JPWO2017142020A1 - フラックス - Google Patents

Abstract

従来のフラックスでは、はんだのブリッジが生じてしまうほど狭小なピッチの電極に対しても、ブリッジを抑制することのできるフラックスを提供する。フラックスは、ポリオキシアルキレンエチレンジアミンを１５質量％以上３５質量％以下、有機酸を２質量％以上１５質量％以下、ベース材を１０質量％以上３０質量％以下、アミンを３質量％以上３０質量％以下、溶剤を２０質量％以上４０質量％以下含有することを特徴とする。

Description

本発明は、界面活性剤を含有するフラックスに関する。

一般的に、はんだ付けに用いられるフラックスは、はんだ合金及びはんだ付けの対象となる接合対象物の金属表面に存在する金属酸化物を化学的に除去し、両者の境界で金属元素の移動を可能にする効能を持つ。このため、フラックスを使用してはんだ付けを行うことで、はんだ合金と接合対象物の金属表面との間に金属間化合物が形成できるようになり、強固な接合が得られる。

近年、フラックスを使用してはんだ付けされる電子部品の小型化により、電子部品のはんだ付け部位である電極ピッチの狭小化が進行している。電極にフラックスを塗布し、はんだでＣｕ等の金属核を被覆した核ボールやはんだボールを搭載したものを加熱してはんだバンプをつくる場合、電極ピッチが狭小化すると、ピッチ間ではんだのブリッジが発生し易くなる。はんだのブリッジは、はんだ付けの信頼性を損なう原因となる。

はんだのブリッジは、フラックスの表面張力が高いと発生しやすい。表面張力の高いフラックスは、基板に対して水平な方向に広がりにくく、はんだの溶融時に電極間に留まり易くなる。隣り合う溶融はんだが、電極間のフラックスによって引き寄せられ、はんだ同士がくっつくとブリッジとなる。

フラックスの表面張力を弱めてはんだのブリッジを抑制するために、界面活性剤を含有するフラックスが知られている。界面活性剤を含有するフラックスの例として、特許文献１には、ロジンエステル系界面活性剤又はアミド系界面活性剤を含有するフラックス組成物が開示されている。特許文献２には、カチオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤を含むろう接用フラックスが開示されている。

特開平０５−４２３８９号公報 特開２００４−５０１７６５号公報

従来のフラックスでは、例え界面活性剤を含有していても、更に電極ピッチが狭小になると、はんだのブリッジを抑制しきれなくなり、ブリッジが発生してしまうという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決したものであって、従来のフラックスでははんだのブリッジが生じてしまうほど狭小なピッチの電極に対しても、ブリッジを抑制することのできるフラックスを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために採った本発明の技術手段は、次の通りである。
（１）ポリオキシアルキレンエチレンジアミンを１５質量％以上３５質量％以下、有機酸を２質量％以上１５質量％以下、ベース材を１０質量％以上３０質量％以下、アミンを３質量％以上３０質量％以下、溶剤を２０質量％以上４０質量％以下含有することを特徴とするフラックス。

（２）ポリオキシアルキレンエチレンジアミンは、ポリオキシプロピレンエチレンジアミン、ポリオキシエチレンエチレンジアミン、ポリオキシメチルエチレンエチレンジアミン、又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンの少なくともいずれかであることを特徴とする前記（１）に記載のフラックス。

本発明に係るフラックスによれば、狭小なピッチの電極に対してはんだ付けされるはんだのブリッジを抑制することができる。

実施例１のはんだ付け後のフラックス残渣の拡大写真である。 比較例１のはんだ付け後のフラックス残渣の拡大写真である。 比較例３のはんだ付け後のフラックス残渣の拡大写真である。 比較例１のブリッジ発生課程を示す説明図である。 比較例１のブリッジ発生課程を示す説明図である。 比較例１のブリッジ発生課程を示す説明図である。

