JP2019048338A - フラックス組成物およびソルダペースト - Google Patents

Abstract

【課題】 活性剤の配合量を減量させることなくフラックス残渣の絶縁抵抗の低下を抑制することができるフラックス組成物およびソルダペーストの提供。【解決手段】 （Ａ）ロジン系樹脂と、（Ｂ）溶剤と、（Ｃ）活性剤と、（Ｄ）チクソ剤とを含み、前記チクソ剤（Ｄ）は、（Ｄ−１）脂肪酸ポリアマイド構造を有し当該脂肪酸が炭素数１２から２２の長鎖アルキル基を有するチクソ剤を含み、前記チクソ剤（Ｄ−１）は、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析法（加熱炉昇温速度：２０℃／分）による揮発最大ピーク値の検出温度が４５０℃から４８０℃であり、前記チクソ剤（Ｄ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して３重量％以上６重量％以下であり、前記チクソ剤（Ｄ−１）は、ターレンＶＡ−７９（共栄社化学（株）製）であることを特徴とするフラックス組成物。【選択図】図１

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には、はんだ合金粉末と共に、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。そしてこのフラックス組成物は、上記金属酸化物の生成を抑制するための活性剤および粘度を調整するためのチクソ剤を含むことが一般的である。

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、上記活性剤は電子部品の実装時にフラックス組成物を活性化させてソルダペーストのはんだ付け性を向上させる。しかし活性剤が上記フラックス残渣に残存すると、特にこれを使用した実装基板が高温高湿下に置かれた場合、フラックス残渣の吸湿によりこれに含まれる残存活性剤がイオン化するため、フラックス残渣の絶縁抵抗を低下させるという問題が生じる。

これまで他の特性、例えばダレ性と印刷性の両立といった効果を有するチクソ剤は種々開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−３６９８５号公報

はんだ付け性向上のため、フラックス組成物には活性剤の配合が求められる。しかし上述の通り、活性剤がフラックス残渣に残存するとフラックス残渣の絶縁抵抗の低下を引き起こす虞がある。

本発明は上記課題を解決するものであり、活性剤の配合量を減量させることなくフラックス残渣の絶縁抵抗の低下を抑制することのでき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に関する。

（１）本発明のフラックス組成物は、（Ａ）ロジン系樹脂と、（Ｂ）溶剤と、（Ｃ）活性剤と、（Ｄ）チクソ剤とを含み、前記チクソ剤（Ｄ）は、（Ｄ−１）脂肪酸ポリアマイド構造を有し当該脂肪酸が炭素数１２から２２の長鎖アルキル基を有するチクソ剤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、前記チクソ剤（Ｄ−１）は、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析法（昇温速度：２０℃／分）による揮発ピーク値の検出温度が４５０℃から４８０℃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、本発明のフラックス組成物は、（Ｅ）アミン系化合物を含む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、（Ｆ）酸化防止剤を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、前記チクソ剤（Ｄ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１重量％から１０重量％である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、前記チクソ剤（Ｄ−１）は図１に表すクロマトグラムを示すことをその特徴とする。

（７）上記（１）から（６）のいずれか１項に記載の構成にあって、前記活性剤（Ｃ）は、臭素および塩素が単独で９００ｐｐｍ以下のものであることをその特徴とする。

（８）本発明のソルダペーストは、上記（１）から（７）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。

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は、活性剤の配合量を減量させることなくフラックス残渣の絶縁抵抗の低下を抑制することができる。

本実施形態に係るチクソ剤（Ｄ−１）であって、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析法（昇温速度：２０℃／分）による揮発ピーク値の検出温度が４５０℃から４８０℃のものに係るクロマトグラムである。 本発明に係る実施例および比較例に用いるチクソ剤を熱分解ガスクロマトグラフ質量分析法（昇温速度：２０℃／分）を用いて測定したクロマトグラムである。 本発明に係る実施例および比較例に係るソルダペーストの絶縁抵抗値をグラフ化したものである。

本発明のフラックス組成物およびソルダペースト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）ロジン系樹脂と、（Ｂ）溶剤と、（Ｃ）活性剤、（Ｄ）チクソ剤とを含む。

