JP2022177151A - フラックスおよび電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電子デバイスの製造において、プリフォームはんだや電子部品を仮固定でき、プロセス条件が変動しても安定した仮固定性を示すフラックスを提供する。【解決手段】ロジン化合物と、2種以上の有機溶剤と、を含み、はんだ合金を含まず、はんだ合金を含まない形で基板上に塗布して用いるフラックスであって、以下手順1で測定したタック力Tが50gf以上、以下手順2で測定したタック力T'が50gf以上のフラックス。[手順1](1)少なくとも一方の面に円形のくぼみが設けられた、NiメッキされたAlプレートの一方の面に、くぼみがちょうど埋まる量のフラックスを塗布。(2)フラックスが塗布されたAlプレートを、100℃で1分間加熱処理。(3)加熱処理されたAlプレートを室温まで放冷後、くぼみ内に存在するフラックスのタック力Tをタッキネステスターで測定。[手順2]上記(2)の加熱処理の条件を、100℃で3分間とする以外は、手順1と同様にタック力T'を測定。【選択図】図1
Description
本発明は、フラックスおよび電子デバイスの製造方法に関する。より具体的には、本発明は、はんだ付けにおいて用いられるフラックス、および、フラックスを用いた電子デバイスの製造方法に関する。
はんだ付けにおいては、通常、フラックスが用いられる。
フラックスの使用形態としては、(i)はんだ粉末とフラックスとを予め混合してはんだペーストとして用いる形態、(ii)まず電極にフラックスを塗布し、その後、フラックスが塗布された電極上にプリフォームはんだを置いてはんだ付けをする形態、などがある。
フラックスの使用形態としては、(i)はんだ粉末とフラックスとを予め混合してはんだペーストとして用いる形態、(ii)まず電極にフラックスを塗布し、その後、フラックスが塗布された電極上にプリフォームはんだを置いてはんだ付けをする形態、などがある。
フラックスは、第一義的には、はんだ付けの対象である電極や電子部品にはんだをはんだ付けする際に用いる補助剤であるが、フラックスに、はんだ付けの補助剤以外の役割(機能)を求める検討が知られている。
例えば、特許文献1には、まず、基板またはチップ部品の電極にフラックスを塗布し、その後、塗布されたフラックスによりはんだボールを電極上に仮固定することなどが記載されている。すなわち、特許文献1において、フラックスは、はんだ付けの補助剤としてだけでなく、はんだボールの「仮固定用材料」としても用いられている。
例えば、特許文献1には、まず、基板またはチップ部品の電極にフラックスを塗布し、その後、塗布されたフラックスによりはんだボールを電極上に仮固定することなどが記載されている。すなわち、特許文献1において、フラックスは、はんだ付けの補助剤としてだけでなく、はんだボールの「仮固定用材料」としても用いられている。
特許文献1に記載されているように、フラックスを、はんだ付けの補助剤としてだけでなく、プリフォームはんだや電子部品の「仮固定」のために用いることが考えられる。しかし、本発明者が知る限り、従来のフラックスは、仮固定のための検討/最適化が行われておらず、改善の余地があった。
また、仮固定のために用いられるフラックスは、電子デバイスの製造においてプロセス条件の変動があった場合でも安定した仮固定性を示すことが求められる。しかし、本発明者が知る限り、従来、このような観点での検討は行われておらず、改善の余地があった。
また、仮固定のために用いられるフラックスは、電子デバイスの製造においてプロセス条件の変動があった場合でも安定した仮固定性を示すことが求められる。しかし、本発明者が知る限り、従来、このような観点での検討は行われておらず、改善の余地があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。
本発明の目的の1つは、電子デバイスの製造において、プリフォームはんだや電子部品の仮固定を好ましく行うことができ、プロセス条件の変動があっても安定した仮固定性を示すフラックスを提供することである。
また、本発明の目的の1つは、フラックスをプリフォームはんだや電子部品の仮固定のために用いる、実用上有用な電子デバイスの製造方法を提供することである。
本発明の目的の1つは、電子デバイスの製造において、プリフォームはんだや電子部品の仮固定を好ましく行うことができ、プロセス条件の変動があっても安定した仮固定性を示すフラックスを提供することである。
また、本発明の目的の1つは、フラックスをプリフォームはんだや電子部品の仮固定のために用いる、実用上有用な電子デバイスの製造方法を提供することである。
本発明者らは、以下に提供される発明を完成させ、上記課題を解決した。
本発明によれば、以下のフラックスが提供される。
ロジン化合物と、2種以上の有機溶剤と、を含み、はんだ合金を含まず、はんだ合金を含まない形で基板上に塗布して用いるフラックスであって、
以下の手順1で測定した当該フラックスのタック力Tが50gf以上であり、
以下の手順2で測定した当該フラックスのタック力T'が50gf以上であるフラックス。
[手順1]
(1)少なくとも一方の面に、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが設けられた、NiメッキされたAlプレートの前記一方の面に、前記くぼみがちょうど埋まる量のフラックスを塗布する。
(2)フラックスが塗布された前記Alプレートを、100℃で1分間加熱処理する。
(3)加熱処理された前記Alプレートを室温まで放冷後、前記くぼみ内に存在するフラックスのタック力Tを、タッキネステスターを用いて、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件で測定する。
[手順2]
上記(2)における加熱処理の条件を、100℃で3分間に変更する以外は、[手順1]と同様の手順でタック力T'を測定する。
以下の手順1で測定した当該フラックスのタック力Tが50gf以上であり、
以下の手順2で測定した当該フラックスのタック力T'が50gf以上であるフラックス。
[手順1]
(1)少なくとも一方の面に、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが設けられた、NiメッキされたAlプレートの前記一方の面に、前記くぼみがちょうど埋まる量のフラックスを塗布する。
(2)フラックスが塗布された前記Alプレートを、100℃で1分間加熱処理する。
(3)加熱処理された前記Alプレートを室温まで放冷後、前記くぼみ内に存在するフラックスのタック力Tを、タッキネステスターを用いて、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件で測定する。
[手順2]
上記(2)における加熱処理の条件を、100℃で3分間に変更する以外は、[手順1]と同様の手順でタック力T'を測定する。
また、本発明によれば、以下の電子デバイスの製造方法が提供される。
基板上に前記フラックスを塗布する塗布工程と、
前記フラックスを塗布した前記基板上に、プリフォームはんだまたは電子部品を仮固定する仮固定工程と、
前記基板を加熱し、前記プリフォームはんだまたは電子部品を前記基板と接合する接合工程と、
を含む電子デバイスの製造方法。
前記フラックスを塗布した前記基板上に、プリフォームはんだまたは電子部品を仮固定する仮固定工程と、
前記基板を加熱し、前記プリフォームはんだまたは電子部品を前記基板と接合する接合工程と、
を含む電子デバイスの製造方法。
本発明によれば、電子デバイスの製造において、プリフォームはんだや電子部品の仮固定を好ましく行うことができ、プロセス条件の変動があっても安定した仮固定性を示すフラックスが提供される。
また、本発明によれば、フラックスをプリフォームはんだや電子部品の仮固定のために用いる、実用上有用な電子デバイスの製造方法が提供される。
また、本発明によれば、フラックスをプリフォームはんだや電子部品の仮固定のために用いる、実用上有用な電子デバイスの製造方法が提供される。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応しない。
図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応しない。
本明細書中、数値範囲の説明における「X~Y」との表記は、特に断らない限り、X以上Y以下のことを表す。例えば、「1~5質量%」とは「1質量%以上5質量%以下」を意味する。
本明細書における「電子デバイス」の語は、半導体チップ、半導体素子、プリント配線基板、電気回路ディスプレイ装置、情報通信端末、発光ダイオード、物理電池、化学電池など、電子工学の技術が適用された素子、デバイス、最終製品等を包含する意味で用いられる。
本明細書において、単位「gf」は、力の単位であるグラム重を表す。1gf=9.8g・m/s2である。
本明細書における「電子デバイス」の語は、半導体チップ、半導体素子、プリント配線基板、電気回路ディスプレイ装置、情報通信端末、発光ダイオード、物理電池、化学電池など、電子工学の技術が適用された素子、デバイス、最終製品等を包含する意味で用いられる。
