CN106132629B - 助焊剂及焊膏 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种助焊剂，其可以去除金属氧化物而提高软钎料的润湿性，且可以通过助焊剂残渣而固着软钎焊的接合对象物。助焊剂包含：热固化性树脂；和，作为使热固化性树脂固化的固化剂及活性剂而添加的长链二元酸混合物，该长链二元酸混合物含有1种或1种以上的第一长链二元酸和第二长链二元酸，该第一长链二元酸在侧链具有烷基，该第二长链二元酸在侧链具有烷基和烷氧羰基，且被两端羧基夹持的主链的碳原子数为8以上。优选的是，热固化性树脂的含量为30～70％，长链二元酸混合物的含量为20～60％。

Description

助焊剂及焊膏
技术领域
本发明涉及通过助焊剂残渣而固着接合对象物的助焊剂、以及混合有助焊剂和软钎料合金的焊膏。
背景技术
一般来说，软钎焊中使用的助焊剂具有如下功能：以化学方式去除存在于软钎料合金以及成为软钎焊对象的接合对象物的金属表面的金属氧化物，而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。
另一方面，助焊剂的成分中包含不会因软钎焊的加热而分解、蒸发的成分，在软钎焊后，以助焊剂残渣的形式残留于软钎焊部位的周边。
此外，随着近年来的电子部件的小型化的推进，电子部件的软钎焊部位即电极也逐渐变小。因此，能够通过软钎料合金接合的面积变小，对于仅软钎料合金的接合强度而言，也有不充分的情况。
因此，作为强化通过软钎焊实现接合的部件固着方法，提出有通过底充胶、树脂模具(resin mold)而覆盖软钎焊部位的周围来固着电子部件的技术。
在此，若软钎焊部位的周围残留有助焊剂残渣，则助焊剂残渣会阻碍软钎焊部位与树脂的固着，故无法确保强度。因此，为了通过树脂覆盖软钎焊部位的周围，需要清洗助焊剂残渣。但是，为了清洗助焊剂残渣，会花费时间和成本。
因此，提出了如下技术：使热固化性树脂含有于助焊剂中，通过利用软钎焊时的加热而使树脂固化的助焊剂残渣来固着作为接合对象物的基板与电子部件，不需要清洗助焊剂残渣(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-219294号公报
发明内容
发明要解决的问题
在通过助焊剂残渣固着接合对象物的技术中，去除金属氧化物而提高软钎料的润湿性的助焊剂的功能需要不会因向助焊剂添加热固化性树脂而受阻碍，且需要通过热固化性树脂而产生助焊剂残渣，由此通过助焊剂残渣而能够固着接合对象物。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于，提供助焊剂、以及混合有助焊剂和软钎料合金的焊膏，该助焊剂可以去除生成于软钎料合金以及软钎焊对象物的金属表面的金属氧化物，提高软钎料的润湿性，且能够通过助焊剂残渣而固着接合对象物。
用于解决问题的方案
通过在助焊剂中添加热固化性树脂，从而可以以软钎焊时的加热来固化热固化性树脂，由此使助焊剂残渣固化，通过助焊剂残渣使作为软钎焊对象物的接合物与被接合物固着。而且，发现：通过在添加有热固化性树脂的助焊剂中添加长链二元酸混合物，该长链二元酸混合物含有1种或1种以上的第一长链二元酸和第二长链二元酸，该第一长链二元酸在侧链具有烷基，该第二长链二元酸在侧链具有烷基和烷氧羰基，且被两端羧基夹持的主链的碳原子数为8以上，从而不会阻碍热固化性树脂的固化，且去除金属氧化物的助焊剂的功能不会因添加热固化性树脂而受到阻碍，提高软钎料的润湿性。
因此，本发明为一种助焊剂，其包含：热固化性树脂；和，作为使热固化性树脂固化的固化剂及活性剂而添加的长链二元酸混合物，该长链二元酸混合物含有1种或1种以上的第一长链二元酸和第二长链二元酸，该第一长链二元酸在侧链具有烷基，该第二长链二元酸在侧链具有烷基和烷氧羰基，且被两端羧基夹持的主链的碳原子数为8以上。
