JP2017064717A - 耐冷熱衝撃フラックス組成物、ソルダペースト組成物および電子回路基板 - Google Patents
耐冷熱衝撃フラックス組成物、ソルダペースト組成物および電子回路基板 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】冷熱衝撃の大きい環境下でフラックス残渣及びはんだ接合部の亀裂発生、進展の抑制し、はんだ接合部のボイド、フラックス飛散の抑制、残渣の良好な絶縁性を有するフラックス組成物の提供。【解決手段】（Ａ）合成樹脂と（Ｂ）活性剤と（Ｃ）チキソ剤と（Ｄ）溶剤とを含み、合成樹脂（Ａ）がアクリル樹脂を含み、活性剤（Ｂ）が（Ｂ−１）Ｂｒ及びカルボキシル基を有するＣ２〜６の脂肪酸と、（Ｂ−２）一般式（１）で表される化合物と、を含むフラックス組成物。（Ｒ１〜Ｒ４は各々独立にＨ又はＣ１〜４のアルキル基。）【選択図】なし
Description
本発明は、プリント配線板やシリコンウエハといった基板上に形成された電極と電子部品等とをはんだ付けする際に使用されるフラックス組成物およびこれを用いたソルダペースト組成物に関する。
従来、電子部品を基板に実装する際に使用されるソルダペースト組成物には、はんだ合金粉末や基板上の金属酸化物の除去や、はんだ合金粉末の表面張力の低下による濡れ性の向上を目的としてフラックス組成物が配合される。
このフラックス組成物は、基板上への電子部品の実装後、フラックス残渣としてはんだ接合部やその近傍、例えば基板上や電子部品の端子・リードフレーム等に付着したまま残ることとなる。ここでこのようなフラックス残渣はその性質上、亀裂が発生し易いという問題がある。そしてフラックス残渣に亀裂が生じると、この亀裂を通して水分が電子回路基板の回路部分に浸透して回路をショートさせたり、その回路の金属を腐食させたりするという問題が生じる。
またフラックス残渣の亀裂発生を抑制するようなフラックス組成物であっても、例えばこれを用いて電子部品を搭載した電子回路基板が−４０℃から１２５℃といった寒暖の差が激しい環境下に置かれる場合、その激しい冷熱衝撃によりフラックス残渣に亀裂が発生してしまうという問題がある。
更にはこのような寒暖の差が激しい環境下においては、実装された電子部品と基板との熱膨張係数の差によってはんだ接合部に大きな応力が発生する。そしてこの応力によりはんだ接合部は塑性変形を繰り返すため、フラックス残渣のみならずはんだ接合部にも亀裂が発生し易くなる。
またこの繰り返しの応力の負荷により（亀裂が発生していない）亀裂先端付近のはんだに応力が集中し、発生した亀裂がはんだ接合部のより深くに進展し易くなる。このようにはんだ接合部に発生した亀裂が著しく進展した場合には、最終的に電子部品と基板との電気的な接続が損なわれてしまうという問題がある。
このような問題を解決する方法として、電子部品と絶縁膜との間にはんだ部から浸出したフラックスの残渣が介在しており、前記フラックスに用いるアクリル樹脂のガラス転移点が−４０℃以下または当該フラックス残渣の軟化温度以上であり、−４０℃から当該フラックス残渣の軟化温度までの温度範囲における線膨張係数の最大値が３００×１０−６／Ｋ以下であるフラックス残渣を有するはんだ接合構造が開示されている（特許文献１参照）。
近年においては、例えば自動車のエンジンルーム内といったような寒暖差がより大きく、しかも激しい振動も負荷されるような環境下における電子回路基板の使用が増えてきている。またこのような環境下に置かれる電子回路基板においても更なる小型化、高密度化の要求は増しており、フラックス残渣およびはんだ接合部の亀裂発生およびその進展の抑制効果に加え、はんだ接合部のボイド抑制およびフラックス飛散の抑制、フラックス残渣の良好な絶縁性等が求められている。
本発明は上記課題を解決するものであり、特にその使用時に−４０℃から１２５℃といった寒暖の差が激しく冷熱衝撃の大きい環境下に置かれる電子回路基板に用いられた場合であっても、フラックス残渣およびはんだ接合部の亀裂発生およびその進展の抑制効果を奏し、更にはんだ接合部のボイドおよびフラックス飛散の抑制、フラックス残渣の良好な絶縁性を奏するフラックス組成物およびこれを用いたソルダペースト組成物に関する。
（１）本発明のフラックス組成物は、（Ａ）合成樹脂と、（Ｂ）活性剤と、（Ｃ）チキソ剤と、（Ｄ）溶剤とを含むフラックス組成物であって、前記合成樹脂（Ａ）は、（Ａ−１）メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂を含み、前記活性剤（Ｂ）は、（Ｂ−１）臭素原子およびカルボキシル基を有する炭素数２から６の脂肪酸と、（Ｂ−２）下記一般式（１）で表される化合物とを含むことをその特徴とする。
（２）上記（１）に記載の構成にあって、前記メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０重量％から９０重量％であることをその特徴とする。
（３）上記（１）または（２）に記載の構成にあって、前記メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）と、前記臭素原子およびカルボキシル基を有する炭素数２から６の脂肪酸（Ｂ−１）と、前記上記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）との配合比は、それぞれ８６：１０：４から９４：１：５であることをその特徴とする。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１に記載の構成にあって、本発明のフラックス組成物は、酸化防止剤を更に含むことをその特徴とする。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１に記載の構成にあって、本発明のフラックス組成物は、ロジン樹脂を更に含むことをその特徴とする。
（６）上記（１）から（５）のいずれか１に記載の構成にあって、本発明のフラックス組成物は、これを加熱して形成するフラックス固化物に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた後の前記フラックス固化物の接着力が０．２Ｎ／ｍｍ２以上であることをその特徴とする。
（７）本発明のソルダペースト組成物は、上記（１）から（６）のいずれか１に記載のフラックス組成物とはんだ合金粉末とを含むことをその特徴とする。
（８）上記（７）に記載の構成にあって、前記はんだ合金粉末は、錫および鉛を含む合金、錫および鉛並びに銀、ビスマスおよびインジウムの少なくとも１種を含む合金、錫および銀を含む合金、錫および銅を含む合金、錫、銀および銅を含む合金、錫およびビスマスを含む合金のいずれかから選定されることをその特徴とする。
（９）本発明のはんだ接合体は、上記（７）または（８）のいずれかに記載のソルダペースト組成物を用いて形成され、前記はんだ接合体に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与える前と与えた後のはんだシェア強度の低下率が５０％以下であることをその特徴とする。
（１０）本発明の電子回路基板は、基板上に搭載される電子部品と、前記基板上に形成される電極と、前記基板上に形成されるソルダレジスト膜と、上記（７）または（８）に記載のソルダペースト組成物を用いて形成されるフラックス残渣とはんだ接合部とからなるはんだ接合体とを有する電子回路基板であって、前記フラックス残渣は前記基板および前記ソルダレジスト膜の少なくとも一方と前記電子部品との間に介在し、前記はんだ接合体に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与える前と与えた後のはんだシェア強度の低下率が５０％以下であることをその特徴とする。
本発明のフラックス組成物およびこれを用いたソルダペースト組成物は、特にその使用時に−４０℃から１２５℃といった寒暖の差が激しく冷熱衝撃の大きい環境下に置かれる電子回路基板に用いられた場合であっても、フラックス残渣およびはんだ接合部の亀裂発生およびその進展の抑制効果を奏し、更にはんだ接合部のボイドおよびフラックス飛散の抑制、フラックス残渣の良好な絶縁性を奏することができる。
またこのようなフラックス残渣およびはんだ接合部を有する電子回路基板は、例えば自動車のエンジンルーム内といった寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きいのみならず、激しい振動も負荷されるような過酷な環境下においても、十分な接合信頼性を保つことができる。
