TWI596154B - Flux and solder paste - Google Patents

Description

助焊劑及焊膏

本發明係關於一種可以藉由助焊劑殘渣而固合接合之對象物之助焊劑以及混合助焊劑和焊錫合金之焊膏。

一般來說，使用於焊錫接合之助焊劑係具有呈化學地除去存在於焊錫合金和成為焊錫接合對象之接合對象物之金屬表面之金屬氧化物而可以使得金屬元素移動於兩者境界之效能。因此，可以藉由使用助焊劑，進行焊錫之接合，而在焊錫合金和接合對象物之金屬表面之間，形成金屬間化合物，得到強固之接合。

另一方面，在助焊劑之成分，包含無由於焊錫接合之加熱而分解、蒸發之成分，在焊錫接合後，殘留於焊錫接合部位之周邊而成為助焊劑殘渣。

那麼，隨著近年來之電子零件之小型化之進展而使得成為電子零件之焊錫接合部位之電極也變小。因此，可以藉由焊錫合金而接合之面積係變小，在僅藉由焊錫合金之接合強度，也由不充分之狀態發生。

於是，作為強化藉由焊錫接合而造成之接合之零件固接手段係提議藉由以未充滿或樹脂模塑而覆蓋焊錫接合部位之周圍來固接電子零件之技術。

在此，在焊錫接合部位之周圍來殘留助焊劑殘渣之時，助焊劑殘渣係妨礙焊錫接合部位和樹脂之間之固接，因此，無法確保強度。所以，為了藉由樹脂而覆蓋焊錫接合部位之周圍，因此，必須洗淨助焊劑殘渣。但是，為了洗淨助焊劑殘渣，花費時間和成本。

於是，提議一種技術(例如參考專利文獻1)，係在助焊劑，含有熱硬化性樹脂，以藉由在焊錫接合時之加熱而硬化樹脂之助焊劑殘渣，來固接成為接合對象物之基板和電子零件，無須進行助焊劑殘渣之洗淨。

【先前技術文獻】 【專利文獻】

專利文獻1：日本特開2001-219294號公報

在藉由助焊劑殘渣而固合接合對象物之技術，除去金屬氧化物而提高焊錫之潤濕性之助焊劑之機能係必須藉由添加熱硬化性樹脂至助焊劑而無妨礙，並且，必須可以藉由熱硬化性樹脂而產生助焊劑殘渣，藉由助焊劑殘渣而固合接合對象物。

本發明係為了解決此種課題而完成的，其目的係提供一種助焊劑及焊膏，該助焊劑係可以除去生成於焊錫合金和焊錫接合對象物之金屬表面之金屬氧化物，提高焊錫之潤濕性，並且，可以藉由助焊劑殘渣而固合接合對象物，該焊膏係 混合助焊劑和焊錫合金。

可以藉由在助焊劑，添加熱硬化性樹脂，以在焊錫接合時之加熱，來硬化熱硬化性樹脂，而硬化助焊劑殘渣，以助焊劑殘渣，來固接成為焊錫接合對象物之接合物和被接合物。接著，發現藉由在添加熱硬化性樹脂之助焊劑，添加長鏈二鹼式酸混合物，該長鏈二鹼式酸混合物係含有1種或1種以上之第1長鏈二鹼式酸和第2長鏈二鹼式酸，該第1長鏈二鹼式酸係在側鏈具有烷基，該第2長鏈二鹼式酸係在側鏈，具有烷基和烷氧羰基，並且，夾住於兩端羧基之主鏈之碳數為8以上，而無妨礙熱硬化性樹脂之硬化，並且，除去金屬氧化物之助焊劑之機能係無由於熱硬化性樹脂之添加而受到阻礙，提高焊錫之潤濕性。

於是，本發明係一種助焊劑，包含熱硬化性樹脂以及長鏈二鹼式酸混合物，該長鏈二鹼式酸混合物係添加作為來硬化熱硬化性樹脂之硬化劑及作為活性劑，長鏈二鹼式酸混合物係混合以下之(1)、(2)、(3)及(4)所示組成之長鏈二鹼式酸之混合物。以長鏈二鹼式酸混合物整體之比率為100質量%之狀態下，(1)、(2)、(3)及(4)所示之長鏈二鹼式酸之比率係正如以下。

