專利名稱：釬焊膏、使用該釬焊膏的軟釬焊方法以及采用該軟釬焊方法制備的焊接物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子部件表面安裝的釬焊膏，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及保存穩(wěn)定性優(yōu)良的釬焊膏、使用該釬焊膏的軟釬焊方法以及焊接物。
在電子學(xué)產(chǎn)業(yè)中，釬焊膏通過(guò)絲網(wǎng)印刷或分配器涂覆在印刷基板上，載放電子部件，然后軟熔，固定電子部件。本說(shuō)明書中“軟熔”是指將釬焊膏涂覆在基板的一定位置上，在上面載放所要焊接的電子部件，之后加熱至釬焊膏的融解溫度以上，進(jìn)行上述部件的焊接的一系列操作。
另一方面，最近由于電子制品的小型化，需要精細(xì)程度的焊接，精細(xì)程度的部件例如0.3mm程度的QFP(Quad Flat Package)型LSI，甚至CSP(Chip Size Package)等的使用較多。因此，對(duì)于釬焊膏，要求具有和精細(xì)程度相對(duì)應(yīng)的印刷性能。為了適應(yīng)這種產(chǎn)業(yè)界的需要，不斷降低焊錫粒子的平均粒徑，但是另一方面由于釬焊粒子全體的比表面積增大，存在促進(jìn)焊錫粒子與焊劑之間反應(yīng)，釬焊膏的保存穩(wěn)定性變差的問(wèn)題。
釬焊膏的保存穩(wěn)定性降低的最大原因在于在保存過(guò)程中焊錫粉末與焊劑優(yōu)先反應(yīng)，進(jìn)行焊錫粉末的氧化，消耗焊劑中的活性劑，導(dǎo)致焊劑的活度降低，同時(shí)由于反應(yīng)產(chǎn)物導(dǎo)致釬焊膏的粘度增加。因此，在釬焊膏的使用中，會(huì)產(chǎn)生不能維持適當(dāng)?shù)挠∷⑻匦?，軟熔時(shí)不能溶解的問(wèn)題。
以前，為了提高釬焊膏的保存穩(wěn)定性，不斷努力保護(hù)焊錫粒子的表面，降低粒子金屬的反應(yīng)性。
例如公開(kāi)了用甘油包覆焊錫粉末的方法(日本特公平5-26598號(hào)公報(bào))、用對(duì)釬焊膏的溶劑不溶或難溶的包覆劑包覆焊錫粉末的方法(日本特開(kāi)平1-113197號(hào)公報(bào))。后者的包覆劑合適的例子如硅油、硅氧烷基礎(chǔ)高分子量化合物、氟化硅油、氟硅樹(shù)脂、氟化烴基礎(chǔ)高分子化合物等。
另外，焊錫粉末在常溫下與焊劑不相溶，提出了采用以軟釬焊溫度下相溶的松香為主體的樹(shù)脂包覆的方法(日本特開(kāi)平3-184698號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平4-251691號(hào)公報(bào))。
上述用包覆劑包覆的方法中，如果用較大量的包覆劑進(jìn)行包覆，則對(duì)于抑制焊錫粉末的氧化是有效的，但大量的包覆材料對(duì)于釬焊膏的軟熔是不合適的，相反恐怕大多會(huì)產(chǎn)生焊錫球。另外，認(rèn)為這種包覆由于僅采用物理的方法進(jìn)行，附著非常弱，在制備釬焊膏時(shí)的混煉或使用時(shí)的輸送、印刷等處理中非常擔(dān)心會(huì)剝落。另外，上述以松香為主體的樹(shù)脂包覆劑其自身大多含有反應(yīng)性的有機(jī)酸，很難說(shuō)是保護(hù)粉末。
