TWI276703B - Surface treating agent and surface treating method for tin alloy - Google Patents

Description

1276703 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於針對錫合金之表面處理劑、及使用其之 表面處理方法。 【先前技術】 焊接係採用融點較低的物質將物體間進行接合的技 術，在現代產業中廣泛的被採用於電子機器的接合、組裝 等方面。一般所採用的焊料為Sn_Pb合金，因為其共晶組 成（63%Sn·餘份Pb)的融點屬於18代偏 …執行焊接，幾乎不致對電子零件、基板造成j 知。而且，Sn_Pb合金不僅焊接性佳，且焊接時馬上凝固， 具有即便對焊接部位賦加振動，仍難引起龜 的優越特徵。 豕 -般電子機器乃由外框、基板等合成樹腊與導體部、 框架專金屬所形成，當報廢處分時，並未施行焚化處理， 而是埋藏於地底。近年地面料心㈣ (酸性广，埋藏於地底下的電子機器之焊料會溶出^ 成5木地下水的問題化現象發生。為此特別在電子 業中’急遽朝未含鉛的桿料（無料料）之替代方向進 此外’在電子零件的外接導線端子上 : 沾濕性與❹性’主要施行焊㈣覆⑼純·餘 對此亦因上述理由而期待朝無錯化發展。 ）、·十 採用的合金，大致上可區分As Λγ…釔谇枓鍍覆所

J h 為 Sn-Ag(Cu)系、Sn-Z

Sn-Bl系，分別各有優缺點，尚未療至可完全替代‘^ 315010 5 1276703 合金的地步。

Sn-Zn系合金乃因為融點較接近習知系合金， 因而具有毋需改變現有設傷、步驟的優點。此外’:二 機械強度優越且成本亦低廉。但是，因為&屬於活性金 =,而W易聽，且因為Zn_Sn系合金的焊料沾濕性非 ㊆二所以現時點可認為係實用化可能性最低者。 焊膏乃用於將電子愛株於且 使用量已缺大#二 表面構裝之用，近年 ;、θ。一般焊貧係以焊料合金粉末為主體，並 二：劑、活性劑、觸變劑、界面活性劑、溶劑等 之助焊劑二焊膏的無敍化_ 如二糸s:、sn_Bi系合金進行探討但是㈣系合全 被::：最近習知Sn-Pb系焊料的共晶溫度，因而 被 < 為取具替代候選潛力。但 易被氧化，因此_ s …因為Zn較容 會與助焊劑中所含^糸5金作為焊料粉末的焊膏’ .. 、/生劑產生氧化反應，導致焊 性、保存穩定性明顯亞仆 V致斗科沾濕 的缺點。 …’而且有暖融時需要非活性氣體 本專利ΪΓ::焊:粉ί氧化方面已有多數提案。譬如曰 基時磷酸、聚㈣共^糟由在粉末表面設置聚氧化乙烯烧 二羧酸金屬鹽等皮膜κ、烷基醚系非離子性界面活性劑、 興I斧反膜以防 則揭示藉由將焊料於 。卜’在專利文獻2中， 化乙稀成基喊碟酸;^酿P〇1㈣吻1⑽，聚氧 防止所獲得焊膏的氧化 助^干蜊予以混合以 315010 6 1276703 %柵_ (Ball GHd A叫，BGA)料接料由焊 二次元的表面構農型封裝件，遍中所採 f ^在為防止電子零件與構裝基板間的接觸不 獻有提案揭示將焊球於彈性構件上施行〜鍍者（專利文 (專利文獻1)日本專利特開MO】·294%!號公報 (專利文獻2)林專利特開2〇〇〇 271781號公報 (專利文獻3)曰本專利转ρ卩 【發明内容】 本㈣特開號公報 有鑑於上述事訾，女欲 -金…h 目的在於提供-種將Sn 明之目m2性及耐氧化性變優越的表面處理劑。本發 ^ 種保存私疋性佳的焊膏、可抑制晶鬚 發生的Sn合金錢覆之表面處理劑。 00" 研，者寻針對Sn合金表面的氧化抑制進行深入鑽 ^生^ 用含有具1個或2個飽和或不飽和烧基之 二曰的處理劑，對Sn合金施行表面處理，便可賦 “ ’並改4焊料沾濕性°此外’發現含有經施行 的故盖品 金私的“ ’其保存穩定性獲得明顯 。 且，此經施行表面處理的Sn合金錄覆，嫁缚 到大幅抑制晶鬚之發生。 後確 亦即，本發明乃如下述： ()種針對Sn合金之表面處理劑，係含 個飽和或不鮮燒基之酸性磷酸_、及/或其鹽。 ⑺如上述⑴所述之表面處理劑，其中，上述Sn合金 315010 7 1276703 係Sn中含有zn、Bi、Cu、Ag、Sb中之一者或二者的焊料 合金。 (3) 如上述（2)所述之表面處理劑，其中，上述合金 係Sn-Zn系合金。 (4) 種合金之表面處理方法，係使用上述（1)至（？） 中任一項所述之表面處理劑者。 (5) —種電子零件或基板，係對電子零件或基板的連接 端子部之導體表面施行Sn合金鍍覆之後，再利用上述（句 所述之表面處理方法施行過表面處理者。 ⑷-種Sn合金焊球，係經以上述⑷所述之表面處理 方法施行過表面處理者。 ⑺一種BGA(球栅陣列）封裝件，係以上述⑷所述之

