JP2004216403A - Bta derivative for solder, solder using the same, flux using the same, and solder paste using the same - Google Patents

Bta derivative for solder, solder using the same, flux using the same, and solder paste using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To hardly cause an oxide film on the surface of Pb-free soluble alloy. <P>SOLUTION: The BTA (benzotriazole) derivative for solder is expressed by general formula (1) and general formula (2), and the molecular weight of Y is ≥ 2 and ≤ 200, where, in general formulae (1) and (2), X1 and X2 denote H or CH<SB>3</SB>, Y denotes a substituent consisting of C, H, O, N, S, P, a halogen element, an alkali earth element or a heavy metal element. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリフローはんだ付けなどに用いるはんだ用BTA誘導体、それを用いたはんだ、それを用いたフラックス、それを用いたはんだペーストに関する。
【0002】
【従来の技術】
リフローはんだ付けは、例えば配線基板に電子部品を接続する際に用いられるはんだ付け方法である。リフローはんだ付けの場合、具体的には、まずはんだペーストにより配線基板上にはんだ層を形成し、次いで配線基板上に電子部品を配置し、その後配線基板を加熱しはんだを溶融させ基板に電子部品を接続することによりはんだ付けを行う。リフローはんだ付けに用いられるはんだペーストは、はんだとフラックスとを有する。
【0003】
従来から、はんだはPbを含有する可溶性合金から形成されていた。しかしながら、近年、廃棄された電気機器から自然環境中にPbが溶出することが問題となっている。このため、工業材料としてできるだけPbを使用しないことが世界的な趨勢となっている。そこで、近年においては、Pb含有可溶性合金と同等の機械的特性を有するPbフリー可溶性合金が種々開発されている。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−15477号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Pbフリー可溶性合金は、一般的にPb含有可溶性合金よりも融点が高い。このため、Pbフリー可溶性合金からなるはんだは、Pb含有可溶性合金からなるはんだよりも、リフローはんだ付けの際に溶融しにくい。したがって、Pbフリー可溶性合金からなるはんだをリフローはんだ付けに用いる場合、従来よりもはんだ付け時の温度つまり実装温度を上げてやる必要がある。ところが、例えばCPUなど電子部品の耐熱温度は、240℃程度である。したがって、実装温度は240℃未満に抑える必要がある。
【0006】
そこで、Pbフリー可溶性合金からなるはんだをリフローはんだ付けに用いる場合は、温度パターンを工夫することにより、電子部品の保護とはんだ付け性とを両立させている。
【0007】
図1に、Pbフリー可溶性合金(Sn−Ag−Cu合金)からなるはんだを、リフローはんだ付けに用いる場合の温度パターンを、模式的に示す。なお、従来との比較のため、Pb含有可溶性合金(Sn−Pb合金)からなるはんだを、リフローはんだ付けに用いる場合の温度パターンを、模式的に点線で示す。
【0008】
図中、横軸は時間を、縦軸は温度を示す。リフローはんだ付けにおいては、配線基板の加熱は二段階に行われる。すなわち、まず配線基板を実装温度よりも低い温度で予熱(以下、「プリヒート」と称す。)しておき、次に配線基板を実装温度まで昇温しはんだを溶融させる。
【0009】
従来のSn−Pb合金はんだを用いる場合、プリヒート温度は160℃近傍に設定されていた。また、プリヒート時間は60秒程度に設定されていた。また、実装温度は200℃以上(ピークAは230℃)に設定されていた。また、実装時間は20秒程度に設定されていた。ここで、ピークAの温度を230℃に設定しているのは、一般的に、「可溶性合金の融点(Sn−Pb合金の融点=約183℃)+50℃」が、実装ピーク温度として最適とされているからである。
【0010】
これに対し、Sn−Ag−Cu合金の融点は、約219℃である。したがって、ピーク温度の最適値は、約269℃(=219℃+50℃)となる。しかしながら、前述したように、電子部品の耐熱温度は、240℃程度である。このため、ピーク温度は240℃未満に設定しなければならない。すなわち、Sn−Ag−Cu合金はんだを用いる場合、最適なピーク温度を確保することは困難である。
【0011】
そこで、Sn−Ag−Cu合金はんだを用いる場合は、プリヒートを工夫している。すなわち、プリヒート温度を180℃に設定している。また、プリヒート時間を120秒に設定している。このように、従来よりもプリヒート温度を上げ、プリヒート時間を長く設定することにより、プリヒートにおいてSn−Ag−Cu合金はんだに充分な熱負荷を加えている。そして、最適な実装ピーク温度よりも低いピークB温度235℃まで昇温させることにより、電子部品を配線基板に接続している。
【0012】
しかしながら、プリヒートによりはんだが長時間、高温に保持されると、はんだの表面に酸化膜が発生してしまうおそれがある。はんだ表面に酸化膜があると、電子部品を配線基板に接続する際、つまりはんだが溶融する際におけるはんだの濡れ性が低下する。このため、はんだが広がりにくくなり、はんだ付け性が悪化する。そこで、酸化膜の発生を抑制するため、リフローはんだ付けを窒素雰囲気下で行う技術が開発されている。
【0013】
また、特許文献1には、Sn−ZnあるいはSn−Zn−Bi合金粉末を構成するSn−Zn−Bi合金粒子の表面に、BTA(ベンゾトリアゾール)をコーティングした粉末状はんだが紹介されている。BTAはCuの防錆剤としてよく使用されている。BTAをコーティングすると、Sn−ZnあるいはSn−Zn−Bi合金粒子の表面に酸化膜が発生しにくくなる。
【0014】
ところが、リフローはんだ付けを窒素雰囲気下で行う場合、例えば窒素供給設備など、窒素雰囲気を継続的に確保するための設備が別途必要になる。このため、リフローはんだ付けのコストが高騰してしまう。
【0015】
また、特許文献1に記載のBTAの熱分解温度は、約160℃である。このため、BTAは、Pbフリー可溶性合金からなるはんだをリフローはんだ付けに用いる場合のプリヒートに耐えられないおそれがある。例えば、前出の図1に実線で示すように、Sn−Ag−Cu合金はんだを用いる場合、プリヒート温度は約180℃である。また、プリヒート時間は約120秒である。
【0016】
このため、仮に、Sn−Ag−Cu合金表面にBTAをコーティングしたはんだをリフローはんだ付けに用いても、プリヒートの段階でBTAが熱分解により消失してしまうおそれがある。したがって、やはりSn−Ag−Cu合金表面に酸化膜が発生してしまうおそれがある。すなわち、はんだ付け性が悪化するおそれがある。
【0017】
本発明のはんだ用BTA誘導体、それを用いたはんだ、それを用いたフラックス、それを用いたはんだペーストは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、Pbフリー可溶性合金表面に酸化膜が発生しにくいはんだ用BTA誘導体、それを用いたはんだ、それを用いたフラックス、それを用いたはんだペーストを提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のはんだ用BTA誘導体は、一般式(1):
【0019】
【化3】

Figure 2004216403
【0020】
または一般式(2):
【0021】
【化4】
Figure 2004216403
【0022】
(式中、X1、X2はHまたはCOOHまたはCHであり、YはC、H、O、N、S、P、ハロゲン元素、アルカリ土類元素、重金属元素から構成される置換基である。)で示され、該Yの分子量が2以上200以下であることを特徴とする。
