TW201906812A - 助焊劑及焊接材料 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題係提供一種即便在高溫時活性仍不容易低落且亦能夠抑制發生遷移之助焊劑及焊接材料。
本發明關於一種含有含2個以上的羧基的異三聚氰酸衍生物之助焊劑等。

Description

助焊劑及焊接材料
本發明係有關於一種助焊劑、及含有助焊劑之焊接材料。
電子零件的接合等係使用含有焊料合金及助焊劑之焊接材料等。助焊劑係用以使焊接性提升者，且係被調配在焊接材料中、或與焊料合金一起使用者。此種助焊劑係含有樹脂成分、活性劑成分、溶劑成分等各種成分(專利文獻1及2)。藉由含有活性劑成分，助焊劑能夠抑制金屬表面的氧化、抑制發生遷移，其結果能夠提高接合可靠性。
另一方面，近年來，伴隨著電子機器的小型化及薄型化，而大量使用BGA(球柵陣列；Ball Grid Array)基板、CSP(晶片尺寸封裝；Chip Size Package)基板、配置有多個晶片之MCM(多晶片模組；Multi-Chip Module)基板等模組基板。在將此種模組基板實際安裝在印刷配線板時，係藉由印刷等而將焊膏等焊接材料配置在印刷配線板上，而且將兩者加熱至焊接材料中的焊料合金熔融之溫度以上，藉此使模組基板的焊球等與印刷配線板上的焊接材料熔合 而進行電接合。
但是，在加熱時，模組基板及印刷配線板的基板有因熱而產生翹曲之情形。由於此種基板的翹曲，以致使焊球與焊膏成為分離的狀態，而且焊球表面係因高溫而容易在表面產生氧化被膜。另一方面，焊膏中的助焊劑亦因熱而活性力低落。因此，加熱後，即便在被冷卻而基板的翹曲恢復，且焊球與焊膏接合的情況下，仍因為助焊劑的活性作用低落，所以無法充分地將焊球表面的氧化被膜除去且成為未熔合的狀態，其結果，成為接合不良之原因。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平5-318176號
[專利文獻2]日本特開2016-93816號
本發明係鑒於如前述之先前技術的問題點而進行研究，本發明之課題係提供一種即便在高溫時活性仍不容易低落且亦能夠充分抑制發生遷移之助焊劑及焊接材料。
本發明之助焊劑，係含有含2個以上的羧基之異三聚氰酸衍生物。
依照本發明，屬於含有含2個以上的羧基之異三聚氰酸衍生物者且被調配於焊接材料中時，即便在高溫時活性仍不容易低落且亦能夠抑制發生遷移。
在本發明中，前述異三聚氰酸衍生物可為選自由異三聚氰酸雙(2-羧基乙基)酯、異三聚氰酸參(2-羧基乙基)酯及異三聚氰酸參(3-羧基丙基)酯所組成的群組之至少一種。
在助焊劑中，以固形物換算時，可含有1質量%以上且10質量%以下之前述異三聚氰酸衍生物。
助焊劑中的鹵素濃度可為5000ppm以下。
本發明之焊接材料，係含有前述助焊劑及焊料合金。
依照本發明，能夠提供一種即便在高溫時活性仍不容易低落且亦能夠充分抑制發生遷移之助焊劑及焊接材料。
第1圖係顯示試驗方法的概要之示意圖。
以下，說明本發明之助焊劑、及含助焊劑的焊接材料。
本實施形態的助焊劑係含有含2個以上的羧基之異三聚氰酸衍生物。
前述異三聚氰酸衍生物可舉出具有下述通式1所表示的異三聚氰酸骨架之化合物。此種異三聚氰酸衍生物可單獨使用或混合2種以上而使用。
(式中，R1、R2、R3係選自氫原子、羧基、碳數1至8的烷基、-Y-X所表示之有機基(式中，Y為碳數1至6的伸烷基、伸苯基或伸環烷基，X為羧基、羥基、胺基、苯基或含磷原子之有機基)，且可相互不同，R1、R2、R3之中至少含有2個羧基)。
前述異三聚氰酸衍生物例如可舉出由異三聚氰酸與羧酸所得到的化合物等。該等異三聚氰酸衍生物，可舉出：下述式2所表示之R1為氫原子，R2、R3為-X-Y所表示之有機基，且Y為伸乙基、X為羧基之異三聚氰酸雙(2-羧基乙基)酯：Bis(2-carboxyethyl)isocyanurate；下述式3所表示之R1、R2、R3為-X-Y所表示之有機基，且Y為伸乙基、X為羧基之參(2-羧基乙基)異三聚氰酸(又稱為異三聚氰酸參(2-羧基乙基)酯)：Tris(2-carboxyethyl)isocyanurate；下述式4所表示之R1、R2、R3為-X-Y所表 示之有機基且Y為伸丙基、X為羧基之參(3-羧基丙基)異三聚氰酸(又稱為異三聚氰酸參(3-羧基丙基)酯)：2,4,6-Trioxo-1,3,5-triazine-1,3,5(2H,4H,6H)-tributanoic acid(Tris(3-carboxypropyl)isocyanurate)等。
