松脂芯软焊料用助焊剂、助焊剂残渣及松脂芯软焊料

摘要

本发明涉及一种松脂芯软焊料用助焊剂、助焊剂残渣及松脂芯软焊料。本发明提供能够使助焊剂残渣具有挠性，并且能够不依赖于焊接工艺地使用的松脂芯软焊料用助焊剂。一种松脂芯软焊料用助焊剂，其包含：松香；高分子化合物，其抑制助焊剂的熔融粘度的上升，并使因焊接而加热后的助焊剂残渣具有挠性；以及卤化物，其通过与抑制助焊剂的熔融粘度的上升并使因焊接而加热后的助焊剂残渣具有挠性高分子化合物的组合，使因焊接而加热时熔融的焊料的表面被助焊剂覆盖。

说明书

本申请是申请日为2013年1月8日、申请号为201380005848.7、发明名称为“松脂芯软焊料用助焊剂及松脂芯软焊料”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在松脂芯软焊料中使用的助焊剂、及松脂芯软焊料。

背景技术

在安装电子部件的印刷基板等基板中，对应电子部件的针等端子而形成有电极。电子部件与基板的固定及电连接通过焊接来进行。在这种基板中，在电子部件的端子与基板的电极的焊接部，如果水滴附着于施加直流电压的电极间，则有可能发生离子迁移(电化学迁移)。

离子迁移(以下称为迁移)是指如下的现象：在施加直流电压的电极间，自阳极溶出的金属离子在阴极接受电子，被还原的金属自阴极生长，延伸至阳极，由于这种还原金属而使两极短路的现象。如此，因水滴等的附着而发生迁移时，会在电极间发生短路，因而丧失作为基板的功能。

于是，焊接中使用的助焊剂通常具有在焊料溶解的温度下化学性地去除存在于焊料及焊接对象的金属表面的金属氧化物，使两者的边界能够进行金属元素的移动的功效，通过使用助焊剂，能够在焊料与母材之间形成金属间化合物，从而获得牢固的接合。

松脂芯软焊料是在线状的焊料中密封助焊剂而成的材料，利用烙铁或激光等使焊料熔融而进行焊接。

助焊剂中还含有不因焊接的加热而分解、蒸发的成分，在焊接后以助焊剂残渣的形式残留在焊接部的周边。助焊剂中作为主要成分而含有的松香(松脂)具有拒水性，因此，以松香为主要成分的助焊剂残渣形成于焊接部时，即使水滴附着在助焊剂残渣上，由于松香的拒水效果，也不会立即发生迁移。

但是，助焊剂残渣中产生裂纹时，水分会自裂纹浸入到焊接部，这是导致迁移的发生的重要原因。特别是在施加振动那样的环境下、或者温度变化剧烈的环境下，助焊剂残渣中容易产生裂纹。

图1A、图1B、图1C及图1D为示出因裂纹产生而导致的迁移的发生过程的说明图。图1A示意性地示出在形成于基板1的电极10上通过焊接而接合有焊料2的焊接部20被助焊剂残渣3覆盖的状态。

如图1B所示，在暴露于规定的高温下和低温下的温度循环等中而于助焊剂残渣3中产生了裂纹30的焊接部20上附着水滴时，如图1C所示，裂纹30成为水路，水4浸入到焊接部20中。

裂纹30达到焊料2，水滴附着在施加直流电压的电极10-10间时，如图1D所示，在施加直流电压的电极10-10间发生迁移。即，自阳极溶出的金属离子在阴极接受电子，被还原的金属自阴极生长，延伸至阳极，形成还原金属40，由于该还原金属40而使两极短路。

另外，助焊剂残渣是由于在焊接中铺展于焊接部表面的助焊剂发生固化而形成的，但有时助焊剂没有铺展于焊接部的表面整体，会产生焊接部被助焊剂残渣覆盖的部位和没被覆盖的部位。焊接部没被助焊剂残渣覆盖的部位成为上述迁移发生的主要原因。