本発明のフラックス組成物、ソルダペースト組成物、はんだ接合体および電子回路基板の一実施形態を以下に詳述する。
１．フラックス組成物
本実施形態のフラックス組成物は、（Ａ）合成樹脂と、（Ｂ）活性剤と、（Ｃ）チキソ剤と、（Ｄ）溶剤とを含む。
本実施形態のフラックス組成物は、（Ａ）合成樹脂と、（Ｂ）活性剤と、（Ｃ）チキソ剤と、（Ｄ）溶剤とを含む。
（Ａ）合成樹脂
本実施形態のフラックス組成物に用いられる合成樹脂（Ａ）には、メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）が含まれる。
当該アクリル樹脂（Ａ−１）の中でも、メタクリル酸と炭素数２から６のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂、更にはメタクリル酸と炭素数２のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂は、形成されるフラックス残渣（フラックス固化物）のべたつきを抑え且つ良好な亀裂抑制効果を奏することから、特に好ましく用いられる。
本実施形態のフラックス組成物に用いられる合成樹脂（Ａ）には、メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）が含まれる。
当該アクリル樹脂（Ａ−１）の中でも、メタクリル酸と炭素数２から６のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂、更にはメタクリル酸と炭素数２のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂は、形成されるフラックス残渣（フラックス固化物）のべたつきを抑え且つ良好な亀裂抑制効果を奏することから、特に好ましく用いられる。
当該アクリル樹脂（Ａ−１）の酸価は３０ｍｇＫＯＨ／ｇから１５０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、その重量平均分子量は３，０００Ｍｗから３０，０００Ｍｗであることが好ましい。
また当該アクリル樹脂（Ａ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０重量％から９０重量％であることが好ましい。
また当該アクリル樹脂（Ａ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０重量％から９０重量％であることが好ましい。
また前記アクリル樹脂（Ａ−１）の生成に用いられるモノマー類にはメタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマー以外のモノマーを含めても良く、更には炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーを２種以上含めても良い。当該モノマー類に炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーを２種以上含める場合、例えば炭素数２のアルキル基を有するモノマーと炭素数４のアルキル基を有するモノマーというように、それぞれ異なる炭素数のアルキル基を有するモノマーを含めることが好ましい。この中でも特に、炭素数２のアルキル基を有するモノマーと炭素数６のアルキル基を有するモノマーの併用が好ましい。
更に前記アクリル樹脂（Ａ−１）の生成に用いられるモノマー類は、メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとをそれぞれ４：９６から２０：８０の割合で含めることが好ましい。
また前記合成樹脂（Ａ）には、前記アクリル樹脂（Ａ−１）以外のアクリル樹脂、エポキシ樹脂、マレイン酸樹脂、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂等およびこれらを天然樹脂で変性したもの等のその他の合成樹脂を含めることができる。その他の合成樹脂としては酸価を有するものも有さないものもいずれも使用することができるが、酸価を有するものが好ましく用いられる。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
なお、本実施形態において、合成樹脂（Ａ）とは天然樹脂、変性天然樹脂以外の樹脂を意味する。
なお、本実施形態において、合成樹脂（Ａ）とは天然樹脂、変性天然樹脂以外の樹脂を意味する。
前記合成樹脂（Ａ）として前記アクリル樹脂（Ａ−１）とその他の合成樹脂とを併用する場合、合成樹脂（Ａ）全体の酸価は３０ｍｇＫＯＨ／ｇから１５０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましい。またこの場合、合成樹脂（Ａ）全量の配合量はフラックス組成物全量に対して１０重量％から９０重量％であることが好ましい。
（Ｂ）活性剤
本実施形態のフラックス組成物には、活性剤（Ｂ）として（Ｂ−１）臭素原子およびカルボキシル基を有する炭素数２から６の脂肪酸と（Ｂ−２）下記一般式（１）で表される化合物とを含めることが好ましい。
本実施形態のフラックス組成物には、活性剤（Ｂ）として（Ｂ−１）臭素原子およびカルボキシル基を有する炭素数２から６の脂肪酸と（Ｂ−２）下記一般式（１）で表される化合物とを含めることが好ましい。
前記臭素原子およびカルボキシル基を有する炭素数２から６の脂肪酸（Ｂ−１）の中でも脂肪酸の炭素数は３から６が好ましく、更には臭素原子が当該脂肪酸の少なくとも２位に配置されていることが好ましい。
このような脂肪酸（Ｂ−１）としては、例えば２−ブロモプロピオン酸、２−ブロモ酪酸、２−ブロモヘキサン酸、２，３ジブロモプロピオン酸、２，３−ジブロモコハク酸等が挙げられる。これらの中でも特に１つの臭素原子を有する２−ブロモプロピオン酸、２−ブロモ酪酸、２−ブロモヘキサン酸が好ましく用いられる。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
また当該脂肪酸（Ｂ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して０．１重量％から４重量％であることが好ましい。当該配合量をこの範囲とすることで、基板上のランドへの腐食性抑制とフラックス残渣の良好な絶縁抵抗性を向上させることができる。
このような脂肪酸（Ｂ−１）としては、例えば２−ブロモプロピオン酸、２−ブロモ酪酸、２−ブロモヘキサン酸、２，３ジブロモプロピオン酸、２，３−ジブロモコハク酸等が挙げられる。これらの中でも特に１つの臭素原子を有する２−ブロモプロピオン酸、２−ブロモ酪酸、２−ブロモヘキサン酸が好ましく用いられる。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
また当該脂肪酸（Ｂ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して０．１重量％から４重量％であることが好ましい。当該配合量をこの範囲とすることで、基板上のランドへの腐食性抑制とフラックス残渣の良好な絶縁抵抗性を向上させることができる。
また前記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）は、ピコリン酸、６−メチルピコリン酸、６−エチルピコリン酸、３−シクロプロピルピコリン酸、４−シクロプロピルピコリン酸、５−ブチルプロピルピコリン酸、６−シクロブチルピコリン酸等が挙げられる。これらの中でも特にピコリン酸が好ましく用いられる。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
また前記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）の配合量は、フラックス組成物全量に対して０．１重量％から４重量％であることが好ましい。当該配合量をこの範囲とすることで、ソルダペーストの良好な印刷性とフラックス残渣の良好な絶縁抵抗性を向上させることができる。
また前記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）の配合量は、フラックス組成物全量に対して０．１重量％から４重量％であることが好ましい。当該配合量をこの範囲とすることで、ソルダペーストの良好な印刷性とフラックス残渣の良好な絶縁抵抗性を向上させることができる。
