助焊剂及焊膏
阅读：36发布：2020-05-14
专利汇可以提供助焊剂及焊膏专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供能减少钎 焊接 合部中的空隙面积率、且确保良好印刷性的 助焊剂 及 焊膏 。一种助焊剂，其特征在于，包含 基础 树脂 、活性剂、 溶剂 、以及添加剂，作为添加剂，包含相对于助焊剂总量为0.5 质量 ％以上且12质量％以下的下述通式(1)所示化合物和下述通式(2)所示化合物中的至少一者。(式中，R1为甲基、乙基或羟基甲基，R2为羟基甲基或羧基，R3为羟基甲基或借助CH2-O-CH2对称地连接的重复单元，R1、R2和R3中的至少任一者为羟基甲基。)(式中，R4和R5为相同或不同的烷基。)，下面是助焊剂及焊膏专利的具体信息内容。
1.一种助焊剂，其特征在于，包含基础树脂、活性剂、溶剂、以及添加剂，作为所述添加剂，包含相对于助焊剂总量为0.5质量％以上且12质量％以下的下述通式(1)所示化合物和下述通式(2)所示化合物中的至少一者，
式(1)中，R1为甲基、乙基或羟基甲基，R2为羟基甲基或羧基，R3为羟基甲基或借助CH2-O-CH2对称地连接的重复单元，R1、R2和R3中的至少任一者为羟基甲基，式(2)中，R4和R5为相同或不同的烷基。
2.根据权利要求1所述的助焊剂，其特征在于，所述通式(1)所示化合物为选自三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、二(三羟甲基丙烷)和2,2-双(羟基甲基)丙酸中的至少任一种，所述通式(2)所示化合物为2,4-二乙基-1,5-戊二醇。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的助焊剂，其特征在于，所述通式(1)所示化合物和所述通式(2)所示化合物中的至少一者的配混量相对于助焊剂总量为1质量％以上且6质量％以下。
4.一种焊膏，其特征在于，包含权利要求1～权利要求3中任一项所述的助焊剂和软钎料合金粉末。
5.根据权利要求4所述的焊膏，其特征在于，用于具有面积为25mm2以上的软钎焊盘部的电子电路基板。
6.一种电子电路安装基板的制造方法，其特征在于，
将权利要求4或权利要求5所述的焊膏印刷到电子电路基板上，
在印刷有所述焊膏的所述电子电路基板上载置电子部件，
将载置有所述电子部件的所述电子电路基板在规定温度下进行回流焊，从而在所述电子电路基板上形成由所述焊膏形成且接合所述电子部件与所述电子电路基板的钎焊接合体。
7.一种电子控制装置，其特征在于，具有权利要求6所述的电子电路安装基板。
助焊剂及焊膏
技术领域
[0001] 本发明涉及助焊剂及焊膏。
背景技术
[0003] 通常，焊膏通过混炼助焊剂与软钎料合金粉末而生成。此外，在钎焊接合时，将焊膏通过例如丝网印刷方法印刷到电子电路基板上，在期望的位置载置电子部件，将其加热，从而在电子电路基板上形成由焊膏形成的钎焊接合体(本说明书中，软钎料合金粉末熔融并凝集固化而成的钎焊接合部与在回流焊后残留在电子电路安装基板上的助焊剂残渣一并称为“钎焊接合体”。)。该钎焊接合体之中的钎焊接合部将电子电路基板的导体图案与电子部件的电极进行电接合。
[0005] 但是，助焊剂中所含的溶剂、活性剂之类的成分在加热工序中挥发，分解而产生气体。此外，在加热工序时凝集固化中的钎焊接合部在保持引入该气体的状态下发生固化时，所形成的钎焊接合部成为在其中仍包含空隙的状态。空隙是钎焊接合部的一部分成为空洞，因此钎焊接合部中所含的(产生的)空隙的面积率越大，钎焊接合部的可靠性越降低。
[0006] 作为抑制钎焊接合部中产生的空隙的方法、减少空隙的面积率的方法，可列举出例如在助焊剂中配混特定的松香的方法、配混特定的活性剂的方法以及作为添加剂配混环状有机磷酸化合物的方法(参照专利文献1)等。