【0023】
ここで、重金属元素とは、IUPAC(1989)周期表において4族〜11族に配置される元素をいう。具体的には、重金属元素とは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Auをいう。
【0024】
本発明のはんだ用BTA誘導体は、従来のBTAよりも分子量が大きい。このため、従来のBTAよりも熱分解温度が高い。したがって、高温、長時間のプリヒートにも充分耐えることができる。すなわち、Pbフリー可溶性合金表面に酸化膜が発生するのを抑制することができる。
【0025】
ここで、置換基Yの分子量を2以上としたのは、2未満だとプリヒートに耐えられずPbフリー可溶性合金表面に大量の酸化膜が発生するおそれがあるからである。一方、置換基Yの分子量を200以下としたのは、200を超えると後述する実験から明らかなように、はんだ付け性が悪化するおそれがあるからである。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明のはんだ用BTA誘導体の熱分解開始温度は、200℃以上とする方が好ましい。その理由は、200℃未満の場合、Pbフリー可溶性合金の種類によっては、プリヒート時にはんだ用BTA誘導体全量が熱分解により消失してしまうおそれがあるからである。また、本発明のはんだ用BTA誘導体の熱分解開始温度は、好ましくは、230℃以下とする方がよい。その理由は、230℃を超える場合、プリヒート後の実装時にまで、はんだ用BTA誘導体が過剰にPbフリー可溶性合金に残留してしまい、はんだ付け性が却って悪化するからである。したがって、熱分解開始温度は、200℃以上230℃以下とするのが最適である。ここで、熱分解開始温度とは、後述する図2の点Cに示すように、基線の外挿線と、下降線の最大傾斜の点で引いた接線と、の交点をいうものとする。
【0027】
本発明のはんだ用BTA誘導体としては、例えば、以下に構造式1、2、3、4、5、6、7で示すものを使用することができる。
【0028】
【化5】
Figure 2004216403
【0029】
【化6】
Figure 2004216403
【0030】
【化7】
Figure 2004216403
【0031】
【化8】
Figure 2004216403
【0032】
【化9】
Figure 2004216403
【0033】
【化10】
Figure 2004216403
【0034】
【化11】
Figure 2004216403
【0035】
これらのBTA誘導体の製造方法の一例として、構造式7のはんだ用BTA誘導体の製造方法を以下に示す。まず、反応溶媒としてトルエンを用い、1−Hベンゾトリアゾールおよび無水イタコン酸を出発物質として70〜80℃にて4時間反応させる。次いで、さらに水を滴下して、同温度にて、一時間加水分解を行わせ氷結晶化させる。それから、アセトンなどで洗浄する。このようにして、構造式7のBTA誘導体を製造する。なお、構造式1〜6で示されるはんだ用BTA誘導体も同様の方法により製造することができる。
【0036】
この中でも、特に好ましいのは、構造式5のはんだ用BTA誘導体である。すなわち、前記X1および前記X2をH、前記YをCとするはんだ用BTA誘導体である。後述する実験から明らかなように、このはんだ用BTA誘導体によると、前出の図1に実線で示す温度パターンにおいて、プリヒート時にはPbフリー可溶性合金表面への酸化膜の発生を確実に抑制することができる。一方、実装時には、このはんだ用BTA誘導体は適量だけ熱分解しているため、はんだ付け性も良好である。
【0037】
本発明のはんだ用BTA誘導体と組み合わされはんだを形成するPbフリー可溶性合金の種類は、特に限定しない。好ましくは、SnとAgと不可避不純物とからなるPbフリー可溶性合金(Sn−Ag合金)とする方がよい。Pbフリー可溶性合金を構成する金属をSnとAgとに限定したのは以下の理由による。すなわち、SnはPbフリー可溶性合金の融点を下げる性質を有する。また、Snは濡れ性が高い。一方、AgはPbフリー可溶性合金の融点を下げる性質を有する。また、Agは金属ではAuに次いで延性が高い。さらに、Agは、Snとの間に粒径が1μm以下の非常に微細なAgSn金属間化合物を作る。AgSn金属間化合物は、Sn−Ag合金の機械的強度を上げる性質を有する。このように、Sn−Ag合金は、融点が低く濡れ性が高く延性が高く機械的強度が高い。したがって、Pbフリー可溶性合金を構成する金属をSnとAgとに限定した。
【0038】
Sn−Ag合金におけるAg含有割合は特に限定しないが、好ましくは3.0質量%以上とする方がよい。その理由は、3.0質量%未満の場合、Sn−Ag合金の延性が低くなるおそれがあるからである。また、AgSn金属間化合物が少なくなり、Sn−Ag合金の機械的強度が低くなるおそれがあるからである。したがって、はんだが脆くなるおそれがあるからである。また、Ag含有割合は、好ましくは4.0質量%以下とする方がよい。その理由は、4.0質量%を超える場合、Snの含有割合が相対的に低下してしまいSn−Ag合金の濡れ性が低下するおそれがあるからである。また、Agは高価なためはんだの製造コストが高騰するからである。なお、このような理由から、Ag含有割合は、3.0質量%以上4.0質量%以下とするのが最適である。
【0039】
また、Pbフリー可溶性合金としては、Sn−Ag合金の他、SnとAgとCuと不可避不純物とからなるPbフリー可溶性合金(Sn−Ag−Cu合金)とする方がよい。Sn、Agの他に新たにCuを加えたのは、Cuは延性に富み、高い導電性を有するからである。
【0040】
Sn−Ag−Cu合金におけるAg含有割合およびCu含有割合は特に限定しないが、好ましくは、Agを1.0質量%以上とする方がよい。その理由は、1.0質量%未満の場合、Sn−Ag−Cu合金の延性が低くなるおそれがあるからである。また、好ましくは、Agを4.0質量%以下とする方がよい。その理由は、4.0質量%を超える場合、Snの含有割合が相対的に低下してしまいSn−Ag−Cu合金の濡れ性が低下するおそれがあるからである。また、Agは高価なためはんだの製造コストが高騰するからである。
【0041】
また、好ましくは、Cuを0.4質量%以上とする方がよい。その理由は、0.4質量%未満の場合、Sn−Ag−Cu合金の延性が低くなるおそれがあるからである。また、Sn−Ag−Cu合金の導電性が低下するおそれがあるからである。また、好ましくは、Cuを0.8質量%以下とする方がよい。その理由は、0.8質量%を超える場合、Snの含有割合が相対的に低下してしまいSn−Ag−Cu合金の濡れ性が低下するおそれがあるからである。
【0042】
本発明のはんだの構造は特に限定しない。例えば、Pbフリー可溶性合金内にはんだ用BTA誘導体が吸蔵されているような構造でもよい。すなわち、プリヒート時においてPbフリー可溶性合金表面を覆うことが可能であればよい。好ましくは、Pbフリー可溶性合金がPbフリー可溶性合金粉末であり、はんだ用BTA誘導体が、このPbフリー可溶性合金粉末を構成するPbフリー可溶性合金粒子表面にコーティングされている構造とする方がよい。つまり、この構造は、Pbフリー可溶性合金粒子の表面をはんだ用BTA誘導体で被覆するものである。この被覆粒子の集合体により、粉末状のはんだが形成される。このように、はんだを粉末状にすると、実装時においてはんだが速やかに溶融するため、便利である。
【0043】
はんだ用BTA誘導体の、粉末状はんだにおける含有割合は特に限定するものではないが、好ましくは、はんだ用BTA誘導体は、Pbフリー可溶性合金粉末を100質量%として、0.05質量%以上5質量%以下含まれている構成とする方がよい。ここで、0.05質量%以上としたのは、0.05質量%未満の場合、Pbフリー可溶性合金粉末を構成するPbフリー可溶性合金粒子の全表面に、はんだ用BTA誘導体が充分行き渡らないおそれがあるからである。また、5質量%以下としたのは、5質量%を超える場合、プリヒート後のPbフリー可溶性合金粒子の表面にはんだ用BTA誘導体が過剰に残留してしまいはんだ付け性が悪化するおそれがあるからである。
【0044】
Pbフリー可溶性合金粉末の製造方法は特に限定するものではない。従来から用いられているアトマイズ法などにより製造すればよい。はんだ用BTA誘導体のコーティング方法は、特に限定するものではない。例えば、はんだ用BTA誘導体を気化させた蒸気を、Pbフリー可溶性合金粒子の表面に反応させる方法を用いてもよい。また、好ましくは、まずはんだ用BTA誘導体を溶剤に溶解させ、次にこの溶剤にPbフリー可溶性合金粒子を含浸させ、それから溶剤を蒸発除去する方法を用いてもよい。この方法によると、Pbフリー可溶性合金粒子を、BTA誘導体を溶解する溶媒に、浸漬することで、Pbフリー可溶性合金粒子の表面をムラなく濡らすことができ、はんだ用BTA誘導体を均一に行き渡らせることができる。このため、酸化膜発生抑制効果が高くなる。
