CN112262013B - 焊膏用助焊剂和焊膏 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可抑制空隙的产生的焊膏用助焊剂以及使用助焊剂的焊膏。焊膏用助焊剂含有松香、咪唑化合物和溶剂，并且含有25质量％以上且35质量％以下的咪唑化合物。另外，含有0质量％以上且20质量％以下的嵌段有机酸，0质量％以上且3质量％以下活性剂。

Description

焊膏用助焊剂和焊膏
技术领域
本发明涉及一种用于焊接的焊膏用助焊剂以及使用该助焊剂的焊膏。
背景技术
一般而言，用于焊接的助熔剂具有以化学方式除去存在于焊料和作为焊接对象的接合对象物的金属表面的金属氧化物，从而可以使金属元素在两者的边界移动的效能。因此，通过使用助焊剂进行焊接，可以在焊料与接合对象物的金属表面之间形成金属间化合物，从而得到牢固的接合。
焊膏是使焊料合金的粉末与助焊剂混合而得到的复合材料。使用焊膏的焊接是在基板的电极等焊接部印刷焊膏，在印刷有焊膏的焊接部搭载部件，利用被称为回流炉的加热炉加热基板而使焊料熔融，进行焊接。
如果为了提高焊膏的焊接性而提高助焊剂的活性，则在保存时活性剂等活性高的成分与焊料发生反应，由此焊膏的粘度上升，焊膏的保存稳定性有降低的倾向。因此，为了兼顾焊接性和保存稳定性，提出了在助焊剂(载具)中除了作为活性剂的有机酸以外还添加咪唑化合物的焊膏(例如，参照专利文献1)。
另一方面，在使用焊膏的焊接中，存在硬化后的焊膏中残留有称为空隙的气泡的问题。在专利文献1记载的焊膏中，虽然焊接性和保存稳定性提高，但无法充分抑制空隙的产生。
在此，尝试通过提高助焊剂的活性来抑制空隙，作为提高助焊剂活性的方法，提出了添加有卤素化合物的助焊剂(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-169557号公报
专利文献2：日本特开2016-93816号公报
发明内容
然而，随着对减少空隙的要求变得严格，通过添加以往的有机酸或卤素化合物来提高活性，不能充分抑制空隙的产生。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于提供一种可抑制空隙的产生的焊膏用助焊剂以及使用助焊剂的焊膏。
发现在含有助焊剂和金属粉末的焊膏中，如果在助焊剂中添加规定量的咪唑化合物，则可以不损害焊膏的粘着性地抑制空隙的产生。
在此，本发明为一种焊膏用助焊剂，其含有松香、咪唑化合物和溶剂，并且含有25质量％以上且35质量％以下的咪唑化合物。
本发明的焊膏用助焊剂优选含有15质量％以上且40质量％以下的松香、15质量％以上且35质量％以下的溶剂。另外，优选含有0质量％以上且20质量％的嵌段有机酸、0质量％以上且3质量％以下的活性剂。
本发明的焊膏用助焊剂优选还含有0质量％以上且10质量％以下的触变剂，优选还含有0质量％以上且5质量％以下的消泡剂，优选还含有0质量％以上且5质量％以下的抗氧化剂。
另外，本发明为一种焊膏，该焊膏含有上述焊膏用助焊剂和金属粉末。
在本发明的焊膏用助焊剂中，通过含有25质量％以上的咪唑化合物，当使用含有该助焊剂和金属粉末的焊膏在回流炉中进行焊接时，可以抑制空隙的产生。另外，可以使焊膏具有粘着性。
具体实施方式
＜本实施方式的焊膏助焊剂的实例＞
本实施方式的焊膏助焊剂含有松香、咪唑化合物和溶剂。在本实施方式的焊膏用助焊剂中，通过含有25质量％以上的作为活性剂起作用的咪唑化合物，使咪唑化合物被残留，并且提高氧化物的去除效果。
由此，通过使用含有该助焊剂和金属粉末的焊膏在回流炉中进行焊接，可以去除导致空隙的氧化物，并且可以抑制空隙的产生。
回流中的温度不超过咪唑化合物的沸点，但由于超过熔点而熔融。如果熔融，则咪唑化合物发生气化直至与蒸气压曲线的压力相等，因此如果咪唑化合物的添加量少，则回流中不能残留充分的咪唑化合物，不能除去氧化物。由此产生空隙。另外，由于咪唑化合物在常温下为固体，因此如果助焊剂中的咪唑化合物的含量增加，则焊膏的粘着性丧失。在此，本实施方式的焊膏用助焊剂含有25质量％以上且35质量％以下的咪唑化合物。
