JP2017064761A - フラックス組成物、はんだ組成物および電子基板 - Google Patents
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Abstract
Description
このように、ダイマー酸は、溶融性および絶縁信頼性が優れる材料であるが、その配合量を抑えて使用されている。そのため、十分なはんだ付け性および絶縁信頼性を有し、かつ緑色生成物の発生を抑制できるはんだ組成物は、未だに得られていなかった。
本発明のフラックス組成物は、(A)ロジン系樹脂、(B)活性剤および(C)溶剤を含有し、前記(B)成分が、(B1)重合脂肪酸を含有し、前記(B1)重合脂肪酸が、トリマー酸を含有し、前記トリマー酸の含有量が、前記(B1)重合脂肪酸100質量%に対して、60質量%以上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は、前記フラックス組成物と、はんだ粉末とを含有することを特徴とするものである。
本発明の電子基板は、前記はんだ組成物を用いて、電子部品を電子基板に実装したことを特徴とするものである。
まず、本発明のフラックス組成物について説明する。本発明のフラックス組成物は、はんだ組成物におけるはんだ粉末以外の成分であり、(A)ロジン系樹脂、(B)活性剤、および(C)溶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、マレイン酸などの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などの変性樹脂)およびアビエチン酸の変性樹脂、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)活性剤は、以下説明する(B1)重合脂肪酸を含有することが必要である。
本発明に用いる(B1)重合脂肪酸としては、不飽和脂肪酸の重合によって生成される脂肪酸が挙げられる。この(B1)成分により、溶融性および絶縁信頼性の両方を向上できる。
この不飽和脂肪酸の炭素数は、特に限定されないが、8以上22以下であることが好ましく、12以上18以下であることがより好ましく、18であることが特に好ましい。
本発明においては、このトリマー酸の含有量が、前記(B1)成分100質量%に対して、60質量%以上であることが必要である。このトリマー酸の含有量が、60質量%以上であれば、緑色生成物の発生を抑制できる。
また、前記トリマー酸の含有量は、緑色生成物の抑制という観点から、前記(B1)成分100質量%に対して、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。
本発明に用いる(B3)脂肪族ジカルボン酸は、アルキレン基を有する二塩基酸である。この脂肪族ジカルボン酸の炭素数は、特に限定されないが、3以上22以下であることが好ましく、5以上20以下であることがより好ましい。この脂肪族ジカルボン酸としては、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、およびセバシン酸などが挙げられる。これらは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(B3)成分の配合量は、前記フラックス組成物100質量%に対して、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上8質量%以下であることがより好ましい。配合量が前記下限未満では、はんだ付け性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、絶縁信頼性が低下する傾向にある。
(B3)成分としては、モノカルボン酸、芳香族カルボン酸、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、およびリグノセリン酸などが挙げられる。
芳香族カルボン酸としては、安息香酸類、ナフトエ酸類、およびフタル酸類などが挙げられる。
その他の有機酸としては、グリコール酸、レブリン酸、乳酸、アクリル酸、アニス酸、クエン酸、およびピコリン酸などが挙げられる。
これらの(B3)成分は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。なお、これらの(B3)成分の中でも、ピコリン酸を用いることが好ましい。
前記(B3)成分の配合量は、前記フラックス組成物100質量%に対して、0.1質量%以上8質量%以下であることが好ましく、0.2質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。
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。
本発明のフラックス組成物においては、(D)1分子内に2つ以上のアミド結合と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をさらに含有することが好ましい。この(D)成分により、前記(B1)成分による溶融性および絶縁信頼性の向上効果を維持しつつ、緑色生成物の更なる抑制が図れる。
前記(D)成分におけるヒンダードフェノール構造とは、下記構造式(S1)で示すヒンダードフェノール構造のことをいう。
