JP2015123472A - 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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Abstract
Description
上記のような問題を解決するために、ロジン系樹脂中のアビエチン酸型樹脂酸の含有率を所定値以下にしたフラックスが提案されている(特許文献1)
そこで、本発明は、はんだ付け後のフラックス残さ下の銅箔の変色を十分に抑制できるはんだ組成物、並びにこのはんだ組成物を用いたプリント配線基板を提供することを目的とする。
すなわち、本発明のはんだ組成物は、(A)ロジン系樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤および(D)酸化防止剤を含有するフラックスと、(E)はんだ粉末とを含有し、前記(D)成分は、(D1)1分子内に1つ以上の硫黄と2つ以上のエステル結合とを有する有機硫黄系ジエステル化合物、および、(D2)1分子内に2つ以上のアミド結合と1分子内にヒンダードフェノール構造とを有するヒンダードフェノール系ジアミド化合物からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とするものである。
本発明のはんだ組成物においては、前記(D2)成分は、2’,3−ビス[[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル]]プロピオノヒドラジド、および、N,N’−ビス[2−[2−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)エチルカルボニルオキシ]エチル]オキサミドからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
本発明のはんだ組成物においては、前記(D)成分は、前記(D1)成分と、前記(D2)成分とを含有することが好ましい。
本発明のプリント配線基板は、前記はんだ組成物を用いて、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。
すなわち、本発明者らは、はんだ付け後のフラックス残さ下の銅箔の変色の原因は、基板などに存在する銅イオンと、基板やフラックスに存在する有機物との化合物であると推察する。そして、本発明のはんだ組成物によれば、以下のようなメカニズムにより、このような化合物の発生を抑制できるものと本発明者らは推察する。
前記(D1)成分を用いた場合、(D1)成分の分子内に存在する硫黄原子が求核反応によりフラックス中の成分のカルボキシル基を、より安定性の高いアルコール系水酸基に還元し、銅と有機物との反応を抑制できる。また、(D1)成分の分子内に存在する硫黄原子が銅とキレート化合物を形成し、基板の金属表面に保護膜を形成できる。この保護膜により、銅と有機物との反応を抑制できる。
前記(D2)成分を用いた場合、(D2)成分が基板の金属表面に付着して、銅と有機物との反応を抑制できる。また、(D2)成分が銅とキレート化合物を形成し、有機物の銅イオンによる接触分解を抑制できる。
本発明に用いるフラックスは、はんだ組成物における前記(E)成分以外の成分であり、(A)ロジン系樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤および(D)酸化防止剤を含有するものである。
本発明に用いる(A)ロジン系樹脂としては、ロジン類およびロジン系変性樹脂が挙げられる。ロジン類としては、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、水素添加ロジンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。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前記ロジン類の不飽和有機酸変性樹脂((メタ)アクリル酸など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−不飽和カルボン酸などの脂肪族不飽和二塩基酸、桂皮酸などの芳香族環を有する不飽和カルボン酸等の変性樹脂)およびこれらの変性物などのアビエチン酸、並びに、これらの変性物を主成分とするものなどが挙げられる。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。
本発明に用いる(B)活性剤としては、有機酸、非解離性のハロゲン化化合物からなる非解離型活性剤、アミン系活性剤などが挙げられる。これらの活性剤は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。
前記有機酸としては、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。
モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブチリック酸、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。
その他の有機酸としては、ダイマー酸、レブリン酸、乳酸、アクリル酸、安息香酸、サリチル酸、アニス酸、クエン酸、ピコリン酸などが挙げられる。
本発明に用いる(C)溶剤としては、公知の溶剤を適宜用いることができる。このような溶剤としては、沸点170℃以上の水溶性溶剤を用いることが好ましい。
このような溶剤としては、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(EHDG)、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、テトラエチレングリコールジメチ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(D)酸化防止剤は、(D1)1分子内に1つ以上の硫黄と2つ以上のエステル結合とを有する有機硫黄系ジエステル化合物、および、(D2)1分子内に2つ以上のアミド結合と1分子内にヒンダードフェノール構造とを有するヒンダードフェノール系ジアミド化合物からなる群から選択される少なくとも1種である。
S(CH2CH2COOC12H25)2 ・・・(2)
S(CH2CH2COOC14H29)2 ・・・(3)
S(CH2CH2COOC18H37)2 ・・・(4)
本発明に用いるフラックスには、前記(A)成分、前記(B)成分、前記(C)成分および前記(D)成分の他に、必要に応じて、チクソ剤やその他の添加剤、更には、その他の樹脂を加えることができる。その他の添加剤としては、消泡剤、改質剤、つや消し剤、発泡剤などが挙げられる。その他の樹脂としては、アクリル系樹脂などが挙げられる。
本発明に用いる(E)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などが挙げられる。
本発明のはんだ組成物は、上記説明したフラックスと上記説明した(E)はんだ粉末を上記所定の割合で配合し、撹拌混合することで製造できる。
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、はんだ付け後のフラックス残さ下の銅箔の変色を十分に抑制できる。
ここで用いる塗布装置としては、スクリーン印刷機、メタルマスク印刷機、ディスペンサー、ジェットディスペンサーなどが挙げられる。
