CN105451929B - 助焊剂、焊膏和钎焊接头 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供抑制助焊剂残渣的碳化而提高清洗性的助焊剂。一种助焊剂，其包含有机酸、触变剂、松香和溶剂，作为触变剂，包含碳原子数为14～20的脂肪酸单烷醇酰胺。作为触变剂，添加有3～10重量％的脂肪酸单烷醇酰胺。另外，作为有机酸，添加有4～10重量％的碳原子数为10以下的二羧酸。进而，添加有30～60重量％的溶剂。

Description

助焊剂、焊膏和钎焊接头
技术领域
本发明涉及能够抑制由软钎焊时的加热而引起的碳化的助焊剂、混合有助焊剂和软钎料合金的粉末的焊膏、以及使用助焊剂或焊膏而形成的钎焊接头。
背景技术
一般来说，软钎焊中使用的助焊剂具有如下功能：化学去除存在于软钎料合金和作为软钎焊对象的接合对象物的金属表面的金属氧化物，在两者的交界处使金属元素的移动成为可能。因此，通过使用助焊剂进行软钎焊，可以在软钎料合金与接合对象物的金属表面之间形成金属间化合物，从而能够得到牢固的接合。
焊膏是将助焊剂和软钎料合金的粉末混合而生成的。在使用焊膏的软钎焊的工序中，电子部件等被接合对象物被载置在涂布有焊膏的基板或电极等接合对象物上，接合对象物和被接合对象物在回流焊炉中被加热。通过加热焊膏，焊膏中的软钎料合金熔融并凝固，接合对象物和被接合对象物通过软钎料合金接合。
在使用回流焊炉的软钎焊的工序中，需要防止在熔融并凝固的软钎料合金中产生空隙。以往，提出有通过延长软钎料熔融时的加热时间来减少空隙的技术(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2006-043709号公报
发明内容
发明要解决的问题
助焊剂中包含不会因使用回流焊炉的软钎焊工序中的加热而分解、挥发的成分，该成分以助焊剂残渣的形式残留。在需要去除助焊剂残渣的用途中，需要通过清洗而能够可靠地去除助焊剂残渣。
在使用回流焊炉的软钎焊工序中，若延长软钎料熔融时间，则可以减少空隙。然而，在例如如将峰值温度设定为240℃，并将该峰值温度保持30秒那样，将与软钎料的熔融温度相匹配的峰值温度保持在规定时间内这样的分布曲线(profile)是困难的，通常采用提高峰值温度，并保持240℃以上30秒这样的方法。
然而，若提高软钎料熔融时的加热温度，则空隙会减少，但有助焊剂残渣发生碳化的可能性。若助焊剂残渣发生碳化，则其会通过软钎焊而粘着在接合对象物即例如基板上，从而变得无法通过清洗来去除助焊剂残渣。
本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，提供能够抑制助焊剂残渣的碳化而提高清洗性的助焊剂、混合有助焊剂和软钎料合金的粉末的焊膏、以及使用助焊剂或焊膏而形成的钎焊接头。
用于解决问题的方案
本申请的发明人等发现：通过抑制作为触变剂添加到助焊剂中的化合物的碳化，可以提高助焊剂残渣的清洗性。
本发明涉及一种助焊剂，其包含有机酸、触变剂、松香和溶剂，作为触变剂，包含碳原子数为14～20的脂肪酸单烷醇酰胺(fatty acid monoalkylolamide)。
对于本发明的助焊剂，作为脂肪酸单烷醇酰胺，优选添加有3～10重量％的、棕榈酸单乙醇酰胺和硬脂酸单乙醇酰胺中的任一者、或棕榈酸单乙醇酰胺和硬脂酸单乙醇酰胺这两者。另外，作为有机酸，优选添加有4～10重量％的碳原子数为10以下的二羧酸。进一步优选添加有30～60重量％的溶剂。
