JP6413843B2 - Solder flux and solder paste - Google Patents
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Description
本発明は、はんだ接合に用いるはんだ用フラックス、および、このはんだ用フラックスを用いたはんだペーストに関する。 The present invention relates to a soldering flux used for soldering and a solder paste using the soldering flux.
プリント回路基板に回路素子を実装する方法としては、はんだ浴にプリント基板の下面を浸すフロー法や、プリント回路基板上に、はんだペースト(はんだ合金粉末にはんだ用フラックスを加えて適当な粘度に調整したもの)を印刷し、その上に回路素子を載置した後、はんだを加熱溶融するリフロー法などが挙げられる。いずれの方法においても、母材表面の酸化膜を除去するとともに、母材およびはんだの酸化を防止し、かつ、はんだ表面の濡れ性を確保するために、はんだ用フラックスの使用が必須とされている。 Circuit elements can be mounted on the printed circuit board by using a flow method in which the lower surface of the printed circuit board is immersed in a solder bath, or by adjusting the solder paste (solder flux to the solder alloy powder to an appropriate viscosity) on the printed circuit board. And a reflow method in which solder is heated and melted after the circuit element is placed on the printed circuit element. In either method, it is essential to use solder flux in order to remove the oxide film on the base material surface, prevent oxidation of the base material and solder, and ensure the wettability of the solder surface. Yes.
基板実装に用いられるはんだ用フラックスとしては、主として、ロジン、変性ロジン、合成樹脂などを主成分として用いた樹脂系フラックスが用いられるが、主成分のみでは活性力が弱いため、通常、樹脂系フラックスには、有機酸や有機ハロゲン化合物などの活性剤が添加される。これらの樹脂系フラックスに含まれるロジン化合物中のカルボキシル基や、活性剤として用いられる有機酸中のカルボキシル基は、金属表面の金属酸化物を除去し、はんだ付け性の向上に寄与する。なお、はんだ用フラックスには、その用途に応じて、チキソトロピー性付与剤、活性剤用の溶剤、分散安定剤などが添加される場合がある。 Resin flux mainly using rosin, modified rosin, synthetic resin, etc. as the main component is used as the soldering flux used for board mounting. However, since the active force is weak only with the main component, resin flux is usually used. An activator such as an organic acid or an organic halogen compound is added. The carboxyl group in the rosin compound contained in these resin fluxes and the carboxyl group in the organic acid used as the activator remove the metal oxide on the metal surface and contribute to the improvement of solderability. The solder flux may be added with a thixotropy imparting agent, an activator solvent, a dispersion stabilizer, and the like depending on the application.
このようなはんだ用フラックスを用いたはんだペーストでは、はんだ合金粉末とはんだ用フラックスが混合された状態にあるため、保管中に、はんだ合金粉末とはんだ用フラックス中のカルボキシル基が反応することがある。この結果、はんだペースト中に金属塩が生成し、はんだペーストの粘度や接合時の反応性などが経時的に変化してしまうため、はんだペーストの印刷不良、はんだの濡れ不良や接合不良などの問題が生じる。特に、鉛フリーはんだ用のフラックスでは、鉛フリーはんだの濡れ性を改善するために、比較的強い活性剤が多量に使用されているため、はんだペーストの保存安定性やはんだ接合の信頼性が損なわれやすい。このように、はんだ用フラックスやはんだペーストに要求される濡れ広がり性と、その信頼性や保存安定性は、相反する関係にあり、現在、これらの特性を同時に満足することができるはんだ用フラックスの開発が進められているが、その実現は困難を極めている。 In a solder paste using such a solder flux, the solder alloy powder and the solder flux are in a mixed state, so that the carboxyl group in the solder alloy powder and the solder flux may react during storage. . As a result, metal salts are generated in the solder paste, and the viscosity of the solder paste and the reactivity at the time of bonding change over time, so problems such as poor solder paste printing, poor solder wetting and poor bonding Occurs. In particular, the flux for lead-free solder uses a large amount of relatively strong activator to improve the wettability of lead-free solder, which impairs the storage stability of solder paste and the reliability of solder joints. It is easy. Thus, wetting spreadability required for solder flux and solder paste and its reliability and storage stability are in a conflicting relationship, and currently, solder flux that can satisfy these characteristics at the same time. Development is ongoing, but its realization is extremely difficult.
これに対して、特許第3945408号公報および特許第4192784号公報では、カルボン酸化合物とビニルエーテル化合物とを反応させて得た化合物(X)、無水カルボン酸化合物とヒドロキシビニルエーテル化合物とを反応させて得た化合物(Y)および酸無水物と多価アルコールとの反応物をジビニルエーテル化合物で付加重合させた化合物(Z)からなる群より選択された、ブロックされたカルボキシル基を有する少なくとも1種の化合物(A)を含む、非硬化性のはんだ用フラックスが提案されている。 On the other hand, in Japanese Patent Nos. 3945408 and 4192784, a compound (X) obtained by reacting a carboxylic acid compound with a vinyl ether compound, obtained by reacting a carboxylic anhydride compound with a hydroxy vinyl ether compound. At least one compound having a blocked carboxyl group selected from the group consisting of compound (Y) and a compound (Z) obtained by addition polymerization of a reaction product of an acid anhydride and a polyhydric alcohol with a divinyl ether compound A non-hardening solder flux containing (A) has been proposed.
これらのはんだ用フラックスでは、常態では、フラックス主成分を構成するカルボン酸化合物のカルボキシル基がビニルエーテルなどの保護基でブロックされ、加熱時にのみ、保護基がカルボキシル基から脱離するブロックカルボン酸が、フラックス主成分として用いられている。したがって、このはんだ用フラックスを用いたはんだペーストでは、保管時においては、カルボキシル基とはんだ粉末合金との反応が抑制され、はんだ接合時にのみ、カルボキシル基がその機能を発揮することとなるため、保存安定性が改善されている。しかしながら、これらのはんだ用フラックスを用いたはんだペーストでは、濡れ広がり性が十分ではない。 In these solder fluxes, normally, the carboxyl group of the carboxylic acid compound constituting the main component of the flux is blocked with a protective group such as vinyl ether, and the blocked carboxylic acid from which the protective group is released from the carboxyl group only during heating is Used as the main component of flux. Therefore, in the solder paste using this soldering flux, the reaction between the carboxyl group and the solder powder alloy is suppressed during storage, and the carboxyl group exhibits its function only at the time of soldering. Stability has been improved. However, the solder paste using these solder fluxes does not have sufficient wettability.
一方、特許第5387844号公報では、特定のポリアミド樹脂ならびにロジンエステル類および/または重合ロジンを含有し、かつ、フラックス組成物の酸価が40mgKOH/g以上100mgKOH/g以下である鉛フリーはんだ用フラックスが提案されている。このはんだ用フラックスを用いたはんだペーストは、濡れ広がり性に優れるため、加熱だれやはんだボールの発生を抑制することができる。しかしながら、このはんだペーストでは、活性剤としてポリアミド樹脂を用いていることから、はんだ接合時にポリアミド樹脂の残渣が生じやすく、はんだに接合不良が起こる可能性が高い。 On the other hand, in Japanese Patent No. 5387844, a flux for lead-free solder containing a specific polyamide resin and rosin esters and / or polymerized rosin and having an acid value of 40 mgKOH / g to 100 mgKOH / g in the flux composition Has been proposed. Since the solder paste using this soldering flux is excellent in wetting and spreading properties, it is possible to suppress heating and solder balls. However, in this solder paste, since a polyamide resin is used as an activator, a residue of the polyamide resin is likely to occur at the time of solder joining, and there is a high possibility that joint failure will occur in the solder.