(1)30~60質量%的2-甲基壬烷二酸

(2)8~20質量%的4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一碳烷二酸

(3)8~20質量%的4,6-雙(甲氧羰基)-2,4,6-三甲 基十三碳烷二酸

(4)15~30質量%的8,9-雙(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六碳烷二酸

在本發明之助焊劑，最好是在助焊劑中的熱硬化性樹脂之含有量為30~40質量%，在助焊劑中的長鏈二鹼式酸混合物之含有量為20~60質量%。

此外，可以在助焊劑中，添加0.1~40質量%之溶劑。

此外，本發明係一種焊膏，其特徵為：混合助焊劑和焊錫合金粉末，該助焊劑係包含熱硬化性樹脂以及長鏈二鹼式酸混合物，該長鏈二鹼式酸混合物係添加作為來硬化熱硬化性樹脂之硬化劑及作為活性劑。長鏈二鹼式酸混合物係混合以下之(1)、(2)、(3)及(4)所示組成之長鏈二鹼式酸之混合物。以長鏈二鹼式酸混合物整體之比率為100質量%之狀態下，(1)、(2)、(3)及(4)所示之前述長鏈二鹼式酸之比率係正如以下。

(1)30~60質量%的2-甲基壬烷二酸

(2)8~20質量%的4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一碳烷二酸

(3)8~20質量%的4,6-雙(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三碳烷二酸

(4)15~30質量%的8,9-雙(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六碳烷二酸

此外，在本發明之焊膏，最好是在助焊劑中的熱 硬化性樹脂之含有量為30~40質量%，在助焊劑中的長鏈二鹼式酸混合物之含有量為20~60質量%。

在本發明，藉由在助焊劑，添加熱硬化性樹脂以及長鏈二鹼式酸混合物，該長鏈二鹼式酸混合物係混合有2-甲基壬烷二酸、4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一碳烷二酸、4,6-雙(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三碳烷二酸、和8,9-雙(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六碳烷二酸，而除去生成於焊錫合金和接合對象物之金屬表面之金屬氧化物，提高焊錫之潤濕性。

此外，藉由以在焊錫接合時之加熱，來硬化熱硬化性樹脂，而硬化助焊劑殘渣，以硬化之助焊劑殘渣，來固合接合對象物於接合物。藉此而在本發明，使得除去金屬氧化物之助焊劑之機能係無由於熱硬化性樹脂之添加而受到阻礙，並且，也無妨礙熱硬化性樹脂之硬化。

因此，在本發明，在組合於焊錫合金而進行使用之際，得到良好之焊錫潤濕性。此外，對於接合對象物和接合對象物而固接助焊劑殘渣，所以，可以得到補強效果。

本實施形態之助焊劑，係包含成為熱硬化性樹脂之環氧樹脂以及長鏈二鹼式酸混合物，該長鏈二鹼式酸混合物係添加作為來硬化環氧樹脂之硬化劑及作為活性劑。長 鏈二鹼式酸混合物係含有第1長鏈二鹼式酸和第2長鏈二鹼式酸，該第1長鏈二鹼式酸係在側鏈具有烷基，該第2長鏈二鹼式酸係在側鏈具有烷基和烷氧羰基，並且，夾住於兩端羧基之主鏈之碳數為8以上。此外，本實施形態之助焊劑係包含來賦予觸變性之硬化箆麻油和環氧樹脂之硬化促進劑。

在本實施形態，助焊劑中之環氧樹脂之含有量為30~40%，長鏈二鹼式酸混合物之含有量為20~60%，溶劑之含有量為7~37%，殘餘部為硬化箆麻油和硬化促進劑。

本實施形態之助焊劑係混合於焊錫合金之粉末而生成焊膏。本實施形態之焊膏係混合前述組成之助焊劑和在本例子之組成為96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu(各數值為質量%)之焊錫合金粉末而生成焊膏。焊膏係塗佈於成為接合對象物之基板之電極，在塗佈焊膏之基板，配合電極之位置而搭載成為接合對象物之電子零件、例如半導體晶片。

接著，在重熔製程，藉由加熱焊膏而熔融焊膏中之焊錫合金，進行硬化，藉由焊錫而接合半導體晶片之電極和基板之電極。此外，藉由硬化焊膏中之助焊劑而以助焊劑殘渣，來固接半導體晶片之電極和基板之電極以及焊錫。