另外，作為焊劑的活性劑，還提出了添加酚類、亞磷酸鹽或硫類抗氧化劑的方法(日本特公昭59-22632號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平3-124092號(hào)公報(bào))、添加1種或1種以上在分子內(nèi)含有1個(gè)或1個(gè)以上叔丁基相連的酚骨架的抗氧化劑的方法(日本特開(kāi)平5-185283號(hào)公報(bào))、以及使用特定的表面活性劑的方法(日本特開(kāi)平2-147194號(hào)公報(bào))等。
另外，最近由于環(huán)境問(wèn)題，推薦不含鉛的無(wú)Pb釬焊膏，與此相應(yīng)的開(kāi)發(fā)不斷進(jìn)行。其中，Sn-Zn系的釬焊膏對(duì)于資源、成本來(lái)說(shuō)是有利的，而且由于軟熔溫度降低到與Sn-Pb系焊錫同等的水平，可以謀求安裝部件的長(zhǎng)壽命化，另外也可以適應(yīng)于部件的多樣化，因此作為特別有希望的物質(zhì)得到了矚目。但是，Sn-Zn系的釬焊膏與通常的Pb基釬焊膏相比保存穩(wěn)定性更差，由于焊錫粉末中Zn的氧化的進(jìn)行和Zn與焊劑的反應(yīng)，隨時(shí)間經(jīng)過(guò)粘度上升。特別是Zn在常溫下與焊劑中的鹵素化合物反應(yīng)，使釬焊膏的保存穩(wěn)定性變差。另外，焊劑中的鹵素化合物與焊錫粉末中的Zn反應(yīng)，產(chǎn)生微量的氫氣，由于產(chǎn)生的氫氣在部件焊接后內(nèi)藏于角焊縫中，給可信性帶來(lái)重大影響。
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題，其目的在于提供一種保存穩(wěn)定性優(yōu)良，特別是由于精細(xì)程度化而減小焊錫粉末粒徑時(shí)保存穩(wěn)定性也優(yōu)良的釬焊膏，以及使用該釬焊膏的可信性高的軟釬焊方法和焊接物。
另外，本發(fā)明還包括電路板的軟釬焊方法，包括將上述釬焊膏涂覆在電路板上的步驟和將上述釬焊膏軟熔的步驟，以及采用上述電路板的軟釬焊方法制備的焊接物。
如上所述，通過(guò)使釬焊膏的每1克焊劑中的鹵素離子濃度達(dá)到按照氯換算值為3000ppm以下，可以長(zhǎng)時(shí)間地維持保存穩(wěn)定性。發(fā)明的最佳實(shí)施方式釬焊膏中含有的焊劑是配合松香或合成樹(shù)脂類的樹(shù)脂成分、作為活性劑的鹵素化合物和/或有機(jī)酸成分、溶劑、觸變劑等得到的物質(zhì)。這些成分中，用于在軟熔時(shí)除去焊錫金屬的表面氧化物得到良好粘結(jié)的有效成分是用作活性劑的鹵素化合物和/或有機(jī)酸成分。這些活性劑可以提高表面氧化物的除去能力，但是在制成釬焊膏時(shí)以及保存過(guò)程中與焊錫粉末反應(yīng)，導(dǎo)致釬焊膏劣化。特別是鹵素化合物雖然作為活性劑的效果高，但是另一方面使釬焊膏劣化的影響也很大。
本發(fā)明人對(duì)釬焊膏中焊錫粉末與活性劑的反應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)使釬焊膏的每1克焊劑中的鹵素離子濃度達(dá)到按照氯換算值為3000ppm以下，優(yōu)選1000ppm以下，更優(yōu)選500ppm以下，最優(yōu)選300ppm以下，可以抑制焊錫粉末與活性劑的反應(yīng)，防止釬焊膏的劣化，提高保存穩(wěn)定性。
但是，由于活性劑是為了除去金屬表面氧化物得到良好粘結(jié)而添加的，為了得到如上所述的效果，鹵素化合物必須添加至鹵素離子濃度按照氯換算值至少為10ppm以上，優(yōu)選100ppm以上。
鹵素離子給釬焊膏的保存穩(wěn)定性帶來(lái)不良影響的理由尚不清楚，但可以認(rèn)為是在鹵素離子的存在下，添加到焊劑中的鹵素化合物氧化力增強(qiáng)，促進(jìn)與焊錫金屬的反應(yīng)。
