JP6471306B2 - はんだ組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、はんだ組成物に関する。
電子部品の接合等に用いられるはんだは、はんだ合金とフラックスとを含むはんだ組成物からなる。はんだ組成物としては、はんだ合金、フラックス等がペースト状になるように混合されたもの等が知られている。はんだ組成物は、例えば、プリント配線基板の部品接合部に印刷等の塗布手段で配置され、電子部品等の接合部品が該はんだ組成物上に配置され、加熱（リフロー）によってはんだ組成物が溶融し接合部と接合部とがはんだ接合される。このリフロー時にフラックス中の揮発成分が揮発することでガスが発生するが、該ガスによってフラックスやはんだボールが飛散すること（以下、単に飛散ともいう。）がある。かかる飛散を抑制する技術としては、例えば、特許文献１に、フラックス成分として特定の溶解度パラメータである消泡剤を用いることが記載されている。しかしながら、これらの従来のはんだ組成物では、飛散を十分に抑制できないという問題がある。
本発明は、前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、加熱時の飛散の発生を十分に抑制しうるはんだ組成物を提供することを課題とする。
本発明は、フラックスと、はんだ合金と、シリコーンオイルとを含む。
本発明によれば、加熱時の飛散の発生を十分に抑制しうる。
本発明において、前記シリコーンオイルの２５℃における動粘度が１万ｍｍ２／ｓ以上１０万ｍｍ２／ｓ以下である。
本発明において、前記シリコーンオイルが、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、反応性シリコーンオイル、非反応性シリコーンオイルからなる群から選択される少なくとも１種以上であってもよい。
本発明において、前記シリコーンオイルが０．０５質量％以上２質量％以下含まれていてもよい。
本発明において、前記はんだ合金は、鉛フリー合金であってもよい。
本発明によれば、十分に飛散の発生を抑制しうるはんだ組成物を提供することができる。
以下に、本発明に係るはんだ組成物の一例について説明する。
本実施形態のはんだ組成物は、フラックスと、はんだ合金と、シリコーンオイルとを含む。
本実施形態のはんだ組成物は、フラックスと、はんだ合金と、シリコーンオイルとを含む。
本実施形態におけるシリコーンオイルは、シロキサン結合からなるポリシロキサンであって、直鎖状及び常温で流動性を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル等のストレートシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、メタクリル変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、メチルスチリル変性シリコーンオイル、炭素数１〜２０のアルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、高級脂肪酸含有シリコーンオイル等の変性シリコーンオイル等が挙げられ、中でも、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル等のストレートシリコーンオイルが好ましい。
本実施形態におけるシリコーンオイルとしては、２５℃における動粘度が１００００ｍｍ２／ｓ以上１０００００ｍｍ２／ｓ以下であるものが挙げられる。
はんだ組成物中のシリコーンオイルの動粘度が前記範囲である場合には、加熱時の飛散を十分に抑制しうる。また、はんだ組成物中のボイドも抑制しうる。
はんだ組成物中のシリコーンオイルの動粘度が前記範囲である場合には、加熱時の飛散を十分に抑制しうる。また、はんだ組成物中のボイドも抑制しうる。
本実施形態におけるシリコーンオイルの動粘度とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０３ ６．２．３（ウベローデ粘度計）で測定される動粘度である。
本実施形態で使用されるシリコーンオイルとしては、重量平均分子量が、１０，０００〜１２０，０００程度、好ましくは５０，０００〜９５，０００程度であることが挙げられる。
シリコーンオイルの重量平均分子量が上記範囲である場合には、十分に飛散を抑制しうる。
シリコーンオイルの重量平均分子量が上記範囲である場合には、十分に飛散を抑制しうる。
本実施形態のはんだ組成物において、シリコーンオイルの含有量としては、例えば、０．０５質量％以上２質量％以下、好ましくは、０．１質量％以上１．０質量％以下等が挙げられる。
はんだ組成物中のシリコーンオイルの含有量が前記範囲である場合には、加熱時の飛散を十分に抑制しうる。また、はんだ組成物中のボイドも抑制しうる。
はんだ組成物中のシリコーンオイルの含有量が前記範囲である場合には、加熱時の飛散を十分に抑制しうる。また、はんだ組成物中のボイドも抑制しうる。
本実施形態のはんだ組成物はフラックスを含む。
フラックスとしては、一般的にはんだ組成物に用いられる公知のフラックス成分を含むフラックスであれば特に限定されるものではない。
公知のフラックスの成分としては、例えば、樹脂成分、活性剤成分、溶剤成分、酸化防止成分、チキソトロピック成分等を含んでいてもよい。
樹脂成分としては、合成樹脂、天然樹脂など、フラックスの樹脂成分として用いられる公知の樹脂成分であれば特に限定されるものではない。例えば、重合ロジン、水添ロジン、天然ロジン、不均化ロジン、酸変性ロジン等が挙げられる。
前記樹脂は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
フラックスとしては、一般的にはんだ組成物に用いられる公知のフラックス成分を含むフラックスであれば特に限定されるものではない。