環氧樹脂係在規定之溫度，進行硬化，硬化助焊劑殘渣。此外，環氧樹脂係具有接合物和接合對象物之間之接合性。藉此而在助焊劑中之主體，硬化環氧樹脂，以硬化焊錫之助焊劑殘渣，來固接成為接合對象物之半導體晶片之電極和成為接合物之基板之電極以及焊錫。

作為代表性之環氧樹脂係有雙酚型環氧樹脂，作 為雙酚型系列舉雙酚A型、雙酚AP型、雙酚AF型、雙酚B型、雙酚BP型、雙酚C型、雙酚E型、雙酚F型、雙酚G型、雙酚M型、雙酚S型、雙酚P型、雙酚PH型、雙酚TMC型、雙酚Z型等。在本例子，使用雙酚A型。

長鏈二鹼式酸混合物係除去接合對象物表面之氧化物而提高焊錫之潤濕性。此外，長鏈二鹼式酸混合物係促進環氧樹脂之硬化，並且，在硬化後之助焊劑殘渣，維持規定之柔軟性。

長鏈二鹼式酸混合物係最好是含有1種或1種以上之具有2個或2個以上之烷氧羰基之長鏈二鹼式酸，來作為第2長鏈二鹼式酸。

作為此種長鏈二鹼式酸混合物係最好是以規定之比率而混合以下之(1)、(2)、(3)或(4)所示之組成之化合物之任何一種或者是這些化合物之2種以上之混合物。

(1)2-甲基壬烷二酸

(2)4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一碳烷二酸

(3)4,6-雙(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三碳烷二酸

(4)8,9-雙(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六碳烷二酸

此外，作為前述之(1)、(2)、(3)及(4)所示之長鏈二鹼式酸混合物之混合物之理想之比率係在混合物整體之比率為100%之狀態下，正如以下。

(1)30~60%

(2)8~20%

(3)8~20%

(4)15~30%

在僅藉由加熱環氧樹脂和長鏈二鹼式酸混合物而直到硬化為止之所需要之時間係變長，因此，能夠以硬化時間之縮短來作為目的而添加硬化促進劑。作為硬化促進劑係列舉例如苯酚化合物、第三級胺、第四級銨鹽、第四級鏻鹽、咪唑、有機酸金屬鹽、路易斯酸等。

此外，為了黏度之調整以及添加材料之溶解，因此，可以在本案之助焊劑，添加溶劑。

就焊錫合金粉末而言，在本例子，使用Sn-Ag-Cu組成之粉末，但是，本案係並非限定於前述之組成，也可以使用其他組成之粉末。具體地說，有以Sn作為主成分之Sn系合金、以Bi作為主成分之Bi系合金、以In作為主成分之In合金等，可以在前述之各合金，由Ag、Cu、In、Bi、Ni、Ge、Ga、Co、Fe、Sb、P、Zn、Al、Ti等之元素而選擇1種以上之無含有之元素，進行添加。

【實施例】

藉由以下之表1所示之組成而調合實施例和比較例之助焊劑，就焊錫潤濕性、補強效果而言，進行驗證。此外，表1之組成率係助焊劑組成物中之質量%。首先，就各驗證之評價方法而進行說明。

(1)關於焊錫潤濕性之驗證

(a)評價方法

在Cu板上，塗佈助焊劑，在塗佈於Cu板上之助焊劑上，搭載焊錫球，在進行重熔後，測定焊錫潤濕擴散直徑。重熔製程係使用加熱器溫度來設定於250℃之重熔裝置，由40℃開始至220℃為止，以每1秒、每3.5℃，來升高溫度，在達到至220℃之後，在220℃以上之溫度，進行55秒鐘之加熱處理。焊錫球之組成係96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu，直徑為0.3mm。

(b)判定基準

○：焊錫之擴散直徑為0.45mm以上

×：焊錫之擴散直徑未滿0.45mm

(2)關於補強效果之驗證

(a)評價方法

在基板，供應助焊劑，在供應於基板之助焊劑上，搭載焊錫球，在進行重熔後，使用測定用工具，對於焊錫球和助焊劑殘渣，進行由基板開始剪切之稱為剪切(shear)試驗之試驗，測定剪切所需要之力量。在試驗機，使用DIG日本股份有限公司製之4000系列。在剪切(shear)試驗，將測定之剪切所需要之力量，稱為剪切強度。焊錫球之組成係96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu，直徑為0.3mm。

