JP2020192569A - ジェットディスペンサー用はんだ組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
このような問題を解決するために、例えば、ロジン系樹脂、活性剤及び特定の溶剤を含有するフラックスと、はんだ粉末とを含有するジェットディスペンサー用はんだ組成物が提案されている。そして、このはんだ組成物では、特定の溶剤として、(C1)ヘキシルジグリコールを含有し、かつ、(C2)炭素数8〜12のジカルボン酸と炭素数4〜12のアルコールとのエステル化合物、及び、(C3)ガムテレピン油から誘導されたアルコール類からなる群から選択される少なくとも1種を含有している(特許文献1参照)。
[1]
(A)ロジン系樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤及び(D)チクソ剤を含有するフラックス組成物と、(E)はんだ粉末とを含有し、
当該はんだ組成物のレオメーターにより測定した降伏値が、10Pa以上100Pa以下であり、
前記(E)成分が、
As:25質量ppm以上300質量ppm以下と、Pb:0質量ppm超え5100質量ppm以下と、Sb:0質量ppm超え3000質量ppm以下及びBi:0質量ppm超え10000質量ppm以下の少なくとも1種と、残部:Snと、からなる合金組成を有し、下記(1−1)式及び(1−2)式:
275≦2As+Sb+Bi+Pb (1−1)
0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (1−2)
[上記(1−1)式及び(1−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たすはんだ合金(E1)、又は、
As:10質量ppm以上40質量ppm未満と、Bi:0質量ppm超え10000質量ppm以下、Pb:0質量ppm超え5100質量ppm以下、及びSb:0質量ppm超え3000質量ppm以下の少なくとも1種と、残部:Snと、からなる合金組成を有し、下記(2−1)式及び(2−2)式:
300≦3As+Sb+Bi+Pb (2−1)
0.1≦{(3As+Sb)/(Bi+Pb)}×100≦200 (2−2)
[上記(2−1)式及び(2−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たすはんだ合金(E2)
を含有する、ジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[2]
当該はんだ組成物のE型粘度計により測定した35℃における粘度が、5Pa・s以上30Pa・s以下であり、
当該はんだ組成物のE型粘度計により測定したチクソ指数が、0.60以上0.90以下である、[1]に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[3]
前記(C)成分が、
(C1)ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルを含有し、かつ、
(C2)炭素数8〜12のジカルボン酸と炭素数4〜12のアルコールとのエステル化合物、及び、ガムテレピン油から誘導されたアルコール類からなる群から選択される少なくとも1種を含有する、[1]又は[2]に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[4]
前記(D)成分が、(D1)アマイド系チクソ剤を含有する、[1]〜[3]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[5]
前記(E)成分が、前記はんだ合金(E1)である、[1]〜[4]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[6]
前記はんだ合金(E1)が、下記(1−1a)式:
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦25200 (1−1a)
[上記(1−1a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す]
を満たす、[5]に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[7]
前記はんだ合金(E1)が、下記(1−1b)式:
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦5300 (1−1b)
[上記(1−1b)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す]
を満たす、[5]又は[6]に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[8]
前記はんだ合金(E1)が、下記(1−2a)式:
0.31≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (1−2a)
[上記(1−2a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す]