进而，焊接中，若焊接部的表面没被助焊剂覆盖，则在使用烙铁进行焊接时焊料的切断性(cutting property)恶化。

图2A、图2B及图2C、与图3A、图3B及图3C为示出焊料的切断性的概要的说明图，图2A、图2B及图2C中说明了焊料的切断性良好的情况，图3A、图3B及图3C中说明了焊料的切断性差的情况。

对以焊料的切断性为课题的焊接部的概要进行说明，焊接部5在本例中为如下的形态：在作为基板50的一面的表面上与贯通基板50的通孔51相对应地形成连接盘52，在连接盘52上插入未图示的电子部件的针6。基板50如下配置：对应未图示的电子部件的针6的配置，排列多个通孔51及连接盘52，焊接部5排成一列。

作为加热装置的烙铁7在前端部形成针6能够通过的槽70，使烙铁7如图2A、图2B及图2C、与图3A、图3B及图3C所示沿针6的配置在箭头a方向上移动，从而在多个焊接部5连续地进行焊接。

首先，关于焊料的切断性良好的情况，参照图2A、图2B及图2C进行说明，使加热的烙铁7如图2A所示在箭头a方向上移动，烙铁7通过焊接对象的针6，从而松脂芯软焊料8熔融，利用熔融的焊料将连接盘52与针6接合。

密封在松脂芯软焊料8中的助焊剂中包含不因焊接的加热而分解、蒸发的成分，焊接中熔融的焊料80的表面被助焊剂81覆盖。

对于切断性良好的焊料而言，使加热的烙铁7如图2A所示在箭头a方向上移动时，如图2B所示，在焊接中焊料80的表面整体被助焊剂81覆盖，从而防止焊料80的表面的氧化。

由于焊接中的焊料80的表面的氧化受到抑制，因此，通过使加热的烙铁7移动而在多个焊接部5连续地进行焊接的操作，从而排除阻碍追随自焊接部5离开的烙铁7的焊料80a、与留在焊接部5的焊料80b的切断的因素。

由此，如图2C所示，通过自进行焊接后的焊接部5离开的烙铁7的行动，追随烙铁7的焊料80a、与留在焊接部5的焊料80b容易被切断，所谓焊料的切断性提高，在邻接的焊接部5之间焊料80连通的桥的产生得到抑制。

对于切断性差的焊料而言，使加热的烙铁7如图3A所示在箭头a方向上移动时，如图3B所示，在焊接中焊料80的表面整体没有完全被助焊剂81覆盖，焊料80的表面的没被助焊剂81覆盖的部位发生氧化，形成氧化覆膜82。

对在熔融的焊料80的表面形成的氧化覆膜82而言，在使加热的烙铁7移动而在多个焊接部5连续地进行焊接的操作中，依靠自进行焊接后的焊接部5离开的烙铁7的行动该氧化覆膜是难以被切断的。

由此，如图3C所示，变得难以将追随自焊接部5离开的烙铁7的焊料80a、与留在焊接部5的焊料80b切断，在邻接的焊接部5之间容易产生连接焊料的桥83。

为了抑制迁移的发生，提出了使助焊剂残渣中不产生裂纹的技术，作为使助焊剂残渣中不产生裂纹的技术，提出了使助焊剂残渣具有挠性的技术(例如参见专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2010-515576号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1中记载的助焊剂用于焊膏，因此焊接利用回流焊炉等来进行，因此不需要考虑在焊接中使用烙铁时成为问题的焊料的切断性。另一方面，松脂芯软焊料除了可以用于利用烙铁的焊接之外，还能用于利用激光的焊接，对于松脂芯软焊料中使用的助焊剂而言，除了需要考虑在利用烙铁的焊接中的切断性之外，还需要考虑在利用激光的焊接中被认为由于激光的急剧加热而导致的助焊剂的飞散等。

另外，焊膏中使用的助焊剂为糊剂状，为了将助焊剂制成糊剂状而添加有溶剂，另一方面，松脂芯软焊料中使用的助焊剂为固体，因此无法直接将焊膏用的助焊剂用作松脂芯软焊料用的助焊剂。

