JP2016043408A - はんだペースト、電子部品、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Sn及びBiを含有するはんだ粒子と、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂と、1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物と、硬化剤と、を有するはんだペーストである。
【選択図】なし
Description
開示のはんだペーストは、
Sn及びBiを含有するはんだ粒子と、
2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂と、
1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物と、
硬化剤と、
を含有する。
電極パッドを有する配線基板と、
前記配線基板に実装され、複数の電極を有する部品と、
前記複数の電極と、前記電極パッドとを接続する、開示の前記はんだペーストの硬化物と、
を有する。
開示の電子部品によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、機械的強度を損なうことなく、リペアが可能なはんだペーストを用いた電子部品を得ることができる。
開示の電子機器によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、機械的強度を損なうことなく、リペアが可能なはんだペーストを用いた電子機器を得ることができる。
開示のはんだペーストは、はんだ粒子と、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂と、1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物と、硬化剤とを少なくとも含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
以下の説明において、前記はんだペーストにおける前記はんだ粒子以外の成分の総称をフラックスと称することがある。
前記はんだ粒子は、Sn及びBiを含有する。
前記はんだ粒子におけるBi含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、45質量%〜64質量%が好ましい。
前記はんだ粒子は、Sbを含有してもよい。前記Sbを含有することにより、延性が優れる。前記はんだ粒子における前記Sbの含有量としては、0.3質量%〜0.8質量%が好ましい。
また、前記はんだ粒子は、Biを45質量%〜64質量%含有し、Sbを0.3質量%〜0.8質量%含有し、残部がSn及び不可避的不純物であることが特に好ましい。
前記2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、芳香族エポキシ樹脂が好ましい。前記芳香族エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂などが挙げられる。前記ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂などが挙げられる。
これらの2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよいが、2種以上併用することが好ましい。
前記1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、グリシジルエーテル基を有する化合物が好ましい。
前記Rにおける前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などが挙げられる。これらの中でも臭素原子が好ましい。
前記硬化剤としては、エポキシ基と反応する硬化剤であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機酸、アミン化合物、有機酸ジヒドラジド、りん系化合物、フェノール樹脂、酸無水物、イミダゾール系硬化剤などが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、有機酸、酸無水物が、適度な反応性である点から好ましい。前記有機酸は、前記はんだ粒子表面の酸化皮膜の清浄化、再酸化防止に有効である。
前記有機酸としては、2価以上のカルボン酸が好ましく、ジカルボン酸がより好ましい。前記ジカルボン酸としては、下記一般式(2)で表される化合物が好ましい。
前記酸無水物としては、無水フタル酸、テトラヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物などが挙げられる。これらは、更に環構造に置換基を有していてもよい。前記置換基としては、例えば、メチル基、エチル基などが挙げられる。そのような酸無水物としては、例えば、3−メチルテトラヒドロフタル酸無水物、4−メチルテトラヒドロフタル酸無水物、3−エチルテトラヒドロフタル酸無水物、4−エチルテトラヒドロフタル酸無水物、3−メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、4−メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、3−エチルヘキサヒドロフタル酸無水物、4−エチルヘキサヒドロフタル酸無水物などが挙げられる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シランカップリング剤、チクソ剤などが挙げられる。
