JP2021045774A

JP2021045774A - フラックス及びソルダペースト

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Publication number: JP2021045774A
Application number: JP2019170262A
Authority: JP
Inventors: 一博行方; Kazuhiro Yukikata; 健文新井; Takefumi Arai
Original assignee: Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Co Ltd
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-19
Also published as: JP7452834B2

Abstract

【課題】はんだ合金と共に用いた場合に、微細なパッドに対して優れたはんだ溶融性を示すフラックス、及び、該フラックスを含むソルダペーストを提供する。【解決手段】本発明に係るフラックスは、はんだ付けに用いられるフラックスであって、一般式（１）等で表される活性剤を含有する。（式中、Ｒ１，Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して、いずれか一つがカルボキシル基であり、残りの二つが水素原子である。）【選択図】なし

Description

本発明は、はんだ付けに用いられるフラックス、及び、該フラックスを含むソルダペーストに関する。

プリント配線板等の電子回路基板上に、チップ部品、パッケージ基板等の電子部品を搭載する実装技術には、はんだ合金とフラックスとを混合したソルダペーストが用いられる。具体的には、電子回路基板表面のパッド上にソルダペーストをスクリーン印刷した後、電子部品をマウントして加熱（リフロー）することにより、電子回路基板上に電子部品が接合される。

近年、電子機器の小型化及び高性能化に伴い電子部品も微細化しているため、ソルダペーストが印刷される電子回路基板表面のパッドピッチは狭くなる傾向にある。このような微細なパッドに対するはんだ溶融性を向上させる技術として、例えば、特許文献１には、フラックスに含まれるチキソ剤として糖の脂肪酸エステルを用いたソルダペーストが開示されている。また、特許文献２には、フラックスに含まれる活性剤としてオルト位又はプロス位に水酸基又はアシル基を有する芳香族カルボン酸を用いたソルダペーストが開示されている。

特開２０１４−１４４４７３号公報特開２０１７−６４７８４号公報

従来、ハロゲンは、はんだ表面の酸化膜を除去してはんだの表面張力を低下させることから、はんだの溶融性を向上させる活性剤として広く用いられている。特許文献１及び２のソルダペーストにおいても、活性剤としてハロゲン化合物が含まれている。しかしながら、ハロゲン化合物は、燃焼時にダイオキシン等の有害物質を発生する虞がある。そのため、ハロゲンフリーの活性剤を用いることにより、微細なパッドに対するはんだ溶融性を向上させるフラックスの開発が求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、はんだ合金と共に用いた場合に、微細なパッドに対して優れたはんだ溶融性を示すフラックス、及び、該フラックスを含むソルダペーストを提供することを課題とする。

本発明に係るフラックスは、はんだ付けに用いられるフラックスであって、下記一般式（１）又は（２）で表される活性剤を含有する。

（式中、Ｒ^１，Ｒ^２及びＲ^３は、それぞれ独立して、いずれか一つがカルボキシル基であり、残りの二つが水素原子である。）

斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、微細なパッドに対して優れたはんだ溶融性を示す。

本発明に係るフラックスは、前記活性剤が、４，４’−ジカルボキシジフェニルエーテル、及び、４，４’−ジフェニルジカルボン酸から選択される少なくとも一種であってもよい。

斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、微細なパッドに対するはんだ溶融性が向上する。

本発明に係るフラックスは、前記活性剤の含有量が、フラックス全体に対して、０．５質量％以上７．０質量％以下であってもよい。

本発明に係るソルダペーストは、上述のフラックスと、はんだ合金とを含有する。

斯かる構成により、前記ソルダペーストは、微細なパッドに対して優れたはんだ溶融性を示す。

本発明によれば、はんだ合金と共に用いた場合に、微細なパッドに対して優れたはんだ溶融性を示すフラックス、及び、該フラックスを含むソルダペーストを提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係るフラックス及びソルダペーストについて説明する。

