JP3694948B2 - Soldering flux, solder paste, and soldering method using them - Google Patents

Soldering flux, solder paste, and soldering method using them Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術】
本発明は、基板にフリップチップICや電子部品をはんだ付する際に用いられるフラックス及びそれを用いたはんだ付方法に関する。また、本発明は、はんだ粉をペースト状に練りこんだはんだペースト及びそれを用いたはんだ付方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、HIC(ハイブリッドIC)及びプリント基板のはんだ付において、有機酸・ハロゲン化物含有のフラックスが使用されている。ところが近年、環境汚染の観点から脱フロン化がすすめられており、固形分の少ない低残渣の無洗浄フラックスの使用、または水系の代替洗浄が主流になりつつある。しかしながら、水系洗浄はHICのような、今後さらに微細化されるであろう接続ピッチ構造を持つICに対して洗浄性が悪いという問題がある。また、仮に洗浄できたとしても乾燥が不十分であると、車載用というように厳しい環境下においては、吸湿等によりリークの不具合が懸念される。一方、低残渣フラックスは後工程に樹脂モールドやワイヤボンディング工程がある場合、洗浄なしではやはり悪影響を及ぼすことが懸念される。
【0003】
また、はんだペーストにおいては、ペーストの材料構成が、1.はんだ粉、2.溶剤、3.固形分(ロジン、活性剤など)から成るのが一般的である。市販の無洗浄型の物は、固形分を減らしたり、ハロゲン化物を含有させない等の工夫は成されているが、はんだ付後、必ずロジン等の樹脂成分或いは活性剤成分等の残渣が発生する。特に、活性剤による残渣(活性剤自身または反応生成物)は、信頼性を著しく悪化させる。一方、ロジンのような樹脂の残渣は、主にプリント基板(家電用、一部車載用等)のはんだ付では、あまり問題にならない。しかし、HICでのはんだ付では、このような残渣が少しでも残るはんだペーストでは、微細接続部を有する製品に対しては、フリップチップの端子リーク、回路腐食及び後工程のワイヤボンディング等の信頼性の点から問題があるため、結局のところ代替フロン洗浄や水系洗浄を実施しているのが現状である。
【0004】
そこで最近、特開平2-290693号公報或いは特開平2-25291号公報等に、アルコールを用いてはんだペーストをリフロする無残渣タイプのはんだ付方法が提案されている。例えば、特開平2-290693号公報においては、はんだ融点より30℃程度高い温度の沸点を有するアルコール類(1価アルコール、多価アルコール、エーテル)をはんだ粉に混ぜたペーストが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者らが実際に、この文献に基づき確認したところ、エーテル及び1価アルコールでは非還元雰囲気(金属酸化物に対して還元能力を発揮し得ない雰囲気)では、全くはんだ濡れを示さず、はんだが広がらなかった。また実施例に開示された多価アルコール例、トリエチレングリコールを用いた場合では、アルコールをかなり多い割合(約15wt%)で添加させる必要があり、印刷ペーストとして使用するには適当とは言えなかった。そしてこれを用いてはんだ付を行っても、はんだ付良好とは言い難いレベルであった。また、トリエチレングリコールの量を約10wt%として印刷ペースト状としても、はんだが濡れず(はんだが広がらず)、はんだ付用ペーストとしての機能が発揮されないものであった。本願発明者らの高温顕微鏡での観察によると、特にはんだ融点より30℃程度沸点の高い材料のほとんどは、はんだが溶融する前に蒸発してしまい、はんだペーストの表面張力を十分低下させることができず、はんだが広がらなかった。特開平2-25291号公報にて提案されたものでは、はんだ濡れを改善するため、還元性の雰囲気下ではんだ付を行うようにしており、そのためにリフロ炉の温度を300〜350℃以上と高温にする必要がある。即ち、これらの文献に提案されたはんだペーストは、残渣を残さない材料として期待できる反面、非還元雰囲気或いは通常温度において良好な濡れを期待できるものではなかった。
【0006】
従って本発明の目的は、通常の温度プロファイルで、また非還元雰囲気であっても、被接合部である母材に対して良好な濡れを示し、かつその残渣をほぼ皆無とすることのできる、はんだ付用フラックス或いははんだペーストを構成する際のバインダとして用いて好適な新たな活性剤を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、はんだ付の際にその成分が還元力を具備し、かつはんだ溶融開始時に液体で存在する有機物質を用いることにより、適切なはんだ付が実現することを見いだし、その際サーマルグラビメトリ法(以下、TG法と記す)の分析による有機物質の分類が、適切なフラックスもしくはペーストに向く材料として特定できることを見いだした。TG法は微小な質量変化を正確に検出できる熱分析の一つで、この分析で得られる情報を基に、ここではフラックスもしくはペーストなどのはんだ付用フラックスとして用いる物質を評価分類することに用いている。尚、TG法は、市販のSII(セイコー電子工業)製、SSC-5200測定装置を用いて実施し、実際に測定するにあたっては、僅かな分量6〜7mgのサンプルで測定した。
【0008】
上記課題を解決するために請求項1に記載の手段を採用することができる。この手段によると、はんだ付用フラックスであって、当該フラックスは、TG法による測定で空気または窒素ガス雰囲気流量200ml/min、温度上昇率10℃/minの時、その質量%が0%となる温度(以下、蒸発温度と記す)が170℃以上で、かつ、はんだの融点(固相線温度)以上であって使用するリフローピーク温度以下であり、その成分として、少なくとも(-OH)水酸基官能基を1分子に2個有し、且つ空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が170℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である有機物質を含み、有機物質はアルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含み、非還元雰囲気でのはんだ付けに用いられることを特徴とする。このはんだ付用フラックスを用いてはんだ付することにより、はんだが溶融し始める温度では、分解もしくは蒸発されないではんだ部に液体状に存在し、該はんだ付工程終了時に、分解もしくは蒸発して実質的に残存させなくすることができる。
【0009】
沸点でフラックスやペーストを特定する従来の考え方では、はんだ部の適切な濡れ状態を実現できない材料が含まれる場合があったのに比べ、本願発明者らが見いだした(-OH)水酸基含有材料におけるTG法による材料特定の方法では、はんだ部の良好な濡れ及びはんだ表面の十分な還元を実現する材料を確実に選択できる。またTG法による評価は、物質の蒸気圧と相関ある特性を示し、蒸気圧によっても適切な物質を特定することができる。これらの物質は、はんだ付用フラックスとして、或いははんだペースト用フラックスとして、はんだ及び基板電極及び部品電極に対して還元性の働きかけをして、これら表面の酸化物を分解し、はんだ付を容易にする。そしてこれらの物質では、はんだ溶融の際にはんだ部にフラックスが液体の状態で存在して濡れの状態を実現し、その還元反応がはんだ及び基板電極及び部品電極全体に渡ってはんだを滑らかに広がらせ、確実なはんだ接合を形成させる。はんだ付が終了する時点では、フラックス全てが蒸発もしくは分解・蒸発することにより残渣が発生しない。従って、後工程の洗浄を必要としない。また、はんだ溶融時における濡れ性及び広がり性が良好で、はんだ付終了時には残渣の発生を抑えることができる。
【0010】
また、はんだ付用フラックスは少なくとも(-OH)水酸基を1分子中に2個有するために十分な還元能力を有し、このはんだ付用フラックスを用いて非還元雰囲気ではんだ付を行っても良好なはんだの濡れ性を得ることができる。
有機物質が多価アルコール系有機物質または糖類またはそれらの誘導体、もしくは、アルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含むことにより、従来のカルボニル基含有有機物やハロゲン化合物含有有機物を含まずとも、今回見いだしたフラックスとしての有機物質だけの構成でも、従来と同様にフラックスとしての効果がある。とりわけ、(-OH)水酸基を少なくとも2個以上有するグリコール系有機物質、または多価アルコール系有機物質、または糖類であること、或いは(-OH)水酸基を少なくとも2個以上有するアルコールアミン系有機物質であることで、はんだ溶融時に還元性を強く示してはんだの表面張力を低下させ、はんだ付を容易に、しかも確実にすることができる。
【0011】
請求項2に記載の手段によれば、複数種類の物質から成り、それらが互いに未反応の状態で混合されているはんだ付用フラックスを用いてはんだ付を行う。これにより、各成分のそれぞれの蒸気圧もしくはTG特性の違いから、はんだ溶融時にフラックスの役割を時間的或いは温度的ににずれた状態で十分に発揮することができる。
【0012】
【0013】
請求項3に記載の手段によれば、有機物質は(-OH)水酸基を1分子に3個含有する有機物質を含有する。これにより、はんだをより良好に広がらせることができ、特に有機物質が(-OH)水酸基を1分子に4個含有する場合には蒸気圧を低く抑えることができるため、ペーストに用いてもはんだ溶融時に蒸発せずに残存し、還元能力を十分に発揮することができる。
【0014】
更に、(-OH)水酸基を1分子に3個以上有する有機物質は、空気または窒素雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のTG法による測定で、蒸発温度を235℃以上にする。これにより、はんだをより良好に広がらせることができ、はんだ付の品質をより向上させることができる。
【0015】
【0016】
請求項4に記載の手段によれば、1,3-ジオキサン-5,5-ジメタノール、1,4-ジオキサン-2,3-ジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,5-フランジメタノール、n-ブチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ジエタノールアミン、テトラエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、1,2,3-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオール、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2',3',4'-トリヒドロキシアセトフェノン、3-メチルペンタン-1,3,5-トリオール、トリエタノールアミン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ピロガロール、N-N-ビス(2-ヒドロキシエチル)イソプロパノールアミン、ペンタエリトリトール及びビス(2-ヒドロキシメチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタンのうち1種類または複数の組み合わせから成る材料をはんだ付用フラックスの主成分とする。
請求項5に記載の手段によれば、1,3-ジオキサン-5,5-ジメタノール、1,4-ジオキサン-2,3-ジオール、1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,5-フランジメタノール、n-ブチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ジエタノールアミン、テトラエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、1,2,3-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオール、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2',3',4'-トリヒドロキシアセトフェノン、3-メチルペンタン-1,3,5-トリオール、グリセリン、トリエタノールアミン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ピロガロール N-N-ビス(2-ヒドロキシエチル)イソプロパノールアミン、ペンタエリトリトール、及びビス(2-ヒドロキシメチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタンのうち1種類または複数の組み合わせから成る材料をはんだ付用フラックスの主成分とし、非還元雰囲気でのはんだ付けに用いられることを特徴とする。
これにより、リフロはんだ付を行うことにより、はんだの濡れ性及び広がり性を良好にし、かつ、はんだ付後に残渣を発生することを防止できる。とりわけ、これら材料のうち1分子内に(-OH)水酸基を3個以上含有した材料を少なくとも1種類以上、はんだ粉と混ぜ合わせてペーストとして用いれば、良好な濡れ性を示すと共に、車載等の厳しい環境下においても安定した品質を保持することが可能となる。また、該はんだペーストを作成する際に樹脂を混ぜてペースト状に形成するようにしても、はんだ付終了時には樹脂以外の残渣を全く発生させることはなく、信頼性の良好なはんだ付を得ることができる。このようにはんだ付時のフラックスの活性剤として、(-OH)水酸基を少なくとも1分子内に3個以上有する物質を用いることで、チキソトロピー性が得られ、より部品の保持性がよくなる。
【0017】
請求項6に記載の手段によれば、(-OH)水酸基含有有機材料のうち蒸留された材料をはんだ付用フラックスの主成分として用いる。これにより、フラックス中に存在する高温成分(酸化物)などの不純物が除去され、フラックスの純度を向上させることができ、しかして絶縁抵抗値を安定させることができ、高品質なはんだ付とすることができる。尚、これははんだ付用フラックスの主成分となる原材料を蒸留して用いればよく、市販の材料を用いてもはんだ付終了時に残渣をほとんどなくすことができることを意味する。
【0018】
請求項7に記載の手段によれば、TG法による測定で、空気または窒素ガス雰囲気流量200ml/min、温度上昇率が10℃/minの時、蒸発温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である溶剤をバインダとして、はんだ粉と混ぜてペースト状に形成する。この溶剤には、少なくとも(-OH)水酸基を1分子に3個以上含有し、且つ空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である有機物質を含み、有機物質はアルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含む。
これにより、はんだペースト溶融時の濡れ性を良好なものとすることができる。
はんだペーストは、蒸発性が高いとペーストとしての役割を果たさない場合があるため、はんだ溶融時においては、蒸発しにくいフラックス、つまり、TG法による測定において、空気または窒素ガス流量200ml/min、温度上昇率が10℃/minの時、はんだ融点(共晶はんだの場合、180℃)における質量%が89%以上、もしくは、はんだ融点における蒸気圧が、20mmHg以下のものが良い。またはんだペーストにおいては、はんだの表面積が大となるため、バインダとしての本発明の有機物質を用いる場合、より大きな還元力が必要とされることとなる。従って少なくとも(-OH)水酸基を1分子に3個以上含有するフラックスで構成することで、良好なはんだ付が実現できる。これらの材料をフラックスとして用いた場合、ペーストの濡れ性も極めて良好である。少なくとも(-OH)水酸基を1分子に3個以上含有するアルコールを含み、TG法による測定で、空気または窒素ガス雰囲気流量200ml/min、温度上昇率が10℃/minの時、蒸発温度が235℃以上の特定物質をバインダとしてはんだ粉と混ぜてペーストとして用いる。これにより、はんだ溶融時においてはフラックスとして蒸発性を低くすることができ、はんだペースト溶融時の濡れ性を良好なものとすることができる。
また、請求項8に記載の手段によれば、トリメチロールプロパン及びトリメチロールエタンの少なくとも1種を含む溶剤と、はんだ粉とから成ることを特徴とする。これにより、近接する(-OH)水酸基がなく、アミン基を有しないために、酸化が起こることがなく、はんだ付部の信頼性を向上させることができる。
【0019】
請求項9に記載の手段によれば、非還元雰囲気でのはんだ付に請求項8又は9に記載のはんだペーストを用いる。これにより、非還元雰囲気ではんだ付を行っても良好な濡れ性が得られると共に、残渣をほぼ皆無とすることができる。
【0020】
【0021】
請求項10に記載の手段によれば、溶剤は、複数種類の物質から成り、それらを互いに未反応の状態で混合して、はんだペーストの溶剤を構成する。この溶剤を含んだはんだペーストを用いてはんだ付を行うことにより、各成分のそれぞれの蒸気圧もしくはTG特性の違いから、はんだ溶融時に溶剤の役割を時間的或いは温度的にずれた状態で十分に発揮することができる。
【0022】
請求項11に記載の手段によれば、全ての(-OH)水酸基と(-OH)水酸基との間に炭素を少なくとも3個介在させる分子構造を有する有機物質を用いる。これにより、近接しあう(-OH)水酸基が存在しないために、当該有機物質の酸化が起きにくく、はんだ付部の信頼性を向上させることができる。
【0023】
【0024】
【0025】
請求項12に記載の手段によれば、溶剤を、空気または窒素ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のTG法による測定で、蒸発温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下とする。当該溶剤は、少なくとも(-OH)水酸基官能基を1分子に3個有し、空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である有機物質を含み、有機物質はアルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含む。そしてその溶剤とはんだ粉とを混練してはんだペーストを形成する。このはんだペーストをワークのはんだ付部に供給し、そのワークを昇温可能な雰囲気に載置する。雰囲気内を第一の温度まで昇温し、第一の温度を所定時間保持し、第一の温度より高い第二の温度まで、平均10℃/min以上の昇温速度で昇温する。このような方法ではんだ付を行うことにより、はんだ溶融前に溶剤が蒸発することがなく、はんだ付部に溶剤が存在し、はんだの表面張力を低下させることができる。
請求項13に記載の手段によれば、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオールペンタエリトリトールのうち少なくとも1種をはんだペーストの溶剤の主成分としてはんだ付を行う。これにより、これら材料は還元力が大きいために、はんだが溶けた際の濡れ性を向上させることができる。
請求項14に記載の手段によれば、テトラエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ペンタエチレングリコールのうち少なくとも1種の第一成分と、1,2,6-ヘキサントリオール、3-メチルペンタン-1,3,5-トリオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタンのうち少なくとも1種の第二成分との混合物をはんだペーストの溶剤の主成分とする。これにより、より好ましいはんだの濡れ性が得られる。
【0026】
請求項15に記載の手段によれば、溶剤の有機物質がはんだ付部の金属酸化物に対して還元力を発揮する温度に関連して、第一の温度を設定してはんだ付を行う。これにより、溶剤による還元が有効に機能し、良好な濡れ性を得ることができる。
【0027】
請求項16に記載の手段によれば、第一の温度を160℃以上ではんだ融点以下としてはんだ付を行う。これにより、溶剤による還元が効果的に行われ、より良好なはんだの濡れ性を得ることができ、はんだ付部の信頼性を向上できる。
【0028】
請求項17に記載の手段によれば、第二の温度を240℃としてはんだ付を行う。これにより、はんだ付終了後に溶剤が蒸発し、基板表面に残存することがなく、はんだ付部の信頼性をより向上させることができる。
【0029】
請求項18に記載の手段によれば、10秒以上5分以下に第一の温度を保持してはんだ付を行う。これにより、保持時間を設けないではんだ付を行う場合に比べて、より効果的に還元作用がはたらき、良好なはんだの濡れ性を得ることができる。より望ましくは、請求項19に記載の手段を採用することであり、第一の温度を1〜2分間保持してはんだ付を行うことである。
【0030】
請求項20に記載の手段によれば、はんだペーストを供給する前に、溶剤の有機物質を蒸留してから、その溶剤とはんだ粉とを混練させて、はんだペーストを形成する工程を設ける。これにより、溶剤の純度が高まり、絶縁抵抗のバラツキを少なくとすることができる。
【0031】
【0032】
【0033】
請求項21に記載の手段によれば、フラックスは、空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のTG法による測定で、蒸発温度が170℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下とする。当該フラックスは、少なくとも(-OH)水酸基官能基を1分子に2個有し、空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が170℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である有機物質を含み、有機物質はアルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含む。このフラックスを、ワークのはんだ付部に付着させ、はんだを供給し、そのワークを昇温可能な雰囲気に載置する。そして少なくともはんだの固相線温度以上の温度範囲において、平均10℃/min以上の昇温速度で昇温する。これにより、はんだ溶融時にフラックスが蒸発せずに存在するため、はんだの表面張力を低下させることがなく、良好なはんだ付が得られる。
請求項22に記載の手段によれば、1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコールのうち少なくとも1種にてフラックスを構成し、フロー法或いはディップ法によりはんだ付を行う。これにより、はんだ付終了時に、それら材料が基板表面に若干量残存するが、基板が加熱されているために、数十秒でそれらは完全に蒸発し、ランド部の大きさ、形状に係わらず、良好なはんだ付を実現できる。
【0034】
請求項23に記載の手段によれば、はんだの固相線温度以下の温度範囲において所定期間、同一温度に保持してはんだ付を行う。これにより、フラックスの還元能力を効果的に発揮することができる。
【0035】
請求項24に記載の手段によれば、160℃以上で、かつ、はんだの融点以下の温度で、10秒以上5分以下に温度を保持する。これにより、より効果的にフラックスの還元能力を発揮することができる。
【0036】
請求項25に記載の手段によれば、はんだの固相線温度以上の温度範囲において、平均10℃/min以上の昇温速度で240℃まで昇温させてはんだ付を行う。これにより、はんだ付終了後にフラックスが蒸発し、基板表面にフラックスが残存することがない。
【0037】
請求項26に記載の手段によれば、フラックスを構成する有機物質を蒸留してからフラックスをワークのはんだ付部にはんだと共に供給する。これにより、フラックス中の高温成分等の不純物を除去することができ、フラックスの絶縁抵抗値を安定させることができる。
【0038】
【0039】
請求項27に記載の手段によれば、フラックスに含まれる前記有機物質は、少なくとも1分子内に(-OH)水酸基を3個有し、且つ空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下であり、フロー法或いはディップ法にてはんだ付する。これにより、ほとんどフラックスが残存することなく、ランド部の形状や大きさに係わらず良好にはんだ付できる。
【0040】
【実施例】
(第一実施例)
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。図1は、リフロ工程でフリップチップIC1やチップ部品2を基板4の基板電極3にはんだ付する様子を模式的な断面図で示したものである。基板4に設けられた基板電極3にはんだ5を予めはんだめっきのようなプリコートを施した状態から、本発明で特定した有機物質6(例えば100%1,2,6-ヘキサントリオール)を塗布した状態でフリップチップIC1やチップ部品2を配置する。そして、このような状態で基板4を図示しないリフロ炉に通してはんだ5を溶融させ、はんだ付を行う(図1(a))。