本明細書において、単位「gf」は、力の単位であるグラム重を表す。1gf=9.8g・m/s2である。
<フラックス>
本実施形態のフラックスは、ロジン化合物と、2種類以上の有機溶剤と、を含む。
本実施形態のフラックスは、通常、はんだ付けに用いられる。
本実施形態のフラックスは、通常、はんだ粉末とフラックスとを予め混合したはんだペーストには適用されない。本実施形態のフラックスは、はんだ合金を含まず、はんだ合金とは別に、はんだ合金を含まない形で基板(電極等)に塗布される。
本実施形態のフラックスは、ロジン化合物と、2種類以上の有機溶剤と、を含む。
本実施形態のフラックスは、通常、はんだ付けに用いられる。
本実施形態のフラックスは、通常、はんだ粉末とフラックスとを予め混合したはんだペーストには適用されない。本実施形態のフラックスは、はんだ合金を含まず、はんだ合金とは別に、はんだ合金を含まない形で基板(電極等)に塗布される。
本実施形態のフラックスを、以下の手順1で測定したときのタック力Tは、50gf以上、好ましくは50~500gf、より好ましくは50~300gf、さらに好ましくは70~200gfである。
[手順1]
(1)少なくとも一方の面に、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが設けられた、NiメッキされたAlプレートの上記一方の面に、上記くぼみがちょうど埋まる量のフラックスを塗布する。
(2)フラックスが塗布された上記Alプレートを、100℃で1分間加熱処理する。
(3)加熱処理された上記Alプレートを室温まで放冷後、上記くぼみ内に存在するフラックスのタック力Tを、タッキネステスターを用いて、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件で測定する。
[手順1]
(1)少なくとも一方の面に、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが設けられた、NiメッキされたAlプレートの上記一方の面に、上記くぼみがちょうど埋まる量のフラックスを塗布する。
(2)フラックスが塗布された上記Alプレートを、100℃で1分間加熱処理する。
(3)加熱処理された上記Alプレートを室温まで放冷後、上記くぼみ内に存在するフラックスのタック力Tを、タッキネステスターを用いて、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件で測定する。
また、本実施形態のフラックスを、以下の手順2で測定したときのタック力T'は、50gf以上、好ましくは50~500gf、より好ましくは50~300gf、さらに好ましくは70~200gfである。
[手順2]
上記(2)における加熱処理の条件を、100℃で3分間に変更する以外は、[手順1]と同様の手順でタック力T'を測定する。
[手順2]
上記(2)における加熱処理の条件を、100℃で3分間に変更する以外は、[手順1]と同様の手順でタック力T'を測定する。
フラックスを用いて、電極にプリフォームはんだや電子部品(以下、「プリフォームはんだ等」と記載)を「仮固定」するには、電極に塗布されたフラックスが、ある程度長い時間、プリフォームはんだ等を仮固定できる能力(仮固定能)を維持することが好ましい。
具体的には、電子デバイスの製造においては、流れ作業の都合上、フラックス等を電極に塗布してからプリフォームはんだ等を電極に仮固定するまでの間にある程度の時間が空くことが多い。また、プリフォームはんだ等を電極に仮固定してから、はんだ付け等の次の工程に行くまでの間にもある程度の時間が空くことが多い。これら時間の経過によっても、電極に塗布されたフラックスが十分な仮固定能を維持することが好ましい。また、電子デバイスの製造においては様々な条件変動があり得るため、条件変動によっても仮固定能があまり変化しないことが好ましい。
ロジン化合物単体のタック力はさほど大きくなく、有機溶剤により湿った状態となることで大きなタック力が得られるため、ロジン化合物を有機溶剤と併用することで十分な仮固定能が発現する。しかし、従来のフラックスは、プリフォームはんだ等を仮固定するという使い方が全く想定されていないため、時間の経過により、フラックス中の主な液状成分である溶剤が揮発し、フラックス中のロジン化合物が乾燥状態となって粘性を失うことで、仮固定能が低下する傾向があった。また、従来のフラックスは、電子デバイスの製造における条件変動を考慮した設計とはなっていなかった。
具体的には、電子デバイスの製造においては、流れ作業の都合上、フラックス等を電極に塗布してからプリフォームはんだ等を電極に仮固定するまでの間にある程度の時間が空くことが多い。また、プリフォームはんだ等を電極に仮固定してから、はんだ付け等の次の工程に行くまでの間にもある程度の時間が空くことが多い。これら時間の経過によっても、電極に塗布されたフラックスが十分な仮固定能を維持することが好ましい。また、電子デバイスの製造においては様々な条件変動があり得るため、条件変動によっても仮固定能があまり変化しないことが好ましい。
ロジン化合物単体のタック力はさほど大きくなく、有機溶剤により湿った状態となることで大きなタック力が得られるため、ロジン化合物を有機溶剤と併用することで十分な仮固定能が発現する。しかし、従来のフラックスは、プリフォームはんだ等を仮固定するという使い方が全く想定されていないため、時間の経過により、フラックス中の主な液状成分である溶剤が揮発し、フラックス中のロジン化合物が乾燥状態となって粘性を失うことで、仮固定能が低下する傾向があった。また、従来のフラックスは、電子デバイスの製造における条件変動を考慮した設計とはなっていなかった。
そこで、本発明者は、塗布後の経時によっても仮固定能の低下が小さく、電子デバイス製造時にプロセス条件の変動があっても安定した仮固定性を示すフラックスを開発するため、様々な試行錯誤を重ねた。
試行錯誤を通じ、塗布したフラックスを一定時間加熱した後のタック力の大きさが、電子デバイス製造工程において、プリフォームはんだ等を比較的長い時間仮固定できる能力や、安定した仮固定性と関係しているらしいこと知見した。
本発明者は、上記知見に基づいてさらに検討を進めた。そして、具体的に、上記[手順1]のようにして測定されるタック力Tが50gf以上であり、上記[手順2]のようにして測定されるタック力T'が50gf以上であるフラックスを新たに調製した。この新たなフラックスを用いることで、電子デバイス製造工程において、電極にプリフォームはんだ等を好ましく仮固定できるようにした。
試行錯誤を通じ、塗布したフラックスを一定時間加熱した後のタック力の大きさが、電子デバイス製造工程において、プリフォームはんだ等を比較的長い時間仮固定できる能力や、安定した仮固定性と関係しているらしいこと知見した。
本発明者は、上記知見に基づいてさらに検討を進めた。そして、具体的に、上記[手順1]のようにして測定されるタック力Tが50gf以上であり、上記[手順2]のようにして測定されるタック力T'が50gf以上であるフラックスを新たに調製した。この新たなフラックスを用いることで、電子デバイス製造工程において、電極にプリフォームはんだ等を好ましく仮固定できるようにした。
上記[手順1]のようにして測定されるタック力Tが50gf以上であり、上記[手順2]のようにして測定されるタック力T'が50gf以上であるフラックスは、適切な素材を適切な量比で配合することにより製造することができる。詳細は以下で説明していくが、例えば、有機溶剤の少なくとも一部として、低揮発性の有機溶剤を適量用いることで、タック力Tが50gf以上であり、タック力T'が50gf以上であるフラックスを製造することができる。そして、そのようなフラックスを用いることにより、プリフォームはんだ等を好ましく仮固定することができる。
ちなみに、本実施形態において、T'/Tの値は、好ましくは0.5~5、より好ましくは0.7~4、さらに好ましくは0.9~3である。T'/Tの値が大きすぎず小さすぎないことは、特に、プロセス条件の変動があっても安定した仮固定性を示すことに対応すると考えられる。つまり、TおよびT'それぞれの値が適切な値となるようにフラックスを設計することに加え、T'/Tの値も適切な値となるようにフラックスを設計することで、特に安定した仮固定性を得ることができる。
以下、本実施形態のフラックスについてより具体的に説明する。
(ロジン化合物)
本実施形態のフラックスは、ロジン化合物を含む。
本実施形態のフラックスは、ロジン化合物を含む。
ロジン化合物としては、公知のロジン化合物(ロジン系樹脂など)を特に制限なく挙げることができる。
ロジン化合物として具体的には、ガムロジン、ウッドロジン及びトール油ロジン等の原料ロジンを挙げることができる。
また、ロジン化合物として、上記のような原料ロジンから得られる誘導体も挙げることができる。誘導体としては、例えば、精製ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、酸変性ロジン、フェノール変性ロジン、α,β不飽和カルボン酸変性物(アクリル化ロジン、マレイン化ロジン、フマル化ロジン等)も挙げることができる。