を満たす、[5]〜[7]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[9]
さらに、前記合金組成が、Ag:0質量%以上4質量%以下及びCu:0質量%以上0.9質量%以下の少なくとも1種を含有する、[5]〜[8]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[10]
前記(E)成分が、前記はんだ合金(E2)である、[1]〜[4]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[11]
前記合金組成が、Ni:0質量ppm以上600質量ppm以下を更に含有する、[10]に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[12]
前記合金組成が、Fe:0質量ppm以上100質量ppm以下を更に含有する、[10]又は[11]に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[13]
前記合金組成が、In:0質量ppm以上1200質量ppm以下を更に含有する、[10]〜[12]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[14]
前記合金組成が、Ni:0質量ppm以上600質量ppm以下、Fe:0質量ppm以上100質量ppm以下、及びIn:0質量ppm以上1200質量ppm以下の少なくとも2種を更に含有する、[10]〜[13]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[15]
前記合金組成が、Ni:0質量ppm以上600質量ppm以下及びFe:0質量ppm以上100質量ppm以下を更に含有し、下記(2−3)式:
0≦Ni/Fe≦50 (2−3)
[上記(2−3)式中、Ni及びFeは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たす、[10]〜[14]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[16]
前記合金組成が、下記(2−1a)式:
300≦3As+Sb+Bi+Pb≦18214 (2−1a)
[上記(2−1a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たす、[10]〜[15]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[17]
前記合金組成が、下記(2−2a)式:
0.1≦{(3As+Sb)/(Bi+Pb)}×100≦158.5 (2−2a)
[上記(2−2a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を更に満たす、[10]〜[16]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
[18]
前記合金組成が、Ag:0質量%以上4質量%以下及びCu:0質量%以上0.9質量%以下の少なくとも1種を更に含有する、[10]〜[17]のいずれかに記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
本実施形態のジェットディスペンサー用はんだ組成物は、当該はんだ組成物のレオメーターにより測定した降伏値が、10Pa以上100Pa以下である。
当該(E)成分が、
As:25質量ppm以上300質量ppm以下と、Pb:0質量ppm超え5100質量ppm以下と、Sb:0質量ppm超え3000質量ppm以下及びBi:0質量ppm超え10000質量ppm以下の少なくとも1種と、残部:Snと、からなる合金組成を有し、下記(1−1)式及び(1−2)式:
275≦2As+Sb+Bi+Pb (1−1)
0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (1−2)
[上記(1−1)式及び(1−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たすはんだ合金(E1)、又は、
As:10質量ppm以上40質量ppm未満と、Bi:0質量ppm超え10000質量ppm以下、Pb:0質量ppm超え5100質量ppm以下、及びSb:0質量ppm超え3000質量ppm以下の少なくとも1種と、残部:Snと、からなる合金組成を有し、下記(2−1)式及び(2−2)式:
300≦3As+Sb+Bi+Pb (2−1)
0.1≦{(3As+Sb)/(Bi+Pb)}×100≦200 (2−2)
[上記(2−1)式及び(2−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たすはんだ合金(E2)
を含有する。
以上の構成によれば、ジェットディスペンサーにより塗布する場合に、十分な塗布性を有し、かつ、はんだ飛び散り及びフラックス分離を十分に抑制できるジェットディスペンサー用はんだ組成物を提供することができる。
第2の実施形態に係るジェットディスペンサー用はんだ組成物は、前記(E)成分が、はんだ合金(E2)を含有する。
以下、各実施形態について説明する。
また、塗布性の更なる向上の観点から、前記降伏値は、10Pa以上80Pa以下であることが好ましく、10Pa以上75Pa以下であることがより好ましい。
