特開 2020-116611 フラックス及びソルダペースト

(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2020-116611(P2020-116611A)

(43)【公開日】2020年8月6日

(54)【発明の名称】フラックス及びソルダペースト

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/363 20060101AFI20200710BHJP

   B23K 35/26 20060101ALN20200710BHJP

   C22C 13/00 20060101ALN20200710BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/363 C

   B23K35/363 D

   B23K35/363 E

   B23K35/26 310A

   C22C13/00

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-10154(P2019-10154)

(22)【出願日】2019年1月24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】110002734

【氏名又は名称】特許業務法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】行方 一博

(72)【発明者】

【氏名】内田 令芳

(57)【要約】

【課題】はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生を抑制することが可能なフラックス、及び、該フラックスを含むソルダペーストを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係るフラックスは、はんだ付けに用いられるフラックスであって、紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長が２４０〜５００ｎｍの間にＵＶ吸収が見られるポリアミド化合物を含むチキソ剤と、グリコールエーテル系溶剤を含む溶剤と、を含有する。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

はんだ付けに用いられるフラックスであって、
紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長が２４０〜５００ｎｍの間にＵＶ吸収が見られるポリアミド化合物を含むチキソ剤と、
グリコールエーテル系溶剤を含む溶剤と、
を含有する、フラックス。

【請求項2】

前記ポリアミド化合物の含有量が、フラックス全体に対して、０．１〜１０質量％である、請求項１に記載のフラックス。

【請求項3】

前記グリコールエーテル系溶剤が、へキシルジグリコール、２−エチルヘキシルジグリコール、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ ｎ−ブチルエーテル、及び、トリエチレングリコール モノ ブチルエーテルから選択される少なくとも一種である、請求項１又は２に記載のフラックス。

【請求項4】

前記グリコールエーテル系溶剤の含有量が、フラックス全体に対して、２０〜６０質量％である、請求項１〜３のいずれか一つに記載のフラックス。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一つに記載のフラックスと、はんだ合金とを含有する、ソルダペースト。

【請求項6】

前記はんだ合金が、鉛フリーはんだ合金である、請求項５に記載のソルダペースト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、はんだ付けに用いられるフラックス、及び、該フラックスを含むソルダペーストに関する。

【背景技術】

【0002】

プリント配線板等の電子回路基板と接合部品との接合には、はんだ合金とフラックスとを混合したソルダペーストが用いられる。ソルダペーストは、電子回路基板表面の電極部に塗布されると共に、該電極部に接合部品の電極部を接触させた状態で加熱（リフロー）される。これにより、はんだ合金が溶融してはんだ接合部が形成され、該はんだ接合部を介して基板と接合部品とが接合される。ソルダペーストに含まれるフラックスとしては、ロジン等の天然樹脂又は合成樹脂、活性剤、溶剤、チキソ剤等が含まれる樹脂系のフラックスが知られている。

【0003】

従来、ソルダペーストを用いた接合方法では、リフローを行った際、接合部品の電極部周辺に微細な球状のソルダペーストが飛散する現象（以下、はんだボールとも言う）が発生することが問題となっていた。はんだボールの発生を抑制するために、例えば、特許文献１では、鉛を含む共晶はんだ合金とフラックスとを混合したソルダペーストにおいて、前記フラックスに含まれる活性剤としてアミノ安息香酸塩を用いることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−３２７７９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、ソルダペーストに含まれるはんだ合金としては、環境負荷の観点から、鉛を含有しない鉛フリーはんだ合金が用いられている。鉛フリーはんだ合金としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金（ＳＡＣ系合金）、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金等が挙げられる。このような鉛フリーはんだ合金は、共晶はんだ合金に比べて融点が高いため、従来のフラックスと共に用いた場合、はんだボールが発生しやすくなるという問題があった。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生を抑制することが可能なフラックス、及び、該フラックスを含むソルダペースト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】