【0041】
このリフロしてはんだ付する際に、炉の雰囲気として水素(H2)ガス、窒素ガスを用いる。或いは空気でもよい。これは、本発明のはんだ付では、溶けたはんだ5の周囲に渡って特定した有機物質6で覆われてはんだ付が実施されるため、はんだ付後に酸化されたとしてもはんだ付それ自体には影響しないためである。またこのリフロ工程の温度プロファイルパターンとしては、図2に示すように、室温→約235〜250℃(ピーク温度)→室温という通常用いられるパターンでよい。本実施例では、雰囲気としては炉中雰囲気で行っているが、Air雰囲気でかつ熱板上でのリフロでも同様なはんだ付が可能であることを本願発明者らは確認している。このようにして形成したはんだ付のはんだ付部分断面の詳細な調査で、本願発明者らは、通常用いられてきたフラックスによるはんだ付と同等な接合が形成されていることを、電子顕微鏡及びX線元素分析等で確認している。
【0042】
はんだ付に用いるフラックスやペースト用フラックスの働きは、図3に示すように、はんだ21が溶融する際に、はんだ材の上面にフラックス22が覆った状態になって、はんだ21が電極面に速やかに濡れ広がるようにさせることである。このようにならないと、はんだ21は表面張力で球形を保とうとして電極面上に丸まった状態となってしまうからである。即ち、液体となって速やかに広がる濡れの状態を実現する必要がある。
【0043】
その際、図3に示すように、基板23上で液体状になったはんだ21の端部において、表面張力が働いて、丸1の方向に基板23とフラックス22との界面張力、丸2の方向に液体状のはんだ21とフラックス22の界面張力、丸3の方向に液体状のはんだ21と基板23の界面張力が働いているが、フラックス22が溶融したはんだ21の表面を覆った状態で、フラックス22も液体状態であると丸2方向の界面張力が小さくなり、はんだ21が基板23の上に広がる。つまり、フラックス22は、はんだ21の溶融時にはんだ21の表面の酸化膜を還元して、はんだ21の濡れ状態を高める役割を果たす。従ってはんだ21が溶融する際にフラックス22は液体状態ではんだ周囲に広がって存在している必要がある。
【0044】
このような働きを実現する材料として、従来は前述のようにロジン(松やに)またはハロゲン化物または有機酸を中心とする有機物質が利用されていたが、その塩またはそれ自体が固形物で残渣を発生させることから、本願発明者らは、残渣を発生させない材料を検討して、以下に示すような有機材料を中心とするフラックスを特定することができた。
【0045】
即ち、フラックスを特定する場合にTG法によって得られる特性(空気または窒素ガス雰囲気流量200ml/min、温度上昇率が10℃/minの時の、180℃における質量%)が一定量以上(18%以上)となる有機物質を中心とする材料がフラックスとして有用であること、及びこの180℃におけるTG法による質量%が18%以上という条件は、ほぼ蒸気圧としては95mmHgとなっていることが本願発明者らの調査によって判明した。またペーストとしては、蒸発しにくい物質であることが必要で、グリセリンの蒸気圧である20mmHgでは不十分であり、この値未満であることが必要である。
【0046】
そのような特性を有する特定の材料を示すために、様々な有機物質をフラックスとして用いる場合を想定して、図4にはんだ広がり率と、TG法による測定(条件:窒素ガス雰囲気流量200ml/min、温度上昇率10℃/min)において180℃でのTG特性値(質量%)との関係を示す。尚、図4中の番号に対応した材料名と、それぞれのはんだ広がり率及びTG法による180℃における質量%データを図5に示す。
【0047】
図4に示したはんだ広がり率とは、図6に示すような測定により定義される。即ち、直径1mmのはんだボール(Sn63%Pb残部)55aを厚膜Cu導体53上に測定対象の有機物質(溶剤)56と共に配置し(図6(a))、窒素雰囲気中でピーク温度235℃でリフロさせ(図6(b))、その結果広がったはんだの直径の平均値Zを基にしてパーセンテージとしたものである。尚、図6(c)に示すように、はんだの広がりは均一とは限らないので、広がり具合の平均値Z(Z=(X+Y)/2)を算出して、広がり率を((Z−1)/1)×100(%)にて定義している。はんだボール径が1mmとしてあるので、100%の広がり率とは、はんだの直径が2mmに広がったことを意味する。
【0048】
TG法によるパーセンテージとは、対象とする材料の特性を示すものであり、またTG法は、熱分析のひとつで、対象材料の蒸発特性を質量で精密測定する手法である。TG法は、サンプルの質量変化を示差熱天秤にて精密に規定した精密な秤であり、物質の蒸発していく質量を0.1μg単位で精密測定するものである。これは沸点測定とは異なり、沸点に至るまでにその物質がどんどん蒸発していくために、物質の蒸発特性(TG特性)とでも言うべき性質を明らかにする。そして、この蒸発特性から判ることは、通常知られている沸点のみからでは判別しえない分類が可能となることである。例えば図7に示すように、沸点(b.p)がほぼ同一で、かつ、共晶はんだ融点より60℃も高い有機材料のオクチレングリコール(構造式:Pr-CH(OH)CH(C2H5)CH2OH、b.p=244℃)とジエチレングリコール(構造 式:HO-(CH2)2-O-(CH2)2-OH、b.p=244℃)とのTG特性を比較してみる(加熱速度は10℃/min、雰囲気流量200ml/minとしてある)。この場合では両者とも沸点よりも早く蒸発が始まり、沸点以下で全てが蒸発し終わって、いわゆる沸騰状態は発生しようがない。
【0049】
その蒸発中の質量変化率は両者ともほぼ同様なカーブを描いて減少していく。そして、それらの質量が50%になる時の温度は、図7で示されるように、それぞれほぼ160℃と185℃になっている。はんだの融点がほぼ180℃であるので、オクチレングリコールの場合ははんだが溶けはじめた段階ではすでに全て蒸発し尽くしており、フラックスとしての働きをしない。そのため実際にはんだ付に使用してもはんだ付不可である。一方ジエチレングリコールは、蒸発中にはんだが溶け、はんだの表面張力を低下させ良好に流れて濡れた状態となり、はんだ付が終了する時点では、全てのジエチレングリコールが蒸発し尽くして残渣を残さないことになる。即ち、図7において示したはんだ濡れ開始領域Aにおいて、有機材料(溶剤)が液体状態で確実に存在している必要がある。
【0050】
このように、(-OH)水酸基を2個含有する多価アルコールで沸点がほぼ同一の材料であっても、はんだボール試験で濡れた材料と濡れない材料に分かれる例は幾つか存在する。その例を図8に示す。図8より、濡れを示した材料を見てみると、沸点の差はおおよそ数℃程度なのに対し、蒸発温度(質量%=0%)にすると、数十℃の差があることがわかる。また、沸点が高い物質順に蒸発温度が高くなっておらず、エチルジエタノールアミンと1,5-ペンタンジオールのように、逆転している物質も存在する。これら材料の比較からもわかるように、蒸発温度をTG法で調べることにより、その蒸発温度がはんだの融点に対して高いか低いかによって、はんだボールが濡れるか否かの判定が可能であると言える。
【0051】
蒸発温度が沸点から予想しえない理由をもう一つ述べる。図9は、蒸発温度が190℃とほぼ同一の材料の特性を記載したものである。これら材料の沸点は、243℃〜276℃と40℃以上の開きがあり、沸点からは蒸発温度が予想しえないことを示している。また図9は蒸発温度がはんだ融点より高くても、(-OH)水酸基の数によって濡れ性を示さない場合があることを示している。つまり、単純に沸点の値を基準にしてフラックスへの適不適は判別できないことがわかる。
【0052】
以上のような観点から、沸点は材料を特定する基準とはならず、TG特性がその目安となることを本願発明者らは見いだした。このTG特性は、蒸発と関係することから、蒸気圧とも対応している。蒸気圧は温度に依存するので、基準とする温度ははんだの溶ける温度とするのが良い。このように、有機物質を中心とする物質をフラックスとして利用する際には、その適不適を沸点から判断するのではなく、TG法から得られるデータで判定分類することがよく、TG法からの結果による分類で初めて可能となるのである。
【0053】
従って、図7に示すようなTG特性を基にして、図4に示されるように、各物質の180℃における残留量(質量%)と、その物質をはんだ付のフラックスに用いた図6に定義するはんだ広がり率とを比較した結果、多くの有機物質を中心とする物質がペースト用フラックスとして有用であることが示されたものである。尚、図4に示す個々の有機物質を示す点のうち、(-OH)水酸基が1個しかないものはすべてはんだ広がり率が0%で、はんだ付ができなかった。前述の図9は、蒸発温度がほぼ190℃(共晶はんだ融点以上)の材料特性を示したもので、この図から(-OH)水酸基の数についても比較できる。これによると、(-OH)水酸基の数が2個のものは全て濡れるが、(-OH)水酸基が1個や0個のものは、全く濡れを示さないことがわかる。つまり、はんだ表面及び基板(基板電極表面)に対する還元性が弱いまたは全く無い有機材料は、フラックスとしての効果がない。そして、(-OH)水酸基が2個の場合では、TG特性が18%以上ではんだが広がり、はんだ付が実施できることが確認された。
【0054】
また(-OH)水酸基が3個の有機物質(主として多価アルコール類)の場合では、すべてはんだ広がり率が70%を越え、ほぼTG特性が80%を越えた状態にある。そして、(-OH)水酸基が4個の有機物質(主として糖類)の場合では、蒸気圧が低く、はんだペーストとしても利用できる。これは蒸発しにくいため、ペーストとして実現しやすい。
【0055】
このように、対象とする有機材料の温度に関する特性が得られる。即ち、図4に示す特性のように、沸点(b.p)による分類とは異なる材料分類ができ、これにてフラックスとして適用できるためのより正確な分類ができ、かつ、多くの材料が適用可能なことを判明させることができた。
【0056】
はんだの広がり率はTG法による質量%が0%になる温度とも関係がある。図10にはんだ広がり率とTG法による測定(窒素ガス雰囲気流量200ml/min、温度上昇率10℃/minの条件)で質量%が0%になる温度(蒸発温度)との関係を示す。図10より、はんだが濡れ広がるためには、(-OH)水酸基を1分子中に2個以上有し、かつ、蒸発温度が185℃より大きい物質を選択すればよいことが理解される。尚、図10中の番号に対応した材料名と、それぞれのはんだ広がり率及びTG法による180℃における質量%データ及び質量%=0%における温度のデータの詳細は、前述の図5に示すものである。
【0057】
また、図5及び図10に示される材料のうち、代表として1,2,6-ヘキサントリオール(図中の番号24)、テトラエチレングリコール(図中の番号18)、トリメチロールプロパン(図中の番号33)、トリメチロールエタン(図中の番号32)、グリセリン(図中の番号30)のTG法による質量%の変化をそれぞれ図11、図12、図13、図14、図15に示す。それぞれの図中において、特性線TGはTG法による質量%を、特性線DTGは特性線TGの変化率をそれぞれ示す。また、参考までにそれぞれの図中に吸熱量を表す特性線DTAを併記した。図11〜図15に示されるように、温度が上昇するにつれてTG%は減少し、ついには0%になり、蒸発し尽くしてしまう。このときの温度を蒸発温度として各材料のデータを収集し、そのデータに基づいて図5を得、この図5を基に図10を得た。本願発明者らは、図5に示したデータの他にも多数のデータを取得しており、それらデータの一覧は図16に示す。
【0058】
図17、図18は、前述の観点から、はんだ付においてはんだ広がり率が大きく、はんだ付が良好であると確認した有機物質を、図4に示した有機物質を含めて示した。尚、図17は蒸留している場合に本発明の特性を単一物質で得ることのできる物質の一覧で、図18は蒸留していない場合にも本発明の特性を単一物質で得ることのできる物質の一覧である。また図17、図18中の項目のうち「TGでの残渣の有無」とは、TG特性で0%になるか否かを示す。また「180℃での蒸気圧」は文献値を示し、文献にないものについては括弧付で推定値を示してある。
【0059】
図17に示した市販の有機物質のうち、1,2,4-ブタントリオール、3-メチルペンタン-1,3,5-トリオールのように、微量の残渣がTG特性で残るものが示してあるが、これを蒸留して用いた場合には残渣がほとんど認められず、支障がないことを確認している。さらに、ここに示した有機物質のうち、お互いに反応し合わないものを混合して使用しても差し支えない。それは、個々の有機物質がそれぞれフラックスとして働く場合に、それぞれの蒸気圧もしくはTG特性の違いから、はんだ溶融時にフラックスの役割を時間的或いは温度的にずれた状態で十分に発揮する場合もあるためである。
【0060】
このほか、図17及び図18に示さなかった有機物質でも、本発明の特性を具備する材料は数多くあり、いずれもフラックスやペースト用フラックスとして利用可能である。従って残渣がなくて後洗浄の不要なはんだ付実装方法を数多く提供することができる。特にカルボニル基含有有機物やハロゲン化合物含有有機物という従来用いられていた有機物質を全く含まなくても、フラックスやペースト用フラックスして有効であることは非常に応用範囲が広げられることを意味する。なお、図19に、本発明に該当しなかった有機物質を示した。図4において、はんだ広がり率が0%(最下の横軸)に示してある物質である。これらははんだ付が不可であることを本願発明者らは確認している。
【0061】
ところで、フラックスとして利用可能な有機材料を分類する際の条件、即ちTG法の条件は、対象物質をフラックスとして特定するための条件であって、必ずしも実際の工程で実施する条件ではない。実際の工程では、リフロ炉の昇温のあり方や途中で昇温特性を変化させるなど様々であり、従って特定した有機物質は実際の使用条件に合わせたものを用いるようにすればよい。今回TG法で測定した条件は、次の環境(4ゾーンある窒素リフロ炉において、昇温速度約90℃/分、160〜170℃で約1分保持する温度プロファイルにてリフロする)とほぼ同一環境であることを、材料の蒸発量を観察することで本願発明者らは確認している。
【0062】
また上記の説明では、はんだとして共晶はんだ(Sn約63%Pb残部)で、融点が約180℃のものを用いたが、固相線温度が約180℃であるはんだ組成(例えばSnが約18〜97.5%Pb残部)であっても同様な条件ではんだ付できることを本願発明者らは確認している。上記のはんだは、Sn-Pb系(含むAg,In,Cu,Bi,Sbなどの添加物)で示したが、これ以外のはんだ、例えばBi系、In系の低温はんだでは、融点が130℃、139℃、165℃であるはんだを用いてはんだボール試験を試みている。これら材料は、それぞれの融点では還元力が発揮されず、約170℃で濡れはじめた。このことは、これら材料の代表例が165〜170℃以上でないと酸化膜を除去しきれないという事実からも明らかである(後述の図27参照)。従って、はんだ付用フラックスの条件としては、170℃以上のはんだ融点におけるTG法による質量%が18%以上かつ(-OH)水酸基が1分子内に2個以上かつはんだ付時に液化するもの、TG法による質量%が0%となる温度(蒸発温度)が170℃以上かつはんだ融点以上かつ(-OH)水酸基が1分子内に2個以上、という条件で十分である。
【0063】
さらに、高温はんだであるSn10%Pb残部で、約5gのテトラエチレングリコールにエリトリトール約10gを溶かしたものを用いても、第一実施例と同様、はんだ付ができることが確認されている。なお、基板電極としては、はんだ,Sn,Cu,Ag,Ni,Au,Pt,Pd、またはこれらの合金、または厚膜導体、の少なくとも1種類よりなる電極であって、通常利用されている電極材料であれば、ほとんど適用できる。
【0064】
(第二実施例)
はんだの供給方法として、第一実施例でははんだめっきを用いたが、はんだペレット(はんだ箔)7を形成して特定したフラックス6と共に塗布しておく手法でもはんだ付の効果は同様であることを本願発明者らは確認している(図1(b)参照)。具体例の一つとして、チップ部品2を搭載するランド(基板電極)3に予め溶剤6としてテトラチレングリコール(100%)をディスペンサで塗布する。次にランド3とほぼ同等の大きさの箔状のはんだ(ペレット)7を溶剤6上に置き、その上にチップ部品2を搭載する。フリップチップIC1に関しては、フリップチップIC1に予めはんだバンプ5が形成されているため、はんだ箔を置く必要はない。このように実装した基板4をリフロ炉に通してはんだ付する。
【0065】
なお上記の塗布方法をディスペンサで実施しているが、印刷でも良い。また、ランド3のみの塗布でも、基板4全体の塗布でも、リフロ後には完全に蒸発することを本願発明者らは確認している。塗布の順番に関しても、はんだ箔を置いた後、フラックスを塗布する工程をとっても良い。リフロ環境は、Airでも不活性雰囲気でもよく、炉中はんだ付でも熱板上でのリフロでもよい。尚、本実施例では、フラックスとしてテトラエチレングリコールを例に説明したが、第一実施例に示した図17、図18に示されるような他の材料をフラックスとして用いても、本実施例のはんだ付に適用できることを本願発明者らは確認している。
【0066】
(第三実施例)
次に、はんだペースト8を用いる場合を説明する(図1(c)参照)。はんだペースト8は、はんだ粉に溶剤をペーストとして混合させたもので、はんだ付領域にクリーム状のはんだペーストを塗布して用いるものである。はんだ粉ははんだ表面積を大きくするので、はんだが溶けた際に、より大きな還元力を必要とする。従って、本発明の有機材料をはんだペースト8の溶剤として用いる場合、(-OH)水酸基3個あることが条件となる。しかもこの時、液体性を有していることが必要である。またペーストの場合、半練り状態を得るためには、はんだに対して約10wt%程度で溶剤を含有させる必要がある。即ち、前記各実施例と比較すると、フラックスとして働く溶剤量が少なく、同じ温度プロファイルでも早く蒸発してしまう場合がある。そのため、大きな還元力を持っていても該溶剤がはんだ付時に存在していないと意味がなく、従って蒸気圧が小さいものがペーストとして適している。実際、TG法による質量%が約82%で、180℃における蒸気圧がほぼ20mmHgのグリセリン単体ではぺーストとしては有効ではなかった。
【0067】
ペーストとして現実に良好な結果が得られたものを以下に示す。例えば25〜40μmのSn62%Ag2%Pb残部(JISH62Ag2)のはんだ粉約100gに、溶剤の一例として多価アルコール類である1,2,6-ヘキサントリオールを約9wt%(9g)を入れ、十分混練させる。この溶剤は室温で2584cpsと高粘度であるため、粘度調整しなくても、メタルマスク及びメッシュマスクでの印刷が可能なペーストができる。このはんだペーストをメタルマスク及びメッシュマスクにて基板4に印刷し、その後チップ部品2及びフリップチップIC1を実装させ、その状態でリフロ炉に通してはんだ付する。
【0068】
(第四実施例)
別のはんだペーストの具体例として、常温で固体であるトリメチロールプロパン(別名1,1,1-トリスプロパンまたは1,1,1-ヒドロキシメチルプロパン)約12.3gを、乳鉢を用いて十分粉砕し、これを溶剤として用いるテトラエチレングリコール約6.2gに溶かし、十分攪拌するとゲル状になる。これに25〜40μmのSn62%Ag2%Pb残部のはんだ粉138.9gに入れ、十分混練させる。これをはんだペーストとして、第三実施例と同様に印刷工程を経てリフロ炉ではんだ付を実施する。この例では、2つの特定有機物質を混合して、還元性と液体性(濡れ性)を分担させ、使いやすい状態にして用いるケースである。
【0069】
はんだペーストとして、より好ましいはんだ濡れを実験で確認した組み合わせとして以下のようなものがあげられる。1.1,2,6-ヘキサトリオール単体。2.トリエタノールアミン単体。3.テトラエチレングリコールとトリメチロールプロパンの混合系。4.ジエタノールアミン類とテトラエチレングリコール、1,2,6-ヘキサトリオールグリセリンの混合系。5.トリエタノールアミンを微量以上添加(0.045%以上100%まで)した、図17及び図18に示す他の溶剤との混合系。6.1,2,6-ヘキサトリオールとトリメチロールプロパンの混合系。7.トリメチロールプロパンと水とテトラエチレングリコールの混合系。これら1.〜7.はいずれも、はんだ粉に対して約8〜12wt%で通常市販されているはんだペーストと同程度の粘度のペースト状態となる(ただし一方が固体であるサンプルは、溶解度にもよるが、はんだ以外の成分が約8〜14wt%でペースト状となる)。
【0070】
第三実施例及び第四実施例に示したペーストの例では、残渣が発生しないという効果に加え、はんだボールの発生が抑制されることも判明した。これは、本案の構成材料が樹脂を全く含まない構成であるため、温度上昇のダレにより遠くに取り残されたはんだボールが、はんだ溶融時に障害なく吸収され、はんだボールとしてはんだ付後に残らないからである。このことは、本案と市販ペーストを高温顕微鏡下で観察比較することで判明した。
【0071】
(第五実施例)
本願発明者らのグループは既に特開昭64-5039号公報でフラックスを用いた突起電極製造方法を示してあるが、この場合にも本発明の特定した有機物質を適用できる。例えば、図20に示す模式的な構造断面図のように、転写用基板81側にはんだめっきにて、フリップチップIC84の電極83と同配置に、200μmピッチにてランド部分82を形成しておく。IC84側はAl配線電極上に、パッシベーション膜形成後にバリア電極としてチタン(Ti)/銅(Cu)を連続蒸着し、その後銅(Cu)電極83をメッキ形成したフリップチップIC84を用いる。このフリップチップIC84を、専用のチップマウンタ85で吸着し、例えば溶剤としてテトラエチレングリコールを約30μm厚のトレーで転写した後、認識装置にて治具内にて位置合わせして転写用基板81側に移動配置させる。ICチップ84側を約240℃まで加熱しながら、転写用基板81側のはんだに降下接触させて転写を行う。このように転写したはんだ電極83は、溶剤が蒸発してしまい、無洗浄、無残渣のはんだ転写が可能である。
【0072】
(第六実施例)
前記の各実施例をもとに、車載用HIC基板に適用した場合を示す。フリップチップIC及びチップ部品を、銅(Cu)導体で形成された、最小100μm幅の電極間距離をもつHIC用セラミック基板上に搭載する例を示す。例えば、前述実施例のフラックスまたはペーストを電極部に塗布または印刷する。これにチップ部品及びフリップチップICを専用マウンタで搭載する。その後、窒素炉を用いてリフロする。リフロは、約160℃近傍で1分間保持し、ピーク温度が約235℃である温度プロファイルパターンを使用する。昇温速度は約60℃/分であるようにする。
【0073】
この様にしてはんだ付された後、ワイヤボンディング実装を行う。このとき、洗浄無しでもボンディング接合性は従来の洗浄品と遜色なく、引っ張り強度が確保されていることが判っている。またこの様にして作られたものはリーク等がなく、従来の洗浄品と、品質上、同等の特性を示すことを本願発明者らは確認している。さらに、このはんだ付部近傍には、目視では全く残渣が無く、顕微FT−IR(Fourier Transformation-Infrared)分析でも有機物とみられるピークがない(即ちフラックス成分が無い)ことを本願発明者らは確認している。
【0074】
(第七実施例)
今まで示したフラックス成分は、有機酸・ハロゲン化合物を含有しない構成であった。このフラックス成分に、約240℃でTG法による質量%が0%となるような有機酸を微量添加した例を示す。有機酸は、酸化金属と反応して塩を生成するため、完全に無残渣にはならないが、TG法による質量%が0%であれば有機酸そのものは蒸発または熱分解するため、微量の残渣ではんだ付可能である。そこで、今までに示してきた実施例で構成されるフラックス材料に、熱分解・蒸発する有機酸等を添加して使用するものである。
【0075】
例えば、前述の図17、図18に示すフラックス構成材料に、TG法による分析より200℃でほとんど蒸発してしまうモノカルボン酸であるカプリン酸(CH3-(CH2)8-COOH : 別名デカン酸)をフラックス中に約1wt%添加したものを同様なリフロ工程ではんだ付を行う。この様にして添加されたフラックスは濡れ性をさらに向上させ、特にペーストにした例において顕著に良好な濡れを示すことが判明した。
【0076】
この様に本発明と遜色なく本発明のフラックスに添加できる物質は、最低でもTG法による測定でピーク温度前後での質量%が0%になるような物質を用いなければならない。乳酸やオレイン酸等のカルボン酸では、TG法による質量%は0%にはならず、数十μg〜数mgも残渣として残ってしまい、使用できないことも本願発明者らは確認している。尚、上記に示したカルボン酸以外に、アジピン酸などの240℃前後でTG法による質量%が0%となる材料でも有効であることを本願発明者らは確認した。
【0077】
(第八実施例)
