特開 2017-136636 フラックス及びはんだ組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-136636(P2017-136636A)

(43)【公開日】2017年8月10日

(54)【発明の名称】フラックス及びはんだ組成物

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/363 20060101AFI20170714BHJP

   B23K 35/26 20060101ALN20170714BHJP

   C22C 13/00 20060101ALN20170714BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/363 C

   B23K35/363 E

   B23K35/26 310A

   C22C13/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-21320(P2016-21320)

(22)【出願日】2016年2月5日

(71)【出願人】

【識別番号】000143215

【氏名又は名称】株式会社弘輝

(74)【代理人】

【識別番号】100145849

【弁理士】

【氏名又は名称】井澤 眞樹子

(72)【発明者】

【氏名】矢作 武嗣

(72)【発明者】

【氏名】内田 令芳

(72)【発明者】

【氏名】軽部 一磨

(57)【要約】

【課題】はんだ付け性を向上させつつ、ボイドの発生を十分に抑制しうるフラックス及びはんだ組成物を提供することを課題とする。
【解決手段】環状有機リン酸化合物を含むフラックス等である。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

環状有機リン酸化合物を含むフラックス。

【請求項2】

前記環状有機リン酸化合物は、ホスファゼン化合物である請求項１に記載のフラックス。

【請求項3】

前記環状有機リン酸化合物が０．５質量％以上４０質量％以下含まれる請求項１又は２に記載のフラックス。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフラックスとはんだ合金とを含むはんだ組成物。

【請求項5】

前記環状有機リン酸化合物が０．０２５質量％以上１０質量％以下含まれる請求項４に記載のはんだ組成物。

【請求項6】

前記はんだ合金は、鉛フリー合金である請求項４又は５に記載のはんだ組成物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フラックス、及びフラックスを含むはんだ組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品の接合等に用いられるはんだは、はんだ合金とフラックスとを含むはんだ組成物からなる。フラックスは、はんだ付け性を向上させるために配合されるものであり、樹脂成分、活性剤成分、溶剤成分、酸化防止成分、チキソトロピック成分等の各種成分を含む。
例えば、特許文献１には、ヒンダートフェノール系化合物を酸化防止剤として含むフラックスが記載されている。また、特許文献２には、亜リン酸エステルをチキソトロピック剤として含むフラックスが記載されている。
しかし、これらの従来のフラックスはボイドの発生を十分に抑制できないという問題がある。ボイドの発生を抑制しうる従来のフラックスとしては、例えば、特許文献３及び４に、カルボン酸を含むフラックスが記載されている。しかしながら、これらのフラックスは、粘度等のフラックスの特性を維持することが難しく、さらに、これらのフラックスを用いた場合に濡れ性等の他のはんだ付け性を向上させることが難しい。また、ボイドの発生を十分に抑制することも難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−２８３０９７号

【特許文献2】特開２００３−２２５７９５号

【特許文献3】特開２００５−３３４８９５号

【特許文献4】特開２０１４−１１７７３７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、はんだ付け性等のフラックスの特性を向上させつつ、ボイドの発生を十分に抑制しうるフラックス及びはんだ組成物を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、環状有機リン酸化合物を含むフラックスである。

【0006】

本発明によれば、環状有機リン酸化合物を含むため、はんだ組成物に配合された場合には、はんだ付け性を向上させると同時にボイドの発生を十分に抑制しうる。

【0007】

本発明において、前記環状有機リン酸化合物は、ホスファゼン化合物であってもよい。

【0008】

本発明において、前記環状有機リン酸化合物が０．５質量％以上４０質量％以下含まれていてもよい。

【0009】

本発明は、前記フラックスとはんだ合金とを含むはんだ組成物である。

【0010】

本発明のはんだ組成物は、前記環状有機リン酸化合物が０．０２５質量％以上１０質量％以下含まれていてもよい。

【0011】

本発明のはんだ組成物において、前記はんだ合金は、鉛フリー合金であってもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、はんだ付け性を向上させつつ、十分に、ボイドの発生を抑制しうるフラックス及びはんだ組成物を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本発明に係るフラックス、及び、フラックスを含むはんだ組成物について説明する。
本実施形態のフラックスは環状有機リン酸化合物を含む。
本実施形態において環状有機リン酸化合物とは、環状骨格中にリンが含まれている有機リン酸化合物をいい、例えば、環状のホスファゼン化合物、ホスフィン酸化合物等が挙げられる。

