JP6027655B2 - はんだ付け用フラックスおよびソルダペースト - Google Patents

Description

本発明は、リフロー工程時の加熱だれ防止、および洗浄工程時の良好な浸漬洗浄性を両立でき、また良好な印刷性と共に異形バンプ発生抑制効果を有するはんだ付け用フラックス、およびこれを用いたソルダペーストに関する。

電子部品を基板に実装する際に使用されるソルダペーストは、はんだ付け用フラックスとはんだ合金粉末とを混合して作製される。一般的に、前記はんだ付け用フラックスにはベース樹脂、活性剤および溶剤が含まれている。このベース樹脂としては、従来からロジン系樹脂が用いられている。

近年の電子製品の高性能化、高密度化等に伴い、基板上に形成されるパターンおよび電極も高精細化している。そのため、電極上に印刷されるソルダペーストもこの高精細化に対応する必要がある。
しかし、従来のはんだ付け用フラックスを用いたソルダペーストの場合、電極上に印刷された後のリフロー工程時に加熱だれが発生し、電極周辺にこのフラックスが流れ出てしまうという問題があった。特に上述のような高精細化したパターンを持つ基板の場合、フラックスの加熱だれにより、不要な箇所にフラックス残渣が形成されて絶縁不良を引き起こし易い。

このような問題を解決する方法として、例えばチクソ剤としてジベンジリデンソルビトール類を含むはんだ付け用フラックスが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００６−７５８７５号公報

前記ジベンジリデンソルビトール類をチクソ剤として含むはんだ付け用フラックスは、確かにリフロー時のフラックスの加熱だれを抑制することができる。しかし一方で、このようなフラックスは、リフロー工程後にフラックス残渣を洗浄する場合において、その浸漬洗浄性を阻害するという問題がある。

また、前記ジベンジリデンソルビトール類をチクソ剤として含むはんだ付け用フラックスは、これを用いたソルダペーストの印刷性が阻害されるという問題もある。

本発明の目的は、リフロー工程時の加熱だれ抑制、および良好な浸漬洗浄性を両立でき、また良好な印刷性と共に異形バンプ発生抑制効果を有するはんだ付け用フラックス、およびこれを用いたソルダペーストを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の構成からなることをその特徴とする。

（１）本発明のはんだ付け用フラックスは、ロジン系樹脂と、溶剤と、活性剤と、チクソ剤とを含み、前記チクソ剤は、硬化ひまし油とジベンジリデンソルビトール化合物とを含むことをその特徴とする。

（２）前記（１）の構成にあって、前記硬化ひまし油の配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して１重量％から１０重量％であり、前記ジベンジリデンソルビトール化合物の配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して０．５重量％から４．５重量％であることをその特徴とする。

（３）前記（１）または（２）の構成にあって、前記ジベンジリデンソルビトール化合物は、ジベンジリデンソルビトールであることをその特徴とする。
をその特徴とする。

（４）前記（１）から（３）のいずれかの構成にあって、前記チクソ剤は更にビスアマイド系チクソ剤を含むことをその特徴とする。

（５）本発明のソルダペーストは、前記（１）から（４）のいずれかの構成にあるはんだ付け用フラックスと、はんだ合金粉末とを含むことをその特徴とする。

本発明のはんだ付け用フラックスおよびこれを用いたソルダペーストは、リフロー工程時の加熱だれ抑制、および良好な浸漬洗浄性を両立でき、また良好な印刷性と共に異形バンプ発生抑制効果を発揮することができる。

実施例および比較例に係るソルダペーストの異形バンプ発生評価においてＦＲ基板上に印刷した各ソルダペーストを加熱溶融する際の熱プロファイルを示す図。

以下、本発明のはんだ付け用フラックスおよびソルダペーストの一実施形態について詳細に説明する。なお、本発明が当該実施形態に限定されないのはもとよりである。

１．はんだ付け用フラックス
本実施形態のはんだ付け用フラックスは、ロジン系樹脂と、溶剤と、活性剤と、チクソ剤とを含む。

＜ロジン系樹脂＞
前記ロジン系樹脂としては、例えばトール油ロジン、ガムロジン、ウッドロジン等のロジン；水添ロジン、重合ロジン、不均一化ロジン、アクリル酸変性ロジン、マレイン酸変性ロジン等のロジン誘導体等が挙げられる。
これらのロジンは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。