前記シランカップリング剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。なお、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランは、前記1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物にも該当する。
前記チクソ剤としては、従来からクリームはんだのフラックスに使用されているチクソ剤であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヒマシ油、水添ヒマシ油、ソルビトール系のチクソ剤などが挙げられる。前記ソルビトール系のチクソ剤としては、例えば、1,3:2,4−ビス−O−(4−メチルベンジリデン)−D−ソルビトールなどが挙げられる。
開示のの電子部品は、配線基板と、部品と、はんだペーストの硬化物とを少なくとも有し、更に必要に応じて、端子などのその他の部材を有する。
前記配線基板は、電極パッドを有している。
前記部品は、複数の電極を有する。
前記はんだペーストの硬化物は、開示の前記はんだペーストの硬化物である。
前記はんだペーストの硬化物は、前記複数の電極と、前記電極パッドとを接続している。
前記配線基板としては、絶縁性の基板であって、電極パッドを有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、セラミック基板、ガラスエポキシ基板などが挙げられる。
前記配線基板の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、縦10mm〜200mm、横10mm〜200mm、厚み0.5mm〜5mmの範囲の基板などが挙げられる。
前記配線基板の前記部品の載置面の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、正方形、長方形、円形などが挙げられる。
前記部品としては、複数の電極を有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、チップ部品、半導体部品などが挙げられる。
前記部品は、前記配線基板に実装されている。
前記半導体部品としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオードなどが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、前記電子部品においては、全ての前記部品が前記はんだペーストの硬化物によりはんだ接続されている必要はなく、少なくとも一部がはんだ接続されていればよく、一部にリードフレーム接続されている部品があってもよい。
前記端子としては、前記配線基板内の配線を、外部の基板と接続するための端子であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、リード線などが挙げられる。
前記電子部品は、例えば、前記端子を複数有している。
前記端子の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、針金状などが挙げられる。
前記リード線の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金、銀、銅などが挙げられる。
前記リフロー炉による加熱の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、到達温度として150℃〜200℃などが挙げられる。
前記リフロー炉による加熱の時間としては、前記到達温度において、2時間〜4時間などが挙げられる。
開示の電子機器は、電子部品を少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
前記電子部品は、開示の前記電子部品である。
前記電子機器としては、例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ等の演算処理装置;携帯電話機、無線機等の通信機器;プリンター、コピー機等のオフィス機器;テレビ、オーディオコンポ等のAV機器;エアコン、冷蔵庫等の家電製品などが挙げられる。
<フラックスの調製>
以下のA〜Iの各成分を容器に秤量混合した後、三本ロールミル(Model50、株式会社永瀬スクリーン印刷製)で4回ロール練りし、はんだペースト用フラックスを得た。なお、A成分、及びB成分については、事前に100℃で加熱溶融したものを用いた。
[成分]
A成分:
ナフタレン型エポキシ樹脂 22.0質量部
(HP−4032D、DIC株式会社製)
B成分:
ビスフェノールA型エポキシ樹脂 14.9質量部
(JER−1003、三菱化学株式会社製)
C成分:
フェニルグリシジルエーテル 14.4質量部
(和光純薬工業株式会社製)
D成分:
3or4−メチル−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸 24.6質量部
