JPH07240B2

JPH07240B2 - 熱的に散逸されるはんだフラックスおよびこれを適用する方法

Info

Publication number: JPH07240B2
Application number: JP2302817A
Authority: JP
Inventors: エベリツト・ウイリアム・メイス; ジヤネツト・シツクラー; バラダラジヤン・スリニバサン
Original assignee: インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: DE69017388T2; US5004508A; JPH03210994A; EP0433052B1; EP0433052A1; DE69017388D1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景１技術分野：本発明は、はんだフラックス、及び部材、特に金属の部
材を一緒にはんだ付けするための方法におけるそれらの
使用に関する。本発明のフラックス組成物は、マイクロ
電子工学の分野において、例えば集積回路モジュール及
び集積回路基板の製造において特に有用である。

２関連技術の説明：マイクロ電子加工片の製造における共通の仕事は、基体
中に挿入される入力／出力ピンを有する単一チップまた
は多チップモジュールの製造を含む。入力／出力ピン
は、集積回路の一つのチップまたは複数のチップに必要
とされる電気的接続を与え、これらのチップは引き続い
て基体または担体に接続される。現在知られているその
他の製造方法においては、チップを直接印刷回路基板に
はんだ付けする。どちらの方法に関しても、加工片を選
ばれた基体、例えば、印刷回路基板に接続するために、
典型的には、はんだフラックス組成物がピンに付与され
てきた。フラックス組成物は、ピンから酸化物を除去す
るために、そしてはんだ付けのための高められた温度に
さらされる時にピンが酸化されるのを防止するために用
いられ、かくしてピンの電気伝導性を維持する役割を果
す。一度はんだが付与されると、ピン及び基体上に残る
すべてのフラックス組成物または残渣を除去してできる
限りきれいな基体を供給しなければならない。過去にお
いては、これは、フラックス除去の余分なステップが製
造方法において必要であることを意味してきた。

一般に、はんだ付け作用、特にフラックスの除去はマイ
クロ電子製品に適用される場合に増々困難となり、接合
されるべき加工片は極端に小さいので清浄化、はんだの
薄いコート、後清浄化および検査を困難にさせる。ある
場合には、過熱を避けるために、接合されるべき加工片
の先端部分だけが、はんだ付け操作の間に加熱し得る。
清浄化及び後清浄化は、加工片の小さいサイズ、それら
の大きな数、及びもしあれば、使用される清浄化溶液に
よる電子製品に予想される損傷のために困難である。別
の問題の源は、多くの既知のはんだフラックスが腐食性
であるという事実から生じる。マイクロ電子製品におい
ては、残留フラックスによる腐食が極端にコストの高い
デバイスを破壊し得る。

現在入手できる多くの有機水溶性フラックスは、腐食性
物質例えばハロゲン化物を含む。遊離のハロゲンを含む
フラックス組成物は、はんだ付け温度での加水分解によ
って水素酸及び対応するハロゲン化物イオンに転化され
る可能性がある。水素酸は、さらに、フラックス中に存
在する有機物質と反応して遊離のハロゲン化物イオンに
なる可能性がある。従って、もしフラックス残査が完全
に除去されないならば、それは、はんだ付けされた加工
片の腐食をもたらすであろう。

これらの問題のために、いわゆる“非活性化（non-acti
vated）”ロジンフラックスが、マイクロ電子の環境に
おいては過去において使用されてきた。しかしながら、
純粋なロジン単独は、酸化物除去の能力において限られ
そして受け入れられる製品を製造するためには再加工が
必要とされる可能性があるので、これは、一般に、受け
入れられる解決を与えなかった。

純粋なロジンフラックスの酸化物除去能力を改良するた
めに、多数の“活性化”または“軽活性化”ロジンフラ
ックスが開発されてきた。これらの製品は二三の欠点、
例えばはんだ付け操作の後に残る腐食性薬剤の除去を確
実にするための清浄化ステップの必要性を有する。例え
ば、中和と組み合わせた熟水リンス若しくは熱水リンス
及び中和と組み合わせた温和な塩酸溶液を用いること、
または特別の水ベースの洗剤を使用することがしばしば
必要であった。これらの清浄化ステップは、基体に対す
るチップの低い立ち上がり高さ（典型的には0.002イン
チ〜0.004インチ）が、水性または非溶媒プロセスによ
ってチップの下を清浄化することを極端に困難にする集
積回路基板へのチップの組み込みの間には極端に困難で
あった。

