CN108472771A - 助焊剂 - Google Patents
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Abstract
提供：对于经过Cu‑OSP处理的基板也能进行无需Cu‑OSP膜去除的工序的软钎焊的助焊剂。一种助焊剂，其包含松香、有机酸、苯并咪唑系化合物、溶剂，含有：30质量％以上且70质量％以下的松香、1质量％以上且10质量％以下的有机酸、0.2质量％以上且10质量％以下的苯并咪唑系化合物、20质量％以上且60质量％以下的溶剂，该助焊剂的特征在于，苯并咪唑系化合物包含2‑烷基苯并咪唑和2‑烷基苯并咪唑氢卤酸盐中的至少1种。
Description
技术领域
本发明涉及含有苯并咪唑系化合物的助焊剂。
背景技术
软钎焊中使用的助焊剂要求去除金属氧化物、防止软钎料熔融时的再氧化、降低软钎料的表面张力等性能。这样的助焊剂使用有包含将金属表面的氧化膜去除而提高湿润性的活性剂、和保护活性剂免受热的松香等基材的助焊剂。
作为助焊剂的例子，专利文献1中公开了，含有溶剂、芳香族羧酸和咪唑系化合物的软钎焊用助焊剂组合物。专利文献2中公开了，含有在2位具有烷基的苯并咪唑化合物作为活性剂的软钎焊用助焊剂组合物。
作为印刷电路板的表面处理中使用咪唑化合物的例子，专利文献3中公开了如下处理方法：使印刷电路板的铜或铜合金的表面与含有第一咪唑化合物的处理液接触，接着，使含有第二咪唑化合物的处理液接触。
近年来，使用助焊剂进行软钎焊的电子部件的急速小型化进行。对于电子部件，为了应对根据小型化的要求而连接端子的狭小化、安装面积的缩小化，应用了在背面设置有电极的球栅阵列(以下，称为“BGA”)。应用了BGA的电子部件中例如包含半导体封装。
半导体封装中，例如，为了防止电极的氧化，使用有对Cu电极进行了水溶性无助焊剂的OSP(有机可焊性保护层(Organic Solderability Preservative))处理的Cu-OSP基板。
专利文献4中公开了，经过OSP处理的基板和搭载于该基板的焊球的形成方法。一般而言，在经过OSP处理的基板上安装安装部件时，如专利文献4中所记载，在安装焊料球的工序前，需要将基板的OSP膜去除的工序，经过基板的OSP膜的去除工序，安装部件被软钎焊于基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-160244号公报
专利文献2：日本特开平05-237688号公报
专利文献3：日本特开2014-101553号公报
专利文献4：日本特开2006-54467号公报
发明内容
发明要解决的问题
如专利文献4中记载，在经过Cu-OSP处理的基板上安装焊料球时，需要用于去除Cu-OSP膜的工序。即，对于经过Cu-OSP处理的基板，为了去除Cu-OSP膜，与其他基板中的软钎焊工序相比，存在会多1个工序的问题。
因此，本发明解决了这样的课题，其目的在于，提供：对于经过Cu-OSP处理的基板也能进行无需Cu-OSP膜去除的工序的软钎焊的助焊剂。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题而采用的本发明的技术手段如下述。
(1)一种助焊剂，其特征在于，包含松香、有机酸、苯并咪唑系化合物、溶剂，含有：30质量％以上且70质量％以下的松香、1质量％以上且10质量％以下的有机酸、0.2质量％以上且10质量％以下的苯并咪唑系化合物、20质量％以上且60质量％以下的溶剂，苯并咪唑系化合物包含2-烷基苯并咪唑和2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐中的至少1种。
(2)根据前述(1)所述的助焊剂，其特征在于，还含有5质量％以下的胺氢卤酸盐(其中，排除2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐)。
(3)根据前述(1)或(2)所述的助焊剂，其特征在于，还含有5质量％以下的咪唑系化合物(其中，包含咪唑系化合物与氢卤酸的盐时为其总计)，咪唑系化合物的添加量为苯并咪唑系化合物的添加量以下。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的助焊剂，其特征在于，还含有超过0质量％且10质量％以下的触变剂。
发明的效果
根据本发明的助焊剂，即使为经过Cu-OSP处理的基板，也能进行无需用于去除Cu-OSP的工序的软钎焊处理。因此，可以削减软钎焊所需的成本。
具体实施方式
以下，对作为本发明的实施方式的助焊剂进行说明。但是，本发明不限定于以下的具体例。
[助焊剂的组成例]
本实施方式的助焊剂包含：松香、有机酸、溶剂和苯并咪唑系化合物。
为了保护活性剂成分免受热，抑制活性剂成分的挥发，添加30质量％以上且70质量％以下的松香。作为松香，例如使用氢化松香、酸改性松香、聚合松香、松香酯等。
作为助焊剂中的活性剂成分添加1质量％以上且10质量％以下的有机酸。作为有机酸，使用琥珀酸、戊二酸、己二酸等。
为了赋予触变性，可以添加超过0质量％且10质量％以下的触变剂。作为触变剂，可以举出高级脂肪酸酰胺、氢化蓖麻油等。
