JP6734881B2 - フラックス及びはんだペースト - Google Patents
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Description
はんだペーストを用いたリフローはんだ付けの場合、はんだペーストは、主に、はんだ粉末と、樹脂成分、溶剤及び各種添加剤を含むフラックスとからなり、これをスクリーン印刷等によって接合予定部分に塗布、加熱することによってはんだ付けが行われる。
ところで、フラックスに添加される添加剤の中には有機酸等の揮発成分も含まれるところ、揮発成分ははんだ付けの際の加熱によりガス化する。また、無鉛系はんだを用いる場合にははんだ付け温度が高温となるため、揮発成分以外のフラックス成分も分解することがある。そのため、リフローはんだ付けにおいては、このような揮発ガスや分解ガスに起因するボイドがはんだ付け部に発生するという問題がある。
この点、特許文献1には、低分子二塩基酸ジアルキルエステル化合物を添加してフラックスの分解を防ぐことによってボイドの発生を低減することが開示されている(特許文献1)。
そして、はんだ付け時のフラックスの溶融粘度は、フラックス中に存在している溶剤の量と関係があり、はんだ付けの際(接合時)の加熱により揮発するなどして溶剤量が減ると溶融粘度は上昇するが、溶剤が十分な量残存していれば溶融粘度は低く、その結果、はんだ付け時に揮発ガスや分解ガスが発生してもはんだ付け部から抜けきることが判明した。
そこで、接合後の乾燥性にも留意しながら、さらなる研究を重ねた結果、溶剤としてグリコール系溶剤と炭素数が16〜18の一価のアルコールとを併用した場合には、乾燥性及びはんだ付け時における低溶融粘度という相反する要求を両立するフラックスとすることができ、ボイド発生の問題を解決できることを見出した。
しかも、炭素数が16〜18の一価のアルコールは、アルコールであるためグリコール系溶剤やロジン樹脂等の一般的なフラックスの主成分との相溶性も良好であるため、フラックスに添加しても、その製造効率や保存安定性を損なうこともない。
すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]樹脂、グリコール系溶剤及び炭素数が16〜18の一価のアルコールを含む、はんだ付け用フラックス。
[2]さらに、有機酸を含む、[1]に記載のはんだ付け用フラックス。
[3]さらに、活性剤を含む、[1]に記載のはんだ付け用フラックス。
[4]炭素数が16〜18の一価のアルコールの含有量が0質量%超20質量%以下である、[1]−[3]いずれかに記載のはんだ付け用フラックス。
[5]炭素数が16〜18の一価のアルコールの含有量が5−15質量%の範囲内である、[4]に記載のはんだ付け用フラックス。
[6]グリコール系溶剤の含有量(質量%)に対する炭素数が16〜18の一価のアルコールの含有量(質量%)の比(炭素数が16〜18の一価のアルコール含有量/グリコール系溶剤の含有量)が、0.01−1.25である、[1]−[5]いずれかに記載のはんだ付け用フラックス。
[7]グリコール系溶剤の含有量(質量%)に対する炭素数が16〜18の一価のアルコールの含有量(質量%)の比(炭素数が16〜18の一価のアルコール含有量/グリコール系溶剤の含有量)が、0.15−0.72である、[6]に記載のはんだ付け用フラックス。
[8]ロジン系樹脂を30−60質量%、グリコール系溶剤を20−45質量%、炭素数が16〜18の一価のアルコールを5−20質量%、及び、有機酸を1−15質量%の範囲内で含む、はんだ付け用フラックス。
[9]さらに、チキソ剤及び/又は酸化防止剤を含む、[1]−[8]いずれかに記載のはんだ付け用フラックス。
[10]前記16〜18の一価のアルコールが、炭素数16の一価のアルコールである、[1]−[9]いずれかに記載のはんだ付け用フラックス。
[11]前記炭素数16の一価のアルコールが、2−ヘキシルデカノールである、[10]に記載のはんだ付け用フラックス。
[12][1]−[11]いずれかに記載のはんだ付け用フラックスとはんだ粉末を含む、はんだペースト。
ロジン系樹脂としては、例えば、ガムロジン、ウッドロジン等の天然ロジンや、その誘導体(重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、酸変性ロジン、ロジンエステル等)が挙げられる。
フラックス中の樹脂の含有量に限定はなく、例えば、10−80質量%の範囲内とすることができ、20−70質量%の範囲内としてもよいし、30−60質量%の範囲内としてもよい。
