JP6937093B2 - Flux composition and solder paste - Google Patents
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Description
本発明は、フラックス組成物及びこれを用いたソルダペーストに関する。 The present invention relates to a flux composition and a solder paste using the same.
プリント配線板やシリコンウエハといった基板上に形成される電子回路に電子部品を接合する接合材料としては、主としてはんだ合金が用いられている。
このはんだ合金を用いた接合方法としては、例えばはんだ合金粉末とフラックス組成物とを混合したソルダペーストを基板に印刷して行う方法や、基板上に形成されたはんだ合金からなるはんだバンプを用いて行う方法が存在する。なおソルダペーストは前記はんだバンプの形成にも用いられることがある。
Solder alloys are mainly used as a joining material for joining electronic components to electronic circuits formed on a substrate such as a printed wiring board or a silicon wafer.
As a joining method using this solder alloy, for example, a method of printing a solder paste in which a solder alloy powder and a flux composition are mixed on a substrate, or a solder bump made of a solder alloy formed on the substrate is used. There is a way to do it. The solder paste may also be used to form the solder bumps.
そしてソルダペーストを用いて形成されるはんだ接合部やはんだバンプが所望の形状となるよう、電極上に印刷された後のソルダペーストには、プリヒート工程及びリフロー工程、特にプリヒート工程において所定の形状を維持することが求められる。
ここで、ソルダペーストに用いられる一般的なフラックス組成物は、ロジン等の樹脂を主成分とし、活性剤及びチクソ剤等を溶剤に溶融させることにより作製される。しかし、従来のフラックス組成物を用いたソルダペーストの場合、プリヒート工程においてチクソ剤が溶解する虞がある。チクソ剤の溶解が起こると、印刷された後のソルダペーストは所定の形状を維持することが困難となり、軟化や液状化してしまう虞がある（このような現象を本明細書では「加熱だれ」という。）。そしてこの加熱だれは、はんだボールの発生やはんだブリッジ等の基板不良の発生要因となり得る。
Then, the solder paste after being printed on the electrodes has a predetermined shape in the preheating step and the reflow step, particularly in the preheating step, so that the solder joint and the solder bump formed by using the solder paste have a desired shape. It is required to maintain.
Here, the general flux composition used for the solder paste is prepared by melting a resin such as rosin as a main component and an activator, a thixo agent or the like in a solvent. However, in the case of a solder paste using a conventional flux composition, there is a risk that the thixo agent will dissolve in the preheating step. When the thixotropic agent dissolves, it becomes difficult for the solder paste after printing to maintain a predetermined shape, and there is a risk of softening or liquefaction (this phenomenon is referred to as "heating dripping" in the present specification. That.). Then, this heating dripping can cause the generation of solder balls and the occurrence of substrate defects such as solder bridges.
またソルダペーストは、上述の通りはんだ合金粉末とフラックス組成物とを混合して得られるものであるため、リフロー工程において、フラックス組成物が溶融したはんだ合金内に取り込まれたまま排出されない虞があり、この取り残されたフラックス組成物成分がはんだ接合部やはんだバンプにおけるボイドの発生要因となっていた。このボイドは接合部と基板や電子部品といった被接合部との間の接合性の低下や放熱性の低下を生じさせ、電子機器や半導体の信頼性の低下を引き起こす原因となり得る。 Further, since the solder paste is obtained by mixing the solder alloy powder and the flux composition as described above, there is a possibility that the flux composition is taken into the molten solder alloy and not discharged in the reflow process. , The leftover flux composition component was a factor of generating voids in the solder joint and the solder bump. This void causes a decrease in bondability and a decrease in heat dissipation between the joint portion and the jointed portion such as a substrate or an electronic component, and may cause a decrease in reliability of electronic devices and semiconductors.
特許文献１には、加熱だれを抑制し得るフラックスとして、特定のアミド系化合物を含有するはんだペースト用フラックスが開示されている。
ここで、加熱だれを抑制するためには、特にプリヒート工程においてソルダペースト（フラックス組成物）の粘度が一定以上であることが求められる。しかし、プリヒート工程におけるソルダペーストの粘度が高いと、リフロー工程に移行した際に、溶融したはんだ合金内に取り込まれたフラックス組成物が排出され難くなり、形成されるはんだ接合部やはんだバンプにボイドが発生し易くなる虞がある。
Patent Document 1 discloses a flux for solder paste containing a specific amide compound as a flux capable of suppressing heating dripping.
Here, in order to suppress heating dripping, it is required that the viscosity of the solder paste (flux composition) is at least a certain level, especially in the preheating step. However, if the viscosity of the solder paste in the preheating process is high, it becomes difficult for the flux composition incorporated in the molten solder alloy to be discharged when the process shifts to the reflow process, and voids are formed in the formed solder joints and solder bumps. May easily occur.