Sn合金焊球作為電氣連接組件使用者。 於电子令件上，並將其連接於電路基板者。 ⑺-種Sn合金焊料粉末’係以上述⑷所 理方法施行過表面處理者。 处 者。⑽4焊膏’係㈣上述（9)所述之&合金焊粉末 (11) 一種構裝品，係 【實施方式】 Μ用上切G)所述之禪膏者。 本發明中所採用的Sn合金， 最好為未含錯的Sn合金，可舉例如等問題觀之’ Cu'.Ag'Sb中任 .在Sn中含有Zn、Bi、 者以上的烊料合金等。此外， 315010 1276703 、久僅要屬於將上述一個（或二個）具飽和（或不飽和）烷基 7馱性磷酸酯、與溶解於水中呈鹼性物質的鹽的話便可， 最好為胺鹽。 ，具一個或 造上，當獲 具一個飽和 進行分離， 中亦可含少 明的表面處 的酸性磷酸 劑，僅要可 乾燥容易度 具氣氣基的 再者 酯，在製 酸酉旨，與 時’不必 酯混合物 本發 飽和燒基 使用的溶 溶解度、 溶纖素等 等酮類。 二個飽和或不飽和烷基的酸性磷酸 得具一個飽和或不飽和烷基的酸性磷 或不飽和烧基的酸性鱗酸酯之混合物 可直接使用混合物。此外，酸性磷酸 量石舞酸三酯。 理劑，係可將具一個或二個飽和或不 酯、及/或其鹽溶解於溶劑中使用，所 溶的話便可，並無特別的限制，但就 、成本等觀點而言，最好為異丙醇、 溶劑’甲苯或正己烷等烴類、或丙酮 再者，本發明的表面處理劑在賦予所需性能之目的 下，亦可含有不損及原本性質之範圍内之量的添加劑。添 加劑可舉例如：防腐劑、界面活性劑等。 使用本發明之表面處理劑而對Sn合金施行表面處 理’只要可在Sn合金表面形成覆蓋之方法即▼:馨：僅 將Sn合金浸潰於表面處理劑中的方法，或 劑以淋灑式或空氣式塗布機、刮刀式 ：：王 刀式塗布機、凹版塗布機'逆轉式塗布：、==、 等裝置進行塗布的方法。 九，主式塗布桷 將塗布膜乾燥之方法 可舉例如：採用

輥式 315010 10 1276703 (CPB-40、常溫、浸潰1分鐘）—水洗—酸浸潰（1〇%硫酸、 常溫、5秒水洗 對此基材施行膜厚約5μιη的Sn-Zn鍍（鍍浴：Sn-10Zn(Zn含率10%)、電鍍條件：陰極電流密度3A/dm2、溫 度35°C、ΡΗ4·0、液流動及陰極搖晃電鍍）。 將此經施行Sn-Zn鍍的基材（以下稱r Sn_Zn基材」）， 在上述具飽和或不飽和烷基之酸性磷酸酯的異丙醇溶液中 浸潰1分鐘。然後，利用乾燥機進行乾燥並當作測試基板， 並供進行下述焊料沾濕性評估測試。 剛經本發明之表面處理劑進行表面處理後（剛進行後 處理之後）、及PCT處理（在溫度i〇5°c、溼度1〇〇%的密閉 鍋中，放置16小時）後，利用彎月圖形法（menisc〇grapli method)評估與無鉛焊料（錫：銀：銅5、浴溫245它） 間的焊接性。此外，焊助劑係採用NA_2〇〇(達拉姆化研（公 司名，音譯）製）。測試結果如表1所示。 此外，比較例乃將未對上述Sn_Zn基材施行表面處理 者當作測試基板，將施行相同評估的結果示於表丨中。 12 315010 1276703 表

