KR20230154287A - 플럭스 및 솔더 페이스트 - Google Patents

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KR20230154287A
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도모코 나가이
가즈요리 다카기
아이 아사미
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센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
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Abstract

베이스 수지, 활성제, 칙소제, 용제, 및 땜납 접합 불량 억제제를 포함하는, 플럭스로서, 상기 땜납 접합 불량 억제제는, 식(1)로 나타내는 구조 단위와, 식(2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 공중합체이며, 상기 공중합체의 중량 평균 분자량은, 1000 이상 100000 이하이며, 상기 땜납 접합 불량 억제제는, 당해 플럭스 전체에 대해서, 1 질량% 이상 25 질량% 이하의 양인, 플럭스:
식(1)에 있어서, R1는, 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의, 직쇄상, 분지쇄상 혹은 환상의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기이며,
식(2)에 있어서, R2는, 식(2-1)로 나타내는 기이며,
식(2-1)에 있어서, n은, 1~30의 정수이며, R21는, 수소 원자 또는 탄소수 1~6의 알킬기이며, R22는, 탄소수 1~6의, 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식의 알킬렌기이다.

Description

플럭스 및 솔더 페이스트
본 발명은, 플럭스 및 솔더 페이스트에 관한 것이다.
근래, 정보 기기의 소형화에 의해, 정보 기기에 탑재되는 전자 부품에 있어서도 급속한 소형화 및 박형화가 진행되고 있다. 전자 부품은, 박형화의 요구에 의해, 접속 단자의 협소화나 실장 면적의 축소화에 대응하기 위해, 이면(裏面)에 전극이 설치된 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array, BGA)가 이용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
BGA를 적용한 전자 부품에는, 예를 들면, 반도체 패키지가 있다. 반도체 패키지에서는, 전극을 가지는 반도체 칩이 수지로 봉지되어 있고, 반도체 패키지의 전극에는, 땜납 범프가 형성되어 있다. 이 땜납 범프는, 땜납 볼을 반도체 패키지의 전극에 접합하는 것에 의해 형성되어 있다.
BGA를 적용한 반도체 패키지는, 솔더 페이스트가 도포된 기판의 전극에, 각 땜납 펌프가 정렬되어 재치되고, 가열에 의해 솔더 페이스트가 용융되는 것에 의해 땜납 범프와 전극이 접합하여, 기판에 탑재된다.
여기서 이용되는 솔더 페이스트는, 땜납 분말, 플럭스를 포함하는 조성물이다. 기판의 전극에 도포된 솔더 페이스트는, 리플로우로(爐) 중에서 가열되면, 땜납 입자가 융점 이상에서 용융하면서, 이 땜납 입자의 표면의 산화막이 플럭스의 작용에 의해 제거된다. 이에 의해, 땜납 입자가 일체화하여, 땜납 범프와 전극과의 접합이 완수된다.
특허문헌 1: 일본 특개2008-71779호 공보
BGA를 적용한 반도체 패키지에서는, 근래 박형화가 요구되고, 반도체 패키지의 박형화가 진행되고 있다. 이와 같이, 반도체 칩의 박형화가 진행함으로써, 리플로우시의 가열로, 종래에는 무시할 수 있던 플럭스의 주(主)활성 온도역보다 저온역에서 반도체 패키지에 발생하는 휨이 커져, 납땜의 새로운 문제가 되어 왔다.
납땜 공정에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 반도체 패키지(1)의 전극(도시하지 않음)에, 땜납 범프(2)가 형성된다. 또한, 기판(3)에 설치된 기판 전극(4)에, 솔더 페이스트(5A)가 도포된다. 이 솔더 페이스트(5A)가 도포된 기판 전극(4) 상에, 반도체 패키지(1)의 땜납 범프(2)가 재치된다. 도 1(a)에 나타내는 리플로우의 전의 공정에서는, 땜납 범프(2)와 기판 전극(4)에 도포된 솔더 페이스트(5A)는 접한 상태로 있다. 계속되는 리플로우 공정에 의해, 반도체 패키지(1)가 우선 저온역으로 가열되고, 여기서 가열에 의해 반도체 패키지(1)의 전체에 휨이 발생한다. 그 중에서도, 부품 단부에서는 휨이 크고, 그 때문에, 솔더 페이스트(5A)의 대부분은 기판 전극(4) 상에 남으면서, 솔더 페이스트(5A)의 일부가 부착한 상태의 땜납 범프(2)가, 기판 전극(4)로부터 박리하는 사상(事象)이 생긴다(도 1(b)). 이에 의해, 땜납 범프(2)와 기판 전극(4)에 도포된 솔더 페이스트(5A)와의 사이에 클리어런스(간극)가 생긴다.
이와 같이 땜납 범프(2)가 기판 전극(4)로부터 박리함으로써, 본 가열시에 용융 중의 솔더 페이스트(5A)와 기판 전극(4)이 땜납 접합에 충분한 접촉 면적이나 시간을 갖지 못하거나, 또는, 접촉할 수 없는 것에 의해, 기판 전극(4)의 표면의 금속 산화막과 플럭스 중의 활성제 성분이 충분한 반응을 하지 못하여, 기판 전극(4)의 표면의 금속 산화막을 제거할 수 없다. 이에 의해, 땜납 범프와 전극이 충분히 접합하지 않아, 접합 불량이 생긴다. 또한 땜납 범프(2)와 기판 전극(4)이 떨어진 채로, 납땜 공정이 종료하는 것에 의해, 땜납 범프(2)와 기판 전극(4)이 충분히 접합하지 않아, 접합 불량이 생긴다.
본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 특히 플럭스의 주활성 온도역보다 저온역에서 발생한 부품의 휨에 의해, 땜납 범프가 기판 전극으로부터 박리하는 것을 억제할 수 있는 솔더 페이스트용의 플럭스 및 솔더 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 특정의 구조를 가지고 땜납 접합 불량 억제제를 이용하는 것에 의해, 기판의 휨 등에 의한 응력이 가해져도, 접합 대상물로부터 박리하는 것을 억제할 수 있는 솔더 페이스트를 얻을 수 있는 것을 찾아내어 본 발명을 완성시켰다.
본 발명에 의하면, 베이스 수지, 활성제, 칙소제, 용제, 및 땜납 접합 불량 억제제를 포함하는, 플럭스로서,
상기 땜납 접합 불량 억제제는, 식(1)로 나타내는 구조 단위와, 식(2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 공중합체이며,
상기 공중합체의 중량 평균 분자량은, 1000 이상 100000 이하이며,
상기 땜납 접합 불량 억제제는, 당해 플럭스 전체에 대해서, 1 질량% 이상 25 질량% 이하의 양인, 플럭스가 제공된다.
식(1)에 있어서, R1은, 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의, 직쇄상, 분지쇄상 혹은 환상의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기이며,
식(2)에 있어서, R2는, 식(2-1)로 나타내는 기이며,
식(2-1)에 있어서, n은, 1~20의 정수이며, R21은, 수소 원자 또는 탄소수 1~6의 알킬기이며, R22는, 탄소수 1~6의, 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식의 알킬렌기이다.