【0045】
なお、この方法を用いてコーティングする場合、使用する溶剤としては、はんだ用BTA誘導体を溶解する揮発性溶媒であれば特に限定しない。ただし、好ましくは、アセトン、メチルエチルケトン、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマル−ヘキサンなどの低沸点溶媒がよい。また、コーティング処理中のPbフリー可溶性合金粒子の酸化を抑制するためには、可能な範囲でノルマル−ヘキサンなどの非極性溶媒を使用し、はんだ用BTA誘導体の溶解度を高める程度に極性溶媒を併用する方がよい。
【0046】
粉末状のはんだは、ベースト状のフラックスと混合することによりはんだペーストとして使用するのが好ましい。はんだペーストを使用すると、例えばスクリーン印刷やディスペンサーにより、比較的簡単に配電基板にはんだ層を形成することができる。
【0047】
フラックスの種類は特に限定しない。ロジン、有機溶剤、活性剤などを含有する従来のものを使用することができる。また、腐食性フラックス、非腐食性フラックスいずれでもよい。また、活性化タイプ、弱活性化タイプ、無活性化タイプいずれでもよい。好ましくは、フラックスに本発明のはんだ用BTA誘導体を含有させる方がよい。こうすると、はんだにはんだ用BTA誘導体を含有させることが必須ではなくなる(勿論、含有させてもよい)。このため、はんだ自体の製造が容易になる。また、本発明のはんだ用BTA誘導体を含有しない既存のはんだをリフローはんだ付けに用いる場合であっても、フラックスに本発明のはんだ用BTA誘導体を含有させておけば、酸化膜の発生を抑制することができる。したがって、このフラックスは汎用性が高い。
【0048】
フラックスにはんだ用BTA誘導体を含有させる方法は、特に限定するものではない。例えば、アルコールやエーテル系などの溶媒にBTA誘導体を溶かしておき、それを松脂や有機酸、ハロゲン化物、チクソ剤などと混ぜ合わせることにより、フラックスにはんだ用BTA誘導体を含有させることができる。
【0049】
以上、本発明のはんだ用BTA誘導体、それを用いたはんだ、それを用いたフラックス、それを用いたはんだペーストの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【0050】
例えば、本発明のはんだ用BTA誘導体同士、あるいは本発明のはんだ用BTA誘導体とBTAなどとを併用してもよい。こうすると、各々の含有割合を変えることにより、熱分解開始温度を容易に調整することができる。このため、Pbフリー可溶性合金の融点、リフローはんだ付け時のプリヒート温度、実装温度、実装ピーク温度などを考慮して、熱分解開始温度を適正値に設定することができる。具体的には、構造式5のはんだ用BTA誘導体と、それよりも若干熱分解開始温度が低いはんだ用BTA誘導体(例えば構造式1のはんだ用BTA誘導体)と、を併用すると、プリヒート時の酸化膜発生抑制効果が高くなる。
【0051】
【実施例】
以下、本発明のはんだ用BTA誘導体、それを用いたはんだ、それを用いたはんだペーストについて行った実験について説明する。
【0052】
〈実験1〉
前出の構造式5に示す本発明のはんだ用BTA誘導体(以下、実施例1と称す。)を用い、TG(熱重量測定)、DTG(微分熱重量測定)、DTA(示差熱分析)を行った。
【0053】
実施例1は、前述した方法により作製した。実施例1の質量は、9.856mgとした。また、DTAの基準物質としては、α−アルミナを用いた。基準物質の質量は、25.519mgとした。
【0054】
TG、DTG、DTAは、TG−DTA同時測定装置(TGA−50、株式会社島津製作所製)を用いて行った。その結果を、図2に示す。図中、横軸は温度を示す。右側の縦軸は、TG(%)を示す。また、左側の二つの縦軸のうち左側は、DTG(%/min)を示す。すなわち、TG曲線の時間に関する一次微分を示す。また、左側の二つの縦軸のうち右側は、DTA(μV)を示す。
【0055】
図に示すように、TG曲線の開始点Cの温度は約204℃である。また、終了点Dの温度は約300℃である。また、DTG曲線の第一ピークEは約25%/minである。なお、このときの温度は約226℃である。また、第二ピークFは約22%/minである。なお、このときの温度は約283℃である。また、DTA曲線の吸熱ピーク開始点Gの温度は約170℃である。
【0056】
以上の結果から、実施例1の熱分解は、約204℃で始まり、約300℃で終了することが判る。また、熱分解速度は、約226℃(ピークE)のときと、約283℃(ピークF)のとき速くなることが判る。
【0057】
〈実験2〉
前出の構造式1、構造式3、構造式5、構造式6に示す本発明のはんだ用BTA誘導体を、所定の温度パターンで保持しTGを行った。以下、構造式1のはんだ用BTA誘導体を実施例2−1、構造式3のはんだ用BTA誘導体を実施例2−2、構造式5のはんだ用BTA誘導体を実施例2−3、構造式6のはんだ用BTA誘導体を実施例2−4とそれぞれ称する。また、BTを比較例として同じ温度パターンで保持する。これら実施例、比較例は、前述した方法により作製した。
【0058】
測定は、TG−DTA同時測定装置(TGA−50、株式会社島津製作所製)を用いて行った。その結果を、図3に示す。図中、横軸は時間を示す。右側の縦軸は、温度(℃)を示す。左側の縦軸は、TG(mg)を示す。
【0059】
図に示すように、実施例2−1、2−2、2−3、2−4は、いずれも温度が200℃以上にならないと熱分解を開始しない。また、温度が200℃以上になった場合の熱分解速度は、実施例2−3が最も速く、次いで実施例2−1、実施例2−2、実施例2−4の順に遅くなる。これに対し、比較例は、温度が180℃程度(プリヒート温度、前出図1参照)の段階で、既に熱分解を開始している。
【0060】
以上の結果から、実施例2−1、2−2、2−3、2−4は、比較例よりも、プリヒート中にPbフリー可溶性合金表面から消失しにくいことが判る。したがって、実施例2−1、2−2、2−3、2−4をPbフリー可溶性合金表面にコーティングすると、プリヒート中にPbフリー可溶性合金表面に酸化膜が発生するおそれが小さい。
【0061】
また、実施例2−1、2−2、2−3、2−4の中で、プリヒート終了後にPbフリー可溶性合金表面から最も早く消失するのは、実施例2−3であることが判る。したがって、プリヒート終了後から実装までの間に、実施例2−3はPbフリー可溶性合金表面から急速に消失していく。このため、実装時においてPbフリー可溶性合金表面に酸化膜が過剰に残留するおそれは小さい。すなわち、実装時におけるはんだ付け性は良好である。
【0062】
〈実験3〉
Sn−Ag−Cu合金粒子の表面に、構造式1、構造式3、構造式5、構造式6に示す本発明のはんだ用BTA誘導体をコーティングして、粉末状のはんだを作製した。そして、このはんだとフラックスとを混合してはんだペーストを作製した。
【0063】
以下、はんだペーストの具体的な作製方法を説明する。Sn−Ag−Cu合金の組成は、Agを3.0質量%、Cuを0.5質量%、Snを96.5質量%とした。構造式1、構造式3、構造式5、構造式6に示すはんだ用BTA誘導体は、前述した方法により作製した。これらのはんだ用BTA誘導体は、以下の方法により、Sn−Ag−Cu合金粒子の表面にコーティングした。すなわち、まずアルコール系溶媒中にはんだ用BTA誘導体を溶解させた。次いで、Sn−Ag−Cu合金粒子の集合体であるSn−Ag−Cu合金粉末を、溶媒中に分散させ、浸漬させた。なお、はんだ用BTA誘導体は、Sn−Ag−Cu合金粉末を100質量%として、2質量%溶解させた。その後、溶媒を減圧下で加熱蒸発させ、Sn−Ag−Cu合金粒子表面にはんだ用BTA誘導体をコーティングした。そして、粉末状のはんだを作製した。その後、粉末状のはんだ89.4質量%と、フラックス10.6質量%と、を機械的に混合して、はんだペーストを作製した。なお、フラックスの組成は、ロジン50質量%、アルコール系溶剤35質量%、有機酸1質量%、ハロゲン化物3質量%、チクソ剤11質量%とした。
【0064】
構造式1のはんだ用BTA誘導体を含むはんだペーストを実施例3−1、構造式3のはんだ用BTA誘導体を含むはんだペーストを実施例3−2、構造式5のはんだ用BTA誘導体を含むはんだペーストを実施例3−3、構造式6のはんだ用BTA誘導体を含むはんだペーストを実施例3−4、とそれぞれ称する。
【0065】