前記脂肪酸（Ｂ−１）と前記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）との配合比は、それぞれ１５：８５から７０：３０であることが好ましい。
本実施形態のフラックス組成物には、前記活性剤（Ｂ）として、前記脂肪酸（Ｂ−１）および前記上記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）以外のその他の活性剤を含めることができる。その他の活性剤としては、例えば有機アミンのハロゲン化水素塩等のアミン塩（無機酸塩や有機酸塩）、有機酸、有機酸塩、有機アミン塩等を配合することができる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記活性剤（Ｂ）として前記脂肪酸（Ｂ−１）と前記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）とその他の活性剤とを併用する場合、活性剤（Ｂ）全量の配合量はフラックス組成物全量に対して６重量％から１４重量％であることが好ましい。
前記活性剤（Ｂ）として前記脂肪酸（Ｂ−１）と前記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）とその他の活性剤とを併用する場合、活性剤（Ｂ）全量の配合量はフラックス組成物全量に対して６重量％から１４重量％であることが好ましい。
本実施形態のフラックス組成物は、前記メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）と、前記臭素原子およびカルボキシル基を有する炭素数２から６の脂肪酸（Ｂ−１）と前記上記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）とを含むことにより、これを用いたソルダペースト組成物がボイド抑制、フラックス飛散抑制およびフラックス残渣の絶縁性といったソルダペースト組成物に求められる特性を有しつつ、更に形成されるフラックス残渣に良好な接着力を付与することができることから、寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きい環境下においてもフラックス残渣およびはんだ接合部の亀裂発生およびその進展の抑制効果を奏することができる。
またこのようなフラックス残渣は、これに−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた後のその接着力を０．２Ｎ／ｍｍ２以上に保つことができる。
なお、特に前記アクリル樹脂（Ａ−１）と、前記脂肪酸（Ｂ−１）と、前記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）との配合比率がそれぞれ８６：１０：４から９４：１：５である場合に、特に上記効果を奏することができる。
（Ｃ）チキソ剤
本実施形態のフラックス組成物に用いられるチキソ剤（Ｃ）としては、例えばヒマシ油、水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記チキソ剤（Ｃ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して３重量％から１５重量％であることが好ましい。
本実施形態のフラックス組成物に用いられるチキソ剤（Ｃ）としては、例えばヒマシ油、水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記チキソ剤（Ｃ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して３重量％から１５重量％であることが好ましい。
（Ｄ）溶剤
本実施形態のフラックス組成物に用いられる溶剤（Ｄ）としては、例えばイソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、グリコールエーテル等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記溶剤（Ｄ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して２０重量％から４０重量％であることが好ましい。
本実施形態のフラックス組成物に用いられる溶剤（Ｄ）としては、例えばイソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、グリコールエーテル等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記溶剤（Ｄ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して２０重量％から４０重量％であることが好ましい。
（Ｅ）酸化防止剤
本実施形態のフラックス組成物には、はんだ合金粉末の酸化を抑える目的で酸化防止剤（Ｅ）を使用することができる。このような酸化防止剤（Ｅ）としては、例えばヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの中でも特にヒンダードフェノール系酸化剤が好ましく用いられる。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記酸化防止剤（Ｅ）の配合量は特に限定されないが、一般的にはフラックス組成物全量に対して０．５重量％から５重量％程度であることが好ましい。
本実施形態のフラックス組成物には、はんだ合金粉末の酸化を抑える目的で酸化防止剤（Ｅ）を使用することができる。このような酸化防止剤（Ｅ）としては、例えばヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの中でも特にヒンダードフェノール系酸化剤が好ましく用いられる。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記酸化防止剤（Ｅ）の配合量は特に限定されないが、一般的にはフラックス組成物全量に対して０．５重量％から５重量％程度であることが好ましい。
（Ｆ）ロジン樹脂
本実施形態のフラックス組成物には、合成樹脂（Ａ）以外の樹脂として、ロジン樹脂（Ｆ）を使用することができる。前記アクリル樹脂（Ａ−１）とロジン樹脂（Ｆ）とを併用すると、リフロー中のはんだ合金粉末表面の酸化膜の除去をより効率よく行うことができる。
このようなロジン樹脂（Ｆ）としては、例えばトール油ロジン、ガムロジン、ウッドロジン等のロジン、およびロジンを重合化、水添化、不均一化、アクリル化、マレイン化、エステル化、およびフェノール付加反応等を行ったロジン誘導体、変性ロジン樹脂等を使用することができる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
またロジン樹脂（Ｆ）としては、酸価を有するものも有さないものもいずれも使用することができるが、酸価を有するものが好ましく用いられる。
前記ロジン樹脂（Ｆ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して２０重量％以下であることが好ましい。
本実施形態のフラックス組成物には、合成樹脂（Ａ）以外の樹脂として、ロジン樹脂（Ｆ）を使用することができる。前記アクリル樹脂（Ａ−１）とロジン樹脂（Ｆ）とを併用すると、リフロー中のはんだ合金粉末表面の酸化膜の除去をより効率よく行うことができる。
このようなロジン樹脂（Ｆ）としては、例えばトール油ロジン、ガムロジン、ウッドロジン等のロジン、およびロジンを重合化、水添化、不均一化、アクリル化、マレイン化、エステル化、およびフェノール付加反応等を行ったロジン誘導体、変性ロジン樹脂等を使用することができる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
またロジン樹脂（Ｆ）としては、酸価を有するものも有さないものもいずれも使用することができるが、酸価を有するものが好ましく用いられる。
前記ロジン樹脂（Ｆ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して２０重量％以下であることが好ましい。
また本実施形態のフラックス組成物には、つや消し剤、消泡剤等の添加剤を使用することができる。当該添加剤の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０重量％以下、特に５重量％以下であることが好ましい。