(b)判定基準

○：剪切強度為4N以上

×：剪切強度未滿4N

在實施例1~實施例3，將以規定之比率而混合前述之(1)、(2)、(3)及(4)所示之長鏈二鹼式酸混合物之長鏈二鹼式酸混合物之混合物，藉由以下之表1所示之比率而進 行添加。

在比較例1，無添加在各實施例所添加之長鏈二鹼式酸混合物。在比較例2，比起在各實施例所規定之添加量，還添加比較少之長鏈二鹼式酸混合物。在比較例3，比起在各實施例所規定之添加量，還添加比較多之長鏈二鹼式酸混合物。在比較例4，長鏈二鹼式酸混合物之添加量係同量於實施例1，無添加環氧樹脂。在比較例5，無添加長鏈二鹼式酸混合物，藉由壓輥工法而添加己二酸，來作為有機酸。

判明在以規定之比率而混合前述之(1)、(2)、(3)及(4)所示之長鏈二鹼式酸混合物之長鏈二鹼式酸混合物為40%、環氧樹脂為40%、以表1所示之比率來添加其他之化合物之實施例1之助焊劑，焊錫之擴散直徑為0.50mm，剪切強度為4.83N，得到良好之焊錫潤濕性和補強效果。

此外，判明在長鏈二鹼式酸混合物為20%、環氧樹脂為40%、以表1所示之比率來添加其他之化合物之實施例2之助焊劑，焊錫之擴散直徑為0.46mm，剪切強度為4.26N，即使是實施例2，也得到良好之焊錫潤濕性和補強效果。

此外，判明在長鏈二鹼式酸混合物為60%、環氧樹脂為30%、以表1所示之比率來添加其他之化合物之實施例3之助焊劑，焊錫之擴散直徑為0.52mm，剪切強度為4.19N，即使是實施例3，也得到良好之焊錫潤濕性和補強效果。

相對於此，判明在無添加在各實施例所添加之長鏈二鹼式酸混合物、環氧樹脂之比率相同於實施例1之40%之比較例1之助焊劑，焊錫之擴散直徑為0.31mm，剪切強度為1.85N，無法得到要求之焊錫潤濕性和補強效果。由各實施例和比較例1之結果而認為長鏈二鹼式酸混合物來添加至助焊劑之添加係有助於焊錫潤濕性和剪切強度之提升。

判明在長鏈二鹼式酸混合物之比率比起在各實施例所規定之比率還更加少10%、環氧樹脂之比率相同於實施例1而成為40%之比較例2之助焊劑，焊錫之擴散直徑為0.34mm，剪切強度為4.09N，剪切強度係滿足要求之條件而得到補強效果，但是，無法得到要求之焊錫潤濕性。

判明在長鏈二鹼式酸混合物之比率比起在各實施例所規定之比率還更加多70%、環氧樹脂之比率比起在各實施例所規定之比率還更加少25%之比較例3之助焊劑，焊錫之擴散直徑為0.51mm，剪切強度為3.12N，焊錫之擴散直徑係滿足要求之條件而得到焊錫潤濕性，但是，剪切強度變低而無法得 到要求之補強效果。

由各實施例和比較例2及比較例3之結果，判明藉由長鏈二鹼式酸混合物來添加至助焊劑之添加而提高焊錫潤濕性，在增加長鏈二鹼式酸混合物之添加量時，有提高焊錫潤濕性之傾向發生。

另一方面，判明藉由長鏈二鹼式酸混合物來添加至助焊劑之添加而提高剪切強度，得到補強效果，但是，在增加長鏈二鹼式酸混合物之添加量而相對地減少環氧樹脂之添加量時，有降低剪切強度之傾向發生。

判明在長鏈二鹼式酸混合物之比率相同於實施例1而成為40%、無添加環氧樹脂之比較例4之助焊劑，焊錫之擴散直徑為0.54mm，剪切強度為3.08N，焊錫之擴散直徑係滿足要求之條件而得到焊錫潤濕性，但是，剪切強度變低而無法得到要求之補強效果。