また、実施例と同様の手段により、Sn−Ag−Cu合金粒子の表面にBTAをコーティングして、粉末状のはんだを作製した。そして、このはんだとフラックスとを混合してはんだペーストを作製した。このBTAを含むはんだペーストを比較例3−1と称する。
【0066】
【化12】
Figure 2004216403
【0067】
この構造式8で示されるBTA誘導体(請求項1における置換基Yの分子量が約254)を、実施例と同様の手段により、Sn−Ag−Cu合金粒子の表面にコーティングして、粉末状のはんだを作製した。そして、このはんだとフラックスとを混合してはんだペーストを作製した。この構造式8のはんだ用BTA誘導体を含むはんだペーストを比較例3−2と称する。
【0068】
これら実施例、比較例を、縦50mm×横50mm×肉厚0.5mmの銅板上に、円状にスクリーン印刷した。なお、実施例、比較例の印刷厚さは、200μmとした。そして、これら実施例、比較例を、各々図4に示す所定の温度パターンで保持した。図5に、実施例3−1を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真を示す。図6に、実施例3−2を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真を示す。図7に、実施例3−3を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真を示す。図8に、実施例3−4を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真を示す。図9に、比較例3−1を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真を示す。図10に、比較例3−2を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真を示す。なお、これらの写真の倍率は、×30倍である。
【0069】
図5、図6、図7、図8、図9において、円内において島状に観察できるのが、溶融固化したはんだである。この溶融固化したはんだが、より円状に広がっている方が、よりはんだの広がりが良く、よりはんだの濡れ性が高い。すなわち、よりはんだ付け性が高い。図5、図6、図7、図8のはんだは、図9、図10のはんだよりも、円状に広がっていることが判る。すなわち、実施例3−1、3−2、3−3、3−4は、比較例3−1、3−2よりも、はんだ付け性が良いことが判る。また、比較例3−2の請求項1における置換基Yの分子量は、254である。このことから、置換基Yの分子量が200を超えると、はんだ付け性が悪化することが判る。
【0070】
【発明の効果】
本発明によると、Pbフリー可溶性合金表面に酸化膜が発生しにくいはんだ用BTA誘導体、それを用いたはんだ、それを用いたフラックス、それを用いたはんだペーストを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Pbフリー可溶性合金からなるはんだを、リフローはんだ付けに用いる場合の温度パターンを示すグラフである。
【図2】実施例1のTG、DTG、DTAの測定結果を示すグラフである。
【図3】実施例2−1、2−2、2−3、2−4のTGの測定結果を示すグラフである。
【図4】実験3に用いた温度パターンを示すグラフである。
【図5】実施例3−1を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真である。
【図6】実施例3−2を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真である。
【図7】実施例3−3を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真である。
【図8】実施例3−4を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真である。
【図9】比較例3−1を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真である。
【図10】比較例3−2を印刷した銅板の温度パターン終了後の写真である。
【符号の説明】
A:ピーク、B:ピーク、C:開始点、D:終了点、E:第一ピーク、F:第二ピーク、G:吸熱ピーク開始点。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a BTA derivative for solder used for, for example, reflow soldering, a solder using the same, a flux using the same, and a solder paste using the same.
[0002]
[Prior art]
Reflow soldering is a soldering method used, for example, when connecting an electronic component to a wiring board. In the case of reflow soldering, specifically, first, a solder layer is formed on a wiring board with a solder paste, then electronic components are arranged on the wiring board, and then the wiring board is heated to melt the solder and the electronic components are mounted on the board. And soldering is performed. The solder paste used for reflow soldering has solder and flux.
[0003]
Conventionally, solder has been formed from a soluble alloy containing Pb. However, in recent years, there has been a problem that Pb is eluted from the discarded electric equipment into the natural environment. For this reason, it is a worldwide trend that Pb is not used as much as an industrial material. Therefore, in recent years, various Pb-free soluble alloys having the same mechanical properties as Pb-containing soluble alloys have been developed.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-15577
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a Pb-free soluble alloy generally has a higher melting point than a Pb-containing soluble alloy. Therefore, a solder made of a Pb-free soluble alloy is less likely to melt during reflow soldering than a solder made of a Pb-containing soluble alloy. Therefore, when a solder made of a Pb-free soluble alloy is used for reflow soldering, it is necessary to raise the temperature at the time of soldering, that is, the mounting temperature, as compared with the conventional case. However, the heat-resistant temperature of an electronic component such as a CPU is about 240 ° C. Therefore, the mounting temperature must be kept below 240 ° C.
