專利名稱：水溶性助熔劑組合物及焊接部件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶性助熔劑組合物和電子設(shè)備及IC部件或電子部件等的焊接部件的制造方法。
作為裝載于印刷電路板的插入部件的IC部件的制造方法，向來均是在既定形狀的銅構(gòu)架上裝載、粘接半導(dǎo)體晶片，并以樹脂封閉(塑造)后，將銅的導(dǎo)線部折彎而成制品。通常是將此導(dǎo)線作為部件端子來利用。
此時，由于被折彎的導(dǎo)線部在封閉(塑造)過程中受到相當(dāng)多的熱量，因此表面被嚴(yán)重氧化。在此狀態(tài)下，即使裝載于印刷電路板上進(jìn)行焊接，也不能獲得良好的焊接，以致產(chǎn)生焊料不沾濕現(xiàn)象。因此，在制造IC部件等最終過程中，向來均將其制成在部件導(dǎo)線部預(yù)先被覆有焊料的制品。
在IC部件的導(dǎo)線部進(jìn)行焊料的被覆時，首先先去除氧化膜，其次是為了緩和焊接溫度的熱沖擊，而先經(jīng)過約100℃的預(yù)熱過程，然后在焊接槽中進(jìn)行焊接工作。隨后，經(jīng)過冷卻、水洗、干燥過程而作成制品。但是，有時因?qū)Ь€部的氧化較顯著，或因?qū)Ь€架的母材金屬的種類(Ni等)，而無法獲得良好的焊接性。為解決此等問題，目前采用兩種方法。第一種方法，為先進(jìn)行浸漬于稀硫酸以去除氧化皮膜的前處理，然后再使用水溶性助熔劑處理并進(jìn)行焊接的方法。此時助熔劑可使用不含鹵素的或低鹵素的，但經(jīng)過長久時間后，會產(chǎn)生稀硫酸對裝置的腐蝕及酸廢液的問題。第二種方法，是不采用稀硫酸前處理而進(jìn)行焊接的方法，此時為去除部件的導(dǎo)線部的氧化皮膜，則必須使用高鹵素(鹵素量5至15％)的助熔劑。但是，在此情形下，由于鹵含量高，仍有對制品產(chǎn)生腐蝕及水洗后的廢水處理等的環(huán)境污染問題。雖然也有人要求無需使用稀硫酸前處理且使用不含鹵素的水溶性助熔劑的方法，但由于導(dǎo)線部的氧化顯著以致不能充分去除氧化皮膜，結(jié)果在部件的導(dǎo)線部發(fā)生滴垂、架橋、焊料不沾濕、表面粗糙化等缺點，因而無法進(jìn)行良好的焊接。
另外，最近，為響應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求，對去除焊料成份中的鉛(Pb)(無鉛化)的需求高漲，因而出現(xiàn)從傳統(tǒng)的Sn-Pb系焊料中去除Pb并選擇Bi(鉍)、Cu(銅)、Ag(銀)、Zn(鋅)、In(銦)中的任1種或數(shù)元素的無鉛焊料的商品。但使用此種無鉛的焊料時，由于焊料具有不易沾濕的性質(zhì)等，因而在使用習(xí)知的水溶性助熔劑時無法獲得良好的焊接性。
如前述，對被顯著氧化的IC導(dǎo)線部或不易沾濕的導(dǎo)線架母材金屬進(jìn)行良好的焊接時，以往是采用稀硫酸前處理與水溶性助熔劑并用的方法或在不實施稀硫酸的前處理下采用提高助熔劑中鹵素含有率(鹵含量5至15％)的方法，但尚有制品質(zhì)量下降及環(huán)境污染的問題。
另外，隨著，無鉛化的來臨，目前尚未開發(fā)出任何一種使用無鉛焊料而可獲得良好焊接性的水溶性助熔劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不使用前處理工序的稀硫酸浸漬，并使用不含鹵素的水溶性助熔劑，而可達(dá)成不僅對傳統(tǒng)的含Pb焊料而且對各種無鉛的焊料均能獲得良好粘接性的水溶性助熔劑組合物，以及使用該水溶性助熔劑組合物的電子設(shè)備及IC部件或電子部件等的焊接部件的制造方法。本發(fā)明是有關(guān)下列事項。
1.一種水溶性助熔劑組合物，其特征為含有水溶性粘接劑和至少一種選自磺酸化合物、硫酸化合物、氨基磺酸化合物、多價羧酸化合物以及過硫酸化合物所構(gòu)成的組中的活性劑。
