JP2014100737A - レーザーはんだ付け用はんだ組成物およびそれを用いたプリント配線基板 - Google Patents
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
【解決手段】本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物は、(A)ロジン系樹脂と、(B)カルボン酸類と、(C)溶剤と、を少なくとも含有するフラックスと、(D)はんだ粉末とを含有し、前記(C)成分が、(C1)沸点が280℃以上321℃以下、かつ、粘度が30℃において12Pa・s以上80Pa・s以下である溶剤を含有することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
このようなはんだごてによるはんだ付けが困難な狭小部などへのはんだ付けでは、レーザー光を用いた非接触によるはんだ付け方法が利用されている。
この技術は、はんだ付け装置のはんだ付けヘッドからプリント配線基板に向けてレーザー光を照射し、照射されたレーザー光の光エネルギーをはんだに吸収させ発熱を起こし、はんだを溶融させてはんだ付けする方法であり、プリント配線基板の微細な部位に電子部品を短時間で実装することができるという利点がある(特許文献1〜3参照)。
また、はんだ接続を行いたい部分に選択的にレーザー光を照射することができるため、フロー式やリフロー式と比較して、電子部品の実装時に、部品全体に熱を加えずに実装を行うことが可能であることから、放熱性が高い部品へのはんだ付けに適している。
すなわち、本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物は、(A)ロジン系樹脂と、(B)カルボン酸類と、(C)溶剤と、を少なくとも含有するフラックスと、(D)はんだ粉末とを含有し、前記(C)成分が、(C1)沸点が280℃以上321℃以下、かつ、粘度が30℃において12Pa・s以上80Pa・s以下である溶剤を含有することを特徴とするものである。
本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物に用いるフラックスは、はんだ組成物における前記(D)成分以外の成分であり、(A)ロジン系樹脂と、(B)カルボン酸類と、(C)溶剤と、を少なくとも含有するものである。
本発明のフラックスに用いる(A)ロジン系樹脂としては、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、水素添加ロジン及びこれらの誘導体等のロジン類が挙げられるが、これらの変性物であるロジン系変性樹脂も挙げられる。
ロジン系変性樹脂としては、ディールス・アルダー反応の反応成分となり得る上記のロジン類の不飽和有機酸変性樹脂((メタ)アクリル酸等の脂肪族の不飽和一塩基酸、フマル酸、マレイン酸等のα,β−不飽和カルボン酸等の脂肪族不飽和二塩基酸、桂皮酸等の芳香族環を有する不飽和カルボン酸等の変性樹脂)及びこれらの変性物等のアビエチン酸やその変性物を主成分とするものが挙げられる。これらのロジン系樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明のフラックスに用いる(B)カルボン酸類としては、例えば、モノカルボン酸、ジカルボン酸などの他に、その他の有機酸が挙げられる。これらのカルボン酸は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、プチリック酸、バレリック酸、カプロン酸、エナント酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ツベルクロステアリン酸、アラキジン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸、グリコール酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、酒石酸、ジグリコール酸などが挙げられる。
本発明のフラックスに用いる(C)成分の溶剤には、(C1)沸点が280℃以上321℃以下、かつ、粘度が30℃において12Pa・s以上80Pa・s以下である溶剤を含有する。このうち、(C1)成分の30℃における粘度は、20Pa・s以上75Pa・s以下が好ましく、30Pa・s以上70Pa・s以下がより好ましく、55Pa・s以上67Pa・s以下が特に好ましい。なお、粘度はB型粘度計(プログラマブルレオメータDV−III、ブルックフィールド社製)を用いて測定できる。
急加熱が行われるレーザーはんだ付けでは、従来、はんだボールの発生やフラックスの飛散が生じていた。これは、レーザー照射による急加熱によって、粘度が低下したフラックスがはんだ粉末の溶融よりも先にパッド外に流れ出すことによって生じているものと推察される。また、フラックスがパッド外に流れ出すときに、未溶融のはんだ粉末を一緒に流している。
