JP7066798B2 - はんだ組成物 - Google Patents
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本発明のはんだ組成物は、(A)樹脂と、(B)活性剤と、(C)溶剤とを含有するフラックス組成物と、(D)融点が170℃以下のはんだ合金からなるはんだ粉末とを含有し、前記(A)成分が、(A1)酸価が45mgKOH/g以下である樹脂を含有し、前記(A1)成分の配合量が、前記(A)成分100質量%に対して、40質量%以上であることを特徴とするものである。
本発明のはんだ組成物においては、前記(A1)成分が、テルペンフェノール樹脂であることが好ましい。
本発明のはんだ組成物においては、前記(B)成分が、(B1)有機酸を含有することが好ましい。
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。
まず、本実施形態に用いるフラックス組成物について説明する。本実施形態に用いる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、(B)活性剤、および(C)溶剤を含有するものである。
本実施形態に用いる(A)樹脂は、(A1)酸価が45mgKOH/g以下である樹脂を含有する。この(A1)成分の酸価が45mgKOH/g超である場合には、はんだ溶融性およびはんだぬれ性が不十分となる。また、はんだ溶融性およびはんだぬれ性の観点から、(A1)成分の酸価は、40mgKOH/g以下であることが好ましく、30mgKOH/g以下であることがより好ましく、20mgKOH/g以下であることが特に好ましい。一方で、活性作用の観点から、(A1)成分の酸価は、1mgKOH/g以上であることが好ましく、3mgKOH/g以上であることがより好ましく、5mgKOH/g以上であることが特に好ましい。なお、酸価(平均酸価)は、試料1gに含まれている遊離脂肪酸を中和するのに必要な水酸化カリウムを求めることで測定できる。
ロジンエステルの原料としての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、ウッドロジンおよびトール油ロジンなどが挙げられる。ロジン系変性樹脂としては、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。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。
ここで、水素添加ロジンとしては、完全水添ロジン、部分水添ロジン、並びに、不飽和有機酸の変性ロジンである不飽和有機酸変性ロジンの水素添加物(「水添酸変性ロジン」ともいう)などが挙げられる。また、不飽和有機酸としては、(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、マレイン酸などの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などが挙げられる。
ロジンエステルの原料としてのロジン系樹脂としては、はんだぬれ性の観点から、水素添加ロジンが好ましく、完全水添ロジンがより好ましい。
本実施形態に用いるアクリル樹脂は、アクリル系モノマーを重合して得られるものが挙げられる。
アクリル系モノマーとしては、(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、およびステアリル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。アクリル系モノマー中の(メタ)アクリル酸の配合量を変更することで、アクリル樹脂の酸価を調整できる。なお、本明細書において、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸またはメタクリル酸のことを意味する。
本実施形態に用いる(B)活性剤としては、有機酸、非解離性のハロゲン化化合物からなる非解離型活性剤、アミン系活性剤などが挙げられる。これらの活性剤は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。なお、これらの中でも、環境対策の観点や、はんだ付け部分での腐食を抑制するという観点からは、(B1)有機酸を用いることがより好ましい。
モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブチリック酸、バレリック酸、カプロン酸、エナント酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ツベルクロステアリン酸、アラキジン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸、グリコール酸などが挙げられる。
ジ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、フマル酸、マレイン酸、酒石酸、ジグリコール酸などが挙げられる。これらの中でも、活性作用の観点から、グルタル酸、またはアジピン酸が好ましい。
その他の有機酸としては、ダイマー酸、レブリン酸、乳酸、アクリル酸、安息香酸、サリチル酸、アニス酸、クエン酸、ピコリン酸などが挙げられる。
非解離型活性剤としては、ハロゲン原子が共有結合により結合した非塩系の有機化合物が挙げられる。このハロゲン化化合物としては、塩素化物、臭素化物、フッ化物のように塩素、臭素、フッ素の各単独元素の共有結合による化合物でもよいが、塩素、臭素およびフッ素の任意の2つまたは全部のそれぞれの共有結合を有する化合物でもよい。これらの化合物は、水性溶媒に対する溶解性を向上させるために、例えばハロゲン化アルコールやハロゲン化カルボキシル化合物のように水酸基やカルボキシル基などの極性基を有することが好ましい。ハロゲン化アルコールとしては、例えば2,3-ジブロモプロパノール、2,3-ジブロモブタンジオール、トランス-2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオール、1,4-ジブロモ-2-ブタノール、トリブロモネオペンチルアルコールなどの臭素化アルコール、1,3-ジクロロ-2-プロパノール、1,4-ジクロロ-2-ブタノールなどの塩素化アルコール、3-フルオロカテコールなどのフッ素化アルコール、その他これらに類する化合物が挙げられる。ハロゲン化カルボキシル化合物としては、2-ヨード安息香酸、3-ヨード安息香酸、2-ヨードプロピオン酸、5-ヨードサリチル酸、5-ヨードアントラニル酸などのヨウ化カルボキシル化合物、2-クロロ安息香酸、3-クロロプロピオン酸などの塩化カルボキシル化合物、2,3-ジブロモプロピオン酸、2,3-ジブロモコハク酸、2-ブロモ安息香酸などの臭素化カルボキシル化合物、その他これらに類する化合物が挙げられる。