为了溶解助焊剂中的固体成分，添加20质量％以上且60质量％以下的溶剂。作为溶剂，从一般已知的二醇醚系的化合物中选择。对于溶剂，为了效率良好地发挥活性剂的作用，优选在120℃～150℃的低温域不挥发。溶剂会挥发时，助焊剂的流动性变差，助焊剂难以在接合部位浸润铺开。因此，溶剂的沸点优选200℃以上、更优选240℃以上。
作为苯并咪唑系化合物，使用0.2质量％以上且10质量％以下的2-烷基苯并咪唑或2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐。
作为2-烷基苯并咪唑，可以举出2-戊基苯并咪唑、2-辛基苯并咪唑、2-壬基苯并咪唑、2-(1-乙基戊基)苯并咪唑等。
作为2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐的2-烷基苯并咪唑，与上述化合物同样，作为氢卤酸，可以举出盐酸、氢溴酸、氢碘酸等。
可以在含有苯并咪唑系化合物的助焊剂中添加其他咪唑系化合物。作为能添加的咪唑系化合物，例如有：咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、4-甲基-2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑等。
在含有苯并咪唑系化合物的助焊剂中，除2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐之外，可以添加胺氢卤酸盐。例如，作为能添加的胺氢卤酸盐的胺化合物，有：乙胺、二乙胺、二丁胺、异丙胺、二苯基胍、环己胺等，作为氢卤酸，可以举出盐酸、氢溴酸、氢碘酸等。
可以在含有苯并咪唑系化合物的助焊剂中添加上述添加物两者。即，可以在含有苯并咪唑系化合物的助焊剂中，添加其他咪唑系化合物、和除2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐之外的胺氢卤酸盐。
作为对上述助焊剂添加的其他添加剂，例如，可以在不有损助焊剂的性能的范围内适宜添加抗氧化剂、表面活性剂、消泡剂等。
实施例
本例中，为了估计助焊剂中所含的各组成的配混量，以以下的表所示的组成调制实施例和比较例的助焊剂，如下进行外观试验和软钎料的浸润铺开试验。需要说明的是，以下中只要没有特别说明，各实施例和比较例的助焊剂就以表1、2中记载的比例含有松香、有机酸、触变剂、溶剂(助焊剂组成中的数字表示质量％)。
接着，对各验证的评价方法进行说明。
(I)关于外观试验
(A)评价方法
首先，对厚度0.3mm、大小30mm×30mm的铜板进行Cu-OSP处理。将进行了Cu-OSP处理的铜板在250℃下加热30分钟后，在175℃下烘烤12小时。接着，将以各表中的各实施例和比较例所示的比例调制的助焊剂涂布于经过Cu-OSP处理的铜板。在铜板上涂布助焊剂后，将经烘烤的铜板以250℃峰、升温速度2.5℃/sec加热，之后，冷却至室温。用烃系清洗剂清洗铜板，用放大显微镜观察在软钎焊部位周边是否有残留物，并检查外观。
(B)判定基准
○：体现良好的清洗性
×：在基板上残留有残留物
对于进行了Cu-OSP处理的基板，有基板上残留Cu-OSP和助焊剂残渣中的任一者或Cu-OSP和助焊剂残渣这两者的可能性。Cu-OSP的残留物、助焊剂残渣之类的残留物成为接合不良、导电不良的原因。基板的残留物被去除时，可以抑制接合不良、导电不良。可以判断该外观试验中体现良好的清洗性的实施例可以在不经过用于去除Cu-OSP的工序的情况下，适当地去除Cu-OSP的残留物和助焊剂残渣。
(II)关于软钎料的浸润铺开试验
(A)评价方法
首先，对厚度0.3mm、大小30mm×30mm的铜板进行Cu-OSP处理。将进行了Cu-OSP处理的铜板在250℃下加热30分钟后，在175℃下烘烤12小时。接着，将以各表中的各实施例和比较例所示的比例调制的助焊剂涂布于经过Cu-OSP处理的铜板。在涂布有助焊剂的各铜板上，搭载组成为Sn-3Ag-0.5Cu、且直径500μm的焊料球。将铜板以250℃峰、升温速度2.5℃/sec加热，之后，冷却至室温。用烃系清洗剂清洗铜板，测定软钎料的浸润铺开直径。
(B)判定基准
○：浸润铺开直径为1000μm以上
×：浸润铺开直径低于1000μm
将湿润性差的助焊剂用于软钎料时，容易引起接合不良等软钎焊不良，将湿润性良好的助焊剂用于软钎料时，不易引起软钎焊不良。
如表1所示那样，本实施例中，作为2-烷基苯并咪唑，选择2-辛基苯并咪唑、2-戊基苯并咪唑、2-壬基苯并咪唑、2-(1-乙基戊基)苯并咪唑并添加。作为其他咪唑系化合物，选择2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑。作为其他胺化合物，选择二苯基胍。
[表1]
如表1所示那样，实施例1含有5质量％的2-辛基苯并咪唑。实施例2含有5质量％的2-戊基苯并咪唑。实施例3含有5质量％的2-壬基苯并咪唑。实施例4含有5质量％的2-(1-乙基戊基)苯并咪唑。即，实施例1～4均含有5质量％的2-烷基苯并咪唑。实施例5、6分别含有0.2质量％、10质量％的2-辛基苯并咪唑。上述实施例1～6在外观试验和浸润铺开试验中均得到良好的结果。
