JP6088204B2 - はんだ組成物 - Google Patents
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Description
そこで、所定のブロックポリマーを含有するソルダペーストが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載されたはんだ組成物(ソルダペースト)では、印刷時にはんだ組成物の掻き取り残りによってバンプ形成後のバンプの高さがばらつき、いわゆるミッシングバンプが発生しやすい。
〔1〕印刷工法でバンプ形成をする際に用いるはんだ組成物であって、前記はんだ組成物が、フラックス組成物と、はんだ粉末とを含み、前記フラックス組成物が、ロジン系樹脂、溶剤、有機酸、およびチクソ剤を含み、前記溶剤が、ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルと、ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルとの混合物であり、前記チクソ剤の前記フラックス組成物中における粒子径が、グラインドゲージによる測定で10μm以下であり、前記はんだ粉末の粒子径が、以下の条件(A)および(B)を満たすことを特徴とするはんだ組成物。
(A)積算体積%が10%となる粒子径が4μm以上
(B)積算体積%が99%となる粒子径が9μm以下
〔2〕上述の〔1〕に記載のはんだ組成物において、前記ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルが下記式(1)で示されることを特徴とするはんだ組成物。
CnH2n+1O(CH2CH2O)mClH2l+1 (1)
(式中、n、lは独立に1以上6以下の整数、mは2以上4以下の整数を示す。)
〔3〕上述の〔1〕または〔2〕に記載のはんだ組成物において、前記ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルがジエチレングリコールモノヘキシルエーテルである
ことを特徴とするはんだ組成物。
〔4〕上述の〔1〕または〔2〕に記載のはんだ組成物において、前記ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルが、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、およびトリエチレングリコールブチルメチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とするはんだ組成物。
〔5〕上述の〔1〕または〔2〕に記載のはんだ組成物において、前記ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルがジエチレングリコールモノヘキシルエーテルであり、前記ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルが、ジエチレングリコールジエチルエーテルおよびジエチレングリコールジブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とするはんだ組成物。
〔6〕上述の〔1〕から〔5〕までのいずれかに記載のはんだ組成物において、前記溶剤配合量が前記フラックス組成物全量基準で41質量%以上47質量%以下であることを特徴とするはんだ組成物。
〔7〕上述の〔6〕に記載のはんだ組成物において、前記ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルの配合量が前記フラックス組成物全量基準で10質量%以上38質量%以下であることを特徴とするはんだ組成物。
〔8〕上述の〔1〕から〔7〕までのいずれかに記載のはんだ組成物において、前記有機酸がジカルボン酸であることを特徴とするはんだ組成物。
本発明のフラックス組成物は、ロジン系樹脂、溶剤、有機酸、およびチクソ剤を含んでいる。以下、詳細に説明する。
本発明に用いるロジン系樹脂としては、ロジンおよびロジン誘導体が挙げられる。ロジン誘導体としては、酸変性ロジン、重合ロジン、水添ロジンなどが挙げられる。これらのロジン系樹脂の中でも、活性作用の観点から、水添ロジンが好ましく、特に水添酸変性ロジンが好ましい。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。
本発明に用いる溶剤は、ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルと、ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルとの混合物である。これら2種の溶剤のうちポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルを単独で用いたのでは、はんだ組成物としたときに、掻き取り性に劣る。
上述の2種の溶剤のうち、ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルとしては、下記式(1)で示される構造のものが好ましい。
CnH2n+1O(CH2CH2O)mClH2l+1 (1)
上記式中、n、lは独立に1以上6以下の整数であり、4以下であることが好ましい。mは2以上4以下の整数を示す。このような構造のエーテルとしては、例えば、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、およびポリエチレングリコールジメチルエーテルなどを好ましく挙げることができる。これらのジエーテル系溶剤は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。
また、フラックス組成物において、ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルの配合量が当該組成物全量基準で10質量%以上38質量%以下であると、はんだ組成物としたときの掻き取り性がさらに向上し、ミッシングバンプ発生をより抑制しやすくなるので好ましい。
本発明において、有機酸は、いわゆる活性剤として用いられる。有機酸としては、例えば、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。これらの有機酸は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、プチリック酸、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、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、フマル酸、マレイン酸、酒石酸、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、ピコリン酸などが挙げられる。
これらの有機酸のうち特にジカルボン酸が好ましい。
チクソ剤としては、例えば、オレフィン系ワックス、脂肪酸アミド、置換尿素ワックス、高分子化合物、トリグリセリド、および無機粒子などが挙げられる。
