JP6370110B2 - Method for manufacturing solder joint structure, solder joint structure, and solder joint method - Google Patents

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Description

本発明は、回路基板と電子部品等とをはんだ接合するはんだ接合構造体の製造方法、これにより製造されるはんだ接合構造体、およびはんだ接合方法に関する。具体的には、特に寒暖の差が激しい冷熱衝撃サイクル環境下に置かれても、フラックス残渣およびはんだ接合部に生じる亀裂の進展を抑制することのできるはんだ接合構造体およびはんだ接合方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solder joint structure in which a circuit board and an electronic component or the like are soldered together, a solder joint structure manufactured thereby, and a solder joint method. More specifically, the present invention relates to a solder joint structure and a solder joint method capable of suppressing the progress of cracks occurring in a flux residue and a solder joint even when placed in a thermal shock cycle environment where the difference between the temperature and the heat is particularly severe.

従来から、電子部品を回路基板へ接合する方法としては、はんだ粉末とフラックスとを混合したはんだペーストを回路基板上に印刷し、電子部品を搭載した後にこれを加熱して接合する方法が汎用的に用いられている。フラックスは、はんだおよび回路基板表面の金属酸化物を除去しつつ、はんだ接合時の金属の再酸化防止、はんだ表面張力の低下作用を果たすものであり、良好なはんだ接合を行うためには不可欠である。しかし、はんだペーストを用いてはんだ接合を行う場合、はんだ接合終了後にフラックスの大部分が残渣として回路基板上に残ることとなる。例えば、はんだペーストを用いて電極部および絶縁層とを備えた回路基板上に電子部品を搭載してはんだ接合しようとする場合、はんだ接合の過程で上記フラックス成分が浸出し、電子部品と絶縁層との間にフラックス残渣が局在することとなる。   Conventionally, as a method for joining an electronic component to a circuit board, a method is generally used in which a solder paste mixed with solder powder and flux is printed on the circuit board, and the electronic component is mounted and then heated to be joined. It is used for. The flux removes the metal oxide on the surface of the solder and the circuit board while preventing reoxidation of the metal at the time of soldering and lowering the solder surface tension. It is indispensable for good soldering. is there. However, when solder bonding is performed using a solder paste, most of the flux remains as a residue on the circuit board after the solder bonding is completed. For example, when an electronic component is mounted on a circuit board having an electrode part and an insulating layer using a solder paste and soldering is to be performed, the flux component leaches out during the soldering process, and the electronic component and the insulating layer The flux residue is localized between the two.

このようなフラックス残渣は、その性質上、亀裂が発生し易いという問題がある。特に、その使用時に寒暖差がある環境下に置かれる回路基板の場合、激しい冷熱衝撃を受けたフラックス残渣には特に亀裂が入り易い。そして、水分がこの亀裂を通して回路基板の回路部分に浸透して回路をショートさせたり、回路の金属を腐食させたりするという問題が生じる。
加えて、寒暖差のある環境下に置かれる回路基板の場合、実装された電子部品と回路基板との線膨張係数の差により、はんだ接合部に大きな応力が発生する。そしてこの応力によるはんだ接合部の塑性変形の繰り返しによってはんだ接合部に亀裂が生じてしまう。更には時間の経過と共に応力が繰り返し加えられる過程で、上記亀裂先端付近のはんだに応力が集中して亀裂がはんだ接合部のより深部まで進展してしまう。このように著しく亀裂が進展した場合、最終的には電子部品と回路基板との電気的接続が損なわれてしまうという問題がある。
これまでは、自動車の車室内のように、寒暖差はあるものの比較的穏やかな環境下でのはんだ接合は良好に行われていた。しかし近年、例えばエンジンルーム内のエンジン付近やエンジン直載、モーターとの機電一帯化といった寒暖差が特に激しく(−40℃〜125℃、−40℃〜150℃といった寒暖差)、加えて振動がかかるような過酷な環境下での回路基板の配置の検討および実用化がなされている。このようなより過酷な環境下においては、フラックス残渣およびはんだ接合部ともに、十分な亀裂抑性効果を発揮できないという問題があった。このような寒暖差が非常に大きく、振動が負荷される過酷な環境下において十分な性能を発揮し得るフラックスおよびはんだペーストへの要望は今後ますます大きくなることが予想される。
Such a flux residue has a problem that cracks are likely to occur due to its properties. In particular, in the case of a circuit board that is placed in an environment where there is a difference in temperature when used, the flux residue that has been subjected to severe thermal shock is particularly susceptible to cracking. Then, moisture penetrates into the circuit portion of the circuit board through the cracks, causing a problem that the circuit is short-circuited or the metal of the circuit is corroded.
In addition, in the case of a circuit board placed in an environment with a temperature difference, a large stress is generated in the solder joint due to a difference in coefficient of linear expansion between the mounted electronic component and the circuit board. A crack is generated in the solder joint due to repeated plastic deformation of the solder joint due to the stress. Furthermore, in the process where stress is repeatedly applied over time, the stress concentrates on the solder near the crack tip, and the crack extends to a deeper portion of the solder joint. Thus, when a crack progresses remarkably, there exists a problem that the electrical connection of an electronic component and a circuit board will be impaired finally.
Until now, solder joints have been performed well in a relatively mild environment, although there is a difference in temperature as in the interior of an automobile. However, in recent years, for example, the temperature difference between the engine in the engine room, the direct mounting of the engine, and the motor / electrical power integration with the motor is particularly severe (temperature difference between −40 ° C. to 125 ° C. and −40 ° C. to 150 ° C.), and vibrations are also generated. Examination and practical application of circuit board arrangement in such a harsh environment have been made. Under such a harsher environment, there is a problem that both the flux residue and the solder joint cannot exhibit a sufficient crack suppressing effect. It is expected that there will be an increasing demand for fluxes and solder pastes that are capable of exhibiting sufficient performance in a harsh environment in which such a temperature difference is very large and vibrations are applied.

フラックス残渣およびはんだ接合部の亀裂発生を抑制するはんだ接合構造として、ガラス転移点が−40℃以下または当該フラックス残渣の軟化温度以上であるアクリル樹脂を含むフラックスを用いて形成され、−40℃から当該フラックス残渣の軟化温度までの温度範囲における線膨張係数の最大値が300×10−6/K以下であるフラックス残渣を有するはんだ接合構造が開示されている(特許文献1参照)。またはんだ接合強度の向上を目的として、電子部品と部品搭載基板との間にはんだ付け用フラックスが介在し、両者を接着している電子部品装置が開示されている(特許文献2参照)。 As a solder joint structure that suppresses the occurrence of cracks in the flux residue and the solder joint, it is formed using a flux containing an acrylic resin having a glass transition point of −40 ° C. or lower or a softening temperature of the flux residue or higher, and from −40 ° C. A solder joint structure having a flux residue whose maximum coefficient of linear expansion in the temperature range up to the softening temperature of the flux residue is 300 × 10 −6 / K or less is disclosed (see Patent Document 1). For the purpose of improving solder joint strength, an electronic component device is disclosed in which a soldering flux is interposed between an electronic component and a component mounting board, and the two are bonded together (see Patent Document 2).

特許文献1に開示されるはんだ接合構造は、高い温度から低い温度への温度変化時におけるはんだ強度の低下を防止することにより、はんだ接合構造のはんだ接合強度を保持するものである。しかし一旦フラックス残渣やはんだ接合部に亀裂が発生した場合、上記構造においてはその亀裂先端付近に集中する応力の分散および亀裂の進展抑制は難しい。   The solder joint structure disclosed in Patent Document 1 maintains the solder joint strength of the solder joint structure by preventing a decrease in solder strength at the time of temperature change from a high temperature to a low temperature. However, once a crack occurs in the flux residue or solder joint, it is difficult to disperse the stress concentrated near the crack tip and to suppress the progress of the crack in the above structure.

また特許文献2に開示される電子部品装置は上述のような寒暖の差が激しい環境下に置かれることを前提としておらず、このような環境下における亀裂の進展の抑制は難しい。更にはパターンの設計上、回路基板上のはんだ接合部近傍が凹状であったり、搭載する電子部品のサイズが大きく回路基板と電子部品とはんだ接合部間の体積が大きい場合、電極部上に供給されたはんだペーストに含まれるフラックスのみでは回路基板と電子部品とはんだ接合部間を充填するのに十分なフラックス残渣を形成できず、フラックス残渣およびはんだ接合部に生じる亀裂進展の抑制が難しくなるという問題もある。   In addition, the electronic component device disclosed in Patent Document 2 is not premised on being placed in an environment where there is a great difference in temperature as described above, and it is difficult to suppress the progress of cracks in such an environment. Furthermore, in the design of the pattern, if the vicinity of the solder joint on the circuit board is concave, or if the size of the electronic component to be mounted is large and the volume between the circuit board, the electronic component, and the solder joint is large, it is supplied onto the electrode part. The flux contained in the solder paste alone cannot form a sufficient flux residue to fill the space between the circuit board, the electronic component, and the solder joint, which makes it difficult to suppress the flux residue and the crack growth occurring in the solder joint. There is also a problem.

国際公開第2009/104693号International Publication No. 2009/104693 特開2001−170798号JP 2001-170798 A

本発明は上記課題を解決するものであり、特にその使用時に−40℃から150℃といった寒暖の差が激しく冷熱衝撃の大きい環境下においても優れた接着力を発揮し、これによりはんだ接合部に発生する亀裂の進展を抑制し、はんだ接合構造体のはんだシェア強度の低下を防止することのできるはんだ接合構造体の製造方法、これにより製造されたはんだ接合構造体、およびはんだ接合方法を提供することをその目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problems, and exhibits excellent adhesive force even in an environment where the temperature difference between -40 ° C. and 150 ° C. is severe and the thermal shock is large, especially during use. Provided are a method for manufacturing a solder joint structure that can suppress the progress of cracks that occur and prevent a decrease in the solder shear strength of the solder joint structure, and a solder joint structure manufactured thereby and a solder joint method That is the purpose.

本発明のはんだ接合構造体の製造方法は、回路基板に設ける電極部上にフラックスを含むはんだペーストを供給するペースト供給工程と、電子部品を前記回路基板上に搭載する搭載工程と、前記電子部品を搭載した前記回路基板をリフロー処理してはんだ接合部とフラックス残渣を形成するリフロー工程とを含み、前記搭載工程の前に、前記回路基板上に設けられるパターン並びに前記電極部上に供給されるはんだペーストに含まれるフラックスの成分および量に応じて、前記回路基板上のはんだ接合時に前記電子部品と相対する領域であって前記電極部以外の所定の領域にフラックスを供給し、前記リフロー工程において前記はんだペーストからにじみ出るフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方により形成されるフラックス残渣は、少なくとも前記回路基板若しくは前記回路基板上に設けられる絶縁層と前記電子部品と前記はんだ接合部との間に介在してこれらに接着するよう形成され、−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後の前記フラックス残渣の接着力は3.5N/mm以上であり、前記はんだペーストに含まれるフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方は、合成樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むことをその特徴とする。 The method for manufacturing a solder joint structure according to the present invention includes a paste supplying step of supplying a solder paste containing flux onto an electrode portion provided on a circuit board, a mounting step of mounting an electronic component on the circuit substrate, and the electronic component A reflow process for forming a solder joint and a flux residue by reflowing the circuit board on which the circuit board is mounted. Before the mounting process, a pattern provided on the circuit board and the electrode part are supplied. In accordance with the component and amount of the flux contained in the solder paste, the flux is supplied to a predetermined region other than the electrode portion, which is a region facing the electronic component at the time of soldering on the circuit board. The flux remaining from the flux that oozes from the solder paste and / or the flux Is formed so as to be interposed between and bonded to at least the circuit board or an insulating layer provided on the circuit board, the electronic component, and the solder joint, and is -40 ° C / 30 minutes to 150 ° C / The adhesive strength of the flux residue after 2000 cycles of a thermal shock test with 30 minutes as one cycle is 3.5 N / mm 2 or more, and at least one of the flux and the flux contained in the solder paste is synthesized. It is characterized by containing a resin, a thixotropic agent, an activator, and a solvent.