【0014】

環状のホスファゼン化合物としては、例えば、シクロホスファゼン化合物が挙げられる。シクロホスファゼン化合物としては、例えば、ヘキサフェノキシシクロトリホスファゼン（Hexaphenoxycyclotriphosphazene）、及びこのオリゴマー、さらに、ヘキサフェノキシシクロトリホスファゼンの誘導体であるヘキサクロロシクロトリホスファゼン（Cyclic phosphonitrilic chloride trimer）、ヘキサフルオロシクロトリホスファゼン（Hexafluorocyclotriphosphazene）、ペンタフルオロ(フェノキシ)シクロトリホスファゼン（Pentafluoro(phenoxy)cyclotriphosphazene）等が挙げられる。

【0015】

環状のホスフィン酸化合物としては、例えば、9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-フォスファフェナントレン-10-オキサイド（9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene 10-oxide、商品名：HCA）及びこの誘導体である10-(2,5-ジヒドロキシフェ二ル)-9,10-ジヒド口-9-オキサ-10-フォスファフェナントレン-10-オキサイド（商品名:HCA-HQ)、9,10-ジヒドロ-10-ベンジル-9-オキサ-10-フォスファフェナントレン-10-オキサイド（商品名：BCA）、10-[2-(ジヒドロキシナフチル)]-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-フォスファフェナントレン-10-オキサイド（商品名：HCA＝NQ）、（6-oxide-6H-dibenz[c,e][1,2]oxaphosphorin-6-yl)methly butanedioic acid（商品名：M-Acid)、8-ベンジル-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-フォスファフェナントレン-10-オキサイド（8-benzyl-9,1O-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxid、商品名:Bz-HCA）等が挙げられる。

【0016】

環状有機リン酸化合物としては、ホスファゼン化合物が好ましく、中でも、ヘキサフェノキシシクロトリホスファゼンは、ボイド抑制効果が高く、粘度の調整及び濡れ性を向上させうるという観点から特に好ましい。
環状有機リン酸化合物としてのホスフィン酸化合物としては、9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-フォスファフェナントレン-10-オキサイドが、ボイド抑制効果が高く、粘度の調整及び濡れ性を向上させうるという観点から特に好ましい。

【0017】

環状有機リン酸化合物のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．５質量％以上４０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上３５質量％以下等が挙げられる。
環状有機リン酸化合物のフラックスにおける含有量が前記範囲である場合には、よりボイド抑制効果が高いフラックスが得られる。

【0018】

本実施形態のフラックスは、前記環状リン酸化合物の他に、公知のフラックスの成分、例えば、樹脂成分、活性剤成分、溶剤成分、酸化防止成分、チキソトロピック成分等を含んでいてもよい。
樹脂成分としては、合成樹脂、天然樹脂など、フラックスの樹脂成分として用いられる公知の樹脂成分であれば特に限定されるものではない。例えば、重合ロジン、水添ロジン、天然ロジン、不均化ロジン、酸変性ロジン等が挙げられる。
前記樹脂は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。

【0019】

前記樹脂成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、
１．０質量％以上９５質量％以下、好ましくは２０質量％以上６０質量％以下等が挙げられる。

【0020】

活性剤成分としては、フラックスの活性剤成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、有機酸、アミンハロゲン塩等を用いることができる。有機酸としては、例えば、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ステアリン酸、安息香酸などが挙げられる。また、アミンハロゲン塩のアミンとしては、ジエチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジフェニルグアニジン、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。対するハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチンが挙げられる。
前記活性剤は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。

【0021】

前記活性剤成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。

【0022】

溶剤成分としては、フラックスの溶剤成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル（ヘキシルジグリコール）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（ジブチルジグリコール）、ジエチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテル（２エチルヘキシルジグリコール）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルジグリコール）などのグリコールエーテル類；ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、ｎ−ヘプタンなどの脂肪族系化合物；酢酸イソプロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどのエステル類；メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジエチルケトンなどのケトン類；エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、イソブタノールなどのアルコール類等が挙げられる。
前記溶媒は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。

【0023】

前記溶剤成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、１．０質量％以上９５質量％以下、好ましくは２０質量％以上６０質量％以下等が挙げられる。

【0024】

酸化防止剤成分としては、フラックスの酸化防止剤成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えばヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられる。
前記酸化防止剤のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。

【0025】

チキソトロピック成分としては、フラックスのチキソトロピック成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類が挙げられる。
前記チキソトロピック成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。

