JP4920058B2 - はんだ接合剤組成物 - Google Patents
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(B)熱硬化性樹脂含有フラックスが、(C)熱硬化性樹脂、(D)活性剤、(E)チクソ剤および(F)イミダゾール化合物を含有する熱硬化性樹脂含有フラックス(液状硬化剤を除く)であり、(F)イミダゾール化合物が(B)熱硬化性樹脂含有フラックスの0.1質量%〜10質量%を占めており、(B)熱硬化性樹脂含有フラックスの揮発成分(VOC)含有量が1質量%以下であり、(B)熱硬化性樹脂含有フラックスのハロゲン含有量が1000ppm以下であり、(F)イミダゾール化合物が、1種以上の水酸基含有イミダゾール化合物を含むことを特徴とする。
鉛フリーはんだ粉末とは、鉛を添加しないはんだ金属または合金の粉末である。ただし、はんだ粉末中に、不可避的不純物として鉛が存在することは許容されるが、この場合に,鉛の量は、100ppm以下であることが好ましい。
鉛フリーはんだは、Sn,Cu,Ag,Bi,Sb,In,Znから選択された少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。
純金属:Ag、Au、Cu、Pt、Pd、W、Ni、Ta、Ti、Cr、Fe、Co、Ga、In、Li、Se、Sn、Bi、Tl、Zn、Te
合金:
2元系合金: 95.3Ag/4.7Bi等のAg−Bi系、66Ag/34Li等のAg−Li系、3Ag/97In等のAg−In系、67Ag/33Te等のAg−Te系、97.2Ag/2.8Tl等のAg−Tl系、45.6Ag/54.4Zn等のAg−Zn系、80Au/20Sn等のAu−Sn系、52.7Bi/47.3In系のBi−In系、35In/65Sn、51In/49Sn、52In/48Sn等のIn−Sn系、8.1Bi/91.9Zn等のBi−Zn系、43Sn/57Bi、42Sn/58Bi等のSn−Bi系、98Sn/2Ag、96.5Sn/3.5Ag、96Sn/4Ag、95Sn/5Ag等のSn−Ag系、91Sn/9Zn、30Sn/70Zn等のSn−Zn系、99.3Sn/0.7Cu等のSn−Cu系、95Sn/5Sb等のSn−Sb系
3元系合金: 95.5Sn/3.5Ag/1In等のSn−Ag−In系、86Sn/9Zn/5In、81Sn/9Zn/10In等のSn−Zn−In系、95.5Sn/0.5Ag/4Cu、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu等のSn−Ag−Cu系、90.5Sn/7.5Bi/2Ag、41.0Sn/58Bi/1,0Ag等のSn−Bi−Ag系、89.0Sn/8.0Zn/3.0Bi等のSn−Zn−Bi系
その他:
Sn/Ag/Cu/Bi
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂等を例示でき、エポキシ樹脂が特に好ましい。
(D)活性剤は、金属表面に存在する酸化物、硫化物、水酸化物、塩化物、硫酸塩及び炭酸塩を還元して金属を清浄化する成分である。
(E)チクソ剤としては、従来から使用されている水添ヒマシ油、脂肪酸アマイド類などが使用できる。
イミダゾール化合物とは、イミダゾール環を有する化合物である。イミダゾール化合物としては、以下の式(I)、式(II)、式(III)および式(IV)からなる群より選ばれた一種以上の化合物が特に好ましい。
また、低級アルコキシ基の炭素数は、1〜3が特に好ましい。
式(I)において、R5は、炭素数2〜11の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を表す。炭素数2〜11の直鎖又は分岐鎖のアルキル基の炭素数は、より好ましくは4〜8である。
5−ブチル−2,4−ジフェニル−1H−イミダゾール、5−ヘキシル−2,4−ジフェニル−1H−イミダゾール、5−エチルヘキシル−2,4−ジフェニル−1H−イミダゾール、5−オクチル−2,4−ジフェニル−1H−イミダゾール、5−ヘキシル−4−フェニル−2−トルイル−1H−イミダゾール、5−ヘキシル−2−フェニル−4−トルイル−1H−イミダゾール、4−(5−ヘキシル−2−フェニルー1H−イミダゾール−4−イル)−フェノール、4−(5−ヘキシル−4−フェニルー1H−イミダゾール−2−イル)−フェノール、5−ヘキシル−4−(4−メトキシ−フェニル)−2−フェニル−1H−イミダゾール
また、低級アルコキシ基の炭素数は、1〜3が特に好ましい。
R10は、水素、炭素数1〜11の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を表す。炭素数1〜11の直鎖又は分岐鎖のアルキル基の炭素数は、より好ましくは4〜8である。
5−ブチル−4−ナフタレン−1イル−2−フェニル−1H−イミダゾール、5−ヘキシル−4−ナフタレン−1イル−2−フェニル−1H−イミダゾール、5−エチルヘキシル−4−ナフタレン−1イル−2−フェニル−1H−イミダゾール、5−オクチル−4−ナフタレン−1イル−2−フェニル−1H−イミダゾール、5−ヘキシル−4−(3−メチル−ナフタレン−1−イル)−2−フェニル−1H−イミダゾール、5−ヘキシル−2−(4−メトキシ−フェニル)−4−ナフタレン−1−イル−1H−イミダゾール、4−ナフタレン−1−イル−2−フェニル−1H−イミダゾール、2−(4−メトキシフェニル)−4−ナフタレン−1−イル−1H−イミダソール
