JP6864189B2 - フラックス及びはんだ組成物 - Google Patents
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例えば、特許文献1には、ヒンダートフェノール系化合物を酸化防止剤として含むフラックスが記載されている。また、特許文献2には、亜リン酸エステルをチキソトロピック剤として含むフラックスが記載されている。
しかし、これらの従来のフラックスはボイドの発生を十分に抑制できないという問題がある。ボイドの発生を抑制しうる従来のフラックスとしては、例えば、特許文献3及び4に、カルボン酸を含むフラックスが記載されている。しかしながら、これらのフラックスは、粘度等のフラックスの特性を維持することが難しく、さらに、これらのフラックスを用いた場合に濡れ性等の他のはんだ付け性を向上させることが難しい。また、ボイドの発生を十分に抑制することも難しい。
本実施形態のフラックスは環状有機リン酸化合物を含む。
本実施形態において環状有機リン酸化合物とは、環状骨格中にリンが含まれている有機リン酸化合物をいい、例えば、環状のホスファゼン化合物、ホスフィン酸化合物等が挙げられる。
環状有機リン酸化合物としてのホスフィン酸化合物としては、9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-フォスファフェナントレン-10-オキサイドが、ボイド抑制効果が高く、粘度の調整及び濡れ性を向上させうるという観点から特に好ましい。
環状有機リン酸化合物のフラックスにおける含有量が前記範囲である場合には、よりボイド抑制効果が高いフラックスが得られる。
樹脂成分としては、合成樹脂、天然樹脂など、フラックスの樹脂成分として用いられる公知の樹脂成分であれば特に限定されるものではない。例えば、重合ロジン、水添ロジン、天然ロジン、不均化ロジン、酸変性ロジン等が挙げられる。
前記樹脂は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
1.0質量%以上95質量%以下、好ましくは20質量%以上60質量%以下等が挙げられる。
前記活性剤は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
前記溶媒は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
前記酸化防止剤のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、0.1質量%以上50質量%以下、好ましくは1.0質量%以上20質量%以下等が挙げられる。
前記チキソトロピック成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、0.1質量%以上50質量%以下、好ましくは1.0質量%以上20質量%以下等が挙げられる。
前記はんだ合金は、鉛フリー合金であってもよい。
前記はんだ合金としては、特に限定されるものではなく、鉛フリー(無鉛)のはんだ合金、有鉛のはんだ合金のいずれでもよいが、環境への影響の観点から鉛フリーのはんだ合金が好ましい。
具体的には、鉛フリーのはんだ合金としては、スズ、銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン等を含む合金等が挙げられ、より具体的には、Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Cu、Sn/Ag/Bi、Sn/Bi、Sn/Ag/Cu/Bi、Sn/Sb、Sn/Zn/Bi、Sn/Zn、Sn/Zn/Al、Sn/Ag/Bi/In、Sn/Ag/Cu/Bi/In/Sb、In/Ag等の合金が挙げられる。特に、Sn/Ag/Cuが好ましい。
従来のフラックスにおいて、酸化防止剤やその他の添加剤を含む場合に、フラックスの粘度が高くなり取り扱い性が悪くなる場合があった。本実施形態のフラックスは粘度の変化が抑制されているため、取り扱い性や保存性が良好である。
本実施形態のはんだ組成物は、通常のはんだ合金であれば制限なくはんだ合金を含むことができるが、特に、鉛フリーはんだ合金が適している。
鉛フリーはんだ合金を含む鉛フリーはんだ組成物は、はんだ溶融時にフラックスの揮発成分等によるガスが残留しやすく、その結果ボイドが発生しやすいという問題がある。本実施形態のフラックスはかかる鉛フリーはんだ組成物に用いた場合にもボイドを抑制することができる。
以下に示すような材料及び配合でフラックス1〜8を作製した。
作製方法は各材料を加熱容器に投入して、180℃まで加熱し、全材料が溶解して分散したことを確認した。その後、室温にまで冷却して、均一な状態のフラックスを得た。
フラックス1:SPB-100(hexaphenoxycyclotriphosphazene、大塚化学社製)25質量%、樹脂成分30質量%、溶剤成分33質量%、チキソトロピック成分6質量%、活性剤成分6質量%
フラックス2:HCA(9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene 10-oxid、三光社製)25質量%、樹脂成分30質量%、溶剤成分33質量%、チキソトロピック成分6質量%、活性剤成分6質量%
