JP6061664B2

JP6061664B2 - はんだ付け用フラックス

Info

Publication number: JP6061664B2
Application number: JP2012276943A
Authority: JP
Inventors: 正訓柴▲崎▼; 晋千葉; 克利大内; 一貴中波; 泰貴小川
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: JP2014117745A

Description

本発明は、いわゆるボール工法に好適に用いることができるはんだ付け用フラックスに関する。

電子機器の小型化および薄型化に伴い、はんだボールを有するパッケージ部品（いわゆるボールグリッドアレイパッケージ：ＢＧＡパッケージ）が用いられている。そして、ＢＧＡパッケージを作製する方法としては、フラックスが塗布された基板のランド上に、はんだボールを搭載して溶着させて、はんだボールのバンプを形成する方法（いわゆるボール工法）が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−４７６７８号公報

しかしながら、特許文献１のようなボール工法においては、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系（ＳＡＣ系）の鉛フリーはんだのように、融点の高いはんだボールのバンプを形成する場合、ミッシングバンプ（はんだ未着）が発生しやすいという問題がある。また、ボール工法により、多数のバンプを有するＢＧＡパッケージを作製する場合には、ミッシングバンプによる歩留りが特に問題となる。さらに、ボール工法に用いるフラックスにおいては、フラックスをランドの位置に合わせて所定パターンで印刷をする必要がある。そのため、フラックスが所定パターンのマスクに充填しやすいこと（印刷充填性）と、フラックスがスキージに付着しにくいこと（スキージ付着抑制性）というトレードオフの関係にある２つの物性を両立させる必要がある。

そこで、本発明は、印刷充填性およびスキージ付着抑制性が共に優れ、かつミッシングバンプを防止できるはんだ付け用フラックスを提供することを目的とする。

前記課題を解決すべく、本発明は、以下のようなはんだ付け用フラックスを提供するものである。
すなわち、本発明のはんだ付け用フラックスは、ボール工法により、はんだボールからはんだバンプを形成する際に用いるはんだ付け用フラックスであって、前記フラックスが、（Ａ）ロジン系樹脂と、（Ｂ）溶剤と、（Ｃ）活性剤と、（Ｄ）チクソ剤とを含有し、前記（Ｂ）成分が、（Ｂ１）グリコール系溶剤と、（Ｂ２）イソボルニルシクロヘキサノールとを含有し、前記（Ｄ）成分が、水添ひまし油であり、前記（Ｂ２）成分の配合量が、前記フラックス１００質量％に対して、１質量％以上１５質量％以下であり、前記（Ｄ）成分の配合量が、前記フラックス１００質量％に対して、６質量％以上７．５質量％以下であることを特徴とするものである。

本発明のはんだ付け用フラックスにおいては、前記フラックスの２５℃における粘度が、３０Ｐａ・ｓ以上１２５Ｐａ・ｓ以下であり、前記フラックスのチクソ指数が、０．３５以上０．５以下であることが好ましい。

本発明によれば、印刷充填性およびスキージ付着抑制性が共に優れ、かつミッシングバンプを防止できるはんだ付け用フラックスを提供できる。

本発明のはんだ付け用フラックスは、以下説明する（Ａ）ロジン系樹脂、（Ｂ）溶剤、（Ｃ）活性剤および（Ｄ）チクソ剤を含有するものである。

［（Ａ）ロジン系樹脂］
本発明に用いる（Ａ）ロジン系樹脂としては、ロジンおよびロジン誘導体が挙げられる。ロジン誘導体としては、変性ロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジンなどが挙げられる。これらのロジン系樹脂の中でも、フラックス残渣の淡色化の観点から、変性ロジン、水添ロジンが好ましい。これらのロジン系樹脂は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

前記（Ａ）成分の配合量は、前記フラックス１００質量％に対して、４０質量％以上７０質量％以下であることが好ましく、５０質量％以上６０質量％以下であることがより好ましい。配合量が前記下限未満では、はんだの濡れ性が低下し、ミッシングバンプが生じやすくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、フラックス残さ量が多くなる傾向にある。

［（Ｂ）溶剤］
本発明に用いる（Ｂ）溶剤は、（Ｂ１）グリコール系溶剤と、（Ｂ２）テルペン系溶剤とを含有することが必要である。（Ｂ）成分が（Ｂ１）成分を含有しない場合には、フラックスの印刷充填性とスキージ付着抑制性とを両立できない。また、（Ｂ）成分が（Ｂ２）成分を含有しない場合には、フラックスの印刷充填性とスキージ付着抑制性とを両立できず、また、ミッシングパンプを十分に防止できない。

