的助焊剂必须使用助焊剂的分离抑止效果高的助焊剂。另外，喷出法的机制在于，对填充有焊膏的注射器加压，利用压力差促使焊膏流动，因此，在焊膏流动的过程中，若助焊剂与焊料粉末的流动速度不同，则喷出量不稳定。

<关于助焊剂残渣>

焊膏中使用的助焊剂的成分中包含不因焊接的加热而分解、蒸发的成分，焊接后以助焊剂残渣的形式残留在焊接部的周边。助焊剂残渣具有腐蚀性时，会缓慢侵蚀焊接部，产生由迁移引起的短路、由腐蚀引起的焊接部的脱落。

因此，为了防止腐蚀，期望清洗掉助焊剂残渣，在但是一般的电子基板的焊接中，考虑到清洗所消耗的成本，往往确认助焊剂残渣的可靠性来选择腐蚀性弱的助焊剂材料，然后不去除残渣地完成焊料接合。

然而，在电子器件、特别是上述图9B所示的具有芯片接合的电子器件中，助焊剂残渣会对后续工序的引线键合性、模制成型性产生不良影响。另外，会影响电路的绝缘可靠性。进而，在图9C的引线键合中，被接合部的表面污染会影响接合性。

因此，在不去除助焊剂残渣地完成焊接的情况下，覆盖有助焊剂残渣的焊盘上无法进行引线键合。特别是在焊接部面积大的芯片接合部附近存在接合焊盘的情况下，从芯片接合部排出的助焊剂残渣流入至接合焊盘，导致完全无法进行引线键合。

另外，在具有对焊接部实施防湿涂布、或利用底部填充剂提高焊接部的强度的工序，或者如图9D所示具有树脂模制的工序的情况下，在助焊剂残渣与防湿涂布剂、底部填充剂、模制后的环氧树脂的接触界面发生彼此溶解，有时产生阻碍防湿涂布剂、底部填充剂、树脂的固化的部分。另外，存在助焊剂残渣时，树脂与引线框、焊接部件的密合性降低。

因此，在包含利用芯片接合的焊接的工序、作为后续工序的引线键合、模制成型等工序的电子器件的制造工序中，有时需要清洗去除助焊剂残渣，此时要求助焊剂残渣的清洗品质。

因此，期望在焊接中助焊剂成分蒸发/升华、在焊接后助焊剂残渣无限接近零的规格的助焊剂，提出了混合有发挥这种特性的成分的助焊剂的焊膏(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-25305号公报

发明内容

发明要解决的问题

关于在焊接后不残留助焊剂残渣的焊膏，已经提出了很多方案，但这些全部限于用丝网印刷进行焊膏的供给的情况，开发的焦点在于大量生产一定规格的电子基板、电子部件这一目的。

另一方面，在供给焊膏的对象物体采用非平面的几何学立体结构的情况下，难以利用丝网印刷进行供给，为了向这样的对象物体供给焊膏，需要采用喷出法。

然而，专利文献1中，作为触变剂而添加到助焊剂中的高级脂肪酸酰胺虽然作为粘性调节剂的流动性改善特性优异、具有加热时发生分解而变得无残渣的效果，但缺乏作为焊料粉末的抗沉降剂的效果。

因此，利用喷出法来使用专利文献1中记载的这种在丝网印刷中使用的焊膏并填充到注射器中进行喷出时，助焊剂的分离抑制效果弱，因此，连续地喷出时，喷出量变得不稳定，而且焊料粉末会突然在喷嘴内堵塞，导致喷出停止。

本发明的目的在于，提供消除这样的喷出不稳定和突然发生的喷嘴的堵塞、且助焊剂会因焊接时的加热而分解、变得无残渣的焊膏。

用于解决问题的方案

关于具有利用回流焊的焊接的加热后变得无残渣的特性的焊膏用助焊剂中使用的原材料，从因加热而蒸发/升华的材料中选择，实际地调制助焊剂并制成焊膏，将其组装到喷出装置中，间歇地施加压力并监控喷出量，寻找达成喷出中无喷嘴的堵塞、且喷出量稳定的焊料配方。

结果，发明人等通过将使用聚甲基丙烯酸烷基酯带来的防止焊料粉末的沉降效果、和利用硬脂酰胺提高向注射器施加压力时的焊膏的流动性的效果进行组合，从而发现了如下的焊膏：其在能够实现喷出稳定性、且适合不依赖于丝网地自由操控焊膏供给的喷出法的焊膏中，进一步附加了焊接后助焊剂变得无残渣的特性。

