JP6628821B2 - フラックス組成物、はんだ組成物および電子基板 - Google Patents
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Description
本発明のフラックス組成物は、(A)樹脂と、(B)活性剤とを含有し、前記(B)成分が、(B1)分子中に下記構造式(1)で表される構造を有するカルボン酸付加物、および、(B2)アミン類を含有し、脂肪族アミン(ただし、シクロヘキシルアミンを除く)、芳香族アミン、グアニジン化合物、アミンアダクト、イミダゾール化合物(ただし、ベンゾイミダゾールを除く)、ピラゾール化合物、ピロール化合物、モルホリン化合物、およびピペラジン化合物からなる群から選択される少なくとも1つのアミン、或いは、これらのアミンのアミン塩であり、前記(B1)成分の配合量と前記(B2)成分の配合量との質量比(B1/B2)が、5/5以上9/1以下であることを特徴とするものである。
本発明の電子基板は、前記はんだ組成物を用いたはんだ付け部を備えることを特徴とするものである。
すなわち、本発明のフラックス組成物は、(B)活性剤として、(B1)カルボン酸付加物、および、(B2)アミン類(イミダゾール化合物など)を含有している。(B1)成分は、常温においてはカルボキシル基がブロックされているため、(B2)成分が存在しても、常温で容易に反応することはない。そのため、十分な保存安定性を確保できる。一方で、(B1)成分は、リフロー工程で加熱をした際に、カルボキシル基のブロックが外れることにより、金属表面の酸化膜の除去が可能となる。また、(B2)成分は、金属表面の酸化膜が除去された金属表面に錯体の皮膜を形成して、金属表面の再酸化を防止できる。このようなメカニズムにより、十分なはんだ溶融性を確保できる。以上のようにして、上記本発明の効果が達成されるものと本発明者らは推察する。
[第一実施形態]
[フラックス組成物]
まず、本実施形態のフラックス組成物について説明する。本実施形態のフラックス組成物は、はんだ組成物におけるはんだ粉末以外の成分であり、(A)樹脂および(B)活性剤を含有するものである。
本実施形態に用いる(A)樹脂としては、(A1)ロジン系樹脂および(A2)熱硬化性樹脂が挙げられる。なお、(A1)ロジン系樹脂を用いたフラックス組成物(いわゆるロジン系フラックス)は、熱硬化性を有さないが、(A2)熱硬化性樹脂を用いたフラックス組成物は、熱硬化性を有している。
また、本実施形態では、(A)樹脂として(A1)ロジン系樹脂を用いた場合を例に挙げて説明する。
前記(A1)ロジン系樹脂としては、ロジン類およびロジン系変性樹脂が挙げられる。ロジン類としては、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、水素添加ロジンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。ロジン系変性樹脂としては、ディールス・アルダー反応の反応成分となり得る前記ロジン類の不飽和有機酸変性樹脂((メタ)アクリル酸などの脂肪族の不飽和一塩基酸、フマル酸、マレイン酸等のα,β−不飽和カルボン酸などの脂肪族不飽和二塩基酸、桂皮酸などの芳香族環を有する不飽和カルボン酸等の変性樹脂)およびこれらの変性物などのアビエチン酸、並びに、これらの変性物を主成分とするものなどが挙げられる。これらのロジン系樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態に用いる(B)活性剤は、以下説明する(B1)カルボン酸付加物、および、(B2)アミン類を含有することが必要である。
nが1の場合には、X1は1価の炭化水素基である。
1価の炭化水素基としては、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のアリケニル基、および、炭素数6〜18(好ましくは6)のアリール基などが挙げられる。アルキル基およびアルケニル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。
2価の炭化水素基としては、炭素数1〜18のアルキレン基、炭素数1〜18のアルケニレン基、炭素数6〜18(好ましくは6)のアリーレン基、および、炭素数34の二量体化した炭化水素基などが挙げられる。アルキレン基およびアルケニレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。また、これらの中でも、炭素数1〜18のアルキレン基がより好ましい。
2価の有機基としては、例えば、−(CH2)m−O−(CH2)m−などのエーテル結合を有する有機基が挙げられる。なお、mは1〜10(好ましくは1〜3、より好ましくは1)の整数を示す。
3価の炭化水素基としては、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜18(好ましくは6)の芳香族炭化水素基、および、炭素数51の三量体化した炭化水素基などが挙げられる。
3価の有機基としては、例えば、3価の炭化水素基の水素の一部が水酸基などに置換された基などが挙げられる。
4価の炭化水素基としては、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、および、炭素数6〜18(好ましくは6)の芳香族炭化水素基などが挙げられる。