本発明は、濡れ広がり性と保存安定性を同時に改善できる、はんだ用フラックスおよびはんだペーストを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a soldering flux and a soldering paste that can improve wet spreading and storage stability at the same time.
本発明のはんだ用フラックスは、70℃〜170℃の軟化点および150mgKOH/g〜240mgKOH/gの酸価を有するロジン類からなる、35質量%以上70質量%未満のフラックス主成分と、0.2質量%以上5質量%未満のカルボン酸エステルとを含み、70mgKOH/g〜110mgKOH/gの酸価を有することを特徴とする。 The solder flux of the present invention comprises a flux main component having a softening point of 70 ° C. to 170 ° C. and a rosin having an acid value of 150 mgKOH / g to 240 mgKOH / g and a flux main component of 35% by mass or more and less than 70% by mass. 2% by mass or more and less than 5% by mass of carboxylic acid ester, and has an acid value of 70 mg KOH / g to 110 mg KOH / g.
前記ロジン類は、ロジン、変性ロジン、アビエチン酸および変性アビエチン酸の群から選択される少なくとも1種からなることが好ましい。 The rosins are preferably at least one selected from the group of rosin, modified rosin, abietic acid and modified abietic acid.
前記カルボン酸エステルは、熱分解によって1分子あたり2個以上のカルボキシル基を生成するポリカルボン酸エステルであることが好ましい。特に、前記カルボン酸エステルは、熱分解により炭素数が2〜4のアルキル基を含むビニルエーテルを生成するカルボン酸エステルであることが好ましく、前記アルキル基が、第1級または第2級のアルキル基であるビニルエーテルを生成するカルボン酸エステルであることがより好ましい。 The carboxylic acid ester is preferably a polycarboxylic acid ester that generates two or more carboxyl groups per molecule by thermal decomposition. In particular, the carboxylic acid ester is preferably a carboxylic acid ester that generates a vinyl ether containing an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms by thermal decomposition, and the alkyl group is a primary or secondary alkyl group. It is more preferable that it is a carboxylic acid ester that produces a vinyl ether.
前記カルボン酸エステルは、熱分解開始温度が130℃以上であることが好ましい。 The carboxylic acid ester preferably has a thermal decomposition starting temperature of 130 ° C. or higher.
本発明のはんだ用フラックスは、0.2質量%以上10質量%以下の前記カルボン酸エステルを溶解するための溶剤をさらに含むことができる。 The soldering flux of the present invention may further include a solvent for dissolving 0.2% by mass or more and 10% by mass or less of the carboxylic acid ester.
本発明のはんだ用フラックスは、50質量%以下の沸点が200℃〜300℃の範囲にある有機溶剤や、10質量%以下のチクソ剤をさらに含むことができる。 The solder flux of the present invention may further contain an organic solvent having a boiling point of 50% by mass or less in the range of 200 ° C. to 300 ° C. and a thixotropic agent of 10% by mass or less.
本発明のはんだペーストは、5質量%以上20質量%以下の前記はんだ用フラックスと、80質量%以上95質量%以下のはんだ合金粉末とを含むことを特徴とする。 The solder paste of the present invention is characterized by containing 5% by mass or more and 20% by mass or less of the solder flux and 80% by mass or more and 95% by mass or less of the solder alloy powder.
前記はんだ合金粉末が、ビスマス、亜鉛、銀、アルミニウム、鉛およびスズの群から選択される少なくとも2種であることが好ましい。 The solder alloy powder is preferably at least two selected from the group consisting of bismuth, zinc, silver, aluminum, lead and tin.
前記はんだペーストは、該はんだペーストの作製直後の粘度をη1、2週間経過時における粘度をη2とした場合において、その変化率αが10%未満であることが好ましい。 The solder paste preferably has a change rate α of less than 10% when the viscosity immediately after the solder paste is produced is η 1 and the viscosity after two weeks is η 2 .
前記はんだペーストは、JIS Z 3197に準拠したはんだ付用フラックス試験方法によって求められる広がり率が70%以上であることが好ましい。 The solder paste preferably has a spreading rate of 70% or more determined by a soldering flux test method based on JIS Z 3197.
本発明のはんだ用フラックスを用いることにより、このはんだ用フラックスとはんだ合金粉末との反応が抑制され、粘度や反応性などの経時的な変化が少なく、かつ、はんだ接合時における濡れ広がり性に優れるはんだペーストを提供することが可能となる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。 By using the solder flux of the present invention, the reaction between the solder flux and the solder alloy powder is suppressed, there is little change over time in viscosity, reactivity, etc., and excellent wetting and spreading properties during solder joining. It becomes possible to provide a solder paste. For this reason, the industrial significance of the present invention is extremely large.
本発明者らは、特許第3945408号公報や特許第4192784号公報に記載されている、フラックス主成分としてブロックカルボン酸を用いたはんだ用フラックスと各種はんだ粉末合金を混合することにより得られたはんだペーストや、特許第5387844号公報に記載されている、特定のポリアミド樹脂ならびにロジンエステル類および/または重合ロジンを含有し、かつ、フラックス組成物の酸価が40mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるはんだ用フラックスと各種はんだ粉末合金を混合することにより得られたはんだペーストを中心に、はんだペーストの濡れ広がり性、接合信頼性および保存安定性に関する試験研究を繰り返し行った。この結果、はんだペーストにおける粘度の経時変化にははんだ用フラックスの酸価が大きく関係しているとの知見を得た。 The present inventors have disclosed a solder obtained by mixing a solder flux using a block carboxylic acid as a flux main component and various solder powder alloys described in Japanese Patent No. 3945408 and Japanese Patent No. 4192784. The paste contains a specific polyamide resin and rosin esters and / or polymerized rosin described in Japanese Patent No. 5387844, and the acid value of the flux composition is 40 mgKOH / g or more and 100 mgKOH / g or less Test research on the wetting and spreading of solder paste, joint reliability and storage stability was repeated, focusing on the solder paste obtained by mixing solder flux and various solder powder alloys. As a result, it was found that the acid value of the soldering flux is greatly related to the change in the viscosity of the solder paste with time.
本発明者らは、この点についてさらに研究を重ねた結果、フラックス主成分として、特定の特性を有するロジン類を用い、カルボン酸エステルを活性剤として利用し、かつ、はんだ用フラックス全体の酸価を特定の範囲に制御することで、上述の問題を同時に解決できるとの知見を得た。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。 As a result of further research on this point, the present inventors have used rosins having specific characteristics as a flux main component, used carboxylic acid ester as an activator, and the acid value of the entire solder flux. The knowledge that the above-mentioned problems can be solved at the same time was obtained by controlling to a specific range. The present invention has been made based on such knowledge.
以下、本発明について、「1.はんだ用フラックス」と、「2.はんだペースト」に分けて説明する。なお、本発明は、カルボン酸エステルなどの構成成分を適宜選択することによって、有機溶剤洗浄型フラックス、水洗型フラックスおよび無洗浄型フラックスのいずれにも適用可能である。しかしながら、本発明は、特に無洗浄型フラックスに適用した場合に、その効果を顕著に発揮することができる。このため、以下では、本発明のはんだ用フラックスを無洗浄型フラックスに適用することを前提として説明する。 Hereinafter, the present invention will be described by dividing it into “1. solder flux” and “2. solder paste”. The present invention can be applied to any of organic solvent cleaning fluxes, water-washing fluxes, and non-cleaning fluxes by appropriately selecting components such as carboxylic acid esters. However, the present invention can remarkably exhibit the effect particularly when applied to a non-cleaning type flux. For this reason, below, it demonstrates on the assumption that the flux for solder of the present invention is applied to a non-cleaning type flux.