本実施形態に用いる(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、1,5-ペンタンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、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、ジエチレングリコールモノ2-エチルヘキシルエーテル(EHDG)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、α,β,γ-ターピネオール、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。
本実施形態においては、印刷性などの観点から、さらにチクソ剤を含有していてもよい。本発明に用いるチクソ剤としては、硬化ひまし油、アミド類、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)成分および前記チクソ剤の他に、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、発泡剤などが挙げられる。その他の樹脂としては、アクリル樹脂などが挙げられる。
次に、本実施形態のはんだ組成物について説明する。本発明のはんだ組成物は、前記本発明のフラックス組成物と、以下説明する(D)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35質量%以下であることが好ましく、7質量%以上20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上16質量%以下であることが更により好ましく、12質量%以上15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%未満の場合(はんだ粉末の配合量が95質量%を超える場合)には、バインダーとしてのフラックス組成物が足りないため、フラックス組成物とはんだ粉末とを混合しにくくなる傾向にあり、他方、フラックス組成物の配合量が35質量%を超える場合(はんだ粉末の配合量が65質量%未満の場合)には、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にくくなる傾向にある。
本発明に用いる(D)はんだ粉末は、融点が170℃以下のはんだ合金からなるはんだ粉末である。このはんだ粉末におけるはんだ合金としては、スズ(Sn)およびビスマス(Bi)を含有するはんだ合金が好ましい。また、この合金の第三元素としては、銀(Ag)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)およびアンチモン(Sb)などが挙げられる。
これらのはんだ合金としては、具体的には、Sn-Bi系のはんだ合金、Sn-Bi-Ag系のはんだ合金、Sn-Bi-Cu系のはんだ合金、および、Sn-In系のはんだ合金などが挙げられる。
これらのはんだ合金の融点は、130℃以上160℃以下であることが好ましく、130℃以上150℃以下であることがより好ましい。
本発明のはんだ組成物は、上記説明したフラックス組成物と上記説明した(D)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、前述した本実施形態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ものである。本発明の電子基板は、例えば、前述した本実施形態のはんだ組成物を用いる方法であって、以下説明する塗布工程、搭載工程およびリフロー工程を備える方法により、製造できる。
電極端子の材質としては、公知の導電性材料(銅、銀、および金など)を適宜用いることができる。
塗布装置としては、例えば、ディスペンサー、スクリーン印刷機、ジェットディスペンサー、およびメタルマスク印刷機などが挙げられる。
塗膜の厚み(塗膜厚)は、適宜設定できる。
電子部品としては、チップ部品、BGAパッケージ、チップサイズパッケージなどが挙げられる。
搭載工程で用いる装置としては、公知のチップマウント装置を適宜用いることができる。
ここで用いる装置としては、公知のリフロー炉を適宜用いることができる。
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-Bi系のはんだ合金を用いる場合には、プリヒート温度を80℃以上100℃以下に設定し、プリヒート時間を60秒間以上120秒間以下に設定し、ピーク温度を150℃以上180℃以下に設定すればよい。
また、本実施形態において、このリフロー工程は、窒素雰囲気下で施されることが好ましい。前述した本実施形態のはんだ組成物については、酸化の影響を受けやすい。そこで、このように窒素雰囲気下でリフロー工程を行うことで、より確実に、はんだ付けを行うことができる。
例えば、前記電子基板では、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。
((A1)成分)
ロジンエステルA:完全水添ロジンメチルエステル(軟化点:0℃(25℃で液状)、酸価:8mgKOH/g以下)、商品名「M-HDR」、丸善油化社製
ロジンエステルB:水添ロジンエステル(軟化点:98.5℃、酸価:5mgKOH/g)、商品名「パインクリスタルKE-311」、荒川化学工業社製
ロジンエステルC:ロジンエステル(軟化点:127.5℃、酸価:16.1mgKOH/g)、商品名「スーパーエステルA-125」、荒川化学工業社製
