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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lötflussmittel, die für das Löten elektronischer Komponenten geeignet ist und eine Zusammensetzung, die dieses Lötflussmittel enthält.
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STAND DER TECHNIK
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Viele Lötflussmittel werden durch Hinzufügen eines Aktivators, der aus einer organischen Säure, einem Halogenidsalz oder einer Halogenverbindung besteht, zu einem Kolophonium oder einem kolophoniummodifizierten Harz erhalten. Allerdings bleiben diese Lötflussmittel als Rückstände auf den gedruckten Leiterplatten nach der Vervollständigung eines Lötvorgangs und diese Rückstände sind häufig die Ursache für Substratkorrosion, Migration und dergleichen. Zusätzlich können in Fällen, in denen die gedruckten Leiterplatten, auf denen die Rückstände verbleiben, mit einem Harz (einem Silikongel, Epoxidharz oder dergleichen) versiegelt werden, die nach dem Abschluss eines Lötvorgangs verbleibenden Flussmittelrückstände das Aushärten des Versiegelungsharzes hemmen und dies kann die Haftung an einem Substrat und die Isolationseigenschaften beeinflussen. Deswegen wird eine Reinigung mit einem Freon-Substitut oder einem organischen Lösemittel nach dem Abschluss des Lötvorgangs durchgeführt, um diese Rückstände zu entfernen. Allerdings bestehen gegenwärtig Einschränkungen für Reinigungsmittel aufgrund der Umweltprobleme, die durch Freon und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) verursacht werden.
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Epoxidharz enthaltende Flussmittel sind bekannt als eine Art von Flussmittel, die keine Korrosion oder Migration verursachen und keine Hemmung der Härtung eines Versiegelungsharzes hervorrufen, selbst wenn die Flussmittelrückstände nicht über eine Reinigung entfernt worden sind (siehe Patentschrift 1). Im Allgemeinen sind Flussmittel auf Epoxidbasis aus einem Epoxidharz als dem Hauptbestandteil, einer organischen Säure oder Amin, das ein Härtungsmittel oder Aktivator ist, und einem alkoholischen Lösemittel zusammengesetzt. In den Fällen, wo eine Lotpaste, die ein Flussmittel auf Epoxidbasis enthält, zum Befestigen einer Komponente auf einer gedruckten Leiterplatte verwendet wird, ist das Verfahren derart konzipiert, dass eine Härtungsreaktion zwischen dem Epoxidharz und einer Carbonsäure erfolgt, wenn eine Oxidschicht auf der Oberfläche eines Halbleiters mit Hilfe einer Carbonsäure während des Reflow-Lötens entfernt wird und die Härtungsreaktion beendet wird, wenn das Lot schmilzt und der Lötvorgang abgeschlossen ist. Im Anschluss an das Löten verbleibt ein gehärtetes Produkt des Epoxidharzes als ein Flussmittelrückstand. Im Vergleich zu den Rückständen der bisher gewöhnlicherweise verwendeten Flussmittel auf Kolophoniumbasis ist dieses Epoxidharz überlegen, was die Beeinträchtigung der Haftung zwischen einer gedruckten Leiterplatte und einem Versiegelungsharz betrifft, und weist ausgezeichnete Isolationseigenschaften auf, wenn die Versiegelung mit einem Harz im Anschluss an das Löten ohne Reinigung erfolgt.
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Darüber hinaus ist ein Flussmittel bekannt, wodurch selbst in Fällen, wo das Löten unter Verwendung eines bleifreien Lotes mit einem Schmelzpunkt von 190 bis 240°C durchgeführt wird, die Aktivierungseigenschaften des Flussmittels erhalten bleiben, die Benetzbarkeit des Lotes gut ist und die Härtung eines Versiegelungsharzes nicht beeinträchtigt ist, selbst wenn Flussmittelrückstände nicht entfernt werden (siehe Patentschrift 2).
Patentschrift 1:
Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2000-216300 Patentschrift 2:
Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2002-239785 -
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Allerdings benötigt selbst das vorangehend erwähnte Flussmittel auf Epoxidbasis für ein bleifreies Lot eine zusätzliche Unterdrückung von Lotperlen zwischen den Leitern auf einer gedruckten Leiterplatte und von kapillaren Lotperlen („capillary balls”) an den Unterseiten von Chip-Bauteilen und benötigt eine signifikante Zunahme der elektrischen Zuverlässigkeit zwischen den Leitern.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckten, dass durch die Beimischung eines Kunststoffs mit einer linearen Struktur als ein hitzebeständiges formerhaltendes Mittel zu einem Flussmittel auf Epoxidbasis es möglich war, Probleme zu lösen, wie beispielsweise das Verlaufen bei dem Vorheizen und das Garantieren der Formerhaltungseigenschaften, wenn mit Lotpaste gedruckt wird, von denen angenommen wird, dass sie Lotkugeln und kapillare Lotkugeln bilden, und dadurch die vorliegende Erfindung vollendet.
