JP2020082106A - 無残渣フラックス組成物及びソルダペースト - Google Patents
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Description
ここで、ダイボンディング時にソルダペーストを用いる場合、ソルダペーストに含まれるフラックスの残渣(フラックス残渣)がダイボンディング後のDCB基板上に残存していると、その後のワイヤボンディング時に当該フラックス残渣がDCB基板上の電極に広がってしまう虞があり、これがパワー半導体とDCB基板との接合不良を引き起こす原因となり得る。そのため、パワー半導体のDCB基板への接合時には、ダイボンディング後にフラックス残渣を除去(洗浄)する必要があった。
また本発明の無残渣フラックス組成物は、前記ヨウ素化合物が2−ヨード安息香酸及び3,5−ジヨードサリチル酸の少なくとも一方であることが好ましい。
本実施形態のフラックスは、有機化合物(A)と、溶剤(B)と、活性剤(C)と、チクソ剤(D)とを含む。
前記有機化合物(A)としては、常温で固体の脂肪族アルコールであって、50℃以上で液状となるものが好ましく用いられる。なお、本明細書において「常温」とは、15℃から30℃程度をいう。
前記有機化合物(A)としては、例えばトリメチロールプロパン等が好ましく用いられる。
なお、前記有機化合物は1種単独でまたは複数種を混合して用いてもよい。
前記溶剤(B)としては、例えばトリエチレングリコール、イオン交換水、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、ヘキシルジグリコール、(2−エチルヘキシル)ジグリコール、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、フェニルグリコール、ブチルカルビトール、オクタンジオール、αテルピネオール、βテルピネオール、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等を使用することができる。これらの中でも特に、トリエチレングリコールが好ましく用いられる。
なお、これらは1種単独でまたは複数種を混合して用いてもよい。
本実施形態の無残渣フラックス組成物は、前記活性剤(C)として、炭素数が3以上5以下の有機酸(C−1)とハロゲン化合物(C−2)とを含むことが好ましい。
前記炭素数が3以上5以下のジカルボン酸(C−1)としては、マロン酸、コハク酸及びグルタル酸が挙げられる。これらの中でも特に、グルタル酸及びコハク酸が好ましく用いられる。
なお、これらは1種単独でまたは複数種を混合して用いてもよい。
前記臭素化合物としては、例えば2−ブロモ−n−ヘキサン酸及びジブロモブテンジオール等が挙げられる。
また、前記ヨウ素化合物としては、例えば2−ヨード安息香酸及び3,5−ジヨードサリチル酸等が挙げられる。
前記ハロゲン化合物(C−2)としては、特に2−ブロモ−n−ヘキサン酸及びジブロモブテンジオールが好ましく用いられる。
なお、これらは1種単独でまたは複数種を混合して用いてもよい。
しかし本実施形態の無残渣フラックス組成物は、前記活性剤(C)として、炭素数が3以上5以下の有機酸(C−1)とハロゲン化合物(C−2)とを併用し、且つこれらの配合量を調整することにより、はんだ接合後に残存するフラックス残渣を低減できると共に、当該無残渣フラックス組成物に良好な活性を付与し得るため、これを用いたソルダペーストの良好な濡れ性を発揮することができる。また本実施形態の無残渣フラックス組成物は、加熱時において前記溶剤(B)の飛散現象をも抑制することができる。
そしてこのようなソルダペーストを使用して形成されたはんだ接合部は、接合不良やはんだブリッジ等の発生を抑制でき、信頼性の高い電子回路実装基板やパワーモジュールを提供することができる。
前記チクソ剤(D)としては、飽和脂肪酸アミドが好ましく用いられる。
前記脂肪酸アミドの中でも特に、炭素数が18以下の飽和脂肪酸アミドが好ましく用いられる。またその中でも炭素数が14以下の脂肪酸飽和アミドがより好ましく、更には炭素数が12以下の脂肪酸飽和アミドが特に好ましく用いられる。
このような脂肪酸飽和アミドとしては、例えばパルミチン酸アミド及びラウリン酸アミド等が挙げられる。
