KR20220002094A

KR20220002094A - 플럭스 조성물, 땜납 조성물 및 전자 기판

Info

Publication number: KR20220002094A
Application number: KR1020210071951A
Authority: KR
Inventors: 타이이치 오노; 다이고 이치카와
Original assignee: 가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2022-01-06
Also published as: JP2022011522A; JP7148569B2

Abstract

(A) 수지와, (B) 활성제를 함유하고, 상기 (B)성분이, (B1) 한 분자 중에 요오드를 갖고, 카르복실기를 갖지 않는 요오드 화합물을 함유하는 플럭스 조성물.

Description

플럭스 조성물, 땜납 조성물 및 전자 기판{FLUX COMPOSITION, SOLDER COMPOSITION AND ELECTRONIC BOARD}

본 발명은 플럭스 조성물, 땜납 조성물 및 전자 기판에 관한 것이다.

땜납 조성물(솔더 페이스트)은 땜납 분말에 플럭스 조성물(로진계 수지, 활성제 및 용제 등)을 혼련하여 페이스트상으로 한 혼합물이다. 땜납 분말은 납 프리의 땜납 합금으로 이루어지는 것이 요구되고 있다. 그리고, 땜납 합금으로서는 납 프리의 땜납 합금 중에서도 접속 신뢰성이 높다는 관점으로부터 Sn-Ag-Cu계의 땜납 합금이 사용되고 있다(예를 들면, 문헌 1(일본특허 제5756067호 공보)).

한편, 차재 용도 등으로 한란차가 심한 환경에도 견딜 수 있는 고신뢰성의 땜납 합금이 요구되고 있다. 그래서, 종래의 Sn-Ag-Cu계의 땜납 합금에 첨가 원소로서 안티몬, 비스무트 및 니켈 등을 첨가함으로써 땜납 합금의 신뢰성을 향상시키는 것이 제안되어 있다.

그러나, Sn-Ag-Cu계의 땜납 합금에 첨가 원소를 첨가한 땜납 합금을 사용했을 경우에는 블로홀이라고도 불리는 보이드가 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있었다. 이 보이드는 플럭스 조성물 중의 활성제를 증가시킴으로써 개선할 수 있지만, 활성제를 많이 배합하면, 마이그레이션이 발생하기 쉬워진다는 문제나, 경시 안정성이 불안정해진다는 문제가 있다.

본 발명은 경시 안정성이 우수하고, 또한 보이드 및 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있는 플럭스 조성물, 및 이것을 사용한 땜납 조성물 및 전자 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일양태에 의한 플럭스 조성물은 (A) 수지와, (B) 활성제를 함유하고, 상기 (B)성분이, (B1) 한 분자 중에 요오드를 갖고, 카르복실기를 갖지 않는 요오드 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일양태에 의한 플럭스 조성물에 있어서는 상기 (B1)성분이 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 요오드 화합물인 것이 바람직하다.

또한, 하기 일반식(1) 중, X¹∼X¹⁰은 독립적으로 수소, 수산기, 탄소수 1∼3개의 알킬기, 탄소수 1∼3개의 알콕시기, 브롬, 또는 요오드이며, X¹∼X¹⁰ 중 적어도 1개는 요오드이다.

본 발명의 일양태에 의한 플럭스 조성물에 있어서는 상기 (B1)성분이 4,4'-디요오드비페닐인 것이 바람직하다.

본 발명의 일양태에 의한 땜납 조성물은 상기 본 발명의 일양태에 의한 플럭스 조성물과, 땜납 분말을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일양태에 의한 땜납 조성물에 있어서는 상기 땜납 분말이 주석, 구리, 아연, 은, 안티몬, 납, 인듐, 비스무트, 니켈, 코발트 및 게르마늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일양태에 의한 전자 기판은 상기 본 발명의 일양태에 의한 땜납 조성물을 사용한 납땜부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 경시 안정성이 우수하고, 또한 보이드 및 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있는 플럭스 조성물, 및 이것을 사용한 땜납 조성물 및 전자 기판을 제공할 수 있다.