4価の有機基としては、例えば、4価の炭化水素基の水素の一部が水酸基などに置換された基などが挙げられる。
5価の炭化水素基としては、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、および、炭素数6〜18(好ましくは6)の芳香族炭化水素基などが挙げられる。
5価の有機基としては、例えば、5価の炭化水素基の水素の一部が水酸基などに置換された基などが挙げられる。
6価の炭化水素基としては、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、および、炭素数6〜18(好ましくは6)の芳香族炭化水素基などが挙げられる。
6価の有機基としては、例えば、6価の炭化水素基の水素の一部が水酸基などに置換された基などが挙げられる。
R1はアルキル基である。アルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。アルキル基の炭素数は、特に限定されないが、1以上20以下であることが好ましく、3以上18以下であることがより好ましい。
R2はアルキレン基またはオキシアルキレン基である。アルキレン基およびオキシアルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。アルキレン基およびオキシアルキレン基の炭素数は、特に限定されないが、1以上20以下であることが好ましく、3以上18以下であることがより好ましい。
Y2は−O−L1−または−O−L2−O−L2−を示す。
L1はアルキレン基である。アルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。アルキレン基の炭素数は、特に限定されないが、1以上5以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。
L2はアルキレン基である。アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、およびプロピレン基などが挙げられる。これらの中でも、エチレン基が好ましい。
Zは、水素原子、下記一般式(3a)で表される基、または、下記一般式(3b)で表される基を示す。
これらのカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、ヘキサデカン二酸、オクタデカン二酸、エイコサン二酸、8−エチルオクタデカン二酸、7,12−ジメチルオクタデカン−1,18−ジカルボン酸、プロパントリカルボン酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、8,13−ジメチル−8,12−エイコサジエン二酸、ジグリコール酸、シトラコン酸、トリメリット酸、ダイマー酸、およびトリマー酸などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
H2C=CH−O−R1 ・・・(4)
前記一般式(4)において、R1は、アルキル基である。アルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。
H2C=CH−O−R2−OH・・・(5)
前記一般式(5)において、R2は、アルキレン基、またはオキシアルキレン基である。アルキレン基およびオキシアルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。
このビニルエーテル化合物の炭素数は、特に限定されないが、3以上22以下であることが好ましく、3以上20以下であることがより好ましい。
このビニルエーテル化合物としては、n−ブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、およびジエチレングリコールモノビニルエーテルなどが挙げられる。
ビニルエーテル化合物としては、水酸基を有するものを用いることが好ましい。水酸基を有するビニルエーテル化合物としては、下記一般式(6)で表される化合物、および、下記一般式(7)で表される化合物が挙げられる。
H2C=CH−O−L1−OH・・・(6)
前記一般式(6)において、L1はアルキレン基である。アルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。アルキレン基の炭素数は、特に限定されないが、1以上5以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。
H2C=CH−O−L2−O−L2−OH・・・(7)
前記一般式(7)において、L2はアルキレン基である。アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基およびプロピレン基などが挙げられる。これらの中でも、エチレン基が好ましい。
水酸基を有するビニルエーテル化合物としては、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、およびジエチレングリコールモノビニルエーテルなどが挙げられる。
(B1)成分を試料として10mg±3mg秤量し、30℃〜250℃まで加熱しつつ、下記条件にて、TG/DTA測定を行う。なお、リファレンスとしては、不活性なアルミナ粉末を10mg±3mg秤量し使用する。
