TWI878898B - 有機保焊劑、有機保焊膜之形成方法、聚合物做為保焊的用途以及具有有機保焊膜的電子基板 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種有機保焊劑（OSP），包含聚合物以及溶劑。本發明還提供一種有機保焊膜之形成方法，包含將有機保焊劑塗覆於基材的金屬表面以形成有機保焊膜。本發明還提供一種聚合物做為保焊的用途。本發明還提供一種具有有機保焊膜的電子基板，包括基板本體以及有機保焊膜，其中有機保焊膜設置於基板本體上。其中，聚合物係幾丁質或幾丁聚醣，且聚合物的分子量範圍為50 kDa至200 kDa。

Description

有機保焊劑、有機保焊膜之形成方法、聚合物做為保焊的用途以及具有有機保焊膜的電子基板

本發明關於一種有機保焊劑，特別是關於一種有機保焊劑、一種有機保焊膜之形成方法、一種聚合物做為保焊的用途以及一種具有有機保焊膜的電子基板。

工業革命後機械取代人力，使人類社會迅速發展，但所產生的代價是對地球造成了嚴重的傷害，近幾年來全球環保意識的抬頭，使得很多原本製造的能源、材料和溶劑等，必須改變來源，才能對應於全球對於整個生產過程中所設立的環保標準。

有機保焊膜（OSP，Organic Solderability Preservative）係利用化學方式在銅的表面生成一層有機銅錯化物（complex compound）的皮膜藉以避免電路板上的潔淨裸銅於常態的儲存環境下與空氣接觸而生鏽（硫化或氧化），並且可以在電路板組裝的過程中輕易地被助焊劑及稀酸迅速的清除並露出潔淨的銅面與熔融的焊錫形成焊接，亦或者在焊接處理後避免電路板上的金屬氧化。

目前市售的銅有機保焊劑主要成分，包括imdazole（咪唑）、benzotriazole（苯基連三連唑）或benzylimidazole（苯基咪唑）等有機化合物。將銅面置於含有該些有機化合物的溶液之中，使有機銅錯化物生成，並藉由熱風風乾即可完成銅有機保焊膜。

隨著通訊與資訊主機板組裝業的蓬勃發展，有機保焊劑的使用量與日俱增，確有環保之需求。然市面上並無任何一個有機保焊劑是由可生物分解的材料所製成的，並且該些有機化合物於合成或使用過程中皆具有污染性。