また、前記塗布装置にて塗布したはんだ組成物上に電子部品を配置し、リフロー炉により所定条件にて加熱して、前記電子部品を前記配線基板に実装するリフロー工程により、電子部品をプリント配線基板に実装できる。
リフロー条件は、はんだの融点に応じて適宜設定すればよい。例えば、Sn−Ag−Cu系のはんだ合金を用いる場合には、プリヒートを温度150〜180℃で60〜120秒行い、ピーク温度を240〜250℃に設定すればよい。
例えば、前記プリント配線基板では、リフロー工程により、配線基板と電子部品とを接着しているが、これに限定されない。例えば、リフロー工程に代えて、レーザー光を用いてはんだ組成物を加熱する工程(レーザー加熱工程)により、配線基板と電子部品とを接着してもよい。この場合、レーザー光源としては、特に限定されず、金属の吸収帯に合わせた波長に応じて適宜採用できる。レーザー光源としては、例えば、固体レーザー(ルビー、ガラス、YAGなど)、半導体レーザー(GaAs、InGaAsPなど)、液体レーザー(色素など)、気体レーザー(He−Ne、Ar、CO2、エキシマーなど)が挙げられる。
((A)成分)
ロジン系樹脂:水添酸変性ロジン、商品名「パインクリスタルKE−604」、荒川化学工業社製
((B)成分)
活性剤A:ジグリコール酸
活性剤B:トランス−2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール(TDBD)
((C)成分)
溶剤A:テトラエチレングリコールジメチルエーテル
溶剤B:2−エチルヘキシルジグリコール(EHDG)
((D1)成分)
酸化防止剤A:ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)
酸化防止剤B:ジラウリル3,3’−チオジプロピオネート
酸化防止剤C:ジミリスチル3,3’−チオジプロピオネート
酸化防止剤D:ジステアリル3,3’−チオジプロピオネート
((D2)成分)
酸化防止剤E:2’,3−ビス[[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル]]プロピオノヒドラジド
酸化防止剤F:N,N’−ビス[2−[2−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)エチルカルボニルオキシ]エチル]オキサミド
((E)成分)
はんだ粉末:平均粒子径20μm、はんだ融点216〜220℃、はんだ組成Sn/Ag/Cu
(他の成分)
酸化防止剤G:ヘキサメチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]
酸化防止剤H:ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオナート]
酸化防止剤I:3,3’,3”,5,5’,5”−ヘキサ−tert−ブチル−a,a',a”−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾ−ル
チクソ剤:商品名「スリパックスZHH」、日本化成社製
ロジン系樹脂50質量部、活性剤A1質量部、活性剤B2質量部、溶剤A26質量部、溶剤B13.5質量部、酸化防止剤A0.5質量部、およびチクソ剤7質量部を容器に投入し、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11質量%およびはんだ粉末89質量%(合計で100質量%)を容器に投入し、混練機にて混合することではんだ組成物を調製した。
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。
[実施例10〜18]
表2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1〜3]
表3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(銅箔の変色)を以下のような方法で行った。得られた結果を表1〜表3に示す。
(1)銅箔の変色
JIS Z 3197−1986の6.6腐食試験に記載の方法に準拠して、銅箔の変色を評価した。すなわち、基板(大きさ:30mm×30mm、厚み:0.3mm、材質:銅)に表面処理(500番の研磨紙)を施して酸化被膜を除去し、その後アルコールで洗浄した。この基板に、はんだ組成物を0.3g塗布し、温度260℃にて加熱してはんだを溶融させ、はんだが溶融した後に5秒間経過したら、加熱をやめ、常温にて15分間冷却して、試験片を得た。この試験片を恒温槽(温度:40±2℃、相対湿度:90〜95%)に入れ、連続96時間放置後に取り出して、試験後の試験片を得た。
そして、試験後の試験片のフラックス残さを洗浄し、フラックス残さ下の銅板の変色を目視にて観察し、以下の基準に基づいて、銅箔の変色を評価した。
◎:銅板の変色が発生しない(著しく改善)。
○:銅板の変色がほとんど発生しない。
△:銅板の変色が一部発生した。
×:銅板の変色が発生した(改善なし)。
これに対し、(D)成分を含有しない場合(比較例1〜3)には、フラックス残さ下の銅箔の変色を十分に抑制できないことが分かった。
また、実施例1〜18の中でも、(D1)成分および(D2)成分を併用した場合(実施例11、12および14〜18)には、フラックス残さ下の銅箔の変色を更に抑制できることが確認された。
Claims (5)
- (A)ロジン系樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤および(D)酸化防止剤を含有するフラックスと、(E)はんだ粉末とを含有し、
前記(D)成分は、(D1)1分子内に1つ以上の硫黄と2つ以上のエステル結合とを有する有機硫黄系ジエステル化合物、および、(D2)1分子内に2つ以上のアミド結合と1分子内にヒンダードフェノール構造とを有するヒンダードフェノール系ジアミド化合物からなる群から選択される少なくとも1種である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1に記載のはんだ組成物において、
前記(D1)成分は、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、ジラウリル3,3’−チオジプロピオネート、ジミリスチル3,3’−チオジプロピオネート、および、ジステアリル3,3’−チオジプロピオネートからなる群から選択される少なくとも1種である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1または請求項2に記載のはんだ組成物において、
前記(D2)成分は、2’,3−ビス[[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル]]プロピオノヒドラジド、および、N,N’−ビス[2−[2−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)エチルカルボニルオキシ]エチル]オキサミドからなる群から選択される少なくとも1種である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のはんだ組成物において
前記(D)成分は、前記(D1)成分と、前記(D2)成分とを含有する
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のはんだ組成物を用いて、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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