TW317519B - - Google Patents

Description

3ΐ7δί9 Α7 Β7 五、發明説明（1 ) 發明之背景和槪述 本發明係關於助焊劑和焊膏，尤指不含任何揮發性有 機化合物或溶劑（VOC)之環氧基質助焊劑。 助焊劑和焊膏迄今爲技術上所知。在此方面，焊膏用 來連接電子元件引綫至印刷綫路板（PWB)上的接觸墊，使 用上，焊膏印刷在PWB的銅接觸墊上，電子元件的引綫置 於PWB接觸墊上頂部的適當位置，再將整個PWB總成加熱 ，達成焊膏再流，在電子元件的引綫和PWB的接觸墊之間 形成連接。 一般而言，焊膏包括焊粉和助焊劑之勻化混合物，與 焊粉混合時，可得膏劑物理特性之混合物。助焊劑典型上 爲樹脂（往往是松香或松香衍生物）和有機酸活化劑，溶 入揮發性有機溶劑內之溶液。有機溶劑典型上包括助焊劑 組成物的80重量％。助焊劑內的有機酸活化劑，施加於金 屬表面時，可從金屬成份積極除去氧化物膜，因而容許熔 化焊劑自由流遍而結合於全部加過助焊劑的表面。亦可有 觸發劑和其他粘度改質劑存在，以達成助焊劑和/或焊膏 之所需流變特性。 在再流（即加熱）過程中，大部份有機溶劑會蒸發入 空氣中，在PWB上殘留固體。此外，除有機溶劑蒸發外， 透過固體殘渣的分解或昇華，大量額外有機材料隨風飄散 。雖然習知焊膏和助焊劑對其所欲目的極爲有效，在焊劑 再流時，有機溶劑的蒸發和有機材料的釋放，造成許多問 題，邇來成爲工業界最關心的事。首先，揮發性有機化合 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21〇Χ：297公釐.) ^ 裝 訂 ί·^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（2) 物（VOC)和VOC發射，如今要接受環保方面的嚴格檢驗。 更嚴格的規定要求所有工業應用上要減少有機物發射。其 次，VOC發射對再流設備是一項負擔，其中VOC會再凝結 於設備的冷組件上，腐蝕金屬，造成電氣故障，堵塞排氣 管道。對有機溶劑質焊膏的另一缺點是，以松香型焊膏而 言，固體殘渣脆，易龜裂。印刷綫路板的許多廠商如今生 產可撓性電路結構，而溶劑質焊膏的脆裂在這些應用方面 爲不可行。使用可塑劑解決松香型有機溶劑焊膏的脆性， 會使有機殘渣發粘，不使用再流後PWB的針試。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明提供一種不含VOC的環氧質助焊劑，包括40至 50重量％環氧樹脂、25至30重量％非揮發性液體環氧稀釋 劑、20至33重量％在室溫的環氧系統內不溶性（即非反應 性）活化劑，以及2.0至3.5重量％觸變劑。在此助焊劑 .中，活化劑亦用做環氧樹脂系統之熟化劑。助焊劑無有機 溶劑會在再流過程中蒸發。環氧稀釋劑可爲反應性稀釋劑 ，含一或以上之環氧功能基，諸如聚二醇二環氧化物，或 非反應性稀釋劑，諸如聚醚二醇。更具體言之，助焊劑最 好包括40至50重量％聯酚A型環氧樹脂、25至35重量％聚 二醇二環氧化物（環氧稀釋劑）、20至35重量％多元羧酸 (活化劑和熟化劑），諸如馬來酸，以及2.0至3.5重量 %加氫蓖麻油（觸變劑）。 本發明又提供一種不含VOC的焊膏，由上助焊劑形成 ，包含40至95重量％焊粒，和5至60重量的上述不會VOC 之助焊劑形成。焊粒最好包括63 Sn /37 Pb合金’網目約 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A 7 _ B7 五、發明説明（3 ) 325至500。助焊劑組成物添加的觸變劑，可改善焊膏在 印刷綫路板上之印刷性。助焊劑的活化劑可在再流過程中 有效活化焊膏和銅觸點，同時將環氧熟化，加以硬化，在 印刷綫路板上留乾燥而又撓性的固體殘渣。活化/熟化劑 的選擇，使其在再流過程之前熔化，幾乎同時活化、樹脂 熟化，以及焊粒再流。 本發明進一步提供以助焊劑爲芯之焊綫，由上述不含 VOC的助焊劑形成。以助焊劑爲芯的焊綫是按照習知焊綫 形成技術形成，所得綫結構，具有本發明不含VOC的助焊 劑爲內芯，和焊劑合金爲外壳。 因此，在本發明目的當中，提供不含VOC的環氧質助 焊劑，在再流過程後硬化，在印刷綫路板上形成乾而撓性 的固體殘渣，並提供不含VOC的助焊劑爲芯之焊綫。 