鑑於上述問題，本發明之一目的在於提供一種可生物分解、低毒性且低汙染性的有機保焊劑、有機保焊膜之形成方法、聚合物做為保焊的用途以及具有有機保焊膜的電子基板。

在一些實施例中，一種有機保焊劑包含聚合物以及溶劑。其中，聚合物係幾丁質或幾丁聚醣，聚合物的分子量範圍為50 kDa至200 kDa。

在一些實施例中，聚合物相對於有機保焊劑之含量係重量百分比0.08%至20%。

在一些實施例中，溶劑係至少一選自由有機溶劑及無機溶劑所組成的群組。

在一些實施例中，有機溶劑係重量百分比20%至100%之醋酸溶液。

在一些實施例中，有機溶劑係DMAC（二甲基乙醯胺，Dimethylacetamide）。

在一些實施例中，有機保焊劑更包含金屬氯化物。

在一些實施例中，金屬氯化物係至少一選自由氯化鋰、氯化鈉及氯化銅所組成的群組。

在一些實施例中，金屬氯化物係氯化鋰，且金屬氯化物的重量百分比相對於該有機保焊劑為5%。

在一些實施例中，一種有機保焊膜之形成方法包含：將有機保焊劑塗覆於基材的金屬表面，以形成該有機保焊膜。

在一些實施例中，金屬表面係銅表面、金表面、鋁表面、鐵表面或合金表面。

在一些實施例中係提供一種聚合物作為保焊的用途，聚合物係幾丁質或幾丁聚醣，聚合物的分子量範圍為50 kDa至200 kDa。

在一些實施例中係提供一種具有有機保焊膜的電子基板，包括基板本體以及有機保焊膜，此有機保焊膜設置於此基板本體上。

綜上所述，根據本發明的一或多個實施例之有機保焊劑具有可生物分解、低毒性且低汙染性的特性。

以下將描述本案的部分具體實施態樣。在不背離本案精神下，本案尚可以多種不同形式之態樣來實踐，不應將保護範圍限於說明書所具體陳述的條件。

在一些實施例中，一種有機保焊劑，包含聚合物以及溶劑。其中，聚合物係幾丁質或幾丁聚醣，聚合物的分子量範圍為50 kDa至200 kDa。

在一些實施例中，聚合物係幾丁質，其分子量範圍為53 kDa至80 kDa。

幾丁質是一種不易造成環境負擔的聚合物，其不溶於水，溶於有機溶劑或高濃度的無機酸。幾丁聚醣具有很好的生物相容性及低毒性。於TGA（熱重分析，Thermogravimetric analysis）中，其降解溫度約為310 ℃至373 ℃，因此，幾丁聚醣亦具有良好的耐熱性。

在一些實施例中，聚合物係幾丁聚醣，其分子量範圍為100 kDa至200 kDa。

幾丁聚醣是一種不易造成環境負擔的聚合物，其不溶於水，溶於酸性溶劑。幾丁聚醣具有很好的生物相容性、低毒性、抗菌性，並且很少引起身體的過敏反應。於TGA中，其降解溫度約為245 ℃，因此，幾丁聚醣亦具有良好的耐熱性。並且，幾丁聚醣本身不易氧化，亦具有耐用性。

在一些實施例中，聚合物相對於有機保焊劑之含量係重量百分比0.08%至20%。

在一些實施例中，聚合物係幾丁聚醣，其相對於有機保焊劑之含量係重量百分比0.08%至0.32%。

在一些實施例中，聚合物係幾丁質，其相對於有機保焊劑之含量係重量百分比10%至20%。

在一些實施例中，溶劑係至少一選自由有機溶劑及無機溶劑所組成的群組。

在一些實施例中，溶劑係酸性溶劑，係至少一選自由有機酸性溶劑及無機酸性溶劑所組成的群組。

在一些實施例中，有機溶劑係有機酸，包括，但不限於，甲酸（HCOOH）、乙酸（CH ₃COOH）、丙酸（C ₂H ₅COOH）、丁酸（C ₃H ₇COOH）、戊酸（C ₄H ₉COOH）或馬來酸（HO ₂CCHCHCO ₂H）。在一些實施例中，係提供一種有機保焊劑，包含幾丁聚醣以及乙酸。

在一些實施例中，有機溶劑係重量百分比20%至100%之醋酸溶液。在一些實施例中，一種有機保焊劑，包含幾丁聚醣以及重量百分比20%至100%之醋酸溶液。在一些實施例中，醋酸溶液包括，但不限於醋酸水溶液、醋酸醇溶液或醋酸乙酸乙酯溶液。

在一些實施例中，有機溶劑係重量百分比20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或99%之醋酸溶液。在一些實施例中，有機溶劑係重量百分比20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或99%之醋酸水溶液。

在一些實施例中，有機溶劑係DMAC（二甲基乙醯胺，Dimethylacetamide）。在一些實施例中，一種有機保焊劑，包含幾丁質以及DMAC。

在一些實施例中，無機溶劑係水或無機酸。在一些實施例中，無機溶劑係無機酸，包括，但不限於，鹽酸（HCl）、硝酸（HNO ₃）、硫酸（H ₂SO ₄）或磷酸（H ₃PO ₄）。在一些實施例中，係提供一種有機保焊劑，包含幾丁聚醣以及鹽酸。

