TW201825464A - 助焊劑 - Google Patents
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Abstract
本發明提供即使對於經Cu-OSP處理的基板，不需要Cu-OSP膜去除步驟而可焊接的助焊劑。本發明之助焊劑包含松脂、有機酸、苯并咪唑系化合物、溶劑，其為含有松脂30質量%以上、70質量%以下，有機酸1質量%以上、10質量%以下，苯并咪唑系化合物0.2質量%以上、10質量%以下，溶劑20質量%以上、60質量%以下的助焊劑，此助焊劑之特徵在於，苯并咪唑系化合物包含2-烷基苯并咪唑及2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽中之至少1種。
Description
本發明係關於含有苯并咪唑系化合物的助焊劑。
焊接所使用的助焊劑中，金屬氧化物的去除、焊接溶融時的再氧化的防止、焊接的表面張力的降低等性能為必要的。該等助焊劑中，使用包含去除金屬表面的氧化膜而使沾濕性提升的活性劑，以及保護活性劑免於熱的松脂等基材者。
作為助焊劑的實例，專利文獻1中揭示，含有溶劑、芳香族羧酸、以及咪唑系化合物的焊接用助焊劑組成物。專利文獻2中揭示，含有於2位具有烷基的苯并咪唑化合物作為活性劑的焊接用助焊劑組成物。
作為使用於印刷電路板的表面處理的咪唑化合物之例，專利文獻3中揭示於印刷電路板的銅或銅合金的表面，使其與含有第一咪唑化合物的處理液接觸，其次，使其與含有第二咪唑化合物的處理液接觸的處理方法。
近年來，正進行使用助焊劑的焊接電子構件的急速小型化。電子構件因小型化的要求而對應於連接端子的狹小化及安裝面積的縮小化，適合使用內面經設置電極的球柵陣列(以下，稱為「BGA」)。經適用BGA的電子構件，例如半導體封裝。
半導體封裝，例如，為了防止電極的氧化，使用於Cu電極經水溶性預焊劑的OSP(有機保焊劑(Organic Solderability Preservative))處理的Cu-OSP基板。
專利文獻4中揭示，經OSP處理的基板與搭載於該基板的焊球的形成方法。一般而言，於經OSP處理的基板將安裝構件安裝時，如專利文獻4所述，於安裝焊球的步驟前，去除基板的OSP膜的步驟為必要，歷經基板的OSP膜的去除步驟，使安裝構件焊接於基板。
【專利文獻1】日本特開2015-160244號公報
【專利文獻2】日本特開平05-237688號公報
【專利文獻3】日本特開2014-101553號公報
【專利文獻4】日本特開2006-54467號公報
如專利文獻4所述，於經Cu-OSP處理的基板安裝焊球時，用於Cu-OSP膜去除的步驟為必要的。亦即，經Cu-OSP處理的基板，為了Cu-OSP膜去除，與其他基板的焊接步驟相比，有增多1個步驟的問題。
因此，本發明係解決該等課題者，係以提供即使對於經Cu-OSP處理的基板，不需要Cu-OSP膜去除的步驟而可焊接的助焊劑為目的。
用於解決上述課題所採用的本發明的技術手段，係如下所述者。
(1)一種助焊劑，其包含松脂、有機酸、苯并咪唑系化合物、溶劑，其為含有松脂30質量%以上、70質量%以下，有機酸1質量%以上、10質量%以下，苯并咪唑系化合物0.2質量%以上、10質量%以下，溶劑20質量%以上、60質量%以下的助焊劑，其特徵在於：該苯并咪唑系化合物包含2-烷基苯并咪唑及2-烷基苯並咪唑鹵化氫酸鹽中之至少1種。
(2)進一步含有胺鹵化氫酸鹽(惟，2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽除外)5質量%以下之前述(1)所述的助焊劑。
(3)進一步含有咪唑系化合物(惟，包含咪唑系化合物及鹵化氫酸的鹽的情況為其合計)5質量%以下，該咪唑系化合物的添加量為前述苯并咪唑系化合物的添加量之前述(1)或(2)所述的助焊劑。
(4)進一步含有觸變劑超過0質量%、10質量%以下之前述(1)至(3)中任一項所述的助焊劑。
根據本發明之助焊劑，即使為經Cu-OSP處理的基板，不需要用於去除Cu-OSP的步驟而可焊接處理。因此，可減低焊接所必要的成本。
以下，說明關於作為本發明相關實施態樣的助焊劑。然而，本發明不限定為以下的具體例。
[助焊劑的組成例]
本實施態樣的助焊劑，包含松脂、有機酸、溶劑及苯并咪唑系化合物。
松脂係保護活性劑成分免於熱，為了抑制活性劑成分的揮發，以30質量%以上、70質量%以下添加。作為松脂，係使用氫化松脂、酸改質松脂、聚合松脂、松脂酯等。
有機酸係作為助焊劑中的活性劑成分而以1質量%以上、10質量%以下添加。作為有機酸，係使用琥珀酸、戊二酸、己二酸等。
觸變劑係用於賦予觸變性，亦可以超過0質量%、10質量%以下添加。作為觸變劑，可列舉高級脂肪酸醯胺、蓖麻硬化油等。
