JP2023117164A - フラックス及びソルダペースト - Google Patents

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Yo Yamada
勝司 中村
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Yuji Kawamata
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Abstract

【課題】ボイドの発生を抑制することができるとともに、加熱だれを抑制することができる水溶性フラックス及びソルダペーストを提供する。【解決手段】糖アルコールと、アミンポリオキシアルキレン付加体と、溶剤(S)と、を含有する、水溶性フラックス。【選択図】なし

Description

本発明は、フラックス及びソルダペーストに関する。
基板に対する部品の固定、及び、基板に対する部品の電気的な接続は、一般に、はんだ付けにより行われる。はんだ付けにおいては、フラックス、はんだ粉末、並びに、フラックス及びはんだ粉末を混合したソルダペーストが用いられる。
フラックスは、はんだ付けの対象となる接合対象物の金属表面及びはんだ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、両者の間に金属間化合物が形成されるようになり、強固な接合が得られる。
ソルダペーストを使用したはんだ付けでは、まず、基板にソルダペーストが印刷された後、部品が搭載され、リフロー炉と称される加熱炉で、部品が搭載された基板が加熱される。これにより、ソルダペーストに含まれるはんだ粉末は溶融し、部品が基板に対してはんだ付けされる。
はんだ付けに用いられるフラックスには、一般に、樹脂成分、溶剤、活性剤、チキソ剤等が含まれる。従来、フラックスにおける樹脂成分としては、電気絶縁性、耐湿性等に優れたロジンが用いられている。ロジンを含むフラックスは、はんだ付け後の洗浄に有機溶媒を要することから、安全面、環境面等で問題を生じる場合があった。そのため、はんだ付け後のフラックスを水で容易に洗浄することのできる水溶性フラックスが求められていた。
特許文献1には、有機酸ポリグリセロールエステルと、チキソ剤と、特定のSP値をもつ溶剤とを含有するフラックスが記載されている。特許文献1に記載のフラックスによれば、はんだ付け後の水による洗浄性がより高められるとされる。
特開2016-43398号公報
リフロー炉では、予備加熱の後に、はんだ合金粉末を溶融させるための本加熱が行われる。基板に印刷されたソルダペーストは、予備加熱の際に軟化し、加熱だれを生じる場合がある。加熱だれは、はんだボールやはんだブリッジ等の実装不良の原因となる。
また、リフロー処理においては、フラックスに含まれる水分や、ガス化したフラックス等が、接合部にボイドを形成する場合がある。ボイドは、はんだ付けにより実装された部品の信頼性を低下させる。
これに対し、特許文献1に記載されたフラックスを用いたソルダペーストでは、加熱だれやボイドの発生を抑制することが難しい。
そこで、本発明は、ボイドの発生を抑制することができるとともに、加熱だれを抑制することができる水溶性フラックス及びソルダペーストを提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を含む。
本発明の第1の態様は、糖アルコールと、アミンポリオキシアルキレン付加体と、溶剤(S)と、を含有する、水溶性フラックスである。
前記第1の態様にかかる水溶性フラックスにおいて、前記糖アルコールは、下記一般式(1)で表される化合物を含むことが好ましい。
Figure 2023117164000001
[式(1)中、nは、正の整数を表す。]
前記第1の態様にかかる水溶性フラックスにおいて、前記アミンポリオキシアルキレン付加体は、末端ジアミンポリアルキレングリコール及び脂肪族アミンポリオキシアルキレン付加体からなる群より選択される一種以上を含むことが好ましい。
前記第1の態様にかかる水溶性フラックスは、更に、有機酸を含有することが好ましい。
前記第1の態様にかかる水溶性フラックスにおいて、前記有機酸は、ヒドロキシカルボン酸を含むことが好ましい。
前記第1の態様にかかる水溶性フラックスにおいて、前記溶剤(S)は、沸点が250℃超の第1の溶剤(S1)を含むことが好ましい。
前記第1の態様にかかる水溶性フラックスにおいて、前記溶剤(S)は、更に、沸点が250℃以下である第2の溶剤(S2)を含むことが好ましい。
前記第1の態様にかかる水溶性フラックスは、更に、アミノアルコールを含有することが好ましい。
本発明の第2の態様は、はんだ合金粉末と、前記第1の態様にかかる水溶性フラックスと、を含有する、ソルダペーストである。
本発明によれば、ボイドの発生を抑制することができるとともに、加熱だれを抑制することができる水溶性フラックス及びソルダペーストを提供することができる。
(フラックス)
本実施形態にかかる水溶性フラックスは、糖アルコールと、アミンポリオキシアルキレン付加体と、溶剤(S)と、を含有する。
本明細書において、水溶性フラックスとは、そのフラックス残渣を水で洗浄することにより除去することができるフラックスを意味する。以下、水溶性フラックスを単にフラックスと記載する場合がある。
<糖アルコール>
本実施形態にかかる水溶性フラックスは、糖アルコールを含有する。糖アルコールとは、アルドースやケトースのカルボニル基が還元されて生成する糖の一種である。糖アルコールは、鎖状の構造を有する化合物であってもよいし、環状の構造を有する化合物であってもよい。
糖アルコールは、下記一般式(1)で表される化合物を含むことが好ましい。
Figure 2023117164000002
[式(1)中、nは、正の整数を表す。]
式(1)中、nとしては、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~4がさらに好ましい。
上記一般式(1)で表される化合物としては、例えば、グリセロール、エリスリトール、トレイトール、リビトール、アラビニトール、キシリトール、アリトール、ソルビトール、マンニトール、イジトール、ガラクチトール、タリトール等が挙げられる。
上記一般式(1)で表される化合物としては、エリスリトール、キシリトール、マンニトール及びソルビトールからなる群より選択される一種以上が好ましい。
前記フラックス中の、糖アルコールの含有量は、前記フラックスの総量(100質量%)に対して、0.1質量%以上30質量%以下であってもよく、0.25質量%以上20質量%以下であることが好ましい。
糖アルコールの含有量が前記下限値以上であることにより、ボイドの発生をより抑制しやすくなる。糖アルコールの含有量が前記上限値以下であることにより、フラックスの粘着力の低下を抑制しやすくなる。
<アミンポリオキシアルキレン付加体>
本実施形態にかかる水溶性フラックスは、アミンポリオキシアルキレン付加体を含有する。本明細書において、アミンポリオキシアルキレン付加体とは、アルキレンオキシドが付加したアミンを意味する。
アミンポリオキシアルキレン付加体としては、例えば、末端ジアミンポリアルキレングリコール、脂肪族アミンポリオキシアルキレン付加体、芳香族アミンポリオキシアルキレン付加体、多価アミンポリオキシアルキレン付加体等が挙げられる。