在一些實施例中，溶劑相對於有機保焊劑之含量係重量百分比75%至99.9%。

在一些實施例中，有機溶劑係DMAC，其相對於有機保焊劑之含量係重量百分比75%至85%。

在一些實施例中，有機溶劑係重量百分比20%至100%之醋酸溶液，其相對於有機保焊劑之含量係重量百分比99%至99.9%。

在一些實施例中，此有機保焊劑更包含金屬氯化物。

在一些實施例中，此金屬氯化物係至少一選自由氯化鋰、氯化鈉及氯化銅所組成的群組。

在一些實施例中，此金屬氯化物係氯化鋰或氯化鈉，以提升幾丁質溶解度。

在一些實施例中，此金屬氯化物的重量百分比相對於該有機保焊劑為5%。

在一些實施例中，此金屬氯化物係氯化鋰，其重量百分比相對於有機保焊劑為5%。

在一些實施例中，有機保焊劑可進一步經過過濾，以形成去除顆粒狀物質的有機保焊劑。

在一些實施例中，一種有機保焊膜之形成方法，包含將有機保焊劑塗覆於基材的金屬表面，以形成該有機保焊膜。

在一些實施例中，將有機保焊劑塗覆於基材的金屬表面此步驟可進行兩次。

在一些實施例中，金屬表面係銅表面、金表面、鋁表面、鐵表面或合金表面。

在一些實施例中，一種聚合物作為保焊的用途，此聚合物係幾丁質或幾丁聚醣，此聚合物的分子量範圍為50 kDa至200 kDa。

請參閱圖1。在一些實施例中，一種電子基板1，包括基板本體10以及有機保焊膜11，此有機保焊膜11設置於此基板本體10上。關於將有機保焊膜11設置於基板本體10的方式，可參考前述實施例，此處不再贅述。在一些實施例中，電子基板1係印刷電路板。

在一些實施例中，一種有機保焊劑，包含聚合物以及溶劑。其中，此聚合物係幾丁質或幾丁聚醣，此聚合物的分子量範圍為50 kDa至200 kDa。此有機保焊劑具有很好的生物相容性、低毒性、抗菌性、耐熱性、耐用性，並且很少引起身體的過敏反應。

例一：有機保焊劑的配製

（1） 原料

1. 幾丁聚醣，其分子量範圍為100 kDa至200 kDa，購自誠麗實業，台灣，CAS編號為9012-76-4。在一些實施例中，幾丁聚醣的脫乙醯度（DAC）為90%以上，灰份及蛋白質殘留量為1%以下，且水份為12%以下。

2. 幾丁質，其分子量範圍為53 kDa至80 kDa，購自誠麗實業，台灣，CAS編號為1398-61-4。

3. 蒸餾水（Distilled water）。

4. 醋酸（Acetic acid），濃度（重量百分比）99%，購自景明化工股份有限公司，貨號AC0352-000000-71SA。

5. 氯化鋰（LiCl），購自Sigma-Aldrich，CAS編號為7447-41-8。

6. DMAC（二甲基乙醯胺，Dimethylacetamide），購自Sigma-Aldrich，CAS編號為127-19-5。

（2） 配製流程

於此實施例中，所使用的醋酸密度為1.049 g/mL，並據以計算得出各有機保焊劑成分的重量百分比。此實施例係於室溫（15℃至35℃）下進行。

1. 將0.1 g幾丁聚醣與30 mL醋酸（31.47 g）及20 mL蒸餾水混合均勻後，即為一號有機保焊劑。於此，醋酸及蒸餾水形成重量百分比61.14%之醋酸水溶液。換言之，醋酸及蒸餾水形成體積百分比60%之醋酸水溶液。並且，幾丁聚醣相對於一號有機保焊劑之含量係重量百分比0.19%；而體積百分比60%之醋酸水溶液相對於一號有機保焊劑之含量係重量百分比99.81%。

2. 將0.1 g幾丁聚醣與30 mL（31.47 g）醋酸及50 mL蒸餾水混合均勻後，即為二號有機保焊劑。於此，醋酸及蒸餾水形成重量百分比38.63%之醋酸水溶液。換言之，醋酸及蒸餾水形成體積百分比37.5%之醋酸水溶液。並且，幾丁聚醣相對於二號有機保焊劑之含量係重量百分比0.12%；而體積百分比37.5%之醋酸水溶液相對於二號有機保焊劑之含量係重量百分比99.88%。