1.はんだ用フラックス
本発明のはんだ用フラックスは、フラックス主成分を35質量%以上70質量%未満、カルボン酸エステルを0.2質量%以上5質量%未満含む。フラックス主成分としては、70℃〜170℃の軟化点および150mgKOH/g〜240mgKOH/gの酸価を有するロジン類が用いられる。このような構成により、本発明のはんだ用フラックスの酸価は、70mgKOH/g〜110mgKOH/gの範囲に規制される。
1. Soldering flux The soldering flux of the present invention contains 35 mass% or more and less than 70 mass% of a flux main component and 0.2 mass% or more and less than 5 mass% of a carboxylic acid ester. As the flux main component, rosins having a softening point of 70 ° C. to 170 ° C. and an acid value of 150 mgKOH / g to 240 mgKOH / g are used. With such a configuration, the acid value of the solder flux of the present invention is restricted to a range of 70 mgKOH / g to 110 mgKOH / g.
本発明のはんだ用フラックスを用いたはんだペーストでは、保管時において、活性剤であるカルボン酸エステル中のカルボキシル基がブロックされるため、その機能が発揮されることはない。一方、加熱時には、カルボン酸エステルを構成するカルボキシル基からビニルエーテル基などの保護基がビニルエーテルなどとして脱離し、カルボキシル基がフラックス主成分の作用を活性化するため、はんだ合金粉末表面の酸化被膜を効果的に除去することができる。しかも、このはんだペーストは、はんだ接合時におけるフラックス残渣の発生を抑制することができ、かつ、フラックス残渣が発生した場合であっても、それを絶縁被膜として利用することできる。 In the solder paste using the solder flux of the present invention, the carboxyl group in the carboxylic acid ester as the activator is blocked during storage, so that the function is not exhibited. On the other hand, during heating, protective groups such as vinyl ether groups are eliminated from the carboxyl groups constituting the carboxylic acid ester as vinyl ethers, etc., and the carboxyl groups activate the action of the main flux component. Can be removed. Moreover, this solder paste can suppress the generation of flux residue during solder joining, and even when a flux residue is generated, it can be used as an insulating coating.
(1)はんだ用フラックスの酸価
本発明では、はんだ用フラックス全体の酸価は、70mgKOH/g以上110mgKOH/g未満、好ましくは70mgKOH/g以上100mgKOH/g以下の範囲に規制される。はんだ用フラックス全体の酸価をこのような範囲に制御することにより、保存時におけるはんだペーストの粘度や反応性の経時的な変化を抑制しつつ、はんだ接合時における濡れ広がり性を改善することが可能となる。
(1) Acid Value of Soldering Flux In the present invention, the acid value of the entire soldering flux is controlled in the range of 70 mgKOH / g or more and less than 110 mgKOH / g, preferably 70 mgKOH / g or more and 100 mgKOH / g or less. By controlling the acid value of the entire solder flux in such a range, it is possible to improve wettability at the time of soldering while suppressing changes in the viscosity and reactivity of the solder paste during storage. It becomes possible.
これに対して、はんだ用フラックスとしての酸価が70mgKOH/g未満では、はんだを十分に活性化することができないため、母材(被接合剤)に対するはんだの濡れ性が不足し、電子部品と配線基板の導電性が損なわれてしまう。一方、はんだ用フラックスとしての酸価が110mgKOH/g以上では、はんだ合金粉末とはんだ用フラックスを構成するカルボキシル基との反応を抑制することができず、はんだペーストの粘度や反応性が経時変化してしまう。また、はんだ合金粉末とはんだ用フラックスの反応が優先的に進行することにより、母材とはんだ合金粉末との合金化が十分に進行しないおそれもある。 On the other hand, when the acid value as the solder flux is less than 70 mgKOH / g, the solder cannot be sufficiently activated, so that the wettability of the solder with respect to the base material (bonding agent) is insufficient, The conductivity of the wiring board is impaired. On the other hand, when the acid value as the solder flux is 110 mgKOH / g or more, the reaction between the solder alloy powder and the carboxyl group constituting the solder flux cannot be suppressed, and the viscosity and reactivity of the solder paste change over time. End up. Moreover, when the reaction between the solder alloy powder and the solder flux preferentially progresses, the alloying of the base material and the solder alloy powder may not sufficiently proceed.
なお、本発明のはんだ用フラックスの酸価は、はんだ用フラックス1g中に含まれる遊離脂肪酸を中和するのに要する水酸化カリウム(KOH)の質量(mg)を意味し、はんだ付用フラックス試験方法(JIS Z 3197準拠)に基づいて求められる。 The acid value of the soldering flux of the present invention means the mass (mg) of potassium hydroxide (KOH) required to neutralize free fatty acid contained in 1 g of the soldering flux, and is a soldering flux test. It is determined based on a method (conforming to JIS Z 3197).
具体的には、はじめに、100mLのビーカに、はんだ用フラックスを1.875g、エタノールを12.5mL投入し、室温下で撹拌することにより、フラックス/エタノール溶液を調整する。次に、このフラックス/エタノール溶液に、フェノールフタレイン指示薬を3滴加えて、さらに撹拌し、均一な溶液とする。続いて、0.1規定の水酸化カリウム/エタノール溶液(力価:1・007)をビュレットでフラックス/エタノール溶液に滴下し、30秒間攪拌する操作をくり返し、30秒後においても赤色の着色が残った時点で、水酸化カリウム/エタノール溶液の滴下を終了する。この間、滴下した水酸化カリウム/エタノール溶液の総量をVk(mL)として、下記の数式(a)より、はんだ用フラックスの酸価AV1が算出される。 Specifically, first, 1.875 g of solder flux and 12.5 mL of ethanol are put into a 100 mL beaker, and the flux / ethanol solution is adjusted by stirring at room temperature. Next, 3 drops of phenolphthalein indicator are added to this flux / ethanol solution and further stirred to make a uniform solution. Subsequently, 0.1 N potassium hydroxide / ethanol solution (titer: 1.007) was dropped into the flux / ethanol solution with a burette and stirred for 30 seconds repeatedly, and red coloring was observed after 30 seconds. When remaining, the dropping of the potassium hydroxide / ethanol solution is terminated. During this time, assuming that the total amount of the potassium hydroxide / ethanol solution dropped is V k (mL), the acid value A V1 of the solder flux is calculated from the following mathematical formula (a).
(2)はんだ用フラックスの構成成分
a)フラックス主成分
本発明のはんだ用フラックスでは、特定のロジン類、すなわち、70℃〜170℃の軟化点および150mgKOH/g〜240mgKOH/gの酸価を有するロジン類を広く使用することができる。ロジン類は、その骨格にカルボン酸を含んでおり、このカルボキシル基が、はんだ合金粉末の表面に形成された酸化物と反応することで酸化被膜を除去し、高い広がり率が実現されるからである。
(2) Constituent Components of Solder Flux a) Flux Main Component The solder flux of the present invention has a specific rosin, that is, a softening point of 70 ° C. to 170 ° C. and an acid value of 150 mgKOH / g to 240 mgKOH / g. Rosin can be widely used. Rosin contains carboxylic acid in its skeleton, and this carboxyl group reacts with the oxide formed on the surface of the solder alloy powder to remove the oxide film and realize a high spreading rate. is there.