アミンポリオキシアルキレン付加体に付加されているアルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等が挙げられる。
末端ジアミンポリアルキレングリコールは、ポリアルキレングリコールの両末端がアミノ化された化合物である。
末端ジアミンポリアルキレングリコールとしては、例えば、末端ジアミンポリエチレングリコール、末端ジアミンポリプロピレングリコール、末端ジアミンポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合体等が挙げられる。
末端ジアミンポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合体としては、例えば、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合物ビス(2-アミノプロピル)エーテル、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合物ビス(2-アミノエチル)エーテルが挙げられる。
脂肪族アミンポリオキシアルキレン付加体、芳香族アミンポリオキシアルキレン付加体、及び多価アミンポリオキシアルキレン付加体は、アミンの窒素原子にポリオキシアルキレン基が結合したものである。前記アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、牛脂アミン、硬化牛脂アミン、牛脂プロピルジアミン、メタキシレンジアミン、トリレンジアミン、パラキシレンジアミン、フェニレンジアミン、イソホロンジアミン、1,10-デカンジアミン、1,12-ドデカンジアミン、4,4-ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4-ジアミノジフェニルメタン、ブタン-1,1,4,4-テトラアミン、ピリミジン-2,4,5,6-テトラアミン等が挙げられる。
アミンポリオキシアルキレン付加体は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
アミンポリオキシアルキレン付加体としては、末端ジアミンポリアルキレングリコール及び脂肪族アミンポリオキシアルキレン付加体からなる群より選択される一種以上が好ましい。
前記フラックス中の、アミンポリオキシアルキレン付加体の含有量は、前記フラックスの総量(100質量%)に対して、10質量%以上70質量%以下であってもよく、15質量%以上60質量%以下であることが好ましく、20質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。
アミンポリオキシアルキレン付加体の含有量が前記下限値以上であることにより、加熱だれをより抑制しやすくなる。加えて、フラックスの粘着性をより高めやすくなる。
アミンポリオキシアルキレン付加体の含有量が前記上限値以下であることにより、ソルダペーストの粘度を好適なものに調整することが可能となる。
アミンポリオキシアルキレン付加体と糖アルコールとの混合比は、アミンポリオキシアルキレン付加体/糖アルコールで表される質量比、すなわち、糖アルコールの総量に対するアミンポリオキシアルキレン付加体の総量の割合として、1~250であることが好ましく、1.8~170であることがより好ましい。
前記質量比が上記範囲内であることにより、ボイドの発生がより抑制しやすくなるとともに、加熱だれをより抑制しやすくなる。
<溶剤(S)>
溶剤としては、例えば、グリコールエーテル系溶剤、アルコール系溶剤、エステル系溶剤、ターピネオール類等が挙げられる。
本明細書において、沸点とは、対象の液体の飽和蒸気圧が1気圧と等しくなるときの、その液体の温度を意味する。
沸点が250℃超のグリコールエーテル系溶剤としては、例えば、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(沸点258℃)、ジエチレングリコールモノ-2-エチルヘキシルエーテル(沸点272℃)、ジエチレングリコールジブチルエーテル(沸点256℃)、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点278℃)、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル(沸点261℃)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(沸点275℃)等が挙げられる。
沸点が250℃以下のグリコールエーテル系溶剤としては、例えば、フェニルグリコール(沸点237℃)、ブチルカルビトール(沸点231℃)、へキシレングリコール(沸点197℃)、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(沸点243℃)等が挙げられる。
沸点が250℃超のアルコール系溶剤としては、例えば、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1,3-プロパンジオール、イソボルニルシクロヘキサノール等が挙げられる。
沸点が250℃以下のアルコール系溶剤としては、例えば、エタノール(沸点78℃)、1-プロパノール(沸点97℃)、2-プロパノール(沸点82℃)、1,2-ブタンジオール(沸点192℃)、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール(沸点210℃)、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール(沸点215℃)、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオール(沸点206℃)、2,3-ジメチル-2,3-ブタンジオール(沸点174℃)、2-メチルペンタン-2,4-ジオール(沸点197℃)、1-エチニル-1-シクロヘキサノール(沸点180℃)等が挙げられる。
沸点が250℃超のエステル系溶剤としては、例えば、ビス(2-エチルヘキシル)セバケート(沸点435℃)等が挙げられる。
沸点が250℃以下のターピネオール類としては、例えば、α-ターピネオール(沸点217℃)が挙げられる。
S1は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態にかかる水溶性フラックスは、沸点が250℃超の第1の溶剤(S1)を含むことが好ましい。S1としては、例えば、沸点が250℃超のグリコールエーテル系溶剤、沸点が250℃超のアルコール系溶剤、沸点が250℃超のエステル系溶剤等が挙げられる。
本実施形態にかかる水溶性フラックスは、第1の溶剤(S1)に加えて、沸点が250℃以下の第2の溶剤(S2)を含むことが好ましい。S2の沸点の下限値は特に限定されないが、50℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることが更に好ましい。
