WO2006070797A1 - 鉛フリーハンダ用フラックスおよびソルダーペースト - Google Patents

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WO2006070797A1
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ester
flux
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acid
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Fumio Ishiga
Yasuo Chiba
Kazushige Kajita
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Arakawa Chemical Industries, Ltd.
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    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3485Applying solder paste, slurry or powder

Definitions

  • the present invention relates to a flux for lead-free solder (hereinafter sometimes simply referred to as flux) and a solder paste containing the flux.
  • soldering is generally performed to surface-mount electronic components such as capacitors on a conductor pattern on a circuit board.
  • Various characteristics are required when soldering. For example, suppression of “solder ball” formation is important.
  • the solder ball is a phenomenon in which the solder paste printed on the conductor pattern spreads excessively when reflowed and melted, and fine ball-like solder appears near the periphery of the sag. If the amount of solder balls increases, bridges and short circuits are likely to occur, and the reliability of the mounting board is significantly impaired.
  • solder typified by Sn—Ag is difficult to wet with a base substrate (particularly a copper-based metal substrate or ceramic substrate) in a molten state. For this reason, voids on the order of millimeters (hereinafter referred to as “void voids”) may occur at the solder joint interface (particularly the direct bond joint interface). The reliability of the mounting substrate is also impaired by the voids.
  • the present invention does not impair normal soldering characteristics, such as solder balls are less likely to occur, and the force is also referred to as "bubble void” or “void void” (hereinafter, both are simply referred to as "void”).
  • the main purpose is to provide a flux for lead-free solder that can reduce the amount of generation.
  • an object of the present invention is to provide a solder paste that uses the flux and can significantly reduce the amount of voids generated.
  • void voids are abundant in oxalic acids, which are the base rosin components of fluxes. This is presumed to be caused by the low molecular weight material force contained in the molten solder remaining at the bonding interface between the molten solder and the base substrate (ceramics, etc.).
  • the present inventors focused on the suppression of gas generation for the “bubble void”, and an ester composition having excellent thermal stability obtained by reacting succinic acid with a polyhydric alcohol. It has been found that this can be solved by flux containing a specific amount of base as a base fat.
  • ester compositions used as a base resin are oxalic acids, and the relationship with "soft point (K)"
  • soft point (K) In the case of an ester composition in which the content (% by weight) of a component having a molecular weight of 300 or less is previously removed to a specific amount or less, It has been found that the problem can be solved by using a flat containing “succinic acid” obtained by removing the content (% by weight) of the following components in advance until the content is below a specific amount. (Hereinafter, the “component having a molecular weight of 300 or less” may be simply referred to as “low boiling point”.)
  • the present invention relates to a lead-free soldering flux containing 6 to 55% by weight of a polyhydric alcohol ester (al) of succinic acid as the base rosin (A).
  • the ester (al) is prepared so that the ratio (wt% ZK) of the content (wt%) of the component having a molecular weight of 300 or less to the softening point (K) is 0.004 or less. I prefer to be there.
  • the succinic acid forming the ester (al) is preferably a Diels-Alder adduct of a, j8-unsaturated carboxylic acid and succinic acid.
  • the base rosin (A) further includes oxalic acids (a2).
  • the succinic acid (a2) was prepared so that the ratio (wt% ZK) of the content (wt%) of the component having a molecular weight of 300 or less and the softening point (K) was 0.004 or less. I prefer to be something.
  • the succinic acid (a2) preferably contains a polymerized rosin and a Diels-Alder adduct of Z or a, ⁇ -unsaturated carboxylic acid and succinic acid.
  • the total solid weight of the ester (al) and the succinic acid (a2) is preferably 10 to 60% by weight.
  • the solid content weight of the ester (al) in the total solid content weight of the ester (al) and the succinic acid (a2) is preferably 60 to 88% by weight.
  • the lead-free solder flux of the present invention preferably further contains an activator (B), an additive (C) and a solvent (D).
  • the polyhydric alcohol is preferably a dihydric or higher alcohol.
  • the polyhydric alcohol is preferably a trihydric alcohol and / or a tetrahydric alcohol.
  • the polyhydric alcohol is preferably glycerin and / or pentaerythritol.
  • the present invention also relates to a solder paste containing the lead-free solder flux and lead-free solder powder.
  • the flux according to the present invention contains, as an essential component, an ester (al) obtained by reacting oxalic acid with a polyhydric alcohol as a base resin (A).
  • Examples of the succinic acid constituting the ester (al) include various known natural rosins such as gum rosin, wood rosin and tol oil rosin, and various derivatives of the natural rosin.
  • the natural rosins and the derivatives can be used alone or in combination.
  • the natural rosins are mainly composed of various oxalic acids such as abietic acid, levopimaric acid, neoabietic acid, parastrinic acid, pimaric acid, isopimaric acid, sandaracopimaric acid and dehydroabietic acid.
  • the natural rosins have an acid value of usually 160 to 190 mgKOHZg, preferably about 170 to 180 mgKOHZg (according to JIS-K5902, hereinafter the unit is abbreviated), and the soft spot is usually 340 to 450K. About 345 to 383 mm.
  • the softening point is the value (° C) measured according to JIS-—5903 converted to the absolute temperature ( ⁇ ). The same shall apply hereinafter.)
  • Examples of the derivatives include disproportionate, hydrogenated product, dehydrogenated product, formyl product, polymer (polymerized rosin) of natural rosin, and a, j8-unsaturated carboxylic acid.
  • Examples include Diels / Alder-attached products with fatty acids (hereinafter referred to as “Deals ⁇ Alder-containing products”).
  • the derivative has an acid value of usually about 140 to 400, preferably about 145 to 380.
  • the soft spot is usually about 340 to 480 K, preferably about 373 to 443 K.
  • the polymerized rosins contain about 30 to 80% by weight of the bisuccinic acid bismuthed, have an acid value of usually about 100 to 300, preferably about 140 to 170, and usually have a softening point.
  • the composition is about 363 to 450 mm, preferably about 373 to 440 mm.
  • Polymerized rosins can be obtained as commercially available products such as “CP-No. 140 (manufactured by Takehira Prefectural Hayashi Chemical Industries Co., Ltd.)” and “TX295 (manufactured by Arizona Chemical Co., Ltd.)”.
  • the Diels-Alder adduct is a composition containing a compound obtained by Diels-Alder addition of a, ⁇ -unsaturated carboxylic acids to the succinic acid contained in succinic acids.
