TW458840B - Solder paste and soldering method of the same - Google Patents

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4b 884 Ο 五、發明說明（！） 發明背景_ 1.發明領域 本發明係關於一種焊錫膏以及焊錫膏之焊接方法，特 別係關於可用於電路板用於電子組件等之焊錫膏以及焊錫 膏之焊接方法。 2,相關技術之說明 近年來隨著電子設備袖玲尺寸的發展，表面黏貼技術 變成安裝技術的主流。表面黏貼技術涉及下列步驟：網印 焊錫膏於印刷板上，安裝組件然後於再流爐再度流動焊錫 膏而形成電路板。 焊踢膏乃表面黏貼技術的關鍵技術元體。為了以高度 可靠度焊接焊錫膏至精密終端，需要一種高性能且高度可 靠的焊錫膏。 伞所周知當接合金屬（例如電子組件的電極）焊接至欲 接線的另一接合金屬（例如印刷板的電極）時，焊錫膏必須 含焊錫合金及焊錫助熔劑。焊錫助熔劑係作為（1)清潔參 與接合的金屬表面（去除氧化物膜）’（2)防止清潔後的金屬 免再度被氧化’以及（3)降低熔化焊錫的表面張力。 焊錫膏包含焊錫合金（焊錫粉末），經過粉化成為數十 微米的粒子大小，以及有機成分（換言之’助熔媒劑）其發 揮對焊錫膏提供助熔以及觸變性質的角色之功能。前述焊 錢膏要求的性能包括焊接性（濕潤性）、印刷性及穩定性。 焊錫粉末及助熔媒劑的性質對此等能力方面扮演要角 。例如印刷性與下列因素有高度關聯：焊錫粉末之形狀、 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

It----^_ —---- 訂---------. {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 經濟部智慧財產"·員H消費合作社印" A7 --------B7____ 五、發明說明（2 ) i子大j及粒子大小分布，助炫劑成分例如助炼媒劑的;.容 劑、觸變劑及松香，以及製造焊錫膏時焊錫粉束與助熔媒 劑之混合及回火條件 多種焊錫貧之性能中，由於焊接性對印刷電路板與各 組件間的連結部份的可靠性造成顯著影響‘故此種煜接性 影響產品的可靠性：焊接性與焊錫粉末的表面狀態及粒子 大小、助熔媒劑成分特別松香以及活化劑類型及含量等有 強力關聯。如此至目前為止，為了改良焊錫膏的焊接性， 通常須調整焊錫粉末的表面狀態及粒子大小，助熔媒劑成 分特別松香，以及活化劑類型及含量等。 於焊接作業期間當加熱時活化劑直接作用於金屬表 面的氧化物，活化劑具有作為助熔劑的功能’活化劑的功 能比早純松香的功能更佳：已知活化劑為胺類之氫齒酸鹽 類以及有機酸類.=至於胺之氣齒酸鹽類，通常使用胺·氫 氣酸及胺-氫溴酸。胺之氫鹵酸鹽類之活性係與胺之分子 結構有關。 但通常眾所周知顯示高活性的高度活化松香包含胺-氫氣醆及胺-氣溴酸可作為溫和活化松香的微量活化劑3 由胺之氫齒酸鹽對水彳;丁生而得的_化物殘餘物之可靠性與 溶解度間有明確關聯“若殘餘物未溶於水則無腐蝕風險。 它方面，有機酸典型係與胺之鹵鹽併用；有機酸具有 優點％人丰有機酸由坻溫及呈現活化粉末，於該溫度時.泰 加的！i化物量受抑制結果導致產品可靠度低：此等有機酸 之3 t粉末.係由酸度亦卽醆之解離常數决定通常較低分 Xέ'!.'弦 ® S '^· (CNi'：A1 ~ 一 ~~* — I ---------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 5 β84 0 Α7 Β7 五、發明說明（3 ) 子具有較佳酸度’顯示作為助熔劑的良好活化粉末。 但雖然如前文說明’較低分子具有較高活化力，但較 低分子的溶點低’當重複使用焊锡膏或當由網印步驟至焊 接步驟放置一段等待時間時此種成分倾向於揮發。結果導 致焊接劣化。 此外，因低分子有機酸於室溫的反應性極高，故此種 含於焊錫膏的有機酸可能誘發焊接粉末腐蝕，結果導致谭 錫膏的儲存壽命短。此外，因反應性低分子量有機酸具有 不愉悦的氣味，故可能造成，難以處理含有前述化合物之焊 錫膏的問題。 又近來對環保問題大為注意，法規傾向於禁止用於電 子設備的焊錫中含鉛。換言之，積極研究開發「無鉛焊錫 J ° 至钤無鉛焊錫的發展目標，此種目標係具有習知錫_ 紐共炫悍錫之複材的相祕質但又不會造成環4呆的負擔。 無鉛焊錫的優良候選者包括錫-銀共熔系統，錫-鉍共熔系 統以及錫·鋅共熔系統等。