また、本実施形態においては、はんだ組成物のE型粘度計により測定したチクソ指数が、0.60以上0.90以下であることが好ましく、0.65以上0.85以下であることがより好ましい。チクソ指数が前記範囲内であれば、ジェットディスペンサーにより塗布する場合において、十分な塗布性を維持できる。
粘度及びチクソ指数は、JIS Z3284−2:2014に準拠して、E型粘度計により測定できる。
降伏値は、ロジン系樹脂、溶剤及びチクソ剤の種類や配合量を変更することにより調整できる。例えば、チクソ剤として、グリセリンエステル系チクソ剤、又はベンジリデンソルビトール系チクソ剤を用いると、降伏値が高くなる傾向にある。
粘度及びチクソ指数は、いずれもロジン系樹脂、溶剤及びチクソ剤の種類や配合量を変更することにより調整できる。
本実施形態に用いるフラックス組成物は、はんだ組成物における前記(E)成分以外の成分であり、(A)ロジン系樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤及び(D)チクソ剤を含有するものである。
本実施形態に用いる(A)ロジン系樹脂としては、ロジン類及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、水素添加ロジン及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)及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。
本実施形態に用いる(B)活性剤としては、有機酸、非解離性のハロゲン化化合物からなる非解離型活性剤、アミン系活性剤などが挙げられる。これらの活性剤は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。
前記有機酸としては、モノカルボン酸、ジカルボン酸などの他に、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、リグノセリン酸、グリコール酸などが挙げられる。
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、ジグリコール酸などが挙げられる。
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、ピコリン酸などが挙げられる。
本実施形態に用いる(C)溶剤としては、以下説明する(C1)成分及び(C2)成分を組み合わせて用いることが好ましい。
前記(C1)成分は、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルであり、適宜公知のものを用いることができる。
前記エステル化合物の中でも、炭素数8〜10のジカルボン酸と炭素数6〜10のアルコールとのエステル化合物がより好ましく、炭素数10のジカルボン酸と炭素数8のアルコールとのエステル化合物が特に好ましい。具体的には、セバシン酸ビス(2−エチルへキシル)(DOS)、アゼライン酸ビス(2−エチルヘキシル)などが挙げられる。
前記アルコール類としては、適宜公知のものを用いることができる。具体的には、α,β,γ−ターピネオールなどが挙げられる。
前記(C)溶剤は、本実施形態の目的に影響のない範囲であれば、前記(C1)成分及び前記(C2)成分以外の他の溶剤を含有していてもよい。ただし、この他の溶剤を用いる場合、その配合量は、(C)成分100質量%に対して、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。
また、前記(C1)成分の配合量は、前記(C1)成分及び前記(C2)成分の合計量100質量%に対して、20質量%以上80質量%以下であることが好ましく、30質量%以上70質量%以下であることがより好ましく、40質量%以上60質量%以下であることが特に好ましい。前記(C1)成分の配合量が前記下限未満では、はんだ組成物のチクソ性が不足する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、はんだ飛び散りの抑制効果が不足する傾向にある。
本実施形態に用いる(D)チクソ剤は、(D1)アマイド系チクソ剤を含有することが好ましい。この(D1)成分によれば、はんだ組成物の降伏値の上昇を抑えつつ、粘性やチクソ性を向上できる傾向にある。
前記(D1)成分としては、N,N’−ヘキサメチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、N,N’−エチレンビスステアリン酸アミド、N,N’−エチレンビスカプリン酸アミド、N,N’−エチレンビスラウリン酸アミド、N,N’−エチレンビスベヘン酸アミド、N,N’−ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ヘキサメチレンビスベヘン酸アミド、N,N’−ジステアリルアジピン酸アミド、N,N’−ジステアリルセバシン酸アミド、N,N’−エチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−エチレンビスエルカ酸アミド、N,N’−ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミド、N,N’−m−キシリレンビスステアリン酸アミド、N,N’−m−キシリレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、及び、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミドなどが挙げられる。