WO2022270282A1 - ソルダペーストおよび電子装置の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- a solder paste comprising a flux composition and a solder powder
- the storage elastic modulus at 100° C. was measured using a rheometer under the following measurement conditions, G′ 100 and the loss elastic modulus were G′′ 100 .
- G′ 100 and G′′ 100 are configured to satisfy G′ 100 >G′′ 100 ;
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- ⁇ Procedure for preparing flux residue> 1. Prepare two copper trays having a bottom surface of 45 mm ⁇ 45 mm, a height of 5 mm, and a thickness of 0.3 mm. 2.
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- the organic acid may contain an organic acid having 11 or less carbon atoms from the viewpoint of low residue.
- organic acids having 11 or less carbon atoms include glycolic acid (2 carbon atoms), thioglycolic acid (2 carbon atoms), glycine (2 carbon atoms), malonic acid (3 carbon atoms), fumaric acid (3 carbon atoms), 4), maleic acid (4 carbon atoms), succinic acid (4 carbon atoms), diglycolic acid (4 carbon atoms), tartaric acid (4 carbon atoms), malic acid (4 carbon atoms), glutaric acid (5 carbon atoms) , 2,2-bis(hydroxymethyl)propionic acid (5 carbon atoms), adipic acid (6 carbon atoms), citric acid (6 carbon atoms), picolinic acid (6 carbon atoms), benzoic acid (7 carbon atoms), 2,2-bis(hydroxymethyl)butanoic acid (6 carbon atoms), salicylic acid (7 carbon atoms), dipicolinic acid (7 carbon atoms), 2,3-d
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Abstract
Description
本発明者は、上記開発事情を踏まえて検討したところ、ソルダペーストをリフロー処理した後に残存するフラックス残渣に対して、デバイスの稼働時に生じる高温の熱履歴が長時間に亘って加わると、フラックス残渣中に溶出した錫イオンなどが、陰極へ移動して析出して、高温マイグレーションが起き、その結果、絶縁不良が発生する恐れがあることを見出した。
このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、ソルダペースト中のフラックス残渣の粘弾特性を適切に制御することによって、高温マイグレーションを抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
フラックス組成物と、はんだ粉末と、を含む、ソルダペーストであって、
下記の作製手順に従って当該ソルダペーストから得られたフラックス残渣について、下記の測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、100℃における貯蔵弾性率をG'100、損失弾性率をG''100としたとき、
G'100およびG''100が、G'100>G''100を満たすように構成される、
ソルダペーストが提供される。
<フラックス残渣の作製手順>
1.底面が45mm×45mm、高さが5mm、厚み:0.3mmの銅製トレイを2つ準備する。
2.一方の前記銅製トレイの底面上に、他方の前記銅製トレイの開口が一方の開口に対向するように重ねて、テープで固定し、高さが約10mmの銅製ボックスを準備する。