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Das bedeutet, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Lötflussmittel, das ein Epoxidharz, eine organische Carbonsäure und als ein hitzebeständiges formerhaltendes Mittel einen Kunststoff mit einer linearen Struktur enthält, wobei das vorgenannte Epoxidharz und die vorgenannte organische Carbonsäure derart vermischt sind, dass die Menge der Carboxylgruppen in der vorgenannten organischen Carbonsäure 0,8 bis 2,0 Äquivalente im Verhältnis zu 1,0 Äquivalent der Epoxidgruppen in dem vorgenannten Epoxidharz beträgt und die Gesamtmenge des vorgenannten Epoxidharzes, der vorgenannten organischen Carbonsäure und des vorgenannten Kunststoffs mit einer linearen Struktur 70 Masse% oder mehr im Verhältnis zur Gesamtmasse des Flussmittels beträgt.
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Für den Kunststoff mit einer linearen Struktur wird bevorzugt, dass er aus einer oder mehreren Arten von Kunststoff besteht, die ausgewählt sind aus einem Polyamid, welches von einem zyklischen Amidmonomer und Polypropylen abgeleitet ist. Zusätzlich wird es für den vorgenannten Kunststoff mit einer linearen Struktur bevorzugt, dass er aus einem Polyamid besteht, welches von einem zyklischen Amidmonomer abgeleitet ist und das eine zahlenmittlere Molmasse (Mn) von 1.000 bis 3.000 und eine Polydispersität (Mw/Mn) von 1,10 bis 1,30 aufweist. Zusätzlich wird es für den vorgenannten Kunststoff mit einer linearen Struktur bevorzugt, dass er aus einem Polypropylen mit einer zahlenmittleren Molmasse (Mn) von 5.000 bis 9.000 besteht.
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Für den vorgenannten Kunststoff mit einer linearen Struktur wird es bevorzugt, dass er mit einer Menge von 0,5 bis 30 Masse% im Verhältnis zur Gesamtmasse des Flussmittels vermischt ist.
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Für das Flussmittel wird es bevorzugt, dass es ferner einen Alkohol mit einer Menge von 30,0 Masse% oder niedriger im Verhältnis zur Gesamtmasse des Flussmittels enthält.
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Für das vorgenannte Epoxidharz wird es bevorzugt, dass es ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen vom Bisphenol A-Typ, Epoxidharzen vom Bisphenol F-Typ, Epoxidharzen vom Novolak-Typ, alizyklischen Epoxidharzen und Mischungen davon.
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Für das vorgenannte Epoxidharz vom Bisphenol A-Typ wird es bevorzugt, dass es ein Epoxidharz vom Bisphenol A-Typ mit einem Epoxidäquivalentgewicht von 160 bis 250 g/Äquivalent ist.
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Für das Flussmittel wird bevorzugt, dass es ferner einen Aktivator enthält, der Oxide entfernt, wobei der Aktivator ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Aminen, halogenierten Aminen, Salzen halogenierter organischer Säuren, Halogenverbindungen, organischen Säuren, Säureanhydriden und Mischungen davon besteht.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Lotzusammensetzung, die eines der vorgenannten Lötflussmittel und ein bleifreies Lot mit einem Schmelzpunkt von 190 bis 240°C enthält.
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Für das vorgenannte bleifreie Lot in der Lotzusammensetzung wird bevorzugt, dass es ein zinnhaltiges bleifreies Lot mit einem Schmelzpunkt von 190 bis 240°C ist.
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Durch Löten unter Verwendung des Lötflussmittels gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Verlaufen beim Drucken und das Verlaufen beim Erhitzen zu verhindern, was zu Lotperlen und kapillaren Lotperlen führt, und es ist ebenfalls möglich, die elektrische Zuverlässigkeit zwischen den Leitern zu gewährleisten. Des Weiteren weist das Lötflussmittel der vorliegenden Erfindung den Vorteil auf, dass es in der Lage ist, eine dünne Schicht mit ausgezeichneten Hafteigenschaften, selbst wenn mit einem Harz ohne Reinigung nach dem Löten versiegelt wird.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Lötflussmittel. Das Lötflussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Epoxidharz, eine organische Carbonsäure und als ein hitzebeständiges formerhaltendes Mittel einen Kunststoff mit einer linearen Struktur.
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In dem Flussmittel der vorliegenden Ausführungsform ist das Epoxidharz, das als eine Hauptkomponente darin enthalten ist, bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit, wirkt als ein Lösemittel für die organische Carbonsäure, wenn das Flussmittel hergestellt wird, und, wie vorangehend erwähnt, ergibt ein gehärtetes Flussmittelprodukt, wenn es mit der Carbonsäure polymerisiert, und das gehärtete Produkt des Epoxidharzes weist ausgezeichnete Isolationseigenschaften auf. Weil das Epoxidharz und die organische Carbonsäure in der Härtungsreaktion des Flussmittels verbraucht werden, sind die Mengen an Epoxidharz und organischer Carbonsäure, die als Flussmittelrückstände verbleiben, verringert und das Flussmittel kann verwendet werden, ohne dass es entfernt werden muss. Darüber hinaus bindet das als Flussmittelrückstand verbleibende Epoxidharz stark an das Versiegelungsharz (ein Silikongel, Epoxidharz oder dergleichen) und das gehärtete Epoxidharz bedeckt die gelöteten Positionen und verstärkt die Verbindungen.
