TWI829939B - 焊料組成物及電子電路封裝基板 - Google Patents

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Abstract

[課題]本發明提供一種焊料組成物,可兼具抑制焊料接合部中產生孔洞與抑制電子零件的晶片翹起,以及提供具有使用該焊料組成物所形成之焊料接合部的電子電路封裝基板。 [解決手段]本發明之焊料組成物,包含具有松香系樹脂(A)、活性劑(B)、溶劑(C)的助焊劑組成物、以及焊料合金所構成之合金粉末(D);該溶劑(C)含有常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)。

Description

焊料組成物及電子電路封裝基板
本發明係關於焊料組成物及電子電路封裝基板。
作為將電子零件與形成於印刷電路板或矽晶圓這種基板上之電子電路接合的接合材料,主要係使用焊料合金。 作為使用該焊料合金的接合方法,例如存在一種將焊料合金粉末與助焊劑組成物混合而成的焊料組成物印刷於基板以進行接合的方法。
然後根據電子設備的種類,可在其中使用的電子電路基板上封裝各種尺寸、種類(例如附引線之電極的電子零件、底面電極的電子零件等)的電子零件。 然而,這樣的情況下,以往的焊料組成物會因為電子零件的尺寸或種類不同而發生各種問題,例如在微小的電子零件中產生晶片翹起、或是因為下面電極的電子零件(的下方所形成之焊料接合部)中混入熔融焊料中的溶劑等而產生孔洞。
例如專利文獻1中,減少有機溶劑的摻合量而使焊料組成物的黏度穩定性、印刷性提升的焊料用助焊劑,因為有機溶劑的摻合量少,而具有在焊料熔融時,焊料中不易混入有機溶劑的優點。
然而,若使助焊劑組成物所包含的有機溶劑以及樹脂成分,尤其是松香系樹脂的摻合量減少,尤其會具有小電子零件中的晶片翹起增加這樣的問題。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-209690號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明係用以解決上述課題,其目的在於提供一種焊料組成物,其可兼具抑制焊料接合部中產生孔洞與抑制電子零件的晶片翹起,以及提供一種具有使用該焊料組成物所形成之焊料接合部的電子電路封裝基板。 [解決課題之手段]
本發明的焊料組成物,包含具有松香系樹脂(A)、活性劑(B)及溶劑(C)的助焊劑組成物、以及焊料合金所構成之合金粉末(D),該溶劑(C)含有常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)。
該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),其結構中較佳係包含具有2個以上之羥基的多元醇(C-1a)與碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b)的酯鍵。
又,該具有2個以上之羥基的多元醇(C-1a),較佳為三羥甲基丙烷、新戊四醇及聚甘油的至少任一者。
又該碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b),其結構較佳為具有分支狀的烷基或分支狀的烯基。
又,該碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b)較佳為異硬脂酸。
該焊料合金所構成之合金粉末(D)較佳係含有Sb。
本發明的電子電路封裝基板,具有使用上述焊料組成物所形成之焊料接合部。 [發明之效果]
本發明的焊料組成物,可兼具抑制使用其所形成之焊料接合部中產生孔洞與抑制電子零件的晶片翹起。
以下詳細說明本發明的焊料組成物及電子電路封裝基板的一實施型態。另外,本發明不限於該實施型態。 1.助焊劑組成物
本實施型態之焊料組成物所包含的助焊劑組成物,含有松香系樹脂(A)、活性劑(B)與溶劑(C)。 松香系樹脂(A)
作為該松香系樹脂(A),可列舉例如:妥爾油松香、膠松香、木松香等松香;氫化松香、聚合松香、不均勻化松香、丙烯酸改質松香、馬來酸改質松香、甲醯基化松香等松香衍生物等。 另外,作為松香系樹脂(A),特佳係使用對於松香加氫而成的氫化松香、對於松香或松香衍生物進行丙烯酸改質而成的丙烯酸改質松香樹脂、及對於該丙烯酸改質松香樹脂加氫而成的氫化丙烯酸改質松香樹脂等。 又,此等可單獨或組合多種使用。
該松香系樹脂(A)的摻合量,相對於助焊劑組成物總量,較佳為15質量%以上50質量%以下。其摻合量更佳為18質量%以上35質量%以下,特佳為22質量%以上30質量%以下。 活性劑(B)
