(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】P2024052526
(43)【公開日】2024-04-11
(54)【発明の名称】フラックス組成物、はんだ組成物、および電子基板
(51)【国際特許分類】
B23K 35/363 20060101AFI20240404BHJP
H05K 3/34 20060101ALI20240404BHJP
B23K 35/26 20060101ALN20240404BHJP
C22C 13/00 20060101ALN20240404BHJP
【FI】
B23K35/363 C
B23K35/363 E
H05K3/34 512C
B23K35/26 310A
C22C13/00
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023119339
(22)【出願日】2023-07-21
(31)【優先権主張番号】P 2022158979
(32)【優先日】2022-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】390005223
【氏名又は名称】株式会社タムラ製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】宗川 裕里加
(72)【発明者】
【氏名】山下 宣宏
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 忠宏
(72)【発明者】
【氏名】中路 将一
【テーマコード(参考)】
5E319
【Fターム(参考)】
5E319BB05
5E319CC36
5E319CD27
5E319CD29
5E319GG20
(57)【要約】
【課題】イオン性清浄度が良好であり、水系洗浄剤でのフラックス残さの洗浄性に優れ、かつボイドを十分に抑制できるフラックス組成物を提供すること。
【解決手段】(A)樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤、および(D)チクソ剤を含有するフラックス組成物であって、前記(B)成分が、(B1)炭素数9以上22以下のジカルボン酸を含有し、前記(C)成分が、(C1)沸点が250℃以下であり、融点が15℃以上の溶剤を含有し、前記(C1)成分の配合量が、前記(C)成分100質量%に対して、10質量%以上50質量%以下である、フラックス組成物。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤、および(D)チクソ剤を含有するフラックス組成物であって、
前記(B)成分が、(B1)炭素数9以上22以下のジカルボン酸を含有し、
前記(C)成分が、(C1)沸点が250℃以下であり、融点が15℃以上の溶剤を含有し、
前記(C1)成分の配合量が、前記(C)成分100質量%に対して、10質量%以上50質量%以下である、
フラックス組成物。
【請求項2】
請求項1に記載のフラックス組成物において、
前記(B1)成分が、炭素数20のジカルボン酸を含有する、
フラックス組成物。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載のフラックス組成物において、
前記(C1)成分が、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、および2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1つを含有する、
フラックス組成物。
【請求項4】
請求項1または請求項2に記載のフラックス組成物において、
前記(D)成分の配合量が、前記フラックス組成物100質量%に対して、2質量%以上20質量%以下である、
フラックス組成物。
【請求項5】
請求項1または請求項2に記載のフラックス組成物において、
さらに、ポリイソブチレンを含有する、
フラックス組成物。
【請求項6】
請求項1または請求項2に記載のフラックス組成物と、(E)はんだ粉末とを含有する、
はんだ組成物。
【請求項7】
請求項6に記載のはんだ組成物を用いたはんだ付け部を備える、
電子基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フラックス組成物、はんだ組成物、および電子基板に関する。
【背景技術】
【0002】
はんだ組成物は、はんだ粉末にフラックス組成物(ロジン系樹脂、活性剤および溶剤など)を混練してペースト状にした混合物である(特許文献1参照)。このはんだ組成物では、印刷性、はんだ付性、および粘度安定性などの他に、ボイドの抑制などが求められる。
また、はんだ組成物を用いてはんだ付けを行うと、はんだ付け後、接合部周辺にフラックス残さが残留する。このイオン残さには活性剤成分などが含まれ、特に電極間をまたぐように分布する残さ中に結露などによって水分が侵入することでイオンマイグレーションを引き起こす懸念がある。そこで、イオンマイグレーションを引き起こすようなイオン残さが少ないことが望ましい。このことは、イオン性清浄度により評価できる。
【0003】