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Das in der vorangehend erwähnten Ausführungsform in dem Flussmittel enthaltene Epoxidharz ist vorzugsweise ausgewählt aus Epoxidharzen vom Bisphenol A-Typ, Epoxidharzen vom Bisphenol F-Typ, Epoxidharzen vom Novolak-Typ, alizyklischen Epoxidharzen und Mischungen davon. Für das Epoxidharz wird es mehr bevorzugt, dass es ausgewählt ist aus Epoxidharzen vom Bisphenol A-Typ, Epoxidharzen vom Bisphenol F-Typ und alizyklischen Epoxidharzen vom Diglycidylester-Typ. Für das vorangehend erwähnte Epoxidharz vom Bisphenol A-Typ wird es bevorzugt, dass es ein Epoxidharz vom Bisphenol A-Typ mit einem Epoxidäquivalentgewicht von annähernd 160 bis 250 g/Äquivalent ist.
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Die organische Carbonsäure, die in dem Flussmittel der vorliegenden Erfindung enthalten ist, wirkt als ein Aktivator, der zur Entfernung von Metalloxiden und dergleichen verwendet wird und wird ebenfalls in der Härtungsreaktion mit dem vorangehend erwähnten Epoxidharz verwendet. Das Flussmittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfordert außer der organischen Carbonsäure nicht die Verwendung eines Aktivators (eines Amins, eines Aktivators auf Halogenbasis, eines Säureanhydrids oder dergleichen) als einen unerlässlichen Bestandteil und die Benetzbarkeit des Lotes ist ausgezeichnet, selbst wenn außer der organischen Carbonsäure kein Aktivator verwendet wird. Allerdings ist die Verwendung eines Aktivators außer der organischen Carbonsäure in dem Flussmittel der vorliegenden Ausführungsform nicht ausgeschlossen, wie später angeführt wird. Darüber hinaus weist ein gehärtetes Flussmittelprodukt, das durch eine ausreichende Polymerisation dieser Carbonsäure mit dem vorangehend erwähnten Epoxidharz und anschließender Durchführung des Wiederaufschmelzens erhalten wurde, gute elektrische Isolationseigenschaften auf. Darüber hinaus kann, da diese organische Carbonsäure entweder in der vorangehend erwähnten Härtungsreaktion mit dem Epoxidharz oder in einer Reaktion mit einem Versiegelungsharz verbraucht wird, das Flussmittel ohne Entfernen eingesetzt werden.
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Die vorangehend erwähnte organische Carbonsäure, die in dem Flussmittel der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, kann eine difunktionelle oder höhere organische Carbonsäure sein, zum Beispiel eine gesättigte aliphatische Dicarbonsäure, eine ungesättigte aliphatische Dicarbonsäure, eine cycloaliphatische Dicarbonsäure, eine aromatische Dicarbonsäure, eine Aminogruppen enthaltende Carbonsäure, eine Hydroxylgruppen enthaltende Carbonsäure, eine heterozyklische Dicarbonsäure oder eine Mischung davon. Insbesondere kann die vorangehend erwähnte organische Carbonsäure eine gesättigte aliphatische Dicarbonsäure, wie beispielsweise Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Azelainsäure oder Dodecansäure, eine ungesättigte aliphatische Dicarbonsäure, wie beispielsweise Itaconsäure oder Mesaconsäure, eine cycloaliphatische Carbonsäure, wie beispielsweise Cyclobutandicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Cyclohexendicarbonsäure oder Cyclopentantetracarbonsäure, eine Seitenketten enthaltende gesättigte aliphatische Dicarbonsäure, wie beispielsweise Dimethylglutarsäure oder Methyladipinsäure, eine Aminogruppen enthaltende Carbonsäure, wie beispielsweise Glutaminsäure oder Ethylendiamintetraessigsäure, eine Hydroxylgruppen enthaltende Carbonsäure, wie beispielsweise Zitronensäure, Äpfelsäure oder Weinsäure, eine heterozyklische Dicarbonsäure, wie beispielsweise Pyrazindicarbonsäure, Phenylendiessigsäure, Brenzkatechindiessigsäure, Hydrochinondiessigsäure, Thiopropionsäure, Thiodibuttersäure, Dithioglykolsäure oder eine Mischung von diesen. Im Hinblick auf die Verbesserung der Benetzbarkeit des Lotes, der Lagerstabilität und der Isolationseigenschaften eines gehärteten Flussmittelproduktes und der weiteren Verbesserung verschiedener physikalischer Eigenschaften des Flussmittels, wie beispielsweise Beschichtbarkeit und Druckbarkeit, wird es für die organische Carbonsäure bevorzugt, dass sie ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Cyclohexendicarbonsäure, Dimethylglutarsäure, Glutaminsäure, Phthalsäure, Itaconsäure und Mischungen von diesen besteht.
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In dem Flussmittel der vorliegenden Ausführungsform sind das Epoxidharz und die organische Carbonsäure derart vermischt, dass die Menge der Carboxylgruppen in der organischen Carbonsäure 0,8 bis 2,0 Äquivalente im Verhältnis zu 1,0 Äquivalent der Epoxidgruppen in dem vorgenannten Epoxidharz beträgt und die Gesamtmenge des Epoxidharzes, der organischen Carbonsäure und des Kunststoffs mit einer linearen Struktur 70 Masse% oder mehr im Verhältnis zur Gesamtmasse des Flussmittels beträgt.