作為該活性劑(B),可列舉例如:有機胺、有機胺的氫鹵酸鹽等的胺鹽(無機酸鹽或有機酸鹽)、有機酸、有機酸鹽、有機胺鹽、溴、氯、碘等的鹵化物、咪唑或吡唑等含氮環式有機化合物等。具體而言,可列舉例如:二乙胺鹽、酸鹽、琥珀酸、己二酸、癸二酸、戊二酸、二苯胍氫溴酸鹽、環己胺氫溴酸鹽、溴化三聚異氰酸三烯丙酯、參(2,3-二溴丙基)三聚異氰酸酯,聚8,13-二甲基-8,12-二十碳二烯二酸酐、二聚物酸等。 另外,作為該活性劑(B),特佳可使用將丙二酸、琥珀酸、戊二酸及碳數18之不飽和脂肪酸二聚化而成的二聚物酸等。 又,此等可單獨或組合多種使用。
該活性劑(B)的摻合量,相對於助焊劑組成物總量,較佳為5質量%以上30質量%以下。其摻合量更佳為10質量%以上25質量%以下,特佳為12質量%以上22質量%以下。 溶劑(C)
作為該溶劑(C),可列舉:醇系、乙醇系、丙酮系、甲苯系、二甲苯系、乙酸乙酯系、乙基賽路蘇系、丁基賽路蘇系、二醇醚系、酯系等。此等可單獨或組合多種使用。
本實施型態之助焊劑組成物,作為該溶劑(C),較佳係含有常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)。
本說明書中,常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)的「常溫」係指15℃至30℃左右,其黏度係指在測量溫度25℃的條件中使用Brookfield旋轉黏度計(12rpm)量測者。
本實施型態之助焊劑組成物,因為包含該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),而可提供能夠兼具抑制焊料接合部中產生孔洞與抑制電子零件的晶片翹起的焊料組成物。因此,這樣的焊料組成物,特別適合用於製作混合封裝有尺寸、種類不同之電子零件的電子電路封裝基板,又可提供高可靠度的電子電路封裝基板。
亦即,該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),具有在加熱時亦不易揮發的性質。因此,包含其之助焊劑組成物,特別是在高溫下進行加熱時,對於熔融之焊料表面的被覆量亦不會大幅降低,且可保持一定的黏度(流動性),因此可抑制電子零件的晶片翹起。 又,藉此,即使在助焊劑組成物混入熔融焊料之中的情況,該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)與助焊劑組成物的其他成分之相容性亦優良,因而成為一體而容易從其中排出,藉此可抑制焊料接合部中產生孔洞。
又,焊料組成物使用高吸濕性之助焊劑組成物的情況,因為容易吸收大氣中的水分,因此亦容易產生結皮(skinning)。然後,若暴露於大氣中的助焊劑組成物與吸濕而來的水分反應,焊料組成物本體增黏,結果成為印刷時模糊等的原因。 然而,該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),因為將非極性的脂肪族基向外配向,因此吸濕性低,而能夠降低包含其之助焊劑組成物的吸濕性。藉此亦可防止結皮的產生,亦可抑制焊料組成物的增黏。
該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)的黏度較佳為200mPa・s以上400mPa・s以下,其黏度更佳為200mPa・s以上300mPa・s以下。 藉由使該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)的黏度在上述範圍,可使高溫下加熱時的助焊劑組成物的流動性更良好,因此可進一步抑制焊料接合部中產生孔洞。
該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),其結構較佳係包含具有2個以上之羥基的多元醇(C-1a)與碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b)的酯鍵。 又該具有2個以上之羥基的多元醇(C-1a),更佳為具有3個以上之醇性羥基,特佳為三羥甲基丙烷、新戊四醇及聚甘油的至少任一者。 另外,該具有2個以上之羥基的多元醇(C-1a)中的羥基成為酯鍵而未殘存,就降低吸濕性而言係為理想。
該碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b),其結構較佳係具有分支狀的烷基或分支狀的烯基。又,該碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b)更佳為異硬脂酸。 尤其是該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),就減少孔洞及結皮之產生而言,較佳係使用在1分子中以酯鍵與3分子以上的碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b)鍵結者。
