近年来,伴随着
电子设备配线
基板的小型化,表面安装技术飞 快地发展。表面安装时,虽然使用焊糊,但这些
焊料一般是
锡一铅 系焊料,从很早以前就开始使用了。但是,电子设备作为一般工业 废弃物废弃时,放置在环境中,配线基板上所用焊料中的铅成分会 溶解出来,浸入地下
水中,对人类造成危害。
因此,盛行开发完全不含铅的无铅焊料,其中,锡-
银系焊料, 就机械特性和处理性讲,虽然获得了大致和以前的锡-铅系焊料相 同的特性,但
费用很高,而且存在熔点很高的问题。就这一点,该 组成焊料的普及受到阻碍。
与此相对,锡-锌系焊料,或锡-锌-铋系焊料,熔点和锡- 铅系焊料相同,与其说机械特性比锡-铅其晶焊料好,不如说其优 点是费用控制在同等程度上,与此相反,存在的问题是,非常容易 氧化,也容易产生焊球,焊料糊在保存中会增加粘性,潮湿性极差, 进而产生大量的空隙。
为回避这些问题,认为应当使用活性非常强的焊剂,但
焊接后 必须洗净,否则会产生焊剂残渣引起
腐蚀的问题,在连续焊接后, 可靠性也会产生问题。
如特开平8-164496号
公报中所公开的那样,提出了一种用锡 和镍等稳定金属处理表面的方法。然而,这种方法,由于采用
碱脱 脂、除氧化膜、铅活性化处理、
镀镍等工序,所以费用非常昂贵, 这就损害了锡-锌系焊料费用低的优点。
在特开平10-58190号公报中,作为防止焊粉(如锡-铅系焊 粉)氧化的
表面处理方法,公开了一种在其表面形成
己二酸金属化 合物的方法。然而,这种方法,主要是已二酸和焊粉中的铅形成有 机金属化合物,但对于不含铅的锡-锌系焊粉或锡-锌-铋系焊粉, 却没有足够的防其氧化的效果。
如上所述,在焊粉中不使用铅是社会的要求,因此,希望能有 效防止上述锡-锌系焊粉和锡-锌-铋系焊粉的表面氧化。
因此,本发明的目的是获得一种能有效防止以锡-锌或锡-锌 -铋为主要成分的
合金焊粉表面氧化的无铅焊粉及其制造方法。
发明公开
本发明者们经过深入研究,结果发现在以锡-锌或锡-锌-铋 为主要成分的合金焊粉表面上,通过使丙二酸和合金焊粉中的金属 形成有机金属化合物,可达到上述目的。
本发明基于上述发现,提供了无铅焊粉,其特征是将锡-锌或 锡-锌-铋作为主要成分,在不含铅的合金焊粉表面上,使丙二酸 和该合金焊粉中的金属形成有机金属化合物。
本发明还提供一种无铅焊粉的制造方法,作为本发明无铅焊粉 的最佳制造方法,其特征是将锡-锌或锡-锌-铋为主要成分的不 含铅的合金焊粉与
气化的丙二酸蒸气进行反应,在该合金焊粉表面 上,由该合金焊粉中的金属和丙二酸形成有机金属化合物。
实施发明的最佳方案
以下详细叙述本发明。
本发明中使用以锡-锌或锡-锌-铋为主要成分的不含铅合金 焊粉。这种合金焊粉,因为其不含铅而符合社会要求。正如上述, 其优点是熔点与以前广泛使用的锡-铅焊粉相同,与其说机械特性 比锡-铅共晶焊粉好,不如说费用也控制在同等程度。
该合金焊粉的粒径为10~40μm,最好为20~40μm。当合金 焊粉的粒径低于10μm时,制造时的氧化激烈,即使进行表面处理, 也不能防止产生焊球。另一方面,随着今后基板的小型化,表面安 装的部件也越来越小。由于配线间距趋于更加狭窄,所以合金焊粉 的粒径上限定为40μm。