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Das Epoxidharz und die organische Carbonsäure durchlaufen eine Polymerisationsreaktion wenn sich die Temperatur erhöht, wodurch das Flussmittel gehärtet wird, allerdings beträgt bei der Verwendung des Flussmittels der vorliegenden Erfindung die Temperatur an der Spitze eines exothermen Peaks in der Flussmittelhärtungsreaktion, bei der die Polymerisation des Epoxidharzes und der organischen Carbonsäure stattfindet, 180 bis 250°C und vorzugsweise 180 bis 230°C. Darüber hinaus liegt die Reaktionsstarttemperatur für die Flussmittelhärtungsreaktion, die durch die Polymerisation des Epoxidharzes und der organischen Carbonsäure hervorgerufen wird, bei 180 bis 230°C. Dementsprechend ist es selbst bei der Verwendung eines bleifreien Lotes mit einem hohen Schmelzpunkt (annähernd 190 bis 240°C) möglich, zu verhindern, dass der größte Teil der vorangehend erwähnten organischen Carbonsäure, die ein Aktivator ist, bei der Flussmittelhärtungsreaktion verbraucht wird, was durch die Polymerisationsreaktion mit dem Epoxidharz hervorgerufen wird, bevor das Lot schmilzt. Auf diese Weise werden die Aktivierungseigenschaften der Carbonsäure aufrecht gehalten und es kann eine gute Benetzbarkeit des Lotes erreicht werden, was bedeutet, dass eine gute Lötung erzielt werden kann. Aus der Perspektive der Lagerstabilität betrachtet wird es für die Polymerisationsreaktion bevorzugt, dass sie bei einer Temperatur von 130°C oder höher in dem Flussmittel der vorliegenden Erfindung in Gang gesetzt wird. Wenn allerdings die Temperatur in der Spitze eines exothermen Peaks in der Polymerisationsreaktion zwischen dem Epoxidharz und der organischen Carbonsäure 180 bis 250°C beträgt, kann die Starttemperatur der Flussmittelhärtungsreaktion, welche durch die Polymerisation des Epoxidharzes mit der organischen Carbonsäure hervorgerufen wird, niedriger als 180°C sein. Darüber hinaus können das Epoxidharz und/oder die organische Carbonsäure, die in dem Flussmittel der vorliegenden Erfindung enthalten sind, ein Gemisch aus mehreren Epoxidharzen und/oder ein Gemisch aus mehreren organischen Carbonsäuren sein, wie später angeführt wird, wobei allerdings in Fällen, in denen derartige Gemische verwendet werden, die Epoxidharze und organischen Carbonsäuren, die in dem/den Gemisch(en) enthalten sind, derart sein sollten, dass die Temperatur in der Spitze eines exothermen Peaks und die Reaktionsstarttemperatur in der Flussmittelhärtungsreaktion, welche durch die Polymerisation hervorgerufen wird, in die vorangehend erwähnten Bereiche fallen und es möglich ist, als Hauptkomponenten des/der Gemische(s) Epoxidharze und/oder organische Carbonsäuren zu verwenden, bei denen die Temperatur in der Spitze eines exothermen Peaks und die Reaktionsstarttemperatur in der Flussmittelhärtungsreaktion, welche durch die Polymerisation hervorgerufen wird, in die vorangehend erwähnten Bereiche als Hauptkomponenten des/der Gemische(s) fallen. Außerdem kann die vorangehend erwähnte Reaktionsstarttemperatur und die Temperatur in der Spitze eines exothermen Peaks in der Flussmittelhärtungsreaktion, welche durch die Polymerisation hervorgerufen wird, durch Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) usw. gemessen werden.
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In dem Lötflussmittel der vorliegenden Ausführungsform sind das Epoxidharz und die organische Carbonsäure derart vermischt, dass die Menge der Carboxylgruppen in der organischen Carbonsäure 0,8 bis 2,0 Äquivalente im Verhältnis zu 1,0 Äquivalent Epoxidgruppen in dem Epoxidharz beträgt, weil die Aktivierungseigenschaften der Carbonsäure vermindert werden und die Benetzbarkeit des Lotes sich verschlechtert, wenn die Menge der Carboxylgruppen in der organischen Carbonsäure weniger als 0,8 Äquivalente beträgt, und ein Überschuss an fester Carbonsäure zu einer Verschlechterung der Fluidität des Flussmittels führt und die Benetzbarkeit des Lotes dementsprechend schlechter wird, wenn die Menge der Carboxylgruppen in der organischen Carbonsäure höher als 2,0 Äquivalente ist. Um die Benetzbarkeit des Lotes, die Lagerstabilität und die Isolationseigenschaften eines gehärteten Flussmittelproduktes zu verbessern, wird es für das Epoxidharz und die organische Carbonsäure bevorzugt, dass sie derart gemischt sind, dass die Menge der Carboxylgruppen in der organischen Carbonsäure 0,8 bis 1,1 Äquivalente im Verhältnis zu 1,0 Äquivalent Epoxidgruppen in dem Epoxidharz beträgt, und noch bevorzugter für das Epoxidharz und die organische Carbonsäure, dass sie derart gemischt sind, dass die Menge der Carboxylgruppen in der organischen Carbonsäure 1,0 Äquivalent im Verhältnis zu 1,0 Äquivalent Epoxidgruppen in dem Epoxidharz beträgt.
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Die Gesamtmenge des Epoxidharzes, der organischen Carbonsäure und des Kunststoffs mit einer linearen Struktur beträgt 70 Masse% oder mehr im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Lötflussmittels, weil die Aktivierungseigenschaften der Carbonsäure vermindert sind und die Benetzbarkeit des Lotes verschlechtert ist, wenn die Gesamtmenge weniger als 70 Masse% beträgt. Die Gesamtmenge des Epoxidharzes, der organischen Carbonsäure und des Kunststoffes mit einer linearen Struktur beträgt vorzugsweise 80 Masse% oder mehr und noch bevorzugter 80 bis 90 Masse% im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Flussmittels.