[플럭스 조성물]

우선, 본 실시형태의 플럭스 조성물에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 플럭스 조성물은 땜납 조성물에 있어서의 땜납 분말 이외의 성분이며, (A) 수지 및 (B) 활성제를 함유하는 것이다.

본 실시형태의 플럭스 조성물에 의하면, 경시 안정성이 우수하고, 또한 보이드 및 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있는 이유는 반드시 명확하지는 않지만, 본 발명자들은 이하와 같이 추찰한다.

우선, Sn-Ag-Cu계의 땜납 합금에 첨가 원소를 첨가한 땜납 합금을 사용했을 경우에 블로홀이라고도 불리는 보이드가 발생하기 쉬워지는 메커니즘은 다음과 같다고 본 발명자들은 추찰한다. 즉, 첨가 원소인 안티몬, 비스무트 및 니켈 등은 주석, 은 및 구리 등과 비교하여 산화하기 쉽다. 그리고, 이들의 첨가 원소가 리플로우 처리 시에 산화하여 산화막을 형성하고, 이 산화막에 의해 보이드가 발생하고 있는 것으로 본 발명자들은 추찰한다.

이것에 대하여, 본 실시형태의 플럭스 조성물에 있어서는 (B) 활성제로서, (B1) 한 분자 중에 요오드를 갖고, 카르복실기를 갖지 않는 요오드 화합물을 사용하고 있다. (B1)성분은 땜납이 용융할 때에 땜납 상부에 모이는 플럭스 조성물에 유동성을 부여할 수 있다. 그리고, 이 플럭스 조성물이 유동성을 가짐으로써 땜납으로부터 가스가 빠지는 것을 방해하는 일도 없고, 또한 재산화한 부분을 재활성화할 수도 있다. 한편, (B1)성분은 브롬화물과 같은 다른 할로겐 화합물과는 달리 경시 안정성이나 마이그레이션에 미치는 악영향도 적다. 이상과 같이 하여, 상기 본 발명의 효과가 달성되는 것으로 본 발명자들은 추찰한다.

[(A)성분]

본 실시형태에 사용하는 (A) 수지로서는 로진계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 및 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 재산화의 방지의 관점으로부터 로진계 수지가 바람직하다.

로진계 수지로서는 로진류 및 로진계 변성 수지를 들 수 있다. 로진류로서는 검 로진, 우드 로진 및 톨유 로진 등을 들 수 있다. 로진계 변성 수지로서는 불균화 로진, 중합 로진, 수소 첨가 로진 및 이들의 유도체 등을 들 수 있다. 수소 첨가 로진으로서는 완전 수첨 로진, 부분 수첨 로진, 및 불포화 유기산((메타)아크릴산 등의 지방족의 불포화 일염기산, 푸마르산, 말레산 등의 α,β-불포화 카르복실산 등의 지방족 불포화 이염기산, 신남산 등의 방향족환을 갖는 불포화 카르복실산 등)의 변성 로진인 불포화 유기산 변성 로진의 수소 첨가물(「수첨 산 변성 로진」이라고도 함)을 들 수 있다. 이들의 로진계 수지는 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.

로진계 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 및 폴리이미드 수지로서는 적당히 공지의 것을 사용할 수 있다.

(A)성분의 배합량은 플럭스 조성물 100질량%에 대하여 20질량% 이상 70질량% 이하인 것이 바람직하고, 30질량% 이상 60질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. (A)성분의 배합량이 상기 하한 이상이면, 납땜 랜드의 동박면의 산화를 방지하여 그 표면에 용융 땜납을 젖기 쉽게 하는, 소위 납땜성을 향상시킬 수 있고, 땜납 볼을 충분히 억제할 수 있다. 또한, (A)성분의 배합량이 상기 상한 이하이면, 플럭스 잔사량을 충분히 억제할 수 있다.