さらに、重合ロジンの精製物、水素化物及び不均化物や、α,β不飽和カルボン酸変性物の精製物、水素化物及び不均化物等も挙げられる。
ロジン化合物として具体的には、ガムロジン、ウッドロジン及びトール油ロジン等の原料ロジンを挙げることができる。
また、ロジン化合物として、上記のような原料ロジンから得られる誘導体も挙げることができる。誘導体としては、例えば、精製ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、酸変性ロジン、フェノール変性ロジン、α,β不飽和カルボン酸変性物(アクリル化ロジン、マレイン化ロジン、フマル化ロジン等)も挙げることができる。
さらに、重合ロジンの精製物、水素化物及び不均化物や、α,β不飽和カルボン酸変性物の精製物、水素化物及び不均化物等も挙げられる。
本実施形態のフラックスは、1のみのロジン化合物を含んでもよいし、2以上のロジン化合物を含んでもよい。
ロジン化合物の量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば10~70質量%、好ましくは15~60質量%、さらに好ましくは20~55質量%である。
ロジン化合物の量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば10~70質量%、好ましくは15~60質量%、さらに好ましくは20~55質量%である。
(有機溶剤)
本実施形態のフラックスは、2種以上の有機溶剤を含む。
本実施形態のフラックスは、2種以上の有機溶剤を含む。
有機溶剤は、好ましくは、以下に説明する低揮発性有機溶剤と高揮発性有機溶剤とを含む。
低揮発性有機溶剤と高揮発性有機溶剤の揮発性の差は、相対的なものである。具体的には、低揮発性有機溶剤の20℃における蒸気圧をpLとし、高揮発性有機溶剤の20℃における蒸気圧をpHとしたとき、pL<pHであり、pH-pLの値は好ましくは5Pa以上、より好ましくは6Pa以上、さらに好ましくは7Pa以上である。pH-pLの値の上限値は特に無いが、pH-pLの値の上限値は、通常10000Pa、具体的には5000Pa程度である。
低揮発性有機溶剤と高揮発性有機溶剤の揮発性の差は、相対的なものである。具体的には、低揮発性有機溶剤の20℃における蒸気圧をpLとし、高揮発性有機溶剤の20℃における蒸気圧をpHとしたとき、pL<pHであり、pH-pLの値は好ましくは5Pa以上、より好ましくは6Pa以上、さらに好ましくは7Pa以上である。pH-pLの値の上限値は特に無いが、pH-pLの値の上限値は、通常10000Pa、具体的には5000Pa程度である。
ロジン化合物と低揮発性有機溶剤とを併用することで、フラックスを電極に塗布してから比較的長い時間、塗布されたフラックスが「べたべたした」状態が維持されやすくなる。すなわち、低揮発性有機溶剤を用いることで、タック力Tが50gf以上であるフラックスを製造しやすい。そして、そのようなフラックスを電極に塗布することで、プリフォームはんだ等を電極に好ましく仮固定することができる。
また、低揮発性有機溶剤に加え、高揮発性有機溶剤も用いることで、低揮発性有機溶剤のみを含むフラックスよりもフラックスの粘度を低下させ、フラックスを電極に塗布する際の塗布性を高めることができる。すなわち、低揮発性有機溶剤と高揮発性有機溶剤の併用により、電極へフラックスを塗布する際の良好な塗布性と、フラックスの塗布後における適度な粘着力の維持とを両立することができる。
さらに、高揮発性有機溶剤を用いることで、最終的に得たい仮固定性を変えることなく、フラックスを塗布しやすい粘度に容易に調整可能である。
また、低揮発性有機溶剤に加え、高揮発性有機溶剤も用いることで、低揮発性有機溶剤のみを含むフラックスよりもフラックスの粘度を低下させ、フラックスを電極に塗布する際の塗布性を高めることができる。すなわち、低揮発性有機溶剤と高揮発性有機溶剤の併用により、電極へフラックスを塗布する際の良好な塗布性と、フラックスの塗布後における適度な粘着力の維持とを両立することができる。
さらに、高揮発性有機溶剤を用いることで、最終的に得たい仮固定性を変えることなく、フラックスを塗布しやすい粘度に容易に調整可能である。
フラックスの塗布後における適度な粘着力などの点で、ロジン化合物の量と低揮発性有機溶剤の量は適切に調整されることが好ましい。具体的には、ロジン化合物と低揮発性有機溶剤の合計(100質量%)に対する、低揮発性有機溶剤の割合は、好ましくは5~50質量%、より好ましくは5~40質量%、さらに好ましくは10~30質量%である。
低揮発性有機溶剤の例としては、MTEM(テトラエチレングリコールジメチルエーテル)、HeDG(ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル)、TOTM(トリメリット酸トリス(2-エチルヘキシル))、DBDG(ジエチレングリコールジブチルエーテル)、PhG(エチレングリコールモノフェニルエーテル)、EHDG(2-[2-[(2-エチルヘキシル)オキシ]エトキシ]エタノール)などのうち1または2以上を挙げることができる。
低揮発性有機溶剤としては、高純度品の入手容易性、ロジン化合物との相性などの点で、エーテル系溶剤またはアルコール系溶剤が好ましい。
低揮発性有機溶剤としては、高純度品の入手容易性、ロジン化合物との相性などの点で、エーテル系溶剤またはアルコール系溶剤が好ましい。
高揮発性有機溶剤の例としては、MB(3-メトキシ-1-ブタノール)、MBA(3-メトキシブチルアセテート)、PNB (1-ブトキシ-2-プロパノール)、IPA (イソプロピルアルコール)、EDG (ジエチレングリコールモノエチルエーテル、MFDG(ジプロピレングリコールモノメチルエーテル)、MFG(プロピレングリコールモノメチルエーテル)などのうち1または2以上を挙げることができる。
高揮発性有機溶剤としては、高純度品の入手容易性、ロジン化合物との相性などの点で、エーテル系溶剤またはアルコール系溶剤が好ましい。
高揮発性有機溶剤としては、高純度品の入手容易性、ロジン化合物との相性などの点で、エーテル系溶剤またはアルコール系溶剤が好ましい。
念のため述べておくと、ここでの「低揮発性」「高揮発性」とは相対的な概念であり、上記で例示した低揮発性有機溶剤が高揮発性有機溶剤となることもあり得るし、その逆もあり得る。要は、どのような溶剤がどのような量比で用いられようと、[手順1]で測定されるタック力Tが50gf以上であり、[手順2]で測定されるタック力T'が50gf以上であればよい。
ただし、溶剤の入手容易性や調製のしやすさ、取扱性などの観点から、低揮発性有機溶剤の20℃における蒸気圧pLは、好ましくは5Pa以下、より好ましくは0.1~5Pa、さらに好ましくは0.5~5Paである。また、高揮発性有機溶剤の20℃における蒸気圧pHは、好ましくは6Pa超、より好ましくは10Pa以上、さらに好ましくは15~10000Pa、より好ましくは15~5000Paである。
ただし、溶剤の入手容易性や調製のしやすさ、取扱性などの観点から、低揮発性有機溶剤の20℃における蒸気圧pLは、好ましくは5Pa以下、より好ましくは0.1~5Pa、さらに好ましくは0.5~5Paである。また、高揮発性有機溶剤の20℃における蒸気圧pHは、好ましくは6Pa超、より好ましくは10Pa以上、さらに好ましくは15~10000Pa、より好ましくは15~5000Paである。
ちなみに、フラックスが3種以上の有機溶剤を含む場合、各有機溶剤が低揮発性有機溶剤と高揮発性有機溶剤のどちらに該当するか、また、この場合にpH-pLの値をどのように判断するか、について、以下に記載しておく。
(i)まず、20℃における蒸気圧が5Pa超のものを高揮発性有機溶剤と、5Pa以下のものを低揮発性有機溶剤と判別する。
(ii)上記(i)で判別した全ての高揮発性有機溶剤と低揮発性有機溶剤の組み合わせで、蒸気圧差を算出する。そして、算出された数値の全てが5Pa以上である場合のみ、 pH-pLの値が5Pa以上に該当するとみなす。
例えば、20℃における蒸気圧が5Pa超の有機溶剤3種(有機溶剤1,2および3)と、20℃における蒸気圧が5Pa以下の低揮発性有機溶剤1種(有機溶剤4)をフラックスが含む場合、有機溶剤1-有機溶剤4、有機溶剤2-有機溶剤4、有機溶剤1-有機溶剤4の個別での蒸気圧差3つ全てが5Pa以上の場合、pH-pLの値が5Pa以上であるとみなす。
(i)まず、20℃における蒸気圧が5Pa超のものを高揮発性有機溶剤と、5Pa以下のものを低揮発性有機溶剤と判別する。
(ii)上記(i)で判別した全ての高揮発性有機溶剤と低揮発性有機溶剤の組み合わせで、蒸気圧差を算出する。そして、算出された数値の全てが5Pa以上である場合のみ、 pH-pLの値が5Pa以上に該当するとみなす。
例えば、20℃における蒸気圧が5Pa超の有機溶剤3種(有機溶剤1,2および3)と、20℃における蒸気圧が5Pa以下の低揮発性有機溶剤1種(有機溶剤4)をフラックスが含む場合、有機溶剤1-有機溶剤4、有機溶剤2-有機溶剤4、有機溶剤1-有機溶剤4の個別での蒸気圧差3つ全てが5Pa以上の場合、pH-pLの値が5Pa以上であるとみなす。
有機溶剤の量は、フラックス全体を基準(100質量%)として、例えば30~95質量%、好ましくは30~90質量%、さらに好ましくは30~80質量%である。