測定装置:セイコーインスツルメンツ社製の「TG/DTA6200」
雰囲気:大気
昇温レート:10℃/min
脂肪族アミンとしては、炭素数が3以上18以下の脂肪族アミンを用いることが好ましい。脂肪族アミンは、一級アミン、二級アミンおよび三級アミンのいずれでもよいが、一級アミンであることが好ましい。また、脂肪族アミンは、モノアミンだけでなく、ジアミンであってもよく、トリアミンであってもよい。さらに、脂肪族アミンは、アルカノールアミンであってもよく、エーテルアミンであってもよく、エステルアミンであってもよい。
一級アミンとしては、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、tert−ブチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルヘキシルアミン、アミルアミン、オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、ノニルアミン、1−アミノデカン、シクロへキシルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ジエチルシクロヘキシルアミン、およびアリルアミンなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
二級アミンとしては、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジアミルアミン、ジヘキシルアミン、ジドデシルアミン、ジアリルアミン、およびジシクロヘキシルアミンなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
三級アミンとしては、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、およびN,N−ジイソプロピルシクロヘキシルアミンなどが挙げられる。
ジアミンとしては、ジエチルエチレンジアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルジアミノプロパン、ジブチルアミノプロピルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、およびテトラメチルトリメチレンジアミンなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
トリアミンとしては、ペンタメチルジエチレントリアミンなどが挙げられる。
アルカノールアミンとしては、エタノールアミン、グリコールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、およびアミノプロパノールなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
エーテルアミンとしては、メトキシプロピルアミン、エトキシプロピルアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、エチルヘキシルオキシプロピルアミン、ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンラウレルアミン、およびポリオキシエチレンステアリルアミンなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
エステルアミンとしては、酢酸2−(ジメチルアミノ)エチルなどが挙げられる。
ベンジルアミンとしては、フェニルプロピルアミン、フェニルエチルアミン、メトキシベンジルアミン、ジエチルベンジルアミン、ベンジルアミン、ジメチルベンジルアミン、エチルナフチルアミン、およびジシロヘキシルアミンなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
アニリンとしては、アニリン、メチルアニリン、エチルアニリン、ジメチルアニリン、ジエチルアニリン、tert?ブチルアニリン、およびトリメチルアニリンなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
ロジン系アミンとしては、ロジンアミンなどが挙げられる。
他の芳香族アミンとしては、ジヒドロキシベンジルアミンなどが挙げられる。
アミンアダクトとしては、フジキュアFXR−1020、FXR−1030、FXR−1050、FXR−1080、およびFXR−1081(T&K TOKA社製、商品名)、アミキュアPN−23、MY−24、VDH、UDH、PN−31、およびPN−40(味の素ファインテクノ社製、商品名)、アデカハードナーEH−2021、EH−4361S、EH−5046S、EH−3636AS(ADEKA社製、商品名)、およびキュアダクトP0505(四国化成工業社製、商品名)などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
ピリジン化合物としては、2−ヒドロキシピリジン、3−ヒドロキシピリジン、4−ヒドロキシピリジン、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−アミノ−5−メチルピリジン、2−ピリジンカルボキシアルデヒドおよび4−アセチルピリジンなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