本発明に用いる（Ｂ１）グリコール系溶剤は、グリコールから誘導される化合物からなる溶剤であり、適宜公知のものを用いることができる。この（Ｂ１）成分としては、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ヘキシルジグリコール、１,５−ペンタンジオール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、２−エチルヘキシルジグリコール、オクタンジオール、フェニルグリコール、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルなどが挙げられる。これらの中でも、流動特性の観点から、ヘキシルジグリコール、２−エチルヘキシルジグリコールが好ましく、ヘキシルジグリコールが特に好ましい。これらの溶剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

本発明に用いる（Ｂ２）テルペン系溶剤は、テルペンから誘導される化合物からなる溶剤であり、適宜公知のものを用いることができる。また、この（Ｂ２）成分３０℃における粘度は、５２Ｐａ・ｓ以上７８Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、６０Ｐａ・ｓ以上７０Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましい。前記粘度が前記範囲内であれば、ミッシングパンプをより確実に防止できる。なお、粘度はＢ型粘度計（プログラマブルレオメータＤＶ−III、ブルックフィールド社製）を用いて測定できる。

この（Ｂ２）成分としては、テルペン骨格を有する炭素数５以上の環状アルカン型アルコールであることが好ましい。このうち、（Ｂ２）成分が、イソボルニルシクロヘキサノールであることが特に好ましい。また、（Ｂ２）成分の市販品としては、例えば日本テルペン化学社製のテルソルブＭＴＰＨが挙げられる。

前記（Ｂ２）成分の配合量は、前記フラックス１００質量％に対して、１質量％以上１５質量％以下であることが必要である。配合量が前記下限未満では、ミッシングパンプを十分に防止できず、他方、前記上限を超えると、フラックスの印刷充填性とスキージ付着抑制性とを両立できない。

前記（Ｂ）成分の配合量は、前記フラックス１００質量％に対して、２０質量％以上４０質量％以下であることが好ましく、２５質量％以上３５質量％以下であることがより好ましい。配合量が前記下限未満では、はんだの濡れ性が低下し、ミッシングバンプが生じやすくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、フラックス残さ量が多くなる傾向にある。

［（Ｃ）活性剤］
本発明に用いる（Ｃ）活性剤としては、適宜公知のものを用いることができる。この（Ｃ）成分としては、ハロゲン化化合物（２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、２，３−ジブロモプロパノール、２，３−ジブロモブタンジオール、１，４−ジブロモ−２−ブタノール、トリブロモネオペンチルアルコール、１，３−ジクロロ−２−プロパノール、１，４−ジクロロ−２−ブタノールなど）、アミン類およびアミン塩類（エチレンジアミンなどのポリアミン、シクロヘキシルアミン、ジエチルアミンなどのアミンの有機酸塩や無機酸塩（塩酸、硫酸などの鉱酸塩））、有機酸類（コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など）、アミノ酸類（グリシン、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、バリンなど）、アミド系化合物などが挙げられる。これらの活性剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

前記（Ｃ）成分の配合量は、前記フラックス１００質量％に対して、０．５質量％以上５質量％以下であることが好ましく、１質量％以上３質量％以下であることがより好ましい。配合量が前記下限未満では、はんだ表面の活性が不足して、ミッシングバンプが生じやすくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、フラックス残さ量が多くなる傾向にある。

［（Ｄ）チクソ剤］
本発明に用いる（Ｄ）チクソ剤としては、適宜公知のものを用いることができ、例えば、オレフィン系ワックス、脂肪酸アミド、置換尿素ワックス、高分子化合物、トリグリセリドなどが挙げられる。これらの中でも、チクソ性の付与とミッシングバンプの低減の観点から、オレフィン系ワックス、脂肪酸アミドが好ましく、オレフィン系ワックスがより好ましい。
オレフィン系ワックスとしては、カスターワックス（硬化ひまし油＝水添ひまし油）、蜜ロウ、カルナウバロウなどが挙げられる。
脂肪酸アミドとしては、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸ビスアミド、ｍ−キシリレンビスステアリン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルイソフタル酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルセバシン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルアジピン酸アミド、ブチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスべヘン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスべヘン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスカプリル酸アミド、メチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、メチレンビスラウリン酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミドなどが挙げられる。

