(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-13
(45)【発行日】2022-12-21
(54)【発明の名称】レーザーはんだ付け用はんだ組成物、および電子基板の製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 35/363 20060101AFI20221214BHJP
H05K 3/34 20060101ALI20221214BHJP
B23K 35/26 20060101ALN20221214BHJP
【FI】
B23K35/363 E
B23K35/363 C
H05K3/34 507E
H05K3/34 512C
B23K35/26 310A
(21)【出願番号】P 2020053726
(22)【出願日】2020-03-25
【審査請求日】2021-04-17
(73)【特許権者】
【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】特許業務法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】水野 武見
(72)【発明者】
【氏名】吉澤 慎二
【審査官】櫛引 明佳
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-025484(JP,A)
【文献】特開2019-171467(JP,A)
【文献】特開2020-040120(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第1876311(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第105855749(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23K 35/363
H05K 3/34
B23K 35/26
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)ロジン系樹脂、(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と、(E)はんだ粉末とを含有し、
前記(A)成分が、(A1)軟化点が130℃以上であり、かつ酸価が200mgKOH/g以下である重合ロジンを含有し、
前記(C)成分が、(C1)セバシン酸ジアルキルを含有し、
前記(C1)成分におけるアルキルは、炭素数1~10の直鎖アルキル、または炭素数3~10の分岐鎖アルキルであり、
前記(C1)成分の配合量は、前記(C)成分100質量%に対して、50質量%以上である
ことを特徴とするレーザーはんだ付け用はんだ組成物。
【請求項2】
請求項1に記載のレーザーはんだ付け用はんだ組成物において、
前記(D)成分が、(D1)エチレンビスステアリン酸アミドを含有する
ことを特徴とするレーザーはんだ付け用はんだ組成物。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載のレーザーはんだ付け用はんだ組成物を用いた電子基板の製造方法であって、
配線基板の電極上に、ディスペンサーを用いて、前記はんだ組成物を塗布する塗布工程と、
前記はんだ組成物上に、電子部品を搭載する搭載工程と、
レーザー光を用いて、前記はんだ組成物を加熱して、前記電極と前記電子部品とをはんだ接合するはんだ付け工程と、を備える
ことを特徴とする電子基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザーはんだ付け用はんだ組成物、電子基板、および電子基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、はんだごてを使用した糸はんだによる電子部品の実装が行われている。しかし、近年電子製品の軽薄短小化に伴ってプリント配線基板の微細化が進み、はんだごてのような接触方法によるはんだ付けでは対応が難しい問題があった。
このようなはんだごてによるはんだ付けが困難な微細部などへのはんだ付けでは、レーザー光を用いた非接触によるはんだ付け方法が利用されている。
この技術は、はんだ付け装置のはんだ付けヘッドからプリント配線基板に向けてレーザー光を照射し、照射されたレーザー光の光エネルギーをはんだに吸収させ、発熱を引き起こし、はんだを溶融させてはんだ付けする方法であり、プリント配線基板の微細な部位に電子部品を短時間で実装することができるという利点がある。
また、はんだ接続を行いたい部分に選択的にレーザー光を照射することができるため、フロー式やリフロー式と比較して、電子部品の実装時に、部品全体に熱を加えずに実装を行うことが可能であることから、熱に弱い部品に適用可能である。
【0003】
このように、熱源としてレーザー光を用いた方法によって、微細な部分へのはんだ付けが非接触で可能となる。しかしながら、急加熱が行われることから、はんだボールの発生、フラックスの飛散、フラックス残さの広がりなどの発生が顕著に起こるようになった。
そこで、これらの問題を解決できるはんだ組成物として、例えば、(A)ロジン系樹脂、(B)有機酸、(C)溶剤、および(D)25℃で固体の有機ハロゲン化合物を含有するフラックスと、(E)はんだ粉末とを含有し、前記(A)成分は、(A1)軟化点が130℃以上の高軟化点ロジン系樹脂を含有し、前記(A1)成分の配合量は、前記(A)成分の合計量100質量%に対して、70質量%以上であるはんだ組成物が提案されている(特許文献1参照)。
【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】
特許文献1に記載のようなはんだ組成物によれば、レーザーはんだ付けをする場合に、はんだボールの発生、フラックスの飛散およびフラックス残さの広がりの発生をある程度は抑制できる。しかしながら、はんだボールの発生の抑制については、未だ必ずしも十分なものではなく、更なる向上が求められていた。特に、スルーホールに挿入する電子部品をはんだ付けする場合においては、必要なはんだ量が多いためはんだボールが発生しやすくなっている。