本発明の目的はこれらの課題を解決するものであり、ソルダペーストのプリヒート工程における加熱だれの発生を抑制すると共に、形成されるはんだ接合部及びはんだバンプ内におけるボイドの発生を抑制し得るフラックス組成物及びこれを用いたソルダペーストに関する。 An object of the present invention is to solve these problems, and a flux composition capable of suppressing the generation of heating dripping in the preheating step of the solder paste and suppressing the generation of voids in the formed solder joints and solder bumps. It relates to a thing and a solder paste using it.
本発明のフラックス組成物は、ロジン系樹脂（Ａ）と、溶剤（Ｂ）と、活性剤（Ｃ）と、チクソ剤（Ｄ）とを含むフラックス組成物であって、前記溶剤（Ｂ）は炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）と、２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）を含むことをその特徴とする。 The flux composition of the present invention is a flux composition containing a rosin-based resin (A), a solvent (B), an activator (C), and a thixo agent (D), and the solvent (B) is An alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms and a solvent (B-) having a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less and a boiling point of 230 ° C. or more and 245 ° C. or less. It is characterized by including 2).
前記ロジン系樹脂（Ａ）は、ロジンエステル樹脂（Ａ−１）を含むことが好ましい。 The rosin-based resin (A) preferably contains a rosin ester resin (A-1).
また前記ロジンエステル樹脂（Ａ−１）は、水添ロジンエステル樹脂を含むことが好ましい。 Further, the rosin ester resin (A-1) preferably contains a hydrogenated rosin ester resin.
前記炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０質量％以上３３質量％未満であることが好ましい。 The blending amount of the alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms is preferably 10% by mass or more and less than 33% by mass with respect to the total amount of the flux composition.
前記２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。 The blending amount of the solvent (B-2) having a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less and a boiling point of 230 ° C. or more and 245 ° C. or less is 10% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition. It is preferable to have.
前記チクソ剤（Ｄ）は、１２−ヒドロキシステアリン酸トリグリセライドを含むことが好ましい。 The thixo agent (D) preferably contains 12-hydroxystearic acid triglyceride.
前記チクソ剤（Ｄ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して３質量％以上１０重量％以下であることが好ましい。 The blending amount of the thixo agent (D) is preferably 3% by mass or more and 10% by weight or less with respect to the total amount of the flux composition.
また本発明のソルダペーストは、上記フラックス組成物と、はんだ合金粉末とを含むことをその特徴とする。 The solder paste of the present invention is characterized by containing the above-mentioned flux composition and a solder alloy powder.
本発明のフラックス組成物及びこれを用いたソルダペーストは、ソルダペーストのプリヒート工程及びリフロー工程における加熱だれの発生を抑制すると共に、形成されるはんだ接合部及びはんだバンプ内におけるボイドの発生を抑制し得る。 The flux composition of the present invention and the solder paste using the same can suppress the generation of heating dripping in the preheating step and the reflow step of the solder paste, and also suppress the generation of voids in the formed solder joints and solder bumps. obtain.
以下、本発明のフラックス組成物及びソルダペーストの一実施形態について詳細に説明する。
なお、本発明が当該実施形態に限定されないのはもとよりである。
Hereinafter, an embodiment of the flux composition and solder paste of the present invention will be described in detail.
Needless to say, the present invention is not limited to this embodiment.
１．フラックス組成物
本実施形態に係るフラックス組成物は、ロジン系樹脂（Ａ）と、溶剤（Ｂ）と、活性剤（Ｃ）と、チクソ剤（Ｄ）とを含む。
1. 1. Flux composition The flux composition according to the present embodiment contains a rosin-based resin (A), a solvent (B), an activator (C), and a thixo agent (D).
ロジン系樹脂（Ａ）
前記ロジン系樹脂（Ａ）としては、例えばトール油ロジン、ガムロジン、ウッドロジン等のロジン；水添ロジン、重合ロジン、不均一化ロジン、アクリル酸変性ロジン、マレイン酸変性ロジン、ホルミル化ロジン等のロジン誘導体等が挙げられる。
なおロジン系樹脂（Ａ）としては、ロジンまたはロジン誘導体をエステル化したロジンエステル樹脂（Ａ−１）が好ましく用いられる。またロジンエステル樹脂（Ａ−１）としては、ロジンエステル樹脂に水素を添加した水添ロジンエステル樹脂が特に好ましく用いられる。
フラックス組成物にロジンエステル樹脂（Ａ−１）を添加することで、これを用いたソルダペーストのボイド抑制効果をより向上し得る。
また、これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
Rosin resin (A)
Examples of the rosin-based resin (A) include rosins such as tall oil rosin, gum rosin, and wood rosin; rosins such as hydrogenated rosin, polymerized rosin, heterogeneous rosin, acrylic acid-modified rosin, maleic acid-modified rosin, and formylated rosin. Examples include derivatives.