(2)上記(1)の構成にあって、前記はんだペーストに含まれるフラックスおよび前記フラックスは、同一の組成または異なる組成のいずれでも良いことをその特徴とする。 (2) In the configuration of (1) above, the flux and the flux contained in the solder paste may have either the same composition or different compositions.

(3)上記(1)または(2)の構成にあって、前記合成樹脂は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の各種エステル、メタクリル酸の各種エステル、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のエステル、無水マレイン酸のエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル酢酸ビニルの少なくとも1種のモノマーを重合してなるアクリル樹脂、カルボキシル基を有するロジン系樹脂とダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合してなる誘導体化合物、およびエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ロジン系樹脂の群から選ばれる1種以上を含むことをその特徴とする。 (3) In the configuration of (1) or (2), the synthetic resin is acrylic acid, methacrylic acid, various esters of acrylic acid, various esters of methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, anhydrous Acrylic resin obtained by polymerizing at least one monomer of maleic acid, maleic acid ester, maleic anhydride ester, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, vinyl chloride vinyl acetate, rosin resin having carboxyl group And a dimer acid derivative flexible alcohol compound and a derivative compound obtained by dehydration condensation, and at least one selected from the group of epoxy resins, phenol resins, and rosin resins.

(4)上記(1)から(3)のいずれかの構成にあって、前記ペースト供給工程において、前記フラックスは前記はんだペーストの前記電極部上への供給と同時に前記所定の領域に供給されることをその特徴とする。 (4) In any one of the constitutions (1) to (3), in the paste supplying step, the flux is supplied to the predetermined region simultaneously with the supply of the solder paste onto the electrode portion. It is characterized by that.

(5)本発明のはんだ接合構造体は上記(1)から(4)のいずれかの構成にあるはんだ接合構造体の製造方法により製造され、前記はんだ接合構造体に−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与える前と与えた後のはんだシェア強度の低下率が50%以下であることをその特徴とする。 (5) The solder joint structure of the present invention is produced by the method for producing a solder joint structure having any one of the constitutions (1) to (4), and is applied to the solder joint structure from −40 ° C./30 minutes to It is characterized in that the rate of decrease in the solder shear strength is 50% or less before and after 2000 cycles of the thermal shock test with 150 ° C./30 minutes as one cycle.

(6)本発明のはんだ接合方法は、回路基板に設ける電極部上にフラックスを含むはんだペーストを供給する工程と、電子部品を前記回路基板上に搭載する工程と、前記電子部品を搭載した前記回路基板をリフロー処理してはんだ接合部を形成し前記回路基板と前記電子部品とをはんだ接合する工程とを含み、前記電子部品を前記回路基板上に搭載する前に、前記回路基板上に設けられるパターン並びに前記電極部上に供給されるはんだペーストに含まれるフラックスの成分および量に応じて、前記回路基板上のはんだ接合時に前記電子部品と相対する領域であって前記電極部以外の所定の領域にフラックスを供給し、前記リフロー処理において前記はんだペーストからにじみ出るフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方により形成されるフラックス残渣は、少なくとも前記回路基板若しくは前記回路基板上に設けられる絶縁層と前記電子部品と前記はんだ接合部との間に介在してこれらに接着するよう形成され、−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後の前記フラックス残渣の接着力は3.5N/mm以上であり、前記はんだペーストに含まれるフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方は、合成樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むことをその特徴とする。 (6) The solder bonding method of the present invention includes a step of supplying a solder paste containing flux on an electrode portion provided on a circuit board, a step of mounting an electronic component on the circuit substrate, and the mounting of the electronic component. A step of reflowing the circuit board to form a solder joint and soldering the circuit board to the electronic component, and the electronic component is provided on the circuit board before mounting on the circuit board. Depending on the pattern to be formed and the component and amount of the flux contained in the solder paste supplied onto the electrode part, a predetermined area other than the electrode part is a region facing the electronic component at the time of soldering on the circuit board. Flux is supplied to the region, and is shaped by at least one of the flux that exudes from the solder paste and the flux in the reflow process. The flux residue is formed so as to be bonded to and interposed between at least the circuit board or the insulating layer provided on the circuit board, the electronic component, and the solder joint, and -40 ° C / 30 minutes. The adhesive force of the flux residue after giving 2000 cycles of a thermal shock test with a cycle of ˜150 ° C./30 minutes is 3.5 N / mm 2 or more, and at least of the flux and the flux contained in the solder paste One is characterized by containing a synthetic resin, a thixotropic agent, an activator, and a solvent.

なお、本発明のはんだ接合構造体の製造方法、はんだ接合構造体およびはんだ接合方法においては、パターンの形状に応じて、前記はんだペーストからにじみ出るフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方により形成されるフラックス残渣が、前記回路基板と前記絶縁層と前記電子部品と前記はんだ接合部との間に介在し、これらに接着するように形成されるようにしても良い。
また前記はんだ接合構造体に含まれるフラックス残渣は、前記回路基板と前記絶縁層と前記電子部品と前記はんだ接合部との間の他に、前記はんだ接合部の表面と少なくとも前記回路基板の一部と前記電子部品の一部とを覆うように形成されるようにしても良い。
In the method for manufacturing a solder joint structure, the solder joint structure, and the solder joint method of the present invention, the flux residue formed by at least one of the flux that exudes from the solder paste and the flux according to the shape of the pattern. The circuit board, the insulating layer, the electronic component, and the solder joint may be interposed between the circuit board, the insulating layer, the electronic component, and the solder joint.
Further, the flux residue contained in the solder joint structure is not only between the circuit board, the insulating layer, the electronic component, and the solder joint, but also on the surface of the solder joint and at least a part of the circuit board. And a part of the electronic component may be formed.

本発明のはんだ接合構造体の製造方法によれば、煩雑な工程を経ることなく、また回路基板のパターンや電子部品の種類を問わず、寒暖差の激しい過酷な環境下に置かれても優れた接着力を発揮するフラックス残渣を、少なくとも前記回路基板若しくは前記回路基板上に形成される絶縁層と前記電子部品と前記はんだ接合部とに十分に接着するように形成することができる。
また前記フラックスは前記回路基板上に設けられるパターン等に応じて基板上の所定領域に供給される。そのため、例えばはんだペーストに含まれるフラックスの量が上記構成のフラックス残渣を形成するのに十分である場合はフラックスを供給せずとも良い等、適宜最適な作業を選択することができる。
According to the method for manufacturing a solder joint structure of the present invention, it is excellent even if it is placed in a harsh environment where there is a great difference in temperature between heating and cooling, without going through complicated steps and regardless of the pattern of the circuit board or the type of electronic component. The flux residue exhibiting the adhesive force can be formed to sufficiently adhere to at least the circuit board or the insulating layer formed on the circuit board, the electronic component, and the solder joint.
The flux is supplied to a predetermined region on the substrate according to a pattern or the like provided on the circuit substrate. Therefore, for example, when the amount of flux contained in the solder paste is sufficient to form the flux residue having the above-described configuration, it is possible to select an optimal operation as appropriate, such as not supplying the flux.

このような構成を有するはんだ接合構造体は、はんだ接合部に亀裂が発生した場合であってもその亀裂先端付近に集中する応力を分散し易くなり、前記亀裂の進展を抑制すると共に、優れたはんだ接合性を発揮しはんだシェア強度の低下を防止することができる。   The solder joint structure having such a configuration is easy to disperse stress concentrated near the crack tip even when a crack occurs in the solder joint, and suppresses the progress of the crack and is excellent. Demonstrates solderability and prevents a decrease in solder shear strength.

また本発明のはんだ接合構造体の製造方法の他の態様によれば、前記はんだペーストに含まれるフラックスおよび前記フラックスは同一の組成または異なる組成のいずれでもよいことから、作業の負担を軽減することができる。   According to another aspect of the method for producing a solder joint structure of the present invention, the flux contained in the solder paste and the flux may have either the same composition or different compositions, thereby reducing the work burden. Can do.

また本発明のはんだ接合構造体によれば、前記はんだ接合構造体に−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与える前と与えた後のはんだシェア強度の低下率が50%以下となるようにすることができ、寒暖の差が激しく且つ振動のかかる過酷な環境下に長時間置かれる場合であっても、信頼性の高い回路基板を提供することが可能となる。   Further, according to the solder joint structure of the present invention, the solder joint structure is subjected to a thermal shock test in which one cycle is −40 ° C./30 minutes to 150 ° C./30 minutes before and after giving 2000 cycles. A reduction rate of strength can be reduced to 50% or less, and a highly reliable circuit board is provided even when it is left for a long time in a harsh environment where the difference between the temperature and the temperature is severe and the vibration is strong. It becomes possible.

更に本発明のはんだ接合方法によれば、はんだ接合部に亀裂が発生した場合であってもその亀裂先端付近に集中する応力が分散し易くなり、前記亀裂の進展を抑制すると共に、優れたはんだ接合性を発揮しはんだシェア強度の低下を防止することのできるはんだ接合が可能となる。   Furthermore, according to the soldering method of the present invention, even if a crack occurs in the solder joint, the stress concentrated near the crack tip is easily dispersed, and the progress of the crack is suppressed and an excellent solder is obtained. It becomes possible to perform solder joint that exhibits jointability and prevents a decrease in solder shear strength.

従って、本発明のはんだ接合構造体の製造方法、はんだ接合構造体およびはんだ接合方法によれば、例えば自動車のエンジンルーム内といった長期の過酷な冷熱衝撃サイクルおよび振動に曝される環境下においても、十分な接合信頼性を保つことのできる回路基板を提供することができる。   Therefore, according to the method for manufacturing a solder joint structure of the present invention, the solder joint structure, and the solder joint method, even in an environment exposed to a long-term severe thermal shock cycle and vibration, for example, in an automobile engine room, A circuit board capable of maintaining sufficient bonding reliability can be provided.

本発明のはんだ接合構造体の製造方法の一実施形態に係り、製造工程を表した部分断面図。The fragmentary sectional view showing a manufacturing process concerning one embodiment of a manufacturing method of a solder joint structure of the present invention. 本発明のはんだ接合構造体の製造方法の他の実施形態に係り、製造工程を表した部分断面図。The fragmentary sectional view showing a manufacturing process concerning other embodiments of a manufacturing method of a solder joint structure of the present invention. 本発明のはんだ接合構造体の一実施例および一比較例に係り、−40℃〜125℃を1サイクルとする冷熱衝撃試験におけるフラックス残渣接着強度を表したグラフ。The graph showing the flux residue adhesive strength in the thermal shock test which concerns on one Example and one comparative example of the soldering structure of this invention, and makes -40 to 125 degreeC 1 cycle. 本発明のはんだ接合構造体の同実施例および同比較例に係り、−40℃〜125℃を1サイクルとする冷熱衝撃試験におけるはんだ接合構造体のシェア強度を表したグラフ。The graph which represented the shear strength of the solder joint structure in the thermal shock test which concerns on the Example and the comparative example of the solder joint structure of this invention, and makes -40 degreeC-125 degreeC 1 cycle. 本発明のはんだ接合構造体の同実施例および同比較例に係り、−40℃〜125℃を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後のチップレジスタ(はんだ接合構造体)の断面写真。According to the same example and comparative example of the solder joint structure of the present invention, a cross-sectional photograph of a chip resistor (solder joint structure) after 2000 cycles of a thermal shock test with −40 ° C. to 125 ° C. as one cycle . 本発明のはんだ接合構造体の同実施例および同比較例に係り、−40℃〜150℃を1サイクルとする冷熱衝撃試験におけるフラックス残渣接着強度を表したグラフ。The graph which represented the flux residue adhesive strength in the thermal shock test which concerns on the same Example and the comparative example of the soldering structure of this invention, and makes -40 degreeC-150 degreeC 1 cycle. 本発明のはんだ接合構造体の同実施例および同比較例に係り、−40℃〜150℃を1サイクルとする冷熱衝撃試験におけるはんだ接合構造体のシェア強度を表したグラフ。The graph showing the shear strength of the solder joint structure in the thermal shock test which concerns on the Example and the comparative example of the solder joint structure of this invention, and makes -40 degreeC-150 degreeC 1 cycle. 本発明のはんだ接合構造体の同実施例および同比較例に係り、−40℃〜150℃を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後のチップレジスタ(はんだ接合構造体)の断面写真。According to the same example and comparative example of the solder joint structure of the present invention, a cross-sectional photograph of a chip resistor (solder joint structure) after 2000 cycles of a thermal shock test with −40 ° C. to 150 ° C. as one cycle .