なお、はんだボールの発生については、はんだ組成物中の活性剤の配合量を多くすることで、抑制できる傾向にある。しかしながら、活性剤の配合量が多すぎると、絶縁信頼性が低下するおそれがあるので、活性剤を過剰に配合することはできない。
【0006】
本発明は、レーザーはんだ付けをする場合に、はんだボールの発生を十分に抑制できるレーザーはんだ付け用はんだ組成物、並びに、それを用いた電子基板およびその製造方法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】
【0007】
本発明の一態様に係るレーザーはんだ付け用はんだ組成物は、(A)ロジン系樹脂、(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と、(E)はんだ粉末とを含有し、前記(A)成分が、(A1)軟化点が130℃以上であり、かつ酸価が200mgKOH/g以下である重合ロジンを含有し、前記(C)成分が、(C1)セバシン酸ジアルキルを含有することを特徴とするものである。
【0008】
本発明の一態様に係るレーザーはんだ付け用はんだ組成物においては、前記(D)成分が、(D1)エチレンビスステアリン酸アミドを含有することが好ましい。
【0009】
本発明の一態様に係る電子基板は、前記本発明の一態様に係るレーザーはんだ付け用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。
【0010】
本発明の一態様に係る電子基板の製造方法は、前記本発明の一態様に係るレーザーはんだ付け用はんだ組成物を用いた電子基板の製造方法であって、配線基板の電極上に、ディスペンサーを用いて、前記はんだ組成物を塗布する塗布工程と、前記はんだ組成物上に、電子部品を搭載する搭載工程と、レーザー光を用いて、前記はんだ組成物を加熱して、前記電極と前記電子部品とをはんだ接合するはんだ付け工程と、を備えることを特徴とする方法である。
【0011】
本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物によって、レーザーはんだ付けをする場合に、はんだボールの発生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、急加熱が行われるレーザーはんだ付けなどで、はんだボールの発生する理由は次の通りであると本発明者らは推察する。つまり、レーザー照射による急加熱によって、流動性が急上昇したフラックスがはんだ粉末の溶融よりも先にパッド外に流れ出し、そのときに、未溶融のはんだ粉末を同時にパッド外に流してしまうことによって生じているものと本発明者らは推察する。これに対し、本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物は、(A1)軟化点が130℃以上であり、かつ酸価が200mgKOH/g以下である重合ロジンを含有している。そして、本発明では、急加熱を伴うはんだ付けの際に、(A1)成分が、はんだ組成物の表面を覆うように分布する傾向にあり、一時的に皮膜のようになる。かかる皮膜は、高融点の(A1)成分に、他の成分が分散しているものからなるために、比較的に流動性が低い。そのため、かかる皮膜により(B)活性剤や(C)溶剤が飛散してパッド外に流れ出すのを抑制できる。
また、本発明者らは、高融点のロジン系樹脂の中でも、重合ロジンを用いた場合には、驚くべきことに、はんだボールの発生を劇的に抑制できることを見出した。さらに、(C1)セバシン酸ジアルキルを(A1)成分と併用することでも、はんだボールの発生を劇的に抑制できることを見出した。そして、これらの(A1)成分および(C1)成分の作用により、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。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、レーザーはんだ付けをする場合に、はんだボールの発生を十分に抑制できるレーザーはんだ付け用はんだ組成物、並びに、それを用いた電子基板およびその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本実施形態のレーザーはんだ付け用はんだ組成物は、以下説明す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。
【0014】
[フラックス組成物]
まず、本実施形態に用いるフラックス組成物について説明する。本実施形態に用い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、(A)ロジン系樹脂、(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。
【0015】
前記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、8質量%以上20質量%以下であることが好ましく、10質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。フラックスの配合量が8質量%未満の場合(はんだ粉末の配合量が92質量%を超える場合)には、塗布性が不十分となる傾向にあり、他方、フラックスの配合量が20質量%を超える場合(はんだ粉末の配合量が80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。
【0016】
[(A)成分]
本実施形態に用いる(A)ロジン系樹脂は、(A1)軟化点が130℃以上であり、かつ酸価が200mgKOH/g以下である重合ロジンを含有することが必要である。このような(A1)成分により、レーザーはんだ付けをする場合に、はんだボールの発生を抑制できる。