鹵素離子濃度的氯換算值是稱取釬焊膏，通過(guò)離子色譜法定量用有機(jī)溶劑萃取時(shí)水層中含有的鹵素離子濃度，再換算成氯，由換算成每1克焊劑的值求得，氯換算值是指將含有的鹵素離子換算成氯離子時(shí)的值，例如使用溴化合物作為活性劑時(shí)，釬焊膏中溴離子的定量值(μg/g)乘以35.453/79.904(氯的原子量/溴的原子量)的值即可。另外，使用碘化合物作為活性劑時(shí)，該離子的定量值(μg/g)乘以35.453/126.9045(氯的原子量/溴的原子量)的值即可。
這里，萃取使用的有機(jī)溶劑只要是不與焊劑反應(yīng)，在有機(jī)合成等中使用的現(xiàn)有公知的不溶于水且不合鹵素離子的溶劑即可，例如氯仿、二氯甲烷、甲苯、二甲苯、苯、乙醚、石油醚等。從焊劑的溶解性、萃取操作的難易程度等來(lái)看，優(yōu)選使用氯仿、甲苯、二甲苯、乙醚、石油醚。萃取時(shí)使用的水不含鹵素離子即可，最好使用超純水。另外，利用有機(jī)溶劑-水萃取的鹵素離子濃度測(cè)定對(duì)于使用水溶性焊劑、非水溶性焊劑的釬焊膏均可以實(shí)施。
本發(fā)明中，將釬焊膏的焊劑中的鹵素離子濃度調(diào)節(jié)至按照氯換算值為3000ppm以下。例如，作為活性劑優(yōu)選使用的有機(jī)堿的氫鹵酸鹽——異丙胺氫溴酸鹽、丁胺氫氯酸鹽、環(huán)己胺氫溴酸鹽等氫鹵酸胺鹽、1，3-二苯基胍氫溴酸鹽等的場(chǎng)合，這些化合物中含有的鹵素全部為鹵素離子。因此，其添加量在沒(méi)有與其他鹵素化合物同時(shí)使用的場(chǎng)合，進(jìn)行計(jì)算使鹵素離子的氯換算值為3000ppm以下添加即可。
鹵素化合物可以使用通常作為軟釬焊用焊劑使用的鹵素化合物，但是為了進(jìn)一步改良釬焊膏的軟釬焊性、潤(rùn)濕性，優(yōu)選使用在釬焊膏保存過(guò)程中作為鹵素化合物穩(wěn)定存在，在軟熔溫度下分解并發(fā)揮活性力的鹵素化合物，特別是有機(jī)溴化合物，且鹵素離子的氯換算值為3000ppm以下。
具有如上所述特性的有機(jī)溴化合物例如具有碳原子數(shù)10以上的烷基取代基的溴化苯甲基化合物、或者碳原子數(shù)10以上的脂肪酸或脂環(huán)式化合物的一個(gè)分子中含有4個(gè)以上溴的多溴化合物，也可以將其混合使用。
具有碳原子數(shù)10以上的烷基鏈的溴化苯甲基化合物具體例如4-硬脂酰氧基苯甲基溴、4-十八烷氧基苯甲基溴、4-十八烷基苯甲基溴、4-溴甲基苯甲基硬脂酸酯、4-硬脂?；被郊谆濉?，4-二溴甲基苯甲基硬脂酸酯等化合物。此外還例如4-棕櫚酰氧基苯甲基溴、4-肉豆蔻酰氧基苯甲基溴、4-月桂酰氧基苯甲基溴、4-十一烷酰氧基苯甲基溴等。
另外，多溴化合物例如可以具有羧基、酯基、醇基、醚基、酮基等，結(jié)合4個(gè)以上溴原子的化合物。
這些化合物的具體例子如9，10，12，13，15，16-六溴硬脂酸、9，10，12，13，15，16-六溴硬脂酸甲酯、9，10，12，13，15，16-六溴硬脂酸乙酯、9，10，12，13-四溴硬脂酸、9，10，12，13-四溴硬脂酸甲酯、9，10，12，13-四溴硬脂酸乙酯、9，10，12，13，15，16-六溴硬脂醇、9，10，12，13-四溴硬脂醇、1，2，5，6，9，10-六溴環(huán)十二烷等。特別優(yōu)選六溴硬脂酸、六溴環(huán)十二烷。
