CN113766992B - 助焊剂和焊膏 - Google Patents

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Abstract

本发明的助焊剂为一种用于软钎焊的无卤素的助焊剂，所述助焊剂含有：包含利用差热分析所得的一个或多个吸热峰均在130～200℃的范围内被观察到的聚酰胺化合物的触变剂、和包含异氰脲酸衍生物的活性剂，前述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体为5.0质量％以下。

Description

助焊剂和焊膏
相关申请的相互参照
本申请要求日本国特愿2019-120024号的优先权，通过引用被援引到本申请说明书的记载。
技术领域
本发明涉及软钎焊中使用的助焊剂、和包含该助焊剂的焊膏。
背景技术
在将芯片部件、封装基板等电子部件搭载于印刷电路板等电子电路基板上的安装技术中，可以使用混合有软钎料合金和助焊剂的焊膏。具体而言，将焊膏丝网印刷于电子电路基板表面的焊盘上，然后将电子部件挂载并加热(回流焊)，由此将电子部件接合于电子电路基板上。
近年，伴随着电子设备的小型化和高性能化，电子部件也微细化，因此印刷焊膏的电子电路基板表面的焊盘间距倾向于变窄。作为改善针对这种微细焊盘的软钎料熔融性的技术，例如专利文献1中，公开了一种使用糖的脂肪酸酯作为助焊剂中所含的触变剂的焊膏。另外，专利文献2中，公开了一种使用邻位或平位具有羟基或酰基的芳香族羧酸作为助焊剂中所含的活性剂的焊膏。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2014-144473号公报
专利文献2：日本国特开2017-64784号公报
发明内容
发明要解决的问题
以往、卤素由于会去除软钎料表面的氧化膜、降低软钎料的表面张力，因此广泛用作改善软钎料的溶融性的活性剂。在专利文献1和2的焊膏中，也包含卤素化合物作为活性剂。然而，卤素化合物有在燃烧时产生二噁英等有害物质的担心，因此，近年来不断推进无卤素化。因此，要求开发一种无卤素且对微细的焊盘表现出优异的软钎料熔融性的焊膏。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其课题在于，提供：在与软钎料合金一并使用的情况下对微细的焊盘表现出优异的软钎料熔融性的无卤素的助焊剂、和包含该助焊剂的焊膏。
用于解决问题的方案
本发明的助焊剂为用于软钎焊的无卤素的助焊剂，其含有：包含利用差热分析所得的一个或多个吸热峰均在130～200℃的范围内被观察到的聚酰胺化合物的触变剂、和包含异氰脲酸衍生物的活性剂，前述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体为5.0质量％以下。
本发明的助焊剂优选的是，前述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体为0.5质量％以上且5.0质量％以下。
本发明的助焊剂优选的是，前述异氰脲酸衍生物为选自双(2-羧乙基)异氰脲酸、三(2-羧乙基)异氰脲酸和三(2-羧丙基)异氰脲酸中的至少一种。
本发明的助焊剂优选的是，前述聚酰胺化合物的含量相对于助焊剂整体为1.0质量％以上且7.0质量％以下。
本发明的焊膏含有上述的助焊剂和软钎料合金。
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式的助焊剂和焊膏进行说明。
＜助焊剂＞
(触变剂)
本实施方式的助焊剂包含利用差热分析所得的一个或多个吸热峰均在130～200℃的范围内被观察到的聚酰胺化合物作为触变剂。需要说明的是，本说明书中的吸热峰是指，吸热量为10J/g以上的峰。吸热峰为表示触变剂的状态变化的指标。可推测触变剂的状态会在观测到吸热峰的温度下发生变化，由固体变为液体、玻璃状态。因此，认为由于作为触变剂的聚酰胺化合物的吸热峰均在130～200℃的范围内被观测到、即触变剂在该温度范围内发生状态变化，因此，变得不再妨碍软钎料合金的润湿铺展。