置換尿素ワックスとしては、Ｎ−ブチル−Ｎ’−ステアリル尿素、Ｎ−フェニル−Ｎ’−ステアリル尿素、Ｎ−ステアリル−Ｎ’−ステアリル尿素、キシリレンビスステアリル尿素、トルイレンビスステアリル尿素、ヘキサメチレンビスステアリル尿素、ジフェニルメタンビスステアリル尿素、ジフェニルメタンビスラウリル尿素などが挙げられる。
高分子化合物としては、１，２−ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどが挙げられる。
トリグリセリドとしては、例えば１２−ヒドロキシステアリン酸トリグリセリドが挙げられる。
これらのチクソ剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

前記（Ｄ）成分の配合量は、前記フラックス１００質量％に対して、６質量％以上７．５質量％以下であることが必要である。配合量が前記下限未満では、フラックスの印刷充填性が不十分となり、他方、前記上限を超えると、フラックスのスキージ付着抑制性が不十分となる。

本発明のフラックスには、前記（Ａ）成分〜前記（Ｄ）成分の他に、必要に応じて、つや消し剤、酸化防止剤、揺変剤、消泡剤、防錆剤、界面活性剤などの添加剤を含有していてもよい。これらの添加剤の配合量としては、前記フラックス１００質量％に対して、１０質量％以下であることが好ましい。

本発明のフラックスは、フラックスの印刷充填性とスキージ付着抑制性との両立を図る観点から、粘度およびチクソ指数が下記範囲内であることが好ましい。なお、粘度およびチクソ指数は、後述する実施例に記載の方法で測定できる。
フラックスの粘度は、３０Ｐａ・ｓ以上１２５Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、５０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましい。
フラックスのチクソ指数は、０．３５以上０．５以下であることが好ましく、０．４以上０．４５以下であることがより好ましい。

次に、本発明のプリント配線基板について説明する。
本発明のプリント配線基板は、前述した本発明のはんだ付け用フラックスを用いて作製されることを特徴とするものである。このプリント配線基板は、印刷充填性およびスキージ付着抑制性が共に優れ、かつミッシングバンプを防止できる本発明のはんだ付け用フラックスを用いているため、ミッシングバンプが十分に防止されたプリント配線基板となる。

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例および比較例にて用いた材料を以下に示す。
（（Ａ）成分）
ロジン系樹脂：水添レジン、商品名「フォーラルＡＸ」、Ｅａｓｔａｎｃｈｅｍｉｃａｌ社製
（（Ｂ１）成分）
グリコール系溶剤：ヘキシルジグリコール、日本乳化剤社製
（（Ｂ２）成分）
テルペン系溶剤：イソボルニルシクロヘキサノール、商品名「テルソルブＭＴＰＨ」、日本テルペン化学社製
（（Ｃ）成分）
活性剤Ａ：コハク酸、日本触媒社製
活性剤Ｂ：２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、ＪａｉｎＳｐｅｃｉａｌｉｔｙＦｉｎｅＣｈｅｍｉｃａｌｓ社製
（（Ｄ）成分）
チクソ剤：水添ひまし油、ＫＦトレーディング社製

［実施例１］
ロジン系樹脂５７．７質量％、グリコール系溶剤３２．６質量％、テルペン系溶剤１質量％、活性剤Ａ１．２質量％、活性剤Ｂ１質量％およびチクソ剤６．５質量％を容器に投入し、らいかい機を用いて混合してフラックスを得た。

［実施例２〜１０］
表１に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例１と同様にして、フラックスを得た。
［比較例１〜９］
表２に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例１と同様にして、フラックスを得た。

＜フラックスの評価＞
フラックスの特性（粘度、チクソ指数、ミッシングバンプ、印刷充填性、スキージ付着抑制性）を以下のような方法で評価した。実施例について得られた結果を表１に示し、比較例について得られた結果を表２に示す。
（１）粘度および（２）チクソ指数
フラックスを室温（２５℃）で２〜３時間放置した。フラックスの容器の蓋をあけ、スパチュラで空気の混入を避けるようにして丁寧に１〜２分間かき混ぜたものを試料とする。その後、試料をスパイラル型粘度計（マルコム社製、ＰＣＵ−２０５型）にセットして、回転数を１０ｒｐｍ、温度を２５℃にして、６分間ローターを回転させる。そして、一旦回転を停止させ、温度調整した後に、回転数を１０ｒｐｍに調整し、３分後の粘度値を読み取った。
また、上記と同様にして、回転数を３０ｒｐｍに調整した場合の粘度値（３０ｒｐｍ粘度）と、回転数を３ｒｐｍに調整した場合の粘度値（３ｒｐｍ粘度）とを読み取った。そして、下記式に基づいて、チクソ指数を算出した。
チクソ指数＝ｌｏｇ［（３ｒｐｍ粘度）／（３０ｒｐｍ粘度）］