以上の説明はすべてリフロはんだ付工程で説明しているが、フロー工程でもはんだ付工程として同様であり、フラックスの効果は同様である。フロー工程にて回路部品31〜33を基板34の基板配線35にはんだ付する様子を、図21に示す。フロー工程として、例えば噴流はんだ付によるはんだ付の例を示す。シュリンク型のICや、基板34の裏面に接着剤で固定されたチップ部品等の回路部品31〜33を基板34に仮実装した後(図21(a)参照)、プリント基板34の裏面よりフラックス(ここでは図17、図18に示される材料のうち例えばグリセリン)を全面塗布する。その基板34を約150℃で加熱するプリヒート工程を経て、噴流はんだ槽を通し、約240℃で溶融したはんだに接触させ、ファンにて乾燥させる過程をとる。このようにフローはんだ付により、回路部品31〜33の各接続端子31a〜33aと、基板配線35とがはんだ36により電気的に接続された基板34(図21(b)参照)においてもフラックスの残渣はほとんどなく、リフロ工程で示したのと同様な役割(還元作用、濡れ向上)を果たしている。
【0078】
(第九実施例)
25〜40μmのSn62%Ag2%Pb残部のはんだ粉約200gに、樹脂成分として例えばロジン約8gと1,2,6-ヘキサントリオール約15gを混合し、十分に混練してペースト状にする。このペーストを用いて、第三実施例と同様な方法でプリント基板に印刷する。このようにしてはんだ付した製品は、残渣として樹脂成分のみが若干残るものの、それ以外の成分は蒸発分解し、信頼性が良好なはんだ付が可能となる。つまり、市販ペーストの活性剤及び溶剤の代わりに本案の材料を採用することで、信頼性において市販低残渣フラックスを凌駕するはんだ付が可能となる。また、はんだ付性においても、樹脂を用いない場合と比較して良好な結果が得られた。本実施例では、樹脂としてロジンを用いたが、ロジン以外にアクリル系樹脂を用いても同様な結果が得られた。また、樹脂以外の成分として、1,2,6-ヘキサントリオールを用いたが、テトラエチレングリコールとブチルカルビトールまたはα−テルピネオールなどのロジンを溶かす溶剤を混合したもので代用してもよい。
【0079】
(第十実施例)
例えば、瑪瑙鉢で十分に粉砕したトリメチロールプロパン約12.5gをテトラエチレングリコール約15.3gに若干温度を加えながら溶かし込む。トリメチロールプロパンは完全には溶けきらないが、このままでも十分に塗布できる。この溶剤を用いて予めSn60%Pb残部はんだを供給した基板の上に塗布し、その上からチップ部品及び400μmピッチSn40%Pb残部バンプを有したフリップチップICを実装する。この後、不活性雰囲気のベルトリフロ炉を用いてリフロする。ピーク温度を約240℃とした通常プロファイル(図2参照)において、はんだ付後は溶剤は全て蒸発し、残渣として全く残らないことをSEM(Scanning Electron Microscopy:走査型電子顕微鏡)観察及びFT−IR分析で本願発明者らは確認している。
【0080】
2価のアルコールであるテトラエチレングリコールは、それ自身は常温でそれほど粘性が高くないが、常温で固体でトリメチロールプロパンを加えていくと粘性が増し、チキソトロピー性が得られ、より部品の保持性がよくなる。このように、常温で固体である多価アルコールは、チキソ剤としても有効であることがわかった。常温で固体である多価アルコールは、上記材料以外にトリメチロールエタン、1,2,3-ヘキサントリオール等があり、これらの材料もチキソ剤として有効であることがわかった。溶剤と固体の配合比は、本実施例において、約1:1であるが、トリメチロールプロパン量をもっと多くしても同様な接合が可能である。また、第二実施例に示したようにテトラエチレングリコール単体でも有効であるが、トリメチロールプロパンを混合した方がより還元力が強く、より確実にはんだ付できる。
【0081】
(第十一実施例)
瑪瑙鉢で十分に粉砕されたトリメチロールエタン約12.6gをテトラエチレングリコール約9.7gに溶かす。このトリメチロールエタンは完全には溶けきらないが、乳白色のゲル状の液体となる。これに、25〜40μmのSn60%Pb残部共晶はんだ粉を、スパーテル(攪拌用の金属製へら)を用いて混ぜ合わせた後、混練機を使って十分に混ぜ合わせる。混練機には、(株)ジャパンユニックス製の自公転型のものを使用して約30分間混練を行った。このようにして作られたものは、ペースト状となり、印刷可能レベルにある。このペーストを用いて絶縁抵抗測定用のセラミック基板に印刷する。この基板は、100,200,300μmピッチでCu厚膜で形成された対向電極があり、リフロの後に絶縁抵抗を測定できるものである。リフロは、窒素雰囲気のベルトリフロ炉を用いて行った。トリメチロールエタンは、融点が200℃であるが、TG法によると200℃以前の約150℃から昇華が顕著になり、はんだが溶融する以前に還元力を発揮し、良好な濡れ性を示した。その後、PCBT(Pressure Cooker Bias Test)を行った。条件は、温度121℃、湿度85%、対向電極への印加電圧24Vという厳しい試験条件で約120時間行った。
【0082】
上記材料の他に、1,2,6-ヘキサントリオール、トリエタノールアミン及びトリメチロールプロパンを各々テトラエチレングリコールに混合した混合ペーストを用いて同様の試験を行った。また、ペースト以外のはんだ付方法として、予めディップ等により基板電極側にはんだを供給後、十分に洗浄し、1,2,6-ヘキサントリオール等の同材料を塗布し、リフロしたサンプルについてもPCBTを行った。その結果をペーストについては図22に、フラックスについては図23にそれぞれ示す。このような、厳しい試験において、初期の状態とほとんど変わらないものは、トリメチロールプロパンペースト、トリメチロールエタンペースト及びペーストはんだ付以外のフラックスであり、これら材料及びはんだ付方法は、特に車載等の厳しい環境下で使用する際に好適であるといえる。特に、ペーストにおいては、トリメチロールプロパンとトリメチロールエタン以外のものでは、絶縁抵抗の低下が見られた。この原因は、材料構造に起因している。即ち、第一にアミン基を含有しない材料であること、第二に近接しあう(-OH)水酸基を分子内に含有しないこと、この2つの条件を満たす材料がより信頼性の高いはんだ付を提供することになる。
【0083】
1,2,6-ヘキサントリオールの構造式、トリメチロールプロパンの構造式及びトリメチロールエタンの構造式をそれぞれ図24に示す。1,2,6-ヘキサントリオールには近接しあう(-OH)水酸基が存在するが(図24(a)参照)、トリメチロールプロパン或いはトリメチロールエタンには近接しあう(-OH)水酸基がなく、(-OH)水酸基同士の間には少なくとも炭素が3個介在している(図24(b)、(c)参照)。構造上、近接しあう(-OH)水酸基が存在すると、溶剤自身の酸化がより進行しやすく、その酸化した部位でアルコール基がカルボニル基になり、Sn塩等を形成し、信頼性を低下させる要因になる。このことはMS(Mass Spectrometry: 質量分析法)によるスペクトルのフラグメントイオンからも容易に想像できる。即ち、1,2,6-ヘキサントリオールのMSによるスペクトルのピークからは近接しあう(-OH)水酸基に起因すると推定される比較的強いカルボニルまたはアルデヒドのフラグメントピークがあるのに対して、トリメチロールプロパン或いはトリメチロールエタンには強くは見られない。つまり、1,2,6-ヘキサントリオールの方がより分子内での酸化が起きやすく、ペーストのようにSnの酸化物(Snイオン)と触れ合う機会が多いペーストにおいて、極微量に金属塩を生成してしまうため、厳しい信頼性試験において、低下が見られたのである。
【0084】
一方、トリメチロールプロパンに似た構造を有する材料に、トリエタノールアミンがある。この材料は、アミン基が存在するため、濡れ性は非常に良好となるが、1,2,6-ヘキサントリオールと同様に酸化が起きやすくなる方向に作用し、信頼性の面で1,2,6-ヘキサントリオールと同様な結果となった。
【0085】
(第十二実施例)
25〜40μmのSn62%Ag2%Pb残部のはんだ粉約200gに、テトラエチレングリコール約9.7gに約24.6gのトリメチロールプロパンを加え、スパーテルにて混合し、その後自公転式の混練機にて十分に混練する。このペーストを用いて、第三実施例と同様な方法で印刷塗布した後、窒素雰囲気炉にてリフロする。この時のリフロプロファイルを図25に示す。図25に示されるように、165℃近傍で1分間保持するプロファイルとし、その他の昇温スピードは、約90℃/分とした。このように約170℃で保持する時間を設けることで、より良好なはんだ付性を得ることができた。保持する温度は、トリメチロールプロパンが電極材料に対して還元力を示し始める温度(図27参照)に基づいて決定できる。
【0086】
図26は、酸化膜除去能力の測定方法のフローを示し、酸化Cuまたは酸化Sn基板に材料を塗布し、その後リフロしたサンプルをXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy:X線電子分光法)を用いて酸化膜厚を測定するようにした方法を示したものである。図26に示される方法を用いて、トリメチロールプロパン及びトリメチロールエタンを酸化Cu基板上に塗布した場合の測定結果が図27である。図27によると、トリメチロールプロパンの場合、約160℃から還元反応が起き、175℃で完全に除去できている。このため、約170℃での温度保持が効果的である。本願発明者らは、トリメチロールエタンペーストにおいても、同様の還元能力を調査しており、約165℃の保持でも良好な濡れ性を示すことがわかった。一方、トリメチロールプロパンペーストにおいて、約165℃保持プロファイルでは、約170℃保持プロファイルほどの濡れ性が得られなかった。このように、酸化金属上に塗布された材料を還元領域で保持するプロファイルは、濡れ性を確保する上で重要な工程であり、材料毎に保持温度が異なることがわかった。
【0087】
また、図28に示すように、本願発明者らは、Cu基板の酸化膜厚除去能力だけでなく、Snに対しても酸化膜厚除去能力を各種材料について調査している。尚、本実施例では図25の温度プロファイルでリフロを行ったが、保持時間を特に設けなくてもはんだ付可能である。また、保持時間については、約10秒の保持で良好な効力を発揮し、保持しない場合に比較して良い濡れ性を示した。保持時間としては、約10秒〜5分、さらに望ましくは約1〜2分が良い。また昇温速度に関しては、TG法による質量%の変化のデータが10℃/minで測定されたデータであるため、少なくとも実際の昇温速度の平均が10℃/min以上であることが望ましい。特に、蒸発しはじめる温度から、平均して10℃/min以上で昇温するのが望ましい。例えば、共晶はんだの場合、各材料のTG特性のデータ(図11〜図15)から、約170℃から著しく蒸発しはじめるため、リフロの温度プロファイルを保持温度から昇温する際、その昇温速度が遅いとはんだ溶融前に溶剤が蒸発してしまい、はんだ溶融時にはんだの表面張力を低下させる作用が期待できなくなる。従って、少なくとも溶剤の蒸発が激しくなる温度以上では、昇温速度を規定する必要がある。逆に、それ以下の温度においては、溶剤材料の蒸発がほとんどないため、昇温速度を特に規定する必要はない。
【0088】
還元能力をはかる尺度として、1分子中の(-OH)水酸基の個数以外に分子内に占める(-OH)水酸基の割合が考えられる。図29に、(-OH)水酸基/分子量×100(%)と、除去できた酸化膜厚量との関係を示す。図29から(-OH)水酸基/分子量×100の値が約17.5%を越えた材料から自然酸化膜を除去し得る還元能力(約1〜2nm)があることがわかる。また、分子内に占める(-OH)水酸基の割合が大きくなるに従って、還元能力も増していることも判明した。この図より、ペーストで必要な還元能力((-OH)水酸基3個以上)は、(-OH)水酸基/分子量×100の値が約38%以上であることがわかる。
【0089】
(第十三実施例)
市販(和光純薬製)の1,2,6-ヘキサントリオールをロータリポンプの減圧下において蒸留を行う。約5mmHgの圧力下で約180〜190℃で蒸留できるが、高温成分(酸化物)などの不純物のみを取り除くことが目的であるため、精密蒸留でなくとも有効である。1,2,6-ヘキサントリオールは市販品では若干黄色を呈しているが、蒸留後は無色透明を呈する。この材料を300,150,75,50μmピッチのCu厚膜を対向配線し、絶縁抵抗を測定できる評価用基板上に上記の蒸留した1,2,6-ヘキサントリオール及び蒸留していない1,2,6-ヘキサントリオールを塗布した後、窒素雰囲気炉でリフロした。各材料の蒸留処理の有無による初期の絶縁抵抗を比較した結果を図30に示す。図30より、蒸留しない材料の絶縁抵抗値は、バラツキが顕著であり、絶縁抵抗も低めの値となっていることがわかる。一方、エタノールのような高沸点でないアルコールは、市販の通常の純度のものでもバラツキがなく、蒸留しなくても使用できるレベルにあることがわかった。
【0090】
1,2,6-ヘキサントリオール以外の材料として、テトラエチレングリコールやグリセリンについても蒸留を行い、絶縁抵抗を測定した。一方、トリメチロールプロパンとトリメチロールエタンは、常温で固体であるため、再結晶法により純度を向上させようと試みたが、あまり効果が得られなかった。そこで、常温液体の材料と同様に強制蒸留することで、他の材料並の効果が得られることがわかった。強制蒸留は、減圧下において、通常液体を蒸留する蒸留器(ガラス器具)を使い、リービッヒ管(冷却部)を取り除いて使用し、ガラスの内側に付着した材料を掻き取る方法で行った。トリメチロールエタンの場合、融点以前に昇華するため、昇華して採取した材料を使っても同様な効果があることがわかった。また、トリメチロールプロパンは、融点が58℃であるため、器具をドライヤ等で熱しながら蒸留すれば、液体のまま簡単に採取できる。
【0091】
(第十四実施例)
例えば、図31に示されるように250μmピッチでCu導体13により形成された配線パターン上に、特定有機物18として蒸留した1,2,4-ブタントリオールを薄く綿棒等で塗布する。この配線上にはんだバンプ15が250μmピッチで形成されたフリップチップIC11(224個のバンプが形成)を高精度マウンタを用いて実装する。このフリップチップIC11の電極15は、Cuバンプの上にSn71%Pb残部のはんだを形成させたものである。実装後、窒素雰囲気炉にてピーク温度を約240℃でリフロした。これにより、Cu導体13側にははんだがなく、かつ、250μmという微細ピッチにおいても良好にはんだ付できることがわかった。リフロピーク温度を約10〜20℃上げて、塗布材料を1,2,6-ヘキサントリオールやペンタエチレングリコールにすることで、上記IC電極材料の他に、約Sn100%やAgSn共晶はんだの組成でも良好なはんだ付が行える。
【0092】
1,2,6-ヘキサントリオールのような粘性の強い多価アルコール材料は、基板に対して濡れ性が悪く(はじく)、ドライバICのような約15〜20mmの巨大なチップに対しては、塗布の仕方によっては接合不良箇所が発生する場合がある。そこで、次の手法ではんだ付することで良好なはんだ付が可能である。基板に対する濡れ性の悪い溶剤として1,2,6-ヘキサントリオールを、基板に対する濡れ性の良い溶剤としてテトラエチレングリコールを用い、それぞれの配合比を10:1(質量比)として混合液を作製する。この混合液は、1,2,6-ヘキサントリオールと比較して、基板に対する表面張力が低くなるため、基板に薄く均一に塗布可能となる。その後フリップチップICをマウンタにて搭載し、窒素中にてリフロを行う。また、これらの混合液はディップ用のフラックスとしても有効であることを本願発明者らは確認している。
【0093】
基板に対して濡れ性の悪い溶剤として、1,2,4-ブタントリオール、3-メチルペンタン-1,3,5-トリオール、グリセリン等があり、一方、基板に対する濡れ性の良い溶剤として1,5-ペンタンジオール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコール、3-メチル-1,5−ペンタンジオールなどがある。これらの溶剤を、所望の配合比で混合したものは、基板に対する濡れ性が良くなり、溶剤を薄く均一に塗布することができ、結果としてはんだ付性を向上できる。
【0094】
(第十五実施例)
AgまたはCu系厚膜で形成された配線を有するセラミック基板において、図17、18に示される材料のうち例えば、1,2,6-ヘキサントリオールをフラックス材として少なくともその配線上に塗布する。図32に示すように、この基板44をSn62%Ag2%Pb残部の組成から成り約235℃に保持された溶融はんだ45の入ったはんだ浴槽47に垂直に浸漬させる。約2秒間浸漬した後、液面に対して約45度の角度で引き上げると、基板44の表面に若干量の材料が残っている。この状態で基板44を再びはんだ浴槽47中に垂直に約3秒間浸漬させ、液面に対して約45度の角度でゆっくりと引き上げる。このようにしてディップされた基板44は、材料の塗布の量によっては、ほとんどフラックス材が残存することなく、ランド部の形状や大きさに関わらず良好にはんだ付できる。仮に、残存したとしてもその量は微小で炭化していないため、エタノール等で除去可能であり、或いは、その後の部品実装リフロ後に蒸発し、最終的には残渣として残らない。この基板44を用いて、第一実施例で示した方法で部品実装を行うことにより、全ての工程において無洗浄が可能である。
【0095】
尚、本実施例では、基板配線材料に厚膜を用いた構成としたが、本願発明者らは基板配線材料にはんだ付可能なめっき金属で構成しても可能であることを確認している。また、上記説明では、材料を基板44側に塗布しているが、材料を直接はんだ浴槽47の上面に供給し、そこに基板44をディップするような方法でも同様にはんだ付が可能であることを本願発明者らは確認している。
【0096】
(第十六実施例)
AgまたはCu系厚膜で形成された配線を有するセラミック基板を、100%の1,5-ペンタンジオール((-OH)水酸基数が2個、蒸発温度(質量%=0%の温度)が190.8℃)中に液面に垂直に浸漬する。約5秒間浸漬した後、液から垂直に引き上げる。そして、約30秒間垂直のまま保持し、この基板をSn62%Ag2%Pb残部の組成から成る約235℃に保持されたはんだ浴槽にゆっくりと垂直に浸漬させる。約2秒間はんだ浴槽中で保持した後垂直に引き上げると、基板表面に若干量の1,5-ペンタンジオールが残っているが、基板は加熱されているため、約数十秒で1,5-ペンタンジオールは完全に蒸発してしまう。
【0097】
このようにしてディップされた基板は、表面に全く溶剤を残すことなく、ランド部の大きさ、形状に関わらず良好にはんだ付できる。TG法による蒸発温度が190℃より低いプロピレングリコール(蒸発温度=約150℃)を用いたディップでは、浸漬後引き上げる時に既に溶剤は蒸発してしまっており、はんだカスが大量に基板に付着する。一方、TG法による蒸発温度が190℃より高いグリセリン(蒸発温度=約230℃)では、良好なはんだ付は可能であるが、1回のディップでは蒸発しきらなかった溶剤が残ってしまう。このことから、約235℃に保持されたはんだ浴槽においては、(-OH)水酸基を2個以上有し、蒸発温度が約190℃の材料は、1回のディップではんだ付が可能で、且つ蒸発し尽くせる材料であると言える。
【0098】
蒸発温度が190℃以上の材料であっても、ディップ後に乾燥工程を加えることで、上記材料と同様に無洗浄ディップはんだ付が可能である。このようにしてディップされた基板を用いて、第一実施例に示した方法で部品の実装を行うことにより、全ての工程において無洗浄化が可能である。尚、本願発明者らは、1,5-ペンタンジオールと同等のTG特性を有する材料として、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコールなどでも1,5-ペンタンジオールと同様な結果が得られることを確認している。また、本実施例では、基板にセラミック基板を用いているが、プリント基板でも同様なディップが可能であることも本願発明者らは確認している。
【0099】
(第十七実施例)
次に、各々単独では濡れ性を示さない溶剤同士を混合することで、濡れ性を示すようになる例を以下に示す。例えば、n-ドデカノールと、オコチレングリコールの混合系である。これら材料は、いずれも単独では濡れ性を示さない材料である。即ち、n-ドデカノールは、(-OH)水酸基が1個であるため還元力に乏しいが、質量%が0%になる温度は190℃であるため、はんだ溶融時には表面張力を低下させる効力を発揮する。一方、オクチレングリコールは、質量%が0%になる温度が180℃であるため、はんだ溶融時には表面張力を低下させる作用に乏しいが、(-OH)水酸基を2個持ち合わせているため、還元力は十分である。このように、両者の欠点を補うような材料の混合系をフラックスとしてもよい。実際に、n-ドデカノール約10gとオクチレングリコール約20gを十分混合させた材料を作成し、この混合材料を用いて第一実施例に示す方法で部品実装を行ったところ、確実にはんだ付することができた。材料としては、上記のn-ドデカノールの代わりに、(-OH)水酸基を含まないアルカン(n-ヘキサデカン)で代用しても、はんだ付可能であった。
【0100】
上記に示されるように、本発明によれば、少なくとも(-OH)水酸基を1分子に2個以上含有するはんだ付用フラックスのうち、TG法による測定で、所定の条件下で、170℃以上のはんだ融点における質量%が18%以上となる物質を少なくとも1種類含有したはんだ付用フラックスを用いることにより、はんだの濡れ性及び広がり性が良好で、残渣のないはんだ付を行うことができる。また、少なくとも(-OH)水酸基を1分子に2個以上含有するはんだ付用フラックスのうち、TG法による測定で、所定の条件下で質量%が0%になる温度がはんだの融点(固相線温度)以上かつ170℃以上となる物質を、少なくとも1種類含有したはんだ付用フラックスを用いることによっても、はんだの濡れ性及び広がり性が良好で、残渣のないはんだ付を行うことができる。このはんだ付用フラックスを用いてディップ法によるはんだ付を行っても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 リフロによるはんだ付の様子を示す模式的な構成断面図。
【図2】 リフロ時の温度プロファイルを示した模式図。
【図3】 はんだ濡れの状態を示す説明図。
【図4】 有機物質のはんだ濡れ広がり率と180℃におけるTG法による質量%との関係を示した関係図。
【図5】 図4中の番号と材料との対応を示した対応図。
【図6】 はんだ広がり率の定義を示す説明図。
【図7】 オクチレングリコール及びジエチレングリコールにおけるサーマルグラビメトリの特性図。
【図8】 (-OH)水酸基を2個有した材料のうち沸点がほぼ同一材料の蒸発温度と濡れ性との関係を示した説明図。
【図9】 沸点がほぼ同一材料における蒸発温度、(-OH)水酸基の個数、はんだ広がり率等の特性を示した説明図。
【図10】 有機物質のはんだ濡れ広がり率とTG法による質量%が0%の時の温度(蒸発温度)との関係を示した関係図。
【図11】 1,2,6-ヘキサントリオールにおけるサーマルグラビメトリの特性図。
【図12】 テトラエチレングリコールにおけるサーマルグラビメトリの特性図。
【図13】 トリメチロールプロパンにおけるサーマルグラビメトリの特性図。
【図14】 トリメチロールエタンにおけるサーマルグラビメトリの特性図。
【図15】 グリセリンにおけるサーマルグラビメトリの特性図。
【図16】 有機物質のはんだ濡れ広がり率と180℃におけるTG法による質量%及びTG法による質量%が0%の時の温度(蒸発温度)との関係を示した説明図。
【図17】 本発明の特性を単一物質で具備する物質の一覧図(蒸留している場合)。
【図18】 本発明の特性を単一物質で具備する物質の一覧図(蒸留していない場合)。
【図19】 本発明の特性を単一物質で具備しない物質の一例を示す一覧図。
【図20】 第五実施例の構成を示す模式的な断面構成図。
【図21】 フローによるはんだ付の様子を示す模式的な構成断面図。
【図22】 ペーストのPCBT試験結果を示したグラフ。
【図23】 フラックスのPCBT試験結果を示したグラフ。
【図24】 1,2,6-ヘキサントリオールの構造、トリメチロールプロパンの構造、及びトリメチロールエタンの構造を示した構造図。
【図25】 リフロ時の温度プロファイルを示した模式図。
【図26】 酸化Cu膜除去能力の測定方法を示した説明図。
【図27】 トリメチロールプロパン及びトリメチロールエタンの除去された酸化Cu膜厚と温度との関係を示した関係図。
【図28】 Snめっき基板の180℃で1分間保持したときの除去できたSnの酸化膜厚と材料との関係を示した関係図。
【図29】 分子量に占める(-OH)水酸基の割合と除去できたSnの酸化膜厚との関係を示した関係図。
【図30】 各材料の蒸留処理の有無による初期絶縁抵抗を示した特性図。
【図31】 第十四実施例における微細フリップチップの実装を示した断面模式図。
【図32】 はんだディップ方法を示した模式図。
【符号の説明】
1 フリップチップIC(FC−IC)
2 チップ部品
3 基板電極
4 基板
5 はんだ(IC側はFC電極を兼ねる)
6 特定した有機物物質(フラックス)
7 はんだペレット
8 特定有機物を含有するはんだペースト
11 フリップチップIC
13 Cu導体
14 セラミック基板
15 はんだバンプ
18 特定有機物
21 はんだ
22 フラックス(特定した有機物質)
23 基板
31〜33 回路部品
34 基板
35 基板配線
36 はんだ
44 基板
45 はんだ
47 はんだ浴槽
53 厚膜Cu導体
55a はんだボール
56 溶剤
81 転写用基板
82 ランド部分
83 電極
84 フリップチップIC(FC−IC)
