JP2019188448A - フラックス及びソルダペースト - Google Patents

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Abstract

【課題】常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で所定のレオロジー特性を得られ、かつ、はんだ付け後の残渣量を抑制して低残渣を実現可能なフラックスを提供する。【解決手段】フラックスは、OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下、10mgの当該フラックスを、N2雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下である。【選択図】無し

Description

本発明は、はんだ付けに用いられるフラックス及びこのフラックスを用いたソルダペーストに関する。
一般的に、はんだ付けに用いられるフラックスは、はんだ及びはんだ付けの対象となる接合対象物の金属表面に存在する金属酸化物を化学的に除去し、両者の境界で金属元素の移動を可能にする効能を持つ。このため、フラックスを使用してはんだ付けを行うことで、はんだと接合対象物の金属表面との間に金属間化合物が形成できるようになり、強固な接合が得られる。
近年、小型情報機器の発達により、搭載される電子部品では急速な小型化が進行している。電子部品は、小型化の要求により接続端子の狭小化や実装面積の縮小化に対応するため、裏面に電極が配置されたボールグリッドアレイ(BGA)が適用されている。
BGAの電極には、はんだバンプが形成されている。はんだバンプを作る方法として、フラックスを塗布した電極に、はんだボールを搭載して加熱する方法が採られている。
フラックスは、ベース剤、溶剤、チキソ剤により、揮発性と、粘度、チキソ比等のレオロジー特性が決まる。はんだボールを使用したはんだ付けでは、常温時にフラックスが所定の粘度を有していないと、フラックスが流れ出し、はんだボールを電極に保持できない。このため、従来、フラックスに所定量のロジンを含むことで、所定のレオロジー特性を得ていた。
しかし、ロジンははんだ付けで想定される熱履歴で揮発しにくく、残渣の主成分となる。はんだ付けで想定される熱履歴で残存しやすいロジン、ベース剤、チキソ剤の添加は、残渣量が増える要因となる。残渣量が増えると、はんだ付け後の残渣を洗浄しないで使用する無洗浄用途に不適格となる場合があり。低残渣のフラックスが求められる。
そこで、常温時に高粘度で、はんだ付けで想定される熱履歴で揮発性を有する溶剤として、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールを含み、ロジンを含まず低残渣を実現したフラックスが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許第6160788号公報
しかし、常温時には高粘度で、はんだ付けで想定される熱履歴では、溶融したはんだが十分にぬれ広がるような液状となり、更に揮発性を有する溶剤は非常に限られており、低残渣フラックスを設計するにあたり、溶剤に対する自由度が低かった。
本発明は、このような課題を解決するためなされたもので、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で所定のレオロジー特性を得られ、かつ、はんだ付け後の残渣量を抑制して無洗浄で使用する用途に適用できるような低残渣を実現可能なフラックス、及び、このフラックスを使用したソルダペーストを提供することを目的とする。
常温域での様態が異なる2種のアルコール化合物を含むことで、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で所定のレオロジー特性を得られ、かつ、はんだ付けで想定される熱履歴で揮発性を得られることを見出した。
そこで、本発明は、OH基を2個以上有したアルコール化合物を含むフラックスであって、OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であるフラックスである。
本発明のフラックスは、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下であることがより好ましい。
また、本発明のフラックスは、第1のアルコール化合物を55wt%以上90wt%以下、第2のアルコール化合物を5wt%以上30wt%以下で含むことがより好ましく、第1のアルコール化合物/第2のアルコール化合物で表される第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物との重量比が、1.83以上12.40以下であることがより好ましい。
更に、本発明のフラックスは、第1のアルコール化合物及び第2のアルコール化合物が、OH基を2個以上6個以下で有することが好ましく、第1のアルコール化合物が、OH基を3個以上4個以下で有することがより好ましく、第2のアルコール化合物が、OH基を2個以上4個以下で有することがより好ましい。
本発明のフラックスは、10mgの第1のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であることが好ましく、10mgの第1のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下であることがより好ましい。
また、本発明のフラックスは、10mgの第2のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であることが好ましく、10mgの第2のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下であることがより好ましい。
また、本発明のフラックスは、第1のアルコール化合物の25℃での粘度が、10Pa・s未満であることがより好ましい。
更に、本発明のフラックスは、第1のアルコール化合物がグリセリンであり、第2のアルコール化合物が2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールであることがより好ましい。
本発明のフラックスは、更に、有機酸を0wt%以上10wt%、アミンを0wt%以上10wt%以下、溶剤を0wt%以上15wt%以下、チキソ剤を0wt%以上15wt%以下、ベース剤を0wt%以上10wt%以下で含む。
また、本発明のフラックスは、ハロゲン化合物、着色剤、消泡剤、酸化防止剤、界面活性剤のうち、少なくとも1種を含んでも良い。
更に、本発明は、上述したフラックスと、金属粉を含むソルダペーストである。