開發新合金其中額外第三及第 四種元素添加至各共熔組合物用於改良性質例如機械性質 及炫點。但至目前為止發展的合金皆有若干優點以及作為 焊接材料的其它缺點，至目前為止尚未能開發具有高度可 靠度的焊錫膏。 至於無錯焊錫之焊接性（有關濕潤性、展開性以及產 生焊錫球的能力）’大半錫-鉍共熔系統以及錫-鋅此熔系 統之焊接性比錫-錯共炫系統差，因此無法解決料系統 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之ii意事項再填寫本頁) «.--------訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ΑΓ Β； 哩齊部智慧財產咼8.工消費合作枉印封 五、發明說明（ 相關多種問題。 為了讓前述錫-鉍共熔系統於低溫具有有效焊接性， 可添加於低溫具有活化力的活化劑至焊錫膏，至於於低溫 具有活化力的活化劑‘可使用多種含羧酸之低分子有機酸 類。但如前述，當此等低分子有機酸類用作為活化劑時、 由於有機酸揮發造成焊接性劣化，以及有機酸之高度反應 性引起焊錫粉末腐蝕’如前述造成使用壽命短，有機酸氣 味不佳造成操作效率低等多種問題c 發明概iiti 如此1本發明之概略目的係提供一種具有焊接要求性 質改良之焊錫膏。 本發明之更特定目的係提供一種焊錫膏.藉此可改進 •上干接_,生、防蝕性及儲存壽命，以及改良因有機酸的不良氣 味造成的作業效率低。 則述本發明之目的可經由一種焊錫膏達成，包含：- 焊錫粕末及種助熔劑包含至少—種活化劑以及酸酐 '&玄酸酐係經由含至$ 7很!工山；^ ? 主夕7個娀原子之脂族羧酸進行脫水反 應獲得。 如述本發明之目 目的也T經由一種煜錫膏達成，包含： 一種焊錫粉末：以；j _ π, 及一種助熔劑含有至少一種活化劑以及 下式酸酐： K'HaCH：)i5r〇(：〇 此處η為〇至2之整數，. 本發明之另....吕的於扭 3、.'抆供..種使用焊錫膏之焊接方法 ι托舀家棵·_? 裝--------訂---------線 (請先父讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 45 8f 4 〇 BT___ 五、發明說明（5 ) ’該焊錫膏包含：一種焊錫粉末；及一種助熔剖包含至少 一種活化劑以及酸酐，該酸酐係經由含至多7個碳原子之 脂族羧酸進行脫水反應獲得。 前述本發明之目的可經由一種焊接方法達成，包含下 列步驟：混合一種焊錫粉末與一種助熔劑因而形成焊錫膏 ’該助熔劑包含至少一種活化劑以及經由含至多7個碳原 子之脂族羧酸進行脫水反應所得的酸酐：將該焊錫膏放置 於預定位置：以及使用焊錫膏焊接焊錫合金，該焊錫合金 具有熔點比錫-鉛共熔焊錫更低。 根據本發明，提供一種焊接方法，包含下列步驟：混 合一種焊錫粉末與一種助熔劑因而形成焊錫膏，該助懷劑 包含至少一種活化劑以及經由含至多7個碳原子之脂族幾 酸進行脫水反應所得的酸酐；將焊錫膏放置於預定位置； 以及使用焊錫膏焊接焊錫合金，焊錫合金包含4〇至6〇%重 量比錫及60至40%重量比鉍= 本發明之優點係提供具有絕佳焊接性、高度防蝕性及 而度儲存哥命之焊錫膏。 圖式之簡單說.明 其它本發明之目的、特點及優點由後文詳細說明連同 附圖一起研讀將更為彰顯，附圖中： 第1A圖說明使用習知焊錫膏之性能結果，以及 第1B圖說明使用根據本發明之焊錫膏之性能結果。 較佳具體實施例之說明 發明人發現較佳添加酸酐作為活化劑至助溶劑俾提升 本紙張尺度適用中國固家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I, 疚· II — ！ I 訂 _ 1111 ί - · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 焊錫膏的焊接性。本發明之發明人徹底研究習知焊錫膏的 &題i經由徹底研究酸酐對焊接性（濕潤性）的影響，發現 5义針具有焊接為作期間與有機竣同等高度活化力，以及酸 軒比有機酸的揮發性及腐蝕性低