本发明的无铅焊粉是在上述合金焊粉的表面上,由丙二酸和该 合金焊粉中的金属形成有机金属化合物,作为合金焊粉中形成这种 有机金属化合物的金属,主要是锌。锌和丙二酸的羧基进行反应, 形成坚固的有机金属化合物。发现这样的效果来源于丙二酸。作为 二碱式酸的已二酸,如上所述,也能与锡-铅系合金焊粉形成坚固 的有机金属化合物,但与以锡-锌或锡-锌-铋为主成分的合金焊 粉,却不能像丙二酸一样形成坚固的有机金属化合物。
本发明中,附着于合金焊粉的丙二酸的量,作为合金焊粉表面 酸提取有机金属化合物时的丙二酸换算量,最好是整个焊粉重量的 0.01~1.0重量%,更好为0.03~0.6重量%,0.05~0.5重量%尤其 好。上述换算量低于0.01重量%时,由丙二酸形成保护膜的效果, 也就是在焊粉处理中防氧化的效果很低,从而降低了抑制焊球产生 的效果。另一方面,当上述换算量超过1.0重量%时,由于丙二酸 量的增加,在焊粉处理中,产生聚集颗粒,使分散性变坏,难以形 成糊状,得不到抵消费用增加的效果。
以下对本发明的制造方法进行说明。
本发明中,使上述成分的合金焊粉与气化的丙二酸蒸气进行反 应,使合金焊粉中的金属与丙二酸在合金焊粉表面上形成有机金属 化合物。
作为使合金焊粉中的金属与丙二酸在合金焊粉表面上形成有机 金属化合物的无铅焊粉方法,最好的方法是使气化的丙二酸蒸气与 合金焊粉表面进行反应。作为具体的方法有:将气化的丙二酸蒸气
吸附到合金焊粉中的方法,或者将丙二酸与合金焊粉混合再进行加 热的方法。为了使丙二酸在合金焊粉表面上形成有机金属化合物, 必须使
温度高于常温。
由于丙二醇的分解温度为约140℃,所以作为处理温度最好为 50~120℃,这是因为,处理温度低于50℃,处理温度过低,不能 在合金焊粉表面上形成有机金属化合物。另一方面,超过120℃, 处理温度很高时,合金焊粉开始
烧结,产生很大的
块状物,很不理 想。
为了有效地使丙二酸和锌进行反应,必须在极低的氧化状态下 处理合金焊粉,处理时的环境气,最好在氩气等惰性气体环境中, 形成
真空度为10-1乇或更低的高真空。
丙二酸的添加量,虽然也取决于合金焊粉的粒度,但对上述合 金焊粉的附着量,最好为0.01~1.0重量%。这是因为,当添加量低 于0.01重量%时,不能全部
覆盖住合金焊粉的表面,从而达不到添 加效果。当超过1.0重量%时,没有形成有机金属化合物的那部分 丙二酸残留在表面上,由于它溶入到焊剂的溶解介质中,很容易使 焊糊变质,这也不是理想的,丙二酸特别好的添加量为0.05~0.5重 量%。
本发明的无铅焊粉与含有
溶剂等适当的焊剂进行混练,形成无 铅焊糊。
本发明的无铅焊粉,由于获得了由丙二酸和合金焊粉中金属结 合的有机金属化合物保护膜,所以无铅焊粉制造后,能防止焊粉在 保存中被氧化。将这种无铅焊粉制成糊状,在糊化工序、印刷工序、 向回流炉输送工序、回流工序等整个处理工序中,可防止氧化。将 其制成糊状使用时也能尽可能地抑制产生焊球。因此,在使用的焊 剂中必须将活性剂量限定得最小,进而也不需要胺等活性剂。从而 可省去利用吹拂Freon的洗净工序,在小型化、轻量化的电子线路 等微焊安装技术中,提供了一种极为适用的无铅焊粉及无铅焊糊。
以下根据
实施例具体说明本发明,表中的%是重量基准的。
实施例1
将Sn、8重量%的Zn和2重量%的Bi的合金粉末用旋转盘法 调制后,筛分成20~40μm,制得合金焊粉。
将0.5g丙二酸(对于合金焊粉,相当于0.05重量%)装入安装 有覆套式
电阻加热器的200ml分离烧瓶内,加热到150℃。使用3 个口的盖,中间的口接