【0026】

本発明のはんだ付け用フラックスには、さらに、他の添加剤を含んでいてもよい。

【0027】

本実施形態のはんだ組成物は、前記各フラックスとはんだ合金とを含む。
前記はんだ合金は、鉛フリー合金であってもよい。
前記はんだ合金としては、特に限定されるものではなく、鉛フリー(無鉛）のはんだ合金、有鉛のはんだ合金のいずれでもよいが、環境への影響の観点から鉛フリーのはんだ合金が好ましい。
具体的には、鉛フリーのはんだ合金としては、スズ、銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン等を含む合金等が挙げられ、より具体的には、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｓｂ、Ｓｎ／Ｚｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｚｎ、Ｓｎ／Ｚｎ／Ａｌ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ／Ｉｎ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｂｉ／Ｉｎ／Ｓｂ、Ｉｎ／Ａｇ等の合金が挙げられる。特に、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕが好ましい。

【0028】

前記はんだ合金のはんだ組成物における含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、８０質量％以上９５質量％以下、好ましくは８５質量％以上９０質量％以下等が挙げられる。

【0029】

本実施形態のはんだ組成物は、はんだ合金と上記本実施形態のフラックスとを混合することで得られる。はんだ組成物がソルダーペーストとして製造される場合には、例えば、前記はんだ合金８０質量％以上９５質量％以下、前記フラックス５質量％以上２０質量％以下で混合されていることが好ましい。

【0030】

本実施形態のフラックスは、環状有機リン酸化合物を含むため、はんだ組成物に配合された場合には、はんだ付け性を向上させると同時にボイドの発生を十分に抑制しうる。

【0031】

本実施形態のフラックスは、製造後に粘度が変化することが抑制されるため、保存安定性が良好である。
従来のフラックスにおいて、酸化防止剤やその他の添加剤を含む場合に、フラックスの粘度が高くなり取り扱い性が悪くなる場合があった。本実施形態のフラックスは粘度の変化が抑制されているため、取り扱い性や保存性が良好である。

【0032】

本実施形態のフラックスは、はんだ組成物に配合した場合に、濡れ性の低下が抑制できる。よって、はんだ付け性を損なうことなく、ボイドの発生を抑制することができる。

【0033】

本実施形態のはんだ組成物は、前記フラックスを用いているため、はんだ付け性が良好であると同時にボイドの発生を抑制できる。
本実施形態のはんだ組成物は、通常のはんだ合金であれば制限なくはんだ合金を含むことができるが、特に、鉛フリーはんだ合金が適している。
鉛フリーはんだ合金を含む鉛フリーはんだ組成物は、はんだ溶融時にフラックスの揮発成分等によるガスが残留しやすく、その結果ボイドが発生しやすいという問題がある。本実施形態のフラックスはかかる鉛フリーはんだ組成物に用いた場合にもボイドを抑制することができる。

【0034】

本実施形態にかかるフラックス及びはんだ組成物は、以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【実施例】

【0035】

次に、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。尚、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるものではない。

【0036】

（フラックスの作製）
以下に示すような材料及び配合でフラックス１〜８を作製した。
作製方法は各材料を加熱容器に投入して、１８０℃まで加熱し、全材料が溶解して分散したことを確認した。その後、室温にまで冷却して、均一な状態のフラックスを得た。

【0037】

<材用と配合>
フラックス１：SPB-100(hexaphenoxycyclotriphosphazene、大塚化学社製)２５質量％、樹脂成分３０質量％、溶剤成分３３質量％、チキソトロピック成分６質量％、活性剤成分６質量％

フラックス２：HCA(9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene 10-oxid、三光社製)２５質量％、樹脂成分３０質量％、溶剤成分３３質量％、チキソトロピック成分６質量％、活性剤成分６質量％

フラックス３：SEENOX-224M(2,2'-methylenebis-(6-tert-butyl-4-methylphenol、シプロ化成社製)２５質量％、樹脂成分３０質量％、溶剤成分３３質量％、チキソトロピック成分６質量％、活性剤成分６質量％

フラックス４：IRGANOX 1010（Pentaerythritol Tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate、ＢＡＳＦ社製）２５質量％、樹脂成分３０質量％、溶剤成分３３質量％、チキソトロピック成分６質量％、活性剤成分６質量％