公知のフラックスの成分としては、例えば、樹脂成分、活性剤成分、溶剤成分、酸化防止成分、チキソトロピック成分等を含んでいてもよい。
樹脂成分としては、合成樹脂、天然樹脂など、フラックスの樹脂成分として用いられる公知の樹脂成分であれば特に限定されるものではない。例えば、重合ロジン、水添ロジン、天然ロジン、不均化ロジン、酸変性ロジン等が挙げられる。
前記樹脂は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
前記樹脂成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、
１．０質量％以上９５質量％以下、好ましくは２０質量％以上６０質量％以下等が挙げられる。
１．０質量％以上９５質量％以下、好ましくは２０質量％以上６０質量％以下等が挙げられる。
活性剤成分としては、フラックスの活性剤成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、有機酸、アミンハロゲン塩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、安息香酸などが挙げられる。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などが挙げられる。対するハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチンが挙げられる。
前記活性剤は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
前記活性剤は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
前記活性剤成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。
フラックス中の活性剤成分が上記範囲である場合には、飛散の抑制効果を損なうことなく活性剤の活性力を十分に発揮しうる。
フラックス中の活性剤成分が上記範囲である場合には、飛散の抑制効果を損なうことなく活性剤の活性力を十分に発揮しうる。
溶剤成分としては、フラックスの溶剤成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、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）、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２−エチルヘキシルエーテル（２エチルヘキシルジグリコール）、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）などのグリコールエーテル類；ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、ｎ−ヘプタンなどの脂肪族系化合物；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などのエステル類；メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジエチルケトンなどのケトン類；エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、イソブタノールなどのアルコール類等が挙げられる。
前記溶剤は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
前記溶剤は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
フラックスの溶剤成分として、沸点が比較的低い溶剤成分を用いた場合には低温で揮発することから、リフロー前の予熱時にガスが発生するためリフロー時の飛散を抑制できるが、一方ではんだ組成物の印刷性が低下するおそれがある。
本実施形態のはんだ組成物はシリコーンオイルを含むため、溶剤成分として上記各溶剤成分を制限なく使用することが可能となる。
本実施形態のはんだ組成物はシリコーンオイルを含むため、溶剤成分として上記各溶剤成分を制限なく使用することが可能となる。
前記溶剤成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、１．０質量％以上９５質量％以下、好ましくは２０質量％以上６０質量％以下等が挙げられる。
酸化防止剤成分としては、フラックスの酸化防止剤成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えばヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられる。前記酸化防止剤のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。
チキソトロピック成分としては、フラックスのチキソトロピック成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類が挙げられる。
前記チキソトロピック成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。
前記チキソトロピック成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。
本発明のはんだ付け用フラックスには、さらに、他の添加剤を含んでいてもよい。
本実施形態のはんだ組成物ははんだ合金を含む。
前記はんだ合金は、鉛フリー合金であってもよい。
前記はんだ合金としては、特に限定されるものではなく、鉛フリー(無鉛）のはんだ合金、有鉛のはんだ合金のいずれでもよいが、環境への影響の観点から鉛フリーのはんだ合金が好ましい。