（Ａ）ロジン系樹脂
本実施形態のフラックス組成物に用いられるロジン系樹脂（Ａ）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、変性ロジン樹脂等が挙げられる。これらの中でも特にフラックス組成物の活性化向上の観点から水添ロジン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。

前記ロジン系樹脂（Ａ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して５重量％から６０重量％であることが好ましい。

（Ｂ）溶剤
本実施形態のフラックス組成物に用いられる溶剤（Ｂ）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、グリコールエーテル、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、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、ブチルセロソルブ等が挙げられる。なお、これらの中でも特に沸点１７０℃以上の溶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。
前記溶剤（Ｂ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１０重量％から６０重量％であることが好ましい。

（Ｃ）活性剤
本実施形態に係るフラックス組成物に用いられる活性剤（Ｃ）としては、例えば有機酸、有機ハロゲン化合物、有機酸塩、有機アミン塩等が挙げられる。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。なお、活性剤（Ｃ）として臭素および塩素が単独で９００ｐｐｍ以下のものが好ましく用いられる。

前記有機酸としては、例えばモノカルボン酸、ジカルボン酸、その他の有機酸等が挙げられる。
前記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、グリコール酸等が挙げられる。
また前記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、ジグリコール酸等が挙げられる。
更に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、ピコリン酸等が挙げられる。
なお、これらの中でも特にソルダペーストの良好な濡れ性、加熱ダレ性を得る目的で、ピコリン酸が好ましく用いられる。

前記有機ハロゲン化合物としては、例えばジブロモブテンジオール、ジブロモコハク酸、５−ブロモ安息香酸、５−ブロモニコチン酸、５−ブロモフタル酸等が挙げられる。

前記活性剤（Ｃ）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１重量％から２０重量％であることが好ましい。より好ましい前記配合量は１重量％から１５重量％であり、特に好ましくは１重量％から１０重量％である。前記活性剤（Ｃ）の配合量をこの範囲内とすることで、はんだボール発生のおよびフラックス残渣の絶縁抵抗低下を抑制することができる。

（Ｄ）チクソ剤
本実施形態のフラックス組成物には、チクソ剤（Ｄ）として（Ｄ−１）脂肪酸ポリアマイド構造を有し当該脂肪酸が炭素数１２から２２の長鎖アルキル基を有するチクソ剤を含めることが好ましい。なお当該長鎖アルキル基は直鎖状のもの、分岐状のもののいずれも用いることができる。また前記長鎖アルキル基は繰り返しにより炭素−炭素結合で長鎖に繋がったものでも良い。
前記脂肪酸を構成する炭素数１２から２２の長鎖のアルキル基は疎水性が高く、且つ当該脂肪酸はアミド結合により高重合化されて脂肪酸ポリアマイド構造となっているため、より高い疎水性を有する。そのため、このようなチクソ剤（Ｄ−１）は、フラックス組成物に配合された場合に、これを用いて形成されるフラックス残渣と空気の界面に疎水性の膜を形成することができ、これによりフラックス残渣の空気中の水分の吸湿が抑制されるものと推測される。

なお、当該チクソ剤（Ｄ−１）は、ガスクロマトグラフ質量分析法（昇温速度：２０℃／分）による揮発ピーク値の検出温度が４５０℃から４８０℃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、このようなチクソ剤（Ｄ−１）を含有させることにより、活性剤の配合量を減量させることなくフラックス残渣の絶縁抵抗の低下を抑制することができる。