本発明のはんだ接合構造体の製造方法に用いるはんだペーストに含まれるフラックスおよびフラックス(以下、併せて「本フラックス」という。)の一実施形態を以下に詳述する。なお、はんだペーストに含まれるフラックスおよびフラックスは、同一の組成または異なる組成のいずれでも良い。   One embodiment of a flux and a flux (hereinafter collectively referred to as “the present flux”) contained in a solder paste used in the method for producing a solder joint structure of the present invention will be described in detail below. Note that the flux and flux contained in the solder paste may have the same composition or different compositions.

<本フラックス>
1.合成樹脂
本実施形態の本フラックスには、合成樹脂を使用することができる。このような合成樹脂としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の各種エステル、メタクリル酸の各種エステル、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のエステル、無水マレイン酸のエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニルおよび酢酸ビニルの少なくとも1種のモノマーを重合してなるアクリル樹脂、カルボキシル基を有するロジン系樹脂とダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合してなる誘導体化合物等が挙げられる。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。
<Flux>
1. Synthetic Resin A synthetic resin can be used for the flux of the present embodiment. Examples of such synthetic resins include acrylic acid, methacrylic acid, various esters of acrylic acid, various esters of methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, maleic anhydride, esters of maleic acid, and maleic anhydride. Dehydration of acrylic resin obtained by polymerizing at least one monomer of ester, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, vinyl chloride and vinyl acetate, rosin resin having carboxyl group and dimer acid derivative flexible alcohol compound Derivative compounds formed by condensation are exemplified. These can be used alone or in combination.

前記アクリル樹脂の中でも、特にメタクリル酸と炭素鎖が直鎖状である炭素数2〜20の飽和アルキル基を2つ有するモノマーを含むモノマー類とを重合して得られるアクリル樹脂が好ましく用いられる。   Among the acrylic resins, acrylic resins obtained by polymerizing methacrylic acid and monomers containing two saturated alkyl groups having 2 to 20 carbon atoms in which the carbon chain is linear are preferably used.

また前記カルボキシル基を有するロジン系樹脂とダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合してなる誘導体化合物(以下、「ロジン誘導体化合物」という。)に使用するカルボキシル基を有する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、これら以外にもカルボキシル基を有するロジンであれば使用することができる。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。   In addition, as the rosin resin having a carboxyl group used for a derivative compound obtained by dehydrating condensation of the rosin resin having a carboxyl group and a dimer acid derivative flexible alcohol compound (hereinafter referred to as “rosin derivative compound”), For example, rosins such as tall oil rosin, gum rosin, wood rosin; hydrogenated rosin, polymerized rosin, heterogeneous rosin, rosin derivatives such as acrylic acid modified rosin, maleic acid modified rosin, etc. Any rosin can be used. These can be used alone or in combination.

次に前記ダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物としては、例えばダイマージオール、ポリエステルポリオール、ポリエステルダイマージオールのようなダイマー酸から誘導される化合物であって、その末端にアルコール基を有するもの等が挙げられ、例えばPRIPOL2033、PRIPLAST3197、PRIPLAST1838(以上、クローダジャパン(株)製)等を用いることができる。   Next, examples of the dimer acid derivative flexible alcohol compound include compounds derived from dimer acid such as dimer diol, polyester polyol, and polyester dimer diol, and those having an alcohol group at the terminal thereof. For example, PRIPOL 2033, PRIPLAST 3197, PRIPLAST 1838 (manufactured by Croda Japan Co., Ltd.) and the like can be used.

前記ロジン誘導体化合物は、前記カルボキシル基を有するロジン系樹脂と前記ダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合することにより得られる。この脱水縮合の方法としては一般的に用いられる方法を使用することができる。また、前記カルボキシル基を有するロジン系樹脂と前記ダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合する際の好ましい重量比率は、それぞれ25:75〜75:25である。   The rosin derivative compound is obtained by dehydrating and condensing the rosin resin having a carboxyl group and the dimer acid derivative flexible alcohol compound. As the dehydration condensation method, a generally used method can be used. Moreover, the preferable weight ratio at the time of carrying out dehydration condensation of the rosin-type resin which has the said carboxyl group, and the said dimer acid derivative flexible alcohol compound is 25: 75-75: 25, respectively.

前記合成樹脂の酸価は10〜150mgKOH/gであることが好ましく、その配合量は生成するフラックス(はんだペーストに含まれるフラックスおよびフラックスのいずれをも指す。以下同じ。)全量に対して10重量%から90重量%であることが好ましい。   The acid value of the synthetic resin is preferably 10 to 150 mgKOH / g, and the blending amount thereof is 10% by weight with respect to the total amount of flux to be generated (both flux and flux contained in the solder paste; the same applies hereinafter). % To 90% by weight is preferred.

2.チキソ剤
本実施形態の本フラックスには、チキソ剤を使用することができる。このようなチキソ剤としては、例えば水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
このようなチキソ剤の配合量は、生成するフラックス全量に対して3重量%から15重量%であることが好ましい。
2. Thixotropic agent A thixotropic agent can be used for this flux of this embodiment. Examples of such thixotropic agents include, but are not limited to, hydrogenated castor oil, fatty acid amides, and oxy fatty acids.
The blending amount of such a thixotropic agent is preferably 3% by weight to 15% by weight with respect to the total amount of flux to be generated.

3.活性剤
本実施形態の本フラックスには、活性剤を使用することができる。このような活性剤としては、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、有機アミン塩を配合することができる。更に具体的には、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。
このような活性剤の配合量は、生成する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。
3. Activator An activator can be used for this flux of this embodiment. As such an activator, for example, an amine salt (inorganic acid salt or organic acid salt) such as an organic amine hydrogen halide salt, an organic acid, an organic acid salt, or an organic amine salt can be blended. More specifically, diphenylguanidine hydrobromide, cyclohexylamine hydrobromide, diethylamine salt, acid salt, succinic acid, adipic acid, sebacic acid and the like can be mentioned. These can be used alone or in combination.
The blending amount of such an activator is preferably 5% by weight to 15% by weight with respect to the total amount of generated flux.

4.溶剤
本実施形態の本フラックスには、溶剤を使用することができる。このような溶剤としては、例えばイソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、グリコールエーテル等を使用することができる。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。
このような溶剤の配合量は、生成するフラックス全量に対して20重量%から40重量%であることが好ましい。
4). Solvent A solvent can be used for this flux of this embodiment. As such a solvent, for example, isopropyl alcohol, ethanol, acetone, toluene, xylene, ethyl acetate, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, glycol ether and the like can be used. These can be used alone or in combination.
The blending amount of such a solvent is preferably 20% by weight to 40% by weight with respect to the total amount of generated flux.

5.酸化防止剤
本実施形態の本フラックスには、酸化防止剤を使用することができる。このような酸化防止剤としては、例えばヒンダート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。その中でも特にヒンダートフェノール系酸化剤が好ましく用いられるが、使用できる酸化防止剤はこれらに限定されるものではない。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。
このような酸化防止剤の配合量は特に限定されないが、一般的には生成するフラックス全量に対して0.5重量%から5重量%程度であることが好ましい。
5. Antioxidant Antioxidant can be used for this flux of this embodiment. Examples of such antioxidants include hindered phenolic antioxidants, phenolic antioxidants, bisphenolic antioxidants, and polymer-type antioxidants. Of these, hindered phenol-based oxidizing agents are particularly preferably used, but usable antioxidants are not limited to these. These can be used alone or in combination.
The blending amount of such an antioxidant is not particularly limited, but generally it is preferably about 0.5 to 5% by weight with respect to the total amount of flux to be generated.

6.ロジン系樹脂
本実施形態の本フラックスには、ロジン系樹脂を使用することができる。このような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、およびロジンを重合化、水添化、不均一化、アクリル化、マレイン化、エステル化、およびフェノール付加反応等を行ったロジン変性樹脂等を使用することができる。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。
このようなロジン系樹脂の配合量は、生成するフラックス全量に対して20重量%以下であることが好ましい。
6). Rosin Resin A rosin resin can be used for the flux of the present embodiment. Examples of such rosin resins include rosin such as tall oil rosin, gum rosin, and wood rosin, and rosin polymerization, hydrogenation, heterogeneity, acrylation, maleation, esterification, and phenol addition reaction. The performed rosin-modified resin or the like can be used. These can be used alone or in combination.
The blending amount of such a rosin resin is preferably 20% by weight or less based on the total amount of flux to be generated.

本実施形態の本フラックスには、更にアクリル系樹脂、並びにハロゲン、つや消し剤および消泡剤等の添加剤を加えてもよい。   You may add additives, such as acrylic resin and a halogen, a delustering agent, and an antifoamer, to this flux of this embodiment further.

このようなアクリル系樹脂としては、例えばアクリル系モノマーを重合成分に有するポリマーからなる樹脂を用いることができる。このようなアクリル系モノマーとしては、酸性基を有するアクリル酸、メタアクリル酸、エステル基を有するアクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル等が挙げられる。またこれ以外に、これらのアクリル系モノマーのみを用いたポリマーからなる樹脂も用いることができる。このようなアクリル系樹脂の配合量は、生成するフラックス全量に対して50重量%以下であることが好ましい。   As such an acrylic resin, for example, a resin made of a polymer having an acrylic monomer as a polymerization component can be used. Examples of such acrylic monomers include acrylic acid having an acidic group, methacrylic acid, acrylic ester having an ester group, and methacrylic ester. In addition, a resin made of a polymer using only these acrylic monomers can also be used. The blending amount of such an acrylic resin is preferably 50% by weight or less with respect to the total amount of flux to be generated.

また前記添加剤の配合量は、生成する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い。またこれらの更に好ましい配合量は生成するフラックス全量に対して5重量%以下である。   Moreover, it is preferable that the compounding quantity of the said additive is 10 weight% or less with respect to the flux whole quantity to produce | generate. Moreover, these further preferable compounding quantities are 5 weight% or less with respect to the total amount of the flux to produce | generate.

本実施形態の本フラックスを加熱して形成するフラックス残渣は、これに−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後の接着力を3.5N/mm以上に保つことができる。
フラックス残渣の上記接着力は、フラックスに配合する樹脂成分の酸価およびガラス転移温度により適宜調整することができる。
The flux residue formed by heating the flux of the present embodiment has an adhesive strength after applying a thermal shock test with 2000 cycles of −40 ° C./30 minutes to 150 ° C./30 minutes as one cycle. It can be kept at 5 N / mm 2 or more.
The adhesive force of the flux residue can be adjusted as appropriate depending on the acid value and glass transition temperature of the resin component blended in the flux.