[0006]
Therefore, when a solder made of a Pb-free soluble alloy is used for reflow soldering, protection of electronic components and solderability are both achieved by devising a temperature pattern.
[0007]
FIG. 1 schematically shows a temperature pattern when a solder made of a Pb-free soluble alloy (Sn-Ag-Cu alloy) is used for reflow soldering. For comparison with the conventional method, a temperature pattern when a solder made of a Pb-containing soluble alloy (Sn-Pb alloy) is used for reflow soldering is schematically indicated by a dotted line.
[0008]
In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents temperature. In reflow soldering, the wiring board is heated in two stages. That is, first, the wiring board is preheated at a temperature lower than the mounting temperature (hereinafter, referred to as “preheating”), and then the wiring board is heated to the mounting temperature to melt the solder.
[0009]
When a conventional Sn-Pb alloy solder is used, the preheat temperature is set at around 160 ° C. The preheat time was set to about 60 seconds. Further, the mounting temperature was set to 200 ° C. or higher (the peak A was 230 ° C.). Further, the mounting time was set to about 20 seconds. Here, the reason why the temperature of the peak A is set to 230 ° C. is that “the melting point of the soluble alloy (the melting point of the Sn—Pb alloy = about 183 ° C.) + 50 ° C.” is generally regarded as the optimal mounting peak temperature. Because it is.
[0010]
On the other hand, the melting point of the Sn—Ag—Cu alloy is about 219 ° C. Therefore, the optimum value of the peak temperature is about 269 ° C. (= 219 ° C. + 50 ° C.). However, as described above, the heat-resistant temperature of the electronic component is about 240 ° C. For this reason, the peak temperature must be set below 240 ° C. That is, when using the Sn-Ag-Cu alloy solder, it is difficult to secure an optimum peak temperature.
[0011]
Therefore, when using Sn-Ag-Cu alloy solder, preheating is devised. That is, the preheat temperature is set to 180 ° C. The preheat time is set to 120 seconds. As described above, by setting the preheating temperature to be longer and setting the preheating time longer than before, a sufficient heat load is applied to the Sn-Ag-Cu alloy solder in the preheating. Then, the electronic component is connected to the wiring board by raising the temperature to a peak B temperature of 235 ° C. lower than the optimum mounting peak temperature.
[0012]
However, if the solder is kept at a high temperature for a long time by preheating, an oxide film may be generated on the surface of the solder. If the solder surface has an oxide film, the wettability of the solder when connecting the electronic component to the wiring board, that is, when the solder is melted, is reduced. For this reason, the solder does not spread easily, and the solderability deteriorates. Therefore, a technique of performing reflow soldering in a nitrogen atmosphere has been developed in order to suppress the generation of an oxide film.
[0013]
Further, Patent Document 1 introduces a powdery solder in which the surface of Sn-Zn-Bi alloy particles constituting Sn-Zn or Sn-Zn-Bi alloy powder is coated with BTA (benzotriazole). BTA is often used as a rust inhibitor for Cu. When BTA is coated, an oxide film is less likely to be generated on the surfaces of Sn-Zn or Sn-Zn-Bi alloy particles.
[0014]
However, when the reflow soldering is performed in a nitrogen atmosphere, equipment for continuously securing the nitrogen atmosphere, such as nitrogen supply equipment, is separately required. For this reason, the cost of reflow soldering increases.
[0015]
The thermal decomposition temperature of BTA described in Patent Document 1 is about 160 ° C. For this reason, BTA may not be able to withstand preheating when a solder made of a Pb-free soluble alloy is used for reflow soldering. For example, as shown by the solid line in FIG. 1 described above, when using a Sn—Ag—Cu alloy solder, the preheating temperature is about 180 ° C. The preheating time is about 120 seconds.
[0016]
For this reason, even if the solder in which the surface of the Sn—Ag—Cu alloy is coated with BTA is used for reflow soldering, the BTA may be lost due to thermal decomposition in the preheating stage. Therefore, there is a possibility that an oxide film is generated on the surface of the Sn-Ag-Cu alloy. That is, the solderability may be deteriorated.
[0017]
The BTA derivative for solder of the present invention, a solder using the same, a flux using the same, and a solder paste using the same have been completed in view of the above problems. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a BTA derivative for solder in which an oxide film is less likely to be generated on the surface of a Pb-free soluble alloy, a solder using the same, a flux using the same, and a solder paste using the same.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a BTA derivative for solder of the present invention has a general formula (1):
[0019]
Embedded image
Figure 2004216403
[0020]
Or general formula (2):
[0021]
Embedded image
Figure 2004216403
[0022]
(Wherein X1, X2 are H or COOH or CH 3 And Y is a substituent composed of C, H, O, N, S, P, a halogen element, an alkaline earth element, and a heavy metal element. ), Wherein the molecular weight of Y is 2 or more and 200 or less.
[0023]
Here, the heavy metal element refers to an element arranged in Group 4 to Group 11 in the IUPAC (1989) periodic table. Specifically, heavy metal elements include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au.
[0024]
The BTA derivative for solder of the present invention has a higher molecular weight than conventional BTA. Therefore, the thermal decomposition temperature is higher than that of the conventional BTA. Therefore, it can withstand high temperature and long-time preheating. That is, generation of an oxide film on the surface of the Pb-free soluble alloy can be suppressed.
[0025]
Here, the reason why the molecular weight of the substituent Y is 2 or more is that if it is less than 2, it cannot withstand preheating and a large amount of oxide film may be generated on the surface of the Pb-free soluble alloy. On the other hand, the reason why the molecular weight of the substituent Y is set to 200 or less is that if it exceeds 200, the solderability may be deteriorated, as is clear from an experiment described later.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The thermal decomposition start temperature of the BTA derivative for solder of the present invention is preferably 200 ° C. or higher. The reason is that, when the temperature is lower than 200 ° C., depending on the type of the Pb-free soluble alloy, the whole amount of the BTA derivative for solder may be lost by thermal decomposition at the time of preheating. The thermal decomposition onset temperature of the BTA derivative for solder of the present invention is preferably set to 230 ° C. or lower. The reason for this is that, when the temperature exceeds 230 ° C., the BTA derivative for soldering remains excessively in the Pb-free soluble alloy until the mounting after preheating, and the solderability is rather deteriorated. Therefore, it is most preferable that the thermal decomposition onset temperature is 200 ° C. or higher and 230 ° C. or lower. Here, the thermal decomposition start temperature refers to the intersection of the extrapolation line of the base line and the tangent drawn at the point of the maximum slope of the descending line, as shown at point C in FIG. 2 described below.
[0027]
As the BTA derivative for solder of the present invention, for example, those represented by the following structural formulas 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 can be used.
[0028]
Embedded image
Figure 2004216403
[0029]
Embedded image
Figure 2004216403
[0030]
Embedded image
Figure 2004216403
[0031]
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Figure 2004216403
[0032]
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Figure 2004216403
[0033]
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Figure 2004216403
[0034]
Embedded image
Figure 2004216403
[0035]
As an example of a method for producing these BTA derivatives, a method for producing a BTA derivative for solder of structural formula 7 will be described below. First, using toluene as a reaction solvent, and reacting at 70 to 80 ° C. for 4 hours using 1-H benzotriazole and itaconic anhydride as starting materials. Next, water is further added dropwise, and hydrolysis is carried out at the same temperature for 1 hour to cause ice crystallization. Then, it is washed with acetone or the like. Thus, a BTA derivative of the structural formula 7 is produced. The solder BTA derivatives represented by the structural formulas 1 to 6 can be manufactured by the same method.