S2としては、例えば、沸点が250℃以下のグリコールエーテル系溶剤、沸点が250℃以下のアルコール系溶剤、沸点が250℃以下のエステル系溶剤、沸点が250℃以下のターピネオール類等が挙げられる。
S2は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態のフラックスがS2を含有する場合、S2の含有量は、Sの総質量に対して0質量%超50質量%以下であることが好ましく、20質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。
S2の含有量が上記下限値以上であることにより、ボイドの発生をより抑制しやすくなる。S2の含有量が上記上限値以下であることにより、溶剤の揮発によるソルダペーストの粘度上昇、ソルダペーストの変質を抑制しやすくなる。
本実施形態にかかるフラックスに含まれるSの合計の含有量は、他の成分に応じて決定される残部であり、前記フラックスの総量(100質量%)に対して20質量%以上70質量%以下であることが好ましく、25質量%以上60質量%以下であることがより好ましく、30質量%以上50質量%以下であることが更に好ましい。
<その他成分>
本実施形態にかかるフラックスは、糖アルコール、アミンポリオキシアルキレン付加体及び溶剤以外に、必要に応じてその他成分を含んでもよい。
その他成分としては、有機酸、アミンポリオキシアルキレン付加体を除くアミン、ハロゲン化合物等のその他活性剤、界面活性剤、金属不活性化剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、着色剤等が挙げられる。
≪活性剤≫
活性剤としては、例えば、有機酸、アミン(アミンポリオキシアルキレン付加体を除く)、ハロゲン化合物等が挙げられる。
[有機酸]
有機酸としては、例えば、カルボン酸、有機スルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、例えば、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等が挙げられる。脂肪族カルボン酸としては、脂肪族モノカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸等が挙げられる。
脂肪族モノカルボン酸としては、例えば、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、イソペラルゴン酸、カプリン酸、カプロレイン酸、ラウリン酸(ドデカン酸)、ウンデカン酸、リンデル酸、トリデカン酸、ミリストレイン酸、ペンタデカン酸、イソパルミチン酸、パルミトレイン酸、ヒラゴン酸、ヒドノカーピン酸、マーガリン酸、イソステアリン酸、エライジン酸、ペトロセリン酸、モロクチン酸、エレオステアリン酸、タリリン酸、バクセン酸、リミノレイン酸、ベルノリン酸、ステルクリン酸、ノナデカン酸、エイコサン酸、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、ミリスチン酸等が挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、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、ドデカン二酸、エイコサン二酸、酒石酸、2,4-ジエチルグルタル酸等が挙げられる。
芳香族カルボン酸としては、例えば、サリチル酸、ジブチルアニリンジグリコール酸、テレフタル酸、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、安息香酸、2,3-ジヒドロキシ安息香酸、2-キノリンカルボン酸、3-ヒドロキシ安息香酸、p-アニス酸等が挙げられる。
また、カルボン酸としては、イソシアヌル酸トリス(2-カルボキシエチル)、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸等が挙げられる。
また、カルボン酸としては、下記一般式(c1)で表される化合物が挙げられる。
11-COOH ・・・(c1)
[式中、R11は、炭素数2~15の鎖状炭化水素基、炭素数3~15の脂環式炭化水素基、又は芳香族基を表す。ただし、R11は、ヒドロキシ基を有する。]
11における前記鎖状炭化水素基は、直鎖状又は分岐鎖状のいずれであってもよい。
前記鎖状炭化水素基及び前記脂環式炭化水素基は、飽和炭化水素基であってもよいし、不飽和炭化水素基であってもよく、飽和炭化水素基であることが好ましい。
前記鎖状炭化水素基の炭素数は、2~12であることが好ましく、3~9であることがより好ましく、3~7であることが特に好ましく、3~5であることが最も好ましい。
前記鎖状炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ネオヘキシル基等が挙げられる。
前記脂環式炭化水素基の炭素数は、3~12であることが好ましく、4~12であることがより好ましく、4~8であることが更に好ましい。
前記脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基等が挙げられる。
11における前記芳香族基は、芳香環を少なくとも1個有する基であり、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環、芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環、芳香族炭化水素環と芳香族複素環が縮合した縮合環等が挙げられる。
11における前記芳香族基が置換基を有する場合、前記置換基としては、炭素数1~20の炭化水素基、芳香族炭化水素基、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられ、カルボキシ基又はヒドロキシ基が好ましい。
上記一般式(c1)で表される有機酸としては、ヒドロキシカルボン酸が挙げられる。
ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、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、クエン酸、イソクエン酸、リンゴ酸、酒石酸等が挙げられ、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸が好ましい。
また、カルボン酸としては、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等が挙げられる。