溶劑，係用於溶解助焊劑中的固形分，以20質量%以上、60質量%以下添加。作為溶劑，係自一般習知的二醇醚系的化合物選擇。溶劑為了使活性劑的作用更有效率，較佳係於120℃至150℃的低溫域不揮發。溶劑揮發則助焊劑的流動性變差，助焊劑接合位置的散錫困難。因此溶劑的沸點較佳為200℃以上，更佳為240℃以上。
作為苯并咪唑系化合物，係使用2-烷基苯并咪唑或2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽0.2質量%以上、10質量%以下。
作為2-烷基苯并咪唑，可列舉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。
作為2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽的2-烷基苯并咪唑，為與上述化合物同樣，作為鹵化氫酸，可列舉鹽酸、溴化氫酸、碘化氫酸等。
含有苯并咪唑系化合物的助焊劑中，亦可添加其他的咪唑系化合物。作為可添加的咪唑系化合物，例如，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。
含有苯并咪唑系化合物的助焊劑中，除了2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽之外，亦可添加胺鹵化氫酸鹽。例如，作為可添加的胺鹵化氫酸鹽的胺化合物，有乙基胺、二乙基胺、二丁基胺、異丙基胺、二苯基胍、環己基胺等，作為鹵化氫酸，可列舉鹽酸、溴化氫酸、碘化氫酸等。
含有苯并咪唑系化合物的助焊劑中，亦可添加上述添加物二者。亦即，含有苯并咪唑系化合物的助焊劑中，亦可添加其他的咪唑系化合物，以及除了2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽以外的胺鹵化氫酸鹽。
作為對於上述助焊劑之其他添加劑，例如，於不損及助焊劑的性能的範圍亦可適宜添加抗氧化劑、界面活性劑、消泡劑等。
本劑中，為了判定助焊劑所含各組成的調配量，調合以下的表所示組成之實施例及比較例的助焊劑，如以下方式進行外觀試驗及焊接的散錫試驗。又，以下如無特別說明，各 實施例及比較例的助焊劑，係以表1、2所述的比例含有松脂、有機酸、觸變劑、溶劑(助焊劑組成中的數字表示質量%)。
其次，說明各檢驗的評估方法。
(1)關於外觀試驗
(A)評估方法
首先，於厚0.3mm，尺寸30mm×30mm的銅板進行Cu-OSP處理。經Cu-OSP處理的銅板，於250℃經加熱30分鐘後，於175℃烘烤12小時。其次，以各表中的各實施例及比較例所示比例調合的助焊劑，塗布於經Cu-OSP處理的銅板。銅板經塗布助焊劑後，經烘烤的銅板於250℃峰、升溫速度2.5℃/秒加熱，之後冷卻至室溫。以烴系洗淨劑洗淨銅板，以放大顯微鏡檢查焊接位置周邊有無殘留物的外觀。
(B)判定標準
○：顯示良好的洗淨性
╳：基板殘留有殘留物
經Cu-OSP處理的基板中，Cu-OSP與助焊劑殘渣之任一者或Cu-OSP與助焊劑殘渣二者有殘留於基板的可能性。Cu-OSP殘留物與助焊劑殘渣的殘留物，成為接合不良與導電不良的原因。使基板的殘留物去除，可抑制接合不良及導電不良。於該外觀試驗中，顯示良好洗淨性的實施例，不須經過用於Cu-OSP去除的步驟，可判斷可適當地去除Cu-OSP殘留物及助焊劑殘渣。
(II)關於焊接的散錫試驗
(A)評估方法
首先，於厚0.3mm，尺寸30mm×30mm的銅板進行Cu-OSP處理。經Cu-OSP處理的銅板，於250℃經加熱30分鐘後，於175℃烘烤12小時。其次，以各表中的各實施例及比較例所示比例調合的助焊劑，塗布於經Cu-OSP處理的銅板。於經塗布助焊劑的各銅板，搭載以Sn-3Ag-0.5Cu的組成，直徑500μm的焊球。銅板於250℃峰、升溫速度2.5℃/秒加熱，之後冷卻至室溫。以烴系洗淨劑洗淨銅板，測定焊接的散錫徑。
(B)判定標準
○：散錫徑為1000μm以上。
╳：散錫徑未達1000μm。
使用沾濕性差的助焊劑時，容易引起接合不良等焊接不良，使用沾濕性佳的助焊劑時，不易引起焊接不良。
如表1所示，本實施例中，作為2-烷基苯并咪唑，選擇添加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。作為其他的咪唑系化合物，選擇2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑。作為其他的胺化合物，選擇二苯基胍。