なお、これらは1種単独でまたは複数種を混合して用いてもよい。
本実施形態の無残渣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を配合することができる。このような酸化防止剤としては、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防止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。
なお、これらは1種単独でまたは複数種を混合して用いてもよい。
本実施形態のソルダペーストは、上記無残渣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、例えば錫及び鉛を含む合金、錫及び鉛並びに銀、ビスマス及びインジウムの少なくとも1種を含む合金、錫及び銀を含む合金、錫及び銅を含む合金、錫、銀及び銅を含む合金、錫及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。
また本実施形態のソルダペーストは、上記無残渣フラックス組成物を使用することにより、加熱時において前記溶剤(B)の飛散現象をも抑制することができる。
そしてこのようなソルダペーストを使用して形成されたはんだ接合部は、接合不良やはんだブリッジ等の発生を抑制でき、信頼性の高い電子回路実装基板やパワーモジュールを提供することができる。
また上記各フラックス組成物9.5質量%と、Sn−3Ag−0.5Cuはんだ合金粉末(粒径20μmから45μm)90.5質量%とを混合し、実施例1から11及び比較例1から6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及び表2に記載の数値は質量%を意味するものとする。
※2 ラウリン酸アミド 東京化成工業(株)製
以下の用具を用意した。
・チップ部品(サイズ:1.6mm×0.8mm、Snめっき処理)
・上記チップ部品に対応するソルダレジストと電極(0.9mm×0.6mm、Ni/Auめっき処理)とを備えたプリント配線板
・前記電極のパターンと同じパターンを有するメタルマスク(厚さ:200μm)
実施例及び比較例に係る各ソルダペーストを、印刷機(製品名:SP60P−L、パナソニック(株)製)及び前記メタルマスクを用い、前記プリント配線板に印刷した。
なお、印刷時の条件は、スキージ速度:30mm/秒、スキージ角度:60度、版離れ速度:2mm/秒に設定した。
次いで、前記各プリント配線板に、30個ずつ前記チップ部品をマウンター(製品名:YV100X、ヤマハ発動機(株)製)を用いて搭載し、これらをリフロー炉(製品名:SMT Scope SK−5000、山陽精工(株)製)を用いて加熱し、前記各プリント配線板上に前記チップ部品を実装した。なお、この際のリフロー条件は、図1に示す温度プロファイルに従って行った。また酸素濃度は100±50ppmに設定した。
前記各プリント配線板上の電極と前記各チップ部品の電極とを接合する各はんだ接合部について、図2に示すような枕不良が発生しているかどうかを目視で確認し、以下の評価基準に従い評価した。その結果を表3及び表4に表す。
〇:枕不良の発生したチップ部品数が0個以上1個以下
△:枕不良の発生したチップ部品数が2個以上4個以下
×:枕不良の発生したチップ部品数が5個以上
各プリント配線板上に搭載するチップ部品数を10個とする以外は上記チップ部品の枕不良発生確認試験と同様の条件にて、各プリント配線板上の電極と各チップ部品の電極とを接合する各はんだ接合部を形成した。
そして、前記各プリント配線板上の電極と前記各チップ部品の電極とを接合する各はんだ接合部について、図3に示すようなチップ部品下ブリッジが発生しているかどうかを目視で確認し、以下の評価基準に従い評価した。その結果を表3及び表4に表す。
〇:チップ部品下ブリッジの発生したチップ部品数が0個
△:チップ部品下ブリッジの発生したチップ部品数が1個以上3個以下
×:チップ部品下ブリッジの発生したチップ部品数が4個以上
以下の用具を用意した。
・Cu板
・6mm×6mmのメタルマスク(厚さ:200μm)
実施例及び比較例に係る各ソルダペーストを、印刷機(製品名:SP60P−L、パナソニック(株)製)及び前記メタルマスクを用い、前記Cu板に印刷した。