2.如第1項所述的水溶性助熔劑組合物，其中含有水溶性的粘接劑50至99重量％及活性劑1至50重量％。
3.一種電子設(shè)備的制造方法，其特征為于印刷電路板上安裝電子部件時，于至少1個部件端子上涂布第1項或第2項所述的水溶性助熔劑組合物，然后進(jìn)行焊接。
4.一種IC部件或電子部件的制造方法，其特征為于IC部件或電子部件的至少1個部件端子上涂布第1項或第2項的水溶性助熔劑組合物，然后進(jìn)行焊接。
5.如第4項所述的IC部件或電子部件的制造方法，其中焊料中不含Pb。
6.如第4項所述的IC部件或電子部件的制造方法，其中焊料是Sn-Cu焊料。
但，本發(fā)明所使用的磺酸化合物、硫酸化合物、氨基磺酸化合物、多價羧酸化合物以及過硫酸化合物等的活性劑，則可解決對部件的腐蝕問題及酸廢液的問題等。
本發(fā)明中所使用的磺酸化合物可例舉如對甲苯磺酸、二甲苯磺酸、鄰氨基苯磺酸、間氨基苯磺酸、對氨基苯磺酸、鄰苯酚磺酸、間苯酚磺酸、對苯酚磺酸等；氨基磺酸化合物可例舉如氨基磺酸、胺氨基磺酸銨、氨基磺酸胍等；硫酸化合物可例舉如硫酸胺等的硫酸鹽等；過硫酸化合物可例舉如過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨等的過硫酸鹽等。多價羧酸化合物可例舉如馬來酸、丙二酸、衣康酸、富馬酸、琥珀酸等的二價羧酸、1，2，3-丙烷三羧酸等的三價羧酸等。
本發(fā)明的助熔劑組合物中，為使上述活性劑均勻分散起見，調(diào)配有水溶性的粘接劑。
該水溶性粘接劑可使用選自聚乙烯醇、羧基纖維素、多價醇、脂肪族含氧酸以及芳香族含氧酸所組成的組中的至少1種化合物。
多價醇類可例舉如乙二醇、丙二醇等的二元醇類、甘油等的三元醇、二甘油等的四元醇等。另外，可例舉如多元醇的環(huán)氧化物加成物(特別是，數(shù)平均分子量為200至2000的；例如，HK-11(商品名三洋化成工業(yè)株式會社制，甘油的環(huán)氧乙烷加成物))等。
脂防族含氧酸可例舉如乙醇酸、乳酸、甘油酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸等，而芳香族含氧酸可例舉如水楊酸等。
本發(fā)明的水溶性助熔劑組合物是含上述的活性劑及水溶性粘接劑作為必須成分，必要時可配合界面活性劑等，較好是溶解于水及親水性的溶劑后提供使用。
關(guān)于活性劑的配合量，較好為活性劑及水溶性粘接劑總量的1至50重量％，更好為5至30重量％，當(dāng)活性劑的配合量為1重量％以下時，對部件的導(dǎo)線部的氧化皮膜的去除困難，而且焊料的沾濕性會降低。另外，當(dāng)超過50重量％時，則活性會太強(qiáng)，對導(dǎo)線部可能造成顯著的侵蝕。
另一方面，使活性劑分散的水溶性粘接劑的調(diào)配量較好為活性劑及水溶性粘接劑的總量的50至99重量％，更好為70至95重量％。當(dāng)水溶性粘接劑的調(diào)合量為50重量％以下時，會失去對活性劑的分散性，因而造成活性度的降低以及焊料不沾濕或滴垂的現(xiàn)象。另外，當(dāng)調(diào)配量超過99重量％時，則不但會造成粘性太高而使操作性惡化，且會加劇對部件或裝載部件的夾具的污染，及降低水洗滌的洗凈效率。
另外，溶劑的調(diào)配量較好為活性劑及水溶性粘接劑總量的10至80重量％，更好為35至65重量％。溶劑可為水、醇類等。當(dāng)溶劑的調(diào)配量為10重量％以下時，則不但會使助熔劑組合物的粘性太大而使操作性惡化，而且會加劇對部件或裝載部件的夾具的污染，以及降低水洗滌的洗凈效率。當(dāng)溶劑的調(diào)配量超過80重量％時，則助熔劑組合物本身的活性力下降，會降低焊料的沾濕性。