後文。兒月’、有Θ W絕佳性能的理由。酸肝的馆點比前 边鲅酐刀解形成的有機酸熔點更低。如此包含酸酐的焊錫 句欠％疋而其性質於儲存㈠至“π溫度）及使用期間不會 劣化。特別前述醆軒例如包括乙針，丙肝及丁酐。 S 如此由於酸酐熔點比經由酸酐分解形成的有機酸熔點 更低的性質’ Μ含醆酐之焊錫膏揮發性較低，因而可抑 制揮純“ •性低„題以及不良氣味造成操作效牟 η : 3題^外’由於具有前述性質’包含酸酐之焊錫膏 欠“而於使用及儲存時其性質不會劣化，可抑制焊錫粉 末的腐蚀以及焊錫膏的儲存壽命低等問題換言之，可提 升焊錫膏的保藏能力。 匕卜於焊接钿作期間當加熱焊錫膏時，經 辑㈣有高度活化力的低碳分子有機酸例如乙二 ^及j ^各有機酸可清潔被化物等遮蓋的接合母件 應面!谭踢粉末表面.增進谭錫與接合母件間的擴散反 接性'使用酸η達成焊錫膏的絕佳焊 接丨生U#、潤性及展開性丨。 的實驗刪__錫膏的助 錢重量比時'可獲得良好性質， .~ >褛‘.生及保藏性以及防止剌鼻的氣味. Μ--------^-------—線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

.：9： ^ ： 、、！ J 4 5 884 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 經由除了酸酐外於助熔劑中含有胺，可藉胺之分子量 及胺含量控制酸酐之性能。如此可實現根據預定焊接性製 造焊錫膏的目的。 即使使用熔點比錫-鉛共熔焊錫更低的焊錫合金，前 述酸酐可獲得低後分子有機酸（例如乙酸、丙酸及丁酸）， 低碳分子有機酸於焊接操作期間於較低溫加熱時顯示活化 力’因而可確保進行良好焊接。伴隨前文說明，可使用包 含酸酐的焊錫膏用於焊接具有較低熔點的無鉛焊錫。於前 述使用無鉛焊錫之例，可使用包含40至60%重量比錫及60 至40%重量比鉍之焊錫合金。 本發明將參照下列實例進一步說明其細節，但絕非視 為限制本發明。 [實例A至N] 為了獲得根據本發明之焊錫嘗之性能，建構下列實驗 〇 [實驗條件] 進行第1A及1B圖所示助熔劑成分之混合而形成助炫 劑（亦即助熔媒劑）。此助熔劑混合焊錫粉末（42Sn_58Bi， 無氧化物球形粉末，粒子大小3 8至53微米）而形成焊錫膏 〇 第1A及1B表示助熔劑成分的重量百分比。此外，第lA 及1B圓所示數據表示助熔劑成分的重量百分比。此外， 使用習知焊錫膏進行第丨八圖之實例AiF，以及使用根據 本發明之包含酸酐之焊錫膏進行第1B圖之實例G至N。實 本紙張尺度適財國標準（CNS)A4規“胸97公爱）---- -n .^1 I n * tt n n n I-"--eJ· i_i n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產尽員工消費合作社印製 A7 ___ B7__ 五、發明說明（8 ) 例G至N使用的酸酐可經由含至多7個碳原子之脂族羧醆進 行脫水反應獲得= 特別進行根據本發明之實驗，於焊錫斧形成浚任蟑踢 f於大氣中放置至多ΪΗ、時，以及於焊錫膏網印後住焊錤 膏於大氣中放置至多S小時，遵照Jis_z_3284進行焊錫蟲 潤及展開能力的測試。藉焊錫球產生測試估計焊接性 '於 表面黏貼操作期間判定是否存在有焊錫膏的刺鼻氣味，估 計是否存在有刺鼻氣味時 ' 言己號0表示A，記號x表示焊 接操作期間發現刺鼻氣味。進一步鍺存壽命係將焊錫膏於 4 C咖度儲存3個月後焊錫膏的焊接性決定記號〇表示儲 存壽命良好： 須注意第1 A及1 B圖顯示的焊接性（初焊接性）表示恰 於形成焊錫膏後進行焊接性實驗結果，而焊接性（放置後） 表示任其於大氣中放置後測試的焊接性實驗結果。此外圖 中記號X表示失敗.記號〇表示良好及記號◎表示絕诖： 至於助炫媒劑成分’ 一丁基卡必醇（carbitol)係作為溶 劍’氫化蓖麻油係作為觸變劑3第1A及〗B圖中一 丁基卡 必醇之闬量為總量共丨〇〇%重量比=記號R表是一丁基卡必 醇之殘餘百分重量比。 [實驗結果1 實例A至F使闬乙酸、丙酸及丁酸、其為習知活化劑 賞例A至卜美有良好焊接性(初焊接性任其放置2或. < b H例A至F之焊接性顯著降低..此外 '當使用丙酸 及丁酸作為活化劑時〜於杈接操作期間產生強力剌鼻氣味 --------------裝--------訂---------線 (琦先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) BS4〇 A7 B7 五、發明說明（9 ) ，如此造成工作績效問題。 比較實例A至F，於實例g至N，此處酸酐（乙酐、丙酐 及丁酐）含於焊錫膏，可獲得良好焊接性（初）及焊接性（放 置後）。進一步實例(^至!^的儲存壽命等於或大於3個月’ 如此可將實例G至N使用的焊錫膏付諸實際應用。使用根 據實例G至N之焊錫膏進行焊接操作時不會出現刺鼻氣味 〇 特別於實例Μ，此處焊錫膏之乙酐存在量為2%重量 比，如第丨Β圖可知，可獲得絕佳焊接性（初 >及焊接性（放 置後）的結果。 本發明非僅限於特別揭示之具體實施例，可未惊離本 發明之範圍做出多種變化及修改。 本案係基於曰本優先申請案第1Μ86569號，申請曰 1999年6月30曰，其完整内容併述於此以供參考。 ^----------------- (锖先閱it背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 本紙張尺度適用中國固家標準（CNS>A4規格（21CU297公釐）