本発明のフラックス組成物においては、印刷性などの観点から、さらにチクソ剤を含有していてもよい。ここで用いるチクソ剤としては、硬化ひまし油、アミド類、カオリン、コロイダルシリカ、有機ベントナイト、ガラスフリットなどが挙げられる。これらのチクソ剤は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。
次に、本発明のはんだ組成物について説明する。本発明のはんだ組成物は、前記本発明のフラックス組成物と、以下説明する(E)はんだ粉末とを含有するものである。
前記フラックス組成物の配合量は、はんだ組成物100質量%に対して、5質量%以上35質量%以下であることが好ましく、7質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、8質量%以上12質量%以下であることが特に好ましい。フラックス組成物の配合量が5質量%未満の場合(はんだ粉末の配合量が95質量%を超える場合)には、バインダー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粉末とを混合しにくくなる傾向にあり、他方、フラックス組成物の配合量が35質量%を超える場合(はんだ粉末の配合量が65質量%未満の場合)には、得られるはんだ組成物を用いた場合に、十分なはんだ接合を形成できにくくなる傾向にある。
本発明に用いる(E)はんだ粉末は、鉛フリー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(Sn)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(Ag)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)およびアンチモン(Sb)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、インジウム、アンチモン、およびアルミニウム(Al)などが挙げられる。
ここで、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のことをいう。ただし、鉛フリーはんだ粉末中に、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、この場合に、鉛の量は、100質量ppm以下であることが好ましい。
本発明のはんだ組成物は、上記説明したフラックス組成物と上記説明した(E)はんだ粉末と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、本発明の電子基板について説明する。本発明の電子基板は、以上説明したはんだ組成物を用いて電子部品を電子基板(プリント配線基板など)に実装したことを特徴とするものである。
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、前記電子部品をプリント配線基板に実装するリフロー工程により、電子部品を電子基板に実装できる。
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150〜200℃で60〜120秒行い、ピーク温度を230〜270℃に設定すればよい。
例えば、前記電子基板では、リフロー工程により、プリント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、プリント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A: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
ロジン系樹脂B:完全水添ロジン、商品名「フォーラルAX」、イーストマンケミカル社製
ロジン系樹脂C:ロジンエステル、商品名「ハリタックF85」、ハリマ化成社製
((B1)成分)
活性剤A:トリマー酸(トリマー酸70質量%、ダイマー酸30質量%)、商品名「ツノダイム346」、築野食品工業社製
活性剤B:トリマー酸(トリマー酸90質量%以上)、商品名「Floradyme 6500」、Florachem社製
活性剤C:ダイマー酸(ダイマー酸90質量%、トリマー酸5質量%、モノマー酸5質量%)、商品名「UNIDYME14」、アリゾナケミカル社製
((B2)成分)
活性剤D:スベリン酸
活性剤E:グルタル酸
((B3)成分)
活性剤F:ピコリン酸
((B4)成分)
活性剤G:2−ヨード安息香酸
((C)成分)
溶剤:ヘキシルジグリコール
((D)成分)
ヒンダードフェノール系ジアミド化合物: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、商品名「イルガノックス MD1024」、BASF社製
((E)成分)
はんだ粉末:粒子径15〜25μm(平均粒子径約20μm)、はんだ融点217〜227℃、はんだ組成Sn/Ag0.3/Cu0.7
(他の成分)
防錆剤:ベンゾトリアゾール
チクソ剤A:商品名「スリパックスZHH」、日本化成社製
チクソ剤B:商品名「ヒマコウ」、KFトレーディング社製
酸化防止剤:商品名「イルガノックス245」、BASF社製