본 발명에 의하면, 베이스 수지, 활성제, 칙소제, 용제, 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르 및 땜납 접합 불량 억제제를 포함하는, 플럭스로서,
상기 땜납 접합 불량 억제제는, 식(1)로 나타내는 구조 단위와, 식(2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 공중합체이며,
상기 공중합체의 중량 평균 분자량은, 1000 이상 100000 이하이며,
상기 땜납 접합 불량 억제제는, 당해 플럭스 전체에 대해서, 1 질량% 이상 25 질량% 이하의 양인, 플럭스가 제공된다.
식(1)에 있어서, R1은, 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의, 직쇄상, 분지쇄상 혹은 환상의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기이며,
식(2)에 있어서, R2는, 식(2-1)로 나타내는 기이며,
식(2-1)에 있어서, n은, 1~20의 정수이며, R21은, 수소 원자 또는 탄소수 1~6의 알킬기이며, R22는, 탄소수 1~6의, 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식의 알킬렌기이다.
또한, 본 발명에 의하면, 땜납 분말과, 상기 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트가 제공된다.
본 발명에 의하면, 기판의 휨 등에 의한 응력이 가해져도, 접합 대상물로부터 박리하는 것을 억제할 수 있고, 따라서 접합 불량을 억제할 수 있는 솔더 페이스트, 및 이러한 솔더 페이스트에 이용하는 플럭스가 제공된다.
[도 1] 종래의 플럭스를 이용한 납땜 공정을 나타내는 설명도이다.
[도 2] 본 실시 형태의 플럭스에 의한 작용 효과예를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 상세하게 설명한다. 덧붙여, 본 명세서 중, 수치 범위의 설명에 있어서의 「X~Y」라는 표기는, 특별히 거절하지 않는 한, X 이상 Y 이하의 것을 나타낸다. 예를 들면, 「1~5 질량%」란 「1 질량% 이상 5 질량% 이하」를 의미한다.
본 명세서에 있어서의 기(원자단)의 표기에 있어서, 치환인지 무치환인지를 적지 않은 표기는, 치환기를 가지지 않는 것과 치환기를 가지는 것의 양쪽을 포함하는 것이다. 예를 들면 「알킬기」란, 치환기를 가지지 않는 알킬기(무치환 알킬기) 뿐만 아니라, 치환기를 가지는 알킬기(치환 알킬기)도 포함하는 것이다.
[플럭스]
(제1의 실시 형태)
제1의 실시 형태에 있어서의 플럭스는, 베이스 수지, 활성제, 칙소제, 용제, 및 땜납 접합 불량 억제제를 포함한다. 제1의 실시 형태의 플럭스에 있어서, 땜납 접합 불량 억제제는, 식(1)로 나타내는 구조 단위와, 식(2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 공중합체이다.
식(1)에 있어서, R1은, 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의, 직쇄상, 분지쇄상 혹은 환상의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기이다.
식(2)에 있어서, R2는, 식(2-1)로 나타내는 기이다.
식(2-1)에 있어서, n은, 1~20의 정수이며, R21은, 수소 원자 또는 탄소수 1~6의 알킬기이며, R22는, 탄소수 1~6의, 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식의 알킬렌기이다.
본 실시 형태의 플럭스는, 식(1)로 나타내는 구조 단위와, 식(2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 공중합체를 포함하는 것에 의해, 땜납의 접합 불량이 억제된다. 여기서, 본 발명에 있어서, 「접합 불량」은, 예를 들면, 땜납과, 납땜의 대상이 조인트 형성되지 않는 것(Non Wet Open: NWO)를 의미한다. 「접합 불량」은, 예를 들면, 전기 저항 측정에 의해 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서, 「접합 불량의 억제」는, 예를 들면, 본 발명의 억제제를 포함하지 않는 이외는 마찬가지의 조성을 가지는 대조의 땜납 또는 솔더 페이스트를 이용하여 접합했을 경우에, 유의하게 접합 불량의 발생 빈도가 저하하는 것을 의미한다. 상기 접합 불량의 발생 빈도는, 후술의 NWO 평가 시험에 근거하여 실시할 수 있다. 본 실시 형태의 플럭스는, 상기 공중합체를 포함하는 것에 의해, 땜납 범프에 대한 밀착성이 뛰어나, 반도체 패키지 전극과 기판 전극과의 강건한 접속이 실현된다. 따라서 본 실시 형태의 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트는, 기판의 휨 등에 의한 응력이 가해져도 접합 대상물로부터 박리하지 않고, 결과적으로 반도체 패키지의 땜납 범프와 기판의 전극과의 사이의 접합 불량이 억제된다.
보다 상세하게는, 본 실시 형태의 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트를 사용했을 경우, 리플로우 공정에 의한 가열에 의해 반도체 패키지(1)에 휨이 발생해도, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 땜납 범프(2)가 기판 전극(4)로부터 박리하는 사상이 생기지 않는다. 본 실시 형태의 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트를 사용하는 것에 의해, 반도체 패키지(1)에 휨이 발생해도, 도 2에 나타내는 바와 같이, 솔더 페이스트(5A)가 기판 전극(4)과 땜납 범프(2)의 양쪽으로부터 박리하지 않고, 따라서 땜납 범프(2)와 기판 전극(4)의 사이에 클리어런스가 생기지 않는다. 따라서, 땜납 범프(2)와 기판 전극(4)의 사이의 접합이 확보된다.
(제2의 실시 형태)
제2의 실시 형태에 있어서의 플럭스는, 베이스 수지, 활성제, 칙소제, 용제, 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르 및 땜납 접합 불량 억제제를 포함한다. 제2의 실시 형태의 플럭스는, 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르를 포함하는 점에서, 상기 제1의 실시 형태의 플럭스와 상위(相違)하다.
이하에, 제1 및 제2의 실시 형태의 플럭스에 이용되는 성분에 대하여 상술한다.
(땜납 접합 불량 억제제)
본 실시 형태의 플럭스는, 땜납 접합 불량 억제제로서, 식(1)로 나타내는 구조 단위와, 식(2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 공중합체(본 명세서 중, 「공중합체 P」라고 칭한다)를 포함한다.
식(1)에 있어서, R1은, 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의, 직쇄상, 분지쇄상 혹은 환상의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기이다.
식(2)에 있어서, R2는, 식(2-1)로 나타내는 기이다.
식(2-1)에 있어서, n은, 1~20의 정수이며, R21은, 수소 원자 또는 탄소수 1~6의 알킬기이며, R22는, 탄소수 1~6의, 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식의 알킬렌기이다.
본 실시 형태의 플럭스는, 상술의 공중합체 P를 포함하는 것에 의해, 땜납의 접합 불량이 억제된다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태의 플럭스는, 상술의 공중합체 P를 포함하는 것에 의해, 기판 전극 및 땜납 범프의 쌍방에 대한 밀착성이 뛰어나다. 이에 의해, 반도체 패키지와 기판 전극의 강건한 접속이 실현된다. 따라서 본 실시 형태의 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트는, 기판의 휨 등에 의한 응력이 가해져도 접합 대상물로부터 박리하지 않고, 결과적으로 반도체 패키지의 땜납 범프와 기판의 전극과의 사이의 접합 불량이 억제된다. 상기의 공중합체 P를 이용하는 것에 의해 상기 효과를 얻을 수 있는 이유는, 반드시 분명하지 않지만, 제1로, 공중합체 P는 고내열성이며, 납땜 공정으로 고온 환경에 노출되어도, 기판 전극 및 땜납 범프에 대한 밀착성을 유지할 수 있기 때문이라고 생각할 수 있다. 또한 제2로, 공중합체 P는, 고내열성이기 때문에, 고온 환경 하에서도, 솔더 페이스트 중에 있어서의 땜납 분말의 분산성을 균일화하는 작용을 가지기 때문이라고 생각할 수 있다.
