JP4192784B2 - はんだ用フラックス組成物、はんだペースト及びはんだ付方法 - Google Patents
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Description
はんだ用フラックスは、製品の優れた品質や信頼性を保つために、高絶縁性、非腐食性、長期安定性、他部品の材質変化が生じないことが要求され、作業性を良好にするために、有毒ガスの発生がないこと、金属表面の酸化物を除去し該表面を包み込み、溶融はんだのもつ表面張力を低下させるような良好なはんだ付性を有すること、べとつきがないこと、洗浄する場合に洗浄が容易であることが要求される。
フラックスは、通常、樹脂、活性剤、溶剤及びその他の添加剤を含み、一般に、金属基板表面に塗布又は該基板をフラックスに浸漬して用いる。はんだペーストは、固体又は液状のフラックスとはんだ粉末とを混練した粘ちょうペーストである。はんだぺーストに用いるフラックスは、通常、ロジン化合物、チキソトロピー性付与剤、活性剤、溶剤、分散安定剤を含む。フラックスのベース樹脂としては、天然ロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジシ等のロジン化合物が用いられ、活性剤としては、アジピン酸、セバシン酸、クエン酸等の有機酸が用いられる。
フラックスに配合するロジン化合物中のカルボキシル基又は活性剤である有機酸中のカルボキシル基は、金属表面の金属酸化物を除去し、はんだ付性向上に有効である。しかし、これらは、はんだ接合後に残渣となり、イオン的、機械的作用により接合後の信頼性に悪影響を及ぼす。また、フラックスを含むはんだペーストの場合は、前記カルボキシル基がはんだペースト自体の保存安定性に悪影響を及ぼす。特に、近年の鉛フリーはんだに対して使用されるフラックス成分は、鉛フリーはんだのぬれ性の悪さから比較的強い活性剤を多く使用する必要がある。しかし、活性剤の活性を高くしたり、活性剤の量を多くすると、はんだ接合の信頼性が損なわれ、また、はんだペーストの保存安定性も損なわれる。このように、フラックスやはんだペーストに要求されるぬれ性と、信頼性及び保存安定性等の他の要求性能とは相反する関係にあるため、これら全ての要求を同時に満たすことは困難であり、しかも、活性剤等の種類や量が極めて限定された範囲で使用せざるを得ない。
フラックスの洗浄剤としては、従来、フッ素系溶剤、塩素系溶剤が使用されているが環境問題からその使用は制限されつつある。また、炭化水素系溶剤やアルコール系溶剤は、毒性、引火性の問題がある。従って、フラックスの洗浄剤としては、水の使用が最も好ましいが、水洗浄により十分な洗浄が得られるフラックスやはんだペーストは得られていない。フラックスを水洗浄する場合、揮発しないフラックス成分は水洗浄性である必要があり、揮発性を有する溶剤もリフロー時にその一部が残存することがあるので該溶剤も水洗浄性であることが好ましい。一般に、フラックス成分のベース樹脂であるロジン化合物は、水洗浄性に乏しく、水洗浄するためのフラックスには使用し難い。
また、固形分の少ない低残渣の無洗浄フラックスも市販されているが、現状においては、後工程に樹脂モールドやワイヤボンディング工程を行う場合、信頼性等が十分であるとは言えない。一般に、市販の無洗浄型はんだペーストは、固形分を少なくしたり、ハロゲン化物を含有させない等の工夫がなされているが、はんだ付後、ロジン等の樹脂成分又は活性剤成分の残渣が必ず発生する。特に、活性剤による残渣は、信頼性を著しく悪化させる。一方、ロジン等の樹脂の残渣は、主に家電用、一部の車載用のプリント基板におけるはんだ付では余り問題にならない。しかし、HICのはんだ付では、残渣が少しでも存在する場合、フリップチップの端子リークや回路腐食を引き起こす要因となり、更に、後工程のワイヤボンディングにおける信頼性に問題が生じる。
