焊料组合物的制作方法

1.本发明涉及通常的焊料组合物，更详细而言涉及含有助焊剂的焊料组合物。


背景技术：

2.专利文献1公开了一种焊膏。该焊膏由焊料粉末和助焊剂构成。助焊剂包含环氧树脂、固化剂、橡胶改性环氧树脂和有机酸。以相对于助焊剂的总重量为3重量％～35重量％的比例包含橡胶改性环氧树脂。
3.另外，专利文献1公开了一种安装结构体。该安装结构体是使用上述焊膏安装部件而得的电路基板。该安装结构体具备部件与电路基板被金属接合而得的导电部、以及通过用助焊剂的固化物覆盖导电部的周围而形成的加强部。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.[专利文献1]日本特开2018-126787号公报


技术实现要素：

[0007]
发明要解决的课题
[0008]
然而，使用了专利文献1的焊膏的安装结构体在耐湿绝缘性方面存在改善的余地。
[0009]
本发明的目的在于提供能够提高耐湿绝缘性的焊料组合物。
[0010]
用于解决课题的手段
[0011]
根据本发明的一个方面的焊料组合物含有焊料粉末和助焊剂。上述助焊剂包含环氧树脂、固化剂和有机酸。上述有机酸在水中的溶解度为10g/l以下。
[0012]
发明效果
[0013]
根据本发明，能够提高耐湿绝缘性。
附图说明
[0014]
图1是表示根据本发明的一个实施方式的安装结构体的主要部分的概略截面图。
具体实施方式
[0015]
1.概要
[0016]
如上所述，使用了专利文献1的焊膏的安装结构体在耐湿绝缘性方面存在改善的余地。本发明人等认为，其原因之一是由于有机酸可能残留在形成安装结构体的加强部的树脂中。然后，在这样的安装结构体被置于高温高湿环境下的情况下，当加强部的树脂吸湿时，由于该水分，残留在加强部的树脂中的有机酸能够离子化。由此，推定引起迁移从而耐湿绝缘性降低。
[0017]
因此，本发明人等为了包含环氧树脂等的焊膏并且提高耐湿绝缘性而继续深入研究，结果开发了以下这样的焊料组合物。
[0018]
即，根据本实施方式的焊料组合物含有焊料粉末和助焊剂。助焊剂包含环氧树脂、固化剂和有机酸。有机酸在水中的溶解度为10g/l以下。如此地，由于有机酸难以溶解于水，因而离子化受到抑制。因此，迁移变得难以发生，绝缘劣化受到抑制。
[0019]
因此，根据本实施方式，能够提高耐湿绝缘性。此外，也不需要焊接后的助焊剂清洗。
[0020]
2.详细情况
[0021]
(1)焊料组合物
[0022]
根据本实施方式的焊料组合物例如被用于通过表面安装方式而将部件4固定于基板3(参照图1)。焊料组合物例如在回流焊后成为将部件4与基板3接合的接合部2。接合部2具有导电部21和加强部22。导电部21是将设置于部件4的电极6的焊料凸块7与基板3的电极5电接合的部分。加强部22是具有电绝缘性、且对导电部的周围进行加强的部分。
[0023]
根据本实施方式的焊料组合物含有焊料粉末和助焊剂。焊料组合物优选为膏状。焊料组合物也可以进一步含有溶剂。能够通过溶剂来调节焊料组合物的粘度。作为溶剂，没有特别限定，例如可举出二丁基二乙二醇(dbdg)等。
[0024]
(1.1)焊料粉末
[0025]
焊料粉末是能够形成接合部2的导电部21的材料(参照图1)。作为焊料粉末，没有特别限定。对于焊料粉末的化学成分而言，包括无铅焊料和含铅焊料。从环境保护的观点出发，焊料粉末的化学成分优选为无铅焊料。
[0026]