＜フラックス＞

（活性剤）
本実施形態に係るフラックスは、下記一般式（１）又は（２）で表される活性剤を含有する。

前記一般式（１）で表される活性剤としては、４，４’−ジカルボキシジフェニルエーテル（Ｒ^３：カルボキシル基、Ｒ^１，Ｒ^２：水素原子）、３，３’−ジカルボキシジフェニルエーテル（Ｒ^２：カルボキシル基、Ｒ^１，Ｒ^３：水素原子）、２，２’−ジカルボキシジフェニルエーテル（Ｒ^１：カルボキシル基、Ｒ^２，Ｒ^３：水素原子）等が挙げられる。前記一般式（２）で表される活性剤としては、４，４’−ジフェニルジカルボン酸（Ｒ^３：カルボキシル基、Ｒ^１，Ｒ^２：水素原子）、３，３’−ジフェニルジカルボン酸（Ｒ^２：カルボキシル基、Ｒ^１，Ｒ^３：水素原子）、２，２’−ジフェニルジカルボン酸（Ｒ^１：カルボキシル基、Ｒ^２，Ｒ^３：水素原子）等が挙げられる。これらの中でも、上記一般式（１）又は（２）で表される活性剤は、４，４’−ジカルボキシジフェニルエーテル、及び、４，４’−ジフェニルジカルボン酸から選択される少なくとも一種であることが好ましく、４，４’−ジカルボキシジフェニルエーテルであることがより好ましい。なお、これらの活性剤は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

上記一般式（１）又は（２）で表される活性剤の含有量は、フラックス全体に対して、０．５質量％以上であることが好ましく、１．０質量％以上であることがより好ましい。また、前記活性剤の含有量は、フラックス全体に対して、７．０質量％以下であることが好ましく、５．０質量％以下であることがより好ましい。なお、上記一般式（１）又は（２）で表される活性剤が２種以上含まれる場合、前記含有量は、上記一般式（１）又は（２）で表される活性剤の合計含有量である。

上記一般式（１）又は（２）で表される活性剤は、ハロゲンフリーの活性剤である。なお、本明細書においてハロゲンフリーとは、ハロゲン元素（Ｆ：フッ素、Ｃｌ：塩素、Ｂｒ：臭素、Ｉ：ヨウ素）の含有量が、それぞれ１０００ｐｐｍ以下であることをいう（ＪＥＩＴＡＥＴ−７３０４Ａ）。

本実施形態に係るフラックスは、前記一般式（１）又は（２）で表される活性剤以外のその他の活性剤を含んでいてもよい。その他の活性剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、有機酸系活性剤、アミン化合物、アミノ酸化合物、アミンハロゲン塩やハロゲン化合物等のハロゲン系活性剤等が挙げられる。

有機酸系活性剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、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、グリコール酸等のモノカルボン酸；シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、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、ジグリコール酸等のジカルボン酸；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、ピコリン酸等のその他の有機酸が挙げられる。

アミン化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、テトラアセチルエチレンジアミン（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラアセチルエチレンジアミン）、Ｎ−アセチルイミダゾール、Ｎ−アセチルフタルイミド、アセトアミド安息香酸（３−アセトアミド安息香酸、４−アセトアミド安息香酸）、Ｎ−アセチルアントラニル酸、アセトアミドニトロ安息香酸（２−アセトアミド−６−ニトロ安息香酸、３−アセトアミド−４−ニトロ安息香酸、３−アセトアミド−２−ニトロ安息香酸、５−アセトアミド−２−ニトロ安息香酸）等が挙げられる。

アミノ酸化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、Ｎ−アセチルフェニルアラニン（Ｎ−アセチル−Ｌ−フェニルアラニン、Ｎ−アセチル−ＤＬ−フェニルアラニン、Ｎ−アセチル−Ｄ−フェニルアラニン）、Ｎ−アセチルグルタミン酸（Ｎ−アセチル−Ｌ−グルタミン酸）、Ｎ−アセチルグリシン、Ｎ−アセチルロイシン（Ｎ−アセチル−Ｌ−ロイシン、Ｎ−アセチル−ＤＬ−ロイシン、Ｎ−アセチル−Ｄ−ロイシン）、又は、Ｎ−アセチルフェニルグリシン（Ｎ−アセチル−Ｎ−フェニルグリシン、Ｎ−アセチル−Ｌ−フェニルグリシン、Ｎ−アセチル−ＤＬ−フェニルグリシン）等が挙げられる。