  • Examples of the ⁇ , j8-unsaturated carboxylic acids include various known ones.
  • OC, ⁇ unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid
  • a ⁇ -unsaturated dicarboxylic acids such as crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, muconic acid, citraconic acid, etc.
  • Acids These neutralized salts can be exemplified.
  • the neutralized salt examples include organic salts such as ammonia, ammonium carbonate, monoethylamine, monobutylamine, dimethylamine, dibutylamine, trimethylamine, and jetylamine, and metal salts such as calcium, sodium, and potassium. .
  • the neutral salt is preferably the organic salt.
  • the Diels-Alder cake usually has an acid value of about 20 to 400, preferably about 100 to 380, particularly preferably 200 to 360, and the soft spot is usually about 363 to 453 mm.
  • the composition is preferably about 373 to 443 mm, particularly preferably 383 to 433 mm.
  • the Diels' alder-equipped product is available as a commercial product (all manufactured by Arakawa Chemical Co., Ltd.) such as "Pine Crystal Series”, “Sakai Series”, and “Marquide Series”. wear.
  • the ester (al) is a composition obtained by reacting the succinic acid with a polyhydric alcohol, and contains an ester compound having excellent thermal stability.
  • Various known alcohols can be used as the polyhydric alcohol constituting the ester (a1).
  • dihydric alcohol ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, 1, 2 dihydroxypropane, 1, 3 -Dihydroxypropane, 1,2 dihydroxybutane, 1,3 dihydroxybutane, 2,3-dihydroxybutane, neopentyl glycol, 1,4 bis-hydroxymethyl-octane hexane, 1,6 hexanediol, otaten glycol, Divalent aliphatic alcohols such as polyethylene glycol; 2, 2 bis (4-hydroxydiphenyl) methane, 2, 2 bis (4 hydroxyphenol) propane, 2, 2 bis (4 hydroxy-1-3-methylphenol) Propane, 2, 2 bis (4 hydroxy-1-3-tert-butylphenol) propane, 2, 2 bis (4 hydroxy-1,3,5 dimethylphenol) propane, 2, 2 bis (4 hydroxy-1,3,5) Bisphenols such as
  • alcohols examples include divalent alicyclic alcohols corresponding to the divalent aromatic alcohols. These can be used alone or in combination of two or more.
  • trihydric alcohol examples include glycerin, glyceronole, 1, 2, 3 protontriol, 1, 2, 4 —butanetriol, 3-methylpentane—1, 3, 5 triol, 1, 2 , 6 hexanetriol, 1, 3, 5 tris (2 hydroxyethyl) cyanuric acid and other trivalent aliphatic alcohols.
  • tetravalent alcohol examples include tetravalent aliphatic alcohols such as diglycerin and pentaerythritol. These can be used alone or in combination of two or more.
  • pentavalent or higher alcohol for example, dipentaerythritol can be used.
  • the dihydric alcohol is preferable from the viewpoint of void suppression (particularly, the “bubble void”).
  • the trihydric alcohol and cocoon or tetrahydric alcohol are preferable.
  • the glycerin and cocoon or pentaerythritol are preferable.
  • the ester (al) is used as succinic acid, and a polyhydric alcohol and Preferred are esters using glycerin and z or pentaerythritol. Since the ester is difficult to crystallize compared to succinic acid, the use of a flux based on this ester does not increase the viscosity over time, etc. is there.
  • the method for producing the ester (al) is not particularly limited, and various known means can be used. Specifically, for example, the succinic acid and the polyhydric alcohol are charged into a reaction vessel, the inside of the system is heated to about 150 to 300 ° C., and the generated water is removed from the system while being removed from the system. It can be obtained by completing the reaction when it becomes a physical property. The reaction is usually carried out under atmospheric pressure.
  • the reaction is preferably carried out under an inert gas stream such as nitrogen or a rare gas.
  • the charging ratio of the oxalic acid to the polyhydric alcohol is such that the equivalent ratio of the oxalic acid to the polyhydric alcohol (COOH (eq): OH (eq)) is about 1: 1.5 to 1: 0.7. It is a range.
  • an ester soot catalyst can be used.
  • acid catalysts such as acetic acid and p-toluenesulfonic acid; alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide; hydroxides calcium and hydroxides magnesium Alkaline earth metal hydroxides; alkaline earth metal oxides such as calcium oxide and magnesium oxide; and the like.
  • alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide
  • alkaline earth metal oxides such as calcium oxide and magnesium oxide
  • succinic acid as a raw material of ester (al) may be pretreated by various purification methods described later! /.
  • ester (al) is usually 98 to 90 weight 0/0 mm, preferably a composition containing 95 to 92 by weight% of Esuterui ⁇ thereof.
  • the acid value is usually about 0.1 to 50, preferably about 0.1 to 25, and particularly preferably 1 to 20.
  • the softening point is usually about 343 to 453 K, preferably about 353 to 443 K, and particularly preferably 363 to 433 K.
  • the hydroxyl group value is usually about 0 to 60, preferably about 1 to 40.
  • the content (% by weight) of the ester compound in the ester (al) can be determined by measurement by a known means such as gas chromatography. However, other GPC devices and columns may be used as long as the content can be substantially determined. More simply, the acid value of the ester (al) is divided by the acid value of the succinic acid used as a raw material. Can be determined more.
  • the low boiling point is considered as one of the factors of void formation.
  • the ester (al) is treated by various purification means as exemplified later, and the low-boiling content (wt%) in the treated ester (al)
  • the ratio (weight% ZK) of the later ester (al) to the soft saddle point (K) is 0.004 or less, preferably 0.002 or less, more preferably 0.001 or less, particularly preferably
  • the amount of voids generated can be reduced by using a base resin (A) that is not more than 0.0001, most preferably substantially zero (hereinafter referred to as ester (al,)). It can be preferably reduced.
  • the ratio (weight% ZK) may be 0.00011 or more, preferably ⁇ 0.0001 or more in consideration of the balance between the time required for the purification treatment, the product cost, and the effect of void suppression.
  • the low boiling point content means the volatile cyclic compound generated in various reactions, the catalysts, unreacted substances, impurities, etc. remaining in the reaction system. Since these have a low boiling point and melting point, if they are present in a large amount in ester (al), voids tend to be generated easily.