[0007] 但是，这些方法的情况下，即使能够抑制钎焊接合部的空隙的产生，也不一定充分保持作为助焊剂的期望的效果、例如印刷性等。另外，虽然在使用例如2.0mm×1.2mm尺寸、3.2mm×1.6mm尺寸等的电子部件(芯片部件)时能抑制钎焊接合部中产生的空隙，但在使用更大的电子部件时也有可能不能发挥该效果。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1：日本特开2017-136636号公报
发明内容
[0011] 发明要解决的问题
[0012] 本发明解决上述问题，目的在于提供能减少钎焊接合部中的空隙面积率且确保良好印刷性的助焊剂及焊膏。
[0013] 用于解决问题的方案
[0014] (1)本发明的助焊剂的特征在于，包含基础树脂、活性剂、溶剂、以及添加剂，作为前述添加剂，包含相对于助焊剂总量为0.5质量％以上且12质量％以下的下述通式(1)所示化合物和下述通式(2)所示化合物中的至少一者。
[0015]
[0016] (式中，R1为甲基、乙基或羟基甲基，R2为羟基甲基或羧基，R3为羟基甲基或借助CH2-O-CH2对称地连接的重复单元，R1、R2和R3中的至少任一者为羟基甲基。)
[0017]
[0018] (式中，R4和R5为相同或不同的烷基。)
[0019] (2)根据上述(1)所述的构成，其特征在于，上述通式(1)所示化合物为选自三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、二(三羟甲基丙烷)和2,2-双(羟基甲基)丙酸中的至少任一种，上述通式(2)所示化合物为2,4-二乙基-1,5-戊二醇。
[0020] (3)根据上述(1)或(2)所述的构成，其特征在于，上述通式(1)所示化合物和上述通式(2)所示化合物中的至少一者的配混量相对于助焊剂总量为1质量％以上且6质量％以下。
[0021] (4)本发明的焊膏的特征在于，包含上述(1)～(3)中任一项所述的助焊剂、以及软钎料合金粉末。
[0022] (5)本发明的焊膏的特征在于，用于具有面积为25mm2以上的软钎焊盘部的电子电路基板。
[0023] (6)本发明的电子电路安装基板的制造方法的特征在于，将上述(4)或(5)所述的焊膏印刷到电子电路基板上，在印刷有前述焊膏的前述电子电路基板上载置电子部件，将载置有前述电子部件的前述电子电路基板在规定的温度下进行回流焊，从而在前述电子电路基板上形成由前述焊膏形成且接合前述电子部件与前述电子电路基板的钎焊接合体。
[0024] (7)本发明的电子控制装置的特征在于，具有上述(6)所述的电子电路安装基板。
[0025] 发明的效果
[0026] 本发明的助焊剂及使用其的焊膏能够减少钎焊接合部中的空隙面积率，并且确保良好的印刷性。另外，本发明的助焊剂及使用其的焊膏即使在用于具有面积为一定以上的软钎焊盘部的电子电路基板时也能够减少钎焊接合部中的空隙面积率。
具体实施方式
[0027] 以下详细说明本发明的助焊剂及焊膏的一实施方式。需要说明的是，本发明当然不限定于这些实施方式。
[0028] (1)助焊剂
[0029] 本实施方式的助焊剂包含基础树脂、活性剂、溶剂、以及添加剂。
[0030] <基础树脂>
[0031] 作为前述基础树脂，例如可列举出松香系树脂、丙烯酸类树脂、苯乙烯-马来酸树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、聚酯树脂、苯氧基树脂、萜烯树脂及聚亚烷基碳酸酯等。这些之中，特别优选使用松香系树脂及丙烯酸类树脂。需要说明的是，它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0032] 作为前述松香系树脂，例如可列举出妥尔油松香、脂松香、木松香等松香；使松香进行聚合、氢化、歧化、丙烯酸化、马来化、酯化或者酚加成反应等而得到的松香衍生物；这些松香或松香衍生物与不饱和羧酸(丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸等)发生Diels Alder反应而得到的改性松香树脂等。这些之中，特别优选使用对经酸改性的松香进行氢化而得到的氢化酸改性松香。需要说明的是，它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0033] 前述松香系树脂的酸值优选为80mgKOH/g～350mgKOH/g，其重均分子量优选为250Mw～1100Mw。