ところで、特許文献3には、(A)1分子中にブロックされたカルボキシル基を1個以上有する化合物と、(B)1分子中にカルボキシル基と加熱により化学結合を形成しうる反応性官能基を2個以上有する化合物とを含有するはんだ付用の熱硬化性フラックスが提案されている。しかし、該フラックスは、反応性官能基を2個以上有する化合物である(B)成分を必須に含むので、(A)成分のブロックされたカルボキシル基を有する化合物を熱架橋により硬化させる作用を示し、熱硬化による硬化物が残存する無洗浄型のフラックスであって、洗浄型、若しくは残渣を実質的に生じない無洗浄型である非硬化型のフラックスとは、その反応や作用、更には要求性能が全く異なるものである。
本発明の別の目的は、非還元雰囲気或いは通常のリフロー温度においても良好なはんだぬれ性が発現すると共に接合後の信頼性に優れ、しかも貯蔵安定性に優れたはんだ用フラックス組成物及びはんだペーストを提供することにある。
本発明の他の目的は、高いぬれ性を発現すると共に接合後の信頼性に優れるはんだ付を、容易に行うことが可能なはんだ付方法を提供することにある。
更に本発明によれば、前記フラックス組成物を基板の電極部に設ける工程(A)と、はんだバンプを形成した電子部品を準備する工程(B)と、工程(A)で得られた基板に工程(B)で準備した電子部品を搭載する工程(C)と、工程(C)で得られた電子部品を備える基板をリフローして実装する工程(D1)とを含むはんだ付方法が提供される。
更にまた本発明によれば、前記工程(A)と、工程(A)でフラックス組成物を設けた基板に、フロー法又はディップ法によりはんだを供給する工程(D2)とを含むはんだ付方法が提供される。
また本発明によれば、前記はんだペーストを基板の電極部にプリントする工程(X)、工程(X)で得られた基板に電子部品を搭載する工程(Y)及び工程(Y)で得られた電子部品を備える基板をリフローして実装する工程(Z)を含むはんだ付方法が提供される。
本発明のフラックス組成物は、ブロックされたカルボキシル基を有する化合物(A)を含み、1分子中にカルボキシル基と化学結合を形成しうる反応性官能基を2個以上有する化合物を含まない非硬化性の組成物である。
前記化合物(A)は、カルボン酸化合物とビニルエーテル化合物とを反応させて得た化合物(X)、無水カルボン酸化合物とヒドロキシビニルエーテル化合物とを反応させて得た化合物(Y)、及び酸無水物と多価アルコールとの反応物をジビニルエーテル化合物で付加重合させた化合物(Z)からなる群より選択された少なくとも1種の化合物を含む。
前記化合物(X)の原料となるカルボン酸化合物としては、1価の脂肪族カルボン酸、2価以上の多価脂肪族カルボン酸、1価の芳香族カルボン酸、2価以上の多価芳香族カルボン酸等が挙げられ、特に、ロジン類、脂肪族ジカルボン酸が好ましい。
前記脂肪族ビニルエーテルとしては、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等のモノビニルエーテル化合物;ブタンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル等のジビニルエーテル化合物;トリメチロールプロパントリビニルエーテル等のトリビニルエーテル化合物;ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル等のテトラビニルエーテル化合物等が挙げられる。また、脂肪族ビニルチオエーテルとしては、前記脂肪族ビニルエーテルの例示に対応するチオ化合物が挙げられる。
これらの中でも、原料の入手性や得られる化合物(X)の分解開始温度の点から、n-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、1,4-ブタンジオールジビニルエーテルが好ましい。ここで、ビニルエーテルとしては、式(5)、式(6)又は式(7)で示される構造の化合物が挙げられる。
前記反応促進に用いる酸触媒としては、例えば、式(8)で示される酸性リン酸エステルが挙げられる。