また、有機溶剤が、低揮発性有機溶剤と高揮発性有機溶剤とを含む場合、これらの比率は、質量比で、例えば、低揮発性有機溶剤:高揮発性有機溶剤=5:95~95:5、好ましくは、低揮発性有機溶剤:高揮発性有機溶剤=10:90~90:10、より好ましくは、低揮発性有機溶剤:高揮発性有機溶剤=20:80~80:20である。
また、有機溶剤が、低揮発性有機溶剤と高揮発性有機溶剤とを含む場合、これらの比率は、質量比で、例えば、低揮発性有機溶剤:高揮発性有機溶剤=5:95~95:5、好ましくは、低揮発性有機溶剤:高揮発性有機溶剤=10:90~90:10、より好ましくは、低揮発性有機溶剤:高揮発性有機溶剤=20:80~80:20である。
(フラックスの粘度)
フラックスの電極への塗布性の点で、本実施形態のフラックスの粘度は適切に調整されることが好ましい。粘度は、上述の低揮発性有機溶剤や高揮発性有機溶剤の、種類や量比を変えることにより調整可能である。
フラックスの電極への塗布性の点で、本実施形態のフラックスの粘度は適切に調整されることが好ましい。粘度は、上述の低揮発性有機溶剤や高揮発性有機溶剤の、種類や量比を変えることにより調整可能である。
一例として、本実施形態のフラックスの、B型粘度計を用いて、20℃、回転数12rpm、ローターM2の条件で測定される粘度は、好ましくは2500mPa・s以下である。これの下限は、例えば250mPa・s以上である。
別の例として、本実施形態のフラックスの、B型粘度計を用いて、20℃、回転数30rpm、ローターL/Adpの条件で測定される粘度は、好ましくは20mPa・s以下である。これの下限は、例えば2mPa・s以上である。
さらに別の例として、本実施形態のフラックスの、B型粘度計を用いて、20℃、回転数30rpm、ローターM2の条件で測定される粘度は、好ましくは1000mPa・s以下である。これの下限は、例えば100mPa・s以上である。
(適切な粘度測定のためには、測定条件、特に回転数およびローターの選択が重要である。そのため、上記では、異なる3つの測定条件での粘度の好適範囲を記載した。)
別の例として、本実施形態のフラックスの、B型粘度計を用いて、20℃、回転数30rpm、ローターL/Adpの条件で測定される粘度は、好ましくは20mPa・s以下である。これの下限は、例えば2mPa・s以上である。
さらに別の例として、本実施形態のフラックスの、B型粘度計を用いて、20℃、回転数30rpm、ローターM2の条件で測定される粘度は、好ましくは1000mPa・s以下である。これの下限は、例えば100mPa・s以上である。
(適切な粘度測定のためには、測定条件、特に回転数およびローターの選択が重要である。そのため、上記では、異なる3つの測定条件での粘度の好適範囲を記載した。)
粘度が最適化されることにより、良好な塗布性を得つつ、塗布後においては良好な仮固定性を得ることができる。
(その他添加成分)
本実施形態のフラックスは、有機酸、アミン、界面活性剤、ハロゲン化物(有機ハロゲン化合物、アミンハロゲン化水素酸塩)などのうち1または2以上の添加成分を含んでもよいし、含まなくても(含有量0%でも)よい。これらは、活性剤として、はんだ付け性向上に寄与しうる。
本実施形態のフラックスは、有機酸、アミン、界面活性剤、ハロゲン化物(有機ハロゲン化合物、アミンハロゲン化水素酸塩)などのうち1または2以上の添加成分を含んでもよいし、含まなくても(含有量0%でも)よい。これらは、活性剤として、はんだ付け性向上に寄与しうる。
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、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、フェニルコハク酸、フタル酸、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、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、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、リノレン酸等が挙げられる。
また、有機酸としては、ダイマー酸、トリマー酸、ダイマー酸に水素を添加した水添物である水添ダイマー酸、トリマー酸に水素を添加した水添物である水添トリマー酸なども挙げられる。
例えば、オレイン酸とリノール酸の反応物であるダイマー酸、オレイン酸とリノール酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸の反応物であるトリマー酸、メタクリル酸の反応物であるダイマー酸、メタクリル酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸とメタクリル酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸とメタクリル酸の反応物であるトリマー酸、オレイン酸の反応物であるダイマー酸、オレイン酸の反応物であるトリマー酸、リノール酸の反応物であるダイマー酸、リノール酸の反応物であるトリマー酸、リノレン酸の反応物であるダイマー酸、リノレン酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸とオレイン酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸とオレイン酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸とリノール酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸とリノール酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸とリノレン酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸とリノレン酸の反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とオレイン酸の反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とオレイン酸の反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とリノール酸の反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とリノール酸の反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とリノレン酸の反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とリノレン酸の反応物であるトリマー酸、オレイン酸とリノレン酸の反応物であるダイマー酸、オレイン酸とリノレン酸の反応物であるトリマー酸、リノール酸とリノレン酸の反応物であるダイマー酸、リノール酸とリノレン酸の反応物であるトリマー酸、上述した各ダイマー酸の水添物である水添ダイマー酸、上述した各トリマー酸の水添物である水添トリマー酸等が挙げられる。
例えば、オレイン酸とリノール酸の反応物であるダイマー酸、オレイン酸とリノール酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸の反応物であるトリマー酸、メタクリル酸の反応物であるダイマー酸、メタクリル酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸とメタクリル酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸とメタクリル酸の反応物であるトリマー酸、オレイン酸の反応物であるダイマー酸、オレイン酸の反応物であるトリマー酸、リノール酸の反応物であるダイマー酸、リノール酸の反応物であるトリマー酸、リノレン酸の反応物であるダイマー酸、リノレン酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸とオレイン酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸とオレイン酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸とリノール酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸とリノール酸の反応物であるトリマー酸、アクリル酸とリノレン酸の反応物であるダイマー酸、アクリル酸とリノレン酸の反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とオレイン酸の反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とオレイン酸の反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とリノール酸の反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とリノール酸の反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とリノレン酸の反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とリノレン酸の反応物であるトリマー酸、オレイン酸とリノレン酸の反応物であるダイマー酸、オレイン酸とリノレン酸の反応物であるトリマー酸、リノール酸とリノレン酸の反応物であるダイマー酸、リノール酸とリノレン酸の反応物であるトリマー酸、上述した各ダイマー酸の水添物である水添ダイマー酸、上述した各トリマー酸の水添物である水添トリマー酸等が挙げられる。