85 パルスヒータ・吸着ヘッド付専用チップマウンタ
[0001]
[Technology to which the invention belongs]
  The present invention relates to a flux used when soldering a flip chip IC or an electronic component to a substrate and a soldering method using the same. The present invention also relates to a solder paste in which solder powder is kneaded into a paste and a soldering method using the same.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, a flux containing an organic acid / halide has been used in soldering a HIC (hybrid IC) and a printed circuit board. However, in recent years, chlorofluorocarbons have been promoted from the viewpoint of environmental pollution, and the use of a low-residue non-cleaning flux with a low solid content or alternative cleaning of aqueous systems is becoming mainstream. However, water-based cleaning has a problem that the cleaning performance is poor for an IC having a connection pitch structure that will be further miniaturized in the future, such as HIC. Further, even if the cleaning can be performed, if the drying is insufficient, there is a concern that leakage may occur due to moisture absorption or the like in a severe environment such as in-vehicle use. On the other hand, when there is a resin mold or wire bonding process in the subsequent process, there is a concern that the low residue flux may have an adverse effect without cleaning.
[0003]
  Moreover, in the solder paste, the material composition of the paste is 1. Solder powder, 2. Solvent, 3. It usually consists of solids (rosin, active agent, etc.). Commercially available non-cleaning-type products have been devised to reduce the solid content or not to contain halides, but after soldering, residues such as resin components such as rosin or activator components are always generated. . In particular, residues due to the activator (activator itself or reaction product) significantly degrade reliability. On the other hand, resin residues such as rosin are not a major problem when soldering printed circuit boards (for home appliances, some in-vehicle use, etc.). However, when soldering with HIC, the solder paste with such a small amount of residue, such as flip chip terminal leakage, circuit corrosion, and subsequent wire bonding reliability for products with fine connections As a result, there is a problem from the point of view, so in the end, alternative CFC cleaning and water-based cleaning are currently being implemented.
[0004]
  Therefore, recently, a non-residue type soldering method in which solder paste is reflowed using alcohol has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-290693 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-25291. For example, JP-A-2-90693 discloses a paste obtained by mixing alcohol (monohydric alcohol, polyhydric alcohol, ether) having a boiling point of about 30 ° C. higher than the melting point of solder with solder powder.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  However, when the inventors of the present invention actually confirmed based on this document, in the non-reducing atmosphere (an atmosphere in which the reducing ability cannot be exerted with respect to the metal oxide) with ether and monohydric alcohol, solder wettability is shown at all. The solder did not spread. Also, when polyhydric alcohol examples disclosed in the examples and triethylene glycol are used, it is necessary to add a considerably large amount of alcohol (about 15 wt%), which is not suitable for use as a printing paste. It was. And even if it soldered using this, it was a level which is hard to say that soldering is favorable. Further, even when the amount of triethylene glycol was about 10 wt% to form a printing paste, the solder did not get wet (the solder did not spread), and the function as a soldering paste was not exhibited. According to the observation by the inventors of the present application with a high-temperature microscope, most of the material having a boiling point of about 30 ° C. higher than the melting point of the solder evaporates before the solder melts, which can sufficiently reduce the surface tension of the solder paste. The solder could not spread. In order to improve solder wetting in the one proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-25291, soldering is performed in a reducing atmosphere. For that purpose, the temperature of the reflow furnace is set to 300 to 350 ° C. or more. Need to be hot. That is, the solder pastes proposed in these documents can be expected as a material that does not leave a residue, but cannot be expected to have good wetting in a non-reducing atmosphere or at a normal temperature.
[0006]
  Therefore, the object of the present invention is to show good wetting with respect to the base material as the bonded portion, even in a normal temperature profile and in a non-reducing atmosphere, and the residue can be substantially eliminated. It is to provide a new activator suitable for use as a binder in constituting a soldering flux or solder paste.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The inventors of the present application have found that, when soldering, the component has a reducing power, and by using an organic substance present in a liquid at the start of solder melting, proper soldering can be realized. It was found that the classification of organic substances by analysis by the gravimetry method (hereinafter referred to as TG method) can be specified as a material suitable for an appropriate flux or paste. The TG method is one type of thermal analysis that can accurately detect minute changes in mass. Based on the information obtained from this analysis, the TG method is used to evaluate and classify substances used as soldering flux such as flux or paste. ing. The TG method was carried out using a commercially available SII (Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.) SSC-5200 measuring device. In actual measurement, a small amount of 6 to 7 mg of sample was used.
[0008]
  In order to solve the above problem, the means described in claim 1 can be employed. According to this means, it is a soldering flux, and the flux is 0% by mass when the air or nitrogen gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C./min as measured by the TG method. The temperature (hereinafter referred to as the evaporation temperature) is 170 ° C or higher and the melting point (solidus temperature) of the solder or higher and lower than the reflow peak temperature used. 2 groups per molecule and air or nitrogen (N2) When the gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min, the temperature when the mass% becomes 0% is 170 ° C or higher, and the solder Including organic substances that are above the solidus temperature and below the reflow peak temperature used,The organic substance includes either an alcoholamine organic substance or a derivative thereof, or an ethanolamine organic substance or a derivative thereof,It is used for soldering in a non-reducing atmosphere. By soldering using this soldering flux, at the temperature at which the solder starts to melt, it does not decompose or evaporate but exists in a liquid state in the solder portion, and at the end of the soldering process, it decomposes or evaporates substantially. It can be made not to remain.
[0009]
  In the conventional concept of specifying flux and paste by boiling point, the present inventors found that (-OH) hydroxyl group-containing material compared to the case where a material that cannot achieve an appropriate wet state of the solder part was included. In the method of specifying the material by the TG method, a material that realizes good wetting of the solder portion and sufficient reduction of the solder surface can be surely selected. Moreover, the evaluation by the TG method shows a characteristic correlated with the vapor pressure of the substance, and an appropriate substance can be specified also by the vapor pressure. These substances act as reducing flux on solder, substrate electrode and component electrode as soldering flux or solder paste flux, decompose oxides on these surfaces, and facilitate soldering To do. In these substances, when the solder melts, the flux is present in a liquid state in the solder portion to realize a wet state, and the reduction reaction spreads the solder smoothly over the entire solder, substrate electrode, and component electrode. And form a reliable solder joint. At the time when the soldering is completed, no residue is generated due to evaporation or decomposition / evaporation of all the flux. Therefore, there is no need for post-cleaning. Moreover, the wettability and spreadability at the time of solder melting are good, and the generation of residues can be suppressed at the end of soldering.
[0010]
  In addition, the soldering flux has at least two (-OH) hydroxyl groups in one molecule, so it has sufficient reducing ability, and it is good even if soldering is performed in a non-reducing atmosphere using this soldering flux. Solder wettability can be obtained.
  The organic substance contains either a polyhydric alcohol organic substance or a saccharide or a derivative thereof, an alcohol amine organic substance or a derivative thereof, or an ethanolamine organic substance or a derivative thereof, whereby a conventional carbonyl group is obtained. Even if it does not contain a contained organic substance or a halogen compound-containing organic substance, the configuration of only the organic substance as the flux found this time has an effect as a flux as in the conventional case. In particular, a glycol organic material having at least two (—OH) hydroxyl groups, a polyhydric alcohol organic material, or a saccharide, or an alcohol amine organic material having at least two (—OH) hydroxyl groups. As a result, it is possible to make soldering easy and reliable by reducing the surface tension of the solder by strongly showing the reducing property when the solder is melted.
[0011]
  According to the means described in claim 2, soldering is performed using a soldering flux composed of a plurality of kinds of substances, which are mixed in an unreacted state. Thereby, from the difference in the vapor pressure or TG characteristic of each component, the role of the flux can be sufficiently exerted in the state where the role of the flux is shifted in terms of time or temperature at the time of melting the solder.
[0012]
[0013]
  According to the means described in claim 3, the organic substance contains an organic substance containing three (—OH) hydroxyl groups per molecule. This makes it possible to spread the solder better, especially when the organic substance contains four (-OH) hydroxyl groups in one molecule, so that the vapor pressure can be kept low. It remains without evaporating at the time of melting, and can fully exhibit its reducing ability.
[0014]
  In addition, organic substances having 3 or more (-OH) hydroxyl groups per molecule can be measured by the TG method when the flow rate of air or nitrogen atmosphere is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min. Increase to 235 ° C or higher. Thereby, a solder can be spread more favorably and the quality of soldering can be improved more.