アゾール化合物としては、3−アミノ−1,2,4−トリアゾールなどが挙げられる。
ピラゾール化合物としては、3,5−ジメチルピラゾールなどが挙げられる。
ピロール化合物としては、ピロール、およびピロール−2−カルボキシアルデヒドなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
モルホリン化合物としては、モルホリン、メチルモルホリン、エチルモルホリン、およびビス(2−モルホリノエチル)エーテルなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
ピペラジン化合物としては、ピペリジン、ジメチルピペリジン、および1−(2−ジメチルアミノエチル)−4−メチルピペラジンなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態のフラックス組成物においては、印刷性などの観点から、さらに(C)溶剤を含有することが好ましい。ここで用いる(C)溶剤としては、公知の溶剤を適宜用いることができる。このような溶剤としては、沸点170℃以上の溶剤を用いることが好ましい。
このような溶剤としては、例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ヘキシルジグリコール、1,5−ペンタンジオール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、2−エチルヘキシルジグリコール、オクタンジオール、フェニルグリコール、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、およびジブチルマレイン酸などが挙げられる。これらの溶剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態のフラックス組成物においては、印刷性などの観点から、さらに(D)チクソ剤を含有していてもよい。ここで用いる(D)チクソ剤としては、硬化ひまし油、ポリアミン類、ポリアミド類、ビスアマイド類、ジベンジリデンソルビトール、カオリン、コロイダルシリカ、有機ベントナイト、ガラスフリットなどが挙げられる。これらのチクソ剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態に用いるフラックス組成物には、前記(A)成分、前記(B)成分、前記(C)成分および前記(D)成分の他に、必要に応じて、その他の添加剤、更には、その他の樹脂を加えることができる。その他の添加剤としては、消泡剤、酸化防止剤、改質剤、つや消し剤、発泡剤、硬化促進剤などが挙げられる。その他の樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。
ハロゲンフリーのフラックス組成物は、塩素濃度が900質量ppm以下であり、臭素濃度が900質量ppm以下であり、かつ、ハロゲン濃度が1500質量ppm以下であるものであることが好ましい。なお、ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素およびアスタチンなどが挙げられる。
また、環境対応の観点から、塩素濃度および臭素濃度は、それぞれ500質量ppm以下であることが好ましく、300質量ppm以下であることがより好ましく、100質量ppm以下であることが特に好ましい。ハロゲン濃度は、800質量ppm以下であることが好ましく、500質量ppm以下であることがより好ましく、300質量ppm以下であることが更により好ましく、100質量ppm以下であることが特に好ましい。フラックス組成物中には、不可避的不純物を除いて、ハロゲンが存在しないことが好ましい。
なお、フラックス組成物中の塩素濃度、臭素濃度およびハロゲン濃度は、JEITA ET−7304Aに記載の方法に準じて測定できる。また、簡易的には、フラックス組成物の配合成分およびその配合量から算出できる。
次に、本実施形態のはんだ組成物について説明する。本実施形態のはんだ組成物は、前記本実施形態のフラックス組成物と、以下説明する(E)はんだ粉末とを含有するものである。
前記フラックス組成物の配合量は、はんだ組成物100質量%に対して、5質量%以上40質量%以下であることが好ましく、7質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、8質量%以上12質量%以下であることが特に好ましい。フラックス組成物の配合量が5質量%以上(はんだ粉末の配合量が95質量%以下)であれば、バインダーとしてのフラックス組成物が足りるため、フラックス組成物とはんだ粉末とを容易に混合できる。また、フラックス組成物の配合量が40質量%以下(はんだ粉末の配合量が60質量%以上)であれば、得られるはんだ組成物を用いた場合に、十分なはんだ接合を形成できる。
本発明に用いる(E)はんだ粉末は、鉛フリーはんだ粉末のみからなることが好ましいが、有鉛のはんだ粉末であってもよい。このはんだ粉末におけるはんだ合金としては、スズ(Sn)を主成分とする合金が好ましい。また、この合金の第二元素としては、銀(Ag)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)およびアンチモン(Sb)などが挙げられる。さらに、この合金には、必要に応じて他の元素(第三元素以降)を添加してもよい。他の元素としては、銅、銀、ビスマス、インジウム、アンチモン、コバルト(Co)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)およびアルミニウム(Al)などが挙げられる。