As the rosin-based resin (A), a rosin ester resin (A-1) obtained by esterifying rosin or a rosin derivative is preferably used. Further, as the rosin ester resin (A-1), a hydrogenated rosin ester resin obtained by adding hydrogen to the rosin ester resin is particularly preferably used.
By adding the rosin ester resin (A-1) to the flux composition, the void suppressing effect of the solder paste using the rosin ester resin (A-1) can be further improved.
In addition, these can be used alone or in combination of two or more.
前記ロジン系樹脂（Ａ）の配合量はフラックス組成物全量に対して３０質量％以上６０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以上５０質量％以下であることが更に好ましい。 The blending amount of the rosin-based resin (A) is preferably 30% by mass or more and 60% by mass or less, and more preferably 40% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition.
溶剤（Ｂ）
前記溶剤としては、アルコール系、エタノール系、アセトン系、トルエン系、キシレン系、酢酸エチル系、エチルセロソルブ系、ブチルセロソルブ系、グリコールエーテル系、エステル系等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
Solvent (B)
Examples of the solvent include alcohol-based, ethanol-based, acetone-based, toluene-based, xylene-based, ethyl acetate-based, ethyl cellosolve-based, butyl cellosolve-based, glycol ether-based, and ester-based solvents. These can be used alone or in combination of two or more.
本実施形態に係るフラックス組成物は、前記溶剤（Ｂ）として、炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）と、２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）を含むことが好ましい。 The flux composition according to the present embodiment contains an alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms as the solvent (B) and a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less. It is preferable to contain a solvent (B-2) having a boiling point of 230 ° C. or higher and 245 ° C. or lower.
本実施形態に係るフラックス組成物は、炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）と、２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）を併用することにより、これを用いたソルダペーストのプリヒート工程において所望の粘度を保つことができるため、加熱だれの発生を抑制し得る。その一方で、当該ソルダペーストは、リフロー工程におけるピーク温度付近でも前記溶剤（Ｂ）全体の揮発量が抑えられてフラックス組成物の流動性低下が抑制されるため、リフロー工程において溶融したはんだ合金内にフラックス組成物の成分が取り込まれ難くなり、これによりボイドの発生を抑制することができる。
即ち、本実施形態に係るフラックス組成物は、これを用いたソルダペーストにおいて、プリヒート工程においては所望の粘度を保つと共に、リフロー工程においては良好な流動性を発揮し得るため、加熱だれの発生の抑制とはんだ接合部やはんだバンプのボイド発生の抑制の両方の効果を発揮し得る。
なお、本実施形態に係るフラックス組成物は、前記炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）と、２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）以外の溶剤もその効果を阻害しない範囲において併用することができる。
The flux composition according to the present embodiment contains an alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms, and a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less and a boiling point of 230 ° C. By using the solvent (B-2) having a temperature of 245 ° C. or lower in combination, the desired viscosity can be maintained in the preheating step of the solder paste using the solvent (B-2), so that the occurrence of heating drool can be suppressed. On the other hand, the solder paste is contained in the solder alloy melted in the reflow process because the volatilization amount of the entire solvent (B) is suppressed and the decrease in the fluidity of the flux composition is suppressed even near the peak temperature in the reflow process. It becomes difficult for the components of the flux composition to be taken into the solder, which makes it possible to suppress the generation of voids.
That is, the flux composition according to the present embodiment can maintain a desired viscosity in the preheating step and exhibit good fluidity in the reflow step in the solder paste using the flux composition, so that the occurrence of heating drips occurs. It can exert both effects of suppressing and suppressing the generation of voids in solder joints and solder bumps.
The flux composition according to the present embodiment contains the alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms and a boiling point having a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less. A solvent other than the solvent (B-2) having a temperature of 230 ° C. or higher and 245 ° C. or lower can be used in combination as long as the effect is not impaired.
前記炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）は、その炭素数が１８以上２０以下であることがより好ましい。 The alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms is more preferably 18 or more and 20 or less carbon atoms.