[(B)성분]

본 실시형태에 사용하는 (B) 활성제는, (B1) 한 분자 중에 요오드를 갖고, 카르복실기를 갖지 않는 요오드 화합물을 함유하는 것이 필요하다. 이 (B1)성분에 의해, 마이그레이션의 발생이나 경시 안정성의 저하를 억제하면서 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 요오드 화합물 이외의 할로겐 화합물(염소화물, 브롬화물 등)을 사용하는 경우에는 마이그레이션이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다. 또한, 카르복실기를 갖는 화합물을 사용하는 경우에는 마이그레이션이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.

(B1)성분은 특별히 한정되지 않지만, 보이드 억제의 관점으로부터 방향환을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, (B1)성분은 한 분자 중에 요오드를 2개 이상 갖는 것이 바람직하다. 또한, (B1)성분은 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 요오드 화합물인 것이 보다 바람직하다.

일반식(1)에 있어서, X¹∼X¹⁰은 독립적으로, 수소, 수산기, 탄소수 1∼3개의 알킬기, 탄소수 1∼3개의 알콕시기, 브롬, 또는 요오드이다. 또한, X¹∼X¹⁰은 수소, 메틸기, 메톡시기, 또는 요오드인 것이 바람직하고, 수소, 또는 요오드인 것이 보다 바람직하다.

X¹∼X¹⁰ 중 적어도 1개는 요오드이다. X¹∼X¹⁰ 중 적어도 2개가 요오드인 것이 바람직하다. 또한, X³ 및 X⁸ 중 적어도 일방이 요오드인 것이 보다 바람직하다.

(B1)성분으로서는 4,4'-디요오드비페닐, 3,3'-디요오드비페닐, 2,2'-디요오드비페닐, 2-요오드비페닐, 4-요오드비페닐, 2,2'-디요오드-4,4',6,6'-테트라메틸-1,1'-비페닐, 4,4'-디요오드-2,2',6,6'-테트라메틸-1,1'-비페닐, 3-브로모-3'-요오드-1,1'-비페닐, 4-브로모-4'-요오드-1,1'-비페닐, 및 2,2'-디요오드-5,5'-디메톡시-1,1'-비페닐 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 4,4'-디요오드비페닐, 3,3'-디요오드비페닐, 2,2'-디요오드비페닐, 2-요오드비페닐, 4-요오드비페닐, 또는 4,4'-디요오드-2,2',6,6'-테트라메틸-1,1'-비페닐이 바람직하고, 4,4'-디요오드비페닐이 특히 바람직하다.

(B1)성분의 배합량은 보이드 억제의 관점으로부터 플럭스 조성물 100질량%에 대하여 0.01질량% 이상 5질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.05질량% 이상 3질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.1질량% 이상 2질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.

(B)성분은 본 발명의 과제를 달성할 수 있는 범위에 있어서, (B1)성분 이외에 그 외의 활성제(유기산(이하, (B2)성분이라고도 함), (B1)성분 이외의 할로겐계 활성제(이하, (B3)성분이라고도 함), 및 아민계 활성제(이하, (B4)성분이라고도 함) 등)을 더 함유해도 좋다. 또한, 밸런스가 좋은 활성제 조성이라는 관점으로부터는 (B1)성분, (B2)성분 및 (B3)성분의 조합으로 사용하는 것이 바람직하다.

(B2)성분으로서는 모노카르복실산, 디카르복실산 등 외에 그 외의 유기산을 들 수 있다.

모노카르복실산으로서는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 에난트산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 펜타데실산, 팔미트산, 마르가르산, 스테아르산, 투베르쿨로스테아르산, 아라키드산, 베헨산, 리그노세르산, 및 글리콜산 등울 들 수 있다.

디카르복실산으로서는 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 푸마르산, 말레산, 타르타르산, 및 디글리콜산 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 활성 작용의 관점으로부터 글루타르산, 또는 아디프산이 바람직하다.

그 외의 유기산으로서는 다이머산, 레불린산, 락트산, 아크릴산, 벤조산, 살리실산, 아니스산, 시트르산, 및 피콜린산 등을 들 수 있다.

(B2)성분을 사용하는 경우, 그 배합량은 활성 작용의 관점으로부터 플럭스 조성물 100질량%에 대하여, 1질량% 이상 16질량% 이하인 것이 바람직하고, 3질량% 이상 14질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 5질량% 이상 12질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.