ダイマー酸、トリマー酸としては、例えば、オレイン酸とリノール酸との反応物であるダイマー酸、オレイン酸とリノール酸と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との反応物であるダイマー酸、アクリル酸とメタクリル酸と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との反応物であるダイマー酸、アクリル酸とオレイン酸との反応物であるトリマー酸、アクリル酸とリノール酸との反応物であるダイマー酸、アクリル酸とリノール酸との反応物であるトリマー酸、アクリル酸とリノレン酸との反応物であるダイマー酸、アクリル酸とリノレン酸との反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とオレイン酸との反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とオレイン酸との反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とリノール酸との反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とリノール酸との反応物であるトリマー酸、メタクリル酸とリノレン酸との反応物であるダイマー酸、メタクリル酸とリノレン酸との反応物であるトリマー酸、オレイン酸とリノレン酸との反応物であるダイマー酸、オレイン酸とリノレン酸との反応物であるトリマー酸、リノール酸とリノレン酸との反応物であるダイマー酸、リノール酸とリノレン酸と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との反応物であるダイマー酸は、炭素数が36の2量体である。また、オレイン酸とリノール酸との反応物であるトリマー酸は、炭素数が54の3量体である。
また、カルボン酸としては、下記一般式(a1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2023117164000003
[式(a1)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、炭化水素基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又は水素原子を表す。]
、R、R及びRにおける炭化水素基としては、置換基を有してもよい炭素数1~20の鎖状炭化水素基、置換基を有してもよい炭素数3~20の脂環式炭化水素基、アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基等が挙げられる。
前記鎖状炭化水素基は、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよい。前記鎖状炭化水素基は、飽和炭化水素基又は不飽和炭化水素基であり、飽和炭化水素基であることが好ましい。
前記脂環式炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。
、R、R及びRにおける炭化水素基が有し得る置換基としては、アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アシル基、アルコキシ基、カルボニル基、ハロゲン原子等が挙げられる。
前記炭化水素基としては、置換基を有してもよい炭素数1~5の鎖状炭化水素基又はカルボキシ基であることが好ましい。前記鎖状炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。前記炭化水素基としては、カルボキシ基が好ましい。
上記一般式(a1)で表される化合物としては、例えば、ピコリン酸、ジピコリン酸、3-ヒドロキシピコリン酸等が挙げられる。
上記一般式(a1)で表される化合物は、ピコリン酸であることが好ましい。ピコリン酸は、上記一般式(a1)において、R、R、R及びRが水素原子である化合物である。
3-ヒドロキシピコリン酸は、上記一般式(a1)において、Rがヒドロキシ基であり、かつ、R、R及びRが水素原子である化合物である。
有機スルホン酸としては、例えば、脂肪族スルホン酸、芳香族スルホン酸等が挙げられる。脂肪族スルホン酸としては、例えば、アルカンスルホン酸、アルカノールスルホン酸等が挙げられる。
アルカンスルホン酸としては、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1-プロパンスルホン酸、2-プロパンスルホン酸、1-ブタンスルホン酸、2-ブタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、デカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸等が挙げられる。
アルカノールスルホン酸としては、例えば、2-ヒドロキシエタン-1-スルホン酸、2-ヒドロキシプロパン-1-スルホン酸、2-ヒドロキシブタン-1-スルホン酸、2-ヒドロキシペンタン-1-スルホン酸、1-ヒドロキシプロパン-2-スルホン酸、3-ヒドロキシプロパン-1-スルホン酸、4-ヒドロキシブタン-1-スルホン酸、2-ヒドロキシヘキサン-1-スルホン酸、2-ヒドロキシデカン-1-スルホン酸および2-ヒドロキシドデカン-1-スルホン酸等が挙げられる。
芳香族スルホン酸としては、例えば、1-ナフタレンスルホン酸、2-ナフタレンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、p-フェノールスルホン酸、クレゾールスルホン酸、スルホサリチル酸、ニトロベンゼンスルホン酸、スルホ安息香酸およびジフェニルアミン-4-スルホン酸等が挙げられる。
有機酸は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
有機酸は、カルボン酸及び有機スルホン酸からなる群より選択される一種以上を含むことが好ましく、上記一般式(c1)で表される化合物を含むことがより好ましい。
本実施形態にかかるフラックスが有機酸を含有する場合、有機酸の含有量は、前記フラックスの総量(100質量%)に対して2質量%以上20質量%以下であることが好ましく、4質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、6質量%以上10質量%以下であることが更に好ましい。
[アミン]
アミンポリオキシアルキレン付加体を除くアミンとしては、例えば、アミノアルコール、アゾール類、グアニジン類、アルキルアミン化合物等が挙げられる。
アミノアルコールとしては、例えば、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、1-アミノ-2-プロパノール、ビス(2-ヒドロキシプロピル)アミン、トリス(2-ヒドロキシプロピル)アミン等が挙げられる。
アゾール類としては、例えば、2-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、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、1,2,4-トリアゾール、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。
グアニジン類としては、例えば、1,3-ジフェニルグアニジン、1,3-ジ-o-トリルグアニジン、1-o-トリルビグアニド、1,3-ジ-o-クメニルグアニジン、1,3-ジ-o-クメニル-2-プロピオニルグアニジン等が挙げられる。
アルキルアミン化合物としては、例えば、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、シクロヘキシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン等が挙げられる。