3.当該ソルダペーストを、5g採取し、サンプルとする。このサンプルを、一方の前記銅製トレイの内側の底面上に、底面の80%の面積を被覆するように広げる。
4.前記サンプル入りの前記銅製ボックスに対して、リフロー炉を用いて、大気下で、下記の温度プロファイルA~Eのリフロー処置を施す。
(温度プロファイルA~E)
A.室温25℃から150℃まで、1.9℃/secの昇温速度で加熱する。
B.150℃~180℃温度域で、80sec保持する。
C.220℃まで、1.2℃/secの昇温速度で加熱する。
D.220℃以上を40sec保持し、ピーク温度は240℃で加熱する。
E.その後、室温25℃まで冷却する。
5.リフロー処理後、一方の前記銅製トレイの内側の底面上に残存するフラックス残渣を採取する。
<測定条件>
測定装置:レオメータ
測定温度:20℃~180℃
ジオメトリー(上側):25mmφ、ステンレス製、パラレルプレート
プレート(下側):60mmφ
モード:5℃/min
ひずみ:1%
周波数:10Hz
ギャップ:0.2mm
上記のソルダペーストを、電子回路基板のはんだ付け部位に印刷する工程と、
前記はんだ付け部位に電子部品を実装する工程と、
前記はんだ付け部位の周囲に密閉構造が存在する状態で、前記ソルダペースト中のはんだ粉末が溶融する温度まで前記はんだ付け部位を加熱して前記電子部品および前記電子回路基板を接合する工程と、
を含む、電子装置の製造方法が提供される。
下記の作製手順に従ってソルダペーストから得られたフラックス残渣について、下記の測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、100℃における貯蔵弾性率をG'100、損失弾性率をG''100としたとき、
G'100およびG''100が、G'100>G''100を満たすように構成される。
1.底面が43~45mm×43~45mm、高さが5~7mm、厚み:0.2~0.4mmの銅製トレイを2つ準備する。
2.一方の銅製トレイの底面上に、他方の銅製トレイの開口が一方の開口に対向するように重ねて、テープで固定し、高さが10~14mmの銅製ボックスを準備する。
3.当該ソルダペーストを、約5g採取し、サンプルとする。このサンプルを、一方の銅製トレイの内側の底面上に、底面の約80%の面積を被覆するように広げる。
4.前記サンプル入りの銅製ボックスに対して、リフロー炉(千住金属工業社製、SNR-825)を用いて、大気下で、下記の温度プロファイルA~Eのリフロー処置を施す。
(温度プロファイルA~E)
A.室温25℃から150℃まで、1.9℃/secの昇温速度で加熱する。
B.150℃~180℃温度域で、80sec保持する。
C.220℃まで、1.2℃/secの昇温速度で加熱する。
D.220℃以上を40sec保持し、ピーク温度は240℃で加熱する。
E.その後、室温25℃まで冷却する。
5.リフロー処理後、一方の前記銅製トレイの内側の底面上に残存するフラックス残渣を採取する。
測定装置:レオメータ(マルバーン・パナリティカル社製、KINEXUS 1b+)
測定温度:20℃~180℃
ジオメトリー(上側):25mmφ、ステンレス製、パラレルプレート
プレート(下側):60mmφ
モード:5℃/min
ひずみ:1%
周波数:10Hz
ギャップ:0.2mm
しかしながら、一般的なイオンマイグレーション試験は、温度85℃、湿度85%の条件下で実施されているため、上記の実情に対応しているとは言いがたい。
そこで、本発明者は、100℃以上の温度環境下にて金属イオンのマイグレーションを評価する高温マイグレーション試験を新たに考案した。高温マイグレーション試験では、湿度が20%以下の低湿度環境や、湿度が85%以上の高湿度環境などの環境条件を採用できる。
本発明者の知見によれば、ソルダペースト中のフラックス残渣の粘弾特性を適切に制御することによって、高温マイグレーションを抑制できることが見出された。また、更に厳しい高湿度環境下においても、高温マイグレーションを抑制することが可能であることも判明した。
フラックス残渣の粘弾特性は、上記の作製手順で得られたフラックス残渣について、上記の下測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、100℃における貯蔵弾性率をG'100と、損失弾性率をG''100とを指標として用いることにより、安定的に評価することが可能である。この点、フラックス残渣における粘弾特性と、それと同一のフラックス残渣を用いた高温マイグレーション試験の評価結果との関係に基づいて裏付けられた。
そして、フラックス残渣がG'100およびG''100が、G'100>G''100を満たすようにソルダペーストを構成することによって、高温マイグレーションを抑制できることが判明した。
リフロー処置は、ヒータを用いて、熱風循環させる方式を採用してもよい。
なお、銅製トレイは、厚み0.2~0.4mmの銅板を折り曲げて作成してもよい。
一方、δ140の上限は、例えば、45°未満、好ましくは44°以下、より好ましくは30°以下である。これにより、100℃超えの高温動作環境下における高温マイグレーション耐性を向上できる。