フラックス５：triphenyl-phosphine oxide(試薬、フナコシ社製）２５質量％、樹脂成分３０質量％、溶剤成分３３質量％、チキソトロピック成分６質量％、活性剤成分６質量％

フラックス６：SEENOX-326M(1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-benzene、シプロ化成社製)２５質量％、樹脂成分３０質量％、溶剤成分３３質量％、チキソトロピック成分６質量％、活性剤成分６質量％

フラックス７：SPB-100(hexaphenoxycyclotriphosphazene、大塚化学社製)０．５質量％、樹脂成分４０質量％、溶剤成分４４質量％、チキソトロピック成分８質量％、活性剤成分７．５％

フラックス８：SPB-100(hexaphenoxycyclotriphosphazene、大塚化学社製)４０質量％、樹脂成分２０質量％、溶剤成分２２質量％、チキソトロピック成分４質量％、活性剤成分４質量％

尚、樹脂成分としてはパインクリスタルKE-604（荒川化学工業社製）、溶剤成分としてはヘキシルジグリコール（日本乳化剤社製）、チキソトロピック成分としては脂肪酸ビスアマイド系チキソトロピック剤、活性剤成分としては有機酸系活性剤を用いた。

【0038】

（はんだ組成物の作製）
さらに、前記フラックスを用いて実施例及び比較例のはんだ組成物（はんだペースト）を作製した。
はんだ組成物は、はんだ合金粉末（Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ、粒径２０〜３８μｍ）を８５質量％、前記フラックスを１５質量％となる比率で混合し、各はんだ組成物を作製した。

【0039】

（試験基板）
前記実施例及び比較例のはんだ組成物を用いて、試験基板を以下のように作製した。
基板として１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み１．６ｍｍの銅張積層板を準備した。該基板表面を耐熱プリフラックス（商品名タフエースＦ２、四国化成工業社製）で処理した。
前記基板にはんだ組成物をそれぞれ厚み１２０μｍ、サイズ７．１ｍｍ×５．６ｍｍ角になるように塗布した。塗布厚みは１２０μｍであった。その後、塗布箇所に部品（パワートランジスタ、ＴＯ−２５２、Ｓｎメッキ処理）を搭載した。また、同基板中別箇所にはんだ組成物をそれぞれ厚み１２０μｍ、サイズ０．３ｍｍ×０．３ｍｍの円状になるように塗布した。塗布厚みは１２０μｍであった。
以下のような温度条件で加熱した。
<温度条件>
昇温速度：３．０℃／秒
ピーク温度：２２０℃以上３０秒
窒素雰囲気
残留酸素濃度２０００ｐｐｍ以下

【0040】

（ボイド評価）
前記実施例及び比較例を用いて作製した各試験基板中、上記部品搭載箇所におけるＸ線透過写真を撮影した。撮影した写真を二値化処理し、接合部のボイド率を算出した。接合部中ボイドの占める面積が１５％未満である場合に良、１５％以上である場合に不可と評価した。評価結果を表１に示す。尚、撮影装置はマース東研社製 ＴＵＸ−３１００、撮影条件は、管電圧８５．０Ｖ、管電流５０．０μＡ、フィラメント電流３．１３０Ａ、倍率１０．９倍である。

【0041】

(粘度評価）
前記各はんだ組成物の粘度を評価した。
評価方法は作製日当日と４０℃に３日間保管した後のはんだペーストの粘度を下記測定条件で測定し、粘度変化率が２０％未満である場合に良、２０％以上である場合に不可と評価した。結果を表１に示す。尚、測定装置はマルコム社製、ＰＣＵ−２０５、測定条件はＡモードである。また、粘度変化率は、［{（４０℃で３日保管後の粘度）／（作製日当日の粘度）}−１］×１００（％）で算出した。

【0042】

(濡れ性評価）
前記試験基板におけるはんだ組成物の濡れ性を評価した。
評価方法は０．３ｍｍ×０．３ｍｍの円状に塗布したはんだペーストのはんだ溶融性を目視にて観察した。溶融したはんだ表面が平滑である場合に良、溶融したはんだ表面が平滑でなくはんだ粒子等が残存している場合に不可と評価した。結果を表１に示す。

【0043】

【表1】

【0044】

表１に示すように、実施例の試験基板では比較例に比べてボイドは極めて少なかった。
また、実施例で使用したフラックスは比較例で使用したフラックスに比べて粘度の評価が良好であった。さらに、実施例で使用したはんだ組成物は濡れ性の低下が抑制できていた。