一方で、信頼性を重視する場合、接合後にこのフラックス残さを洗浄によって除去する場合もある。従来、洗浄力の高い有機溶剤を主成分とする洗浄剤などを用いた洗浄が行われてきた。しかしながら、溶剤分が多い洗浄剤は、水質汚染、火災および大気汚染などの防止の観点、また労働衛生上の観点から、規制が強化されている。そして、近年、溶剤使用量を減らし、水を主成分とする洗浄剤が用いられるようになった。このような水系洗浄剤を用いるようになったことで、フラックス残さの洗浄性は悪化傾向にあり、問題となっている。特に、間隙の狭い部品下などは、洗浄剤の流れが滞りやすく、この傾向が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、イオン性清浄度が良好であり、水系洗浄剤でのフラックス残さの洗浄性に優れ、かつボイドを十分に抑制できるフラックス組成物、はんだ組成物、並びに、電子基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、以下に示すフラックス組成物、はんだ組成物および電子基板が提供される。
[1] (A)樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤、および(D)チクソ剤を含有するフラックス組成物であって、
前記(B)成分が、(B1)炭素数9以上22以下のジカルボン酸を含有し、
前記(C)成分が、(C1)沸点が250℃以下であり、融点が15℃以上の溶剤を含有し、
前記(C1)成分の配合量が、前記(C)成分100質量%に対して、10質量%以上50質量%以下である、
フラックス組成物。
[2] [1]に記載のフラックス組成物において、
前記(B1)成分が、炭素数20のジカルボン酸を含有する、
フラックス組成物。
[3] [1]または[2]に記載のフラックス組成物において、
前記(C1)成分が、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、および2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1つを含有する、
フラックス組成物。
[4] [1]~[3]のいずれかに記載のフラックス組成物において、
前記(D)成分の配合量が、前記フラックス組成物100質量%に対して、2質量%以上20質量%以下である、
フラックス組成物。
[5] [1]~[4]のいずれかに記載のフラックス組成物において、
さらに、ポリイソブチレンを含有する、
フラックス組成物。
[6] [1]~[5]のいずれかに記載のフラックス組成物と、(E)はんだ粉末とを含有する、
はんだ組成物。
[7] [6]に記載のはんだ組成物を用いたはんだ付け部を備える、
電子基板。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一態様によれば、イオン性清浄度が良好であり、水系洗浄剤でのフラックス残さの洗浄性に優れ、かつボイドを十分に抑制できるフラックス組成物、はんだ組成物、並びに、電子基板を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0008】
[フラックス組成物]
まず、本実施形態に係るフラックス組成物について説明する。本実施形態に係るフラックス組成物は、はんだ組成物におけるはんだ粉末以外の成分であり、以下説明する(A)樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤、および(D)チクソ剤を含有するものである。また、(B)成分が、(B1)炭素数9以上22以下のジカルボン酸を含有し、(C)成分が、(C1)沸点が250℃以下であり、融点が15℃以上の溶剤を含有する。さらに、(C1)成分の配合量が、(C)成分100質量%に対して、10質量%以上50質量%以下であることが必要である。
【0009】
本実施形態に係るフラックス組成物が、イオン性清浄度が良好であり、水系洗浄剤でのフラックス残さの洗浄性に優れ、かつボイドを十分に抑制できる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。
すなわち、まず、イオン性清浄度は、フラックス残さ中の成分が、水又はイソプロパノールに対して溶解しにくいほど良好となる。一方で、水系洗浄剤での洗浄性は、フラックス残さ中の成分が、水系洗浄剤に対して溶解しやすいほど良好になる。そのため、イオン性清浄度と、水系洗浄剤での洗浄性との両立は、非常に困難である。これに対し、本実施形態に係るフラックス組成物おいては、(B1)炭素数9以上22以下のジカルボン酸を使用することで、両立が困難な上記の2つ問題を解決している。また、(C1)沸点が250℃以下であり、融点が15℃以上の溶剤を所定量以上使用することで、ボイドを十分に抑制できる。一方で、(C1)成分が所定量以下であれば、イオン性清浄度または水系洗浄剤での洗浄性に、悪影響を与えることはない。以上のようにして、上記本発明の効果が達成されるものと本発明者らは推察する。
【0010】
[(A)成分]
本実施形態に用いる(A)樹脂としては、ロジン系樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、粘度安定性などの観点から、ロジン系樹脂、またはアクリル樹脂が好ましい。