另外，表面活性劑可例舉如聚氧乙烯壬基苯基醚等的聚氧烷撐烷基苯基醚、聚乙二醇烷基苯基醚(例如，EA-130T；商品名，第一工業(yè)化學(xué)株式會社制)、聚乙二醇烷基醚等的聚氧烷撐烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯等。表面活性劑的調(diào)配量較好為活性劑及水溶液粘接劑總量的0.5至5重量％，更好為1至4重量％。當(dāng)表面活性劑的調(diào)配量為0.5重量％以下時，助熔劑組合物對焊接部件的沾濕性會降低；當(dāng)超過5重量％時，則助熔劑會顯著地發(fā)泡，因而降低焊接的作業(yè)性。
本發(fā)明的助熔劑組合物，使用于銅、鎳、鐵等金屬之間的互相焊接。特別是可使用于將電路板等的電路基板與IC、晶體管、二極管、微開關(guān)、繞線管等IC部件或電子部件等導(dǎo)通固定的焊接。此時，在不同部件的至少一方涂布本發(fā)明的助熔組合物。助熔劑組合物的涂布方法、焊接方法可利用周知的方法，而助熔劑組合物的涂布方法可利用靜止槽式、噴流式、發(fā)泡式、噴霧式等方式。焊接方法，可利用靜止槽(固定槽)式、噴流式等方法。
作為焊接的方法，所述方法中的靜止槽浸漬法可一次焊接多數(shù)焊接部(部件端子等)，因此較適合采用這種靜止槽浸漬法作為焊接的方法，其生產(chǎn)性也較優(yōu)異。
如上所述，使用本發(fā)明的助熔劑組合物進(jìn)行處理時，可采用浸漬于10至50℃的助熔劑組合物溶液的方法，或以刷涂方式等涂布的方法。采用浸漬方法時，浸漬時間較佳為5至120秒。
將經(jīng)過樹脂封裝(塑造)的IC部件的導(dǎo)線部焊接至裝載半導(dǎo)體芯片的銅構(gòu)架上時，本發(fā)明的助熔劑組合物可供作前處理使用。作為銅構(gòu)架的IC的導(dǎo)線部在樹脂封閉(塑造)步驟中會被嚴(yán)重地氧化。對此IC部件的導(dǎo)線部進(jìn)行焊接時，先于10至50℃的助熔劑槽內(nèi)將IC部件的導(dǎo)線部浸漬10至120秒鐘以去除氧化皮膜。接著，為緩和焊接時的熱沖擊起見，先實施60至150℃的預(yù)熱處理1至4分鐘，然后于230至300℃的熔融焊料槽中浸漬10秒至120秒鐘左右進(jìn)行焊接。隨后，使用水，或視情況，使用含有有機(jī)溶劑的洗滌劑等洗滌IC部件，以去除殘留助熔劑，然后于80至100℃干燥后制得插針(pin)型(針插入型)IC部件。
本發(fā)明的助熔劑組合物不僅可使共晶焊料(含鉛)具有良好的焊接性，也可使無鉛的焊料獲得良好的焊接性。
一般而言，共晶焊料(含鉛)為Sn-Pb系焊料。無鉛的焊料則可例舉如Sn-Cu系焊料、Sn-Bi系焊料、Sn-Zn系焊料、Sn-Ag-Cu系焊料、Sn-Bi-Ag-Cu系焊料等。
另外，以下實施例中的助熔劑組合物中的鹵含量是采用電位滴定法所測定。電位滴定法是依照J(rèn)IS Z3197的方法進(jìn)行測定，測定裝置是使用京都電子工業(yè)(株)制造的自動滴定裝置。另外，焊料沾濕性是使用田村制作所制造的焊接曲線儀(數(shù)位型)，母材是使用Cu箔(TSTO箔35μm；商品名，古河電工株式會社制)，采用凹凸透鏡曲線圖法，測定條件為焊料溫度為260℃±5℃，浸漬深度為1mm，浸漬時間為0.5秒鐘。焊料沾濕性的評估標(biāo)準(zhǔn)如下不滿5.4mN者為不合格(×)，5.4mN以上者為合格(○)。
另一方面，關(guān)于IC部件導(dǎo)線部的焊接性的評估方法，是使用在銅構(gòu)架上塑造封裝材料的部件作為試驗樣品，分別浸漬于表1或表2的各種助熔劑組合物中，并觀察使用4種焊料(Sn-37Pb、Sn-0.8Cu、Sn-3.5Ag-0.7Cu、Sn-2Ag-2Bi-0.5Cu，其中數(shù)值是以重量比準(zhǔn)照J(rèn)IS Z3282的方法表示各金屬的配合比例，以下也相同。在此，Sn-37Pb是指含有63％的錫及37％的鉛的焊料之意。)進(jìn)行焊接時的焊料沾濕狀態(tài)。焊接性的判定標(biāo)準(zhǔn)如下○表示部件的有效導(dǎo)線部呈現(xiàn)良好的焊接性；△表示有形成滴垂或架橋；×表示焊料不沾濕。