3. 將0.1 g幾丁聚醣與30 mL（31.47 g）醋酸及100 mL蒸餾水混合均勻後，即為三號有機保焊劑。於此，醋酸及蒸餾水形成重量百分比23.94%之醋酸水溶液。換言之，醋酸及蒸餾水形成體積百分比23.08%之醋酸水溶液。並且，幾丁聚醣相對於三號有機保焊劑之含量係重量百分比0.08%；而體積百分比23.08%之醋酸水溶液相對於三號有機保焊劑之含量係重量百分比99.92%。

4. 將0.05 g幾丁聚醣與15 mL（15.74 g）醋酸混合均勻後，即為四號有機保焊劑。於此，幾丁聚醣相對於四號有機保焊劑之含量係重量百分比0.32%；而醋酸相對於四號有機保焊劑之含量係重量百分比99.68%。

5. 將10 g幾丁質與5 g氯化鋰及90.4 mL的DMAC（重量為85 g）混合均勻後，即為五號有機保焊劑。其中，五號有機保焊劑的幾丁質的溶解度為10%。並且，幾丁質相對於五號有機保焊劑之含量係重量百分比10%；DMAC相對於五號有機保焊劑之含量係重量百分比85%；而氯化鋰相對於五號有機保焊劑之含量係重量百分比5%。

6. 將15 g幾丁質與5 g氯化鋰及85.1 mL的DMAC（重量為80 g）混合均勻後，即為六號有機保焊劑。其中，六號有機保焊劑的幾丁質的溶解度為15%。並且，幾丁質相對於六號有機保焊劑之含量係重量百分比15%；DMAC相對於六號有機保焊劑之含量係重量百分比80%；而氯化鋰相對於六號有機保焊劑之含量係重量百分比5%。

7. 將20 g幾丁質與5 g氯化鋰及79.8 mL的DMAC（重量為75 g）混合均勻後，即為七號有機保焊劑。其中，七號有機保焊劑的幾丁質的溶解度為20%。並且，幾丁質相對於七號有機保焊劑之含量係重量百分比20%；DMAC相對於七號有機保焊劑之含量係重量百分比75%；而氯化鋰相對於七號有機保焊劑之含量係重量百分比5%。

例二：有機保焊膜的塗覆製程

（1） 原料

1. 銅片，厚度為0.2毫米（mm），購自建源五金有限公司，貨號03，CAS編號為7440-50-8。

2. 己烷（Hexane），購自Merck，CAS編號為110-54-3。

3. 蒸餾水（Distilled water）。

4. 拋光土（大約#800-#1200目的粗細度），購自光淙股份有限公司，型號7746-1。

5. 例一製得的有機保焊劑。

（2） 試驗流程

此實施例係於室溫（15 ℃至35 ℃）下進行。

1. 裁剪銅片以獲得長為1公分（cm），且寬為2公分的銅片，後續稱之為小銅片。

2. 將小銅片放入己烷中沖洗30秒後取出以除去表面的油污，並獲得除油後的小銅片。

3. 將除油後的小銅片放入蒸餾水中沖洗30秒後取出以洗掉小銅片上殘留的物質，並獲得水洗後的小銅片。

4. 以拋光土依相同方向打磨水洗後的小銅片以磨掉小銅片表面的氧化層，並獲得打磨後的小銅片。其中，以相同方向打磨可減少小銅片厚度差異以利後續成膜。

5. 將打磨後的小銅片放入蒸餾水中沖洗30秒後取出以洗去打磨後產生的細屑，並獲得打磨水洗後的小銅片。其中，以蒸餾水沖洗係將小銅片表面的殘留物沖洗掉即可。

6. 將例一製得的有機保焊劑以每秒鐘0.05 mL的頻率滴至打磨水洗後的小銅片上，並持續15秒以形成有機保焊膜，並獲得塗覆有有機保焊膜的小銅片（未乾）。

7. 將塗覆有有機保焊膜的小銅片（未乾）於25 ℃的環境中烘乾30分鐘至1小時後即完成塗覆製程，並獲得塗覆有有機保焊膜的小銅片，如下表1。

表1

試驗組別	使用的有機保焊劑	獲得的塗覆有有機保焊膜的小銅片
1	一號有機保焊劑	一號小銅片
2	二號有機保焊劑	二號小銅片
3	三號有機保焊劑	三號小銅片
4	四號有機保焊劑	四號小銅片
5	五號有機保焊劑	五號小銅片
6	六號有機保焊劑	六號小銅片
7	七號有機保焊劑	七號小銅片