本発明のはんだ組成物では、(C1)成分として、上記高粘度かつ高沸点の溶剤を用いているので、はんだボールの発生及びフラックスの飛散の発生を抑制できる。
その理由としては、溶剤に高粘度のものを使用することによって、レーザー照射による加熱時に、はんだ組成物がパッド上に残りやすくなるためと推察される。また、溶剤に高沸点のものを使用することによって、フラックスが流動性を持つ温度が上昇し、沸点の低い溶媒を用いたはんだ組成物よりもはんだ合金の溶融が進行するため、はんだボールが抑制され、更に溶剤の突沸が抑制されるため、フラックスの飛散が抑制されるものと推察される。
この(C1)成分としては、テルペン骨格を有する炭素数5以上の環状アルカン型アルコールであることが好ましい。このうち、(C1)成分が、イソボルニルシクロヘキサノールであることが特に好ましい。例えば日本テルペン化学株式会社製のテルソルブMTPHが挙げられる。
例えば、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、ヘキシレングリコール、ヘキシルジグリコール、1,5−ペンタンジオール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、2−エチルヘキシルジグリコール、オクタンジオール、フェニルグリコール、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルが挙げられる。これらの溶剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明に用いるフラックスには、前記(A)ロジン系樹脂、前記(B)カルボン酸類および前記(C)溶剤の他に、必要に応じて、添加剤を加えることができる。添加剤としては、つや消し剤、発泡剤、消泡剤、カオリン、エアロジール(日本アエロジル社製)、有機ベントナイト、硬化ひまし油、ガラスフリット等のチクソ剤を例示できる。これらの添加剤の配合量は、フラックス100質量%に対して、5質量%以上20質量%以下であることが好ましく、10質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。
非解離型活性剤の配合量は、フラックス100質量%に対して、0.5質量%以上5質量%以下であることが好ましく、1質量%以上3質量%以下であることがより好ましい。
本発明のフラックスを製造するには、(A)ロジン系樹脂、これと併用するその他の樹脂、(B)カルボン酸類、および必要に応じて他の活性剤、添加剤を、(C)溶剤に溶解すればよい。
本発明のレーザーはんだ付け用はんだ組成物に用いる(D)はんだ粉末は、無鉛のはんだ粉末のみからなることが好ましいが、有鉛のはんだ粉末であってもよい。このはんだ粉末におけるはんだ合金としては、スズを主成分とする合金が好ましい。また、この合金の第二元素としては、銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモンなどが挙げられる。さらに、この合金には、必要に応じて他の元素(第三元素以降)を添加してもよい。他の元素としては、銅、銀、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、インジウムなどが挙げられる。
無鉛のはんだ粉末としては、具体的には、Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Cu、Sn/Ag/Bi、Sn/Bi、Sn/Ag/Cu/Bi、Sn/Sbや、Sn/Zn/Bi、Sn/Zn、Sn/Zn/Al、Sn/Ag/Bi/In、Sn/Ag/Cu/Bi/In/Sb、In/Ag等が挙げられる。
本発明のはんだ組成物を製造するには、上記説明したフラックスと上記説明した(D)はんだ粉末を上記所定の割合で配合し、撹拌混合すればよい。
次に、本発明のプリント配線基板について説明する。本発明のプリント配線基板は、以上説明したはんだ組成物をレーザーを用いて電子部品をプリント配線基板に実装したことを特徴とするものである。そのため、本発明のプリント配線基板では、レーザー照射時におけるはんだボールやフラックス飛散を十分に抑制できる。
はんだ付けに使用するレーザー光のレーザー光源の種類は特に限定はされず、金属の吸収帯に合わせた波長を選択することが可能である。例えば、固体レーザーとしては、ルビー、ガラス、YAG、半導体レーザーとしては、GaAs、InGaAsP、液体レーザーとしては、色素、気体レーザーとしては、He−Ne、Ar、CO2、エキシマ等が挙げられる。
ロジン系樹脂A:完全水添ロジン、商品名「フォーラルAX」、Eastman Chemical社製
ロジン系樹脂B:水添酸変性ロジン、商品名「KE−604」、荒川化学工業社製
カルボン酸類:スベリン酸、東京化成工業社製