前記化合物(Y)は、1分子あたりカルボキシル基2個以上有するカルボン酸の無水物である酸無水物と、1分子あたりビニルエーテル基1個及び水酸基1個を有するヒドロキシビニルエーテル又は1分子あたりビニルチオエーテル基1個及び水酸基1個を有するヒドロキシビニルチオエーテルからなるヒドロキシビニルエーテル化合物とを反応させることにより得られる。
化合物(Y)としては、無水コハク酸とヒドロキシビニルエーテルとから誘導される化合物が代表的に挙げられる。
酸触媒の使用量は特に制限されないが、酸無水物とヒドロキシビニルエーテル化合物との合計量100重量部に対して通常0.01〜5重量部、特に0.1〜1重量部が好ましい。
本発明のフラックス組成物において、化合物(Y)を用いる場合の含有割合は特に限定されないが、組成物全量に対して5〜95重量%、特に10〜90重量%が好ましい。
化合物(Z)の原料となる酸無水物としては、例えば、前記式(3-1)で示される酸無水物が挙げられ、その例示としても前述の具体例が好ましく挙げられる。中でも、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸が好ましく、特に無水コハク酸は、水洗浄性、作業性、多価アルコールとの反応性及び得られる化合物の溶剤に対する溶解性、他の樹脂に対する相溶性の点から好ましい。
HO-R13-OH (4-1)
式(4-1)中、R13は前記式(4)のR13と同様である。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ペンタンジオール、ジメチルブタンジオール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセリン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。中でも、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールは入手性及び反応性の点から好ましい。
CH2=CH-Y6-R14-Y6-CH=CH2 (4-2)
式(4-2)において、Y6及びR14は、式(4)のY6及びR14と同様である。
ジビニルエーテル化合物としては、例えば、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,4-ビスビニルオキシメチルシクロヘキセン、エチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、及びこれらに対応するジビニルチオエーテルが挙げられる。中でも、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテルは沸点及び反応性の点から好ましい。
前記変性カルボン酸化合物と前記ジビニルエーテル化合物とを反応させる際の反応比は、当量比で通常1.0:0.5〜5.0、好ましくは1.0:1.0〜4.0、特に好ましくは1.0:1.0〜3.0である。
前記酸触媒の使用量は特に制限されないが、前記変性カルボン酸化合物とジビニルエーテル化合物との合計量100重量部に対して、通常0.01〜5.0重量部、特に0.1〜1.0重量部が好ましい。また、前記有機溶媒の使用量は特に限定されないが、変性カルボン酸化合物とジビニルエーテル化合物との合計量100重量部に対して、5〜95重量部、好ましくは20〜80重量部である。
該分解反応は、熱潜在性触媒又は光触媒により助長されるので、本発明のフラックス組成物には、これらを含有させることが好ましい。