フラックス3:SEENOX-224M(2,2'-methylenebis-(6-tert-butyl-4-methylphenol、シプロ化成社製)25質量%、樹脂成分30質量%、溶剤成分33質量%、チキソトロピック成分6質量%、活性剤成分6質量%
フラックス4:IRGANOX 1010(Pentaerythritol Tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate、BASF社製)25質量%、樹脂成分30質量%、溶剤成分33質量%、チキソトロピック成分6質量%、活性剤成分6質量%
フラックス5:triphenyl-phosphine oxide(試薬、フナコシ社製)25質量%、樹脂成分30質量%、溶剤成分33質量%、チキソトロピック成分6質量%、活性剤成分6質量%
フラックス6:SEENOX-326M(1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-benzene、シプロ化成社製)25質量%、樹脂成分30質量%、溶剤成分33質量%、チキソトロピック成分6質量%、活性剤成分6質量%
フラックス7:SPB-100(hexaphenoxycyclotriphosphazene、大塚化学社製)0.5質量%、樹脂成分40質量%、溶剤成分44質量%、チキソトロピック成分8質量%、活性剤成分7.5%
フラックス8:SPB-100(hexaphenoxycyclotriphosphazene、大塚化学社製)40質量%、樹脂成分20質量%、溶剤成分22質量%、チキソトロピック成分4質量%、活性剤成分4質量%
尚、樹脂成分としてはパインクリスタルKE-604(荒川化学工業社製)、溶剤成分としてはヘキシルジグリコール(日本乳化剤社製)、チキソトロピック成分としては脂肪酸ビスアマイド系チキソトロピック剤、活性剤成分としては有機酸系活性剤を用いた。
さらに、前記フラックスを用いて実施例、参考例及び比較例のはんだ組成物(はんだペースト)を作製した。
はんだ組成物は、はんだ合金粉末(Sn−3.0%Ag−0.5%Cu、粒径20〜38μm)を85質量%、前記フラックスを15質量%となる比率で混合し、各はんだ組成物を作製した。
前記実施例、参考例及び比較例のはんだ組成物を用いて、試験基板を以下のように作製した。
基板として100mm×100mm、厚み1.6mmの銅張積層板を準備した。該基板表面を耐熱プリフラックス(商品名タフエースF2、四国化成工業社製)で処理した。
前記基板にはんだ組成物をそれぞれ厚み120μm、サイズ7.1mm×5.6mm角になるように塗布した。塗布厚みは120μmであった。その後、塗布箇所に部品(パワートランジスタ、TO−252、Snメッキ処理)を搭載した。また、同基板中別箇所にはんだ組成物をそれぞれ厚み120μm、サイズ0.3mm×0.3mmの円状になるように塗布した。塗布厚みは120μmであった。
以下のような温度条件で加熱した。
<温度条件>
昇温速度:3.0℃/秒
ピーク温度:220℃以上30秒
窒素雰囲気
残留酸素濃度2000ppm以下
前記実施例、参考例及び比較例を用いて作製した各試験基板中、上記部品搭載箇所におけるX線透過写真を撮影した。撮影した写真を二値化処理し、接合部のボイド率を算出した。接合部中ボイドの占める面積が15%未満である場合に良、15%以上である場合に不可と評価した。評価結果を表1に示す。尚、撮影装置はマース東研社製 TUX−3100、撮影条件は、管電圧85.0V、管電流50.0μA、フィラメント電流3.130A、倍率10.9倍である。
前記各はんだ組成物の粘度を評価した。
評価方法は作製日当日と40℃に3日間保管した後のはんだペーストの粘度を下記測定条件で測定し、粘度変化率が20%未満である場合に良、20%以上である場合に不可と評価した。結果を表1に示す。尚、測定装置はマルコム社製、PCU−205、測定条件はAモードである。また、粘度変化率は、[{(40℃で3日保管後の粘度)/(作製日当日の粘度)}−1]×100(%)で算出した。
前記試験基板におけるはんだ組成物の濡れ性を評価した。
評価方法は0.3mm×0.3mmの円状に塗布したはんだペーストのはんだ溶融性を目視にて観察した。溶融したはんだ表面が平滑である場合に良、溶融したはんだ表面が平滑でなくはんだ粒子等が残存している場合に不可と評価した。結果を表1に示す。
また、実施例で使用したフラックスは比較例で使用したフラックスに比べて粘度の評価が良好であった。さらに、実施例で使用したはんだ組成物は濡れ性の低下が抑制できていた。
Claims (5)
- 環状有機リン酸化合物を含むフラックスであって、前記環状有機リン酸化合物はホスファゼン化合物であり、前記環状有機リン酸化合物が0.5質量%以上40質量%以下含まれるはんだ付け用のフラックス。
- 前記環状有機リン酸化合物は、ヘキサフェノキシシクロトリホスファゼンである請求項1に記載のはんだ付け用のフラックス。
- 請求項1又は2に記載のフラックスとはんだ合金とを含むはんだ組成物。
- 前記環状有機リン酸化合物がはんだ組成物中に0.025質量%以上10質量%以下含まれる請求項3に記載のはんだ組成物。
- 前記はんだ合金は、鉛フリー合金である請求項3又は4に記載のはんだ組成物。
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