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Der Kunststoff mit einer linearen Struktur, der als ein formerhaltendes Mittel verwendet wird, ist ein Zusatzmittel, welches dem Flussmittel Hitzebeständigkeits- und Formerhaltungseigenschaften unter Bedingungen mit hoher Temperatur verleiht, bei der eine Lotlegierung geschmolzen ist. Der Kunststoff mit einer linearen Struktur ist ein Polymer, das von einem zyklischen Amid abgeleitet ist, und es kann ein Polyamid sein und noch genauer gesagt, ein Polyamid, das unter Verwendung einer auf Lactam basierenden Verbindung, wie beispielsweise ε-Caprolactam, γ-Lactam oder δ-Lactam, erhalten wurde, und es ist ebenfalls möglich, eine Mischung dieser Monomere zu verwenden. Insbesondere kann ein Polyamid, das von den vorangehend erwähnten zyklischen Amiden abgeleitet ist und ein zahlenmittlere Molmasse (Mn) von 1.000 bis 3.000 und eine Polydispersität (Mw/Mn) von 1,10 bis 1,30 aufweist, vorteilhafterweise verwendet werden. Für die zahlenmittlere Molmasse (Mn) wird es noch mehr bevorzugt, dass sie 1.000 bis 1.500 und die Polydispersität (Mw/Mn) 1,10 bis 1,20 beträgt. Allerdings sind die zahlenmittlere Molmasse und die Polydispersität von dem Polyamid nicht auf diese Bereiche beschränkt. Der Kunststoff mit einer linearen Struktur kann ebenfalls Polypropylen sein. Es ist insbesondere möglich, ein Polypropylen mit einer zahlenmittleren Molmasse (Mn) von 5.000 oder höher, zum Beispiel 5.000 bis 9.000, oder ein Polypropylen mit einer zahlenmittleren Molmasse (Mn) von 7.000 bis 8.000 zu verwenden. Es ist möglich, eine Mischung aus dem vorangehend erwähnten Polyamid und dem Polypropylen als den Kunststoff mit einer linearen Struktur zu verwenden, der als ein formerhaltendes Mittel eingesetzt wird. Das bedeutet, dass der Kunststoff mit einer linearen Struktur aus einer einzelnen Art Kunststoff oder einer Kombination aus zwei oder mehr Arten von Kunststoff besteht.
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Der Gehalt von dem Kunststoff mit einer linearen Struktur beträgt vorzugsweise 0,5 bis 30 Masse% und noch bevorzugter 2,0 bis 20 Masse% im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Flussmittels. Wenn der Gehalt des Kunststoffs mit einer linearen Struktur 30 Masse% im Verhältnis zur Gesamtmasse des Flussmittels übersteigt, erhöht sich die Viskosität eines Pastenlots und das Drucken kann schwierig werden.
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Das Lötflussmittel der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls einen Alkohol als eine optionale Komponente enthalten. Wenn das Lötflussmittel einen Alkohol enthält, wird es für den Gehalt des Alkohols bevorzugt, dass er im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Flussmittels 30 Masse% oder weniger beträgt. Falls der Gehalt des Alkohols im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Flussmittels 30 Masse% übersteigt, kann die Härtung eines Versiegelungsharzes und insbesondere die Härtung eines Silikongels gehemmt werden. Unter Gesichtspunkten, wie beispielsweise der Verbesserung der Isolationseigenschaften eines gehärteten Flussmittelproduktes im Besonderen, beträgt der Gehalt des Alkohols vorzugsweise 20 Masse% oder weniger und noch bevorzugter 10 bis 20 Masse% im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Flussmittels.
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Die vorangehend erwähnte Alkoholkomponente, die in dem Lötflussmittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, wird als ein Lösemittel verwendet und ist eine Komponente, welche die organische Säure löst und die Viskosität von dem Flussmittel erniedrigt. Darüber hinaus reagiert das vorangehend erwähnte Epoxidharz ebenfalls mit dem Alkohol, was bedeutet, dass der Alkohol nicht als Rückstand verbleibt. Allerdings kann dieses Flussmittel als ein Flussmittel für ein bleifreies Lot verwendet werden, selbst wenn der Alkohol nicht in dem Flussmittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist.
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Der Alkohol, der in dem Lötflussmittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, kann ein Monoalkohol, ein mehrwertiger Alkohol oder eine Mischung davon sein. Beispiele für Monoalkohole umfassen Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, Butylalkohol, Isobutylalkohol, Amylalkohol, Isoamylalkohol, Octanol, Allylalkohol, Cyclohexanol und Mischungen davon. Beispiele für mehrwertige Alkohole umfassen Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Propylenglycol, Octenglycol, Polyethylenglycol, Glycerin, Propandiol und Mischungen davon. Ein mehrwertiger Alkohol ist bevorzugt und eine Mischung aus einem mehrwertigen Alkohol und einem Monoalkohol ist noch mehr bevorzugt. Eine Mischung aus einem mehrwertigen Alkohol und einem Monoalkohol verbessert die Isolationseigenschaften eines gehärteten Flussmittelproduktes nach dem Wiederaufschmelzen. Eine bevorzugte Mischung aus einem Monoalkohol und einem mehrwertigen Alkohol ist eine Mischung aus einem Monoalkohol, der ausgewählt ist aus Amylalkohol, Octanol und Mischungen davon, und einem mehrwertigen Alkohol, der ausgewählt ist aus Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Propylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerin, Propandiol und Mischungen davon.