前述異三聚氰酸衍生物的在助焊劑中之含量(固形成分換算)係沒有特別限定，例如可舉出1質量%以上且10質量%以下，較佳為2質量%以上且8質量%以下等。
異三聚氰酸衍生物的在助焊劑中之含量為前述範圍時，能夠得到可進一步抑制在加熱下之活性力低落且可進一步抑制發生遷移之助焊劑。
本實施形態的助焊劑，除了異三聚氰酸衍生物以外，亦可含有習知的助焊劑成分，例如異三聚氰酸衍生物以外的活性劑成分、樹脂成分、溶劑成分、抗氧化成分、觸變性(thixotropic)成分等。
又，該等各成分能夠視需要而調配於助焊劑中，且可含有亦可不含有任一成分。
本實施形態的助焊劑可進一步含有有機酸作為異三聚氰酸衍生物以外的活性劑成分。
有機酸若為可使用來作為助焊劑的活性劑成分等之 習知成分，就沒有特別限定。例如可舉出戊二酸、琥珀酸、甲基琥珀酸、壬二酸、己二酸、癸二酸、硬脂酸、苯甲酸、十二烷二酸、順丁烯二酸、三聚氰酸等。
前述有機酸能夠單獨使用或混合複數種而使用。
前述有機酸的在助焊劑中之含量沒有特別限定，例如可舉出以固形物換算時為0.1質量%以上且20質量%以下，較佳為1.0質量%以上且10質量%以下等。
又，前述有機酸含量，與異三聚氰酸衍生物合計，例如可舉出以固形物換算時為2質量%以上且30質量%以下，較佳為5質量%以上且20質量%以下等。
作為有機酸以外的活性劑成分者，能夠使用胺鹵鹽、鹵化合物等。
胺鹵鹽的胺可舉出二乙基胺、二丁基胺、三丁基胺、二苯基胍、環己基胺等。鹵化合物的相對鹵素，可舉出氟、氯、溴、碘。鹵化合物可舉出異三聚氰酸參(2,3-二溴丙基)、2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇、2-溴-3-碘-2-丁烯-1,4-二醇、TBA-雙(2,3-二溴丙基醚)等。
前述活性劑能夠單獨使用或混合複數種而使用。
在助焊劑中之前述活性劑成分含量的總量，沒有特別限定，例如可舉出以固形物換算時為3質量%以上且30質量%以下，較佳為5質量%以上且20質量%以下等。
在本實施形態的助焊劑中含有胺鹵鹽、鹵化合物時，助焊劑中的鹵素濃度係以5000ppm以下為佳， 較佳為3000ppm以下，例如可舉出較佳為1500ppm以下。
從抑制發生遷移的效果之觀點而言、及對環境的影響之觀點而言，係以不含有鹵化合物(0ppm)為佳，含有時藉由在前述範圍，可更容易抑制發生遷移。
又，為了滿足通常的關於無鹵素之規格，以1500ppm以下為佳。
本實施形態的助焊劑可含有樹脂成分作為松香成分。
萜烯酚樹脂以外的樹脂成分，若為合成樹脂、天然樹脂等可使用來作為助焊劑的樹脂成分之習知的樹脂成分，就沒有特別限定。例如可舉出聚合松香、氫化松香、天然松香、歧化松香、酸改性松香等。
前述樹脂能夠單獨使用或混合複數種而使用。
此時，前述樹脂成分的在助焊劑中之含量沒有特別限定，例如可舉出以固形物換算時為1.0質量%以上且80質量%以下，較佳為10質量%以上且40質量%以下等。
溶劑成分若為可使用來作為助焊劑的溶劑成分之習知成分，就沒有特別限定。例如可舉出：二乙二醇單己基醚(己基二甘醇)、二乙二醇二丁基醚(二丁基二甘醇)、二乙二醇單2-乙基己基醚(2乙基己基二甘醇)、二乙二醇單丁基醚(丁基二甘醇)等二醇醚類；正己烷、異己烷、正庚烷等脂肪族系化合物；乙酸異丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等酯類；甲基乙基酮、甲基正丙基酮、二乙基酮等酮類；乙醇、正丙醇、異丙醇、異丁醇、辛烷二醇等醇類等。
前述溶劑能夠單獨使用或混合複數種而使用。
前述溶劑成分的在助焊劑中之含量沒有特別限定，例如可舉出20質量%以上且70質量%以下，較佳為30質量%以上且60質量%以下等。
抗氧化劑成分若為可使用來作為助焊劑的抗氧化劑成分之習知成分，就沒有特別限定。例如可舉出酚系抗氧化劑、雙酚系抗氧化劑、聚合物型抗氧化劑等。