(商品名:HN−2000、日立化成工業株式会社製)
E成分:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 0.5質量部
(商品名:KBM−403、信越化学工業株式会社製)
F成分:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン 0.5質量部
(商品名:KBM−803、信越化学工業株式会社製)
G成分:セバシン酸 12.8質量部
(和光純薬工業株式会社製)
H成分:グルタル酸 7.7質量部
(関東化学株式会社製)
I成分:1,3:2,4−ビス−O−(4−メチルベンジリデン)−D−ソルビトール
(商品名:ゲルオールMD、新日本理化株式会社製) 2.6質量部
はんだ粉末と、得られたはんだペースト用フラックスとを、はんだ金属粉末:はんだペースト用フラックス=87:13の質量比で混合し、はんだペーストを得た。混合は、まず、混練ミキサー(f model.03、プライミクス社製)を用いて30分間行った。続いてペーストミキサー(UM102、ジャパンユニックス社製)を用いて10秒間行った。
なお、はんだ粉末は、Sn−58Bi(Sn42質量%、及びBi58質量%からなる合金。直径0.25mm)を用いた。
得られたはんだペーストを印刷した実装基板にチップ部品を搭載せず、そのままリフロー加熱した後のはんだ凝集性を評価した。リフローの際にはんだ(粉末)は溶融して、はんだは電極上で一つの大きな球となる。はんだの凝集性が不十分であると、電極の周囲に、未凝集のはんだボールが発生する。それを観察し、以下の評価基準で評価した。結果を表1に示した。
リフロー加熱の条件は、以下のとおりである。
・リフローピークトップ温度:180℃
・ピークトップ温度の保持時間:約3分間
・100℃から180℃における昇温速度:約1℃/sec
なお、実装基板は、Cu電極のNi/Auフラッシュメッキ評価用基板を用いた。基板サイズは、130mm×60mm、基板厚みは、0.7mmである。
〔評価基準〕
◎:電極の周囲に未凝集のはんだボールがない。
○:電極の周囲に未凝集のはんだボールが1つ〜3つある。
△:電極の周囲に未凝集のはんだボールが4つ以上ある。
はんだで覆われた電極パッドを用いて、ピークトップ温度180℃でリフロー実装したプリント板の、はんだゴテによるリペア性を確認した。
前記電極パッドは、得られたはんだペーストを印刷し、チップ部品を載せずにリフロー加熱した10mm×15mmの銅製の電極部である(図1A)。ここに、直径0.15mmの銅線(事前にSn−Biを予備はんだした)としてのSn−Bi糸はんだを用いてはんだ付けした。はんだゴテは、太陽電機産業社製のRX−802ASを用い、コテ先温度は250℃に設定した。
図1Aにおいて白く見える部分はSn−Bi(符号1)であり、黒い部分は接着剤2(フラックス)で覆われている箇所である。
はんだゴテを当てる前の電極部(図1A)は、硬化した接着剤2(フラックス)で覆われているが、ここへはんだゴテを当てると、加熱された接着剤2は融け、電極部周辺へ流れ出ると同時に、銅線3をはんだ付けすることができる(図1B)。図2A及び図2Bから、銅線3とSn−Bi(符号1)との界面に接着剤2相は存在せず、両者が金属結合を形成していることがわかる。
そして、以下の評価基準でリペア性を評価した。結果を表1に示した。
〔評価基準〕
○:はんだ付けができる。
×:はんだ付けができない。
はんだボールのシェア強度測定を行った。具体的には、チップ部品の厚み方向に対して直交する方向から試験体のはんだバンプの所定位置に力を加え、当該はんだバンプが千切れる時の強度(g)を測定した。測定装置には、デイジ・ジャパン社製の万能型ボンドテスターシリーズ4000を用いた。マスク高さは100μm、テスト高さは100μm、シェア速度は250μm/sとした。
試験体は、以下のようにして作製した。板厚1.6mmの片面板上のチップ部品を搭載する位置に、Cu/Snメッキ(Sn膜厚0.5μm)からなる電極パッドを形成した。前記電極パッド上に、はんだペーストを印刷した。チップ部品(2012)を前記電極パッド上に載せ、ピークトップ温度180℃でリフロー実装した。
同条件で市販品のSn−Biペースト(千住金属工業株式会社製、L20−LT140ZH Type 4)を評価した結果は、5,600gであった。
そして、以下の評価基準で機械的強度を評価した。結果を表1に示した。
〔評価基準〕
○:機械的強度が、前記市販品の機械的強度(5,600g)以上
×:機械的強度が、前記市販品の機械的強度(5,600g)未満
<フラックスの調製>
実施例1のフラックスの調製において、C成分を、アリルグリシジルエーテル(和光純薬工業株式会社製)14.4質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、はんだペースト用フラックスを得た。
はんだ粉末と、得られたはんだペースト用フラックスとを、はんだ金属粉末:はんだペースト用フラックス=87:13の質量比で混合し、はんだペーストを得た。混合は、まず、混練ミキサー(f model.03、プライミクス社製)を用いて30分間行った。続いてペーストミキサー(UM102、ジャパンユニックス社製)を用いて10秒間行った。
なお、はんだ粉末は、Sn−57.5Bi−0.5Sb〔Sn42質量%、Bi57.5質量%、及びSb0.5質量%からなる合金。Type4(20μm−38μm)〕を用いた。