ロジン系樹脂としては、ロジン類およびロジン系変性樹脂が挙げられる。ロジン類としては、ガムロジン、ウッドロジンおよびトール油ロジンなどが挙げられる。ロジン系変性樹脂としては、不均化ロジン、重合ロジン、水素添加ロジンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。水素添加ロジンとしては、完全水添ロジン、部分水添ロジン、並びに、不飽和有機酸((メタ)アクリル酸などの脂肪族の不飽和一塩基酸、フマル酸、マレイン酸などのα,β-不飽和カルボン酸などの脂肪族不飽和二塩基酸、桂皮酸などの芳香族環を有する不飽和カルボン酸など)の変性ロジンである不飽和有機酸変性ロジンの水素添加物(「水添酸変性ロジン」ともいう)などが挙げられる。これらのロジン系樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、フラックス残さの洗浄性の観点から、これらのロジン系樹脂の中でも、重合ロジンおよび水添酸変性ロジンの少なくともいずれか1つを用いることが好ましく、重合ロジンを用いることがより好ましい。また、重合ロジンと、これ以外のロジン系樹脂(水添酸変性ロジン、ホルミル化ロジン、または変性ロジンなど)とを併用することがより好ましい。
アクリル樹脂としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の各種エステル、メタクリル酸の各種エステル、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のエステル、無水マレイン酸のエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル、および酢酸ビニルなどの少なくとも1種のモノマーを重合してなるものである。寒暖の差が激しく冷熱衝撃の大きい環境下であってもフラックス残さの亀裂発生を防止できるという点で、アクリル樹脂が有用である。このアクリル樹脂の中でも、メタクリル酸と炭素数2から6のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂、更にはメタクリル酸と炭素数2のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂が好ましい。このようなアクリル樹脂は、形成されるフラックス残さ(フラックス固化物)のべたつきを抑え、かつ良好な亀裂抑制効果を奏する点で好ましい。
【0011】
(A)成分の配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、30質量%以上70質量%以下であることが好ましく、35質量%以上60質量%以下であることがより好ましい。(A)成分の配合量が前記下限以上であれば、はんだ付ランドの銅箔面の酸化を防止してその表面に溶融はんだを濡れやすくする、いわゆるはんだ付け性を向上でき、はんだボールを十分に抑制できる。また、(A)成分の配合量が前記上限以下であれば、フラックス残さ量を十分に抑制できる。
【0012】
[(B)成分]
本実施形態に用いる(B)活性剤は、(B1)炭素数9以上22以下のジカルボン酸を含有することが必要である。この(B1)成分により、イオン性清浄度を悪化させずに、水系洗浄剤での洗浄性を向上できる。
(B1)成分としては、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、エイコサン二酸、および8,13-ジメチル-8,12-エイコサジエン二酸が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、イオン性清浄度と他の物性とのバランスの観点から、エイコサン二酸と、他の(B1)成分とを併用することが特に好ましい。
【0013】
(B1)成分の配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、0.1質量%以上12質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上10質量%以下であることがより好ましく、1質量%以上8質量%以下であることがさらにより好ましく、2質量%以上7質量%以下であることが特に好ましい。(B1)成分の配合量が前記下限以上であれば、イオン性清浄度を悪化させずに、はんだ付け性を向上できる傾向にあり、他方、前記上限以下であれば、フラックス組成物の絶縁性を維持できる傾向にある。
【0014】
(B)成分は、さらに(B2)炭素数3のジカルボン酸(マロン酸)を含有していてもよい。この(B2)成分は、分解温度が低いために、フラックス残さ中には残らず、使用しても、イオン性清浄度を悪化させない。
【0015】
(B2)成分の配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、0.1質量%以上5質量%以下であることが好ましく、0.2質量%以上4質量%以下であることがより好ましく、0.3質量%以上3質量%以下であることが特に好ましい。(B2)成分の配合量が前記下限以上であれば、低温域でのぬれ性を更に向上できる傾向にあり、他方、前記上限以下であれば、フラックス組成物の絶縁性を維持できる傾向にある。
【0016】