另外，本发明涉及一种焊膏，其中混合有助焊剂和软钎料合金的粉末，助焊剂包含有机酸、触变剂、松香和溶剂，作为触变剂，包含碳原子数为14～20的脂肪酸单烷醇酰胺。进而，本发明涉及一种钎焊接头，其是使用上述助焊剂或焊膏而形成的。
发明的效果
本发明中，对于作为触变剂而添加的碳原子数为14～20的脂肪酸单烷醇酰胺，在被称为SMT(表面安装技术(Surface Mount Technology))的表面安装软钎焊工序中直至假定的270℃为止的温度下不会发生碳化。270℃为SMT中使用的主要部件的耐热温度。由此，可以通过清洗来去除助焊剂残渣，从而可以提高助焊剂残渣的清洗性。
具体实施方式
＜本实施方式的助焊剂的组成例＞
本实施方式的助焊剂包含有机酸、触变剂、松香和溶剂。本实施方式的助焊剂与软钎料合金的粉末混合而作为焊膏使用。
助焊剂中包含不会因使用回流焊炉等的软钎焊工序中的加热而分解、挥发的成分，助焊剂残渣通过软钎焊而残留在接合对象物即例如基板等上。在需要去除助焊剂残渣的用途中，需要通过清洗而能够可靠地去除助焊剂残渣。
另一方面，在使用回流焊炉的软钎焊中，需要抑制软钎料合金中的空隙。通过提高软钎焊工序中的加热温度，可以抑制空隙，但是，对于以往作为触变剂添加到助焊剂中的化合物，若提高软钎焊时的加热温度，则有发生碳化而变成助焊剂残渣的可能性。
若助焊剂残渣发生碳化，则其会通过软钎焊而粘着在接合对象物即例如基板上，变得无法通过清洗来去除助焊剂残渣。将该现象称为粘附(焼き付き)，若引起粘附，则会导致质量降低。
因此，添加对于软钎焊工序中的温度具有规定耐热性而抑制碳化的、且通过清洗能够去除助焊剂残渣的化合物作为触变剂，由此能够提高助焊剂残渣的清洗性。
另外，通过溶剂的添加量，使溶剂成分残留在助焊剂残渣中，由此提高助焊剂残渣的清洗性。
有机酸是作为去除金属氧化膜的活性剂成分而添加的。有机酸选自碳原子数为10以下、本例中选自碳原子数为4～9(C4～C9)的二羧酸。作为上述有机酸，考虑清洗性，可以添加壬二酸、琥珀酸、马来酸、辛二酸、戊二酸中的任一者、或以规定的组合添加壬二酸、琥珀酸、马来酸、辛二酸、戊二酸。对于有机酸，在本例中，以规定的比率添加壬二酸和琥珀酸、或壬二酸和马来酸。
触变剂根据焊膏的使用用途而对焊膏赋予期望的触变性。触变剂选自对于使用回流焊炉的软钎焊工序中的温度具有耐热性的、且对于规定的清洗剂具有可溶的性质的化合物。
具有上述性质的触变剂可以举出：碳原子数为14～20(C14～C20)的脂肪酸单烷醇酰胺，本例中，选自碳原子数为16～18(C16～C18)的脂肪酸单烷醇酰胺。触变剂是以脂肪酸单烷醇酰胺作为必要成分而添加的，可以任意添加氢化蓖麻油、脂肪酸酰胺。脂肪酸单烷醇酰胺优选为棕榈酸单乙醇酰胺和硬脂酸单乙醇酰胺中的任一者、或棕榈酸单乙醇酰胺和硬脂酸单乙醇酰胺这两者。
松香选自对于规定的清洗剂可溶的化合物，本例中，可以添加聚合松香、氢化松香、歧化松香中的任一者、或以规定的组合添加聚合松香、氢化松香、歧化松香。
溶剂溶解助焊剂中的固体成分。作为溶剂，选自通常已知的二醇醚系化合物。
对于作为触变剂而添加的脂肪酸单烷醇酰胺，在使用回流焊炉的软钎焊工序中假定的炉内的峰值温度下不会发生碳化。另外，作为触变剂而添加的脂肪酸单烷醇酰胺与有机酸、松香、溶剂均选自对于规定的清洗剂可溶的化合物。由此，可以通过清洗来去除助焊剂残渣，从而可以提高助焊剂残渣的清洗性。
助焊剂中，若有机酸的添加量少，则软钎料的润湿性降低。与此相对，如果增加有机酸的添加量，则软钎料的润湿性提高。通过提高软钎料的润湿性，可以抑制空隙的产生。