【0007】

本発明に係るフラックスは、はんだ付けに用いられるフラックスであって、紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長が２４０〜５００ｎｍの間にＵＶ吸収が見られるポリアミド化合物を含むチキソ剤と、グリコールエーテル系溶剤を含む溶剤と、を含有する。

【0008】

斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生を抑制することができる。

【0009】

本発明に係るフラックスは、前記ポリアミド化合物の含有量が、フラックス全体に対して、０．１〜１０質量％であることが好ましい。

【0010】

斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生をより抑制することができる。

【0011】

本発明に係るフラックスは、前記グリコールエーテル系溶剤が、へキシルジグリコール、２−エチルヘキシルジグリコール、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ ｎ−ブチルエーテル、及び、トリエチレングリコール モノ ブチルエーテルから選択される少なくとも一種であることが好ましい。

【0012】

斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生をより抑制することができる。

【0013】

本発明に係るフラックスは、前記グリコールエーテル系溶剤の含有量が、フラックス全体に対して、２０〜６０質量％であることが好ましい。

【0014】

斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生をより抑制することができる。

【0015】

本発明に係るソルダペーストは、上述のフラックスと、はんだ合金とを含有する。

【0016】

斯かる構成により、前記ソルダペーストは、はんだボールの発生を抑制することができる。

【0017】

本発明に係るソルダペーストは、前記はんだ合金が、鉛フリーはんだ合金であってもよい。

【0018】

斯かる構成であっても、前記ソルダペーストは、はんだボールの発生を抑制することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生を抑制することが可能なフラックス、及び、該フラックスを含むソルダペーストを提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態に係るフラックス及びソルダペーストについて説明する。

【0021】

＜フラックス＞
（チキソ剤）
本実施形態に係るフラックスは、チキソ剤として、紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長が２４０〜５００ｎｍの間にＵＶ吸収が見られるポリアミド化合物を含む。このようなポリアミド化合物は、紫外可視吸収スペクトルにおける最大吸収波長が２４０〜５００ｎｍであることが好ましく、２４０〜３００ｎｍであることがより好ましい。紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長が２４０〜５００ｎｍの間にＵＶ吸収が見られるポリアミド化合物としては、例えば、主鎖にベンゼン環、ナフタレン環等の環式化合物含む芳香族ポリアミド化合物（半芳香族ポリアミド化合物又は全芳香族ポリアミド化合物）等が挙げられる。なお、これらは、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。前記ポリアミド化合物としては、商品名で、例えば、ＪＨ−１８０（伊藤製油社製）、ＭＸナイロン♯６０００、ＭＸナイロンｓ６０００、ＭＸナイロンｋ６０００、ＭＸナイロン♯７０００、ＭＸナイロンｓ７０００、ＭＸナイロンｋ７０００（以上、三菱瓦斯化学社製）、アーレン（三井化学社製）、ベスタミドＨＴ ｐｌｕｓ Ｍ１０００、ベスタミドＨＴ ｐｌｕｓ Ｍ３０００（以上、ダイセルエボニック社製）等が挙げられる。これらの中でも、前記ポリアミド化合物は、ポリアミド化合物の溶融温度、フラックスへの溶解性、及び、取り扱いやすさの観点から、ＪＨ−１８０であることが好ましい。

【0022】

ここで、紫外可視吸収スペクトルは、従来公知の方法で測定することができ、例えば、紫外可視近赤外分光光度計（日本分光社製、Ｖ−６７０）を用いて、下記の条件で測定することができる。
測定溶媒：１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール
サンプル濃度：１ｍｇ／ｍＬ
走査速度：４００ｎｍ／ｍｉｎ
開始波長：５００ｎｍ
終了波長：２４０ｎｍ

【0023】

前記ポリアミド化合物の含有量は、フラックス全体に対して、０．１質量％以上であることが好ましく、１．０質量％以上であることがより好ましい。また、前記ポリアミド化合物の含有量は、フラックス全体に対して、１０質量％以下であることが好ましく、７．０質量％以下であることがより好ましい。なお、前記ポリアミド化合物が２種以上含まれる場合、前記含有量は前記ポリアミド化合物の合計含有量である。