另外，上述以外的有機(jī)溴化合物進(jìn)一步例如1-溴-2-丁醇、1-溴-2-丙醇、3-溴-1-丙醇、3-溴-1，2-丙二醇、1，4-二溴-2-丁醇、1，3-二溴-2-丙醇、2，3-二溴-1-丙醇、1，4-二溴-2，3-丁二醇、2，3-二溴-2-丁烯-1，4-二醇、1-溴-3-甲基-1-丁烯、1，4-二溴丁烯、1-溴-1-丙烯、2，3-二溴丙烯、溴代乙酸乙酯、α-溴代辛酸乙酯、α-溴代丙酸乙酯、β-溴代丙酸乙酯、α-溴代乙酸乙酯、2，3-二溴琥珀酸、2-溴琥珀酸、2，2-溴代己二酸、2，4-二溴苯乙酮、1，1-二溴四氯乙烷、1，2-二溴-1-苯基乙烷、1，2-二溴苯乙稀等溴化物，但是并不限于這些例子。另外，也可以使用含有氯、碘代替溴的有機(jī)鹵素化合物。
這些鹵素化合物的添加量為釬焊膏中鹵素離子的氯換算值達(dá)到每1克焊劑3000ppm以下。另外，鹵素化合物可以添加1種或1種以上，或者也可以同時(shí)使用有機(jī)鹵素化合物和有機(jī)堿的氫鹵酸鹽。
本發(fā)明中的有機(jī)酸成分例如以前眾所周知的琥珀酸、鄰苯二甲酸、硬脂酸、癸二酸等，優(yōu)選使用達(dá)到軟熔溫度時(shí)產(chǎn)生有機(jī)酸的化合物——有機(jī)酸衍生物。例如各種脂肪族羧酸酯、芳香族羧酸酯、脂肪族磺酸酯、芳香族磺酸酯等。
這些酯的醇?xì)埢鶅?yōu)選烷基、烯丙基，特別是酯分解性高的叔丁基、異丙基、異丁基，另外這些化合物也可以含有鹵素原子。
具體的例子如對(duì)甲苯磺酸正丙酯、對(duì)甲苯磺酸異丙酯、對(duì)甲苯磺酸異丁酯、對(duì)甲苯磺酸正丁酯、苯磺酸正丙酯、苯磺酸異丙酯、苯磺酸異丁酯、水楊酸正丙酯、水楊酸異丙酯、水楊酸異丁酯、水楊酸正丁酯、4-硝基苯甲酸異丙酯、4-硝基苯甲酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙二酸叔丁酯、溴代醋酸叔丁酯等。其中特別優(yōu)選對(duì)甲苯磺酸正丙酯、水楊酸異丁酯、溴代醋酸叔丁酯。添加量相對(duì)于焊劑總量為0.01～20質(zhì)量％，優(yōu)選0.05～5質(zhì)量％。
上述分解性的有機(jī)酸酯由于單獨(dú)在軟熔溫度下分解性低，為了促進(jìn)分解，添加少量的酯分解催化劑是有效的。酯分解催化劑只要是具有促進(jìn)分解性有機(jī)酸酯在軟熔溫度下分解產(chǎn)生酸的作用的催化劑即可，其中特別優(yōu)選有機(jī)堿的氫鹵酸鹽。
本發(fā)明的釬焊膏中配合的樹(shù)脂成分可以使用現(xiàn)有焊劑中配合的眾所周知的樹(shù)脂，例如天然松香、歧化松香、聚合松香、改性松香等，合成樹(shù)脂可以使用聚酯、聚氨酯、丙烯酸類樹(shù)脂等。
作為溶劑，可以與現(xiàn)有的焊劑或釬焊膏同樣利用醇類、醚類、酯類或芳香族溶劑，例如使用苯甲醇、丁醇、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、丁基卡比醇、二甘醇己醚、丙二醇單苯基醚、二辛基鄰苯二甲酸酯、二甲苯等中的一種，或混合使用。
另外，為了改善印刷性添加的觸變劑可以使用微細(xì)的二氧化硅粒子、高嶺土粒子等無(wú)機(jī)類物質(zhì)，或氫化蓖麻油、酰胺化合物等有機(jī)類物質(zhì)。
本發(fā)明的釬焊膏中同時(shí)使用還原劑作為穩(wěn)定劑，可以進(jìn)一步提高保存穩(wěn)定性。
上述還原劑例如通常作為樹(shù)脂等的抗氧化劑使用并且可以溶解于溶劑的酚類化合物、磷類化合物、硫類化合物、生育酚及其衍生物、L-抗壞血酸及其衍生物等。
具體地說(shuō)，酚類化合物例如氫醌、兒茶酚、2，6-二叔丁基對(duì)甲酚、丁羥基苯甲醚、2，2’-亞甲基二(4-甲基-6-叔丁基苯酚)等。
磷類化合物例如三苯基亞磷酸酯、三(十八烷基)亞磷酸酯、三癸基亞磷酸酯等。
另外，硫類化合物例如二月桂基-3，3’-硫代二丙酸酯、二硬脂基-3，3’-硫代二丙酸酯、二肉豆蔻基-3，3’-硫代二丙酸酯等。