本発明のフラックスは、OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、熱重量測定法による測定で、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であることで、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つことができる。また、残渣の量を抑制して低残渣を実現でき、はんだ付け後に無洗浄で使用する用途に適用できる。本発明のソルダペーストは、本発明のフラックスが使用されることで、常温時には流れ出さず、はんだ付けで想定される熱履歴ではフラックスが流れ、金属酸化物を除去して溶融した金属粉を濡れ広がらせることができる。また、はんだ付け後に無洗浄で使用する用途に適用できる。
このように、融点により25℃という常温域での様態が規定され、常温域での様態が異なる2種のアルコール化合物を含むことで、低残渣フラックスを設計する自由度が向上する。
<本実施の形態のフラックスの一例>
本実施の形態のフラックスは、OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下である。
また、本実施の形態のフラックスは、熱重量測定法による測定で、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下である。
融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含むフラックスは、ロジン等、樹脂等のベース剤、チキソ剤の含有量を減らしても、または、ベース剤、チキソ剤を含まなくても、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持たせることができる。なお、ロジンを非含有とすることがより好ましい。
このため、フラックスを加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下とすることができ、加熱した後の重量が加熱前の重量の15%以下であれば、無洗浄の用途で使用可能な低残渣と見なすことができる。
ここで、低残渣のフラックスとしては、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下であることがより好ましい。
本実施の形態のフラックスは、フラックス全体を100wt%としたとき、第1のアルコール化合物を55wt%以上90wt%以下、第2のアルコール化合物を5wt%以上30wt%以下で含む。また、本実施の形態のフラックスは、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物との重量比が、第1のアルコール化合物/第2のアルコール化合物で表した場合に1.83以上12.40以下である。
第1のアルコール化合物及び第2のアルコール化合物は、OH基を2個以上6個以下で有する。第1のアルコール化合物は、OH基を3個以上4個以下で有することがより好ましい。また、第2のアルコール化合物は、OH基を2個以上4個以下で有することがより好ましい。
第1のアルコール化合物は、10mgの第1のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であることが好ましく、10mgの第1のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下であることがより好ましい。
また、第2のアルコール化合物は、10mgの第2のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であることが好ましく、10mgの第2のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下であることがより好ましい。
第1のアルコール化合物は、25℃での粘度が10Pa・s未満であることがより好ましい。また、第1のアルコール化合物は、グリセリンであることがより好ましい。グリセリンは、金属酸化物を除去する活性剤としても機能し得る。なお、グリセリンは、25℃での粘度が0.9Pa・sである。また、10mgのグリセリンを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下であり、はんだ付けで想定される熱履歴で揮発性を有する。第2のアルコール化合物は、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールであることがより好ましい。10mgの2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下であり、はんだ付けで想定される熱履歴で揮発性を有する。
2個以上のOH基を有するアルコール化合物は、金属酸化物を除去する活性剤として機能し得る。このため、更に活性剤を添加することで、より高い活性を持たせることができる。
そこで、本実施の形態のフラックスは、更に、活性剤として有機酸を0wt%以上10wt%以下、アミンを0wt%以上10wt%以下で含む。
また、本実施の形態のフラックスは、更に、溶剤を0wt%以上15wt%以下で含む。
本実施の形態のフラックスは、低残渣の効果を阻害しない範囲で、チキソ剤、ベース剤を含んでも良く、更に、チキソ剤を0wt%以上15wt%以下、ベース剤を0wt%以上10wt%以下で含んでも良い。
なお、本実施の形態のフラックスは、他の添加剤として、ハロゲン化合物、着色剤、消泡剤、酸化防止剤、界面活性剤のうち、少なくとも1種を含んでも良い。
有機酸としては、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、エイコサン二酸、クエン酸、グリコール酸、コハク酸、サリチル酸、ジグリコール酸、ジピコリン酸、ジブチルアニリンジグリコール酸、スベリン酸、セバシン酸、チオグリコール酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ドデカン二酸、パラヒドロキシフェニル酢酸、ピコリン酸、フェニルコハク酸、フマル酸、マレイン酸、マロン酸、ラウリン酸、安息香酸、酒石酸、イソシアヌル酸トリス(2−カルボキシエチル)、グリシン、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)ブタン酸、4−tert−ブチル安息香酸、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、2,4−ジエチルグルタル酸、2−キノリンカルボン酸、3−ヒドロキシ安息香酸、リンゴ酸、p−アニス酸、パルミチン酸、ステアリン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ダイマー酸、ダイマー酸に水素を添加した水添ダイマー酸、トリマー酸、トリマー酸に水素を添加した水添トリマー酸等が挙げられる。