본 실시 형태에서 이용되는 공중합체 P에 있어서의 상기 식(1)로 나타내는 구조 단위에 있어서, R1은, 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의, 직쇄상, 분지쇄상 혹은 환상의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기이다. 바람직하게는, R1은, 탄소수 1~24의 포화 직쇄 알킬기 또는 무치환의 아릴기이며, 보다 바람직하게는, R1은, 탄소수 6~18의 포화 직쇄 알킬기, 페닐기 또는 알킬 페닐기이다. R1이 상기 구조를 가지는 것에 의해, 공중합체 P는, 뛰어난 땜납 접합 불량 억제 효과를 가질 수 있다.
여기서, R1을 구성할 수 있는 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의 직쇄, 분기상 혹은 환상의 알킬기로서는, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, (n-)헥실기, (n-)헵틸기, (n-)옥틸기, (n-)노닐기, (n-)데실기, (n-)운데실기, (n-)도데실기, (n-)트리데실기, (n-)테트라데실기, (n-)펜타데실기, (n-)헥사데실기, (n-)헵타데실기, (n-)옥타데실기, (n-)노나데실기, (n-)헨에이코실기, (n-)도코실기, (n-)트리코실기, (n-)테트라코실기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 특히, R1이, 헥실기, 옥타데실기, (n-)옥틸기(-C8H17)인 것이, 공중합체 P가 뛰어난 땜납 접합 불량 억제 효과를 가지는 점에서 바람직하다.
R1을 구성할 수 있는 치환 혹은 무치환의 아릴기는, 예를 들면, 페닐기, 알킬 페닐기 등을 들 수 있고, 바람직하게는, 페닐기, 메틸 페닐기를 들 수 있다. 상기 알킬 페닐기에 있어서의 알킬기는, 예를 들면, 탄소수 1~5의 포화 혹은 불포화의 직쇄, 분지상 혹은 환상의 알킬기이며, 바람직하게는, 탄소수 1~5의 포화의 직쇄 알킬기이다. 알킬 페닐기에 있어서의 알킬기는, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기 등을 들 수 있다. 아릴기에 있어서, 벤젠환 등의 방향환의 수소 원자는, 예를 들면, 다른 치환기에 의해 치환되어도 되고, 다른 치환기로서는, 예를 들면, 히드록시기, 할로겐기, 아미노기, 알킬기 등을 들 수 있다. 여기서, 할로겐기는, 예를 들면, 염소 원자, 브롬 원자 등을 들 수 있다.
공중합체 P의 전(全) 구조 단위 중의 식(1)로 나타내는 구조 단위의 비율은, 예를 들면, 20~80 몰%이며, 바람직하게는, 30~70 몰%이며, 보다 바람직하게는, 40~60 몰%이다.
본 실시 형태에서 이용되는 공중합체 P에 있어서의 상기 식(2)로 나타내는 구조 단위에 있어서, R2는, 상기 식(2-1)로 나타내는 기이다. 상기 식(2-1)에 있어서, n은, 1~30의 정수이며, R21은, 수소 원자 또는 탄소수 1~6의 알킬기이며, R22는, 탄소수 1~6의, 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식의 알킬렌기이다. 식(2-1)에 있어서, n은, 바람직하게는, 1~20의 정수이며, 보다 바람직하게는, 4~15의 정수이며, 보다 더욱 바람직하게는, 8~13의 정수이다. 식(2-1)에 있어서, R21은, 바람직하게는, 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기이며, 보다 바람직하게는, 탄소수 1또는 2의 알킬기(메틸기, 또는 에틸기)이다. R22는, 바람직하게는, 탄소수 1~6의 직쇄 알킬렌기이며, 보다 바람직하게는, 탄소수 2 또는 3의 알킬렌이다. 환언하면, 식(2) 중의 -R21O-기는, 옥시에틸렌기 또는 옥시프로필렌기인 것이 바람직하다. 공중합체 P가, 상기 식(2)로 나타내는 구조 단위를 가지는 것에 의해, 솔더 페이스트 중에 있어서의 땜납 분말의 분산성이 향상할 수 있다.
공중합체 P의 전 구조 단위 중의 식(2)로 나타내는 구조 단위의 비율은, 예를 들면, 20~80 몰%이며, 바람직하게는, 30~70 몰%이며, 보다 바람직하게는, 40~60 몰%이다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 공중합체 P는, 식(p1)로 나타내는 반복 구조를 가지는 공중합체(p1)이다.
식(p1)에 있어서, l 및 m는, 공중합체(p1) 중의 몰 함유율을 나타내고, l는 0보다 크고 1 미만이며, m는 0보다 크고 1 미만이며,
R1은, 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의 직쇄, 분지상 혹은 환상의 알킬기이며,
R2는, 상기 식(2)에 있어서의 정의와 동의이다.
식(p1)로 나타내는 공중합체(p1)는, 각 구조 단위가 교호로 결합한 교호 공중합체이어도 되고, 랜덤으로 결층한 랜덤 공중합체이어도 되고, 블록 단위로 결합한 블록 공중합체이어도 된다.
다른 바람직한 실시 형태에 있어서, 공중합체 P는, 식(p2)로 나타내는 반복 구조를 가지는 공중합체(p2)이다.
식(p2)에 있어서, l 및 m는, 공중합체(p2) 중의 몰 함유율을 나타내고, l는 0보다 크고 1 미만이며, m는 0보다 크고 1 미만이며,
R2는, 상기 식(2)에 있어서의 정의와 동의이다.
식(p2)로 나타내는 공중합체(p2)도 또한, 각 구조 단위가 교호로 결합한 교호 공중합체이어도 되고, 랜덤으로 결층한 랜덤 공중합체이어도 되고, 블록 단위로 결합한 블록 공중합체이어도 된다.
공중합체(p2)는, 상기 식(1)이 식(6)으로 나타내는 구조 단위인 경우에 상당한다. 식(6)로 나타내는 구조 단위는 화학적으로 견뢰(堅牢)하다. 그 때문에, 이를 구조 단위로서 포함하는 공중합체(p2)는, 땜납 접합 불량 억제 효과를 가지면서, 높은 내열성을 가질 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 공중합체 P의 중량 평균 분자량(Mw)은, 예를 들면, 1000~100000이다. 공중합체 P의 중량 평균 분자량(Mw)의 하한치는, 바람직하게는, 2000 이상이며, 보다 바람직하게는, 4000 이상이며, 더욱 바람직하게는, 6000 이상이며, 특히 바람직하게는, 7000 이상이다. 공중합체 P의 중량 평균 분자량(Mw)의 하한치는, 바람직하게는, 50000 이하이며, 보다 바람직하게는, 40000 이하이며, 더욱 바람직하게는, 30000 이하이며, 특히 바람직하게는, 20000 이하이다.