生育酚及其衍生物、L-抗壞血酸及其衍生物只要是具有還原性并對(duì)溶劑可溶的化合物，例如它們的酯，即可使用。特別是同時(shí)使用生育酚或其衍生物和L-抗壞血酸或其衍生物2種時(shí)，可以得到較好的結(jié)果。配比優(yōu)選重量比為0.5∶1～1∶0.5，特別優(yōu)選幾乎為1比1。
L-抗壞血酸衍生物的具體例子如抗壞血酸-2-磷酸、抗壞血酸-2-硫酸、抗壞血酸-2-葡糖苷、抗壞血酸-2，6-二丁酸酯、抗壞血酸-2，6-二硬脂酸酯、抗壞血酸-2，6-二肉豆蔻酸酯、抗壞血酸-6-棕櫚酸酯、抗壞血酸-6-硬脂酸酯、抗壞血酸-6-肉豆蔻酸酯、抗壞血酸-2，3，5，6-四棕櫚酸酯、抗壞血酸-2，3，5，6-四肉豆蔻酸酯、抗壞血酸-2，3，5，6-四硬脂酸酯、抗壞血酸-2-葡糖苷-6-棕櫚酸酯、抗壞血酸-2-葡糖苷-6-肉豆蔻酸酯、抗壞血酸-2-葡糖苷-6-硬脂酸酯、抗壞血酸-5，6-苯亞甲基、抗壞血酸-5，6-亞丙基、抗壞血酸-2-磷酸-5，6-亞丙基等，另外生育酚衍生物的具體例子如母生育酚、醋酸生育酚、磷酸生育酚、山梨酸生育酚、煙酸生育酚等。
這些還原劑可以單獨(dú)使用，或混合使用。還原劑的添加量只要是足以充分確保釬焊膏的保存穩(wěn)定性的量即可，一般相對(duì)于釬焊膏總量為0.005質(zhì)量％以上20質(zhì)量％以下，更優(yōu)選0.01質(zhì)量％以上10質(zhì)量％以下。添加量如果過(guò)少，則沒(méi)有穩(wěn)定化效果，即使添加到20質(zhì)量％以上，確認(rèn)沒(méi)有與高濃度添加相應(yīng)的效果提高，因此不優(yōu)選。
本發(fā)明的釬焊膏使用的焊劑例如使用相對(duì)于焊劑總量為20～60質(zhì)量％的樹(shù)脂成分、0.04～20質(zhì)量％的觸變劑、0.01～20質(zhì)量％的有機(jī)成分、滿足上述鹵素離子范圍的鹵素化合物、0.005～20質(zhì)量％的還原劑以及作為殘留部分的溶劑等。將該焊劑例如相對(duì)于釬焊膏總量14～8質(zhì)量％，與焊錫粉末86～92質(zhì)量％混練，制成本發(fā)明的釬焊膏。這時(shí)鹵素化合物的添加量必須使釬焊膏混練后的焊劑中鹵素離子濃度按照氯換算值達(dá)到3000ppm以下。
配合物的混合、混練過(guò)程中，優(yōu)選調(diào)節(jié)焊劑等的水分、環(huán)境氣體的濕度，將釬焊膏中的水分含量控制在0.5質(zhì)量％以下，更優(yōu)選0.3質(zhì)量％以下。釬焊膏中混入的水分高于0.5質(zhì)量％，則促進(jìn)鹵化物的解離，由于其解離得到的鹵素與焊錫金屬合金粉末反應(yīng)，因此不優(yōu)選。另外，釬焊膏的pH值在4～9的范圍，更優(yōu)選6～8的范圍，這意味著抑制焊錫粉末與焊劑的反應(yīng)，因而優(yōu)選。這時(shí)，優(yōu)選使用烷醇胺類、脂肪族伯～叔胺、脂肪族不飽和胺類、脂環(huán)式胺類、芳香族胺類等胺化合物作為pH調(diào)節(jié)劑。
這些胺化合物的具體化合物例如乙醇胺、丁胺、氨基丙醇、聚氧乙烯油胺、聚氧乙烯月桂基胺、聚氧乙烯硬脂基胺、二乙胺、三乙胺、甲氧基丙胺、二甲氨基丙胺、二丁氨基丙胺、乙基己胺、乙氧基丙胺、乙基己氧基丙胺、二丙胺、異丙胺、二異丙胺等。
胺化合物的用量?jī)?yōu)選相對(duì)于釬焊膏中焊劑的總量為0.05～20質(zhì)量％。低于0.05質(zhì)量％，則作為pH調(diào)節(jié)劑的效果不充分，超過(guò)20質(zhì)量％，一般情況下pH會(huì)超過(guò)9，向堿性側(cè)轉(zhuǎn)變，釬焊膏變得易于吸濕。
而且，在用于防止電路中的銅生銹的焊劑中，也可以添加唑類，例如苯并三唑、苯并咪唑、甲苯基三唑等。防銹劑的添加量?jī)?yōu)選相對(duì)于焊劑總量為0.05～20質(zhì)量％。