前記炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）としては、例えばヘキシルデカノール、イソステアリルアルコール、イソエイコサノール、２−オクチルドデカノール等が挙げられる。これらの中でもイソステアリルアルコール、イソエイコサノール及び２−オクチルドデカノールが好ましく用いられる。
なお、これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
Examples of the alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms include hexyldecanol, isostearyl alcohol, isoeicosanol, 2-octyldodecanol and the like. Of these, isostearyl alcohol, isoeicosanol and 2-octyldodecanol are preferably used.
These can be used alone or in combination of two or more.
前記炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０質量％以上３３質量％未満であることが好ましい。より好ましいその配合量は、フラックス組成物全量に対して１５質量％以上３０質量％以下である。 The blending amount of the alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms is preferably 10% by mass or more and less than 33% by mass with respect to the total amount of the flux composition. A more preferable blending amount is 15% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition.
前記２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）としては、例えばフェニルグリコール、メチルプロピレントリグリコール、ブチルプロピレンジグリコール、ブチルジグリコール等が挙げられる。これらの中でもフェニルグリコールが好ましく用いられる。
なお、これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
Examples of the solvent (B-2) having a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less and a boiling point of 230 ° C. or higher and 245 ° C. or lower include phenyl glycol, methylpropylene triglycol, butylpropylene diglycol, butyldiglycol and the like. Can be mentioned. Of these, phenyl glycol is preferably used.
These can be used alone or in combination of two or more.
前記２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）の粘度は、ブルックフィールド型（Ｂ型）回転粘度計を用いて計測する際の値とし、粘度計測条件は、回転数を６０ｒｐｍとした。 The viscosity of the solvent (B-2) having a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less and a boiling point of 230 ° C. or higher and 245 ° C. or lower is measured using a Brookfield type (B type) rotational viscometer. The value was set and the viscosity measurement condition was 60 rpm.
前記２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）の配合量は、フラックス組成物全量に対して５質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。より好ましいその配合量は、フラックス組成物全量に対して１０質量％以上２０質量％以下である。 The blending amount of the solvent (B-2) having a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less and a boiling point of 230 ° C. or more and 245 ° C. or less is 5% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition. It is preferable to have. A more preferable blending amount is 10% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition.
なお、前記溶剤（Ｂ）としての配合量は、フラックス組成物全量に対して３０質量％以上５５質量％以下であることが好ましく、３５質量％以上５０質量％以下であることが更に好ましい。 The blending amount of the solvent (B) is preferably 30% by mass or more and 55% by mass or less, and more preferably 35% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition.
活性剤（Ｃ）
前記活性剤（Ｃ）としては、例えば有機アミンのハロゲン化水素塩等のアミン塩（無機酸塩や有機酸塩）、有機酸、有機酸塩、有機アミン塩、臭素化ハロゲン化合物等が挙げられる。具体的には、例えばジエチルアミン塩、酸塩、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、グルタル酸、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、臭素化トリアリルイソシアヌレート、トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレート、ポリ８，１３−ジメチル−８，１２−エイコサジエン二酸無水物等が挙げられる。
Activator (C)
Examples of the activator (C) include amine salts (inorganic acid salts and organic acid salts) such as hydrogen halides of organic amines, organic acids, organic acid salts, organic amine salts, brominated halogen compounds and the like. .. Specifically, for example, diethylamine salt, acid salt, succinic acid, adipic acid, sebacic acid, glutaric acid, diphenylguanidine hydrobromide, cyclohexylamine hydrobromide, triallyl isocyanurate bromide, tris (2). , 3-Dibromopropyl) isocyanurate, poly 8,13-dimethyl-8,12-eicosadiene dianoic acid anhydride and the like.
前記活性剤（Ｃ）の配合量は、他の成分及び使用するはんだ合金粉末の合金組成により異なるが、フラックス組成物全量に対して２０質量％以下であることが一般的である。 The blending amount of the activator (C) varies depending on the alloy composition of the other components and the solder alloy powder used, but is generally 20% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition.
チクソ剤（Ｄ）
前記チクソ剤（Ｄ）としては、例えば硬化ひまし油（１２−ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド）、ビスアマイド系チクソ剤（飽和脂肪酸ビスアマイド、不飽和脂肪酸ビスアマイド、芳香族ビスアマイド等）、ジメチルジベンジリデンソルビトール等が挙げられる。
これらの中でも特に、硬化ひまし油が前記チクソ剤（Ｄ）として好ましく用いられる。硬化ひまし油は、他のチクソ剤と比較して軟化点が低いため、リフロー工程におけるフラックス組成物の流動性を向上し得る。そのため、ボイドの発生抑制効果を向上し得る。
なお、これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
Chixo agent (D)
Examples of the thixo agent (D) include hardened castor oil (12-hydroxystearic acid triglyceride), bisamide-based thixo agents (saturated fatty acid bisamide, unsaturated fatty acid bisamide, aromatic bisamide, etc.), dimethyldibenzylene sorbitol and the like.