  • the values of the content (wt%) of the low boiling point and the softening point (K) are not particularly limited unless departing from the value of the ratio.
  • the softening point (K) of the ester (al) after the treatment is 373K
  • the low-boiling content may be 1.5% by weight or less, preferably 0.4% by weight or less.
  • the content of low-boiling components should be 1.7% by weight or less, preferably 0.8% by weight or less.
  • the void suppression effect can be obtained by setting the ratio (wt% ZK) in such a range. If the softening point of the ester (al) that is slow is high, the low-boiling component will not easily move in the solder paste, so the content of the low-boiling component is relatively high in relation to the softening point (K). However, it is thought that the effect of void suppression can be obtained. On the other hand, if the soft soft spot of the ester (a 1) is low, the low boiling point component tends to move in the solder paste, so the content of the low boiling point component relative to the softening point (K) is relatively low. It is thought that the effect of void suppression can be obtained by reducing the number to a minimum.
  • the ester (al) and the ester (al ′) can be used in combination.
  • the purification means include (1) heating 'depressurization distillation using reduced pressure', (2) heating 'steam distillation method in which steam heated under normal pressure or reduced pressure is blown into the system, and (3) low boiling point suitable.
  • Various known means such as a solvent extraction method using a solvent that can be dissolved in the solvent can be exemplified. These means can be combined as appropriate.
  • vacuum distillation for example, it is usually performed at a temperature of about 200 to 300 ° C and a pressure of about 0.01 to 3 kPa.
  • the treatment time varies depending on the temperature and pressure.
  • the treatment time is not particularly limited as long as it is a time until the ratio value becomes 0.004 or less. Specific conditions are, for example, about 1 hour at 270 ° C. and 0.5 kPa. According to the molecular distillation method using a molecular distillation membrane as the vacuum distillation, the purification effect can be further enhanced.
  • steam distillation method for example, it may be carried out by blowing steam pressurized to about 0.1 to 1 MPa at a temperature of about 200 to 300 ° C under normal pressure. Good.
  • the treatment time varies depending on the temperature 'pressure and the steam blowing condition, but is not particularly limited as long as the ratio value is 0.004 or less.
  • steam at about 270 ° C. under normal pressure and about 0. IMPa may be blown into the system for about 2 hours.
  • the ester (al) may be pulverized and extracted with a solvent that suitably dissolves the low boiling point component.
  • a solvent that suitably dissolves the low boiling point component.
  • the solvent include aliphatic hydrocarbons such as hexane and heptane, alcohols such as methanol and ethanol, and the like.
  • ester (al) since ester (al) usually has a wide soft spot temperature range, a high soft spot value increases the viscosity of the distillation system, and low boiling point may be removed from the system by distillation. It will be discharged. On the other hand, when the softening point is low, the viscosity of the distillation system also decreases, and the low boiling point is easily discharged out of the system by distillation. Therefore, the distillation time is determined by the soft spot of the ester (al).
  • the content (% by weight) of the low boiling point in the ester (al) can also determine the specific power of the peak area by normal gel permeation mouth chromatography (GPC). Specifically, it can be determined by dividing the total peak area of the low boiling point by the total peak area of the ester (al).
  • GPC gel permeation mouth chromatography
  • the ester (al,) thus obtained is a composition containing an ester mixture of usually about 98 to 90% by weight, preferably about 95 to 92% by weight, and the acid value is usually 0.1 to Around 50 , Preferably about 0.1 to 25, particularly preferably 0.5 to 20, and the softening point is usually about 343 to 453 K, preferably about 348 to 448 mm, particularly preferably 353 to 443 mm, and a hydroxyl group The value is usually about 0 to 60, preferably about 1 to 45.
  • the content (% by weight) of the ester compound in the ester (al ′) can be determined in the same manner as in the ester (al).
  • esters (al) and (al ') can be further subjected to various known hydrogenation treatments, disproportionation treatments, dehydrogenation treatments, antioxidant addition treatments, and the like. This is preferable because it improves the heat resistance and color tone of the flux.
  • the flux of the present invention usually contains about 6 to 55% by weight of ester (al) and Z or (al ') for the purpose of reducing the generation of the voids (especially "bubble voids"). It is a feature. If the amount is less than 6% by weight, it is difficult to reduce voids. If the amount exceeds 55% by weight, normal solder characteristics such as solder balls tend to be impaired.
  • the content is preferably about 9 to 45% by weight, more preferably 18 to 40% by weight.
  • succinic acid (a2) used as the base succinate (A) the same succinic acid as the raw material of the ester (al) described above can be used.
  • the succinic acid (a2) plays an important role mainly by cleaning the surface of the lead-free solder powder (removing the oxide film) by the action of its active carboxyl group.
  • the succinic acid (a2) preferably contains the polymerized rosin and Z or the Diels-Falder adduct. This is because the softening point is in a relatively high temperature range, so that the acid resistance and thermal stability of the flux can be improved.
  • the succinic acid (a2) is treated with the various purification means described above, and the low boiling content (wt%) in the treated succinic acid (a2)
  • the ratio (wt% ZK) of the succinic acid (a2) to the softening point (K) is about 0.004 or less, preferably about 0.002 or less, more preferably 0.001 or less, particularly preferably 0.00.
  • the amount of voids generated can be preferably reduced by using as a base resin (A) a material prepared to be 0001 or less, most preferably substantially zero (hereinafter referred to as succinic acid (a2,)). become.
  • the ratio (weight% ZK) is not less than 0.0001 in consideration of the balance between the time required for refining treatment and product cost and the effect of void suppression. Above, preferably 0.00001 or more.
  • the low boiling point is the same as described above. If the low boiling point component is present in a large amount in the succinic acid (a2) after the treatment, voids tend to be easily generated.
  • the values of the content (wt%) of the low boiling point and the soft spot (K) are not particularly limited unless departing from the value of the ratio.
  • the above means (1) to (3) can be used, and these can be combined.
  • succinic acid (a2) usually has a wide soft soft spot range, so that the viscosity of the distillation system increases when the softening point is high, and the component of low boiling point is a system depending on the distillation. It becomes difficult to be discharged outside. On the other hand, if the soft spot is low, the viscosity of the distillation system also becomes small, and it tends to be discharged out of the system by component distillation of low boiling point. Therefore, the distillation time is determined by the soft spot of succinic acid (a2).