일 실시 형태에 있어서, 공중합체 P의 수평균 분자량(Mn)은, 예를 들면, 1000~4000이며, 바람직하게는, 2000~3000이다. 일 실시 형태에 있어서, 공중합체 P의 분산도(Mw/Mn)는, 예를 들면, 1.0~5.0이며, 바람직하게는, 2.0~4.0이며, 보다 바람직하게는, 3.0~4.0이다. 상기 범위의 분자량 및 분포를 가지는 공중합체 P를 사용하는 것에 의해, 얻어지는 솔더 페이스트에 있어서의 땜납 분말의 분산성이 향상하면서, 땜납 접합부가 높은 강도 및 높은 인성을 가질 수 있다. 덧붙여, 이들 값은, 폴리스티렌을 표준 물질로서 이용하는 겔 퍼미에이션 크로마토그래피(GPC) 측정에 의해 구할 수 있다.
(땜납 접합 불량 억제제의 제조 방법)
이하에, 땜납 접합 불량 억제제로서 사용되는 공중합체 P의 제조 방법으로 기재한다.
본 실시 형태에서 이용되는 공중합체 P는, 예를 들면, 식(p3)으로 나타내는, 올레핀 및/또는 비닐 방향족 화합물과 무수 말레산의 공중합체(이하, 「전구체 폴리머」라고 칭한다)에, 상기 식(2-1)로 나타내는 기를 도입하는 것에 의해 얻을 수 있다.
식(p3)에 있어서, R1은, 상기 식(1)에 있어서의 정의와 동의이며, l 및 m는, 전구체 폴리머(p3) 중의 몰 함유율을 나타내고, l는 0보다 크고 1 미만이며, m는 0보다 크고 1 미만이다.
보다 상세하게는, 공중합체 P는, 올레핀 및/또는 비닐 방향족 화합물과 무수 말레산의 공중합체인 전구체 폴리머(p3)를, 염기성 촉매의 존재 하, 이하의 식(7)로 나타내는 알코올과 반응시키는 것에 의해 제조할 수 있다. 이 전구체 폴리머(p3)와 식(7)의 화합물의 반응에 의해, 전구체 폴리머(p3) 중의 무수 말레산 부분이 에스테르화 되어, 식(p)로 나타내는 목적의 공중합체 P를 얻을 수 있다. 여기서, 전구체 폴리머(p3)는, 랜덤 공중합체, 교호 공중합체, 블록 공중합체의 어느 하나이어도 된다. 일반적으로, 무수 말레산은 교호 공중합성이 강한 모노머로서 알려져 있기 때문에, 전구체 폴리머(p3)는, 전형적으로는, 교호 공중합체이다.
식(p)에 있어서, l 및 m는, 공중합체 P 중의 몰 함유율을 나타내고, l는 0보다 크고 1 미만이며, m는 0보다 크고 1 미만이며, R1은, 상기 식(1)에 있어서의 정의와 동의이며, R2는, 상기 식(2)에 있어서의 정의와 동의이다.
식(p3)으로 나타내는 전구체 폴리머(p3)은, 올레핀 또는 비닐 방향족 화합물과 무수 말레산의 중합 반응에 의해 제조해도 되고, 시판의 제품을 사용해도 된다. 올레핀 또는 비닐 방향족 화합물과 무수 말레산의 중합 반응으로서는, 올레핀 또는 비닐 방향족 화합물과 무수 말레산을 중합 개시제의 존재 하에서 반응시키는 공지의 수법을 사용할 수 있다. 전구체 폴리머(p3)을 제조하기 위해서 이용하는 올레핀으로서는, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 이소부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 1-도데센 등의 α-올레핀이 바람직하다. 전구체 폴리머(p3)을 제조하기 위해서 이용하는 비닐 방향족 화합물로서는, 스티렌, α-메틸 스티렌, p-메틸 스티렌, 디비닐 벤젠, 1,1-디페닐 에틸렌, N,N-디메틸-p-아미노 에틸 스티렌, N,N-디에틸-p-아미노 에틸 스티렌 등을 들 수 있다. 제조 코스트의 관점으로부터 스티렌을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 올레핀 또는 비닐 방향족 화합물은, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 또한, 전구체 폴리머(p3)로서 사용하는 스티렌-무수 말레산 공중합체로서는, Xiran 시리즈(Polyscope사 제) 등을 들 수 있다.
상술의 전구체 폴리머(p3)에 식(2-1)로 나타내는 기를 도입하는 공정은, 전구체 폴리머(p3)와 이하의 식(7)로 나타내는 화합물을, 염기성 촉매의 존재 하에서 반응시키는 것에 의해 실시된다.
여기서, 식(7)에 있어서, n, R21 및 R22는, 식(2-1)에 있어서의 정의와 동의이다.
상기 공정에서 사용되는 식(7)로 나타내는 화합물로서는, 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르가 들 수 있고, 바람직하게는, n이 1~30인 폴리에틸렌글리콜 모노메틸 에테르 또는 폴리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 혹은 n이 1~30인 폴리프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 또는 폴리프로필렌글리콜 모노에틸 에테르가 들 수 있다. 식(7)로 나타내는 화합물에 있어서, n은, 보다 바람직하게는, 1~20의 정수이며, 더욱 바람직하게는, 4~15의 정수이며, 더욱 더 그러하게 바람직하게는, 8~13의 정수이다.
일 실시 형태에 있어서, 공중합체 P는, 식(8)로 나타내는 구조 단위, 식(9)로 나타내는 구조 단위, 또는 식(10)으로 나타내는 구조 단위를 포함해도 된다.
식(9)에 있어서, R2는, 상기 식(2)에 있어서의 것과 동의이다. 공중합체 P가, 식(8)로 나타내는 구조 단위, 식(9)로 나타내는 구조 단위, 또는 식(10)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 경우, 그 함유량은, 공중합체 P의 전 구조 단위에 대해서, 1~10 몰%이다.
플럭스 중의 공중합체 P의 함유량은, 플럭스 전체에 대해서, 1 질량% 이상 25 질량% 이하의 양이다. 일 실시 형태에 있어서, 플럭스 중의 공중합체 P의 함유량의 하한치는, 플럭스 전체에 대해서, 바람직하게는, 1.5 질량% 이상이며, 보다 바람직하게는, 2 질량% 이상이며, 더욱 바람직하게는, 5 질량% 이상이며, 보다 더욱 바람직하게는, 8 질량% 이상이며, 특히 바람직하게는, 10 질량% 이상이다. 일 실시 형태에 있어서, 플럭스 중의 공중합체 P의 함유량의 상한치는, 플럭스 전체에 대해서, 바람직하게는, 24 질량% 이하이며, 보다 바람직하게는, 22 질량% 이하이며, 더욱 바람직하게는, 20 질량% 이하이며, 특히 바람직하게는, 18 질량% 이하이다.