アミンハロゲン塩のアミンとしては、例えば、ジエチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジフェニルグアニジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。アミンハロゲン塩のハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。ハロゲン化合物としては、イソシアヌル酸トリス（２，３−ジブロモプロピル）、２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、２−ブロモ−３−ヨード−２−ブテン−１，４−ジオール、ＴＢＡ−ビス（２，３−ジブロモプロピルエーテル）等が挙げられる。

上述のその他の活性剤は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。その他の活性剤の含有量は、フラックス全体に対して、１５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。その他の活性剤としてハロゲン系活性剤を含む場合、その含有量は、環境負荷の観点から、０．１質量％以下であることが好ましい。

（溶剤）
本実施形態に係るフラックスは、溶剤を含んでいてもよい。溶剤としては、特に限定されるものではなく、公知の溶剤を用いることができる。溶剤としては、例えば、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル（ヘキシルジグリコール）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（ジブチルジグリコール）、ジエチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテル（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ブチルエーテル（ブチルジグリコール）、トリエチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルトリグリコール）等のグリコールエーテル類；ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、ｎ−ヘプタン等の脂肪族系化合物；酢酸イソプロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等のエステル類；メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジエチルケトン等のケトン類；エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、イソブタノール等のアルコール類等が挙げられる。なお、溶剤は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

溶剤の含有量は、特に限定されるものではなく、例えば、フラックス全体に対して、１０．０重量％以上であることが好ましく、２０．０重量％以上であることがより好ましい。また、溶剤の含有量は、フラックス全体に対して、６０．０重量％以下であることが好ましく、４５．０重量％以下であることがより好ましい。なお、溶剤が２種以上含まれる場合、前記含有量は溶剤の合計含有量である。

（チキソ剤）
本実施形態に係るフラックスは、該フラックスのチキソ性をより高める観点から、さらに、チキソ剤を含んでいてもよい。チキソ剤としては、例えば、ひまし硬化油、脂肪酸アミド、脂肪酸ビスアマイド、ポリアミド化合物、カオリン、コロイダルシリカ、有機ベントナイト、ガラスフリット等が挙げられる。これらの中でも、チキソ剤は、耐熱性の観点から、脂肪酸ビスアマイド又はポリアミド化合物であることが好ましい。脂肪酸アミドとしては、例えば、ステアリン酸アミド、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘン酸アミド、ミリスチン酸アミド、Ｎ−ヒドロキシエチル−１２−ステアリルアミド等が挙げられる。脂肪酸ビスアマイドとしては、例えば、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビスベヘン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスベヘン酸アミド、ヘキサメチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルアジピン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−キシリレンビス−１２−ヒドロキシステアリルアミド等が挙げられる。ポリアミド化合物としては、例えば、脂肪族ポリアミド化合物であるＶＡ−７９、ＷＨ−２１５、ＷＨ−２５５（以上、共栄社化学社製）、ＳＰ−１０、ＳＰ−５００（以上、東レ社製）、グリルアミドＬ２０Ｇ、グリルアミドＴＲ５５（以上、エムスケミ−・ジャパン社製）等、主鎖にベンゼン環、ナフタレン環等の環式化合物含む芳香族ポリアミド化合物（半芳香族ポリアミド化合物又は全芳香族ポリアミド化合物）であるＪＨ−１８０（伊藤製油社製）等が挙げられる。なお、チキソ剤は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

チキソ剤の含有量は、フラックス全体に対して、１．０重量％以上であることが好ましく、３．０重量％以上であることがより好ましい。また、チキソ剤の含有量は、フラックス全体に対して、７．０重量％以下であることが好ましく、５．０重量％以下であることがより好ましい。なお、チキソ剤が２種以上含まれる場合、前記含有量はチキソ剤の合計含有量である。