本発明者らがテストした商業的に入手できるその他の低
残査フラックスは、薄すぎて、製造操作の間にチップの
下から流れ出てそしてチップを所定の場所に保持するこ
とができないことが証明された。

本発明は、はんだリフローの後で熱的に散逸して、慣用
の検査技術例えば工学顕微鏡検査、または低い倍率での
目視検査によって見えるであろう可視残査が印刷回路基
体上に残らないはんだフラックスを提供することをその
目的として有する。

本発明の別の目的は、製造コスト節減をもたらしそして
環境上優れていて化学的再生利用または廃物処理を必要
としない、“清浄化不要”フラックスを提供することで
ある。

本発明の別の目的は、優れた濡れ性質与えそして、適用
の後でも粘着性のままで、正確に整列されたチップを正
しい場所に保持するフラックスを与える新規なフラック
スベース成分を有する“はんだ”フラックスを提供する
ことである。

本発明の別の目的は、基体上に存在する酸化物を除去す
る必要な活性を有してそれによって適切な接着を促進す
る熱的に散逸されるはんだフラックスを提供することで
ある。

その他の目的を、特徴及び利点は、以下に記される説明
において明らかになるであろう。

発明の要約本発明の熱的に散逸されるはんだフラックスは、フラッ
クスのために適切に粘着性であるがそれでいて流動性の
媒体を与えるフラックスベースとしての樟脳、液体溶媒
すなわち有機希釈剤、例えばイソプロピルアルコール、
及び有機活性化剤、例えば脂肪族ジカルボン酸から成
る。これらの成分を合わせることによって、適用の後で
粘着性のままであって、正確に整列されたチップをリフ
ローのために所定の場所に保持し、そして引き続いて熱
的に散逸されて清浄化を必要とする目で見える残渣が存
在しない液体はんだフラックスが製造される。

本発明の方法は、加工片、例えば集積回路チップのピン
及び／または基体上の回路パッドの上の一部の表面にフ
ラックスを適用するために使用される。フラックスで覆
われる部分を、フラックスベースとしての樟脳、有機活
性化剤及び有機希釈剤の混合物から本質的に成る本発明
のはんだフラックスと接触させる。次に接触させられた
部分を、有機活性化剤が加工片の一部分の表面上に存在
する酸化物と反応しそして溶液が蒸発して残査を残さな
い温度に加熱する。

基体、例えば印刷回路基板へのチップの接合において
は、ピン及び基体上の選ばれた領域を本発明のフラック
ス組成物を使用してはんだ付けする。次に金属のはんだ
を、はんだの融点より高い温度に接合されるべきチップ
及び基体の少なくとも一つに付与する。チップ及び基体
を金属のはんだの融点より高い温度で接触させ、そして
次にはんだの融点より低い温度に冷却して、それによっ
て、接合された加工片の後清浄化なしで、接触させられ
た部分を一緒に接合する。

好ましい実施態様の詳細な説明本発明のはんだフラックス組成物は、（１）フラックス
ベースとしての樟脳；（２）有機溶媒すなわち有機希釈
剤；及び（３）フラックスで覆われる表面上に存在する
酸化物と反応するタイプの有機活性化剤；から成る。

本発明のはんだフラックス中で使用される樟脳は、既知
の物質でありそして多数の供給源から商業的に入手でき
る。それはクスノキ、ローラス樟脳（laurus camphor）
中に天然に産出しそして塩化ビニル及びシクロペンタジ
エンから合成することができる。ピネンからの部分合成
もまた重要な供給源である。それは、芳香性の浸透する
香りを有する半透明の物質でありそして少し苦い涼味感
を有する。それは、部屋の温度及び圧力でかなり昇華
し、そして約152.24の分子量、約175℃±２℃の融点を
有する。それは、例えばウイスコンシン州ミルウオーキ
ーのAldrichケミカル社、ミズリー州セントルイスのSig
maケミカル社及びニューヨーク州ロチェスターのイース
トマンコダック社から、好ましくは96％純粋な形で、
“dl−樟脳”として商業的に入手できる。