活性剤としては、例えば、塩化水素酸及び臭化水素酸のアミン塩、カルボン酸及びそのアミン塩が挙げられる。具体例としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n-プロピルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリ-n-プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の塩化水素酸塩又は臭化水素酸塩;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、グルタル酸、2,4-ジエチルグルタル酸、2,4-ジメチルグルタル酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、乳酸、ジグリコール酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リノール酸、オレイン酸、安息香酸、ヒドロキシピバリン酸、ジメチロールプロピオン酸、クエン酸、リンゴ酸、グリセリン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘニン酸、リノレン酸又はそれらのアミン塩が挙げられる。
活性剤を配合する場合の含有割合は、組成物全量に対して1〜30重量%、特に、1〜20重量%が好ましい。
溶剤を配合する場合の含有割合は、組成物全量に対して5〜95重量%が好ましい。
チキソ性付与剤を配合する場合の含有割合は、組成物全量に対して1〜30重量%が好ましい。
酸化防止剤及び/又は防錆剤を配合する場合の含有割合は、組成物全量に対して0.01〜30重量%が好ましい。
本発明のフラックス組成物の例としては、例えば、化合物(A)5〜95重量%、活性剤1〜30重量%、チクソ性付与剤1〜30重量%、酸化防止剤及び/又は防錆剤0.01〜30重量%、及び溶剤8〜95重量%を含む組成物が挙げられる。
単官能性化合物を配合する場合の配合割合は、化合物(A)及び活性剤の合計量100重量部に対して、0.1〜50重量部が好ましい。
はんだ粉末は特に限定されないが、例えば、公知のSn/Pb合金、Sn/Ag合金、Sn/Ag/Cu合金、Sn/Cu合金、Sn/Zn合金、Sn/Zn/Bi合金、Sn/Zn/Bi/In合金、Sn/Bi合金、Sn/In合金が挙げられる。はんだ粉末の形状は、真球、不定形いずれでも良い。はんだ粉末の粒径は通常のものであれば良く、真球の場合、直径20〜60μmが特に好ましい。
本発明のはんだ付方法においては、前述の本発明のフラックス組成物又ははんだペーストとして、水洗浄型を用いた場合には、前述の工程に加えて水洗浄工程を行うことができ、また、無洗浄型を用いた場合には、このような洗浄工程が必要ない。
尚、例中の酸価は、JIS K 0070-3(1992)の方法に準じて、THF溶液に、一定量の樹脂を溶解させ、フェノールフタレインを指示薬として、KOH/エタノール溶液にて滴定し測定した。粘度は、東機産業(株)製EHD型粘度計により温度25℃、回転数0.5〜100rpm、測定時間3分間で測定した。分解開始温度は、セイコーインスツルメント(株)製の「TG/DTA220」により、昇温速度10℃/分、窒素流量50ml/分の条件で測定した。重量平均分子量(Mw)は、東ソー(株)製のゲル浸透クロマトグラフィーSC-8010(GPC)を用い、カラムとして昭和電工(株)製「SHODEX K-801」を用い、THFを溶離液とし、RI検出器により測定してポリスチレン換算にて求めた。
また、例中の「天然ロジン」はハリマ化成(株)製、商品名「中国ロジンX」、「水添ロジン」は荒川化学工業(株)社製の商品名「パインクリスタルKE-604」、2-EHVEは2-エチルヘキシルビニルエーテル、n-PVEはn-プロピルビニルエーテル、n-BuVEはn-ブチルビニルエーテル、TEGDVEはトリエチレングリコールジビニルエーテル、1,4-BDDVEは1,4-ブタンジオールジビニルエーテル、PMAはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、商品名「リカシッドMH-700」は新日本理化(株)製のヘキサヒドロ無水フタル酸とメチルヘキサヒドロ無水フタル酸との混合物、HEVEはヒドロキシエチルビニルエーテル、HBVEはヒドロキシブチルビニルエーテル、DEGMVEはジエチレングリコールモノビニルエーテル、酸触媒はオクチル酸亜鉛とトリエタノールアミンを等モルで反応させた亜鉛錯体、商品名「エピオールSK」は日本油脂(株)社製のステアリルグリシジルエーテル、DEGHEはジエチレングリコールヘキシルエーテル、BCAはブチルカルビトールアセテート、PEGはポリエチレングリコール、TEGはトリエチレングリコールをそれぞれ示す。