[0036]
Among them, the BTA derivative for solder having the structural formula 5 is particularly preferable. That is, X1 and X2 are H, and Y is C 4 H 5 O 4 BTA derivative for solder. As is clear from the experiments described later, according to the BTA derivative for solder, it is possible to reliably suppress the generation of an oxide film on the surface of the Pb-free soluble alloy during the preheating in the temperature pattern shown by the solid line in FIG. it can. On the other hand, at the time of mounting, the BTA derivative for solder is thermally decomposed by an appropriate amount, so that the solderability is also good.
[0037]
The type of the Pb-free soluble alloy that forms the solder in combination with the BTA derivative for solder of the present invention is not particularly limited. Preferably, a Pb-free soluble alloy (Sn-Ag alloy) composed of Sn, Ag and unavoidable impurities is preferable. The metals constituting the Pb-free soluble alloy are limited to Sn and Ag for the following reasons. That is, Sn has a property of lowering the melting point of the Pb-free soluble alloy. Sn has high wettability. On the other hand, Ag has the property of lowering the melting point of a Pb-free soluble alloy. Ag is the second most ductile metal after Au. Further, Ag is very fine Ag having a particle size of 1 μm or less between Sn and Sn. 3 Produce Sn intermetallic compound. Ag 3 The Sn intermetallic compound has a property of increasing the mechanical strength of the Sn-Ag alloy. Thus, the Sn-Ag alloy has a low melting point, high wettability, high ductility, and high mechanical strength. Therefore, the metals constituting the Pb-free soluble alloy are limited to Sn and Ag.
[0038]
The Ag content in the Sn-Ag alloy is not particularly limited, but is preferably 3.0% by mass or more. The reason is that if it is less than 3.0% by mass, the ductility of the Sn-Ag alloy may be low. Also, Ag 3 This is because the amount of the Sn intermetallic compound is reduced and the mechanical strength of the Sn-Ag alloy may be reduced. Therefore, the solder may be brittle. Further, the Ag content is preferably set to 4.0% by mass or less. The reason is that if the content exceeds 4.0% by mass, the Sn content ratio is relatively reduced, and the wettability of the Sn-Ag alloy may be reduced. Further, Ag is expensive, so that the manufacturing cost of solder rises. For such a reason, it is optimal that the Ag content ratio is 3.0% by mass or more and 4.0% by mass or less.
[0039]
Further, as the Pb-free soluble alloy, it is preferable to use a Pb-free soluble alloy (Sn-Ag-Cu alloy) composed of Sn, Ag, Cu and unavoidable impurities, in addition to the Sn-Ag alloy. The reason why Cu is newly added in addition to Sn and Ag is that Cu is rich in ductility and has high conductivity.
[0040]
The Ag content ratio and the Cu content ratio in the Sn—Ag—Cu alloy are not particularly limited, but it is preferable that Ag be 1.0% by mass or more. The reason is that if it is less than 1.0% by mass, the ductility of the Sn-Ag-Cu alloy may be low. Further, it is preferable that Ag is set to 4.0% by mass or less. The reason is that, when the content exceeds 4.0% by mass, the Sn content ratio is relatively reduced, and the wettability of the Sn—Ag—Cu alloy may be reduced. Further, Ag is expensive, so that the manufacturing cost of solder rises.
[0041]
Preferably, the content of Cu is 0.4% by mass or more. The reason is that if it is less than 0.4% by mass, the ductility of the Sn—Ag—Cu alloy may be low. Further, the conductivity of the Sn—Ag—Cu alloy may be reduced. Preferably, the Cu content is 0.8% by mass or less. The reason is that, when the content exceeds 0.8% by mass, the Sn content ratio is relatively reduced, and the wettability of the Sn—Ag—Cu alloy may be reduced.
[0042]
The structure of the solder of the present invention is not particularly limited. For example, a structure in which a BTA derivative for solder is occluded in a Pb-free soluble alloy may be used. That is, it is only necessary to cover the surface of the Pb-free soluble alloy during preheating. Preferably, the structure is such that the Pb-free soluble alloy is Pb-free soluble alloy powder, and the surface of the Pb-free soluble alloy particles constituting the Pb-free soluble alloy powder is coated with the BTA derivative for solder. That is, in this structure, the surface of the Pb-free soluble alloy particles is covered with the BTA derivative for solder. A powdery solder is formed by the aggregate of the coated particles. As described above, when the solder is powdered, the solder is quickly melted during mounting, which is convenient.
[0043]
The content ratio of the BTA derivative for solder in the powdery solder is not particularly limited, but preferably, the BTA derivative for solder is 0.05% by mass or more and 5% by mass with the Pb-free soluble alloy powder being 100% by mass. It is better to adopt the configuration included below. Here, the reason why the content is set to 0.05% by mass or more is that if the content is less than 0.05% by mass, the BTA derivative for solder may not sufficiently spread over all surfaces of the Pb-free soluble alloy particles constituting the Pb-free soluble alloy powder. Because there is. The reason why the content is set to 5% by mass or less is that if the content exceeds 5% by mass, the BTA derivative for soldering remains excessively on the surface of the Pb-free soluble alloy particles after preheating, and the solderability may be deteriorated. It is.
[0044]
The method for producing the Pb-free soluble alloy powder is not particularly limited. It may be manufactured by a conventionally used atomizing method or the like. The method for coating the BTA derivative for solder is not particularly limited. For example, a method of reacting the vaporized vapor of the BTA derivative for solder with the surface of the Pb-free soluble alloy particles may be used. Further, preferably, a method of first dissolving the BTA derivative for solder in a solvent, then impregnating the solvent with Pb-free soluble alloy particles, and then evaporating and removing the solvent may be used. According to this method, the surface of the Pb-free soluble alloy particles can be uniformly wetted by immersing the Pb-free soluble alloy particles in a solvent that dissolves the BTA derivative, and the BTA derivative for solder can be spread evenly. Can be. For this reason, the effect of suppressing oxide film generation is enhanced.
[0045]
When coating is performed using this method, the solvent used is not particularly limited as long as it is a volatile solvent that dissolves the BTA derivative for solder. However, preferably, a low boiling point solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, and normal-hexane is used. In addition, in order to suppress oxidation of the Pb-free soluble alloy particles during the coating process, a non-polar solvent such as normal-hexane is used as much as possible, and a polar solvent is used together to the extent that the solubility of the BTA derivative for solder is increased. It is better to do.
[0046]
The powdery solder is preferably used as a solder paste by being mixed with a base flux. When a solder paste is used, a solder layer can be relatively easily formed on a power distribution substrate by, for example, screen printing or a dispenser.
[0047]
The type of flux is not particularly limited. Conventional ones containing rosin, organic solvents, activators and the like can be used. Further, either a corrosive flux or a non-corrosive flux may be used. Further, any of an activation type, a weak activation type, and a non-activation type may be used. Preferably, the flux contains the BTA derivative for solder of the present invention. In this case, it is not essential to include the BTA derivative for solder in the solder (of course, it may be included). For this reason, manufacture of the solder itself becomes easy. Further, even when an existing solder that does not contain the BTA derivative for solder of the present invention is used for reflow soldering, generation of an oxide film is suppressed by including the BTA derivative for solder of the present invention in the flux. be able to. Therefore, this flux is highly versatile.