（樹脂）
本実施形態に係るフラックスは、樹脂を含んでいてもよい。樹脂としては、例えば、ロジン系樹脂、合成樹脂等が挙げられる。ロジン系樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、ロジン及びロジン誘導体（例えば、水素添加ロジン、重合ロジン、不均化ロジン、アクリル酸変性ロジン等）から選択される１種以上のロジン系樹脂を用いることができる。また、合成樹脂としては、特に限定されるものではなく、公知の合成樹脂を用いることができる。なお、樹脂は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

樹脂の含有量は、フラックス全体に対して、３０質量％以上であることが好ましく、４０質量％以上であることがより好ましい。また、樹脂の含有量は、フラックス全体に対して、７０質量％以下であることが好ましく、５０質量％以下であることがより好ましい。なお、樹脂が２種以上含まれる場合、前記含有量は樹脂の合計含有量である。

本実施形態に係るフラックスは、環境負荷の観点から、ハロゲンフリーであることが好ましい。

本実施形態に係るフラックスは、その他の添加剤として、例えば、安定剤、界面活性剤、消泡剤、及び、腐食防止剤から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。その他の添加剤の合計含有量は、特に限定されるものではなく、例えば、フラックス全体に対して、５．０重量％以下とすることができる。

本実施形態に係るフラックスは、はんだ付けに用いられるフラックスであって、上記一般式（１）又は（２）で表される活性剤を含有する。斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、微細なパッドに対して優れたはんだ溶融性を示す。

本実施形態に係るフラックスは、前記活性剤が、４，４’−ジカルボキシジフェニルエーテル、及び、４，４’−ジフェニルジカルボン酸から選択される少なくとも一種であってもよい。斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、微細なパッドに対するはんだ溶融性が向上する。

本実施形態に係るフラックスは、前記活性剤の含有量が、フラックス全体に対して、０．５質量％以上７．０質量％以下であってもよい。斯かる構成により、前記フラックスは、はんだ合金と共に用いた場合に、微細なパッドに対するはんだ溶融性が向上する。

＜ソルダペースト＞
本実施形態に係るソルダペーストは、上述のフラックスと、はんだ合金とを含有する。より具体的には、前記ソルダペーストは、はんだ合金の粉末と、前記フラックスとを混合することにより得られる。前記フラックスの含有量は、前記ソルダペースト全体に対して、５〜２０質量％であることが好ましい。また、前記はんだ合金の粉末の含有量は、前記ソルダペースト全体に対して、８０〜９５質量％であることが好ましい。

前記はんだ合金の粉末サイズは、特に限定されるものではないが、微細パターンへの印刷性を良好にするため、ＪＩＳＺ３２８４−１で規定される記号４以上、すなわち、５０μｍ以下であることが好ましく、記号６以上、すなわち、２５μｍ以下であることがより好ましい。

前記はんだ合金としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉛フリーはんだ合金、鉛を含む共晶はんだ合金が挙げられるが、環境負荷低減の観点から、鉛フリーはんだ合金であることが好ましい。鉛フリーはんだ合金としては、例えば、スズ、銀、銅、インジウム、亜鉛、ビスマス、アンチモン等を含む合金が挙げられる。より具体的には、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｓｂ、Ｓｎ／Ｚｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｚｎ、Ｓｎ／Ｚｎ／Ａｌ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ／Ｉｎ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｂｉ／Ｉｎ／Ｓｂ、Ｉｎ／Ａｇ等の合金が挙げられる。

本実施形態に係るソルダペーストは、上述のフラックスと、はんだ合金とを含有することにより、微細なパッドに対して優れたはんだ溶融性を示す。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜ソルダペーストの作製＞
表１に示す配合量のロジン、チキソ剤、溶剤を加熱容器に投入し、１８０℃まで加熱することにより、ワニス成分を得た。その後、ワニス成分とその他の成分とを室温で混合させることにより、均一に分散されたフラックスを得た。なお、表１に示す各配合量は、フラックスに含まれる各成分の含有量と等しい。次に、各フラックスを１３．０質量％、はんだ粉（Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ、サイズ：１０−２５μｍ）を８７．０質量％となるように混合して、各実施例及び各比較例のソルダペーストを得た。