なお本明細書において、本実施形態のフラックス組成物を加熱して形成するフラックス固化物とは、フラックス組成物のみを加熱して形成するものと、当該フラックス組成物とはんだ合金粉末とを含むソルダペースト組成物を用いて電子回路基板上に電子部品を実装した場合に当該電子基板上に形成されるフラックス残渣の両方を意味する。
２．ソルダペースト組成物
本実施形態のソルダペースト組成物は、上記フラックス組成物とはんだ合金粉末とを混合することにより得られる。
前記はんだ合金粉末としては、例えば錫および鉛を含む合金、錫および鉛並びに銀、ビスマスおよびインジウムの少なくとも１種を含む合金、錫および銀を含む合金、錫および銅を含む合金、錫、銀および銅を含む合金、錫およびビスマスを含む合金等を用いることができる。またこれら以外にも、例えば錫、鉛、銀、ビスマス、インジウム、銅、亜鉛、ガリウム、アンチモン、金、パラジウム、ゲルマニウム、ニッケル、クロム、アルミニウム、リン等を適宜組合せたはんだ合金粉末を使用することができる。なお、上記に挙げた元素以外であってもその組合せに使用することは可能である。
これらの中でも特に錫、銀および銅を含むはんだ合金粉末、例えば錫−鉛系はんだ合金、錫−銀系合金はんだ、錫−銀−銅系はんだ合金、錫−銀−銅−ビスマス系はんだ合金、錫−銀−銅−インジウム系はんだ合金、錫−銀−銅−ビスマス−インジウム系はんだ合金の粉末が好ましく用いられる。
本実施形態のソルダペースト組成物は、上記フラックス組成物とはんだ合金粉末とを混合することにより得られる。
前記はんだ合金粉末としては、例えば錫および鉛を含む合金、錫および鉛並びに銀、ビスマスおよびインジウムの少なくとも１種を含む合金、錫および銀を含む合金、錫および銅を含む合金、錫、銀および銅を含む合金、錫およびビスマスを含む合金等を用いることができる。またこれら以外にも、例えば錫、鉛、銀、ビスマス、インジウム、銅、亜鉛、ガリウム、アンチモン、金、パラジウム、ゲルマニウム、ニッケル、クロム、アルミニウム、リン等を適宜組合せたはんだ合金粉末を使用することができる。なお、上記に挙げた元素以外であってもその組合せに使用することは可能である。
これらの中でも特に錫、銀および銅を含むはんだ合金粉末、例えば錫−鉛系はんだ合金、錫−銀系合金はんだ、錫−銀−銅系はんだ合金、錫−銀−銅−ビスマス系はんだ合金、錫−銀−銅−インジウム系はんだ合金、錫−銀−銅−ビスマス−インジウム系はんだ合金の粉末が好ましく用いられる。
前記はんだ合金粉末の配合量は、ソルダペースト組成物全量に対して６５重量％から９５重量％であることが好ましい。より好ましい配合量は８５重量％から９３重量％であり、特に好ましい配合量は８９重量％から９２重量％である。
前記はんだ合金粉末の配合量が６５重量％未満の場合には、得られるソルダペースト組成物を用いた場合に充分なはんだ接合が形成されにくくなる傾向にある。他方はんだ合金粉末の含有量が９５重量％を超える場合にはバインダとしてのフラックス組成物が足りないため、フラックス組成物とはんだ合金粉末とを混合しにくくなる傾向にある。
前記はんだ合金粉末の配合量が６５重量％未満の場合には、得られるソルダペースト組成物を用いた場合に充分なはんだ接合が形成されにくくなる傾向にある。他方はんだ合金粉末の含有量が９５重量％を超える場合にはバインダとしてのフラックス組成物が足りないため、フラックス組成物とはんだ合金粉末とを混合しにくくなる傾向にある。
本実施形態のソルダペースト組成物は上記フラックス組成物を使用することにより、ボイド抑制、フラックス飛散抑制およびフラックス残渣の絶縁性といったソルダペースト組成物に求められる特性を有しつつ、更に形成されるフラックス残渣に良好な接着力を付与することができる。このようなフラックス残渣は、寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きい環境下においてもその接着力を発揮しはんだ接合部に発生する応力を抑制するため、フラックス残渣およびはんだ接合部の亀裂発生およびその進展の抑制効果を奏することができる。
またこのようなフラックス残渣は、これに−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた後のその接着力を０．２Ｎ／ｍｍ２以上に保つことができる。
またこのようなフラックス残渣は、これに−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた後のその接着力を０．２Ｎ／ｍｍ２以上に保つことができる。
３．はんだ接合体／電子回路基板
本実施形態のはんだ接合体は、上記ソルダペースト組成物を用いて形成されることが好ましい。また例えば、上記はんだ合金粉末からなるソルダボールと上記フラックス組成物とを用いて形成されてもよい。なお、はんだ接合体とは、はんだ接合部およびこれに接着するようにまたはこの近傍に形成されるフラックス残渣を指す。
本実施形態のはんだ接合体は、上記ソルダペースト組成物を用いて形成されることが好ましい。また例えば、上記はんだ合金粉末からなるソルダボールと上記フラックス組成物とを用いて形成されてもよい。なお、はんだ接合体とは、はんだ接合部およびこれに接着するようにまたはこの近傍に形成されるフラックス残渣を指す。
前記はんだ接合体を有する電子回路基板は、例えば基板上の所定の位置に電極およびソルダレジスト膜を形成し、所定のパターンを有するマスクを用いて本実施形態のソルダペースト組成物を印刷し、当該パターンに適合する電子部品を所定の位置に搭載し、これをリフローすることにより作製される。
このようにして作製された電子回路基板は、前記電極上にはんだ接合部が形成され、当該はんだ接合部は当該電極と電子部品とを電気的に接合する。
また前記基板上にははんだ接合部に接着するようにまたはこの近傍にフラックス残渣が付着しており、当該フラックス残渣は、前記基板および前記ソルダレジスト膜の少なくとも一方と前記電子部品との間に介在してこれらを接着している。
このようにして作製された電子回路基板は、前記電極上にはんだ接合部が形成され、当該はんだ接合部は当該電極と電子部品とを電気的に接合する。
また前記基板上にははんだ接合部に接着するようにまたはこの近傍にフラックス残渣が付着しており、当該フラックス残渣は、前記基板および前記ソルダレジスト膜の少なくとも一方と前記電子部品との間に介在してこれらを接着している。
このようなはんだ接合体は、上記フラックス組成物を使用することにより、ボイド抑制、フラックス飛散抑制およびフラックス残渣の良好な絶縁性に加え、フラックス残渣が良好な接着力を有する。このようなフラックス残渣は、寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きい環境下においてもその接着力を発揮しはんだ接合部に発生する応力を抑制するため、フラックス残渣およびはんだ接合部の亀裂発生およびその進展の抑制効果を奏することができる。
またこのようなはんだ接合体は、これに−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた場合であっても、当該冷熱衝撃試験の前と後のはんだシェア強度の低下率を５０％以下に抑制することができる。
またこのようなはんだ接合体は、これに−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた場合であっても、当該冷熱衝撃試験の前と後のはんだシェア強度の低下率を５０％以下に抑制することができる。
なお、特に前記フラックス残渣が前記はんだ接合部に接着し、且つ前記基板および前記ソルダレジスト膜の少なくとも一方と前記電子部品との間に介在してこれらを接着している構成、特に前記基板および前記ソルダレジスト膜の少なくとも一方、前記電子部品および前記はんだ接合部により囲まれる空間を埋めるようにこれらに接着している構成の場合、上記効果をより奏することができる。また前記フラックス残渣は、基板上のこれ以外の場所や、前記電子部品の他の場所に付着するように形成されていてもよい。
なお、本実施形態の電子回路基板に実装される電子部品の種類は特に限定されないが、例えばチップコンデンサ、チップＬＥＤといったチップ型部品を実装する際に特にその効果をより発揮することができる。
このような電子回路基板は、自動車のエンジンルーム内といった寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きい環境下においても好適に用いることができ、高い信頼性を保つことができる。