比较例1含有0.01质量％的2-辛基苯并咪唑。比较例1在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中无法得到良好的结果。比较例2含有20质量％的2-辛基苯并咪唑。比较例2在浸润铺开试验中得到良好的结果，但是在外观试验中无法得到良好的结果。
实施例7含有2-辛基苯并咪唑5质量％和2-乙基-4-甲基咪唑5质量％。实施例7在外观试验和浸润铺开试验中得到良好的结果。
比较例3含有2-辛基苯并咪唑5质量％和2-苯基咪唑10质量％。比较例3在浸润铺开试验中得到良好的结果，但在外观试验中无法得到良好的结果。
比较例4含有5质量％的2-乙基-4-甲基咪唑。比较例4在浸润铺开试验中得到良好的结果，但是在外观试验中无法得到良好的结果。比较例5含有5质量％的2-苯基咪唑。比较例5在浸润铺开试验中得到良好的结果，但是在外观试验中无法得到良好的结果。比较例6含有5质量％的二苯基胍。比较例6在浸润铺开试验中得到良好的结果，但是在外观试验中无法得到良好的结果。比较例7含有5质量％的1-苄基-2-甲基咪唑。比较例7在浸润铺开试验中得到良好的结果，但是在外观试验中无法得到良好的结果。
比较例8仅含有松香、有机酸、触变剂、溶剂。比较例8在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中无法得到良好的结果。
由表1的结果，可知如下内容。
实施例1～4在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中均得到良好的结果，而且比较例8中，两试验均无法得到良好的结果，因此，含有2-烷基苯并咪唑的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
由实施例1、5、6、比较例1、2的结果，含有0.2质量％以上且10质量％以下的2-辛基苯并咪唑的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。参照该结果和由实施例1～4发现的上述结果，含有0.2质量％以上且10质量％以下的2-烷基苯并咪唑的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
由比较例4～7的结果推测：不含有2-烷基苯并咪唑且含有其他咪唑系化合物或胺化合物的助焊剂在外观试验中无法得到良好的结果。
进而，由实施例7、比较例3的结果，在2-辛基苯并咪唑5质量％中添加2-乙基-4-甲基咪唑5质量％的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果，但是在2-辛基苯并咪唑5质量％中添加2-苯基咪唑10质量％的助焊剂在外观试验中无法得到良好的结果。也参照比较例4～7的结果进行推测，认为，对于除2-烷基苯并咪唑以外的咪唑系化合物，残留无法清洗的残留物，但通过同时使用2-烷基苯并咪唑，也可以一定程度去除残留物。实施例7中得到良好的结果，比较例3中无法得到期望的外观试验的结果，认为这是由于，2-苯基咪唑的添加量超过2-辛基苯并咪唑的添加量。
因此，含有5质量％的2-辛基苯并咪唑和5质量％以下的咪唑系化合物、且咪唑系化合物的添加量为2-辛基苯并咪唑的添加量以下的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
参照该结果与由实施例1～6和比较例1、2发现的结果，可以说在含有0.2质量％以上且10质量％以下的2-烷基苯并咪唑的助焊剂中添加5质量％以下的咪唑系化合物，在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中也得到良好的结果。此时，咪唑系化合物优选为2-烷基苯并咪唑的添加量以下。
接着，对包含2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐的助焊剂进行验证。如表2所示的那样，本实施例中，作为2-烷基苯并咪唑，选择2-辛基苯并咪唑并添加。作为2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐，选择2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐。作为胺氢卤酸盐的例子，选择乙胺氢溴酸盐、二苯基胍氢溴酸盐。作为包含咪唑系化合物与氢卤酸的盐的咪唑系化合物，选择2-苯基咪唑氢溴酸盐。
[表2]
实施例8～10分别含有5质量％、0.2质量％、10质量％的2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐。实施例8～10在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中均成为良好的结果。
比较例9、10分别含有0.01质量％、20质量％的2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐。比较例9在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中无法得到良好的结果，比较例10在软钎料的浸润铺开试验中为良好的结果，但是在外观试验中无法得到良好的结果。
