JP2011129694A - はんだ接合補強剤組成物、及びこれを用いた実装基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のはんだ接合補強剤組成物(5)は、その雰囲気温度を昇温開始温度である40℃から鉛フリーはんだ粉末のはんだ融点まで0.1〜0.2℃/秒の昇温速度で昇温し、続けて前記はんだ融点で10分間保持した際に、昇温開始直後から5〜7秒毎に粘弾性測定装置によりはんだ接合補強剤組成物(5)の粘度を測定した結果、昇温開始直後における粘度V1(Pa・s)と、昇温開始直後からはんだ融点までの昇温時における最低粘度V2(Pa・s)と、昇温後に前記はんだ融点で10分間保持した直後の粘度V3(Pa・s)とが、V2<V1/10かつV3>10V2の関係を満足することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明の補強剤に含有される熱硬化性樹脂は、共に用いられる接合剤中のフラックスに含有される熱硬化性樹脂と同一のものが使用される。これにより、後述するリフロー工程において、上記フラックスと補強剤とが一体化し、基板と電子部品とを確実に固着することができる。また、上記フラックスと補強剤とが一体化されるため、フィレット形成を阻害することがない。よって、はんだ付け性の低下を防止できる。上記熱硬化性樹脂としては、上記フラックス中の熱硬化性樹脂と同一である限り特に限定されず、従来の接合剤で使用されているものを使用できる。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂等を例示でき、硬化速度、高ガラス転移温度の確保及びせん断強度の観点からエポキシ樹脂が好ましい。なお、熱硬化性樹脂とは、加熱することによって硬化する樹脂であり、例えば、比較的低分子の物質が加熱により高分子の3次元架橋構造(網状構造)となる樹脂である。よって、ロジン系樹脂のように空気中に放置するだけで硬化する樹脂とは明確に異なる。
本発明の補強剤に含有される硬化剤は、上述した熱硬化性樹脂の硬化剤(硬化促進剤)として用いられる成分であり、従来の接合剤で使用されているものを使用できる。例えば潜在性硬化剤としては、ノバキュアHX-3722、HX-3721、HX-3748、HX-3088、HX-3613、HX-3921HP、HX-3941HP(旭化成エポキシ社製、商品名)、脂肪族ポリアミン系としては、フジキュアFXR-1020、FXR-1030、FXR-1050、FXR-1080(富士化成工業社製、商品名)、エポキシ樹脂アミンアダクト系としては、アミキュアPN-23、MY-24、VDH、UDH、PN-31、PN-40(味の素ファインテクノ社製、商品名)、EH-3615S、EH-3293S、EH-3366S、EH-3842、EH-3670S、EH-3636AS(旭電化工業社製、商品名)等が挙げられる。また、イミダゾール系硬化剤(イミダゾール化合物)としては、2MZA、2PHZ、2PZ、2MHZ、C11Z、C17Z、2E4MZ、2P4MZ、2P4MHZ、C11Z-CNS、2PZ-CNZ(四国化成工業社製、商品名)等が挙げられる。なかでも、イミダゾール化合物(特に水酸基含有イミダゾール化合物)を用いると、熱硬化性樹脂の硬化反応が急激に進むことが無く、応力の発生を防止できるため、好ましい。
本発明の補強剤には、活性剤が含有されていてもよい。活性剤は、金属表面に存在する酸化物、硫化物、水酸化物、塩化物、硫酸塩、炭酸塩等を還元して金属を清浄化する成分であり、本発明の補強剤と共に用いられる接合剤中のフラックスに、通常、含有される成分である。
本発明の補強剤には、チクソトロピー性を付与して塗工性を向上させるために、チクソ剤が含有されてもよい。チクソ剤としては、従来の接合剤で使用されているものを使用でき、例えば、シリカ、水添ヒマシ油、脂肪酸アマイド類などが使用できる。
前記接合剤には、環境負荷の低減の観点から、鉛フリーはんだ粉末が含有される。鉛フリーはんだ粉末とは、鉛を添加しないはんだ金属または合金の粉末である。ただし、はんだ粉末中に、不可避的不純物として鉛が存在することは許容されるが、この場合、鉛の量は、100ppm以下であることが好ましい。具体的には、鉛フリーはんだを形成するハンダ組成として、以下を例示できる。
2元系合金:95.3Ag/4.7Bi等のAg−Bi系、66Ag/34Li等のAg−Li系、3Ag/97In等のAg−In系、67Ag/33Te等のAg−Te系、97.2Ag/2.8Tl等のAg−Tl系、45.6Ag/54.4Zn等のAg−Zn系、80Au/20Sn等のAu−Sn系、52.7Bi/47.3In等のBi−In系、35In/65Sn、51In/49Sn、52In/48Sn等のIn−Sn系、8.1Bi/91.9Zn等のBi−Zn系、43Sn/57Bi、42Sn/58Bi等のSn−Bi系、98Sn/2Ag、96.5Sn/3.5Ag、96Sn/4Ag、95Sn/5Ag等のSn−Ag系、91Sn/9Zn、30Sn/70Zn等のSn−Zn系、99.3Sn/0.7Cu等のSn−Cu系、95Sn/5Sb等のSn−Sb系
3元系合金:95.5Sn/3.5Ag/1In等のSn−Ag−In系、86Sn/9Zn/5In、81Sn/9Zn/10In等のSn−Zn−In系、95.5Sn/0.5Ag/4Cu、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu等のSn−Ag−Cu系、90.5Sn/7.5Bi/2Ag、41.0Sn/58Bi/1.0Ag等のSn−Bi−Ag系、89.0Sn/8.0Zn/3.0Bi等のSn−Zn−Bi系
その他:Sn/Ag/Cu/Bi系など
熱硬化性樹脂含有フラックス(フラックス)としては、熱硬化性樹脂を含有する限りにおいて特に限定されず、従来の接合剤で使用されている配合のものを使用できる。例えば、熱硬化性樹脂、活性剤、チクソ剤、硬化剤等を含有するフラックスが使用できる。特に、フラックスが、上述した本発明の補強剤の含有成分と同一の成分を含有していると、後述するリフロー工程において、上記フラックスと本発明の補強剤との一体化が速やかに行われ、基板と電子部品とを確実に固着することができるため好ましい。この場合、上記フラックス中の各成分の配合比は、上述した本発明の補強剤中の各成分の配合比と異なっていてもよいが、後述するリフロー工程において、上記フラックスと本発明の補強剤との一体化を確実に行うには、それぞれの配合比が一致していることが好ましい。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)85質量%、チクソ剤(脂肪酸アマイド)2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)5質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物1を調製した。