然而，若增加有机酸的添加量，则有机酸也会残留在助焊剂残渣中，因此成为助焊剂残渣碳化的主要原因，清洗时会产生不良。
因此，将有机酸的添加量设为4～10重量％、作为触变剂的脂肪酸单烷醇酰胺的添加量设为3～10重量％、溶剂的添加量设为30～60重量％、余量为松香。
通过将溶剂的添加量设为30～60重量％，可以延长使用回流焊炉的软钎焊工序中直至溶剂完全挥发为止的时间。即，通过增加溶剂的添加量，可以使溶剂成分残留在助焊剂残渣中。通过使助焊剂残渣不固化的溶剂成分残留在助焊剂残渣中，可以提高助焊剂残渣的清洗性。
另外，通过溶剂残留在助焊剂中，助焊剂在接合对象物即基板等的表面流动，可以去除金属氧化膜，因此即使不增加有机酸的添加量而将其设为4～10重量％，也可以提高软钎料的润湿性。
本实施方式的焊膏是将上述组成的助焊剂和软钎料合金的粉末混合而生成的。本例中的焊膏是将软钎料合金的组成为Sn-3.0Ag-Cu0.5(各数值为重量％)的软钎料合金的粉末和助焊剂混合而生成的。需要说明的是，本发明不限定于该软钎料合金。
本实施方式的钎焊接头是通过使用上述组成的助焊剂和任意组成的软钎料合金、或上述焊膏进行软钎焊而形成的。
实施例
按以下表所示的组成调制实施例和比较例的助焊剂，使用实施例和比较例的助焊剂，对助焊剂残渣的清洗性和软钎料合金中的空隙进行评价。需要说明的是，表1中的组成比率为助焊剂组成物中的重量％。
为了对助焊剂残渣的清洗性和软钎料合金中的空隙进行评价，生成混合有实施例和比较例中的助焊剂的比率为9重量％、软钎料合金的粉末的比率为91重量％的焊膏，将焊膏涂布于金属板等试验对象物，在回流焊炉中进行软钎焊。
对于清洗性的评价，在清洗后以目视确认助焊剂残渣的粘附的有无。对于软钎料合金中的空隙的评价，将焊膏涂布于Cu板，载置10×10(mm)的Cu板，在回流焊炉中进行软钎焊。本例中，如果空隙的发生率为1.0％以下，则视为满足期望的空隙率。
[表1]
如表1的比较例所示，在有机酸的添加量和触变剂的添加量分别超过10重量％的比较例1中，无法满足期望的清洗性和空隙率。在添加胺作为活性助剂的比较例2中，软钎料的润湿性提高，空隙率满足期望的值，但观察到粘附，无法满足期望的清洗性。由此判断，胺的添加会对助焊剂残渣的清洗性带来影响。进而，在将有机酸的添加量设为2重量％的比较例3中，未观察到粘附，满足期望的清洗性，但空隙率无法满足期望的值。
与此相对，在将有机酸的添加量设为4～10重量％、作为触变剂的脂肪酸单烷醇酰胺的添加量设为3～10重量％的实施例1和实施例2中，未观察到粘附，判断满足期望的清洗性。另外，判断空隙率满足期望的值。
根据以上评价结果判断，不添加胺而添加3～10重量％的作为触变剂的脂肪酸单烷醇酰胺，可以抑制因软钎焊时的加热而助焊剂残渣发生碳化。
产业上的可利用性
本发明可以应用于使用焊膏的软钎焊。

Claims (3)

1.一种助焊剂，其特征在于，其由有机酸、触变剂、松香和溶剂组成，作为触变剂，包含3～10重量％的碳原子数为14～20的脂肪酸单烷醇酰胺，作为有机酸，包含4～10重量％的碳原子数为10以下的二羧酸，
包含30～60重量％的溶剂。
2.根据权利要求1所述的助焊剂，其特征在于，作为脂肪酸单烷醇酰胺，添加有棕榈酸单乙醇酰胺和硬脂酸单乙醇酰胺中的任一者、或棕榈酸单乙醇酰胺和硬脂酸单乙醇酰胺这两者。
3.一种焊膏，其特征在于，其中混合有权利要求1或权利要求2所述的助焊剂和软钎料合金的粉末。
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