具体的には、鉛フリーのはんだ合金としては、スズ、銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン等を含む合金等が挙げられ、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。特に、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕが好ましい。
前記はんだ合金は、鉛フリー合金であってもよい。
前記はんだ合金としては、特に限定されるものではなく、鉛フリー(無鉛）のはんだ合金、有鉛のはんだ合金のいずれでもよいが、環境への影響の観点から鉛フリーのはんだ合金が好ましい。
具体的には、鉛フリーのはんだ合金としては、スズ、銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン等を含む合金等が挙げられ、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。特に、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕが好ましい。
前記はんだ合金のはんだ組成物における含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、８０質量％以上９５質量％以下、好ましくは８５質量％以上９０質量％以下等が挙げられる。
本実施形態のはんだ組成物において、はんだ組成物がソルダーペーストとして製造される場合には、例えば、前記はんだ合金８０質量％以上９５質量％以下、前記フラックス５質量％以上２０質量％以下で混合されていることが好ましい。
次に、本実施形態のはんだ組成物を製造する方法について説明する。
本実施形態のはんだ組成物は、例えば、まず、粉末状のはんだ合金とフラックスとを混合してペースト状にし、さらに、シリコーンオイルを加えて混合することではんだ組成物（はんだペースト）を製造してもよい。
あるいは、フラックスとシリコーンオイルとを混合して、フラックス−シリコーンオイル混合物を作成しておき、粉末状のはんだ合金を混合することではんだ組成物を製造してもよい。
はんだ組成物の混合方法は、例えば、公知の混合攪拌装置等を用いて混合すること等が挙げられる。
本実施形態のはんだ組成物は、例えば、まず、粉末状のはんだ合金とフラックスとを混合してペースト状にし、さらに、シリコーンオイルを加えて混合することではんだ組成物（はんだペースト）を製造してもよい。
あるいは、フラックスとシリコーンオイルとを混合して、フラックス−シリコーンオイル混合物を作成しておき、粉末状のはんだ合金を混合することではんだ組成物を製造してもよい。
はんだ組成物の混合方法は、例えば、公知の混合攪拌装置等を用いて混合すること等が挙げられる。
上記のような本実施形態のはんだ組成物は、リフロー等において加熱されても、フラックスやはんだボール等の飛散を十分に抑制しうる。
例えば、真空リフローは、ガスの発生が短時間に生じるため飛散が生じやすくなるが、本実施形態のはんだ組成物は、かかる真空リフローのように飛散が生じやすい条件での加熱でも飛散を抑制しうる。
例えば、真空リフローは、ガスの発生が短時間に生じるため飛散が生じやすくなるが、本実施形態のはんだ組成物は、かかる真空リフローのように飛散が生じやすい条件での加熱でも飛散を抑制しうる。
また、本実施形態のはんだ組成物は、飛散を十分に抑制しうると同時にボイドの発生を十分に抑制しうる。
特に、はんだ合金として鉛を含まない鉛フリーはんだ組成物とした場合にははんだ溶融時にフラックスの揮発成分等によるガスが残留しやすく、その結果ボイドが発生しやすいという問題があるが、本実施形態のはんだ組成物はかかる鉛フリーはんだ組成物に用いた場合にもボイドの発生を抑制しうる。
特に、はんだ合金として鉛を含まない鉛フリーはんだ組成物とした場合にははんだ溶融時にフラックスの揮発成分等によるガスが残留しやすく、その結果ボイドが発生しやすいという問題があるが、本実施形態のはんだ組成物はかかる鉛フリーはんだ組成物に用いた場合にもボイドの発生を抑制しうる。
本実施形態のはんだ組成物ははんだペーストとした場合でも、印刷性が良好であるため、塗布不良が生じにくい。
本実施形態にかかるはんだ組成物は、以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
次に、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。尚、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるものではない。
（はんだ組成物の作製）
以下に示すような材料及び配合ではんだ組成物（実施例１〜７、及び比較例１〜４）を作製した。
作製方法は各材料を表１及び表２に示す配合で混合する。
混合順序としては、まず、フラックス、はんだ合金及び各シリコーンオイル又は各ポリマーとを添加して攪拌機（プラネタリーミキサー）で１５分間混合してペースト状のはんだ組成物を得た。
以下に示すような材料及び配合ではんだ組成物（実施例１〜７、及び比較例１〜４）を作製した。
作製方法は各材料を表１及び表２に示す配合で混合する。
混合順序としては、まず、フラックス、はんだ合金及び各シリコーンオイル又は各ポリマーとを添加して攪拌機（プラネタリーミキサー）で１５分間混合してペースト状のはんだ組成物を得た。
<材料>
フラックス１：M500-4（ロジン系、弘輝社製)
フラックス２：M650-3（ロジン系、弘輝社製)
シリコーンオイル１：ジメチルポリシロキサン（CAS6.148-62-9)、商品名「KF-96H」、信越シリコーン社製、動粘度５万ｍｍ２／ｓ
シリコーンオイル２：ジメチルポリシロキサン（CAS6.148-62-9)、商品名「KF-96H」、信越シリコーン社製、動粘度１０万ｍｍ２／ｓ
シリコーンオイル３：ジメチルポリシロキサン（CAS6.148-62-9)、商品名「KF-96H」、信越シリコーン社製、動粘度１万ｍｍ２／ｓ