アミンは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
アミンとしては、アミノアルコールが好ましい。
本実施形態にかかるフラックスがアミノアルコールを含有する場合、アミノアルコールの含有量は、前記フラックスの総量(100質量%)に対して2質量%以上20質量%以下であることが好ましく、4質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。
アミノアルコールの含有量が上記下限値以上であることにより、ボイドの発生をより抑制しやすくなる。アミノアルコールの含有量が上記上限値以下であることにより、ソルダペーストの粘度を好適なものに調整することが可能となる。
[ハロゲン化合物]
ハロゲン化合物としては、例えば、アミンハロゲン化水素酸塩、アミンハロゲン化水素酸塩以外の有機ハロゲン化合物等が挙げられる。
アミンハロゲン化水素酸塩は、アミンとハロゲン化水素とを反応させた化合物である。
ここでのアミンとしては、[アミン]において上述したものが挙げられる。
より具体的には、アミンハロゲン化水素酸塩としては、例えば、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ヘキサデシルアミン臭化水素酸塩、ステアリルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、エチルアミン塩酸塩、ステアリルアミン塩酸塩、ジエチルアニリン塩酸塩、ジエタノールアミン塩酸塩、2-エチルヘキシルアミン臭化水素酸塩、ピリジン臭化水素酸塩、イソプロピルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン臭化水素酸塩、ジメチルアミン臭化水素酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、ロジンアミン臭化水素酸塩、2-エチルヘキシルアミン塩酸塩、イソプロピルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、2-ピペコリン臭化水素酸塩、1,3-ジフェニルグアニジン塩酸塩、ジメチルベンジルアミン塩酸塩、ヒドラジンヒドラート臭化水素酸塩、ジメチルシクロヘキシルアミン塩酸塩、トリノニルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン臭化水素酸塩、2-ジエチルアミノエタノール臭化水素酸塩、2-ジエチルアミノエタノール塩酸塩、塩化アンモニウム、ジアリルアミン塩酸塩、ジアリルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、トリエチルアミン臭化水素酸塩、トリエチルアミン塩酸塩、ヒドラジン一塩酸塩、ヒドラジン二塩酸塩、ヒドラジン一臭化水素酸塩、ヒドラジン二臭化水素酸塩、ピリジン塩酸塩、アニリン臭化水素酸塩、ブチルアミン塩酸塩、へキシルアミン塩酸塩、n-オクチルアミン塩酸塩、ドデシルアミン塩酸塩、ジメチルシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、エチレンジアミン二臭化水素酸塩、ロジンアミン臭化水素酸塩、2-フェニルイミダゾール臭化水素酸塩、4-ベンジルピリジン臭化水素酸塩、L-グルタミン酸塩酸塩、N-メチルモルホリン塩酸塩、ベタイン塩酸塩、2-ピペコリンヨウ化水素酸塩、シクロヘキシルアミンヨウ化水素酸塩、1,3-ジフェニルグアニジンフッ化水素酸塩、ジエチルアミンフッ化水素酸塩、2-エチルヘキシルアミンフッ化水素酸塩、シクロヘキシルアミンフッ化水素酸塩、エチルアミンフッ化水素酸塩、ロジンアミンフッ化水素酸塩、シクロヘキシルアミンテトラフルオロホウ酸塩、及びジシクロヘキシルアミンテトラフルオロホウ酸塩等が挙げられる。
また、ハロゲン化合物としては、例えば、アミンとテトラフルオロホウ酸(HBF)とを反応させた塩、アミンと三フッ化ホウ素(BF)とを反応させた錯体も用いることができる。
前記錯体としては、例えば、三フッ化ホウ素ピぺリジン等が挙げられる。
アミンハロゲン化水素酸塩以外の有機ハロゲン化合物としては、例えば、ハロゲン化脂肪族化合物が挙げられる。ハロゲン化脂肪族炭化水素基は、脂肪族炭化水素基を構成する水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換されたものをいう。
ハロゲン化脂肪族化合物としては、ハロゲン化脂肪族アルコール、ハロゲン化複素環式化合物が挙げられる。
ハロゲン化脂肪族アルコールとしては、例えば、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-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、1,4-ジブロモ-2-ブタノール、trans-2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオール等が挙げられる。
ハロゲン化複素環式化合物としては、例えば、下記一般式(h1)で表される化合物が挙げられる。
21-(R22 (h1)
[式中、R21は、n価の複素環式基を表す。R22は、ハロゲン化脂肪族炭化水素基を表す。]
21における、n価の複素環式基の複素環としては、脂肪族炭化水素又は芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された環構造が挙げられる。この複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。この複素環は、3~10員環であることが好ましく、5~7員環であることがより好ましい。この複素環としては、例えば、イソシアヌレート環などが挙げられる。
22における、ハロゲン化脂肪族炭化水素基は、炭素数1~10が好ましく、炭素数2~6がより好ましく、炭素数3~5がさらに好ましい。また、R22は、臭素化脂肪族炭化水素基、塩素化脂肪族炭化水素基が好ましく、臭素化脂肪族炭化水素基がより好ましく、臭素化飽和脂肪族炭化水素基がさらに好ましい。
ハロゲン化複素環式化合物としては、例えば、トリス-(2,3-ジブロモプロピル)イソシアヌレート等が挙げられる。
また、アミンハロゲン化水素酸塩以外の有機ハロゲン化合物としては、例えば、2-ヨード安息香酸、3-ヨード安息香酸、2-ヨードプロピオン酸、5-ヨードサリチル酸、5-ヨードアントラニル酸等のヨウ化カルボキシル化合物;2-クロロ安息香酸、3-クロロプロピオン酸等の塩化カルボキシル化合物;2,3-ジブロモプロピオン酸、2,3-ジブロモコハク酸、2-ブロモ安息香酸等の臭素化カルボキシル化合物等のハロゲン化カルボキシル化合物が挙げられる。
ハロゲン化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
≪ベース材≫
ベース材としては、例えば、ノニオン界面活性剤等が挙げられる。
ノニオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシアルキレン付加体が挙げられる。