これらの中でも、はんだ組成物の降伏値の観点から、N,N’−ヘキサメチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、N,N’−エチレンビスステアリン酸アミドが好ましい。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(D)チクソ剤は、本実施形態の目的に影響のない範囲であれば、前記(D1)成分以外の他のチクソ剤((D2)成分)を含有していてもよい。ただし、この(D2)チクソ剤を用いる場合、その配合量は、(D)成分100質量%に対して、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。
前記(D2)成分としては、グリセリンエステル系チクソ剤(硬化ひまし油など)、無機系チクソ剤(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、グリセリンエステル系チクソ剤又はベンジリデンソルビトール系チクソ剤については、はんだ組成物の降伏値が上昇しやすい傾向にあるので、使用しないことが好ましい。
本実施形態に用いるフラックス組成物には、前記(A)成分、前記(B)成分、前記(C)成分及び前記(D)成分の他に、必要に応じて、その他の添加剤、更には、その他の樹脂を加えることができる。その他の添加剤としては、酸化防止剤、消泡剤、改質剤、つや消し剤、発泡剤などが挙げられる。その他の樹脂としては、アクリル系樹脂などが挙げられる。
本実施形態において、(E)はんだ粉末は、はんだ合金(E1)又ははんだ合金(E2)を含有する。
第1の実施形態に用いる(E)はんだ粉末は、As:25質量ppm以上300質量ppm以下と、Pb:0質量ppm超え5100質量ppm以下と、Sb:0質量ppm超え3000質量ppm以下及びBi:0質量ppm超え10000質量ppm以下の少なくとも1種と、残部:Snと、からなる合金組成を有し、下記(1−1)式及び(1−2)式:
275≦2As+Sb+Bi+Pb (1−1)
0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (1−2)
[上記(1−1)式及び(1−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す]
を満たすはんだ合金(E1)を含有する。
上記(1−1)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦5300 (1−1b)
上記(1−1a)及び(1−1b)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
上記(1−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
上記好ましい態様の中から上限及び下限を適宜選択したものが、下記(1−2a)式である。
上記(1−2a)式中、As、Sb、Bi及びPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
第2の実施形態に用いる(E)はんだ粉末は、As:10質量ppm以上40質量ppm未満と、Bi:0質量ppm超え10000質量ppm以下、Pb:0質量ppm超え5100質量ppm以下、及びSb:0質量ppm超え3000質量ppm以下の少なくとも1種と、残部:Snと、からなる合金組成を有し、下記(2−1)式及び(2−2)式:
300≦3As+Sb+Bi+Pb (2−1)
0.1≦{(3As+Sb)/(Bi+Pb)}×100≦200 (2−2)
[上記(2−1)式及び(2−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たすはんだ合金(E2)を含有する。
300≦3As+Sb+Bi+Pb (2−1)
上記(2−1)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
300≦3As+Sb+Bi+Pb≦18214 (2−1a)
上記(2−1a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
0.1≦{(3As+Sb)/(Bi+Pb)}×100≦200 (2−2)
上記(2−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
As及びSbは含有量が多いとはんだ合金の濡れ性が劣化する。一方、Bi及びPbは、Asを含有することによる濡れ性の劣化を抑制するが、含有量が多すぎるとΔTが広がるため、厳密な管理が必要である。特に、Bi及びPbを同時に含有する合金組成では、ΔTが広がりやすい。つまり、Bi及びPbの含有量を増加させて過度に濡れ性を向上させようとするとΔTが広がってしまう。一方、AsやSbの含有量を増加させて増粘抑制効果を向上させようとすると濡れ性が劣化してしまう。そこで、第2の実施形態では、As及びSbのグループ、Bi及びPbのグループに分け、両グループの合計量が適正な所定の範囲内である場合に、増粘抑制効果、ΔTの狭窄化、及び濡れ性に優れる組成物が得られる。
