CN107009052A - 助焊剂组合物、液体助焊剂、松脂芯软焊料及焊膏 - Google Patents

助焊剂组合物、液体助焊剂、松脂芯软焊料及焊膏 Download PDF

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萩原崇史
山崎裕之
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Abstract

本发明涉及助焊剂组合物、液体助焊剂、松脂芯软焊料及焊膏。本发明提供能够去除形成于铝表面的氧化膜、且不需要清洗助焊剂残渣的助焊剂组合物。一种助焊剂组合物，其包含65～94质量％的不溶于水的树脂作为基础材料，并且至少包含3～22质量％的胺、1～30质量％的作为氟系活化剂的胺与酸反应而生成的胺氟化物盐。胺优选包含吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、乙胺、吡哌乙胺中的至少任一种以上。作为胺氟化物盐，优选包含由吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、乙胺、吡哌乙胺中的任意胺化合物与氢氟酸、氟硼酸、六氟硅酸中的任意酸生成的盐、或胺三氟化硼络合物中的至少任一种以上。

Description

助焊剂组合物、液体助焊剂、松脂芯软焊料及焊膏
本申请是申请日为2013年6月10日、进入中国的申请号为201380030936.2、发明名称为“助焊剂组合物、液体助焊剂、松脂芯软焊料及焊膏”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于去除在焊料和焊接对象的金属的表面上存在的金属氧化物的助焊剂组合物，尤其涉及能去除作为焊接对象的金属的铝的氧化膜的助焊剂组合物、用溶剂将该助焊剂组合物溶解而成的液体助焊剂、将包含该助焊剂组合物的助焊剂封入到焊料内而成的松脂芯软焊料及在该助焊剂组合物中加入触变剂、溶剂、焊料粉末而成的焊膏。
背景技术
通常，焊接中使用的助焊剂具有在焊料熔化的温度下去除焊料和焊接对象的金属表面上存在的金属氧化物而使金属元素能在两者的边界移动的功效。
近年来，代替由铜(Cu)构成的布线，提出了由铝(Al)或铝合金构成的布线。铝焊接已知难以去除铝表面上形成的氧化膜，一直以来使用活化能力强的助焊剂。
但是，助焊剂的活化能力过强时，会腐蚀母材，因此无法确保焊接后的可靠性。另外，助焊剂组合物中包含不会在焊接时的加热温度下发生分解、蒸发的成分，在焊接后以助焊剂残渣的形态残留于焊接部的周边。活化能力强的助焊剂往往使用水溶性的基础材料，在助焊剂残渣为可溶于水的成分时，在电子部件、基板等焊接后的产品中，担心由于助焊剂残渣的吸湿而在焊接部等发生腐蚀。因此，成为助焊剂残渣的成分可溶于水时，需要清洗助焊剂残渣。
另一方面，助焊剂的活化能力弱时，无法充分进行氧化膜的去除，因此润湿性差，焊接性能差。
所以，现已提出了在助焊剂中添加有乙醇胺的助焊剂(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2002-59293号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，现有的助焊剂由于添加了水溶性的乙醇胺作为主要成分，因此需要清洗助焊剂残渣。
本发明是为了解决这种问题而做出的，其目的在于提供能去除铝表面上形成的氧化膜、且不需要清洗助焊剂残渣的助焊剂组合物、用溶剂将该助焊剂组合物溶解而成的液体助焊剂、将包含该助焊剂组合物的助焊剂封入到焊料内而成的松脂芯软焊料及在该助焊剂组合物中加入触变剂、溶剂、焊料粉末而成的焊膏。
用于解决问题的方案