なお本実施形態において、前記チクソ剤（Ｄ−１）の揮発ピーク値は、以下の測定条件にて、熱分解ガスクロマトグラフ分析法を用いて測定される。
（試料）
前記チクソ剤（Ｄ−１） ０．３ｍｇ
（熱分解）
熱分解装置：マルチショットパイロライザー ＥＧＡ／ＰＹ−３０３０Ｄ（フロンティア・ラボ社製）
熱分析条件：（発生ガス分析）
熱分解条件：炉温度４０〜７００℃（１分間保持）、インターフェース温度３２０℃（ガスクロマトグラフ質量分析）
ガスクロマトグラフ質量分析装置：ＪＭＳ−Ｑ１０５０ＧＣ（日本電子（株）製）
ガスクロマトグラフ条件
キャピラリーチューブ：Ｕｌｔｒａ ＡＬＬＯＹ不活性化金属キャピラリーチューブ 型番 ＵＡＤＴＭ−２．５Ｎ（フロンティア・ラボ社製）
キャリアガス：ヘリウム
注入口温度：３２０℃
カラム温度：３５０℃（３４分間保持）
スプリット比：１／５０
質量分析条件
イオン源温度 ３００℃
ＧＣインターフェース温度 ３２０℃
検出器電圧 −１０００ｖｏｌｔ
イオン化電流 ５０μＡ
イオン化エネルギー ７０ｅＶ
サイクルタイム ３００ｍｓｅｃ
質量範囲 ｍ／ｚ １０〜５００

前記チクソ剤（Ｄ−１）としては、例えばターレンＶＡシリーズ（共栄社化学（株）製）が好ましく用いられる。
また上記測定条件下で測定した場合のガスクロマトグラフが図１に示すものとなるものが、前記チクソ剤（Ｄ−１）として特に好ましく用いられる。なお、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。

前記チクソ剤（Ｄ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して１重量％から１０重量％が好ましい。更に好ましいその配合量は、フラックス組成物全量に対して３重量％から６重量％である。

また前記チクソ剤（Ｄ）には、前記チクソ剤（Ｄ−１）以外のその他のチクソ剤、例えばヒマシ油、水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類等を併せて使用することができる。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。
前記チクソ剤（Ｄ）として前記チクソ剤（Ｄ−１）とその他のチクソ剤とを併用する場合、前記チクソ剤全量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。

（Ｅ）アミン系化合物
本実施形態に係るフラックス組成物には、アミン系化合物（Ｅ）を配合させることができる。このようなアミン系化合物（Ｅ）としては、例えばイミダゾール化合物、トリアゾール化合物等が挙げられる。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。

前記イミダゾール化合物としては、例えばベンゾイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール等が挙げられる。
また前記トリアゾール化合物としては、ベンゾトリアゾール、１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メタノール、１−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。

前記アミン系化合物（Ｅ）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１０重量％であることが好ましい。前記アミン系化合物（Ｅ）の配合量をこの範囲内とすることで、はんだ合金粉末の未溶融や、ソルダペーストの基板への不濡れ発生およびその保存安定性の低下を抑制することができる。

（Ｆ）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（Ｆ）を配合することができる。このような酸化防止剤（Ｆ）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。このヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、例えばイルガノックス２４５（ＢＡＳＦジャパン（株）製）等が挙げられる。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（Ｆ）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１０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、前記ロジン系樹脂（Ａ）以外のその他の樹脂、例えばアクリル樹脂、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樹脂を含めることができる。

これらその他の樹脂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。

また本実施形態のフラックス組成物には、揺変剤、消泡剤、防錆剤、界面活性剤、熱硬化剤、つや消し剤等の添加剤を配合することができる。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。

２．ソルダペースト
本実施形態のソルダペーストは、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。

前記はんだ合金粉末の配合量は、ソルダペースト全量に対して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。

更に前記はんだ合金粉末の平均粒子径は、２０μｍから３８μｍ以下であることが好ましい。なお、当該平均粒子径は、動的光散乱式の粒子径測定装置により測定し得る。

３．フラックス残渣
本実施形態のソルダペーストを用いて電子部品が実装された実装基板は、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実装基板は、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フラックス残渣が付着している。

前記フラックス残渣は、上記フラックス組成物を使用することにより良好な絶縁抵抗を有し、例えば当該フラックス残渣にＪＩＳ規定Ｚ ３１９７に準拠してその電極間の絶縁抵抗を８５℃、８５％Ｒ．Ｈ．（相対湿度）の条件下で測定した場合、電圧印加３０時間後の絶縁抵抗値は１．０×１０^１０Ω以上となる。

なお、上記においてはフラックス組成物をソルダペーストに使用する実施形態について説明したが、本実施形態におけるフラックス組成物の用途はこれに限定されず、例えばはんだボール用ボンドフラックス等の他のフラックス用途にも種々適用可能である。