差热分析例如使用差示扫描量热仪(Thermo plus DSC 8230、RigakuCorporation制)在下述条件下进行。
测定温度范围：30～300℃
升温速度：10℃/分钟
测定气氛：氮气气氛下、流量30mL/分钟
试样量：10mg
作为聚酰胺化合物，可列举出：主链包含苯环、萘环等环式化合物的芳香族聚酰胺化合物(半芳香族聚酰胺化合物或全芳香族聚酰胺化合物)、脂肪族聚酰胺化合物等。作为利用差热分析所得的一个或多个吸热峰均在130～200℃的范围内被观察到的芳香族聚酰胺化合物，可列举出例如商品名为JH-180(伊藤制油公司制)等。作为利用差热分析所得的一个或多个吸热峰均在130～200℃的范围内被观察到的脂肪族聚酰胺化合物，可列举出商品名为例如VA-79(共荣社化学公司制)、AMX-6096A(共荣社化学公司制)、SP-10、SP-500(以上Toray Industries,Inc.制)、Grilamid L20G、Grilamid TR55(以上EMS-CHEMIE(Japan)Ltd.制)等。需要说明的是，这些聚酰胺化合物可以使用1种也可以组合使用2种以上。
前述聚酰胺化合物的含量相对于助焊剂整体优选为1.0质量％以上，更优选为3.0质量％以上。另外，前述聚酰胺化合物的含量相对于助焊剂整体优选为7.0质量％以下，更优选为5.0质量％以下。需要说明的是，前述聚酰胺化合物包含2种以上的情况下，前述含量为前述聚酰胺化合物的总计含量。
本实施方式的助焊剂可以包含前述聚酰胺化合物以外的其他的触变剂。作为其他的触变剂，没有特别限定，例如可列举出双酰胺化合物、氢化蓖麻油、高岭土、胶体二氧化硅、有机膨润土、玻璃料等。这些可以使用1种也可以组合使用2种以上。其他的触变剂的含量相对于触变剂整体优选为80质量％以下，更优选为40质量％以下，进而优选不含其他的触变剂。
(活性剂)
本实施方式的助焊剂包含异氰脲酸衍生物作为活性剂。本说明书中的异氰脲酸衍生物是指，具有下述通式(1)所示的异氰脲酸骨架的化合物。
Figure BDA0003324203030000041
(式中，R1、R2、R3相同或不同，表示氢原子、羧基、碳数1～8的烷基、-Y-X所示的有机基团(式中，Y为碳数1～6的亚烷基、亚苯基或亚环烷基、X为羧基、羟基、氨基、苯基或含有磷原子的有机基团)。)
作为前述异氰脲酸衍生物，优选选自双(2-羧乙基)异氰脲酸(即通式(1)中的R1为氢原子、R2、R3为相同的-Y-X所示的有机基团、Y为亚乙基、X为羧基)、三(2-羧乙基)异氰脲酸(即通式(1)中的R1、R2、R3为相同的-Y-X所示的有机基团、Y为亚乙基、X为羧基)和三(2-羧丙基)异氰脲酸(即通式(1)中的R1、R2、R3为相同的-Y-X所示的有机基团、Y为亚丙基、X为羧基)中的至少一种。
前述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体为5.0质量％以下，优选为3.0质量％以下，更优选为2.5质量％以下。另外，前述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体优选为0.5质量％以上，更优选为1.0质量％以上。需要说明的是，前述异氰脲酸衍生物包含2种以上的情况下，前述含量为前述异氰脲酸衍生物的总计含量。
本实施方式的助焊剂可以包含前述异氰脲酸衍生物以外的其他的活性剂。作为其他的活性剂，没有特别限定，例如可列举出有机酸系活性剂、胺化合物、氨基酸化合物等。
作为有机酸系活性剂，没有特别限定，例如可列举出甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸、结核硬脂酸、花生酸、山萮酸、木糖酸、乙醇酸等单羧酸；草酸、丙二酸、琥珀酸、甲基琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、富马酸、马来酸、酒石酸、二乙醇酸等二羧酸；二聚酸、乙酰丙酸、乳酸、丙烯酸、苯甲酸、水杨酸、茴香酸、柠檬酸、吡啶甲酸等其他的有机酸。