本发明为一种焊膏，其为焊料粉末与助焊剂混合而生成的焊膏，其中，助焊剂以1.0质量％以上～小于2.0质量％含有聚甲基丙烯酸烷基酯作为在常温区域内防止焊料粉末的沉降、在焊接时的加热过程中发生分解或蒸发的量的甲基丙烯酸聚合物，并且以5.0质量％以上～小于15.0质量％含有硬脂酰胺作为粘性调节剂，所述焊膏的粘度设为50～150Pa·s。

焊膏中的助焊剂的含量优选为11质量％以上～小于13质量％。

发明的效果

关于本发明的焊膏，利用回流焊的焊接的加热中助焊剂发生分解或蒸发，助焊剂残渣无残留，从而可以实现无残渣。另外，助焊剂维持回流焊后变得无残渣的特性、且防止焊料粉末的沉降并维持所期望的粘度，从而可以使喷出法中的喷出供给时的喷出量稳定。由此，可以改变焊膏的涂布位置及涂布量，可以在组装各种规格的电子基板、电子部件时提供廉价的制造工序。

附图说明

图1为用图表示出本实施方式的焊膏的组成例的说明图。

图2为示出助焊剂的含量与焊膏的喷出量随时间的变化的图表。

图3为示出助焊剂的组成与焊膏的喷出量随时间的变化的图表。

图4为示出助焊剂的含量及焊料粉末的粒径与焊膏的粘度的关系的图表。

图5为示出助焊剂含量及焊料粉末的粒径与焊膏的喷出量的关系的图表。

图6为示出焊膏的粘度与焊膏的喷出量的关系的图表。

图7A为示出丝网印刷法的一个例子的说明图。

图7B为示出丝网印刷法的一个例子的说明图。

图7C为示出丝网印刷法的一个例子的说明图。

图7D为示出丝网印刷法的一个例子的说明图。

图7E为示出丝网印刷法的一个例子的说明图。

图7F为示出丝网印刷法的一个例子的说明图。

图8为示出喷出法的一个例子的说明图。

图9A为示出电子器件的制造工序的一个例子的操作说明图。

图9B为示出电子器件的制造工序的一个例子的操作说明图。

图9C为示出电子器件的制造工序的一个例子的操作说明图。

图9D为示出电子器件的制造工序的一个例子的操作说明图。

具体实施方式

本实施方式的焊膏是将助焊剂与焊料粉末混合而生成的。焊膏中所含的助焊剂含有甲基丙烯酸聚合物作为用于防止焊料粉末的沉降的触变剂。作为甲基丙烯酸聚合物，优选具有烷基的聚甲基丙烯酸烷基酯。另外，含有硬脂酰胺作为粘性调节剂。对混合的焊料粉末的合金组成没有特别限制。

添加有聚甲基丙烯酸烷基酯的助焊剂与焊料粉末混合而得到的焊膏会防止室温等常温区域内的焊料粉末的沉降，焊膏以喷出法使用的情况下，即使焊膏为填充到注射器中而无法进行搅拌的状态，也会抑制焊料粉末与助焊剂的分离。

聚甲基丙烯酸烷基酯在焊接时的加热过程中蒸发，在焊接后助焊剂实质上没有残留而变得无残渣。在焊接时的加热过程中，聚甲基丙烯酸烷基酯的蒸发所需要的时间会根据添加到助焊剂中的聚甲基丙烯酸烷基酯的含量而变化。

另外，在焊膏以图8所示的喷出法使用的情况下，焊膏喷出量不仅受焊料粉末与助焊剂的分离抑制，而且还受到焊膏的粘度的影响。焊膏的粘度会因为添加到助焊剂中的硬脂酰胺的含量而变化。另外，焊膏的粘度也会根据焊膏中的助焊剂的含量以及焊料粉末的粒径而变化。

与焊膏的粘度高的情况相比，焊膏的粘度低时，有焊膏的喷出量增加的倾向。焊膏中的助焊剂的含量多时，焊膏的粘度下降。但是，增加助焊剂的含量时，至变得无残渣为止的时间延长。另外，焊膏的粘度过低时，无法抑制焊料粉末与助焊剂的分离。

进而，已知的是，在使用焊膏进行焊接的情况下，助焊剂的含量少时，可以抑制加热时的流挂，而且焊接后残留在接合部内的空隙也会变少。因此，需要在助焊剂的含量尽量少的区域内找到可以确保以喷出法使用焊膏时的喷出稳定性的助焊剂的配方。

图1为用图表示出本实施方式的焊膏的组成例的说明图。图1中，示出聚甲基丙烯酸烷基酯的含量、硬脂酰胺的含量、和以规定的含量组合聚甲基丙烯酸烷基酯与硬脂酰胺而形成的焊膏的粘度。