ここで、鉛フリーはんだ粉末とは、鉛を添加しないはんだ金属または合金の粉末のことをいう。ただし、鉛フリーはんだ粉末中に、不可避的不純物として鉛が存在することは許容されるが、この場合に、鉛の量は、100質量ppm以下であることが好ましい。
本実施形態のはんだ組成物は、上記説明したフラックス組成物と上記説明した(E)はんだ粉末とを上記所定の割合で配合し、撹拌混合することで製造できる。
次に、本実施形態の電子基板について説明する。本実施形態の電子基板は、以上説明したはんだ組成物を用いたはんだ付け部を備えるものである。この電子基板(プリント回路基板など)は、電子部品を電子基板(プリント配線基板など)に実装することで作製できる。
ここで用いる塗布装置としては、スクリーン印刷機、メタルマスク印刷機、ディスペンサーなどが挙げられる。
また、前記塗布装置にて塗布したはんだ組成物上に電子部品を配置し、リフロー炉により所定条件にて加熱して、前記電子部品をプリント配線基板に実装するリフロー工程により、電子部品を電子基板に実装できる。なお、リフロー炉としては、エアリフロー装置、真空リフロー装置、ギ酸リフロー装置、およびプラズマリフロー装置などが挙げられる。これらの中でも、装置設備のコストの観点からは、エアリフロー装置が好ましく、リフロー工程後のはんだ中のボイド低減の観点からは、真空リフロー装置が好ましい。
リフロー条件は、はんだの融点に応じて適宜設定すればよい。例えば、Sn−Ag−Cu系のはんだ合金を用いる場合には、プリヒートを温度150〜200℃で60〜120秒間行い、ピーク温度を230〜270℃に設定すればよい。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
第二実施形態の構成は、(A)樹脂として(A2)熱硬化性樹脂を用いた以外は第一実施形態と同様の構成であるので、(A2)熱硬化性樹脂を用いた場合のフラックス組成物を説明し、それ以外の説明を省略する。
本実施形態のフラックス組成物は、(A2)熱硬化性樹脂および(B)活性剤を含有するものである。
第二実施形態に用いる(A2)熱硬化性樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂を適宜用いることができる。この熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂およびポリイミド樹脂などが挙げられる。これらの中でも、フラックス作用を有するという観点からは、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、低温硬化性の観点からは、アクリル樹脂を用いることが好ましい。
なお、本発明において、フラックス作用を有するとは、通常のロジン系フラックスのように、その塗布膜は被はんだ付け体の金属面を覆って大気を遮断し、はんだ付け時にはその金属面の金属酸化物を還元し、この塗布膜が溶融はんだに押し退けられてその溶融はんだと金属面との接触が可能となり、その残渣は回路間を絶縁する機能を有するものである。
ラジカル重合性樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂およびシリコンアクリレート樹脂などが挙げられる。これらのラジカル重合性樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
反応性希釈剤としては、例えば、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、n−ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、n−ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、および(メタ)アクリロイルモルフォリンなどが挙げられる。これらの反応性希釈剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態に用いる(B)活性剤は、前記第一実施形態における(B1)カルボン酸付加物および(B2)アミン類と同様のものである。なお、本実施形態においては、(B2)アミン類については、(A2)成分の硬化剤としても機能する。
本実施形態のフラックス組成物においては、印刷性などの観点から、さらに(D)チクソ剤を含有していてもよい。ここで用いる(D)チクソ剤は、前記第一実施形態における(D)チクソ剤と同様のものである。
本実施形態に用いるフラックス組成物には、前記(A)成分、前記(B)成分および前記(D)成分の他に、必要に応じて、溶剤やその他の添加剤、更には、その他の樹脂を加えることができる。その他の添加剤としては、消泡剤、酸化防止剤、改質剤、つや消し剤、発泡剤、硬化促進剤などが挙げられる。その他の樹脂としては、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂などが挙げられる。
また、本発明のフラックス組成物、はんだ組成物および電子基板は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、前記電子基板の製造にあたり、塗布装置として、スクリーン印刷機、メタルマスク印刷機、ディスペンサーなどを用いているが、これに限定されない。例えば、塗布装置としては、ジェットディスペンサーを用いてもよい。
なお、塗布装置としてジェットディスペンサーを用いる場合、フラックス組成物中の溶剤として、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルおよびα,β,γ−ターピネオールを組み合わせて用いることが好ましい。
また、はんだ組成物の35℃における粘度は、5Pa・s以上30Pa・s以下であることが好ましい。さらに、はんだ組成物の35℃におけるチクソ指数は、0.2以上0.9以下であることが好ましい。
前記実施形態では、前記電子基板の製造にあたり、リフロー工程により、プリント配線基板と電子部品とを接着しているが、これに限定されない。例えば、リフロー工程に代えて、レーザー光を用いてはんだ組成物を加熱する工程(レーザー加熱工程)により、プリント配線基板と電子部品とを接着してもよい。この場合、レーザー光源としては、特に限定されず、金属の吸収帯に合わせた波長に応じて適宜採用できる。レーザー光源としては、例えば、固体レーザー(ルビー、ガラス、YAGなど)、半導体レーザー(GaAs、InGaAsPなど)、液体レーザー(色素など)、気体レーザー(He−Ne、Ar、CO2、エキシマーなど)が挙げられる。
前記実施形態では、前記電子基板の製造にあたり、リフロー工程により、プリント配線基板と電子部品とを接着しているが、これに限定されない。例えば、プリント配線基板と電子部品との間で、糸状のはんだ組成物(やに入り糸はんだ)をはんだ小手で加熱することにより、はんだ付けして、接着してもよい。
前記実施形態では、前記はんだ組成物は、電子部品を電子基板に実装することに用いているが、これに限定されない。例えば、前記はんだ組成物を用いて、パッケージ部品のはんだバンプを形成することもできる。具体的には、パッケージ基板の電極上に、はんだ組成物を印刷する印刷工程と、印刷工程後のパッケージ基板を加熱して、前記はんだ組成物中のはんだ粉末を溶融させることにより、前記電極上にはんだバンプを形成するバンプ形成工程と、バンプ形成工程後のパッケージ基板上のフラックス残さを洗浄する洗浄工程と、前記はんだバンプの上端部を研削して、前記はんだバンプの高さを揃えるフラットニング工程とを備える方法により、パッケージ部品のはんだバンプを形成できる。なお、パッケージ部品のはんだバンプを形成する場合、前記はんだ組成物中のはんだ粉末の平均粒子径は、0.5μm以上10μm以下であることが好ましく、0.5μm以上8μm以下であることがより好ましい。
前記実施形態では、前記はんだ組成物は、電子部品を電子基板に実装することに用いているが、これに限定されない。例えば、前記はんだ組成物を用いて、プリント配線基板の電極上にはんだメッキ(プリコート)を形成することもできる。具体的には、プリント配線基板の電極上に、はんだ組成物を印刷する印刷工程と、印刷工程後のプリント配線基板を加熱して、前記はんだ組成物中のはんだ粉末を溶融させることにより、前記電極上にはんだメッキを形成するメッキ形成工程と、を備える方法により、プリント配線基板の電極上にはんだメッキを形成できる。
((A1)成分)
ロジン系樹脂:水添酸変性ロジン、商品名「パインクリスタルKE−604」、荒川化学工業社製
((A2)成分)
エポキシ樹脂A:ビスフェノールF型エポキシ樹脂、商品名「EXA−830LVP」、DIC社製
エポキシ樹脂B:エポキシ樹脂、商品名「NC−3000」、日本化薬社製
((B1)成分)
カルボン酸付加物A:下記調製例1で得られたカルボン酸付加物、示差走査熱量測定(DSC)による分解開始温度は約170℃
カルボン酸付加物B:下記調製例2で得られたカルボン酸付加物、示差走査熱量測定(DSC)による分解開始温度は約180℃
((B2)成分)
アミン類A:2−フェニル−4−メチルイミダゾール、商品名「2P4MZ」、四国化成工業社製
アミン類B:2−ヘプタデシルイミダゾール、商品名「C17Z」、四国化成工業社製
アミン類C:4−アセチルピリジン
アミン類D:アミンアダクト、商品名「フジキュアーFXR−1081」、T&K TOKA社製
アミン類E:N,N−ジエチルアニリン
アミン類F:オクチルアミン
アミン類G:1.3−ジフェニルグアニジンアジピン酸塩
((C)成分)
溶剤:テトラエチレングリコールジメチルエーテル、商品名「ハイソルブMTEM」、東邦化学工業社製
((D)成分)
チクソ剤:商品名「スリパックスZHH」、日本化成社製
((E)成分)
はんだ粉末:粒子径分布20〜38μm(平均粒子径約30μm)、はんだ融点217〜220℃、はんだ組成Sn/Ag3.0/Cu0.5
(他の成分)
有機酸:コハク酸ハロゲン系活性剤:トランス−2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール
カルボン酸(コハク酸)41.1gと、ビニルエーテル化合物(n−ブチルビニルエーテル)126.9gとを反応容器内に投入した後、30分間かけて常温から120℃まで加熱するとともに攪拌した。その後、反応容器内の温度を120℃に維持しながら4時間反応させて、カルボン酸付加物Aを得た。