作為該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),較佳係使用例如三異硬脂酸三羥甲基丙烷、四異硬脂酸新戊四醇、三異硬脂酸二甘油等。 另外,該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),可單獨使用一種或組合多種使用。
該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)的摻合量,相對於助焊劑組成物總量,較佳為5質量%以上40質量%以下。其摻合量更佳為8質量%以上35質量%以下,特佳為10質量%以上30質量%以下。
另外,該溶劑(C)整體的摻合量,相對於助焊劑組成物總量,較佳為20質量%以上70質量%以下。其摻合量更佳為25質量%以上65質量%以下,特佳為30質量%以上60質量%以下。 作為該常溫下黏度為150mPa・s以上500mPa・s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)以外的溶劑,從維持印刷性的觀點來看,較佳可併用常溫下黏度為30mPa・s以下的溶劑。作為這樣的溶劑,特別可列舉苯基乙二醇(Phenyl Glycol)等。 觸變劑
本實施型態之助焊劑組成物中可摻合觸變劑。作為該觸變劑,可列舉例如:硬化菎麻油、雙醯胺系觸變劑(飽和脂肪酸雙醯胺、不飽和脂肪酸雙醯胺、芳香族雙醯胺等)、二甲基二亞苄基山梨糖醇等。 此等之中,特佳為使用硬化菎麻油作為該觸變劑。硬化菎麻油,相較於其他觸變劑,其軟化點較低,因此可提升焊料組成物加熱時助焊劑組成物的流動性。因此,可提升抑制晶片翹起發生的效果。 另外,此等可單獨或組合多種使用。
該觸變劑的摻合量,相對於助焊劑組成物總量,較佳為3質量%以上15質量%以下,再佳為5質量%以上10質量%以下。
本實施型態的助焊劑組成物中,以抑制焊料合金所構成之合金粉末氧化為目的,亦可摻合抗氧化劑。 作為該抗氧化劑,可列舉例如:受阻酚系抗氧化劑、酚系抗氧化劑、雙酚系抗氧化劑、聚合物型抗氧化劑等。此等之中,特佳係使用受阻酚系抗氧化劑。 該抗氧化劑不限於此等,又其摻合量並未特別限定。其一般的摻合量,相對於助焊劑組成物總量,較佳為0.5質量%至5質量%左右。
本實施型態的助焊劑組成物中亦可更加入消光劑、消泡劑等添加劑。該添加劑的摻合量,相對於助焊劑組成物總量,較佳為10質量%以下,再佳的摻合量為5質量%以下。 又本實施型態的助焊劑組成物中,在不阻礙其效果的範圍內,亦可摻合松香系樹脂以外的樹脂。 2.焊料組成物
本實施型態的焊料組成物,可以習知的方法將上述助焊劑組成物與焊料合金所構成之合金粉末(D)混合而製作。 焊料合金所構成之合金粉末(D)
作為該焊料合金所構成之合金粉末(D)中所使用之焊料合金,可列舉例如:將Sn、Ag、Cu、Bi、Zn、In、Ga、Sb、Au、Pd、Ge、Ni、Cr、Al、P、In、Pb等組合多種而成者。 其中特佳係使用液相線溫度在230℃以上245℃以下者作為該焊料合金。使用這種焊料合金所構成之合金粉末(D)的焊料組成物,例如在電子電路基板的兩面上,於單面逐一封裝電子零件的情況中,可理想地使用於最初的電子零件之封裝。 亦即,可以先在電子電路基板的單面上,使用具有液相線溫度230℃以上245℃以下的焊料合金所構成之合金粉末(D)的焊料組成物將電子零件封裝(形成焊料接合部),之後使用具有液相線溫度比該焊料合金更低的焊料合金所構成之合金粉末的焊料組成物,在該電子電路基板的另一面上將電子零件封裝。 此時,使用具有液相線溫度在230℃以上245℃以下的焊料合金所構成之合金粉末(D)的焊料組成物所形成之焊料接合部,在後續進行的、電子電路基板之另一面的電子零件封裝中不易熔融,因此可理想地使用於這樣的封裝方法。
本實施型態的焊料組成物,藉由使用上述助焊劑組成物,可兼具抑制電子零件的晶片翹起及抑制焊料接合部中產生孔洞。 又,本實施型態的焊料組成物,例如即使在該焊料合金中包含易氧化之Sb的情況,如上所述,因為可抑制焊料組成物加熱時助焊劑組成物對於熔融焊料表面的被覆量大幅降低,且可保持一定的黏度(流動性),因此可抑制焊料接合部中產生孔洞。 從提升焊料接合部的強度等觀點來看,作為該焊料合金,特佳係使用包含5質量%之Sb且剩餘部分為Sn所構成之焊料合金。
該焊料合金所構成之合金粉末(D)的摻合量,相對於焊料組成物總量,較佳為63質量%至93質量%。其摻合量更佳為84質量%至92質量%,其摻合量特佳為86質量%至90質量%。 3.電子電路封裝基板