[0034] 作为前述丙烯酸类树脂，只要是例如通过使包含(甲基)丙烯酸的单体聚合而生成的物质，则均可使用。另外，该丙烯酸类树脂可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0035] 前述丙烯酸类树脂的酸值优选为30mgKOH/g～100mgKOH/g，其重均分子量优选为3000Mw～30000Mw。
[0036] 前述基础树脂的配混量相对于助焊剂总量优选为10质量％以上且60质量％以下、更优选为20质量％以上且50质量％以下。
[0037] 另外，前述基础树脂整体的酸值优选为30mgKOH/g～350mgKOH/g。
[0038] 使用松香系树脂作为前述基础树脂时，该松香系树脂的配混量相对于助焊剂总量优选为5质量％以上且60质量％以下、更优选为5质量％以上且50质量％以下。
[0039] 使用丙烯酸类树脂作为前述基础树脂时，该丙烯酸类树脂的配混量相对于助焊剂总量优选为10质量％以上且60质量％以下、更优选为10质量％以上且50质量％以下。
[0040] 另外，组合使用前述松香系树脂与前述丙烯酸类树脂作为前述基础树脂时，其配混比率以松香系树脂：丙烯酸类树脂的比率计优选为10：90～50：50、更优选为15：85～30：70。
[0041] <活性剂>
[0042] 作为前述活性剂，例如可列举出羧酸类、含卤素的化合物等。它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0043] 作为前述羧酸类，例如可列举出单羧酸、二羧酸等以及其它有机酸。
[0047] 需要说明的是，它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0048] 作为前述含卤素的化合物，例如可列举出非解离性的卤化合物(非解离型活性剂)、解离性的卤化合物(解离型活性剂)。
[0049] 作为前述非解离型活性剂，可列举出通过共价键键合有卤素原子的非盐系的有机化合物，例如可以为像氯化物、溴化物、碘化物、氟化物那样基于氯、溴、碘、氟的各单独元素的共价键的化合物，另外也可以为通过共价键键合2种以上不同的卤素原子的化合物。该化合物优选为了提高对于水性溶剂的溶解性而像例如卤化醇那样具有羟基等极性基团。作为该卤化醇，例如可列举出二溴丁烯二醇、2,3-二溴丙醇、2,3-二溴丁二醇、1,4-二溴-2-丁醇、三溴新戊醇等溴化醇；2-溴己酸等溴化有机酸；1,3-二氯-2-丙醇、1,4-二氯-2-丁醇等氯化醇；3-氟邻苯二酚等氟化醇；其它与它们类似的化合物。它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0050] 上述举出的物质之中，特别优选使用琥珀酸、辛二酸、二溴丁烯二醇。它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0051] 前述活性剂的配混量相对于助焊剂总量优选为0.5质量％～20质量％。更优选的前述配混量为1质量％～15质量％，特别优选的前述配混量为1质量％～10质量％。
[0052] <溶剂>