有機酸を用いる場合、1のみの有機酸を用いてもよいし、2以上の有機酸を併用してもよい。
有機酸を用いる場合、その量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば0質量%超10質量%以下、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.05~5質量%である。
有機酸を用いる場合、その量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば0質量%超10質量%以下、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.05~5質量%である。
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、ジトリルグアニジン、エチルアミン、トリエチルアミン、シクロヘキシルアミン、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。
アミンを用いる場合、1のみのアミンを用いてもよいし、2以上のアミンを併用してもよい。
アミンを用いる場合、その量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば0質量%超10質量%以下、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.05~5質量%である。
アミンを用いる場合、その量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば0質量%超10質量%以下、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.05~5質量%である。
有機ハロゲン化合物としては、trans-2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-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-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、イソシアヌル酸トリス(2,3-ジブロモプロピル)、無水クロレンド酸等が挙げられる。
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、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、トリエチルアミン、ジフェニルグアニジン、ジトリルグアニジン、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る。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よく、ホウフッ化物としてホウフッ化水素酸等が挙げられる。
アミンハロゲン化水素酸塩としては、アニリン塩化水素、シクロヘキシルアミン塩化水素、アニリン臭化水素、ジフェニルグアニジン臭化水素、ジトリルグアニジン臭化水素、エチルアミ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、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、トリエチルアミン、ジフェニルグアニジン、ジトリルグアニジン、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る。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よく、ホウフッ化物としてホウフッ化水素酸等が挙げられる。
アミンハロゲン化水素酸塩としては、アニリン塩化水素、シクロヘキシルアミン塩化水素、アニリン臭化水素、ジフェニルグアニジン臭化水素、ジトリルグアニジン臭化水素、エチルアミン臭化水素等が挙げられる。
ハロゲン化物を用いる場合、1のみのハロゲン化物を用いてもよいし、2以上のハロゲン化物を併用してもよい。
ハロゲン化物を用いる場合、その量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば0質量%超10質量%以下、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.05~5質量%である。
ハロゲン化物を用いる場合、その量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば0質量%超10質量%以下、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.05~5質量%である。
界面活性剤には、カチオン性、アニオン性、両性、ノニオン性などの種々のものがあり、仮固定性を過度に損なわない限り任意の界面活性剤を用いることができる。
好ましい界面活性剤の一例として、フッ素系界面活性剤を挙げることができる。フッ素系界面活性剤の例としては、AGC社製「サーフロン」シリーズ、スリーエム社製「フロラード」シリーズ、DIC社製「メガファック」シリーズなどが挙げられる。
好ましい界面活性剤の別の例として、アクリル系界面活性剤を挙げることができる。アクリル系界面活性剤の例としては、共栄社化学株式会社製「ポリフロー」シリーズなどが挙げられる。
好ましい界面活性剤のさらに別の例として、ポリエーテル系界面活性剤を挙げることができる。ポリエーテル系界面活性剤の例としては、日本乳化剤株式会社製「ニューコール」シリーズなどが挙げられる。
好ましい界面活性剤の一例として、フッ素系界面活性剤を挙げることができる。フッ素系界面活性剤の例としては、AGC社製「サーフロン」シリーズ、スリーエム社製「フロラード」シリーズ、DIC社製「メガファック」シリーズなどが挙げられる。
好ましい界面活性剤の別の例として、アクリル系界面活性剤を挙げることができる。アクリル系界面活性剤の例としては、共栄社化学株式会社製「ポリフロー」シリーズなどが挙げられる。
好ましい界面活性剤のさらに別の例として、ポリエーテル系界面活性剤を挙げることができる。ポリエーテル系界面活性剤の例としては、日本乳化剤株式会社製「ニューコール」シリーズなどが挙げられる。
界面活性剤を用いる場合、1のみの界面活性剤を用いてもよいし、2以上の界面活性剤を併用してもよい。
界面活性剤を用いる場合、その量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば0質量%超5質量%以下、好ましくは0.01~3質量%、より好ましくは0.05~2質量%である。
界面活性剤を用いる場合、その量は、有機溶剤を含むフラックス全体を基準(100質量%)として、例えば0質量%超5質量%以下、好ましくは0.01~3質量%、より好ましくは0.05~2質量%である。
<フラックスの使用法/電子デバイスの製造方法>
本実施形態のフラックスを用いて、電子デバイスを製造することができる。
本実施形態のフラックスを用いて、電子デバイスを製造することができる。
例えば、
電極上に上述したフラックスを塗布する塗布工程と、
フラックスを塗布した上記電極上に、プリフォームはんだまたは電子部品を仮固定する仮固定工程と、
上記電極を加熱し、前記プリフォームはんだまたは電子部品を上記電極と接合する接合工程と、
を含む一連の工程により、電子デバイスを製造することができる。
電極上に上述したフラックスを塗布する塗布工程と、
フラックスを塗布した上記電極上に、プリフォームはんだまたは電子部品を仮固定する仮固定工程と、
上記電極を加熱し、前記プリフォームはんだまたは電子部品を上記電極と接合する接合工程と、
を含む一連の工程により、電子デバイスを製造することができる。
上記各工程、および、その他の任意工程について、図を参照しつつ説明する。
(塗布工程(図1(a)、図1(b))
塗布工程においては、例えば、電極が設けられた基板1(電極は不図示)の、少なくとも電極上に、フラックスを塗布する。これにより、フラックスの塗膜3を設ける。
塗布工程においては、例えば、電極が設けられた基板1(電極は不図示)の、少なくとも電極上に、フラックスを塗布する。これにより、フラックスの塗膜3を設ける。
基板1としては、プリント配線基板などを挙げることができる。電極を構成する材料は、はんだと接合可能なものである限り任意のものであることができる。電極は、通常、銅または銅合金で構成される。