本申请的发明人等通过使用不溶于水的树脂作为基础材料，并在助焊剂组合物中添加胺和氟系活化剂，从而发现了能去除铝表面上形成的氧化膜、且不需要清洗助焊剂残渣的成分。
本发明为一种助焊剂组合物，其包含65～94质量％的不溶于水的树脂作为基础材料，并且至少包含3～22质量％的胺、1～30质量％的作为氟系活化剂的胺与酸反应而生成的胺氟化物盐。
胺优选为结构上具有芳香环的芳香族胺。或者，作为胺，优选包含具有胍骨架的化合物。或者，作为胺，优选为乙胺。
胺优选包含上述芳香族胺、具有胍骨架的化合物、乙胺中的至少任一种以上，作为这种胺，优选包含吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、乙胺、吡哌乙胺中的至少任一种以上。
作为胺氟化物盐，优选包含由吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、乙胺、吡哌乙胺中的任意胺化合物与氢氟酸、氟硼酸、六氟硅酸中的任意酸生成的盐、或胺三氟化硼络合物中的至少任一种以上。
优选的是，作为吡啶衍生物，包含4-苄基吡啶、4-苯基吡啶、4-(3-苯基丙基)吡啶中的任意者，作为咪唑衍生物，包含1-苄基-2-苯基咪唑、2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑中的任意者，作为胍衍生物，包含1,3-二苯基胍、1,3-二邻甲苯基胍、1-邻甲苯基双胍。
作为树脂，优选包含聚合松香、氢化松香、酸改性松香中的至少任一种以上。
另外，本发明为用溶剂将上述助焊剂组合物溶解而成的液体助焊剂、将包含该助焊剂组合物的助焊剂封入到焊料内而成的松脂芯软焊料及在该助焊剂组合物中加入触变剂、溶剂、焊料粉末而成的焊膏。
发明的效果
本发明中，通过助焊剂组合物中的胺与胺氟化物盐的组合，能够去除铝表面上形成的氧化膜。由此，使用由本发明的助焊剂组合物构成的助焊剂的焊料能够提高焊接时的润湿性，提高焊接性。
另外，本发明中，使用不溶于水的树脂作为基础材料，因此能够抑制助焊剂残渣的吸湿，从而抑制焊接部的腐蚀。进而，通过在基础材料中使用树脂，能够保持将胺氟化物盐等活化剂成分封闭在助焊剂残渣中的状态，从而抑制焊接部与活化剂成分的反应。
本发明的助焊剂组合物、用溶剂将该助焊剂组合物溶解而成的液体助焊剂、将包含该助焊剂组合物的助焊剂封入到焊料内而成的松脂芯软焊料、在该助焊剂组合物中加入触变剂、溶剂、焊料粉末而成的焊膏能够提高焊接时的润湿性，从而提高焊接性。另外，能够抑制助焊剂残渣的吸湿和助焊剂残渣中的活化剂成分与焊接部的反应，能够抑制焊接部的腐蚀。如此可以抑制由助焊剂残渣引起的焊接部的腐蚀，因此能够不清洗助焊剂残渣地进行使用。
附图说明
图1为示出胺氟化物盐的添加量与润湿速度的关系的图表。
图2为示出胺化合物的添加量与润湿速度的关系的图表。
具体实施方式
本实施方式的助焊剂组合物将不溶于水且在焊接时的加热温度下可熔化的树脂作为基础材料，并且包含胺化合物和氟系活化剂。氟系活化剂优选以盐的形态添加，可添加胺化合物与酸反应而生成的胺氟化物盐。本实施方式的液体助焊剂是用溶剂将以下示出的实施方式的助焊剂组合物溶解而构成的。本实施方式的松脂芯软焊料是将包含以下示出的本实施方式的助焊剂组合物的助焊剂封入到线状的焊料内而构成的。本实施方式的焊膏是在以下示出的实施方式的助焊剂组合物中加入触变剂、溶剂、焊料粉末而构成的。
助焊剂组合物中包含不会在焊接时的加热温度下发生分解、蒸发的成分，其在焊接后会以助焊剂残渣的形态残留于焊接部的周边。助焊剂残渣为可溶于水的成分时，在电子部件、基板等焊接后的产品中，担心由于助焊剂残渣的吸湿而在焊接部等发生腐蚀。因此，成为助焊剂残渣的成分可溶于水时，需要清洗助焊剂残渣。