本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供使助焊剂残渣具有挠性，并且不仅会提高使用烙铁进行焊接时的焊料的切断性，而且在使用激光进行焊接时即使在激光造成的急剧加热下也能抑制助焊剂的飞散，能够不依赖于焊接工艺而使用的松脂芯软焊料用助焊剂、及松脂芯软焊料。

用于解决问题的方案

本发明人等发现，通过添加高分子化合物，能够使助焊剂残渣具有挠性。进而发现，通过使助焊剂残渣具有挠性并抑制助焊剂的熔融粘度的上升的高分子化合物与卤化物的组合，在使用烙铁的焊接中，能够提高焊料的切断性，在使用激光的焊接中，即使在激光造成的急剧加热下也能抑制助焊剂的飞散。

本发明为一种松脂芯软焊料用助焊剂，其包含：松香；高分子化合物，其抑制助焊剂的熔融粘度的上升，并使因焊接而加热后的助焊剂残渣具有挠性；以及卤化物，其通过与抑制助焊剂的熔融粘度的上升并使因焊接而加热后的助焊剂残渣具有挠性的高分子化合物的组合，使因焊接而加热时熔融的焊料的表面被助焊剂覆盖，高分子化合物为聚乙烯蜡、聚烯烃系树脂、乙烯丙烯酸共聚物、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚丙烯、聚异戊二烯、聚丁二烯、丙烯酸类树脂中的任一者、或它们的组合，卤化物为2,2,2-三溴乙醇、四溴乙烷、四溴丁烷、二溴丙醇、正2,3二溴-1,4丁二醇、反式-2,3二溴-2-丁烯-1,4二醇、三(2,3二溴丙基)异氰脲酸酯中的任一者、或它们的组合，所述松脂芯软焊料用助焊剂以40重量％以上且60重量％以下包含高分子化合物。

进而，优选的是，以2重量％以上且4重量％以下包含卤化物。

另外，本发明为一种松脂芯软焊料，其为在线状的焊料中密封助焊剂而成的松脂芯软焊料，助焊剂包含：松香；高分子化合物，抑制助焊剂的熔融粘度的上升，并使因焊接而加热后的助焊剂残渣具有挠性；以及卤化物，其通过与抑制助焊剂的熔融粘度的上升并使因焊接而加热后的助焊剂残渣具有挠性的高分子化合物的组合，使因焊接而加热时熔融的焊料的表面被助焊剂覆盖，高分子化合物为聚乙烯蜡、聚烯烃系树脂、乙烯丙烯酸共聚物、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚丙烯、聚异戊二烯、聚丁二烯、丙烯酸类树脂中的任一者、或它们的组合，卤化物为2,2,2-三溴乙醇、四溴乙烷、四溴丁烷、二溴丙醇、正2,3二溴-1,4丁二醇、反式-2,3二溴-2-丁烯-1,4二醇、三(2,3二溴丙基)异氰脲酸酯中的任一者、或它们的组合，所述松脂芯软焊料用助焊剂以40重量％以上且60重量％以下包含高分子化合物。

发明的效果

本发明中，助焊剂残渣具有挠性，从而即使在温度变化剧烈的环境下、施加振动的环境下使用，也能抑制助焊剂残渣的裂纹的产生。由此，能够防止水分向焊接部的浸入，能够抑制迁移的发生。

另外，通过使助焊剂残渣具有挠性并抑制助焊剂的熔融粘度的上升的高分子化合物、与卤化物的组合，焊接中的熔融的焊料表面整体被助焊剂覆盖。由此，在使用烙铁作为加热装置的焊接中，利用自进行焊接后的焊接部离开的烙铁的行动，容易地将追随烙铁的焊料与留在焊接部的焊料切断，焊料的切断性提高，能够抑制在邻接的焊接部之间连通焊料的桥的产生。进而，通过高分子化合物与卤化物的组合，在使用激光作为加热装置的焊接中，即使在激光的急剧加热下也能够抑制助焊剂的飞散。

