焊料組合物制造技術(shù)

一種含有一種無(wú)鉛錫鋅合金和一種助焊劑的焊料組合物，所述助焊劑至少含有環(huán)氧樹(shù)脂和一種有機(jī)羧酸，其特征在于有機(jī)羧酸在室溫（２５℃）時(shí)以固體形式分散在焊料組合物中，或其特征在于有機(jī)羧酸的分子量為１００－２００ｇ／ｍｏｌ，或其特征在于有機(jī)羧酸或錫鋅合金具有用一層包含樹(shù)脂的薄膜覆蓋的微膠囊結(jié)構(gòu)，所述薄膜選自環(huán)氧樹(shù)脂，聚酰亞胺樹(shù)脂，聚碳酸酯樹(shù)脂，聚酰胺樹(shù)脂，聚酯類(lèi)樹(shù)脂，聚脲樹(shù)脂，聚烯烴樹(shù)脂和聚砜樹(shù)脂。該焊料組合物無(wú)需清洗來(lái)除去助焊劑殘留物且該組合物的焊糊在制備后在粘度、可印性、可焊接性或類(lèi)似方面不易隨時(shí)間而變化。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種無(wú)鉛焊料組合物，所述組合物無(wú)需去除助焊劑且其可焊性和可印性隨時(shí)間變化很小。
技術(shù)介紹
大多數(shù)常規(guī)的用于焊料的助焊劑包括松香或松香改性樹(shù)脂并向其中加入活化劑如有機(jī)酸或鹵化物。松香是助焊劑的主要成分，且當(dāng)它用溶劑稀釋以具有適合的粘性時(shí)，它可提高包括它的焊料的可印性。另外，作為粘合劑，松香用于將電子元件臨時(shí)固定到印制電路基片上以防止脫落或遷移。松香中含有一種松香酸作為活性成分，即使松香酸本身可在某種程度上具有很好的可可焊性。可以用于焊糊助焊劑的松香包括，例如天然松香，聚合松香，歧化松香，氫化松香，馬來(lái)酸改性松香。然而，含有這樣松香的松香基助焊劑焊接后會(huì)在印制電路板上形成殘留物，且很多情況下該殘留物會(huì)造成基片的腐蝕和遷移。再有，當(dāng)上面殘留有殘留物的印制電路板被樹(shù)脂(如，硅膠，環(huán)氧樹(shù)脂)封裝時(shí)，殘留物會(huì)使樹(shù)脂封裝難以固化并因此對(duì)樹(shù)脂粘合至底板及從其上分離產(chǎn)生負(fù)面影響。為去除殘留物，一般是用Flon替代品或有機(jī)溶劑清洗焊接板。但是，由于Flon和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)對(duì)環(huán)境會(huì)造成不利影響，目前所述清洗劑受限。環(huán)氧助焊劑是助焊劑的一種，它不會(huì)造成基片的腐蝕和遷移，同時(shí)，也不會(huì)因?yàn)闆](méi)有對(duì)殘留物進(jìn)行清洗除去而導(dǎo)致樹(shù)脂封裝的失敗。環(huán)氧助焊劑主要包括環(huán)氧樹(shù)脂，羧酸，胺，和觸變劑。當(dāng)用含有包括這樣組分的環(huán)氧助焊劑的焊糊將元件焊接在印制電路板上后，此焊劑使得導(dǎo)體表層在回流焊接過(guò)程中可被羧酸活化，與此同時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂可與羧酸反應(yīng)以固化且其固化在回流焊料粘結(jié)于所述元件后完成。焊料回流后，固化的環(huán)氧樹(shù)脂形成助焊劑殘留物。與普通的松香基助焊劑的殘留物相比，固化的環(huán)氧樹(shù)脂殘留物即使在焊接后不被清除，也不會(huì)干擾封裝樹(shù)脂對(duì)印制電路板的粘結(jié)性，焊接有元件的電路板可直接用樹(shù)脂封裝，且其絕緣性良好(JP-A2000-216300)。另一方面，錫鉛(SnPb)合金一般作為與助焊劑混合使用的焊料合金(solder alloy)。錫鉛合金可焊性強(qiáng)，其低共熔組合物(63Sn37Pb)熔點(diǎn)很低，為183℃，其焊接溫度不高于250℃。這樣，它不會(huì)對(duì)沒(méi)有抗熱性能的電子元件產(chǎn)生熱損。然而，在今天，出于對(duì)環(huán)保的考慮，不含鉛的焊料即無(wú)鉛焊料更受歡迎。用于無(wú)鉛焊料的合金包括以錫為基礎(chǔ)的錫銀合金和錫銻合金。在錫銀合金中，熔點(diǎn)最低的組合物是Sn3.5Ag的低共熔組合物，其熔點(diǎn)為221℃。含有該組合物的焊料合金的焊接溫度相當(dāng)高，在260至280℃之間。當(dāng)在這樣的溫度進(jìn)行焊接時(shí)，不耐熱的電子元件會(huì)受到熱損，從而，它們的功能會(huì)降低或失去作用。在錫銻合金中，熔點(diǎn)最低的組合物是Sn5Sb，其在固相線(xiàn)的熔點(diǎn)為235℃，在液相線(xiàn)時(shí)為240℃，兩個(gè)熔點(diǎn)都過(guò)高。