此外，前述长链二元酸混合物优选含有1种或1种以上的具有2个或2个以上烷氧羰基的长链二元酸作为前述第二长链二元酸。
前述烷氧羰基优选为甲氧羰基。
进而，前述长链二元酸混合物优选以规定的比率混合有以下(1)、(2)、(3)或(4)所示的组成的化合物中的任一种、或者这些化合物中的2种以上的混合物。
(1)2-甲基壬烷二酸
(2)4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一烷二酸
(3)4,6-双(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三烷二酸
(4)8,9-双(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六烷二酸
此外，(1)、(2)、(3)和(4)所示的前述长链二元酸混合物的比率优选如下所示。需要说明的是，％只要没有特别指定，则为质量％。
(1)30～60％
(2)8～20％
(3)8～20％
(4)15～30％
本发明的助焊剂中，优选的是，前述热固化性树脂的含量为30～40％，前述长链二元酸混合物的含量为20～60％。
进而，可以在前述助焊剂中添加0.1～40％的溶剂。
进而，本发明为一种焊膏，其特征在于，混合有助焊剂和软钎料合金粉末，
该助焊剂包含：热固化性树脂；和，作为使前述热固化性树脂固化的固化剂及活性剂而添加的长链二元酸混合物，该长链二元酸混合物含有1种或1种以上的第一长链二元酸和第二长链二元酸，该第一长链二元酸在侧链具有烷基，该第二长链二元酸在侧链具有烷基和烷氧羰基，且被两端羧基夹持的主链的碳原子数为8以上。
此外，本发明的焊膏中，优选的是，所述助焊剂中的前述热固化性树脂的含量为30～40％，所述助焊剂中的前述长链二元酸混合物的含量为20～60％。
发明的效果
本发明中，通过在助焊剂中添加热固化性树脂和长链二元酸混合物，该长链二元酸混合物含有1种或1种以上的第一长链二元酸和第二长链二元酸，该第一长链二元酸在侧链具有烷基，该第二长链二元酸在侧链具有烷基和烷氧羰基，且被两端羧基夹持的主链的碳原子数为8以上，从而去除生成于软钎料合金以及接合对象物的金属表面的金属氧化物，提高软钎料的润湿性。
此外，通过软钎焊时的加热而热固化性树脂固化，从而使助焊剂残渣固化，并通过固化的助焊剂残渣使接合对象物固着于接合物。由此，本发明中，去除金属氧化物的助焊剂的功能不会因热固化性树脂的添加而受到阻碍，且也不会阻碍热固化性树脂的固化。
因此，本发明中，在与软钎料合金组合使用时，能够得到良好的软钎料润湿性。此外，助焊剂残渣会固着接合对象物与接合对象物，故可以得到增强效果。
具体实施方式
本实施方式的助焊剂包含作为热固化性树脂的环氧树脂和作为使环氧树脂固化的固化剂及活性剂而添加的长链二元酸混合物，该长链二元酸混合物含有1种或1种以上的第一长链二元酸和第二长链二元酸，该第一长链二元酸在侧链具有烷基，该第二长链二元酸在侧链具有烷基和烷氧羰基，且被两端羧基夹持的主链的碳原子数为8以上。此外，本实施方式的助焊剂包含赋予触变性的氢化蓖麻油和环氧树脂的固化促进剂。
本实施方式中，助焊剂中的环氧树脂的含量为30～40％，长链二元酸混合物的含量为20～60％，溶剂的含量为7～37％，余量为氢化蓖麻油和固化促进剂。
本实施方式的助焊剂与软钎料合金的粉末混合而生成焊膏。本实施方式的焊膏是将上述组成的助焊剂、与本例中组成为96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu(各数值为质量％)的软钎料合金粉末混合而生成的。焊膏涂布于作为接合对象物的基板的电极，在涂布有焊膏的基板上结合电极的位置搭载作为接合对象物的电子部件、例如半导体芯片。