作为咪唑化合物，可举出咪唑、2-乙基咪唑、2-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、4-甲基-2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑等。
另外，除了咪唑化合物以外，还可以含有活性剂和使烷基乙烯基醚与羧基反应而得到的嵌段有机酸。通过含有嵌段有机酸，咪唑化合物与羧基的反应被抑制，可以抑制焊膏的增粘。
作为嵌段有机酸，可举出具有使有机酸与烷基乙烯基醚反应而得到的具有半缩醛酯结构的化合物等。
嵌段有机酸被加热后分离成有机酸和烷基乙烯基醚。因此，加热前作为活性剂的功能被潜在化，在焊接时作为活性剂起作用。
作为嵌段有机酸中使用的有机酸，可举出戊二酸、己二酸、壬二酸、二十烷二酸、柠檬酸、乙醇酸、琥珀酸、水杨酸、二乙醇酸、吡啶二羧酸、二丁基苯胺二乙醇酸、辛二酸、癸二酸、巯基乙酸、对苯二甲酸、十二烷二酸、对羟基苯基乙酸、吡啶甲酸、苯基琥珀酸、邻苯二甲酸、富马酸、马来酸、丙二酸、月桂酸、苯甲酸、酒石酸、异氰脲酸三(2-羧乙基)酯、甘氨酸、1,3-环己烷二甲酸、2,2-双(羟甲基)丙酸、2,2-双(羟甲基)丁酸、2,3-二羟基苯甲酸、2,4-二乙基戊二酸、2-喹啉羧酸、3-羟基苯甲酸、苹果酸、对茴香酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸等。
作为嵌段有机酸中使用的烷基乙烯基醚，可举出乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚、异丙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、异丁基乙烯基醚、2-乙基己基乙烯基醚、环己基乙烯基醚等。
本实施方式的焊膏用助焊剂含有0质量％以上且20质量％以下的嵌段有机酸。
进而，除了咪唑化合物以外，还可以含有作为活性剂起作用的有机酸、卤素化合物。有机酸或卤素化合物与咪唑化合物一起作为活性剂起作用，由此氧化物的去除效果提高。
作为有机酸，可举出戊二酸、己二酸、壬二酸、二十烷二酸、柠檬酸、乙醇酸、琥珀酸、水杨酸、二乙醇酸、吡啶二羧酸、二丁基苯胺二乙醇酸、辛二酸、癸二酸、巯基乙酸、对苯二甲酸、十二烷二酸、对羟基苯基乙酸、吡啶甲酸、苯基琥珀酸、邻苯二甲酸、富马酸、马来酸、丙二酸、月桂酸、苯甲酸、酒石酸、异氰脲酸三(2-羧乙基)酯、甘氨酸、1,3-环己烷二甲酸、2,2-双(羟甲基)丙酸、2,2-双(羟甲基)丁酸、2,3-二羟基苯甲酸、2,4-二乙基戊二酸、2-喹啉羧酸、3-羟基苯甲酸、苹果酸、对茴香酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等。
作为卤素化合物，可举出1-溴-2-丙醇、3-溴-1-丙二醇、3-溴-1,2-丙二醇、1-溴-2-丁醇、1,3-二溴-2-丙醇、2,3-二溴-1-丙醇、1,4-二溴-2-丁醇、2,3-二溴-1,4-丁二醇、1,4-二溴-2-丁醇、2,3-二溴-1,4-丁二醇、反式-2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇等。
本实施方式的焊膏用助焊剂含有0质量％以上且3质量％以下的活性剂。
另外，本实施方式的焊膏用助焊剂含有15质量％以上且40质量％以下的松香、15质量％以上且35质量％以下的溶剂。本实施方式的焊膏用助焊剂还含有0质量％以上且10质量％以下的触变剂。本实施方式的焊膏用助焊剂还可以含有0质量％以上且5质量％以下的消泡剂以及0质量％以上且5质量％以下的抗氧化剂作为添加剂。
作为松香，可举出脂松香、木松香和浮油松香等的原料松香，以及由原料松香得到的衍生物。作为该衍生物，例如可举出纯化松香、氢化松香、歧化松香、聚合松香、酸改性松香、酚改性松香和α,β-不饱和羧酸改性产物(丙烯酸松香、马来松香、富马松香等)，该聚合松香的纯化产物、氢化物和歧化产物，以及该α,β-不饱和羧酸改性产物的纯化产物、氢化物和歧化产物。