以下、図１を用いて本実施形態の電子回路基板の一例を説明する。
当該実施形態に係る電子回路基板１００は、基板１、電極２、ソルダレジスト膜３、はんだ接合体４、はんだ接合部４１、フラックス残渣４２、電子部品５、電子部品の外部電極６および電子部品の端部７とからなる。
電極２およびソルダレジスト膜３は基板１上に形成されている。はんだ接合体４ははんだ接合部４１とフラックス残渣４２とからなり、はんだ接合部４１は、電極２と外部電極６とを電気的接合するように形成されている。またフラックス残渣４２は、はんだ接合部４、および電子部品５の基板１側表面とこれに対向するソルダレジスト膜３表面とに接着するよう形成されている。更にフラックス残渣４２は、ソルダレジスト膜３とはんだ接合部４１と端部７に接着するようにも形成されている。
電極２およびソルダレジスト膜３は基板１上に形成されている。はんだ接合体４ははんだ接合部４１とフラックス残渣４２とからなり、はんだ接合部４１は、電極２と外部電極６とを電気的接合するように形成されている。またフラックス残渣４２は、はんだ接合部４、および電子部品５の基板１側表面とこれに対向するソルダレジスト膜３表面とに接着するよう形成されている。更にフラックス残渣４２は、ソルダレジスト膜３とはんだ接合部４１と端部７に接着するようにも形成されている。
フラックス残渣４２は良好な接着力を有し、これに−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた後のその接着力を０．２Ｎ／ｍｍ２以上に保つことができる。これにより、フラックス残渣４２は電子回路基板１００が寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きい環境下に置かれた場合であってもその接着力を発揮してはんだ接合部４１に発生する応力を抑制するため、フラックス残渣４２およびはんだ接合部４１の亀裂発生およびその進展の抑制効果を奏することができる。
またはんだ接合体４はこのような構成により、これに−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた場合であっても、当該冷熱衝撃試験の前と後のはんだシェア強度の低下率を５０％以下に抑制することができる。
なお、特に図１のようにフラックス残渣４２が電子部品５の基板１側表面とこれに対向するソルダレジスト膜３の表面との隙間を埋めるように形成されている場合、フラックス残渣４２およびはんだ接合部４１の亀裂発生およびその進展の抑制効果を向上することができる。
なお、特に図１のようにフラックス残渣４２が電子部品５の基板１側表面とこれに対向するソルダレジスト膜３の表面との隙間を埋めるように形成されている場合、フラックス残渣４２およびはんだ接合部４１の亀裂発生およびその進展の抑制効果を向上することができる。
なお、本実施形態においては基板１上にソルダレジスト膜３が形成された状態で電子部品５が実装されているが、例えばセラミック基板のように基板上にソルダレジスト膜を形成しない基板上に電子部品を実装した電子回路基板であっても同様の効果を奏する。
また本明細書において、前記フラックス固形物（フラックス残渣）の接着力は、以下の測定方法にて測定される。
フラックス組成物またはこれを用いたソルダペースト組成物を用いて基板上にチップ部品を表面実装し、当該基板上にフラックス固形物を形成する。当該フラックス固形物は前記チップ部品と前記基板の両方に接着するように形成される。
その後、冷熱衝撃試験装置等を用いて前記基板に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えて試験基板を作製する。
その後、冷熱衝撃試験装置等を用いて前記基板に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えて試験基板を作製する。
そして当該試験基板上に形成されたフラックス固形物について、オートグラフ等を用いてその接着力を測定する。測定の条件はＪＩＳ規定Ｃ６００６８−２−２１に準拠する。測定に用いるジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグとする。測定にあたっては、当該せん断ジグを前記冷熱衝撃試験後のチップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度にて基板に平行な力を加えてその最大試験力を求め、この値を前記チップ部品の面積で除してフラックス固形物の接着力を算出する。この時、せん断高さは部品高さの１／４以下とし、せん断速度は５ｍｍ／分とする。
更に本明細書において、前記はんだ接合体のはんだシェア強度およびその低下率は、以下の測定方法にて測定される。
ソルダペースト組成物を用いて基板上にチップ部品を表面実装し、当該基板上にはんだ接合体を形成する。当該チップ部品を実装した基板についてオートグラフ等を用いてそのはんだシェア強度を測定する。
その後、冷熱衝撃試験装置等を用いて前記基板に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えて試験基板を作製する。
その後、冷熱衝撃試験装置等を用いて前記基板に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えて試験基板を作製する。
次いで、当該試験基板上にあるはんだ接合体について、オートグラフ等を用いてそのはんだシェア強度を測定する。
冷熱衝撃試験前後のはんだシェア強度測定の条件はＪＩＳ規定Ｃ６００６８−２−２１に準拠する。測定に用いるジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグとする。測定にあたっては、当該せん断ジグを基板のチップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度にて基板に平行な力を加えてその最大試験力を求め、この値をはんだシェア強度とする。この時、せん断高さは部品高さの１／４以下とし、せん断速度は５ｍｍ／分とする。
冷熱衝撃試験前後のはんだシェア強度測定の条件はＪＩＳ規定Ｃ６００６８−２−２１に準拠する。測定に用いるジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグとする。測定にあたっては、当該せん断ジグを基板のチップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度にて基板に平行な力を加えてその最大試験力を求め、この値をはんだシェア強度とする。この時、せん断高さは部品高さの１／４以下とし、せん断速度は５ｍｍ／分とする。
そして、冷熱衝撃試験前のはんだ接合体のはんだシェア強度に対し、冷熱衝撃試験後により低下したはんだシェア強度の割合を百分率で示した値をはんだシェア強度の低下率（％）とする。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）の合成
以下の成分および手順にて、アクリル樹脂（Ａ−１）を作製した。
メタクリル酸１０重量％、２−エチルヘキシルメタクリレート５１重量％、ラウリルアクリレート３９重量％を混合した溶液を作製した。
その後、撹拌機、流管および窒素導入管とを備えた５００ｍｌの４つ口フラスコにジエチレングリコールモノヘキシルエーテル２００ｇを仕込み、これを１１０℃に加熱した。その後、上記溶液３００ｇにアゾ系ラジカル開始剤としてジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）（製品名：Ｖ−６０１、和光純薬（株）製）を０．２重量％から５重量％を加えてこれを溶解させた。
この溶液を上記４つ口フラスコに１．５時間かけて滴下し、当該４つ口フラスコ内にある成分を１１０℃で１時間撹拌した後に反応を終了させ、メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）を得た。なお、当該アクリル樹脂（Ａ−１）の重量平均分子量は７，８００Ｍｗ、酸価は４０ｍｇＫＯＨ／ｇ、ガラス転移温度は−４７℃であった。
以下の成分および手順にて、アクリル樹脂（Ａ−１）を作製した。
メタクリル酸１０重量％、２−エチルヘキシルメタクリレート５１重量％、ラウリルアクリレート３９重量％を混合した溶液を作製した。