温度計、還流冷却器、撹拌機を備えた1Lの4つ口フラスコに、天然ロジン321g、2-EHVEを209g仕込み、30分かけて常温から120℃まで昇温させた。続いて、120℃で2.5時間反応させ、酸価が5mgKOH/g以下であることを確認し反応を停止させた。次いで、ロータリーエバポレーターにより未反応の2-EHVEを留去し、粘度6.8ポイズの褐色清澄なロジン誘導体(R-1)を得た。配合組成、反応条件、ロジン誘導体(R-1)の収量、収率、酸価、粘度及び分解開始温度を表1に示す。
配合組成及び反応条件を表1に示すとおり変えた以外は、合成例1と同様にロジン誘導体(R-2)、ビニルエーテルブロック化アジピン酸(A-1)及び(A-2)を調製した。これらの物性を表1に示す。
温度計、還流冷却器、撹拌機を備えた4つ口フラスコに、表2に示す組成の単量体を仕込み60℃を保持して均一になるまで撹拌した。次に、140℃に昇温し同温度を維持して反応を続け、樹脂半酸価と全酸価を測定して反応率が98%以上になった時点で反応を終了した。次に、減圧下、生成物から溶媒を除去しジオール及び酸無水物のハーフエステル化合物であるジカルボン酸ハーフエステル誘導体(H-1)及び(H-2)を得た。
温度計、還流冷却器、撹拌機を備えた4つ口フラスコに、表3に示す組成の単量体を仕込み、30分かけて常温から120℃まで昇温させた。続いて、120℃を維持して反応を続け、混合後の酸価が10mgKOH/g以下又はカルボキシル基の水酸基に起因する3543cm-1の赤外吸収スペクトルが消失した時点を反応の終点とした。反応終了後、ロータリーエバポレーターにより未反応のジビニルエーテル及び溶媒を留去し、ポリへミアセタールエステル樹脂(P-1)〜(P-4)を得た。これらの物性値を表3に示す。
温度計、還流冷却器、撹拌機を備えた4つ口フラスコに、表4に示す組成の単量体を仕込み、30分かけて常温から110〜120℃まで上昇させた後、110〜120℃で4時間反応させた。混合後の酸価が20mgKOH/g以下であることを確認し反応を停止させた。次いで、ヘキサン/アセトン=9/1(溶量比)の混合溶剤により、ポリマー分の再沈精製を行った。ロータリーエバポレーターを用い、混合液から溶剤を留去した後、真空ポンプにより真空乾燥して表4に示す特性を有する淡黄色透明の樹脂をそれぞれ得た。
合成例で調製したブロックカルボン酸化合物を用いて、表5に示す組成のフラックスを調製した。得られたフラックスについて以下の試験方法、評価方法で評価を行った。結果を表5に示す。
<はんだボール広がり率評価>
はんだボールのぬれの広がり率を、図1に示す測定法により測定した。即ち、粒径0.76mmのはんだボール10aを厚膜Cu導体11上に測定対象フラックス10bと共に配置し(図1(a))、大気中でピーク温度でリフローさせ(図1(b))、その結果広がったはんだボールの粒径の平均値Zを基にして百分率で求めた。尚、図1(c)に示すように、はんだボールの広がりは均一とは限らないので、広がり具合の平均値Z(Z=(X+Y)/2)を算出して、広がり率を((Z−0.76)/0.76)×100(%)にて定義した。
使用したはんだボールは三井金属工業(株)社製であり、はんだボール広がり率評価(1)(以下、評価(1)という)では、Sn63/Pb37(重量比)のはんだボールを用いピーク温度220℃で行い、評価(2)ではSn/Ag2.9/Cu0.5(重量比)のはんだボールを用いピーク温度240℃で行い、評価(3)ではSn/Zn8.0/Bi3.0(重量比)のはんだボールを用いピーク温度230℃で行った。