ポリオキシアルキレン付加体が由来するアルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等が挙げられる。
ポリオキシアルキレン付加体としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレンオキサイド-レゾルシン共重合物、ポリオキシアルキレンアセチレングリコール類、ポリオキシアルキレングリセリルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンエステル、ポリオキシアルキレンアルキルアミド等が挙げられる。
あるいは、ノニオン界面活性剤としては、アルコールのポリオキシアルキレン付加体が挙げられる。前記アルコールとしては、例えば、脂肪族アルコール、芳香族アルコール、多価アルコールが挙げられる。
ベース材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
ベース材としては、ノニオン界面活性剤が好ましく、ポリオキシアルキレン付加体がより好ましく、ポリエチレングリコール及びアルコールのポリオキシアルキレン付加体からなる群より選択される一種以上が更に好ましい。
ポリエチレングリコールの重量平均分子量としては、1000以上5000以下が好ましく、1500以上4000以下がより好ましい。
本実施形態にかかるフラックスがベース材を含む場合、ベース材の含有量は、前記フラックスの総量(100質量%)に対して0質量%超30質量%以下が好ましく、5質量%以上20質量%以下がより好ましい。
ベース材の含有量が上記下限値以上であることにより、ボイドの発生をより抑制しやすくなる。ベース材の含有量が上記上限値以下であることにより、フラックスの粘着力の低下を抑制しやすくなる。
≪金属不活性化剤≫
金属不活性化剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系化合物、窒素化合物等が挙げられる。
ここでいう「金属不活性化剤」とは、ある種の化合物との接触により金属が劣化することを防止する性能を有する化合物をいう。
ヒンダードフェノール系化合物とは、フェノールのオルト位の少なくとも一方に嵩高い置換基(例えばt-ブチル基等の分岐状又は環状アルキル基)を有するフェノール系化合物をいう。
ヒンダードフェノール系化合物としては、特に限定されず、例えば、ビス[3-(3-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオン酸][エチレンビス(オキシエチレン)]、N,N’-ヘキサメチレンビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパンアミド]、1,6-ヘキサンジオールビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオナート]、2,2’-メチレンビス[6-(1-メチルシクロヘキシル)-p-クレゾール]、2,2’-メチレンビス(6-tert-ブチル-p-クレゾール)、2,2’-メチレンビス(6-tert-ブチル-4-エチルフェノール)、トリエチレングリコール-ビス[3-(3-tert-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,6-ヘキサンジオール-ビス-[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、ペンタエリスリチル-テトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,2-チオ-ジエチレンビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル-3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、N,N’-ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナマミド)、3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジルフォスフォネート-ジエチルエステル、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、N,N’-ビス[2-[2-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)エチルカルボニルオキシ]エチル]オキサミド、下記化学式で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2023117164000004
(式中、Zは、置換されてもよいアルキレン基である。R81及びR82は、それぞれ独立して、置換されてもよい、アルキル基、アラルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基又はヘテロシクロアルキル基である。R83及びR84は、それぞれ独立して、置換されてもよいアルキル基である。)
金属不活性化剤における窒素化合物としては、例えば、ヒドラジド系窒素化合物、アミド系窒素化合物、トリアゾール系窒素化合物、メラミン系窒素化合物等が挙げられる。
ヒドラジド系窒素化合物としては、ヒドラジド骨格を有する窒素化合物であればよく、ドデカン二酸ビス[N2-(2ヒドロキシベンゾイル)ヒドラジド]、N,N’-ビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニル]ヒドラジン、デカンジカルボン酸ジサリチロイルヒドラジド、N-サリチリデン-N’-サリチルヒドラジド、m-ニトロベンズヒドラジド、3-アミノフタルヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ヒドラジド、オキザロビス(2-ヒドロキシ-5-オクチルベンジリデンヒドラジド)、N’-ベンゾイルピロリドンカルボン酸ヒドラジド、N,N’-ビス(3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニル)ヒドラジン等が挙げられる。
アミド系窒素化合物としては、アミド骨格を有する窒素化合物であればよく、N,N’-ビス{2-[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシル]エチル}オキサミド等が挙げられる。
トリアゾール系窒素化合物としては、トリアゾール骨格を有する窒素化合物であればよく、N-(2H-1,2,4-トリアゾール-5-イル)サリチルアミド、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、3-(N-サリチロイル)アミノ-1,2,4-トリアゾール等が挙げられる。
メラミン系窒素化合物としては、メラミン骨格を有する窒素化合物であればよく、メラミン、メラミン誘導体等が挙げられる。より具体的には、例えば、トリスアミノトリアジン、アルキル化トリスアミノトリアジン、アルコキシアルキル化トリスアミノトリアジン、メラミン、アルキル化メラミン、アルコキシアルキル化メラミン、N2-ブチルメラミン、N2,N2-ジエチルメラミン、N,N,N’,N’,N’’,N’’-ヘキサキス(メトキシメチル)メラミン等が挙げられる。