得られたカルボン酸付加物Aの酸価を測定したところ、酸価は10mgKOH/g以下であり、反応が完了していることが確認できた。
溶剤(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)45gと、カルボン酸無水物(無水コハク酸)41.2gと、ビニルエーテル化合物(ジエチレングリコールモノビニルエーテル)108.8gとを反応容器内に投入した後、30分間かけて常温から80℃まで加熱するとともに攪拌した。その後、反応容器内の温度を80℃に維持しながら4時間反応させ、その後、エバポレーターを用いて溶剤を除去して、カルボン酸付加物Bを得た。
得られたカルボン酸付加物Bの酸価を測定したところ、酸価は14mgKOH/gであった。
フラックス組成物として、ロジン系樹脂51質量部、カルボン酸付加物A10質量部、アミン類A2.5質量部、チクソ剤8.5質量部、および溶剤29質量部を配合し、また、フラックス組成物11質量%およびはんだ粉末89質量%(合計で100質量%)の割合で配合して、適宜混合することで、フラックス組成物およびはんだ組成物を調製した。
表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、フラックス組成物およびはんだ組成物を得た。
はんだ組成物の評価(保存安定性、チップ脇ボール、ピン間ボール、はんだ広がり(洋白))を以下のような方法で行った。得られた結果を表1に示す。
(1)保存安定性
まず、はんだ組成物を試料として、粘度を測定する。その後、試料を密封容器に入れ、温度30℃の恒温槽に投入し、14日間保管し、保管した試料の粘度を測定する。そして、保管前の粘度値(η1)に対する、温度30℃にて14日間保管後の粘度値(η2)との差(η2−η1)を求める。なお、粘度測定は、スパイラル方式の粘度測定(測定温度:25℃、回転速度:10rpm)によりを行う。
そして、粘度値の差の結果に基づいて下記の基準に従って、保存安定性を評価した。
○:粘度値の差が、−100Pa・s超100Pa・s未満である。
×:粘度値の差が、−100Pa・s以下、または、100Pa・s以上である。
(2)チップ脇ボール
チップ部品(1608チップおよび1005チップ)を搭載できる評価用基板(タムラ製作所社製の「SP−TDC」)に、120μm厚のメタルマスクを使用して、はんだ組成物を印刷し、チップ部品60個を搭載し、リフロー炉(タムラ製作所社製)ではんだ組成物を溶解させて、はんだ付けを行ったものを試験板とする。ここでのリフロー条件は、プリヒート温度が150〜180℃(60秒)で、温度220℃以上の時間が50秒間で、ピーク温度が245℃である。得られた試験板を拡大鏡にて観察し、チップ部品の脇に発生したはんだボールの数(個/チップ)を測定した。
そして、はんだボールの数(個/チップ)の結果に基づいて下記の基準に従って、チップ脇ボールを評価した。なお、1608チップを使用した場合、および、1005チップを使用した場合について、それぞれ評価した。
◎:チップ当たりのはんだボールの数が、1個未満である。
○:チップ当たりのはんだボールの数が、1個以上2個未満である。
△:チップ当たりのはんだボールの数が、2個以上3個未満である。
×:チップ当たりのはんだボールの数が、3個以上である。
(3)ピン間ボール
0.8mmピッチのQFP(Quad Flat Package)パターンを有する評価用基板(タムラ製作所社製の「SP−TDC」)に、120μm厚のメタルマスクを使用して、はんだ組成物を印刷し、リフロー炉ではんだ組成物を溶解させて、はんだ付けを行ったものを試験板とする。ここでのリフロー条件は、プリヒート温度が150〜180℃(60秒)で、温度220℃以上の時間が50秒間で、ピーク温度が245℃である。得られた試験板を拡大鏡にて観察し、0.8mmピッチのQFPランドのピンの間隔に発生したはんだボールの数(個/ピン)を測定した。
そして、はんだボールの数(個/ピン)の結果に基づいて下記の基準に従って、ピン間ボールを評価した。
◎:ピン当たりのはんだボールの数が、10個未満である。
○:ピン当たりのはんだボールの数が、10個以上15個未満である。
△:ピン当たりのはんだボールの数が、15個以上100個未満である。
×:ピン当たりのはんだボールの数が、100個以上である。
(4)はんだ広がり(洋白)
洋白基板(30mm×30mm×0.3mmt)に、はんだ組成物を0.30g±0.03gになるように乗せ、その後ホットプレートで温度240℃にて30秒間加熱する。マイクロメーターで広がったはんだの高さ(H)を測定し、広がり率(Sr)を下記式(F1)より求める。この操作を、5枚繰り返し平均値を試料の広がり率とする。
Sr=(D−H)/D×100 ・・・(F1)
D=1.24V1/3 ・・・(F2)
Sr:広がり率(%)
H:広がったはんだの高さ(mm)
D:試験に用いたはんだを球とみなした場合の直径(mm)
V:試験に用いたはんだの質量/密度
そして、広がり率(Sr)の結果に基づいて下記の基準に従って、はんだ広がりを評価した。
◎:広がり率が、87%以上である。
○:広がり率が、80%以上87%未満である。
△:広がり率が、70%以上80%未満である。
×:広がり率が、70%未満である。
これに対し、比較例1〜5で得られたはんだ組成物は、保存安定性、チップ脇ボール、ピン間ボールおよびはんだ広がりの結果の少なくともいずれかが不十分であることが分かった。