对于本实施方式的助焊剂组合物，为了使焊接后的产品能够不清洗助焊剂残渣地进行使用，要求助焊剂组合物的主要成分即成为残渣的基础材料为不溶于水的成分。
另外，本实施方式的助焊剂组合物要求：活化剂成分能够混合，在焊接时的加热温度下不会挥发，能够保护活化剂成分免受热的影响的耐热性，以及，在焊接时的加热温度下、活化剂成分能够与成为焊接对象的金属接触的可熔化性。
所以，在本实施方式的助焊剂组合物中，作为不溶于水并可溶于有机溶剂、且在焊接时的加热温度下可熔化的树脂，使用松香作为基础材料。作为松香，优选为聚合松香、氢化松香、酸改性松香中的任意者、或它们的组合。
对于本实施方式的助焊剂组合物，作为焊接对象的金属为铝(Al)，需要能够去除铝表面上形成的氧化膜。本实施方式的助焊剂组合物为了去除作为铝表面上形成的氧化膜的AlOOH覆膜和氧化铝(Al2O3：氧化铝)而添加胺化合物和胺氟化物盐。
作为铝表面上形成的氧化膜的AlOOH覆膜在pH(氢离子指数)高的环境下反应受到促进。
对于本实施方式的助焊剂组合物，通过添加胺化合物，从而在焊接时由于胺化合物的碱性而促进铝的氧化膜的反应，通过氧化膜的表面上生成的产物(AlOO-)与胺化合物的成分发生反应，从而阻碍氧化膜的形成。
在本实施方式中，作为在助焊剂组合物中添加的胺化合物，具有能促进铝的氧化膜的反应的碱性并且因具有残留在残渣中的可能性而腐蚀性低、绝缘可靠性高的胺化合物是理想的，优选为结构上具有芳香环的芳香族胺、具有胍骨架的胺化合物。
作为这种胺化合物，优选为吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、吡哌乙胺中的任意者。
作为吡啶衍生物，优选为4-苄基吡啶、4-苯基吡啶、4-(3-苯基丙基)吡啶中的任意者。
作为咪唑衍生物，优选为1-苄基-2-苯基咪唑、2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑。
作为胍衍生物，优选为1,3-二苯基胍、1,3-二邻甲苯基胍、1-邻甲苯基双胍中的任意者。
作为铝表面上形成的氧化膜的氧化铝(Al2O3)由于氟离子(F-)而产生裂纹，在产生了裂纹的部位铝露出而成为促进反应的状态。
在本实施方式的助焊剂组合物中，通过添加胺氟化物盐，构成胺氟化物盐的氟(F)发生电离，在焊接时由于氟离子(F-)而能够在铝的氧化膜中产生裂纹，在产生了裂纹的部位、铝自氧化膜露出，从而反应受到促进，氧化膜被剥离。
本实施方式中，作为在助焊剂组合物中添加的胺氟化物盐，优选包含上述由吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、乙胺、吡哌乙胺中的任意胺、与氢氟酸(HF)、氟硼酸(HBF4)、六氟硅酸中的任意酸生成的盐、或胺三氟化硼络合物中的至少任一种以上。
对于助焊剂组合物中添加的胺氟化物盐而言，可以将预先生成的胺氟化物盐混合到松香中。另外，也可以在松香中混合上述胺化合物和酸中的任意者、或组合而成的物质，通过在基础材料中的反应而生成胺氟化物盐。
实施例
按照以下的各表中示出的组成调制实施例和比较例的助焊剂，对于焊接性、腐蚀性、润湿性进行检验。实施例和比较例中使用用溶剂将助焊剂组合物溶解而成的液体助焊剂。需要说明的是，各例的组合率为助焊剂组合物中的质量％。首先，对于各检验的评价方法和条件进行说明。
(1)关于焊接性的检验
(a)评价方法
在铝板上载置焊料环，涂布助焊剂后，将焊料加热溶解，确认润湿性。
(b)评价条件
试验片：铝板(A1050)
试验片尺寸：长度30mm、宽度5mm、厚度0.3mm
助焊剂涂布量：0.05ml
焊料：Sn-3.0Ag-0.5Cu
焊接温度：300℃
(c)判定基准
◎：良好地焊接