作为无铅焊料，没有特别限定，例如包含sn，还包含选自bi、sb、cu、ag、zn、in、ni、p、ga和ge中的一种以上的元素。即，作为无铅焊料，例如可举出sn-bi系焊料、sn-sb系焊料、sn-cu系焊料、sn-ag系焊料、sn-zn系焊料、sn-in系焊料、sn-ag-cu系焊料、sn-cu-ni系焊料、sn-zn-bi系焊料、sn-ag-cu-in系焊料、sn-bi-cu-in系焊料、sn-ag-bi-cu系焊料、sn-in-ag-bi系焊料、sn-cu-ag-p-ga系焊料、sn-cu-ni-p-ga系焊料、sn-ag-cu-ni-ge系焊料和sn-bi-ag-cu-in系焊料等。特别是sn-bi系焊料是低熔点的并且润湿性良好，因而优选。另外，sn-ag-cu系焊料的可靠性高、润湿性良好，因而优选。
[0027]
焊料粉末的熔点优选为80℃以上。由此，能够使用多种多样的焊料粉末。焊料粉末的熔点的上限值没有特别限定，例如为部件4(表面安装部件)的耐热温度。具体而言，焊料粉末的熔点的上限值例如为300℃。
[0028]
相对于上述环氧树脂和上述固化剂的合计100质量份，焊料粉末的含量优选为75质量份以上且90质量份以下，更优选为77质量份以上且88质量份以下，进一步优选为80质量份以上且85质量份以下。通过焊料粉末的含量为75质量份以上，导电部21的导电性能够提高。通过焊料粉末的含量为90质量份以下，由加强部22带来的导电部21的加强效果能够提高。
[0029]
(1.2)助焊剂
[0030]
助焊剂是具有助焊剂作用、且能够形成接合部2的加强部22的材料(参照图1)。助焊剂包含环氧树脂、固化剂和有机酸。优选地，助焊剂还包含咪唑化合物。
[0031]
环氧树脂和固化剂主要能够形成加强部22，有机酸主要能够作为活性剂而发挥助焊剂作用。咪唑化合物能够作为固化促进剂而起作用。
[0032]
《环氧树脂》
[0033]
环氧树脂能够对焊料组合物赋予热固化性。环氧树脂成为固化物而在导电部21的周围形成加强部22(参照图1)。
[0034]
作为环氧树脂，没有特别限定，例如可举出双酚f型环氧树脂、双酚a型环氧树脂和联苯型环氧树脂等。优选地，环氧树脂在常温下为液态。由此，容易使焊料组合物在常温下成为膏状。
[0035]
《固化剂》
[0036]
固化剂与环氧树脂反应而形成加强部22(参照图1)。作为固化剂，没有特别限定，例如可举出酚醛树脂等。在固化剂包含酚醛树脂的情况下，环氧树脂与酚醛树脂的当量比优选为0.02以上且0.5以下，更优选为0.05以上且0.3以下。
[0037]
优选地，固化剂在常温下为液态。由此，容易使焊料组合物在常温下成为膏状。
[0038]
《有机酸》
[0039]
如上所述，有机酸能够作为活性剂而发挥助焊剂作用。作为助焊剂作用，例如可举出清洁化作用、抗氧化作用和表面张力降低作用。
[0040]
清洁化作用是去除焊料粉末的氧化膜、或者去除基板3的电极5的表面的异物的作用。焊料组合物被印刷于基板3的电极5。
[0041]
抗氧化作用是防止导电部21的氧化的作用。
[0042]
表面张力降低作用是抑制熔融的焊料粉末变圆的作用。通过降低焊料的表面张力，焊料的润湿性变得良好。
[0043]
有机酸在水中的溶解度(特别是有机酸的向20℃的水中的溶解度)为10g/l以下，优选为5g/l以下，更优选为1g/l以下。如此地，由于有机酸难以溶解于水，因而有机酸的离子化受到抑制。因此，有机酸不易以助焊剂残渣的形式残留于加强部22。即使有机酸以助焊剂残渣的形式残留于加强部22，迁移也难以发生，绝缘劣化受到抑制。因此，能够提高安装结构体1的耐湿绝缘性。此外，也不需要焊接后的助焊剂清洗。需要说明的是，有机酸在水中的溶解度的下限值为例如大于0g/l。
[0044]
作为有机酸，只要在水中的溶解度为10g/l以下，则没有特别限定。优选地，有机酸至少具有一个以上的羧基。优选地，有机酸包含选自对羟基苯甲酸(4-羟基苯甲酸)、水杨酸、二十烷二酸、十二烷二酸、6-羟基-2-萘甲酸、二聚酸和癸二酸中的至少一种化合物。
[0045]