如表1所示，實施例1含有2-辛基苯并咪唑5質量%。實施例2含有2-戊基苯并咪唑5質量%。實施例3含有2-壬基苯并咪唑5質量%。實施例4含有2-(1-乙基戊基)苯并咪唑5質量%。亦即，實施例1至4，任一者皆含有2-烷基苯并咪唑5質量%。實施例5、6分別含有2-辛基苯并咪唑0.2質量%、10質量%。上述實施例1至6，任一者皆於外觀試驗及散錫試驗獲得良好的結果。
比較例1含有2-辛基苯并咪唑0.01質量%。比較例1於外觀試驗及焊接的散錫試驗未獲得良好的結果。比較例2含有2-辛基苯并咪唑20質量%。比較例2雖於散錫試驗獲得良好的結果，但於外觀試驗未獲得良好的結果。
實施例7含有2-辛基苯并咪唑5質量%及2-乙基-4-甲基咪唑5質量%。實施例7於外觀試驗及散錫試驗獲得良好的結果。
比較例3含有2-辛基苯并咪唑5質量%及2-苯基咪唑10質量%。比較例3雖於散錫試驗獲得良好的結果，但於外觀試驗未獲得良好的結果。
比較例4含有2-乙基-4-甲基咪唑5質量%。比較例4雖於散錫試驗獲得良好的結果，但於外觀試驗未獲得良好的結果。比較例5含有2-苯基咪唑5質量%。比較例5雖於散錫試驗獲得良好的結果，但於外觀試驗未獲得良好的結果。比較例6含有二苯基胍5質量%。比較例6雖於散錫試驗獲得良好的結果，但於外觀試驗未獲得良好的結果。比較例7含有1-苄基-2-甲基咪唑5質量%。比較例7雖於散錫試驗獲得良好的結果，但於外觀試驗未獲得良好的結果。
比較例8僅含有松脂、有機酸、觸變劑、溶劑。比較例8於外觀試驗及焊接的散錫試驗皆未獲得良好的結果。
由表1的結果可知下述者。
除了實施例1至4之任一者皆於外觀試驗及焊接的散錫試驗活得良好的結果外，由於比較例8中於兩試驗均未獲得良好的結果，含有2-烷基苯并咪唑的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗均獲得良好的結果。
由實施例1、5、6，比較例1、2的結果，含有2-辛基苯并咪唑0.2質量%以上、10質量%以下，於外觀試驗及焊接的散錫試驗均獲得良好的結果。該結果與由實施例1至4所觀察到的上述結果相符，含有2-烷基苯并咪唑0.2質量%以上、10質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗均獲得良好的結果。
由比較例4至7的結果，推測不含有2-烷基苯并咪唑化合物而含有其他咪唑系化合物或胺化合物的助焊劑，於外觀試驗未獲得良好的結果。
進一步地，由實施例7、比較例3的結果，於2-辛基苯并咪唑5質量%添加2-乙基4-甲基咪唑5質量%的助焊劑，雖於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果，但於2-辛基苯并咪唑5質量%添加2-苯基咪唑10質量%的助焊劑，於外觀試驗未獲得良好的結果。比較例4至7的結果亦合併推測，2-烷基苯并咪唑以外的咪唑系化合物無法洗淨而殘餘殘留物，藉由同時使用2-烷基苯并咪唑，咸信可去除某種程度的殘留物。實施例7獲得良好的結果而比較例3未獲得所期望的外觀試驗結果，咸信係因2-苯基咪唑的添加量超過2-烷基苯并咪唑的添加量。
因此，同時含有5質量%的2-辛基苯并咪唑及5質量%以下的咪唑系化合物，咪唑系化合物的添加量為2-辛基苯并咪唑的添加量的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
該結果與實施例1至6及比較例1、2所觀察到的結果合併時，可謂於含有2-烷基苯并咪唑0.2質量%以上、10質量%以下的助焊劑中，添加咪唑系化合物5質量%以下，於外觀試驗及焊接的散錫試驗皆獲得良好的結果。此時，咪唑系化合物較佳為2-烷基苯并咪唑的添加量以下。
其次，關於包含2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽的助焊劑的檢驗。如表2所示，本實施例中，作為2-烷基苯并咪唑， 選擇添加2-辛基苯并咪唑。2作為2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽，選擇2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽。作為胺鹵化氫酸鹽的實例，選擇乙基胺溴化氫酸鹽、二苯基胍溴化氫酸鹽。作為包含咪唑系化合物與鹵化氫酸的鹽的咪唑系化合物，選擇2-苯基咪唑溴化氫酸鹽。
實施例8至10，分別含有2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽5質量%、0.2質量%、10質量%。實施例8至10任一者皆於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
比較例9、10，分別含有2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽0.01質量%、20質量%。比較例9於外觀試驗及焊接的散錫試驗均未獲得良好的結果，比較例10雖於焊接的散錫試驗獲 得良好的結果，但於外觀試驗未獲得良好的結果。