アミンとしては、モノエタノールアミン、ジフェニルグアニジン、エチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、2−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4−ジアミノ−6−[2′−メチルイミダゾリル−(1′)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2′−ウンデシルイミダゾリル−(1′)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2′−エチル−4′−メチルイミダゾリル−(1′)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2′−メチルイミダゾリル−(1′)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物、2−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2,3−ジヒドロ−1H−ピロロ[1,2−a]ベンズイミダゾール、1−ドデシル−2−メチル−3−ベンジルイミダゾリウムクロライド、2−メチルイミダゾリン、2−フェニルイミダゾリン、2,4−ジアミノ−6−ビニル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−ビニル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物、2,4−ジアミノ−6−メタクリロイルオキシエチル−s−トリアジン、エポキシ−イミダゾールアダクト、2−メチルベンゾイミダゾール、2−オクチルベンゾイミダゾール、2−ペンチルベンゾイミダゾール、2−(1−エチルペンチル)ベンゾイミダゾール、2−ノニルベンゾイミダゾール、2−(4−チアゾリル)ベンゾイミダゾール、ベンゾイミダゾール、2−(2′−ヒドロキシ−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−tert−アミルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−5′−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2,2′−メチレンビス[6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−tert−オクチルフェノール]、6−(2−ベンゾトリアゾリル)−4−tert−オクチル−6′−tert−ブチル−4′−メチル−2,2′−メチレンビスフェノール、1,2,3−ベンゾトリアゾール、1−[N,N−ビス(2−エチルヘキシル)アミノメチル]ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、1−[N,N−ビス(2−エチルヘキシル)アミノメチル]メチルベンゾトリアゾール、2,2′−[[(メチル−1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)メチル]イミノ]ビスエタノール、1−(1′,2′−ジカルボキシエチル)ベンゾトリアゾール、1−(2,3−ジカルボキシプロピル)ベンゾトリアゾール、1−[(2−エチルヘキシルアミノ)メチル]ベンゾトリアゾール、2,6−ビス[(1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)メチル]−4−メチルフェノール、5−メチルベンゾトリアゾール、5−フェニルテトラゾール等が挙げられる。
溶剤としては、アルコール系溶剤、グリコールエーテル系溶剤等が挙げられる。アルコール系溶剤としてはエタノール、工業用エタノール(エタノールにメタノール及び/またはイソプロピルアルコールを添加した混合溶剤)、イソプロピルアルコール、イソボルニルシクロヘキサノール等が挙げられる。グリコールエーテル系溶剤としては、ヘキシルジグリコール、ジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、2−メチルペンタン−2,4−ジオール、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
チキソ剤としては、ワックス系チキソ剤、アマイド系チキソ剤が挙げられる。ワックス系チキソ剤としては例えばヒマシ硬化油等が挙げられる。アマイド系チキソ剤としてはラウリン酸アマイド、パルミチン酸アマイド、ステアリン酸アマイド、ベヘン酸アマイド、ヒドロキシステアリン酸アマイド、飽和脂肪酸アマイド、オレイン酸アマイド、エルカ酸アマイド、不飽和脂肪酸アマイド、p−トルエンメタンアマイド、芳香族アマイド、メチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスラウリン酸アマイド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アマイド、飽和脂肪酸ビスアマイド、メチレンビスオレイン酸アマイド、不飽和脂肪酸ビスアマイド、m−キシリレンビスステアリン酸アマイド、芳香族ビスアマイド、飽和脂肪酸ポリアマイド、不飽和脂肪酸ポリアマイド、芳香族ポリアマイド、置換アマイド、メチロールステアリン酸アマイド、メチロールアマイド、脂肪酸エステルアマイド等が挙げられる。
ベース剤としては、ロジン、ポリエチレングリコール等が挙げられる。無洗浄用途であれば、ロジンを非含有とすることがより好ましい。ハロゲン化合物としては、有機ハロゲン化合物、アミンハロゲン化水素酸塩が挙げられ、有機ハロゲン化合物としては、有機ブロモ化合物であるtrans−2,3−ジブロモ−1,4−ブテンジオール、トリアリルイソシアヌレート6臭化物、1−ブロモ−2−ブタノール、1−ブロモ−2−プロパノール、3−ブロモ−1−プロパノール、3−ブロモ−1,2−プロパンジオール、1,4−ジブロモ−2−ブタノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノール、2,3−ジブロモ−1−プロパノール、2,3−ジブロモ−1,4−ブタンジオール、2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール、trans−2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール、cis−2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール、テトラブロモフタル酸、ブロモコハク酸等が挙げられる。また、有機クロロ化合物であるクロロアルカン、塩素化脂肪酸エステル、ヘット酸、ヘット酸無水物等が挙げられる。無洗浄用途であれば、ハロゲン化合物を非含有とすることがより好ましい。