二聚酸是以如下二元酸作为主成分、并含有一元酸和三元酸的液态脂肪酸，所述二元酸为通过以植物系油脂作为原料的c18不饱和脂肪酸的二聚体化而生成的c36二羧酸。作为c18不饱和脂肪酸，没有特别限定，例如可举出油酸、亚油酸和亚麻酸等。c36二羧酸的结构是具有2个烷基侧链的长链脂肪酸，能够存在多种结构异构体。二聚酸中的c36二羧酸的纯度优选为90％以上。二聚酸的酸值优选为193mgkoh/g以上且201mgkoh/g以下。二聚酸的皂化值优选为196mgkoh/g以上且203mgkoh/g以下。
[0046]
有机酸的分子量优选为135以上且570以下。分子量越小，则有机酸的活性力越强，焊接性也越良好。
[0047]
有机酸优选具有疏水基团(亲油基团)。由此，容易使有机酸在水中的溶解度成为10g/l以下。
[0048]
作为疏水基团，没有特别限定，例如可举出苯基、萘基和长链烷基等。相比于长链烷基，优选苯基和萘基。即，疏水基团优选包含苯基和萘基中的至少任意一种，更优选包含
苯基。如果是具有这样的疏水基团的有机酸，则容易为低分子量且在水中的溶解度容易为10g/l以下。特别是对羟基苯甲酸(4-羟基苯甲酸)和水杨酸包含苯基，因而优选。
[0049]
相对于助焊剂的固体成分的总质量，有机酸的含量优选为2.0质量％以上且20.0质量％以下，更优选为2.5质量％以上且10.0质量％以下，进一步优选为3.0质量％以上且8.0质量％以下。通过有机酸的含量为2.0质量％以上，能够确保助焊剂作用。通过有机酸的含量为20.0质量％以下，能够进一步提高耐湿绝缘性。
[0050]
《咪唑化合物》
[0051]
如上所述，咪唑化合物能够作为固化促进剂而起作用。通过助焊剂包含咪唑化合物，能够得到耐热性高的固化物。也就是说，能够得到玻璃化转变温度(tg)高的固化物。因此，由加强部22带来的导电部21的加强效果能够提高。作为咪唑化合物，没有特别限定，例如可举出2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑(2p4mhz)等。
[0052]
在助焊剂包含咪唑化合物的情况下，相对于环氧树脂和固化剂的合计100质量份，咪唑化合物的含量优选大于0质量份且为10顾量份以下，更优选为2.0质量份以上且8.0质量份以下。换言之，咪唑化合物的含量优选大于0phr且为10phr以下，更优选为2.0phr以上且8.0phr以下。由此，能够得到耐热性更高的固化物。需要说明的是，作为单位的phr意指相对于环氧树脂和固化剂的合计100质量份的比率(质量份)。
[0053]
(2)制备方法
[0054]
根据本实施方式的焊料组合物例如可以如下地进行制备。
[0055]
首先，将环氧树脂、固化剂、有机酸和咪唑化合物混合，用混炼机进行混炼，由此得到助焊剂。
[0056]
接下来，向该助焊剂投入焊料粉末，继续进行混炼，由此得到焊料组合物。需要说明的是，作为混炼机，没有特别限定，例如可举出行星式混合机。
[0057]
(3)用途
[0058]
根据本实施方式的焊料组合物例如被用于图1所示的安装结构体1的制造。即，焊料组合物被用于通过表面安装方式而将部件4固定于基板3。表面安装方式的工艺包含印刷工序、部件搭载工序和回流焊接工序。
[0059]
在印刷工序中，焊料组合物通过丝网印刷等而被印刷至印刷线路板等基板3的电极5(连接盘等)。
[0060]
在部件搭载工序中，部件4被搭载于印刷后的基板3。将设置于部件4的电极6处的焊料凸块7载置于基板3的电极5。
[0061]
在回流焊接工序中，将搭载了部件4的基板3放入炉中进行加热。由此，部件4与基板3通过接合部2而被接合。即使假定将部件4与基板3电接合的导电部21是脆弱的，由于加强部22覆盖导电部21的周围而进行了加强，因而安装结构体1的耐掉落性能也能够提高。
[0062]