<はんだペースト>
本実施形態のはんだペーストは、上記のフラックス成分とはんだ粉末とを混合することにより得られる。
前記はんだ合金粉末としては特に制限はなく、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等、汎用のものを使用することができる。代表的なはんだ合金粉末としては、SnとPbを含むSn−Pb系はんだ合金粉末や、Sn−Ag−CuおよびSn−Ag−Cu−Inといった鉛フリーはんだ合金粉末を用いることができる。
<Solder paste>
The solder paste of this embodiment can be obtained by mixing the above flux component and solder powder.
There is no restriction | limiting in particular as said solder alloy powder, For example, Sn, Ag, Cu, Bi, Zn, In, Ga, Sb, Au, Pd, Ge, Ni, Cr, Al, P, In, Pb etc. were combined together. General-purpose ones such as those can be used. As typical solder alloy powder, Sn—Pb solder alloy powder containing Sn and Pb, and lead-free solder alloy powder such as Sn—Ag—Cu and Sn—Ag—Cu—In can be used.

上記はんだ合金粉末の中でも、Sn−Sb、Sn−Sb−Ag、Sn−Sb−Bi、Sn−Sb−In、Sn−Sb−Ag−Bi、Sn−Sb−Ag−In、Sn−Sb−Bi−In、Sn−Ab−Ag−Bi−In、Sn−Ag、Sn−Cu、Sn−Bi、Sn−Ag−Cu、Sn−Ag−Bi、Sn−Cu−Bi、Sn−Ag−Cu−Bi、並びにSn−Pb系はんだ合金粉末が好ましく用いられる。これらの合金粉末は、単独でまたは複数を組合せて用いることができる。   Among the above solder alloy powders, Sn-Sb, Sn-Sb-Ag, Sn-Sb-Bi, Sn-Sb-In, Sn-Sb-Ag-Bi, Sn-Sb-Ag-In, Sn-Sb-Bi -In, Sn-Ab-Ag-Bi-In, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Bi, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu-Bi, Sn-Ag-Cu-Bi In addition, Sn—Pb solder alloy powder is preferably used. These alloy powders can be used alone or in combination.

前記はんだ合金粉末の配合量は、はんだペースト全量に対して65重量%以上95重量%以下であることが好ましい。より好ましい配合量は85重量%以上93重量%以下であり、特に好ましい配合量は89重量%以上92重量%以下である。
はんだ合金粉末の配合量が65重量%未満の場合には、得られるはんだペーストを用いた場合に充分なはんだ接合が形成されにくくなる傾向にある。他方はんだ合金粉末の含有量が95重量%を超える場合にはバインダとしてのフラックス成分が足りないため、フラックス成分とはんだ合金粉末とを混合しにくくなる傾向にある。
The amount of the solder alloy powder is preferably 65% by weight or more and 95% by weight or less based on the total amount of the solder paste. A more preferable blending amount is 85% by weight or more and 93% by weight or less, and a particularly preferable blending amount is 89% by weight or more and 92% by weight or less.
When the blending amount of the solder alloy powder is less than 65% by weight, there is a tendency that sufficient solder joints are hardly formed when the obtained solder paste is used. On the other hand, when the content of the solder alloy powder exceeds 95% by weight, the flux component as a binder is insufficient, and it tends to be difficult to mix the flux component and the solder alloy powder.

<はんだ接合構造体>
本発明のはんだ接合構造体の製造方法の一実施形態を図1を用いて説明する。
<Solder joint structure>
An embodiment of a method for producing a solder joint structure of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態においては、先ず基板1上に所定のパターンとなるように、絶縁層2および電極部3を形成する。図1(a)に示す通り、本実施形態においては絶縁層2と電極部3との間が凹状となるように、即ち電極部3の一部周囲に絶縁層2を設けないパターンを形成する。   In this embodiment, first, the insulating layer 2 and the electrode part 3 are formed on the substrate 1 so as to have a predetermined pattern. As shown in FIG. 1A, in the present embodiment, a pattern is formed such that the space between the insulating layer 2 and the electrode portion 3 is concave, that is, the insulating layer 2 is not provided around part of the electrode portion 3. .

パターンが形成された基板1の電極部3上にはんだペースト4を供給する(図1(b)参照)。はんだペースト4は、上記のフラックス成分とはんだ合金粉末とを混合することにより調製される。このはんだペースト4の供給方法としては、例えば印刷機による印刷、ディスペンサーによる塗布、スプレーによる塗布等が挙げられる。電極部3上にはんだペースト4を供給可能であれば、どのような供給方法を採用してもかまわない。   A solder paste 4 is supplied onto the electrode portion 3 of the substrate 1 on which the pattern is formed (see FIG. 1B). The solder paste 4 is prepared by mixing the flux component and the solder alloy powder. Examples of the method for supplying the solder paste 4 include printing by a printing machine, application by a dispenser, application by spraying, and the like. Any supply method may be adopted as long as the solder paste 4 can be supplied onto the electrode part 3.

次いで基板1上のうち、電子部品6をマウントした場合に電子部品6と相対する領域であって電極部3以外の領域にフラックス5を供給する。フラックス5は、上記のフラックス成分を混合して調製される。本実施形態においては、電極部3間に設けられた絶縁層2上にフラックス5を所定量供給する(図1(c)参照)。フラックス5の供給方法としては、例えば印刷機による印刷、ディスペンサーによる塗布等が挙げられる。基板1上の当該領域にフラックスを供給可能であれば、どのような供給方法を採用してもかまわない。
またフラックス5の供給量は、電子部品6を基板1上にはんだ接合した際の基板1、絶縁層2、電極部3、電子部品6およびはんだ接合部8で囲まれる空間の体積により適宜調整される。
なお、本実施形態では絶縁層2上にフラックス5を供給したが、前記空間の体積が小さい場合には、フラックス5を供給せずに基板1をリフロー処理しても良い。
更には本実施形態においては、電極部3上にはんだペースト4を供給した後にフラックス5を所定領域に供給したが、はんだペースト4の供給と同時にフラックス5を供給するようにしても良い。
Next, on the substrate 1, the flux 5 is supplied to a region opposite to the electronic component 6 when the electronic component 6 is mounted and other than the electrode unit 3. The flux 5 is prepared by mixing the above flux components. In the present embodiment, a predetermined amount of flux 5 is supplied onto the insulating layer 2 provided between the electrode portions 3 (see FIG. 1C). Examples of the method for supplying the flux 5 include printing by a printing machine and application by a dispenser. Any supply method may be adopted as long as the flux can be supplied to the region on the substrate 1.
The supply amount of the flux 5 is appropriately adjusted according to the volume of the space surrounded by the substrate 1, the insulating layer 2, the electrode portion 3, the electronic component 6 and the solder joint portion 8 when the electronic component 6 is soldered onto the substrate 1. The
In this embodiment, the flux 5 is supplied onto the insulating layer 2. However, when the volume of the space is small, the substrate 1 may be reflowed without supplying the flux 5.
Further, in the present embodiment, the flux 5 is supplied to the predetermined area after the solder paste 4 is supplied onto the electrode portion 3. However, the flux 5 may be supplied simultaneously with the supply of the solder paste 4.

電子部品6を基板1上にマウントする。本実施形態においては、はんだペースト4上に電子部品6の外部電極7が位置するよう、電子部品6をマウントする(図1(d)参照)。   The electronic component 6 is mounted on the substrate 1. In the present embodiment, the electronic component 6 is mounted so that the external electrode 7 of the electronic component 6 is positioned on the solder paste 4 (see FIG. 1D).

そして電子部品6をマウントした基板1をリフロー処理することにより、はんだペースト4よりはんだ接合部8が形成され、電極部3と電子部品6の外部電極7とがはんだ接合部8を介して電気的に接合される。またリフロー処理により、はんだペースト4よりにじみ出たフラックスおよびフラックス5から、基板1、絶縁層2、電極部3、電子部品6およびはんだ接合部8の間に介在し、これらのいずれもに接着するフラックス残渣9が形成される。なおこのフラックス残渣9は、上記領域とは異なる領域において、基板1と電極部3とはんだ接合部8と電子部品6の端部10とを覆うようにも形成される(図1(e)参照)。なお、本実施形態において基板1に形成されたパターンの場合、電極部上3に供給されたはんだペースト4に含まれるフラックスのみでは、基板1、絶縁層2、電極部3、電子部品6およびはんだ接合部8の間に介在し、且つこれらを接着するフラックス残渣9の形成は難しいものと考えられる。   Then, by reflowing the substrate 1 on which the electronic component 6 is mounted, a solder joint portion 8 is formed from the solder paste 4, and the electrode portion 3 and the external electrode 7 of the electronic component 6 are electrically connected via the solder joint portion 8. To be joined. In addition, the flux which oozes out from the solder paste 4 and the flux 5 by the reflow process is interposed between the substrate 1, the insulating layer 2, the electrode part 3, the electronic component 6 and the solder joint part 8. Residue 9 is formed. The flux residue 9 is also formed so as to cover the substrate 1, the electrode portion 3, the solder joint portion 8, and the end portion 10 of the electronic component 6 in a region different from the above region (see FIG. 1 (e)). ). In the case of the pattern formed on the substrate 1 in the present embodiment, the substrate 1, the insulating layer 2, the electrode portion 3, the electronic component 6 and the solder can be obtained only with the flux contained in the solder paste 4 supplied to the electrode portion 3 above. It is considered difficult to form the flux residue 9 that is interposed between the joints 8 and adheres them.

またフラックス残渣9は、これに−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後の接着力が3.5N/mm以上となる。 Further, the flux residue 9 has an adhesive strength of 3.5 N / mm 2 or more after 2000 cycles of a thermal shock test in which -40 ° C./30 minutes to 150 ° C./30 minutes is one cycle.

このように本実施形態の製造方法を用いて製造されたはんだ接合構造体100は、上記のとおり、基板1、絶縁層2、電極部3、電子部品6およびはんだ接合部8の間に介在してこれらのいずれもにも接着し、且つ、上記領域とは異なる領域において、基板1と電極部3とはんだ接合部8と電子部品6の端部10とを覆う、優れた接着力を有するフラックス残渣9を有している。これにより、フラックス残渣9を介して基板1、絶縁層2、電極部3、電子部品6、およびはんだ接合部8を強固に接着することができる。そのため、激しい冷熱衝撃を受けた場合であってもフラックス残渣9は十分な接着力を保つことができ、フラックス残渣9やはんだ接合部8に亀裂が発生した場合であってもその亀裂先端付近に集中する応力が更に分散し易くなり、前記亀裂の進展を抑制することができる。   As described above, the solder joint structure 100 manufactured using the manufacturing method of the present embodiment is interposed between the substrate 1, the insulating layer 2, the electrode part 3, the electronic component 6, and the solder joint part 8 as described above. A flux having excellent adhesive force that adheres to any of these and covers the substrate 1, the electrode part 3, the solder joint part 8, and the end part 10 of the electronic component 6 in a region different from the above region. Has residue 9. Thereby, the board | substrate 1, the insulating layer 2, the electrode part 3, the electronic component 6, and the solder junction part 8 can be firmly adhere | attached through the flux residue 9. FIG. Therefore, the flux residue 9 can maintain a sufficient adhesive force even when subjected to severe thermal shock, and even if a crack occurs in the flux residue 9 or the solder joint 8, The concentrated stress is further easily dispersed, and the progress of the crack can be suppressed.