(B)成分は、さらに(B1)成分および(B2)成分以外の有機酸(以下、場合により(B3)成分とも称する)を含有していてもよい。ただし、(B3)成分を用いる場合には、(B1)成分および(B2)成分以外のジカルボン酸は、イオン性清浄度を悪化させるおそれがあることに留意することが好ましい。
(B3)成分としては、モノカルボン酸、(B1)成分および(B2)成分以外のジカルボン酸などの他に、その他の有機酸が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブチリック酸、バレリック酸、カプロン酸、エナント酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ツベルクロステアリン酸、アラキジン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸、およびグリコール酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、アジピン酸、スベリン酸、ダイマー酸、酒石酸、およびジグリコール酸などが挙げられる。
その他の有機酸としては、トリマー酸、レブリン酸、乳酸、アクリル酸、安息香酸、サリチル酸、アニス酸、クエン酸、およびピコリン酸などが挙げられる。これらの中でも、ピコリン酸を用いることがより好ましい。
【0017】
(B3)成分を用いる場合、その配合量としては、フラックス組成物100質量%に対して、0.1質量%以上8質量%以下であることが好ましく、0.2質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、0.3質量%以上3質量%以下であることが特に好ましい。(B3)成分の配合量が前記下限以上であれば、活性作用を向上できる傾向にあり、他方、前記上限以下であれば、フラックス組成物の絶縁性を維持できる傾向にある。
【0018】
(B)成分は、本発明の課題を達成できる範囲において、(B1)成分~(B3)成分以外に、その他の活性剤(以下(B4)成分とも称する)をさらに含有してもよい。(B4)成分としては、ハロゲン系活性剤、およびアミン系活性剤などが挙げられる。ただし、(B1)成分~(B3)成分の合計の配合量は、(B)成分100質量%に対して、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることが特に好ましい。
【0019】
(B)成分の配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、2質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、3質量%以上13質量%以下であることが特に好ましい。(B)成分の配合量が前記下限以上であれば、活性作用を向上できる傾向にあり、他方、前記上限以下であれば、フラックス組成物の絶縁性を維持できる傾向にある。
【0020】
[(C)成分]
本実施形態に用いる(C)溶剤は、(C1)沸点が250℃以下であり、融点が15℃以上の溶剤を含有することが必要である。(C1)成分により、ボイドの抑制効果が向上できる。
(C1)成分としては、1,4-ブタンジオール(融点19℃、沸点228℃)、1,6-ヘキサンジオール(融点42℃、沸点250℃)、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール(融点128℃、沸点210℃)、および2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール(融点89℃、沸点214℃)などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、ボイドの抑制効果の観点から、これらの2種以上を併用することが好ましく、1,4-ブタンジオールと2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオールとを併用することが特に好ましい。
【0021】
(C1)成分の配合量は、(C)成分100質量%に対して、10質量%以上50質量%以下であることが必要である。(C1)成分の配合量が前記下限未満の場合には、ボイドの発生を抑制できない。他方、(C1)成分の配合量が前記上限超の場合には、経時安定性が低下してしまう。同様の観点から、(C1)成分の配合量は、(C)成分100質量%に対して、11質量%以上35質量%以下であることが好ましく、13質量%以上30質量%以下であることがより好ましく、15質量%以上25質量%以下であることが更により好ましく、15質量%以上20質量%以下であることが特に好ましい。
【0022】
(C)成分は、(C2)融点が15℃未満である溶剤を含有することが好ましい。(C2)成分としては、公知の溶剤を適宜用いることができる。このような溶剤としては、沸点170℃以上の溶剤を用いることが好ましい。