【0024】

本実施形態に係るフラックスは、前記ポリアミド化合物以外のその他のチキソ剤を含有していてもよい。その他のチキソ剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、ビスアマイド化合物、脂肪族ポリアミド化合物、硬化ひまし油、カオリン、コロイダルシリカ、有機ベントナイト、ガラスフリット等が挙げられる。これらは、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。その他のチキソ剤の含有量は、チキソ剤全体に対して、８０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以下であることがより好ましく、その他のチキソ剤を含まないことがさらに好ましい。

【0025】

（溶剤）
本実施形態に係るフラックスは、溶剤として、グリコールエーテル系溶剤を含む。グリコールエーテル系溶剤とは、分子内に水酸基及びエーテル基の両方を有する溶剤である。グリコールエーテル系溶剤としては、例えば、ヘキシルジグリコール、２−エチルヘキシルジグリコール、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ ｎ−ブチルエーテル、トリエチレングリコール モノ ブチルエーテル、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ブチルエーテル（ブチルジグリコール）、エチレングリコール モノ フェニルエーテル（フェニルグリコール）、ジエチレングリコール モノ フェニルエーテル（フェニルジグリコール）、プロピレングリコール モノ フェニルエーテル（フェニルプロピレングリコール）等が挙げられる。これらの中でも、グリコールエーテル系溶剤は、へキシルジグリコール、２−エチルヘキシルジグリコール、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ ｎ−ブチルエーテル、及び、トリエチレングリコール モノ ブチルエーテルから選択される少なくとも一種であることが好ましい。なお、グリコールエーテル系溶剤は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

【0026】

グリコールエーテル系溶剤の含有量は、フラックス全体に対して、２０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。また、グリコールエーテル系溶剤の含有量は、フラックス全体に対して、３５質量％以下であることが好ましく、４５質量％以下であることがより好ましい。なお、グリコールエーテル系溶剤が２種以上含まれる場合、前記含有量はグリコールエーテル系溶剤の合計含有量である。

【0027】

本実施形態に係るフラックスは、グリコールエーテル系溶剤以外のその他の溶剤を含有していてもよい。その他の溶剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、ｎ−ヘプタン等の脂肪族系化合物；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等のエステル類；メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジエチルケトン等のケトン類；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、オクタンジオール等のアルコール類等が挙げられる。これらは、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。その他の溶剤の含有量は、溶剤全体に対して、８０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以下であることがより好ましく、その他の溶剤を含まないことがさらに好ましい。

【0028】

（樹脂）
本実施形態に係るフラックスは、はんだ濡れ性を向上させる観点から、さらに、樹脂を含んでいてもよい。樹脂としては、例えば、ロジン系樹脂、合成樹脂等が挙げられる。ロジン系樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、ロジン及びロジン誘導体（例えば、水素添加ロジン、重合ロジン、不均化ロジン、アクリル酸変性ロジン等）から選択される１種以上のロジン系樹脂を用いることができる。また、合成樹脂としては、特に限定されるものではなく、公知の合成樹脂を用いることができる。これらの中でも、樹脂は、フラックスを活性化させる観点から、水添ロジン、酸変性ロジン及びロジンエステルから選択される１種以上であることが好ましい。なお、樹脂は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

【0029】

樹脂の含有量は、フラックス全体に対して、３０質量％以上であることが好ましく、４０質量％以上であることがより好ましい。また、樹脂の含有量は、フラックス全体に対して、７０質量％以下であることが好ましく、５０質量％以下であることがより好ましい。なお、樹脂が２種以上含まれる場合、前記含有量は樹脂の合計含有量である。

【0030】

（活性剤）
本実施形態に係るフラックスは、はんだの溶融性を向上させる観点から、さらに、活性剤を含んでいてもよい。活性剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、有機酸、ハロゲン化合物、アミンハロゲン塩、ビニルエーテルポリマー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、ドデカン二酸、コハク酸、マレイン酸、イソシアヌル酸等が挙げられる。ハロゲン化合物としては、２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌル酸等が挙げられる。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等が挙げられる。アミンハロゲン塩のハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素系化合物等が挙げられる。なお、これらの活性剤は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