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。

表１に記載の各成分を混練し、各フラックス組成物を得た。そしてこれら各フラックス組成物１１．５０重量％と、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金粉末（平均粒径２８μｍ）８８．５０重量％とを混合し、実施例２および参考例１、並びに比較例１および２に係る各ソルダペーストを作製した。
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。

また実施例２、参考例１並びに比較例１および２に用いたチクソ剤を以下の測定条件にて熱分解ガスクロマトグラフ分析法を用いて測定した。そのガスクロマトグラフを図２に示す。
（試料）
０．３ｍｇ
（熱分解）
熱分解装置：マルチショットパイロライザー ＥＧＡ／ＰＹ−３０３０Ｄ（フロンティア・ラボ社製）
熱分析条件：（発生ガス分析）
熱分解条件：炉温度４０〜７００℃（１分間保持）、インターフェース温度３２０℃
（ガスクロマトグラフ質量分析）
ガスクロマトグラフ質量分析装置：ＪＭＳ−Ｑ１０５０ＧＣ（日本電子（株）製）
ガスクロマトグラフ条件
キャピラリーチューブ：Ｕｌｔｒａ ＡＬＬＯＹ不活性化金属キャピラリーチューブ 型番 ＵＡＤＴＭ−２．５Ｎ（フロンティア・ラボ社製）
キャリアガス：ヘリウム
注入口温度：３２０℃
カラム温度：３５０℃（３４分間保持）
スプリット比：１／５０
質量分析条件
イオン源温度 ３００℃
ＧＣインターフェース温度 ３２０℃
検出器電圧 −１０００ｖｏｌｔ
イオン化電流 ５０μＡ
イオン化エネルギー ７０ｅＶ
サイクルタイム ３００ｍｓｅｃ
質量範囲 ｍ／ｚ １０〜５００

※１ 荒川化学工業（株） 水添酸変性ロジン
※２ 共栄社化学（株）製 チクソ剤（高級脂肪酸ビスアマイド）
※３ ＢＡＳＦジャパン（株）製 ヒンダードフェノール系酸化防止剤

＜絶縁抵抗＞
各ソルダペーストについてＪＩＳ規定Ｚ ３１９７に準拠して、その電極間の絶縁抵抗を８５℃、８５％Ｒ．Ｈ．（相対湿度）、印加電圧５０Ｖ直流・測定電圧１００Ｖの条件下で測定した。その結果を表２および表３に示す。なお、表２および表３に記載した印加時間の単位はｈ、絶縁抵抗値の単位はΩである。またその絶縁抵抗値のグラフを図３に示す。

以上に示す通り、本実施例のソルダペーストを用いて形成されたフラックス残渣は、チクソ剤（Ｄ−１）を含むフラックス組成物を使用することにより良好な絶縁抵抗を有することが分かる。

Claims (6)

1. （Ａ）ロジン系樹脂と、（Ｂ）溶剤と、（Ｃ）活性剤と、（Ｄ）チクソ剤とを含み、
   前記チクソ剤（Ｄ）は、（Ｄ−１）脂肪酸ポリアマイド構造を有し当該脂肪酸が炭素数１２から２２の長鎖アルキル基を有するチクソ剤を含み、
   前記チクソ剤（Ｄ−１）は、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析法（加熱炉昇温速度：２０℃／分）による揮発最大ピーク値の検出温度が４５０℃から４８０℃であり、
   前記チクソ剤（Ｄ−１）の配合量は、フラックス組成物全量に対して３重量％以上６重量％以下であり、
   前記チクソ剤（Ｄ−１）は、ターレンＶＡ−７９（共栄社化学（株）製）であることを特徴とするフラックス組成物。
2. （Ｅ）アミン系化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載のフラックス組成物。
3. （Ｆ）酸化防止剤を含む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。
4. 前記活性剤（Ｃ）は、臭素および塩素が単独で９００ｐｐｍ以下のものである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。
5. 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。
6. 請求項５に記載のソルダペーストを基板上に印刷し、
   当該基板をリフローすることにより、前記基板上に前記フラックス組成物からなるフラックス残渣を形成することを特徴とするフラックス残渣の形成方法。