金属不活性化剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態にかかる水溶性フラックスは、樹脂成分を含まないことが好ましい。樹脂成分を含まないことにより、フラックス残渣を水で洗浄しやすくなる。
本明細書において、樹脂成分としては、例えば、ロジン、ロジン以外の樹脂等が挙げられる。
本明細書において、「ロジン」とは、アビエチン酸を主成分とする、アビエチン酸とこの異性体との混合物を含む天然樹脂、及び天然樹脂を化学修飾したもの(ロジン誘導体と呼ぶ場合がある)を包含する。
ロジン誘導体としては、例えば、精製ロジン、変性ロジン等が挙げられる。
変性ロジンとしては、水添ロジン、重合ロジン、重合水添ロジン、不均化ロジン、酸変性ロジン、ロジンエステル、酸変性水添ロジン、無水酸変性水添ロジン、酸変性不均化ロジン、無水酸変性不均化ロジン、フェノール変性ロジン及び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)、並びに該重合ロジンの精製物、水素化物及び不均化物、並びに該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、ロジンアルコール、ロジンアミン、水添ロジンアルコール、ロジンエステル、水添ロジンエステル、ロジン石鹸、水添ロジン石鹸、酸変性ロジン石鹸等が挙げられる。
ロジン以外の樹脂としては、例えば、テルペン樹脂、変性テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、変性テルペンフェノール樹脂、スチレン樹脂、変性スチレン樹脂、キシレン樹脂、変性キシレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル-ポリエチレン共重合樹脂、その他熱硬化性樹脂等が挙げられる。
変性テルペン樹脂としては、芳香族変性テルペン樹脂、水添テルペン樹脂、水添芳香族変性テルペン樹脂等が挙げられる。変性テルペンフェノール樹脂としては、水添テルペンフェノール樹脂等が挙げられる。変性スチレン樹脂としては、スチレンアクリル樹脂、スチレンマレイン酸樹脂等が挙げられる。変性キシレン樹脂としては、フェノール変性キシレン樹脂、アルキルフェノール変性キシレン樹脂、フェノール変性レゾール型キシレン樹脂、ポリオール変性キシレン樹脂、ポリオキシエチレン付加キシレン樹脂等が挙げられる。
その他熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF 型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型樹脂、脂環式エポキシ樹脂、アミノプロパン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、トリアジン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。
本実施形態にかかるフラックスは、ロジン及び熱硬化性樹脂からなる群より選択される少なくとも一種以上の樹脂成分を含有しないことにより、水溶性フラックスとしてより好適なものとなる。
以上説明した一実施形態にかかるフラックスによれば、糖アルコールと、アミンポリオキシアルキレン付加体とを組み合わせて含有することにより、ボイドの発生を抑制することができるとともに、加熱だれを抑制することが可能となる。
(ソルダペースト)
本実施形態のソルダペーストは、はんだ合金粉末と、上述したフラックスと、を含有する。
はんだ合金としては、公知の組成のはんだ合金を使用することができる。
はんだ合金は、Sn単体のはんだ、又は、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合金で構成されてもよい。
はんだ合金は、Sn-Pb系、あるいは、Sn-Pb系にSb、Bi、In、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Fe、Ni、Co、Au、Ge、P等を添加したはんだ合金で構成されてもよい。
はんだ合金は、Pbを含まないはんだ合金が好ましく、SnとBiとを含むはんだ合金であることがより好ましい。
フラックスの含有量:
ソルダペースト中、フラックスの含有量は、ソルダペーストの全質量に対して5~30質量%であることが好ましく、5~15質量%であることがより好ましい。
以上説明した一実施形態にかかるソルダペーストによれば、糖アルコールと、アミンポリオキシアルキレン付加体とを組み合わせて含有することにより、加熱だれを抑制することが可能となる。
さらに、ソルダペーストに含まれる水分、接合対象物の金属表面に存在する金属酸化物が除去される際に生じる水分は、フラックスに含まれる糖アルコールと水和することにより、ボイドの発生が低減される、と推測される。
上記実施形態にかかるフラックスによれば、酸化されやすいSnとBiとを含むはんだ合金であっても、ボイドの発生を抑制することができる。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<フラックスの調製>
(実施例1~18、比較例1~4)
表1~4に示す組成で実施例、及び比較例の各フラックスを調合した。
糖アルコール:
エリスリトール、キシリトール、マンニトール、ソルビトール
アミンポリオキシアルキレン付加体:
末端ジアミンポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合体、ポリオキシエチレンステアリルアミン
アミノアルコール:
N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン
アゾール類:
2-エチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール
有機酸:
グルタル酸、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸、p-トルエンスルホン酸
溶剤:ジエチレングリコールモノ2-エチルヘキシルエーテル(沸点272℃)、α-ターピネオール(沸点217℃)
ベース材:ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンベヘニルエーテル
ポリエチレングリコールとして、PEG4000S(三洋化成工業社製)を用いた。PEG4000Sの重量平均分子量は、PEG換算分子量で、約3500である。
ポリオキシエチレンベヘニルエーテルは、下記式(d1)で表される化合物である。
Figure 2023117164000005
[式(d1)中、n1は、25~35である。]
<ソルダペーストの調製>
実施例1~18、比較例1~4のフラックスと、下記のはんだ合金粉末(1)と、をそれぞれ混合してソルダペーストを調合した。調合したソルダペーストは、いずれも、フラックスが10質量%、はんだ合金粉末が90質量%である。
実施例1、比較例1のフラックスと、下記のはんだ合金粉末(2)と、をそれぞれ混合してソルダペーストを調合した。調合したソルダペーストは、フラックスが12質量%、はんだ合金粉末が88質量%である。