本發明其他目的、特點和優點，由下述說明即可明白。 較佳具體例之說明 助焊劑 . 如下所詳述，本發明助焊劑基於環氧樹脂系統，不含 揮發性有機溶劑或化合物（VOC )。 此不含VOC助焊劑主要包含活化劑、環氧熟化劑和觸 變劑，摻於反應性環氧樹脂和非揮發性液體環氧稀釋劑之 混合物內。此助焊劑內無有機溶劑存在。在本發明中，活 化劑最好也有環氧樹脂之熟化劑的作用。 反應性環氧樹脂包括主要成份爲本發明助焊劑，佔全 部助焊劑組成物的約40 %至約50%重量。在本發明中，特 ‘^ 3 〜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） ^ -裝 訂 ^線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 邮 519 A7 B7 五、發明説明（4 ) 佳反應性環氧樹脂具有至少二反應性環氧基°因此，聯® A型樹脂已知特別適於本發明助焊劑組成物’雖則具有類 似特性的其他樹脂亦適用。例如，環氧酚醛清漆樹偷和聚 二醇環氧樹脂亦適用。 大部份上述環氧樹脂粘度（100泊左右）大過，無法 有效用於印刷性助焊劑或焊膏。按照本發明，環氧樹脂與 粘度在5泊左右的低分子量、低粘度、非揮發性液體環氧 稀釋劑摻合，達成較低粘度溶液。粘度範圍在約10泊至約 50泊（25 °C，Brookfield )，對本發明助焊劑特佳。在這方 面，非揮發性稀釋劑最好佔整個助焊劑組成物的約25 %至 約30 %重量。環氧稀釋劑可包括反應性稀釋劑，含一或以 上的反應性環氧基，例如低分子量多元醇，諸如聚二醇二 環氧化物，或每分子具有至少一環氧之寡聚物。其他適用 反應性稀釋劑包含烷基縮水甘油醚類，以及縮水甘油酸酯 類。 此外，環氧稀釋劑可另外包括非反應性稀釋劑，例如 分子量在1000以下的聚醚二醇。然而，也有效的其他非反 應性稀釋劑，包含壬酚、糠醇、和酖酸二丁酯。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 環氧樹脂與環氧稀釋劑的摻合物，稱爲環氧樹脂系統 ，佔有整個助焊劑的約75 %至約80 %重量。 爲進一步改善助焊劑組成物的印刷性，最好在樹脂系 統添加觸變劑，例如加氫蓖麻油。其他適當觸變劑包含聚 醯胺，以及聚乙烯蠟。觸變劑最好佔整個助焊劑組成物的 約2.5 %至約3.5 %重量。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 活化劑包括有機酸，以多元羧酸爲佳，諸如馬來酸、 戊二酸、丁二酸、壬二酸、或檸檬酸。多元羧酸具有一以 上的羧酸基，意即此類包括二羧酸（2個羧基），像馬來 酸、戊二酸、丁二酸和壬二酸，以及三羧酸（3個羧基） ，—檸檬酸。此等酸類全部適用做助焊劑。羧酸可又包括 直鏈二羧酸，具有以下通式：

HOOC- (CH2)n -COOH 其中n=2至5。 活化劑的另外要件是，在室溫必須保持固體，即非反 應性型式。分散的活化/熟化劑與環氧樹脂之間，在室溫 毫無反應。所以，活化/熟化劑必須不溶於樹脂系統。在 此方面，活化劑是以粉型提供，摻入環氧樹脂系統內，在 其保留粉型懸浮，直至助焊劑受熱。以此方式，只有在活 化/熟化劑熔化後，才開始活化/熟化反應。要指出的是 選用的特定環氧樹脂和活化/熟化劑，是由所用焊劑/焊 劑合金的熔點決定。環氧樹脂與活化劑的反應開始溫度， 必須比焊劑的熔點稍低。例如Sn63 /Pb37焊劑合金的再流 溫度約183 °C。所以，可以考慮熔點約130至180 °C的活 化劑。熔點較低的活化/熟化劑，可超前再流過程引發熟 化反應，而熔點較高的活化劑則開始反應太遲，以致在樹 脂系統可完全熟化之前，再流過程即吿完成。 在本發明中，活化劑最好也有環氧樹脂系統的熟化劑 之作用。在此方面，已知上述多元羧酸適於兼做活化劑和 熟化劑。另外，助焊劑可添加其他熟化劑，諸如三異丙醇 〜5 ί^· 本紙張尺度ίΐ用中國國家標準（CNS ) Λ4規ϋ 210X297公釐） ---------^' 裝------訂-----d.^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（6) 胺。適用之其他熟化劑包含蜜胺、2 —氨基嘧啶，以及 2,4,6 —三氨基嘧啶。 