附图说明

图1A为示出因裂纹产生而导致的迁移的发生过程的说明图。

图1B为示出因裂纹产生而导致的迁移的发生过程的说明图。

图1C为示出因裂纹产生而导致的迁移的发生过程的说明图。

图1D为示出因裂纹产生而导致的迁移的发生过程的说明图。

图2A为示出焊料的切断性的概要的说明图。

图2B为示出焊料的切断性的概要的说明图。

图2C为示出焊料的切断性的概要的说明图。

图3A为示出焊料的切断性的概要的说明图。

图3B为示出焊料的切断性的概要的说明图。

图3C为示出焊料的切断性的概要的说明图。

具体实施方式

本实施方式的松脂芯软焊料用助焊剂包含：松香；高分子化合物，其抑制助焊剂的熔融粘度的上升，并对因焊接而加热后的助焊剂残渣赋予挠性；以及卤化物，其通过与抑制助焊剂的熔融粘度的上升并使因焊接而加热后的助焊剂残渣具有挠性的上述高分子化合物的组合，使因焊接而加热时熔融的焊料的表面被助焊剂覆盖。

作为高分子化合物，优选为聚乙烯蜡、聚烯烃系树脂、乙烯丙烯酸共聚物、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯、聚异戊二烯、聚丁二烯、丙烯酸类树脂中的任一者、或它们的组合。

作为卤化物，优选为2,2,2-三溴乙醇、四溴乙烷、四溴丁烷、二溴丙醇、正2,3二溴-1,4丁二醇、反式-2,3二溴-2-丁烯-1,4二醇、三(2,3二溴丙基)异氰脲酸酯中的任一者、或它们的组合。

如上所述，以具有拒水性的松香为主要成分的助焊剂残渣形成于焊接部时，即使助焊剂残渣上附着水滴，由于松香的拒水效果，也不会立即发生迁移。

在于助焊剂中以规定的组合添加规定量的高分子化合物和卤化物而得到的本实施方式的松脂芯软焊料中，通过添加高分子化合物，形成于焊接部表面的助焊剂残渣具有挠性，温度循环或振动等导致的裂纹的产生受到抑制，水滴与金属的接触受到阻碍，迁移的发生受到抑制。

另外，通过作为活性剂发挥功能的卤化物、与抑制助焊剂的熔融粘度的上升并使因焊接而加热后的助焊剂残渣具有挠性的高分子化合物的组合，在焊接中助焊剂于希望焊接的母材上铺展，由此焊接中的焊料的表面整体被助焊剂覆盖，会防止焊料表面的氧化。

由于焊料表面的氧化受到抑制，因此在利用作为加热装置的烙铁的加热而使焊料熔融来进行焊接的操作中，随着自焊接部离开的烙铁的行动，追随自焊接部离开的烙铁的焊料、与留在焊接部的焊料被容易地切断，在邻接的焊接部之间连通焊料的桥的产生受到抑制。进而，通过高分子化合物与卤化物的组合，在利用作为加热装置的激光的加热而使焊料熔融来进行焊接的操作中，即使在激光造成的急剧加热下，助焊剂的飞散也会得到抑制。

此处，根据添加的高分子化合物的量，助焊剂的性状会发生变化，例如，聚乙烯蜡的添加量少时，助焊剂的熔融粘度变高，助焊剂的流动性恶化。另一方面，增加聚乙烯蜡的添加量时，虽能够抑制助焊剂的流动性的恶化，但无法充分去除希望焊接的母材表面的氧化膜，润湿性降低。

另一方面，乙烯丙烯酸共聚物的添加量少时，润湿性降低，增加乙烯丙烯酸共聚物的添加量时，润湿性提高，但助焊剂的流动性恶化。

如此，根据所添加的高分子化合物的成分及添加量的大小，助焊剂的性质发生变化，因此考虑通过添加高分子化合物而对助焊剂残渣赋予挠性并确保焊接时助焊剂所要求的氧化膜去除等的功能，并且考虑与卤化物的组合来选择高分子化合物，高分子化合物的添加量以重量％计优选为40％以上且60％以下。

另外，卤化物的添加量少时，焊料的切断性恶化，而增加卤化物的添加量时，会发生腐蚀。因此，卤化物的添加量以重量％计为2％以上且4％以下、为1.4％以上且1.9％以下是优选的。

