JP6993605B1 - フラックス及びソルダペースト - Google Patents
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Abstract
Description
前記はんだ接合不良抑制剤は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含む共重合体であり、
前記共重合体の重量平均分子量は、1000以上100000以下であり、
前記はんだ接合不良抑制剤は、当該フラックス全体に対して、1質量%以上25質量%以下の量である、フラックスが提供される。
前記はんだ接合不良抑制剤は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含む共重合体であり、
前記共重合体の重量平均分子量は、1000以上100000以下であり、
前記はんだ接合不良抑制剤は、当該フラックス全体に対して、1質量%以上25質量%以下の量である、フラックスが提供される。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換か無置換かを記していない表記は、置換基を有しないものと置換基を有するものの両方を包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有しないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
(第一の実施形態)
第一の実施形態におけるフラックスは、ベース樹脂、活性剤、チクソ剤、溶剤、及びはんだ接合不良抑制剤を含む。第一の実施形態のフラックスにおいて、はんだ接合不良抑制剤は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含む共重合体である。
より詳細には、本実施形態のフラックスを含むソルダペーストを使用した場合、リフロー工程による加熱により半導体パッケージ1に反りが発生しても、図1(b)に示すような、はんだバンプ2が基板電極4から剥離する事象が生じない。本実施形態のフラックスを含むソルダペーストを使用することにより、半導体パッケージ1に反りが発生しても、図2に示すように、ソルダペースト5Aが基板電極4とはんだバンプ2との両方から剥離することなく、よってはんだバンプ2と基板電極4との間にクリアランスが生じない。よって、はんだバンプ2と基板電極4との間の接合が確保される。
第二の実施形態におけるフラックスは、ベース樹脂、活性剤、チクソ剤、溶剤、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテル及びはんだ接合不良抑制剤を含む。第二の実施形態のフラックスは、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルを含む点で、上記第一の実施形態のフラックスと相違する。
本実施形態のフラックスは、はんだ接合不良抑制剤として、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含む共重合体(本明細書中、「共重合体P」と称する)を含む。
換基としては、例えば、ヒドロキシ基、ハロゲン基、アミノ基、アルキル基等が挙げられる。ここで、ハロゲン基は、例えば、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
R1は、炭素数1~24の飽和もしくは不飽和の直鎖、分枝状もしくは環状のアルキル基であり、
R2は、上記式(2)における定義と同義である。
R2は、上記式(2)における定義と同義である。
式(p2)で表される共重合体(p2)もまた、各構造単位が交互に結合した交互共重合体であってもよいし、ランダムに決層したランダム共重合体であってもよいし、ブロック単位で結合したブロック共重合体であってもよい。
以下に、はんだ接合不良抑制剤として使用される共重合体Pの製造方法にて記載する。
本実施形態で用いられる共重合体Pは、例えば、式(p3)で表される、オレフィン及び/又はビニル芳香族化合物と無水マレイン酸との共重合体(以下、「前駆体ポリマー」と称する)に、上記式(2-1)で表される基を導入することにより得られる。
本実施形態のフラックスに用いられるベース樹脂としては、例えば、ロジン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノキシ樹脂、ビニルエーテル系樹脂、テルペン樹脂、変性テルペン樹脂(例えば、芳香族変性テルペン樹脂、水添テルペン樹脂、水添芳香族変性テルペン樹脂等)、テルペンフェノール樹脂、変性テルペンフェノール樹脂(例えば、水添テルペンフェノール樹脂等)、スチレン樹脂、変性スチレン樹脂(例えば、スチレンアクリル樹脂、スチレンマレイン樹脂等)、キシレン樹脂、変性キシレン樹脂(例えば、フェノール変性キシレン樹脂、アルキルフェノール変性キシレン樹脂、フェノール変性レゾール型キシレン樹脂、ポリオール変性キシレン樹脂、ポリオキシエチレン付加キシレン樹脂等)等が挙げられる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、本明細書中、「(メタ)アクリル系樹脂」とは、メタクリル系樹脂及びアクリル系樹脂を包含する概念をいう。
本実施形態のフラックスは、フラックス作用を有する活性剤を含む。ここでフラックス作用とは、ソルダペーストが塗布される金属表面に生じた酸化皮膜を除去するという還元作用、及び、溶融はんだの表面張力を低下させて、はんだの接合金属表面への濡れ性を促進する作用を意味する。活性剤としては、有機酸、有機ハロゲン化合物、アミンハロゲン化水素酸塩等が挙げられる。