電極上には、予め、はんだめっきがされていてもよい。この場合、後述の仮固定工程においては、プリフォームはんだではなく電子部品を仮固定する。
電極上には、予め、はんだめっきがされていてもよい。この場合、後述の仮固定工程においては、プリフォームはんだではなく電子部品を仮固定する。
フラックスの塗膜3は、少なくとも、基板1における電極部分に設けられればよい。または、フラックスの塗膜3は、基板1における電極部分とそれ以外の部分との両方に設けられてもよい。要は、仮固定工程においてプリフォームはんだまたは電子部品を仮固定したい部分にフラックスが塗布されればよい。図1(b)においては、基板1の片面全体にフラックスの塗膜3が設けられている。
フラックスの塗膜3の厚みは、仮固定工程においてプリフォームはんだまたは電子部品が十分に強く仮固定される限り特に限定されない。フラックスの塗膜3の厚みは、典型的には1~300nm、好ましくは5~250μmである。
フラックスの塗膜3の形成方法は、特に限定されない。典型的には、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷等の印刷法、スリットコート法などによりフラックスの塗膜3を形成することができる。刷毛を用いてフラックスの塗膜3を形成してもよい。また、スプレーフラクサーや発泡式フラクサーなどを用いてもよい。
フラックスを基板上に塗布した後、有機溶剤を適度に乾燥させることが好ましい。つまり、塗布工程と仮固定工程との間には、乾燥工程があることが好ましい。乾燥工程により、塗布されたフラックス中の有機溶剤の一部、具体的には高揮発性有機溶剤を乾燥させることが好ましい。
乾燥工程は、室温で行われてもよいし、加熱することにより行われてもよい。また、減圧によりフラックス中の有機溶剤の乾燥を促してもよい。加熱する場合、加熱条件は、例えば40~100℃で1~20分程度とすることができる。
乾燥工程は、室温で行われてもよいし、加熱することにより行われてもよい。また、減圧によりフラックス中の有機溶剤の乾燥を促してもよい。加熱する場合、加熱条件は、例えば40~100℃で1~20分程度とすることができる。
(仮固定工程(図1(c))
仮固定工程においては、フラックスが塗布された基板(電極)上に、プリフォームはんだまたは電子部品5を置いて、仮固定する。
プリフォームはんだを仮固定する場合、その形状、大きさなどは特に限定されず、基板上にある電極の形状や大きさに応じて適宜選択すればよい。プリフォームはんだの形状は、例えば、リボン形状、スクエア形状、ディスク形状、ワッシャ形状、チップ形状、リング形状、カラム形状、ボール形状またはワイヤ形状であってもよい。また、プリフォームはんだの合金組成も特に限定されず、種々の目的に応じて適当な合金組成を選択すればよい。
電子部品を仮固定する場合、電子部品にはんだをはんだ付けしておくか、または、付着させておくことが好ましい。ただし、基板(電極)上に予めはんだをめっきしておいた場合には、必ずしも、電子部品にはんだをはんだ付けまたは付着させておかなくてもよい。
仮固定工程においては、フラックスが塗布された基板(電極)上に、プリフォームはんだまたは電子部品5を置いて、仮固定する。
プリフォームはんだを仮固定する場合、その形状、大きさなどは特に限定されず、基板上にある電極の形状や大きさに応じて適宜選択すればよい。プリフォームはんだの形状は、例えば、リボン形状、スクエア形状、ディスク形状、ワッシャ形状、チップ形状、リング形状、カラム形状、ボール形状またはワイヤ形状であってもよい。また、プリフォームはんだの合金組成も特に限定されず、種々の目的に応じて適当な合金組成を選択すればよい。
電子部品を仮固定する場合、電子部品にはんだをはんだ付けしておくか、または、付着させておくことが好ましい。ただし、基板(電極)上に予めはんだをめっきしておいた場合には、必ずしも、電子部品にはんだをはんだ付けまたは付着させておかなくてもよい。
(接合工程)
接合工程においては、基板(電極)を加熱し、プリフォームはんだまたは電子部品5を電極と接合する。接合工程は、例えば、リフロー炉を用いてはんだを溶融させることにより行うことができる。
接合工程においては、基板(電極)を加熱し、プリフォームはんだまたは電子部品5を電極と接合する。接合工程は、例えば、リフロー炉を用いてはんだを溶融させることにより行うことができる。
工業的な電子デバイスの製造においては、工程間で基板を搬送することが必要な場合がある。本実施形態においては、仮固定工程と接合工程の間で電子部品がズレにくいため、仮固定工程と接合工程の間で電極(基板)が搬送されたとしても、位置精度良好なはんだ付けを行うことができる。
[手順1]のようにして測定されるタック力Tが50gf以上となるフラックスは、基板上に塗布されてから、ある程度長い時間、プリフォームはんだ等の仮固定能を維持する(塗布後、ある程度長い時間が経過しても、比較的大きなタック力を示す)。この性質は、工業的な電子デバイスの製造において好ましい性質である。なぜならば、電子デバイスの製造においては、流れ作業の都合上、フラックス等を基板に塗布してからプリフォームはんだ等を基板に仮固定するまでの間にある程度の時間が空くことが多いためである。
また、[手順2]のようにして測定されるタック力Tが50gf以上となるフラックスは、各工程において条件変動(温度、時間などの変動)があったとしても仮固定能が変化しにくい。この性質は、条件変動がつきまとう電子デバイスの製造において好ましい性質である。
[手順1]のようにして測定されるタック力Tが50gf以上となるフラックスは、基板上に塗布されてから、ある程度長い時間、プリフォームはんだ等の仮固定能を維持する(塗布後、ある程度長い時間が経過しても、比較的大きなタック力を示す)。この性質は、工業的な電子デバイスの製造において好ましい性質である。なぜならば、電子デバイスの製造においては、流れ作業の都合上、フラックス等を基板に塗布してからプリフォームはんだ等を基板に仮固定するまでの間にある程度の時間が空くことが多いためである。
また、[手順2]のようにして測定されるタック力Tが50gf以上となるフラックスは、各工程において条件変動(温度、時間などの変動)があったとしても仮固定能が変化しにくい。この性質は、条件変動がつきまとう電子デバイスの製造において好ましい性質である。
(各工程間の時間)
各工程間の時間について、念のため補足しておく。
塗布工程と仮固定工程との間の時間は、例えば30秒~200分、具体的には1分~120分である。本実施形態においては、タック力Tが50gf以上であり、タック力T'が50gf以上であるフラックスを用いることにより、塗布工程と仮固定工程との間の時間がある程度長くても、プリフォームはんだ等を十分に強く仮固定することができる。
また、仮固定工程と接合工程との間の時間は、例えば30秒~60分、具体的には1分~30分である。本実施形態においては、タック力Tが50gf以上であり、タック力T'が50gf以上であるフラックスを用いることにより、仮固定工程と接合工程との間の時間がある程度長くても、プリフォームはんだ等を十分に強く仮固定したままとすることができる。
各工程間の時間について、念のため補足しておく。
塗布工程と仮固定工程との間の時間は、例えば30秒~200分、具体的には1分~120分である。本実施形態においては、タック力Tが50gf以上であり、タック力T'が50gf以上であるフラックスを用いることにより、塗布工程と仮固定工程との間の時間がある程度長くても、プリフォームはんだ等を十分に強く仮固定することができる。
また、仮固定工程と接合工程との間の時間は、例えば30秒~60分、具体的には1分~30分である。本実施形態においては、タック力Tが50gf以上であり、タック力T'が50gf以上であるフラックスを用いることにより、仮固定工程と接合工程との間の時間がある程度長くても、プリフォームはんだ等を十分に強く仮固定したままとすることができる。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。念のため述べておくと、本発明は実施例のみに限定されない。
<フラックスの調製>
以下の各表に示される成分を均一に混合して、実施例1~6および比較例1~5のフラックスを調製した。各成分については商業的に入手可能なものを市場で購入して用いた。
各表において、配合量の単位は質量%を表す。
以下の各表に示される成分を均一に混合して、実施例1~6および比較例1~5のフラックスを調製した。各成分については商業的に入手可能なものを市場で購入して用いた。
各表において、配合量の単位は質量%を表す。
また、参考のため、実施例/比較例で用いた有機溶剤の、20℃における蒸気圧を下表に示す。
<物性測定>
(タック力Tの測定)
前述の[手順1]の(1)~(3)に沿って、各フラックスのタック力Tを測定した。
(タック力Tの測定)
前述の[手順1]の(1)~(3)に沿って、各フラックスのタック力Tを測定した。
[手順1]の(1)~(3)について補足情報を記載しておく。
・NiメッキされたAlプレートとしては、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが少なくとも5つ設けられたものを用いた。そして、5つのくぼみそれぞれでタック力を測定し、その加算平均値をタック力Tとして採用した。