(A1)成分の軟化点が130℃未満である場合には、フラックス飛散を抑制できず、はんだボールの発生を十分に抑制できない。また、はんだボールの発生の抑制の観点から、(A1)成分の軟化点は、135℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましい。(A1)成分の軟化点の上限は、特に限定されない。例えば、(A1)成分の軟化点は、200℃以下であってもよい。
(A1)成分の酸価が200mgKOH/gを超える場合には、絶縁信頼性が不十分となる。また、活性作用および絶縁信頼性の観点から、(A1)成分の酸価は、20mgKOH/g以上180mgKOH/g以下であることが好ましく、100mgKOH/g以上150mgKOH/g以下であることがより好ましい。
なお、酸価(平均酸価)は、試料1gに含まれている遊離脂肪酸を中和するのに必要な水酸化カリウムを求めることで測定できる。また、軟化点は、環球法により測定できる。
【0017】
重合ロジンとは、ロジン類を公知の方法で重合させることにより得られるものである。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。これらのロジン類は、未精製のまま使用してもよいが、色調が良好な(ガードナー色数が低い)重合ロジンを得るという観点から、ロジン類を精製して用いることが好ましい。
重合ロジンのガードナー色数は、はんだボールの抑制効果の観点から、8以下であることが好ましい。
重合ロジンは、ロジン類を、通常、硫酸系触媒存在下、有機溶剤中で、例えば40℃以上160℃以下の温度で、1時間以上10時間以下の時間、反応させることにより得られる。硫酸系触媒としては、硫酸、p-トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、およびスチレン-ジビニルベンゼンなどの共重合体スルホン化物などが挙げられる。また、硫酸系触媒に加え、ぎ酸、フッ化水素、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、および四塩化チタンなども併用できる。また、有機溶剤としては、トルエン、キシレン、およびハロゲン化炭化水素などが挙げられる。反応終了後、触媒を除去するためには、通常、水洗、およびろ過などの各種公知の方法を採用できる。また、未反応ロジンおよび分解物は減圧蒸留により除去できる。
【0018】
(A1)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60質量%以下であることが好ましく、20質量%以上50質量%以下であることがより好ましく、25質量%以上40質量%以下であることが特に好ましい。(A1)成分の配合量が前記下限以上であれば、レーザーはんだ付けの際に、はんだボールをより確実に抑制できる。また、(A1)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。
【0019】
本実施形態においては、(A)成分は、(A1)成分以外のロジン系樹脂((A2)成分)を含有してもよい。
本実施形態に用いる(A2)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、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。
【0020】
(A2)成分の軟化点は、フラックス飛散およびはんだボールの抑制の観点から、120℃以上であることが好ましく、130℃以上であることがより好ましく、140℃以上であることが特に好ましい。
(A2)成分の酸価は、特に限定されない。例えば、(A2)成分の酸価は、220mgKOH/g以上500mgKOH/g以下であってもよい。
【0021】
なお、(A)成分の軟化点を調整する手段としては、(i)ロジンの重合度合を調整すること(重合度合が高くなるほど、軟化点が高くなる傾向にある)、(ii)ロジンの変性方法を変更すること(例えば、アクリル酸やマレイン酸により変性することで、軟化点が高くなる傾向にある)、(iii)ロジンの分子量を調整すること(分子量が高くなるほど、軟化点が高くなる傾向にある)、(iv)ロジンに水素化反応を施すこと、または、(v)ロジンにエステル化反応またはエステル交換反応を施すことなどが挙げられる。
また、(A)成分の酸価を調整する手段としては、ロジンの変性方法を変更すること(例えば、アクリル酸やマレイン酸により変性することで、酸価が高くなる傾向にあり、エステル化することで、酸価が低くなる傾向にある)などが挙げられる。
【0022】
(A)成分の配合量は、フラックス組成物100質量%に対して、25質量%以上65質量%以下であることが好ましく、27質量%以上60質量%以下であることがより好ましく、30質量%以上58質量%以下であることが特に好ましい。(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。
【0023】
[(B)成分]
本実施形態に用いる(B)活性剤としては、有機酸、非解離性のハロゲン化化合物からなる非解離型活性剤、およびアミン系活性剤などが挙げられる。これらの活性剤は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。
有機酸としては、モノカルボン酸、ジカルボン酸などの他に、その他の有機酸が挙げられる。
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、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、エイコサン二酸、フマル酸、マレイン酸、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、ダイマー酸、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。
【0024】