(B3)성분으로서는 염소화물, 브롬화물, 불화물과 같이 염소, 브롬, 불소의 각 단독 원소의 공유 결합에 의한 화합물이어도 좋지만, 염소, 브롬 및 불소의 임의의 2개 또는 전부의 각각의 공유 결합을 갖는 화합물이어도 좋다. 이들의 화합물은 수성 용매에 대한 용해성을 향상시키기 위해서, 예를 들면 할로겐화 알코올이나 할로겐화 카르복실 화합물과 같이 수산기나 카르복실기 등의 극성기를 갖는 것이 바람직하다. 할로겐화 알코올로서는 예를 들면, 브롬화 알코올(2,3-디브로모프로판올, 2,3-디브로모부탄디올, 트랜스-2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올, 1,4-디브로모-2-부탄올, 및 트리브로모네오펜틸알코올 등), 염소화 알코올(1,3-디클로로-2-프로판올, 및 1,4-디클로로-2-부탄올 등), 불소화 알코올(3-플루오로카테콜 등), 및 그외에 이들과 유사한 화합물을 들 수 있다. 할로겐화 카르복실 화합물로서는 염화 카르복실 화합물(2-클로로벤조산, 및 3-클로로프로피온산 등), 브롬화 카르복실 화합물(2,3-디브로모프로피온산, 2,3-디브로모숙신산, 및 2-브로모벤조산 등), 및 그 외에 이들과 유사한 화합물을 들 수 있다. 또한, 이들은 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.

(B3)성분을 사용하는 경우, 그 배합량은 마이그레이션 억제의 관점으로부터 플럭스 조성물 100질량%에 대하여 0.01질량% 이상 0.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.02질량% 이상 0.2질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.05질량% 이상 0.1질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.

(B4)성분으로서는 아민류(에틸렌디아민 등의 폴리아민 등), 아민염류(트리메틸올아민, 시클로헥실아민, 및 디에틸아민 등의 아민이나 아미노알코올 등의 유기산염이나 무기산염(염산, 황산, 및 브롬화 수소산 등)), 아미노산류(글리신, 알라닌, 아스파르트산, 글루탐산, 및 발린 등), 아미드계 화합물, 및 이미다졸계 화합물 등을 들 수 있다. 구체적으로는 디페닐구아니딘 브롬화 수소산염, 시클로헥실아민 브롬화 수소산염, 디에틸아민염(염산염, 숙신산염, 아디프산염, 및 세바스산염 등), 트리에탄올아민, 모노에탄올아민, 및 이들의 아민의 브롬화 수소산염 등을 들 수 있다.

(B)성분의 배합량으로서는 플럭스 조성물 100질량%에 대하여 1질량% 이상 25질량% 이하인 것이 바람직하고, 2질량% 이상 20질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 3질량% 이상 15질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. (B)성분의 배합량이 상기 하한 이상이면, 땜납 볼의 발생을 억제할 수 있는 경향이 있고, 한편 상기 상한 이하이면, 플럭스 조성물의 절연성을 유지할 수 있는 경향이 있다.

[(C)성분]

본 실시형태의 플럭스 조성물에 있어서는 인쇄성 등의 관점으로부터 (C) 용제를 더 함유하는 것이 바람직하다. 여기서 사용하는 (C) 용제로서는 공지의 용제를 적당히 사용할 수 있다. 이러한 용제로서는 비점 170℃ 이상의 용제를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 용제로서는 예를 들면, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 헥실디글리콜, 1,5-펜탄디올, 메틸카르비톨, 부틸카르비톨, 2-에틸헥실디글리콜, 옥탄디올, 페닐글리콜, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르(DEH), 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(MTEM), 및 디부틸말레산 등을 들 수 있다. 이들의 용제는 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.

(C)성분을 사용하는 경우, 그 배합량은 플럭스 조성물 100질량%에 대하여 10질량% 이상 60질량% 이하인 것이 바람직하고, 20질량% 이상 40질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 용제의 배합량이 상기 범위 내이면, 얻어지는 땜납 조성물의 점도를 적정한 범위로 적당히 조정할 수 있다.