(베이스 수지)
본 실시 형태의 플럭스에 이용되는 베이스 수지로서는, 예를 들면, 로진계 수지, (메타)아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 페녹시 수지, 비닐 에테르계 수지, 테르펜 수지, 변성 테르펜 수지(예를 들면, 방향족 변성 테르펜 수지, 수첨 테르펜 수지, 수첨 방향족 변성 테르펜 수지 등), 테르펜페놀 수지, 변성 테르펜페놀 수지(예를 들면, 수첨 테르펜페놀 수지 등), 스티렌 수지, 변성 스티렌 수지(예를 들면, 스티렌 아크릴 수지, 스티렌 말레인 수지 등), 크실렌 수지, 변성 크실렌 수지(예를 들면, 페놀 변성 크실렌 수지, 알킬 페놀 변성 크실렌 수지, 페놀 변성 레조르형 크실렌 수지, 폴리올 변성 크실렌 수지, 폴리옥시에틸렌 부가 크실렌 수지 등) 등을 들 수 있다. 이들을 단독으로 이용해도 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 덧붙여, 본 명세서 중, 「(메타)아크릴계 수지」란, 메타크릴계 수지 및 아크릴계 수지를 포함하는 개념을 말한다.
이들 중에서도, 베이스 수지는, 로진계 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 로진계 수지로서는, 예를 들면, 검 로진, 우드 로진, 톨유 로진 등의 원료 로진, 원료 로진으로부터 얻어지는 유도체를 들 수 있다. 유도체로서는, 예를 들면, 정제 로진, 수첨 로진, 불균화 로진, 중합 로진 및 α,β 불포화 카르복시산 변성물(아크릴화 로진), 말레인화 로진, 프마르화 로진 등), 및 중합 로진의 정제물, 수소화물 및 불균화물, 및 α,β 불포화 카르복시산 변성물의 정제물, 수소화물, 불균화물 등을 들 수 있다. 이들 로진계 수지는, 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 이용된다.
플럭스 중의 베이스 수지의 함유량은, 플럭스 전체에 대하여, 예를 들면, 10~60 질량%이며, 바람직하게는, 20~50 질량%이다.
(활성제)
본 실시 형태의 플럭스는, 플럭스 작용을 가지는 활성제를 포함한다. 여기서 플럭스 작용이란, 솔더 페이스트가 도포되는 금속 표면에 생긴 산화 피막을 제거한다고 하는 환원 작용, 및, 용융 땜납의 표면 장력을 저하시켜, 땜납의 접합 금속 표면에의 젖음성을 촉진하는 작용을 의미한다. 활성제로서는, 유기산, 유기 할로겐 화합물, 아민 할로겐화 수소산 염 등을 들 수 있다.
유기산으로서는, 모노카르복시산, 디카르복시산, 디카르복시산의 무수물, 옥시산 등을 들 수 있다. 이들을 단독으로 이용해도 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이 중에서도, 히드록시기 및 카르복시기의 적어도 한쪽을 분자 중에 2개 이상 가지는 다가의 유기산을 이용해도 된다.
유기산의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 글루타르산, 아디핀산, 아젤라인산, 에이코산 2산, 구연산, 글리콜산, 숙신산, 살리실산, 디글리콜산, 디피코린산, 디부틸아닐린 디글리콜산, 수베르산, 세바신산, 티오글리콜산, 테레프탈산, 도데칸 2산, 파라히드록시페닐 아세트산, 피코 인산, 페닐 숙신산, 프탈산, 푸말산, 말레인산, 말론산, 라우린산, 벤조산, 주석산, 이소시아눌산 트리스(2-카르복시에틸), 글리신, 1,3-시클로헥산 디카르복시산, 2,2-비스(히드록시메틸) 프로피온산, 2,2-비스(히드록시메틸) 부탄산, 2,3-디히드록시벤조산, 2,4-디에틸 글루타르산, 2-퀴놀린 카르복시산, 3-히드록시벤조산, 사과산, p-아니스산, 스테아린산, 12-히드록시스테아린산, 올레인산, 리놀산, 리놀렌산 등을 들 수 있다.
또한, 유기산으로서는, 다이머산, 트리머산, 다이머산에 수소를 첨가한 수첨물인 수첨 다이머산, 트리머산에 수소를 첨가한 수첨물인 수첨 트리머산 등도 사용할 수 있다. 예로서는, 올레인산과 리놀산의 반응물인 다이머산, 올레인산과 리놀산의 반응물인 트리머산, 아크릴산의 반응물인 다이머산, 아크릴산의 반응물인 트리머산, 메타크릴산의 반응물인 다이머산, 메타크릴산의 반응물인 트리머산, 아크릴산과 메타크릴산의 반응물인 다이머산, 아크릴산과 메타크릴산의 반응물인 트리머산, 올레인산의 반응물인 다이머산, 올레인산의 반응물인 트리머산, 리놀산의 반응물인 다이머산, 리놀산의 반응물인 트리머산, 리놀렌산의 반응물인 다이머산, 리놀렌산의 반응물인 트리머산, 아크릴산과 올레인산의 반응물인 다이머산, 아크릴산과 올레인산의 반응물인 트리머산, 아크릴산과 리놀산의 반응물인 다이머산, 아크릴산과 리놀산의 반응물인 트리머산, 아크릴산과 리놀렌산의 반응물인 다이머산, 아크릴산과 리놀렌산의 반응물인 트리머산, 메타크릴산과 올레인산의 반응물인 다이머산, 메타크릴산과 올레인산의 반응물인 트리머산, 메타크릴산과 리놀산의 반응물인 다이머산, 메타크릴산과 리놀산의 반응물인 트리머산, 메타크릴산과 리놀렌산의 반응물인 다이머산, 메타크릴산과 리놀렌산의 반응물인 트리머산, 올레인산과 리놀렌산의 반응물인 다이머산, 올레인산과 리놀렌산의 반응물인 트리머산, 리놀산과 리놀렌산의 반응물인 다이머산, 리놀산과 리놀렌산의 반응물인 트리머산, 상술한 각 다이머산의 수첨물인 수첨 다이머산, 상술한 각 트리머산의 수첨물인 수첨 트리머산 등을 들 수 있다.
유기 할로겐화물로서는, 수성 용매에 대한 용해성을 향상시키기 위해서, 예를 들면 할로겐화 알코올이나 할로겐화 카르복실 화합물과 같이 수산기나 카르복실기 등의 극성기를 가지는 것이 바람직하다. 할로겐화 알코올로서는, 예를 들면 2,3-디브로모프로판올, 2,3-디브로모부탄디올, 트랜스-2,3-디브로모 2-부텐-1,4-디올, 1,4-디브로모-2-부탄올, 및 트리브로모네오펜틸 알코올 등의 브롬화 알코올, 1,3-디클로로-2-프로판올, 및 1,4-디클로로-2-부탄올 등의 염소화 알코올, 3-플루오로카테콜 등의 불소화 알코올, 및, 그 외 이들과 유사한 화합물을 들 수 있다. 할로겐화 카르복실 화합물로서는, 2-요오도벤조산, 3-요오도벤조산, 2-요오도프로피온산, 5-요오도살리실산, 및 5-요오도안트라닐산 등의 요오드화 카르복실 화합물, 2-클로로벤조산, 및 3-클로로프로피온산 등의 염화 카르복실 화합물, 2,3-디브로모프로피온산, 2,3-디브로모 숙신산, 및 2-브로모 벤조산 등의 브롬화 카르복실 화합물 등을 들 수 있다.