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Entsprechend den Gegebenheiten kann ein Aktivator, der Oxide entfernt und der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Aminen, halogenierten Aminen, halogenierten organischen Salzen, Halogenverbindungen, organischen Säuren, Säureanhydriden und Mischungen davon, ebenfalls zu dem Flussmittel hinzugefügt werden. Außerdem besteht keine Notwendigkeit, einen Aktivator außer der vorangehend erwähnten organischen Carbonsäure als eine unerlässliche konstituierende Komponente hinzuzufügen, weil die organische Carbonsäure als ein Aktivator in dem Flussmittel der vorliegenden Ausführungsform wirken kann, wie vorangehend erwähnt.
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Thixotropie verleihende Mittel, Komplexbildner, Anti-Schaummittel, Benetzungsmittel und Antioxidationsmittel können ebenfalls zu dem vorangehend erwähnten Flussmittel entsprechend der Notwendigkeit hinzugefügt werden. Bevorzugte Gehalte dieser Komponenten im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Flussmittels sind 5 Masse% oder niedriger im Falle eines Thixotropie verleihenden Mittels, 5 Masse% oder niedriger im Falle eines Komplexbildners, 1 Masse% oder niedriger im Falle eines Anti-Schaummittels, 2 Masse% oder niedriger im Falle eines Benetzungsmittels und 3 Masse% oder niedriger im Falle eines Antioxidationsmittels. Das Thixotropie verleihende Mittel kann Rizinusöl, Stearinsäureamid oder dergleichen sein, ist allerdings nicht auf diese beschränkt. Andere gewöhnlicherweise verwendete Thixotropie verleihende Mittel können wie jeweils anwendbar eingesetzt werden.
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Es wird nun eine Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des Lötflussmittels gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegeben werden. Das Verfahren zur Herstellung des Lötflussmittels gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Schritt des Mischens eines Epoxidharzes, einer organischen Carbonsäure und, als ein hitzebeständiges formerhaltendes Mittel, einen Kunststoff mit einer linearen Struktur bei einer vorgeschriebenen Temperatur und einem Schritt des Kühlens der erhaltenen Mischung auf Raumtemperatur. Diese vorgeschriebene Temperatur beträgt vorzugsweise 150°C oder niedriger und noch bevorzugter 100 bis 130°C.
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In Fällen, in denen das Lötflussmittel ferner einen Alkohol als eine optionale Komponente enthält, umfasst das Herstellungsverfahren ebenfalls den Schritt, in dem die organische Carbonsäure in dem Alkohol vor dem vorangehend erwähnten Mischungsschritt aufgelöst wird. Die Temperatur, bei der dieser Auflösungsschritt durchgeführt wird, beträgt vorzugsweise annähernd 120 bis 130°C und noch bevorzugter 80 bis 100°C.
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In den Fällen, in denen das Lötflussmittel ferner einen weiteren Aktivator als eine optionale Komponente enthält, kann der Aktivator gleichzeitig mit der organischen Carbonsäure hinzugefügt werden. Zusätzlich können in den Fällen, wo das Lötflussmittel ein Thixotropie verleihendes Mittel, einen Komplexbildner, ein Anti-Schaummittel, ein Benetzungsmittel, ein Antioxidationsmittel und dergleichen enthält, diese Komponenten gleichzeitig mit der organischen Säure hinzugefügt werden.
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Das Lötflussmittel gemäß der ersten Ausführungsform weist eine ausgezeichnete formerhaltende Wirkung auf das Lotpulver auf und kann wirkungsvoll in einer Lotzusammensetzung verwendet werden.
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Lotzusammensetzung, welche das Flussmittel gemäß der vorangehend erwähnten ersten Ausführungsform und ein bleifreies Lot enthält.
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Das bleifreie Lot, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist vorzugsweise ein bleifreies Lot mit einem Schmelzpunkt von annähernd 190 bis 240°C, und noch bevorzugter ein bleifreies Lot mit einem Schmelzpunkt von 210 bis 230°C. Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein Zinn enthaltendes bleifreies Lot, das einen Schmelzpunkt von annähernd 190 bis 240°C aufweist. Derartige Zinn enthaltende bleifreie Lote umfassen Zinn-Lote, Lote auf Zinn-Silber-Basis, Lote auf Zinn-Kupfer-Basis, Lote auf Zinn-Zink-Basis und Lote auf Zinn-Antimon-Basis (die alle einen Schmelzpunkt von annähernd 190 bis 240°C aufweisen). Lote auf Zinn-Silber-Basis sind mehr bevorzugt. Derartige Lote auf Zinn-Silber-Basis umfassen Zinn-Silber, Zinn-Silber-Kupfer, Zinn-Silber-Wismut, Zinn-Silber-Kupfer-Wismut, Zinn-Silber-Kupfer-Indium, Zinn-Silber-Kupfer-Schwefel und Zinn-Silber-Kupfer-Nickel-Germanium. Ein Lot aus Sn-3.5Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.05Ge oder ein Lot aus Sn-3.5Ag-0.5Cu ist mehr bevorzugt.