[0053] 作为前述溶剂，例如可以使用异丙醇、乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、二乙二醇单己醚、二乙二醇-2-乙基已基醚、乙二醇单苯醚、丁基卡必醇、辛二醇、α松油醇、β松油醇、四乙二醇二甲醚、偏苯三酸三(2-乙基己酯)、癸二酸二异丙酯及马来酸二丁酯等。需要说明的是，它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0054] 前述溶剂的配混量相对于助焊剂总量优选为10质量％以上且65质量％以下。更优选的其配混量为20质量％以上且50质量％以下，特别优选的配混量为25质量％以上且45质量％以下。
[0055] <添加剂>
[0056] 本实施方式的助焊剂中，作为添加剂，优选配混相对于助焊剂总量为0.5质量％以上且12质量％以下的下述通式(1)所示化合物和下述通式(2)所示化合物中的至少一者。
[0057] 该添加剂的配混量相对于助焊剂总量不足0.5质量％时，存在不能充分发挥钎焊接合部的空隙产生抑制效果的担心。另外，该配混量超过12质量％时，存在使用其制作的焊膏的印刷性降低的担心。
[0058]
[0059] (式中，R1为甲基、乙基或羟基甲基，R2为羟基甲基或羧基，R3为羟基甲基或借助CH2-O-CH2对称地连接的重复单元，R1、R2和R3中的至少任一者为羟基甲基。)
[0060]
[0061] (式中，R4和R5为相同或不同的烷基。)
[0062] 作为上述通式(1)所示化合物和上述通式(2)所示化合物，优选使用具有多个羟基甲基、且不含叔醇结构的、沸点为220℃以上的化合物。特别优选使用具有3个以上羟基甲基的物质作为该化合物。
[0063] 作为上述通式(1)所示化合物，例如可列举出三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、二(三羟甲基丙烷)及2,2-双(羟基甲基)丙酸。
[0064] 另外，作为上述通式(2)所示化合物，例如可列举出2,4-二乙基-1,5-戊二醇。
[0065] 它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。
[0066] 上述通式(1)所示化合物和上述通式(2)所示化合物中的至少一者的优选配混量为0.5质量％以上且12质量％以下、更优选的该配混量为1质量％以上且10质量％以下、特别优选的该配混量为3质量％以上且6质量％以下。
[0067] <触变剂>
[0068] 本实施方式的助焊剂中可以配混触变剂。作为该触变剂，例如可列举出氢化蓖麻油、饱和脂肪酸酰胺、饱和脂肪酸双酰胺类、羟基脂肪酸类及二亚苄基山梨糖醇类等。需要说明的是，它们可以单独使用1种，也可以混合使用多种。它们之中特别优选使用高级脂肪酸双酰胺。
[0069] 前述触变剂的配混量相对于助焊剂总量优选为1质量％～10质量％。进一步优选的其配混量相对于助焊剂总量为2质量％～9质量％。
[0070] <抗氧化剂>
[0071] 本实施方式的助焊剂中可以配混抗氧化剂。作为该抗氧化剂，例如可列举出受阻酚系抗氧化剂、酚系抗氧化剂、双酚系抗氧化剂及聚合物型抗氧化剂等，但不限定于它们。它们之中特别优选使用受阻酚系抗氧化剂。作为该受阻酚系抗氧化剂，例如可列举出Irganox245(BASF JAPAN LTD.制)等。需要说明的是，它们可以单独使用或组合使用多种。
[0072] 前述抗氧化剂的配混量没有特别限定，通常相对于助焊剂总量优选为0.5质量％～10质量％左右以下。
[0073] <其它添加剂>
[0074] 本实施方式的助焊剂中，作为其它添加剂，可以配混消泡剂、防锈剂、表面活性剂、热固化剂及消光剂等。该其它添加剂的配混量相对于助焊剂总量优选为10质量％以下、特别优选为5质量％以下。需要说明的是，它们可以单独使用或组合使用多种。
[0075] 通常，在电子电路基板上形成的钎焊接合部的面积越大，在钎焊接合时、特别是加热时的凝集固化中被引入到钎焊接合部中的气体之中的到达至钎焊接合部的中心附近的气体越难以向钎焊接合部外排除，容易以空隙的形式残留。