前記ロジン系樹脂の配合量は、はんだ付け用フラックス全量に対して３５重量％から５０重量％であることが好ましい。

＜溶剤＞
前記溶剤としては、例えばイソプロピルアルコール系、エタノール系、アセトン系、トルエン系、キシレン系、酢酸エチル系、エチルセロソルブ系、ブチルセロソルブ系、グリコールエーテル系等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。

前記溶剤の配合量は、はんだ付け用フラックス全量に対して２０重量％から５０重量％であることが好ましい。

＜活性剤＞
前記活性剤としては、例えば有機アミンのハロゲン化水素塩等のアミン塩（無機酸塩や有機酸塩）、有機酸、有機酸塩、有機アミン塩等が挙げられる。具体的には、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩、酸塩、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。

前記活性剤の配合量は、はんだ付け用フラックス全量に対して５重量％から１５重量％であることが好ましい。

＜チクソ剤＞
本実施形態のはんだ付け用フラックスは、前記チクソ剤として硬化ひまし油とジベンジリデンソルビトール化合物とを併用する。

前記ジベンジリデンソルビトール化合物としては、例えばジベンジリデンソルビトール、モノメチルジベンジリデンソルビトール、ジメチルジベンジリデンソルビトール等が挙げられる。これらの中でも特にジベンジリデンソルビトール、およびジメチルジベンジリデンソルビトールが好ましく用いられる。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
なお、前記ジベンジリデンソルビトール化合物としてジメチルジベンジリデンソルビトールを用いる場合、活性剤としてトリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレートを併用すると、ソルダペーストを用いてはんだ付けをした際の異形バンプの発生を抑制することができる。

前記ジベンジリデンソルビトール化合物の配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して０．５重量％から４．５重量％であることが好ましい。当該配合量が０．５重量％より少ないとはんだ付け用フラックスは加熱だれ抑制効果を発揮し難しくなり、また当該配合量が４．５重量％より多いとソルダペーストの印刷性が阻害される虞があるため好ましくない。

また、前記硬化ひまし油の配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して１重量％から１０重量％であることが好ましい。当該配合量が１重量％より少ないとソルダペーストは良好な浸漬洗浄性を発揮することが難しくなり、また当該配合量が１０重量％より多いとはんだ付け用フラックスの加熱だれ抑制効果が阻害される虞があるため好ましくない。

前記チクソ剤には、ソルダペーストの印刷性を更に向上させる目的でビスアマイド系チクソ剤を配合することができる。前記ビスアマイド系チクソ剤としては、例えばメチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスラウリン酸アマイド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アマイドなどの飽和脂肪酸ビスアマイド；メチレンビスオレイン酸アマイドなどの不飽和脂肪酸ビスアマイド；ｍ−キシリレンビスステアリン酸アマイドなどの芳香族ビスアマイド等が挙げられる。これらの中でも特に飽和脂肪酸ビスアマイドが好ましく用いられる。またこれらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。

前記ビスアマイド系チクソ剤の配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して０．１重量％から５重量％であることが好ましい。当該配合量が５重量％より多いとソルダペーストが良好な浸漬洗浄性を発揮することが難しくなるため好ましくない。

ソルダペーストを用いてはんだ付けされた基板は、これが組み込まれる最終製品の性質および種類によって、リフロー工程後にこの基板上に形成されたフラックス残渣の洗浄が求められる。この洗浄に際しては、常温の洗浄液に浸してフラックス残渣を溶解させて洗浄する浸漬洗浄法が一般的に用いられている。そのため、上述したフラックス残渣の洗浄を行う基板の場合、浸漬洗浄性が良好であることが求められる。
チクソ剤として前記ジベンジリデンソルビトール化合物を配合したはんだ付け用フラックスは、リフロー工程時の加熱だれ抑制効果を発揮し得る。しかし一方で、このようなはんだ付け用フラックスは、その後の洗浄時における浸漬洗浄性が阻害されてしまうという問題が生じる。つまり、加熱だれ抑制と浸漬洗浄性とはトレードオフの関係にある。
しかし本実施形態のはんだ付け用フラックスは、上述のように前記チクソ剤として硬化ひまし油とジベンジリデンソルビトール化合物とを併用することにより、加熱だれ抑制と良好な浸漬洗浄性の両立を可能とした。

また本実施形態のはんだ付け用フラックスには、上記加熱だれ抑制と良好な浸漬洗浄性を阻害しない範囲において、他のチクソ剤を配合しても良い。

＜その他＞
本実施形態のはんだ付け用フラックスには、ロジン系樹脂以外の樹脂として、例えばアクリル樹脂、スチレン−マレイン酸樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂等のその他の樹脂を配合することができる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記その他の樹脂の配合量は、はんだ付け用フラックス全量に対して３５重量％から５０重量％であることが好ましい。