由比較例4之結果而判明即使是添加長鏈二鹼式酸混合物，如果是無添加環氧樹脂的話，則剪切強度變低。藉此而由比較例1和比較例4之結果來判明：長鏈二鹼式酸混合物和環氧樹脂對於助焊劑之適量之添加係有助於補強效果之提升。

判明在無添加長鏈二鹼式酸混合物、添加40%之己二酸來作為有機酸、環氧樹脂之比率相同於實施例1而成為40%之比較例5之助焊劑，焊錫之擴散直徑為0.42mm，剪切強度為4.34N，剪切強度係滿足要求之條件而得到補強效果，但是，無法得到要求之焊錫潤濕性。

由以上之結果而判明在添加環氧樹脂來作為熱硬化性樹脂、無添加松香、添加長鏈二鹼式酸混合物而取代在從前之助焊劑所添加之有機酸之助焊劑，提高焊錫潤濕性，並且，得到藉由助焊劑殘渣而造成之補強效果。

但是，在長鏈二鹼式酸混合物之添加量變少時，看到焊錫潤濕性呈惡化之傾向，在長鏈二鹼式酸混合物之添加量變多時，看到剪切強度呈降低之傾向。於是，在本發明，環氧樹脂之含有量為30~40%，長鏈二鹼式酸混合物之含有量為20~60%。判明藉此而得到良好之焊錫潤濕性和補強效果。

此外，本發明之助焊劑係可以適用於導電性接著劑。所謂導電性接著劑係指用以混練助焊劑和導電性金屬粉末而在低於金屬粉末熔點之溫度來進行接合之所使用者，不同於焊膏，藉由隨著由於加熱而造成之樹脂之硬化，導電性金屬粉末間呈緻密地接觸，無熔融導電性金屬粉末，來接合電路基板和各種之電子零件。

【產業上之可利用性】

本發明係適用於可以藉由助焊劑殘渣而固接基板和電子零件等之助焊劑。

Claims (5)

1. 一種助焊劑，其特徵為：包含熱硬化性樹脂以及長鏈二鹼式酸混合物，該長鏈二鹼式酸混合物係添加作為來硬化前述熱硬化性樹脂之硬化劑及作為活性劑，其中，前述之長鏈二鹼式酸混合物係混合以下之(1)、(2)、(3)及(4)所示組成之長鏈二鹼式酸之混合物，以前述之長鏈二鹼式酸混合物整體之比率為100質量%之狀態下，(1)、(2)、(3)及(4)所示之前述長鏈二鹼式酸之比率係正如以下：(1)30~60質量%的2-甲基壬烷二酸(2)8~20質量%的4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一碳烷二酸(3)8~20質量%的4,6-雙(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三碳烷二酸(4)15~30質量%的8,9-雙(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六碳烷二酸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之助焊劑，其中，在前述之助焊劑中的前述熱硬化性樹脂之含有量為30~40質量%，在前述之助焊劑中的前述長鏈二鹼式酸混合物之含有量為20~60質量%。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之助焊劑，其中，在前述之助焊劑中，添加0.1~40質量%之溶劑。
4. 一種焊膏，其特徵為：混合助焊劑和焊錫合金粉末，該助焊劑係包含熱硬化性樹脂以及長鏈二鹼式酸混合物，該長 鏈二鹼式酸混合物係添加作為來硬化前述熱硬化性樹脂之硬化劑及作為活性劑，其中，前述之長鏈二鹼式酸混合物係混合以下之(1)、(2)、(3)及(4)所示組成之長鏈二鹼式酸之混合物，以前述之長鏈二鹼式酸混合物整體之比率為100質量%之狀態下，(1)、(2)、(3)及(4)所示之前述長鏈二鹼式酸之比率係正如以下：(1)30~60質量%的2-甲基壬烷二酸(2)8~20質量%的4-(甲氧羰基)-2,4-二甲基十一碳烷二酸(3)8~20質量%的4,6-雙(甲氧羰基)-2,4,6-三甲基十三碳烷二酸(4)15~30質量%的8,9-雙(甲氧羰基)-8,9-二甲基十六碳烷二酸。
5. 如申請專利範圍第4項之焊膏，其中，在前述之助焊劑中的前述熱硬化性樹脂之含有量為30~40質量%，在前述之助焊劑中的前述長鏈二鹼式酸混合物之含有量為20~60質量%。