・(1)における塗布方法:少し多めの量のフラックスをくぼみに塗布し、その後、ヘラをプレートに接触させた状態でスライドさせて、余分なフラックスを取り除いた。このようにして、2.45πmm3(πは円周率)にできるだけ近い量のフラックスがくぼみに入るようにした。
・タック力の測定は、JIS Z 3284-3に準拠して、Malcom社製のタッキネステスター(型番:TK-1)を用い、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件の定圧侵入方式で行った。タッキネステスターのプローブの素材はSUS(ステンレス)、直径は5.1mmであった。
・タック力の測定は、25℃、50%RHの条件下で行った。
・NiメッキされたAlプレートとしては、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが少なくとも5つ設けられたものを用いた。そして、5つのくぼみそれぞれでタック力を測定し、その加算平均値をタック力Tとして採用した。
・(1)における塗布方法:少し多めの量のフラックスをくぼみに塗布し、その後、ヘラをプレートに接触させた状態でスライドさせて、余分なフラックスを取り除いた。このようにして、2.45πmm3(πは円周率)にできるだけ近い量のフラックスがくぼみに入るようにした。
・タック力の測定は、JIS Z 3284-3に準拠して、Malcom社製のタッキネステスター(型番:TK-1)を用い、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件の定圧侵入方式で行った。タッキネステスターのプローブの素材はSUS(ステンレス)、直径は5.1mmであった。
・タック力の測定は、25℃、50%RHの条件下で行った。
(タック力T'の測定)
[手順1]の(2)における「100℃で1分間加熱処理」を「100℃で3分間加熱処理」に変えて、タック力T'を測定した。
[手順1]の(2)における「100℃で1分間加熱処理」を「100℃で3分間加熱処理」に変えて、タック力T'を測定した。
(粘度の測定)
東機産業社製のB型粘度計、型番:TVB-15を用い、各実施例・比較例のフラックスについて、以下の条件で粘度を測定した。
実施例1、比較例1、2、5・・・回転数:30rpm、ローター:L/Adp(No.19)
比較例3、4・・・回転数:60rpm、ローター:L/Adp(No.19)
実施例2・・・回転数:12rpm、ローター:M2(No.21)
実施例3、4、5、6・・・回転数:30rpm、ローター:M2(No.21)
東機産業社製のB型粘度計、型番:TVB-15を用い、各実施例・比較例のフラックスについて、以下の条件で粘度を測定した。
実施例1、比較例1、2、5・・・回転数:30rpm、ローター:L/Adp(No.19)
比較例3、4・・・回転数:60rpm、ローター:L/Adp(No.19)
実施例2・・・回転数:12rpm、ローター:M2(No.21)
実施例3、4、5、6・・・回転数:30rpm、ローター:M2(No.21)
<性能評価>
(プリフォームはんだ(はんだペレット)の仮固定性、および、塗布性)
以下手順により評価した。
(1)縦50mm×横50mm×厚さ0.3mmの銅板の片面全面に、75±15mgのフラックスを、刷毛で塗布した。
(2)(1)でフラックスが塗布された銅板を、50℃のホットプレートで10分間加熱した。(これにより、フラックス中の高揮発性有機溶剤を揮発させた。)
(3)室温まで放冷後、銅板のフラックスが塗布された面上に、はんだペレット(縦2mm×横2mm、厚み100μm、組成:3.0質量%Sn-1.0質量%Ag-残部Pb)5個を、ピンセットを用いて静かに置いた。
(4)1分間放置後、図2に示すように、垂直にした銅板を150mmの高さから落下させて衝撃を加えた。落下は3回繰り返した。銅板を落下させる際の銅板の向きは「垂直」とした(図2も参照されたい)。
(5)(4)の後、銅板上のペレットのズレを確認した。3回の落下を経ても5個全てのペレットの位置がズレずに仮固定されたままであった場合を仮固定性「良好」、1~3回目の落下において5個のペレットのうち1つでもズレたり取れたりした場合を仮固定性「不良」とした。
(6)また、上記(1)において、刷毛で特に問題なくフラックスを十分均一に塗布できたものを、塗布性「良好」とした。
(プリフォームはんだ(はんだペレット)の仮固定性、および、塗布性)
以下手順により評価した。
(1)縦50mm×横50mm×厚さ0.3mmの銅板の片面全面に、75±15mgのフラックスを、刷毛で塗布した。
(2)(1)でフラックスが塗布された銅板を、50℃のホットプレートで10分間加熱した。(これにより、フラックス中の高揮発性有機溶剤を揮発させた。)
(3)室温まで放冷後、銅板のフラックスが塗布された面上に、はんだペレット(縦2mm×横2mm、厚み100μm、組成:3.0質量%Sn-1.0質量%Ag-残部Pb)5個を、ピンセットを用いて静かに置いた。
(4)1分間放置後、図2に示すように、垂直にした銅板を150mmの高さから落下させて衝撃を加えた。落下は3回繰り返した。銅板を落下させる際の銅板の向きは「垂直」とした(図2も参照されたい)。
(5)(4)の後、銅板上のペレットのズレを確認した。3回の落下を経ても5個全てのペレットの位置がズレずに仮固定されたままであった場合を仮固定性「良好」、1~3回目の落下において5個のペレットのうち1つでもズレたり取れたりした場合を仮固定性「不良」とした。
(6)また、上記(1)において、刷毛で特に問題なくフラックスを十分均一に塗布できたものを、塗布性「良好」とした。
(プロセス変動に対する仮固定性の安定性)
上記(1)~(5)の仮固定性の評価において、(2)の「50℃のホットプレートで10分間加熱」を「50℃のホットプレートで30分間加熱」に変えて、プリフォームはんだ(はんだペレット)の仮固定性を評価した。
「50℃のホットプレートで10分間加熱」と「50℃のホットプレートで30分間加熱」の両方で仮固定性が良好であれば、評価したフラックスは、電子デバイスの製造においてプロセス条件の変動があっても安定した仮固定性を示すと言える。
上記(1)~(5)の仮固定性の評価において、(2)の「50℃のホットプレートで10分間加熱」を「50℃のホットプレートで30分間加熱」に変えて、プリフォームはんだ(はんだペレット)の仮固定性を評価した。
「50℃のホットプレートで10分間加熱」と「50℃のホットプレートで30分間加熱」の両方で仮固定性が良好であれば、評価したフラックスは、電子デバイスの製造においてプロセス条件の変動があっても安定した仮固定性を示すと言える。
(はんだ付け性)
JIS Z 3197:2012の8.3.1.1に記載の方法にて評価した。ただし、試験片は銅板(酸化処理なし)を使用した点は、JIS記載の条件から変更した。
広がり率が50%以上であった場合を良好とした。
JIS Z 3197:2012の8.3.1.1に記載の方法にて評価した。ただし、試験片は銅板(酸化処理なし)を使用した点は、JIS記載の条件から変更した。
広がり率が50%以上であった場合を良好とした。
各種情報をまとめて表10および11に示す。
ちなみに、実施例6のフラックスは、3種の有機溶剤を含んでいる。よって、前述の手順に従って、全ての高揮発性有機溶剤と低揮発性有機溶剤の組み合わせで蒸気圧差を算出した。そして、算出された各値を表11に記載した。
ちなみに、実施例6のフラックスは、3種の有機溶剤を含んでいる。よって、前述の手順に従って、全ての高揮発性有機溶剤と低揮発性有機溶剤の組み合わせで蒸気圧差を算出した。そして、算出された各値を表11に記載した。
表11に示されるように、手順1で測定したタック力Tが50gf以上であり、手順2で測定したタック力T'が50gf以上である実施例1~6のフラックスを用いることで、はんだペレットを銅板(電極)に良好に仮固定することができた。また、実施例1~6のフラックスは、電子デバイス製造におけるプロセス変動に対して安定した仮固定性を示した。さらに、実施例1~6のフラックスの、はんだ付け性の評価結果は良好であった。
なお、実施例1~6のフラックスの塗布性は良好であった。
一方、表12に示されるように、手順1で測定したタック力Tが50gf未満である、かつ/または、手順2で測定したタック力T'が50gf未満である比較例1~6のフラックスを用いても、はんだペレットを銅板(電極)に十分強く仮固定することはできなかった。特に、比較例5および6に示されるとおり、手順1で測定したタック力Tが50gf以上であっても、手順2で測定したタック力T'が50gf未満であった場合、プロセス変動に対する仮固定性の安定性の評価結果は芳しくなかった。
なお、実施例1~6のフラックスの塗布性は良好であった。
一方、表12に示されるように、手順1で測定したタック力Tが50gf未満である、かつ/または、手順2で測定したタック力T'が50gf未満である比較例1~6のフラックスを用いても、はんだペレットを銅板(電極)に十分強く仮固定することはできなかった。特に、比較例5および6に示されるとおり、手順1で測定したタック力Tが50gf以上であっても、手順2で測定したタック力T'が50gf未満であった場合、プロセス変動に対する仮固定性の安定性の評価結果は芳しくなかった。