另外，耐熱性試驗是使用上述所制作的Sn-Cu系焊料所焊接的IC作為樣品，在175℃下加熱處理3小時。然后，于導(dǎo)線部涂布松脂系的助熔劑，并分別浸漬于3種焊料(Sn-37Pb、Sn-3.5Ag-0.7Cu、Sn-2Ag-2Bi-0.5Cu)中，觀察其焊接性。判定標(biāo)準(zhǔn)與上述同樣。
依照表1中所示的配方調(diào)制高鹵素的助熔劑組合物，并測定其鹵素含量、以凹凸透鏡曲線圖法評估焊料沾濕力、及評估初期與加熱后的IC導(dǎo)線部的焊接性。結(jié)果如表1中所示。
表1試驗結(jié)果

※)聚乙二醇烷基苯基醚(第一工業(yè)化學(xué)株式會社，商品名EA-130T)
表1試驗結(jié)果(續(xù))

※)聚乙二醇烷基苯基醚(第一工業(yè)化學(xué)株式會社，商品名EA-130T)
表2試驗結(jié)果

※1)多元醇的環(huán)氧化物的加成物(三洋化成工業(yè)株式會社，商品名HK-11)※2)聚乙二醇烷基苯基醚(第一工業(yè)化學(xué)株式會社，商品名EA-130T)
表3試驗結(jié)果

※)聚乙二醇烷基苯基醚(第一工業(yè)化學(xué)株式會社，商品名EA-130T)本發(fā)明的水溶性助熔劑組合物不需含有鹵素，也不需經(jīng)過使用稀硫酸的前處理，即可對顯著氧化的IC部件的導(dǎo)線部進(jìn)行滿意的焊接。因此，可達(dá)成本發(fā)明的IC部件等的焊接部件的品質(zhì)的改善及環(huán)境保護(hù)。
再者，隨著焊料的無鉛化的趨勢，本發(fā)明的水溶性助熔劑組合物對無鉛的焊料也可賦與滿意的沾濕性，因而可達(dá)成未來焊料無鉛化的目標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種水溶性助熔劑組合物，其特征在于含有水溶性粘接劑和至少一種選自磺酸化合物、硫酸化合物、氨基磺酸化合物、多價羧酸化合物以及過硫酸化合物所構(gòu)成組中的活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶性助熔劑組合物，其中，水溶性助熔劑組合物總量的50至99重量％是水溶性粘接劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水溶性助熔劑組合物，其中，水溶性助熔劑組合物總量的1至50重量％是活性劑。
4.一種電子設(shè)備的制造方法，其特征在于于印刷電路板上安裝電子部件時，于至少1個部件端子上涂布權(quán)利要求1至3任一項所述的水溶性助熔劑組合物，然后進(jìn)行焊接。
5.一種IC部件或電子部件的制造方法，其特征在于于IC部件或電子部件的至少1個部件端子上涂布權(quán)利要求1至3任一項所述的水溶性助熔劑組合物，然后進(jìn)行焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IC部件或電子部件的制造方法，其中焊料中不含Pb。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IC部件或電子部件的制造方法，其中焊料是Sn-Cu焊料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水溶性助熔劑，其特征為含有水溶性粘接劑和至少一種選自磺酸化合物、硫酸化合物、氨基磺酸化合物、多價羧酸化合物以及過硫酸化合物所構(gòu)成組中的化合物作為活性劑。另外，本發(fā)明也提供一種電子設(shè)備及IC部件或電子部件等的焊接部件的制造方法，其特征為使用上述水溶性助熔劑組合物。
文檔編號B23K35/36GK1471450SQ01817907
公開日2004年1月28日 申請日期2001年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月10日
發(fā)明者才川哲朗, 澄武志, 高正禎雄, 雄 申請人:日立化成工業(yè)株式會社