[(D)성분]

본 실시형태의 플럭스 조성물에 있어서는 인쇄성 등의 관점으로부터 (D) 칙소제를 더 함유하고 있어도 좋다. 여기서 사용하는 (D) 칙소제로서는 경화 피마자유, 폴리아민류, 폴리아미드류, 비스아마이드류, 디벤질리덴소르비톨, 카올린, 콜로이달 실리카, 유기 벤토나이트, 및 유리 프릿 등을 들 수 있다. 이들의 칙소제는 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.

(D)성분을 사용하는 경우, 그 배합량은 플럭스 조성물 100질량%에 대하여 1질량% 이상 15질량% 이하인 것이 바람직하고, 3질량% 이상 10질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 배합량이 상기 하한 이상이면, 충분한 칙소성이 얻어지고, 새깅을 충분히 억제할 수 있다. 또한, 배합량이 상기 상한 이하이면, 칙소성이 지나치게 높아 인쇄 불량이 되는 일은 없다.

[다른 성분]

본 실시형태에 사용하는 플럭스 조성물에는 (A)성분, (B)성분, (C)성분 및 (D)성분 외에 필요에 따라 그 외의 첨가제, 또한 그 외의 수지를 첨가할 수 있다. 그 외의 첨가제로서는 소포제, 산화 방지제, 개질제, 광택 제거제, 발포제, 및 경화 촉진제 등을 들 수 있다.

[땜납 조성물]

이어서, 본 실시형태의 땜납 조성물에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 땜납 조성물은 상기 본 실시형태의 플럭스 조성물과, 이하 설명하는 (E) 땜납 분말을 함유하는 것이다.

상기 플럭스 조성물의 배합량은 땜납 조성물 100질량%에 대하여 5질량% 이상 40질량% 이하인 것이 바람직하고, 7질량% 이상 15질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 8질량% 이상 12질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 플럭스 조성물의 배합량이 5질량% 이상(땜납 분말의 배합량이 95질량% 이하)이면, 바인더로서의 플럭스 조성물이 충분하기 때문에 플럭스 조성물과 땜납 분말을 용이하게 혼합할 수 있다. 또한, 플럭스 조성물의 배합량이 40질량% 이하(땜납 분말의 배합량이 60질량% 이상)이면, 얻어지는 땜납 조성물을 사용했을 경우에 충분한 땜납 접합을 형성할 수 있다.

[(E)성분]

본 발명에 사용하는 (E) 땜납 분말은 납 프리 땜납 분말만으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 유연(有鉛)의 땜납 분말이어도 좋다. 또한, 이 땜납 분말에 있어서의 땜납 합금은 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn), 은(Ag), 안티몬(Sb), 납(Pb), 인듐(In), 비스무트(Bi), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 게르마늄(Ge)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다.

이 땜납 분말에 있어서의 땜납 합금으로서는 주석을 주성분으로 하는 합금이 바람직하다. 또한, 이 땜납 합금은 주석, 은 및 구리를 함유하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 이 땜납 합금은 첨가 원소로서 안티몬, 비스무트 및 니켈 중 적어도 1개를 함유해도 좋다. 본 실시형태의 플럭스 조성물에 의하면, 안티몬, 비스무트 및 니켈 등의 산화하기 쉬운 첨가 원소를 포함하는 땜납 합금을 사용했을 경우에도 보이드의 발생을 억제할 수 있다.

여기서, 납 프리 땜납 분말이란, 납을 첨가하지 않은 땜납 금속 또는 합금의 분말을 말한다. 단, 납 프리 땜납 분말 중에 불가피적 불순물로서 납이 존재하는 것은 허용되지만, 이 경우에 납의 양은 100질량ppm 이하인 것이 바람직하다.

납 프리의 땜납 분말로서는 구체적으로는 Sn-Ag-Cu계, Sn-Cu계, Sn-Ag계, Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Cu-Bi계, Sn-Ag-Cu-Ni계, Sn-Ag-Cu-Bi-Sb계, Sn-Ag-Bi-In계, Sn-Ag-Cu-Bi-In-Sb계 등을 들 수 있다.