δ140/δ100の下限は、例えば、0.1以上、好ましくは0.15以上、より好ましくは0.2以上である。
一方、δ140/δ100の上限は、例えば、3.0以下、好ましくは2.5以下、より好ましくは2.0以下である。
上記の数値範囲内とすることにより、100℃超えの高温動作環境下における高温マイグレーション耐性を向上できる。
一方、粘度η1の上限は、例えば、400Pa・s以下、好ましくは300Pa・s以下、より好ましくは280Pa・s以下である。
上記の数値範囲内とすることにより、ソルダペーストの印刷特性を向上できる。
一方、上記チキソ比の上限は、例えば、1.8以下、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.0以下である。
上記の数値範囲内とすることにより、ソルダペーストの印刷特性を向上できる。
また、このようなソルダペーストは、電子回路基板と電子部品と接合部位におけるデバイス動作時の発熱温度が100℃以上となるデバイスの製造に好適に使用することができる。
フラックス組成物は、金属酸化物を除去する特性を有する、活性剤を含んでもよい。
活性剤を含むことによって、はんだ接合プロセス時のはんだ濡れ性を高めることが可能である。
これらの活性剤は、詳細なメカニズムは定かではないが、金属酸化物を還元し、金属との塩を形成することによって、はんだ及びはんだ付け対象の金属表面の金属酸化膜を除去できると考えられる。
なお、本明細書中、「~」は、特に明示しない限り、上限値と下限値を含むことを表す。
炭素数が11以下の有機酸としては、例えば、グリコール酸(炭素数2)、チオグリコール酸(炭素数2)、グリシン(炭素数2)、マロン酸(炭素数3)、フマル酸(炭素数4)、マレイン酸(炭素数4)、コハク酸(炭素数4)、ジグリコール酸(炭素数4)、酒石酸(炭素数4)、リンゴ酸(炭素数4)、グルタル酸(炭素数5)、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸(炭素数5)、アジピン酸(炭素数6)、クエン酸(炭素数6)、ピコリン酸(炭素数6)、安息香酸(炭素数7)、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)ブタン酸(炭素数6)、サリチル酸(炭素数7)、ジピコリン酸(炭素数7)、2,3-ジヒドロキシ安息香酸(炭素数7)、3-ヒドロキシ安息香酸(炭素数7)、スベリン酸(炭素数8)、フタル酸(炭素数8)、イソフタル酸(炭素数8)、テレフタル酸(炭素数8)、パラヒドロキシフェニル酢酸(炭素数8)、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸(炭素数8)、p-アニス酸(炭素数8)、アゼライン酸(炭素数9)、2,4-ジエチルグルタル酸(炭素数9)、セバシン酸(炭素数10)、フェニルコハク酸(炭素数10)、2-キノリンカルボン酸(炭素数10)、4-tert-ブチル安息香酸(炭素数11)等が挙げられる。
その他の有機ハロゲン化合物としては、例えば、有機クロロ化合物であるクロロアルカン、塩素化脂肪酸エステル、ヘット酸、ヘット酸無水物等が挙げられる。さらに有機フルオロ化合物であるフッ素系界面活性剤、パーフルオロアルキル基を有する界面活性剤、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。
また、アミンハロゲン化水素酸塩類同等物として、テトラフルオロホウ酸(HBF4)と、アミン化合物とを組合せた塩も用いることができる。
フラックス組成物100重量%中の有機ハロゲン化合物類の含有量は、例えば、0~10重量%であってもよいし、0.1~5重量%であってもよい。
フラックス組成物100重量%中のアミンハロゲン化水素酸塩類の含有量は、例えば、0~5重量%であってもよいし、0.1~3重量%であってもよい。
フェニル置換ホスフィン酸としては、例えば、フェニルホスフィン酸、及びジフェニルホスフィン酸が挙げられる。
フラックス組成物は、ベース樹脂を含んでもよい。
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。
ロジン系樹脂としては、例えば、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン等の原料ロジン、原料ロジンから得られる誘導体が挙げられる。誘導体としては、例えば、精製ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、及びα,β不飽和カルボン酸変性物(アクリル化ロジン)、マレイン化ロジン、フマル化ロジン等、並びに重合ロジンの精製物、水素化物及び不均化物、並びにα,β不飽和カルボン酸変性物の精製物、水素化物、不均化物等が挙げられる。これらのロジン系樹脂は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。
必要に応じて、フラックス組成物は、軟化点が120℃以上135℃未満の第二ロジン系樹脂を含んでもよい。
なお、フラックス組成物は、軟化点が90℃以下の第三ロジン系樹脂を含まないことが好ましい。