前述抗氧化劑的在助焊劑中之含量沒有特別限定，例如可舉出0.1質量%以上且50質量%以下，較佳為1.0質量%以上且20質量%以下等。
觸變性成分若為可使用來作為助焊劑的觸變性成分之習知成分，就沒有特別限定。例如可舉出氫化蓖麻油、脂肪醯胺類、羥基脂肪酸類、蠟等。
前述觸變性成分的在助焊劑中之含量沒有特別限定，例如可舉出0.1質量%以上且50質量%以下，較佳為1.0質量%以上且20質量%以下等。
本實施形態的助焊劑可進一步含有其它添加劑。
本實施形態的助焊劑能夠使用來作為後助焊劑等液狀助焊劑，此外，亦能夠使用來作為如焊膏、松香芯焊線等焊接材料用的助焊劑。
本實施形態的焊接材料係含有前述各助焊劑及焊料合金。
前述焊料合金可為無鉛合金。
前述焊料合金沒有特別限定，可為無鉛(lead-free)的焊料合金、有鉛的焊料合金之任一種，但是從對環境的影響之觀點而言，係以無鉛焊料合金為佳。
具體而言，無鉛焊料合金可舉出含有錫、銀、銅、鋅、鉍、銻、銦等之合金等，更具體而言可舉出Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Cu、Sn/Ag/Bi、Sn/Bi、Sn/Ag/Cu/Bi、Sn/Sb、Sn/Zn/Bi、Sn/Zn、Sn/Zn/Al、Sn/Ag/Bi/In、Sn/Ag/Cu/Bi/In/Sb、In/Ag等合金。以Sn/Ag/Cu為特佳。
前述焊料合金的在焊接材料中之含量，沒有特別限定，例如可舉出80質量%以上且95質量%以下，較佳為85質量%以上且90質量%以下等。
本實施形態的焊接材料屬於在內部填充有助焊劑的具有線狀焊料合金之松香芯焊線時，例如以使焊料合金成為95質量%以上且99質量%以下(較佳為96重量%以上且98重量%以下)的方式構成為佳。
本實施形態的焊接材料屬於藉由將焊料合金與上述本實施形態的助焊劑混合而得到的焊膏時，例如以前述焊料合金為80質量%以上且95質量%以下、前述助焊劑為5質量%以上且20質量%以下混合為佳。
本實施形態的焊接材料能夠以焊膏、棒狀焊料、松香芯焊線等習知的焊接材料之方式構成。
本實施形態的助焊劑及焊接材料，係即便在高溫時活性亦不低落且亦能夠抑制發生遷移。
特別是在將BGA基板、CSP基板、MCM基板等模組 基板實際安裝在印刷配線板時，即便在模組基板、印刷配線板的基板因熱而產生翹曲且模組基板的焊球與印刷配線板的焊膏成為分離的狀態，仍能夠有效地抑制在焊球表面產生氧化被膜。因此，加熱後，在翹曲消除且焊球與焊膏成為接合的狀態之時候，能夠抑制因未熔合而引起的接合不良。
特別是使用無鉛焊料合金作為焊料合金時，因為熔點比含鉛的焊料合金更高，所以多半是在較高的溫度進行加熱，如此在高溫加熱致使助焊劑的活性容易進一步低落。但是，使用本實施形態的助焊劑時，即便在較高的溫度加熱仍能夠抑制活性低落。
本實施形態的助焊劑及焊接材料，即便高溫加熱仍能夠維持高的活性力。因而，即便不使用以往所使用的鹵化合物系活性劑、或以低濃度使用鹵化合物系活性劑，仍能夠得到活性力高的助焊劑。又，因為不必使用鹵化合物，故能夠更抑制發生遷移。
而且，因為屬於即便不使用鹵化合物或以低濃度使用鹵化合物仍對高溫加熱具有高的活性力之助焊劑及焊接材料，故從對環境的影響之觀點而言亦較佳。
本實施形態之助焊劑及焊接材料係如同上述，但應認為本次所揭示的實施形態係全部為例示而非侷限於此。本發明的範圍不是由前述說明而是由申請專利範圍所揭示，且意圖包含與申請專利範圍均等的意思及在範圍內之所有變更。
[實施例]
其次，一併說明本發明的實施例及比較例。又，本發明係不被解釋為限定於下述的實施例。
(助焊劑的製造)
將以下顯示的材料依照表1所記載的調配而製造各實施例、比較例中所使用之助焊劑。
製造方法係將各材料投入適當的容器中，在室溫混合至全部的材料均勻地溶解為止而得到各助焊劑。
<助焊劑材料> 松香成分
．丙烯酸改性松香(荒川化學工業公司製)
．氫化松香(荒川化學工業公司製)
溶劑成分
．己基二甘醇(日本乳化劑公司製)
觸變劑
．雙醯胺系觸變劑(日本化成公司製)活性劑成分(均為東京化成工業公司製)
．異三聚氰酸雙(2-羧基乙基)酯：Bis(2-carboxyethyl)isocyanurate
．異三聚氰酸參(2-羧基乙基)酯：Tris(2-carboxyethyl)isocyanurate