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Für das bleifreie Lot wird bevorzugt, dass es in einer Menge von annähernd 85 bis 95 Masse% im Verhältnis zu der Gesamtmasse der Lotzusammensetzung enthalten ist. Die verbleibenden annähernd 5 bis 15 Masse% können aus dem Flussmittel bestehen.
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Die Lotzusammensetzung kann durch Mischen des Lötflussmittels gemäß der ersten Ausführungsform mit einem partikelförmigen bleifreien Lot bei Raumtemperatur hergestellt werden. Die Lotzusammensetzung kann in der Form einer Creme oder Paste sein.
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Es wird nun eine Erläuterung eines Verfahrens zur Verwendung der Lotzusammensetzung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben werden. Das Lötflussmittel gemäß der ersten Ausführungsform kann ohne Reinigung in einem Reflow-Lötverfahren für elektronische Bauelemente verwendet werden, das ein bleifreies Lot verwendet. Beispielsweise wird bei einem Reflow-Lötverfahren für elektronische Bauelemente eine Flussmittelhärtungsreaktion, die durch die Polymerisation des Epoxidharzes und der organischen Carbonsäure hervorgerufen wird, die in dem Flussmittel der vorliegenden Erfindung enthalten sind, eingeleitet und die organische Carbonsäure, welche der Aktivator ist, reinigt die Lotkontaktoberfläche, bevor das bleifreie Lot schmilzt. Das Flussmittel der vorliegenden Erfindung ist derart, dass die Temperatur, bei der die Flussmittelhärtungsreaktion, die durch die Polymerisation hervorgerufen wird, bei annähernd 180 bis 230°C eingeleitet wird oder derart, dass die Temperatur in der Spitze eines exothermen Peaks in der Flussmittelhärtungsreaktion annähernd 180 bis 250°C beträgt und vorzugsweise annähernd 180 bis 230°C, selbst wenn die Reaktionsstarttemperatur annähernd 180°C oder niedriger ist, was bedeutet, dass es möglich ist, zu verhindern, dass ein großer Teil der organischen Carbonsäure in der Härtungsreaktion verbraucht wird, bevor das bleifreie Lot (welches einen Schmelzpunkt von annähernd 190 bis 240°C aufweist) schmilzt, was bedeutet, dass die Aktivierungseigenschaften der organischen Carbonsäure erhalten bleiben und die Benetzbarkeit des Lotes verbessert wird. Danach schmilzt das bleifreie Lot, wenn die Heiztemperatur erhöht wird, und das Verlöten eines elektronischen Bauelements mit der Leiterstruktur auf einer gedruckten Leiterplatte wird erreicht. Die Flussmittelhärtungsreaktion schreitet während dieses Zeitraums ebenfalls fort, die Reaktion ist etwa zum gleichen Zeitpunkt beendet, wenn das Löten abgeschlossen ist, oder sie wird durch Erhitzen (Härten des Versiegelungsharzes oder dergleichen) entweder zum gleichen Zeitpunkt beendet, wenn das Löten abgeschlossen ist oder nach dem Löten und das gehärtete Epoxidharz bedeckt eine gelötete Position und verstärkt eine Verbindung.
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Anschließend wird ohne Reinigen der gedruckten Leiterplatte durch das Versiegeln des Umfangs der gedruckten Leiterplatte mit Hilfe eines Epoxidharzes oder eines Urethanharzes, das funktionelle Gruppen aufweist, die in der Lage sind, mit Komponenten in dem Flussmittel der vorliegenden Erfindung zu reagieren, die restliche Carbonsäure, die in dem Flussmittelrückstand vorhanden ist, mit dem Versiegelungsharz umgesetzt, wobei fast die gesamte Carbonsäure in dieser Härtungsreaktion verbraucht wird, wodurch die korrodierenden Eigenschaften des Flussmittels verringert werden und das Epoxidharz, welches die Hauptkomponente des Flussmittels auf Epoxidbasis ist, und das Versiegelungsharz stark aneinander binden. Wenn darüber hinaus die Versiegelung mit einem Silikongel (und insbesondere mit einem Silikongel des Additionsreaktions-Typs) durchgeführt wird, hemmt, falls das Flussmittel ein herkömmliches Flussmittel auf Kolophoniumbasis ist, das Silikongel die Härtung, wenn allerdings das Flussmittel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hemmt das Silikongel nicht die Härtung, selbst wenn die Flussmittelrückstände nicht durch Reinigen entfernt werden. Dementsprechend verbessert selbst in dem Fall eines bleifreien Lotes mit einem höheren Schmelzpunkt als das bleihaltige Lot die Verwendung des Flussmittels auf Epoxidbasis der vorliegenden Erfindung die Benetzung des Lotes, steigert die Zuverlässigkeit der Isolation, selbst wenn die Flussmittelrückstände nach dem Löten nicht durch Reinigen entfernt werden, und hemmt nicht die Härtung des Versiegelungsharzes.
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Beispiele
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Die vorliegende Erfindung wird nun durch die Verwendung der Beispiele ausführlicher erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
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In jedem der folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde ein Flussmittel hergestellt, eine Lotzusammensetzung, welche das hergestellte Flussmittel enthält, und ein bleifreies Lot wurden zubereitet und die Lotzusammensetzung wurde hinsichtlich des Verlaufens beim Drucken, des Verlaufens beim Erhitzen und der Lotkugeln untersucht.