第一ロジン系樹脂を含むこと、および/または第二ロジン系樹脂を含むか第三ロジン系樹脂を含まない構成とすることにより、フラックス残渣の粘弾特性を好適なものとすることができる。
なお、軟化点は、JIS K 2207:1996の軟化点試験方法(環球法)に準拠して測定できる。
全ロジン系樹脂100重量%中の第一ロジン系樹脂の含有量は、例えば、3~100重量%でもよく、10~90重量%でもよく、12~80重量%でもよい。上記下限値以上とすることにより、フラックス残渣の粘弾特性を好適なものとすることができる。
フラックス組成物は、溶剤を含んでもよい。
溶剤は、25℃環境下、固形または液状の溶剤を用いることができる。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。
フラックス組成物100重量%中の液状溶剤の含有量は、例えば、0~65重量%でもよく、1~50重量%でもよく、5~40重量%でもよい。
フラックス組成物は、チキソ剤を含んでもよい。
チキソ剤としては、例えば、ワックス系チキソ剤、アマイド系チキソ剤、ソルビトール系チキソ剤等が挙げられる。
ワックス系チキソ剤としては、例えば、ヒマシ硬化油等が挙げられる。
マイド系チキソ剤としては、モノアミド、ビスアミド、ポリアミドが挙げられる。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、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、脂肪族ポリアマイド(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、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、環状アミドオリゴマー、非環状アミドオリゴマー等が挙げられる。
フラックス組成物は、本発明の効果を損なわない限り、フラックスに通常添加される添加剤を含んでもよい。
添加剤としては、例えば、酸化防止剤、防錆剤、消泡剤、つや消し剤、界面活性剤、着色剤等が挙げられる。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。
例えば、酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が挙げられる。
はんだ粉末は、例えば、粒子径が2~150μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上、好ましくは粒子径が5~75μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上、より好ましくは粒子径が5~45μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上となるように構成されてもよい。
本実施形態では、この中でも、タイプ2~タイプ7のはんだ粉末が好ましく、タイプ3~タイプ6のはんだ粉末がより好ましい。
タイプ3では、粒子径が25~45μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上を満たす。
タイプ4では、粒子径が20~38μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上を満たす。
タイプ5では、粒子径が15~25μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上を満たす。
タイプ6では、粒子径が5~15μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上を満たす。
また、ソルダペーストの製造は、必ずしも、フラックス組成物を予め調製して、これをはんだ粉末と混合する必要はなく、最終的にフラックス組成物の全成分、はんだ粉末及び必要に応じてソルダペーストに添加される添加剤とが混合されるのであれば混合の順番は問わず、フラックス組成物の成分の一部とはんだ粉末とを混合した後、フラックス組成物の残りの成分を添加するなどしてもよい。
電子装置の製造方法は、上記のソルダペーストを電極に塗布する工程と、例えば、リードフレームやプリント配線基板などの基板と半導体素子とを加熱処理して、溶融したはんだを介してこれらを接合する工程とを含んでもよい。
電子部品は、パワー半導体などの高出力デバイスが用いられてもよい。
以下、参考形態の例を付記する。
1. フラックス組成物と、はんだ粉末と、を含む、ソルダペーストであって、
下記の作製手順に従って当該ソルダペーストから得られたフラックス残渣について、下記の測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、100℃における貯蔵弾性率をG'100、損失弾性率をG''100としたとき、
G'100およびG''100が、G'100>G''100を満たすように構成される、
ソルダペースト。
<フラックス残渣の作製手順>
1.底面が45mm×45mm、高さが5mm、厚み:0.3mmの銅製トレイを2つ準備する。