实施例11一并含有5质量％的2-辛基苯并咪唑和2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐。实施例11在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中成为良好的结果。
实施例12含有2-辛基苯并咪唑5质量％和乙胺氢溴酸盐1质量％。实施例13含有2-辛基苯并咪唑5质量％和乙胺氢溴酸盐5质量％。实施例14含有2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐5质量％和乙胺氢溴酸盐1质量％。实施例15含有2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐5质量％和乙胺氢溴酸盐5质量％。实施例16含有2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐5质量％和二苯基胍氢溴酸盐1质量％。实施例17含有2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐5质量％和2-苯基咪唑氢溴酸盐1质量％。实施例12～17在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中均成为良好的结果。
由表2的结果可知如下内容。
由实施例8～10、比较例9、10的结果，含有0.2质量％以上且10质量％以下的作为2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐的一例的2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
在实施例1～6、比较例1、2的结果的基础上，实施例8～10、比较例9、10中得到上述结果，因此，含有0.2质量％以上且10质量％以下的2-烷基苯并咪唑或烷基苯并咪唑氢卤酸盐的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中成为良好的结果。
由实施例11的结果，总计含有10质量％的2-辛基苯并咪唑和2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中成为良好的结果。
由该实施例11的结果、和实施例1～6、8～10、比较例1、2、9、10的结果可以说，总计含有0.2质量％以上且10质量％以下的2-烷基苯并咪唑和2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐中的至少1种的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
由实施例12、13的结果，在2-辛基苯并咪唑中还含有5质量％以下的作为胺氢卤酸盐的一例的乙胺氢溴酸盐的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
由实施例14～17的结果，在5质量％的2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐中含有5质量％以下的作为胺氢卤酸盐的一例的乙胺氢溴酸盐、二苯基胍氢溴酸盐、或2-苯基咪唑氢溴酸盐的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
参照该结果与实施例1～6、8～13、比较例1、2、9、10的结果，可以说在总计0.2质量％以上且10质量％以下的2-烷基苯并咪唑和2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐中的至少一种中含有5质量％以下的胺氢卤酸盐的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
接着，为了估计松香、有机酸、触变剂和溶剂的适合的配混量，以表3所示的配混，与上述验证同样地，进行外观试验和软钎料的浸润铺开试验。
[表3]
| 实施例18 | 实施例19 | 实施例20 | 实施例21 | |
| 松香 | 30 | 40 | 60 | 70 |
| 有机酸 | 2 | 10 | 6 | 1 |
| 2-辛基苯并咪唑 | 3 | 5 | 5 | 2 |
| 2-戊基苯并咪唑 | ||||
| 2-(1-乙基戊基)苯并咪唑 | ||||
| 2-壬基苯并咪唑 | ||||
| 2-乙基-4-甲基咪唑 | ||||
| 2-苯基咪唑 | ||||
| 2-辛基苯并咪唑氢溴酸盐 | ||||
| 乙胺氢溴酸盐 | ||||
| 二苯基胍氢溴酸盐 | ||||
| 2-苯基咪唑氢溴酸盐 | ||||
| 触变剂 | 10 | 7 | 0 | 1 |
| 溶剂 | 55 | 38 | 29 | 26 |
| 总计 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 外观试验 | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 润铺开试验 | ○ | ○ | ○ | ○ |
实施例18含有松香30质量％、有机酸2质量％、2-辛基苯并咪唑3质量％、触变剂10质量％和溶剂55质量％。