また、低級アルコキシ基の炭素数は、1〜3が特に好ましい。
R15は、水素、炭素数1〜11の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を表す。炭素数1〜11の直鎖又は分岐鎖のアルキル基の炭素数は、より好ましくは4〜8である。
5−ヘキシル−2−ナフタレン−1−イル−4−フェニル−1H−イミダゾール、5−エチル−2−ナフタレン−1−イル−4−フェニル−1H−イミダゾール、4−(4−エチルフェニル)−2−ナフタレン−1−イル−1H−イミダゾール、2−ナフタレン−1−イル−4−フェニル−1H−イミダゾール、4−(4−メトキシフェニル)−2−ナフタレン−1−イル−1H−イミダゾール、4−(4−メトキシフェニル)−2−ナフタレン−1−イル−1H−イミダゾール
2PHZ:水酸基含有)、2−フェニル−4−メチル5−ヒドロキシ−メチルイミダゾール(例:四国化成工業 2P4MHZ:水酸基含有)、2−メチル−4、5−ジヒドロキシ−メチルイミダゾール(例:四国化成工業
2MHZ:水酸基含有)である。
熱硬化性樹脂含有フラックスを完全燃焼させ、そのハロゲンを0.1%過酸化水素水溶液に捕集後、イオンクロマトグラフィーにより、ハロゲン含有量を測定する。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製、EPICLON 860)85質量%、チクソ剤(脂肪酸アマイド)2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤2質量%、消泡剤1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)を5質量%同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、熱硬化性樹脂含有フラックスを得た。その後、熱硬化性樹脂含有フラックス:Sn42Bi58はんだ粉末=20:80の比率に計量し、混練機にて2時間混合することで熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1の各成分のうち、表1の実施例2の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1で使用した硬化剤2P4MHZを10質量%混合して使用したこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1の各成分のうち、表1の参考例の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1で使用した硬化剤として、2,4ジアミノ−6−[2‘−メチルイミダゾール(1’)]エチル−s−トリアジン(2MZ−A)を5質量%混合して使用したこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1の各成分のうち、表1の実施例3の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1で使用した硬化剤として、2P4MHZを2.5質量%と、2MZ−Aを2.5質量%混合して使用したこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1の各成分のうち、表1の実施例4の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1の熱硬化性樹脂含有フラックス:Sn42Bi58はんだ粉末=40:60の比率で混合したこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1の各成分のうち、表1の実施例5の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1の熱硬化性樹脂含有フラックス:Sn42Bi58はんだ粉末=10:90の比率で混合したこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1の各成分のうち、表1の実施例6の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1で使用した硬化剤2P4MHZを1.0質量%と2MZ−Aを1.0質量%添加し、熱硬化性樹脂含有フラックス:Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5はんだ粉末=20:80の比率で混合したこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1において、各使用成分を表2の比較例1の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1の硬化剤として、ジシアンジアミドを5質量%混合して使用したこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1において、各使用成分を表2の比較例2の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1の硬化剤を使用しなかったこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
