JP2009246356A - はんだ付け用フラックスおよびそれを用いた電子装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】実装パッド表面に形成される不活性層を削減することができるはんだ付け用フラックスおよびそれを用いた電子装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のはんだ付け用フラックス22は、基板上に形成されたソルダーレジスト膜12の開口部の底面に露出した実装パッドとはんだボール24とを接続するに際して、前記実装パッド表面および前記はんだボールのうちの少なくとも一つに塗布するものである。はんだ付け用フラックス22は溶剤を含み、その溶剤は、一般式(1)で表され、沸点が218℃以上240℃以下である化合物を含む。
−Rn−OH ・・・(1)
【選択図】図2

Description

本発明は、はんだ付け用フラックスおよびそれを用いた電子装置の製造方法に関する。
特許文献1には、トリエチレングリコールやテトラエチレングリコール等の沸点が270℃〜330℃の溶剤が含まれるはんだ付け用フラックスが記載されている。
特許文献2には、溶剤として沸点が245℃以上の多価アルコールあるいはその誘導体を含むはんだ付け用フラックスが記載されている。そのような溶剤として、ブチルカルビトールアセテート、ジブチルカルビトール、ヘキシルカルビトール、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテートが挙げられている。
特許文献3には、沸点が230℃より高い有機溶剤を含有するソルダペースト組成物が記載されている。そのような溶剤として、ブチルカルビトール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシルジグリコール、エチルヘキシルジグリコールが挙げられている。
特開平6−71476号 特開2001−232496号 特開2002−336993号
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
以下の図面を参照して本発明の課題を説明する。図4(a)〜図5(b)は実装パッドとはんだボールとの接合工程を説明するための断面図である。
まず、図4(a)に示すように、図示しない基板上に形成されたソルダ−レジスト膜112,112の間の開口部の底面に露出した実装パッド114を備える配線基板を準備する。
そして、マウントベーク、リフロー、封入樹脂ベークなどの半導体装置を製造する際の加熱工程よって、ソルダ−レジスト膜112に含まれる化合物などからなる不活性層120が実装パッド114表面に形成される(図4(b))。
そして、フラックス122を塗布し、はんだボール124を搭載し、次いでリフロー工程を行う(図5(a)(b))。
しかしながら、図5(b)に示すように、リフロー工程時に不活性層120をフラックスで削減することができないことがあった。そのため、リフロー工程後において、はんだボール124と実装パッド114との接合が十分ではなく、製品の歩留まりが低下することがあった。
本発明によれば、基板上に形成されたソルダーレジスト膜の開口部の底面に露出した実装パッドとはんだボールとを接続するに際して、前記実装パッド表面および前記はんだボールのうちの少なくとも一つに塗布するはんだ付け用フラックスであって、前記はんだ付け用フラックスは溶剤を含み、前記溶剤は、一般式(1)で表され、沸点が218℃以上240℃以下である化合物を含むことを特徴とするはんだ付け用フラックスを提供することができる。
−Rn−OH ・・・(1)
式中、Rは、直鎖状または分岐型である置換基を有していてもよい炭素数1以上6以下の有機基、置換基を有していてもよいフェニル基または複素環基を示し、Rは、OCHCHを示し、nは1以上5以下の整数を示す。
本発明によれば、基板上に形成されたソルダーレジスト膜の開口部の底面に露出した実装パッド表面に、前記はんだ付け用フラックスを塗布する工程と、はんだボールを前記実装パッド表面に載置する工程と、前記はんだボールを加熱溶融して前記実装パッド表面に該はんだボールを接合する工程と、を含むことを特徴とする電子装置の製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、基板上に形成されたソルダーレジスト膜の開口部の底面に露出した実装パッド表面とはんだボールを接続するに際して、前記はんだボールに前記はんだ付け用フラックスを塗布する工程と、前記はんだボールの前記フラックスが塗布された面が前記実装パッド表面に対向するように前記はんだボールを載置する工程と、前記はんだボールを加熱溶融して前記実装パッド表面に該はんだボールを接合する工程と、を含むことを特徴とする電子装置の製造方法を提供することができる。