温度计,其他两个口接
铜管,利用一个铜管, 以10ml/分的速率通入作为载气的氩气。准备用
橡胶栓作盖的1000ml 样品瓶,要装2个铜管,一个铜管通入含气化丙二酸的氩气,另一 个铜管作出口,并安装逆止
阀,用
乙醇吸丙二酸后,排放到大气中,
将1kg上述合金焊粉装入样品瓶内,将样品瓶浸入油浴中达合 金焊粉的高度,吹入氩气,110℃下保持5小时。此时容器中的真空 度为1×10-2乇。当分离烧瓶内的丙二酸没有时,停止氩气供入, 将样品瓶浸在20℃水浴中冷却,达到常温后,取出获得的无铅焊粉。
用热天平测量丙二酸的附着量时,以丙二醇换算量计,为总焊 粉重量的0.05重量%。
实施例2
除了将装入分离烧瓶内的丙二酸量取为0.75g(对于合金焊粉, 相当于0.075重量%)外,进行和实施例1相同的处理,得到无铅 焊粉。用热天平测量丙二酸附着量时,以丙二酸换算量计,为总焊 粉重量的0.075重量%。
实施例3
除了将装入分离烧瓶内的丙二酸量取为1g(对于合金焊粉,相 当于0.1重量%)外,进行和实施例1相同的处理,得到无铅焊粉。 用热天平测量丙二酸附着量时,以丙二酸换算量计,为总焊粉重量 的0.1重量%。
实施例4
除了将装入分离烧瓶内的丙二酸量取为5g(对于合金焊粉,相 当于0.5重量%)外,进行和实施例1相同的处理,得到无铅焊粉。 用热天平测量丙二酸附着量时,以丙二酸换算量计,为总焊粉重量 的0.5重量%。
实施例5
除了将装入分离烧瓶内的丙二酸量取为10g(对于合金焊粉, 相当于1.0重量%)外,进行和实施例1相同的处理,得到无铅焊 粉。用热天平测量丙二酸附着量时,以丙二酸换算量计,为总焊粉 重量的1.0重量%。
比较例1
对实施例1中使用的合金焊粉完全不加处理,将其作为无铅焊 粉。
比较例2
除了在分离烧瓶内加入1.5g已二酸(对于合金焊粉,相当于0.15 重量%)代替丙二酸外,进行和实施例1相同的处理,得到无铅焊 粉。用热天平测量己二酸附着量时,以丙二酸换算量计,为总焊粉 重量的0.15重量%。
将1.05g这样得到的实施例1~5及比较例1~2的无铅焊粉和 0.25g焊剂(松香60重量%、丁基卡必醇30重量%、加氢
蓖麻油9 重量%)装入10ml的聚乙烯容器中,用刮勺混练5分钟,分别制作 成无铅焊糊。
将这些无铅焊糊在25℃、60%RH条件下保存,将这些焊糊变 得太硬而无法用刮勺搅拌所需的的时间作为增粘性进行评价。结果 示于表1。
表1 表面处理条件 增粘性 (糊变硬时间) 添加剂 添加量 (%) 处理 时间 (hr) 处理 温度 (℃) 保存条件:25℃ 60%RH达到硬化 实施例 1 丙二酸 0.05 5 110 >168hr 2 丙二酸 0.075 5 110 >168hr 3 丙二酸 0.1 5 110 >168hr 4 丙二酸 0.5 5 110 >168hr 5 丙二酸 1.0 5 110 >168hr 比较例 1 未处理 <48hr 2 己二酸 0.15 5 110 <48hr
如表1中所示,用丙二酸进行表面处理的实施例1~5,焊糊硬 化时间在156小时以上,显示出很好的增粘性。与此相反,没有处 理的比较例1和用己二酸进行表面处理的比较例2,焊糊硬化时间 低于48小时,增粘性很差。
工业应用性
如上述,根据本发明的无铅焊粉,可以有效防止以锡-锌-铋 为主成分的合金焊粉表面氧化,根据本发明的制造方法,可很容易 地获得上述无铅焊粉。