实施例

<关于卤化物的添加量>

按照以下的表1中示出的组成调制实施例和比较例的助焊剂，使用实施例和比较例的助焊剂制作焊线。需要说明的是，表1中的组成比率为重量％。此外，对高分子化合物和卤化物的添加的有无及添加量所影响的焊料的切断性及腐蚀性进行了评价。

焊料的切断性通过在大气中于并列的多个焊接部、本例中为并列的20根针上连续地利用拉焊来进行焊接时的桥的个数进行评价。腐蚀性通过铜板腐蚀试验来评价。

表1中的焊料的切断性的评价中，将桥的个数为0的情况评价为“○”、将桥的个数为2～10处的情况评价为“△”、将桥的个数为10以上的情况评价为“×”。另外，表1中的腐蚀性的评价中，将未观察到腐蚀的情况评价为“○”、将观察到些许腐蚀的情况评价为“△”、观察到腐蚀的情况评价为“×”。

[表1]

如表1所示，在添加高分子化合物而未添加卤化物的比较例1的助焊剂中，焊料的切断性差，多处观察到桥的产生。另外，也观察到腐蚀的产生。

在比较例2～6的助焊剂中，未添加高分子化合物并改变卤化物的添加量地评价了焊料的切断性及腐蚀性。在本例中，使卤化物的添加量在1～5％之间每1％地阶段性改变来进行评价。

在添加卤化物而未添加高分子化合物的比较例2～6的助焊剂中，随着卤化物的添加量的增加，观察到桥的个数降低的倾向。但是发现，增加卤化物的添加量时，存在发生腐蚀的倾向。

在比较例7～20的助焊剂中，参照以上的比较例的评价，添加高分子化合物并将卤化物的添加量设为1％或5％来进行评价。在比较例7～20的助焊剂中，卤化物的添加量为1％时，未观察到腐蚀，但观察到桥的产生，卤化物的添加量为5％时，未观察到桥的产生，但观察到腐蚀。另外，发现高分子化合物的添加会对助焊剂残渣赋予挠性，卤化物的添加并不妨碍对助焊剂残渣赋予挠性。

由以上可知，根据高分子化合物的添加、以及卤化物的添加量的大小，存在提高焊料的切断性并抑制腐蚀的产生的范围。

因此，在实施例1～实施例21的助焊剂中，添加高分子化合物并将卤化物的添加量在2～4％之间每1％地阶段性改变来进行评价。在实施例1～实施例21的助焊剂中，均没有观察到桥的产生，另外，也没有观察到腐蚀的产生。

＜关于高分子化合物的添加量＞

按照以下的表2中示出的组成调制实施例和比较例的助焊剂，使用实施例和比较例的助焊剂来制作焊线。表2中的组成比率为重量％。此外，使上述卤化物的添加量为一定，对高分子化合物的添加量的有无及添加量影响的助焊剂残渣的硬度、助焊剂残渣的裂纹性进行了评价。另外，由于不仅应用于利用烙铁的焊接，还应用于利用激光的焊接，因此评价了激光焊接中的助焊剂的飞散、及激光焊接中的通孔(TH)芯吸的不良的有无。

关于助焊剂残渣的硬度，使松脂芯软焊料在铜板上润湿铺展5秒而形成助焊剂残渣，常温保存1小时后，通过JIS-K5400的铅笔划痕法测定助焊剂残渣的硬度。铅笔划痕法中的硬度用铅笔芯的硬度来评价，表2中的助焊剂残渣的硬度的评价中，将助焊剂残渣的硬度为5B以上的情况评价为“○”、助焊剂残渣的硬度低于5B的情况评价为“×”。

对于涉及到助焊剂残渣的硬度的冷热循环中的助焊剂残渣的裂纹性，进行200个循环将形成于铜板上的助焊剂残渣在-30℃和+110℃下分别保持30分钟进行处理的重复试验，评价此时的助焊剂残渣的裂纹性。表2中的助焊剂残渣的裂纹性的评价中，将未观察到龟裂的产生的情况评价为“○”、将部分观察到龟裂的产生的情况评价为“△”、将整体观察到龟裂的产生的情况评价为“×”。