非解離性のハロゲン化化合物からなる非解離型活性剤としては、ハロゲン原子が共有結合により結合した非塩系の有機化合物が挙げられる。このハロゲン化化合物としては、塩素化物、臭素化物、フッ化物のように塩素、臭素、フッ素の各単独元素の共有結合による化合物でもよいが、塩素、臭素およびフッ素の任意の2つまたは全部のそれぞれの共有結合を有する化合物でもよい。これらの化合物は、水性溶媒に対する溶解性を向上させるために、例えばハロゲン化アルコールやハロゲン化カルボキシルのように水酸基やカルボキシル基などの極性基を有することが好ましい。ハロゲン化アルコールとしては、例えば2,3-ジブロモプロパノール、2,3-ジブロモブタンジオール、トランス-2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオール(TDBD)、1,4-ジブロモ-2-ブタノール、トリブロモネオペンチルアルコールなどの臭素化アルコール、1,3-ジクロロ-2-プロパノール、1,4-ジクロロ-2-ブタノールなどの塩素化アルコール、3-フルオロカテコールなどのフッ素化アルコール、その他これらに類する化合物が挙げられる。ハロゲン化カルボキシルとしては、2-ヨード安息香酸、3-ヨード安息香酸、2-ヨードプロピオン酸、5-ヨードサリチル酸、5-ヨードアントラニル酸などのヨウ化カルボキシル、2-クロロ安息香酸、3-クロロプロピオン酸などの塩化カルボキシル、2,3-ジブロモプロピオン酸、2,3-ジブロモコハク酸、2-ブロモ安息香酸などの臭素化カルボキシル、その他これらに類する化合物が挙げられる。
【0025】
アミン系活性剤としては、アミン類(エチレンジアミンなどのポリアミンなど)、アミン塩類(トリメチロールアミン、シクロヘキシルアミン、ジエチルアミンなどのアミンやアミノアルコールなどの有機酸塩や無機酸塩(塩酸、硫酸、臭化水素酸など))、アミノ酸類(グリシン、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、バリンなど)、アミド系化合物などが挙げられる。具体的には、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩(塩酸塩、コハク酸塩、アジピン酸塩、セバシン酸塩など)、トリエタノールアミン、モノエタノールアミン、および、これらのアミンの臭化水素酸塩などが挙げられる。
【0026】
(B)成分の配合量としては、フラックス組成物100質量%に対して、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上6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。(B)成分の配合量が前記下限以上であれば、はんだボールがより確実に抑制できる。また、(B)成分の配合量が前記上限以下であれば、フラックス組成物の絶縁信頼性を向上できる。
なお、本実施形態においては、(B)成分の配合量が前記上限以下であったとしても、レーザーはんだ付けの際に、はんだボールを十分に抑制できる。
【0027】
[(C)成分]
本実施形態に用いる(C)溶剤は、(C1)セバシン酸ジアルキルを含有することが必要である。このような(C1)成分により、レーザーはんだ付けをする場合に、はんだボールの発生を抑制できる。
(C1)成分におけるアルキルは、炭素数1~10の直鎖アルキル、または炭素数3~10の分岐鎖アルキルであることが好ましい。また、はんだボールの抑制効果の観点から、(C1)成分におけるアルキルは、炭素数2~9の直鎖アルキル、または炭素数3~9の分岐鎖アルキルであることがより好ましく、炭素数3~8の直鎖アルキル、または炭素数3~8の分岐鎖アルキルであることが特に好ましい。
また、(C1)成分における2つのアルキルは、同一であってもよく、異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
【0028】
(C1)成分としては、セバシン酸ジメチル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジプロピル(セバシン酸ジイソプロピルなど)、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジペンチル、セバシン酸ジヘキシル、セバシン酸ジヘプチル、およびセバシン酸ジオクチル(セバシン酸ジ(2-エチルヘキシル)など)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。
【0029】
(C)成分は、本発明の目的に影響のない範囲であれば、(C1)成分以外の他の溶剤((C2)成分)を含有していてもよい。ただし、(C2)成分を用いる場合、(C1)成分の配合量は、(C)成分100質量%に対して、25質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。
【0030】
(C2)成分としては、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、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、オクタンジオール、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(DEH)、ジエチレングリコールモノ2-エチルヘキシルエーテル(EHDG)、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。
【0031】
(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60質量%以下であることが好ましく、20質量%以上50質量%以下であることがより好ましく、25質量%以上40質量%以下であることが特に好ましい。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。
【0032】
[(D)成分]