<フラックスの調製>
実施例1のフラックスの調製において、C成分を、4−メチルフェニルグリシジルエーテル(商品名:ED−509S、アデカ社製)14.4質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、はんだペースト用フラックスを得た。
はんだ粉末と、得られたはんだペースト用フラックスとを、はんだ金属粉末:はんだペースト用フラックス=87:13の質量比で混合し、はんだペーストを得た。混合は、まず、混練ミキサー(f model.03、プライミクス社製)を用いて30分間行った。続いてペーストミキサー(UM102、ジャパンユニックス社製)を用いて10秒間行った。
なお、はんだ粉末は、Sn−57.5Bi−0.5Sb〔Sn42質量%、Bi57.5質量%、及びSb0.5質量%からなる合金。Type4(20μm−38μm)〕を用いた。
<フラックスの調製>
実施例1のフラックスの調製において、C成分を、tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル(商品名:ED−509S、アデカ社製)14.4質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、はんだペースト用フラックスを得た。
はんだ粉末と、得られたはんだペースト用フラックスとを、はんだ金属粉末:はんだペースト用フラックス=87:13の質量比で混合し、はんだペーストを得た。混合は、まず、混練ミキサー(f model.03、プライミクス社製)を用いて30分間行った。続いてペーストミキサー(UM102、ジャパンユニックス社製)を用いて10秒間行った。
なお、はんだ粉末は、Sn−57.5Bi−0.5Sb〔Sn42質量%、Bi57.5質量%、及びSb0.5質量%からなる合金。Type4(20μm−38μm)〕を用いた。
<フラックスの調製>
実施例1のフラックスの調製において、C成分を、ジブロモフェニルグリシジルエーテル(商品名:EX−147、ナガセケムテックス社製)14.4質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、はんだペースト用フラックスを得た。
はんだ粉末と、得られたはんだペースト用フラックスとを、はんだ金属粉末:はんだペースト用フラックス=87:13の質量比で混合し、はんだペーストを得た。混合は、まず、混練ミキサー(f model.03、プライミクス社製)を用いて30分間行った。続いてペーストミキサー(UM102、ジャパンユニックス社製)を用いて10秒間行った。
なお、はんだ粉末は、Sn−57.5Bi−0.5Sb〔Sn42質量%、Bi57.5質量%、及びSb0.5質量%からなる合金。Type4(20μm−38μm)〕を用いた。
<フラックスの調製>
実施例1のフラックスの調製において、C成分を、フェニルグリシジルエーテル(和光純薬工業株式会社製)14.4質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、はんだペースト用フラックスを得た。
はんだ粉末と、得られたはんだペースト用フラックスとを、はんだ金属粉末:はんだペースト用フラックス=87:13の質量比で混合し、はんだペーストを得た。混合は、まず、混練ミキサー(f model.03、プライミクス社製)を用いて30分間行った。続いてペーストミキサー(UM102、ジャパンユニックス社製)を用いて10秒間行った。
なお、はんだ粉末は、Sn−57.5Bi−0.5Sb〔Sn42質量%、Bi57.5質量%、及びSb0.5質量%からなる合金。Type4(20μm−38μm)〕を用いた。
<フラックスの調製>
以下のA〜Hの各成分を容器に秤量混合した後、三本ロールミル(Model50、株式会社永瀬スクリーン印刷製)で4回ロール練りし、はんだペースト用フラックスを得た。なお、A成分、及びB成分については、事前に100℃で加熱溶融したものを用いた。
[成分]
A成分:
ナフタレン型エポキシ樹脂 22.0質量部
(HP−4032D、DIC株式会社製)
B成分:
ビスフェノールA型エポキシ樹脂 14.9質量部
(JER−1003、三菱化学株式会社製)
C成分:
ビスフェノールF型エポキシ樹脂 14.4質量部
(EX−830LVP、DIC株式会社製)
D成分:
3or4−メチル−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸 24.6質量部
(商品名:HN−2000、日立化成工業株式会社製)
E成分:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン 1.0質量部
(商品名:KBM−803、信越化学工業株式会社製)
F成分:セバシン酸 12.8質量部
(和光純薬工業株式会社製)
G成分:グルタル酸 7.7質量部
(関東化学株式会社製)
H成分:1,3:2,4−ビス−O−(4−メチルベンジリデン)−D−ソルビトール
(商品名:ゲルオールMD、新日本理化株式会社製) 2.6質量部
はんだ粉末と、得られたはんだペースト用フラックスとを、はんだ金属粉末:はんだペースト用フラックス=87:13の質量比で混合し、はんだペーストを得た。混合は、まず、混練ミキサー(f model.03、プライミクス社製)を用いて30分間行った。続いてペーストミキサー(UM102、ジャパンユニックス社製)を用いて10秒間行った。