0.1≦{(3As+Sb)/(Bi+Pb)}×100≦158.5 (2−2a)
(2−2a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
0≦Ni/Fe≦50 (2−3)
(2−3)式中、Ni及びFeは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
FeとNiは金属間化合物の成長を抑制することができるが、Niは接合界面の金属間化合物層の成長を抑制し、Feははんだ合金中の金属間化合物相の成長を抑制することができる。はんだ継手全体として金属間化合物の成長が抑制されるようにするため、両元素の含有量はある程度のバランスを有することが望ましい。第2の実施形態に係るはんだ合金(E2)は、(2−3)式を満たすことが好ましい。このような効果を発揮するため、(2−3)式の下限は好ましくは0以上であり、より好ましくは0.1以上であり、さらに好ましくは2以上であり、特に好ましくは7.5以上である。(2−3)式の上限は好ましくは50以下であり、より好ましくは10以下であり、さらに好ましくは8.0以下である。
0≦Ni+Fe≦680 (2−4)
(2−4)式中、Ni及びFeは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
金属間化合物の成長が抑制されるようにするため、(2−4)式の下限は好ましくは0質量ppm以上であり、より好ましくは0質量ppm超えであり、さらに好ましくは20質量ppm以上であり、さらにより好ましくは40質量ppm以上であり、特に好ましくは50質量ppm以上であり、最も好ましくは60質量ppm以上である。また、液相線温度が上昇し過ぎないようにするため、(2−4)式の上限は好ましくは680質量ppm以下であり、より好ましくは500質量ppm以下であり、さらに好ましくは200質量ppm以下であり、特に好ましくは150質量ppm以下であり、最も好ましくは110質量ppm以下である。
はんだ組成物中のはんだ合金及びフラックス組成物の含有量に限定はなく、例えば、はんだ合金を5質量%以上95質量%以下、フラックス組成物を5質量%以上95質量%以下とすることができる。
本実施形態のジェットディスペンサー用はんだ組成物は、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、本実施形態のジェットディスペンサー用はんだ組成物を用いた、配線基板及び電子部品などの電極同士の接続方法について説明する。ここでは、配線基板及び電子部品の電極同士を接続する場合を例に挙げて説明する。
このように配線基板及び電子部品の電極同士を接続する方法としては、前記配線基板上に前記はんだ組成物を塗布する塗布工程と、前記はんだ組成物上に前記電子部品を配置し、リフロー炉により所定条件にて加熱して、前記電子部品を前記配線基板に実装するリフロー工程と、を備える方法を採用できる。
ここで用いる塗布装置は、図2に示すようなジェットディスペンサー10である。ジェットディスペンサー10は、シリンジ1と、ノズル2と、ニードル3と、バルブ4とを備えている。ジェットディスペンサー10によりはんだ組成物が吐出される場合、先ず、シリンジ1からはんだ組成物が供給され、ノズル2にはんだ組成物が充填される。そして、バルブ4によりニードル3が図2の下方向に押され、ノズル2中のはんだ組成物が吐出される。
本実施形態のジェットディスペンサー用はんだ組成物は、塗布性が優れており、このようなジェットディスペンサーで良好に塗布できる。
例えば、前記接続方法では、リフロー工程により、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、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)ロジン系樹脂として、アクリル酸変性ロジンの水素添加物33.3質量%、(D)チクソ剤として、ヘキサメチレンヒドロキシステアリン酸アマイド4.8質量%、エチレンビスステアリン酸アミド1.1質量%、高級脂肪酸ポリアマイド0.7質量%、ヒンダードフェノール系酸化防止剤0.5質量%、(B)活性剤として、グルタル酸7.7質量%、(C)溶剤として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル24.9質量%及びα,β,γ−ターピネオール27.0質量%をそれぞれ容器に投入し、マントルヒーターにて160℃に加熱しつつ、混練機(プラネタリーミキサー)に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16.2質量%及びはんだ粉末(平均粒子径18μm、はんだ融点217〜219℃、実施例B1のはんだ合金)83.8質量%(合計で100質量%)を容器に投入し、混練機(プラネタリーミキサー)にて混合することで、下記表1に示す組成を有するはんだ組成物を調製した。