[0015]
[0016]
  Claim 41,3-dioxane-5,5-dimethanol, 1,4-dioxane-2,3-diol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,5-furandamethanol , N-butyldiethanolamine, ethyldiethanolamine, diethanolamine, tetraethylene glycol, hexaethylene glycol, pentaethylene glycol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, 2 ', 3', 4'-trihydroxyacetophenone, 3-methylpentane-1,3,5-triol, triethanolamine, trimethylolpropane, trimethylolethane, pyrogallol, NN-bis (2-hydroxyethyl) isopropanolamine, pentaerythritol,And a material composed of one or a combination of bis (2-hydroxymethyl) iminotris (hydroxymethyl) methane as a main component of the soldering flux.
  Claim 51,3-dioxane-5,5-dimethanol, 1,4-dioxane-2,3-diol, 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol , 2,5-furandiethanol, n-butyldiethanolamine, ethyldiethanolamine, diethanolamine, tetraethylene glycol, FXaethylene glycol, pentaethylene glycol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, 2 ', 3' , 4'-trihydroxyacetophenone, 3-methylpentane-1,3,5-triol, glycerin, triethanolamine, trimethylolpropane, trimethylolethane, pyrogallol, N-N-bis (2-hydroxyethyl) isopropanolamine, pentaerythritol, AndBis (2-hydroxymethyl) iminotris (hydroxymethyl) methane is a material composed of one or a combination of two or more, and is used for soldering in a non-reducing atmosphere. .
  Thereby, by performing reflow soldering, it is possible to improve the wettability and spreadability of the solder and to prevent generation of a residue after soldering. In particular, if at least one of these materials containing 3 or more (—OH) hydroxyl groups in one molecule is mixed with solder powder and used as a paste, it exhibits good wettability and Stable quality can be maintained even in harsh environments. In addition, even when a resin is mixed to form a paste when the solder paste is prepared, no residue other than the resin is generated at the end of the soldering, and a reliable soldering can be obtained. Can do. As described above, by using a substance having at least three (—OH) hydroxyl groups in one molecule as a flux activator at the time of soldering, thixotropy can be obtained, and the component retainability can be further improved.
[0017]
  Claim 6According to the means described in (1), a distilled material among the (—OH) hydroxyl group-containing organic materials is used as the main component of the soldering flux. As a result, impurities such as high-temperature components (oxides) present in the flux are removed, the purity of the flux can be improved, the insulation resistance value can be stabilized, and high-quality soldering can be achieved. be able to. This means that the raw material which is the main component of the soldering flux may be distilled and used, and even if a commercially available material is used, the residue can be almost eliminated at the end of soldering.
[0018]
  Claim 7According to the method described in, when the air or nitrogen gas atmosphere flow rate is 200 ml / min, the temperature rise rate is 10 ° C / min, the evaporation temperature is 235 ° C or higher, and the solder solidus is measured by the TG method. A solvent having a temperature equal to or higher than the temperature and equal to or lower than the reflow peak temperature to be used is mixed with the solder powder to form a paste. This solvent contains at least three (-OH) hydroxyl groups per molecule, and air or nitrogen (N2) When the gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min, the temperature when the mass% becomes 0% is 235 ° C or higher and the solder Contains organic substances that are above the solidus temperature and below the reflow peak temperature used.The organic material includes either an alcoholamine organic material or a derivative thereof, or an ethanolamine organic material or a derivative thereof.
  Thereby, the wettability at the time of solder paste melting can be made favorable.
  Solder paste may not play a role as a paste if it is highly evaporable. Therefore, it is difficult to evaporate during solder melting, that is, air or nitrogen gas flow rate 200ml / min, temperature in measurement by TG method. When the rate of increase is 10 ° C / min, the mass% at the solder melting point (180 ° C for eutectic solder) is preferably 89% or more, or the vapor pressure at the solder melting point is 20mmHg or less. Further, in the solder paste, the surface area of the solder becomes large, so that when the organic substance of the present invention as a binder is used, a larger reducing power is required. Therefore, good soldering can be realized by using a flux containing at least three (-OH) hydroxyl groups per molecule. When these materials are used as a flux, the wettability of the paste is very good. It contains at least three alcohols containing (-OH) hydroxyl group per molecule, and the evaporation temperature is 235 when the air or nitrogen gas atmosphere flow rate is 200ml / min and the temperature rise rate is 10 ℃ / min as measured by the TG method. A specific substance of ℃ or higher is mixed with solder powder as a binder and used as a paste. Thereby, the evaporability can be lowered as a flux at the time of melting the solder, and the wettability at the time of melting the solder paste can be improved.
  Also,Claim 8According to the means described in (1), the solvent comprises a solvent containing at least one of trimethylolpropane and trimethylolethane, and solder powder. Thereby, since there is no adjacent (—OH) hydroxyl group and no amine group, oxidation does not occur, and the reliability of the soldered portion can be improved.
[0019]
  Claim 9The solder paste according to claim 8 or 9 is used for soldering in a non-reducing atmosphere. Thereby, even if soldering is performed in a non-reducing atmosphere, good wettability can be obtained and almost no residue can be obtained.
[0020]
[0021]
  Claim 10According to the means, the solvent is composed of a plurality of kinds of substances, and they are mixed in an unreacted state to constitute a solvent for the solder paste. By performing soldering using a solder paste containing this solvent, the role of the solvent is sufficiently shifted in terms of time or temperature when melting the solder due to the difference in vapor pressure or TG characteristics of each component. It can be demonstrated.
[0022]
  Claim 11According to the means described in (1), an organic substance having a molecular structure in which at least three carbon atoms are interposed between all (—OH) hydroxyl groups and (—OH) hydroxyl groups is used. Thereby, since there are no adjacent (—OH) hydroxyl groups, oxidation of the organic substance hardly occurs, and the reliability of the soldered portion can be improved.
[0023]
[0024]
[0025]
  Claim 12According to the means described in the above, the solvent is measured by the TG method when the air or nitrogen gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C./min. It should be not lower than the reflow peak temperature to be used above the solidus temperature of the solder. The solvent has at least three (-OH) hydroxyl functional groups per molecule, and air or nitrogen (N2) When the gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min, the temperature when the mass% becomes 0% is 235 ° C or higher and the solder Contains organic substances that are above the solidus temperature and below the reflow peak temperature used.The organic material includes either an alcoholamine organic material or a derivative thereof, or an ethanolamine organic material or a derivative thereof.The solvent and solder powder are kneaded to form a solder paste. This solder paste is supplied to the soldering part of the workpiece, and the workpiece is placed in an atmosphere capable of raising the temperature. The temperature in the atmosphere is raised to the first temperature, the first temperature is maintained for a predetermined time, and the temperature is raised to a second temperature higher than the first temperature at an average rate of 10 ° C./min or higher. By performing soldering by such a method, the solvent does not evaporate before the solder is melted, the solvent is present in the soldered portion, and the surface tension of the solder can be reduced.
  Claim 13According to the means described in 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol,PentaerytritoLeSoldering is performed using at least one of them as the main component of the solvent of the solder paste. Thereby, since these materials have a large reducing power, the wettability when the solder is melted can be improved.
  Claim 14According to the means described in the above, at least one first component selected from tetraethylene glycol, hexaethylene glycol, and pentaethylene glycol, 1,2,6-hexanetriol, 3-methylpentane-1,3,5- A mixture of at least one second component among triol, glycerin, trimethylolpropane, and trimethylolethane is used as the main component of the solder paste solvent. Thereby, more preferable solder wettability is obtained.
[0026]
  Claim 15According to the means described above, soldering is performed by setting the first temperature in relation to the temperature at which the organic substance of the solvent exerts a reducing power on the metal oxide in the soldering portion. Thereby, the reduction | restoration by a solvent functions effectively and can acquire favorable wettability.
[0027]
  Claim 16According to the means described in (1), the first temperature is set to 160 ° C. or higher and the solder melting point or lower and soldering is performed. Thereby, reduction | restoration by a solvent is performed effectively, better wettability of solder can be obtained, and the reliability of a soldering part can be improved.
[0028]
  Claim 17According to the means described above, soldering is performed at a second temperature of 240 ° C. Thereby, the solvent evaporates after completion of soldering and does not remain on the substrate surface, and the reliability of the soldered portion can be further improved.
[0029]
  Claim 18According to the means described above, soldering is performed while maintaining the first temperature for 10 seconds or more and 5 minutes or less. Thereby, compared with the case where it solders without providing holding time, a reduction | restoration effect | action works more effectively and the favorable wettability of solder can be obtained. More preferably,Claim 19In other words, the soldering is performed while maintaining the first temperature for 1 to 2 minutes.
[0030]
  Claim 20According to the means, the step of distilling the organic substance of the solvent before supplying the solder paste and then kneading the solvent and the solder powder to form the solder paste is provided. Thereby, the purity of the solvent is increased, and variations in insulation resistance can be reduced.
[0031]
[0032]
[0033]
  Claim 21According to the means described in the above, the flux is air or nitrogen (N2) Reflow used when the gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min, and the evaporation temperature is 170 ° C or higher and the solder solidus temperature or higher. Below peak temperature. The flux has at least two (-OH) hydroxyl functional groups per molecule, and air or nitrogen (N2) When the gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min, the temperature when the mass% becomes 0% is 170 ° C or higher, and the solder Contains organic substances that are above the solidus temperature and below the reflow peak temperature used.The organic material includes either an alcoholamine organic material or a derivative thereof, or an ethanolamine organic material or a derivative thereof.This flux is attached to the soldering portion of the workpiece, the solder is supplied, and the workpiece is placed in an atmosphere capable of raising the temperature. Then, the temperature is raised at an average rate of 10 ° C./min or more at least in the temperature range above the solidus temperature of the solder. Thereby, since the flux exists without evaporating when the solder is melted, the surface tension of the solder is not lowered, and good soldering is obtained.
  Claim 22According to the means described in the above, the flux is composed of at least one of 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, and diethylene glycol, and soldering is performed by a flow method or a dip method. As a result, at the end of soldering, some amount of these materials remains on the surface of the board, but because the board is heated, they completely evaporate in tens of seconds, regardless of the size and shape of the land portion. Good soldering can be realized.
[0034]
  Claim 23According to the means described in the above, soldering is performed while maintaining the same temperature for a predetermined period in a temperature range below the solidus temperature of the solder. Thereby, the reduction ability of the flux can be effectively exhibited.
[0035]
  Claim 24According to the means described in (1), the temperature is maintained at 160 ° C. or higher and below the melting point of the solder for 10 seconds or more and 5 minutes or less. Thereby, the flux reducing ability can be more effectively exhibited.
[0036]
  Claim 25According to the means, the soldering is performed by increasing the temperature to 240 ° C. at an average temperature increase rate of 10 ° C./min or more in a temperature range equal to or higher than the solidus temperature of the solder. Thereby, the flux does not evaporate after the soldering is completed, and the flux does not remain on the substrate surface.
[0037]
  Claim 26According to the means, the organic substance constituting the flux is distilled and then the flux is supplied together with the solder to the soldering portion of the workpiece. Thereby, impurities such as high-temperature components in the flux can be removed, and the insulation resistance value of the flux can be stabilized.
[0038]
[0039]
  Claim 27According to the means, the organic substance contained in the flux has at least three (—OH) hydroxyl groups in one molecule, and air or nitrogen (N2) When the gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min, the temperature when the mass% becomes 0% is 235 ° C or higher and the solder It is higher than the solidus temperature and lower than the reflow peak temperature used, and is soldered by a flow method or a dip method. Thereby, almost no flux remains and can be soldered well regardless of the shape and size of the land portion.
[0040]
【Example】
(First Example)
  Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing how the flip chip IC 1 and the chip component 2 are soldered to the substrate electrode 3 of the substrate 4 in the reflow process. The organic substance 6 (for example, 100% 1,2,6-hexanetriol) specified by the present invention was applied from the state in which the substrate 5 provided on the substrate 4 was precoated with solder 5 in advance, such as solder plating. The flip chip IC 1 and the chip component 2 are arranged in the state. In this state, the substrate 4 is passed through a reflow furnace (not shown) to melt the solder 5 and soldering is performed (FIG. 1 (a)).
[0041]
  When reflowing and soldering, hydrogen (H2) Use gas and nitrogen gas. Or air may be sufficient. This is because in the soldering of the present invention, soldering is performed by covering the periphery of the melted solder 5 with the specified organic substance 6, so even if it is oxidized after soldering, the soldering itself This is because it has no effect. Further, as a temperature profile pattern in this reflow process, as shown in FIG. 2, a commonly used pattern of room temperature → about 235 to 250 ° C. (peak temperature) → room temperature may be used. In this embodiment, the atmosphere is an atmosphere in the furnace, but the inventors of the present application have confirmed that the same soldering is possible even in reflow on an air atmosphere and on a hot plate. In a detailed investigation of the soldered partial cross-section of the soldering formed in this way, the inventors of the present application have confirmed that a joint equivalent to soldering by flux that has been used normally has been formed. Confirmed by line element analysis.
[0042]
  As shown in FIG. 3, when the solder 21 melts, the flux used for soldering or the flux for paste is in a state where the flux 22 covers the upper surface of the solder material, so that the solder 21 quickly contacts the electrode surface. It is to let it spread out wet. If this is not the case, the solder 21 will be rounded on the electrode surface in an attempt to maintain a spherical shape with surface tension. That is, it is necessary to realize a wet state that quickly spreads as a liquid.
[0043]
  At that time, as shown in FIG. 3, the surface tension works at the end portion of the solder 21 in the liquid state on the substrate 23, and the interfacial tension between the substrate 23 and the flux 22 in the direction of the circle 1, The interfacial tension between the liquid solder 21 and the flux 22 is acting in the direction and the interfacial tension between the liquid solder 21 and the substrate 23 is acting in the direction of the circle 3, but the surface of the solder 21 where the flux 22 is melted is covered. When the flux 22 is also in a liquid state, the interfacial tension in the two round directions decreases, and the solder 21 spreads on the substrate 23. That is, the flux 22 plays a role of reducing the oxide film on the surface of the solder 21 when the solder 21 is melted and increasing the wet state of the solder 21. Therefore, when the solder 21 melts, the flux 22 needs to be spread around the solder in a liquid state.
[0044]
  Conventionally, as described above, rosin (pine pine), halides, or organic substances such as organic acids have been used as a material for realizing such a function. In view of this, the inventors of the present application have studied materials that do not generate residues, and have been able to identify a flux centered on organic materials as shown below.
[0045]
  That is, when the flux is specified, the characteristics obtained by the TG method (mass% at 180 ° C. when the flow rate of air or nitrogen gas atmosphere is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C./min) are more than a certain amount (18% The above-mentioned materials centering on organic substances are useful as a flux, and the condition that the mass% by the TG method at 180 ° C. is 18% or more is that the vapor pressure is almost 95 mmHg. It became clear by investigation of inventors. Also, the paste needs to be a substance that does not easily evaporate, and the glycerin vapor pressure of 20 mmHg is insufficient, and needs to be less than this value.
[0046]
  Assuming the case where various organic substances are used as a flux in order to show a specific material having such characteristics, FIG. 4 shows the solder spread rate and the measurement by the TG method (condition: nitrogen gas atmosphere flow rate 200 ml / min. The relationship with the TG characteristic value (mass%) at 180 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min. In addition, the material name corresponding to the number in FIG. 4, each solder spread rate, and the mass% data in 180 degreeC by TG method are shown in FIG.
[0047]
  The solder spreading rate shown in FIG. 4 is defined by measurement as shown in FIG. That is, a solder ball having a diameter of 1 mm (residue of Sn63% Pb) 55a is placed on a thick film Cu conductor 53 together with an organic substance (solvent) 56 to be measured (FIG. 6 (a)), and a peak temperature of 235 ° C. in a nitrogen atmosphere. The result is a percentage based on the average value Z of the solder diameters that have spread as a result (FIG. 6B). As shown in FIG. 6 (c), the spread of the solder is not always uniform, so the average value Z (Z = (X + Y) / 2) of the spread is calculated and the spread ratio is ((Z− 1) / 1) × 100 (%). Since the solder ball diameter is 1 mm, a spreading rate of 100% means that the solder diameter has spread to 2 mm.
[0048]
  The percentage by the TG method indicates the characteristics of the target material, and the TG method is one of thermal analysis and is a technique for accurately measuring the evaporation characteristics of the target material by mass. The TG method is a precise balance in which a change in mass of a sample is precisely defined by a differential thermobalance, and precisely measures the mass of a substance that evaporates in units of 0.1 μg. This is different from the boiling point measurement, and since the substance evaporates more and more until reaching the boiling point, the characteristic which should be called evaporation characteristic (TG characteristic) of the substance is clarified. And what is understood from this evaporation characteristic is that classification that cannot be discriminated only by the normally known boiling point becomes possible. For example, as shown in FIG. 7, an octylene glycol (structural formula: Pr—CH (OH) CH (C) having the same boiling point (b.p) and higher than the eutectic solder melting point by 60 ° C.2HFive) CH2OH, b.p = 244 ° C) and diethylene glycol (structure: HO- (CH2)2-O- (CH2)2-OH, b.p = 244 ° C) (The heating rate is 10 ° C / min and the atmospheric flow rate is 200 ml / min). In this case, both of them start to evaporate earlier than the boiling point, and all of them evaporate below the boiling point, so that the so-called boiling state does not occur.
[0049]
  The rate of mass change during evaporation decreases with a similar curve. The temperatures at which the masses reach 50% are approximately 160 ° C. and 185 ° C., respectively, as shown in FIG. Since the melting point of the solder is approximately 180 ° C., in the case of octylene glycol, the solder has already completely evaporated at the stage where the solder starts to melt, and does not function as a flux. Therefore, soldering is not possible even if it is actually used for soldering. On the other hand, diethylene glycol melts during evaporation, lowers the surface tension of the solder and flows well and becomes wet, and when soldering is completed, all the diethylene glycol will evaporate, leaving no residue. . That is, in the solder wetting start area A shown in FIG. 7, the organic material (solvent) needs to be surely present in a liquid state.
[0050]
  As described above, there are several examples in which even a polyhydric alcohol containing two (—OH) hydroxyl groups and having substantially the same boiling point is divided into a wetted material and a non-wetting material in the solder ball test. An example is shown in FIG. FIG. 8 shows that the difference in boiling point is about several degrees Celsius, while there is a difference of several tens of degrees Celsius at the evaporation temperature (mass% = 0%). Moreover, the evaporation temperature does not increase in the order of substances having the highest boiling points, and there are substances that are reversed, such as ethyldiethanolamine and 1,5-pentanediol. As can be seen from the comparison of these materials, by examining the evaporation temperature by the TG method, it can be determined whether or not the solder ball is wet depending on whether the evaporation temperature is higher or lower than the melting point of the solder. I can say that.
[0051]
  Another reason why the evaporation temperature cannot be predicted from the boiling point will be described. FIG. 9 describes the characteristics of a material whose evaporation temperature is almost the same as 190 ° C. The boiling points of these materials range from 243 ° C. to 276 ° C. and 40 ° C. or more, indicating that the evaporation temperature cannot be predicted from the boiling point. FIG. 9 shows that even when the evaporation temperature is higher than the melting point of the solder, the wettability may not be exhibited depending on the number of (—OH) hydroxyl groups. That is, it can be seen that the suitability to the flux cannot be determined simply based on the boiling point value.
[0052]
  From the above viewpoints, the inventors of the present application have found that the boiling point is not a standard for specifying the material, and the TG characteristic is a standard. Since this TG characteristic is related to evaporation, it also corresponds to the vapor pressure. Since the vapor pressure depends on the temperature, the reference temperature should be a temperature at which the solder melts. As described above, when using a substance centered on an organic substance as a flux, it is preferable not to judge the suitability from the boiling point, but to judge and classify the data based on the data obtained from the TG method. It becomes possible only by classification by the result.