(E)성분의 평균 입자 지름은 통상 1㎛ 이상 40㎛ 이하이지만, 납땜 패드의 피치가 좁은 전자 기판에도 대응한다는 관점으로부터 1㎛ 이상 35㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 2㎛ 이상 35㎛ 이하인 것이 더욱 보다 바람직하고, 3㎛ 이상 32㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한, 평균 입자 지름은 동적 광산란식의 입자 지름 측정 장치에 의해 측정할 수 있다.

[땜납 조성물의 제조 방법]

본 실시형태의 땜납 조성물은 상기 설명한 플럭스 조성물과 상기 설명한 (E) 땜납 분말을 상기 소정의 비율로 배합하고, 교반 혼합함으로써 제조할 수 있다.

[전자 기판]

이어서, 본 실시형태의 전자 기판에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 전자 기판은 이상에서 설명한 땜납 조성물을 사용한 납땜부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명의 전자 기판은 상기 땜납 조성물을 이용하여 전자 부품을 전자 기판(프린트 배선 기판 등)에 실장함으로써 제조할 수 있다.

여기서 사용하는 도포 장치로서는 스크린 인쇄기, 메탈 마스크 인쇄기, 디스펜서, 및 제트 디스펜서 등을 들 수 있다.

또한, 상기 도포 장치로 도포한 땜납 조성물 상에 전자 부품을 배치하고, 리플로우 로(爐)에 의해 소정 조건에서 가열하여 상기 전자 부품을 프린트 배선 기판에 실장하는 리플로우 공정에 의해 전자 부품을 전자 기판에 실장할 수 있다.

리플로우 공정에 있어서는 상기 땜납 조성물 상에 상기 전자 부품을 배치하고, 리플로우 로에 의해 소정 조건에서 가열한다. 이 리플로우 공정에 의해 전자 부품 및 프린트 배선 기판 사이에 충분한 땜납 접합을 행할 수 있다. 그 결과, 상기 전자 부품을 상기 프린트 배선 기판에 실장할 수 있다.

리플로우 조건은 땜납의 융점에 따라 적당히 설정하면 좋다. 예를 들면, 프리히트(preheat) 온도는 140℃ 이상 200℃ 이하인 것이 바람직하고, 150℃ 이상 190℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 프리히트 시간은 60초간 이상 120초간 이하인 것이 바람직하다. 피크 온도는 230℃ 이상 270℃ 이하인 것이 바람직하고, 240℃ 이상 255℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 220℃ 이상의 온도의 유지 시간은 20초간 이상 60초간 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태의 땜납 조성물 및 전자 기판은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.

예를 들면, 상기 전자 기판에서는 리플로우 공정에 의해 프린트 배선 기판과 전자 부품을 접착하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 리플로우 공정 대신에 레이저광을 사용하여 땜납 조성물을 가열하는 공정(레이저 가열 공정)에 의해 프린트 배선 기판과 전자 부품을 접착해도 좋다. 이 경우, 레이저광원으로서는 특별히 한정되지 않고, 금속의 흡수대에 맞춘 파장에 따라 적당히 채용할 수 있다. 레이저광원으로서는 예를 들면, 고체 레이저(루비, 유리, YAG 등), 반도체 레이저(GaAs, 및 InGaAsP 등), 액체 레이저(색소 등), 및 기체 레이저(He-Ne, Ar, CO₂, 및 엑시머 등)을 들 수 있다.

실시예

이어서, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들의 예에 하등 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 및 비교예에서 사용한 재료를 이하에 나타낸다.