Claims (1)

1. 6. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7. Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 1 ‘一種焊錫膏，包含： 一種焊錫粉末；及 一種助熔劑包含至少一種活化劑以及酸酐，該酸 肝係經由含至多7個碳原子之脂族羧酸進行脫水反應獲 得。 2. —種焊錫膏，包含： 一種焊錫粉末；以及 一種助炫劑含有至少一種活化劑以及下式酸酐： (CH3(CH2)nC0)20 此處η為0至2之整數。 3-如申請專利範圍第2項之焊錫膏，其中作為酸酐，乙酐 於助熔劑之含量為0.5至3.0%重量比。 4. 如申請專利範圍第2項之焊錫膏，其中胺進一步含於助 炫劑。 5. 如申請專利範圍第3項之焊錫膏，其中胺進一步含於助 惊劑。 一種焊接方法，包含下列步驟： 混合一種焊錫粉末與一種助惊劑因而形成焊錫膏 ’該助熔劑包含至少一種活化劑以及經由含至多7個碳 原子之脂族羧酸進行脫水反應所得的酸酐： 將該焊踢膏放置於預定位置；以及 使用焊錫膏焊接焊錫合金，該焊錫合金具有溶點 比錄-船共溶焊錫更低·! 一種焊接方法，包含下列步驟： 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意ί項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標车（CNS i ( ?inv^〇7/X签、 *· 3 —A 六、申請專利範圍 A8 BBcs D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 混合一種焊錫粉末與—種助$ T里初4 Μ因叼形成 ’該助稼削包含至少„種.去π十， 场肖 ν種活化劑以及具有下式酸軒· (CH'(CH2)nCO):〇 ' 此處η為〇至2之整數： 將該焊錫膏放置於預定位置：以及 使用焊錫膏焊接焊錫合金，該煤錫合金具 比錫-鉛共熔焊錫更低。 占 &如申請專職項之焊接方法，〇料酸軒 酐於助熔劑之含量為〇‘5至3 0〇/。重量比。 C 9. 如申請專利範圍第7項之焊接方法，其令胺進—步 助熔劑。 ，έ - 10. 如申請專利範圍第8項之焊接方法，其中胺進—步含於 助熔劑C 丨1 一種焊接方法，包含下列步驟： 混合一種焊錫粉末與一種助熔劑因而形成焊錫膏 ，該助熔劑包含至少—種活化劑以及經由含至多7個碳 原子之脂族羧酸進行脫水反應所得的酸酐： 將焊錫膏放置於預定位置：以及 使闬焊錫耳焊接焊錫合金，焊錫合金包含40至60% 重量比錫及60至40%重量比鉍： 1 2 一種焊接方法，包含下列步驟： ά 種焊錫粉末與-··種助炫齋】因而形成焊錫膏 ’該助嫁劑包含至少一種活化劑以及經由脂族羧酸脫 水反應擭得的酸酐具有下式： 請 閱 讀 背 1¾ 注 項 I 再填 ί ί裝 頁 I 訂 線 纽張尺度適財國國家棣攀 14 45 884 Ο Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 (CH3(CH2)nC0)20 此處η為0至2之整數； 將焊錫膏放置於預定位置：以及 使用焊錫膏焊接焊錫合金，焊錫合金包含40至60〇/〇 重量比錫及60至40%重量比鉍。 13.如申請專利範圍第12項之焊接方法，其中作為酸酐， 乙奸於助炼劑之含量為〇‘5至3 ·〇%重量比。 如申請專利範圍第12項之焊接方法，其中胺進一步含 於助熔劑。 15.如申請專利範圍第13項之焊接方法，其中胺進一步含 於助炼劑。 ---------^------1Τ------^ (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智葸財產局員工消費合作社印製 本紙浪尺度逋用中國國家標半（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 15