本発明の組成物においては、この樟脳成分は、全フラッ
クス組成物の約10〜約20重量％、もっとも好ましくは約
14〜15重量％の量で用いられる。

本発明の組成物はまた、フラックスで覆われる表面上に
存在する酸化物を除去するのに効果的でありそして基体
の濡れを改良する有機活性化剤を含む。好ましくは、こ
の有機活性化剤は本来つかの間のものであり、約200℃
及びそれ以上の範囲に加熱される時には完全に飛散す
る。既知の有機活性化剤は、例えば、約２〜６の炭素原
子を有する脂肪族ジカルボン酸、即ち、シュウ酸、マロ
ン段、コハク酸、グルタル酸及びアジピン酸を含む。そ
の他の有機活性化剤は、文献中に述べられていてそし
て、例えば、エチレンジアミン四酢酸及び／またはジエ
チレントリアミン五酢酸及び／またはそれらのナトリウ
ム塩を含む。本目的のために特に好ましい有機活性化剤
はアジピン酸、HOCO(CH₂)₄COOHである。アジピン酸は、
約146.14の分子量及び153℃の融点を有する白い結晶性
固体である。それは、天然にビートジュース中に見い出
されそしてシクロヘキサノールを濃硝酸によって酸化す
ることによって製造することができる。それは、Aldric
hケミカル社、Sigmaケミカル社及びイーストマンコダッ
ク社から商業的に入手できる。

本発明のはんだフラックスの有機活性化剤成分は、全フ
ラックス組成物の約１〜10重量％、好ましくは約１〜５
重量％、もっとも好ましくは約2.0〜2.5重量％の範囲で
存在する。

本発明のはんだフラックスの残りは、実質的に、リフロ
ー操作の間に蒸発する少なくとも一つの有機溶媒すなわ
ち有機希釈剤である。種々の蒸発性有機溶媒が知られて
いて、好ましい希釈剤は、約１〜４の炭素原子を有する
脂肪族アルコール、即ち、メチルアルコール、エチルア
ルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアル
コール、イソブチルアルコール及びｎ−ブチルアルコー
ルである。効用があることが知られているその他の有機
溶媒は、テトラヒドロフラン、アセトン、酢酸エチル、
蟻酸エチル、ヘキサン、塩化メチレン、ベンゼン、トル
エン、シクロヘキサノン及びこれらの混合物を含む。し
かしながら、いやな臭い、他の成分との有害な反応のな
いことのためにそして環境上及び健康上の心配のないこ
とのために、脂肪族アルコールが好ましい。

本発明のはんだフラックスの有機希釈剤成分は、約60〜
90重量％、好ましくは約80〜90重量％、もっとも好まし
くは約83重量％の範囲で存在する。

本発明をさらに説明するために、以下の非限定的な実施
例を提示する。

実施例Ｉ 60ccのイソプロピルアルコール、10グラムの樟脳（96％
純度）及び約２グラムのアジピン酸（2.5重量％）を混
合することによって、本発明のはんだフラックスを製造
した。これは、樟脳をイソプロピルアルコール中に溶か
しそして有機酸を加えることによって好都合に達成する
ことができる。

このようにして製造されたはんだフラックスの有効性を
試験するために、基体からチップピンを離すために必要
とされるボンドでの力をインストロン引張試験機を使用
して測定する多数の引張試験を実施した。本発明の組成
物に関する結果を、二種の商業的に入手できるフラック
スから得られた結果と比較して第Ｉ表中に示す。第II表
は、本発明のフラックスを使用してはんだ付けされたピ
ンを同じ二種の商業的に入手できるフラックスを使用し
てはんだ付けされたピンと比較する目視のカード検査の
結果を示す。

本発明ははんだフラックスは、引張強さ及びくぼみまた
はクレーターのないことで優れていた。多数のタイプII
の試験ピンが、はんだフラックスの過剰に薄い性質のた
めに整合しなかったことが注目される。