なお、はんだ粉末は、Sn−58Bi(Sn42質量%、及びBi58質量%からなる合金。直径0.25mm)を用いた。
(付記1) Sn及びBiを含有するはんだ粒子と、
2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂と、
1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物と、
硬化剤と、
を含有することを特徴とするはんだペースト。
(付記2) 前記1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物が、グリシジルエーテル基を有する化合物である付記1に記載のはんだペースト。
(付記3) 前記グリシジルエーテル基を有する化合物が、アリルグリシジルエーテル、及び下記一般式(1)で表される化合物の少なくともいずれかである付記2に記載のハンダペースト。
(付記4) 前記グリシジルエーテル基を有する化合物が、アリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、メチルフェニルグリシジルエーテル、tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、及びジブロモフェニルグリシジルエーテルの少なくともいずれかである付記2に記載のはんだペースト。
(付記5) 前記グリシジルエーテル基を有する化合物が、フェニルグリシジルエーテルである付記2に記載のはんだペースト。
(付記6) 前記Sn及びBiを含有するはんだ粒子におけるBi含有量が、45質量%〜64質量%である付記1から5のいずれかに記載のはんだペースト。
(付記7) 前記1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物の含有量が、前記2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂に対して、20質量%〜60質量%である付記1から6のいずれかに記載のはんだペースト。
(付記8) 前記2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が、芳香族エポキシ樹脂である付記1から7のいずれかに記載のはんだペースト。
(付記9) 前記硬化剤が、有機酸、及び酸無水物の少なくともいずれかを含有する付記1から8のいずれかに記載のはんだペースト。
(付記10) 前記有機酸が、ジカルボン酸である付記9に記載のはんだペースト。
(付記11) 前記ジカルボン酸が、下記一般式(2)で表される化合物である付記10に記載のはんだペースト。
(付記12) 電極パッドを有する配線基板と、
前記配線基板に実装され、複数の電極を有する部品と、
前記複数の電極と、前記電極パッドとを接続する、付記1から11のいずれかに記載のはんだペーストの硬化物と、
を有することを特徴とする電子部品。
(付記13) 付記12に記載の電子部品を有することを特徴とする電子機器。
2 接着剤
3 銅線
Claims (10)
- Sn及びBiを含有するはんだ粒子と、
2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂と、
1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物と、
硬化剤と、
を含有することを特徴とするはんだペースト。 - 前記1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物が、グリシジルエーテル基を有する化合物である請求項1に記載のはんだペースト。
- 前記グリシジルエーテル基を有する化合物が、アリルグリシジルエーテル、及び下記一般式(1)で表される化合物の少なくともいずれかである請求項2に記載のハンダペースト。
- 前記グリシジルエーテル基を有する化合物が、フェニルグリシジルエーテルである請求項2に記載のはんだペースト。
- 前記Sn及びBiを含有するはんだ粒子におけるBi含有量が、45質量%〜64質量%である請求項1から4のいずれかに記載のはんだペースト。
- 前記1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物の含有量が、前記2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂に対して、20質量%〜60質量%である請求項1から5のいずれかに記載のはんだペースト。
- 前記2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が、芳香族エポキシ樹脂である請求項1から6のいずれかに記載のはんだペースト。
- 前記硬化剤が、有機酸、及び酸無水物の少なくともいずれかを含有する請求項1から7のいずれかに記載のはんだペースト。
- 電極パッドを有する配線基板と、
前記配線基板に実装され、複数の電極を有する部品と、
前記複数の電極と、前記電極パッドとを接続する、請求項1から8のいずれかに記載のはんだペーストの硬化物と、
を有することを特徴とする電子部品。 - 請求項9に記載の電子部品を有することを特徴とする電子機器。
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