本發(fā)明的釬焊膏中使用的焊錫粉末可以是現(xiàn)有公知的金屬組成的物質(zhì)，優(yōu)選使用含有容易氧化的Zn的焊錫粉末。例如Sn-Zn系、Sn-Ag-Zn系、Sn-Bi-Sb-Zn系、Sn-Bi-Cu-Zn系、Sn-Ag-Sb-Zn系、Sn-Ag-Cu-Zn系、Sn-Zn-Bi系。
作為上述的具體例子，以Sn為91質(zhì)量％、Zn為9質(zhì)量％的低共熔焊錫(以下表示為91Sn/9Zn)為中心，例如9.5Sn/3.5Ag/1Zn、51Sn/45Bi/3Sb/1Zn、84Sn/10Bi/5Sb/1Zn、88.2Sn/10Bi/0.8Cu/1Zn、88Sn/4Ag/7Sb/1Zn、97Sn/1Ag/1Sb/1Zn、91.2Sn/2Ag/0.8Cu/6Zn、89Sn/8Zn/3Bi、86Sn/8Zn/6Bi、89.1Sn/2Ag/0.9Cu/8Zn等。另外，本發(fā)明的焊錫粉末也可以是2種以上不同組成的焊錫粉末混合得到的物質(zhì)。
如上所述將鹵素離子的含量調(diào)節(jié)至每1克焊劑按照氯換算值達(dá)到3000ppm以下，配制得到的釬焊膏即使保存10天后使用，焊錫對(duì)基板的潤(rùn)濕性仍保持良好，能夠得到有可信性的焊接。
本發(fā)明的釬焊膏優(yōu)選在焊接基板，例如印刷線路板和電子部件制備焊接物時(shí)使用。關(guān)于本發(fā)明的釬焊膏的使用方法以及電子部件焊接物的制備方法，例如采用印刷法等將釬焊膏涂覆在需要軟釬焊的部分，載放電子部件，之后加熱，將焊錫粒子熔融，使之凝固，能夠?qū)㈦娮硬考附拥交迳稀?br> 基板與電子部件的焊接方法(安裝方法)例如表面安裝技術(shù)(SMT)。該安裝方法首先采用印刷法將釬焊膏涂覆在基板，例如線路板上所需的部位。其次將晶片部件或QFP等電子部件載放于釬焊膏上，通過(guò)軟熔熱源集中進(jìn)行軟釬焊。軟熔熱源可以使用熱風(fēng)爐、紅外線爐、蒸氣凝縮軟釬焊裝置、光束軟釬焊裝置等。
本發(fā)明的軟釬焊工藝根據(jù)焊錫合金組成有所不同，91Sn/9Zn、89Sn/8Zn/3Bi、86Sn/8Zn/6Bi等Sn-Zn系的場(chǎng)合，優(yōu)選采用預(yù)熱和軟熔2步進(jìn)行，其條件分別是預(yù)熱溫度為130～180℃，優(yōu)選130～150℃，預(yù)熱時(shí)間為60～120秒，優(yōu)選60～90秒；軟熔溫度為210～230℃，優(yōu)選210～220℃，軟熔時(shí)間為30～60秒，優(yōu)選30～40秒。另外，其它合金系的軟熔溫度相對(duì)于合金的熔點(diǎn)為+20～+50℃，優(yōu)選相對(duì)于合金的熔點(diǎn)為+20～+30℃，其它預(yù)熱溫度、預(yù)熱時(shí)間、軟熔時(shí)間與上述范圍相同即可。
對(duì)于本發(fā)明的釬焊膏，上述軟熔工藝可以在氮?dú)庵袑?shí)施，也可以在大氣中實(shí)施。氮軟熔的場(chǎng)合，通過(guò)將氧濃度調(diào)節(jié)為5vol％以下，優(yōu)選0.5vol％以下，與大氣軟熔的場(chǎng)合相比，可以提高焊錫對(duì)線路板等基板的潤(rùn)濕性，減少焊錫球的產(chǎn)生，穩(wěn)定地進(jìn)行處理。
之后，冷卻基板，完成表面安裝。采用該安裝方法的電子部件焊接物的制備方法中，也可以在印刷線路板等基板(被焊接板)的兩面進(jìn)行焊接。另外，可以使用本發(fā)明的釬焊膏的電子部件例如LSI、電阻器、電容器、變壓器、感應(yīng)器、過(guò)濾器、發(fā)振器·振動(dòng)器等，但是并不限于此。