2.一方の前記銅製トレイの底面上に、他方の前記銅製トレイの開口が一方の開口に対向するように重ねて、テープで固定し、高さが約10mmの銅製ボックスを準備する。
3.当該ソルダペーストを、5g採取し、サンプルとする。このサンプルを、一方の前記銅製トレイの内側の底面上に、前記底面の80%の面積を被覆するように広げる。
4.前記サンプル入りの前記銅製ボックスに対して、リフロー炉を用いて、大気下で、下記の温度プロファイルA~Eのリフロー処置を施す。
(温度プロファイルA~E)
A.室温25℃から150℃まで、1.9℃/secの昇温速度で加熱する。
B.150℃~180℃温度域で、80sec保持する。
C.220℃まで、1.2℃/secの昇温速度で加熱する。
D.220℃以上を40sec保持し、ピーク温度は240℃で加熱する。
E.その後、室温25℃まで冷却する。
5.リフロー処理後、一方の前記銅製トレイの内側の底面上に残存するフラックス残渣を採取する。
<測定条件>
測定装置:レオメータ
測定温度:20℃~180℃
ジオメトリー(上側):25mmφ、ステンレス製、パラレルプレート
プレート(下側):60mmφ
モード:5℃/min
ひずみ:1%
周波数:10Hz
ギャップ:0.2mm
2. 1.に記載のソルダペーストであって、
上記の測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、140℃における貯蔵弾性率および損失弾性率から求められる、140℃の位相角をδ140としたとき、δ140が1°以上45°未満である、ソルダペースト。
3. 2.に記載のソルダペーストであって、
上記の測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、100℃における貯蔵弾性率および損失弾性率から求められる、100℃の位相角をδ100としたとき、δ140およびδ100が、0.1≦δ140/δ100≦3.0を満たすように構成される、ソルダペースト。
4. 1.~3.のいずれか一つに記載のソルダペーストであって、
前記フラックス組成物が、軟化点が135℃以上のロジン系樹脂を含む、ソルダペースト。
5. 1.~4.のいずれか一つに記載のソルダペーストであって、
前記フラックス組成物の含有量が、当該ソルダペーストの100重量%中、7重量%以上20重量%以下である、ソルダペースト。
6. 1.~5.のいずれか一つに記載のソルダペーストであって、
上記のレオメータを用いて、ずり速度:6sec-1、25℃の条件で測定したときの粘度η1が、5Pa・s以上400Pa・s以下である、ソルダペースト。
7. 1.~6.のいずれか一つに記載のソルダペーストであって、
上記のレオメータを用いて、25℃における当該ソルダペーストの粘度を測定し、ずり速度が1.8sec-1のときの粘度をη2、ずり速度が18sec-1のときの粘度をη3としたとき、Log(η2/η3)で求められるチキソ比が、0.3以上1.8以下である、ソルダペースト。
8. 1.~7.のいずれか一つに記載のソルダペーストであって、
電子回路基板と電子部品とで構成される密閉構造の周囲で、これらを接合するために用いる、ソルダペースト。
9. 1.~8.のいずれか一つに記載のソルダペーストであって、
前記フラックス組成物が、活性剤、ベース樹脂、チキソ剤、および溶剤からなる群から選ばれる一又は二以上を含む、ソルダペースト。
10. 9.に記載のソルダペーストであって、
前記活性剤が、有機酸、アミン類、ハロゲン系活性剤、及びリン系活性剤からなる群から選ばれる一または二以上を含む、ソルダペースト。
11. 1.~10.のいずれか一つに記載のソルダペーストであって、
前記はんだ粉末は、粒子径が2~150μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上である、ソルダペースト。
12. 1.~11.のいずれか一つに記載のソルダペーストを、電子回路基板のはんだ付け部位に印刷する工程と、
前記はんだ付け部位に電子部品を実装する工程と、
前記はんだ付け部位の周囲に密閉構造が存在する状態で、前記ソルダペースト中のはんだ粉末が溶融する温度まで前記はんだ付け部位を加熱して前記電子部品および前記電子回路基板を接合する工程と、
を含む、電子装置の製造方法。
(ベース樹脂)
・ロジン系樹脂1:アクリル酸変性水添ロジン(軟化点:131℃、荒川化学工業社製、KE-604)
・ロジン系樹脂2:水添ロジン(軟化点:74℃、EASTMAN CHEMICAL社製、FORAL AX-E)
・ロジン系樹脂3:重合ロジン(軟化点:141℃、荒川化学工業社製、KR-140)
なお、ロジン系樹脂の軟化点は、JIS K 2207:1996の軟化点試験方法(環球法)に準拠して測定し、2回の測定値の平均値(小数点第一位の値を四捨五入)とした。
・アクリル系樹脂1:アクリル樹脂
(活性剤)
・有機酸1:ダイマー酸
・有機酸2:アジピン酸
・有機酸3:アゼライン酸
・アミン類1:2-フェニル-4-メチルイミダゾール(略称:2P4MZ)
・アミンハロゲン化水素酸塩類1:ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩
・有機ハロゲン化合物1:2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオール
(溶剤)
・溶剤1:グリコールエーテル系溶剤(ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル)
(チキソ剤)
・チキソ剤1:ポリアミド
(添加剤)
・酸化防止剤1:ヒンダードフェノール系酸化防止剤
(はんだ粉末)
・はんだ粉末1:はんだ粉末(SEC305:Sn-3.0Ag-0.5Cu、タイプ4、千住金属工業社製)
下記表1に示す配合割合で、原料成分を混合することにより、フラックス組成物を得た。
その後、得られたフラックス組成物11.5重量%およびはんだ粉末88.5重量%を混合し、ソルダペースト得た。
下記の作製手順に従ってソルダペーストからフラックス残渣を採取した。
(フラックス残渣の作製手順)
1.図1に示すように、底面が45mm×45mm、高さが5mm、厚み:0.3mmの銅製トレイ12,14を2つ準備した。
2.一方の銅製トレイ12の底面上に、他方の銅製トレイ14の開口が一方の開口に対向するように重ねて、テープで固定し、高さが10mmの銅製ボックス10を準備した。
3.得られたソルダペーストを、5g採取し、サンプルとする。このサンプルを、一方の銅製トレイ12の内側の底面上に、底面の80%の面積を被覆するように広げた。
4.サンプル入りの銅製ボックス10に対して、リフロー炉(千住金属工業社製、SNR-825)を用いて、大気下で、下記の温度プロファイルA~Eのリフロー処置を施した。
(温度プロファイルA~E)
A.室温25℃から150℃まで、1.9℃/secの昇温速度で加熱する。
B.150℃~180℃温度域で、80sec保持する。
C.220℃まで、1.2℃/secの昇温速度で加熱する。
D.220℃以上を40sec保持し、ピーク温度は240℃で加熱する。
E.その後、室温25℃まで冷却する。
5.リフロー処理後、一方の銅製トレイ12の内側の底面上に残存するフラックス残渣を採取した。
(測定条件)
測定装置:レオメータ(マルバーン・パナリティカル社製、KINEXUS 1b+)
測定温度:20℃~180℃
ジオメトリー(上側):25mmφ、ステンレス製、パラレルプレート
プレート(下側):60mmφ
モード:5℃/min
ひずみ:1%
周波数:10Hz
ギャップ:0.2mm
tanδ=G'/G''の関係式に基づいて、G'100およびG''100から求められる100℃における位相角をδ100、G'140およびG''140から求められる140℃における位相角をδ140とした。結果を表1に示す。
上記のレオメータを用いて、25℃におけるソルダペーストの粘度を測定し、ずり速度が6sec-1のときの粘度をη1、ずり速度が1.8sec-1のときの粘度をη2、ずり速度が18sec-1のときの粘度をη3とし、η1、η2、η3を求めた。また、Log(η2/η3)で求められるチキソ比を算出した。結果を表1に示す
得られたソルダペーストを、実プロセスを模して、プリント基板上の銅電極30上にソルダペーストを印刷し、240℃のリフロー処理を施して、銅電極30にはんだ50を接合した。続いて、印刷部分の周辺に残存するフラックス残渣を洗浄し、除去した。これにより、図2に示す評価用装置(プリント基板、銅電極30、はんだ50による構造体)作製した。
続いて、高温マイグレーション試験を、図2に示す評価用装置を用いて、次のようにして行った。
図2に示す評価用装置は、基板と、基板上に設けられた銅電極30と、銅電極30上に設けられた錫を含むはんだ50とを備える。
上記(フラックス残渣の作製手順)で採取したフラックス残渣22の0.002~0.005gを用いて、微細間隔で隣接配置された銅電極30の離間部に隙間無く充填し、充填したフラックス残渣22が基板及びはんだ50により密閉されるようにガラスカバー60を配置した。
銅電極30の間に10Vの定電圧を印可し、評価用装置を105℃の温度環境中に保管した。
その後、銅電極30の離間部におけるフラックス残渣22に金属マイグレーションについて観察した(高温マイグレーション試験)。
離間部におけるフラックス残渣22中に灰色樹状の析出が確認できた場合、はんだ中に含まれる錫がマイグレーションしたと判断した。
高温マイグレーション試験を3回実施し、各試験における析出の有無を確認した。
表1中、3回中3回とも析出が確認されない場合を「優」、3回中1回析出が確認された場合を「良」、3回中2回以上析出が確認された場合を「不可」と表記する。
12 銅製トレイ
14 銅製トレイ
20 ソルダペースト
22 フラックス残渣
30 銅電極
50 はんだ
60 ガラスカバー
Claims (11)
- フラックス組成物と、はんだ粉末と、を含む、ソルダペーストであって、
前記フラックス組成物が、ベース樹脂、活性剤、溶剤、およびチキソ剤を含み、
前記ベース樹脂が、ロジン系樹脂を含み、
下記の作製手順に従って当該ソルダペーストから得られたフラックス残渣について、下記の測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、100℃における貯蔵弾性率をG'100、損失弾性率をG''100としたとき、