[0053]
  Accordingly, based on the TG characteristics as shown in FIG. 7, as shown in FIG. 4, the residual amount (mass%) of each substance at 180 ° C. and the substance used in the soldering flux are shown in FIG. As a result of comparison with the defined solder spread ratio, it has been shown that many organic substances are useful as paste fluxes. In addition, among the points indicating the individual organic substances shown in FIG. 4, those having only one (—OH) hydroxyl group had a solder spreading rate of 0% and could not be soldered. FIG. 9 described above shows the material characteristics at an evaporation temperature of approximately 190 ° C. (above the eutectic solder melting point). From this figure, the number of (—OH) hydroxyl groups can also be compared. According to this, it can be seen that all those having two (—OH) hydroxyl groups are wet, but one having one or zero (—OH) hydroxyl groups does not show any wetting. That is, an organic material having weak or no reducibility to the solder surface and the substrate (substrate electrode surface) has no effect as a flux. And in the case of two (-OH) hydroxyl groups, it was confirmed that solder spreads and soldering can be carried out when the TG characteristic is 18% or more.
[0054]
  In the case of organic substances having three (-OH) hydroxyl groups (mainly polyhydric alcohols), the solder spread ratio exceeds 70% and the TG characteristics substantially exceed 80%. In the case of an organic substance (mainly sugars) having four (-OH) hydroxyl groups, the vapor pressure is low and it can be used as a solder paste. Since this is difficult to evaporate, it is easy to realize as a paste.
[0055]
  Thus, the characteristic regarding the temperature of the organic material made into object is acquired. That is, as shown in the characteristics shown in FIG. 4, a material classification different from the classification based on the boiling point (bp) can be performed, so that a more accurate classification for applying as a flux can be performed, and many materials can be applied. I was able to make it clear.
[0056]
  The spread rate of the solder is also related to the temperature at which the mass% by the TG method becomes 0%. FIG. 10 shows the relationship between the solder spread rate and the temperature (evaporation temperature) at which the mass% becomes 0% as measured by the TG method (conditions of nitrogen gas atmosphere flow rate 200 ml / min, temperature rise rate 10 ° C./min). From FIG. 10, it is understood that in order for the solder to spread out, a substance having two or more (—OH) hydroxyl groups in one molecule and having an evaporation temperature higher than 185 ° C. may be selected. The details of the material names corresponding to the numbers in FIG. 10, the respective solder spread ratios, the mass% data at 180 ° C. and the temperature data at mass% = 0% by the TG method are shown in FIG. It is.
[0057]
  In addition, among the materials shown in FIGS. 5 and 10, as a representative, 1,2,6-hexanetriol (number 24 in the figure), tetraethylene glycol (number 18 in the figure), trimethylolpropane (number in the figure) No. 33), trimethylolethane (No. 32 in the figure), and glycerin (No. 30 in the figure) change in mass% by the TG method are shown in FIG. 11, FIG. 12, FIG. 13, FIG. In each figure, the characteristic line TG indicates mass% by the TG method, and the characteristic line DTG indicates the rate of change of the characteristic line TG. For reference, a characteristic line DTA representing an endothermic amount is also shown in each figure. As shown in FIGS. 11 to 15, TG% decreases as the temperature rises, eventually reaches 0%, and is completely evaporated. Data on each material was collected using the temperature at this time as the evaporation temperature, and FIG. 5 was obtained based on the data. FIG. 10 was obtained based on FIG. The inventors of the present application have acquired a lot of data in addition to the data shown in FIG. 5, and a list of these data is shown in FIG.
[0058]
  FIG. 17 and FIG. 18 show the organic substances that have been confirmed to have a high solder spread ratio and good soldering, including the organic substances shown in FIG. FIG. 17 is a list of substances that can obtain the characteristics of the present invention with a single substance when distilled, and FIG. 18 shows the characteristics of the present invention with a single substance even when not distilled. This is a list of substances that can be used. In addition, among the items in FIGS. 17 and 18, “Presence / absence of residue in TG” indicates whether or not the TG characteristic is 0%. “Vapor pressure at 180 ° C.” indicates literature values, and those not in literature are parenthesized estimates.
[0059]
  Among the commercially available organic substances shown in FIG. 17, a trace amount of residue remains in the TG characteristic, such as 1,2,4-butanetriol and 3-methylpentane-1,3,5-triol. However, when it is used after distillation, almost no residue is observed, confirming that there is no problem. Further, among the organic substances shown here, those that do not react with each other may be mixed and used. This is because when each organic substance works as a flux, the role of the flux may be sufficiently exerted in the state of time or temperature deviation when the solder is melted due to the difference in vapor pressure or TG characteristics. It is.
[0060]
  In addition, even organic substances not shown in FIGS. 17 and 18 have many materials having the characteristics of the present invention, and any of them can be used as flux or paste flux. Therefore, it is possible to provide many soldering mounting methods that are free of residue and do not require post-cleaning. In particular, the fact that it is effective as a flux or paste flux even if it does not contain any organic substances conventionally used, such as carbonyl group-containing organic substances and halogen compound-containing organic substances, means that the application range is greatly expanded. FIG. 19 shows organic substances that did not fall under the present invention. In FIG. 4, the material has a solder spreading rate of 0% (bottom horizontal axis). The present inventors have confirmed that these cannot be soldered.
[0061]
  By the way, the conditions for classifying the organic materials that can be used as the flux, that is, the conditions of the TG method are conditions for specifying the target substance as the flux, and are not necessarily the conditions to be implemented in the actual process. In the actual process, there are various methods such as how to raise the temperature of the reflow furnace and changing the temperature rise characteristics in the middle. Therefore, the specified organic substance may be used in accordance with the actual use conditions. The conditions measured by the TG method this time are almost the same as the following environment (in a 4-zone nitrogen reflow furnace, reflow is performed at a temperature profile of about 90 ° C / min and 160-170 ° C for about 1 min). The present inventors have confirmed that this is an environment by observing the amount of evaporation of the material.
[0062]
  In the above description, eutectic solder (Sn: about 63% Pb balance) having a melting point of about 180 ° C. is used as the solder. However, a solder composition having a solidus temperature of about 180 ° C. (for example, Sn is about The inventors of the present application have confirmed that soldering can be performed under the same conditions even if it is 18-97.5% Pb balance). The above solder is Sn-Pb type (including additives such as Ag, In, Cu, Bi, Sb), but other solders such as Bi type and In type low temperature solders have a melting point of 130 ° C. Attempts to perform solder ball tests using solder at 139 ° C and 165 ° C. These materials showed no reducing power at their respective melting points and began to wet at about 170 ° C. This is also clear from the fact that the oxide film cannot be removed unless the representative examples of these materials are 165 to 170 ° C. or higher (see FIG. 27 described later). Therefore, the soldering flux conditions are as follows: mass% by TG method at a melting point of 170 ° C. or higher is 18% or more, and (—OH) hydroxyl groups are two or more in one molecule and are liquefied during soldering, TG It is sufficient that the temperature (evaporation temperature) at which the mass% by the method becomes 0% is 170 ° C. or more, the solder melting point or more, and two (—OH) hydroxyl groups in one molecule.
[0063]
  Further, it has been confirmed that soldering can be performed as in the first embodiment, even when using about 10 g of erythritol dissolved in about 5 g of tetraethylene glycol with the remainder of Sn10% Pb, which is a high-temperature solder. The substrate electrode is an electrode made of at least one of solder, Sn, Cu, Ag, Ni, Au, Pt, Pd, or an alloy thereof, or a thick film conductor, and is usually used. Most materials can be applied.
[0064]
  (Second embodiment)
  As the solder supply method, solder plating is used in the first embodiment, but the effect of soldering is the same even when the solder pellet (solder foil) 7 is formed and applied together with the specified flux 6. The inventors of the present application have confirmed (see FIG. 1B). As one specific example, tetraethylene glycol (100%) is preliminarily applied as a solvent 6 to a land (substrate electrode) 3 on which the chip component 2 is mounted using a dispenser. Next, a foil-like solder (pellet) 7 having a size substantially equal to that of the land 3 is placed on the solvent 6, and the chip component 2 is mounted thereon. With respect to the flip chip IC1, since the solder bumps 5 are formed in advance on the flip chip IC1, it is not necessary to place a solder foil. The substrate 4 mounted in this manner is passed through a reflow furnace and soldered.
[0065]
  In addition, although said application | coating method is implemented with dispenser, printing may be sufficient. Further, the inventors of the present application have confirmed that even if only the land 3 is applied or the entire substrate 4 is applied, it evaporates completely after reflow. Regarding the order of application, a step of applying a flux after placing the solder foil may be taken. The reflow environment may be Air or an inert atmosphere, and may be soldered in a furnace or reflowed on a hot plate. In this example, tetraethylene glycol was described as an example of the flux. However, even if other materials as shown in FIGS. 17 and 18 shown in the first example are used as the flux, The present inventors have confirmed that the present invention can be applied to soldering.
[0066]
  (Third embodiment)
  Next, the case where the solder paste 8 is used will be described (see FIG. 1C). The solder paste 8 is a solder powder mixed with a solvent as a paste, and is used by applying a cream-like solder paste to the soldering area. Since the solder powder increases the surface area of the solder, it requires a greater reducing power when the solder is melted. Therefore, when the organic material of the present invention is used as a solvent for the solder paste 8, it is necessary that there are three (—OH) hydroxyl groups. In addition, at this time, it is necessary to have liquidity. In the case of paste, in order to obtain a semi-kneaded state, it is necessary to contain a solvent at about 10 wt% with respect to the solder. That is, as compared with each of the above embodiments, the amount of the solvent that acts as a flux is small, and the same temperature profile may evaporate quickly. Therefore, even if it has a large reducing power, it does not make sense if the solvent is not present at the time of soldering, and therefore a paste having a low vapor pressure is suitable as a paste. In fact, glycerin alone having a mass% by the TG method of about 82% and a vapor pressure of about 20 mmHg at 180 ° C. was not effective as a paste.
[0067]
  The following are the pastes with good results. For example, about 9 wt% (9 g) of 1,2,6-hexanetriol, which is a polyhydric alcohol, is used as an example of a solvent in about 100 g of solder powder of 25 to 40 μm Sn62% Ag2% Pb balance (JISH62Ag2). Knead. Since this solvent has a high viscosity of 2584 cps at room temperature, a paste that can be printed with a metal mask and a mesh mask can be obtained without adjusting the viscosity. The solder paste is printed on the substrate 4 using a metal mask and a mesh mask, and then the chip component 2 and the flip chip IC 1 are mounted, and in that state, the solder paste is passed through a reflow furnace and soldered.
[0068]
  (Fourth embodiment)
  As a specific example of another solder paste, about 12.3 g of trimethylolpropane (also known as 1,1,1-trispropane or 1,1,1-hydroxymethylpropane), which is solid at room temperature, is sufficiently ground using a mortar. When dissolved in about 6.2 g of tetraethylene glycol used as a solvent and stirred well, it becomes a gel. This is put into 138.9 g of the remaining solder powder of 25 to 40 μm of Sn62% Ag2% Pb and kneaded sufficiently. Using this as a solder paste, soldering is performed in a reflow furnace through a printing process as in the third embodiment. In this example, two specific organic substances are mixed to share a reducing property and a liquid property (wetting property) to make it easy to use.
[0069]
  As the solder paste, the following are examples of combinations in which more preferable solder wetting has been confirmed by experiments. 1. 1,2,6-hexatriol simple substance. 2. Triethanolamine alone. 3. A mixed system of tetraethylene glycol and trimethylolpropane. 4). Mixed system of diethanolamines, tetraethylene glycol and 1,2,6-hexatriol glycerin. 5. The mixed system with the other solvent shown in FIG.17 and FIG.18 which added the triethanolamine more than trace amount (0.045% or more to 100%). 6. Mixed system of 1,2,6-hexatriol and trimethylolpropane. 7). A mixed system of trimethylolpropane, water and tetraethylene glycol. These 1. ~ 7. Both are about 8-12wt% of the solder powder and become a paste state with a viscosity comparable to that of commercially available solder pastes (however, samples that are solids depend on solubility, but other than solder) Is about 8 to 14 wt% of the ingredients).
[0070]
  In the examples of the paste shown in the third and fourth examples, it was also found that the generation of solder balls is suppressed in addition to the effect that no residue is generated. This is because the composition material of this proposal does not contain any resin, so the solder balls left far away due to the rise in temperature rise are absorbed without trouble when melting the solder and do not remain after soldering as solder balls. is there. This has been found by comparing the present plan with a commercially available paste under a high-temperature microscope.
[0071]
  (Fifth embodiment)
  The group of the inventors of the present application has already shown a method for manufacturing a protruding electrode using a flux in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-5039. In this case as well, the organic substance specified by the present invention can be applied. For example, as shown in the schematic structural cross-sectional view of FIG. 20, land portions 82 are formed at 200 μm pitch in the same arrangement as the electrodes 83 of the flip chip IC 84 by solder plating on the transfer substrate 81 side. . On the IC 84 side, a flip-chip IC 84 is used in which titanium (Ti) / copper (Cu) is continuously deposited on the Al wiring electrode as a barrier electrode after forming a passivation film, and then a copper (Cu) electrode 83 is formed by plating. The flip chip IC 84 is adsorbed by a dedicated chip mounter 85, and, for example, tetraethylene glycol as a solvent is transferred by a tray having a thickness of about 30 μm, and then positioned in a jig by a recognition device and transferred to the transfer substrate 81 Move to move. While the IC chip 84 side is heated to about 240 ° C., the transfer is performed by lowering the solder on the transfer substrate 81 side. The solder electrode 83 thus transferred allows the solvent to evaporate, and can be transferred without washing and without residue.
[0072]
  (Sixth embodiment)
  The case where it applies to the vehicle-mounted HIC board | substrate based on each said Example is shown. An example is shown in which a flip chip IC and a chip component are mounted on a ceramic substrate for HIC formed of a copper (Cu) conductor and having a distance between electrodes of a minimum width of 100 μm. For example, the flux or paste of the above-described embodiment is applied or printed on the electrode part. A chip component and a flip chip IC are mounted on this with a dedicated mounter. Then, reflow is performed using a nitrogen furnace. Reflow uses a temperature profile pattern that is held at about 160 ° C. for 1 minute and has a peak temperature of about 235 ° C. The heating rate is about 60 ° C./min.
[0073]
  After being soldered in this way, wire bonding mounting is performed. At this time, it is known that even without cleaning, the bonding strength is comparable to that of a conventional cleaned product, and the tensile strength is ensured. In addition, the inventors of the present application have confirmed that the product made in this way has no leaks and the like, and exhibits the same characteristics in terms of quality as a conventional cleaning product. Further, the inventors of the present invention have confirmed that there is no residue in the vicinity of the soldered portion visually, and that there is no peak that appears to be an organic substance in microscopic FT-IR (Fourier Transformation-Infrared) analysis (ie, there is no flux component). are doing.
[0074]
  (Seventh embodiment)
  The flux components shown so far have a configuration that does not contain an organic acid / halogen compound. An example is shown in which a small amount of an organic acid is added to the flux component at about 240 ° C. so that the mass% by the TG method is 0%. The organic acid reacts with the metal oxide to form a salt, so it does not become completely residue-free. However, if the mass% by the TG method is 0%, the organic acid itself is evaporated or thermally decomposed, so a trace amount of residue It can be soldered with. Therefore, an organic acid or the like that is thermally decomposed and evaporated is added to the flux material configured in the embodiments described so far.
[0075]
  For example, the above-described flux constituent materials shown in FIGS. 17 and 18 are capric acid (CHThree-(CH2)8-COOH: aka decanoic acid) is added to the flux by soldering in the same reflow process. It has been found that the flux added in this way further improves the wettability, and shows a particularly good wettability especially in the case of a paste.
[0076]
  As described above, the substance that can be added to the flux of the present invention without inferior to the present invention must be such that at least the mass% before and after the peak temperature is 0% as measured by the TG method. The present inventors have confirmed that with carboxylic acids such as lactic acid and oleic acid, the mass% by the TG method does not become 0%, and several tens of μg to several mg remain as a residue and cannot be used. In addition to the carboxylic acid shown above, the inventors of the present application confirmed that a material such as adipic acid whose mass% by the TG method is 0% at around 240 ° C. is also effective.
[0077]
  (Eighth Example)
  The above description is all explained in the reflow soldering process, but the flow process is the same as the soldering process, and the effect of the flux is the same. FIG. 21 shows how the circuit components 31 to 33 are soldered to the substrate wiring 35 of the substrate 34 in the flow process. As the flow process, for example, soldering by jet soldering is shown. After temporarily mounting circuit components 31 to 33 such as shrink-type ICs and chip components fixed to the back surface of the substrate 34 on the substrate 34 (see FIG. 21A), the flux is applied from the back surface of the printed circuit board 34. (Here, for example, glycerin among the materials shown in FIGS. 17 and 18) is applied over the entire surface. The substrate 34 is subjected to a preheating step of heating at about 150 ° C., passing through a jet solder bath, brought into contact with the molten solder at about 240 ° C., and dried with a fan. In this way, the flux of the circuit board 31 to 33a of the circuit components 31 to 33a and the substrate wiring 35 are electrically connected to each other by the solder 36 by the flow soldering. There is almost no residue, and plays the same role (reduction action, improvement of wetting) as shown in the reflow process.
[0078]
  (Ninth Example)
  For example, about 8 g of rosin and about 15 g of 1,2,6-hexanetriol are mixed as resin components with about 200 g of the remaining solder powder of 25 to 40 μm of Sn62% Ag2% Pb, and sufficiently kneaded to form a paste. Using this paste, printing is performed on a printed circuit board in the same manner as in the third embodiment. In the product soldered in this way, only a resin component remains as a residue, but other components are evaporated and decomposed, and soldering with good reliability becomes possible. That is, by adopting the material of the present plan in place of the activator and solvent of the commercial paste, it is possible to perform soldering that surpasses the commercial low residue flux in terms of reliability. Also, in terms of solderability, good results were obtained compared to the case where no resin was used. In this example, rosin was used as the resin, but similar results were obtained even when an acrylic resin was used in addition to rosin. Further, 1,2,6-hexanetriol was used as a component other than the resin, but a mixture of tetraethylene glycol and a solvent capable of dissolving rosin such as butyl carbitol or α-terpineol may be substituted.
[0079]
  (Tenth embodiment)
  For example, about 12.5 g of trimethylolpropane sufficiently ground in a mortar is dissolved in about 15.3 g of tetraethylene glycol while slightly adding temperature. Trimethylolpropane does not completely dissolve, but can be applied sufficiently as it is. Using this solvent, a Sn 60% Pb remaining solder is applied on a substrate supplied in advance, and a chip component and a flip chip IC having 400 μm pitch Sn 40% Pb remaining bumps are mounted thereon. Then, reflow is performed using a belt reflow furnace in an inert atmosphere. SEM (Scanning Electron Microscopy) observation and FT-IR show that in a normal profile (see Fig. 2) with a peak temperature of about 240 ° C, all the solvent evaporates after soldering and does not remain as a residue at all. The inventors have confirmed by analysis.
[0080]
  Tetraethylene glycol, which is a divalent alcohol, is not very viscous at room temperature. However, when trimethylolpropane is added as a solid at room temperature, the viscosity increases, and thixotropic properties are obtained. Will be better. Thus, it was found that polyhydric alcohols that are solid at room temperature are also effective as thixotropic agents. Polyhydric alcohols that are solid at room temperature include trimethylolethane and 1,2,3-hexanetriol in addition to the above materials, and these materials were also found to be effective as thixotropic agents. The mixing ratio of the solvent and the solid is about 1: 1 in this embodiment, but similar joining is possible even if the amount of trimethylolpropane is increased. Further, as shown in the second embodiment, tetraethylene glycol alone is also effective, but mixing with trimethylolpropane has a stronger reducing power and can be soldered more reliably.