アミンハロゲン化水素酸塩は、アミンとハロゲン化水素を反応させた化合物であり、アニリン塩化水素、アニリン臭化水素等が挙げられる。アミンハロゲン化水素酸塩のアミンとしては、上述したアミンを用いることができ、エチルアミン、エチレンジアミン、トリエチルアミン、メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール等が挙げられ、ハロゲン化水素としては、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素の水素化物(塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、フッ化水素)が挙げられる。また、アミンハロゲン化水素酸塩に代えて、あるいはアミンハロゲン化水素酸塩と合わせてホウフッ化物を含んでも良く、ホウフッ化物としてホウフッ化水素酸等が挙げられる。
界面活性剤としては、ヒドロキシプロピル化エチレンジアミン、ポリオキシプロピレンエチレンジアミン、エチレンジアミンテトラポリオキシエチレンポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミド等が挙げられる。また、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール−エチレンオキサイド付加体等のアセチレングリコール系界面活性剤が挙げられる。酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤等が挙げられる。
<本実施の形態のソルダペーストの一例>
本実施の形態のソルダペーストは、上述したフラックスと、金属粉を含む。金属粉は、Pbを含まないはんだであることが好ましく、Sn単体、または、Sn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−Ag−Cu系、Sn−Bi系、Sn-In系等、あるいは、これらの合金にSb、Bi、In、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Fe、Ni、Co、Au、Ge、P等を添加したはんだの粉体で構成される。
<本実施の形態のフラックス及びソルダペーストの作用効果例>
OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、また、熱重量測定法による測定で、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であるフラックス、及び、このフラックスを用いたソルダペーストでは、ロジン等、樹脂等のベース剤、チキソ剤の含有量を減らしても、または、ロジンを含まなくても、更にはロジン以外のベース剤、チキソ剤を含まなくても、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持たせることができる。
これにより、低残渣フラックス及び低残渣フラックスを用いたソルダペーストを実現できる。そして、常温域での様態が異なる2種のアルコール化合物を含むことで、低残渣フラックスを設計する自由度が向上する。
以下の表1に示す組成で実施例と比較例のフラックスを調合して、フラックスの粘度と残渣量について検証した。なお、表1における組成率は、フラックスの全量を100とした場合のwt(重量)%である。
<フラックスの粘度評価>
(1)検証方法
実施例、比較例のフラックスについて、25℃及び100℃における粘度を測定した。実施例、比較例のフラックスの25℃における粘度の測定は、マルコム社製PCU−205の粘度計を使用した。測定法は、JIS Z 3284に準拠する。実施例、比較例のフラックスの100℃における粘度測定は、レオメータ(Thermo Scientific HAAKE MARS III(登録商標))のプレート間に挟んだ後、6Hzでプレートを回転させることにより測定した。
なお、実施例、比較例のフラックスに含まれる第1のアルコール化合物及び第2のアルコール化合物の粘度も、上述したフラックスと同様の手法で測定できる。但し、実施例、比較例のフラックスに含まれる第1のアルコール化合物であるグリセリンについては、25℃における粘度の測定にレオメータ(登録商標)を使用した。グリセリンの25℃での粘度は0.9Pa・sであった。また、実施例に含まれる第2のアルコール化合物である2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールは、25℃で固体である。
(2)判定基準
(2−a)25℃における粘度
〇:25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下であった。
×:25℃での粘度が10Pa・s未満または50Pa・s超であった。
(2−b)100℃における粘度
〇:100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であった。
×:100℃での粘度が1Pa・s超であった。
<残渣量評価>
(1)検証方法
TG法(熱重量測定法)による試験評価方法として、アルミパンに各実施例及び各比較例のフラックスを10mg詰めて、ULVAC社製TGD9600を用いてN雰囲気下で25℃〜250℃まで、昇温速度10℃/minにて加熱した。加熱後の各フラックスの重量が、加熱前の5%以下、または、15%以下になったかどうかを測定した。
(2)判定基準
〇〇:重量が加熱前の5%以下になった。
○:重量が加熱前の5%超15%以下になった。
×:重量が加熱前の15%より大きかった。
加熱後の重量が加熱前の15%以下になったフラックスは、加熱によってフラックス中の成分が十分に揮発し、リフロー後に洗浄不要なフラックスであると言える。加熱後の重量が加熱前の5%以下になったフラックスは、加熱によってフラックス中の成分がより十分に揮発し、リフロー後に洗浄不要なフラックスであると言える。重量が加熱前の15%より大きかったフラックスは、フラックス中の成分の揮発が不十分であったと言える。フラックス中の成分の揮発が不十分で残渣が多く残ると、吸湿等による導電不良等の原因となる。