フラックス主成分の軟化点および酸価が上記の範囲にある場合には、はんだ用ペーストの濡れ広がり性などのはんだ付け性を犠牲にすることなく、フラックス残渣の発生量を抑制することが可能となる。また、発生した微量のフラックスについては、絶縁被膜として有効に利用することが可能となる。これに対して、軟化点が70℃未満または酸価が150mgKOH/g未満では、接合時にはんだ合金粉末の表面に形成された酸化被膜を除去しきれない場合がある。一方、軟化点が170℃を超えると、または、酸価が240mgKOH/gを超えると、はんだ合金粉末とフラックス主成分との反応により、はんだペーストの粘度を含めた特性が経時的に劣化する場合がある。 When the softening point and acid value of the flux main component are in the above range, it is possible to suppress the amount of flux residue generated without sacrificing the solderability such as the wet spreadability of the solder paste. Become. Further, the generated minute amount of flux can be effectively used as an insulating film. On the other hand, when the softening point is less than 70 ° C. or the acid value is less than 150 mgKOH / g, the oxide film formed on the surface of the solder alloy powder at the time of joining may not be completely removed. On the other hand, when the softening point exceeds 170 ° C. or the acid value exceeds 240 mgKOH / g, characteristics including the viscosity of the solder paste deteriorate over time due to the reaction between the solder alloy powder and the main flux component. There is.
ロジン類としては、公知のものを広く適用することができるが、耐熱性と酸化膜除去という理由から、ロジン、変性ロジン、ロジンの主成分であるアビエチン酸、および、これを変性した変性アビエチン酸の群から選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。 As rosins, known ones can be widely applied. However, rosin, modified rosin, abietic acid, which is the main component of rosin, and modified abietic acid obtained by modifying the rosin because of heat resistance and oxide film removal. It is preferable to use at least one selected from the group of
フラックス主成分として、軟化点が70℃〜170℃の範囲にあり、かつ、酸価が150mgKOH/g〜240mgKOH/gの範囲にあるロジン類を用いるのは、はんだ接合温度とフラックス全体の酸価を調整するためである。フラックス主成分の軟化点は、70℃〜170℃であることが好ましく、80℃〜170℃であることがさらに好ましい。また、フラックス主成分の酸価は、150mgKOH/g〜240mgKOH/gであることが好ましい。なお、フラックス主成分の酸価についても、はんだ用フラックス全体の酸価と同様に、フラックス主成分1g中に含まれる遊離脂肪酸を中和するのに要する水酸化カリウム(KOH)の質量(mg)を意味し、はんだ付用フラックス試験方法(JIS Z 3197準拠)に基づいて求められる。 As the flux main component, rosins having a softening point in the range of 70 ° C. to 170 ° C. and an acid value in the range of 150 mgKOH / g to 240 mgKOH / g are used for the solder joint temperature and the acid value of the entire flux. It is for adjusting. The softening point of the main flux component is preferably 70 ° C to 170 ° C, more preferably 80 ° C to 170 ° C. Moreover, it is preferable that the acid value of a flux main component is 150 mgKOH / g-240 mgKOH / g. As for the acid value of the flux main component, the mass (mg) of potassium hydroxide (KOH) required to neutralize the free fatty acid contained in 1 g of the flux main component is the same as the acid value of the solder flux as a whole. It is calculated | required based on the flux test method for soldering (JIS Z 3197 conformity).
このようなフラックス主成分としては、具体的に、天然ロジン(軟化点:76℃〜85℃、酸価:167mgKOH/g〜175mgKOH/g)、重合ロジン(軟化点:96℃〜99℃、酸価:159mgKOH/g〜163mgKOH/g)、水素添加ロジン(軟化点:74℃〜75℃、酸価:160mgKOH/g〜170mgKOH/g)、アビエチン酸(軟化点:129℃〜137℃、酸価:179mgKOH/g〜182mgKOH/g)、ジヒドロアビエチン酸(軟化点:150℃〜155℃、酸価:154mgKOH/g〜158mgKOH/g)、デヒドロアビエチン酸(軟化点:160℃〜168℃、酸価:174mgKOH/g〜178mgKOH/g)などが使用可能である。 Specific examples of such a flux main component include natural rosin (softening point: 76 ° C. to 85 ° C., acid value: 167 mg KOH / g to 175 mg KOH / g), polymerized rosin (softening point: 96 ° C. to 99 ° C., acid Value: 159 mg KOH / g to 163 mg KOH / g), hydrogenated rosin (softening point: 74 ° C. to 75 ° C., acid value: 160 mg KOH / g to 170 mg KOH / g), abietic acid (softening point: 129 ° C. to 137 ° C., acid value 179 mg KOH / g to 182 mg KOH / g), dihydroabietic acid (softening point: 150 ° C. to 155 ° C., acid value: 154 mg KOH / g to 158 mg KOH / g), dehydroabietic acid (softening point: 160 ° C. to 168 ° C., acid value) : 174 mg KOH / g to 178 mg KOH / g) can be used.
なお、フラックス主成分の含有量は、35質量%以上70質量%未満、好ましくは45質量%以上60質量%以下の範囲である。フラックス主成分の含有量が35質量%未満では、得られるはんだペーストの活性が不足し、電子部品および配線基板の間の導電性を十分に確保することができない場合がある。一方、フラックス主成分の含有量が70質量%以上になると、接合後におけるフラックス残渣が増加し、母材や導体が腐食するおそれがある。 In addition, content of the flux main component is 35 mass% or more and less than 70 mass%, Preferably it is the range of 45 mass% or more and 60 mass% or less. If the content of the flux main component is less than 35% by mass, the activity of the obtained solder paste is insufficient, and the conductivity between the electronic component and the wiring board may not be sufficiently ensured. On the other hand, when the content of the flux main component is 70% by mass or more, the flux residue after joining increases and the base material and the conductor may be corroded.
b)カルボン酸エステル
[カルボン酸エステルの構造]
本発明のはんだ用フラックスは、活性剤としてカルボン酸エステルが混合されていることを特徴とする。カルボン酸エステルは、カルボン酸とヒドロキシル基を含む化合物との縮合反応で得られる化合物であり、たとえば、下記の化学式(1)で表されるように、カルボン酸がビニルエーテル基などの保護基によりブロックされたブロックカルボン酸を構成する。
b) Carboxylic acid ester [Carboxylic acid ester structure]
The solder flux of the present invention is characterized in that a carboxylic acid ester is mixed as an activator. The carboxylic acid ester is a compound obtained by a condensation reaction between a carboxylic acid and a compound containing a hydroxyl group. For example, as represented by the following chemical formula (1), the carboxylic acid is blocked by a protecting group such as a vinyl ether group. To form a blocked carboxylic acid.
このようにカルボン酸がブロックされているカルボン酸エステル(ブロックカルボン酸)を含むはんだ用フラックスを用いたはんだペーストでは、保管時(加熱前)においては、カルボキシル基が保護基によってブロックされるため、フラックス主成分の作用が活性化することはない。一方、この保護基は、下記の化学反応式(A)に示すように、加熱によってビニルエーテルなどとしてカルボキシル基から容易に脱離可能であるため、はんだ接合時に加熱された場合に、活性剤中のカルボキシル基によりフラックス主成分の作用が活性化することとなる。この結果、常態においては、はんだペーストの粘度や反応性の経時的な変化が抑制され、はんだ接合時においては、はんだ合金粉末の表面に形成された酸化被膜を効果的に除去し、高い濡れ広がり性が実現される。 Thus, in the solder paste using the solder flux containing the carboxylic acid ester (block carboxylic acid) in which the carboxylic acid is blocked, during storage (before heating), since the carboxyl group is blocked by the protective group, The action of the flux main component is not activated. On the other hand, as shown in the chemical reaction formula (A) below, this protecting group can be easily detached from a carboxyl group as vinyl ether or the like by heating, so when heated at the time of soldering, The action of the main component of the flux is activated by the carboxyl group. As a result, changes in the viscosity and reactivity of the solder paste over time are suppressed under normal conditions, and at the time of soldering, the oxide film formed on the surface of the solder alloy powder is effectively removed, resulting in high wetting and spreading. Sex is realized.