この発明のはんだ付け用フラックスによれば、一般式(1)で表され、沸点が218℃以上240℃以下である化合物を含む溶剤を含んでいるので、実装パッド表面に形成されるシロキサン化合物などからなる不活性層をリフロー工程時に削減することができる。そのため、リフロー工程後において、はんだボールと実装パッドとが十分に接合され、製品の歩留まりが向上させることができる。
本発明によれば、実装パッド表面に形成される不活性層を削減することができるはんだ付け用フラックスおよびそれを用いた電子装置の製造方法が提供される。
実施の形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示した断面の拡大図である。 実施の形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示した断面の拡大図である。 実施例の結果を示すグラフである。 本発明の課題を示す電子装置の製造方法を模式的に示した断面の拡大図である。 本発明の課題を示す電子装置の製造方法を模式的に示した断面の拡大図である。 実施の形態に係る電子装置の製造方法において得られる電子装置を模式的に示した断面図である。
以下、本発明のはんだ付け用フラックスの実施形態について、以下に説明する。
本実施形態のはんだ付け用フラックスは、一般式(1)で表される化合物を含む溶剤を含有するものである。
−Rn−OH ・・・(1)
式中、Rは、直鎖状または分岐型である置換基を有していてもよい炭素数1以上6以下の有機基、置換基を有していてもよいフェニル基または複素環基を示し、Rは、OCHCHを示し、nは1以上5以下の整数を示す。
本実施形態において、Rにおける直鎖状または分岐型の有機基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等を挙げることができる。
における、有機基、フェニル基および複素環基の置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、ヒドロキシル基、チオール基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、ケト基、アミノ基、ハロゲン等を挙げることができる。
本実施形態において、一般式(1)におけるRは、直鎖状または分岐型である、炭素数1以上6以下のアルキル基、炭素数1以上6以下のアルケニル基、炭素数1以上6以下のアルキニル基、またはフェニル基とすることができ、Rnのnは、1以上3以下の整数とすることができる。
本実施形態において、一般式(1)で表される化合物としては、沸点218℃以上240℃以下、好ましくは218℃以上238℃以下のものを用いることができる。
このような化合物としては、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルよりなる群から選択される1種以上を組み合わせて用いることができる。
本実施形態のはんだ付け用フラックスは、一般式(1)で表される化合物を、はんだ付け用フラックス全体に対して10重量%以上75重量%以下、好ましくは20重量%以上65重量%以下の量で含有することができる。
なお、本実施形態に用いられる溶剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、一般式(1)で表される化合物以外に他の溶剤を含んでいてもよい。他の溶剤としては、ジイソプロピルエーテル、ジエチルエーテル等を挙げることができる。他の溶剤の含有量は、はんだ付け用フラックス全体に対して5重量%以下程度である。
本実施形態のはんだ付け用フラックスは、さらに有機酸、アミン化合物およびノニオン系界面活性剤を含むことができる。以下、順に説明する。
有機酸としては、酒石酸、アジピン酸、ジメチロールプロピオン酸、オキシ二酢酸等を挙げることができる。本実施形態のはんだ付け用フラックスは、はんだ付け用フラックス全体に対して、有機酸を1重量%以上30重量%以下の量で含有することができる。
アミン化合物としては、芳香族アルカノールアミン等を挙げることができる。本実施形態のはんだ付け用フラックスは、はんだ付け用フラックス全体に対して、アミン化合物を5重量%以上50重量%以下の量で含有することができる。
ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンロジンエステル等を挙げることができる。本実施形態のはんだ付け用フラックスは、はんだ付け用フラックス全体に対して、ノニオン系界面活性剤を1重量%以上50重量%以下の量で含有することができる。
また、本実施形態のはんだ付け用フラックスは、他の成分として、増粘剤、固形剤、染料等を含んでいてもよい。
本実施形態のはんだ付け用フラックスは、通常の撹拌混合手段により、前記各成分を溶剤に溶解させて得ることができる。
次に、本発明の電子装置の製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
本実施形態の電子装置の製造方法について、図6に示す電子装置の製造方法の例を示す。図6の電子装置は、配線基板30上にはんだボール32を介して、電子部品34がフリップチップ実装されている。本実施形態における電子部品34は、例えば半導体チップである。はんだボール32は、配線基板30上のソルダーレジスト膜13の開口部底部に設けられた実装パッド36に接続されている。
配線基板30の電子部品34が設けられた面と反対側の面には、はんだボール24が設けられている。はんだボール24は、配線基板30上のソルダーレジスト膜12の開口部底部に設けられた実装パッド14に接続されている。
本実施形態の電子装置の製造方法を図1(a)、(b)、および図2(a)、(b)に示す。図1(a)、(b)、および図2(a)、(b)は、図6の点線Aで囲まれた領域の拡大図である。実装パッド14は、Cu電極18の上に、ニッケルめっき層17、その上にAuめっき層16が積層された構造を有する。
本実施形態の電子装置の製造方法においては、まず配線基板30に電子部品34をはんだボール32を介してフリップチップ接続した回路基板30を準備する。その後の工程における本実施形態の電子装置の製造方法は以下の工程を有する。
(a)ソルダーレジスト膜12を加熱する工程(図1(a)および(b))
(b)図示しない基板上に形成されたソルダーレジスト膜12,12の開口部の底面に露出した実装パッド14表面、またははんだボール24に、本実施形態のはんだ付け用フラックス22を塗布する工程
(c)はんだボール24を実装パッド14表面に載置する工程(図2(a))
(d)はんだボール24を加熱溶融してはんだボール24を実装パッド14表面に接合する工程(図2(b))
以下、各工程に沿って説明する。
工程(a):ソルダーレジスト膜12を加熱する(図1(a)および(b))。
まず、図1(a)に示すように、図示しない基板上に形成されたソルダ−レジスト膜12,12の間の開口部の底面に露出した実装パッド14を備える電子装置を準備する。
そして、マウントベーク、リフロー、封入樹脂ベークなどの電子装置を製造する際の加熱工程よって、ソルダ−レジスト膜12が加熱される。つまり、本工程はソルダーレジスト膜12を加熱することを目的とするものではない。
この加熱工程によって、ソルダ−レジスト膜12に含まれるシロキサン化合物など溶出し、実装パッド14表面に不活性層20が形成される(図1(b))。
工程(b):図示しない基板上に形成されたソルダーレジスト膜12の開口部の底面に露出した実装パッド14表面に、本実施形態のはんだ付け用フラックス22を塗布する。
はんだ付け用フラックス22の塗布方法および塗布量は特に限定されず、通常の方法にしたがって行うことができる。
ソルダーレジスト膜12は、シロキサン化合物を含んでいてもよい。シロキサン化合物としては、ポリジメチルシロキサン誘導体およびその分解物を挙げることができる。ポリジメチルシロキサン誘導体としては、ポリジメチルシロキサン、ジメチコン等のポリジメチルシロキサンの縮重合体、またポリジメチルシロキサン中のメチル基を他の官能基で置換したもの等を挙げることができる。
なお、はんだ付け用フラックス22は、実装パッド14の表面ではなく、はんだボール24に塗布してもよい。
工程(c):はんだボール24を実装パッド14表面に載置する(図2(a))。
はんだボール24を実装パッド14表面に載置する方法としては、通常の方法を用いることができる。はんだボール24は、Sn系はんだ、SnAg系はんだ、SnCu系はんだ、またはSnAgCu系はんだから構成することができる。
なお、はんだ付け用フラックス22が、はんだボール24に塗布された場合には、はんだボール24のはんだ付け用フラックス22が塗布された面が実装パッド14表面に対向するようにはんだボール24を載置する。
工程(d):はんだボール24を加熱溶融してはんだボール24を実装パッド14表面に接合する(図2(b))。