作为决定高分子化合物的添加量的其它评价，对于激光焊接中的飞散数，在并列的多个焊接部、本例中为并列的20根针上通过激光焊料进行焊接，评价此时产生的基板上的助焊剂的飞散数。表2中的激光焊接中的飞散数的评价中，将飞散数少于3个的情况评价为“○”、将飞散数为3个以上且少于8个的情况评价为“△”、将飞散数为8个以上的情况评价为“×”。需要说明的是，在焊接部飞散的助焊剂与助焊剂残渣混合而变得无法观察，因此从评价的对象中排除。

另外，作为决定高分子化合物的添加量的其它评价，对于激光焊接中的通孔芯吸的不良的有无，评价如上所述在本例中的并列的20根针上通过激光焊料进行焊接时产生的通孔芯吸的不良位置的个数。表2中的激光焊接中的通孔芯吸的不良数的评价中，将通孔芯吸的不良数少于3个的情况评价为“○”、将通孔芯吸的不良数为3个以上且少于6个的情况评价为“△”、将通孔芯吸的不良数为6个以上的情况评价为“×”。

[表2]

如表2所示，在减少了高分子化合物的添加量的比较例31～34的助焊剂中，助焊剂残渣的硬度较硬，另外，在助焊剂残渣的整体观察到龟裂的产生。另外，多处观察到助焊剂的飞散。另一方面发现，将高分子化合物的添加量增加至以重量％计30％左右时，观察到助焊剂残渣变柔软的倾向，龟裂的产生也减少。另外，观察到助焊剂的飞散数降低的倾向。

另一方面，发现在减少了高分子化合物的添加量的比较例31～34的助焊剂中，激光焊接中的通孔芯吸的不良受到抑制。

如表2所示，在增多了高分子化合物的添加量的比较例35～38的助焊剂中，助焊剂残渣的硬度变柔软，没有观察到龟裂的产生。另外，也没有观察到助焊剂的飞散。但是，在增多了高分子化合物的添加量的比较例35～38的助焊剂中，较多地观察到激光焊接中的通孔芯吸的不良。

由以上可知，通过高分子化合物的添加而能够对助焊剂残渣赋予挠性，并且，根据高分子化合物的添加量的大小，存在对助焊剂残渣赋予挠性并在激光焊接中即使在激光造成的急剧加热下也能抑制助焊剂的飞散、进而能抑制激光焊接中的通孔芯吸的不良的产生的范围。

因此，在实施例31～实施例33的助焊剂中，将高分子化合物的添加量在40～60％之间每10％地阶段性改变并进行评价。在实施例31～实施例33的助焊剂中，助焊剂残渣的硬度均成为期望的挠性，没有观察到由温度循环导致的龟裂的产生。另外，发现在激光焊接中，即使在激光造成的急剧加热下也能抑制助焊剂的飞散，进而能抑制激光焊接中的通孔芯吸的不良的产生。

由以上的结果可知，为了通过在助焊剂中添加高分子化合物和卤化物而对助焊剂残渣赋予挠性，并在使用烙铁的焊接中提高焊料的切断性，进而抑制由卤化物的添加导致的腐蚀，另外，在激光焊接中即使在激光造成的急剧加热下也能抑制助焊剂的飞散，进而能抑制通孔芯吸的不良的产生，优选的是，以重量％计以40％以上且60％以下添加高分子化合物，以重量％计以2％以上且4％以下、优选1.4％以上且1.9％以下添加卤化物。

产业上的可利用性

本发明的助焊剂还能应用于搭载在汽车上的电子设备等在可能受到温度变化、振动、以及及水/灰尘的影响的环境下使用的电子设备。

附图标记说明

1···基板，10···电极，2···焊料，20···焊接部，3···助焊剂残渣，30···裂纹，4···水，5···焊接部，50···基板，51···通孔，52···连接盘，6···针，7···烙铁，8···松脂芯软焊料，80···焊料，81···助焊剂，82···氧化覆膜，83···桥。