実施例II 60ccのイソプロピルアルコール、10グラムの樟脳（96％
純度）及び約２グラム（2.5重量％）のコハク酸を混合
することによって、本発明のはんだフラックスを製造し
た。得られた試験結果は、上の実施例Ｉにおいて得られ
た結果と同様であった。

発明によるいくつかの利点を提供してきた。本発明のは
んだフラックスは、使用の間に熱的に散逸されそして後
清浄化操作が必要とされるような目視できる残査を残さ
ない。本発明のはんだフラックスは、優れた濡れ性を示
し、フラックスで覆われる表面上の酸化物を効果的に除
去するために必要な活性をもたらす。樟脳成分は、リフ
ローの間、正確に整列されたチップを所定の場所に保持
するそして清浄化を必要としない、粘着性であるが流動
性の媒体を与える。本組成物は、はんだ付け操作の前ま
たは後の時間の間に例えもしカード上に残っても腐食性
を示さない。本発明のフラックスの副生成物は不活性で
ありそして望ましくない残査を残さない。本組成物は、
環境上及び／または健康上の危険物である化学物質の使
用なしで調合することができる。

好ましい実施態様を参照して本発明を特に示しそして説
明してきたけれども、本発明においては形態及び詳細に
おける種々の変化を本発明の精神及び範囲から離れるこ
となく実施することができることは当業者には理解され
るであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−120662（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラックスベースとしての約10〜約20重量
％の樟脳、約１〜約５重量％の有機活性化剤、及び残余が実質的に少なくとも一種の有機希釈剤から成る、熱的に散逸される清浄化不要のはんだフラッ
クス。
【請求項２】有機活性化剤が約２〜６の炭素原子を有す
る脂肪族ジカルボン酸である、請求項１記載の熱的に散
逸されるはんだフラックス。
【請求項３】有機活性化剤がシュウ酸、マロン酸、コハ
ク酸、グルタル酸及びアジピン酸から成る群から選ばれ
る、請求項２記載の熱的に散逸されるはんだフラック
ス。
【請求項４】有機希釈剤が約１〜４の炭素原子を有する
脂肪族アルコールである、請求項１記載の熱的に散逸さ
れるはんだフラックス。
【請求項５】有機希釈剤がメチルアルコール、エチルア
ルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアル
コール、インブチルアルコール及びｎ−ブチルアルコー
ルから成る群から選ばれる、請求項４記載の熱的に散逸
されるはんだフラックス。
【請求項６】フラックスで覆われる加工片を用意し、フラックスで覆われる部分を、フラックスベースとして
の樟脳、有機活性化剤及び有機希釈剤の混合物から本質
的に成る溶液と接触させ、そして接触された部分を、有機活性化剤が表面上に存在する酸
化物と反応しそして溶液が蒸発する温度に加熱する工程から成る、加工片の一部分の表面にフラックスを適
用する方法。
【請求項７】有機活性化剤が約２〜６の炭素原子を有す
る脂肪族ジカルボン酸である、請求項６記載の方法。
【請求項８】有機活性化剤がシュウ酸、マロン酸、コハ
ク酸、グルタル酸及びアジピン酸から成る群から選ばれ
る、請求項７記載の方法。
【請求項９】有機稀釈剤が約１〜４の炭素原子を有する
脂肪族アルコールである、請求項８記載の方法。
【請求項１０】接合されるべき二つの加工片を用意し、接合されるべき部分を、フラックスベースとしての樟
脳、脂肪族ジカルボン酸活性化剤及びアルコール希釈剤
から本質的に成る溶液に接触させ、接合されるべき部分の少なくとも一つに金属のはんだを
付与して、はんだの溶融温度より高い温度でその部分を
はんだで薄くコートし、そして接合されるべき二つの部分を金属のはんだの融点より高
い温度で接触させそして次に接触させた部分を金属のは
んだの融点より低い温度に冷却し、このようにして接触
させた部分を一緒に接合する工程から成り、接合された
加工片の後清浄化なしで実施される、二つの加工片の部
分を接合するための方法。
【請求項１１】加工片の少なくとも一つが電子加工片で
ある、請求項10記載の方法。
【請求項１２】加工片の一つが電子チップでありそして
加工片の一つが印刷回路基板である、請求項11記載の方
法。