【0031】

活性剤の含有量は、フラックス全体に対して、０．５質量％以上であることが好ましく、２．０質量％以上であることがより好ましい。また、活性剤の含有量は、フラックス全体に対して、２０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。なお、活性剤が２種以上含まれる場合、前記含有量は活性剤の合計含有量である。

【0032】

本実施形態に係るフラックスは、その他の添加材として、例えば、酸化防止剤、界面活性剤、消泡剤、腐食防止剤等を含んでいてもよい。

【0033】

本実施形態に係るフラックスは、紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長が２４０〜５００ｎｍの間にＵＶ吸収が見られるポリアミド化合物を含むチキソ剤と、グリコールエーテル系溶剤を含む溶剤と、を含有することにより、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生を抑制することができる。

【0034】

本実施形態に係るフラックスは、前記ポリアミド化合物の含有量が、フラックス全体に対して、０．１〜１０質量％であることにより、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生をより抑制することができる。

【0035】

本実施形態に係るフラックスは、グリコールエーテル系溶剤が、へキシルジグリコール、２−エチルヘキシルジグリコール、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ ｎ−ブチルエーテル、及び、トリエチレングリコール モノ ブチルエーテルから選択される少なくとも一種であることにより、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生をより抑制することができる。

【0036】

本実施形態に係るフラックスは、グリコールエーテル系溶剤の含有量が、フラックス全体に対して、２０〜６０質量％であることにより、はんだ合金と共に用いた場合に、はんだボールの発生をより抑制することができる。

【0037】

本実施形態に係るフラックスは、例えば、溶剤、チキソ剤、並びに、必要に応じて、樹脂、活性剤、及び、その他の添加材を加熱容器に投入した後、１６０〜１８０℃まで加熱することにより全原料を溶解させ、最後に、室温まで冷却することにより得ることができる。

【0038】

＜ソルダペースト＞
本実施形態に係るソルダペーストは、上述のフラックスと、はんだ合金とを含有する。より具体的には、前記ソルダペーストは、はんだ合金粉末と、前記フラックスとを混合することにより得られる。前記フラックスの含有量は、前記ソルダペースト全体に対して、５〜２０質量％であることが好ましい。また、前記はんだ合金粉末の含有量は、前記ソルダペースト全体に対して、８０〜９５質量％であることが好ましい。

【0039】

前記はんだ合金としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉛フリーはんだ合金、鉛を含むはんだ合金が挙げられるが、環境負荷低減の観点から、鉛フリーはんだ合金であることが好ましい。前記鉛フリーはんだ合金としては、例えば、スズ、銀、銅、インジウム、亜鉛、ビスマス、アンチモン等を含む合金が挙げられる。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。

【0040】

本実施形態に係るソルダペーストは、上述のフラックスと、はんだ合金とを含有することにより、はんだボールの発生を抑制することができる。

【0041】

本実施形態に係るソルダペーストは、はんだ合金が鉛フリーはんだ合金であっても、はんだボールの発生を抑制することができる。

【実施例】

【0042】

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0043】

＜ソルダペーストの作製＞
表１に示す配合量の各原料を加熱容器に投入し、１８０℃まで加熱することにより、全原料を溶解させた。その後、室温まで冷却することにより、均一に分散されたフラックスを得た。なお、表１に示す各配合量は、フラックスに含まれる各成分の含有量と等しい。次に、各フラックスを１１．８質量％、はんだ粉（Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ）を８８．２質量％となるように混合して、各実施例及び各比較例のソルダペーストを得た。