はんだ合金粉末(1)は、Biが58質量%、残部がSnのはんだ合金からなる粉末である。このはんだ合金は、融点が139℃である。はんだ合金粉末(1)のサイズは、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5を満たすサイズ(粒度分布)である。
はんだ合金粉末(2)は、Agが3質量%、Cuが0.5質量%、残部がSnのはんだ合金からなる粉末である。このはんだ合金の固相線温度は217℃であり、液相線温度は219℃である。はんだ合金粉末(2)のサイズは、はんだ合金粉末(1)のサイズと同一である。
下記の<評価>に記載した評価方法にしたがって、≪ボイド発生率の評価≫、≪加熱だれの評価≫、≪タッキングの評価≫を行った。これらの評価結果を表1~5に示した。
≪ボイド発生率の評価≫
(1)評価方法
メタルマスク(開口部のサイズはφ0.5mm、マスク厚0.1mm)を用いて、銅板(30mm×30mmm×0.3mm)にソルダペーストを印刷した。
次いで、印刷後の銅板に対して、高温観察装置を用いて、窒素雰囲気(酸素濃度500ppm以下)でリフローを行い、はんだ付けした。リフロープロファイルは、昇温速度は2℃/秒であり、140℃以上で40秒間保持し、ピークは190℃であった。
はんだ付けした接合体に対し、はんだ付け後の基板の鉛直方向からX線を照射して、透過X線を解析することにより、ボイド面積を測定した。測定には、XD7600NT Diamond X線検査システム(Nordson DAGE社製)を用いた。測定時の装置条件は、120kv、3.0w、32Avg、視野角11mmに設定した。
ボイド面積の測定では、X線が少なくとも1個のボイドを通過した場合には、ボイドが存在したものとして測定した。ボイドは、直径0.1μm以上のものを検出した。次いで、接合部の測定対象の総面積に対するボイドの総面積の割合を算出し、ボイド発生率(%)とした。
(2)判定基準
A:ボイド発生率が2.5%以下であった。
B:ボイド発生率が2.5%超3.5%以下であった。
C:3.5%超であった。
評価結果が、A又はBであったフラックスは合格であり、Cであったフラックスは不合格であるとした。
≪加熱だれ抑制能の評価≫
(1)評価方法
メタルマスク(開口部のサイズはφ0.5mm、マスク厚0.1mm)を用いて、銅板(30mm×30mmm×0.3mm)にソルダペーストを印刷した。
ソルダペーストを印刷した銅板を、ホットプレートに置いて、100℃で1分間、加熱し、加熱前後のはんだペースト径を測定した。次いで、加熱前のはんだペースト径(100%)に対する、加熱後のはんだペースト径の伸長率を算出した。
(2)判定基準
A:加熱後のはんだペースト径の伸長率が5%以下であった。
B:加熱後のはんだペースト径の伸長率が5%超であった。
評価結果が、Aであったフラックスは合格であり、Bであったフラックスは不合格であるとした。
≪タッキングの評価≫
(1)評価方法
JIS Z 3284-3(2014) 4.5に記載の評価方法に従って、フラックスの粘着力を評価した。測定装置としては、タッキング試験機TACII(レスカ社製)を用いた。
メタルマスクを用いて、アルミナ板上にソルダペーストを印刷し、φ6.5mm、厚さ0.2mmの印刷パターンを4個作製した。次いで、印刷パターンをタッキング試験機のプローブの下に置いた後、パターンの中心とプローブの中心とを合わせた。次いで、プローブを2.0mm/sの速度でペースト中へ降下させ、0.05±0.005Nの一定加圧力で加圧した。次いで、加圧後0.2秒以内に、10mm/sの速度でプローブを引き上げた。4個の印刷パターンについて、プローブを引きはがす際の力を測定し、そのうちの最大の力を粘着力とした。
(2)判定基準
A:粘着力が70gf以上(すなわち、0.69N以上)であった。
B:粘着力が70gf未満(すなわち、0.69N未満)であった。
ここで、1[gf]=9.8×10-3[N]である。
Figure 2023117164000006
Figure 2023117164000007
Figure 2023117164000008
Figure 2023117164000009
Figure 2023117164000010
本発明の範囲外である比較例1~4のフラックスは、はんだ合金粉末(1)を用いた場合のボイド発生率の評価がCであるか、又は、加熱だれ抑制能の評価がBであった。
これに対し、本発明の範囲内である実施例1~18のフラックスは、はんだ合金粉末(1)を用いた場合のボイド発生率の評価がA又はBであり、かつ、加熱だれ抑制能の評価がAであった。
表4~5に示されるように、比較例1のフラックスは、はんだ合金粉末(1)を用いた場合のボイド発生率の評価がCであり、はんだ合金粉末(2)を用いた場合のボイド発生率の評価がBであった。
Sn及びBiからなるはんだ合金粉末(1)は、Sn、Ag及びCuからなるはんだ合金粉末(2)よりも、酸化されやすい。そのため、はんだ合金粉末(1)は、はんだ合金粉末(2)よりも、ボイド発生率を低減することがより難しい、と推測される。
本発明のフラックスは、はんだ合金粉末(1)を用いた場合であっても、ボイド発生率を低減することが可能である。
本発明によれば、ボイドの発生を抑制することができるとともに、加熱だれを抑制することができる水溶性フラックス及びソルダペーストを提供することができる。本発明の水溶性フラックスは、酸化されやすいSn-Biはんだ合金を用いたはんだ付けに好適に用いることができる。

Claims (9)

  1. 糖アルコールと、アミンポリオキシアルキレン付加体と、溶剤(S)と、を含有する、水溶性フラックス。
  2. 前記糖アルコールは、下記一般式(1)で表される化合物を含む、請求項1に記載の水溶性フラックス。
    Figure 2023117164000011
    [式(1)中、nは、正の整数を表す。]
  3. 前記アミンポリオキシアルキレン付加体は、末端ジアミンポリアルキレングリコール及び脂肪族アミンポリオキシアルキレン付加体からなる群より選択される一種以上を含む、請求項1又は2に記載の水溶性フラックス。
  4. 更に、有機酸を含有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の水溶性フラックス。
  5. 前記有機酸は、ヒドロキシカルボン酸を含む、請求項4に記載の水溶性フラックス。
  6. 前記溶剤(S)は、沸点が250℃超の溶剤(S1)を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の水溶性フラックス。
  7. 前記溶剤(S)は、更に、沸点が250℃以下である溶剤(S2)を含む、請求項6に記載の水溶性フラックス。
  8. 更に、アミノアルコールを含有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の水溶性フラックス。
  9. はんだ合金粉末と、請求項1~8のいずれか一項に記載の水溶性フラックスと、を含有する、ソルダペースト。
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