作为胺化合物，没有特别限定，例如可列举出四乙酰乙二胺(N,N,N',N'-四乙酰乙二胺)、N-乙酰咪唑、N-乙酰邻苯二甲酰亚胺、乙酰胺苯甲酸(3-乙酰胺苯甲酸、4-乙酰胺苯甲酸)、N-乙酰邻氨基苯甲酸、乙酰胺硝基苯甲酸(2-乙酰胺-6-硝基苯甲酸、3-乙酰胺-4-硝基苯甲酸、3-乙酰胺-2-硝基苯甲酸、5-乙酰胺-2-硝基苯甲酸)等。
作为氨基酸化合物，没有特别限定，例如可列举出N-乙酰苯丙氨酸(N-乙酰-L-苯丙氨酸、N-乙酰-DL-苯丙氨酸、N-乙酰-D-苯丙氨酸)、N-乙酰谷氨酸(N-乙酰-L-谷氨酸)、N-乙酰甘氨酸、N-乙酰亮氨酸(N-乙酰-L-亮氨酸、N-乙酰-DL-亮氨酸、N-乙酰-D-亮氨酸)或N-乙酰苯甘氨酸(N-乙酰-N-苯甘氨酸、N-乙酰-L-苯甘氨酸、N-乙酰-DL-苯甘氨酸)等。
上述的其他的活性剂可以使用1种也可以组合使用2种以上。其他的活性剂的含量相对于助焊剂整体优选为15质量％以下，更优选为10质量％以下。
本实施方式的助焊剂从环境负荷的观点出发为无卤素。需要说明的是，本说明书中的无卤素是指，卤素元素(F:氟、Cl:氯、Br:溴、I:碘)的含量分别为1000ppm以下(JEITAET-7304A)。本实施方式的助焊剂若满足上述无卤素的条件，则可以包含胺卤素盐、卤素化合物等卤素系活性剂。作为胺卤素盐的胺，例如可列举出二乙胺、二丁胺、三丁胺、二苯基胍、环己胺等。作为胺卤素盐的卤素，可列举出氟、氯、溴、碘。作为卤素化合物，可列举出异氰脲酸三(2,3-二溴丙基)酯、2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇、2-溴-3-碘-2-丁烯-1,4-二醇、TBA-双(2,3-二溴丙基醚)等。
(溶剂)
本实施方式的助焊剂可以包含溶剂。作为溶剂，没有特别限定，可以使用公知的溶剂。作为溶剂，例如可列举出：二乙二醇单己醚(hexyl diglycol)、二乙二醇二丁醚(dibutyl diglycol)、二乙二醇单2-乙基己基醚(2-ethylhexyl diglycol)、二乙二醇单丁基醚(butyl diglycol)、三乙二醇单丁基醚(butyl triglycol)等二醇醚类；正己烷、异己烷、正庚烷等脂肪族系化合物；乙酸异丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等酯类；甲基乙基酮、甲基正丙基酮、二乙基酮等酮类；乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇等醇类等。需要说明的是，溶剂可以使用1种也可以组合使用2种以上。
溶剂的含量没有特别限定，例如相对于助焊剂整体优选为10.0质量％以上，更优选为20.0质量％以上。另外，溶剂的含量相对于助焊剂整体优选为60.0质量％以下，更优选为45.0质量％以下。需要说明的是，溶剂包含2种以上的情况下，前述含量为溶剂的总计含量。
(树脂)
本实施方式的助焊剂可以包含树脂。作为树脂，例如可列举出松香系树脂、合成树脂等。作为松香系树脂，没有特别限定，例如可以使用选自松香和松香衍生物(例如氢化松香、聚合松香、歧化松香、丙烯酸改性松香等)中的1种以上的松香系树脂。另外，作为合成树脂，没有特别限定，例如可以使用萜烯酚树脂等公知的合成树脂。需要说明的是，树脂可以使用1种也可以组合使用2种以上。
树脂的含量相对于助焊剂整体优选为30质量％以上，更优选为40质量％以上。另外，树脂的含量相对于助焊剂整体优选为70质量％以下，更优选为50质量％以下。需要说明的是，树脂包含2种以上的情况下，前述含量为树脂的总计含量。
本实施方式的助焊剂例如可以包含选自稳定剂、表面活性剂、消泡剂和防腐蚀剂中的至少1种作为其他的添加剂。其他的添加剂的总计含量没有特别限定，例如相对于助焊剂整体可以为5.0质量％以下。
本实施方式的助焊剂为用于软钎焊的无卤素的助焊剂，其含有：包含利用差热分析所得的一个或多个吸热峰均在130～200℃的范围内被观察到的聚酰胺化合物的触变剂、和包含异氰脲酸衍生物的活性剂，前述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体为5.0质量％以下。根据上述技术方案，前述助焊剂与软钎料合金一并使用的情况下，对微细的焊盘表现出优异的软钎料熔融性。