作为溶剂，可举出醇系溶剂、二醇醚系溶剂、萜品醇类等。作为醇系溶剂，可举出异丙醇、1,2-丁二醇、异冰片基环己醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,5-二甲基-2,5-己二醇、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇、2,3-二甲基-2,3-丁二醇、2-甲基戊烷-2,4-二醇、1,1,1-三(羟甲基)丙烷、2-乙基-2-羟甲基-1,3-丙二醇、2,2’-氧基双(亚甲基)双(2-乙基-1,3-丙二醇)、2,2-双(羟甲基)-1,3-丙二醇、1,2,6-三羟基己烷、1-乙炔基-1-环己醇、1,4-环己二醇、1,4-环己烷二甲醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇等。作为二醇醚系溶剂，可举出二乙二醇单-2-乙基己基醚、乙二醇单苯基醚、二乙二醇单己基醚、二乙二醇二丁基醚、三乙二醇单丁基醚、三丙二醇甲醚、三丙二醇丁醚、三乙二醇丁基甲基醚、四乙二醇二甲基醚等。
作为触变剂，可举出蜡类触变剂、酰胺类触变剂。作为蜡类触变剂，例如可举出蓖麻氢化油等。作为酰胺类触变剂，可举出月桂酸酰胺、棕榈酸酰胺、硬脂酸酰胺、山嵛酸酰胺、羟基硬脂酸酰胺、饱和脂肪酸酰胺、油酰胺、芥子酸酰胺、不饱和脂肪酸酰胺、对甲苯甲烷酰胺、芳香族酰胺、亚甲基双硬脂酸酰胺、亚乙基双月桂酸酰胺、亚乙基双羟基硬脂酸酰胺、饱和脂肪酸双酰胺、亚甲基双油酸酰胺、不饱和脂肪酸双酰胺、间苯二甲基双硬脂酸酰胺、芳香族双酰胺、饱和脂肪酸聚酰胺、不饱和脂肪酸聚酰胺、芳香族聚酰胺、取代酰胺、羟甲基硬脂酸酰胺、羟甲基酰胺、脂肪酸酯酰胺等。
作为消泡剂，可举出丙烯酸聚合物、乙烯基乙醇聚合物、丁二烯聚合物和硅酮。另外，作为抗氧化剂，可举出受阻酚类抗氧化剂等。
＜本实施方式的焊膏的一个例子＞
本实施方式的焊膏含有上述的焊膏用助焊剂和金属粉末。金属粉末优选为不含Pb的焊料，由Sn单体、或Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Bi系、Sn-In系等、或者在这些合金中添加了Sb、Bi、In、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Fe、Ni、Co、Au、Ge、P等的焊料的粉体构成。
＜本实施方式的焊膏用助焊剂以及焊膏的作用效果例＞
在至少含有松香、咪唑化合物和溶剂并且含有25质量％以上且35质量％以下的咪唑化合物的焊膏用助焊剂、以及使用该助焊剂的焊膏中，作为活性剂起作用的咪唑化合物至焊料熔融时均充分地残留，在期望的温度范围内氧化物的去除效果提高。由此，去除成为空隙的主要原因的氧化物，可以抑制空隙的产生。
实施例
以下表1所示的组成调制实施例和比较例的焊膏用助焊剂，使用该助焊剂调制焊膏，验证空隙的抑制能力、粘着性。此外，表1中的组成率为将助焊剂的总量设为100时的质量％。
焊膏中助焊剂为11质量％，金属粉末为89质量％。另外，焊膏中的金属粉末是Ag为3.0质量％、Cu为0.5质量％、余量为Sn的Sn-Ag-Cu系的焊料合金，金属粉末的粒径为20μm～38μm。
＜空隙抑制能力的评价＞
(1)验证方法
空隙抑制能力的评价是在基板的电极上印刷使用了各实施例和各比较例中记载的助焊剂的焊膏。印刷厚度为0.15mm。在焊膏印刷之后，载置3.2mm×1.6mm的片式电阻元件，并且进行回流。回流焊条件为：在N2气氛下以150℃～200℃进行118sec的预加热后，将峰值温度设为247℃，在220℃以上进行42sec的正式加热。回流后，用X射线观察装置(Uni-Hite System社制XVR-160)拍摄部件搭载部，在X射线透射图像中，以圆角部分整体的像素数为分母，以空隙部分的像素数为分子，通过(1)式计算出空隙面积率。
(空隙部分的像素数总计/电极部分整体的像素数)×100(％)···(1)
(2)判定基准
ο：空隙面积率≤5％
×：空隙面积率＞5％
＜粘着性的评价＞
由于咪唑化合物在常温下为固体，当助焊剂中的咪唑化合物的含量增加时，焊膏的粘着性丧失。焊膏必须具有可以保持要搭载的部件的程度的粘着性，因此进行粘着性的评价。
(1)验证方法
按照JISZ3284-3的粘着性试验进行。粘着性试验使用了RHESCA社制造的粘着试验机TACII。