以下、本発明に係る実施の形態としてのフラックスについて説明する。但し、本発明は以下の具体例に限定されるものではない。

［フラックスの組成例］
本実施の形態のフラックスは、ポリオキシアルキレンエチレンジアミン、有機酸、ベース材、アミン及び溶剤を含有する。

ポリオキシアルキレンエチレンジアミンは、界面活性剤である。ポリオキシアルキレンエチレンジアミンは、下記の化学式で表される。

Ｒ１〜Ｒ４は、側鎖を表す。ポリオキシアルキレンエチレンジアミンは、エチレンジアミンの両端のＮ原子にそれぞれ２つのポリオキシアルキレン基が結合する。

本実施の形態で使用するポリオキシアルキレンエチレンジアミンは、１５質量％以上３５質量％以下添加され、ポリオキシアルキレンエチレンジアミンとしては、ポリオキシプロピレンエチレンジアミン、ポリオキシエチレンエチレンジアミン、ポリオキシメチルエチレンエチレンジアミン、又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンの少なくともいずれかであることが好ましい。

ポリオキシプロピレンエチレンジアミンは、エチレンジアミンの両端のＮ原子にそれぞれ２つのポリオキシプロピレン基が結合する。ポリオキシエチレンエチレンジアミンは、エチレンジアミンの両端のＮ原子にそれぞれ２つのポリオキシエチレン基が結合する。ポリオキシメチルエチレンエチレンジアミンは、エチレンジアミンの両端のＮ原子にそれぞれ２つのポリオキシメチルエチレン基が結合する。

ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンは、エチレンジアミンに結合する４つの側鎖Ｒ１〜Ｒ４にポリオキシプロピレン基とポリオキシエチレン基が少なくとも１つずつ、合計４つ結合する。

有機酸はフラックスにおける活性剤成分として２質量％以上１５質量％以下添加される。有機酸としては、グルタル酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、グリコール酸、ジグリコール酸、チオグリコール酸、チオジグリコール酸、リンゴ酸、酒石酸等が使用される。

ベース材は、１０質量％以上３０質量％以下添加され、ベース材としては、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンコポリマー等が使用される。

アミンはフラックスにおける活性剤成分として３質量％以上３０質量％以下添加される。アミンとしては、例えば、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンジアミン等のポリオキシアルキレンジアミン、ポリオキシプロピレングリコールトリアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラキス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−ポリオキシエチレン−タロウ−１，３−ジアミノプロパン、Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−ポリオキシエチレン−アルキル−１，３−ジアミノプロパン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン等が挙げられる。

溶剤は、２０質量％以上４０質量％以下添加され、フラックス中の固形分を溶かす。溶剤としては、一般的に知られているグリコールエーテル系の化合物から選択される。溶剤は、活性剤の作用を効率よくもたらすために、１２０℃〜１５０℃の低温域において揮発しないことが好ましい。溶剤が揮発してしまうとフラックスの流動性が悪くなり、フラックスが接合箇所に濡れ広がることが難しくなる。そのため、溶剤の沸点は２００℃以上であることが好ましい。溶剤としては、ヘキシレングリコール、２−エチルヘキシルジグリコール、フェニルグリコール、ブチルトリグリコール等が使用される。

上述したフラックスに対するその他の添加剤として、例えば、レジン、チキソ剤、着色剤等をフラックスの性能を損なわない範囲で適宜添加してもよい。

［表１について］
本例では、フラックスに含まれる各組成の配合量を見極めるため、以下の表に示す組成で実施例と比較例のフラックスを調合して、次のようにブリッジ抑制評価を行った。