本實施型態的電子電路封裝基板,具有使用上述焊料組成物所形成的焊料接合部。該焊料接合部,例如係由以下的方法所形成。 亦即,在電子電路基板上的預定位置印刷該焊料組成物,再於該電子電路基板上的既定位置搭載電子零件(亦可混合有尺寸、種類不同的電子零件),再將其回焊,藉此而形成。 如此形成之焊料接合部中,因為使用上述焊料組成物形成,而可抑制其產生孔洞。又經過封裝的電子零件中,因為使用上述焊料組成物,而可抑制其晶片翹起。 然後,具有這種焊料接合部的電子電路封裝基板,可發揮高可靠度,而可理想地用於半導體及電子設備等。 [實施例]
以下舉出實施例及比較例詳述本發明。另外,本發明不限於此等的實施例。 溶劑(C)的黏度的測量
針對表1之各溶劑(C),在測量溫度25℃的條件中,使用Brookfield旋轉黏度計(12rpm)進行測量,結果一併記載於表1。另外,表1之黏度的單位為mPa・s。 助焊劑組成物的製作
以表1所示的組成及摻合將各成分揉合,製作實施例1至3及比較例1至6的各助焊劑組成物。另外,表1之中,與表示組成相關的數值之單位,若未特別說明則為質量%。 焊料組成物的製作
接著,將實施例1至3及比較例1至6之助焊劑組成物11.5質量%與95Sn-5Sb焊料合金粉末(粉末粒徑1μm至12μm)88.5質量%混合,得到實施例1至3及比較例1至6之焊料組成物。
[表1]
溶劑(C)的黏度 實施例1 實施例2 實施例3 比較例1 比較例2 比較例3 比較例4 比較例5 比較例6
松香系樹脂(A) KE-604 ※1   19.2 19.2 19.6 19.6 18.6 18.6 21 20.2 18.6
Foral AX  ※2   5.5 5.5 5.6 5.6 5.4 5.4 6 5.8 5.4
活性劑(B) 丙二酸   0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
琥珀酸   0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
戊二酸   2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
UNIDYME14 ※3   8 8 8 8 8 8 8 8 8
3,5二甲基吡唑   2 2 2 2 2 2 2 2 2
溶劑(C) (C-1) KAK TTI ※4 200 24.2                
KAK PTI ※5 300 24.2        
Risorex PGIS23 ※6 400 24.2        
  Risorex PGIS22 ※7 600 24.2        
RISOCAST IOHS ※8 60         24.2        
RISOCAST ODSHS ※9 100           24.2      
Hymalate DIS ※10 2600             24.2    
RISONOL 18SP ※11 40                 24.2
Pronon 104 ※12 293               24.2  
苯基乙二醇 20 27 27 27 27 27 27 27 27 27
二乙二醇己醚 7 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2
觸變劑   硬化菎麻油   7.5 7.5 7 7 8.2 8.2 5.2 6.2 8.2
※1 加氫酸改質松香 荒川化學工業股份有限公司製 ※2 丙烯酸改質松香 Eastman Chemical Company製 ※3 二聚物酸 Kraton Corporation製 ※4 三異硬脂酸三羥甲基丙烷 KOKYU ALCOHOL KOGYO CO., LTD.製 ※5 四異硬脂酸新戊四醇 KOKYU ALCOHOL KOGYO CO., LTD.製 ※6 三異硬脂酸二甘油 KOKYU ALCOHOL KOGYO CO., LTD.製 ※7 二異硬脂酸二甘油 KOKYU ALCOHOL KOGYO CO., LTD.製 ※8 羥基硬脂酸2-乙基己酯 KOKYU ALCOHOL KOGYO CO., LTD.製 ※9 12-硬脂醯基硬脂酸辛基十二酯 KOKYU ALCOHOL KOGYO CO., LTD.製 ※10 蘋果酸二異硬脂醯酯 KOKYU ALCOHOL KOGYO CO., LTD.製 ※11 異硬脂醯醇 KOKYU ALCOHOL KOGYO CO., LTD.製 ※12 聚乙二醇・聚丙二醇 日油股份有限公司製 <吸濕性確認試驗>
針對實施例及比較例的各助焊劑組成物5g,使用微量水分測量裝置(產品名稱:AQUACOUNTER AQ-7,平沼產業股份有限公司製),進行水分測量。 接著,將上述各助焊劑組成物投入設定為40℃、90%的高溫高濕槽,放置24小時。然後,使用上述裝置進行各助焊劑組成物的水分測量,算出投入高溫高濕槽前後各助焊劑組成物的水分吸收增加率,以下述基準進行評估。 ○:水分吸收增加率小於3% △:水分吸收增加率在3%以上、小於5% ×:水分吸收增加率在5%以上 <結皮產生確認試驗>