本実施形態に用いる(D)チクソ剤は、(D1)エチレンビスステアリン酸アミドを含有することが好ましい。この(D1)成分と(A1)成分の組み合わせにより、レーザーはんだ付けの際に、(A1)成分を主成分とする皮膜の流動性をより低くでき、フラックス飛散やはんだボールの抑制効果を高めることができる。
【0033】
(D1)成分の配合量は、はんだボールの抑制効果の観点から、フラックス組成物100質量%に対して、1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、1.5質量%以上3質量%以下であることが特に好ましい。
【0034】
(D)成分は、本発明の目的に影響のない範囲であれば、(D1)成分以外の他のチクソ剤((D2)成分)を含有していてもよい。
(D2)成分としては、(D1)成分以外のアマイド類、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、およびガラスフリットなどが挙げられる。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。
【0035】
(D)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、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12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、ダレを十分に抑制できる。また、配合量が前記上限以下であれば、チクソ性が高すぎて、印刷不良となることはない。
【0036】
[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)成分および(D)成分の他に、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、酸化防止剤、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。
【0037】
[(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。このはんだ粉末におけるはんだ合金としては、スズ(Sn)を主成分とする合金が好ましい。また、この合金の第二元素としては、銀(Ag)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)およびアンチモン(Sb)などが挙げられる。さらに、この合金には、必要に応じて他の元素(第三元素以降)を添加してもよい。他の元素としては、銅、銀、ビスマス、インジウム、アンチモン、およびアルミニウム(Al)などが挙げられる。
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。
【0038】
鉛フリーはんだ粉末におけるはんだ合金としては、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などが挙げられる。これらの中でも、はんだ接合の強度の観点から、Sn-Ag-Cu系のはんだ合金が好ましく用いられている。そして、Sn-Ag-Cu系のはんだの融点は、通常200℃以上250℃以下である。なお、Sn-Ag-Cu系のはんだの中でも、銀含有量が低い系のはんだの融点は、210℃以上250℃以下(より好ましくは、220℃以上240℃以下)である。
【0039】
(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30μm以下であることがさらにより好ましい。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。
【0040】
[レーザーはんだ付け用はんだ組成物の製造方法]
本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物は、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。
【0041】
[電子基板およびその製造方法]
次に、本実施形態の電子基板について説明する。
本実施形態の電子基板は、以上説明したレーザーはんだ付け用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。本実施形態の電子基板は、例えば、以下説明する本実施形態の電子基板の製造方法により、製造できる。
本実施形態の電子基板の製造方法は、前述したレーザーはんだ付け用はんだ組成物を用いて電子基板を製造する方法であって、以下説明する塗布工程、搭載工程、およびはんだ付け工程を備える方法である。
【0042】
塗布工程においては、配線基板の電極上に、ディスペンサーを用いて、レーザーはんだ付け用はんだ組成物を塗布する。
ディスペンサーとしては、エア式、またはジェット式が用いられる。
配線基板は、リジット基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよい。配線基板の基材としては、特に限定されず、公知の基材を適宜用いることができる。
配線の金属としては、銅、銀、および金などが挙げられる。また、配線は、蒸着法、または、めっき法などで形成できる。
前記本実施形態のレーザーはんだ付け用はんだ組成物は、ディスペンサーでの塗布性が優れており、このようなディスペンサーで良好に塗布できる。
【0043】
搭載工程においては、レーザーはんだ付け用はんだ組成物上に、電子部品を搭載する。
電子部品としては、チップ、およびパッケージ部品などが挙げられる。
また、搭載装置としては、適宜公知の搭載装置を用いることができる。
【0044】
はんだ付け工程においては、レーザー光を用いて、レーザーはんだ付け用はんだ組成物を加熱して、前記電極と前記電子部品とをはんだ接合する。
本実施形態においては、前述の通り、レーザーはんだ付けをする場合に、はんだボールの発生を十分に抑制できるはんだ組成物を用いているので、適切にレーザーはんだ付けを行うことができる。