なお、実施例、比較例のフラックスに含まれる第1のアルコール化合物及び第2のアルコール化合物の残渣量評価についても、上述したフラックスと同様の手法で測定できる。アルミパンに各実施例及び各比較例のフラックスに含まれる第1のアルコール化合物であるグリセリンを10mg詰めて、ULVAC社製TGD9600を用いてN雰囲気下で25℃〜250℃まで、昇温速度10℃/minにて加熱したところ、重量が加熱前の5%以下であった。また、アルミパンに各実施例のフラックスに含まれる第2のアルコール化合物である2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを10mg詰めて、ULVAC社製TGD9600を用いてN雰囲気下で25℃〜250℃まで、昇温速度10℃/minにて加熱したところ、重量が加熱前の5%以下であった。
<総合評価>
〇:25℃、100℃での粘度評価が〇、かつ、残渣量評価が〇〇または〇であった。
×:25℃、100℃での粘度評価、残渣量評価の何れか、または両方が×であった。
Figure 2019188448
実施例1に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で76wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で17wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比(第1のアルコール化合物/第2のアルコール化合物)が、本発明で規定された範囲内で4.47であり、更に、本発明で規定された範囲で、有機酸としてグルタル酸を3wt%、アミンとして2−メチルイミダゾールを3wt%、界面活性剤として2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール−エチレンオキサイド付加体を1wt%含むフラックスでは、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温では流れ出さないような所定の粘度を有し、かつ、はんだ付けで想定される熱履歴でぬれ広がるような液状となって、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例2に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で64wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で30wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で2.13であり、更に、本発明で規定された範囲で、有機酸としてグルタル酸を3wt%、アミンとして2−メチルイミダゾールを3wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例3に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で88wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で10wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で8.80であり、更に、本発明で規定された範囲で、有機酸としてグルタル酸を1wt%、アミンとして2−メチルイミダゾールを1wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例4に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で90wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で10wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で9.00であるフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例5に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で62wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で5wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で12.40であり、更に、本発明で規定された範囲で、有機酸としてグルタル酸を3wt%、グリコールエーテル系溶剤としてヘキシルジグリコールを15wt%、チキソ剤としてヒマシ硬化油を15wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5%超15wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例6に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で55wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で30wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で1.83であり、更に、本発明で規定された範囲で、有機酸としてグルタル酸を5wt%、アミンとして2−メチルイミダゾールを5wt%、グリコールエーテル系溶剤としてヘキシルジグリコールを5wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例7に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で65wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で18wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で3.61であり、更に、本発明で規定された範囲で、有機酸としてグルタル酸を3wt%、アミンとして2−メチルイミダゾールを3wt%、ベース剤としてポリエチレングリコールを10wt%、界面活性剤として2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール−エチレンオキサイド付加体を1wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5%超15wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