更には上記冷熱衝撃試験を与える前と後の前記はんだ接合部8のはんだシェア強度の低下率を50%以下に保つことができる場合、より長期間に渡り前記亀裂の進展を抑制することが可能となる。   Furthermore, when the rate of decrease in the solder shear strength of the solder joint 8 before and after applying the thermal shock test can be maintained at 50% or less, it is possible to suppress the progress of the crack over a longer period of time. It becomes.

また、本実施形態によれば基板1に形成されたパターンと基板1、絶縁層2、電極部3、電子部品6およびはんだ接合部8に囲まれた空間の体積により適宜フラックス5の量を調整することができるため、余分な工程や煩雑な作業を経ることなく、またパターンの種類を問わず、上述のような構成を有するはんだ接合構造体100を得ることができる。
なお、はんだペースト4に含まれるフラックスの配合量を増加させることにより様々なパターンに対応する方法も考えられるが、はんだペースト4に含まれるフラックスの配合量の増加ははんだペースト4の印刷性の阻害要因となるため好ましくない。
Further, according to the present embodiment, the amount of the flux 5 is appropriately adjusted by the pattern formed on the substrate 1 and the volume of the space surrounded by the substrate 1, the insulating layer 2, the electrode portion 3, the electronic component 6 and the solder joint portion 8. Therefore, the solder joint structure 100 having the above-described configuration can be obtained without going through an extra step or complicated work and regardless of the type of pattern.
In addition, although the method of respond | corresponding to various patterns by increasing the compounding quantity of the flux contained in the solder paste 4 is also considered, the increase in the compounding quantity of the flux contained in the solder paste 4 inhibits the printability of the solder paste 4. Since it becomes a factor, it is not preferable.

次に、本発明のはんだ接合構造体の製造方法の他の実施形態を図2を用いて説明する。   Next, another embodiment of the method for producing a solder joint structure of the present invention will be described with reference to FIG.

本他の実施形態においては、先ず基板11上の所定の位置に絶縁層12および電極部13を形成する。本他の実施形態においてはやや大きめの電子部品16を実装するため、図2(a)に示す通り、電極部13同士がやや離れて設けられている。   In the other embodiment, first, the insulating layer 12 and the electrode portion 13 are formed at predetermined positions on the substrate 11. In this embodiment, in order to mount a slightly larger electronic component 16, the electrode portions 13 are provided slightly apart from each other as shown in FIG.

基板11上に設けられた電極部13上にはんだペースト14を供給する(図2(b)参照)。この供給方法としては、例えば印刷機による印刷、ディスペンサーによる塗布、スプレーによる塗布等が挙げられる。電極部13上にはんだペースト14を供給可能であれば、どのような供給方法を採用してもかまわない。   The solder paste 14 is supplied onto the electrode portion 13 provided on the substrate 11 (see FIG. 2B). Examples of the supply method include printing by a printing press, application by a dispenser, application by spraying, and the like. Any supply method may be adopted as long as the solder paste 14 can be supplied onto the electrode portion 13.

次いで基板11上のうち、電子部品16をマウントした場合に電子部品16と相対する領域であって電極部13以外の領域にフラックス15を供給する。本他の実施形態においては、電極部13間に設けられた絶縁層12上にフラックス15を所定量供給する(図2(c)参照)。フラックス15の供給方法としては、例えば印刷機による印刷、ディスペンサーによる塗布等が挙げられる。基板11上の当該領域にフラックスを供給可能であれば、どのような供給方法を採用してもかまわない。
またフラックス15の供給量は、電子部品16を基板11上にはんだ接合した際の絶縁層12、電子部品16およびはんだ接合部18で囲まれる空間の体積により適宜調整される。
更には本他の実施形態においては、電極部13上にはんだペースト14を供給した後にフラックス15を所定領域に供給したが、はんだペースト14の供給と同時にフラックス15を供給するようにしても良い。
Next, on the substrate 11, the flux 15 is supplied to a region opposite to the electronic component 16 when the electronic component 16 is mounted and other than the electrode portion 13. In this other embodiment, a predetermined amount of flux 15 is supplied onto the insulating layer 12 provided between the electrode portions 13 (see FIG. 2C). Examples of the method for supplying the flux 15 include printing by a printing machine and application by a dispenser. As long as the flux can be supplied to the region on the substrate 11, any supply method may be adopted.
The supply amount of the flux 15 is appropriately adjusted according to the volume of the space surrounded by the insulating layer 12, the electronic component 16, and the solder joint portion 18 when the electronic component 16 is soldered onto the substrate 11.
Furthermore, in this other embodiment, the flux 15 is supplied to the predetermined area after supplying the solder paste 14 onto the electrode portion 13. However, the flux 15 may be supplied simultaneously with the supply of the solder paste 14.

電子部品16を基板11上にマウントする。本他の実施形態においては、はんだペースト14上に電子部品16の外部電極17が位置するよう、電子部品16をマウントする(図1(d)参照)。   The electronic component 16 is mounted on the substrate 11. In the other embodiment, the electronic component 16 is mounted such that the external electrode 17 of the electronic component 16 is positioned on the solder paste 14 (see FIG. 1D).

そして電子部品16をマウントした基板11をリフロー処理することにより、はんだペースト14よりはんだ接合部18が形成され、電極部13と電子部品16の外部電極17とがはんだ接合部8を介して電気的に接合される。またリフロー処理により、はんだペースト14よりにじみ出たフラックスおよびフラックス15から、絶縁層12、電子部品16およびはんだ接合部18の間に介在し、これらのいずれもに接着するフラックス残渣19が形成される。なおこのフラックス残渣19は、上記領域とは異なる領域において、絶縁層12とはんだ接合部18と電子部品16の端部20とを覆うようにも形成される(図2(e)参照)。
なお、本実施形態において基板11に形成されたパターンの場合、電極上13に供給されたはんだペースト14に含まれるフラックスのみでは、絶縁層12、電子部品16およびはんだ接合部18の間に介在し、且つこれらを接着するフラックス残渣19の形成は難しいものと考えられる。
Then, by reflowing the substrate 11 on which the electronic component 16 is mounted, a solder joint portion 18 is formed from the solder paste 14, and the electrode portion 13 and the external electrode 17 of the electronic component 16 are electrically connected via the solder joint portion 8. To be joined. Further, by the reflow process, a flux residue 19 that is interposed between the insulating layer 12, the electronic component 16, and the solder joint portion 18 and adheres to any of these from the flux and the flux 15 that exudes from the solder paste 14 is formed. The flux residue 19 is also formed so as to cover the insulating layer 12, the solder joint 18 and the end 20 of the electronic component 16 in a region different from the above region (see FIG. 2E).
In the case of the pattern formed on the substrate 11 in the present embodiment, only the flux contained in the solder paste 14 supplied onto the electrode 13 is interposed between the insulating layer 12, the electronic component 16 and the solder joint 18. In addition, it is considered difficult to form the flux residue 19 that bonds them.

またフラックス残渣19は、これに−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後の接着力が3.5N/mm以上となる。 The flux residue 19 has an adhesive strength of 3.5 N / mm 2 or more after 2000 cycles of a thermal shock test in which -40 ° C./30 minutes to 150 ° C./30 minutes is one cycle.

このように本他の実施形態の製造方法を用いて製造されたはんだ接合構造体200は、上記のとおり、絶縁層12、電子部品16およびはんだ接合部18の間に介在してこれらのいずれもにも接着し、且つ、上記領域とは異なる領域において、基板11とはんだ接合部18と電子部品16の端部20とを覆う、優れた接着力を有するフラックス残渣19を有している。これにより、フラックス残渣19を介して絶縁層12、電子部品16、およびはんだ接合部18を強固に接着することができる。そのため、激しい冷熱衝撃を受けた場合であってもフラックス残渣19は十分な接着力を保つことができ、フラックス残渣19やはんだ接合部18に亀裂が発生した場合であってもその亀裂先端付近に集中する応力が更に分散し易くなり、前記亀裂の進展を抑制することができる。   As described above, the solder joint structure 200 manufactured by using the manufacturing method of this other embodiment is interposed between the insulating layer 12, the electronic component 16, and the solder joint 18 as described above. And a flux residue 19 having an excellent adhesive force that covers the substrate 11, the solder joint portion 18, and the end portion 20 of the electronic component 16 in a region different from the above region. Thereby, the insulating layer 12, the electronic component 16, and the solder joint portion 18 can be firmly bonded via the flux residue 19. Therefore, the flux residue 19 can maintain a sufficient adhesive force even when subjected to severe thermal shock, and even when a crack occurs in the flux residue 19 or the solder joint 18, the flux residue 19 is near the crack tip. The concentrated stress is further easily dispersed, and the progress of the crack can be suppressed.

更には上記冷熱衝撃試験を与える前と後の前記はんだ接合部18のはんだシェア強度の低下率を50%以下に保つことができる場合、より長期間に渡り前記亀裂の進展を抑制することが可能となる。   Furthermore, when the rate of decrease in the solder shear strength of the solder joint 18 before and after applying the thermal shock test can be kept below 50%, it is possible to suppress the development of the crack over a longer period of time. It becomes.

また、本他の実施形態によれば、電子部品16の大きさによって絶縁層12、電子部品16およびはんだ接合部18に囲まれた空間の体積が変わる場合であっても適宜フラックス15の量を調整することができるため、余分な工程や煩雑な作業を経ることなく、また電子部品16の大きさを問わず、上述のような構成を有するはんだ接合構造体200を得ることができる。
なお、はんだペースト14に含まれるフラックスの配合量を増加させることにより様々なパターンに対応する方法も考えられるが、はんだペースト14に含まれるフラックスの配合量の増加ははんだペースト14の印刷性の阻害要因となるため好ましくない。
Further, according to the other embodiment, the amount of the flux 15 is appropriately set even when the volume of the space surrounded by the insulating layer 12, the electronic component 16, and the solder joint portion 18 changes depending on the size of the electronic component 16. Since it can be adjusted, the solder joint structure 200 having the above-described configuration can be obtained without going through an extra step or complicated work and regardless of the size of the electronic component 16.
In addition, although the method of respond | corresponding to various patterns by increasing the compounding quantity of the flux contained in the solder paste 14 is also considered, the increase in the compounding quantity of the flux contained in the solder paste 14 inhibits the printability of the solder paste 14. Since it becomes a factor, it is not preferable.

本実施形態および本他の実施形態の回路基板に実装される電子部品の種類は特に限定されないが、例えばチップコンデンサ、チップLEDといったチップ型部品を実装する際に特にその効果を発揮することができる。   The type of electronic component mounted on the circuit board of the present embodiment and other embodiments is not particularly limited, but the effect can be particularly exerted when mounting a chip-type component such as a chip capacitor or a chip LED. .

また本明細書において、前記フラックス残渣の接着力は、以下の測定方法にて測定される。   Moreover, in this specification, the adhesive force of the said flux residue is measured with the following measuring methods.

フラックスまたはこれを用いたはんだペーストを用いて基板上にチップ部品を表面実装し、当該基板上にフラックス残渣を形成する。当該フラックス残渣は前記チップ部品と前記基板の両方に接着するように形成される。
その後、冷熱衝撃試験装置等を用いて前記基板に−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与える。
A chip component is surface-mounted on a substrate using a flux or a solder paste using the flux, and a flux residue is formed on the substrate. The flux residue is formed so as to adhere to both the chip component and the substrate.
Then, 2000 cycles of the thermal shock test which makes -40 degreeC / 30 minutes-150 degreeC / 30 minutes 1 cycle to the said board | substrate using a thermal shock test apparatus etc. are given.