本实施方式的助焊剂中，前述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体优选为0.5质量％以上且5.0质量％以下。根据上述技术方案，前述助焊剂与软钎料合金一并使用的情况下，对微细的焊盘的软钎料熔融性改善。
本实施方式的助焊剂中，前述异氰脲酸衍生物优选选自双(2-羧乙基)异氰脲酸、三(2-羧乙基)异氰脲酸和三(2-羧丙基)异氰脲酸中的至少1种。根据上述技术方案，前述助焊剂与软钎料合金一并使用的情况下，对微细的焊盘的软钎料熔融性改善。
本实施方式的助焊剂中，前述聚酰胺化合物的含量相对于助焊剂整体优选为1.0质量％以上且7.0质量％以下。根据上述技术方案，前述助焊剂与软钎料合金一并使用的情况下，对微细的焊盘的软钎料熔融性改善。
本实施方式的助焊剂可以通过如下方式得到：例如将触变剂、活性剂和根据需要的溶剂、树脂及其他的添加剂投入到加热容器中，然后加热直至160～180℃以使全部原料溶解，最后冷却直至室温为止。
本实施方式的助焊剂包含触变剂、活性剂、溶剂、树脂和其他的添加剂，但不限定于该技术方案。其他的实施方式的助焊剂包含触变剂、活性剂、溶剂、树脂和其他的添加剂。
＜焊膏＞
本实施方式的焊膏含有上述助焊剂和软钎料合金。更具体而言，前述焊膏可以通过将软钎料合金的粉末和前述助焊剂混合而得到。前述助焊剂的含量相对于前述焊膏整体优选为5～20质量％。另外，前述软钎料合金的粉末的含量相对于前述焊膏整体优选为80～95质量％。
前述软钎料合金的粉末尺寸没有特别限定，为了使对微细图案的印刷性良好，优选为JIS Z 3284-1所规定的标号4以上、即50μm以下，更优选为标号6以上、即25μm以下。
作为前述软钎料合金，可列举出例如无铅软钎料合金、含铅的共晶软钎料合金，但从环境负荷减少的观点出发，优选为无铅软钎料合金。作为无铅软钎料合金，可列举出例如包含锡、银、铜、铟、锌、铋、锑等的合金。特别是，对于前述软钎料合金，从改善对微细的焊盘的软钎料熔融性的观点出发，优选为JIS Z 3282:2017(ISO9453)中所规定的中温系、中高温系和高温系的无铅软钎料合金。作为这种合金，具体而言，可列举出Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Cu、Sn/Ag/Bi、Sn/Ag/Cu/Bi、Sn/Sb、Sn/Ag/Bi/In、Sn/Ag/Cu/Bi/In/Sb等合金。
本实施方式的焊膏含有上述助焊剂和软钎料合金，由此对微细的焊盘表现出优异的软钎料熔融性。
实施例
以下，针对本发明的实施例进行说明，但本发明不限定于以下的实施例。
＜焊膏的制作＞
将表1所示的配混量的松香、触变剂、溶剂投入到加热容器中，加热直至180℃为止，由此得到清漆成分。之后，在室温下使清漆成分和其他成分混合，由此得到均匀分散的助焊剂。需要说明的是，表1所示的各配混量与助焊剂所含的各成分的含量相等。接着，以各助焊剂成为13.0质量％、软钎料粉(Sn-3.0wt％Ag-0.5wt％Cu、尺寸：10-25μm)成为87.0质量％的方式进行混合，得到各实施例和各比较例的焊膏。
[表1]
Figure BDA0003324203030000091
表1所示的各原料的详细示于以下。
KE-604：丙烯酸改性松香、荒川化学工业公司制
S-145：萜烯酚树脂、YASUHARA CHEMICAL CO.,LTD.制
JH-180：半芳香族聚酰胺化合物、伊藤制油社制
VA-79:脂肪族聚酰胺化合物、共荣社化学公司制
AMX-6096A:脂肪族聚酰胺化合物、共荣社化学公司制
WH-255:脂肪族聚酰胺化合物、共荣社化学公司制
BTG：三乙二醇单丁醚、日本乳化剂公司制
HeDG：二乙二醇单己醚、日本乳化剂公司制
己二酸：东京化成工业公司制
癸二酸：东京化成工业公司制
甲基琥珀酸：东京化成工业公司制
琥珀酸：东京化成工业公司制
双(2-羧乙基)异氰脲酸：东京化成工业公司制
三(2-羧乙基)异氰脲酸：东京化成工业公司制
三(2-羧丙基)异氰脲酸：东京化成工业公司制
N-乙酰-L-谷氨酸：东京化成工业公司制