ロジン系樹脂A32質量部、ロジン系樹脂B5質量部、ロジン系樹脂C6質量部、溶剤30.92質量部、活性剤A10質量部、活性剤D5質量部、活性剤E0.5質量部、活性剤F0.5質量部、活性剤G0.08質量部、チクソ剤A6質量部、チクソ剤B1質量部および酸化防止剤3質量部を容器に投入し、プラネタリーミキサーを用いて混合してフラックス組成物を得た。
その後、得られたフラックス組成物11.4質量%、溶剤0.1質量%およびはんだ粉末88.5質量%(合計で100質量%)を容器に投入し、プラネタリーミキサー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、フラックス組成物およびはんだ組成物を得た。
[比較例1〜3]
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、フラックス組成物およびはんだ組成物を得た。
はんだ組成物の評価(緑色生成物、絶縁抵抗値、微小ランド溶融性、はんだボール)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。
(1)緑色生成物
JIS Z 3197−1994の付属書11に記載の方法に準拠して、緑色生成物を評価した。
すなわち、串形電極基板(導体幅:0.318mm、導体間隔:0.318mm、大きさ:30mm×30mm)に、メタルマスク(串形電極パターンに合わせてスリット状に加工したもの、厚み:100μm)を用いてはんだ組成物を印刷した。その後、プリヒート180℃を60秒間、ピーク温度を246℃、溶融時間を30秒間の条件でリフローを行い、試験基板を作製した。
この試験基板を、温度85℃、相対湿度85%に設定した高温高湿試験機に投入し、50Vの電圧を印加した。そして、500時間経過後の試験基板を観察し、下記の基準に従って、緑色生成物の有無を評価した。
レベル1:緑色生成物がない(図1(A)参照)。
レベル2:緑色生成物があるが、スリット10本につき2個以下である(図1(B)参照)。
レベル3:緑色生成物があるが、スリット10本につき3個以上5個以下である(図1(C)参照)。
レベル4:緑色生成物があり、スリット10本につき6個以上である(図1(D)参照)。
(2)絶縁抵抗値
JIS Z 3197−1994の付属書11に記載の方法に準拠して、絶縁抵抗値を測定した。すなわち、串形電極基板(導体幅:0.318mm、導体間隔:0.318mm、大きさ:30mm×30mm)に、メタルマスク(串形電極パターンに合わせてスリット状に加工したもの、厚み:100μm)を用いてはんだ組成物を印刷した。その後、プリヒート180℃を60秒間、ピーク温度を246℃、溶融時間を30秒間の条件でリフローを行い、試験基板を作製した。
この試験基板を、温度85℃、相対湿度85%に設定した高温高湿試験機に投入し、絶縁抵抗値(初期抵抗値)を測定した。
(3)微小ランド溶融性
直径0.2mmφの開穴が97個設けられ、厚みが100μmのメタルマスクを用い、はんだ組成物を基板上に、印刷速度50mm/sec、印圧0.2Nの条件で印刷した。その後、プリヒート200℃を60秒間、ピーク温度を246℃、溶融時間を30秒間の条件でリフローを行い、試験基板を作製した。試験基板の印刷箇所(97個)のうち、はんだが溶融した溶融箇所を測定し、以下の基準に従って、溶融性を評価した。
○:溶融箇所が90個以上である。
△:溶融箇所が50個以上90個未満である。
×:溶融箇所が50個未満である。
(4)はんだボール
JIS Z 3284−1994の付属書11に記載の方法に準拠して、はんだボール(ソルダボール)の試験を行う。すなわち、セラミック板(大きさ:50mm×50mm、厚み:0.5mm)を準備し、このセラミック板に、直径6.5mmφの円形のパターン孔を有する厚み0.2mmのメタルマスクを使用し、はんだ組成物を印刷して試験片を得た。試験片を温度約270℃に調節されたホットプレートに載せ、はんだ溶融後5秒間保持した。かかる試験片を顕微鏡にて観察し(観察範囲:50mm×50mm)、はんだボールの個数を測定した。
これに対し、(B1)成分を含有しない場合や、(B1)成分中のトリマー酸の含有量が所定値未満であるはんだ組成物を用いた場合には、緑色生成物、絶縁抵抗値、微小ランド溶融性およびはんだボールの評価結果の少なくともいずれかが不十分であることが分かった。
Claims (4)
- (A)ロジン系樹脂、(B)活性剤および(C)溶剤を含有し、
前記(B)成分が、(B1)重合脂肪酸を含有し、
前記(B1)重合脂肪酸が、トリマー酸を含有し、
前記トリマー酸の含有量が、前記(B1)重合脂肪酸100質量%に対して、60質量%以上である
ことを特徴とするフラックス組成物。 - 請求項1に記載のフラックス組成物において、
前記フラックス組成物が、(D)1分子内に2つ以上のアミド結合と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をさらに含有する
ことを特徴とするフラックス組成物。 - 請求項1または請求項2に記載のフラックス組成物と、はんだ粉末とを含有することを特徴とするはんだ組成物。
- 請求項3に記載のはんだ組成物を用いて、電子部品を電子基板に実装したことを特徴とする電子基板。
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