（３）ミッシングバンプ
Ｐａｄ（７０μｍφ）を２８００個有するＮｉＰｄＡｕメッキ基板にフラックスを印刷し、山陽精工社製ＳＭＴスコープＳＫ５０００を用いて加熱し試験片を作製した。
加熱は昇温速度２．５℃／秒、２２０℃以上で１３秒以上である三角プロファイル、酸素濃度１００ｐｐｍ以下で行った。
作製した試験片を、ＣＡＲＴＯＮ光学社製実体顕微鏡ＤＳＺ-４４Ｆを用いて倍率２０でミッシングバンプの有無を確認した。そして、以下の判定基準に従い、ミッシングバンプを評価した。
○：ミッシングバンプが無い。
×：ミッシングバンプが有る。
（４）印刷充填性
Ｐａｄ（７０μｍφ）を２８００個有するＮｉＰｄＡｕメッキ基板にフラックスを、自動印刷機（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社製の「ＳＰ−６０Ｌ」）を用いて、連続印刷した。印刷枚数４枚目、８枚目、１２枚目の印刷状態について、ＣＡＲＴＯＮ光学社製実体顕微鏡ＤＳＺ−４４Ｆを用いて倍率２０で拡大観察し、未充填箇所の有無を確認した。そして、以下の判定基準に従い、印刷充填性を評価した。
○：未充填箇所が無く、充填良好である。
×：未充填箇所が有る。
（５）スキージ付着抑制性
Ｐａｄ（７０μｍφ）を２８００個有するＮｉＰｄＡｕメッキ基板にフラックスを、自動印刷機（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社製の「ＳＰ−６０Ｌ」）を用いて、連続印刷した。印刷枚数４枚目、８枚目、１２枚目でのフラックスのスキージ付着の有無を目視にて確認した。そして、以下の判定基準に従い、スキージ付着抑制性を評価した。
○：スキージ付着が無い。
×：スキージ付着が有る。

表１および表２に示す結果からも明らかなように、本発明のフラックスを用いた場合（実施例１〜１０）には、印刷充填性およびスキージ付着抑制性が共に優れ、かつミッシングバンプを防止できることが確認された。
これに対し、（Ｂ２）成分が欠けるフラックスを用いた場合（比較例１〜４）には、ミッシングバンプを防止できず、また、印刷充填性およびスキージ付着抑制性の両立ができなかった。また、（Ｂ２）成分が多すぎる場合（比較例５、６）や（Ｄ）成分が少なすぎる場合（比較例６〜８）には、連続印刷時に未充填箇所が発生した。さらに、（Ｄ）成分が少なすぎる場合（比較例９）には、連続印刷時にスキージ付着が発生した。

本発明のはんだ付け用フラックスは、いわゆるボール工法でのはんだバンプ形成に特に好適に用いることができる。

Claims

ボール工法により、はんだボールからはんだバンプを形成する際に用いるはんだ付け用フラックスであって、
前記フラックスが、（Ａ）ロジン系樹脂と、（Ｂ）溶剤と、（Ｃ）活性剤と、（Ｄ）チクソ剤とを含有し、
前記（Ｂ）成分が、（Ｂ１）グリコール系溶剤と、（Ｂ２）イソボルニルシクロヘキサノールとを含有し、
前記（Ｄ）成分が、水添ひまし油であり、
前記（Ｂ２）成分の配合量が、前記フラックス１００質量％に対して、１質量％以上１５質量％以下であり、
前記（Ｄ）成分の配合量が、前記フラックス１００質量％に対して、６質量％以上７．５質量％以下である
ことを特徴とするはんだ付け用フラックス。
請求項１に記載のはんだ付け用フラックスにおいて、
前記フラックスの２５℃における粘度が、３０Ｐａ・ｓ以上１２５Ｐａ・ｓ以下であり、
前記フラックスのチクソ指数が、０．３５以上０．５以下である
ことを特徴とするはんだ付け用フラックス。