因此，其焊接溫度在280℃至300℃之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Sn3.5Ag合金的焊接溫度。因此，同樣會(huì)導(dǎo)致不耐熱的電子元件受熱損耗。最近，無(wú)鉛錫鋅合金焊料在本領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注，它的熔點(diǎn)低于錫銀合金和錫銻合金。在錫鋅合金中，例如低共熔組合物是Sn9Zn，它的熔點(diǎn)為199℃，接近于錫鉛低共熔焊料的熔點(diǎn)。錫鋅合金的焊接溫度低于錫銀合金和錫銻合金，且錫鋅合金可以減低不耐熱電子元件的熱損耗。然而，當(dāng)無(wú)鉛錫鋅合金的焊糊利用傳統(tǒng)的松香基助焊劑進(jìn)行制備時(shí)，在剛制備好時(shí)它的可印性和可焊性與傳統(tǒng)的焊糊幾乎一樣，但是，例如在室內(nèi)儲(chǔ)存一段時(shí)間，焊糊的粘度增加且其可印性降低，此外，其可焊性也降低。而且，時(shí)間間隔越長(zhǎng)，錫鋅基焊糊的粘度越高，結(jié)果會(huì)徹底失去可印性。在這種情況下，即使加入溶劑降低其粘度并將這樣稀釋的焊料用于印刷，所含的錫鋅合金粉末不能被熔化，因而失去焊接的作用。另一方面，即使錫鋅合金基焊糊組合物利用環(huán)氧助焊劑制備以消除助焊劑殘留物去除步驟，在粘度、可印性和可焊性方面，它還具有與含松香助焊劑的焊料相同的問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)的目的是解決上述列舉的問(wèn)題，并提供一種包含環(huán)氧助焊劑和無(wú)鉛錫鋅合金的焊料組合物。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
作為專(zhuān)利技術(shù)者，在粘性、可印性和可焊性上，我們認(rèn)識(shí)到含有無(wú)鉛錫鋅合金和環(huán)氧助焊劑的焊糊組合物產(chǎn)生時(shí)間變化的原因是錫鋅合金中鋅組分有很高的活性，并因此隨時(shí)間可以和環(huán)氧助焊劑的組分，主要是助焊劑中的有機(jī)羧酸發(fā)生反應(yīng)。在這種情況下，我們發(fā)現(xiàn)，如果抑制了鋅和焊料組合物中的有機(jī)羧酸發(fā)生反應(yīng)的話(huà)，上述問(wèn)題就可以得到解決。在此基礎(chǔ)上，我們完成了本專(zhuān)利技術(shù)。具體地講，本專(zhuān)利技術(shù)的第一實(shí)施方案為一種含有一種無(wú)鉛錫鋅合金和一種助焊劑的焊料組合物，所述助焊劑至少含有環(huán)氧樹(shù)脂和一種有機(jī)羧酸，其中，有機(jī)羧酸在室溫(25℃)時(shí)以固體形式分散在焊料組合物中。本專(zhuān)利技術(shù)的第二實(shí)施方案為一種含有一種無(wú)鉛錫鋅合金和一種助焊劑的焊料組合物，所述助焊劑至少含有環(huán)氧樹(shù)脂和一種有機(jī)羧酸，其中，有機(jī)羧酸的分子量在100至200g/mol之間。在本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物中，有機(jī)羧酸在室溫(25℃)時(shí)優(yōu)選以固體形式分散在焊料組合物中。本專(zhuān)利技術(shù)的第三實(shí)施方案為一種含有一種無(wú)鉛錫鋅合金和一種助焊劑的焊料組合物，所述助焊劑至少含有環(huán)氧樹(shù)脂和一種有機(jī)羧酸，其中，有機(jī)羧酸是用一層薄膜封裝的微膠囊形式，所述薄膜選自環(huán)氧樹(shù)脂，聚酰亞胺樹(shù)脂，聚碳酸酯樹(shù)脂，聚酰胺樹(shù)脂，聚酯類(lèi)樹(shù)脂，聚脲樹(shù)脂，聚烯烴樹(shù)脂和聚砜樹(shù)脂。本專(zhuān)利技術(shù)的第四實(shí)施方案為一種含有一種無(wú)鉛錫鋅合金和一種助焊劑的焊料組合物，所述助焊劑至少含有環(huán)氧樹(shù)脂和一種有機(jī)羧酸，其中，錫鋅合金是用一層薄膜封裝的微膠囊形式，所述薄膜選自環(huán)氧樹(shù)脂，聚酰亞胺樹(shù)脂，聚碳酸酯樹(shù)脂，聚酰胺樹(shù)脂，聚酯類(lèi)樹(shù)脂，聚脲樹(shù)脂，聚烯烴樹(shù)脂和聚砜樹(shù)脂。