はんだボール24の加熱溶融(リフロー)は、230℃以上260℃以下で行うことができる。本工程により、実装パッド14表面から不活性層20を削減することができる。
この接合工程においても、ソルダーレジスト膜12からシロキサン化合物が溶出することがあるが、本実施形態のはんだ付け用フラックスを用いることにより溶出してきたシロキサン化合物をも効果的に削減することができる。
そして、通常の方法にしたがい、電子装置を製造する。
以下に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態のはんだ付け用フラックスは、前記一般式(1)で表される化合物を含む溶剤を含有するものである。
本実施形態のはんだ付け用フラックスは、ソルダーレジスト膜が加熱されることによってソルダーレジスト膜から溶出する物質からなる不活性層が、実装パッド14表面に形成される場合において、不活性層20をリフロー工程時に削減することができる。そのため、リフロー工程後において、はんだボールと実装パッドとが十分に接合され、製品の歩留まりを向上させることができる。
また、本実施形態において、一般式(1)で表される前記化合物の沸点は、218℃以上240℃以下、好ましくは238℃以下とすることができる。さらに、はんだリフロー温度を230℃以上260℃以下とすることができる。
前記化合物の沸点がこの範囲であることにより、リフロー温度との関係において、不活性層20をリフロー工程時に効果的に削減することができる。そのため、リフロー工程後において、はんだボールと実装パッドとが十分に接合され、製品の歩留まりをさらに向上させることができる。
なお、一般式(1)で表される前記化合物の沸点が218℃未満であると、はんだ溶融温度に到達する前に溶剤成分が揮発、失活してしまうため、不活性層20の削減効果が低下する傾向がある。一方、一般式(1)で表される前記化合物の沸点が240℃を超えると、溶剤が活性を発揮する温度領域に到達する前に、はんだ溶融が起こるので,不活性層20の削減効果が不充分になる。
本実施形態において、前記ソルダーレジスト膜は、シロキサン化合物を含むことができる。シロキサン化合物としては、ポリジメチルシロキサンおよびその分解物、ジメチコン等のポリジメチルシロキサンの縮重合体、またポリジメチルシロキサン中のメチル基を他の官能基で置換したものを挙げることができる。
従来から、はんだ付け用フラックスには溶剤が添加されているが、リフロー工程後において、はんだボールと実装パッドとの接合が十分ではない場合があった。
ソルダーレジスト膜に含まれるシロキサン化合物、その中でもポリジメチルシロキサンは、ソルダーレジスト膜が加熱されると実装パッド表面に溶出するとともに該表面で不活性層を形成する。そこで本発明者が鋭意研究したところ、この不活性層は従来のフラックスでは削減することができず、不活性層の存在により、はんだボールと実装パッドとの接合が不十分なものとなり、製品の歩留まりが低下するとの新規な課題を見出した。
本発明者はさらに鋭意研究したところ、前記した沸点を有する一般式(1)で表される化合物がシロキサン化合物を溶解し、不活性層を効果的に削減することができることを見出し、本発明を完成したのである。
また、本実施形態においては一般式(1)で表される化合物は、水溶性のものを用いることができる。
はんだ接合工程後、基板切断工程等において用いられる水により、フラックスの残渣を洗い流すことができるため、洗浄工程を別途設ける必要がなく、製造工程の簡略化を図ることができる。
以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、はんだボールの接合不良率は以下のように評価した。
ソルダーレジストを塗布したプリント基板のNi/Auランド上にフラックスを塗布し、その上にはんだボールを搭載する。その後、速やかにリフロー装置によりはんだを溶融加熱し、ランドとはんだを溶融させる。リフロー終了後、ボール表面に加重を加えることにより、未接合のボール接合部はランドが露出する。はんだボールの接合不良率は、未接合ボール数を全ボール数で割って算出した。
(実施例1)
図1〜図2に記載の製造方法にしたがって、以下の条件で電子装置を製造した。ボール付不良率の評価結果を図3に示す。
(電子装置)
はんだボール:SnAgCu系はんだボール
ソルダ−レジスト膜:アクリル樹脂36.4%、ポリジメチルシロキサン(PDMS)1.4%、フィラー(BaSO4、SiO2、タルク)37.3%、光感剤2.5%、アクリル樹脂4.7%、エポキシ樹脂16.0%、その他 残部
リフロー温度:240℃
(フラックス)
溶剤:エチレングリコールモノブチルエーテル(沸点230℃) 25重量%
有機酸:アジピン酸 5重量%