本実施形態のはんだ付け用フラックスには、はんだ合金粉末の酸化を抑える目的で酸化防止剤を配合することができる。
前記酸化防止剤としては、例えばヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられる。これらの中でも特にヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましく用いられる。
前記酸化防止剤の配合量は特に限定されるものではない。その一般的な配合量は、はんだ付け用フラックス全量に対して０．５重量％から５重量％程度である。

本実施形態のはんだ付け用フラックスには、更にハロゲン、つや消し剤、消泡剤等の添加剤を加えてもよい。上記添加剤の配合量は、はんだ付け用フラックス全量に対して１０重量％以下であることが好ましく、更に好ましい配合量は５重量％以下である。

２．ソルダペースト
本実施形態のソルダペーストは、前記はんだ付け用フラックスとはんだ合金粉末とを公知の方法にて混合して作製される。

前記はんだ合金粉末としては、例えばＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、Ｉｎ、Ｐｂ等を複数組合せたものが挙げられる。代表的なはんだ合金粉末としてはＳｎ−Ａｇ−ＣｕやＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎといった鉛フリーはんだ合金粉末が用いられるが、鉛含有のはんだ合金粉末を用いてもよい。
前記はんだ合金粉末の配合量は、ソルダペースト全量に対して６５重量％から９５重量％であることが好ましい。より好ましいその配合量は８５重量％から９３重量％であり、特に好ましいその配合量は８９重量％から９２重量％である。

前記はんだ合金粉末の配合量が６５重量％未満のソルダペーストは、はんだ付け時に充分なはんだ接合が形成され難くなる傾向にある。他方はんだ合金粉末の配合量が９５重量％を超えるソルダペーストは、バインダとしてのはんだ付け用フラックスが足りないため、はんだ付け用フラックスとはんだ合金粉末とが混合され難くなる傾向にある。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

はんだ付け用フラックスの作製
表１および表２に示す組成および配合にて各成分を混練し、各はんだ付け用フラックスを作製した。なお、表１および表２のうち、組成を表すものに係る数値の単位は、特に断り書きがない限り重量％である。
また、表１および表２に各はんだ付け用フラックスの物性（粘度およびＴｉ）を示す。

次いで前記各はんだ付け用フラックス１２重量％とＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金粉末８８重量％とをそれぞれ混合し、実施例１、２、５から９、参考例３および４並びに比較例１から９に係るソルダペーストを得た。

※１ 飽和脂肪酸ビスアマイド 日本化成（株）製
※２ ジベンジリデンソルビトール 新日本理化（株）製
※３ ジメチルジベンジリデンソルビトール 新日本理化（株）製
※４ トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレート 日本化成（株）製
※５ 酸無水物：岡村製油（株）製
※６ ヒンダードフェノール系酸化防止剤 ＢＡＳＦジャパン（株）製
※７ ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールブロックコポリマー 日油（株）製

＜プリヒートだれ性＞
ＦＲ４基板（ソルダレジスト開口直径２００μｍ）を使用した。前記ＦＲ４基板に対応するパターンを有するメタルマスク（厚さ５０μｍ、メタルマスク開口直径２５０μｍ、ピッチサイズ４００μｍ）を用いて各ソルダペーストを手刷りで印刷した。
次いで、前記各基板をリフローオーブン（製品名：ＴＮＰ２５−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用い、窒素雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ）下、１９０℃、９０秒の条件下にてプリヒートした。
プリヒート前の各基板上のソルダペーストの直径（Ｄ１）と、プリヒート後の各基板上のソルダペーストの直径（Ｄ２）とを金属顕微鏡を用いて計測し、Ｄ２の値からＤ１の値を引いた差を算出した。その結果を表３に示す。