((A)성분)

로진계 수지 A: 수첨 산 변성 로진, 상품명 PINECRYSTAL KE-604」, Arakawa Chemical Industries, Ltd.제

로진계 수지 B: 완전 수첨 로진, 상품명 「FORAL AX-E」, 이스트만 케미컬 재팬제

((B1)성분)

요오드 화합물 A: 4,4'-디요오드비페닐

((B2)성분)

유기산 A: 수베르산

유기산 B: 글루타르산

유기산 C: 다이머산, 상품명 「UNIDYME14」, MARUZEN CHEMICAL TRADING CO., LTD.제

((B3)성분)

할로겐계 활성제: 트랜스-2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올(TDBD)

((C)성분)

용제 A: 디에틸렌글리콜모노헥실에테르(DEH)

용제 B: 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 상품명 「하이솔브 MTEM」, TOHO Chemical Industry Co., Ltd.제

((D)성분)

칙소제: 상품명 「TALEN VA-79」, Kyoeisha Chemical Co., Ltd.제

((E)성분)

땜납 분말: 합금 조성은 Sn-Ag-Cu-Bi-Sb, 입자 지름 분포는 15∼25㎛, 땜납 융점은 209∼226℃

(다른 성분)

요오드 화합물 B: 2-요오드벤조산, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.제

산화 방지제: 비스[3-(3-tert-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피온산][에틸렌비스(옥시에틸렌)], 상품명 「IRGANOX 245」, 치바 스페셜티 케미컬즈제

[실시예 1]

로진계 수지 A 27질량%, 로진계 수지 B 15질량%, 유기산 A 2.5질량%, 유기산 B 0.5질량%, 유기산 C 8질량%, 할로겐계 활성제 0.1질량%, 요오드 화합물 A 0.1질량%, 용제 A 23.4질량%, 용제 B 10질량%, 칙소제 9질량% 및 산화 방지제 4.4질량%를 용기에 투입하고, 플래니터리 믹서를 사용하여 혼합해서 플럭스 조성물을 얻었다.

그 후, 얻어진 플럭스 조성물 12질량% 및 땜납 분말 88질량%(합계로 100질량%)를 용기에 투입하고, 플래니터리 믹서로 혼합함으로써 땜납 조성물을 조제했다.

[실시예 2∼6]

표 1에 나타내는 조성에 따라 각 재료를 배합한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 땜납 조성물을 얻었다.

[비교예 1∼3]

<땜납 조성물의 평가>

땜납 조성물의 평가(칩 하 보이드, 마이그레이션, 경시 안정성, 블로홀)를 이하와 같은 방법으로 행했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.

(1) 칩 하 보이드

3.2㎜×1.6㎜ 사이즈의 칩 부품과, 이 칩 부품을 실장할 수 있는 패턴을 갖는 솔더 레지스트와, 이 칩 부품을 접속하는 전극을 구비한 FR-4 기판(두께: 1.6㎜), 및 동 패턴을 갖는 두께 150㎛의 메탈 마스크를 준비하고, 땜납 조성물을 인쇄했다. 그 후, 땜납 조성물 상에 이 칩 부품을 탑재하고, 프리히트 150∼200℃를 95초간, 피크 온도 250℃, 및 220℃ 이상의 용융 시간을 50초간의 조건에서 리플로우 처리(질소 분위기: 산소 농도 1500ppm)를 행하여 시험 기판을 제작했다. 얻어진 시험 기판에 있어서의 땜납 접합부를 X선 검사 장치(「NLX-5000」, NAGOYA ELECTRIC WORKS제)를 사용하여 관찰했다. 그리고, 리플로우 후의 파워트랜지스터 및 QFN에서의 보이드율[(보이드 면적/랜드 면적)×100]을 측정했다. 그리고, 이하의 기준에 따라 칩 하 보이드를 평가했다.

A: 보이드 면적률이 5% 이하이다.

B: 보이드 면적률이 5% 초과 10% 이하이다.

C: 보이드 면적률이 10% 초과이다.

(2) 마이그레이션

땜납 조성물에 대하여 규격 번호 IEC 61189-5/10.1에 정하는 조건에 따라 각 시험편을 제작했다. 단, 각 시험편에는 도체 폭 및 도체 간격이 각각 0.318㎜인 빗살 기판(사이즈: 50㎜×50㎜)을 사용하고, 온도 85℃, 85% R.H.(상대 습도), 인가전압 32V의 환경 하에서 1000시간 경과 후의 전극간의 마이그레이션을 관찰하고, 이하의 기준에서 평가했다.