:比較例 如上述可判定本發明的表面處理方法對合金， 具有提昇焊料沾濕性的明顯效果，而且確認本發明的表面 處理方法即便對其他的Sn合金亦具有提昇焊料沾濕性的 效果。 <實施例2 > 在實施例2中，對Sn-Zn合金鍍覆旖耔 曰 < 又後她仃表面處理者的 曰曰彡I產生現象，相較於未施行表面處理去 王有’ _示出明顯地 抑制效果。 將經施行如同實施例1之處理的Sri 7人人 n-zrl合金鍍覆基板 種’與未施行表面處理的基板，在溫声 皿沒85 C、溼度85β% 3Ι5〇]〇 13 1 1276703 之良度怪濕環境下，放置24小時。然後，將基板充分乾燥 之後再利用掃描型電子顯微鏡（sEM，Scanning electro microscope)進行表面觀察，結果觀察到未施行表面處理者 出現頗夕曰曰鬚’相對於此，經施行表面處理者，與其有效 成分無關，均完全未觀察到晶鬚。 <實施例3 > 貝&例3中’使用經表面處理之Sn-Zn合金粉末之 焊月的焊料沾濕性，相較於未施行表面處理者，顯示獲明 顯改善之結果。 ，如同貝施例1，調製1 4種以具飽和或不飽和烷基之酸 為有效成分的Iwt%異丙醇溶液，將Sn_8Zn-3Bi 粉末在此溶液中浸潰1分鐘後，利用玻璃m過濾並乾 將此、、二表面處理之焊料粉末、與焊助劑（松香⑼、 土卡必醇3〇wt%、加氫莲麻油9wt%)，依重量比p i充 刀,口 ’而形成焊膏。冑此焊膏在銅板上，採用治具塗布 成7mm 0 /immt的圓柱狀。 將此銅板放置於設定為230t的熱板上進行加孰，自 :膏開始炫解起經10秒鐘後，從熱板上取下銅板。加 在”中進行。在焊膏凝固之後’照相拍攝並測量焊= 濕擴散面積。測試結果如表2所示。 此外，比較例除未施行表面處理之外，其餘均 施例3般製作焊膏。評估結果亦一併示於表2。 门- 315〇]〇 14 112 1276703 表2 編5虎 有效成分 磷酸單/二（十二烷）酯 2 石粦酸單/二（十四烧）酉旨 石粦酸單/二（十六烧）酉| 擴散面積(mm2) 72 74 73 4 鱗酸單/二（十八烧）酿 石粦酸早/二（二十烧）酉旨 76

磷酸單/二（4 磷酸單/三 磷酸單 硪酸單/三 石粦酸單/二（二十 稀）酯 烯)齡 烯)酿 稀）齡 烯）西！ 烯)酉旨 75_Ιΐ ΎΤ ^7? 7δ~

I?^40 c實施例4 > 在實施例4中，使用經表面處理之ς 之 顯示獲曰月 〜合金粉末 焊膏的保存穩定性，相較於未施行表面處理者， 顯改善之結果。 將實施例3所示焊膏冷凍保存於5 °C下，、

疋性的評估。表3所示係焊嘗沾濕擴散、-、存L A , 、 ^ "^初期一主 η 下為止的期間。 牛以 315010 15

Claims (1)

1276703

第92124555號專利申請 申請專利範圍修正本

(95年9月26曰） 一種針對錫合金之表面處理劑，其特徵為含有具丨個或 2個下列通式（丨）所示之飽和或不飽和之c 1 ◦至C26烧基 之酸性磷酸酯及/或其鹽·· /OR1 〇 = P\OR2 (1) OR3 [式中’ R、R2、R3係飽和或不飽和烷基或氫，且Rl、 2 3 1 、R中之任一者為飽和或不飽和烷基、氫，而前述飽 和或不飽和烷基為碳數丨〇至26之飽和或不飽和烷 土]且上述錫合金係錫中含有Zn、Bi、Cu、Ag、Sb 之任一者或二者以上的焊料合金者。 2·如申研專利範圍第丨項之表面處理劑，其中，上述錫合 金係Sn-Zn系合金者。 3. -種錫合金之表面處理方法，係使用中請專利範圍第i 項或第2項之表面處理劑，於前述錫合金之表面形成表 面處理層之覆蓋膜者。 A· 一種經表面處理之基板，係在基板的連接端子部之導體 表面施仃錫合金鍍覆之後，以申請專利範圍第工項或第 2項之表面處理劑於錫合金之表面形成覆蓋層者。 5.種錫合金焊球，係以申請專利範圍第】項或第2項之 1 (修正本）315010 1276703 表面處理劑於錫合金之表面形成覆蓋層者。 一種錫合金焊料粉末，係以申請專利範圍第丨項或第2 =之表面處理劑於錫合金之表面形成覆蓋層者。 ^焊貧，係使用申請專利範圍第6項之錫合金焊料粉 (修正本）315010 2