[0048]
The method of including the BTA derivative for solder in the flux is not particularly limited. For example, a BTA derivative for solder can be contained in a flux by dissolving a BTA derivative in a solvent such as an alcohol or an ether and mixing it with a rosin, an organic acid, a halide, a thixotropic agent, or the like.
[0049]
The embodiments of the BTA derivative for solder, the solder using the same, the flux using the same, and the solder paste using the same according to the present invention have been described above. However, embodiments are not particularly limited to the above embodiments. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.
[0050]
For example, the BTA derivatives for solder of the present invention may be used together, or the BTA derivatives for solder of the present invention and BTA may be used in combination. In this case, the thermal decomposition starting temperature can be easily adjusted by changing each content ratio. Therefore, the thermal decomposition start temperature can be set to an appropriate value in consideration of the melting point of the Pb-free soluble alloy, the preheating temperature during reflow soldering, the mounting temperature, the mounting peak temperature, and the like. Specifically, when the solder BTA derivative of the structural formula 5 and the solder BTA derivative having a slightly lower thermal decomposition onset temperature (for example, the solder BTA derivative of the structural formula 1) are used in combination, the oxidation during preheating is performed. The effect of suppressing film generation is increased.
[0051]
【Example】
Hereinafter, an experiment performed on the BTA derivative for solder of the present invention, a solder using the same, and a solder paste using the same will be described.
[0052]
<Experiment 1>
TG (thermogravimetry), DTG (differential thermogravimetry), and DTA (differential thermal analysis) were performed using the BTA derivative for solder of the present invention represented by the above structural formula 5 (hereinafter referred to as Example 1). went.
[0053]
Example 1 was manufactured by the method described above. The mass of Example 1 was 9.856 mg. Also, α-alumina was used as a DTA reference material. The mass of the reference substance was 25.519 mg.
[0054]
TG, DTG, and DTA were performed using a TG-DTA simultaneous measurement device (TGA-50, manufactured by Shimadzu Corporation). The result is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents temperature. The vertical axis on the right side shows TG (%). The left side of the two vertical axes on the left side shows DTG (% / min). That is, it indicates the first derivative of the TG curve with respect to time. The right side of the two left vertical axes indicates DTA (μV).
[0055]
As shown in the figure, the temperature at the starting point C of the TG curve is about 204 ° C. The temperature at the end point D is about 300 ° C. The first peak E of the DTG curve is about 25% / min. The temperature at this time is about 226 ° C. The second peak F is about 22% / min. The temperature at this time is about 283 ° C. The temperature of the endothermic peak start point G of the DTA curve is about 170 ° C.
[0056]
From the above results, it can be seen that the thermal decomposition of Example 1 starts at about 204 ° C. and ends at about 300 ° C. Also, it can be seen that the thermal decomposition rate increases at about 226 ° C. (peak E) and at about 283 ° C. (peak F).
[0057]
<Experiment 2>
The TG was performed while holding the BTA derivative for solder of the present invention shown in the structural formulas 1, 3, 5, and 6 in a predetermined temperature pattern. Hereinafter, the solder BTA derivative of the structural formula 1 is Example 2-1; the solder BTA derivative of the structural formula 3 is Example 2-2; the solder BTA derivative of the structural formula 5 is Example 2-3; Are referred to as Examples 2-4, respectively. Further, BT is held in the same temperature pattern as a comparative example. These examples and comparative examples were produced by the method described above.
[0058]
The measurement was performed using a TG-DTA simultaneous measurement device (TGA-50, manufactured by Shimadzu Corporation). The result is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis indicates time. The vertical axis on the right side indicates the temperature (° C.). The vertical axis on the left side shows TG (mg).
[0059]
As shown in the figure, in Examples 2-1, 2-2, 2-3, and 2-4, thermal decomposition does not start unless the temperature reaches 200 ° C. or higher. Further, when the temperature becomes 200 ° C. or higher, the thermal decomposition rate in Example 2-3 is the fastest, and then decreases in the order of Example 2-1, Example 2-2, and Example 2-4. On the other hand, in the comparative example, thermal decomposition has already started at a temperature of about 180 ° C. (preheat temperature, see FIG. 1 described above).
[0060]
From the above results, it can be seen that Examples 2-1, 2-2, 2-3, and 2-4 are less likely to disappear from the surface of the Pb-free soluble alloy during preheating than the comparative examples. Therefore, when Examples 2-1, 2-2, 2-3, and 2-4 are coated on the surface of the Pb-free soluble alloy, the possibility that an oxide film is generated on the surface of the Pb-free soluble alloy during preheating is small.
[0061]
In addition, it can be seen that, among Examples 2-1, 2-2, 2-3, and 2-4, Example 2-3 is the earliest disappearing from the surface of the Pb-free soluble alloy after the end of preheating. Therefore, Example 2-3 rapidly disappears from the surface of the Pb-free soluble alloy after completion of preheating until mounting. For this reason, the possibility that an oxide film excessively remains on the surface of the Pb-free soluble alloy during mounting is small. That is, the solderability during mounting is good.
[0062]
<Experiment 3>
The surface of the Sn-Ag-Cu alloy particles was coated with the BTA derivative for solder of the present invention represented by Structural Formula 1, Structural Formula 3, Structural Formula 5, and Structural Formula 6 to prepare a powdery solder. Then, the solder and the flux were mixed to prepare a solder paste.
[0063]
Hereinafter, a specific manufacturing method of the solder paste will be described. The composition of the Sn—Ag—Cu alloy was 3.0 mass% of Ag, 0.5 mass% of Cu, and 96.5 mass% of Sn. The BTA derivatives for solder shown in Structural Formula 1, Structural Formula 3, Structural Formula 5, and Structural Formula 6 were produced by the method described above. These BTA derivatives for solder were coated on the surfaces of Sn-Ag-Cu alloy particles by the following method. That is, first, the BTA derivative for solder was dissolved in an alcohol-based solvent. Next, Sn-Ag-Cu alloy powder, which is an aggregate of Sn-Ag-Cu alloy particles, was dispersed in a solvent and immersed. The BTA derivative for solder was dissolved at 2% by mass with the Sn-Ag-Cu alloy powder as 100% by mass. Thereafter, the solvent was heated and evaporated under reduced pressure, and the surface of the Sn-Ag-Cu alloy particles was coated with a BTA derivative for solder. Then, a powdery solder was produced. Thereafter, 89.4% by mass of the powdery solder and 10.6% by mass of the flux were mechanically mixed to prepare a solder paste. The composition of the flux was 50% by mass of rosin, 35% by mass of an alcohol solvent, 1% by mass of an organic acid, 3% by mass of a halide, and 11% by mass of a thixotropic agent.
[0064]
The solder paste containing the solder BTA derivative of the structural formula 1 was used in Example 3-1. The solder paste containing the solder BTA derivative of the structural formula 3 was used in Example 3-2. The solder paste containing the solder BTA derivative of the structural formula 5 was used. Is referred to as Example 3-3, and the solder paste containing the BTA derivative for solder of the structural formula 6 is referred to as Example 3-4, respectively.
[0065]
In addition, the surface of the Sn—Ag—Cu alloy particles was coated with BTA by the same means as in the example to prepare a powdery solder. Then, the solder and the flux were mixed to prepare a solder paste. This solder paste containing BTA is referred to as Comparative Example 3-1.