オレフィン系ワックスとしては、カスターワックス(硬化ひまし油=水添ひまし油)、蜜ロウ、カルナウバロウなどが挙げられる。
脂肪酸アミドとしては、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸ビスアミド、m−キシリレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミド、N,N’−ジステアリルセバシン酸アミド、N,N’−ジステアリルアジピン酸アミド、ブチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスべヘン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスべヘン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスカプリル酸アミド、メチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、メチレンビスラウリン酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミドなどが挙げられる。
高分子化合物としては、1,2−ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどが挙げられる。
トリグリセリドとしては、例えば12−ヒドロキシステアリン酸トリグリセリドが挙げられる。
無機粒子としては、シリカ粒子、カオリン粒子などが挙げられる。
これらのチクソ剤は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。
このチクソ剤の粒子径は、フラックス組成物を調製する際、あるいは調製した後に分散機を用いて制御することができる。分散機としては、三本ロールミルやボールミルなどが好適に用いられる。
また、このチクソ剤の配合量は、前記ロジン系樹脂100質量部に対して、1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。含有量が前記下限未満では、チクソ性が十分ではなく、前記上限を超えると、チクソ性が高すぎて、印刷不良となりやすい傾向にある。
上述したフラックス組成物には、その他の配合剤として、アミン系化合物を配合してもよい。
アミン系化合物としては、例えば、イミダゾール化合物、トリアゾール化合物が挙げられる。これらのアミン系化合物は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。イミダゾール化合物としては、ベンゾイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾールなどが挙げられる。トリアゾール化合物としては、ベンゾトリアゾール、1H−ベンゾトリアゾール−1−メタノール、1−メチル−1H−ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。
前記アミン系化合物の配合量は、前記ロジン系樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下であることが好ましく、0.3質量部以上1質量部以下であることがより好ましい。
また、フラックス組成物には、必要に応じてさらに、揺変剤、消泡剤、酸化防止剤、防錆剤、界面活性剤、熱硬化剤などの添加剤を含有していてもよい。これらの添加剤の配合量としては、前記ロジン系樹脂100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましい。
本発明のはんだ組成物は、はんだ粉末と上述のフラックス組成物とを用いてなるものであり、具体的には、これらを混合してペースト状にしたものである。
本発明に用いるはんだ粉末は、無鉛のはんだ粉末であ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、スズまたはビスマス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、銅、亜鉛、ビスマス、スズ、鉛などが挙げられる。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、ニッケル、コバルト、鉄、アンチモン、チタン、リン、ゲルマニウムなどが挙げられる。
(A)積算体積%が10%となる粒子径が4μm以上
(B)積算体積%が99%となる粒子径が9μm以下
平均粒子径が上記範囲内であると、掻き取り性により優れるようになる。また、はんだ付ランドのピッチの狭くなってきている最近の電子基板(プリント回路基板)にも対応できる。なお、平均粒子径や粒度分布は、動的光散乱式の粒子径測定装置(例えば、日機装株式会社製 マイクロトラック粒度分布測定装置 MT3000)により測定できる。
本発明の電子基板(プリント配線基板)は、以上説明したはんだ組成物を用いて電子部品を基板に実装したものである。それ故、本発明の電子基板は、電子的エラーが極めて少ない優れた性質を有する。
(A)ロジン系樹脂
水添変性ロジン、荒川化学工業社製 KE−604
(B)溶剤
(B1)ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、日本乳化剤株式化会社 ヘキシルジグリコール
(B2−1)テトラエチレングリコールジメチルエーテル、東邦化学工業株式会社 ハイソルブMTEM
(B2−2)ジエチレングリコールジエチルエーテル、東邦化学工業株式会社 ハイソルブEDE
(B2−3)ジエチレングリコールジブチルエーテル、東邦化学工業株式会社 ハイソルブBDB
(B2−4)ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、東邦化学工業株式会社 ハイソルブEDM
(B2−5)トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、東邦化学工業株式会社 ハイソルブBTM
(B2−6)ポリエチレングリコールジメチルエーテル、東邦化学工業株式会社 ハイソルブMPM
(C1)二量化脂肪酸(主成分炭素鎖C34)、Arizona Chemical UNIDYME14
(C2)マロン酸、十全化学株式会社 マロン酸
(C3)ジグリコール酸、みどり化学株式会社 ジグリコール酸
(D)チクソ剤
(D1)12−ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド、KFトレーディング株式会社 ヒマコウ
(D2)ヘキサメチレンビスヒドロキシステアリン酸アマイド、日本化成株式会社 スリパックスZHH
(E)アミン系化合物
2−ウンデシルイミダゾール、四国化成工業株式会社 キュアゾールC11Z
(F)酸化防止剤
4,4’−ブチリデンビス(3メチル−6−t−ブチルフェノール)、株式会社ADEKA アデカスタブAO−40
はんだの組成は96.5Sn/3Ag/0.5Cuであるが、粒度分布の異なる以下の3種類の粉末を用いた。これらの粉末は、遠心アトマイズ法で粒度分布を制御した。
・積算体積%が10%となる粒子径が4μm、積算体積%が99%となる粒子径が9μm