また、はんだ用フラックスに高い酸化被膜の除去機能を付与するためには、カルボン酸エステルとして、熱分解により、1分子あたり2個以上のカルボキシル基を含むカルボン酸を生成するものが好ましい。たとえば、下記の化学式(2)で表されるカルボン酸を生成するものが好ましく、下記(化2)において、nが2〜4の範囲にある、コハク酸(n=2)、グルタル酸(n=3)またはアジピン酸(n=4)を生成するものがより好ましい。 In order to impart a high oxide film removal function to the soldering flux, it is preferable that the carboxylic acid ester generates a carboxylic acid containing two or more carboxyl groups per molecule by thermal decomposition. For example, what produces | generates the carboxylic acid represented by following Chemical formula (2) is preferable, and in the following (Chemical formula 2), succinic acid (n = 2), glutaric acid (n = 3) or those that produce adipic acid (n = 4) are more preferred.
カルボン酸がビニルエーテル基によりブロックされたカルボン酸エステルを用いた場合、熱分解時に生成するビニルエーテルとしては、下記の化学式(3)で表されるものが好ましく、ブロックカルボン酸の熱分解開始温度を後述する範囲(130℃以上)に制御する観点から、Rが、炭素数が2〜4のアルキル基であるものがより好ましい。特に、電子供与性の低いアルキル基ほど高温解離性を示すことを考慮すると、これらの中でも、下記の化学式(4)〜(8)で表されるような、Rが、第1級または第2級のアルキル基であるものが好ましい。 When a carboxylic acid ester in which a carboxylic acid is blocked with a vinyl ether group is used, the vinyl ether produced during thermal decomposition is preferably represented by the following chemical formula (3), and the thermal decomposition start temperature of the blocked carboxylic acid is described below. From the viewpoint of controlling within a range (130 ° C. or higher), it is more preferable that R is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms. In particular, considering that an alkyl group having a lower electron donating property exhibits higher temperature dissociation properties, among these, R represented by the following chemical formulas (4) to (8) may be primary or secondary. Preferred are those of a secondary alkyl group.
[熱分解開始温度]
上述したカルボン酸エステルの熱分解開始温度(熱分解によりカルボキシル基としての機能が発現し始める温度)は、好ましくは130℃以上、より好ましくは140℃以上、さらに好ましくは150℃以上、最も好ましくは180℃以上であることが必要となる。熱分解開始温度が130℃未満では、常態であってもカルボキシル基としての機能が発現し、長期間保管した場合に、はんだ用フラックスの粘度や反応性が経時的に変化してしまうおそれがある。なお、熱分解開始温度は、高温である方が好ましく、その上限が制限されることはないが、通常は200℃以下である。
[Pyrolysis start temperature]
The thermal decomposition starting temperature of the carboxylic acid ester described above (the temperature at which the function as a carboxyl group starts to develop by thermal decomposition) is preferably 130 ° C. or higher, more preferably 140 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, most preferably It is necessary to be 180 ° C. or higher. When the thermal decomposition starting temperature is less than 130 ° C., the function as a carboxyl group is exhibited even in a normal state, and the viscosity and reactivity of the solder flux may change over time when stored for a long period of time. . The thermal decomposition starting temperature is preferably a high temperature, and the upper limit thereof is not limited, but is usually 200 ° C. or lower.
[含有量]
はんだ用フラックス全体に対するカルボン酸エステルの含有量は、0.2質量%以上5質量%未満、好ましくは0.2質量%以上3質量%以下である。カルボン酸エステルの含有量が0.2質量%未満では、熱分解によって生成するカルボキシル基の量が不足し、はんだ接合時に酸化被膜を十分に除去することができないため、はんだ用フラックスの濡れ広がり性が低下してしまう。一方、カルボン酸エステルの含有量が5質量%以上では、カルボン酸エステルを溶解するための溶剤の添加量が増加するため、はんだ用フラックスの粘度や反応性が経時的に変化してしまうおそれがある。
[Content]
The content of the carboxylic acid ester with respect to the entire soldering flux is 0.2% by mass or more and less than 5% by mass, preferably 0.2% by mass or more and 3% by mass or less. If the carboxylic acid ester content is less than 0.2% by mass, the amount of carboxyl groups generated by thermal decomposition is insufficient, and the oxide film cannot be sufficiently removed during solder joining. Will fall. On the other hand, when the content of the carboxylic acid ester is 5% by mass or more, the amount of the solvent for dissolving the carboxylic acid ester increases, so that the viscosity and reactivity of the solder flux may change with time. is there.
c)カルボン酸エステルを溶解するための溶剤
本発明のはんだ用フラックスは、カルボン酸エステルを溶解する目的で、カルボン酸エステル用の溶剤を含むことができる。このような溶剤としては、特に制限されることはなく、無機系または有機系のいずれも用いることができるが、溶解性の観点から有機系のものを用いることが好ましく、特に、メチルエチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールジメチルエーテルなどを使用することが好ましい。
c) Solvent for dissolving carboxylic acid ester The solder flux of the present invention can contain a solvent for carboxylic acid ester for the purpose of dissolving the carboxylic acid ester. Such a solvent is not particularly limited and may be either inorganic or organic, but is preferably an organic solvent from the viewpoint of solubility. In particular, methyl ethyl ketone, propylene glycol It is preferable to use monomethyl ether acetate, tetraethylene glycol dimethyl ether, or the like.
なお、カルボン酸エステルを溶解するための溶剤の添加量は、カルボン酸エステルに対する質量比で1〜2であることが好ましい。すなわち、はんだ用フラックス全体に対するカルボン酸エステル用の溶剤の含有量を0.2質量%以上10質量%以下とすることが好ましく、0.2質量%以上6質量%以下とすることがより好ましい。カルボン酸エステル用の溶剤の含有量が0.2質量%未満では、カルボン酸エステルを十分に溶解することができない。一方、溶剤の含有量が10質量%を超えると、はんだ用フラックスの粘度の経時的な変化を抑制することができなくなる。 In addition, it is preferable that the addition amount of the solvent for melt | dissolving carboxylic acid ester is 1-2 by mass ratio with respect to carboxylic acid ester. That is, the content of the carboxylic acid ester solvent with respect to the entire solder flux is preferably 0.2% by mass to 10% by mass, and more preferably 0.2% by mass to 6% by mass. When the content of the solvent for the carboxylic acid ester is less than 0.2% by mass, the carboxylic acid ester cannot be sufficiently dissolved. On the other hand, when the content of the solvent exceeds 10% by mass, it is impossible to suppress the change with time of the viscosity of the soldering flux.
d)有機溶剤
本発明のはんだ用フラックスは、はんだ合金粉末とカルボン酸エステルとの混合およびこれらのペースト化を容易にするため、有機溶剤を含むことができる。このような有機溶剤は、特に制限されることなく、公知のものを使用することができる。ただし、はんだ接合時において、はんだ用フラックスとはんだ合金粉末を混合することにより得られるはんだペーストの粘度が好適な範囲となるように、沸点が200℃〜300℃であるものを使用することが好ましく、220℃〜300℃であるものを使用することがより好ましく、230℃〜300℃であるものを使用することがさらに好ましい。
d) Organic Solvent The solder flux of the present invention can contain an organic solvent in order to facilitate mixing of the solder alloy powder and the carboxylic acid ester and making them into a paste. Such an organic solvent is not particularly limited, and a known one can be used. However, it is preferable to use one having a boiling point of 200 ° C. to 300 ° C. so that the viscosity of the solder paste obtained by mixing the solder flux and the solder alloy powder is in a suitable range at the time of soldering. It is more preferable to use what is 220 degreeC-300 degreeC, and it is still more preferable to use what is 230 degreeC-300 degreeC.