然后，在回流焊工序中，通过加热焊膏，而使焊膏中的软钎料合金熔融并进行固化，通过软钎料接合半导体芯片的电极与基板的电极。此外，通过使焊膏中的助焊剂固化，而以助焊剂残渣固着半导体芯片的电极与基板的电极、以及软钎料。
环氧树脂在规定的温度下发生固化而使助焊剂残渣固化。此外，环氧树脂具有与接合物和接合对象物的粘接性。由此，通过在助焊剂中主要使环氧树脂固化，以固化的助焊剂残渣来固着作为接合对象物的半导体芯片的电极与作为接合物的基板的电极、以及软钎料。
作为代表的环氧树脂，有双酚型环氧树脂，作为双酚型，可举出：双酚A型、双酚AP型、双酚AF型、双酚B型、双酚BP型、双酚C型、双酚E型、双酚F型、双酚G型、双酚M型、双酚S型、双酚P型、双酚PH型、双酚TMC型、双酚Z型等。本例中，使用了双酚A型。
长链二元酸混合物去除接合对象物表面的氧化物而提高软钎料的润湿性。此外，长链二元酸混合物会促进环氧树脂的固化，且使固化后的助焊剂残渣具有规定的柔软性。
长链二元酸混合物优选含有1种或1种以上的具有2个或2个以上烷氧羰基的长链二元酸作为第二长链二元酸。
作为这种长链二元酸混合物，优选以规定的比率混合有以下(1)、(2)、(3)或(4)所示的组成的化合物中的任一种、或者这些化合物中的2种以上的混合物。
(1)2-甲基壬烷二酸
(2)4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一烷二酸
(3)4,6-双(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三烷二酸
(4)8,9-双(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六烷二酸
进而，作为上述(1)、(2)、(3)和(4)所示的长链二元酸混合物的混合物，使混合物整体的比率为100％时，优选比率如下所示。
(1)30～60％
(2)8～20％
(3)8～20％
(4)15～30％
在仅将环氧树脂与长链二元酸混合物加热的情况下，直至固化为止所需要的时间较长，故可以为了缩短固化时间而添加固化促进剂。作为固化促进剂，例如可举出：酚化合物、叔胺、季铵盐、季鏻盐、咪唑、有机酸金属盐、路易斯酸等。
另外，为了粘度的调节以及添加材料的溶解，可以在本申请的助焊剂中添加溶剂。
对于软钎料合金粉末，虽然在本例中使用了Sn-Ag-Cu组成的粉末，但本申请并不限定于前述组成，可以使用其它组成的粉末。具体而言，有将Sn作为主要成分的Sn系合金、将Bi作为主要成分的Bi系合金、将In作为主要成分的In合金等，可以从Ag、Cu、In、Bi、Ni、Ge、Ga、Co、Fe、Sb、P、Zn、Al、Ti等元素中选择1种以上的、前述各合金中不含有的元素添加到前述各合金中。
实施例
按以下表1所示的组成调制实施例和比较例的助焊剂，对软钎料润湿性、增强效果进行验证。需要说明的是，表1中的组成比率为助焊剂组合物中的质量％。首先，对各验证的评价方法进行说明。
(1)关于软钎料润湿性的验证
(a)评价方法
将助焊剂涂布在Cu板上，在涂布于Cu板上的助焊剂上搭载焊料球，进行回流焊后，测定软钎料润湿扩展直径。回流焊工序中，使用将峰值温度设定为250℃的回流焊装置，自40℃开始每秒以3.5℃为单位使温度上升直至220℃为止，在达到220℃后，以220℃以上的温度进行加热处理55秒。焊料球的组成为96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu，直径为0.3mm。
(b)判定基准
○：软钎料的扩展直径为0.45mm以上
×：软钎料的扩展直径低于0.45mm
(2)关于增强效果的验证
(a)评价方法