各成分の配合比を表1に示す。なお、表1の粘性は、Thermo Scientific社製粘弾性測定装置(HAAKE MARS-III)を用いて、OSCモードの条件で測定した。以下の樹脂組成物2〜9についても同様である。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)75質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%とシリカ10質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)5質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物2を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)89質量%、チクソ剤(脂肪酸アマイド)2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)1質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物3を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)85質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)3質量%とジシアンジアミド2質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物4を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)75質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%とシリカ10質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)1質量%とジシアンジアミド4質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物5を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)80質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%とシリカ10質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として、2,4−ジアミノ−6−[2´−ウンデシルイミダゾリル−(1´)]−エチル−s−トリアジン5質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物6を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
ロジン系樹脂(ハリマ化成社製 ハリフェノール512)48質量%、チクソ剤(新日本理化株式会社製 ゲルオールD)9質量%、活性剤(アジピン酸)8質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)1質量%、及び溶剤としてヘキシルジグリコール34質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物7を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)90質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物8を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)83質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)3質量%とジシアンジアミド2質量%と2,4−ジアミノ−6−[2´−ウンデシルイミダゾリル−(1´)]−エチル−s−トリアジン2質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物9を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
上記樹脂組成物1と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物1:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物1からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
上記樹脂組成物2と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物2:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物2からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
上記樹脂組成物3と、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末とを、樹脂組成物3:96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物3からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
上記樹脂組成物4と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物4:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物4からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
上記樹脂組成物5と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物5:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物5からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
上記樹脂組成物7と、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末とを、樹脂組成物7:96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末=10:90の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物6からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