このような有機溶剤としては、具体的に、2−フェノキシエタノール(沸点:244〜246℃)、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール(沸点:243〜244℃)、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(沸点:261℃〜265℃)およびジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点:230.4℃)などを使用することができる。 Specifically, as such an organic solvent, 2-phenoxyethanol (boiling point: 244 to 246 ° C.), 2-ethyl-1,3-hexanediol (boiling point: 243 to 244 ° C.), diethylene glycol monohexyl ether (boiling point: 261 ° C. to 265 ° C.) and diethylene glycol monobutyl ether (boiling point: 230.4 ° C.).
なお、有機溶剤の含有量は、好ましくは50質量%未満、より好ましくは20質量%以上50質量%未満、さらに好ましくは25質量%以上45質量%以下とする。有機溶剤の含有量が50質量%以上では、フラックスを塗布した際にダレなどが発生しやすくなる。 The content of the organic solvent is preferably less than 50% by mass, more preferably 20% by mass or more and less than 50% by mass, and further preferably 25% by mass or more and 45% by mass or less. When the content of the organic solvent is 50% by mass or more, sagging or the like is likely to occur when the flux is applied.
e)チクソ剤
本発明のはんだ用フラックスでは、チクソ性を向上させる観点から、チクソ剤を添加することができる。このようなチクソ剤としては、特に制限されることはなく、硬化ひまし油、密ロウ、カルナバワックス、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミドなどの一般的なものを使用することができる。
e) Thixo Agent In the solder flux of the present invention, a thixo agent can be added from the viewpoint of improving the thixotropy. Such a thixotropic agent is not particularly limited, and common ones such as hardened castor oil, beeswax, carnauba wax, stearamide, hydroxystearic acid ethylenebisamide and the like can be used.
なお、チクソ剤の含有量は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは1質量%以上7質量%以下とする。チクソ剤の含有量がこのような範囲にあれば、本発明のはんだ用フラックスの特性を確保しつつ、チクソ性を向上させることができる。 The thixotropic agent content is preferably 10% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 7% by mass or less. If the content of the thixotropic agent is within such a range, the thixotropy can be improved while ensuring the properties of the solder flux of the present invention.
f)その他の添加剤
本発明のはんだ用フラックスには、上述した成分のほかに、必要に応じて、表面保護剤や仮止め接着性を向上させる成分を添加することができる。具体的には、表面保護剤としては、シランカップリング剤、界面活性剤を、仮止め接着性を向上させる成分としては、リン酸系(メタ)アクリルモノマー、トリアジンジチオール系モノマーを添加することができる。
f) Other Additives In addition to the components described above, the solder flux of the present invention may contain a surface protective agent or a component that improves the temporary fixing adhesiveness, if necessary. Specifically, silane coupling agents and surfactants can be added as surface protecting agents, and phosphoric acid-based (meth) acrylic monomers and triazine dithiol-based monomers can be added as components for improving temporary adhesion. it can.
また、本発明のはんだ用フラックスでは、ヒートサイクルでの耐割れ性を向上させる観点から、ロジン成分に添加または一部代替する材料として、熱可塑性樹脂を使用することができる。具体的には、ポリアミド、ブタジエン、イソプレン、スチレン、アクリル酸もしくはそのエステル、メタクリル酸もしくはそのエステル、エチレンなどの重合体、または、これらの2種以上からなる共重合体を使用することもできる。 In the solder flux of the present invention, a thermoplastic resin can be used as a material to be added to or partially substituted for the rosin component from the viewpoint of improving crack resistance in heat cycle. Specifically, a polymer such as polyamide, butadiene, isoprene, styrene, acrylic acid or an ester thereof, methacrylic acid or an ester thereof, ethylene, or a copolymer composed of two or more of these may be used.
なお、これらの添加剤の含有量は、合計で、好ましくは10質量%以下、より好ましくは1質量%以上7質量%以下とする。これらの添加剤の含有量が上記範囲にあれば、はんだ用フラックスの特性を確保しつつ、仮止め接着性や耐割れ性などの特性を向上させることができる。 The total content of these additives is preferably 10% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 7% by mass or less. When the content of these additives is within the above range, characteristics such as temporary fixing adhesiveness and crack resistance can be improved while securing the characteristics of the solder flux.
(3)はんだ用フラックスの製造方法
本発明のはんだ用フラックスは、各構成成分を、上述した含有量となるように秤量し、均一に混合することにより得ることができる。この混合手段は、特に制限されることはないが、自公転ミキサ、ホモジナイザ、ヘイシェルミキサなどを用いて混合することが好ましい。なお、構成成分を均一に混合する観点から、最初に固体成分のみを混合した後、有機溶剤を加えて、さらに混合することが好ましい。
(3) Method for Producing Soldering Flux The soldering flux of the present invention can be obtained by weighing each constituent component so as to have the above-described content and mixing them uniformly. The mixing means is not particularly limited, but is preferably mixed using a self-revolving mixer, a homogenizer, a Hayshell mixer or the like. In addition, from the viewpoint of uniformly mixing the constituent components, it is preferable to first mix only the solid components and then add an organic solvent and further mix them.
2.はんだペースト
(1)はんだ合金粉末
本発明のはんだ用フラックスと混合するはんだ合金粉末は、特に制限されることはないが、ビスマス(Bi)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、鉛(Pb)および錫(Sn)の群から選択される少なくとも2種を含む合金からなるものを好適に使用することができる。たとえば、Pb−Sn系合金はんだ、Bi−Zn系合金はんだ、Sn−Ag系合金はんだなどのPbフリーはんだ、または、これらのはんだ合金にCu、Bi、In、Alなどを添加したものを使用することができる。
2. Solder paste (1) Solder alloy powder The solder alloy powder to be mixed with the solder flux of the present invention is not particularly limited, but bismuth (Bi), zinc (Zn), silver (Ag), aluminum (Al) An alloy made of an alloy containing at least two selected from the group consisting of lead (Pb) and tin (Sn) can be suitably used. For example, Pb-free solder such as Pb—Sn alloy solder, Bi—Zn alloy solder, Sn—Ag alloy solder, or a solder alloy obtained by adding Cu, Bi, In, Al, or the like is used. be able to.