將實施例及比較例的各焊料組成物30g投入設定於30℃的高溫槽,放置4天。之後,以目視觀察各焊料組成物的表面性狀,以下述基準評估。 ○:焊料組成物的表面的性狀無異常 △:焊料組成物的表面稍微具有結皮 ×:焊料組成物的表面具有結皮 <孔洞產生確認試驗>
準備以下的用具。 ・印刷電路板(焊墊(land)直徑:200μm) ・金屬遮罩(厚度:50μm,開口直徑:150μm) ・Cu板(厚度:0.5mm,已使用研磨劑將表面研磨且洗淨) 使用上述金屬遮罩將各焊料組成物印刷於各印刷基板上。 接著,在上述各印刷基板上載置各Cu板,將此等進行回焊,製作具有焊料部的各試驗用基板。另外,回焊條件如下。 回焊爐:產品名稱:TNP25-538EM,田村製作所股份有限公司製 預熱:165℃至175℃,150秒 峰值溫度:260℃ 200℃以上的時間:105秒 235℃以上的時間:60秒 峰值溫度至200℃的冷卻速度:3℃至8℃/秒 氧濃度:100±50ppm 然後針對各試驗用基板,使用X光檢査裝置(產品名稱:XD7600 Diamond,Nordson Dage公司製)觀察形成有焊料部的區域之中心部中的任意400處,針對各焊料部,以下述基準評估總孔洞面積率((孔洞的總面積)/(焊料部的面積)×100))在10%以上的焊料部的孔洞產生率。 另外,孔洞產生率係以下述計算式所算出。 孔洞產生率:總孔洞面積率10%以上之焊料部的數量/400×100 ◎:孔洞產生率小於0.5% ○:孔洞產生率在0.5%以上且小於1% △:孔洞產生率在1%以上且小於4% ×:孔洞產生率在4%以上
[表2]
  實施例1 實施例2 實施例3 比較例1 比較例2 比較例3 比較例4 比較例5 比較例6
吸濕性確認試驗 ×
結皮產生確認試驗 ×
孔洞產生確認試驗 × × × ×
如以上所示,各實施例之焊料組成物經時的吸濕少。因此,可抑制使用其形成的焊料部(焊料接合部)中產生孔洞。又,經時的黏度(性狀)變化亦少,因此在回焊時可良好地保持流動性,除了抑制孔洞產生的效果以外,可期待亦能夠發揮抑制晶片翹起的效果。

Claims (11)

  1. 一種焊料組成物,包含具有松香系樹脂(A)、活性劑(B)、溶劑(C)的助焊劑組成物、及焊料合金所構成之合金粉末(D);該溶劑(C)含有常溫下黏度為150mPa.s以上500mPa.s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1);其中相對於助焊劑組成物總量,松香系樹脂(A)為15~50質量%,活性劑(B)為5~30質量%,溶劑(C)為20~70質量%,以及常溫下黏度為150mPa.s以上500mPa.s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1)為5~40質量%。
  2. 如請求項1之焊料組成物,其中該常溫下黏度為150mPa.s以上500mPa.s以下的碳數12以上的脂肪酸酯(C-1),其結構中包含具有2個以上之羥基的多元醇(C-1a)與碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b)的酯鍵。
  3. 如請求項2之焊料組成物,其中該具有2個以上之羥基的多元醇(C-1a)為三羥甲基丙烷、新戊四醇及聚甘油的至少任一者。
  4. 如請求項2或3之焊料組成物,其中該碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b),其結構中具有分支狀的烷基或分支狀的烯基。
  5. 如請求項2或3之焊料組成物,其中該碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b)為異硬脂酸。
  6. 如請求項4之焊料組成物,其中該碳數12以上22以下的脂肪酸(C-1b)為異硬脂酸。
  7. 如請求項1至3中任一項之焊料組成物,其中該焊料合金所構成之合金粉末(D)含有Sb。
  8. 如請求項4之焊料組成物,其中該焊料合金所構成之合金粉末(D)含有Sb。
  9. 如請求項5之焊料組成物,其中該焊料合金所構成之合金粉末(D)含有Sb。
  10. 如請求項6之焊料組成物,其中該焊料合金所構成之合金粉末(D)含有Sb。
  11. 一種電子電路封裝基板,具有使用如請求項1至10中任一項之焊料組成物所形成之焊料接合部。
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