G'100およびG''100が、G'100>G''100を満たすように構成される、
ソルダペースト。
<フラックス残渣の作製手順>
1.底面が45mm×45mm、高さが5mm、厚み:0.3mmの銅製トレイを2つ準備する。
2.一方の前記銅製トレイの底面上に、他方の前記銅製トレイの開口が一方の開口に対向するように重ねて、テープで固定し、高さが約10mmの銅製ボックスを準備する。
3.当該ソルダペーストを、5g採取し、サンプルとする。このサンプルを、一方の前記銅製トレイの内側の底面上に、前記底面の80%の面積を被覆するように広げる。
4.前記サンプル入りの前記銅製ボックスに対して、リフロー炉を用いて、大気下で、下記の温度プロファイルA~Eのリフロー処置を施す。
(温度プロファイルA~E)
A.室温25℃から150℃まで、1.9℃/secの昇温速度で加熱する。
B.150℃~180℃温度域で、80sec保持する。
C.220℃まで、1.2℃/secの昇温速度で加熱する。
D.220℃以上を40sec保持し、ピーク温度は240℃で加熱する。
E.その後、室温25℃まで冷却する。
5.リフロー処理後、一方の前記銅製トレイの内側の底面上に残存するフラックス残渣を採取する。
<測定条件>
測定装置:レオメータ
測定温度:20℃~180℃
ジオメトリー(上側):25mmφ、ステンレス製、パラレルプレート
プレート(下側):60mmφ
モード:5℃/min
ひずみ:1%
周波数:10Hz
ギャップ:0.2mm - 請求項1に記載のソルダペーストであって、
上記の測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、上記の作製手順に従って当該ソルダペーストから得られたフラックス残渣における140℃における貯蔵弾性率および損失弾性率から求められる、140℃の位相角をδ140としたとき、δ140が1°以上45°未満である、ソルダペースト。 - 請求項2に記載のソルダペーストであって、
上記の測定条件に基づいてレオメータを用いて測定した、上記の作製手順に従って当該ソルダペーストから得られたフラックス残渣における100℃における貯蔵弾性率および損失弾性率から求められる、100℃の位相角をδ100としたとき、δ140およびδ100が、0.1≦δ140/δ100≦3.0を満たすように構成される、ソルダペースト。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載のソルダペーストであって、
前記フラックス組成物が、軟化点が135℃以上のロジン系樹脂を含む、ソルダペースト。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載のソルダペーストであって、
前記フラックス組成物の含有量が、当該ソルダペーストの100重量%中、7重量%以上20重量%以下である、ソルダペースト。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載のソルダペーストであって、
上記のレオメータを用いて、当該ソルダペーストについて、ずり速度:6sec-1、25℃の条件で測定したときの粘度η1が、5Pa・s以上400Pa・s以下である、ソルダペースト。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載のソルダペーストであって、
上記のレオメータを用いて、25℃における当該ソルダペーストの粘度を測定し、ずり速度が1.8sec-1のときの粘度をη2、ずり速度が18sec-1のときの粘度をη3としたとき、Log(η2/η3)で求められるチキソ比が、0.3以上1.8以下である、ソルダペースト。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載のソルダペーストであって、
電子回路基板と電子部品とで構成される密閉構造の周囲で、これらを接合するために用いる、ソルダペースト。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載のソルダペーストであって、
前記活性剤が、有機酸、アミン類、ハロゲン系活性剤、及びリン系活性剤からなる群から選ばれる一または二以上を含む、ソルダペースト。 - 請求項1~9のいずれか一項に記載のソルダペーストであって、
前記はんだ粉末は、粒子径が2~150μmの範囲にある粉末の質量分率が80%以上である、ソルダペースト。 - 請求項1~10のいずれか一項に記載のソルダペーストを、電子回路基板のはんだ付け部位に印刷する工程と、
前記はんだ付け部位に電子部品を実装する工程と、
前記はんだ付け部位の周囲に密閉構造が存在する状態で、前記ソルダペースト中のはんだ粉末が溶融する温度まで前記はんだ付け部位を加熱して前記電子部品および前記電子回路基板を接合する工程と、
を含む、電子装置の製造方法。
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