아민 할로겐화 수소산 염으로서는, 아민류와 할로겐화 수소의 반응 생성물을 들 수 있다. 여기서, 아민류로서는, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민, 시클로헥실아민, 1,3-디페닐구아니딘, 1,3-디-o-톨릴구아니딘, 1-o-톨릴비구아니드 등을 들 수 있고, 할로겐화 수소로서는, 염소, 브롬, 요오드의 수소화물을 들 수 있다.
플럭스 중의 활성제의 함유량은, 플럭스 전체에 대하여, 예를 들면, 1~20 질량%이며, 바람직하게는, 5~15 질량%이다.
(칙소제)
본 실시 형태의 플럭스는, 칙소제를 포함한다. 칙소제는, 플럭스 및 이를 이용하여 얻어지는 솔더 페이스트의 유동 특성을 개선하는 작용을 가진다. 칙소제로서는, 예를 들면, 왁스계 칙소제, 아마이드계 칙소제 등을 들 수 있다. 왁스계 칙소제로서는, 예를 들면, 피마자 경화유 등을 들 수 있다. 아마이드계 칙소제로서는, 예를 들면, 라우린산 아마이드, 팔미틴산 아마이드, 스테아린산 아마이드, 베헨산 아마이드, 히드록시스테아린산 아마이드, 포화 지방산 아마이드, 올레산 아마이드, 에루크산 아마이드, 불포화 지방산 아마이드, p-톨루엔 메탄 아마이드, 방향족 아마이드, 치환 아마이드, 메틸올 스테아린산 아마이드, 메틸올 아마이드, 지방산 에스테르 아마이드 등을 들 수 있다. 아마이드계 칙소제는, 비스아마이드계 칙소제 및/또는 폴리아마이드계 칙소제이어도 되고, 비스아마이드계 칙소제로서는, 메틸렌 비스스테아린산 아마이드, 에틸렌 비스라우린산 마이드, 에틸렌 비스히드록시스테아린산 아마이드, 포화 지방산 비스아마이드, 메틸렌 비스올레산 아마이드, 불포화 지방산 비스아마이드, m-크실렌 비스스테아린산 아마이드, 방향족 비스아마이드 등을 들 수 있고, 폴리아마이드계 칙소제로서는, 포화 지방산 폴리아마이드, 불포화 지방산 폴리아마이드, 방향족 폴리아마이드 등을 들 수 있다.
플럭스 중의 칙소제의 함유량은, 플럭스 전체에 대하여, 예를 들면, 1~15 질량%이며, 바람직하게는, 5~10 질량%이다.
(용제)
본 실시 형태의 플럭스는, 용제를 포함한다. 용제는, 플럭스의 점도를, 도포에 적절한 정도로 조정하기 위해서 이용된다. 이용되는 용제로서는, 알코올계 용제, 글리콜 에테르계 용제, 테르피네올류, 탄화수소류, 에스테르류, 물 등을 들 수 있다. 이들을 단독으로 이용해도 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이 중에서도, 알코올계 용제 또는 글리콜 에테르계 용제의 적어도 한쪽을 이용해도 된다.
알코올계 용제로서는, 예를 들면, 이소프로필 알코올, 1,2-부탄디올, 이소보닐 시클로헥산올, 2,4-디에틸-1,5-펜탄디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올, 2,5-디메틸-3-헥신-2,5-디올, 2,3-디메틸-2,3-부탄디올, 1,1,1-트리스(히드록시메틸) 에탄, 2-에틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 2,2'-옥시비스(메틸렌) 비스(2-에틸-1,3-프로판디올), 2,2-비스(히드록시메틸)-1,3-프로판디올, 1,2,6-트리히드록시헥산, 비스[2,2,2-트리스(히드록시메틸) 에틸]에테르, 1-에티닐-1-시클로헥산올, 1,4-시클로헥산디올, 1,4-시클로헥산 디메탄올, 에리트리톨, 트레이톨, 구아이아콜 글리세롤 에테르, 3,6-디메틸-4-옥틴-3,6-디올, 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 등을 들 수 있다.
글리콜 에테르계 용제로서는, 예를 들면, 헥실 디글리콜, 디에틸렌글리콜 모노-2-에틸헥실 에테르, 에틸렌글리콜 모노페닐 에테르, 2-메틸펜탄-2,4-디올, 디에틸렌글리콜 모노헥실 에테르, 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, 테트라에틸렌글리콜 모노메틸 에테르 등을 들 수 있다.
에스테르계 용제로서는, 숙신산 디이소부틸, 숙신산 디부틸, 아디핀산 디메틸, 아디핀산 디에틸, 아디핀산 디부틸, 아디핀산 디이소프로필, 아디핀산 디이소부틸, 아디핀산 디이소데실, 말레인산 디부틸, 세바신산 디메틸, 세바신산 디에틸, 세바신산 디부틸, 세바신산 디옥틸, 데칸2산 디이소프로필 등을 들 수 있다.
플럭스 중의 용제의 함유량은, 베이스 수지와 유기산의 성상 및 첨가량을 고려하여, 도포 작업을 원활히 실시할 수 있는 양을 선택할 수 있고, 플럭스 전체에 대해서, 예를 들면, 10~60 질량%이며, 바람직하게는, 25~50 질량%이다.
(폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르)
제2의 실시 형태에 있어서의 플럭스는, 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르를 포함한다. 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르로서는, 예를 들면, 중량 평균 분자량이 76~5000인 폴리에틸렌글리콜 모노메틸 에테르 또는 중량 평균 분자량이 90~5000인 폴리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 혹은 중량 평균 분자량이 90~5000인 폴리프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 또는 중량 평균 분자량이 104~5000인 폴리프로필렌글리콜 모노에틸 에테르를 들 수 있다.
이용되는 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르의 중량 평균 분자량의 하한치는, 바람직하게는, 200 이상이며, 보다 바람직하게는, 300 이상이며, 더욱 바람직하게는, 400 이상이다. 이용되는 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르의 중량 평균 분자량의 상한치는, 바람직하게는, 3000 이하이며, 보다 바람직하게는, 2000 이하이며, 더욱 바람직하게는, 1500 이하이다.
폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르를 이용하는 것에 의해, 얻어지는 솔더 페이스트의 도포성 및 취급성이 개선되고, 따라서 이를 이용하여 제조된 전자 회로 실장 기판은, 뛰어난 접속 신뢰성을 구비한다.
제2의 실시 형태의 플럭스 중의, 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르의 함유량은, 플럭스 전체에 대해서, 예를 들면, 0.1 질량%~10 질량%, 바람직하게는, 2 질량%~8 질량%이다.
(그 외의 성분)
본 실시 형태의 플럭스는, 추가로 아민을 포함해도 된다. 아민은, 플럭스 활성제로서 기능할 수 있다. 아민으로서는, 예를 들면, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민, 시클로헥실아민, 1,3-디페닐구아니딘, 1,3-디-o-톨릴구아니딘, 1-o-톨릴비구아니드, 이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 4-메틸-2-페닐이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 플럭스가 아민을 포함하는 경우, 아민의 함유량은, 플럭스 전체에 대해서, 0.1 질량% 이상 5 질량% 이하이며, 바람직하게는, 1 질량% 이상 5 질량% 이하이다.