例8に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で75wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で15wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で5.00であり、更に、本発明で規定された範囲で、有機酸としてグルタル酸を5wt%、コハク酸5wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例9に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で75wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で15wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で5.00であり、更に、本発明で規定された範囲で、アミンとして2−メチルイミダゾールを5wt%、ジエタノールアミンを5wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例10に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で77wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で22wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で3.50であり、更に、本発明で規定された範囲で、グリコールエーテル系溶剤としてヘキシルジグリコールを1wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例11に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で81wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で14wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で5.79であり、更に、本発明で規定された範囲で、界面活性剤として2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール−エチレンオキサイド付加体を5wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
実施例12に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で81wt%、第2のアルコール化合物として2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを、本発明で規定された範囲内で14wt%含み、第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物の重量比が、本発明で規定された範囲内で5.79であり、更に、本発明で規定された範囲で、チキソ剤としてヒマシ硬化油を5wt%含むフラックスでも、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果が得られた。また、残渣量が5wt%以下で、残渣量を抑制して低残渣とする十分な効果が得られた。
これに対し、比較例1に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲を超えて100wt%含むフラックスでは、はんだ付けで想定される熱履歴に対して所定のレオロジー特性を持つ効果、また、低残渣とする効果は得られたが、25℃での粘度が10Pa・s未満で、常温時に所定のレオロジー特性を持つことができなかった。
また、比較例2に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲を超えて98wt%含み、更に、有機酸としてグルタル酸を1wt%、アミンとして2−メチルイミダゾールを1wt%含むフラックスでも、はんだ付けで想定される熱履歴に対して所定のレオロジー特性を持つ効果、また、低残渣とする効果は得られたが、25℃での粘度が10Pa・s未満で、常温時に所定のレオロジー特性を持つことができなかった。
更に、比較例3に示すように、第1のアルコール化合物としてグリセリンを、本発明で規定された範囲内で61wt%含むが、第2のアルコール化合物を含まず、更に、有機酸としてグルタル酸を3wt%、アミンとして2−メチルイミダゾールを3wt%、ベース剤としてポリエチレングリコールを10wt%、グリコールエーテル系溶剤としてヘキシルジグリコールを10wt%、チキソ剤としてヒマシ硬化油を5wt%、アマイド系チキソ剤を8wt%含むフラックスでは、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果は得られたが、残渣量が15wt%を超え、残渣量が抑制できず低残渣とする効果が得られなかった。
以上のことから、OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、熱重量測定法による測定で、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であるフラックスでは、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つ効果、残渣量が抑制される効果が得られた。
これらの効果は、活性剤として他の有機酸、アミンを本発明で規定される範囲内で含むことでも阻害されなかった。また、ベース剤、溶剤、チキソ剤を本発明で規定される範囲内で含むことでも阻害されなかった。
そこで、本発明は、OH基を2個以上有したアルコール化合物を含むフラックスであって、OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、第1のアルコール化合物はグリセリンであり、第2のアルコール化合物は2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールであり、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であるフラックスである。