その後、撹拌機、流管および窒素導入管とを備えた５００ｍｌの４つ口フラスコにジエチレングリコールモノヘキシルエーテル２００ｇを仕込み、これを１１０℃に加熱した。その後、上記溶液３００ｇにアゾ系ラジカル開始剤としてジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）（製品名：Ｖ−６０１、和光純薬（株）製）を０．２重量％から５重量％を加えてこれを溶解させた。
この溶液を上記４つ口フラスコに１．５時間かけて滴下し、当該４つ口フラスコ内にある成分を１１０℃で１時間撹拌した後に反応を終了させ、メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）を得た。なお、当該アクリル樹脂（Ａ−１）の重量平均分子量は７，８００Ｍｗ、酸価は４０ｍｇＫＯＨ／ｇ、ガラス転移温度は−４７℃であった。
フラックス組成物
表１に記載の各成分を混練し、実施例１から１２、および比較例１に係る各フラックス組成物を得た。なお、特に記載のない限り、表１に記載の数値は重量％を意味するものとする。
表１に記載の各成分を混練し、実施例１から１２、および比較例１に係る各フラックス組成物を得た。なお、特に記載のない限り、表１に記載の数値は重量％を意味するものとする。
※２ ＢＡＳＦジャパン（株）製 酸化防止剤
※３ 荒川化学工業（株） 水添酸変性ロジン
＜フラックス残渣接着力＞
各フラックス組成物について、フラックス残渣の接着力を測定した。その測定方法は以下の通りである。また測定した数値を表２に示す。
各フラックス組成物について、フラックス残渣の接着力を測定した。その測定方法は以下の通りである。また測定した数値を表２に示す。
はんだ付パターンを有していない、ソルダレジストを備えたガラスエポキシ基板を各フラックス組成物につき５枚用意し、これに３．２ｍｍ×１．６ｍｍサイズのチップ部品と、当該チップ部品を実装するために形成された開口を持つ厚さ１５０μｍのメタルマスクを用意した。
前記各ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各フラックス組成物を印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度１，５００±５００ｐｐｍの窒素雰囲気下において、ピーク温度を２４０℃に設定したリフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて前記各基板を加熱し、フラックス残渣にて当該各基板と前記チップ部品とを接着した。
次に、前記各５枚の基板からそれぞれ１枚を試験前基板として残し、それ以外の各基板を−４０℃（３０分間）〜１２５℃（３０分間）の条件に設定した冷熱衝撃試験装置（製品名：ＥＳ−７６ＬＭＳ、日立アプライアンス（株）製）に入れ、上記冷熱衝撃サイクルを２，０００サイクルまで、５００サイクル毎に各基板を１枚ずつ取り出しつつ、上記冷熱サイクルを繰り返す環境下に曝し、各試験基板を作製した。
前記各ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各フラックス組成物を印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度１，５００±５００ｐｐｍの窒素雰囲気下において、ピーク温度を２４０℃に設定したリフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて前記各基板を加熱し、フラックス残渣にて当該各基板と前記チップ部品とを接着した。
次に、前記各５枚の基板からそれぞれ１枚を試験前基板として残し、それ以外の各基板を−４０℃（３０分間）〜１２５℃（３０分間）の条件に設定した冷熱衝撃試験装置（製品名：ＥＳ−７６ＬＭＳ、日立アプライアンス（株）製）に入れ、上記冷熱衝撃サイクルを２，０００サイクルまで、５００サイクル毎に各基板を１枚ずつ取り出しつつ、上記冷熱サイクルを繰り返す環境下に曝し、各試験基板を作製した。
前記各試験前基板と各試験基板について、それぞれ前記チップ部品の接着力（フラックス残渣の接着力）をオートグラフ（製品名：ＥＺ−Ｌ−５００Ｎ、（株）島津製作所製）を用いて測定した。測定条件は、ＪＩＳ規定Ｃ６００６８−２−２１に準拠した。また接着力の測定に際しては、ジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグを用いた。このせん断ジグを前記チップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度で基板に平行な力を加えて最大試験力を求め、この値をフラックス残渣の接着力（Ｎ）とした。またこの値を前記チップ部品の面積で除してフラックス残渣の接着力（Ｎ／ｍｍ２）を算出した。この時、せん断高さは部品高さの１／４以下とし、せん断速度は５ｍｍ／分とした。
なお表２には、上記冷熱衝撃サイクルを２，０００サイクル繰り返した後のフラックス残渣の接着力（Ｎ）および（Ｎ／ｍｍ２）を記載した。
なお表２には、上記冷熱衝撃サイクルを２，０００サイクル繰り返した後のフラックス残渣の接着力（Ｎ）および（Ｎ／ｍｍ２）を記載した。
次に、上記各フラックス組成物１１．０重量％と、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金粉末（平均粒径２０μｍから３６μｍ）８９．０重量％とを混合し、実施例１から１２、および比較例１に係る各ソルダペースト組成物を作製した。
各ソルダペースト組成物について、はんだ接合部のはんだシェア強度低下率、はんだ亀裂進展性、はんだシェア強度低下率、はんだ亀裂進展抑制、ボイド抑制、ボール抑制、銅板腐食抑制および絶縁抵抗を測定し、その結果に基づき評価を行った。これらの測定方法および評価方法は以下の通りである。またその評価結果を表２に示す。
＜はんだシェア強度低下率＞
３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよびチップ部品を接続する電極（１．６ｍｍ×１．０ｍｍ）とを備えたガラスエポキシ基板を各ソルダペースト組成物につき５枚と、同パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスクを用意した。
前記各ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度１，５００±５００ｐｐｍの窒素雰囲気下において、ピーク温度を２４０℃に設定したリフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて前記各基板を加熱し、はんだ接合体を有する各基板を作製した。
次に、前記各５枚の基板からそれぞれ１枚を試験前基板として残し、それ以外の各基板を−４０℃（３０分間）〜１２５℃（３０分間）の条件に設定した冷熱衝撃試験装置（製品名：ＥＳ−７６ＬＭＳ、日立アプライアンス（株）製）に入れ、上記冷熱衝撃サイクルを２，０００サイクルまで、５００サイクル毎に各基板を１枚ずつ取り出しつつ、上記冷熱サイクルを繰り返す環境下に曝し、各試験基板を作製した。
３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよびチップ部品を接続する電極（１．６ｍｍ×１．０ｍｍ）とを備えたガラスエポキシ基板を各ソルダペースト組成物につき５枚と、同パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスクを用意した。
前記各ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度１，５００±５００ｐｐｍの窒素雰囲気下において、ピーク温度を２４０℃に設定したリフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて前記各基板を加熱し、はんだ接合体を有する各基板を作製した。
次に、前記各５枚の基板からそれぞれ１枚を試験前基板として残し、それ以外の各基板を−４０℃（３０分間）〜１２５℃（３０分間）の条件に設定した冷熱衝撃試験装置（製品名：ＥＳ−７６ＬＭＳ、日立アプライアンス（株）製）に入れ、上記冷熱衝撃サイクルを２，０００サイクルまで、５００サイクル毎に各基板を１枚ずつ取り出しつつ、上記冷熱サイクルを繰り返す環境下に曝し、各試験基板を作製した。