Of these, hardened castor oil is particularly preferably used as the thixogen (D). Since the cured castor oil has a lower softening point than other thixogens, the fluidity of the flux composition in the reflow process can be improved. Therefore, the effect of suppressing the generation of voids can be improved.
These can be used alone or in combination of two or more.
前記チクソ剤（Ｄ）の配合量はフラックス組成物全量に対して３質量％以上１２質量％以下であることが好ましく、５質量％以上１０質量％以下であることが更に好ましい。 The blending amount of the thixo agent (D) is preferably 3% by mass or more and 12% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition.
本実施形態のフラックス組成物には、はんだ合金粉末の酸化を抑える目的で酸化防止剤を配合することができる。
前記酸化防止剤としては、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。これらの中でも特にヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましく用いられる。
前記酸化防止剤はこれらに限定されるものではなく、またその配合量は特に限定されるものではない。その一般的な配合量は、フラックス組成物全量に対して０．５質量％から５質量％程度である。
An antioxidant can be added to the flux composition of the present embodiment for the purpose of suppressing the oxidation of the solder alloy powder.
Examples of the antioxidant include hindered phenol-based antioxidants, phenol-based antioxidants, bisphenol-based antioxidants, polymer-type antioxidants, and the like. Among these, hindered phenolic antioxidants are particularly preferably used.
The antioxidant is not limited thereto, and the blending amount thereof is not particularly limited. The general blending amount is about 0.5% by mass to 5% by mass with respect to the total amount of the flux composition.
本実施形態のフラックス組成物には、更にハロゲン、つや消し剤、消泡剤等の添加剤を加えてもよい。前記添加剤の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０質量％以下であることが好ましく、更に好ましい配合量は５質量％以下である。 Additives such as halogens, matting agents, and defoaming agents may be further added to the flux composition of the present embodiment. The blending amount of the additive is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less, based on the total amount of the flux composition.
２．ソルダペースト
本実施形態のソルダペーストは、本実施形態のフラックス組成物とはんだ合金粉末とを公知の方法にて混合して作製できる。
2. Solder paste The solder paste of the present embodiment can be prepared by mixing the flux composition of the present embodiment and the solder alloy powder by a known method.
前記はんだ合金粉末としては、例えばＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、Ｉｎ、Ｐｂ等を複数組合せたものが挙げられる。なお、前記はんだ合金粉末の合金組成は特に限定されず、本実施形態に係るソルダペーストの効果を阻害するものでなければいずれも使用することができる。
なお、代表的なはんだ合金粉末としてはＳｎ−Ａｇ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだ合金といった鉛フリーはんだ合金粉末が用いられるが、鉛含有のはんだ合金粉末を用いてもよい。
Examples of the solder alloy powder include a combination of a plurality of Sn, Ag, Cu, Bi, Zn, In, Ga, Sb, Au, Pd, Ge, Ni, Cr, Al, P, In, Pb and the like. .. The alloy composition of the solder alloy powder is not particularly limited, and any of them can be used as long as it does not interfere with the effect of the solder paste according to the present embodiment.
Typical solder alloy powders include lead-free solder alloy powders such as Sn-Ag-based solder alloys, Sn-Ag-Cu-based solder alloys, Sn-Ag-Cu-In-based solder alloys, and Sn-Cu-based solder alloys. Although it is used, a lead-containing solder alloy powder may be used.
前記はんだ合金粉末の配合量は、ソルダペースト全量に対して６３質量％から９３質量％であることが好ましい。より好ましいその配合量は８４質量％から９２質量％であり、特に好ましいその配合量は８６質量％から９０質量％である。 The blending amount of the solder alloy powder is preferably 63% by mass to 93% by mass with respect to the total amount of the solder paste. A more preferable blending amount is 84% by mass to 92% by mass, and a particularly preferable blending amount is 86% by mass to 90% by mass.
３．はんだ接合部
本実施形態のソルダペーストを用いて形成されるはんだ接合部としては、例えば以下の方法により形成される。
即ち、基板上の予め定められた所定の位置に前記ソルダペーストを印刷し、更に当該基板上の所定の位置に電子部品を搭載し、これをリフローすることにより、前記はんだ接合部が形成される。このように形成されたはんだ接合部は、発生するボイドが少なく高い信頼性を有する。また当該はんだ接合部を有する電子回路実装基板は、プリヒート工程における加熱だれが抑制されていることからはんだボールやはんだブリッジ等の基板不良の発生が抑制されており、半導体、電子機器等に好適に用いることができる。
3. 3. Solder joint The solder joint formed by using the solder paste of the present embodiment is formed by, for example, the following method.