また、本発明のフラックスは、グリセリンを55wt%以上90wt%以下、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールを5wt%以上30wt%以下で含むことがより好ましく、第1のアルコール化合物/第2のアルコール化合物で表されるグリセリン2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールとの重量比が、1.83以上12.40以下であることがより好ましい。
本発明のフラックスは、OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、第1のアルコール化合物はグリセリンであり、第2のアルコール化合物は2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールであり、25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下であり、熱重量測定法による測定で、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下であることで、常温時と、はんだ付けで想定される熱履歴の双方で、それぞれに適した所定のレオロジー特性を持つことができる。また、残渣の量を抑制して低残渣を実現でき、はんだ付け後に無洗浄で使用する用途に適用できる。本発明のソルダペーストは、本発明のフラックスが使用されることで、常温時には流れ出さず、はんだ付けで想定される熱履歴ではフラックスが流れ、金属酸化物を除去して溶融した金属粉を濡れ広がらせることができる。また、はんだ付け後に無洗浄で使用する用途に適用できる。

Claims (21)

  1. OH基を2個以上有したアルコール化合物を含むフラックスであって、
    OH基を2個以上有し、融点が25℃未満の第1のアルコール化合物と、
    OH基を2個以上有し、融点が25℃超の第2のアルコール化合物とを含み、
    25℃での粘度が10Pa・s以上50Pa・s以下、100℃での粘度が0Pa・s超1Pa・s以下、10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下である
    ことを特徴とするフラックス。
  2. 10mgの当該フラックスを、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下である
    ことを特徴とする請求項1に記載のフラックス。
  3. 第1のアルコール化合物を55wt%以上90wt%以下、第2のアルコール化合物を5wt%以上30wt%以下で含む
    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。
  4. 第1のアルコール化合物/第2のアルコール化合物で表される第1のアルコール化合物と第2のアルコール化合物との重量比が、1.83以上12.40以下である
    ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載のフラックス。
  5. 第1のアルコール化合物及び第2のアルコール化合物は、OH基を2個以上6個以下で有する
    ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のフラックス。
  6. 第1のアルコール化合物は、OH基を3個以上4個以下で有する
    ことを特徴とする請求項5に記載のフラックス。
  7. 第2のアルコール化合物は、OH基を2個以上4個以下で有する
    ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のフラックス。
  8. 10mgの第1のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下である
    ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のフラックス。
  9. 10mgの第1のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下である
    ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のフラックス。
  10. 10mgの第2のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の15%以下である
    ことを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載のフラックス。
  11. 10mgの第2のアルコール化合物を、N雰囲気下で、25℃〜250℃まで昇温速度10℃/minにて加熱した後の重量が、加熱前の重量の5%以下である
    ことを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載のフラックス。
  12. 第1のアルコール化合物は、25℃での粘度が10Pa・s未満である
    ことを特徴とする請求項1〜請求項11の何れか1項に記載のフラックス。
  13. 第1のアルコール化合物はグリセリンである
    ことを特徴とする請求項1〜請求項12の何れか1項に記載のフラックス。
  14. 第2のアルコール化合物は、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオールである
    ことを特徴とする請求項1〜請求項13の何れか1項に記載のフラックス。
  15. 更に、有機酸を0wt%以上10wt%以下で含む
    ことを特徴とする請求項1〜請求項14の何れか1項に記載のフラックス。
  16. 更に、アミンを0wt%以上10wt%以下で含む
    ことを特徴とする請求項1〜請求項15の何れか1項に記載のフラックス。
  17. 更に、溶剤を0wt%以上15wt%以下で含む
    ことを特徴とする請求項1〜請求項16の何れか1項に記載のフラックス。
  18. 更に、チキソ剤を0wt%以上15wt%以下で含む
    ことを特徴とする請求項1〜請求項17の何れか1項に記載のフラックス。
  19. 更に、ベース剤を0wt%以上10wt%以下で含む
    ことを特徴とする請求項1〜請求項18の何れか1項に記載のフラックス。
  20. 更に、ハロゲン化合物、着色剤、消泡剤、酸化防止剤、界面活性剤のうち、少なくとも1種を含む
    ことを特徴とする請求項1〜請求項19の何れか1項に記載のフラックス。
  21. 請求項1〜請求項20の何れか1項に記載のフラックスとはんだ粉末を含む
    ことを特徴とするソルダペースト

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