A: 마이그레이션 없음.

C: 마이그레이션이 약간 발생했다.

D: 마이그레이션이 발생했다.

(3) 경시 안정성

우선, 땜납 조성물을 시료로 하여 점도를 측정한다. 그 후, 시료를 밀봉 용기에 넣고, 온도 10℃의 항온조에 투입하여 6개월 보관하고, 보관한 시료의 점도를 측정한다. 그리고, 보관 전의 점도값(η1)에 대한 온도 10℃에서 6개월간 보관 후의 점도값(η2)의 차(η2-η1)로부터 변화율[(η2-η1)/(η1)]을 구한다. 또한, 점도 측정은 스파이럴 방식의 점도 측정(측정 온도: 25℃, 회전 속도: 10rpm)에 의해 행한다. 그리고, 이하의 기준에 따라 경시 안정성을 평가했다.

A: 변화율이 3.5% 이하이다.

C: 변화율이 3.5% 초과 5% 이하이다.

D: 변화율이 5% 초과이다.

(4) 블로홀

3.2㎜×1.6㎜ 사이즈의 칩 부품과, 이 칩 부품을 실장할 수 있는 패턴을 갖는 솔더 레지스트와, 이 칩 부품을 접속하는 전극을 구비한 FR-4 기판(두께: 1.6㎜), 및 동 패턴을 갖는 두께 150㎛의 메탈 마스크를 준비하고, 땜납 조성물을 인쇄했다. 그 후, 땜납 조성물 상에 이 칩 부품을 20개 적재하고, 프리히트 150∼200℃를 95초간, 피크 온도 250℃, 및 220℃ 이상의 용융 시간을 50초간의 조건에서 리플로우 처리(질소 분위기: 산소 농도 1500ppm)를 행하여 시험 기판을 제작했다. 얻어진 시험 기판에 있어서의 칩 필릿을 광학 현미경으로 관찰하고, 필릿부에 있어서의 공동(블로홀)을 이하의 기준에서 평가했다.

A: 블로홀 없음.

B: 블로홀이 약간 발생했다.

C: 블로홀이 다량으로 발생했다.

표 1에 나타내는 결과로부터도 명확한 바와 같이, 본 발명이 땜납 조성물(실시예 1∼6)은 칩 하 보이드, 마이그레이션, 경시 안정성, 및 블로홀의 모든 결과가 양호한 것이 확인되었다.

이것에 대하여, (B1)성분을 함유하고 있지 않은 경우(비교예 1∼3)에는 칩 하 보이드, 마이그레이션, 경시 안정성, 및 블로홀 중 어느 하나가 뒤떨어지는 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명의 땜납 조성물에 의하면, 협 피치 부품에 대응할 수 있고, 보이드를 충분히 억제할 수 있고, 또한 땜납 용융성이 우수한 것이 확인되었다.

Claims

(A) 수지와, (B) 활성제를 함유하고,
상기 (B)성분이, (B1) 한 분자 중에 요오드를 갖고, 카르복실기를 갖지 않는 요오드 화합물을 함유하는 플럭스 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 (B1)성분이, 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 요오드 화합물인 플럭스 조성물.

[일반식(1) 중, X¹∼X¹⁰은 독립적으로, 수소, 수산기, 탄소수 1∼3개의 알킬기, 탄소수 1∼3개의 알콕시기, 브롬, 또는 요오드이며, X¹∼X¹⁰ 중 적어도 1개는 요오드이다]
제 2 항에 있어서,
상기 (B1)성분이 4,4'-디요오드비페닐인 플럭스 조성물.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 조성물과, 땜납 분말을 함유하는 땜납 조성물.
제 4 항에 있어서,
상기 땜납 분말이 주석, 구리, 아연, 은, 안티몬, 납, 인듐, 비스무트, 니켈, 코발트 및 게르마늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 땜납 조성물.
제 4 항에 기재된 땜납 조성물을 사용한 납땜부를 구비하는 전자 기판.