본 발명의 플럭스는, 추가로 산화 방지제를 포함해도 된다. 상기 산화 방지제에 의해, 땜납 분말의 산화를 억제할 수 있다. 산화 방지제로서는, 예를 들면, 힌더드페놀계 산화 방지제, 페놀계 산화 방지제, 비스페놀계 산화 방지제, 폴리머형 산화 방지제 등을 들 수 있다. 덧붙여, 산화 방지제는, 1종류를 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다.
플럭스 중의 산화 방지제의 배합량은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 플럭스 전량에 대해서 1 질량% 이상 10 질량% 이하이며, 바람직하게는, 1 질량% 이상 5 질량% 이하이다.
본 실시 형태의 플럭스는, 추가로, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서, 상기 이외의 다른 첨가제를 포함해도 된다. 첨가제로서는, 예를 들면, 착색제, 소포제, 계면활성제, 염소제(艶消劑) 등을 들 수 있다. 상기 첨가제의 배합량은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 플럭스 전량에 대해서 0 질량% 이상 5 질량% 이하로 할 수 있다.
[솔더 페이스트]
본 실시 형태의 솔더 페이스트는, 상술의 플럭스와, 땜납 분말을 포함한다.
땜납 분말의 종류(합금 조성 등)는 특히 한정되지 않는다. 구체적으로는, Sn-Ag 합금, Sn-Cu 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-In 합금, Sn-Pb 합금, Sn-Bi 합금, Sn-Ag-Cu-Bi 합금, 및 상기 합금 조성에 Ag, Cu, In, Ni, Co, Sb, Ge, P, Fe, Zn, 및 Ga 등을 추가로 첨가한 합금 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 솔더 페이스트는, 통상, 상술의 플럭스와, 땜납 분말(금속 분말)을 혼합함으로써 제조할 수 있다. 플럭스와 땜납 분말의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않고, 최종적으로 얻어지는 솔더 페이스트가 실용상 문제없는 정도의 점도를 가지면 된다. 플럭스와 땜납 분말의 혼합 비율은, 질량비로, 전형적으로는, 플럭스:땜납 분말=1:99~30:70, 바람직하게는, 플럭스:땜납 분말=3:97~20:80, 보다 바람직하게는, 플럭스:땜납 분말=5:95~15:85이다.
본 실시 형태의 솔더 페이스트는, 상술의 플럭스를 사용하는 것에 의해, 땜납 접합 불량을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 솔더 페이스트를 사용하는 것에 의해, 신뢰성이 높은 전자 회로 실장 기판을 제공할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 이들은 본 발명의 예시이며, 상기 이외의 여러가지 구성을 채용할 수 있다. 또한, 본 발명은 상술의 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함된다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
<플럭스의 제작>
하기 표 1에, 실시예 1~11 및 비교예 1의 조성을 나타낸다. 하기 표 1에 나타내는 배합량의 각 재료를 각각 혼합하고, 가열 용융하는 것에 의해, 균일하게 분산된 실시예 1~11 및 비교예 1의 플럭스를 얻었다.
표 1에 기재된 성분은 이하대로이다.
(베이스 수지)
·베이스 수지 1: 아크릴산 변성 수첨 로진
·베이스 수지 2: 말레인산 변성 수첨 로진
(활성제)
·활성제 1: 글루타르산
·활성제 2: 수베르산
·활성제 3: 아제라인산
·활성제 4: 숙신산
·활성제 5: 세바신산
·활성제 6: 트랜스-2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올
·활성제 7: 2-페닐-4-메틸이미다졸
(칙소제)
·칙소제 1: 폴리아마이드
·칙소제 2: 경화 피마자유
(용제)
·용제 1: 디에틸렌글리콜 모노헥실 에테르
(산화 방지제)
·산화 방지제 1: 힌더드페놀계 산화 방지제
(첨가제)
·첨가제 1: 중량 평균 분자량이 400~800인 폴리에틸렌글리콜 모노메틸 에테르의 혼합물
(접합 불량 억제제)
·억제제 1: 이하 식(p1)의 구조 단위를 가지는 공중합체(중량 평균 분자량(Mw): 7855, 수평균 분자량(Mn): 2058, Mw/Mn: 3.8).
(식(p1)에 있어서, R1은, 데실기이고, R2는, -(CH2-CH2-O-)n-C2H5(n=8~13의 혼합물)이다.)
·억제제 2: 이하 식(p2)의 구조 단위를 가지는 공중합체(중량 평균 분자량(Mw): 8495, 수평균 분자량(Mn): 2397, Mw/Mn: 3.5)
(식(p2)에 있어서, R2는, -(CH2-CH2-O-)n-C2H5(n=8~13의 혼합물)이다.)
<솔더 페이스트의 제작>
전술의 각 실시예 및 비교예로 나타낸 조성의 플럭스를 이용하여, 솔더 페이스트를 제작했다. 구체적으로는, 솔더 페이스트 전체에 대해서, 12 질량%의 각 플럭스와 88 질량%의 Sn-3Ag-0.5Cu(융점 217℃)의 땜납 분말(입경: 20~38μm)을 혼합하는 것에 의해, 실시예 1~11 및 비교예 1의 각 솔더 페이스트를 제작했다.
<솔더 페이스트의 성능 평가>
상술의 방법으로 얻어진 각 실시예 및 비교예의 솔더 페이스트를, 이하의 성능에 대하여 평가했다.
(NWO 평가)
상술의 각 솔더 페이스트에 대해서, 접합 불량(Non Wet Open: NWO)가 생기는지를 평가했다. 구체적으로는, 기판(Cu-OSP 처리 유리 에폭시 기판)에 개구 지름: 0.30 mm, 마스크 두께 0.12 mm(120μm), 개구 수: 132개의 메탈 마스크를 이용하고, 상기 각 솔더 페이스트를 인쇄하여, 땜납 범프를 형성한, 0.5 mm 피치의 BGA를 탑재했다. 이를, 리플로우 로(爐)에서, 25℃에서 130℃의 승온 속도를 3℃/sec, 130℃에서 190℃의 승온 속도를 1.0℃/sec, 피크 온도를 200℃로 설정하고 가열하고, 그 후 냉각했다. 냉각 후, 기판과 BGA를 박리시켰다. 박리 후에, 인쇄한 솔더 페이스트가, 땜납 범프에 부착하고, 또한 기판측에 솔더 페이스트가 부착하고 있지 않는 개소를, NWO가 발생한 개소로 간주했다. NWO가 발생한 개소의 개수를 세어, 표 1에, 「NWO 발생수」(개)로서 기재한다. 또한, NWO 발생수가 20개 이하인 것을 접합 양호라고 평가하고, 표 1에 있어서 「0」로 기재한다. NWO 발생수가 20개를 넘는 것을, 접합 불량이라고 평가하고, 표 1에 있어서 「Х」로 기재한다.
도 1을 참조하여 상술한 것처럼, BGA는 리플로우 공정에 있어서의 가열에 의해 휨이 발생하고, 땜납 범프가 기판 전극으로부터 박리하는 사상이 생긴다. 땜납 범프와 기판 전극이 떨어진 상태로, 납땜 공정이 종료하는 것에 의해, 땜납 범프와 기판 전극이 충분히 접합하지 않아, 접합 불량이 생긴다. 즉, 이 평가 방법에 의해서, NWO가 발생할 가능성이 있는 잠재 개소를 추측하는 것이 가능해진다.