[0081]
  (Eleventh Example)
  Dissolve about 12.6 g of trimethylolethane, which has been thoroughly crushed in a mortar, in about 9.7 g of tetraethylene glycol. This trimethylolethane does not completely dissolve, but becomes a milky white gel-like liquid. To this, 25 to 40 μm of Sn60% Pb remaining eutectic solder powder is mixed using a spatula (metal spatula for stirring), and then sufficiently mixed using a kneader. As the kneading machine, a self-revolving type manufactured by Japan Unix Co., Ltd. was used, and kneading was performed for about 30 minutes. The product made in this way becomes a paste and is at a printable level. This paste is used to print on a ceramic substrate for measuring insulation resistance. This substrate has a counter electrode formed of a Cu thick film at a pitch of 100, 200, and 300 μm, and can measure an insulation resistance after reflow. The reflow was performed using a belt reflow furnace in a nitrogen atmosphere. Trimethylolethane has a melting point of 200 ° C. However, according to the TG method, sublimation started to be remarkable from about 150 ° C before 200 ° C, showed a reducing power before the solder melted, and showed good wettability. . After that, PCBT (Pressure Cooker Bias Test) was performed. The conditions were about 120 hours under severe test conditions of a temperature of 121 ° C., a humidity of 85%, and a voltage applied to the counter electrode of 24V.
[0082]
  In addition to the above materials, a similar test was conducted using a mixed paste in which 1,2,6-hexanetriol, triethanolamine and trimethylolpropane were mixed with tetraethylene glycol. Also, as a soldering method other than paste, PCBT is also used for samples that have been pre-frozen after the solder is supplied to the substrate electrode side by dipping or the like and then thoroughly washed and coated with the same material such as 1,2,6-hexanetriol. Went. The results are shown in FIG. 22 for the paste and FIG. 23 for the flux. In such a severe test, what is almost the same as the initial state is a flux other than trimethylolpropane paste, trimethylolethane paste and paste soldering, and these materials and soldering methods are particularly severe such as in-vehicle. It can be said that it is suitable when used in an environment. In particular, in the paste, a decrease in insulation resistance was observed for materials other than trimethylolpropane and trimethylolethane. This is due to the material structure. That is, first, the material does not contain an amine group, secondly, it does not contain (OH) hydroxyl groups that are close to each other in the molecule, and a material that satisfies these two conditions can provide more reliable soldering. Will provide.
[0083]
  FIG. 24 shows the structural formula of 1,2,6-hexanetriol, the structural formula of trimethylolpropane, and the structural formula of trimethylolethane, respectively. 1,2,6-hexanetriol has a close (-OH) hydroxyl group (see FIG. 24 (a)), but trimethylolpropane or trimethylolethane has no close (-OH) hydroxyl group. , (—OH) At least three carbon atoms are present between hydroxyl groups (see FIGS. 24B and 24C). If there are (-OH) hydroxyl groups close to each other in the structure, the oxidation of the solvent itself is more likely to proceed, and the alcohol group becomes a carbonyl group at the oxidized site, forming a Sn salt, etc., reducing reliability. It becomes a factor. This can be easily imagined from the fragment ions of the spectrum by MS (Mass Spectrometry). That is, while there is a relatively strong carbonyl or aldehyde fragment peak presumed to be due to the close (-OH) hydroxyl group from the spectrum peak by MS of 1,2,6-hexanetriol, trimethylol It is not found strongly in propane or trimethylolethane. In other words, 1,2,6-hexanetriol is more likely to oxidize within the molecule, and a trace amount of metal salt is produced in pastes that have many opportunities to come into contact with Sn oxides (Sn ions) like pastes. Therefore, a decrease was observed in a strict reliability test.
[0084]
  On the other hand, triethanolamine is a material having a structure similar to trimethylolpropane. This material has very good wettability due to the presence of amine groups, but it works in the direction that oxidation tends to occur like 1,2,6-hexanetriol. The result was similar to that of 6-hexanetriol.
[0085]
  (Twelfth embodiment)
  Add about 24.6g of trimethylolpropane to about 9.7g of tetraethylene glycol to about 200g of solder powder of Sn62% Ag2% Pb remainder of 25-40μm, then mix with a spatula, and then use a revolving kneader Knead. Using this paste, it is printed and coated in the same manner as in the third embodiment, and then reflowed in a nitrogen atmosphere furnace. The reflow profile at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 25, the profile was maintained at around 165 ° C. for 1 minute, and the other temperature raising speed was about 90 ° C./minute. Thus, by providing a time for holding at about 170 ° C., better solderability could be obtained. The temperature to be held can be determined based on the temperature (see FIG. 27) at which trimethylolpropane starts to show reducing power with respect to the electrode material.
[0086]
  FIG. 26 shows a flow of a method for measuring an oxide film removing ability. A material is applied to a Cu oxide or Sn oxide substrate and then reflowed using XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). The method of measuring the oxide film thickness is shown. FIG. 27 shows the measurement results when trimethylolpropane and trimethylolethane were applied on an oxidized Cu substrate using the method shown in FIG. According to FIG. 27, in the case of trimethylolpropane, the reduction reaction starts from about 160 ° C. and can be completely removed at 175 ° C. For this reason, holding the temperature at about 170 ° C. is effective. The inventors of the present application have also investigated the same reducing ability in the trimethylolethane paste, and found that the wettability is exhibited even when maintained at about 165 ° C. On the other hand, in the trimethylolpropane paste, the wettability as high as about 170 ° C retention profile was not obtained with the about 165 ° C retention profile. Thus, it has been found that the profile for holding the material applied on the metal oxide in the reduction region is an important process for ensuring wettability, and the holding temperature differs for each material.
[0087]
  Further, as shown in FIG. 28, the inventors of the present application have investigated not only the oxide film thickness removing ability of the Cu substrate but also the oxide film thickness removing ability of various materials for Sn. In this embodiment, reflow is performed with the temperature profile shown in FIG. 25. However, soldering is possible even if no holding time is provided. As for the holding time, good effect was exhibited by holding for about 10 seconds, and better wettability was shown compared to the case of not holding. The holding time is about 10 seconds to 5 minutes, more preferably about 1 to 2 minutes. Regarding the rate of temperature increase, since the data on the change in mass% by the TG method is data measured at 10 ° C./min, it is desirable that at least the average of the actual rate of temperature increase is 10 ° C./min or more. In particular, it is desirable to raise the temperature at an average of 10 ° C./min or more from the temperature at which evaporation begins. For example, in the case of eutectic solder, since the TG characteristic data (FIGS. 11 to 15) of each material starts to evaporate remarkably from about 170 ° C., when the temperature profile of the reflow is raised from the holding temperature, the temperature rise If the speed is low, the solvent evaporates before the solder is melted, and the effect of lowering the surface tension of the solder cannot be expected when the solder is melted. Therefore, it is necessary to define the rate of temperature rise at least above the temperature at which evaporation of the solvent becomes intense. On the contrary, at a temperature lower than that, there is almost no evaporation of the solvent material, so that it is not necessary to define the rate of temperature rise.
[0088]
  As a measure for measuring the reducing ability, in addition to the number of (—OH) hydroxyl groups in one molecule, the proportion of (—OH) hydroxyl groups in the molecule can be considered. FIG. 29 shows the relationship between (—OH) hydroxyl group / molecular weight × 100 (%) and the amount of oxide film thickness that can be removed. FIG. 29 shows that there is a reducing ability (about 1 to 2 nm) capable of removing a natural oxide film from a material having a value of (—OH) hydroxyl group / molecular weight × 100 exceeding about 17.5%. It was also found that the reducing ability increased as the proportion of (-OH) hydroxyl group in the molecule increased. From this figure, it can be seen that the reduction capacity required for the paste (3 or more (-OH) hydroxyl groups) is approximately 38% or more in terms of (-OH) hydroxyl group / molecular weight × 100.
[0089]
  (Thirteenth embodiment)
  A commercially available 1,2,6-hexanetriol is distilled under reduced pressure of a rotary pump. Although distillation can be performed at about 180 to 190 ° C. under a pressure of about 5 mmHg, since the purpose is to remove only impurities such as high-temperature components (oxides), it is effective even if precision distillation is not used. 1,2,6-hexanetriol is slightly yellow in the commercial product, but is colorless and transparent after distillation. This material is coated with 300,150,75,50μm pitch Cu thick film facing each other, and the above distilled 1,2,6-hexanetriol and undistilled 1,2,6 on the evaluation substrate that can measure the insulation resistance. -After applying hexanetriol, it was reflowed in a nitrogen atmosphere furnace. FIG. 30 shows the result of comparing the initial insulation resistance depending on the presence or absence of the distillation treatment of each material. From FIG. 30, it can be seen that the insulation resistance value of the non-distilled material has a remarkable variation and the insulation resistance is also a low value. On the other hand, it was found that an alcohol having a high boiling point such as ethanol has a level that can be used without distillation even if it is commercially available with a normal purity.
[0090]
  Tetraethylene glycol and glycerin were also distilled as materials other than 1,2,6-hexanetriol, and the insulation resistance was measured. On the other hand, since trimethylolpropane and trimethylolethane were solid at room temperature, an attempt was made to improve the purity by a recrystallization method, but the effect was not obtained so much. Thus, it was found that the same effects as other materials can be obtained by forced distillation in the same manner as a room temperature liquid material. Forcible distillation was performed by using a distiller (glass apparatus) that normally distills liquid under reduced pressure, removing the Liebig tube (cooling part), and scraping off the material adhering to the inside of the glass. In the case of trimethylol ethane, it sublimates before the melting point, and it has been found that the same effect can be obtained by using a material collected by sublimation. In addition, since trimethylolpropane has a melting point of 58 ° C., it can be easily collected as a liquid if it is distilled while heating the instrument with a dryer or the like.
[0091]
  (14th embodiment)
For example, as shown in FIG. 31, 1,2,4-butanetriol distilled as the specific organic substance 18 is thinly applied with a cotton swab or the like on a wiring pattern formed of Cu conductors 13 at a pitch of 250 μm. A flip chip IC 11 (224 bumps formed) in which solder bumps 15 are formed at a pitch of 250 μm on this wiring is mounted using a high-precision mounter. The electrode 15 of the flip chip IC 11 is formed by forming the remaining Sn71% Pb solder on the Cu bump. After mounting, it was reflowed at a peak temperature of about 240 ° C. in a nitrogen atmosphere furnace. As a result, it was found that there is no solder on the Cu conductor 13 side, and soldering can be performed well even at a fine pitch of 250 μm. By increasing the reflow peak temperature by about 10-20 ° C and using 1,2,6-hexanetriol or pentaethylene glycol as the coating material, in addition to the above IC electrode materials, the composition of about 100% Sn or AgSn eutectic solder Good soldering can be performed.
[0092]
  A highly viscous polyhydric alcohol material such as 1,2,6-hexanetriol has poor wettability with respect to the substrate, and for a huge chip of about 15 to 20 mm such as a driver IC, Depending on the method of application, there may be a case where a bonding failure occurs. Therefore, good soldering is possible by soldering using the following method. 1,2,6-hexanetriol is used as a solvent with poor wettability with respect to the substrate, tetraethylene glycol is used as a solvent with good wettability with respect to the substrate, and a mixed solution is prepared with each compounding ratio being 10: 1 (mass ratio). . Since this mixed solution has a lower surface tension with respect to the substrate than 1,2,6-hexanetriol, it can be applied thinly and uniformly to the substrate. After that, a flip chip IC is mounted on a mounter, and reflow is performed in nitrogen. The inventors of the present application have confirmed that these mixed solutions are also effective as a dip flux.
[0093]
  Examples of solvents that have poor wettability with respect to the substrate include 1,2,4-butanetriol, 3-methylpentane-1,3,5-triol, glycerin, and the like. Examples include 5-pentanediol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, diethylene glycol, and 3-methyl-1,5-pentanediol. When these solvents are mixed at a desired blending ratio, the wettability with respect to the substrate is improved, the solvent can be applied thinly and uniformly, and as a result, the solderability can be improved.
[0094]
(15th Example)
  In a ceramic substrate having a wiring formed of an Ag or Cu-based thick film, for example, 1,2,6-hexanetriol of the materials shown in FIGS. 17 and 18 is applied onto at least the wiring as a flux material. As shown in FIG. 32, this substrate 44 is vertically immersed in a solder bath 47 containing molten solder 45 made of the composition of the remaining Sn62% Ag2% Pb and held at about 235 ° C. After being immersed for about 2 seconds, when pulled up at an angle of about 45 degrees with respect to the liquid level, a slight amount of material remains on the surface of the substrate 44. In this state, the substrate 44 is again immersed vertically in the solder bath 47 for about 3 seconds, and is slowly pulled up at an angle of about 45 degrees with respect to the liquid level. The substrate 44 dipped in this manner can be soldered satisfactorily regardless of the shape and size of the land portion with little flux material remaining depending on the amount of material applied. Even if it remains, the amount is very small and not carbonized, so it can be removed with ethanol or the like, or it is evaporated after the subsequent component mounting reflow, and finally does not remain as a residue. By using this substrate 44 to mount components by the method shown in the first embodiment, no cleaning is possible in all the steps.
[0095]
  In the present embodiment, a thick film is used as the substrate wiring material. However, the inventors of the present application have confirmed that it is possible to use a plated metal that can be soldered to the substrate wiring material. . In the above description, the material is applied to the substrate 44 side. However, soldering can be performed in the same manner by supplying the material directly to the upper surface of the solder bath 47 and dipping the substrate 44 there. The present inventors have confirmed.
[0096]
(16th Example)
  100% 1,5-pentanediol (with 2 (-OH) hydroxyl groups, evaporation temperature (mass% = 0% temperature)) is 190.8 for ceramic substrate with wiring made of Ag or Cu thick film D) perpendicular to the liquid surface. After soaking for about 5 seconds, pull up vertically from the liquid. Then, the substrate is kept vertical for about 30 seconds, and this substrate is slowly vertically immersed in a solder bath maintained at about 235 ° C. composed of the composition of the remaining Sn62% Ag2% Pb. When held in the solder bath for about 2 seconds and then pulled up vertically, a small amount of 1,5-pentanediol remains on the surface of the substrate, but the substrate is heated. Pentanediol will completely evaporate.
[0097]
  The substrate thus dipped can be satisfactorily soldered regardless of the size and shape of the land portion without leaving any solvent on the surface. In the dip using propylene glycol (evaporation temperature = about 150 ° C.) whose evaporation temperature by the TG method is lower than 190 ° C., the solvent has already evaporated when it is pulled up after immersion, and a large amount of solder residue adheres to the substrate. On the other hand, with glycerin (evaporation temperature = 230 ° C.) whose evaporation temperature by the TG method is higher than 190 ° C., good soldering is possible, but a solvent that could not be evaporated in one dip remains. Therefore, in a solder bath maintained at about 235 ° C, a material having two or more (-OH) hydroxyl groups and an evaporation temperature of about 190 ° C can be soldered with one dipping, and It can be said that it is a material that can be completely evaporated.
[0098]
  Even a material having an evaporation temperature of 190 ° C. or higher can be subjected to non-cleaning dip soldering in the same manner as the above material by adding a drying step after dipping. By using the substrate thus dipped and mounting the components by the method shown in the first embodiment, no cleaning is possible in all steps. The inventors of the present application obtained similar results to 1,5-pentanediol even with 3-methyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, etc. as materials having TG characteristics equivalent to 1,5-pentanediol. It is confirmed that In this embodiment, the ceramic substrate is used as the substrate, but the inventors of the present application have confirmed that the same dip is possible even with a printed circuit board.
[0099]
(17th Example)
  Next, an example in which wettability is exhibited by mixing solvents that do not exhibit wettability alone will be described below. For example, a mixed system of n-dodecanol and octylene glycol. These materials are materials that do not exhibit wettability alone. In other words, n-dodecanol has only one (-OH) hydroxyl group, so it has poor reducing power, but the temperature at which the mass% becomes 0% is 190 ° C, so it has the effect of reducing the surface tension when the solder is melted. To do. On the other hand, octylene glycol has a function of reducing the surface tension when solder is melted because the temperature at which the mass% becomes 0% is 180 ° C. However, it has two (-OH) hydroxyl groups, so it has a reducing power. Is enough. Thus, it is good also considering the mixed system of the material which supplements the fault of both as a flux. Actually, a material in which about 10 g of n-dodecanol and about 20 g of octylene glycol were sufficiently mixed was prepared, and when the component was mounted by using the mixed material by the method shown in the first embodiment, it was surely soldered. I was able to. As a material, soldering was possible even by substituting alkane (n-hexadecane) containing no (—OH) hydroxyl group in place of the above-mentioned n-dodecanol.
[0100]
  As indicated above, according to the present invention, among soldering fluxes containing at least two (—OH) hydroxyl groups per molecule, 170 ° C. or higher under predetermined conditions as measured by the TG method. By using a soldering flux containing at least one substance whose mass% in the solder melting point is 18% or more, solder wettability and spreadability can be improved, and soldering without residue can be performed. In addition, among soldering fluxes containing at least two (—OH) hydroxyl groups in one molecule, the temperature at which the mass% becomes 0% under a predetermined condition as measured by the TG method is the melting point of the solder (solid phase Also, by using a soldering flux containing at least one kind of substance having a temperature of (linear temperature) or higher and 170 ° C. or higher, solder wettability and spreadability are good, and soldering without residue can be performed. It is also effective to perform soldering by the dipping method using this soldering flux.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a state of soldering by reflow.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a temperature profile during reflow.
FIG. 3 is an explanatory view showing a state of solder wetting.
FIG. 4 is a relational diagram showing the relationship between the solder wetting spread rate of organic substances and the mass% by the TG method at 180 ° C.
FIG. 5 is a correspondence diagram showing correspondence between numbers in FIG. 4 and materials.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the definition of the solder spread ratio.
FIG. 7 is a characteristic diagram of thermal gravimetry in octylene glycol and diethylene glycol.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the evaporation temperature and wettability of a material having the same boiling point among materials having two (—OH) hydroxyl groups.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing characteristics such as an evaporation temperature, the number of (—OH) hydroxyl groups, and a solder spreading ratio in a material having substantially the same boiling point.
FIG. 10 is a relationship diagram showing the relationship between the solder wetting spread rate of the organic substance and the temperature (evaporation temperature) when the mass% by the TG method is 0%.
FIG. 11 is a characteristic diagram of thermal gravimetry in 1,2,6-hexanetriol.
FIG. 12 is a characteristic diagram of thermal gravimetry in tetraethylene glycol.
FIG. 13 is a characteristic diagram of thermal gravimetry in trimethylolpropane.
FIG. 14 is a characteristic diagram of thermal gravimetry in trimethylolethane.
FIG. 15 is a characteristic diagram of thermal gravimetry in glycerin.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the relationship between the solder wetting spread rate of an organic substance and the temperature (evaporation temperature) when the mass% by TG method and the mass% by TG method at 180 ° C. are 0%.
FIG. 17 is a list of substances having the characteristics of the present invention as a single substance (when distilled).
FIG. 18 is a list of substances having the characteristics of the present invention as a single substance (when not distilled).
FIG. 19 is a list showing examples of substances that do not have the characteristics of the present invention as a single substance.
FIG. 20 is a schematic sectional view showing the structure of a fifth embodiment.
FIG. 21 is a schematic sectional view showing a state of soldering by a flow.
FIG. 22 is a graph showing a PCBBT test result of a paste.
FIG. 23 is a graph showing the results of a flux PCBT test.
FIG. 24 is a structural diagram showing the structure of 1,2,6-hexanetriol, the structure of trimethylolpropane, and the structure of trimethylolethane.