熟化劑與環氧樹脂系統的熟化反應率，是反應位置數 ，即可得官能性環氧基的函數，以重量％環氧化物表示。 上述標準環氧樹脂，包含聯酚A型樹脂，各具有約25重量 %環氧化物。低粘度環氧稀釋劑，即聚二醇二環氧化物， 約7重量％環氧化物。非反應性環氧稀釋劑具有0重量％ 環氧化物。茲發現就助焊劑適度作業，即熟化後造成乾、 不粘、可撓性殘渣而言，樹脂摻合物必須最好有總共約15 至約20重量％環氧化物，而以約17重量％環氧化物更佳。 實施例 助焊劑製法# 1 取40重量％聯酚A型樹脂（分子量378 )(環氧化物 當量189 )，與25重量％聚醚二醇（分子量760 )摻合， 得低粘度環氧樹脂系統。3.5重量％加氫蓖麻油在環氧樹 脂系統內，於75 °C分散15分鐘。摻合物冷却至40°C，將26 重量％馬來酸（細粉劑）和0.5重量％三異丙醇胺（細粉 劑），在高剪力下分散於摻合物內。 助焊劑製法# 2 按照助焊劑1製造，使用50重量％聯酚A型環氧樹脂 、25重量％聚二醇二環氧化物（粘度30 — 60厘泊）、2 . 〇 重量加氫蓖麻油、20重量％戊二酸、3重量％馬來酸。 助焊劑製法# 3 按照助焊劑2製造，使用50重量％聯酚A型環氧樹脂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -s 丁 ^

It 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（7 ) 、25重量％聚二醇二環氧化物（粘度30 — 60厘泊）、2重 量％加氫蓖麻油、20重量％ 丁二酸、3.0重量％馬來酸。 助焊劑製法# 4 按照助焊劑2製造，使用50重量％聯酚A型環氧樹脂 、2S重量聚二醇二環氧化物、2重量加氫蓖麻油、20重量 %壬二酸、3.0重量％馬來酸。 焊膏 本發明焊膏包括約40至約95重量％粉末焊粒’以及約 5至約60重量％上述不含VOC助焊劑。焊粒最好包括錫銷 合金，諸如Sn63 /Pb 37，再流溫度約183 °C，另外可包括 銀錫鉛合金、鉍錫鉛合金、金錫鉛合金、或錮錫鉛合金， 焊粒最好網目約325至約500，雖然其他大小的焊粒亦可 用，視焊膏的特定用途而定。 實施例 焊膏製法 取助焊劑製法2製成的130克助焊劑，混合870 .克網 目325 - 500的焊粉Sn 63 /Pb 37，得約1公斤焊膏。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 使用上，按照習知印刷技術，將焊膏印在印刷綫路板 (PWB)上，電子套裝置放在PWB印刷面積上的位置，並將 PWB放在焊劑再流爐內。爐用技術上公知的典型尖曲錢提 升到焊劑再流溫度。當溫度提升到活化劑的熔點以上時， 活化劑熔化，使焊劑和銅觸墊活化，除去表面上的任何氧 化物膜。活化劑又有熟化劑的作用，開始環氧系統之偶合 反應。若溫度上升至焊劑再流溫度，焊劑熔化，再流於表 面上，在銅隆區與電子套裝的引綫間遂行焊結合，而環氧 本紙張尺度適用中国國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（8 ) 系統同時熟化。當再流過程完成，環氧質助焊劑乾燥，而 留下清哳的可撓性殘渣，不損失其任何容積。由於無有機 溶劑或化合物，故不會有有機物料釋放入空氣中。可撓性 乾殘渣不需清理，在電子包裝與PWB間有機械補強的作用 ，使其特別適用於撓性電路。由於殘渣無粘性，亦特別適 用於再流後焊接的針試。 以助焊劑爲芯的焊綫 本發明不含VOC的助焊劑組成物，亦有效用於助焊劑 爲芯的焊綫。以助焊劑爲芯的焊綫典型上用於人工焊接程 序，其中焊綫藉手持焊接烙鐵熔化。已知以助焊劑爲芯的 焊綫在工業上的問題是，焊接洛鐵作業的員工在人工焊接 操作中，直接暴露於松香質助焊劑釋出的毒性VOC放射。 本發明以助焊劑爲芯的焊綫，包括綫結構，以上述不 含VOC助焊劑爲內芯，上述焊劑合金爲外壳。例如，焊劑 合金最好包括錫鉛合金，諸如Sn 63/Pb 37，其再流溫度約 183 °C，另外可包括銀錫鉛合金、泌錫鉛合金、金錫鉛合 金、或錮錫鉛合金。芯焊綫及其製造在技術上已屬公知， 故特定的製造機構即不再贅述。 