アミン化合物:ポリアミン樹脂 30重量%
ノニオン系界面活性剤:ポリオキシオチレンロジンエステル 40重量%
上記成分を混合し、フラックスを製造した。
(実施例2)
溶剤としてエチレングリコールモノフェニルエーテル(沸点237℃)を用いた以外は、実施例1と同様に電子装置を製造した。結果を図3に示す。
[比較例1〜3]
溶剤として、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール(沸点178℃)、ジエチレングリコール(沸点244℃)、トリプロピレングリコール(沸点268℃)を用いた以外は実施例1と同様に電子装置を製造し、順に、比較例1〜3とした。結果を図3に示す。
図3に記載のように、エチレングリコールモノブチルエーテル(沸点230℃)またはエチレングリコールモノフェニルエーテル(沸点237℃)を用いたフラックスによれば、はんだボールの接合不良率は0%であった。これに対し、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール(沸点178℃)、ジエチレングリコール(沸点244℃)、トリプロピレングリコール(沸点268℃)を用いたフラックスによれば、はんだボールの接合不良率は問題となるレベルであった。
このことから、本発明のはんだ付け用フラックスを用いることにより、プリント基板のNi/Auランド上に形成される不活性層が除去され、ボール付不良率が低減されるので、製品の歩留まりが向上することが確認された。
また、上記の結果から、配線基板上にはんだボールを介して、電子部品をフリップチップ実装する場合(図6における点線Bで囲まれた領域)、さらに図6の点線AおよびBで囲まれた領域において、はんだ付け用フラックスをはんだボールに塗布する場合、の何れにおいても同様の結果が得られることが推認された。
本発明によるはんだ付け用フラックスおよび電子装置の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では電子部品34が実装される面と反対側の面にはんだボールを形成する場合の例を示した。しかし、本発明の構成は、配線基板30の電子部品34を実装する面上に接続するはんだボール32のリフロー接続においても有効である。つまり、図6における点線Bで囲まれた領域に対して、図1(a)、(b)および図2(a)、(b)の製造方法を適用した場合に相当する。この場合においても、上記実施形態と同様の効果を奏することは言うまでもない。
また、上記実施形態では、電子部品34が配線基板30にフリップチップ接続された例を示した。しかし、電子部品34は配線基板30にリード接続し、配線基板30の電子部品34が実装される面と反対側の面に接続するはんだボール24の接続にのみ、本発明のはんだ付け用フラックスを用いてもよい。
12、13、112 ソルダ−レジスト膜
14、36、114 実装パッド
16 Auめっき層
17 ニッケルめっき層
18 Cu電極
20、120 不活性層
22、122 はんだ付け用フラックス
24、32、124 はんだボール
30 配線基板
34 電子部品(半導体チップ)

Claims (17)

  1. 基板上に形成されたソルダーレジスト膜の開口部の底面に露出した実装パッドとはんだボールとを接続するに際して、前記実装パッド表面および前記はんだボールのうちの少なくとも一つに塗布するはんだ付け用フラックスであって、
    前記はんだ付け用フラックスは溶剤を含み、
    前記溶剤は、一般式(1)で表され、沸点が218℃以上240℃以下である化合物を含むことを特徴とするはんだ付け用フラックス;
    −Rn−OH ・・・(1)
    (式中、Rは、直鎖状または分岐型である置換基を有していてもよい炭素数1以上6以下の有機基、置換基を有していてもよいフェニル基または複素環基を示し、Rは、OCHCHを示し、nは1以上5以下の整数を示す。)。
  2. 請求項1に記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
    前記一般式(1)におけるRは、直鎖状または分岐型である、炭素数1以上6以下のアルキル基、炭素数1以上6以下のアルケニル基、炭素数1以上6以下のアルキニル基、またはフェニル基を示すことを特徴とするはんだ付け用フラックス。
  3. 請求項1または2に記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