FIG. 25 is a schematic diagram showing a temperature profile during reflow.
FIG. 26 is an explanatory view showing a method for measuring the Cu oxide film removal ability.
FIG. 27 is a relational diagram showing the relationship between the thickness of Cu oxide film from which trimethylolpropane and trimethylolethane have been removed and the temperature.
FIG. 28 is a relationship diagram showing the relationship between the Sn oxide film thickness that was removed when the Sn plated substrate was held at 180 ° C. for 1 minute and the material.
FIG. 29 is a relationship diagram showing the relationship between the proportion of (—OH) hydroxyl groups in the molecular weight and the thickness of Sn oxide film that can be removed.
FIG. 30 is a characteristic diagram showing initial insulation resistance depending on whether or not each material is distilled.
FIG. 31 is a schematic sectional view showing mounting of a fine flip chip in a fourteenth embodiment.
FIG. 32 is a schematic diagram showing a solder dipping method.
[Explanation of symbols]
1 Flip chip IC (FC-IC)
2 Chip parts
3 Substrate electrode
4 Substrate
5 Solder (IC side doubles as FC electrode)
6 Specified organic substances (flux)
7 Solder pellets
8 Solder paste containing specific organic substances
11 Flip chip IC
13 Cu conductor
14 Ceramic substrate
15 Solder bump
18 Specific organic matter
21 Solder
22 Flux (specified organic substances)
23 Substrate
31-33 Circuit parts
34 Substrate
35 Substrate wiring
36 Solder
44 substrates
45 Solder
47 Solder bath
53 Thick film Cu conductor
55a Solder ball
56 Solvent
81 Transfer substrate
82 Land part
83 electrodes
84 Flip chip IC (FC-IC)
85 Dedicated chip mounter with pulse heater and suction head

Claims (27)

はんだ付用フラックスであって、
当該フラックスは、空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が170℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下であり、
その成分として、少なくとも(-OH)水酸基官能基を1分子に2個有し、且つ空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が170℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である有機物質を含み、
前記有機物質はアルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含み、
非還元雰囲気でのはんだ付けに用いられることを特徴とするはんだ付用フラックス。
A soldering flux,
The flux is the temperature at which the mass% becomes 0% as measured by the thermal gravimetry method when the air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C./min. Is above the reflow peak temperature to be used because it is 170 ° C or higher and the solder solidus temperature or higher,
As its components, there are at least two (-OH) hydroxyl functional groups per molecule, and the thermal when the air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min. Including the organic substance whose temperature when the mass% becomes 0% is 170 ° C. or higher and higher than the solidus temperature of the solder and lower than the reflow peak temperature used, as measured by the gravimetry method,
The organic material includes either an alcoholamine organic material or a derivative thereof, or an ethanolamine organic material or a derivative thereof,
A soldering flux characterized by being used for soldering in a non-reducing atmosphere.
前記はんだ付用フラックスは、複数種類の物質から成り、それらが互いに未反応の状態で混合されていることを特徴とする請求項1に記載のはんだ付用フラックス。2. The soldering flux according to claim 1, wherein the soldering flux is made of a plurality of types of substances and they are mixed in an unreacted state. 前記有機物質は(-OH)水酸基官能基を1分子に3個以上有し、空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上であって使用するリフローピーク温度以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のはんだ付用フラックス。The organic substance has three or more (-OH) hydroxyl functional groups per molecule, thermal gravitation when air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and temperature rise rate is 10 ° C / min. 3. The soldering flux according to claim 1, wherein the temperature at which the mass% becomes 0% as measured by a metric method is 235 ° C. or more and the reflow peak temperature to be used or less. はんだ付用フラックスであって、
1,3-ジオキサン-5,5-ジメタノール、1,4-ジオキサン-2,3-ジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,5-フランジメタノール、n-ブチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ジエタノールアミン、テトラエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、1,2,3-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオール、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2',3',4'-トリヒドロキシアセトフェノン、3-メチルペンタン-1,3,5-トリオール、トリエタノールアミン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ピロガロール、N-N-ビス(2-ヒドロキシエチル)イソプロパノールアミン、ペンタエリトリトール、及びビス(2-ヒドロキシメチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタンのうち1種類または複数の組み合わせから成ることを特徴とするはんだ付用フラックス。
A soldering flux,
1,3-dioxane-5,5-dimethanol, 1,4-dioxane-2,3-diol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,5-furandumethanol, n-butyldiethanolamine, ethyldiethanolamine , Diethanolamine, tetraethylene glycol, hexaethylene glycol, pentaethylene glycol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, 2,3,4-trihydroxy Benzophenone, 2 ', 3', 4'-trihydroxyacetophenone, 3-methylpentane-1,3,5-triol, triethanolamine, trimethylolpropane, trimethylolethane, pyrogallol, NN-bis (2-hydroxyethyl ) isopropanolamine, pentaerythritol,及 beauty bis (2-hydroxymethyl) iminotris (hydroxymethyl) one or a plurality of methane Flux for soldering, characterized in that it consists of a combination of.
はんだ付用フラックスであって、
1,3-ジオキサン-5,5-ジメタノール、1,4-ジオキサン-2,3-ジオール、1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,5-フランジメタノール、n-ブチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ジエタノールアミン、テトラエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、1,2,3-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオール、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2',3',4'-トリヒドロキシアセトフェノン、3-メチルペンタン-1,3,5-トリオール、グリセリン、トリエタノールアミン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ピロガロール N-N-ビス(2-ヒドロキシエチル)イソプロパノールアミン、ペンタエリトリトール、及びビス(2-ヒドロキシメチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタンのうち1種類または複数の組み合わせから成り、
非還元雰囲気でのはんだ付けに用いられることを特徴とするはんだ付用フラックス。
A soldering flux,
1,3-dioxane-5,5-dimethanol, 1,4-dioxane-2,3-diol, 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,5-furandamethanol, n- butyl diethanolamine, ethyl diethanolamine, diethanolamine, tetraethylene glycol, f hexa ethylene glycol, pentaethylene glycol, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, 2 ', 3', 4'-trihydroxyacetophenone, 3-methylpentane-1,3,5-triol, glycerin, triethanolamine, trimethylolpropane, trimethylolethane, pyrogallol, N-N-bis (2-hydroxyethyl) isopropanolamine, pentaerythritol,及 beauty bis (2-hydroxymethyl) iminotris (hydroxymethyl Consists of one or more combinations of methyl) methane,
A soldering flux characterized by being used for soldering in a non-reducing atmosphere.
前記有機物質は蒸留品であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のはんだ付用フラックス。The soldering flux according to claim 1 , wherein the organic substance is a distilled product. はんだ粉と、
空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である溶剤とから成り、
その溶剤の成分として、少なくとも(-OH)水酸基官能基を1分子に3個有し、且つ空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である有機物質を含み、
前記有機物質はアルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含むことを特徴とするはんだペースト。
Solder powder,
The temperature when the mass% is 0% when the air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min. And consisting of a solvent that is above the solidus temperature of the solder and below the reflow peak temperature used,
When the solvent component has at least three (-OH) hydroxyl functional groups per molecule, the air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 200 ml / min, and the temperature rise rate is 10 ° C / min. Measured by thermal gravimetry method, contains organic substances whose mass% is 0% at a temperature of 235 ° C or higher and higher than the solidus temperature of solder and lower than the reflow peak temperature used. ,
Solder paste characterized in that the organic substance includes an alcoholamine organic substance or a derivative thereof, or an ethanolamine organic substance or a derivative thereof .
はんだ粉と、
空気または窒素 (N 2 ) ガス雰囲気流量を 200ml/min 、温度上昇率を 10 /min とした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が 0 %となる時の温度が 235 ℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である溶剤とから成り、
その溶剤の成分として、トリメチロールプロパン及びトリメチロールエタンの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項8に記載のはんだペースト。
Solder powder,
When the flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min when the air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 10 ° C / min , the temperature when the mass% becomes 0 % is 235 ° C or more And consisting of a solvent that is above the solidus temperature of the solder and below the reflow peak temperature used,
9. The solder paste according to claim 8, comprising at least one of trimethylolpropane and trimethylolethane as a component of the solvent.
前記はんだペーストは、非還元雰囲気でのはんだ付に用いられたことを特徴とする請求項7又は8に記載のはんだペースト。The solder paste according to claim 7 or 8 , wherein the solder paste is used for soldering in a non-reducing atmosphere. 前記溶剤は、複数種類の物質から成り、それらが互いに未反応の状態で混合されていることを特徴とする請求項7に記載のはんだペースト。The solder paste according to claim 7 , wherein the solvent is composed of a plurality of kinds of substances and they are mixed in an unreacted state. 前記有機物質は、全ての(-OH)水酸基と(-OH)水酸基との間に炭素を少なくとも3個介在させる分子構造を有することを特徴とする請求項7に記載のはんだペースト。The solder paste according to claim 7 , wherein the organic substance has a molecular structure in which at least three carbon atoms are interposed between all (-OH) hydroxyl groups and (-OH) hydroxyl groups. はんだ粉と、
空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である溶剤とから成るはんだペーストを用意し、
当該溶剤は、少なくとも(-OH)水酸基官能基を1分子に3個有し、空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である有機物質を含み、
前記有機物質はアルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含み、
当該ペーストを、ワークのはんだ付部に供給し、該ワークを昇温可能な雰囲気に載置し、第一の温度まで昇温し、該第一の温度を所定時間保持し、該第一の温度より高い第二の温度まで、平均10℃/min以上の昇温速度で昇温することを特徴とするはんだ付方法。
Solder powder,
The temperature when the mass% is 0% when the air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and the temperature rise rate is 10 ° C / min. And preparing a solder paste composed of a solvent that is higher than the solidus temperature of the solder and lower than the reflow peak temperature to be used,
The solvent has at least three (-OH) hydroxyl functional groups per molecule, thermal gravitation when air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 200 ml / min and temperature rise rate is 10 ° C / min. Including the organic substance whose temperature when the mass% becomes 0% is not less than 235 ° C. and above the solidus temperature of the solder and not more than the reflow peak temperature used, as measured by the measurement method,
The organic material includes either an alcoholamine organic material or a derivative thereof, or an ethanolamine organic material or a derivative thereof,
The paste is supplied to the soldering part of the workpiece, the workpiece is placed in an atmosphere capable of raising the temperature, the temperature is raised to a first temperature, the first temperature is maintained for a predetermined time, and the first temperature is increased. A soldering method, wherein the temperature is increased to a second temperature higher than the temperature at an average temperature increase rate of 10 ° C / min or more.
はんだ粉と、
1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオール、ペンタエリトリトールのうち少なくとも1種を主成分とし、空気または窒素 (N 2 ) ガス雰囲気流量を 200ml/min 、温度上昇率を 10 /min とした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が 0 %となる時の温度が 235 ℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である溶剤とから成るはんだペーストを用意し、
当該ペーストを、ワークのはんだ付部に供給し、該ワークを昇温可能な雰囲気に載置し、第一の温度まで昇温し、該第一の温度を所定時間保持し、該第一の温度より高い第二の温度まで、平均 10 /min 以上の昇温速度で昇温することを特徴とするはんだ付方法。
Solder powder,
1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, and based on at least one of Bae Ntaeritorito Le, air or nitrogen (N 2) gas atmosphere flow rate 200 ml / min, temperature rise rate Reflow peak temperature when the temperature when the mass% is 0 % when measured at 10 ° C / min is 235 ° C or higher and above the solidus temperature of the solder. Prepare a solder paste consisting of the following solvent,
The paste is supplied to the soldering part of the workpiece, the workpiece is placed in an atmosphere capable of raising the temperature, the temperature is raised to a first temperature, the first temperature is maintained for a predetermined time, and the first temperature is increased. A soldering method, wherein the temperature is increased to a second temperature higher than the temperature at an average temperature increase rate of 10 ° C./min or more.
はんだ粉と、
テトラエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ペンタエチレングリコールのうち少なくとも1種の第一成分と、1,2,3,ヘキサントリオール、3-メチルペンタン-1,3,5-トリオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタンのうち少なくとも1種の第二成分との混合物を主成分とし、空気または窒素 (N 2 ) ガス雰囲気流量を 200ml/min 、温度上昇率を 10 /min とした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が 0 %となる時の温度が 235 ℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である溶剤とから成るはんだペーストを用意し、
当該ペーストを、ワークのはんだ付部に供給し、該ワークを昇温可能な雰囲気に載置し、第一の温度まで昇温し、該第一の温度を所定時間保持し、該第一の温度より高い第二の温度まで、平均 10 /min 以上の昇温速度で昇温することを特徴とするはんだ付方法。
Solder powder,
A first component of at least one of tetraethylene glycol, hexaethylene glycol, and pentaethylene glycol; 1,2,3, hexanetriol, 3-methylpentane-1,3,5-triol, glycerin, trimethylolpropane, Thermal gravimetry with a mixture of at least one second component of trimethylolethane as the main component , air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate of 200 ml / min , and temperature rise rate of 10 ° C / min. Prepare a solder paste consisting of a solvent whose temperature when its mass% reaches 0 % is 235 ° C or higher and higher than the solidus temperature of the solder and lower than the reflow peak temperature used. And
The paste is supplied to the soldering part of the workpiece, the workpiece is placed in an atmosphere capable of raising the temperature, the temperature is raised to a first temperature, the first temperature is maintained for a predetermined time, and the first temperature is increased. A soldering method, wherein the temperature is increased to a second temperature higher than the temperature at an average temperature increase rate of 10 ° C./min or more.
前記第一の温度は、前記溶剤の前記有機物質が前記はんだ付部の金属酸化物に対して還元力を発揮する温度に関連して設定されていることを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載のはんだ付方法。15. The first temperature according to claim 12 , wherein the first temperature is set in relation to a temperature at which the organic substance of the solvent exerts a reducing power on the metal oxide of the soldered portion. The soldering method in any one. 前記第一の温度は、160℃以上で、かつ、はんだの融点以下の温度であることを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載のはんだ付方法。The soldering method according to any one of claims 12 to 14 , wherein the first temperature is a temperature not lower than 160 ° C and not higher than a melting point of the solder. 前記第二の温度は、240℃であることを特徴とする請求項12〜16のいずれかに記載のはんだ付方法。The soldering method according to claim 12 , wherein the second temperature is 240 ° C. 前記第一の温度を保持する前記所定時間は、10秒以上5分以下であることを特徴とする請求項12〜17のいずれかに記載のはんだ付方法。The soldering method according to claim 12 , wherein the predetermined time for maintaining the first temperature is 10 seconds to 5 minutes. 前記第一の温度を保持する前記所定時間は、1〜2分であることを特徴とする請求項12〜18のいずれかに記載のはんだ付方法。The soldering method according to claim 12 , wherein the predetermined time for maintaining the first temperature is 1 to 2 minutes. 前記はんだペーストを供給する工程の前に、前記はんだ粉と前記溶剤とを混練して前記はんだペーストを作成する工程を備え、該工程は混練前に前記溶剤の前記有機物質を蒸留する工程を含むことを特徴とする請求項12〜19のいずれかに記載のはんだ付方法。Before the step of supplying the solder paste, the method includes the step of kneading the solder powder and the solvent to prepare the solder paste, and the step includes a step of distilling the organic substance of the solvent before kneading. The soldering method according to claim 12 , wherein the soldering method is performed. 空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が170℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下であるフラックスを用意し、
当該フラックスは、少なくとも(-OH)水酸基官能基を1分子に2個有し、空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が170℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下である有機物質を含み、
前記有機物質はアルコールアミン系有機物質またはその誘導体、もしくは、エタノールアミン系有機物質またはその誘導体、のいずれかを含み、
当該フラックスを、ワークのはんだ付部に付着させ、はんだを供給し、前記ワークを昇温可能な雰囲気に載置し、少なくとも前記はんだの固相線温度以上の温度範囲において、平均10℃/min以上の昇温速度で昇温することを特徴とするはんだ付方法。
When the flow rate of air or nitrogen (N 2 ) gas is 200 ml / min and the rate of temperature rise is 10 ° C / min, the temperature when the mass% is 0% is 170 ° C or higher. And a flux that is above the solidus temperature of the solder and below the reflow peak temperature to be used,
This flux has at least two (-OH) hydroxyl functional groups per molecule, thermal gravitation when air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate is 200 ml / min, and temperature rise rate is 10 ° C / min. Including the organic substance whose temperature when the mass% becomes 0% is 170 ° C. or higher and higher than the solidus temperature of the solder and lower than the reflow peak temperature used, as measured by the measurement method,
The organic material includes either an alcoholamine organic material or a derivative thereof, or an ethanolamine organic material or a derivative thereof,
The flux is attached to the soldered part of the workpiece, the solder is supplied, and the workpiece is placed in an atmosphere capable of raising the temperature, and at least in the temperature range equal to or higher than the solidus temperature of the solder, an average of 10 ° C./min A soldering method, wherein the temperature is increased at the above temperature increase rate.
1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコールのうち少なくとも1種から成るフラックスを、ワークのはんだ付部に付着させ、
はんだをフロー法或いはディップ法により供給し、
前記ワークを昇温可能な雰囲気に載置し、少なくとも前記はんだの固相線温度以上の温度範囲において、平均10℃/min以上の昇温速度で昇温することを特徴とするはんだ付方法。
A flux consisting of at least one of 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol and diethylene glycol is attached to the soldered part of the workpiece,
Solder is supplied by flow method or dip method,
A method for soldering, wherein the work is placed in an atmosphere capable of raising a temperature, and the temperature is raised at an average rate of 10 ° C./min or higher at least in a temperature range equal to or higher than a solidus temperature of the solder.
前記昇温する工程は、前記はんだの固相線温度以下の温度範囲において、所定期間、同一温度に保持する工程を含むことを特徴とする請求項21又は22に記載のはんだ付方法。The soldering method according to claim 21 or 22 , wherein the step of raising the temperature includes a step of maintaining the same temperature for a predetermined period in a temperature range equal to or lower than a solidus temperature of the solder. 前記保持する温度は、160℃以上ではんだの融点以下の温度であり、前記保持する所定期間は10秒以上5分以下であることを特徴とする請求項23に記載のはんだ付方法。24. The soldering method according to claim 23 , wherein the temperature to be held is a temperature not lower than 160 ° C. and not higher than the melting point of the solder, and the predetermined period for holding is not shorter than 10 seconds and not longer than 5 minutes. 前記昇温工程は、240℃まで昇温することを特徴とする請求項21〜24のいずれかに記載のはんだ付方法。The soldering method according to any one of claims 21 to 24 , wherein in the temperature raising step, the temperature is raised to 240 ° C. 前記フラックスを供給する工程の前に、前記有機物質を蒸留する工程をさらに含むことを特徴とする請求項21〜25のいずれかに記載のはんだ付方法。The soldering method according to any one of claims 21 to 25 , further comprising a step of distilling the organic substance before the step of supplying the flux. 前記フラックスに含まれる前記有機物質は、少なくとも(-OH)水酸基官能基を1分子に3個有し、且つ空気または窒素(N2)ガス雰囲気流量を200ml/min、温度上昇率を10℃/minとした時のサーマルグラビメトリ法による測定で、その質量%が0%となる時の温度が235℃以上で、かつ、はんだの固相線温度以上であって使用するリフローピーク温度以下であり、
前記はんだの供給はフロー法或いはディップ法であることを特徴とする請求項21に記載のはんだ付方法。
The organic substance contained in the flux has at least three (—OH) hydroxyl functional groups per molecule, an air or nitrogen (N 2 ) gas atmosphere flow rate of 200 ml / min, and a temperature increase rate of 10 ° C. / When measured by the thermal gravimetry method when min, the temperature when the mass% becomes 0% is 235 ° C or more, and is above the solidus temperature of the solder and below the reflow peak temperature used. ,
The soldering method according to claim 21 , wherein the solder is supplied by a flow method or a dip method.
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