○：虽然较小，但发生润湿扩展
△：焊接，但没有扩展
×：未焊接
(2)关于腐蚀性的检验
(a)评价方法
将焊接后的试验片在温度40℃、湿度90％的环境下放置63小时，在焊接后确认腐蚀性。
(b)判定基准
◎：未观察到腐蚀
○：局部观察到腐蚀
△：观察到腐蚀
×：在宽范围观察到腐蚀
－：未实施
(3)关于焊料的润湿速度
(a)评价方法
在铝板上浸渍涂布助焊剂，通过弧面状沾锡法(meniscograph method)测定焊料的润湿时间。
(b)评价条件
试验装置：RHESCA制造Solder Checker SAT-5200
焊料：Sn-15Zn-0.03Ti-0.03Al
铝板：A1050
试验片尺寸：长度30mm、宽度5mm、厚度0.3mm
焊接温度：300℃
浸渍速度：20mm/sec
浸渍深度：3mm
浸渍时间：10sec
1.活化剂成分的检验
为了检验由活化剂成分带来的焊接性和腐蚀性，按照表1中示出的组成调制实施例和比较例的助焊剂，以上述(1)、(2)中示出的评价方法和评价条件检验焊接性和腐蚀性。在表1中示出的助焊剂的组成中，将由胺化合物和氟系活化剂形成的胺氟化物盐作为实施例，将由胺化合物和溴系活化剂或氯系活化剂形成的盐作为比较例。另外，将胺设为吡啶衍生物，将树脂设为松香。
[表1]
由表1的结果可知，作为活化剂成分添加了由胺化合物和氟系活化剂形成的胺氟化物盐的实施例的助焊剂可获得良好的焊接性。另外，可知焊接后的腐蚀受到抑制。另一方面，可知，作为活化剂成分添加了由胺化合物和溴系活化剂或氯系活化剂形成的盐的比较例的助焊剂均未能焊接，焊接性明显较差。
此处，由表1的结果可知，根据作为活化剂成分的胺氟化物盐的添加量的不同，焊接性观察到差异。因此，以上述(3)中示出的评价方法和评价条件测定胺氟化物盐的添加量与润湿速度的关系，图1为示出胺氟化物盐的添加量与润湿速度的关系的图表。图1中示出针对作为胺氟化物盐的、二苯基胍与氟硼酸(HBF4)反应而得到的盐进行检验的结果。
如图1所示可知，胺氟化物盐的添加量为1％以上时，焊料的润湿速度提高，添加量成为4％以上时，润湿速度不会较大地变化，能够得到期望的润湿速度。由此可知，作为助焊剂中的胺氟化物盐的添加量，优选为1％以上。此处，胺氟化物盐的添加量的上限值可以与其它成分的添加量相匹配地确定。
2.胺化合物的检验
为了研究由胺化合物带来的焊接性和腐蚀性，按照表2中示出的组成调制实施例和比较例的助焊剂，以上述(1)、(2)中示出的评价方法和评价条件检验焊接性和腐蚀性。
[表2]
由表2的结果可知，作为胺化合物添加了吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、乙胺、吡哌乙胺中的任意者的实施例的助焊剂可获得良好的焊接性。另外可知，焊接后的腐蚀受到抑制。另一方面，可知，添加了2-氨基丙酸、己二酸铵、硬脂酰胺中的任意者的比较例的助焊剂均未能焊接，焊接性明显差。
此处，由表2的结果可知，根据胺化合物的添加量的不同，焊接性观察到差异。因此，以上述(3)中示出的评价方法和评价条件测定胺化合物的添加量与润湿速度的关系，图2为示出胺化合物的添加量与润湿速度的关系的图表。图2中示出针对作为胺化合物的吡啶衍生物即4-苄基吡啶进行检验的结果。
如图2所示可知，4-苄基吡啶的添加量为3％以上时，可获得期望的润湿速度。由此可知，作为助焊剂中的胺化合物的添加量，优选为3％以上。此处，胺化合物的添加量的上限可以根据其它成分的添加量来确定。
3.由树脂系助焊剂和水溶性助焊剂带来的焊接性和腐蚀性的检验