＜異形バンプ発生＞
ＦＲ基板（Ｃｕ−ＯＳＰ処理、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．６ｍｍ、ソルダレジスト開口直径２００μｍ）およびアディティブ加工ステンシルマスク（（株）プロセス・ラボ・ミクロン製、２０５ｍｍ×２４５ｍｍ枠、厚さ５０μｍ、メタルマスク開口直径２５０μｍ、ピッチサイズ４００μｍ）を用意した。前記マスクを用い、各ソルダペーストをステンシルスキージにて前記各基板上に手刷りで印刷した。
次いで印刷後の各基板をリフローオーブン（製品名：ＴＮＰ２５−５３８ＥＭ、タムラ製作所（株）製）に入れ、窒素雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ）下にて、図１に示す熱プロファイル条件下で各基板上のソルダペーストを加熱溶融させた。その後、加熱した各基板を室温まで冷却させて顕微鏡を用いてその溶融状態を観察し、形成されたバンプから針状または板状の突起物が出ているかどうかを以下の基準にて評価した。その結果を表３に示す。
◎：針状または板状の突起物が発生していない
○：針状または板状の突起物が発生しているが、これがバンプ輪郭の円を超えて成長していない
△：針状または板状の突起物が発生しており、且つこれが上面から観察した場合にバンプ輪郭の円を超えて成長している
×：針状または板状の突起物が発生しており、且つこれが隣接バンプとブリッジするサイズに成長している

＜浸漬洗浄性＞
洗浄液としてクリンスルー７５０Ｋ（（株）花王製）を用意した。３００ｃｃのビーカーに前記洗浄液を２５０ｃｃから３００ｃｃ入れ、これを撹拌装置つきのホットプレート上で撹拌および加温した。なお、撹拌には直径３０ｍｍのクロスヘッド撹拌子を用いた。
前記異形バンプ試験後の各基板を前記洗浄液の入ったビーカーに浸るように吊るし、所定の時間と回転数でこれを洗浄した。洗浄後の各基板を純水でリンスし、当該各基板について金属顕微鏡（倍率：１００倍から２００倍）を用い、各基板上に形成されたバンプの周辺のフラックス残渣の有無を観察し、以下の基準で評価した。その結果を表３に示す。
◎：洗浄液温度６０℃／回転数４００ｒｐｍ／洗浄時間１２０秒で洗浄できる
○：洗浄液温度６０℃／回転数４００ｒｐｍ／洗浄時間３００秒で洗浄できる
△：洗浄液温度７０℃／回転数４００ｒｐｍ／洗浄時間１２０秒で洗浄できる
×：洗浄液温度７０℃／回転数４００ｒｐｍ／洗浄時間１２０秒で洗浄できない

＜印刷性＞
ＦＲ４基板（ソルダレジスト開口直径７５μｍ）と、前記ＦＲ４基板に対応するパターンを有するメタルマスク（厚さ３０μｍ、メタルマスク開口直径９５μｍ、ピッチサイズ１３０μｍ）を使用した。前記各基板上に印刷装置（製品名：ＳＰ−０６０、パナソニック ファクトリー ソリューションズ（株）製）にて各ソルダペーストをメタルスキージで印刷した。
印刷後の各基板を金属顕微鏡を用いて観察しソルダペーストがＣｕランド上（９，８００箇所）に転写されている割合を以下の基準にて評価した。その結果を表３に示す。
◎：１００％転写されている
○：未転写率が０．１％未満
△：未転写率が０．１％以上、０．５％未満
×：未転写率が０．５％以上

以上示す通り、本実施例のソルダペーストは、プリヒートだれ性と良好な浸漬洗浄性を両立でき、また良好な印刷性と共に異形バンプ発生抑制効果を有していることが分かる。

Claims (5)

1. ロジン系樹脂と、溶剤と、活性剤と、チクソ剤とを含むはんだ付け用フラックスであって、
   前記チクソ剤は、硬化ひまし油とジベンジリデンソルビトールとを含み、
   前記硬化ひまし油の配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して１重量％から６重量％であり、前記ジベンジリデンソルビトールの配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して１．５重量％から４．５重量％であることを特徴とするはんだ付け用フラックス。
2. ロジン系樹脂と、溶剤と、活性剤と、チクソ剤とを含むはんだ付け用フラックスであって、
   前記チクソ剤は、硬化ひまし油とジメチルジベンジリデンソルビトールとを含み、
   前記硬化ひまし油の配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して１重量％から６重量％であり、前記ジメチルジベンジリデンソルビトールの配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して１．５重量％から４．５重量％であり、
   前記活性剤としてトリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレートを含むことを特徴とするはんだ付け用フラックス。
3. 前記チクソ剤としてビスアマイド系チクソ剤を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のはんだ付け用フラックス。
4. 前記ビスアマイド系チクソ剤の配合量ははんだ付け用フラックス全量に対して０．１重量％から５重量％であることを特徴とする請求項３に記載のはんだ付け用フラックス。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のはんだ付け用フラックスと、はんだ合金粉末とを含むことを特徴とするソルダペースト。

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