另外，本發(fā)明對(duì)于日本特開(kāi)平7-7244號(hào)公開(kāi)的預(yù)先通過(guò)化學(xué)反應(yīng)僅在基板的一定表面，例如印刷基板的電路金屬的一定表面形成粘著性被膜，使焊錫粉末附著在其上后，涂覆焊劑，加熱至焊錫的熔融溫度使之軟熔，形成焊錫突起的線路基板，使用本發(fā)明的釬焊膏采用SMT(表面安裝技術(shù))安裝時(shí)，可以得到更優(yōu)良的焊接性。
本發(fā)明可以適用于利用環(huán)境污染少不含Pb的焊錫合金的微小電子部件精細(xì)程度焊接用的釬焊膏，即使使用預(yù)先混合制備的釬焊膏，也能夠得到有可信性的焊接，例如可以適應(yīng)安裝線路板的精細(xì)程度焊接，結(jié)果可以提供部件壽命優(yōu)良的線路板。
以下結(jié)合實(shí)施例更具體地說(shuō)明發(fā)明的內(nèi)容，但是本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限定。
實(shí)施例〔試驗(yàn)方法〕①鹵素離子濃度測(cè)定在釬焊膏1g中加入氯仿5ml進(jìn)行攪拌，將焊劑部分溶解后，加入超純水10ml將鹵素離子萃取到水中，用離子色譜法測(cè)定水層。
使用的裝置YOKOGAWA IC-100分離柱SAM3-125填充劑親水性低交換容量強(qiáng)離子交換樹(shù)脂粒徑10μm交換容量60μeq/ml洗脫液和流量4mM Na2CO3/4mM NaHCO3、2ml/分除去液和流量0.05M正十二烷基苯磺酸、2ml/分溫度40℃試樣量100μl②粘度測(cè)定釬焊膏在10rpm時(shí)的粘度使用Malcolm公司生產(chǎn)的PCU-205型螺旋粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。③孔隙率的觀察(焊接的可信性)
使用厚度為150微米的金屬罩，在60mm平方的銅板上印刷直徑為6mm×6個(gè)的圖樣之后，在大氣環(huán)境下進(jìn)行軟熔，其次用切割器將焊錫與銅板一同切斷后，用顯微鏡觀察該焊錫部分，觀察孔隙的產(chǎn)生情況。對(duì)于6個(gè)圖樣，測(cè)量大小為10μm以上的孔隙，每1個(gè)圖樣的平均個(gè)數(shù)為2個(gè)以上時(shí)，視為不合格。
(實(shí)施例1～9、比較例1～3)<焊劑以及釬焊膏的制備>
加入作為樹(shù)脂成分的聚合松香17.5質(zhì)量％、歧化松香27.5質(zhì)量％，作為觸變劑的氫化蓖麻油7質(zhì)量％，表1所示量的作為有機(jī)堿的氫鹵酸鹽的二苯基胍氫溴酸鹽、環(huán)己胺氫溴酸鹽，作為鹵素化合物的六溴環(huán)十二烷、2，3-二溴-2-丁烯-1，4-二醇、4-硬脂酰氧基苯甲基溴，作為有機(jī)酸成分的水楊酸異丁酯、對(duì)甲苯磺酸正丙酯，以及作為pH調(diào)節(jié)劑的三乙醇胺2質(zhì)量％，作為還原劑的氫醌0.3質(zhì)量％，作為防銹劑的苯并咪唑1質(zhì)量％，作為溶劑的二甘醇單-2-乙基己醚，調(diào)節(jié)成100質(zhì)量％，制備焊劑。
表1

向該焊劑11質(zhì)量％中添加89Sn/8Zn/3Bi的無(wú)Pb焊錫粉末89質(zhì)量％，用Planetary mill混練，制備3kg釬焊膏。
作為比較例，按照表1所示的添加量添加氫鹵酸鹽、鹵素化合物，使鹵素離子濃度超過(guò)3000ppm，與實(shí)施例同樣制備釬焊膏。
<電子部件焊接物的制備>
采用SMT作為安裝方法。分別將實(shí)施例1～9、比較例1～3的組成的釬焊膏印刷在1張線路板上，在釬焊膏上載放LSI、晶片形電阻器、晶片形電容器，通過(guò)軟熔熱源加熱，進(jìn)行軟釬焊。軟熔熱源使用熱風(fēng)爐。