導体幅0.318mm、導体間隔0.318mm、重ね代15.75mm、基板寸法50mm×50mm×l.6mmの櫛形基板に、フラックスを塗布し、リフロー後の基板を、30℃に調節したD-リモネン又は脱イオン水に超音波中5分浸漬し、乾燥してから目視観察を行い、残渣の程度を3水準で評価した。目視では残渣が確認できないものを(a)、僅かに残渣が認められるものを(b)、明らかに残渣が残留したものを(c)とした。尚、D-リモネンを用いた評価を洗浄性(1)、脱イオン水を用いた評価を洗浄性(2)とする。
<絶縁性評価>
JIS Z3197に基づき絶縁抵抗試験を行った。1011Ω以上を(a)、109Ω以上1011Ω未満を(b)、109Ω未満を(c)とした。
合成例で調製したブロックカルボン酸化合物を用いて、表6に示す組成のフラックスを調製した。得られたフラックスについて実施例1-1〜1-9と同様な評価を行った。尚、実施例1-14及び1-17については洗浄性評価の代わりに以下のリフロー後の残渣評価を行った。結果を表6に示す。
<リフロー後の残渣評価>
洗浄性評価で使用した櫛形基板と同様な基板に、フラックスを塗布し、リフロー後の基板の状態を目視観察して、残渣の程度を洗浄性評価と同様に3水準で評価した。
表7に示す市販の材料を所定の割合で配合してフラックスを調製した。得られたフラックスを用いて実施例1-1〜1-17と同様に各評価を行った。結果を表7に示す。
表8及び9に示す組成のフラックスに、三井金属工業(株)社製の平均粒径25μmのファインピッチ用はんだ粉末(はんだ粉末種(1)(Sn63/Pb37(重量比))、はんだ粉末種(2)(Sn/Ag2.9/Cu0.5(重量比)又ははんだ粉末種(3)(Sn/Zn8/Bi3(重量比))を混練し、はんだペーストを調製した。得られたはんだペーストに対するぬれ効力、ソルダーボール試験、ボイド発生、絶縁性、保存安定性及び残渣の洗浄性について評価した。結果を表8及び9に示す。
<ぬれ効力評価>
JIS Z 3284の附属書10に準じて行った。評価は、以下の1〜4の4段階の広がり度合いの区分表示に従った。
1:はんだペーストから溶解したはんだが試験版をぬらし、ペーストを塗布した面積以上に広がった状態、2:はんだペーストを塗布した部分は全てはんだがぬれた状態、3:はんだペーストを塗布した部分の大半は、はんだがぬれた状態(ディウェッティングも含む)、4:試験版ははんだがぬれた様子はなく、溶融したはんだは1つ又は複数のはんだボールとなった状態(ノンウェッティング状態)。
JIS Z 3284の附属書11に準じて行った。評価は、以下の1〜4の4段階の広がり度合いの区分表示に従った。
1:はんだ粉末が溶融して、はんだは1つの大きな球となり、周囲にソルダーボールがない状態、2:はんだ粉末が溶融してはんだは1つの大きな球となり、周囲に直径75μm以下のソルダーボールが3つ以下ある状態、3:はんだ粉末が溶融してはんだは1つの大きな球となり、周囲に直径75μm以下のソルダーボールが4つ以上あり、半連続の環状に並んではいない状態、4:はんだ粉末が溶融してはんだは1つの大きな球となり周囲に多数の細かい球が半連続の環状に並んでいる状態、5:1〜4以外の状態。
<ボイド発生評価(接合の信頼性)>
60mm2の銅板に、厚さ150μmのメタルマスクを用いて直径6mm×6個のパターンを印刷後、大気雰囲気下でリフローした。次いで、カッターではんだと共に銅板を切断した後、該はんだ部分を顕微鏡により観察し、ボイドの発生状況を観察した。6個のパターンについて大きさが10μm以上のボイドを計測し、1個のパターン当たりの平均個数が2個未満の場合を合格、2個以上の場合を不合格とした。
JIS Z 3284に基づき絶縁抵抗試験を行った。1011Ω以上を(a)、109Ω以上1011Ω未満を(b)、109Ω未満を(c)とした。