对于本实施方式的焊膏而言，为了能够获得由聚甲基丙烯酸烷基酯的添加所带来的助焊剂与焊料粉末的分离抑制效果，考虑到在焊接时的加热过程中聚甲基丙烯酸烷基酯的蒸发所需要的时间，助焊剂中的聚甲基丙烯酸烷基酯的含量优选为1.0％以上～小于2.0％。

另外，为了提高焊膏的流动性，助焊剂中的硬脂酰胺的含量优选为5.0％以上～小于15.0％。

进而，考虑到抑制助焊剂与焊料粉末的分离、以及确保以喷出法使用时的焊膏的喷出量，焊膏的粘度优选为50Pa·s以上且小于150Pa·s。

此外，在助焊剂中的聚甲基丙烯酸烷基酯的含量为1.0％以上～小于2.0％、硬脂酰胺的含量为5.0％以上～小于15.0％的情况下，选择聚甲基丙烯酸烷基酯和硬脂酰胺的含量，以使焊膏的粘度为50Pa·s以上且小于150Pa·s。图1中用实线示出的区域为满足在喷出法中使用时能够喷出、且利用焊接时的加热而变得无残渣的条件的最佳区域。

对本实施方式的焊膏而言，在用于喷出法的情况下，可以防止对喷嘴的堵塞，可以确保所期望的喷出量。另外，本实施方式的焊膏通过使用在焊接时的加热过程中蒸发的组成的助焊剂，从而可以实现无残渣。

此处，如果焊接时的加热过程中助焊剂发生蒸发/升华，则金属氧化物的分解去除、焊料熔化时的再次氧化的防止、焊料的表面张力的降低等助焊剂所具有的性能会在焊料熔化时消失，因此，由助焊剂带来的焊接能力变得不充分。因此，在焊接时的加热过程中，会将回流焊炉内设为非氧化气氛、或不会爆炸的范围的弱还原气氛(5％H₂以下)。

实施例

<助焊剂的含量与焊膏的喷出量的关系>

按照以下表1中示出的组成调制组成1～组成3的助焊剂。以助焊剂的含量为10％、11％、12％的方式将组成1～组成3的各助焊剂与焊料粉末(Sn-3Ag-0.5Cu粒度25～36μm)混合，制作表2中示出的A～I的9种焊膏。然后，在在以喷出法使用焊膏的情况下，对助焊剂的含量与焊膏的喷出量的关系进行了比较。

[表1]

	组成1	组成2	组成3
				挥发性增稠材料	30％	30％	30％
三羟甲基丙烷	30％	30％	30％
				硬脂酰胺	5%	5％	5％
聚甲基丙烯酸烷基酯	0％	1％	2％
				1，2，6-己三醇	10％	10％	10％
辛二醇	24.5％	24％	23％

[表2]

	组成1	组成2	组成3
				助焊剂含量10％	焊膏A	焊膏B	焊膏C
助焊剂含量11％	焊膏D	焊膏E	焊膏F
				助焊剂含量12％	焊膏G	焊膏H	焊膏I

将上述各种焊膏填充到注射器中，按照以下所示的条件连续地喷出，监控喷出量随时间的变化。

喷嘴    ：内径0.72mmφ

喷出压力：0.2MPa·s

喷出时间：0.5sec

间隔    ：0.5sec

图2为示出助焊剂的含量与焊膏的喷出量随时间的变化的图表。如图2的图表所示，在含有表1的组成的助焊剂的焊膏中，除了将组成3的助焊剂的含量设为12％的焊膏I之外，自喷出开始起的5小时内发生喷嘴堵塞，无法进行之后的喷出。

如图2的图表所示，直至喷嘴堵塞为止的时间有焊膏中的助焊剂的含量越多越延长的倾向。另外，在助焊剂的组成中，与不含聚甲基丙烯酸烷基酯的组成1相比，含有聚甲基丙烯酸烷基酯的组成2及组成3存在直至喷嘴堵塞为止的时间延长的倾向。

但是，将助焊剂的含量设为10％的焊膏A～C中，没怎么受到助焊剂的组成的影响，组成1～组成3的助焊剂均存在直至喷嘴堵塞为止的时间变短的倾向。

根据上述结果判明，为了将焊膏从喷嘴稳定地喷出，需要将焊膏中的助焊剂的含量设为11％以上。

<助焊剂的组成与焊膏的喷出量的关系>

按照以下表3中示出的组成调制组成4～组成7的助焊剂，根据上述研究结果，以助焊剂的含量为11％的方式将组成4～组成7的各助焊剂与焊料粉末(Sn-3Ag-0.5Cu粒度25～36μm)混合，制作表4中示出的J～M的4种焊膏。然后，在上述条件下实施喷出试验，在以喷出法使用焊膏的情况下，对助焊剂的组成与焊膏的喷出量的关系进行了比较。