はんだ合金粉末の平均粒径は、1μm〜100μmの範囲にあることが好ましく、50μm未満のものがより好ましい。はんだ合金粉末の平均粒径が1μm未満では、はんだペースト中で、はんだ合金粉末が凝集する問題が生じるおそれがある。一方、100μmを超えると、接合時に被接合材料間に樹脂を含んだ新たな導電層が形成されてしまうため、導電性が低下するおそれがある。なお、本発明において、平均粒径とは、積算値50%の粒度を意味し、たとえば、SALD−7000(株式会社島津製作所)などの粒度分布測定装置により測定することができる。 The average particle size of the solder alloy powder is preferably in the range of 1 μm to 100 μm, more preferably less than 50 μm. When the average particle size of the solder alloy powder is less than 1 μm, there is a possibility that the solder alloy powder aggregates in the solder paste. On the other hand, when the thickness exceeds 100 μm, a new conductive layer containing a resin is formed between the materials to be bonded at the time of bonding, so that the conductivity may be lowered. In the present invention, the average particle size means a particle size having an integrated value of 50%, and can be measured by a particle size distribution measuring device such as SALD-7000 (Shimadzu Corporation).
(2)混合比
本発明のはんだペーストは、5質量%以上20質量%以下、好ましくは10質量%以上15質量%以下のはんだ用フラックスと、80質量%以上95質量%以下、好ましくは85質量%以上90質量%以下のはんだ合金粉末とから構成され、はんだ用フラックスとして、本発明のはんだ用フラックスが使用されていることを特徴とする。はんだ用フラックスおよびはんだ合金粉末の混合比を、このような範囲に制御することにより、得られるはんだペーストの接合時における濡れ広がり性を優れたものとすることができる。また、フラックス残渣を、絶縁被膜として利用することができるため、母材の腐食を効果的に防止することができる。
(2) Mixing ratio The solder paste of the present invention has a solder flux of 5% by mass to 20% by mass, preferably 10% by mass to 15% by mass, and 80% by mass to 95% by mass, preferably 85% by mass. % Or more and 90% by mass or less of the solder alloy powder, and the solder flux of the present invention is used as the solder flux. By controlling the mixing ratio of the soldering flux and the solder alloy powder in such a range, the wet spreadability at the time of joining of the obtained solder paste can be made excellent. Moreover, since a flux residue can be utilized as an insulating film, corrosion of the base material can be effectively prevented.
なお、はんだ用フラックスとはんだ合金粉末の混合方法は、特に制限されることなく、公知の方法を採用することができ、たとえば、自公転ミキサ、ホモジナイザ、ヘイシェルミキサなどにより混合することができる。 In addition, the mixing method of the soldering flux and the solder alloy powder is not particularly limited, and a known method can be adopted. For example, the mixing can be performed by a self-revolving mixer, a homogenizer, a Hayshell mixer, or the like.
(3)特性
本発明のはんだペーストは、本発明のはんだ用フラックスを使用しているため、粘度や反応性などの経時的な変化が少なく、長期間の保存安定性に優れる。また、はんだ接合時には、はんだ合金粉末表面の酸化被膜を効果的に除去することができるため、優れた濡れ広がり性を有する。さらに、はんだ接合時におけるフラックス残渣の発生を抑制することができ、かつ、フラックス残渣が発生した場合であっても、それを絶縁被膜として利用することできる。
(3) Characteristics Since the solder paste of the present invention uses the solder flux of the present invention, there is little change over time in viscosity, reactivity, etc., and excellent long-term storage stability. Moreover, since the oxide film on the surface of the solder alloy powder can be effectively removed at the time of soldering, it has excellent wet spreading properties. Furthermore, the generation of flux residue during solder bonding can be suppressed, and even when a flux residue is generated, it can be used as an insulating coating.
a)経時的変化
本発明のはんだペーストでは、作製直後の粘度をη1、室温で2週間保存した後の粘度をη2とした場合において、その変化率α(=(η2−η1)/η1×100)を10%未満、好ましくは5%未満とすることができる。なお、はんだペーストの粘度は、たとえば、スパイラル型粘度計によって測定することができる。
a) Change with time When the viscosity of the solder paste of the present invention is η 1 and the viscosity after storage at room temperature for 2 weeks is η 2 , the rate of change α (= (η 2 −η 1 ) / Η 1 × 100) can be less than 10%, preferably less than 5%. Note that the viscosity of the solder paste can be measured by, for example, a spiral viscometer.
b)濡れ広がり性
本発明のはんだペーストは、濡れ広がり性に優れ、広がり率SRが70%以上、好ましくは90%以上であることを特徴とする。ここで、広がり率SRは、はんだ付用試験方法(JIS Z 3197準拠)によって求めることができる。
b) wettability solder paste of the present invention is excellent in wettability, spreading rate S R is 70% or more, preferably characterized in that 90% or more. Here, the spreading ratio S R can be obtained by a soldering test method (based on JIS Z 3197).
具体的には、はじめに、直径4mmの孔を有する厚さ0.5mmのメタルマスクを用いて鋼板の中央にはんだペーストを塗布する。次に、この鋼板を320℃に設定したはんだ層に浮かべ、はんだが溶融してから30秒後に引き上げる。室温まで冷却した後、鋼板上に広がったはんだの高さH(mm)などを測定し、得られた値を下記の数式(b)に代入することにより、広がり率SRを求めることができる。 Specifically, first, a solder paste is applied to the center of a steel sheet using a metal mask having a thickness of 4 mm and a hole having a diameter of 4 mm. Next, this steel plate is floated on a solder layer set at 320 ° C. and pulled up 30 seconds after the solder melts. After cooling to room temperature, and measuring the height of the solder spread on the steel sheet H (mm), by substituting the obtained value into Equation (b) below, can be determined spreading rate S R .
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1〜18および比較例1〜7)
はんだ用フラックスとして、表1に記載されるフラックス主成分、カルボン酸エステル、その他の構成成分として、有機溶剤、チクソ剤および活性剤を用意した。各構成成分の組成比を表2に記載されるように調整し、はんだ用フラックスを作製した。
(Examples 1-18 and Comparative Examples 1-7)
As a flux for solder, an organic solvent, a thixotropic agent, and an activator were prepared as a flux main component, a carboxylic acid ester, and other constituents described in Table 1. The composition ratio of each component was adjusted as described in Table 2 to produce a solder flux.
これらのはんだ用フラックス12.5質量%に対して、平均粒径19μm〜27μmのBi−Zn−Al系合金からなるはんだ合金粉末(三井金属工業株式会社製)を87.5質量%加え、自公転ミキサ(AR−250、シンキー株式会社製)を用いて10分間混合し、はんだペーストを作製した。 87.5% by mass of a solder alloy powder (Mitsui Metal Industries, Ltd.) made of a Bi—Zn—Al alloy having an average particle diameter of 19 μm to 27 μm is added to 12.5% by mass of the solder flux. Using a revolving mixer (AR-250, manufactured by Shinky Corporation), mixing was performed for 10 minutes to prepare a solder paste.
このようにして作製したはんだ用フラックスの酸価、ならびに、はんだペーストの経時的変化および広がり率を、以下のようにして評価した。結果を表3に示す。 The acid value of the solder flux thus prepared, and the change and spread rate of the solder paste over time were evaluated as follows. The results are shown in Table 3.
a)酸価
はんだ用フラックスの酸価は、はんだ付用フラックス試験方法(JIS Z 3197準拠)に基づいて測定した。
a) Acid Value The acid value of the solder flux was measured based on a soldering flux test method (based on JIS Z 3197).