例三：有機保焊膜成膜狀況觀察及厚度觀察試驗

（1） 原料及儀器

1. 例二所使用的原料。

2. 藍色色素，購自優奇有限公司，貨號TFAA20000115441。

3. 掃描式電子顯微鏡，型號ZEISS-Sigma 300 FE-SEM。

4. 光學顯微鏡，型號Universal Clip Type 60X LED Microscope。

（2） 試驗流程

於例一的一號有機保焊劑、二號有機保焊劑及三號有機保焊劑中，另外添加藍色色素，並依照例二的形成有機保焊膜的製程，以獲得塗覆有有機保焊膜的小銅片。其中，有機保焊劑與藍色色素的添加比例約為1000:1，即，於50 mL的有機保焊劑中添加一滴（約莫0.05 mL）的藍色色素。接著，將塗覆有有機保焊膜的小銅片移至光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡以觀測並拍攝成膜狀況及厚度。

（3） 試驗結果

請參閱圖2。使用光學顯微鏡拍攝依照例二的形成有機保焊膜的製程所獲得的塗覆有有機保焊膜的小銅片，即，一號小銅片、二號小銅片及三號小銅片。其中，一號小銅片、二號小銅片及三號小銅片的有機保焊膜均具有成膜性。如圖2所示，一號小銅片及二號小銅片的有機保焊膜成膜均勻，而三號小銅片的有機保焊膜成膜更為明顯及均勻。並且，如圖2所示，一號小銅片、二號小銅片及三號小銅片的有機保焊膜均具有一定的厚度。

請參閱圖3。使用掃描式電子顯微鏡拍攝依照例二的形成有機保焊膜的製程所獲得的塗覆有有機保焊膜的小銅片，即，一號小銅片、二號小銅片及三號小銅片。其中，透過掃描式電子顯微鏡的影像可以看到，一號小銅片、二號小銅片及三號小銅片的有機保焊膜均具有成膜性，且皆能明顯及均勻地塗覆於小銅片上。並且，一號小銅片、二號小銅片及三號小銅片的有機保焊膜均具有一定的厚度。

由此可知，本發明任一實施例的有機保焊劑具有良好的成膜效果，能夠形成均勻且具有一定厚度的有機保焊膜。

例四：有機保焊膜中性鹽霧試驗

（1） 原料及儀器

1. 例二所使用的原料。

2. 5% NaCl溶液。

3. 烘箱，型號DENG YNG 熱風循環烘箱（DO60）。

（2） 試驗流程

中性鹽霧試驗是一種加速腐蝕試驗方法。

1. 將4片小銅片依照例二的形成有機保焊膜的製程的步驟1至5進行處理。接著，將其中3片小銅片分別使用例一的一號有機保焊劑、二號保焊劑及三號保焊劑，並依照例二的形成有機保焊膜的製程的步驟6至7進行處理，以獲得3片塗覆有有機保焊膜的小銅片，分別為編號一號的小銅片、編號二號的小銅片以及編號三號的小銅片。另外1片小銅片則未使用任何有機保焊劑，為無編號的小銅片。

2. 將編號一號的小銅片、編號二號的小銅片、編號三號的小銅片以及無編號的小銅片於移至烘箱前，先行噴灑5% NaCl溶液，並移至烘箱，使該些小銅片置於35 ℃，1大氣壓，5% NaCl（aq） pH 6.5-7.5的環境中3個小時以進行中性鹽霧試驗。其中，於3個小時試驗中，每隔10分鐘會噴灑0.1毫升的5% NaCl溶液。