That is, the solder joint is formed by printing the solder paste at a predetermined position on the substrate, mounting an electronic component at a predetermined position on the substrate, and reflowing the electronic component. .. The solder joint formed in this way has a high reliability with few voids generated. Further, since the electronic circuit mounting board having the solder joint portion suppresses heating dripping in the preheating process, the occurrence of substrate defects such as solder balls and solder bridges is suppressed, which is suitable for semiconductors, electronic devices, etc. Can be used.
４．はんだバンプ
本実施形態のソルダペーストを用いて形成されるはんだバンプは、例えば以下の方法により形成される。
先ず、基板上に所定のパターンを有する電極部及び絶縁層を形成する。この絶縁層は、液状のソルダレジスト、ドライフィルム等、所定の膜厚を有する絶縁成分からなる層を形成し得るものであれば、どのような方法により作製されていてもよい。
次いで、当該パターンに対応するメタルマスク（電極部上が開口しているもの）を前記絶縁層に接するように前記基板上に載せ、スキージ等を用いて前記ソルダペーストが前記電極部上の開口している領域に充填されるように印刷する。その後、当該基板をリフロー装置に入れて所定の温度プロファイルに従ってリフローする。リフロー後、前記基板上に残っているフラックス組成物成分（フラックス組成物残渣）を除去することにより、はんだバンプが形成される。
4. Solder bumps The solder bumps formed by using the solder paste of the present embodiment are formed by, for example, the following method.
First, an electrode portion and an insulating layer having a predetermined pattern are formed on the substrate. This insulating layer may be produced by any method as long as it can form a layer composed of an insulating component having a predetermined film thickness, such as a liquid solder resist or a dry film.
Next, a metal mask (with an opening on the electrode portion) corresponding to the pattern is placed on the substrate so as to be in contact with the insulating layer, and the solder paste opens on the electrode portion using a squeegee or the like. Print so that the area is filled. Then, the substrate is placed in a reflow device and reflowed according to a predetermined temperature profile. After reflow, solder bumps are formed by removing the flux composition component (flux composition residue) remaining on the substrate.
このように形成されたはんだバンプは、ソルダペーストのリフロー時のフラックス組成物の流動性低下が抑制されるため、はんだバンプ内におけるボイドの発生を抑制できる。また、プリヒート工程における加熱だれが抑制されていることからはんだボール等の発生も抑制されている。 Since the solder bumps formed in this way suppress the decrease in the fluidity of the flux composition during the reflow of the solder paste, the generation of voids in the solder bumps can be suppressed. Further, since the heating dripping in the preheating step is suppressed, the generation of solder balls and the like is also suppressed.
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to these examples.
フラックス組成物の作製
表１に示す組成及び配合にて各成分を混練し、実施例１から４及び参考例５及び比較例１から６に係る各フラックス組成物を作製した。なお、表１のうち、組成を表すものに係る数値の単位は、特に断り書きがない限り質量％である。
Preparation of Flux Composition Each component was kneaded according to the composition and composition shown in Table 1 to prepare each flux composition according to Examples 1 to 4, Reference Example 5 and Comparative Examples 1 to 6. In Table 1, the unit of the numerical value relating to the composition is mass% unless otherwise specified.
次いで、実施例１から４、参考例５及び比較例１から６に係るフラックス組成物１１質量％とＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金粉末（粉末粒径２μｍから８μｍ：ＩＰＣ規格 Ｔｙｐｅ８）８９質量％とを混合し、実施例１から４、参考例５及び比較例１から６に係るソルダペーストを得た。 Next, 11% by mass of the flux composition according to Examples 1 to 4, Reference Example 5 and Comparative Examples 1 to 6 and 89% by mass of Sn-3Ag-0.5Cu solder alloy powder (powder particle size 2 μm to 8 μm: IPC standard Type 8). % Was mixed to obtain solder pastes according to Examples 1 to 4, Reference Example 5 and Comparative Examples 1 to 6.