  • the succinic acid (a2 ') thus obtained has an acid value of usually about 160 to 190, preferably about 170 to 180, and a softening point of usually 340, as long as the natural rosin is purified. ⁇ 4 About 50K. Further, if various derivatives of the natural rosins are purified, the acid value S is usually about 140 to 400, and the softening point is usually about 340 to 480K.
  • the succinic acid (a2) and the succinic acid (a2,) can be used in combination.
  • the succinic acids (a2) and (a2 ') may be further subjected to various known hydrogenation treatments, disproportionation (dehydrogenation) treatments, acidification inhibitor addition treatments, and the like. When applied, it is preferable because the heat resistance and color tone of the flux are improved.
  • the base resin (A) can be used in combination as the base resin (A).
  • epoxy resin acrylic resin, polyimide resin, polyamide resin, Iron resin
  • Synthetic resins such as polyester resin, polyacrylonitrile resin, chloride resin resin, acetate resin resin, polyolefin resin, fluorine resin or ABS resin; isoprene rubber, styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), synthetic rubbers such as chloroprene rubber or nylon rubber; elastomers such as nylon elastomer and polyester elastomer; and normal liquids that can also provide succinic acid and monoalcohol (eg, methyl alcohol, ethyl alcohol, butyl alcohol, etc.)
  • succinic acid and monoalcohol eg, methyl alcohol, ethyl alcohol, butyl alcohol, etc.
  • Examples of the ester can be exemplified. These can be used alone or in combination of two or more. These may be used usually in the
  • the ester (al) preferably (al ′)
  • succinic acid (a 2) preferably succinic acid (a2 ′)
  • the total solid weight of both is usually about 10 to 60% by weight, preferably about 6 to 40% by weight, and more preferably 6 to 30% by weight.
  • ester (al) preferably the ester (al ')
  • succinic acid preferably the succinic acid
  • the solid content weight of the ester (al) (preferably the ester (al ′)) in the total solid content with (a2) (preferably succinic acid (a2 ′)) is usually 60% from the viewpoint of void suppression. It is about -88% by weight, preferably about 70-85% by weight, and more preferably 73-82% by weight.
  • any solvent that can be used in the flux can be used without any particular limitation.
  • an organic acid compound or an organic amine compound that is activated by preheating during reflow treatment for example, succinic acid, benzoic acid, adipic acid, abietic acid, dartaric acid, palmitic acid, stearic acid, Examples include formic acid, azelaic acid, tributyramine, dioctylamine, and dibutylamine.
  • halides activated in the main heat of the reflow treatment for example, ethylamine hydrochloride, methylamine hydrochloride, ethylamine bromate, jetylamine bromate, methylamine bromate, propenediol hydrochloride, allylamamine hydrochloride, 3 Amino-1 propene hydrochloride, N- (3-aminopropyl) methacrylamide hydrochloride, O-acidin hydrochloride, n-butylamine hydrochloride, P-aminophenol hydrochloride or trans-2,3 dibromo-2-butene -1,4-diol and the like.
  • examples of compounds that show activity from the preheat to the main heat of the reflow treatment include, for example, quaternary ammonia, lauryltrimethylamine. Examples thereof include molybdenum chloride, alkylbenzil dimethyl ammonium chloride, and tetrabutyl ammonium chloride.
  • These activators (B) can be used singly or in combination of two or more.
  • the content of the active agent (B) in the flux is usually about 0.1 to 10% by weight, preferably about 0.1 to 5% by weight, and more preferably 0.1 to 3% by weight. When the content is about 0.1 to: LO weight%, soldering characteristics are improved, and the storage stability and electrical insulation of the solder paste tend to be improved.
  • additive (C) various known anti-oxidation agents, thixotropic agents, post-sticking agents or anti-skinning agents can be used.
  • the antioxidant are 2,6-di-tert-butyl-p-cresol, para-tert-amylphenol, 2,2'-methylenebis (4-methyl 6-tert-butylphenol) and the like.
  • thixotropic agents include castor oil, hydrogenated castor oil, beeswax, carnauba wax, stearamide, hydroxystearic acid ethylenebisamide, and the like.
  • Acetylene alcohol compounds such as hexyne 2,5 diol, 2, 4, 7, 9-tetramethyl-5 decyne 4,7-diol and 3,6-dimethyl-4-octyne 3,6-diol (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-263281) Reference).
  • “Posokki” and “skinning” mean that the solder paste viscosity changes due to the reaction of the lead-free solder powder with the activator, etc., or the surface of the solder paste is peeled off. This is a phenomenon that becomes harder as a tension is applied or the viscosity of the solder paste decreases.
  • These additives (C) can be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the additive (C) in the flux is usually about 0.1 to 10% by weight, preferably about 0.1 to 5% by weight, and more preferably 0.1 to 2% by weight.
  • the content in the flux is usually about 3 to 20% by weight, preferably 4 to: L0% by weight.
  • the content in the soot is usually about 0.1 to 5% by weight, preferably 0.5 to 3% by weight.
  • the content is about 0.1 to 5% by weight, there is a tendency that the effect of suppressing the above-mentioned unevenness and skinning becomes sufficient. If it exceeds 5% by weight, no further effect is observed, and soldering characteristics tend to be rather deteriorated.
  • solvent (D) various known solvents that can be used for the flux can be used without particular limitation. Specifically, hexyl ether to ethylene glycol mono, diethylene glycol one Honoré monobutyl Honoré ether Honoré, the carboxymethyl Bruno leg Ricoh Honoré, Kishinore glycol octane di O over Honoré, to Echinore, benzyl alcohol, 1, 3-butanediol, ⁇ , 4 Butanediol 2 Alcohols such as mono (2-n-butoxyethoxy) ethanol and terbinol; Esters such as butyl benzoate, ethyl adipate, 2- (2-n-butoxyethoxy) ethyl acetate; Dodecane, tetradecene, etc.
  • Hydrocarbons such as methyl 2-pyrrolidone can be exemplified.
  • These solvents (D) can be used alone or in combination of two or more. Since the melting temperature of lead-free solder is as described above, it is preferable to have a boiling point in the range of about 150 to 300 ° C, preferably about 220 to 280 ° C. .
  • the content of the solvent (D) in the flux is usually about 20 to 85% by weight, preferably about 25 to 85% by weight, more preferably 30 to 80% by weight.
  • the flux of the present invention can be obtained by mixing the base resin (A), the activator (B), the additive (C) and the solvent (D) by a known means.