実施例1において、各使用成分を表2の比較例3の欄に記載した成分を使用したこと、すなわち実施例1の硬化剤として2P4MHZを15質量%混合して使用したこと以外は同様にして熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤を調製した。
ロジン系樹脂50質量%、チクソ剤8質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤1質量%、さらに有機溶剤(ヘキシルジグリコール)を36質量%同容器に計量した後加熱混合しフラックス成分とした。フラックス:Sn42Bi58はんだ粉末=10:90の比率に計量し、混練機にて2時間混合することではんだペースト接合剤を調製した。
ロジン系樹脂48質量%、チクソ剤9質量%、活性剤(アジピン酸)8質量%、界面活性剤1質量%、さらに有機溶剤(ヘキシルジグリコール)を34質量%同容器に計量した後加熱混合しフラックス成分とした。フラックス:Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5はんだ粉末=10:90の比率に計量し、混練機にて2時間混合することではんだペースト接合剤を調製した。
印刷機MK−8789V(南工学社製)、目止め処理メタルマスク、メタルスキージ(角度60°)、スキージ速度30mm/sec、印圧300kPaの条件にて、熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤あるいははんだペーストをローリング処理し、ローリング開始より一定時間ごとに粘度を測定する。
10℃保管後の粘度を測定し、初期値に対する変化率が±20%を超えない日数を測
定した。粘度の測定は、恒温槽中で25℃に調整されたポリ容器中の樹脂を、粘度計
(マルコ社製PCU−205)を用いて測定。
ガラスエポキシ基板上の0.8mmピッチQFPランドに上記熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤あるいははんだペーストを200μmtメタルマスクを用いて印刷し、各種はんだに合わせた図1〜図3に示すリフロー条件にて加熱後、残さ膜中に発生したはんだボールをカウントして、1ピン間(1ランド間)当たりのはんだボール数を算出した。
(5) せん断強度試験
表面に銅箔ランドが形成されたガラスエポキシ基板上に上記熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤あるいははんだペーストを、150μmtのメタルマスクを用いて、メタルスキージで印刷し、Snめっきの1608CRチップを銅箔ランドの印刷膜上に10個載置した。各種はんだに合わせた図1〜図3に示すリフロー条件にて加熱して試験片を作製した。この試験片について、引張り試験機を用いて、チップのせん断強度を測定した。
JIS2型基板の銅箔ランド上(導体幅0.318mm、導体間隔0.318mmの銅箔ランドを有するガラスエポキシ樹脂基板上)に、上記熱硬化性樹脂含有はんだ接合剤あるいははんだペーストについて100μmtメタルマスクを用いて印刷し、各種はんだに合わせた図1〜図3に示すリフロー条件にて加熱して試験片を作製した。この試験片を85℃、85%RH(相対湿度)中、50V電圧を印加し、168時間後の銅箔ランド表面間における絶縁抵抗を100V印加にて測定した。
85℃、85%RHで1000時間の処理後に、前記(5)のせん断強度試験を行った。
Claims (3)
- (A) 鉛フリーはんだ粉末60〜90質量%と(B)熱硬化性樹脂含有フラックス40〜10質量%とからなるはんだ接合剤組成物であって、
(B)熱硬化性樹脂含有フラックスが、(C)熱硬化性樹脂、(D)活性剤、(E)チクソ剤および(F)イミダゾール化合物を含有する熱硬化性樹脂含有フラックス(液状硬化剤を除く)であり、(F)イミダゾール化合物が(B)熱硬化性樹脂含有フラックスの0.1質量%〜10質量%を占めており、(B)熱硬化性樹脂含有フラックスの揮発成分(VOC)含有量が1質量%以下であり、(B)熱硬化性樹脂含有フラックスのハロゲン含有量が1000ppm以下であり、(F)イミダゾール化合物が、1種以上の水酸基含有イミダゾール化合物を含むことを特徴とする、はんだ接合剤組成物。 - 前記(A)鉛フリーはんだ粉末が、Sn,Cu,Ag,Bi,Sb,InおよびZnからなる群より選ばれた一種以上の金属を含むことを特徴とする、請求項1記載の組成物。
- (F)イミダゾール化合物が、水酸基を含有しないイミダゾール化合物を更に含むことを特徴とする、請求項1または2記載の組成物。
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