溶剤A:イソボルニルシクロヘキサノール(沸点:308〜318℃、粘度:65.5Pa・s(30℃))、商品名「MTPH」、日本テルペン化学社製
溶剤B:ヘキシルジグリコール(沸点:257〜259℃、粘度:0.5〜1Pa・s(30℃))、商品名「HeDG」、日本乳化剤社製
溶剤C:オクタンジオール(沸点:236〜246℃、粘度:2.5〜3.2Pa・s(30℃))、協和発酵工業社製
ハロゲン化化合物:ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、エア・ブラウン社製
チキソ剤A:N,N’−1,6−ヘキサンジイルビス−12−オキシオクタデカンアミド、商品名「スリパックスZHH」、日本化成社製
チキソ剤B:水添ヒマシ油、商品名「ヒマ硬」、ケイエフ・トレーディング社製
はんだ粉末:平均粒子径20〜30μm、はんだ融点200〜230℃、はんだ組成Sn−3.0Ag−0.5Cu
ロジン系樹脂Aを26質量%と、ロジン系樹脂Bを16質量%と、カルボン酸類を0.50質量%と、溶剤Aを13質量%と、溶剤Bを22.5質量%と、溶剤Cを8質量%と、ハロゲン化化合物を2質量%と、チキソ剤Aを6質量%と、およびチキソ剤Bを6質量%とをそれぞれ容器に投入し、らいかい機を用いて混合してフラックスを得た。
その後、得られたフラックス10.2質量%および鉛フリーはんだ粉末89.8質量%(合計で100質量%)を容器に投入し、混練機にて2時間混合することで、次の表1に示す組成を有するはんだ組成物を調製した。
次の表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、はんだ組成物を得た。
[比較例1]
次の表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、はんだ組成物を得た。
はんだ組成物の評価(はんだボール試験、フラックス飛散試験)を以下のような方法で行った。得られた結果を表1に示す。
メタルマスク厚さ:0.15mm
スキージ :メタルスキージ
スキージ速度:30mm/秒
版離れ速度 :0.2mm/秒
印圧 :100kPa
印刷部位:Cuランド2.1×2.5mm、1.0×1.5mm、1.0×1.0mm、0.8×0.8mm、0.4×0.4mm、0.2×0.2mm
レーザー波長:980nm
スポット径:Φ0.8
照射時間:0.3s(1.0×1.0mm以下のCuランド)
1.0s(1.0×1.0mmより大きなCuランド)
はんだ組成物のレーザー照射時に起きるはんだボールの発生状況を調べるために、JIS Z 3284(1994)に準じてはんだボール試験を行った。その結果を表1に示す。
◎:はんだボール発生なし
○:はんだボール発生少し
×:はんだボール発生多し
はんだ組成物のレーザー照射時に起きるフラックスの飛散状況を調べるために、25cm2あたりのフラックスの飛散を観察した(個/25cm2) 。
◎:フラックスの飛散が6個/25cm2未満のとき
○:フラックスの飛散が6個/25cm2以上15個/25cm2以下のとき
×:フラックスの飛散が15個/25cm2を超えるとき
一方で、溶剤成分として、高沸点且つ高粘度の溶剤を含有しないはんだ組成物を用いた場合(比較例1)には、はんだボールとフラックス飛散が抑制されていない。
Claims (6)
- (A)ロジン系樹脂と、(B)カルボン酸類と、(C)溶剤と、を少なくとも含有するフラックスと、(D)はんだ粉末とを含有し、
前記(C)成分が、(C1)沸点が280℃以上321℃以下、かつ、粘度が30℃において12Pa・s以上80Pa・s以下である溶剤を含有する
ことを特徴とするレーザーはんだ付け用はんだ組成物。 - 請求項1に記載のレーザーはんだ付け用はんだ組成物において、
前記(C1)成分が、テルペン骨格を有する炭素数5以上の環状アルカン型アルコールである
ことを特徴とするレーザーはんだ付け用はんだ組成物。 - 請求項1または請求項2に記載のレーザーはんだ付け用はんだ組成物において、
前記(C1)成分が、イソボルニルシクロヘキサノールである
ことを特徴とするレーザーはんだ付け用はんだ組成物。 - 請求項1から請求項3までのいずれかに記載のレーザーはんだ付け用はんだ組成物において、
前記(C1)成分の配合量は、前記フラックス100質量%に対して、2質量%以上40質量%以下である
ことを特徴とするレーザーはんだ付け用はんだ組成物。 - 請求項1から請求項4までのいずれかに記載のレーザーはんだ付け用はんだ組成物において、
前記フラックスと前記(D)成分との配合比率(質量比)が5:95〜35:65である
ことを特徴とするレーザーはんだ付け用はんだ組成物。 - 請求項1から請求項5までのいずれかに記載のレーザーはんだ付け用はんだ組成物をレーザー光を用いて電子部品をプリント配線基板に実装したことを特徴とするプリント配線基板。
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