なお、印刷時の条件は、スキージ速度:30mm/秒、スキージ角度:60度、版離れ速度:2mm/秒に設定した。
次いで、前記各Cu板をリフロー炉(製品名:SMT Scope SK−5000、山陽精工(株)製)を用いて加熱し、各試験基板を作製した。なお、この際のリフロー条件は、プリヒートを170℃から190℃で110秒間、ピーク温度を240℃とし、昇温速度を0.6℃/秒、220℃以上の時間が100秒間とした。また酸素濃度は100±50ppmに設定した。
そして、各試験基板について、各試験基板上にフラックス残渣が残っているかを目視で確認した。そして、以下の評価基準に従い評価した。その結果を表3及び表4に表わす。
〇:図4に示すように、はんだの外周部分にもはんだ表面にもフラックス残渣がほぼ存在しない
△:図5に示すように、はんだ表面にはフラックス残渣はほぼ存在しないが、はんだの外周部分にはフラックス残渣が若干存在する(円で囲った部分参照)
×:図6に示すように、はんだの外周部分とはんだ表面の両方にフラックス残渣が存在する(円で囲った部分参照)
上記の各試験の評価結果について、〇を2点、△を1点、×を0点と点数化した。
そして、上記各試験の評価結果(点数)について、以下の計算式に従い総合評価点数を算出した。なお、本実施形態においては、主たる課題を「はんだ接合後のフラックス残渣の低減」としていることから、以下の計算式では「フラックス残渣確認試験」の評価結果(点数)を2乗している。
(チップ部品の枕不良発生確認試験の評価結果)×(チップ部品下ブリッジ発生確認試験の評価結果)×(フラックス残渣確認試験」の評価結果)2
そして、この算出した総合評価点数について、以下の基準に従い総合評価を行った。その結果を表3及び表4に表わす。
◎:8点以上
〇:4点以上7点以下
△:1点以上3点以下
×:0点
Claims (9)
- 有機化合物(A)と、溶剤(B)と、活性剤(C)と、チクソ剤(D)とを含む無残渣フラックス組成物であって、
前記活性剤(C)は炭素数が3以上5以下の有機酸(C−1)及びハロゲン化合物(C−2)を含み、
前記炭素数が3以上5以下の有機酸(C−1)の配合量は無残渣フラックス組成物全量に対して0.1質量%以上1.5質量%以下であり、
前記ハロゲン化合物(C−2)の配合量は無残渣フラックス組成物全量に対して0.01量%以上0.1質量%以下であることを特徴とする無残渣フラックス組成物。 - 前記炭素数が3以上5以下の有機酸(C−1)は、炭素数が3以上5以下のジカルボン酸であることを特徴とする請求項1に記載の無残渣フラックス組成物。
- 前記ハロゲン化合物(C−2)は臭素化合物及びヨウ素化合物の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無残渣フラックス組成物。
- 前記臭素化合物は2−ブロモ−n−ヘキサン酸及びジブロモブテンジオールの少なくとも一方であることを特徴とする請求項3に記載の無残渣フラックス組成物。
- 前記ヨウ素化合物は2−ヨード安息香酸及び3,5−ジヨードサリチル酸の少なくとも一方であることを特徴とする請求項3に記載の無残渣フラックス組成物。
- 前記チクソ剤(D)は炭素数が18以下の飽和脂肪酸アミド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項に記載の無残渣フラックス組成物。
- 前記炭素数が18以下の飽和脂肪酸アミドはパルミチン酸アミド及びラウリン酸アミドの少なくとも一方であることを特徴とする請求項6に記載の無残渣フラックス組成物。
- 前記チクソ剤(D)の配合量は無残渣フラックス組成物全量に対して1質量%以上15質量%であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の無残渣フラックス組成物。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の無残渣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。
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