    前記一般式(1)で表される前記化合物は、エチレングリコールモノフェニルエーテルまたはジエチレングリコールモノブチルエーテルであることを特徴とするはんだ付け用フラックス。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
    前記ソルダーレジスト膜は、シロキサン化合物を含むことを特徴とするはんだ付け用フラックス。
  5. 請求項4に記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
    前記シロキサン化合物は、ポリジメチルシロキサン誘導体およびその分解物であることを特徴とするはんだ付け用フラックス。
  6. 請求項4または5に記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
    前記一般式(1)で表される前記化合物は、前記シロキサン化合物を溶解することを特徴とするはんだ付け用フラックス。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
    前記一般式(1)で表される前記化合物は、水溶性であることを特徴とするはんだ付け用フラックス。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
    さらに、有機酸、アミン化合物およびノニオン系界面活性剤を含むことを特徴とするはんだ付け用フラックス。
  9. 請求項1乃至8のいずれかに記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
    前記はんだボールは、Sn系はんだ、SnAg系はんだ、SnCu系はんだ、またはSnAgCu系はんだから構成されていることを特徴とするはんだ付け用フラックス。
  10. 基板上に形成されたソルダーレジスト膜の開口部の底面に露出した実装パッド表面に、請求項1乃至9のいずれかに記載のはんだ付け用フラックスを塗布する工程と、
    はんだボールを前記実装パッド表面に載置する工程と、
    前記はんだボールを加熱溶融して前記実装パッド表面に該はんだボールを接合する工程と、
    を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
  11. 基板上に形成されたソルダーレジスト膜の開口部の底面に露出した実装パッド表面とはんだボールを接続するに際して、前記はんだボールに請求項1乃至9のいずれかに記載のはんだ付け用フラックスを塗布する工程と、
    前記はんだボールの前記フラックスが塗布された面が、前記実装パッド表面に対向するように前記はんだボールを載置する工程と、
    前記はんだボールを加熱溶融して前記実装パッド表面に該はんだボールを接合する工程と、
    を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
  12. 請求項10または11に記載の電子装置の製造方法において、
    前記はんだボールを接合する前記工程において、
    前記はんだボールを加熱溶融する際のはんだリフロー温度は、230℃以上260℃以下であることを特徴とする電子装置の製造方法。
  13. 請求項10乃至12のいずれかに記載の電子装置の製造方法において、
    前記はんだ付け用フラックスを塗布する前記工程の前に、前記ソルダーレジスト膜を加熱する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
  14. 請求項10乃至13のいずれかに記載の電子装置の製造方法において、
    前記ソルダーレジスト膜は、シロキサン化合物を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
  15. 請求項14に記載の電子装置の製造方法において、
    前記シロキサン化合物は、ポリジメチルシロキサン誘導体およびその分解物であることを特徴とする電子装置の製造方法。
  16. 請求項10乃至15のいずれかに記載の電子装置の製造方法において、
    前記はんだボールは、Sn系、SnAg系、SnCu系またはSnAgCu系のはんだボールであることを特徴とする電子装置の製造方法。
  17. 請求項14乃至16のいずれかに記載の電子装置の製造方法において、
    前記はんだボールを前記実装パッド表面に接合する前記工程において、
    前記一般式(1)で表される前記化合物が、前記実装パッド表面に付着した前記シロキサン化合物を溶解することを特徴とする電子装置の製造方法。
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