将助焊剂供给至基板，在供给至基板的助焊剂上搭载焊料球，进行回流焊后，使用测定用工具对于焊料球以及助焊剂残渣进行自基板开始剪切的被称为剪切试验的试验，测定剪切所需要的力。试验机使用了Dage Japan Co.Ltd.制造的4000系列。剪切试验中，将所测定的剪切所需要的力称为剪切强度。焊料球的组成为96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu，直径为0.3mm。
(b)判定基准
○：剪切强度4N以上
×：剪切强度低于4N
实施例1～实施例3中，以以下表1所示的比率添加长链二元酸混合物的混合物，该长链二元酸混合物的混合物是以规定的比率将上述(1)、(2)、(3)和(4)所示的长链二元酸混合物混合而成的。
比较例1中，未添加各实施例中所添加的长链二元酸混合物。比较例2中，添加比各实施例中规定的添加量少的长链二元酸混合物。比较例3中，添加比各实施例中规定的添加量多的长链二元酸混合物。比较例4中，将长链二元酸混合物的添加量设为与实施例1等量，未添加环氧树脂。比较例5中，未添加长链二元酸混合物，通过辊方法添加己二酸作为有机酸。
[表1]
可知：对于以规定的比率混合有上述(1)、(2)、(3)和(4)所示的长链二元酸混合物的长链二元酸混合物为40％、环氧树脂为40％、以表1所示的比率添加有其他化合物的实施例1的助焊剂来说，软钎料的扩展直径为0.50mm，剪切强度为4.83N，能够得到良好的软钎料润湿性和增强效果。
此外，可知：对于长链二元酸混合物为20％、环氧树脂为40％、以表1所示的比率添加有其他化合物的实施例2的助焊剂来说，软钎料的扩展直径为0.46mm，剪切强度为4.26N，实施例2中也能够得到良好的软钎料润湿性和增强效果。
进而，对于长链二元酸混合物为60％、环氧树脂为30％、以表1所示的比率添加其他化合物的实施例3的助焊剂来说，软钎料的扩展直径为0.52mm，剪切强度为4.19N，实施例3中也能够得到良好的软钎料润湿性和增强效果。
与此相对，可知：对于未添加各实施例中所添加的长链二元酸混合物、将环氧树脂的比率设为与实施例1相同的40％的比较例1的助焊剂来说，软钎料的扩展直径为0.31mm，剪切强度为1.85N，无法得到所期望的软钎料润湿性和增强效果。由各实施例和比较例1的结果可认为：将长链二元酸混合物添加至助焊剂中有助于提高软钎料润湿性和剪切强度。
对于将长链二元酸混合物的比率设为比各实施例中规定的比率少的10％、将环氧树脂的比率设为与实施例1相同的40％的比较例2的助焊剂来说，软钎料的扩展直径为0.34mm，剪切强度为4.09N，虽然剪切强度满足所期望的条件而能够得到增强效果，但无法得到所期望的软钎料润湿性。
对于将长链二元酸混合物的比率设为比各实施例中规定的比率多的70％、将环氧树脂的比率设为比各实施例中规定的比率少的25％的比较例3的助焊剂来说，软钎料的扩展直径为0.51mm，剪切强度为3.12N，虽然软钎料的扩展直径满足所期望的条件而能够得到软钎料润湿性，但剪切强度低而无法得到所期望的增强效果。
由各实施例、比较例2和比较例3的结果可知：通过将长链二元酸混合物添加至助焊剂，软钎料润湿性得到提高，增加长链二元酸混合物的添加量时，有提高软钎料润湿性的倾向。
另一方面，通过将长链二元酸混合物添加至助焊剂，虽然能够提高剪切强度而得到增强效果，但增加长链二元酸混合物的添加量，相对地减少环氧树脂的添加量时，有剪切强度降低的倾向。
对于将长链二元酸混合物的比率设为与实施例1相同的40％、未添加环氧树脂的比较例4的助焊剂来说，软钎料的扩展直径为0.54mm，剪切强度为3.08N，虽然软钎料的扩展直径满足所期望的条件而能够得到软钎料润湿性，但剪切强度低而无法得到所期望的增强效果。
由比较例4的结果可知：即使添加长链二元酸混合物，如果不添加环氧树脂，则剪切强度也低。由此，由比较例1和比较例4的结果可知：将长链二元酸混合物和环氧树脂适量添加至助焊剂有助于提高增强效果。