實施例：以不含VOC的助焊劑爲芯的焊綫 在上述助焊劑製法1中製成的助焊劑，按照習知製造 技術，與焊劑合金Sn63 /Pb 37共同壓出，生產以助焊劑爲 芯的焊綫，即以上述助焊劑爲其中心。 另外構想利用本發明不含VOC的助焊劑組成物，做爲 直接附設晶片套裝的底充材料。 〜8 〜 f紙張尺度適用¥國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 裝 訂 I if 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本覓) A7 ____B7_ 五、發明説明（9 ) 所以，可見本發明提供有效而且無碍環保的不含VOC 助焊劑，不含VOC焊膏，和不含VOC的以助焊劑爲忿之焊 綫。助焊劑是由80重量％以下的環氧樹脂系統構成，而習 知溶劑質助焊劑是由80重量％以下的有機溶劑所搆成。活 化/熟化劑是以固體細粒懸浮於環氧樹脂內，只有在再流 過程中熔化後才具有活性，而習知助焊劑中，活化劑是溶 於溶劑內，因此在室溫即具有活性。本發明不含VOC的助 焊劑在再流加熱後，不喪失任何重量。助焊劑的環氧系統 熟化，留下清哳的固體可撓性殘渣，在電子套裝和PWB間 有機械補強的作用，而在習知助焊劑內，有機溶劑蒸發到 會喪失80重量％以下，留下脆殘渣。因此，相信本發明可 代表技術上的重大進步，具有實質的商業利益。 本發明具體例之特定結構已圖示和說明如上，惟精於 此道之士均知，可有各種修飾和零件重排不悖本發明槪念 下的精神和範疇，且不限於圖示和上述特定型式，端視所 附申請專利範圍爲準。 IΊ ' ~Ί I I II 裝— I I I I 訂-J— I I I I 線 (請先聞讀背面之注意事項再填苑本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐）

Claims (1)

1. 31 Λ8 B8 C8 HR 年7月3日修正 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 &、申請專利範圍 1. 一種不含揮發性有機化合物之助焊劑，包括： 40至50%重量之反應性環氧樹脂； 25至30 %重量之非揮發性液體環氧稀釋劑； 20至35 %重量之焊接活化劑； ' 15至20 %重量之環氧熟化劑；以及 2.5至3.5%重量之觸變劑者。 2. 如申請專利範圍第1項不含揮發性有機化合物之助 焊劑，其中該反應姓環氧樹脂具有聚合物鏈，含至少二個 反應性環氧基者。 3. 如申請專利範圍第1項不含揮發挫有機化合物之助 焊劑，其中該非揮發性液體環氧稀釋劑包括寡聚物，每分 子具有至少一個環氧基者。 4. 如申請專利範圍第1項不含揮發性有機化合物之助 .焊劑，其中該非揮發性液體環氧稀釋劑包括低分子量多元 醇者。 5. 如申請專利範圍第4項不含揮發性有機化合物之助 焊劑，其中該非揮發性液體環氧稀釋劑包括聚二醇二環氧 化物者。 6. 如申請專利範圍第1項不含揮發性有機化合物之助 焊劑，其中該焊接活化劑包括有機酸者。 7. 如申請專利範圍第6項不含揮發性有機化合物之助 焊劑，其中該環氧熟化劑包括該有機酸者。 8. 如申請專利範圍第7項不含揮發性有機化合物之助 焊劑，其中該有機酸包括多元羧酸者。 〜10〜 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（210X297公釐) I n - n tn n n n ^ I _ __ in (i I T !----! ... - . i- -- I_____ 令、 I ·ν·η .一 (請先H讀背面之注意事項再填寫本頁) Αϋ Β8 C8 D8 ^17519 六、申請專利範圍 9. 如申請專利範圍第7項不含揮發性有機化合物之助 焊劑，其中該有機酸包括直鏈二羧酸，具有如下化學結構 (请先《讀背面之注$項并填寫本萸) HOOC-(CH2)n-COOH 其中n=2至5者。 10. —種不含揮發性有機化合物的焊膏，包括： 該焊膏5至60%重量的不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物；和 該焊膏4〇至95%重量的焊粒； 該不含揮發性有機化合物的助焊劑組成物，包括40 至50%重量之反應性環氧樹脂、25至30 %重量之非揮發性 液體環氧稀釋劑、20至35 %重量之焊接活化劑、15至20 % 重量之環氧熟化劑，和2·5至3.5%重量之觸變劑者。 