本実施形態のフラックスは、チクソ剤を含む。チクソ剤は、フラックス及びこれを用いて得られるソルダペーストの流動特性を改善する作用を有する。チクソ剤としては、例えば、ワックス系チクソ剤、アマイド系チクソ剤等が挙げられる。ワックス系チクソ剤としては、例えば、ヒマシ硬化油等が挙げられる。アマイド系チクソ剤としては、例えば、ラウリン酸アマイド、パルミチン酸アマイド、ステアリン酸アマイド、ベヘン酸アマイド、ヒドロキシステアリン酸アマイド、飽和脂肪酸アマイド、オレイン酸アマイド、エルカ酸アマイド、不飽和脂肪酸アマイド、p-トルエンメタンアマイド、芳香族アマイド、置換アマイド、メチロールステアリン酸アマイド、メチロールアマイド、脂肪酸エステルアマイド等が挙げられる。アマイド系チクソ剤は、ビスアマイド系チクソ剤及び/又はポリアマイド系チクソ剤であってもよく、ビスアマイド系チクソ剤としては、メチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスラウリン酸アマイド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アマイド、飽和脂肪酸ビスアマイド、メチレンビスオレイン酸アマイド、不飽和脂肪酸ビスアマイド、m-キシリレンビスステアリン酸アマイド、芳香族ビスアマイド等が挙げられ、ポリアマイド系チクソ剤としては、飽和脂肪酸ポリアマイド、不飽和脂肪酸ポリアマイド、芳香族ポリアマイド等が挙げられる。
本実施形態のフラックスは、溶剤を含む。溶剤は、フラックスの粘度を、塗布に適切な程度に調整するために用いられる。用いられる溶剤としては、アルコール系溶剤、グリコールエーテル系溶剤、テルピネオール類、炭化水素類、エステル類、水等などが挙げられる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。この中でも、アルコール系溶剤又はグリコールエーテル系溶剤の少なくとも一方を用いてもよい。
第二の実施形態におけるフラックスは、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルを含む。ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルとしては、例えば、重量平均分子量が76~5000のポリエチレングリコールモノメチルエーテル又は重量平均分子量が90~5000のポリエチレングリコールモノエチルエーテル、あるいは重量平均分子量が90~5000のポリプロピレングリコールモノメチルエーテル又は重量平均分子量が104~5000のポリプロピレングリコールモノエチルエーテルが挙げられる。
用いられるポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルの重量平均分子量の下限値は、好ましくは、200以上であり、より好ましくは、300以上であり、さらに好ましくは、400以上ある。用いられるポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルの重量平均分子量の上限値は、好ましくは、3000以下であり、より好ましくは、2000以下であり、さらに好ましくは、1500以下である。
ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルを用いることにより、得られるソルダペーストの塗布性および取り扱い性が改善され、よってこれを用いて製造された電子回路実装基板は、優れた接続信頼性を備える。
本実施形態のフラックスは、さらにアミンを含んでもよい。アミンは、フラックス活性剤として機能し得る。アミンとしては、例えば、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、シクロヘキシルアミン、1,3-ジフェニルグアニジン、1,3-ジ-o-トリルグアニジン、1-o-トリルビグアニド、イミダゾール、2-エチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、4-メチル-2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール等が挙げられる。
本実施形態のソルダペーストは、上述のフラックスと、はんだ粉末とを含む。
以下、実施形態の例を付記する。
1. ベース樹脂、活性剤、チクソ剤、溶剤、及びはんだ接合不良抑制剤を含み、
前記はんだ接合不良抑制剤は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含む共重合体である、フラックス:
2. ベース樹脂、活性剤、チクソ剤、溶剤、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテル及びはんだ接合不良抑制剤を含み、
前記はんだ接合不良抑制剤は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含む共重合体である、フラックス:
3. 前記式(1)において、R 1 は、置換もしくは無置換のアリール基である、1.又は2.に記載のフラックス。
4. 前記式(1)が、式(6)で表される構造を有する、1.乃至3.のいずれかに記載のフラックス。
6. 前記共重合体の重量平均分子量が、1000以上100000以下である、1.乃至5.のいずれかに記載のフラックス。
7. 前記はんだ接合不良抑制剤は、当該フラックス全体に対して、1質量%以上25質量%以下の量である、1.乃至6.のいずれかに記載のフラックス。
8. はんだ粉末と、
1.乃至7.のいずれかに記載のフラックスと、を含むソルダペースト。
下記表1に、実施例1~11及び比較例1の組成を示す。下記表1に示す配合量の各材料をそれぞれ混合し、加熱溶融することにより、均一に分散された実施例1~11及び比較例1のフラックスを得た。
(ベース樹脂)
・ベース樹脂1:アクリル酸変性水添ロジン
・ベース樹脂2:マレイン酸変性水添ロジン
(活性剤)
・活性剤1:グルタル酸
・活性剤2:スベリン酸
・活性剤3:アゼライン酸
・活性剤4:コハク酸
・活性剤5:セバシン酸
・活性剤6:トランス-2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオール
・活性剤7:2-フェニル-4-メチルイミダゾール
(チクソ剤)
・チクソ剤1:ポリアマイド
・チクソ剤2:硬化ひまし油
(溶剤)
・溶剤1:ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル
(酸化防止剤)
・酸化防止剤1:ヒンダードフェノール系酸化防止剤
(添加剤)
・添加剤1:重量平均分子量が400~800のポリエチレングリコールモノメチルエーテルの混合物
・抑制剤1:以下式(p1)の構造単位を有する共重合体(重量平均分子量(Mw):7855、数平均分子量(Mn):2058、Mw/Mn:3.8)。
前述の各実施例及び比較例で示した組成のフラックスを用いて、ソルダペーストを作製した。具体的には、ソルダペースト全体に対して、12質量%の各フラックスと、88質量%のSn-3Ag-0.5Cu(融点217℃)のはんだ粉末(粒径:20~38μm)とを混合することにより、実施例1~11及び比較例1の各ソルダペーストを作製した。
上述の方法で得られた各実施例及び比較例のソルダペーストを、以下の性能について評価した。
(NWO評価)
上述の各ソルダペーストについて、接合不良(Non Wet Open:NWO)が生じるかを評価した。具体的には、基板(Cu-OSP処理ガラスエポキシ基板)に開口径:0.30mm、マスク厚0.12mm(120μm)、開口数:132個のメタルマスクを用いて、前記各ソルダペーストを印刷し、はんだバンプを形成した、0.5mmピッチのBGAを搭載した。これを、リフロー炉にて、25℃から130℃の昇温速度を、3℃/sec、130℃から190℃の昇温速度を1.0℃/sec、ピーク温度を200℃に設定して加熱し、その後冷却した。冷却後、基板とBGAとを剥離させた。剥離後に、印刷したソルダペーストが、はんだバンプに付着し、且つ基板側にソルダペーストが付着していない箇所を、NWOが発生した箇所とみなした。NWOが発生した箇所の個数を数え、表1に、「NWO発生数」(個)として記載する。また、NWO発生数が20個以下であるものを接合良好であると評価し、表1において「〇」と記載する。NWO発生数が20個を超えるものを、接合不良と評価し、表1において「×」と記載する。
上述の各ソルダペーストの溶融性を以下の方法により評価した。まず、基板(Cu-OSP処理ガラスエポキシ基板)に開口径:0.28mm、マスク厚0.1mm、開口数:64個のメタルマスクを用いて、前記各ソルダペーストを印刷した。この基板を、50℃から170℃の昇温速度を、4℃/sec、170℃から195℃の昇温速度を、約0.2℃/secで、118秒、ピーク温度:236.5℃、220℃以上の溶融時間:43秒のリフロープロファイルで大気リフローをし、はんだ合金を溶融させた。溶融性の評価について、印刷した64点のすべてが溶融したものを「〇」と評価し、1点でも溶融していないものを「×」と評価した。結果を表1に示す。
上述の各ソルダペーストについて、株式会社マルコム社製:PCU-205を用い、JISZ3284-3スパイラル方式に準拠して、回転数:10rpm、25℃、大気中で10時間、粘度を測定した。そして、10時間後の粘度が、ソルダペーストの初期粘度と比較して1.3倍以下であれば、十分な経時安定性を示すものとして「○」と評価し、1.3倍を超える場合には「×」と評価した。なお初期粘度は、連続撹拌開始時点の粘度を意味する。結果を表1に示す。
上述の各ソルダペーストについて、JIS3284-3に準拠し、リフロー工程の加熱時でのだれ挙動の測定を行った。なお、メタルマスクとしては、JISZ3284-3の図6において、より孔径が小さいメタルマスクを使用した。各パターンのうち印刷されたソルダペースト全てが一体にならない最小間隔を目視により測定した。最小間隔が小さいほど、加熱時の形状保持性が良好であることを表す。最小間隔の測定結果が0.4mm以下を「〇」と評価し、0.5mm以上を「×」と評価した。
上述の各ソルダペーストについて、JIS3284-3に準拠し測定を行った。4回測定を行い、プローブを引き剥がすのに必要な力の平均値が1.1N以上を「〇」と評価し、1.1N未満を「×」と評価した。プローブを引き剥がすのに必要な力が高いほど、粘着性が高く、チップ保持力が優れることを表す。
Claims (6)
- ベース樹脂、活性剤、チクソ剤、溶剤、及びはんだ接合不良抑制剤を含む、フラックスであって、
前記はんだ接合不良抑制剤は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含む共重合体であり、
前記共重合体の重量平均分子量は、1000以上100000以下であり、
前記はんだ接合不良抑制剤は、当該フラックス全体に対して、1質量%以上25質量%以下の量である、フラックス:
- ベース樹脂、活性剤、チクソ剤、溶剤、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテル及びはんだ接合不良抑制剤を含む、フラックスであって、
前記はんだ接合不良抑制剤は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを含む共重合体であり、
前記共重合体の重量平均分子量は、1000以上100000以下であり、
前記はんだ接合不良抑制剤は、当該フラックス全体に対して、1質量%以上25質量%以下の量である、フラックス:
- 前記式(1)において、R1は、置換もしくは無置換のアリール基である、請求項1又は2に記載のフラックス。
- 前記式(2-1)において、R22は、炭素数2又は3のアルキレン基である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のフラックス。
- はんだ粉末と、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のフラックスと、を含むソルダペースト。
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