需要说明的是，焊料组合物还可用作热界面材料(tim)。
[0063]
[实施例]
[0064]
以下，通过实施例来具体地说明本发明。但是，本发明不限于实施例。
[0065]
(1)试样
[0066]
(1.1)焊料组合物
[0067]
用于焊料组合物的制备的材料如下所述。
[0068]
《焊料粉末》
[0069]
sn-bi系焊料(sn42bi58、熔点139℃)。
[0070]
《助焊剂》
[0071]
《环氧树脂》
[0072]
·
环氧树脂1：双酚f型环氧树脂(nippon steel chemical&material株式会社制，商品名“ydf一8170”，环氧当量155～165g/eq)
[0073]
·
环氧树脂2：双酚a型环氧树脂(nippon steel chemical&material株式会社制，商品名“yd-8125”，环氧当量168～178g/eq)
[0074]
·
环氧树脂3：联苯型环氧树脂(日本化药株式会社制，商品名“nc-3000-l”，环氧当量261～282g/eq)
[0075]
《固化剂》
[0076]
·
酚醛树脂：液态酚醛树脂(明和化成株式会社制，商品名“meh-8000h”，oh当量139～143g/eq)
[0077]
《咪唑化合物》
[0078]
·
2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑(2p4mhz)
[0079]
《有机酸》
[0080]
·
有机酸1：二十烷二酸
[0081]
·
有机酸2：十二烷二酸
[0082]
·
有机酸3：6-羟基-2-萘甲酸
[0083]
·
有机酸4：对羟基苯甲酸
[0084]
·
有机酸5：水杨酸
[0085]
·
有机酸6：二聚酸(筑野食品工业株式会社制，商品名“tsunodyme(
ツノダイム
)395”，酸值196mgkoh/g，皂化值198mgkoh/g，c36二羧酸的纯度94.0％)
[0086]
·
有机酸7：癸二酸
[0087]
·
有机酸8：己二酸
[0088]
·
有机酸9：戊二酸。
[0089]
(1.2)制备方法
[0090]
首先，将环氧树脂、固化剂、有机酸和咪唑化合物混合，用行星式混合机进行混炼，由此得到助焊剂。其后，向该助焊剂投入焊料粉末，继续进行混炼，由此得到焊料组合物。需要说明的是，焊料组合物的配合如表1所示。
[0091]
(2)评价项目
[0092]
对于焊料组合物，进行以下的试验。
[0093]
(2.1)耐湿绝缘性
[0094]
通过印刷将焊料组合物供给至jis ii型梳型基板，以规定的温度曲线通过回流焊接进行热处理，得到评价基板。将该评价基板设置在85℃、85％rh的高温高湿槽内1000小时后，对评价基板施加50v的偏置电压。测定此时的电阻值，换算为体积电阻率。将体积电阻率分类为以下的评价基准，评价耐湿绝缘性。
[0095]
《评价基准》
[0096]
a：体积电阻率为1
×
108ω
·
cm以上
[0097]
c：体积电阻率小于1
×
108ω
·
cm
[0098]
(2.2)粘度
[0099]
测定焊料组合物在25℃、5rpm的粘度(pa
·
s)。粘度的测定中，使用了e型粘度计(东机产业株式会社制，型号“re-215u”)。需要说明的是，粘度优选为50pa
·
s以上且250pa
·
s以下，更优选为100pa
·
s以上且150pa
·
s以下。
[0100]
(2.3)触变性
[0101]
测定焊料组合物在25℃的触变比。使用上述的e型粘度计测定0.5rpm时的粘度和5.0rpm时的粘度，以这些粘度之比(0.5rpm时的粘度/5.0rpm时的粘度)的形式算出触变比。需要说明的是，触变比优选为1.0以上，更优选为2.5以上。
[0102]
【表1】
[0103]