[0076] 但是，本实施方式的助焊剂通过以规定量配混上述通式(1)所示化合物和上述通式(2)所示化合物中的至少一者，即使在通过使用其的焊膏在具有面积为25mm2以上的软钎焊盘部的电子电路基板上钎焊接合电子部件时，也能够减少钎焊接合部中的空隙面积率。
[0078] (2)焊膏
[0079] 本实施方式的焊膏通过混合上述助焊剂与软钎料合金粉末而得到。
[0080] 作为前述软钎料合金粉末，例如可以使用包含锡和铅的合金；包含锡和铅以及选自银、铋和铟中的至少一种的合金；包含锡和银的合金；包含锡和铜的合金；包含锡、银和铜的合金；包含锡和铋的合金等。另外，除了它们之外，例如可以使用适宜组合锡、铅、银、铋、铟、铜、锌、镓、锑、金、钯、锗、镍、铬、铝、磷等而成的软钎料合金粉末。需要说明的是，即使是除了上述举出的元素之外的元素，也可以用于该组合。
[0081] 前述软钎料合金粉末的配混量相对于焊膏总量优选为65质量％～95质量％。更优选的配混量为85质量％～93质量％、特别优选的配混量为88质量％～91质量％。
[0082] 进而，前述软钎料合金粉末的粒径优选为20μm～38μm以下。需要说明的是，该粒径可用动态光散射式的粒径测定装置测定。
[0083] 需要说明的是，上文中针对将助焊剂用于焊膏的实施方式进行了说明，但本实施方式中的助焊剂的用途不限定于此，例如也可用于软钎料球用接合助焊剂等其它助焊剂用途。
[0084] 实施例
[0085] 以下，举出实施例和比较例来详细说明本发明。需要说明的是，本发明不限定于这些实施例。
[0086] 将表1～3中记载的各成分加热溶解，制作实施例1～16和比较例1～7的各助焊剂。
[0087] 另外，按照表1～3中记载的配混量混合上述各助焊剂与Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金粉末(粒径20μm～38μm)，制作实施例1～16和比较例1～7的各焊膏。
[0088] 需要说明的是，在没有特别说明的情况下，表1～3中记载的数值是指质量％。
[0089] 【表1】
[0090]
[0091] 【表2】
[0092]
[0093] 【表3】
[0094]
[0095] ※1氢化酸改性松香荒川化学工业株式会社制
[0096] ※2共荣社化学株式会社制触变剂(高级脂肪酸双酰胺)
[0097] ※3受阻酚系抗氧化剂BASF JAPAN LTD.制
[0098] <空隙试验>
[0099] 准备形成有5.9mm×5.9mm的Cu焊盘部(软钎焊盘部)的电子电路基板(FR-4基板、OSP处理)、和与该Cu焊盘部对应的金属掩模(厚度：150μm)。
[0100] 使用印刷机(制品名：SP60P-L、Panasonic Corporation制)与上述金属掩模，将实施例和比较例的各焊膏印刷到各电子电路基板上。
[0101] 接着，在印刷有焊膏的各电子电路基板上载置各4个QFN芯片部件(与上述焊盘尺寸对应、电极：镀Sn)，对它们使用回流焊炉(制品名：TNP40-577PH、株式会社田村制作所制)进行加热，制作具有钎焊接合体的各电子电路安装基板。关于此时的回流焊条件，预热设为150℃～200℃下70秒钟～90秒钟，峰值温度设为230℃～240℃，220℃以上的时间设定为25秒钟～35秒钟，氧气浓度设定为1000ppm±200ppm。
[0102] 对于在制作的各电子电路安装基板上形成的钎焊接合部，使用X射线装置(制品名：NLX-5000、名古屋电机工业株式会社制)从电子部件侧对其进行观察，算出最大空隙面积率(％)和平均空隙面积率(％)。
[0103] 首先，以从电子部件侧观察到的面为基准，测量在相同倍率条件下观察到的各电子电路安装基板的各QFN芯片部件的钎焊接合部中产生的“空隙的面积”、和各QFN芯片部件的“形成有钎焊接合部的面积”。