上記樹脂組成物7と、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末とを、樹脂組成物7:96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末=10:90の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤を用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。なお、比較例3では、補強剤を使用せずにリフロー工程を行い、リフロー工程後に、アンダーフィル(Henkel社製LOCTITE 3480)を用いて、パッケージ部品を固着させた。
上記実施例1と同様に調製した接合剤を用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。なお、比較例4では、補強剤を使用せずにリフロー工程を行った。
上記樹脂組成物8と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物8:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物8からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
上記樹脂組成物9と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物9:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物9からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(1−1)実施例1〜4及び比較例1,2,5,6のはんだフィレットの状態
4×10cmのポリイミド基板上に形成されたQFP(56PIN)用端子(端子寸法:16×16mm、端子間隔:0.5mm)上に、厚み100μmtのメタルマスクを用いて、接合剤をメタルスキージで印刷した。次いで、上述した図2(c1)に示すように端子の近傍に補強剤を塗布した後、QFP(56PIN)を上述した図2(d1)に示すように補強剤上に載置した。そして、実施例1,2,4及び比較例1,5,6については図3に示すリフロー条件、実施例3については図4に示すリフロー条件、比較例2については図5に示すリフロー条件でそれぞれ加熱して試験片を作製した。この試験片のQFPリード部分を観察し、フィレット8が断面略三角形の良好な形状を示す場合を○(図6(a))、フィレット8の表面においてはんだボールが存在する場合を×(図6(b))とした。
4×10cmのポリイミド基板上に形成されたQFP(56PIN)用端子(端子寸法:16×16mm、端子間隔:0.5mm)上に、厚み100μmtのメタルマスクを用いて、接合剤をメタルスキージで印刷した。次いで、QFP(56PIN)を基板上に載置し、図5に示すリフロー条件で加熱してはんだ接合を行った。次いで、80℃に加熱したフラックス洗浄剤(荒川化学工業社製 パインα ST-100SX)に基板を浸漬させ、フラックス残さを洗浄した。次いで、80℃に加熱した純水に基板を浸漬させ、フラックス洗浄剤を洗い流した。さらにイソプロピルアルコールで基板をリンスした後、オーブンにて125℃で60分間基板を乾燥させた。そして、QFPが実装されている周囲にアンダーフィル(Henkel社製LOCTITE 3480)を塗布した後、オーブンにて150℃で30分間加熱することによって、アンダーフィルを硬化させて試験片を作製した。この試験片のQFPリード部分を観察し、上述した判定基準により判定を行った。
上記実施例1において、補強剤を塗布しなかったこと以外は、実施例1と同様に試験片を作製した。この試験片のQFPリード部分を観察し、上述した判定基準により判定を行った。
上記「(1)はんだフィレットの状態」の評価に使用した各試験片について、図7に示すように基板3側を上に向けて、治具により上下方向(矢印A,A´方向)から挟み込んで固定した後、引張り試験機(SHIMADZU社製 EZ-L)により、基板3を上方(矢印B方向)に5mm/minの速度で引っ張って、基板3の1辺当たりのピール強度を測定した。なお、表2の結果は、それぞれピール強度を測定した10個の試験片の平均値である。
2 端子
3 基板
4 接合剤
5 補強剤
6 チップ部品
7 固着部
8 フィレット
9 パッケージ部品
10 リード
Claims (7)
- 鉛フリーはんだ粉末及び熱硬化性樹脂含有フラックスを含有するはんだ接合剤組成物と共に用いられ、基板上の端子の近傍に塗布されるはんだ接合補強剤組成物であって、
前記はんだ接合補強剤組成物は、前記熱硬化性樹脂含有フラックスに含有される熱硬化性樹脂と同一の熱硬化性樹脂と、硬化剤とを含有し、
前記はんだ接合補強剤組成物の雰囲気温度を昇温開始温度である40℃から前記鉛フリーはんだ粉末のはんだ融点まで0.1〜0.2℃/秒の昇温速度で昇温し、続けて前記はんだ融点で10分間保持した際に、昇温開始直後から5〜7秒毎に粘弾性測定装置により前記はんだ接合補強剤組成物の粘度を測定した結果、昇温開始直後における粘度V1(Pa・s)と、昇温開始直後からはんだ融点までの昇温時における最低粘度V2(Pa・s)と、昇温後に前記はんだ融点で10分間保持した直後の粘度V3(Pa・s)とが、V2<V1/10かつV3>10V2の関係を満足する、はんだ接合補強剤組成物。 - 前記V1は、80以上である、請求項1記載のはんだ接合補強剤組成物。
- 前記はんだ接合補強剤組成物中の前記硬化剤の含有量が、0.1〜10質量%である、請求項1又は2記載のはんだ接合補強剤組成物。
- 前記硬化剤は、水酸基含有イミダゾール化合物を50質量%以上含有する、請求項1〜3のいずれか1項記載のはんだ接合補強剤組成物。
- 前記熱硬化性樹脂含有フラックスは、活性剤、チクソ剤及び硬化剤を更に含有し、
前記はんだ接合補強剤組成物は、前記熱硬化性樹脂含有フラックスと同一の成分を含有する、請求項1〜4のいずれか1項記載のはんだ接合補強剤組成物。 - 前記活性剤は、アジピン酸を含有する、請求項5記載のはんだ接合補強剤組成物。
- 基板上の端子と電子部品とを接合する実装基板の製造方法であって、
a)前記端子上にはんだ接合剤組成物を塗布する工程と、
b)前記端子の近傍に請求項1〜6のいずれか1項記載のはんだ接合補強剤組成物を塗布する工程と、
c)前記はんだ接合補強剤組成物及び前記はんだ接合剤組成物の少なくとも一方の上に前記電子部品を載置する工程と、
d)前記はんだ接合剤組成物及び前記はんだ接合補強剤組成物をはんだ付け温度に加熱して、前記電子部品のはんだ付けと、前記はんだ接合剤組成物及び前記はんだ接合補強剤組成物中の熱硬化性樹脂による前記電子部品の固着とを同時に行う工程を有する、実装基板の製造方法。
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