そして、得られたはんだ組成物の降伏値をレオメーターにより測定した。具体的には、レオメーター(装置名「HAAKE MARS III」、Thermo Scientific社製)にはんだ組成物を投入し、一定周波数(1.0Hz)でプレートの回転を左右に振動させながら応力を増加させた場合のはんだ組成物のひずみを測定する。そして、測定結果に基づいて、貯蔵弾性率G’及び損失弾性率G”(単位:Pa)を算出し、それぞれ応力(単位:Pa)に対してプロットして、図1に示すように、貯蔵弾性率−応力曲線、及び、損失弾性率−応力曲線を作成する。そして、貯蔵弾性率−応力曲線と、損失弾性率−応力曲線とが重なるとき(tanδ=G”/G’=1となるとき)における応力を、降伏値とした。得られた結果を表1に示す。
また、得られたはんだ組成物について、JIS Z3284−2:2014に準拠し、E型粘度計により測定を行った。回転数を10rpm、温度を35℃にして、粘度値η(単位:mPa・s)を読み取った。また、上記と同様にして、回転数を30rpmに調整した場合の粘度値(30rpm粘度)と、回転数を3rpmに調整した場合の粘度値(3rpm粘度)とを読み取った。そして、下記式に基づいて、チクソ指数を算出した。得られた結果を表1に示す。
チクソ指数=log[(3rpm粘度)/(30rpm粘度)]
表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例A1と同様にしてはんだ組成物を得た。
また、得られたはんだ組成物について、実施例A1と同様にして、降伏値、粘度及びチクソ指数を測定した。
はんだ組成物の性能(塗布形状、はんだ飛び散り、塗布精度、溶融性、フラックス分離)を以下のような方法で評価又は測定した。なお、塗布性は、塗布形状及び塗布精度で評価した。得られた結果を表1に示す。
また、フラックス中の溶剤の粘度及び表面張力を以下のような方法で測定した。得られた結果を表1に示す。
40gのはんだ組成物が充填された10mLシリンジ、及び、直径0.26mmφのノズルを有するジェットディスペンサーを用い、ノズル先端から基板までの距離を1.5mmで、1点あたりの塗布時間を0.09秒間に設定して、基板(材質:アルミニウム、大きさ:50mm×50mm、厚み:0.5mm)上の50mm×15mmの範囲内に等間隔で100点の吐出(25点×4列)を行って試験基板を得た。
上記の試験基板を10枚作製する(試験基板1枚につき、100点の吐出物があるので、合計1000点の吐出物がある)。そして、得られた試験基板10枚について、吐出物から離れて存在する直径70μm以上の凝集粉をはんだ飛び散りとし、その個数をカウントした。
そして、得られた試験基板を目視にて観察し、以下の基準に従って、塗布形状を評価した。
(塗布形状の評価基準)
○:塗布形状が円状である。
×:塗布形状が楕円状であるか、糸引きがある。
(はんだ飛び散りの評価基準)
〇:直径70μm以上の凝集紛が3個未満である。
×:直径70μm以上の凝集紛が3個以上である。
○:未塗布の箇所がない。
×:未塗布の箇所がある。
40gのはんだ組成物が充填された10mLシリンジ、及び、直径0.26mmφのノズルを有するジェットディスペンサーを用い、ノズル先端から基板までの距離を1.5mmで、1点あたりの塗布時間を0.09秒間に設定して、基板(材質:銅、大きさ:50mm×50mm、厚み:0.5mm)上の50mm×15mmの範囲内に等間隔で100点の吐出(25点×4列)を行って試験基板を得た。
得られた試験基板に対し、プリヒート150〜180℃を80秒間とピーク温度230℃で溶融時間を10秒間の条件でリフロー(窒素雰囲気)を行った。リフロー後の試験基板を観察し、以下の基準に従って、溶融性を評価した。
○:はんだ組成物を塗布した部分が濡れている。
×:はんだ組成物を塗布した部分に、不濡れの箇所がある。
はんだ組成物を充填した10mLシリンジを、温度30℃の恒温槽内に立てて保存する。そして、フラックスが分離しているか否かを目視で観察して、以下の基準に従って、フラックス分離を評価した。
○:3日を経てもフラックスが分離しなかった。
×:3日以内にフラックスが分離した。
一方で、はんだ組成物の降伏値が100Paを超える場合(比較例A1〜A3)には、塗布形状が悪いことが分かった。また、はんだ組成物の降伏値が10Pa未満の場合(比較例A4)には、はんだ飛び散り及びフラックス分離が抑制できないことが分かった。
表1で調整した実施例A1のフラックス組成物と、表2〜表7に示す合金組成からなりJIS Z 3284−1:2014における粉末サイズの分類(表2)において記号4を満たすサイズ(粒度分布)のはんだ合金とを混合してはんだ組成物を作製した。フラックスとはんだ合金との質量比は、フラックス:はんだ合金=11:89である。各はんだ組成物について、粘度の経時変化を測定した。また、はんだ合金の液相線温度及び固相線温度を測定した。さらに、作製直後のはんだ組成物を用いて濡れ性の評価を行った。詳細は以下のとおりである。
レオメーター装置「HAAKE MARS Rheometer」(製品名、Thermo Scientific Inc.製)により、60℃にて600分間、せん断速度6[1/s](dγ/dt)で連続粘度を測定し、最低粘度値と最高粘度値を得た。得られた最低粘度値と最高粘度値から、以下の基準で増粘抑制を評価した。
(評価基準)
〇:最高粘度値が最低粘度値と比較して1.2倍未満