[0104] 然后，对于每个QFN芯片部件，分别用以下计算式算出空隙面积率。
[0105] 空隙面积率＝100ד空隙的面积”/“形成有钎焊接合部的面积”
[0106] ·最大空隙面积率(％)
[0107] 对于用上述计算式算出的空隙面积率，按照以下的基准评价各电子电路安装基板中表现出最大值的空隙面积率(最大空隙面积率(％))。将其结果示于表4～6。
[0108] ○：最大空隙面积(％)为27％以下
[0109] △：最大空隙面积(％)超过27％且不足33％
[0110] ×：最大空隙面积(％)为33％以上
[0111] ·平均空隙面积率(％)
[0112] 对于用上述计算式算出的空隙面积率，算出各电子电路安装基板中的平均空隙面积率(％)(各QFN芯片部件中的空隙面积率之和/4(QFN芯片部件数))，按照以下的基准评价。将其结果示于表4～6。
[0113] ○：平均空隙面积率(％)为27％以下
[0114] △：平均空隙面积率(％)超过27％且不足33％
[0115] ×：平均空隙面积率(％)为33％以上
[0116] <印刷性>
[0117] 准备形成有5.9mm×5.9mm的Cu焊盘部(软钎焊盘部)的电子电路基板(FR-4基板、OSP处理)、和与该Cu焊盘部对应的金属掩模(厚度：150μm)。
[0118] 使用印刷机(制品名：SP60P-L、Panasonic Corporation制)和上述金属掩模，将实施例和比较例的各焊膏印刷到各电子电路基板上，确认印刷图案有无模糊，如以下进行评价。将其结果示于表4～6。
[0119] 需要说明的是，印刷时的条件设为刮板速度：30mm/秒、版离开速度：10mm/秒。
[0120] ○：有模糊
[0121] ×：无模糊
[0122] 【表4】
[0123]
[0124] 【表5】
[0125]
[0126] 【表6】
[0127] 比较例1 比较例2 比较例3 比较例4 比较例5 比较例6 比较例7
最大空隙面积率(％) × × × × × △ ○
平均空隙面积率(％) × × ○ △ △ △ ○
印刷性 ○ ○ ○ ○ ○ × ×
最大空隙面积率(％) × × × × × △ ○
平均空隙面积率(％) × × ○ △ △ △ ○
印刷性 ○ ○ ○ ○ ○ × ×
[0128] 如以上所示可知，实施例的焊膏在具有5.9mm×5.9mm(＝面积：25mm2以上)的宽的Cu焊盘部的电子部件的钎焊接合中也能将最大空隙面积率和平均空隙面积率都抑制至低于比较例的数值。即，通常，Cu焊盘部的面积(＝形成有钎焊接合部的面积)越大，被引入到钎焊接合部的中心附近的气体越难以向钎焊接合部外排出，容易以空隙的形式残留，但可知实施例的焊膏即使在具有这种Cu焊盘部的电子部件的钎焊接合部也能够减少钎焊接合部中产生的空隙面积率。
[0129] 特别是可知配混有具有3个以上羟基甲基的三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷及季戊四醇二(三羟甲基丙烷)作为添加剂的实施例1～4和7～16能进一步减少最大空隙面积率及平均空隙面积率。另外可知，其中，具有3个以上羟基甲基的化合物的配混量相对于助焊剂总量为1质量％以上且6质量％的范围的实施例8～12和16尤其能减少最大空隙面积率及平均空隙面积率。
[0130] 另一方面，可知比较例1～5的焊膏的最大空隙面积率和平均空隙面积率均显示出高的数值。可知，特别是在比较例2～4的情况下，由于使用了虽然具有2个羟基甲基但属于叔醇的甘油、所具有羟基甲基为1个的1,2-十二烷二醇、虽然具有2个羟基甲基但沸点不足220℃的新戊二醇作为添加剂，因此与实施例相比不能减少最大空隙面积率及平均空隙面积率。
[0131] 另外，可知添加有12质量％具有3个以上羟基甲基的化合物的比较例6和7的焊膏的印刷性降低。
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