このような溶剤としては、例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、1,5-ペンタンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、2-エチルヘキシルジグリコール(EHDG)、フェニルグリコール、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、DEH)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、およびジブチルマレイン酸などが挙げられる。これらの中でも、印刷性の観点から、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオールが好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
【0023】
(C)成分の配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、10質量%以上50質量%以下であることが好ましく、20質量%以上40質量%以下であることがより好ましい。溶剤の配合量が前記範囲内であれば、得られるはんだ組成物の粘度を適正な範囲に適宜調整できる。
【0024】
[(D)成分]
本実施形態に用いる(D)チクソ剤としては、公知のチクソ剤を適宜使用できる。この(D)成分により、印刷時や加熱時のダレを抑制できる。ここで用いるチクソ剤としては、硬化ひまし油、アミド類、カオリン、コロイダルシリカ、有機ベントナイト、およびガラスフリットなどが挙げられる。これらの中でも、ダレの抑制の観点から、アミド類が好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
【0025】
(D)成分の配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、2質量%以上20質量%以下であることが好ましく、3質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、5質量%以上10質量%以下であることが特に好ましい。配合量が前記下限以上であれば、十分なチクソ性が得られ、ダレを抑制できる傾向にあり、更に、イオン性清浄度を向上できる傾向にある。他方、前記上限以下であれば、チクソ性が高すぎることなく、印刷不良となりにくい傾向にあり、更に、水系洗浄剤での洗浄性を向上できる傾向がある。
【0026】
[ポリイソブチレン]
本実施形態に係るフラックス組成物は、イオン性清浄度と水系洗浄剤での洗浄性とのバランスの観点から、さらにポリイソブチレンを含有することが好ましい。また、ポリイソブチレンの分子量は、1000以上60000以下であることが好ましく、2000以上50000以下であることがより好ましく、3000以上40000以下であることが特に好ましい。
ポリイソブチレンの配合量を増やすほど、イオン性清浄度を向上できる。他方、ポリイソブチレンの配合量を減らすほど、水系洗浄剤での洗浄性を向上できる。この観点から、ポリイソブチレンを用いる場合、その配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以上3質量%以下であることが特に好ましい。
【0027】
[酸化防止剤]
本実施形態に係るフラックス組成物は、はんだ溶融性などの観点から、さらに酸化防止剤を含有することが好ましい。ここで用いる酸化防止剤としては、公知の酸化防止剤を適宜用いることができる。酸化防止剤としては、硫黄化合物、ヒンダードフェノール化合物、およびホスファイト化合物などが挙げられる。これらの中でも、ヒンダードフェノール化合物が好ましい。
【0028】
ヒンダードフェノール化合物としては、ペンタエリトリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオナート]、ビス(3-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルベンゼンプロパン酸)エチレンビス(オキシエチレン)、N,N’-ビス[2-[2-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)エチルカルボニルオキシ]エチル]オキサミド、および、N,N’-ビス{3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニル}ヒドラジンなどが挙げられる。
【0029】
酸化防止剤を用いる場合、その配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、0.1質量%以上5質量%以下であることが好ましい。酸化防止剤の配合量が前記下限以上であれば、はんだ溶融性を向上できる傾向にあり、他方、前記上限以下であれば、フラックス組成物の絶縁性を維持できる傾向にある。
【0030】
[他の成分]
本実施形態に用いるフラックス組成物には、(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分、ポリイソブチレン、および酸化防止剤の他に、必要に応じて、その他の添加剤を加えることができる。その他の添加剤としては、イミダゾール化合物、消泡剤、改質剤、つや消し剤、および発泡剤などが挙げられる。これらの添加剤の配合量としては、フラックス組成物100質量%に対して、0.01質量%以上5質量%以下であることが好ましい。
【0031】
[はんだ組成物]
次に、本実施形態に係るはんだ組成物について説明する。本実施形態に係るはんだ組成物は、前述の本実施形態に係るフラックス組成物と、以下説明する(E)はんだ粉末とを含有するものである。