对于未添加长链二元酸混合物、添加40％的己二酸作为有机酸、将环氧树脂的比率设为与实施例1相同的40％的比较例5的助焊剂来说，软钎料的扩展直径为0.42mm，剪切强度为4.34N，虽然剪切强度满足所期望的条件而能够得到增强效果，但无法得到所期望的软钎料润湿性。
由以上结果可知：对于添加环氧树脂作为热固化性树脂、不添加松香，添加长链二元酸混合物而代替在以往的助焊剂中所添加的有机酸的助焊剂来说，能够提高软钎料的润湿性，且能够得到由助焊剂残渣带来的增强效果。
但是，若长链二元酸混合物的添加量少，则观察到软钎料的润湿性变差的倾向，若长链二元酸混合物的添加量多，则观察到剪切强度降低的倾向。因此，本发明中，环氧树脂的含量为30～40％，长链二元酸混合物的含量为20～60％。由此可知，能够得到良好的软钎料润湿性和增强效果。
需要说明的是，本发明助焊剂可以适用于导电性粘接剂。导电性粘接剂是指用于将助焊剂与导电性金属粉末混炼而在低于金属粉末熔点的温度下使其粘接的粘接剂，与焊膏不同，通过随着由加热引起的树脂的固化而使导电性金属粉末彼此紧密地接触，由此将电路基板和各种电子部件接合而不会使导电性金属粉末熔融。
产业上的可利用性
本发明适用于可以通过助焊剂残渣将基板和电子部件等固着的助焊剂。

Claims (5)

1.一种助焊剂，其特征在于，包含：热固化性树脂；和，作为使所述热固化性树脂固化的固化剂及活性剂而添加的长链二元酸混合物，
所述长链二元酸混合物为混合有以下(1)、(2)、(3)和(4)所示的组成的长链二元酸的混合物，
使所述长链二元酸混合物整体的比率为100质量％时，(1)、(2)、(3)和(4)所示的所述长链二元酸的比率如下所示，
(1)2-甲基壬烷二酸30～60质量％、
(2)4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一烷二酸8～20质量％、
(3)4,6-双(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三烷二酸8～20质量％、
(4)8,9-双(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六烷二酸15～30质量％。
2.根据权利要求1所述的助焊剂，其特征在于，所述助焊剂中的所述热固化性树脂的含量为30～40质量％，所述助焊剂中的所述长链二元酸混合物的含量为20～60质量％。
3.根据权利要求1或2所述的助焊剂，其特征在于，所述助焊剂中添加有0.1～40质量％的溶剂。
4.一种焊膏，其特征在于，混合有助焊剂和软钎料合金粉末，
该助焊剂包含：热固化性树脂；和，作为使所述热固化性树脂固化的固化剂及活性剂而添加的长链二元酸混合物，所述长链二元酸混合物为混合有以下(1)、(2)、(3)和(4)所示的组成的长链二元酸的混合物，
使所述长链二元酸混合物整体的比率为100质量％时，(1)、(2)、(3)和(4)所示的所述长链二元酸的比率如下所示，
(1)2-甲基壬烷二酸30～60质量％、
(2)4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一烷二酸8～20质量％、
(3)4,6-双(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三烷二酸8～20质量％、
(4)8,9-双(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六烷二酸15～30质量％。
5.根据权利要求4所述的焊膏，其特征在于，所述助焊剂中的所述热固化性树脂的含量为30～40质量％，所述助焊剂中的所述长链二元酸混合物的含量为20～60质量％。
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