【0044】

【表1】

【0045】

表１に示す各原料の詳細を以下に示す。
ＫＥ−６０４：酸変性ロジン、荒川化学工業社製
ポリアミド化合物：紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長が２４０〜５００ｎｍの間にＵＶ吸収が見られるポリアミド化合物（最大吸収波長：２６０ｎｍ）
Ｊ−５３０：ビスアマイド化合物、伊藤製油社製
ターレン ＶＡ−７９：脂肪族ポリアミド化合物、共栄社化学社製
ヘキシルジグリコール：へキシルジグリコール、日本乳化剤社製
２−エチルヘキシルジグリコール：２−エチルヘキシルジグリコール、日本乳化剤社製
ダワノールＴＰｎＢ：トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、ダウケミカル社製
ブチルプロピレンジグリコール：ジプロピレングリコール モノ ｎ−ブチルエーテル、日本乳化剤社製
ブチルトリグリコール：トリエチレングリコール モノ ブチルエーテル、日本乳化剤社製
ジメチルテトラグリコール：テトラエチレングリコール ジメチルエーテル、日本乳化剤社製
オクタンジオール：オクタンジオール、ＫＨネオケム社製
アジピン酸：アジピン酸、住友化学社製
セバシン酸：セバシン酸、伊藤製油社製
ＴＡＩＣ６Ｂ：トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌル酸、日本化成社製

【0046】

＜はんだボール発生の評価＞
（試験基板の作製）
まず、サイズ１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み１．６ｍｍの基板を用意し、下記（ｉ）及び（ｉｉ）に示すプリヒート時及びはんだ溶融時を想定した温度条件で熱処理を行った。なお、熱処理は、（ｉ）→（ｉｉ）→（ｉ）→（ｉｉ）の順に２サイクル行った。
＜温度条件＞
（ｉ）プリヒート時
昇温速度：１．０〜３．０℃／秒
プリヒート温度：１５０〜１９０℃／６０〜１００秒
加熱環境：大気雰囲気
（ｉｉ）はんだ溶融時
昇温速度：１．０〜２．０℃／秒
溶融温度：２１９℃以上３０秒以上
ピーク温度：２３０〜２５０℃
加熱環境：大気雰囲気

【0047】

続いて、各実施例及び各比較例のソルダペーストを、熱処理した基板表面上の異なる２つの位置に塗布した。塗布されたソルダペーストはいずれも、サイズが４．０ｍｍ×３．０ｍｍの長方形状であり、厚さが１２０μｍであった。次に、異なる２つの位置に塗布されたソルダペーストに跨がるように部品（６３３０Ｒ 型番：ＲＫ７３Ｂ３ＡＴＴＥ１３０Ｊ メーカー：ＫＯＡ）を搭載し、上記温度条件で加熱した。なお、加熱は、（ｉ）→（ｉｉ）の順に行った。

【0048】

（はんだボール個数の計数）
加熱後の基板における部品搭載箇所を、Ｘ線透過装置（ＴＵＸ−３１００、マース東研社製）を用いて撮影した。撮影条件は、管電圧７５．０Ｖ、管電流６５．０μＡ、フィラメント電流３．１３０Ａ、倍率１０．９倍とした。その後、撮影した写真から発生したはんだボールの個数を目視で計数した。結果を表１に示す。なお、発生したはんだボールの個数が５個以下のソルダペーストを合格と判定した。

【0049】

表１の結果から分かるように、本発明の要件をすべて満たす各実施例のソルダペーストは、はんだボールの発生が抑制されている。

【0050】

一方、フラックスのチキソ剤として、紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長が２４０〜５００ｎｍの間にＵＶ吸収が見られるポリアミド化合物を含まない比較例１及び２のソルダペーストは、はんだボールの発生が多いことが分かる。

【0051】

また、溶剤としてジメチルテトラグリコールを含み、グリコールエーテル系溶剤を含まないフラックスを用いた比較例３及び４のソルダペーストは、はんだボールの発生が多いことが分かる。なお、溶剤としてオクタンジオールを含み、グリコールエーテル系溶剤を含まないフラックスを用いた比較例５は、フラックスが強くゲル化して強固な固体状になり、ソルダペーストを作製することができなかったため、測定を行わなかった。