(리플로우성(용융성))
상술의 각 솔더 페이스트의 용융성을 이하의 방법에 의해 평가했다. 우선, 기판(Cu-OSP 처리 유리 에폭시 기판)에 개구 지름: 0.28 mm, 마스크 두께 0.1 mm, 개구 수: 64개의 메탈 마스크를 이용하여, 상기 각 솔더 페이스트를 인쇄했다. 이 기판을, 50℃에서 170℃의 승온 속도를 4℃/sec, 170℃에서 195℃의 승온 속도를 약 0.2℃/sec로, 118초, 피크 온도: 236.5℃, 220℃ 이상의 용융 시간: 43초의 리플로우 프로파일로 대기 리플로우를 하여, 땜납 합금을 용융시켰다. 용융성의 평가에 대해서, 인쇄한 64점의 모두가 용융한 것을 「0」로 평가하고, 1점이라도도 용융하고 있지 않는 것을 「Х」로 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(경시 안정성)
상술의 각 솔더 페이스트에 대해서, 가부시키가이샤 말콤사 제: PCU-205를 이용하고, JIS Z 3284-3 스파이럴 방식에 준거하고, 회전수: 10 rpm, 25℃, 대기 중에서 10시간, 점도를 측정했다. 그리고, 10시간 후의 점도가, 솔더 페이스트의 초기 점도와 비교하여 1.3배 이하이면, 충분한 경시 안정성을 나타내는 것으로 하여 「○」로 평가하고, 1.3배를 넘는 경우에는 「Х」로 평가했다. 또한 초기 점도는, 연속 교반 개시 시점의 점도를 의미한다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(가열시의 흘러내림성)
상술의 각 솔더 페이스트에 대해서, JIS 3284-3에 준거하여, 리플로우 공정의 가열시에서의 흘러내림 거동의 측정을 수행했다. 덧붙여, 메탈 마스크로서는, JIS Z 3284-3의 도 6에 있어서, 보다 공경이 작은 메탈 마스크를 사용했다. 각 패턴 중 인쇄된 솔더 페이스트 모두가 일체가 되지 않는 최소 간격을 육안에 의해 측정했다. 최소 간격이 작을수록, 가열시의 형상 유지성이 양호한 것을 나타낸다. 최소 간격의 측정 결과가 0.4 mm 이하를 「0」로 평가하고, 0.5 mm 이상을 「Х」로 평가했다.
(점착성(태킹성))
상술의 각 솔더 페이스트에 대해서, JIS 3284-3에 준거하여 측정을 수행했다. 4회 측정을 수행하고, 프로브를 당겨 벗기는데 필요한 힘의 평균치가 1.1 N 이상을 「0」로 평가하고, 1.1 N 미만을 「Х」로 평가했다. 프로브를 당겨 벗기는데 필요한 힘이 클수록, 점착성이 높고, 칩 유지력이 뛰어난 것을 나타낸다.
표 1로부터 분명한 바와 같이, 비교예 1의 솔더 페이스트를 이용했을 경우, 접합부의 NWO의 평가치가 35인 것에 비하여, 실시예 1~11의 각의 각 솔더 페이스트를 이용했을 경우, 접합부의 NWO의 평가치는, 20 이하이며, 접합 불량의 발생이 억제되어 있었다. 또한, 실시예 3~11의 솔더 페이스트의 NWO의 평가치는, 7 이하이며, 접합 불량의 발생이 보다 효과적으로 억제되어 있었다. 추가로, 실시예 5~11의 솔더 페이스트의 NWO의 평가치는, 0이며, 접합 불량의 발생이 완전하게 억제되어 있었다. 이 결과로부터, 식(p1)의 공중합체(p1)를, 플럭스 전체의 질량에 대해서, 1.6~20질량% 첨가하는 것에 의해, 접합 불량의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 공중합체(p1)를, 플럭스 전체의 질량에 대해서, 3.2 질량% 이상 또는 5.6 질량% 이상으로 하는 것에 의해, 접합 불량의 발생을 추가로 효과적으로 억제할 수 있고, 12.8 질량% 이상으로 하는 것에 의해, 접합 불량의 발생을 완전하게 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 추가로, 실시예 1~10의 솔더 페이스트는, 실시예 11의 솔더 페이스트와 비교하여, 용융성(리플로우성)이 뛰어났다. 이 결과로부터, 공중합체(p1)를, 플럭스 전체의 질량에 대해서, 1.6~16 질량% 첨가하는 것에 의해, 접합 불량의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 또한 보다 뛰어난 용융성을 얻어지는 것을 알 수 있었다.
이 출원은, 2021년 3월 31일에 출원된 일본 출원 특원 2021-059865호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 명시된 모두를 여기에 취입한다.

Claims (6)

  1. 베이스 수지, 활성제, 칙소제, 용제, 및 땜납 접합 불량 억제제를 포함하는 플럭스로서,
    상기 땜납 접합 불량 억제제는 식(1)로 나타내는 구조 단위와 식(2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 공중합체이며,
    상기 공중합체의 중량 평균 분자량은 1000 이상 100000 이하이며,
    상기 땜납 접합 불량 억제제는 당해 플럭스 전체에 대해서 1 질량% 이상 25 질량% 이하의 양인, 플럭스:
    [화 1]

    식(1)에 있어서, R1은 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의, 직쇄상, 분지쇄상 혹은 환상의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기이며,
    [화 2]

    식(2)에 있어서, R2는 식(2-1)로 나타내는 기이며,
    [화 3]

    식(2-1)에 있어서, n은 1~30의 정수이며, R21은 수소 원자 또는 탄소수 1~6의 알킬기이며, R22는 탄소수 1~6의, 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식의 알킬렌기이다.
  2. 베이스 수지, 활성제, 칙소제, 용제, 폴리옥시알킬렌 모노알킬 에테르 및 땜납 접합 불량 억제제를 포함하는 플럭스로서,
    상기 땜납 접합 불량 억제제는 식(1)로 나타내는 구조 단위와 식(2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 공중합체이며,
    상기 공중합체의 중량 평균 분자량은 1000 이상 100000 이하이며,
    상기 땜납 접합 불량 억제제는 당해 플럭스 전체에 대해서 1 질량% 이상 25 질량% 이하의 양인, 플럭스:
    [화 4]

    식(1)에 있어서, R1은 탄소수 1~24의 포화 혹은 불포화의, 직쇄상, 분지쇄상 혹은 환상의 알킬기, 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기이며,
    [화 5]

    식(2)에 있어서, R2는 식(2-1)로 나타내는 기이며,
    [화 6]

    식(2-1)에 있어서, n은 1~30의 정수이며, R21은 수소 원자 또는 탄소수 1~6의 알킬기이며, R22는 탄소수 1~6의, 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식의 알킬렌기이다.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 식(1)에 있어서, R1은 치환 혹은 무치환의 아릴기인, 플럭스.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식(1)이 식(6)으로 나타내는 구조를 가지는, 플럭스.
    [화 7]
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식(2-1)에 있어서, R22는 탄소수 2 또는 3의 알킬렌기인, 플럭스.
  6. 땜납 분말과,
    청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트.
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