[表3]

	组成4	组成5	组成6	组成7
					挥发性增稠材料	20％	20％	20％	30％
三羟甲基丙烷	30％	30％	30％	30％
					硬脂酰胺	10％	10％	15％	15％
聚甲基丙烯酸烷基酯	1％	2％	1％	2％
					1，2，6-己三醇	10％	10％	10％	10％
辛二醇	29％	28％	24％	23％

[表4]

	组成4	组成5	组成6	组成7
					助焊剂含量11％	焊膏J	焊膏K	焊膏L	焊膏M

图3为示出助焊剂的组成和焊膏的喷出量随时间的变化的图表。如图3所示，在预先确定的连续喷出时间、本例中为5小时的期间内，不存在发生了喷嘴堵塞的焊膏。认为这归功于聚甲基丙烯酸烷基酯带来的助焊剂与焊膏的分离抑止效果以及硬脂酰胺的作为润滑剂的效果。

另一方面，根据助焊剂的组成的不同，平均喷出量出现了明显的差异。认为其原因在于，在助焊剂中大量地投入硬脂酰胺时，焊膏的粘度急剧上升，另一方面，硬脂酰胺为少量时，粘度会下降。

考虑到这些方面，可以判明，能够作为焊膏喷出的是使用组成4～组成6的助焊剂的焊膏J～L，而使用组成7的助焊剂的焊膏M的喷出量过少而不适于喷出。

<助焊剂的含量及焊料粉末的粒径与焊膏的喷出量的关系>

根据以上结果，将使焊膏的喷出量为最多的条件的、聚甲基丙烯酸烷基酯的含量设为1％、硬脂酰胺的含量设为10％的组成4的助焊剂设为以下表5中示出的含量，将焊料粉末(Sn-3Ag-0.5Cu)的粒径设为以下表5中示出粒径，制作N～V的9种焊膏。然后，以上述条件实施喷出试验，在以喷出法使用焊膏的情况下，对助焊剂的含量及焊料粉末的粒径与焊膏的喷出量的关系进行了比较。

[表5]

图4为示出助焊剂的含量及焊料粉末的粒径与焊膏的粘度的关系的图表。如图4所示，焊膏中的助焊剂的含量变多时，焊膏的粘度显示出降低的倾向。另外，焊料粉末的粒径变小时，焊膏的粘度显示出上升的倾向。

图5为示出助焊剂含量及焊料粉末的粒径与焊膏的喷出量的关系的图表。如图5所示，助焊剂的含量变多时，焊膏的喷出量显示出増加的倾向。另外，焊料粉末的粒径变大时，焊膏的喷出量显示出増加的倾向。由此，结合图4所示的结果，焊膏的粘度降低时，焊膏的喷出量有増加的倾向。

需要说明的是，在图5中，缺少焊料粉末的粒度为25～36μm、助焊剂的含量为13％的焊膏V的数据。其原因如下：焊膏的粘度过低，实施喷出试验前焊膏中的助焊剂发生分离，无法进行喷出试验。

图6为示出焊膏的粘度与焊膏的喷出量的关系的图表。如图6所示，焊膏的粘度为150Pa·s以上时，平均喷出量为1mg以下，喷出量过少，不适于喷出。另一方面，焊膏的粘度低于50Pa·s时，由于上述那样的助焊剂的分离现象而产生喷嘴堵塞等问题，也不适于喷出。

根据以上结果判明，焊膏的最佳粘度范围为50～150Pa·s。此外，可以判明，在聚甲基丙烯酸烷基酯的含量为1.0％以上～小于2.0％、硬脂酰胺的含量为5.0％以上～小于15.0％的组成的助焊剂中，选择聚甲基丙烯酸烷基酯和硬脂酰胺的含量，以使焊膏的粘度为50Pa·s以上且小于150Pa·s，因此图1中用实线示出的区域为满足在喷出法中使用时能够喷出、且利用焊接时的加热而变得无残渣的条件的最佳区域。

产业上的可利用性

本发明的焊膏可以实现防止焊料粉末的沉降及焊接后的助焊剂的无残渣，因此可以适用于利用喷出法的供给。

Claims (2)

1.一种焊膏，其为焊料粉末与助焊剂混合而生成的焊膏，

其特征在于，所述助焊剂以1.0质量％以上～小于2.0质量％含有聚甲基丙烯酸烷基酯，并且以5.0质量％以上～小于15.0质量％含有硬脂酰胺，

将所述焊膏的粘度设为50～150Pa·s。

2.根据权利要求1所述的焊膏，其特征在于，所述助焊剂的含量为11质量％以上～小于13质量％。