フラックス組成物の配合量は、はんだ組成物100質量%に対して、5質量%以上35質量%以下であることが好ましく、7質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、8質量%以上12質量%以下であることが特に好ましい。フラックス組成物の配合量が5質量%未満の場合(はんだ粉末の配合量が95質量%を超える場合)には、バインダーとしてのフラックス組成物が足りないため、フラックス組成物とはんだ粉末とを混合しにくくなる傾向にあり、他方、フラックス組成物の配合量が35質量%を超える場合(はんだ粉末の配合量が65質量%未満の場合)には、得られるはんだ組成物を用いた場合に、十分なはんだ接合を形成できにくくなる傾向にある。
【0032】
[(E)成分]
本実施形態に用いる(E)はんだ粉末は、鉛フリーはんだ粉末のみからなることが好ましいが、有鉛のはんだ粉末であってもよい。また、このはんだ粉末におけるはんだ合金は、スズ(Sn)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、アンチモン(Sb)、鉛(Pb)、インジウム(In)、ビスマス(Bi)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびゲルマニウム(Ge)からなる群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。
このはんだ粉末におけるはんだ合金としては、スズを主成分とする合金が好ましい。また、このはんだ合金は、スズ、銀および銅を含有することがより好ましい。さらに、このはんだ合金は、添加元素として、アンチモン、ビスマスおよびニッケルのうちの少なくとも1つを含有してもよい。
ここで、鉛フリーはんだ粉末とは、鉛を添加しないはんだ金属または合金の粉末のことをいう。ただし、鉛フリーはんだ粉末中に、不可避的不純物として鉛が存在することは許容されるが、この場合に、鉛の量は、300質量ppm以下であることが好ましい。
【0033】
鉛フリーのはんだ粉末の合金系としては、具体的には、Sn-Ag-Cu系、Sn-Cu系、Sn-Ag系、Sn-Bi系、Sn-Ag-Bi系、Sn-Ag-Cu-Bi系、Sn-Ag-Cu-Ni系、Sn-Ag-Cu-Bi-Sb系、Sn-Ag-Bi-In系、およびSn-Ag-Cu-Bi-In-Sb系などが挙げられる。
【0034】
(E)成分の平均粒子径は、通常1μm以上40μm以下であるが、はんだ付けパッドのピッチが狭い電子基板にも対応するという観点から、1μm以上35μm以下であることがより好ましく、2μm以上35μm以下であることがさらにより好ましく、3μm以上32μm以下であることが特に好ましい。なお、平均粒子径は、動的光散乱式の粒子径測定装置により測定できる。
【0035】
[はんだ組成物の製造方法]
本実施形態のはんだ組成物は、上記説明したフラックス組成物と上記説明した(E)はんだ粉末とを上記所定の割合で配合し、撹拌混合することで製造できる。
【0036】
[電子基板]
次に、本実施形態に係る電子基板について説明する。本実施形態に係る電子基板は、前述の本実施形態に係るはんだ組成物を用いたはんだ付け部を備えることを特徴とするものである。本実施形態に係る電子基板は、前記はんだ組成物を用いて電子部品を電子基板(プリント配線基板など)に実装することで製造できる。
ここで用いる塗布装置としては、スクリーン印刷機、メタルマスク印刷機、ディスペンサー、およびジェットディスペンサーなどが挙げられる。
また、塗布装置にて塗布したはんだ組成物上に電子部品を配置し、リフロー炉により所定条件にて加熱して、電子部品をプリント配線基板に実装するリフロー工程により、電子部品を電子基板に実装できる。
【0037】
リフロー工程においては、はんだ組成物上に電子部品を配置し、リフロー炉により所定条件にて加熱する。このリフロー工程により、電子部品およびプリント配線基板の間に十分なはんだ接合を行うことができる。その結果、電子部品をプリント配線基板に実装することができる。
リフロー条件は、はんだの融点に応じて適宜設定すればよい。例えば、プリヒート温度は、140℃以上200℃以下であることが好ましく、150℃以上160℃以下であることがより好ましい。プリヒート時間は、60秒間以上120秒間以下であることが好ましい。ピーク温度は、230℃以上270℃以下であることが好ましく、240℃以上255℃以下であることがより好ましい。また、220℃以上の温度の保持時間は、20秒間以上60秒間以下であることが好ましい。
【0038】
リフロー工程後の電子基板は、イオン性清浄度が良好であることが好ましい。すわなち、イオン性清浄度が、1.60μgNaCl/cm2未満であることが好ましく、1.40μgNaCl/cm2未満であることがより好ましい。なお、イオン性清浄度は、後述の実施例に記載の方法により測定できる。
【0039】
リフロー工程後には、水系洗浄剤を用いて、電子基板上のフラックス残さを洗浄する洗浄工程を施すことが好ましい。
洗浄の方法としては、浸漬方式、および噴流方式などを採用できる。
例えば、浸漬方式では、水系洗浄剤中に電子基板を浸漬すればよい。なお、このときに、超音波をかけてもよい。