（Ａ）評価方法
電極径が１８０μｍ、電極間が３００μｍピッチの基板に、以下の表に示す各実施例及び比較例の割合で調合したフラックスを塗布した（フラックス組成中の数字は質量％を示す）。なお、本実施例において、ポリオキシアルキレンエチレンジアミンとしてポリオキシプロピレンエチレンジアミンまたはポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンを選択して添加した。各実施例及び比較例のフラックスが塗布された基板に、合金組成がＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕのはんだを用いた直径２５０μｍのはんだボールを搭載し、ピーク温度２４０℃ではんだ付けした。実施例及び比較例のフラックスを塗布された後にはんだ付けされた各基板について、ブリッジが発生したかどうか評価した。
（Ｂ）判定基準
○：電極にブリッジが発生しなかった
×：電極にブリッジが１箇所以上発生した

表１に示すように、実施例１から実施例８は何れも、ベース材を１０質量％以上３０質量％以下、有機酸を２質量％以上１５質量％以下、アミンを３質量％以上３０質量％以下、ポリオキシプロピレンエチレンジアミンを１５質量％以上３５質量％以下、溶剤を２０質量％以上４０質量％以下の範囲で含有する。実施例９は、ベース材を２０質量％、有機酸を５質量％、アミンを１０質量％、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンを３０質量％、溶剤を３５質量％含有する。実施例１から実施例９は何れも、電極間のブリッジが抑制されていた。

図１に示すように、実施例１において、上述の通り、はんだ付けした後に電極間のブリッジが抑制されていた。

リフロー前の工程において、はんだボールが基板３の上に搭載され、実施例１のフラックスが塗布される。リフロー時の加熱で実施例１のフラックスは、液状化し、表面張力の低い状態となる。更に加熱を続けると、フラックスは、更に広がる。フラックスが薄く広がるので、溶融したはんだは、互いに近づいたり、くっついたりしない。そのため、溶融した後に凝固したはんだ１１Ｂは、ブリッジにならない。

実施例２から実施例９も実施例１と同じようにブリッジが抑制される。実施例１〜９でブリッジが抑制されたのは、実施例１〜９のフラックスがポリオキシプロピレンエチレンジアミン又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンを上述した範囲で含有するために、リフロー時に液状化したフラックスが薄く濡れ広がったからであると推測される。

表１に示すように、比較例１は、ポリオキシエチレンオクタデシルアミンエーテルを含有しており、電極間でブリッジが発生した。比較例２は、ポリオキシエチレンステアリルアミドを含有しており、電極間でブリッジが発生した。比較例３は、界面活性剤を含んでおらず、電極間でブリッジが発生した。

比較例１のフラックス２２を塗布した基板３Ａでは、図２に示すように、はんだ付けした後に電極間にはんだブリッジ２１Ｃが発生した。また、はんだブリッジ２１Ｃが発生しなかった箇所も、溶融した後に凝固した隣接するはんだ２１Ｂの間には、後述するフラックス溜まり２２Ａの残渣２２Ｂが残った。比較例２においても、同様のはんだブリッジ２１Ｃが発生した。

図３に示すように、比較例３のフラックスを塗布した基板３Ｂでも、はんだ付けした後に電極間にはんだブリッジ３１Ｃが発生した。また、はんだブリッジ３１Ｃが発生しなかった箇所も、溶融した後に凝固した隣接するはんだ３１Ｂの間には、後述するフラックス溜まりの残渣３２Ｂが残った。

図４Ａ〜図４Ｃは、比較例１のブリッジ発生課程を示している。図４Ａに示すように、リフロー前の工程において、基板３Ａの上にはんだボール２１が搭載され、比較例１のフラックス２２が塗布される。

リフロー時の加熱で、比較例１のフラックス２２が図４Ｂに示すように、液状化する。基板３Ａが狭ピッチであり、且つ液状化したフラックス２２が表面張力の高い状態のため、フラックス２２は、互いに集まって基板３Ａ上で盛り上がり、フラックス溜まり２２Ａとなる。フラックス溜まり２２Ａができたことにより、溶融したはんだ２１Ａがフラックス溜まり２２Ａに引き寄せられる。はんだ２１Ａが引き寄せられることにより、隣り合うはんだ２１Ａ同士が近づく。