前記各試験前基板と各試験基板について、それぞれ前記チップ部品のシェア強度をオートグラフ（製品名：ＥＺ−Ｌ−５００Ｎ、（株）島津製作所製）を用いて測定した。測定条件は、ＪＩＳ規定Ｃ６００６８−２−２１に準拠した。また接着力の測定に際しては、ジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグを用いた。このせん断ジグを前記チップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度で基板に平行な力を加えて最大試験力を求め、この値をシェア強度とした。この時、せん断高さは部品高さの１／４以下とし、せん断速度は５ｍｍ／分とした。
そして、前記各試験前基板のシェア強度に対し、各試験基板のシェア強度の割合を百分率で示した値を強度低下率（％）として求めた。なお表２においては、上記冷熱衝撃サイクルを２，０００サイクル繰り返した試験基板でのシェア強度低下率（％）を求め、以下の通り評価した。
◎：シェア強度低下率が３５％以下
○：シェア強度低下率が３５％を超え、４０％以下
△：シェア強度低下率が４０％を超え、４５％以下
×：シェア強度低下率が４５％超え
そして、前記各試験前基板のシェア強度に対し、各試験基板のシェア強度の割合を百分率で示した値を強度低下率（％）として求めた。なお表２においては、上記冷熱衝撃サイクルを２，０００サイクル繰り返した試験基板でのシェア強度低下率（％）を求め、以下の通り評価した。
◎：シェア強度低下率が３５％以下
○：シェア強度低下率が３５％を超え、４０％以下
△：シェア強度低下率が４０％を超え、４５％以下
×：シェア強度低下率が４５％超え
＜はんだ亀裂進展抑制＞
３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよびチップ部品を接続する電極（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）とを備えたガラスエポキシ基板を各ソルダぺースト組成物につき５枚と、同パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスクとを用意した。
前記各ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度１５００±５００ｐｐｍの窒素雰囲気下において、リフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて以下のリフロー条件にて前記各基板をリフローし、はんだ接合体を形成した。
リフロー条件
プリヒート：１７０℃から１９０℃、１１０秒間、ピーク温度：２４５℃
２００℃以上の時間は６５秒間、２２０℃以上の時間は４５秒間、ピーク温度から２００℃までの冷却速度は３℃から８℃／秒
次に、前記各５枚の基板を−４０℃（３０分間）〜１２５℃（３０分間）の条件に設定した冷熱衝撃試験装置（製品名：ＥＳ−７６ＬＭＳ、日立アプライアンス（株）製）に入れ、上記冷熱衝撃サイクルを３，０００サイクルまで、１，０００、１，５００、２，０００、２，５００、３，０００サイクルの時点で各基板を１枚ずつ取り出しつつ、上記冷熱サイクルを繰り返す環境下に曝し、各試験基板を作製した。
３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよびチップ部品を接続する電極（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）とを備えたガラスエポキシ基板を各ソルダぺースト組成物につき５枚と、同パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスクとを用意した。
前記各ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度１５００±５００ｐｐｍの窒素雰囲気下において、リフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて以下のリフロー条件にて前記各基板をリフローし、はんだ接合体を形成した。
リフロー条件
プリヒート：１７０℃から１９０℃、１１０秒間、ピーク温度：２４５℃
２００℃以上の時間は６５秒間、２２０℃以上の時間は４５秒間、ピーク温度から２００℃までの冷却速度は３℃から８℃／秒
次に、前記各５枚の基板を−４０℃（３０分間）〜１２５℃（３０分間）の条件に設定した冷熱衝撃試験装置（製品名：ＥＳ−７６ＬＭＳ、日立アプライアンス（株）製）に入れ、上記冷熱衝撃サイクルを３，０００サイクルまで、１，０００、１，５００、２，０００、２，５００、３，０００サイクルの時点で各基板を１枚ずつ取り出しつつ、上記冷熱サイクルを繰り返す環境下に曝し、各試験基板を作製した。
そして、前記各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂（製品名：エポマウント（主剤および硬化剤）、リファインテック（株）製）を用いて封止した。更に湿式研磨機（製品名：ＴｅｇｒａＰｏｌ−２５、丸本ストルアス（株）製）を用いて前記各試験基板に実装された前記チップ部品の中央断面が分かるような状態とし、そのはんだ接合部の組織内部に進行した亀裂を走査電子顕微鏡（製品名：ＴＭ−１０００、（株）日立ハイテクノロジーズ製）を用いて、以下のように評価した。なお、各サイクルにおける評価チップ数は２０個とした。
○：２，５０１から３，０００サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生した
△：２，００１から２，５００サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生した
×：２，０００サイクル未満ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生した
○：２，５０１から３，０００サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生した
△：２，００１から２，５００サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生した
×：２，０００サイクル未満ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生した
＜ボイド抑制＞
３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよびチップ部品を接続する電極（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）とを備えたガラスエポキシ基板と、同パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスクとを用意した。
前記各ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度１５００±５００ｐｐｍの窒素雰囲気下において、リフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて以下のリフロー条件にて前記各基板をリフローし、各試験基板を作製した。
リフロー条件
プリヒート：１７０℃から１９０℃、１１０秒間、ピーク温度：２４５℃
２００℃以上の時間は６５秒間、２２０℃以上の時間は４５秒間、ピーク温度から２００℃までの冷却速度は３℃から８℃／秒
３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよびチップ部品を接続する電極（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）とを備えたガラスエポキシ基板と、同パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスクとを用意した。
前記各ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度１５００±５００ｐｐｍの窒素雰囲気下において、リフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて以下のリフロー条件にて前記各基板をリフローし、各試験基板を作製した。
リフロー条件
プリヒート：１７０℃から１９０℃、１１０秒間、ピーク温度：２４５℃
２００℃以上の時間は６５秒間、２２０℃以上の時間は４５秒間、ピーク温度から２００℃までの冷却速度は３℃から８℃／秒