  • the conditions (temperature, pressure, etc.) at that time are not particularly limited.
  • a planetary mill can be used as the chaotic means.
  • the solder paste of the present invention is a cream-like composition obtained by kneading the flux and various known lead-free solder powders by a known mixing means such as a planetary mill.
  • Examples of the lead-free solder powder include Sn solder powder, Sn-Ag solder powder, Sn-Cu solder powder, Sn-Zn solder powder, and Sn-Sb solder powder. Specifically, Sn-A g solder powder, Sn-Ag-Cu solder powder, Sn-Ag-Bin solder powder, Sn-Ag-Cu-Bin solder powder, Sn-Ag-Cu-In solder powder, Sn—Ag—Cu—S solder powder and Sn—Ag — Cu— Ni— Ge solder powder.
  • the flux of the present invention may be used for conventional lead eutectic soldering depending on the force situation intended for lead-free soldering.
  • Examples of the lead eutectic solder powder include Sn—Pb solder powder, Sn—Pb—Ag solder powder, Sn Pb—Bi solder powder, In—Pb solder powder, and Pb—Ag solder powder.
  • the solid content weight ratio of the flux to the lead-free solder powder is usually about 5:95 to 20:80, preferably 9:91 to 20:80 for the former: the latter. .
  • additive (C), the solvent (D), and other additives can be optionally used as long as they are within such a range.
  • a commercially available polymerized rosin ester (trade name “Pencel D-160” manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd., ester of polymerized rosin and pentaerythritol; acid value; (13) Hydroxyl value 40, softening point 428K, content of component with molecular weight 300 or less is 3.0% by weight, content of component with molecular weight 300 or less (% by weight) ⁇ softening point ( ⁇ ) has a value of 0.007) (Hereinafter referred to as ester (al-1)) was charged and melted at 280 ° C.
  • Preparation Example 1 the commercially available polymerized rosin ester was converted to rosin ester (acrylic acid-added light colored rosin (trade name “KE-604” manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.) and glycerin ester) (hereinafter referred to as ester).
  • ester (acrylic acid-added light colored rosin (trade name “KE-604” manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.) and glycerin ester) (hereinafter referred to as ester).
  • the ester (al'-9) was obtained in the same manner except that it was changed to (al-9). Table 1 shows the properties.
  • succinic acid (a2-1) Charge 100 parts of the above-mentioned commercially available Chinese polymerized rosin (hereinafter referred to as succinic acid (a2-1)) to the same reactor as in Preparation Example 1, and distill under reduced pressure under the same conditions as succinic acid (a2'-1) Got.
  • Table 1 shows the properties.
  • succinic acid (a2-2) a commercially available Diels-Alder adduct (trade name “KE-604”: Acrylic acid-added light rosin: manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.) (hereinafter referred to as succinic acid (a2-2) )) 100 parts were charged, and vacuum distillation was performed under the same conditions to obtain succinic acid (a2'-2). Table 1 shows the properties.
  • esters or succinic acids listed in Table 1 were used as they were.
  • the solder paste obtained above was printed on a test board for bump formation (a board having a soldering land of 220 m pitch), and soldered by nitrogen reflow, and this was used as a test piece.
  • the printing conditions are as follows.
  • the bump diameter is about 100 m.
  • Metal mask Laser processed product with a thickness of 70 ⁇ m
  • Pre-heated rice cake 150-160. 90 seconds with C
  • Peak temperature during reflow 235 ° C
  • the obtained test piece was irradiated with X-rays to visualize bubble voids generated in the solder bumps.
  • the average value (%) of the void diameter m) with respect to the bump diameter (100 m) was determined for 378 joints.
  • test piece prepared for the observation of the bubble void was examined with a microscope (product name “VH—
  • Example 10 Example 10 To ⁇ 1 Resin (A) Ester (al) or (al-6) (al'-6) (al-6) (al' ⁇ 6) (al 'TM 6) ester) 36.2 36.2 36.2 36.2 36.2 Resin acids (a2) or (a2-l) (aH) (a2' ⁇ l) ( a2-2) (a2-2) (a2'-2) Resin acids (a2 ') 18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 Activator (B) V / Pin acid 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 y 1.0 LO 1.0 1.0 1.0 Additive (0 Hardened castor oil 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 (Thiquit D-Pict)
  • solder paste was screen printed to a thickness of 0.15 mm, and a test piece It was.
  • the printing conditions are as follows.
  • Peak temperature during reflow 240 ° C, 220 ° C or higher, approx. 30 seconds
  • the obtained test piece was irradiated with X-rays to visualize voids generated at the solder joint interface.
  • the ratio (%) of the area (mm 2 ) of the void void to the area (mm 2 ) of the planar electrode was obtained. Evaluation is based on the following criteria.
  • the present invention it is possible to reduce the generation amount of the bubble voids and void voids without impairing normal soldering characteristics such as solder balls. Can provide tasting. Further, the solder paste using the flux according to the present invention can be suitably used for the current surface mounting in which the generation of strong voids hardly occurs.