ロジンエステルD:ロジンエステル(軟化点:126℃、酸価:13.3mgKOH/g)、商品名「ペンセルD-125」、荒川化学工業社製
ロジンエステルE:ロジンエステル(軟化点:80~90℃、酸価:4~12mgKOH/g)、商品名「ハリタック F85」、ハリマ化成社製
ロジンエステルF:水酸基含有ロジンエステル(軟化点:94~104℃、酸価:10~20mgKOH/g)、商品名「パインクリスタルKE-359」、荒川化学工業社製
テルペンフェノール樹脂:テルペンフェノール樹脂(軟化点:95~105℃、酸価:2mgKOH/g)、商品名「YSポリスターT100」、ヤスハラケミカル社製
アクリル樹脂:メタクリル酸、ラウリルアクリレートおよび2-エチルヘキシルメタクリレートからなるモノマーを重合して得られたアクリル樹脂(酸価:40mgKOH/g)((A2)成分)
ロジン系樹脂A:水添酸変性ロジン(軟化点:124~134℃、酸価:230~245mgKOH/g)、商品名「パインクリスタルKE-604」、荒川化学工業社製
ロジン系樹脂B:完全水添ロジン(軟化点:79~88℃、酸価:158~173mgKOH/g)、商品名「フォーラルAX」、理化ファインテク社製
ロジン系樹脂C:重合ロジン(軟化点:135~145℃、酸価:140~150mgKOH/g)、商品名「中国重合ロジン」、荒川化学工業社製
((B)成分)
活性剤A:アジピン酸
活性剤B:トランス-2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオール
((C)成分)
溶剤A:ジエチレングリコールモノ-2-エチルヘキシルエーテル(沸点:272℃、20℃における粘度:10.4mPa・s)、商品名「EHDG」、日本乳化剤社製
溶剤B:α,β,γ-ターピネオール(沸点:217℃、20℃における粘度:67mPa・s)、商品名「ターピネオールC」、日本テルペン化学社製
((D)成分)
はんだ粉末:合金組成はSn-58Bi、粒子径分布は5~15μm、はんだ融点は137~139℃
(他の成分)
チクソ剤A:商品名「スリパックスZHH」、日本化成社製
チクソ剤B:硬化ひまし油、商品名「ヒマコウ」、KFトレーディング社製
酸化防止剤A:商品名「イルガノックス245」、BASF社製
酸化防止剤B:商品名「イルガノックスMD1024」、BASF社製
ロジンエステルA40質量%、活性剤A5質量%、溶剤A14質量%、溶剤B29質量%、チクソ剤A6質量%、チクソ剤B2質量%、酸化防止剤A3質量%、および酸化防止剤B1質量%を容器に投入し、プラネタリーミキサーを用いて混合してフラックス組成物を得た。
その後、得られたフラックス組成物12質量%およびはんだ粉末88質量%を容器に投入し、プラネタリーミキサーにて混合することで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、はんだ組成物を得た。
[比較例1~3]
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、はんだ組成物を得た。
はんだ組成物の評価(ぬれ効力、フラックス残さの粘着性)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)ぬれ効力
JIS Z 3284のぬれ効力およびディウェッティング試験に準拠した方法で、ぬれ効力を評価した。すなわち、まず、銅板の表面を、2-プロパノールで洗い、銅板の片面を、2-プロパノールを滴下しながら研磨紙を用いて研磨した後、2-プロパノールで表面の汚れを洗い、室温で十分乾燥させた。そして、メタルマスクを用いて、銅板の中央にはんだ組成物を塗布し、試験板とした。次に、はんだ槽の設定温度を235℃とし、試験板をはんだ槽から水平に保ちながら引き上げ、室温まで冷却した。その後、フラックス残さを、2-プロパノールで取り除いた状態で、はんだの広がりの度合を観察し、以下の基準に従って、ぬれ効力を評価した。
◎:はんだ組成物を塗布した部分の面積以上にぬれ広がり、はんだでぬれた状態である。
○:はんだ組成物を塗布した部分は全て、はんだでぬれた状態である。
△:はんだ組成物を塗布した部分はほぼ全て、はんだでぬれた状態である。
×:はんだ組成物を塗布した部分の大半は、はんだでぬれた状態(ディウェッティングも含まれる。)である。
××:試験板は、はんだがぬれた様子はなく、溶融したはんだは一つまたは複数のはんだボールとなった状態(ノンウェッティング)である。
(2)フラックス残さの粘着性
基板にはんだ組成物を印刷して試験板とした。この試験板にリフロー処理(プリヒート温度が80~100℃(60秒)で、温度140℃以上の時間が50秒間で、ピーク温度が170℃)を施し、室温まで放冷した後、試験板上に形成されたフラックス残さを、指触にて観察し、以下の基準で評価した。
○:貼りつき跡がない。
△:貼り付き跡が生じる。
×:指にフラックス残さの成分が付着する。
Claims (3)
- (A)樹脂と、(B)活性剤と、(C)溶剤とを含有するフラックス組成物と、(D)融点が170℃以下のはんだ合金からなるはんだ粉末とを含有し、
前記(A)成分が、(A1)酸価が45mgKOH/g以下である樹脂を含有し、
前記(A1)成分が、ロジンエステル(但し、ロジンテトラオールエステルを除く)であり、
前記(B)成分が、(B1)有機酸を含有し、
前記(A1)成分の配合量が、前記(A)成分100質量%に対して、40質量%以上である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - 請求項1に記載のはんだ組成物において、
前記(A1)成分が、25℃において、液状である
ことを特徴とするはんだ組成物。 - (A)樹脂と、(B)活性剤と、(C)溶剤とを含有するフラックス組成物と、(D)融点が170℃以下のはんだ合金からなるはんだ粉末とを含有し、
前記(A)成分が、(A1)酸価が45mgKOH/g以下である樹脂を含有し、
前記(A1)成分が、テルペンフェノール樹脂であり、
前記(A1)成分の配合量が、前記(A)成分100質量%に対して、40質量%以上である
ことを特徴とするはんだ組成物。
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