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(1) Herstellung des Flussmittels
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28,5 g cis-4-Cyclohexen-1,2-dicarbonsäure wurden zu 16,7 g Triethylenglycol hinzugefügt und durch Erhitzen auf annähernd 130°C geschmolzen. Die Mischung wurde anschließend auf 100°C oder niedriger abgekühlt, 52,8 g des Epoxidharzes AER260 (Bisphenol A-Typ Epoxidharz, Epoxidäquivalentgewicht 192 g/Äquivalent, hergestellt durch Asahi Kasei Corporation) und 2,0 g eines von einem zyklischen Amid abgeleiteten Polyamids (VA-800, hergestellt durch KYOEISHA CHEMICAL Co., LTD., Mn = 1330, Mw/Mn = 1,18), welches ein Kunststoff mit einer linearen Struktur ist, der als ein hitzebeständiges formerhaltendes Mittel wirkt, wurden zu der Mischung hinzugefügt und bis zur Homogenität gerührt, wodurch das Flussmittel von Beispiel 1 erhalten wurde. Das Epoxidharz und die Carbonsäure, die in dem Flussmittel enthalten sind, wurden derart gemischt, dass die Menge der Carboxylgruppen 1 äquivalent im Verhältnis zu 1 Äquivalent der Epoxidgruppen betrug. Des Weiteren betrug der gesamte Gehalt von dem Epoxidharz, der Carbonsäure und dem Kunststoff mit einer linearen Struktur, der als ein hitzebeständiges formerhaltendes Mittel verwendet wurde, annähernd 83 Masse% im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Flussmittels und der Gehalt des Alkohols betrug annähernd 17 Masse% im Verhältnis zu der Gesamtmasse des Flussmittels.
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Das Flussmittel von Beispiel 2 wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Kunststoff mit einer linearen Struktur, der als ein hitzebeständiges formerhaltendes Mittel verwendet wurde, mit einem Polypropylen ausgetauscht wurde (CERAF LOURTM-914, hergestellt durch BYK Japan KK, zahlenmittlere Molmasse (Mn) = 7.500). Zusätzlich wurde ein Flussmittel, dem kein Kunststoff mit einer linearen Struktur hinzugefügt worden war, wie das Flussmittel in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt.
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(2) Zubereitung der Lotzusammensetzung
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Eine Lotpasten-Zusammensetzung wurde durch Abkühlen des vorangehend erwähnten Flussmittels auf Raumtemperatur und anschließendem Zugeben und Mischen des vorangehend erwähnten Flussmittels mit einem Lotpulver zubereitet, welches einen Partikeldurchmesser von 20 bis 40 μm aufweist und ein bleifreies Lot enthält, das aus einer Sn-3.5Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.05Ge-Legierung besteht (die 95,85 Masse% Sn, 3,5 Masse% Ag, 0,5 Masse% Cu, 0,1 Masse% Ni und 0,05 Masse% Ge enthält und einen Schmelzpunkt von 223°C aufweist).
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(3) Untersuchung des Lotes
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Das Verlaufen beim Erhitzen wurde durch Siebdrucken der Lotpasten-Zusammensetzung in senkrechten Linien hintereinander mit vorgeschriebenen Zwischenräumen auf eine Keramikplatte gemäß des Tests „Verlaufen bei Erhitzen”, beschrieben in Anhang 8 der JIS-Norm Z-3284, Erhitzen der erhaltenen bedruckten Platte für 60 Sekunden auf einer Heizplatte bei 150°C und Auswertung der Änderungen in der Form der Lotpasten-Zusammensetzung durch visuelle Feststellung des kleinsten Abstandes zwischen benachbarten Linien, die nicht miteinander in Kontakt stehen, untersucht. Das Verlaufen beim Drucken wurde auf die gleiche Art und Weise unter Verwendung der Lotpasten-Zusammensetzung vor dem Erhitzen untersucht.
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Die Lotkugeln wurden gemäß dem „Lotkugel-Test” in Anhang 11 der JIS-Norm Z-3284 durch Siebdrucken der Lotpasten-Zusammensetzung auf eine Keramikplatte, Erhitzen der erhaltenen bedruckten Platte für 60 Sekunden bei 150°C und anschließend für 30 Sekunden bei 260°C auf einer Heizplatte und anschließendem Zählen der Anzahl der verbliebenen Lotkugeln, die auf ein nicht vollständiges Zusammenballen der Lotlegierung zurückzuführen sind.
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Die Mischungsverhältnisse in den Flussmitteln und die Untersuchungsergebnisse für die Lote der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]
| Komponente | Produkt | Beispiel 1 | Beispiel 2 | Vergleichsbeispiel 1 |
| Epoxidharz | AER260 | 52,8 | 52,8 | 52,8 |
| Lösemittel | Triethylenglycol | 16,7 | 16,7 | 18,7 |
| Organische Säure | cis-4-Cyclohexen-1,2-dicarbonsäure | 28,5 | 28,5 | 28,5 |
| | VA800 | 2,0 | - | - |
| | PP | - | 2,0 | - |
| Verlaufen bei Drucken | | 0,2 | 0,2 | 0,3 |
| Verlaufen bei Erhitzen | | 0,5 | 0,5 | 0,8 |
| Lotkugeln | | Level 3 | Level 3 | Level 4 |