ここで、グリコール系溶剤とは、グリコール(脂肪族又は脂環式炭化水素の2つの相異なる炭素原子に1つずつ水酸基が結合している構造を有する化合物)又はその誘導体からなる溶剤をいう。本実施形態において、グリコール系溶剤の種類に限定はなく、例えば、はんだ付け用フラックスに一般的に使用されているものを用いることができ、具体例としては、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、フェニルグリコール、ヘキシルジグリコール、2−エチルヘキシルジグリコールに加え、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルカルビトール)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メチルカルビトール)、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(ヘキシルカルビトール)、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコールエーテル類が挙げられる。これらのうち、炭素数2〜24のアルコールのグリコールエーテル(具体的には、モノグリコールエーテル(炭素数:4〜26)、ジグリコールエーテル(炭素数:6〜28)、オリゴグリコールエーテル(炭素数:2+2×n〜24+2×n))が好ましく、炭素数4〜16のアルコールのグリコールエーテルがより好ましく、炭素数6〜8のアルコールのグリコールエーテルが特に好ましい。
グリコール系溶剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
炭素数16〜18の一価のアルコールとしては、1−ヘキサデカノール(炭素数16)、2−ヘキシルデカノール(炭素数16)、イソヘキサデカノール(炭素数16)、1−ヘプタデカノール(炭素数17)、1−オクタデカノール(炭素数18)、イソステアリルアルコール(炭素数18)等が挙げられ、一種のみ用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
この中でも、炭素数16のものが好ましく、とりわけ、2−ヘキシルデカノール(CAS番号:2425−77−6)は、ベタツキが少なく好ましい。2−ヘキシルデカノールとしては、例えば、ファインオキソコール1600(日産化学工業株式会社製、登録商標)などを使用することができる。
フラックス中の活性剤の含有量に限定はなく、例えば、0−30質量%の範囲内であってもよいし、0−20質量%の範囲内であってもよい。
これらの有機酸の中には揮発性のものや、その沸点がはんだ付け温度よりも低いものも多く含まれるところ、そのようなものははんだ付けの際にボイドの原因となるガスを発生しやすい。しかし、本実施形態においては、ガスが発生したとしてもボイドとしてはんだ付け部に残存することがないので、本実施形態はフラックスが揮発性や沸点の低い有機酸を含む場合に特に有効である。
フラックス中の有機酸の含有量に限定はなく、例えば、1−15質量%の範囲内であってもよく、3−10質量%の範囲内であってもよい。
フラックス中のアミンの含有量に限定はなく、例えば、0−10質量%の範囲内であってもよく、0−5質量%の範囲内であってもよい。
フラックス中の有機ハロゲン化合物の含有量に限定はなく、例えば、0−10質量%の範囲内であってもよく、0−5質量%の範囲内であってもよい。
フラックス中のアミンハロゲン化水素酸塩類等の含有量に限定はなく、例えば、0−5質量%の範囲内であってもよく、0−2質量%の範囲内であってもよい。
フラックス中のチキソ剤の含有量に限定はなく、例えば、0−30質量%の範囲内であってもよいし、0−10質量%の範囲内であってもよい。
フラックス中の酸化防止剤の含有量に限定はなく、例えば、0−10質量%の範囲内であってもよいし、0−5質量%の範囲内であってもよい。
はんだ粉末の組成については限定はなく、有鉛であってもよいし、無鉛であってもよい。具体的には、例えば、Sn−Pb系合金、Sn−Cu系合金、Sn−Ag系合金、Sn−Bi系合金、Sn−In系合金、Sn−Sb系合金や、Sn−Pb−M(Mは、Bi、Cu、In、Sb及びAgからなる群から選ばれる1種以上の金属)で表される三元系又はそれ以上の多元系合金、Sn−Zn−M(Mは、Bi、Cu、In、Sb及びAgからなる群から選ばれる1種以上の金属)で表される三元系又はそれ以上の多元系合金、Sn−Ag−M(Mは、Bi、Cu、In、Sb及びZnからなる群から選ばれる1種以上の金属)で表される三元系又はそれ以上の多元系合金等が挙げられる。
はんだ粉末の粒子形状や粒径についても限定はなく、形状については、例えば、球状、平板状、針状又は不定形状であってもよいし、粒径については、例えば、動的光散乱方式で測定される平均粒子径が1〜100μmであってもよいし、5〜50μmであってもよい。