<保存安定性評価>
はんだペースト製造後、25℃で7日間保存する加速試験を行い、はんだペースト製造直後の粘度と加速試験後の粘度の比を指標として評価した。加速試験の条件は大略3ケ月間、5℃の冷蔵保管に相当する。粘度の測定は、(株)マルコム製のスパイラル粘度計で測定した。測定条件は、JIS Z 3284のスパイラル方式に基づき行った。
<残渣の洗浄性評価>
導体幅0.318mm、導体間隔0.318mm、重ね代15.75mm、基板寸法50mm×50mm×l.6mmの櫛形基板に、はんだペーストを塗布し、リフロー後の基板を、温度30℃に調節した洗浄液に超音波中5分浸漬し、乾燥してから目視観察を行い、残渣の程度を3水準で評価した。尚超音波の発振周波数は38kHzとした。
目視では残渣が確認できないものを(a)、僅かに残渣が認められるものを(b)、明らかに残渣が残留したものを(c)とした。尚、D-リモネンを用いた評価を洗浄性(1)、脱イオン水を用いた評価を洗浄性(2)、脱イオン水/イソプロパノール=80/20(容積比)を用いた評価を洗浄性(3)とする。
<リフロー後の残渣評価>
洗浄性評価で使用した櫛形基板と同様な基板に、はんだペーストを塗布し、リフロー後の基板の状態を目視観察して、残渣の程度を洗浄性評価と同様に評価した。
表10に示す市販の材料と種々のはんだ粉末とを所定の混合比率で配合、混練し、はんだペーストを調製した。得られたはんだペーストに対して実施例2-1〜2-23と同様な評価を行った。結果を表10に示す。
尚、比較例2-4及び2-7の保存安定性評価における100時間後の粘度測定は粘度が高すぎて測定不能であった。
図2に示す250μmピッチでCu導体21によりセラミック基板20に形成された配線パターン上に、実施例1-1〜1-17で調製したフラックス21を薄く塗布した。配線上にはんだバンプ22が250μmピッチで形成されたフリップチップIC(224個のバンプが形成されている)23を、高精度マウンターを用いて実装した。フリップチップIC 23の電極は、Cuバンプ上にSn/Ag3.0/Cu0.5(重量比)をはんだ形成したものである。実装後、大気中にてピーク温度を約245℃でリフローした。その結果、いずれのフラックスを用いたものも250μmという微細ピッチにおいても良好にはんだ付できた。
フロー工程における噴流はんだ付によるはんだ付方法の例を図3に示す。端子1aを有するシュリンク型のIC31、電極2aを有するセラミックコンデンサー等のチップ部品32及び部品端子33aを有する回路部品33を、図3(a)に示すように基板30に仮接着した後、基板30の裏面より実施例1-1〜1-17で調製したフラックスを全面に塗布した。得られた基板30を約150℃で加熱するプレヒート工程を経て、噴流はんだ槽を通し、約240℃で溶融したはんだに接触させ、ファンにて乾燥させた。その結果、フローはんだ付により回路部品の各接続端子が、図3(b)に示されるようにはんだ34によって良好にはんだ付できた。
Ag又はCu系厚膜で形成された配線を有するセラミック基板において、実施例1-17で調製したフラックスをその配線上に塗布した。図4に示すように、基板40を、Sn/Ag2.0/Pb36.0(重量比)の組成から成り、約235℃に保持された溶融はんだ41aの入った浴槽41に垂直に浸漬した。約2秒間浸漬した後、液面に対して約45度の角度で引き上げたところ、基板40の表面に若干量の材料が残っていた。この状態で、基板40を再びはんだ浴槽41中に垂直に約3秒間浸漬し、液面に対して約45度の角度でゆっくりと引き上げた。このようにしてディップされた基板40は、材料によっては、ほとんどフラックスが残存することなく、ランド部の形状や大きさに関わらず良好にはんだ付できた。材料が残存した場合も微量であり、エタノール等で除去可能であるか、その後の部品実装リフロー後に分解・揮発し、最終的には残渣とはならなかった。即ち、無洗浄でのはんだ付が可能であった。