軟熔條件是預(yù)熱溫度130℃，預(yù)熱時(shí)間80秒，軟熔的峰溫度為220℃，200℃以上的軟熔時(shí)間為50秒。
實(shí)施例和比較例中使用的釬焊膏使用制備之后的物質(zhì)和制備后保存7天的物質(zhì)。
對(duì)于制備的印刷線路板和使用的釬焊膏，按照上述測(cè)定方法測(cè)定特性。測(cè)定結(jié)果如表2所示。另外，表2中的鹵素離子濃度表示氯換算值，焊接狀態(tài)表示用保存7天的釬焊膏焊接時(shí)的狀態(tài)，符號(hào)○表示每1個(gè)圖樣的孔隙為2個(gè)以下，焊接良好，符號(hào)×表示每1個(gè)圖樣的孔隙為2個(gè)以上，焊接不良。
表2

由上述表2可以看出，按照本發(fā)明的釬焊膏如果保存7天，鹵素離子濃度、粘度與制備之后的釬焊膏相比有一些上升，但焊接狀態(tài)均良好。
而且，同樣使用91Sn/9Zn、86Sn/8Zn/6Bi的無(wú)Pb焊錫粉末進(jìn)行相同的試驗(yàn)，可以得到完全相同的結(jié)果。
另外，實(shí)施例1～9軟熔后的焊錫合金組織與現(xiàn)有Sn-Pb系釬焊膏的焊錫合金組織相比，Sn-Pb系的場(chǎng)合，在高溫環(huán)境下晶體的粗大化顯著，與此相對(duì)本發(fā)明的Sn-Zn系焊錫合金粗大化的趨勢(shì)小，因此提高了焊錫的機(jī)械物性，提高了使用該焊錫合金的安裝線路板的壽命特性。工業(yè)實(shí)用性采用本發(fā)明的釬焊膏，可以大幅度抑制焊錫合金與焊劑的反應(yīng)，得到非常優(yōu)良的保存穩(wěn)定性。特別是本發(fā)明對(duì)于現(xiàn)有保存穩(wěn)定性差的Sn-Zn系釬焊膏，也可以使保存穩(wěn)定性顯著提高，確認(rèn)了其有效性。
另外，通過(guò)開(kāi)發(fā)本發(fā)明的釬焊膏，可以提供與安裝線路板的精細(xì)程度化、部件的多樣化相適應(yīng)的可信性高的電路板軟釬焊方法、軟釬焊得到的焊接物。
權(quán)利要求
1.含有鹵素化合物的釬焊膏，其特征在于每1克焊劑中的鹵素離子濃度按照氯換算值為3000ppm以下。
2.如權(quán)利要求1所述的釬焊膏，其特征在于該鹵素離子為溴離子。
3.如權(quán)利要求1或2所述的釬焊膏，其特征在于該釬焊膏的焊錫粉末含有Zn。
4.電路板的軟釬焊方法，其特征在于包括將權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的釬焊膏涂覆在電路板上的步驟，以及將該釬焊膏軟熔的步驟。
5.焊接物，其特征在于采用權(quán)利要求4所述的電路板的軟釬焊方法制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及保存穩(wěn)定性優(yōu)良的釬焊膏、使用該釬焊膏的軟釬焊方法以及采用上述軟釬焊方法制備的焊接物。上述釬焊膏含有鹵素化合物作為活性劑,其添加量為每1克焊劑中鹵素離子濃度按照氯換算值達(dá)到3000ppm以下。
文檔編號(hào)B23K35/36GK1358123SQ01800016
公開(kāi)日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2001年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月8日
發(fā)明者綱田仁, 村瀬典子, 莊司孝志 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社