實施例11同時含有2-辛基苯并咪唑及2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽5質量%。實施例11於外觀試驗及焊接的散錫試驗皆獲得良好的結果。
實施例12含有2-辛基苯并咪唑5質量%及乙基胺溴化氫酸鹽1質量%。實施例13含有2-辛基苯并咪唑5質量%及乙基胺溴化氫酸鹽5質量%。實施例14含有2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽5質量%及乙基胺溴化氫酸鹽1質量%。實施例15含有2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽5質量%及乙基胺溴化氫酸鹽5質量%。實施例16含有2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽5質量%及二苯基胍溴化氫酸鹽1質量%。實施例17含有2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽5質量%及2-苯基咪唑溴化氫酸鹽1質量%。實施例12至17任一者皆於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
由表2的結果，可知下述者。
由實施例8至10、比較例9、10的結果，含有2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽的一例之2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽0.2質量%以上、10質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
除了實施例1至6、比較例1、2的結果外，由於實施例8至10、比較例9、10獲得上述的結果，含有2-烷基苯并咪唑或烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽0.2質量%以上、10質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
由實施例11的結果，含有2-辛基苯并咪唑及2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽合計10質量%的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
由該實施例11的結果，以及實施例1至6、8至10、比較例1、2、9、10的結果，含有2-烷基苯并咪唑及2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽中之至少1種合計0.2質量%以上、10質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
由實施例12、13的結果，進一步於2-辛基苯并咪唑含有作為胺鹵化氫酸鹽的一例之乙基胺溴化氫酸鹽5質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
由實施例14至17的結果，於5質量%的2-辛基苯并咪唑溴化氫酸鹽，含有作為胺溴化氫酸鹽的一例之乙基胺溴化氫酸鹽、二苯基胍溴化氫酸鹽、或2-苯基咪唑溴化氫酸鹽5質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
該結果與實施例1至6、8至13、比較例1、2、9、10的結果合併，於合計0.2質量%以上、10質量%以下的2-烷基苯并咪唑及2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽中之至少1種，含有胺鹵化氫酸鹽5質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
其次，為了判定松脂、有機酸、觸變劑及溶劑的適合調配量，以表3所示調配，與上述檢驗進行同樣的外觀試驗 及焊接的散錫試驗。
實施例18含有松脂30質量%、有機酸2質量%、2-辛基苯并咪唑3質量%、觸變劑10質量%、及溶劑55質量%。
實施例19含有松脂40質量%、有機酸10質量%、2-辛基苯并咪唑5質量%、觸變劑7質量%、及溶劑38質量%。
實施例20含有松脂60質量%、有機酸6質量%、2-辛基苯并咪唑5質量%、及溶劑29質量%。
實施例21含有松脂70質量%、有機酸1質量%、2-辛基苯并咪唑2質量%、觸變劑1質量%、及溶劑26質量%。