[0066]
Embedded image
Figure 2004216403
[0067]
The BTA derivative represented by the structural formula 8 (the molecular weight of the substituent Y in claim 1 is about 254) is coated on the surface of the Sn—Ag—Cu alloy particles by the same means as in the example, and the powdery Solder was prepared. Then, the solder and the flux were mixed to prepare a solder paste. The solder paste containing the BTA derivative for solder of the structural formula 8 is referred to as Comparative Example 3-2.
[0068]
These Examples and Comparative Examples were screen-printed in a circular shape on a copper plate having a length of 50 mm, a width of 50 mm and a thickness of 0.5 mm. The print thickness of the example and the comparative example was 200 μm. Then, these examples and comparative examples were each held in a predetermined temperature pattern shown in FIG. FIG. 5 shows a photograph of the copper plate on which Example 3-1 was printed after the temperature pattern was completed. FIG. 6 shows a photograph of the copper plate on which Example 3-2 was printed after the temperature pattern was completed. FIG. 7 shows a photograph of the copper plate on which Example 3-3 was printed after the temperature pattern was completed. FIG. 8 shows a photograph of the copper plate on which Example 3-4 was printed after the temperature pattern was completed. FIG. 9 shows a photograph of the copper plate on which Comparative Example 3-1 was printed after the temperature pattern was completed. FIG. 10 shows a photograph of the copper plate on which Comparative Example 3-2 is printed after the temperature pattern is completed. The magnification of these photographs is × 30.
[0069]
In FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9, what can be observed in an island shape in the circle is the solder that has been melted and solidified. The more the molten and solidified solder spreads in a circular shape, the better the spread of the solder and the higher the wettability of the solder. That is, the solderability is higher. It can be seen that the solders of FIGS. 5, 6, 7, and 8 are spread more circularly than the solders of FIGS. That is, it can be seen that Examples 3-1 and 3-2 and 3-3 and 3-4 have better solderability than Comparative Examples 3-1 and 3-2. Further, the molecular weight of the substituent Y in claim 1 of Comparative Example 3-2 is 254. This indicates that when the molecular weight of the substituent Y exceeds 200, the solderability deteriorates.
[0070]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a BTA derivative for solder in which an oxide film is less likely to be generated on the surface of a Pb-free soluble alloy, a solder using the same, a flux using the same, and a solder paste using the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a temperature pattern when a solder made of a Pb-free soluble alloy is used for reflow soldering.
FIG. 2 is a graph showing measurement results of TG, DTG, and DTA in Example 1.
FIG. 3 is a graph showing TG measurement results of Examples 2-1, 2-2, 2-3 and 2-4.
FIG. 4 is a graph showing a temperature pattern used in Experiment 3.
FIG. 5 is a photograph of the copper plate on which Example 3-1 has been printed, after the temperature pattern is completed.
FIG. 6 is a photograph of a copper plate on which Example 3-2 is printed after the temperature pattern is completed.
FIG. 7 is a photograph of a copper plate on which Example 3-3 is printed after the temperature pattern is completed.
FIG. 8 is a photograph of a copper plate on which Example 3-4 is printed after the temperature pattern is completed.
FIG. 9 is a photograph of a copper plate on which Comparative Example 3-1 has been printed, after completion of the temperature pattern.
FIG. 10 is a photograph of the copper plate on which Comparative Example 3-2 is printed after the temperature pattern is completed.
[Explanation of symbols]
A: peak, B: peak, C: start point, D: end point, E: first peak, F: second peak, G: endothermic peak start point.

Claims (13)

一般式(1):
Figure 2004216403
または一般式(2):
Figure 2004216403
(式中、X1、X2はHまたはCOOHまたはCHであり、YはC、H、O、N、S、P、ハロゲン元素、アルカリ土類元素、重金属元素から構成される置換基である。)で示され、該Yの分子量が2以上200以下であることを特徴とするはんだ用BTA誘導体。
General formula (1):
Figure 2004216403
Or general formula (2):
Figure 2004216403
(Wherein X 1 and X 2 are H or COOH or CH 3 , and Y is a substituent composed of C, H, O, N, S, P, a halogen element, an alkaline earth element, and a heavy metal element. ), Wherein the molecular weight of Y is 2 or more and 200 or less.
熱分解開始温度が、200℃以上230℃以下である請求項1に記載のはんだ用BTA誘導体。The BTA derivative for solder according to claim 1, wherein a thermal decomposition initiation temperature is 200C or higher and 230C or lower. 前記X1はHであり、前記X2はHであり、前記YはCである請求項1に記載のはんだ用BTA誘導体。Wherein X1 is H, wherein X2 is H, solder BTA derivative according to claim 1 wherein Y is C 4 H 5 O 4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載のはんだ用BTA誘導体と、Pbフリー可溶性合金と、を有するはんだ。A solder comprising the BTA derivative for solder according to any one of claims 1 to 3, and a Pb-free soluble alloy. 前記Pbフリー可溶性合金は、SnとAgと不可避不純物とからなる請求項4に記載のはんだ。The solder according to claim 4, wherein the Pb-free soluble alloy is composed of Sn, Ag, and unavoidable impurities. 前記Agを3.0質量%以上4.0質量%以下含む請求項5に記載のはんだ。The solder according to claim 5, wherein the Ag is contained in an amount of 3.0 mass% to 4.0 mass%. 前記Pbフリー可溶性合金は、SnとAgとCuと不可避不純物とからなる請求項4に記載のはんだ。The solder according to claim 4, wherein the Pb-free soluble alloy is composed of Sn, Ag, Cu, and unavoidable impurities. 前記Agを1.0質量%以上4.0質量%以下、前記Cuを0.4質量%以上0.8質量%以下含む請求項7に記載のはんだ。The solder according to claim 7, wherein the Ag is contained in an amount of 1.0% by mass to 4.0% by mass, and the Cu is included in a range of 0.4% by mass to 0.8% by mass. 前記Pbフリー可溶性合金はPbフリー可溶性合金粉末であり、前記はんだ用BTA誘導体は該Pbフリー可溶性合金粉末を構成するPbフリー可溶性合金粒子の表面にコーティングされている請求項4から請求項8のいずれかに記載のはんだ。9. The Pb-free soluble alloy powder is a Pb-free soluble alloy powder, and the BTA derivative for solder is coated on a surface of Pb-free soluble alloy particles constituting the Pb-free soluble alloy powder. Solder described in Crab. 前記はんだ用BTA誘導体は、前記Pbフリー可溶性合金粉末を100質量%として、0.05質量%以上5質量%以下含まれている請求項9に記載のはんだ。The solder according to claim 9, wherein the BTA derivative for solder contains 0.05% by mass or more and 5% by mass or less based on 100% by mass of the Pb-free soluble alloy powder. 請求項9または請求項10に記載のはんだとフラックスとを有するはんだペースト。A solder paste comprising the solder according to claim 9 and a flux. 請求項1から請求項3のいずれかに記載のはんだ用BTA誘導体を有するフラックス。A flux comprising the BTA derivative for solder according to any one of claims 1 to 3. 請求項12に記載のフラックスとPbフリー可溶性合金とを有するはんだペースト。A solder paste comprising the flux according to claim 12 and a Pb-free soluble alloy.
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