そして当該冷熱衝撃試験後の基板上にあるフラックス残渣について、オートグラフ等を用いてその接着力を測定する。測定の条件はJIS規定C60068−2−21に準拠する。測定に用いるジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグとする。測定にあたっては、当該せん断ジグを前記冷熱衝撃試験後のチップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度にて基板に平行な力を加えてその最大試験力を求め、この値を前記チップ部品の面積で除してフラックス残渣の接着力を算出する。この時、せん断高さは部品高さの1/4以下とし、せん断速度は5mm/分とする。   Then, the adhesive strength of the flux residue on the substrate after the thermal shock test is measured using an autograph or the like. The measurement conditions conform to JIS standard C60068-2-21. The jig used for measurement is a shear jig having a flat end face and a width equal to or greater than the part dimensions. In the measurement, the shear jig is abutted against the side of the chip part after the thermal shock test and a force parallel to the substrate is applied at a predetermined shear rate to obtain the maximum test force, and this value is calculated as the area of the chip part. Divide by to calculate the adhesive strength of the flux residue. At this time, the shear height is ¼ or less of the component height, and the shear rate is 5 mm / min.

更に本明細書において、前記はんだ接合部のはんだシェア強度およびその低下率は、以下の測定方法にて測定される。   Furthermore, in this specification, the solder shear strength of the said solder joint part and its decreasing rate are measured with the following measuring methods.

はんだペーストを用いて基板上にチップ部品を表面実装し、当該基板上にはんだ接合部およびフラックス残渣を形成する。当該チップ部品を実装した基板についてオートグラフ等を用いてそのはんだシェア強度を測定する。
その後、冷熱衝撃試験装置等を用いて前記基板に−40℃/30分〜155℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与える。
次いで、当該冷熱衝撃試験後の基板上にあるはんだ接合部について、オートグラフ等を用いてそのはんだシェア強度を測定する。
冷熱衝撃試験前後のはんだシェア強度測定の条件はJIS規定C60068−2−21に準拠する。測定に用いるジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグとする。測定にあたっては、当該せん断ジグを基板のチップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度にて基板に平行な力を加えてその最大試験力を求め、この値をはんだシェア強度とする。この時、せん断高さは部品高さの1/4以下とし、せん断速度は5mm/分とする。
A chip component is surface-mounted on a substrate using a solder paste, and a solder joint and a flux residue are formed on the substrate. The solder shear strength of the board on which the chip component is mounted is measured using an autograph or the like.
Then, 2000 cycles of the thermal shock test which makes -40 degrees C / 30 minutes-155 degrees C / 30 minutes 1 cycle to the said board | substrate using a thermal shock test apparatus etc. are given.
Next, the solder shear strength of the solder joint on the substrate after the thermal shock test is measured using an autograph or the like.
The conditions for measuring the solder shear strength before and after the thermal shock test conform to JIS C60068-2-21. The jig used for measurement is a shear jig having a flat end face and a width equal to or greater than the part dimensions. In the measurement, the shear jig is abutted against the chip component side surface of the substrate and a force parallel to the substrate is applied at a predetermined shear rate to obtain the maximum test force, and this value is defined as the solder shear strength. At this time, the shear height is ¼ or less of the component height, and the shear rate is 5 mm / min.

そして、冷熱衝撃試験前のはんだ接合部のはんだシェア強度に対し、冷熱衝撃試験後により低下したはんだシェア強度の割合を百分率で示した値をはんだシェア強度の低下率(%)とする。なお、本明細書においてはんだ接合部のはんだシェア強度とは、フラックス残渣が付着した状態のはんだ接合部のはんだシェア強度を意味する。   And the value which showed in percentage the ratio of the solder shear strength which fell after the thermal shock test with respect to the solder shear strength of the soldering joint part before a thermal shock test is made into the fall rate (%) of solder shear strength. In the present specification, the solder shear strength of the solder joint means the solder shear strength of the solder joint with the flux residue attached.

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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to these examples.

1.フラックスの作成 1. Creating flux

<合成樹脂の調製>
以下の成分および手順にて、合成樹脂AからGを作製した。
<Preparation of synthetic resin>
Synthetic resins A to G were prepared by the following components and procedures.

合成樹脂A
メタクリル酸10重量%、2−エチルヘキシルメタクリレート51重量%、ラウリルアクリレート39重量%を混合した溶液を作製した。
その後、撹拌機、流管および窒素導入管とを備えた500mlの4つ口フラスコにジエチルヘキシルグリコール200gを仕込み、これを110℃に加熱した。その後、上記溶液300gにアゾ系ラジカル開始剤としてジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(製品名:V−601、和光純薬(株)製)を0.2重量%から5重量%を加えてこれを溶解させた。
この溶液を上記4つ口フラスコに1.5時間かけて滴下し、当該4つ口フラスコ内にある成分を10℃で1時間撹拌した後に反応を終了させ、合成樹脂Aを得た。なお、合成樹脂Aの重量平均分子量は7,800Mw、酸価は40mgKOH/g、ガラス転移温度は−47℃であった。
Synthetic resin A
A solution in which 10% by weight of methacrylic acid, 51% by weight of 2-ethylhexyl methacrylate, and 39% by weight of lauryl acrylate were mixed was prepared.
Thereafter, 200 g of diethylhexyl glycol was charged into a 500 ml four-necked flask equipped with a stirrer, a flow tube and a nitrogen introduction tube, and heated to 110 ° C. Thereafter, dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) (product name: V-601, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an azo radical initiator was added to 300 g of the above solution from 0.2% by weight. 5% by weight was added to dissolve it.
This solution was added dropwise to the four-necked flask over 1.5 hours, and the components in the four-necked flask were stirred at 10 ° C. for 1 hour, and then the reaction was terminated to obtain a synthetic resin A. The weight average molecular weight of the synthetic resin A was 7,800 Mw, the acid value was 40 mgKOH / g, and the glass transition temperature was −47 ° C.

合成樹脂B
メタクリル酸11重量%、2−エチルヘキシルメタクリレート25重量%、下記一般式(1)で表す化合物64重量%を混合した溶液を使用する以外は合成樹脂Aの作製と同じ条件にて合成樹脂Bを得た。合成樹脂Bの重量平均分子量は14,700Mw、酸価は72mgKOH/g、ガラス転移温度は−71℃であった。
Synthetic resin B
Synthetic resin B is obtained under the same conditions as for preparation of synthetic resin A except that a solution in which 11% by weight of methacrylic acid, 25% by weight of 2-ethylhexyl methacrylate and 64% by weight of the compound represented by the following general formula (1) are mixed is used. It was. The weight average molecular weight of the synthetic resin B was 14,700 Mw, the acid value was 72 mgKOH / g, and the glass transition temperature was −71 ° C.

合成樹脂C
水添酸変性ロジン(製品名:KE−604、荒川化学工業(株)製)46重量%とダイマージオール(製品名:PRIPOL2033、クローダジャパン(株)製)54重量%とを混合した溶液を作製した。
撹拌翼、ディーン・スターク装置および窒素導入管を備えた500mlの4つ口フラスコに上記溶液224gを入れ、これを窒素雰囲気下150℃にて1時間撹拌し、水添酸変性ロジンを溶解させた。
次いで、上記4つ口フラスコにp−トルエンスルホン酸一水和物5.7g(0.03mol)を加えてこれを180℃まで昇温し、脱水反応を行った。脱水が止まるまでこれを3時間反応させた後に室温まで放冷し、更に酢酸エチル200gを加えて均一の溶液とした。これを飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で中和させて分液後に濃縮することで、合成樹脂Cを得た。なお、合成樹脂Bの重量平均分子量は5,340Mw、酸価は10mgKOH/g、ガラス転移温度は−10℃から−20℃であった。
Synthetic resin C
A solution in which 46% by weight of hydrogenated acid-modified rosin (product name: KE-604, manufactured by Arakawa Chemical Co., Ltd.) and 54% by weight of dimer diol (product name: PRIPOL 2033, manufactured by Croda Japan Co., Ltd.) is prepared. did.
224 g of the above solution was placed in a 500 ml four-necked flask equipped with a stirring blade, a Dean-Stark apparatus and a nitrogen introduction tube, and stirred at 150 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to dissolve the hydrogenated acid-modified rosin. .
Next, 5.7 g (0.03 mol) of p-toluenesulfonic acid monohydrate was added to the four-necked flask, and the temperature was raised to 180 ° C. to perform a dehydration reaction. This was allowed to react for 3 hours until dehydration ceased, then allowed to cool to room temperature, and further 200 g of ethyl acetate was added to make a homogeneous solution. This was neutralized with a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and concentrated after separation to obtain a synthetic resin C. Synthetic resin B had a weight average molecular weight of 5,340 Mw, an acid value of 10 mgKOH / g, and a glass transition temperature of −10 ° C. to −20 ° C.

合成樹脂D
水添酸変性ロジン(製品名:KE−604、荒川化学工業(株)製)50重量%とダイマージオール(製品名:PRIPOL2033、クローダジャパン(株)製)50重量%とを混合した溶液を使用した以外は合成樹脂Cの作製と同じ条件にて合成樹脂Cを得た。なお、合成樹脂Dの重量平均分子量は4,810Mw、酸価は19mgKOH/g、ガラス転移温度は−10℃から−20℃であった。
Synthetic resin D
Use a solution in which 50% by weight of hydrogenated acid-modified rosin (product name: KE-604, manufactured by Arakawa Chemical Co., Ltd.) and 50% by weight of dimer diol (product name: PRIPOL 2033, manufactured by Croda Japan Co., Ltd.) are used. A synthetic resin C was obtained under the same conditions as in the production of the synthetic resin C except that. In addition, the weight average molecular weight of the synthetic resin D was 4,810 Mw, the acid value was 19 mgKOH / g, and the glass transition temperature was −10 ° C. to −20 ° C.

合成樹脂E
水添酸変性ロジン(製品名:KE−604、荒川化学工業(株)製)52.5重量%とダイマージオール(製品名:PRIPOL2033、クローダジャパン(株)製)47.5重量%とを混合した溶液を使用した以外は合成樹脂Cの作製と同じ条件にて合成樹脂Eを得た。なお、合成樹脂Eの重量平均分子量は3,850Mw、酸価は26mgKOH/g、ガラス転移温度は−10℃から−20℃であった。
Synthetic resin E
Hydrogenated acid-modified rosin (product name: KE-604, manufactured by Arakawa Chemical Co., Ltd.) 52.5% by weight and dimer diol (product name: PRIPOL 2033, manufactured by Croda Japan Co., Ltd.) 47.5% by weight are mixed. A synthetic resin E was obtained under the same conditions as in the production of the synthetic resin C except that the prepared solution was used. In addition, the weight average molecular weight of the synthetic resin E was 3,850 Mw, the acid value was 26 mgKOH / g, and the glass transition temperature was −10 ° C. to −20 ° C.

合成樹脂F
エポキシ樹脂(製品名:EPICLON 1050、エポキシ当量450〜500、軟化点64℃〜74℃、DIC(株)製)を使用した。
Synthetic resin F
Epoxy resin (product name: EPICLON 1050, epoxy equivalent 450-500, softening point 64 ° C.-74 ° C., manufactured by DIC Corporation) was used.

合成樹脂G
フェノキシ樹脂(製品名:YP−70、重量平均分子量50,000〜60,000Mw、新日鉄住金(株)製)を使用した。
Synthetic resin G
Phenoxy resin (product name: YP-70, weight average molecular weight 50,000-60,000 Mw, manufactured by Nippon Steel & Sumikin Co., Ltd.) was used.

<フラックスの調製>
表1に記載の各成分を混練し、実施例1から10、および比較例1から2の各フラックスを得た。
<Preparation of flux>
Each component described in Table 1 was kneaded to obtain each flux of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2.