为了研究由树脂系助焊剂和水溶性助焊剂带来的焊接性和腐蚀性，按照表3中示出的组成调制实施例和比较例的助焊剂，以上述(1)、(2)中示出的评价方法和评价条件研究焊接性和腐蚀性。在表3中示出的助焊剂的组成中，将作为不溶于水的树脂以松香作为基础材料并添加了胺化合物和胺氟化物盐的助焊剂作为实施例。另一方面，将以水溶性的三乙醇胺作为基础材料并添加了硼氟酸金属盐的助焊剂作为比较例。
[表3]
由表3的结果可知，将松香作为基础材料、添加了胺化合物和胺氟化物盐的实施例的助焊剂均可得到良好的焊接性。另外可知，焊接后的腐蚀受到抑制。另一方面，可知，将三乙醇胺作为基础材料、添加了硼氟酸金属盐的比较例的助焊剂虽然可得到焊接性，但发生腐蚀。
4.检验结果
作为助焊剂组合物的基础材料的松香为了保持胺和胺氟化物盐而需要在助焊剂组合物中为65％左右。由此可知，助焊剂组合物中的松香的添加量优选为65％～94％。
另外可知，胺化合物的添加量的下限如上所述优选为3％以上，考虑松香和胺氟化物盐等其它成分的添加量来确定胺化合物的添加量的上限时，助焊剂组合物中的胺化合物的添加量优选为3％～22％。
另外可知，胺氟化物盐的添加量的下限如上所述优选为1％以上，考虑到松香和胺化合物等其它成分的添加量来确定胺氟化物盐的添加量的上限时，助焊剂组合物中的胺氟化物盐的添加量优选为1％～30％。
产业上的可利用性
本发明适用于在铝(Al)的焊接时使用而得到良好的焊接性和耐腐蚀性的助焊剂，所述铝(Al)的焊接依靠作为焊接对象的金属为铜(Cu)等时使用的助焊剂得不到良好的焊接性和耐腐蚀性。
作为本发明的实施例，说明了用溶剂将本发明的助焊剂组合物溶解而成的液体助焊剂，但也可以应用于将包含本发明的助焊剂组合物的助焊剂封入到焊料内而成的松脂芯软焊料、以及在本发明的助焊剂组合物中加入触变剂、溶剂、焊料粉末而成的焊膏等。

Claims (10)

1.一种助焊剂组合物，其特征在于，包含65～94质量％的不溶于水的树脂作为基础材料，并且至少包含3～22质量％的胺、1～30质量％的胺与酸反应而生成的胺氟化物盐。
2.根据权利要求1所述的助焊剂组合物，其特征在于，胺为结构上具有芳香环的芳香族胺。
3.根据权利要求1所述的助焊剂组合物，其特征在于，作为胺，包含具有胍骨架的化合物。
4.根据权利要求1所述的助焊剂组合物，其特征在于，作为胺，包含吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、乙胺、吡哌乙胺中的至少任一种以上。
5.根据权利要求1所述的助焊剂组合物，其特征在于，作为胺氟化物盐，包含由吡啶衍生物、咪唑衍生物、胍衍生物、乙胺、吡哌乙胺中的任意胺化合物与氢氟酸、氟硼酸、六氟硅酸中的任意酸生成的盐、或胺三氟化硼络合物中的至少任一种以上。
6.根据权利要求4或权利要求5中任一项所述的助焊剂组合物，其特征在于，作为吡啶衍生物，包含4-苄基吡啶、4-苯基吡啶、4-(3-苯基丙基)吡啶中的任意者，作为咪唑衍生物，包含1-苄基-2-苯基咪唑、2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑中的任意者，作为胍衍生物，包含1,3-二苯基胍、1,3-二邻甲苯基胍、1-邻甲苯基双胍。
7.根据权利要求1～权利要求6中任一项所述的助焊剂组合物，其特征在于，作为树脂，包含聚合松香、氢化松香、酸改性松香中的至少任一种以上。
8.一种液体助焊剂，其特征在于，其是用溶剂将权利要求1～权利要求7中任一项所述的助焊剂组合物溶解而成的。
9.一种松脂芯软焊料，其特征在于，其是将包含权利要求1～权利要求7中任一项所述的助焊剂组合物的助焊剂封入到焊料内而成的。
10.一种焊膏，其特征在于，其是在权利要求1～权利要求7中任一项所述的助焊剂组合物中加入触变剂、溶剂和焊料粉末而成的。
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