11. 如申請專利範圍第1〇項不含揮發性有機化合物的焊 膏，其中該焊粒選自包含錫鉛合金、銀錫鉛合金、鉍錫鉛 合金、金錫鉛合金、和銦錫鉛合金者。 12. —種不含揮發性有機化合物之助焊劑組成物，包括: 40 %至50%重量之反應性環氧樹脂； 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裝 25 %至30 %重量之非揮發性液體環氧稀釋劑；以及 20 %至35 %重量間之焊接活化劑，該焊接活化劑亦 有該環氧樹脂的熟化劑之功用者。 13. 如申請專利範圍第12項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該環氧樹脂具有聚合物鏈，含有至少二 環氧基者。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ABCD 317519 六、申請專利範圍 環氧基者。 14. 如申請專利範圍第13項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該環氧樹脂包括聯酚A型環氧樹脂者。 15. 如申請專利範圍第12項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該液體環氧稀釋劑包括寡聚物，每夯子 具有至少一個澴氧基者。 16. 如申請專利範圍第15項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該液體環氧稀釋劑包括多元醇者。 17. 如申請專利範圍第16項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該液體環氧稀釋劑包括聚二醇二環氧化 物者。 18·如申請專利範圍第〇項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該活化劑包括多元羧酸者。 19. 如申請專利範菌第18項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該狻酸包括馬來酸者。 20. 如申請專利範圍第19項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該羧酸包括直鏈二羧酸，具有如下通式 結搆： HOOC- (CH2 )n -COOH 其中n=2至5者。 21. 如申請專利範圍第12項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中又包括觸變劑者。 22如申請專利範圍第21項不含揮發性有機化合物之助 焊劑組成物，其中該觸變劑包括加氫蓖麻油者。 〜12〜 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 1^1 ml Jn nn- i m ml —J ml HI n^— »i l 一 J. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 317519 ?88 D8 六、申請專利範圍 23. 如申請專利範圍第19項不含揮發性有機化合物的焊 膏，其中該焊粒選自包含錫鉛合金、銀錫鉛合金、铋錫鉛 合金、金錫鉛合金、和錮錫鉛合金者。 24. —種不含揮發性有機化合物助焊劑爲芯之焊綫構造 ，包括： 以不含揮發性有機化合物助焊劑之內芯；以及 焊劑合金之外壳，該不含揮發性有機化合物之助焊 劑包括40至50%重量之反應性環氧樹脂、25至30 %重量之 非揮發性液體環氧稀釋劑、20至35 %重量之焊接活化劑、 15至20 %重量之環氧熟化劑，和2.5至3.5 %重量之觸變 劑者。 ^^^^1 —^ϋ ri0^» ti —^ϋ I -I ....... - - —i mu (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印褽 〜13〜 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS )以现格（210X297公釐）