（3） 試驗結果

請參閱圖4A至圖4E。圖4A為移至烘箱前的狀態；圖4B為試驗進行1個小時後的狀態；圖4C為試驗進行2個小時後的狀態；圖4D為試驗進行3個小時後的狀態；而圖4E為試驗進行3個小時後，將該些小銅片擦乾後的狀態。由圖4A至圖4E可知，未使用任何有機保焊劑的無編號的小銅片鏽蝕情況嚴重，整體呈紅褐色，佈滿紅褐色的鏽斑。編號一號的小銅片、編號二號的小銅片及編號三號的小銅片具有抗鏽蝕效果，僅有小銅片的邊緣呈現些許藍綠色的鏽斑。並且，編號一號的小銅片的抗鏽蝕效果最佳，其邊緣的藍綠色鏽斑程度較少。

由此可知，本發明任一實施例的有機保焊劑具有良好的抗鏽蝕效果，能夠形成具有抗鏽蝕效果的有機保焊膜。

綜上所述，根據本發明的一或多個實施例之有機保焊劑具有可生物分解、低毒性且低汙染性的特性。在一些實施例中，有機保焊劑具有耐熱性、耐用性且不易氧化。在一些實施例中，有機保焊劑具有成膜性及抗鏽蝕性。

1:電子基板 10:基板本體 11:有機保焊膜

圖1是一實施例的塗覆有有機保焊膜的電子基板的剖面圖。 圖2是使用光學顯微鏡拍攝的例二獲得的塗覆有有機保焊膜的小銅片的照片。 圖3是使用掃描式電子顯微鏡拍攝的例二獲得的塗覆有有機保焊膜的小銅片的照片。 圖4A是塗覆有有機保焊膜的小銅片在中性鹽霧試驗中，移至烘箱前所拍攝的照片。 圖4B是塗覆有有機保焊膜的小銅片在中性鹽霧試驗中，試驗進行1個小時後所拍攝的照片。 圖4C是塗覆有有機保焊膜的小銅片在中性鹽霧試驗中，試驗進行2個小時後所拍攝的照片。 圖4D是塗覆有有機保焊膜的小銅片在中性鹽霧試驗中，試驗進行3個小時後所拍攝的照片。 圖4E是塗覆有有機保焊膜的小銅片在中性鹽霧試驗中，試驗進行3個小時後，將該些小銅片擦乾後所拍攝的照片。

1:電子基板

10:基板本體

11:有機保焊膜

Claims (8)

1. 一種有機保焊劑，包含： 一聚合物；以及 一溶劑； 其中，該聚合物係幾丁質，該聚合物的分子量範圍為50 kDa至200 kDa（kilodalton，千道爾頓），該聚合物相對於該有機保焊劑之含量係重量百分比10%至20%，該溶劑為DMAC（二甲基乙醯胺，Dimethylacetamide），該溶劑相對於該有機保焊劑之含量係重量百分比75%至85%。
2. 如請求項1所述之有機保焊劑，更包含一金屬氯化物。
3. 如請求項2所述之有機保焊劑，其中該金屬氯化物係至少一選自由氯化鋰、氯化鈉及氯化銅所組成的群組。
4. 如請求項3所述之有機保焊劑，其中該金屬氯化物係氯化鋰，且該金屬氯化物的重量百分比相對於該有機保焊劑為5 %。
5. 一種有機保焊膜之形成方法，包含： 將如請求項1至4中任一項所述之有機保焊劑塗覆於一基材的一金屬表面，以形成一有機保焊膜。
6. 如請求項5所述之有機保焊膜之形成方法，其中該金屬表面係一銅表面、一金表面、一鋁表面、一鐵表面或一合金表面。
7. 一種聚合物做為保焊的用途，其中該聚合物係幾丁質或幾丁聚醣，該聚合物的分子量範圍為50 kDa至200 kDa。
8. 一種具有有機保焊膜的電子基板，包括： 一基板本體；以及 如請求項5所述之有機保焊膜之形成方法所形成的該有機保焊膜，其中該有機保焊膜設置於該基板本體上。

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