．異三聚氰酸參(3-羧基丙基)酯：2,4,6-Trioxo-1,3,5- triazine-1,3,5(2H,4H,6H)-tributanoic acid
．異三聚氰酸參(2,3-二溴丙基)酯：Hexahydro-1,3,5-tris(2,3-dibromopropyl)-1,3,5-triazine-2,4,6-trione
．反式-2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇：trans-2,3-Dibromo-2-butene-1,4-diol
．戊二酸
．琥珀酸
．甲基琥珀酸
．壬二酸
<焊膏>
將焊料合金粉末(SAC305、平均30μm、弘輝公司製S3X58)及前述各助焊劑以成為88±1質量%及12±1質量%之比率混合而製造膏狀的各焊接材料(焊膏)。
(耐熱性試驗)
使用前述實施例及比較例的焊接材料並且使用以下的方法而進行耐熱性試驗。
將前述各焊膏印刷在試驗基板(FR-4基板、評價墊片：0.8mm CSP)的墊片上，而且設置在經加熱至280℃之焊料槽上且將焊膏熔融。
焊膏熔融後，將焊球(0.76mm、SAC305 BALL)每10秒載置在評價墊片上，且測定直到焊膏與焊球不會一體化為止之時間。試驗方法之概略係如第1圖所示。
一體化的判斷係藉由目視而進行。將結果顯示在表1。
(遷移試驗)
使用各實施例及比較例的焊接焊膏，使用依據IPC TM-650 2.6.14.1之方法進行遷移試驗。又，試驗中偏壓施加時間係設為296小時。
使用10倍的倍率之光學顯微鏡觀察在試驗後的試驗基板有無單絲的生成(filament growth)、變色及腐蝕(discoloration and corrosion)。
又，將無單絲的生成、變色及腐蝕者評定為G(Good；良好)，將有單絲的生成、變色及腐蝕者評定為NG(No good；不良)。將結果顯示在表1。
(有無鹵素)
使用依據IPC TM-650 2.3.33之方法(鉻酸銀紙試驗：Silver Chromate Method)而測定各實施例及比較例之助焊劑的鹵素。
藉由目視觀察試驗後的鉻酸銀試驗紙，確認有無變色。
又，將無變色者評定為G(Good；良好)，將有變色者評定為NG(No good；不良)。
而且，測定(計算出)各助焊劑中的鹵素濃度。
將結果顯示在表1。
如表1所示，實施例的焊接材料之耐熱性為良好，亦即直到焊球與焊膏不會一體化為止的時間較長，且未觀察到發生遷移。
另一方面，比較例的焊接材料使用鹵化合物作為活性劑時，雖然耐熱性比較良好，但是無法抑制發生遷移，又，使用羧酸作為活性劑時，雖然能夠抑制發生遷移，但是相較於實施例，直到焊球與焊膏不會一體化為止的時間較短而耐熱性低落。亦即，在比較例中，無法使耐熱性及遷移抑制效果之雙方成為良好。

Claims (6)

  1. 一種助焊劑，係含有含2個以上的羧基之異三聚氰酸衍生物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之助焊劑，其中，前述異三聚氰酸衍生物係選自由異三聚氰酸雙(2-羧基乙基)酯、異三聚氰酸參(2-羧基乙基)酯及異三聚氰酸參(3-羧基丙基)酯所組成的群組之至少一種。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之助焊劑，其中，在助焊劑中，以固形物換算時，含有1質量%以上且10質量%以下之前述異三聚氰酸衍生物。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之助焊劑，其中，鹵素濃度為5000ppm以下。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之助焊劑，其中，鹵素濃度為5000ppm以下。
  6. 一種焊接材料，係含有申請專利範圍第1至5項中任一項所述之助焊劑及焊料合金。
TW107122949A 2017-07-03 2018-07-03 助焊劑及焊接材料 TWI708759B (zh)

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