次に、前記各試験基板の表面状態をＸ線透過装置（製品名：ＳＭＸ−１６０Ｅ、（株）島津製作所製）で観察して、はんだ接合部が形成されている領域に占めるボイドの総面積の割合（ボイドの面積率）を測定した。そして各試験基板中４０箇所のランドにおけるボイドの面積率の平均値を求め、以下のように評価した。
○：ボイドの面積率の平均値が１０％以下であって、ボイド発生の抑制効果が良好
△：ボイドの面積率の平均値が１０％超え１５％以下であって、ボイド発生の抑制効果が十分
×：ボイドの面積率の平均値が１５％超え２０％以下であって、ボイド発生の抑制効果が不十分
○：ボイドの面積率の平均値が１０％以下であって、ボイド発生の抑制効果が良好
△：ボイドの面積率の平均値が１０％超え１５％以下であって、ボイド発生の抑制効果が十分
×：ボイドの面積率の平均値が１５％超え２０％以下であって、ボイド発生の抑制効果が不十分
＜ボール抑制＞
ボイド抑制試験と同様の条件にて各試験基板を作製した。
次いで、前記各試験基板をＸ線透過装置（製品名：ＳＭＸ−１６０Ｅ、（株）島津製作所製）で観察し、前記チップ部品の周辺およびその下面に発生したボール数をカウントし、以下のように評価した。
○：実装された１０個のチップ部品の周辺およびその下面に発生したボール数が０個
△：実装された１０個のチップ部品の周辺およびその下面に発生したボール数が０個超え５個以下
×：実装された１０個のチップ部品の周辺およびその下面に発生したボール数が５個超え１０個以下
ボイド抑制試験と同様の条件にて各試験基板を作製した。
次いで、前記各試験基板をＸ線透過装置（製品名：ＳＭＸ−１６０Ｅ、（株）島津製作所製）で観察し、前記チップ部品の周辺およびその下面に発生したボール数をカウントし、以下のように評価した。
○：実装された１０個のチップ部品の周辺およびその下面に発生したボール数が０個
△：実装された１０個のチップ部品の周辺およびその下面に発生したボール数が０個超え５個以下
×：実装された１０個のチップ部品の周辺およびその下面に発生したボール数が５個超え１０個以下
＜銅板腐食抑制＞
各ソルダペーストについてＪＩＳ規定Ｚ ３２８４（１９９４）に準拠し各試験基板を作製および銅板腐食試験を行い、以下のように評価した。
○：腐食なし
×：腐食あり
各ソルダペーストについてＪＩＳ規定Ｚ ３２８４（１９９４）に準拠し各試験基板を作製および銅板腐食試験を行い、以下のように評価した。
○：腐食なし
×：腐食あり
＜絶縁抵抗＞
各ソルダペーストについてＪＩＳ規定Ｚ ３２８４（１９９４）に準拠し各試験基板を作製し、その電極間の絶縁抵抗を８５℃、８５％Ｒ．Ｈ．（相対湿度）、印加電圧３２Ｖ直流の条件下で測定し、以下のように評価した。
○：測定初期値が１．０×１０９Ω以上
△：測定初期値が１．０×１０８Ω以上、１．０×１０９Ω未満
×：測定初期値が１．０×１０８Ω未満
各ソルダペーストについてＪＩＳ規定Ｚ ３２８４（１９９４）に準拠し各試験基板を作製し、その電極間の絶縁抵抗を８５℃、８５％Ｒ．Ｈ．（相対湿度）、印加電圧３２Ｖ直流の条件下で測定し、以下のように評価した。
○：測定初期値が１．０×１０９Ω以上
△：測定初期値が１．０×１０８Ω以上、１．０×１０９Ω未満
×：測定初期値が１．０×１０８Ω未満
以上、実施例に示す通り、本実施例のフラックス組成物は、−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた後の接着力を０．２Ｎ／ｍｍ２以上に保つことができる。そのため、これを用いたソルダペースト組成物がボイド抑制、フラックス飛散抑制およびフラックス残渣の絶縁性といったソルダペースト組成物に求められる特性を有しつつ、更に形成されるフラックス残渣に良好な接着力を付与することができ、寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きい環境下においてもフラックス残渣およびはんだ接合部の亀裂発生およびその進展の抑制効果を奏することができる。そしてこれに起因して、はんだ接合体のシェア強度の低下も抑性される。
このようなフラックス組成物およびソルダペースト組成物を用いた電子回路基板は、特に高信頼性が要求されると共に寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きい環境下においても好適に用いることができる。
このようなフラックス組成物およびソルダペースト組成物を用いた電子回路基板は、特に高信頼性が要求されると共に寒暖の差が激しく冷熱衝撃が大きい環境下においても好適に用いることができる。
１ 基板
２ 電極
３ ソルダレジスト膜
４ はんだ接合体
４１ はんだ接合部
４２ フラックス残渣
５ 電子部品
６ 外部電極
７ 端部
１００ 電子回路基板
２ 電極
３ ソルダレジスト膜
４ はんだ接合体
４１ はんだ接合部
４２ フラックス残渣
５ 電子部品
６ 外部電極
７ 端部
１００ 電子回路基板
Claims (10)
- （Ａ）合成樹脂と、（Ｂ）活性剤と、（Ｃ）チキソ剤と、（Ｄ）溶剤とを含むフラックス組成物であって、
前記合成樹脂（Ａ）は、（Ａ−１）メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂を含み、
前記活性剤（Ｂ）は、（Ｂ−１）臭素原子およびカルボキシル基を有する炭素数２から６の脂肪酸と、（Ｂ−２）下記一般式（１）で表される化合物とを含むことを特徴とするフラックス組成物。
- 前記メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０重量％から９０重量％であることを特徴とする請求項１に記載のフラックス組成物。
- 前記メタクリル酸と炭素数２以上のアルキル基を有するモノマーとを含むモノマー類を重合したアクリル樹脂（Ａ−１）と、前記臭素原子およびカルボキシル基を有する炭素数２から６の脂肪酸（Ｂ−１）と、前記上記一般式（１）で表される化合物（Ｂ−２）との配合比は、それぞれ８６：１０：４から９４：１：５であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラックス組成物。
- 酸化防止剤を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフラックス組成物。
- ロジン樹脂を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のフラックス組成物。
- フラックス組成物を加熱して形成するフラックス固化物に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与えた後の前記フラックス固化物の接着力が０．２Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のフラックス組成物。
- 請求項１から６のいずれか１項に記載のフラックス組成物とはんだ合金粉末とを含むことを特徴とするソルダペースト組成物。
- 前記はんだ合金粉末は、錫および鉛を含む合金、錫および鉛並びに銀、ビスマスおよびインジウムの少なくとも１種を含む合金、錫および銀を含む合金、錫および銅を含む合金、錫、銀および銅を含む合金、錫およびビスマスを含む合金のいずれかから選定されることを特徴とする請求項７に記載のソルダペースト組成物。
- 請求項７または請求項８に記載のソルダペースト組成物を用いて形成されるはんだ接合体であって、前記はんだ接合体に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与える前と与えた後のはんだシェア強度の低下率が５０％以下であることを特徴とするはんだ接合体。
- 基板上に搭載される電子部品と、
前記基板上に形成される電極と、
前記基板上に形成されるソルダレジスト膜と、
請求項７または請求項８に記載のソルダペースト組成物を用いて形成されるフラックス残渣とはんだ接合部とからなるはんだ接合体とを有する電子回路基板であって、
前記フラックス残渣は前記基板および前記ソルダレジスト膜の少なくとも一方と前記電子部品との間に介在し、
前記はんだ接合体に−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２，０００サイクル与える前と与えた後のはんだシェア強度の低下率が５０％以下であることを特徴とする電子回路基板。
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