水系洗浄剤としては、公知の水系のフラックス残さの洗浄剤を使用できる。ここで水系とは、水を主成分(水が50質量%以上)とするものをいう。市販品としては、ゼストロンジャパン社製の「VIGON US」、および、荒川化学工業社製の「パインアルファST-180K」などが挙げられる。
洗浄時の水系洗浄剤の温度は、例えば、30℃以上70℃以下である。
洗浄時間は、例えば、1分間以上10分間以下である。
水系洗浄剤を用いた洗浄後には、リンスを行ってもよい。リンスの条件は、特に制限されず、20℃以上50℃以下の水で、0.5分間以上5分間以下程度であればよい。また、リンスを2回以上行ってもよい。
【0040】
また、本実施形態に係るフラックス組成物、はんだ組成物および電子基板は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
例えば、前記電子基板では、リフロー工程により、プリント配線基板と電子部品とを接着しているが、これに限定されない。例えば、リフロー工程に代えて、レーザー光を用いてはんだ組成物を加熱する工程(レーザー加熱工程)により、プリント配線基板と電子部品とを接着してもよい。この場合、レーザー光源としては、特に限定されず、金属の吸収帯に合わせた波長に応じて適宜採用できる。レーザー光源としては、例えば、固体レーザー(ルビー、ガラス、YAGなど)、半導体レーザー(GaAs、およびInGaAsPなど)、液体レーザー(色素など)、並びに、気体レーザー(He-Ne、Ar、CO2、およびエキシマーなど)が挙げられる。
【実施例0041】
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例および比較例にて用いた材料を以下に示す。
((A)成分)
ロジン系樹脂A:重合ロジン、商品名「中国重合ロジン」、荒川化学工業社製
ロジン系樹脂B:アクリル酸変性水添ロジン、商品名「パインクリスタルKE-604」、荒川化学工業社製
ロジン系樹脂C:ホルミル化ロジン、商品名「FORAL-AX」、イーストマンケミカル社製
ロジン系樹脂D:特殊変性ロジン、商品名「ハリタックFG-90」、ハリマ化成社製
((B1)成分)
ジカルボン酸A:セバシン酸
ジカルボン酸B:ドデカン二酸
ジカルボン酸C:エイコサン二酸、商品名「SL-20」、岡村製油社製
ジカルボン酸D:8,13-ジメチル-8,12-エイコサジエン二酸、商品名「IPU-22」、岡村製油社製
((B2)成分)
ジカルボン酸E:マロン酸
((B3)成分)
有機酸:ピコリン酸
((C1)成分)
溶剤A:1,4-ブタンジオール(融点19℃、沸点228℃)
溶剤B:1,6-ヘキサンジオール(融点42℃、沸点250℃)
溶剤C:2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール(融点128℃、沸点210℃)溶剤D:2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール(融点89℃、沸点214℃)
((C2)成分)
溶剤E:ヘキシルジグリコール(融点-40℃、沸点259℃)
溶剤F:2-エチルヘキシルジグリコール(融点-82℃、沸点272℃)
溶剤G:ジブチルマレイン酸(融点-85℃、沸点280℃)
溶剤H:テトラエチレングリコールジメチルエーテル(融点-27℃、沸点275℃)
((D)成分)
チクソ剤A:商品名「ヒマコウ」、ケイエフ・トレーディング社製
チクソ剤B:エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、商品名「スリパックスH」、三菱ケミカル社製
チクソ剤C:ヘキサメチレンヒドロキシステアリン酸アミド、商品名「スリパックスZHH」、三菱ケミカル社製
(他の成分)
イミダゾール:2-エチル-4-メチルイミダゾール
酸化防止剤:ビス(3-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルベンゼンプロパン酸)エチレンビス(オキシエチレン)、商品名「イルガノックス245」、BASF社製
ポリイソブチレン:ポリイソブチレン、商品名「テトラックス3T」、ENEOS社製((E)成分)
はんだ粉末:合金組成はSn-3.0Ag-0.5Cu、粒子径分布は20~38μm(IPC-J-STD-005Aのタイプ4に相当)、はんだ融点は217~220℃
【0042】
[実施例1]
ロジン系樹脂A30質量%、ロジン系樹脂B15質量%、ジカルボン酸C4質量%、ジカルボン酸E0.5質量%、有機酸0.5質量%、酸化防止剤3質量%、イミダゾール1.5質量%、ポリイソブチレン2質量%、溶剤A4質量%、溶剤D3質量%、溶剤E30質量%、チクソ剤A0.5質量%、およびチクソ剤B6質量%を容器に投入し、プラネタリーミキサーを用いて混合してフラックス組成物を得た。
その後、得られたフラックス組成物12質量%、およびはんだ粉末88質量%(合計で100質量%)を容器に投入し、プラネタリーミキサーにて混合することではんだ組成物を調製した。
【0043】
[実施例2~8]
表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、はんだ組成物を得た。
[比較例1~6]