表１に示す各原料の詳細を以下に示す。
ＫＥ−６０４：アクリル酸変性ロジン、荒川化学工業社製
ＫＲ−６１２：水素添加ロジン、荒川化学工業社製
ＣＰ−１４０：重合ロジン、荒川化学工業社製
スリパックスＺＨＨ：ヘキサメチレンヒドロキシステアリン酸アミド、日本化成社製
ＶＡ−７９：脂肪族ポリアミド化合物、共栄社化学社製
ＪＨ−１８０：芳香族ポリアミド化合物、伊藤製油社製
ＷＨ−２５５：脂肪族ポリアミド化合物、共栄社化学社製
ＢＴＧ：ブチルトリグリコール、日本乳化剤社製
アジピン酸：東京化成工業社製
セバシン酸：東京化成工業社製
メチルコハク酸：東京化成工業社製
コハク酸：東京化成工業社製
４，４’−ジカルボキシジフェニルエーテル：東京化成工業社製
４，４’−ジフェニルジカルボン酸：東京化成工業社製
トリス（２−カルボキシエチル）イソシアヌル酸：東京化成工業社製
２，２’−メチレンビス（６−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール）：東京化成工業社製

＜はんだ溶融性の評価＞
各実施例及び各比較例のソルダペーストを、サイズ１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み１．６ｍｍの基板表面上の銅パッド（０．２ｍｍ×０．２ｍｍの正方形状）に厚さ８０μｍで塗布した。次に、下記温度条件で加熱し、はんだを溶融させた。なお、加熱は、（ｉ）→（ｉｉ）の順に行った。

＜温度条件＞
（ｉ）プリヒート時
昇温速度：１．０〜３．０℃／秒
プリヒート温度：１５０〜１９０℃／６０〜１００秒
加熱環境：大気雰囲気
（ｉｉ）はんだ溶融時
昇温速度：１．０〜２．０℃／秒
溶融温度：２１９℃以上３０秒以上
ピーク温度：２３０〜２５０℃

はんだ溶融性は、下記の基準に基づき目視で評価した。全パッド（５０パッド）に対する各基準に該当するパッド数の割合を表１に示す。
○：はんだ溶融した（光沢あり）
△：一部はんだ粒あり
×：はんだ未溶融（光沢なし）

表１の結果から分かるように、本発明の要件をすべて満たす各実施例のソルダペーストは、はんだ溶融したパッド数が６０％以上であるため、微細なパッドに対して優れたはんだ溶融性を示す。

また、実施例４及び１０の結果から分かるように、活性剤として４，４’−ジカルボキシジフェニルエーテルを含むソルダペーストは、活性剤として４，４’−ジフェニルジカルボン酸を含むソルダペーストと比較して、微細なパッドに対するはんだ溶融性が向上する。

一方、上記一般式（１）又は（２）で表される活性剤を含まない比較例１及び２のソルダペーストは、はんだ溶融したパッド数が６０％未満であり、多くのパッドで一部はんだ粒が残る状態であったため、微細なパッドに対するはんだ溶融性に劣ることが分かる。

Claims

はんだ付けに用いられるフラックスであって、
下記一般式（１）又は（２）で表される活性剤を含有する、フラックス。

（式中、Ｒ^１，Ｒ^２及びＲ^３は、それぞれ独立して、いずれか一つがカルボキシル基であり、残りの二つが水素原子である。）

（式中、Ｒ^１，Ｒ^２及びＲ^３は、それぞれ独立して、いずれか一つがカルボキシル基であり、残りの二つが水素原子である。）
前記活性剤が、４，４’−ジカルボキシジフェニルエーテル、及び、４，４’−ジフェニルジカルボン酸から選択される少なくとも一種である、請求項１に記載のフラックス。
前記活性剤の含有量が、フラックス全体に対して、０．５質量％以上７．０質量％以下である、請求項１又は２に記載のフラックス。
請求項１〜３のいずれか一つに記載のフラックスと、はんだ合金とを含有する、ソルダペースト。