・積算体積%が10%となる粒子径が2μm、積算体積%が99%となる粒子径が9μm
・積算体積%が10%となる粒子径が2μm、積算体積%が99%となる粒子径が5μm
表1に示す組成に従い、各材料を容器に投入し、加熱混合した後、冷却してフラックス組成物を調製した。
次に、得られたフラックス組成物12質量%および鉛フリーはんだ粉末88質量%(合計で100質量%)を容器に投入し、混練機にて1時間混合することではんだ組成物を調製した。
表1、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、フラックス組成物を調製し、さらにはんだ組成物を調製した。
[比較例1〜3]
表3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。
以下の方法で評価した。得られた結果を表1〜表3に示す。
(1)粘度およびチクソ指数
はんだ組成物を室温(25℃)で2〜3時間放置した。はんだ組成物の容器の蓋をあけ、スパチュラで空気の混入を避けるようにして丁寧に1〜2分間かき混ぜたものを試料とする。その後、試料をスパイラル型粘度計(マルコム社製、PCU−205型)にセットして、回転数を10rpm、温度を25℃にして、6分間ローターを回転させる。そして、一旦回転を停止させ、温度調整した後に、回転数を10rpmに調整し、3分後の粘度値を読み取った。
また、上記と同様にして、回転数を30rpmに調整した場合の粘度値(30rpm粘度)と、回転数を3rpmに調整した場合の粘度値(3rpm粘度)とを読み取った。そして、下記式に基づいて、チクソ指数を算出した。
チクソ指数=log[(3rpm粘度)/(30rpm粘度)]
はんだ組成物をメタルマスク上でローリングした後にマスク上にどの程度ペーストが残るかを目視にて評価した。評価条件は以下の通りである。
<印刷条件>
印刷機:SP060P-L(KXF-1G4C) パナソニック社製
マスク:メタルマスク(メタルマスク開口:100μm、 ピッチ150μm、丸パターン)
スキージ:平狭ピッチ(ウレタン)スキージ
印刷速度:90mm/s
印圧:30×10−2N
印刷機内温度湿度:24.5〜25℃、45〜50%RH
ストローク数:6回
ペースト量:200g
<評価条件>
◎:マスクの全面に渡ってペーストが残っていない。
○:マスクの端部分にわずかにペーストが残る。
△:マスクの中央部分にはペーストが残っていないが、端部分でペーストが残る。
×:マスクの全面にペーストが残る。
Pad(60μmφ)を2800個有するNiPdAuメッキ基板にソルダペーストを印刷し、山陽精工社製SMTスコープSK5000を用いて加熱し試験片を作製した。
加熱は昇温速度2.5℃/秒、220℃以上で13秒以上である三角プロファイル、酸素濃度100ppm以下で行った。
作製した試験片を、CARTON光学社製実体顕微鏡DSZ-44Fを用いて倍率20でMBの個数を調べ、発生率を算出した。
<MB発生率算出方法>
MB発生率(%)=(MB発生数/2800)×100
表1および表2に示す結果からも明らかなように、本発明のフラックス組成物を用いたはんだ組成物(実施例1〜12)は、掻き取り性がよく、MBの発生率も極めて少なかった。したがって、本発明のフラックス組成物を用いたはんだ組成物は、部品を電子基板に実装する際に好適であることが理解できる。
一方で、本発明のフラックス組成物を用いていないはんだ組成物(比較例1〜3)は、掻き取り性の向上とMBの発生率抑制とを両立できないことがわかる。
Claims (8)
- 印刷工法でバンプ形成をする際に用いるはんだ組成物であって、
前記はんだ組成物が、フラックス組成物と、はんだ粉末とを含み、
前記フラックス組成物が、ロジン系樹脂、溶剤、有機酸、およびチクソ剤を含み、
前記溶剤が、ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルと、ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルとの混合物であり、
前記チクソ剤の前記フラックス組成物中における粒子径が、グラインドゲージによる測定で10μm以下であり、
前記はんだ粉末の粒子径が、以下の条件(A)および(B)を満たす
(A)積算体積%が10%となる粒子径が4μm以上
(B)積算体積%が99%となる粒子径が9μm以下
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1に記載のはんだ組成物において、
前記ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルが下記式(1)で示される
ことを特徴とするはんだ組成物。
CnH2n+1O(CH2CH2O)mClH2l+1 (1)
(式中、n、lは独立に1以上6以下の整数、mは2以上4以下の整数を示す。) - 請求項1または請求項2に記載のはんだ組成物において、
前記ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルがジエチレングリコールモノヘキシルエーテルである
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1または請求項2に記載のはんだ組成物において、
前記ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルが、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、およびトリエチレングリコールブチルメチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1または請求項2に記載のはんだ組成物において、
前記ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルがジエチレングリコールモノヘキシルエーテルであり、
前記ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルが、ジエチレングリコールジエチルエーテルおよびジエチレングリコールジブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも1種である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1から請求項5までのいずれかに記載のはんだ組成物において、
前記溶剤配合量が前記フラックス組成物全量基準で41質量%以上47質量%以下である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項6に記載のはんだ組成物において、
前記ポリアルキレングリコールジアルキルエーテルの配合量が前記フラックス組成物全量基準で10質量%以上38質量%以下である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1から請求項7までのいずれかに記載のはんだ組成物において、
前記有機酸がジカルボン酸である
ことを特徴とするはんだ組成物。
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