(2)判定基准
ο：粘着力≥1N/m2
×：粘着力＜1N/m2
[表1]
Figure BDA0002797910470000081
在本发明中，如实施例1～实施例3所示，在本发明规定的范围内，作为咪唑化合物含有25质量％以上且35质量％以下的2-乙基咪唑、作为嵌段有机酸含有15质量％的作为半缩醛酯化合物的二烷基乙烯基醚的焊膏用助焊剂中，得到对于空隙的抑制能力、粘着性充分的效果，通过在本发明规定的范围内含有松香、溶剂和触变剂，不会阻碍由含有咪唑化合物以及嵌段有机酸所带来的效果。
作为咪唑化合物，除了2-乙基咪唑以外，通过在本发明规定的范围内含有咪唑、2-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、4-甲基-2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑等，也得到对于空隙的抑制能力、粘着性充分的效果。
另外，通过在本发明中规定的范围内含有咪唑化合物，在如实施例4所示的不含有有机酸和嵌段有机酸的焊膏用助焊剂、如实施例5所示的含有马来酸作为有机酸且不含有嵌段有机酸的焊膏用助焊剂、如实施例6所示的含有有机酸和嵌段有机酸的焊膏用助焊剂中，对于空隙的抑制能力、粘着性也得到充分的效果。
进而，通过在本发明规定的范围内含有咪唑化合物，如实施例7所示，含有20质量％的嵌段有机酸的焊膏用助焊剂，也得到对于空隙的抑制能力、粘着性充分的效果。
另外，通过在本发明规定的范围内含有咪唑化合物，如实施例8所示，含有消泡剂5质量％的焊膏用助焊剂，对于空隙的抑制能力、粘着性也得到充分的效果。进而，通过在本发明规定的范围内含有咪唑化合物，如实施例9所示，含有5质量％抗氧化剂的焊膏用助焊剂，也得到对于空隙的抑制能力、粘着性充分的效果。
与此相对，如比较例1所示，在以不满本发明规定的范围含有咪唑化合物的焊膏用助焊剂中，即使在本发明规定的范围内含有嵌段有机酸，也不能抑制空隙。
另外，如比较例2所示，在以超过本发明规定的范围含有咪唑化合物的焊膏用助焊剂中，即使在本发明规定的范围内含有嵌段有机酸，也得到抑制空隙的效果，但未得到期望的粘着性。
由以上可知，在含有松香、咪唑化合物和溶剂并且含有25质量％以上且35质量％以下的咪唑化合物的焊膏用助焊剂中，作为活性剂起作用的咪唑化合物充分地残留至焊料熔融时，在期望的温度范围内氧化物的去除效果提高。
由此，在使用该焊膏助焊剂的焊膏中，去除成为空隙的主要原因的氧化物，可以抑制空隙的产生。
此外，本发明的焊膏用助焊剂通过含有0质量％以上且20质量％以下的嵌段有机酸、0质量％以上且3质量％以下的有机酸作为活性剂、15质量％以上且40质量％以下的松香、15质量％以上且35质量％以下的溶剂、以及0质量％以上且10质量％以下的触变剂、0质量％以上且5质量％以下的消泡剂、0质量％以上且5质量％以下的抗氧化剂，也不会阻碍因含有咪唑化合物带来的空隙的抑制能力、粘着性，对此可得到充分的效果。

Claims (7)

1.一种焊膏用助焊剂，其特征在于，该焊膏用助焊剂含有松香、咪唑化合物和溶剂，并且含有25质量％以上且35质量％以下的咪唑化合物、15质量％以上且40质量％以下的松香、以及15质量％以上且35质量％以下的溶剂。
2.根据权利要求1所述的焊膏用助焊剂，其中，该焊膏用助焊剂含有0质量％以上且20质量％以下的嵌段有机酸。
3.根据权利要求1或2所述的焊膏用助焊剂，其中，该焊膏用助焊剂含有0质量％以上且3质量％以下的活性剂。
4.根据权利要求1或2所述的焊膏用助焊剂，其中，该焊膏用助焊剂还含有0质量％以上且10质量％以下的触变剂。
5.根据权利要求1或2所述的焊膏用助焊剂，其中，该焊膏用助焊剂还含有0质量％以上且5质量％以下的消泡剂。
6.根据权利要求1或2所述的焊膏用助焊剂，其中，该焊膏用助焊剂还含有0质量％以上且5质量％以下的抗氧化剂。
7.一种焊膏，其特征在于，该焊膏含有权利要求1-6中任意一项所述的焊膏用助焊剂和金属粉末。
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