更に加熱を続けると、隣り合っていたはんだ２１Ａ同士がくっついて、図４Ｃに示すように、はんだブリッジ２１Ｃとなる。基板３Ａ上には、残渣２２Ｂが残る。比較例２及び比較例３も比較例１と同様にしてフラックス溜まり２２Ａができるため、はんだブリッジ２１Ｃ、３１Ｃが発生するとともに残渣２２Ｂ、３２Ｂが残る。

実施例３、９、比較例１、２は、いずれもベース材、有機酸、アミン及び溶剤の組成比が同じである上に、いずれも界面活性剤を３０質量％含有するにもかかわらず、実施例３、９ではブリッジを抑制できたが、比較例１、２ではブリッジを抑制できなかった。実施例３、９、比較例１、２は、それぞれが含有する界面活性剤の種類が異なっている。実施例３は、ポリオキシプロピレンエチレンジアミンを、実施例９は、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンを、比較例１はポリオキシエチレンオクタデシルアミンエーテルを、比較例２はポリオキシエチレンステアリルアミドをそれぞれ含有する。このことから、界面活性剤の中でも、ポリオキシプロピレンエチレンジアミン及びポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンが、より優れたブリッジの抑制効果があるといえる。すなわち、ポリオキシプロピレンエチレンジアミン又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンを含有するフラックスは、ブリッジを抑制する効果が高い。

本実施の形態では、ポリオキシアルキレンエチレンジアミンの一例として、ポリオキシプロピレンエチレンジアミン又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンを使用したが、他のポリオキシアルキレンエチレンジアミンでも同様にブリッジの抑制ができる。

例えば、実施例９のフラックスのポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンをポリオキシエチレンエチレンジアミン又はポリオキシメチルエチレンエチレンジアミンに代えたフラックスは、実施例９のフラックスと同じ結果となった。

なお、本実施例において、ベース材、有機酸、アミン、溶剤の含有量は上に記載した量に限られない。また、本実施例において、はんだボールを用いたが、これに限られず、Ｃｕ等の金属を核にした核ボールを用いてもよい。

表１の結果から、次のようなことがわかる。
（ｉ）ポリオキシアルキレンエチレンジアミンを１５質量％以上３５質量％以下、有機酸を２質量％以上１５質量％以下、ベース材を１０質量％以上３０質量％以下、アミンを３質量％以上３０質量％以下、溶剤を２０質量％以上４０質量％以下含有するフラックスは、従来のフラックスでははんだのブリッジが生じてしまうほど狭小なピッチの電極に対しても、ブリッジを抑制することができる。

（ｉｉ）上述の（ｉ）のポリオキシアルキレンエチレンジアミンが、ポリオキシプロピレンエチレンジアミン、ポリオキシエチレンエチレンジアミン、ポリオキシメチルエチレンエチレンジアミン、又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンの少なくともいずれかであるフラックスは、特に、狭小なピッチの電極に適用して好ましいフラックスである。

本発明は、はんだ付けに使用されるフラックスに適用される。

３、３Ａ、３Ｂ 基板
２１Ｃ、３１Ｃ はんだブリッジ
２２Ａ フラックス溜まり

Claims (2)

1. ポリオキシアルキレンエチレンジアミンを１５質量％以上３５質量％以下、有機酸を２質量％以上１５質量％以下、ベース材を１０質量％以上３０質量％以下、アミンを３質量％以上３０質量％以下、溶剤を２０質量％以上４０質量％以下含有する
   ことを特徴とするフラックス。
   
2. 前記ポリオキシアルキレンエチレンジアミンは、
   ポリオキシプロピレンエチレンジアミン、ポリオキシエチレンエチレンジアミン、ポリオキシメチルエチレンエチレンジアミン、又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエチレンジアミンの少なくともいずれかである
   ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス。

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