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Abstract

 ハンダボール等の通常のハンダ付け特性を損なうことなく、しかも気泡ボイドや空隙ボイドの発生量を低減することができる鉛フリーハンダ用のフラックスを提供する。ベース樹脂(A)として、樹脂酸類の多価アルコールエステル(a1)を6~55重量%含有する鉛フリーハンダ用フラックスである。さらに、当該鉛フリーハンダ用フラックスと鉛フリーハンダ粉末を含有してなる、ボイドの発生量を著しく低減することができるソルダーペーストを提供する。

Description

明 細 書
鉛フリーハンダ用フラックスおよびソルダーペースト
技術分野
[0001] 本発明は、鉛フリーハンダ用フラックス(以下、単にフラックスと略すことがある)、お よび該フラックスを含有するソルダーペーストに関する。
背景技術
[0002] 回路基板上の導線パターンにコンデンサ等の電子部品を表面実装するには、一般 にはハンダ付けが行われる。ハンダ付け時には種々の特性が要求される。例えば、「 ハンダボール」形成の抑制が重要となる。ここに、ハンダボールとは、導線パターン上 に印刷されたソルダーペーストが、リフロー加熱溶融時に過度にダレ広がり、ダレの 周縁付近で、ボール状の微細なハンダが出現する現象をいう。ハンダボールの量が 多くなると、ブリッジや短絡が生じやすくなり、実装基板の信頼性が著しく損なわれる
[0003] ところで、鉛が環境や人体を汚染するとの理由から、近年ノヽンダは、従来主流の鉛 共晶ハンダカ 鉛を含有しな 、ハンダ (V、わゆる鉛フリーハンダ)へと置換されつつあ る。これに伴い、リフロー炉の最高加熱温度力 0〜50°Cも上昇したことから、ハンダ 接合部の内部において、マイクロメーターレベルの気泡欠陥(以下、「気泡ボイド」と いう)が発生するという問題が新たに生じている。該気泡ボイドは、特にフリップチップ (FC)実装基板におけるバンプ接合部内部で発生しやすい。気泡ボイドの数が多い 、あるいはその直径が大きいと、当該バンプ接合部の強度や、バンプ 金属層間の 密着力が低下してしまい、実装基板の信頼性が著しく損なわれる。
[0004] また、 Sn— Ag系に代表される鉛フリーハンダは、溶融状態でベース基板 (特に、銅 系の金属基板やセラミックス基板)と濡れにくい。そのため、ハンダ接合界面 (特に、 ダイレクトボンディング接合界面)において、ミリメートルオーダーレベルの空隙(以下 、「空隙ボイド」という)が生ずることがある。該空隙ボイドによっても実装基板の信頼性 は損なわれる。
[0005] このように、鉛フリーハンダを使用する際には「ノヽンダボール」、「気泡ボイド」、「空 隙ボイド」等の各種問題を解決しなければならな ヽ。
[0006] 従来、「ハンダボール」の問題を解決するためには、例えば、フラックスのベース榭 脂として榭脂酸類の多価アルコールエステルイ匕物を特定量用いる技術が知られて ヽ る。(例えば、特許第 3513513号公報 (特開平 7— 185882号公報)、特許第 3345 138号公報 (特開平 7— 1182号公報)、特許第 2561452号公報 (特開平 5— 3376 88号公報)および特開 2002— 361483号公報等を参照)。しかし、これらの技術で は、特に前記「気泡ボイド」の問題を十分には解決できな 、。
[0007] また、「気泡ボイド」の問題を解決するためには、例えば、フラックスのベース榭脂と して特定の軟化点と酸価を有する榭脂酸類を用いる技術が知られて ヽる。(例えば、 特開 2003— 264367号公報、特開平 9— 10988号公報等を参照。)しかし、その効 果は十分でない。
[0008] また、「空隙ボイド」の問題を解決するためには、フラックスの材料である活性剤の種 類を選択して対処するのが一般的である。(例えば、特開平 10— 178261号公報等 を参照。 )しかし、その効果は十分でない。また、製品設計の自由度が低くなる傾向 にあるという問題もある。
発明の開示
[0009] 本発明は、ハンダボールが生じにくいなど、通常のハンダ付け特性を損なうことなく 、し力も「気泡ボイド」や「空隙ボイド」(以下、両者を単に「ボイド」と総称することがある )の発生量を低減することができる、鉛フリーハンダ用のフラックスを提供することを主 な目的とする。
[0010] さらに、当該フラックスを用いてなる、ボイドの発生量を著しく低減することができるソ ルダーペーストを提供することを目的とする。
[0011] 本発明者らは、「気泡ボイド」の発生は、次の理由によるものと考えた。すなわち、
(1)リフロー炉の温度が鉛フリーハンダへの移行により格段に上昇したこと、それによ り(2)ハンダ接合部内において、フラックスのベース榭脂成分である榭脂酸類が分解 してガスが発生したこと、に起因するものと推測した。なお、該ガスは主に、榭脂酸の 3級カルボキシル基が脱離してなる、揮発性の環状ィ匕合物であると考えられる。
[0012] また、「空隙ボイド」の発生は、フラックスのベース榭脂成分である榭脂酸類に多量 に含まれている低分子量の物質力 溶融ハンダとベース基板 (セラミックス等)との接 合界面に残溜することに起因するものと推測した。
[0013] 上記着眼に基づき本発明者らは、「気泡ボイド」については、前記ガス発生の抑制 に着目し、榭脂酸類に多価アルコールを反応させてなる熱安定性に優れたエステル 組成物を特定量、ベース榭脂として含有するフラックスにより解決できることを見いだ した。
[0014] また、「空隙ボイド」につ 、ては、前記低分子量の物質に着目し、ベース榭脂として 用いるエステル組成物ゃ榭脂酸類として、 "その軟ィ匕点 (K)との関係において、分子 量 300以下の成分の含有量 (重量%)を予め特定量以下となるまで除去してなるエス テル組成物"や、 "その軟ィ匕点 (K)との関係において、分子量 300以下の成分の含 有量 (重量%)を予め特定量以下となるまで除去してなる榭脂酸類"を含有するフラッ タスにより解決できることを見いだした。(なお、以下、該"分子量 300以下の成分"の ことを、単に"低沸分"ということがある。 )
[0015] すなわち本発明は、ベース榭脂 (A)として、榭脂酸類の多価アルコールエステル( al)を 6〜55重量%含有する鉛フリーハンダ用フラックスに関する。
[0016] 前記エステル (al)は、分子量 300以下の成分の含有量 (重量%)と軟化点 (K)と の比(重量%ZK)が 0. 004以下となるように調製されたものであることが好ま 、。
[0017] 前記エステル (al)をなす榭脂酸類は、 a , j8—不飽和カルボン酸類と榭脂酸類の ディールス ·アルダー付加物であることが好まし 、。