×:最高粘度値が最低粘度値と比較して1.2倍以上
フラックスと混合する前のはんだ合金について、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、型番:EXSTAR DSC7020を用い、サンプル量:約30mg、昇温速度:15℃/minにてDSC測定を行い、固相線温度及び液相線温度を得た。得られた液相線温度から固相線温度を引いてΔTを求めた。ΔTが10℃以下の場合に「○」と評価し、10℃を超える場合に「×」と評価した。
作製直後の各はんだ組成物をCu板上に印刷し、リフロー炉でN2雰囲気中、1℃/sの昇温速度で25℃から260℃まで加熱した後、室温まで冷却した。冷却後のはんだバンプの外観を光学顕微鏡で観察することで濡れ性を評価した。溶融しきれていないはんだ粉末が観察されない場合に「○」と評価し、溶融しきれていないはんだ粉末が観察された場合に「×」と評価した。
〇:上記の各評価が全て〇
×:上記の各評価において×あり
実施例A1で使用したフラックスと、表2に示す各種実施例のはんだ合金とを使用したはんだ組成物では、増粘抑制効果を有し、液相線温度と固相線温度との温度差(ΔT)が小さく、濡れ性に優れる。
実施例A1のフラックス組成物に代えて、実施例A2〜A4の各種フラックス組成物をそれぞれ、実施例B1に示したはんだ合金と使用した場合も、塗布形状、はんだ飛び散り抑制性、塗布精度、溶融性、フラックス分離抑制性、増粘抑制効果、ΔT、濡れ性においても良好な結果が得られた。
表1で調整した実施例A1のフラックス組成物と、表8〜表29に示す合金組成からなりJIS Z 3284−1:2014における粉末サイズの分類(表2)において記号4を満たすサイズ(粒度分布)のはんだ粉末とを混合してはんだペーストを作製した。フラックスとはんだ粉末との質量比は、フラックス:はんだ粉末=11:89である。各はんだペーストについて、粘度の経時変化を測定した。また、はんだ粉末の液相線温度及び固相線温度を測定した。さらに、作製直後のはんだペーストを用いて濡れ性の評価を行った。詳細は以下のとおりである。
表8〜29に示すように、実施例C1〜C498は、いずれの合金組成においても本発明の要件をすべて満たすため、増粘抑制効果、ΔTの狭窄化、及び優れた濡れ性を示すことがわかった。一方、比較例C1〜C78は、いずれの合金組成においても本発明の要件の少なくとも1つを満たさないため、増粘抑制効果、ΔTの狭窄化、及び優れた濡れ性の少なくとも1つが劣ることがわかった。
実施例A1のフラックス組成物に代えて、実施例A2〜A4の各種フラックス組成物をそれぞれ、実施例C1に示したはんだ合金と使用した場合も、塗布形状、はんだ飛び散り抑制性、塗布精度、溶融性、フラックス分離抑制性、増粘抑制効果、ΔT、濡れ性においても良好な結果が得られた。
Claims (18)
- (A)ロジン系樹脂、(B)活性剤、(C)溶剤及び(D)チクソ剤を含有するフラックス組成物と、(E)はんだ粉末とを含有し、
当該はんだ組成物のレオメーターにより測定した降伏値が、10Pa以上100Pa以下であり、
前記(E)成分が、
As:25質量ppm以上300質量ppm以下と、Pb:0質量ppm超え5100質量ppm以下と、Sb:0質量ppm超え3000質量ppm以下及びBi:0質量ppm超え10000質量ppm以下の少なくとも1種と、残部:Snと、からなる合金組成を有し、下記(1−1)式及び(1−2)式:
275≦2As+Sb+Bi+Pb (1−1)
0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (1−2)
[上記(1−1)式及び(1−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たすはんだ合金(E1)、又は、
As:10質量ppm以上40質量ppm未満と、Bi:0質量ppm超え10000質量ppm以下、Pb:0質量ppm超え5100質量ppm以下、及びSb:0質量ppm超え3000質量ppm以下の少なくとも1種と、残部:Snと、からなる合金組成を有し、下記(2−1)式及び(2−2)式:
300≦3As+Sb+Bi+Pb (2−1)
0.1≦{(3As+Sb)/(Bi+Pb)}×100≦200 (2−2)
[上記(2−1)式及び(2−2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たすはんだ合金(E2)
を含有する、ジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - 当該はんだ組成物のE型粘度計により測定した35℃における粘度が、5Pa・s以上30Pa・s以下であり、
当該はんだ組成物のE型粘度計により測定したチクソ指数が、0.60以上0.90以下である、請求項1に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - 前記(C)成分が、
(C1)ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルを含有し、かつ、