在本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物中，環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)選選自雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂，雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂，酚醛型環(huán)氧樹(shù)脂，脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂，以及它們的混合物。同樣優(yōu)選地，本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物中含有醇。在本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物中，醇優(yōu)選是多元醇。在本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物中，有機(jī)羧酸優(yōu)選選自飽和的脂肪族二羧酸，不飽和的脂肪族二羧酸，脂環(huán)族二羧酸，氨基羧酸，羥基羧酸，雜環(huán)二羧酸，以及它們的混合物。在本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物中，優(yōu)選有機(jī)羧酸的熔點(diǎn)在130℃至220℃之間。在本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物中，環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)羧酸在助焊劑中的總含量?jī)?yōu)選為助焊劑的70％至100質(zhì)量％，其中醇的含量?jī)?yōu)選為0到30質(zhì)量％，優(yōu)選環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)羧酸在助焊劑中的調(diào)配使得相對(duì)于1.0當(dāng)量的環(huán)氧基，羧基的含量為0.8到2.0當(dāng)量。由于本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物含有無(wú)鉛錫鋅合金，它的熔點(diǎn)低于其它無(wú)鉛錫類(lèi)合金，例如錫銀合金和錫銻合金，這樣，它可以在用它進(jìn)行的回流焊接中降低不耐熱電子元件的受熱損耗。此外，由于它含有環(huán)氧助焊劑，它不會(huì)產(chǎn)生基片腐蝕和遷移的問(wèn)題，且不會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂封裝的固化失敗，并且它不需要清除助焊劑。此外，本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物的特殊設(shè)計(jì)使得錫鋅合金中的鋅不與助焊劑中的有機(jī)羧酸組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而避免了該組合物的粘性、可印性和可焊性隨時(shí)間進(jìn)行變化，所以，即使制備后儲(chǔ)存很長(zhǎng)時(shí)間，該焊料組合物仍具有長(zhǎng)期良好的可焊性，而不會(huì)隨時(shí)間進(jìn)行變化。具體實(shí)施例方式如上所述，本專(zhuān)利技術(shù)的焊料組合物為一種含有一種無(wú)鉛錫鋅合金和一種助焊劑的焊料組合物，所述助焊劑至少含有環(huán)氧樹(shù)脂和一種有機(jī)羧酸。該無(wú)鉛錫鋅合金的熔點(diǎn)低于其它無(wú)鉛錫類(lèi)合金，例如錫銀合金和錫銻合金，這樣，它可以在用它進(jìn)行的回流焊接中降低不耐熱電子元件的受熱損耗。此外，由于它含有環(huán)氧助焊劑，它不會(huì)產(chǎn)生基片腐蝕和遷本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種含有一種無(wú)鉛錫鋅合金和一種助焊劑的焊料組合物，所述助焊劑至少含有環(huán)氧樹(shù)脂和一種有機(jī)羧酸，其中，有機(jī)羧酸在室溫時(shí)以固體形式分散在焊料組合物中。

【技術(shù)特征摘要】
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【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：仁科努，岡本健次，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：富士電機(jī)株式會(huì)社，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：JP[日本]