フラックスの製造にあたっては、最終的にフラックスの全成分が混合されればよく、グリコール系溶剤と炭素数が16〜18の一価のアルコールは予め混合して混合溶剤としておいてもよいし、別々のタイミングでフラックスの他の成分と混合してもよいし、グリコール系溶剤と炭素数が16〜18の一価のアルコールを含むフラックスの全成分を同時に混合してもよい。
また、はんだペーストの製造にあたっても、必ずしも、フラックスを予め調製して、これをはんだ粉末とを混合する必要はなく、最終的にフラックスの全成分、はんだ粉末及び必要に応じてはんだペーストに添加される添加剤とが混合されるのであれば混合の順番は問わず、フラックスの成分の一部とはんだ粉末とを混合した後、フラックスの残りの成分を添加するなどしてもよい。
(1)乾燥度
JIS Z 3197: 2012, 8.5.1乾燥度試験に準拠して、フラックスの乾燥度を評価した。
具体的には、各実施例、比較例のフラックスとSn−3.0Ag−0.5Cu(SAC305)組成のはんだ粉末(平均粒子径φ:21μm)をフラックス:はんだ粉末=11:89の質量比で混合したはんだペーストを作製した。次いで、上記JIS試験方法に従って試験片を作製し、試験を行い、フラックスの乾燥度(フラックスの乾燥のしやすさ、具体的にはフラックス残渣の粘着性)を、試験片上のフラックス残渣表面に振りかけた粉末タルクの付着度合いで評価した。
評価は、粉末タルクがブラッシングで除去できた場合を○、除去できなかった場合を×とした。
(1)乾燥度試験と同様にしてはんだペーストを作製した。
次いで、ペーストを、8mm×8mmのCu−OSP電極(N=15)の上にメタルマスクを用いて120μm高さに印刷した。その後、大気雰囲気下にてリフローした。リフロープロファイルは、190℃で2分保持し、その後260℃まで1.5℃/秒で昇温、とした。
リフロー後のはんだ付け部(はんだバンプ)の透過画像をUNi−HiTE SYSTEM社製Microfocus X−ray System XVR−160を用いて観察し、ボイド発生率を求めた。具体的には、はんだバンプについて上部から下部に向かって透過観察を行い、円形のはんだバンプ透過画像を得、その色調のコントラストに基づき金属充填部とボイド部を識別して自動解析によりボイド面積率を算出し、これをボイド発生率とした。このようにして求めたボイド発生率を用いて、以下の基準でボイドの発生しにくさを評価した。
15個のはんだ付け部全てにおいてボイド発生率が15%以下である場合:○○
15個のはんだ付け部中にボイド発生率が15%超のものが含まれるが、いずれも20%以下である場合:○
15個のはんだ付け部中にボイド発生率が20%超のものが含まれる場合:×
JIS Z 3198−4に準じて、フラックスのはんだぬれ性を評価した。
具体的には、150℃で1時間焼成した幅5mm×長さ25mm×厚み0.5mmの銅板の表面の長さ方向の下端から3mmまでの部分に各実施例、比較例のフラックスを針先で塗布し、下記の条件ではんだ槽に浸せきし、ゼロクロスタイムを測定した。
<浸せき条件>
はんだ組成:Sn−3.0Ag−0.5Cu
はんだ槽温度:250℃ JIS Z 3198−4
浸せき速度:5mm/秒 JIS Z 3198−4
浸せき深さ:2mm JIS Z 3198−4
測定時間:10秒 JIS Z 3198−4
はんだぬれ性は以下の基準で評価した。
ゼロクロスタイムが5.5秒以下:○
ゼロクロスタイムが5.5秒超:×
Claims (7)
- 樹脂、グリコール系溶剤、2−ヘキシルデカノール及び有機酸を含む、はんだ付け用フラックスであって、
グリコール系溶剤の含有量(質量%)に対する2−ヘキシルデカノールの含有量(質量%)の比(2−ヘキシルデカノールの含有量/グリコール系溶剤の含有量)が、0.15−0.72であり、
有機酸を3−10質量%の範囲内で含む、
はんだ付け用フラックス。 - さらに、活性剤を含む、請求項1に記載のはんだ付け用フラックス。
- 2−ヘキシルデカノールの含有量が0質量%超20質量%以下である、請求項1又は2に記載のはんだ付け用フラックス。
- 2−ヘキシルデカノールの含有量が5−15質量%の範囲内である、請求項3に記載のはんだ付け用フラックス。
- ロジン系樹脂を30−60質量%、グリコール系溶剤を20−45質量%、2−ヘキシルデカノールを5−20質量%、及び、有機酸を3−10質量%の範囲内で含む、はんだ付け用フラックス。
- さらに、チキソ剤及び/又は酸化防止剤を含む、請求項1−5いずれか一項に記載のはんだ付け用フラックス。
- 請求項1−6いずれか一項に記載のはんだ付け用フラックスとはんだ粉末を含む、はんだペースト。
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