*1 荒川化学工業株式会社製 水添酸変性ロジン
*2 BASFジャパン(株)製 酸化防止剤


* 1 Hydrogenated acid-modified rosin manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd. * 2 Antioxidant manufactured by BASF Japan Ltd.

<接着力>
各フラックスについて、フラックス残渣の接着力を測定した。その測定方法は以下の通りである。また測定した数値を表2に示す。
<Adhesive strength>
For each flux, the adhesive strength of the flux residue was measured. The measuring method is as follows. The measured numerical values are shown in Table 2.

はんだ付パターンを有していない、ソルダレジストを備えたガラスエポキシ基板と、3.2mm×1.6mmサイズのチップ部品と、当該チップ部品を実装するために形成された開口を持つ厚さ150μmのメタルマスクを用意した。
前記ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各フラックスを印刷し、前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度1500±500ppmの窒素雰囲気下において、ピーク温度を240℃に設定したリフロー炉(製品名:TNP−538EM、(株)タムラ製作所製)を用いて前記各基板を加熱し、フラックス残渣にて当該各基板と前記チップ部品とを接着した。
次に、−40℃(30分間)〜125℃(30分間)と、−40℃(30分間)〜150℃(30分間)の条件に設定した冷熱衝撃試験装置(製品名:ES−76LMS、 日立アプライアンス(株)製)を用い、上記冷熱衝撃サイクルを2000回繰り返す環境下に前記各基板を曝した後これを取りだし、各試験基板を作製した。
当該各試験基板について、各基板と前記チップ部品の接着力(フラックス残渣の接着力)をオートグラフ(製品名:EZ−L−500N、(株)島津製作所製)を用いて測定した。測定条件は、JIS規定C60068−2−21に準拠した。また接着力の測定に際しては、ジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグを用いた。このせん断ジグを前記チップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度で基板に平行な力を加えて最大試験力を求め、この値をフラックス残渣の接着力(N)とした。またこの値を前記チップ部品の面積で除してフラックス残渣の接着力(N/mm)を算出した。この時、せん断高さは部品高さの1/4以下とし、せん断速度は5mm/分とした。
A glass epoxy board having a solder resist without a soldering pattern, a chip component having a size of 3.2 mm × 1.6 mm, and a thickness of 150 μm having an opening formed for mounting the chip component A metal mask was prepared.
Each flux was printed on the glass epoxy substrate using the metal mask, and the chip component was mounted. Thereafter, in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 1500 ± 500 ppm, each substrate is heated using a reflow furnace (product name: TNP-538EM, manufactured by Tamura Corporation) with a peak temperature set to 240 ° C., and flux residue The substrate and the chip component were bonded together.
Next, a thermal shock test apparatus (product name: ES-76LMS, set to -40 ° C (30 minutes) to 125 ° C (30 minutes) and -40 ° C (30 minutes) to 150 ° C (30 minutes). Using Hitachi Appliances Co., Ltd., each of the substrates was exposed to an environment in which the above thermal shock cycle was repeated 2000 times and then taken out to prepare each test substrate.
About each said test board | substrate, the adhesive force (adhesive force of a flux residue) of each board | substrate and the said chip component was measured using the autograph (Product name: EZ-L-500N, Shimadzu Corporation make). The measurement conditions were based on JIS regulations C60068-2-21. In measuring the adhesive strength, a shear jig having a flat end face and a width equal to or greater than the part size was used. The shear jig was abutted against the side surface of the chip component and a force parallel to the substrate was applied at a predetermined shear rate to obtain the maximum test force, and this value was defined as the adhesive force (N) of the flux residue. Further, this value was divided by the area of the chip component to calculate the adhesive force (N / mm 2 ) of the flux residue. At this time, the shear height was ¼ or less of the component height, and the shear rate was 5 mm / min.

次に、上記各フラックス11.0重量%と、Sn−3Ag−0.5Cuはんだ合金粉末(平均粒径20〜36μm)89.0重量%とを混合し、実施例1から10、および比較例1から2に係る各はんだペーストを作製した。   Next, 11.0% by weight of each of the above fluxes and 89.0% by weight of Sn-3Ag-0.5Cu solder alloy powder (average particle size 20 to 36 μm) were mixed, and Examples 1 to 10 and Comparative Example Each solder paste according to 1 to 2 was prepared.

各はんだペーストおよび各フラックスを用いてはんだ接合し、そのはんだ接合部のはんだシェア強度低下率とはんだ亀裂進展性を測定し、その結果に基づき評価を行った。これらの測定方法および評価方法は以下の通り。またその評価結果を表2に示す。   Each solder paste and each flux were used for soldering, and the solder shear strength reduction rate and solder crack propagation at the soldered joint were measured and evaluated based on the results. These measurement methods and evaluation methods are as follows. The evaluation results are shown in Table 2.

<はんだシェア強度低下率>
各はんだペーストを3.2mm×1.6mmのサイズのチップ部品と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよびチップ部品を接続する電極(1.6mm×1.0mm)とを備えたガラスエポキシ基板と、同パターンを有する厚さ150μmのメタルマスクを用意した。
前記ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各はんだペーストを印刷した。次いで、ディスペンサー(製品名:ML−606GX、武蔵エンジニアリング(株)製)を用い、対応する各フラックスを電極間に設けられたソルダレジスト上に所定量供給した。次いで前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度1500±500ppmの窒素雰囲気下において、ピーク温度を240℃に設定したリフロー炉(製品名:TNP−538EM、(株)タムラ製作所製)を用いて前記各基板を加熱してはんだ付をし、はんだ接合部を形成した。このはんだ付けを行った各基板について、各基板上のはんだ接合部のはんだシェア強度をオートグラフ(製品名:EZ−L−500N、(株)島津製作所製)を用いて測定した。
次に、−40℃(30分間)〜125℃(30分間)と、−40℃(30分間)〜150℃(30分間)の条件に設定した冷熱衝撃試験装置(製品名:ES−76LMS、 日立アプライアンス(株)製)を用い、上記冷熱衝撃サイクルを2000回繰り返す環境下に前記各基板を曝した後これを取りだした。そしてこの冷熱衝撃試験後の各基板上のはんだ接合部のはんだシェア強度をオートグラフ(製品名:EZ−L−500N、(株)島津製作所製)を用いて測定した。
上記はんだシェア強度の測定条件は、いずれもJIS規定C60068−2−21に準拠した。またはんだシェア強度の測定に際しては、ジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグを用いた。このせん断ジグをチップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度で基板に平行な力を加えて最大試験力を求め、この値をはんだ接合部のはんだシェア強度とした。この時、せん断高さは部品高さの1/4以下とし、せん断速度は5mm/分とした。
そして、冷熱衝撃試験前のはんだシェア強度と冷熱衝撃試験後のはんだシェア強度とを比較し、低下したシェア強度の割合を百分率で示した値をシェア強度低下率(%)として求め、以下の通り評価した。
◎:シェア強度低下率が30%以下
○:シェア強度低下率が30%超え、50%以下
×:シェア強度低下率が50%超
<Solder shear strength reduction rate>
Each solder paste includes a chip component having a size of 3.2 mm × 1.6 mm, a solder resist having a pattern capable of mounting the chip component of the size, and an electrode (1.6 mm × 1.0 mm) for connecting the chip component. A glass epoxy substrate and a 150 μm thick metal mask having the same pattern were prepared.
Each solder paste was printed on the glass epoxy substrate using the metal mask. Next, using a dispenser (product name: ML-606GX, manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd.), a predetermined amount of each corresponding flux was supplied onto the solder resist provided between the electrodes. Next, the chip component was mounted. Thereafter, in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 1500 ± 500 ppm, each of the substrates is heated and soldered using a reflow furnace (product name: TNP-538EM, manufactured by Tamura Corporation) with a peak temperature set to 240 ° C. A solder joint was formed. About each board | substrate which performed this soldering, the solder shear strength of the solder joint part on each board | substrate was measured using the autograph (Product name: EZ-L-500N, Shimadzu Corporation make).
Next, a thermal shock test apparatus (product name: ES-76LMS, set to -40 ° C (30 minutes) to 125 ° C (30 minutes) and -40 ° C (30 minutes) to 150 ° C (30 minutes). This was taken out after each substrate was exposed to an environment where the above-mentioned thermal shock cycle was repeated 2000 times using Hitachi Appliances. And the solder shear strength of the solder joint part on each board | substrate after this thermal shock test was measured using the autograph (Product name: EZ-L-500N, Shimadzu Corporation make).
The measurement conditions of the solder shear strength were all in accordance with JIS C60068-2-21. In the measurement of the solder shear strength, a shear jig having a flat end face and a width equal to or greater than the part size was used. The shear jig was abutted against the side surface of the chip component and a force parallel to the substrate was applied at a predetermined shear rate to obtain the maximum test force, and this value was defined as the solder shear strength of the solder joint. At this time, the shear height was ¼ or less of the component height, and the shear rate was 5 mm / min.
Then, the solder shear strength before the thermal shock test and the solder shear strength after the thermal shock test are compared, and a value indicating the percentage of the decreased shear strength as a percentage is obtained as a shear strength decrease rate (%) as follows. evaluated.
◎: Share strength decrease rate is 30% or less ○: Share strength decrease rate is over 30%, 50% or less ×: Share strength decrease rate is more than 50%

<はんだ亀裂進展性>
各はんだペーストを3.2mm×1.6mmのサイズのチップ部品と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよびチップ部品を接続する電極(1.6mm×1.0mm)とを備えたガラスエポキシ基板と、同パターンを有する厚さ150μmのメタルマスクを用意した。
前記ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各はんだペーストを印刷した。次いで、ディスペンサー(製品名:ML−606GX、武蔵エンジニアリング(株)製)を用い、対応する各フラックスを電極間に設けられたソルダレジスト上に所定量供給した。次いで前記チップ部品を搭載した。その後、酸素濃度1500±500ppmの窒素雰囲気下において、ピーク温度を240℃に設定したリフロー炉(製品名:TNP−538EM、(株)タムラ製作所製)を用いて前記各基板を加熱してはんだ付をし、はんだ接合部を形成した。
次に、−40℃(30分間)〜125℃(30分間)と、−40℃(30分間)〜150℃(30分間)の条件に設定した冷熱衝撃試験装置(製品名:ES−76LMS、 日立アプライアンス(株)製)を用い、上記冷熱衝撃サイクルを2000回繰り返す環境下に前記各基板を曝した後これを取りだし、各試験基板を作製した。
そして、前記各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂(製品名:エポマウント(主剤および硬化剤)、リファインテック(株)製)を用いて封止した。更に湿式研磨機(製品名:TegraPol−25、丸本ストルアス(株)製)を用いて前記各試験基板に実装された前記チップ部品の中央断面が分かるような状態とし、そのはんだ接合部の組織内部に進行した亀裂の長さを測定顕微鏡(製品名:STM6、オリンパス(株)製)を用いて、以下のように評価した。
○:亀裂の長さが0.5mm以下
×:亀裂の長さが0.5mm超
<Solder crack growth>
Each solder paste includes a chip component having a size of 3.2 mm × 1.6 mm, a solder resist having a pattern capable of mounting the chip component of the size, and an electrode (1.6 mm × 1.0 mm) for connecting the chip component. A glass epoxy substrate and a 150 μm thick metal mask having the same pattern were prepared.
Each solder paste was printed on the glass epoxy substrate using the metal mask. Next, using a dispenser (product name: ML-606GX, manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd.), a predetermined amount of each corresponding flux was supplied onto the solder resist provided between the electrodes. Next, the chip component was mounted. Thereafter, in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 1500 ± 500 ppm, each of the substrates is heated and soldered using a reflow furnace (product name: TNP-538EM, manufactured by Tamura Corporation) with a peak temperature set to 240 ° C. A solder joint was formed.
Next, a thermal shock test apparatus (product name: ES-76LMS, set to -40 ° C (30 minutes) to 125 ° C (30 minutes) and -40 ° C (30 minutes) to 150 ° C (30 minutes). Using Hitachi Appliances Co., Ltd., each of the substrates was exposed to an environment in which the above thermal shock cycle was repeated 2000 times and then taken out to prepare each test substrate.
And the target part of each said test board | substrate was cut out, and this was sealed using the epoxy resin (Product name: Epomount (main agent and hardening | curing agent), refined tech Co., Ltd. product). Further, using a wet polishing machine (product name: TegraPol-25, manufactured by Marumoto Struers Co., Ltd.), the chip parts mounted on the test substrates are in a state where the center cross section can be seen, and the structure of the solder joints The length of the crack which progressed inside was evaluated as follows using a measuring microscope (product name: STM6, manufactured by Olympus Corporation).
○: Crack length is 0.5 mm or less ×: Crack length is more than 0.5 mm