はんだ合金粉末：（Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ、粒径２０〜３８μｍ）
ビニルエーテルポリマー系非水系消泡剤
オレフィンポリマー系非水系消泡剤
フラックス１：M500-4（ロジン系、弘輝社製)
フラックス２：M650-3（ロジン系、弘輝社製)
シリコーンオイル１：ジメチルポリシロキサン（CAS6.148-62-9)、商品名「KF-96H」、信越シリコーン社製、動粘度５万ｍｍ２／ｓ
シリコーンオイル２：ジメチルポリシロキサン（CAS6.148-62-9)、商品名「KF-96H」、信越シリコーン社製、動粘度１０万ｍｍ２／ｓ
シリコーンオイル３：ジメチルポリシロキサン（CAS6.148-62-9)、商品名「KF-96H」、信越シリコーン社製、動粘度１万ｍｍ２／ｓ
はんだ合金粉末：（Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ、粒径２０〜３８μｍ）
ビニルエーテルポリマー系非水系消泡剤
オレフィンポリマー系非水系消泡剤
（飛散試験）
前記実施例及び比較例のはんだ組成物を用いて、試験基板を以下のように作製した。
サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み０．３ｍｍの銅板を２枚で１組となるように準備した。銅板のうちの一枚の表面にはんだ組成物を６．５ｍｍφ、０．２ｍｍ厚のメタルマスクで印刷することにより塗布した。はんだ組成物を塗布した銅板の上方に２ｍｍの間隔をあけてもう一枚の銅板を配置し(図１参照）、以下のような温度条件で加熱した。
尚、各はんだ組成物について６個の試験基板を作製した。
<温度条件>
昇温速度：１．５℃／秒
ピーク温度：２２０℃以上、４０秒
窒素雰囲気
残留酸素濃度１０００ｐｐｍ以下
加熱後、上部に配置した銅板の面に付着した飛散フラックスの数を目視にてカウントした。結果を表１及び表２に示す。
また各試験基板の飛散状態を撮影（撮影装置マイクロスコープ、キーエンス製、５０倍）した写真を表１及び表２に示した。
前記実施例及び比較例のはんだ組成物を用いて、試験基板を以下のように作製した。
サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み０．３ｍｍの銅板を２枚で１組となるように準備した。銅板のうちの一枚の表面にはんだ組成物を６．５ｍｍφ、０．２ｍｍ厚のメタルマスクで印刷することにより塗布した。はんだ組成物を塗布した銅板の上方に２ｍｍの間隔をあけてもう一枚の銅板を配置し(図１参照）、以下のような温度条件で加熱した。
尚、各はんだ組成物について６個の試験基板を作製した。
<温度条件>
昇温速度：１．５℃／秒
ピーク温度：２２０℃以上、４０秒
窒素雰囲気
残留酸素濃度１０００ｐｐｍ以下
加熱後、上部に配置した銅板の面に付着した飛散フラックスの数を目視にてカウントした。結果を表１及び表２に示す。
また各試験基板の飛散状態を撮影（撮影装置マイクロスコープ、キーエンス製、５０倍）した写真を表１及び表２に示した。
（ボイド評価）
サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み０．３ｍｍの銅板を準備し、銅板の表面にはんだ組成物を６．５ｍｍφ、０．２ｍｍ厚のメタルマスクで印刷することにより塗布した。はんだ組成物の上に６ｍｍ×６ｍｍの銅板を載置し(図２参照）、飛散試験と同様の温度条件で加熱した。
加熱後のはんだ中に発生したボイドの面積を画像処理ソフト(Paint shop pro、Corel社製）で算出し、該ボイド面積及びはんだ面積からボイド率を以下の方法で算出した。尚、各はんだ組成物について３個の銅板に塗布して、平均のボイド率を算出した。
ボイド率（％）＝ボイド面積の総和／はんだ面積×１００
結果を表１及び表２に示す。
サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み０．３ｍｍの銅板を準備し、銅板の表面にはんだ組成物を６．５ｍｍφ、０．２ｍｍ厚のメタルマスクで印刷することにより塗布した。はんだ組成物の上に６ｍｍ×６ｍｍの銅板を載置し(図２参照）、飛散試験と同様の温度条件で加熱した。
加熱後のはんだ中に発生したボイドの面積を画像処理ソフト(Paint shop pro、Corel社製）で算出し、該ボイド面積及びはんだ面積からボイド率を以下の方法で算出した。尚、各はんだ組成物について３個の銅板に塗布して、平均のボイド率を算出した。
ボイド率（％）＝ボイド面積の総和／はんだ面積×１００
結果を表１及び表２に示す。
表１及び表２に示すように、実施例のはんだ組成物は加熱後の飛散数が０〜５個と各比較例に比べて極めて少なかった。このことは写真からも明らかであった。
また、実施例のはんだ組成物はボイド率が比較例１及び２に比べて低く、すなわちボイドが少なかった。
また、実施例のはんだ組成物はボイド率が比較例１及び２に比べて低く、すなわちボイドが少なかった。
Claims (4)
- フラックスと、はんだ合金と、シリコーンオイルとを含み、前記シリコーンオイルの２５℃における動粘度が１万ｍｍ ２ ／ｓ以上１０万ｍｍ ２ ／ｓ以下であるはんだ組成物。
- 前記シリコーンオイルが、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、反応性シリコーンオイル、非反応性シリコーンオイルからなる群から選択される少なくとも１種以上である請求項１に記載のはんだ組成物。
- 前記シリコーンオイルが０．０５質量％以上２質量％以下含まれる請求項１又は２に記載のはんだ組成物。
- 前記はんだ合金は、鉛フリー合金である請求項１乃至３のいずれか一項に記載のはんだ組成物。
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