<追加評価:スピンコート法による均一塗布>
実施例5のフラックスについて、刷毛塗りだけでなくスピンコート法によってもフラックスを十分均一に塗布できることを示すため、以下の評価を追加で行った。
実施例5のフラックスについて、刷毛塗りだけでなくスピンコート法によってもフラックスを十分均一に塗布できることを示すため、以下の評価を追加で行った。
材質:ガラス、サイズ:50mm×50mm、厚み:0.7mmのガラス基板を準備した。このガラス基板の片面に、アクティブ社製のスピンコーター:ACT-400AIIを用いて、下記のスピンコート条件で、実施例6のフラックスを塗布した。
スピンコート条件:回転数300rpmで3sec、その後、回転数3000rpmで30sec
スピンコート条件:回転数300rpmで3sec、その後、回転数3000rpmで30sec
フラックスを塗布したガラス基板を、40℃のホットプレートで20分間加熱した(これにより、フラックス中の高揮発性有機溶剤を揮発させた)。そして、室温まで放冷した。このようにしてガラス基板上に形成されたフラックスの塗布膜の均一性を、光学顕微鏡を用いて、倍率500倍で観察した。
観察の結果、塗布膜は十分に均一であり、目立った凹凸や膜厚の不均一性は認められなかった。
参考までに、上記スピンコートで得られた塗布膜の写真を図3に、仮固定用途への適用を意図していない従来のフラックスをガラス基板にスピンコートして得られた塗布膜の写真を図4に示しておく。図4に示される塗布膜(明らかに不均一である)に比べて図3に示される塗布膜は極めて均一である。
観察の結果、塗布膜は十分に均一であり、目立った凹凸や膜厚の不均一性は認められなかった。
参考までに、上記スピンコートで得られた塗布膜の写真を図3に、仮固定用途への適用を意図していない従来のフラックスをガラス基板にスピンコートして得られた塗布膜の写真を図4に示しておく。図4に示される塗布膜(明らかに不均一である)に比べて図3に示される塗布膜は極めて均一である。
<参考形態>
本明細書では、主に、手順1で測定したタック力Tが50gf以上であり、手順2で測定したタック力T'が50gf以上であるフラックスについて説明した。
一方、電子デバイスの製造におけるプロセス条件の変動に対する安定した仮固定性を必ずしも考慮しないのであれば、少なくとも手順1で測定したタック力Tが50gf以上であればよい(プリフォームはんだや電子部品の仮固定を好ましく行いうる)と考えられる。この場合のフラックスは以下のように表現される。
「ロジン化合物と、2種以上の有機溶剤と、を含み、はんだ合金を含まず、はんだ合金を含まない形で基板上に塗布して用いるフラックスであって、
以下の手順1で測定した当該フラックスのタック力Tが50gf以上であるフラックス。
[手順1]
(1)少なくとも一方の面に、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが設けられた、NiメッキされたAlプレートの前記一方の面に、前記くぼみがちょうど埋まる量のフラックスを塗布する。
(2)フラックスが塗布された前記Alプレートを、100℃で1分間加熱処理する。
(3)加熱処理された前記Alプレートを室温まで放冷後、前記くぼみ内に存在するフラックスのタック力Tを、タッキネステスターを用いて、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件で測定する。」
本明細書では、主に、手順1で測定したタック力Tが50gf以上であり、手順2で測定したタック力T'が50gf以上であるフラックスについて説明した。
一方、電子デバイスの製造におけるプロセス条件の変動に対する安定した仮固定性を必ずしも考慮しないのであれば、少なくとも手順1で測定したタック力Tが50gf以上であればよい(プリフォームはんだや電子部品の仮固定を好ましく行いうる)と考えられる。この場合のフラックスは以下のように表現される。
「ロジン化合物と、2種以上の有機溶剤と、を含み、はんだ合金を含まず、はんだ合金を含まない形で基板上に塗布して用いるフラックスであって、
以下の手順1で測定した当該フラックスのタック力Tが50gf以上であるフラックス。
[手順1]
(1)少なくとも一方の面に、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが設けられた、NiメッキされたAlプレートの前記一方の面に、前記くぼみがちょうど埋まる量のフラックスを塗布する。
(2)フラックスが塗布された前記Alプレートを、100℃で1分間加熱処理する。
(3)加熱処理された前記Alプレートを室温まで放冷後、前記くぼみ内に存在するフラックスのタック力Tを、タッキネステスターを用いて、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件で測定する。」
1 基板
3 フラックスの塗膜
5 プリフォームはんだまたは電子部品
3 フラックスの塗膜
5 プリフォームはんだまたは電子部品
Claims (13)
- ロジン化合物と、2種以上の有機溶剤と、を含み、はんだ合金を含まず、はんだ合金を含まない形で基板上に塗布して用いるフラックスであって、
以下の手順1で測定した当該フラックスのタック力Tが50gf以上であり、
以下の手順2で測定した当該フラックスのタック力T'が50gf以上であるフラックス。
[手順1]
(1)少なくとも一方の面に、直径7mm、深さ0.2mmの円形のくぼみが設けられた、NiメッキされたAlプレートの前記一方の面に、前記くぼみがちょうど埋まる量のフラックスを塗布する。
(2)フラックスが塗布された前記Alプレートを、100℃で1分間加熱処理する。
(3)加熱処理された前記Alプレートを室温まで放冷後、前記くぼみ内に存在するフラックスのタック力Tを、タッキネステスターを用いて、プレスタイム:0.2sec、プレス圧:50gf、侵入速度:2.0mm/sec、引離速度:10mm/secの条件で測定する。
[手順2]
上記(2)における加熱処理の条件を、100℃で3分間に変更する以外は、[手順1]と同様の手順でタック力T'を測定する。 - 請求項1に記載のフラックスであって、
前記有機溶剤は、20℃における蒸気圧がpLである低揮発性有機溶剤と、20℃における蒸気圧がpH(ただし、pL<pH)である高揮発性有機溶剤とを少なくとも含み、
pH-pLの値が5Pa以上であるフラックス。 - 請求項2に記載のフラックスであって、
前記ロジン化合物と前記低揮発性有機溶剤の合計に対する、前記低揮発性有機溶剤の割合が5~50質量%であるフラックス。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のフラックスであって、
さらに、有機酸を含むフラックス。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載のフラックスであって、
さらに、アミン化合物を含むフラックス。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のフラックスであって、
さらに、界面活性剤を含むフラックス。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載のフラックスであって、
さらに、有機ハロゲン化合物およびアミンハロゲン化水素酸塩からなる群より選ばれる少なくともいずれかのハロゲン化物を含むフラックス。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載のフラックスであって、
B型粘度計を用いて、20℃、回転数12rpm、ローターM2の条件で測定される粘度が2500mPa・s以下であるフラックス。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載のフラックスであって、
プリフォームはんだまたは電子部品を基板に仮固定する用途に用いられるフラックス。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載のフラックスであって、
T'/Tの値が0.5~5であるフラックス。 - 基板上に請求項1~10のいずれか1項に記載のフラックスを塗布する塗布工程と、
前記フラックスを塗布した前記基板上に、プリフォームはんだまたは電子部品を仮固定する仮固定工程と、
前記基板を加熱し、前記プリフォームはんだまたは電子部品を前記基板と接合する接合工程と、
を含む電子デバイスの製造方法。 - 請求項11に記載の電子デバイスの製造方法であって、
前記基板上に設けられた前記フラックスの塗膜の厚みは、5~250μmである、電子デバイスの製造方法。 - 請求項11または12に記載の電子デバイスの製造方法であって、
前記塗布工程は、スピンコート、スプレー、印刷、スリットコートまたは刷毛のいずれか1つ以上の方法により行われる、電子デバイスの製造方法。
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