表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、はんだ組成物を得た。
[実施例9~25]
表2に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、はんだ組成物を得た。
【0044】
<はんだ組成物の評価>
はんだ組成物の評価(イオン性清浄度、フラックス洗浄性、ボイド、経時安定性)を以下のような方法で行った。得られた結果を表1および表2に示す。また、(C)成分中の(C1)成分の量(質量%)を表1および表2に示す。
(1)イオン性清浄度
JIS2型櫛型基板にはんだ組成物を印刷し、リフロー炉(タムラ製作所社製)で、はんだ組成物を融解させて評価用基板を得た。なお、リフロー条件は、プリヒート温度が130~180℃(約100秒間)であり、温度220℃以上の時間が約60秒間であり、ピーク温度が240℃であり、酸素濃度1000ppmの窒素雰囲気である。評価用基板をオメガメーターにセットし、試験液としてIPA75%水溶液をテストセルに注入し、試験液の抵抗値の変化をもとめ、検体の溶出イオンを算出する。この溶出イオン量をNaCl換算値で換算した値をイオン性清浄度とした。そして、下記の基準に従って、イオン性清浄度を評価した。
○:イオン性清浄度が、1.40μgNaCl/cm2未満である。
△:イオン性清浄度が、1.40μgNaCl/cm2以上1.60μgNaCl/cm2未満である。
×:イオン性清浄度が、1.60μgNaCl/cm2以上である。
(2)洗浄性
チップ部品を搭載できる基板に、はんだ組成物を印刷し、チップ部品(大きさ:1.6mm×0.8mm)を搭載し、リフロー炉(タムラ製作所社製)で、はんだ組成物を溶解させて、はんだ付けを行って、評価用基板を得た。なお、プリヒート温度が130~180℃(約100秒間)であり、温度220℃以上の時間が約60秒間であり、ピーク温度が240℃であり、酸素濃度1000ppmの窒素雰囲気である。
次に、得られた評価用基板を、水系洗浄剤(ゼストロンジャパン社製の「VIGON US」、20%濃度)の入った容器中に、浸漬して、超音波をかけながら洗浄(液温度:60℃、洗浄時間:5分間)した。その後、エアナイフで液切りを行った後に、常温の純水の入った容器中に、浸漬して、1回目のリンス(リンス時間:1~2分間)を行い、さらに、45℃の純水の入った容器中に、浸漬して、2回目のリンス(リンス時間:1~2分間)を行った。その後、エアガンで液切りを行った後に、熱風乾燥炉(炉内温度:70℃)の中で10分間の乾燥を行った。
水系洗浄剤での洗浄後の評価用基板から、全てのチップを取り外し、チップ下のフラックス残さの有無を観察した。そして、フラックス残さの残留していたチップの数と、全てのチップの数に対する比率(残留比率)を測定し、この残留比率に基づいて、下記の基準に従って、洗浄性を評価した。
○:残留比率が、10%以上20%未満である。
△:残留比率が、20%以上50%未満である。
×:残留比率が、50%以上である。
(3)ボイド
QFN部品を搭載できる基板に、はんだ組成物を印刷し、SnめっきQFNを搭載する。リフロー炉(タムラ製作所社製)で、はんだ組成物を融解させて、はんだ付けを行って、評価用基板を得た。なお、リフロー条件は、プリヒート温度が130~180℃(約100秒間)であり、温度220℃以上の時間が約60秒間であり、ピーク温度が240℃であり、大気雰囲気である。
評価用基板の接合部についてX線透過写真を撮影し、下面電極(5.9mm×5.9mm)部分のボイド面積[(ボイド面積÷ランド面積)×100](単位:%)を計測した。そして、ボイド面積の平均値と、ボイド面積の最大値を算出し、下記の基準に従って、ボイドを評価した。なお、ボイド面積の最大値が高い場合には、ボイドのばらつきが大きいといえる。
・ボイド面積の平均値
○:ボイド面積の平均値が、25%以下である。
△:ボイド面積の平均値が、25%超35%以下である。
×:ボイド面積の平均値が、35%超である。
・ボイド面積の最大値
○:ボイド面積の最大値が、35%以下である。
△:ボイド面積の最大値が、35%超45%以下である。
×:ボイド面積の最大値が、45%超である。
(4)経時安定性
はんだ組成物を試料として、粘度を測定した。その後、試料を密封容器に入れ、温度30℃の恒温槽に投入し、14日間保管し、保管した試料の粘度を測定した。そして、初期の粘度値(η1)に対する、温度30℃にて14日間保管後の粘度値(η2)との差(η2-η1)を求め、粘度増加率[{(η2-η1)/η1}×100](単位:%)を算出した。なお、粘度測定は、スパイラル方式の粘度測定(マルコム社製、PCU-II型、測定温度:25℃、回転速度:10rpm、3分間攪拌後)によりを行った。
○:粘度増加率が、10%未満である。
△:粘度増加率が、10%以上15%未満である。
×:粘度増加率が、15%以上である。
【0045】
【0046】
【0047】
表1および表2に示す結果からも明らかなように、本発明のはんだ組成物(実施例1~25)は、イオン性清浄度、フラックス洗浄性、ボイド、および経時安定性の全てが良好であることが確認された。
従って、本発明のはんだ組成物によれば、イオン性清浄度が良好であり、水系洗浄剤でのフラックス残さの洗浄性に優れ、かつボイドを十分に抑制できることが確認された。