由表3中實施例18至21之任一者於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果，含有2-辛基苯并咪唑、松脂30質量%以上、70質量%以下，有機酸1質量%以上、10質量%以下，溶劑20質量%以上、60質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。再者，可謂含有2-辛基苯并咪唑，松脂30質量%以上、70質量%以下，有機酸1質量%以上、10質量%以下，觸變劑超過0質量%、10質量% 以下，溶劑20質量%以上、60質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
總結表1至3的結果，可知下述者。
(i)由於實施例1至6、8至10之任一者皆於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果，含有松脂、有機酸、觸變劑、溶劑的助焊劑之含有作為苯并咪唑化合物之2-烷基苯并咪唑及2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽中之至少1種合計0.2質量%以上、10質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
(ii)由於實施例12至17之任一者皆於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果，上述(i)的助焊劑中，進一步含有胺鹵化氫酸鹽(惟，2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽除外)5質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。
(iii)由於實施例7的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果，上述(i)及(ii)的助焊劑中，進一步含有咪唑系化合物5質量%以下的助焊劑，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果。此時，由比較例3的結果，咪唑系化合物的添加量較佳為苯并咪唑系化合物的添加量以下。再者，此時，作為咪唑系化合物，包含咪唑系化合物及鹵化氫酸的鹽的情況，較佳其合計含有5質量%以下。
(iv)由實施例1至21的助焊劑，含有松脂30質量%以上、70質量%以下，有機酸1質量%以上、10質量%以下，溶劑20質量%以上、60質量%以下，於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果，較佳為松脂的含有比例為30質量%以上、70 質量%以下，有機酸的含有比例為1質量%以上、10質量%以下，溶劑的含有比例為20質量%以上、60質量%以下。再者，由於含有觸變劑超過0質量%、10質量%以下亦於外觀試驗及焊接的散錫試驗獲得良好的結果，亦可含有觸變劑超過0質量%、10質量%以下。
又，本實施例中，松脂、有機酸、觸變劑、溶劑的含量不以上述表1至表3所述的量為限。
焊球經安裝後，藉由目視確認銅板的顏色時，任何實施例皆未觀察到銅板的變色。即使於非氮氣等惰性氣體的環境中進行回焊的情況，任何實施例皆未觀察到銅板的變色。因此，可知可防止銅板經處理的OSP膜氧化，只有經塗布助焊劑的位置可進行OSP膜的去除。再者，本發明的助焊劑亦可適用於經Cu-OSP處理的基板以外的基板。
本發明係可適用於焊接所使用的助焊劑。
Claims (4)
- 一種助焊劑，其包含松脂、有機酸、苯并咪唑系化合物、溶劑，其為含有松脂30質量%以上、70質量%以下，有機酸1質量%以上、10質量%以下，苯并咪唑系化合物0.2質量%以上、10質量%以下，溶劑20質量%以上、60質量%以下的助焊劑，其特徵在於：該苯并咪唑系化合物包含2-烷基苯并咪唑及2-烷基苯並咪唑鹵化氫酸鹽中之至少1種。
- 如申請專利範圍第1項之助焊劑，其中，進一步含有胺鹵化氫酸鹽(惟，2-烷基苯并咪唑鹵化氫酸鹽除外)5質量%以下。
- 如申請專利範圍第1或2項之助焊劑，其中，進一步含有咪唑系化合物(惟，包含咪唑系化合物及鹵化氫酸的鹽的情況為其合計)5質量%以下，該咪唑系化合物的添加量為前述苯并咪唑系化合物的添加量。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之助焊劑，其中，進一步含有觸變劑超過0質量%、10質量%以下。
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