※２ ホルミル化ロジン ハリマ化成（株）製
※３ 水添ロジンメチルエステル 広西梧州日成林産化工有限公司製
※４ ２−オクチルドデカノール（炭素数２０：分岐型） 高級アルコール工業（株）製
※５ イソステアリルアルコール（炭素数１８：分岐型） 高級アルコール工業（株）製
※６ ヘキシルデカノール（炭素数１６：分岐型） 高級アルコール工業（株）製
※７ ２−デシルテトラデカノール（炭素数２４：分岐型） 新日本理化（株）製
※８ トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレート 日本化成（株）製
※９ ポリ８，１３−ジメチル−８，１２−エイコサジエン二酸無水物 岡村製油（株）製
＜加熱だれ試験＞
以下の用具を用意した。
・所定のパターンを有するソルダレジスト（開口径：直径１００μｍΦ）及び電極とを備えた電子回路基板（ＯＳＰ表面処理）
・上記パターンを有する厚さ５０μｍのメタルマスク（開口径：直径２５０μｍΦ）
前記電子回路基板上に前記メタルマスクを用いて、実施例１から４、参考例５及び比較例１から６の各ソルダペーストを印刷した。
その後、ソルダペーストを印刷した各電子回路基板上を１９０℃の熱風式オーブンにて９０秒加熱した後、形成されたはんだ接合部の直径を計測し、以下の基準にて評価した。
◎：はんだ接合部の直径とメタルマスクの開口径との最大の差が０μｍ以上１５μｍ以下である
○：はんだ接合部の直径とメタルマスクの開口径との最大の差が１５μｍ超２０μｍ以下である
△：はんだ接合部の直径とメタルマスクの開口径との最大の差が２０μｍ超２５μｍ以下である
×：はんだ接合部の直径とメタルマスクの開口径との最大の差が２５μｍ超である
<Heating drool test>
The following tools were prepared.
An electronic circuit board (OSP surface treatment) provided with a solder resist (opening diameter: diameter 100 μmΦ) having a predetermined pattern and electrodes.
-A metal mask with the above pattern and a thickness of 50 μm (opening diameter: diameter 250 μmΦ)
The solder pastes of Examples 1 to 4, Reference Example 5 and Comparative Examples 1 to 6 were printed on the electronic circuit substrate using the metal mask.
Then, each electronic circuit board on which the solder paste was printed was heated in a hot air oven at 190 ° C. for 90 seconds, and then the diameter of the formed solder joint was measured and evaluated according to the following criteria.
⊚: The maximum difference between the diameter of the solder joint and the opening diameter of the metal mask is 0 μm or more and 15 μm or less. ○: The maximum difference between the diameter of the solder joint and the opening diameter of the metal mask is more than 15 μm and 20 μm or less. Δ: The maximum difference between the diameter of the solder joint and the opening diameter of the metal mask is more than 20 μm and 25 μm or less. ×: The maximum difference between the diameter of the solder joint and the opening diameter of the metal mask is more than 25 μm.
＜ボイド試験＞
以下の用具を用意した。
・所定のパターンを有するソルダレジスト（開口径：直径９０μｍΦ）及び電極とを備えた電子回路基板（ＯＳＰ表面処理）
・上記パターンを有する厚さ３０μｍのメタルマスク（開口径：直径１１０μｍΦ）
前記電子回路基板上に前記メタルマスクを用いて、実施例１から４、参考例５及び比較例１から６の各ソルダペーストを印刷した。
その後、プリヒートを１３０℃から１８０℃で１４０秒から１５０秒、ピーク温度を２３８℃から２４０℃、２２０℃以上の時間を３０秒から４０秒とし、１８０℃から２２０℃の昇温速度は０．５℃／秒から０．８℃／秒とするリフロー条件下でリフローを行った。なお、リフロー時における酸素濃度は１５０±５０ｐｐｍに設定した。
そして当該リフロー後に各電子回路基板上に残っているフラックス組成物成分（フラックス組成物残渣）を除去することにより、はんだバンプを有する各試験基板を作製した。
<Void test>
The following tools were prepared.
-Electronic circuit board (OSP surface treatment) provided with a solder resist (opening diameter: diameter 90 μmΦ) and electrodes having a predetermined pattern.
-A metal mask with the above pattern and a thickness of 30 μm (opening diameter: diameter 110 μmΦ)
The solder pastes of Examples 1 to 4, Reference Example 5 and Comparative Examples 1 to 6 were printed on the electronic circuit substrate using the metal mask.
After that, the preheat is set to 130 ° C. to 180 ° C. for 140 seconds to 150 seconds, the peak temperature is set to 238 ° C. to 240 ° C., the time of 220 ° C. or higher is set to 30 seconds to 40 seconds, and the heating rate from 180 ° C. to 220 ° C. is 0. Reflow was performed under reflow conditions ranging from 5 ° C./sec to 0.8 ° C./sec. The oxygen concentration during reflow was set to 150 ± 50 ppm.
Then, each test substrate having solder bumps was produced by removing the flux composition component (flux composition residue) remaining on each electronic circuit board after the reflow.