[0018] ベース榭脂 (A)としては、さらに榭脂酸類 (a2)を含むことが好まし 、。
[0019] 前記榭脂酸類 (a2)は、分子量 300以下の成分の含有量 (重量%)と軟化点 (K)と の比(重量%ZK)が 0. 004以下となるように調製されたものであることが好ま 、。
[0020] 前記榭脂酸類 (a2)は、重合ロジン類および Zまたは a , β 不飽和カルボン酸類 と榭脂酸類のディールス ·アルダー付加物を含むことが好まし 、。
[0021] 前記エステル (al)と前記榭脂酸類 (a2)との合計固形分重量は、 10〜60重量% であることが好ましい。
[0022] 前記エステル (al)と前記榭脂酸類 (a2)との合計固形分重量に占める該エステル ( al)の固形分重量は、 60〜88重量%であることが好ましい。 [0023] 本発明の鉛フリーハンダ用フラックスは、さらに、活性剤 (B)、添加剤(C)および溶 剤 (D)を含有することが好ま 、。
[0024] 前記多価アルコールは、 2価以上のアルコールであることが好ましい。
[0025] 前記多価アルコールは、 3価アルコールおよび/または 4価アルコールであること が好ましい。
[0026] 前記多価アルコールは、グリセリンおよび/またはペンタエリスリトールであることが 好ましい。
[0027] また、本発明は、前記鉛フリーハンダ用フラックスと鉛フリーハンダ粉末を含有して なるソルダーペーストにも関する。
発明を実施するための最良の形態
[0028] 本発明にかかわるフラックスは、ベース榭脂 (A)として、榭脂酸類に多価アルコー ルをエステルイ匕反応させてなるエステル (al)を必須成分とする。
[0029] エステル (al)を構成する榭脂酸類としては、例えば、ガムロジン、ウッドロジン、トー ル油ロジン等の各種公知の天然ロジン類や、該天然ロジン類の各種誘導体を例示で きる。なお、該天然ロジン類と該誘導体は、それぞれ単独で、あるいは組み合わせて 使用することができる。
[0030] 該天然ロジン類は、ァビエチン酸、レボピマル酸、ネオアビェチン酸、パラストリン酸 、ピマル酸、イソピマル酸、サンダラコピマル酸、デヒドロアビエチン酸等の各種榭脂 酸を主たる構成成分とする。
[0031] また、該天然ロジン類は、酸価が通常 160〜190mgKOHZg、好ましくは 170〜1 80mgKOHZg程度 (JIS— K5902に準ずる。以下、単位を略す。)、軟ィ匕点が通常 340〜450K程度、好ましくは 345〜383Κ程度である。 (軟化点は、 JIS— Κ5903 に準じて測定した値 (°C)を絶対温度 (Κ)に変換したものである。以下、同様。 )
[0032] 該誘導体としては、例えば、前記天然ロジン類の不均化物、水添物、脱水素化物、 ホルミルィ匕物、重合物(重合ロジン類)や、 a , j8—不飽和カルボン酸類と榭脂酸類 とのディールス ·アルダー付カ卩物(以下、 "ディールス ·アルダー付カ卩物"と 、う)などを 例示できる。
[0033] また、該誘導体は、酸価が通常 140〜400程度、好ましくは 145〜380程度である 。また、軟ィ匕点が通常 340〜480K程度、好ましくは 373〜443Κ程度である。
[0034] 前記重合ロジン類は、 2量ィ匕された前記榭脂酸を 30〜80重量%程度含有し、酸価 が通常 100〜300程度、好ましくは 140〜170程度、また軟化点が通常 363〜450 Κ程度、好ましくは 373〜440Κ程度の組成物である。重合ロジン類は、例えば「CP -No. 140 (武平県林産化工社製)」、「TX295 (アリゾナケミカル社製)」等の巿販 品として入手できる。
[0035] 前記ディールス ·アルダー付加物は、榭脂酸類に含まれる前記榭脂酸に a , β— 不飽和カルボン酸類をディールス ·アルダー付加してなる化合物を含む組成物であ る。
[0036] 該 α , j8—不飽和カルボン酸類としては、各種公知のものを例示できる。例えば、 アクリル酸、メタアクリル酸等の OC , β 不飽和モノカルボン酸類;クロトン酸、ィタコン 酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、ムコン酸、シトラコン酸等の a , βー不飽 和ジカルボン酸類;これらの中和塩を例示できる。
[0037] 当該中和塩としては、アンモニア、炭酸アンモ-ゥム、モノェチルァミン、モノブチル ァミン、ジメチルァミン、ジブチルァミン、トリメチルァミン、ジェチルァミン等の有機塩 や、カルシウム、ナトリウム、カリウムなどの金属塩を例示できる。本発明のフラックスが 電子材料用であることを考慮すると、当該中和塩としては該有機塩が好ましい。
[0038] 該ディールス ·アルダー付カ卩物は、通常酸価が 20〜400程度、好ましくは 100〜3 80程度、特に好ましくは 200〜360であり、また軟ィ匕点が通常 363〜453Κ程度、好 ましくは 373〜443Κ程度、特に好ましくは 383〜433Κの組成物である。
[0039] 該ディールス 'アルダー付カ卩物は、例えば、「パインクリスタルシリーズ」、「ΚΕシリー ズ」、「マルキードシリーズ」等の市販品 (いずれも荒川化学工業 (株)製)として入手で きる。
[0040] エステル (al)は、前記榭脂酸類に多価アルコールを反応させてなる組成物であり 、熱安定性に優れるエステル化合物を含有する。
[0041] エステル (a 1)を構成する多価アルコールとしては、各種公知のものを使用すること ができる。例えば、 2価アルコールとして、エチレングリコール、ジエチレングリコール 、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、 1, 2 ジヒドロキシプロパン、 1, 3 ージヒドロキシプロパン、 1, 2 ジヒドロキシブタン、 1, 3 ジヒドロキシブタン、 2, 3 ージヒドロキシブタン、ネオペンチルグリコール、 1, 4 ビスーヒドロキシメチルーシク 口へキサン、 1, 6 へキサンジオール、オタテングリコール、ポリエチレングリコール 等の 2価脂肪族アルコール; 2, 2 ビス(4ーヒドロキシジフエ-ル)メタン、 2, 2 ビス (4 ヒドロキシフエ-ル)プロパン、 2, 2 ビス(4 ヒドロキシ一 3—メチルフエ-ル) プロパン、 2, 2 ビス(4 ヒドロキシ一 3— t—ブチルフエ-ル)プロパン、 2, 2 ビス (4 ヒドロキシ一 3, 5 ジメチルフエ-ル)プロパン、 2, 2 ビス(4 ヒドロキシ一 3, 5 ジブロモ)プロパン、 4, 4 ビス(4 ヒドロキシフエ-ル)ヘプタン、 1, 1—ビス(4 —ヒドロキシフエ-ル)シクロへキサン等のビスフエノール類や、 4, 4,一ジヒドロキシビ フエ-ル、 3, 3' , 5, 5,一テトラメチル一 4, 4,一ビフエ-ル等のビフエノール類、 4, 4,一イソプロピリデンジフエノール(ビスフエノール A)、ビス(4—ヒドロキシフエ-ル) スルホン(ビスフエノール S)、ビス(4 -ヒドロキシフエ-ル)エーテル、ビス(4 -ヒドロ キシフエ-ル)ケトン、 4, 4,ージヒドロキシビフエ-ルなどの 2価芳香族アルコール;当 該 2価芳香族アルコールに対応する 2価脂環族アルコ一ル等を例示できる。