はじめに、100mLのビーカに、はんだ用フラックスを1.875g、エタノールを12.5mL投入し、室温下で撹拌を用いて撹拌することにより、フラックス/エタノール溶液を調整した。次に、このフラックス/エタノール溶液に、フェノールフタレイン指示薬を3滴加えて、さらに撹拌し、均一な溶液とした。続いて、0.1規定の水酸化カリウム/エタノール溶液(力価:1・007)をビュレットでフラックス/エタノール溶液に滴下し、30秒間攪拌する操作をくり返した。30秒後においても赤色の着色が残った時点で、水酸化カリウム/エタノール溶液の滴下を終了し、この間、滴下した水酸化カリウム/エタノール溶液の総量をVk(mL)として、上記の数式(a)より、はんだ用フラックスの酸価AV1を算出した。 First, 1.875 g of solder flux and 12.5 mL of ethanol were put into a 100 mL beaker, and the flux / ethanol solution was adjusted by stirring at room temperature using stirring. Next, 3 drops of phenolphthalein indicator were added to this flux / ethanol solution and further stirred to obtain a uniform solution. Subsequently, a 0.1 N potassium hydroxide / ethanol solution (titer: 1.007) was dropped into the flux / ethanol solution with a burette and the operation of stirring for 30 seconds was repeated. When red coloring remains even after 30 seconds, the dropping of the potassium hydroxide / ethanol solution is terminated, and during this time, the total amount of the dropped potassium hydroxide / ethanol solution is defined as V k (mL), and the above formula ( From a), the acid value A V1 of the solder flux was calculated.
b)経時的変化
はんだペーストの経時的変化は、はんだペーストの作製直後の粘度η1と、2週間保存した後の粘度η2とを、スパイラル型粘度計(株式会社マルコム製、PCU−205)を用いて測定し、その変化率α(=(η2−η1)/η1×100)を求めることにより評価した。具体的には、変化率αが5%未満であったものを「優(◎)」、5%以上10%未満であったものを「良(○)」、10%以上であったものを「不良(×)」として評価した。
b) Time-dependent change The time-dependent change of the solder paste was determined by measuring the viscosity η 1 immediately after the solder paste was produced and the viscosity η 2 after being stored for 2 weeks by using a spiral viscometer (Malcom Co., Ltd., PCU-205). Was evaluated by determining the rate of change α (= (η 2 −η 1 ) / η 1 × 100). Specifically, the rate of change α is less than 5% is “excellent (◎)”, 5% or more and less than 10% is “good (◯)”, and 10% or more. Evaluated as “bad (×)”.
c)広がり率
はんだペーストの広がり率は、はんだ付用フラックス試験方法(JIS Z 3197準拠)に基づいて測定した。
c) Spreading rate The spreading rate of the solder paste was measured based on a soldering flux test method (based on JIS Z 3197).
はじめに、直径4mmの孔を有する厚さ0.5mmのメタルマスクを用いて銅板の中央にはんだペースト塗布した。次に、320℃に設定したはんだ層に銅板を浮かべ、はんだが溶融してから30秒間後に引き上げた。室温まで冷却後、上記の数式(b)により、はんだペーストの広がり率SRを算出し、濡れ広がり性を評価した。具体的には、広がり率が90%以上であったものを「優(◎)」、70%以上90%未満であったものを「良(○)」、70%未満であったものを「不良(×)」として評価した。 First, a solder paste was applied to the center of the copper plate using a metal mask having a thickness of 0.5 mm having a hole having a diameter of 4 mm. Next, a copper plate was floated on the solder layer set at 320 ° C., and was pulled up 30 seconds after the solder melted. After cooling to room temperature, the spread rate S R of the solder paste was calculated from the above mathematical formula (b), and the wet spread property was evaluated. Specifically, “excellent (◎)” means that the spreading rate was 90% or more, “good” that means 70% or more and less than 90%, It was evaluated as “bad (×)”.
(総合評価)
表1〜表3より、実施例1〜18のはんだ用フラックスは、いずれも全体の酸価が70mgKOH/g〜110mgKOH/gの範囲であったことが確認された。また、これらのはんだ用フラックスを用いたはんだペーストでは、10%未満の粘度変化率αと70%以上の広がり率SRを同時に達成していることが確認された。すなわち、実施例1〜18のはんだペーストは、経時的な変化が少なく、かつ、濡れ広がり性に優れたものであるといえる。
(Comprehensive evaluation)
From Tables 1 to 3, it was confirmed that all of the solder fluxes of Examples 1 to 18 had a total acid value in the range of 70 mgKOH / g to 110 mgKOH / g. Further, in the solder paste using these solder flux, it was confirmed that achieved simultaneously spreading rate S R of viscosity change of less than 10% alpha and 70%. That is, it can be said that the solder pastes of Examples 1 to 18 have little change over time and are excellent in wet spread.
このほか、実施例1〜18のはんだペーストでは、フラックス残渣の発生がきわめて少なく、僅かながら発生したフラックス残渣は、ほぼ全量を絶縁被膜として利用することができた。このため、このはんだペーストを用いたはんだ接合では、接合不良を大幅に低減することができると考えられる。 In addition, in the solder pastes of Examples 1 to 18, the generation of the flux residue was extremely small, and the flux residue generated in a small amount could be used as an insulating coating. For this reason, it is considered that the bonding failure can be greatly reduced in the solder bonding using this solder paste.
これに対して、比較例1〜4のはんだ用フラックスは、他の添加剤として、アジピン酸を加えたことに起因して、全体の酸価が110mgKOH/gを超えてしまった。このため、比較例1〜4のはんだペーストでは、広がり率SRを70%以上とすることができたが、粘度変化率αが10%を超え、はんだペーストの粘度の経時的な変化を抑制することができなかった。 In contrast, the solder fluxes of Comparative Examples 1 to 4 had an overall acid value exceeding 110 mgKOH / g due to the addition of adipic acid as another additive. Therefore, in the solder paste of Comparative Examples 1 to 4 were able to spread ratio S R and 70%, the viscosity change rate α is greater than 10% inhibition of temporal change in the viscosity of the solder paste I couldn't.
また、比較例5〜7のはんだペーストは、はんだ用フラックスが、ブロックカルボン酸および他の添加剤としてのアジピン酸のいずれも含まなかったため、はんだ接合時における酸価が不足、または、フラックスが十分に活性化せず、広がり率SRが70%未満となった。 In addition, the solder pastes of Comparative Examples 5 to 7 did not contain either the block carboxylic acid or adipic acid as another additive, so the acid value at the time of soldering was insufficient or the flux was sufficient. The spreading rate S R was less than 70%.
Claims (10)
0.2質量%以上5質量%未満のカルボン酸エステルと、
0.2質量%以上10質量%以下の前記カルボン酸エステルを溶解するための溶剤と、
50質量%未満の沸点が200℃〜300℃の範囲にある有機溶剤と、
10質量%以下のチクソ剤と、および、
10質量%以下の表面保護剤および/または仮止め接着性を向上させる成分と、
からなり、
70mgKOH/g〜110mgKOH/gの酸価を有する、
はんだ用フラックス。 A flux main component having a softening point of 70 ° C. to 170 ° C. and a rosin having an acid value of 150 mgKOH / g to 240 mgKOH / g, 35% by mass or more and less than 70% by mass;
0.2% by mass or more and less than 5% by mass of a carboxylic acid ester ;
A solvent for dissolving 0.2% by mass or more and 10% by mass or less of the carboxylic acid ester;
An organic solvent having a boiling point of less than 50% by weight in the range of 200 ° C. to 300 ° C .;
10% by weight or less of a thixotropic agent, and
10% by mass or less of a surface protective agent and / or a component for improving the temporary fixing adhesiveness,
Consists of
Having an acid number of 70 mg KOH / g to 110 mg KOH / g,
Solder flux.
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