なお、本発明のはんだ組成物(実施例1および2)は、ハロゲン系活性剤を含有していないので、ハロゲンフリーである。
表2に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、フラックス組成物およびはんだ組成物を得た。
また、得られたはんだ組成物の評価(保存安定性、チップ脇ボール、ピン間ボール、はんだ広がり(洋白))を前述の方法で行った。得られた結果を表2に示す。
なお、実施例11の保存安定性の評価は、保管の時間を14日間から7日間に変更して行っている。また、実施例11のチップ脇ボールおよびピン間ボールの評価では、リフロー条件が、プリヒート温度が30〜120℃(90秒)で、はんだの融点温度(218〜220℃)まで4℃/sで昇温させ、220℃以上の時間が30〜45秒間で、ピーク温度が245℃である。
Claims (16)
- (A)樹脂と、(B)活性剤とを含有し、
前記(B)成分が、(B1)分子中に下記構造式(1)で表される構造を有するカルボン酸付加物、および、(B2)アミン類を含有し、
前記(B2)成分が、脂肪族アミン(ただし、シクロヘキシルアミンを除く)、芳香族アミン、グアニジン化合物、アミンアダクト、イミダゾール化合物(ただし、ベンゾイミダゾールを除く)、ピラゾール化合物、ピロール化合物、モルホリン化合物、およびピペラジン化合物からなる群から選択される少なくとも1つのアミン、或いは、これらのアミンのアミン塩であり、
前記(B1)成分の配合量と前記(B2)成分の配合量との質量比(B1/B2)が、5/5以上9/1以下である
ことを特徴とするフラックス組成物。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のフラックス組成物において、
前記(B1)成分の配合量と前記(B2)成分の配合量との質量比(B1/B2)が、6/4以上8/2以下である
ことを特徴とするフラックス組成物。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のフラックス組成物において、
前記(A)成分が、(A1)ロジン系樹脂である
ことを特徴とするフラックス組成物。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のフラックス組成物において、
前記(A)成分が、(A2)熱硬化性樹脂である
ことを特徴とするフラックス組成物。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のフラックス組成物において、
前記(B2)成分が、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、4−アセチルピリジン、アミンアダクト、N,N−ジエチルアニリン、オクチルアミン、および1.3−ジフェニルグアニジンアジピン酸塩からなる群から選択される少なくとも1種である
ことを特徴とするフラックス組成物。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のフラックス組成物において、
前記(B2)成分が、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、N,N−ジエチルアニリン、および1.3−ジフェニルグアニジンアジピン酸塩からなる群から選択される少なくとも1種である
ことを特徴とするフラックス組成物。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のフラックス組成物において、
当該フラックス組成物中における塩素濃度が900質量ppm以下であり、臭素濃度が900質量ppm以下であり、かつ、ハロゲン濃度が1500質量ppm以下である
ことを特徴とするフラックス組成物。 - 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のフラックス組成物と、はんだ粉末とを含有することを特徴とするはんだ組成物。
- 請求項10に記載のはんだ組成物において、
ジェットディスペンサーまたはディスペンサーを用いて塗布する
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項10に記載のはんだ組成物において、
レーザー光を用いて加熱されることで接着する
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項10に記載のはんだ組成物において、
パッケージ部品のはんだバンプを形成する
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項10に記載のはんだ組成物において、
プリント配線基板の電極上にはんだメッキを形成する
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項10に記載のはんだ組成物において、
はんだ小手を用いてはんだ付けする際に用いる
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項10〜請求項15のいずれか1項に記載のはんだ組成物を用いたはんだ付け部を備えることを特徴とする電子基板。
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