尚、実施例1-17のフラックスに用いた、S-4及びA-1の熱重量分析の結果を図5に示す。図5より、S-4及びA-1は250℃付近で重量減少率がほぼ100%になり、これらの材料を用いたフラックスは、リフロー後の残渣をほぼ皆無にできる。
実施例2-1〜2-23で調製したはんだペーストを、それぞれ印刷法により基板配線上の所望する箇所に印刷し、LSI、チップ抵抗、チップコンデンサーをはんだペースト上に載置した後、リフロー熱源により加熱してはんだ付した。リフロー熱源には熱風炉を用いた。リフロー条件は、Sn63/Pb37(重量比)のはんだペーストを用いた場合は、プレヒート温度を130℃、プレヒート時間を65秒、トップ温度を220℃、200℃以上の時間を30秒とした。Sn/Ag2.9/Cu0.5(重量比)のはんだペーストを用いた場合は、プレヒート温度を150〜170℃、プレヒート時間を110秒、トップ温度を245℃、200℃以上の時間を50秒にした。Sn/Zn8.0/Bi3.0(重量比)のはんだペーストを用いた場合は、プレヒート温度を140〜160℃、プレヒート時間を65秒、トップ温度を230℃、200℃以上の時間を30秒にした。この後、基板を冷却した。その結果、リフローはんだ付は良好であった。
Claims (7)
- カルボン酸化合物とビニルエーテル化合物とを反応させて得た、式 (1) 及び式 (2) で示される酸価 5mgKOH / g 以下の化合物からなる群より選択される少なくとも 1 種の化合物(X)、無水カルボン酸化合物とヒドロキシビニルエーテル化合物とを反応させて得た、式(3)で示される酸価 20mgKOH / g 以下、重量平均分子量 300 〜 100000 の化合物化合物(Y)、及び酸無水物と多価アルコールとの反応物をジビニルエーテル化合物で付加重合させた、式 (4) で示される酸価 10mgKOH / g 以下、重量平均分子量 500 〜 500000 の化合物(Z)からなる群より選択された、ブロックされたカルボキシル基を有する少なくとも1種の化合物(A)を含み、非硬化性であるはんだ用フラックス組成物。
- 熱潜在性触媒、光触媒、活性剤、チクソ性付与剤、酸化防止剤、防錆剤及び溶剤からなる群より選択される少なくとも1種を更に含む請求項1記載の組成物。
- 1分子中に、エポキシ基、オキサゾリン残基、シラノール残基、アルコキ シシラン基、ヒドロキシル基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基、シクロカーボネート基、ビニルエーテル基、ビニルチオエーテル基、アミノメチロール基、アルキル化アミノメチロール基、アセタール残基、及びケタール残基から選ばれる少なくとも1種の反応性官能基を1個有する化合物を、化合物 (A) 及び活性剤の合計量100重量部に対して、0.1〜50重量部、更に含む請求項2記載の組成物。
- 請求項1に記載のはんだ用フラックス組成物と、はんだ粉末とを含むはんだペースト。
- 請求項1に記載のはんだ用フラックス組成物を基板の電極部に設ける工程(A)と、はんだバンプを形成した電子部品を準備する工程(B)と、工程(A)で得られた基板に工程(B)で準備した電子部品を搭載する工程(C)と、工程(C)で得られた電子部品を備える基板をリフローして実装する工程(D1)とを含むはんだ付方法。
- 請求項1に記載のはんだ用フラックス組成物を基板の電極部に設ける工程(A)と、工程(A)でフラックス組成物を設けた基板に、フロー法又はディップ法によりはんだを供給する工程(D2)とを含むはんだ付方法。
- 請求項4に記載のはんだペーストを基板の電極部にプリントする工程(X)と、工程(X)で得られた基板に電子部品を搭載する工程(Y)と、工程(Y)で得られた電子部品を備える基板をリフローして実装する工程(Z)とを含むはんだ付方法。
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