2,2’-亚甲基双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)：东京化成工业公司制
＜吸热峰温度的测定＞
各触变剂的吸热峰温度通过差热分析测定。具体而言，使用差示扫描量热仪(Thermo plus DSC 8230、Rigaku Corporation制)在下述条件下进行。将利用差热分析得到的吸热量为10J/g以上的吸热峰温度示于表2。
测定温度范围：30～300℃
升温速度：10℃/分钟
测定气氛：氮气气氛下、流量30mL/分钟
试样量：10mg
[表2]
Figure BDA0003324203030000111
由表2的结果，可知JH-180为利用差热分析得到的1个吸热峰在130～200℃的范围内被观测到的聚酰胺化合物。另外，VA-79和AMX-6096A为利用差热分析得到的3个吸热峰均在130～200℃的范围内被观测到的聚酰胺化合物。因此，JH-180、VA-79和AMX-6096A为满足本发明要件的触变剂。另一方面，WH-255为利用差热分析得到的3个吸热峰中的2个吸热峰在130～200℃的范围外被观测到的聚酰胺化合物。因此，WH-255为不满足本发明要件的触变剂。
＜软钎料熔融性的评价＞
将各实施例和各比较例的焊膏以厚度80μm涂布于尺寸100mm×100mm、厚1.6mm的基板表面上的铜焊盘(0.2mm×0.2mm的正方形状)。接着，在下述温度条件下加热，使软钎料溶融。需要说明的是，加热依照(i)→(ii)的顺序进行。
＜温度条件＞
(i)预热时
升温速度：1.0～3.0℃/秒
预热温度：150～190℃/60～100秒
加热环境：大气气氛
(ii)软钎料熔融时
升温速度：1.0～2.0℃/秒
溶融温度：219℃以上且30秒以上
峰温度：230～250℃
软钎料熔融性基于下述基准以目视进行评价。符合各基准的焊盘数相对于全部焊盘(50焊盘)的比率示于表1。
○：软钎料已熔融(有光泽)
△：有一部分软钎料颗粒
×：软钎料未熔融(无光泽)
由表1的结果，可知对于满足全部本发明要件的各实施例的焊膏，软钎料已熔融的焊盘数为60％以上，因此，对微细的焊盘表现出优异的软钎料熔融性。
另一方面，不含作为活性剂的异氰脲酸衍生物的比较例1和2的焊膏可知软钎料已熔融的焊盘数不足60％，为大多数焊盘中残留一部分软钎料颗粒的状态，因此，对微细的焊盘的软钎料熔融性劣化。另外，作为触变剂包含利用差热分析得到的吸热峰在130～200℃的范围外也观测到的聚酰胺化合物的比较例3的焊膏可知大多数焊盘中软钎料未溶融，因此，对微细的焊盘的软钎料熔融性劣化。此外，异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体超过5.0质量％的比较例4的焊膏为大多数焊盘中残留一部分软钎料颗粒的状态，因此可知对微细的焊盘的软钎料熔融性劣化。

Claims (6)

1.一种助焊剂，其为用于软钎焊的无卤素的助焊剂，其含有：
包含利用差热分析所得的一个或多个吸热峰均在130～200℃的范围内被观察到的聚酰胺化合物的触变剂、和
包含异氰脲酸衍生物的活性剂，
所述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体为5.0质量％以下。
2.根据权利要求1所述的助焊剂，其中，所述异氰脲酸衍生物的含量相对于助焊剂整体为0.5质量％以上且5.0质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的助焊剂，其中，所述异氰脲酸衍生物为选自双(2-羧乙基)异氰脲酸、三(2-羧乙基)异氰脲酸和三(2-羧丙基)异氰脲酸中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的助焊剂，其中，所述聚酰胺化合物的含量相对于助焊剂整体为1.0质量％以上且7.0质量％以下。
5.根据权利要求3所述的助焊剂，其中，所述聚酰胺化合物的含量相对于助焊剂整体为1.0质量％以上且7.0质量％以下。
6.一种焊膏，其含有权利要求1～5中任一项所述的助焊剂和软钎料合金。
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