はんだ付けに使用するレーザー光のレーザー光源の種類は、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、InGaAsP、有機物など)、液体レーザー(色素など)、および気体レーザー(He-Ne、Ar、CO2、エキシマーなど)が挙げられる。
レーザー照射条件は、特に限定されない。例えば、スポット径φは、0.1mm以上2mm以下であることが好ましい。また、照射時間は、0.1秒間以上5秒間以下であることが好ましい。
レーザー光の出力は、特に限定されない。
【0045】
本実施形態においては、フラックス残さは洗浄することなく、電子部品を搭載した配線基板に被覆されたままにしてもよい。
なお、本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物および電子基板の製造方法は、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。
【0046】
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。
((A1)成分)
重合ロジン:重合ロジン(軟化点:140℃、酸価:145mgKOH/g、ガードナー色数:8)、商品名「中国重合ロジン140」、荒川化学工業社製
((A2)成分)
ロジン系樹脂:水添酸変性ロジン(軟化点:130℃、酸価:245mgKOH/g)、商品名「KE-604」、荒川化学工業社製
((B)成分)
活性剤A:グルタル酸
活性剤B:ピコリン酸
((C1)成分)
溶剤A:セバシン酸ジイソプロピル、豊国製油社製
溶剤B:セバシン酸ジオクチル、豊国製油社製
((C2)成分)
溶剤C:ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(DEH)、日本乳化剤社製
溶剤D:ジエチレングリコールモノ2-エチルヘキシルエーテル(EHDG)、日本乳化剤社製
溶剤E:ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(EDGAC)、ダイセル社製
((D1)成分)
チクソ剤A:エチレンビスステアリン酸アミド、商品名「スリパックスE」、日本化成社製
((D2)成分)
チクソ剤B:商品名「スリパックスZHH」、日本化成社製
((E)成分)
はんだ粉末:粒子径は15~25μm、はんだ融点は216~220℃、はんだ組成はSn/Ag/Cu
(他の成分)
酸化防止剤:商品名「イルガノックス245」、BASF社製
【0047】
[実施例1]
重合ロジン30質量%、ロジン系樹脂27質量%、活性剤A1.3質量%、活性剤B0.5質量%、溶剤A32質量%、チクソ剤A2質量%、チクソ剤B5.2質量%、および酸化防止剤2質量%をそれぞれ容器に投入し、らいかい機を用いて混合してフラックス組成物を得た。
得られたフラックス組成物12.6質量%およびはんだ粉末87.4質量%(合計で100質量%)を容器に投入し、混練機にて混合することで、下記表1に示す組成を有するはんだ組成物を調製した。
【0048】
[実施例2~4]
下記表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1~3]
下記表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。
【0049】
<はんだ組成物の評価>
はんだ組成物の評価(粘度、はんだボール、ぬれ性)を以下のような方法で行った。得られた結果を表1に示す。
(1)粘度
はんだ組成物の温度25℃における粘度を、スパイラル粘度計(製品名「PCU-02」、Malcom社製)を用いて測定した。
(2)はんだボール
下記の2つの試験条件で、はんだボールをそれぞれ評価した。
(i)試験1
直径0.3mmの銅パッドを100個有する基板に、130μm厚のメタルマスクを使用して、それぞれの銅パッド上にはんだ組成物を印刷した。その後、レーザー波長808nm、スポット径Φ400μm、照射時間0.5秒間の条件で、それぞれの銅パッドにレーザーはんだ付けを行い、試験基板を得た。そして、試験基板を目視にて観察し、以下の基準に従って、はんだボールを評価した。
◎:はんだボールの数が、0個である。
〇:はんだボールの数が、1個以上10個未満である。
×:はんだボールの数が、10個以上である。
(ii)試験2
直径1mmの銅パッドを100個有する基板に、130μm厚のメタルマスクを使用して、それぞれの銅パッド上にはんだ組成物を印刷した。その後、レーザー波長808nm、スポット径Φ1.2mm、照射時間1.0秒間の条件で、それぞれの銅パッドにレーザーはんだ付けを行い、試験基板を得た。そして、試験基板を目視にて観察し、以下の基準に従って、はんだボールを評価した。
◎:はんだボールの数が、30個以下である。
〇:はんだボールの数が、30個以上50個未満である。
×:はんだボールの数が、50個以上である。
(3)ぬれ性
上記(2)はんだボールの試験で得られた2枚の評価基板(試験1および試験2)のパッド(全200パッド)を、目視にて観察した。そして、以下の基準に従って、ぬれ性を評価した。
〇:ぬれ不足のパッドがない。
△:ぬれ不足のパッドの数が、1つ以上5つ未満である。
×:ぬれ不足のパッドの数が、5つ以上である。
【0050】
【0051】
表1に示す結果からも明らかなように、本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物を用いた場合(実施例1~4)には、レーザーはんだ付けをする場合に、はんだボールの発生を十分に抑制できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【0052】
本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物は、レーザー光を使用して電子機器のプリント配線基板に部品を実装するための技術として好適に用いることができる。