实施例19含有松香40质量％、有机酸10质量％、2-辛基苯并咪唑5质量％、触变剂7质量％和溶剂38质量％。
实施例20含有松香60质量％、有机酸6质量％、2-辛基苯并咪唑5质量％和溶剂29质量％。
实施例21含有松香70质量％、有机酸1质量％、2-辛基苯并咪唑2质量％、触变剂1质量％和溶剂26质量％。
表3中实施例18～21中在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中均得到良好的结果，因此可以说，含有2-辛基苯并咪唑、且含有松香30质量％以上且70质量％以下、有机酸1质量％以上且10质量％以下、溶剂20质量％以上且60质量％以下的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。另外可以说，含有2-辛基苯并咪唑、且含有松香30质量％以上且70质量％以下、有机酸1质量％以上且10质量％以下、触变剂超过0质量％且10质量％以下、溶剂20质量％以上且60质量％以下的助焊剂也在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
归纳表1～3的结果可知如下内容。
(i)实施例1～6、8～10中在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中均得到良好的结果，因此，含有松香、有机酸、触变剂、溶剂的助焊剂、且总计含有0.2质量％以上且10质量％以下的作为苯并咪唑系化合物的2-烷基苯并咪唑和2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐中的至少1种的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
(ii)实施例12～17中在外观试验和软钎料的浸润铺开试验均得到良好的结果，因此，在上述(i)的助焊剂中还含有5质量％以下的胺氢卤酸盐(其中，排除2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐)的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。
(iii)实施例7的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验得到良好的结果，因此，在上述(i)或(ii)助焊剂中还含有5质量％以下的咪唑系化合物的助焊剂在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果。此时，由比较例3的结果，咪唑系化合物的添加量优选为苯并咪唑系化合物的添加量以下。另外，此时，包含咪唑系化合物与氢卤酸的盐作为咪唑系化合物的情况下，其总计优选含有5质量％以下。
(iv)实施例1～21的助焊剂含有松香30质量％以上且70质量％以下、有机酸1质量％以上且10质量％以下、溶剂20质量％以上且60质量％以下，在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中得到良好的结果，因此可以说，优选松香的含有比例为30质量％以上且70质量％以下，有机酸的含有比例为1质量％以上且10质量％以下，溶剂的含有比例为20质量％以上且60质量％以下。另外，即使含有超过0质量％且10质量％以下的触变剂，在外观试验和软钎料的浸润铺开试验中也得到良好的结果，因此可以说，可以含有超过0质量％且10质量％以下的触变剂。
需要说明的是，本实施例中，松香、有机酸、触变剂、溶剂的含量不限定于上述表1～3中记载的量。
安装焊料球后，通过目视确认铜板的颜色，但任意实施例均未见铜板的变色。在大气中而不是在氮气等非活性气体中进行回流焊的情况下，任意实施例也未见铜板的变色。因此可知，对铜板进行了处理的OSP膜能防止氧化，可以说仅在涂布有助焊剂的部位能进行OSP膜的去除。另外，本发明的助焊剂还可以用于除经过Cu-OSP处理的基板以外的基板。
产业上的可利用性
本发明用于软钎焊中使用的助焊剂。
Claims (4)
1.一种助焊剂，其特征在于，包含松香、有机酸、苯并咪唑系化合物、溶剂，
含有：30质量％以上且70质量％以下的松香、1质量％以上且10质量％以下的有机酸、0.2质量％以上且10质量％以下的苯并咪唑系化合物、20质量％以上且60质量％以下的溶剂，
所述苯并咪唑系化合物包含2-烷基苯并咪唑和2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐中的至少1种。
2.根据权利要求1所述的助焊剂，其特征在于，还含有5质量％以下的除2-烷基苯并咪唑氢卤酸盐之外的胺氢卤酸盐。
3.根据权利要求1或2所述的助焊剂，其特征在于，还含有5质量％以下的咪唑系化合物，其中，包含咪唑系化合物与氢卤酸的盐时为其总计，所述咪唑系化合物的添加量为所述苯并咪唑系化合物的添加量以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的助焊剂，其特征在于，还含有超过0质量％且10质量％以下的触变剂。
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