(C2)炭素数8〜12のジカルボン酸と炭素数4〜12のアルコールとのエステル化合物、及び、ガムテレピン油から誘導されたアルコール類からなる群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1又は2に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - 前記(D)成分が、(D1)アマイド系チクソ剤を含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
- 前記(E)成分が、前記はんだ合金(E1)である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
- 前記はんだ合金(E1)が、下記(1−1a)式:
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦25200 (1−1a)
[上記(1−1a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す]
を満たす、請求項5に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - 前記はんだ合金(E1)が、下記(1−1b)式:
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦5300 (1−1b)
[上記(1−1b)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す]
を満たす、請求項5又は6に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - 前記はんだ合金(E1)が、下記(1−2a)式:
0.31≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (1−2a)
[上記(1−2a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す]
を満たす、請求項5〜7のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - さらに、前記合金組成が、Ag:0質量%以上4質量%以下及びCu:0質量%以上0.9質量%以下の少なくとも1種を含有する、請求項5〜8のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
- 前記(E)成分が、前記はんだ合金(E2)である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
- 前記合金組成が、Ni:0質量ppm以上600質量ppm以下を更に含有する、請求項10に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
- 前記合金組成が、Fe:0質量ppm以上100質量ppm以下を更に含有する、請求項10又は11に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
- 前記合金組成が、In:0質量ppm以上1200質量ppm以下を更に含有する、請求項10〜12のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
- 前記合金組成が、Ni:0質量ppm以上600質量ppm以下、Fe:0質量ppm以上100質量ppm以下、及びIn:0質量ppm以上1200質量ppm以下の少なくとも2種を更に含有する、請求項10〜13のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
- 前記合金組成が、Ni:0質量ppm以上600質量ppm以下及びFe:0質量ppm以上100質量ppm以下を更に含有し、下記(2−3)式:
0≦Ni/Fe≦50 (2−3)
[上記(2−3)式中、Ni及びFeは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たす、請求項10〜14のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - 前記合金組成が、下記(2−1a)式:
300≦3As+Sb+Bi+Pb≦18214 (2−1a)
[上記(2−1a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を満たす、請求項10〜15のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - 前記合金組成が、下記(2−2a)式:
0.1≦{(3As+Sb)/(Bi+Pb)}×100≦158.5 (2−2a)
[上記(2−2a)式中、As、Sb、Bi、及びPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。]
を更に満たす、請求項10〜16のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。 - 前記合金組成が、Ag:0質量%以上4質量%以下及びCu:0質量%以上0.9質量%以下の少なくとも1種を更に含有する、請求項10〜17のいずれか1項に記載のジェットディスペンサー用はんだ組成物。
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