作製した各試験基板について、Ｘ線観察装置（製品名：ＸＤ７６００ Ｄｉａｍｏｎｄ、Ｎｏｒｄｓｏｎ Ｄａｇｅ社製）を用いて、各試験基板に形成されたはんだバンプについてボイド観察を行った。ボイド観察は各試験基板のはんだバンプエリアの四隅及び中心において行い、観察バンプ数は試験基板毎に約４８０か所とした。
そして、上記観察結果に基づき、（ボイドの発生したはんだバンプの数）／（観察バンプ数）からボイド発生率（％）を算出し、以下の基準に従い評価した。その結果を表２に示す。
また上記観察結果に基づき、（はんだバンプに発生したボイドの総面積の和／観察はんだバンプ数）から総ボイド面積率平均値（％）を算出し、以下の基準に従い評価した。その結果を表２に示す。
・ボイド発生率（％）
◎：ボイド発生率が０％以上１０％以下
○：ボイド発生率が１０％超２０％以下
△：ボイド発生率が２０％超３０％以下
×：ボイド発生率が３０％超
・総ボイド面積率平均値（％）
◎：総ボイド面積率平均値が０％以上０．２％以下
○：総ボイド面積率平均値が０．２％超０．４％以下
△：総ボイド面積率平均値が０．４％超０．６％以下
×：総ボイド面積率平均値が０．６％超
For each of the produced test substrates, void observation was performed on the solder bumps formed on each test substrate using an X-ray observation device (product name: XD7600 Diamond, manufactured by Nordson Dage). Void observation was performed at the four corners and the center of the solder bump area of each test substrate, and the number of observation bumps was about 480 for each test substrate.
Then, based on the above observation result, the void generation rate (%) was calculated from (the number of solder bumps in which voids were generated) / (the number of observation bumps), and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 2.
Further, based on the above observation results, the average value (%) of the total void area ratio was calculated from (the sum of the total areas of voids generated in the solder bumps / the number of observed solder bumps) and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 2.
・ Void occurrence rate (%)
⊚: Void occurrence rate is 0% or more and 10% or less ○: Void occurrence rate is more than 10% and 20% or less Δ: Void occurrence rate is more than 20% and 30% or less ×: Void occurrence rate is more than 30%
・ Average total void area ratio (%)
⊚: Total void area ratio average value is 0% or more and 0.2% or less ○: Total void area ratio average value is more than 0.2% 0.4% or less Δ: Total void area ratio average value is more than 0.4% 0.6% or less ×: Total void area ratio average value exceeds 0.6%
以上に示す通り、各実施例に係るソルダペーストは、加熱だれの発生を抑制し得ると共に、ボイドの発生も抑制し得ることが分かる。
特に炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）として炭素数が１８以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコールを配合し、且つロジンエステル樹脂を配合した実施例１、２及び３は、より良好な結果であることが分かる。
As shown above, it can be seen that the solder paste according to each example can suppress the generation of heating drool and the generation of voids.
In particular, as an alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms, an alcohol having a branched long-chain alkyl group having 18 or more and 20 or less carbon atoms is blended, and a rosin ester resin is used. It can be seen that the blended Examples 1, 2 and 3 give better results.
Claims (10)
前記溶剤（Ｂ）は炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）と、２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）を含み、
前記ロジン系樹脂（Ａ）はロジンエステル樹脂（Ａ−１）を含み、
前記溶剤（Ｂ）の配合量はフラックス組成物全量に対して３０質量％以上５５質量％以下であり、
前記炭素数が１６以上２０以下の分岐型長鎖アルキル基を有するアルコール（Ｂ−１）の配合量はフラックス組成物全量に対して１０質量％以上３３質量％未満であり、
前記２０℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下であって沸点が２３０℃以上２４５℃以下である溶剤（Ｂ−２）の配合量はフラックス組成物全量に対して５質量％以上３０質量％以下であることを特徴とするソルダペースト用フラックス組成物。 A flux composition containing a rosin-based resin (A), a solvent (B), an activator (C), and a thixo agent (D).
The solvent (B) is an alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms, and a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less and a boiling point of 230 ° C. or more and 245 ° C. or less. Contains the solvent (B-2) that is
The rosin resin (A) is viewed contains a rosin ester resin (A-1),
The blending amount of the solvent (B) is 30% by mass or more and 55% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition.
The blending amount of the alcohol (B-1) having a branched long-chain alkyl group having 16 or more and 20 or less carbon atoms is 10% by mass or more and less than 33% by mass with respect to the total amount of the flux composition.
The blending amount of the solvent (B-2) having a viscosity at 20 ° C. of 40 mPa · s or less and a boiling point of 230 ° C. or more and 245 ° C. or less is 5% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total amount of the flux composition. A flux composition for solder paste, which is characterized by this.
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