以上、実施例に示す通り、本発明のはんだ接合構造体の製造方法を用いて製造したはんだ接合構造体は、これに−40℃/30分〜125℃/30分を1サイクル、および−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後の接着力が3.5N/mm以上と高く、電子部品と回路基板とを強固に接着することができる。またこのはんだ接合構造体のはんだ接合部は、上記冷熱衝撃試験による亀裂進展を抑制することができ、これに起因してシェア強度の低下も抑性される。
特に実施例1に係るフラックスにおいては−40℃〜125℃および−40℃〜150℃の冷熱衝撃試験ともに、冷熱サイクルを与えられるに従ってフラックス残渣の接着力が増しており、長時間に渡って激しい冷熱衝撃サイクル下に置かれた場合でも十分な接着力を発揮し得る。
更に例えば実施例1に係るはんだ接合構造体は、図5および図8からも分かるとおり、−40℃〜125℃および−40℃〜150℃の冷熱衝撃試験後であっても深い亀裂は発生しておらず、高い接合信頼性を発揮し得る。
更には、回路基板上に設けられるパターンや電子部品の大きさに関わらず、上記効果を発揮するはんだ接合構造体を提供することができる。
このように、本発明のはんだ接合構造体の製造方法を用いて製造したはんだ接合構造体を有する回路基板は、長時間に渡って激しい冷熱衝撃サイクルおよび振動を受ける環境下にて非常に好適に用いることができる。
As described above, as shown in the examples, the solder joint structure manufactured using the method for manufacturing a solder joint structure according to the present invention has a cycle of −40 ° C./30 minutes to 125 ° C./30 minutes, and −40 Adhesive strength after applying a thermal shock test with 2000 cycles of ℃ / 30 minutes to 150 ° C / 30 minutes as high as 3.5 N / mm 2 or more, and firmly bonding electronic components and circuit boards Can do. Moreover, the solder joint part of this solder joint structure can suppress the crack growth by the said thermal shock test, and the fall of a shear strength is also suppressed resulting from this.
In particular, in the flux according to Example 1, both the −40 ° C. to 125 ° C. and −40 ° C. to 150 ° C. thermal shock tests show that the adhesive force of the flux residue increases as the thermal cycle is applied, and it is intense for a long time. Even when placed under a thermal shock cycle, sufficient adhesion can be exhibited.
Further, for example, as can be seen from FIGS. 5 and 8, the solder joint structure according to Example 1 has deep cracks even after the thermal shock test at −40 ° C. to 125 ° C. and −40 ° C. to 150 ° C. Therefore, high bonding reliability can be exhibited.
Furthermore, it is possible to provide a solder joint structure that exhibits the above effects regardless of the size of the pattern or electronic component provided on the circuit board.
As described above, the circuit board having the solder joint structure manufactured by using the method for manufacturing a solder joint structure according to the present invention is very suitable in an environment where a severe thermal shock cycle and vibration are applied for a long time. Can be used.

1 基板
2 絶縁層
3 電極部
4 はんだペースト
5 フラックス
6 電子部品
7 外部電極
8 はんだ接合部
9 フラックス残渣
10 端部
100 はんだ接合構造体
11 基板
12 絶縁層
13 電極部
14 はんだペースト
15 フラックス
16 電子部品
17 外部電極
18 はんだ接合部
19 フラックス残渣
20 端部
200 はんだ接合構造体

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Insulation layer 3 Electrode part 4 Solder paste 5 Flux 6 Electronic component 7 External electrode 8 Solder joint part 9 Flux residue 10 End part 100 Solder joint structure 11 Board | substrate 12 Insulation layer 13 Electrode part 14 Solder paste 15 Flux 16 Electronic component 17 External electrode 18 Solder joint 19 Flux residue 20 End 200 Solder joint structure

Claims (6)

回路基板と電子部品とをはんだ接合するはんだ接合部と、フラックス残渣とを含むはんだ接合構造体の製造方法であって、
前記回路基板に設ける電極部上にフラックスを含むはんだペーストを供給するペースト供給工程と、
前記電子部品を前記回路基板上に搭載する搭載工程と、
前記電子部品を搭載した前記回路基板をリフロー処理してはんだ接合部とフラックス残渣を形成するリフロー工程とを含み、
前記搭載工程の前に、前記回路基板上に設けられるパターン並びに前記電極部上に供給されるはんだペーストに含まれるフラックスの成分および量に応じて、前記回路基板上のはんだ接合時に前記電子部品と相対する領域であって前記電極部以外の所定の領域にフラックスを供給し、
前記リフロー工程において前記はんだペーストからにじみ出るフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方により形成されるフラックス残渣は、少なくとも前記回路基板若しくは前記回路基板上に設けられる絶縁層と前記電子部品と前記はんだ接合部との間に介在してこれらに接着するよう形成され、
−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後の前記フラックス残渣の接着力は3.5N/mm以上であり、
前記はんだペーストに含まれるフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方は、合成樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むことを特徴とするはんだ接合構造体の製造方法。
A method for manufacturing a solder joint structure including a solder joint for soldering a circuit board and an electronic component, and a flux residue,
A paste supplying step of supplying a solder paste containing a flux on the electrode portion provided on the circuit board;
A mounting step of mounting the electronic component on the circuit board;
A reflow process of reflowing the circuit board on which the electronic component is mounted to form a solder joint and a flux residue,
Before the mounting step, according to the pattern provided on the circuit board and the component and amount of the flux contained in the solder paste supplied onto the electrode part, Flux is supplied to a predetermined region other than the electrode part in the opposite region,
In the reflow step, the flux that oozes from the solder paste and the flux residue formed by at least one of the fluxes are at least between the circuit board or the insulating layer provided on the circuit board and the electronic component and the solder joint. Formed to adhere to these via
The adhesive force of the flux residue after 2000 cycles of the thermal shock test with -40 ° C / 30 minutes to 150 ° C / 30 minutes as one cycle is 3.5 N / mm 2 or more,
At least one of the flux and the flux contained in the solder paste contains a synthetic resin, a thixotropic agent, an activator, and a solvent.
前記はんだペーストに含まれるフラックスおよび前記フラックスは、同一の組成または異なる組成のいずれでも良いことを特徴とする請求項1に記載のはんだ接合構造体の製造方法。   The method of manufacturing a solder joint structure according to claim 1, wherein the flux contained in the solder paste and the flux may have the same composition or different compositions. 前記合成樹脂は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の各種エステル、メタクリル酸の各種エステル、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のエステル、無水マレイン酸のエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル酢酸ビニルの少なくとも1種のモノマーを重合してなるアクリル樹脂、カルボキシル基を有するロジン系樹脂とダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合してなる誘導体化合物、およびエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ロジン系樹脂の群から選ばれる1種以上を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のはんだ接合構造体の製造方法。   The synthetic resins are acrylic acid, methacrylic acid, various esters of acrylic acid, various esters of methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, maleic anhydride, maleic acid ester, maleic anhydride ester, acrylonitrile, methacrylate. Acrylic resin obtained by polymerizing at least one monomer of nitrile, acrylamide, methacrylamide, and vinyl chloride vinyl acetate, and a derivative compound obtained by dehydration condensation of a rosin resin having a carboxyl group and a dimer acid derivative flexible alcohol compound. And at least one selected from the group consisting of epoxy resin, phenol resin, and rosin resin. 前記ペースト供給工程において、前記はんだペーストの前記電極部上への供給と同時に前記所定の領域に前記フラックスを供給することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のはんだ接合構造体の製造方法。   4. The solder according to claim 1, wherein in the paste supplying step, the flux is supplied to the predetermined region simultaneously with the supply of the solder paste onto the electrode portion. A method for manufacturing a bonded structure. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載のはんだ接合構造体の製造方法により製造されるはんだ接合構造体であって、
前記はんだ接合構造体に−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与える前と与えた後のはんだシェア強度の低下率が50%以下であることを特徴とするはんだ接合構造体。
A solder joint structure manufactured by the method for manufacturing a solder joint structure according to any one of claims 1 to 3 ,
The solder shear strength reduction rate is 50% or less before and after giving 2000 cycles of a thermal shock test of -40 ° C./30 minutes to 150 ° C./30 minutes to the solder joint structure. A feature of solder joint structure.
回路基板と電子部品とをはんだ接合するはんだ接合方法であって、
前記回路基板に設ける電極部上にフラックスを含むはんだペーストを供給する工程と、
前記電子部品を前記回路基板上に搭載する工程と、
前記電子部品を搭載した前記回路基板をリフロー処理してはんだ接合部を形成し前記回路基板と前記電子部品とをはんだ接合する工程とを含み、
前記電子部品を前記回路基板上に搭載する前に、前記回路基板上に設けられるパターン並びに前記電極部上に供給されるはんだペーストに含まれるフラックスの成分および量に応じて、前記回路基板上のはんだ接合時に前記電子部品と相対する領域であって前記電極部以外の所定の領域にフラックスを供給し、
前記リフロー処理において前記はんだペーストからにじみ出るフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方により形成されるフラックス残渣は、少なくとも前記回路基板若しくは前記回路基板上に設けられる絶縁層と前記電子部品と前記はんだ接合部との間に介在してこれらに接着するよう形成され、
−40℃/30分〜150℃/30分を1サイクルとする冷熱衝撃試験を2000サイクル与えた後の前記フラックス残渣の接着力は3.5N/mm以上であり、
前記はんだペーストに含まれるフラックスおよび前記フラックスの少なくとも一方は、合成樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むことを特徴とするはんだ接合方法。
A soldering method for soldering a circuit board and an electronic component,
Supplying a solder paste containing flux on the electrode portion provided on the circuit board;
Mounting the electronic component on the circuit board;
Reflow processing the circuit board on which the electronic component is mounted to form a solder joint, and soldering the circuit board and the electronic component.
Before mounting the electronic component on the circuit board, depending on the pattern provided on the circuit board and the component and amount of flux contained in the solder paste supplied on the electrode part, Supply the flux to a predetermined region other than the electrode part in the region facing the electronic component at the time of soldering,
In the reflow process, the flux oozing from the solder paste and the flux residue formed by at least one of the fluxes are at least between the circuit board or the insulating layer provided on the circuit board, the electronic component, and the solder joint. Formed to adhere to these via
The adhesive force of the flux residue after 2000 cycles of the thermal shock test with -40 ° C / 30 minutes to 150 ° C / 30 minutes as one cycle is 3.5 N / mm 2 or more,
At least one of the flux and the flux contained in the solder paste includes a synthetic resin, a thixotropic agent, an activator, and a solvent.
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