これらは 1種を単独で、あるいは 2種以上を組み合わせて用いることができる。また、 3価アル コーノレとして、 ί列えば、グリセリン、グリセローノレ、 1, 2, 3 プロノ ントリオ一ノレ、 1, 2, 4 —ブタントリオール、 3—メチルペンタン— 1, 3, 5 トリオール、 1, 2, 6 へキサント リオール、 1, 3, 5 トリス(2 ヒドロキシェチル)シァヌル酸等の 3価脂肪族アルコー ルを例示できる。これらは 1種を単独で、あるいは 2種以上を組み合わせて用いること ができる。また、 4価アルコールとしは、ジグリセリン、ペンタエリスリトール等の 4価脂 肪族アルコールを例示できる。これらは 1種を単独で、あるいは 2種以上を組み合わ せて用いることができる。なお、 5価以上のアルコールとして、例えばジペンタエリスリ トールを用いることができる。
[0042] 多価アルコールの中でも、ボイド抑制(特に、前記「気泡ボイド」)という観点より、前 記 2価アルコールが好ましい。特に、前記 3価アルコールおよび Ζまたは 4価アルコ ールが好ましい。具体的には、前記グリセリンおよび Ζまたはペンタエリスリトールが 好ましい。
[0043] エステル (al)としては、榭脂酸類として前記付加物を用い、また多価アルコールと してグリセリンおよび zまたはペンタエリスリトールを用いたエステルが好まし 、。当該 エステルは、榭脂酸類と比べて結晶化しにくいため、これをベース榭脂とするフラック スを用いれば、経時的に増粘等がないなど、品質管理上有利なソルダーペーストが 得られる力 である。
[0044] エステル (al)の製造方法は特に限定されず、各種公知の手段を利用できる。具体 的には、例えば、前記榭脂酸類と前記多価アルコールを反応容器へ仕込み、系内を 150〜300°C程度に加熱し、生成する水を系外に除去しながら、後述する所定の物 性になるところで反応を完了させることにより得ることができる。反応は、通常は大気 圧下で行う。
[0045] また、反応は、窒素や希ガス等の不活性ガス気流下で行うのが好ま 、。前記榭脂 酸類と前記多価アルコールの仕込み割合は、榭脂酸類と多価アルコールの当量比( COOH (eq) : OH (eq) )が 1 : 1. 5〜1 : 0. 7程度となる範囲である。なお、エステル 反応には、エステルイ匕触媒を用いることができる。具体的には、例えば酢酸、パラトル エンスルホン酸等の酸触媒;水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の アルカリ金属水酸ィ匕物;水酸ィ匕カルシウム、水酸ィ匕マグネシウム等のアルカリ土類金 属水酸化物;酸化カルシウム、酸ィ匕マグネシウム等のアルカリ土類金属酸ィ匕物;など を例示できる。これらは 1種を単独で、あるいは 2種以上を組み合わせて用いることが できる。また、エステル (al)の原料である榭脂酸類は、後述する各種精製法により、 予め処理したものであってもよ!/、。
[0046] こうして得られるエステル(al)は、通常 98〜90重量0 /0程度、好ましくは 95〜92重 量%のエステルイ匕合物を含有する組成物である。また酸価は、通常 0. 1〜50程度、 好ましくは 0. 1〜25程度、特に好ましくは 1〜20である。また軟化点は通常 343〜4 53K程度、好ましくは 353〜443K程度、特に好ましくは 363〜433Κである。また水 酸基価は通常 0〜60程度、好ましくは 1〜40程度である。
[0047] また、エステル (al)における前記エステル化合物の含有量 (重量%)は、例えばガ スクロマトグラフィー等の公知手段により測定して決定できる。ただし、当該含有量を 実質的に決定できるものであれば、他の GPC装置やカラムを用いてもよい。より簡便 には、エステル (al)が有する酸価を、原料として用いる榭脂酸類の酸価で割ることに より決定することができる。
[0048] 前述したように、本発明においては、ボイド形成の要因の一つに前記低沸分が考え られる。
[0049] そこで、本発明では、前記エステル (al)を、後に例示するような各種精製手段で処 理し、処理後のエステル (al)における低沸分の含有量 (重量%)と、処理後のエステ ル (al)の軟ィ匕点 (K)との比(重量%ZK)が 0. 004以下、好ましくは 0. 002以下、さ らに好ましくは 0. 001以下、特に好ましくは、 0. 0001以下、最も好ましくは、実質的 に 0となるように調製したもの(以下、エステル (al,)と 、う)をベース榭脂 (A)として用 いることで、ボイドの発生量を好ましく低減することができる。なお、精製処理に要する 時間や製品コストと、ボイド抑制の効果のバランスを考慮して、該比(重量%ZK)は 0 . 000001以上、好まし <は 0. 00001以上であればよい。
[0050] ここに低沸分とは、各種反応の際に生じた前記揮発性の環状化合物や、反応系に 残存する触媒類、未反応物、不純物等をいう。これらは沸点や融点が低いので、エス テル (al)中に多量に存在していると、ボイドが発生しやすくなる傾向にある。
[0051] 本発明では、前記比の値を逸脱しない限り、該低沸分の含有量 (重量%)と該軟ィ匕 点 (K)の数値は特に限定されな ヽ。例えば、処理後のエステル (al)の軟化点 (K)が 373Kの場合には、低沸分の含有量が 1. 5重量%以下、好ましくは 0. 4重量%以下 であればよい。また、例えば、処理後のエステル (al)の軟ィ匕点 (K)が 433Kの場合 には、低沸分の含有量が 1. 7重量%以下、好ましくは 0. 8重量%以下であればよい
[0052] 該比(重量%ZK)をこのような範囲にすることでボイド抑制の効果が得られる理由 は定かではない。おそらぐエステル(al)の軟化点が高いと、ソルダーペースト内で 前記低沸分が運動しにくくなるため、軟化点 (K)との関係において該低沸分の含有 量が相対的に多くても、ボイド抑制の効果が得られると考えられる。一方、エステル (a 1)の軟ィ匕点が低いとソルダーペースト内で前記低沸分が運動しやすくなるため、軟 化点 (K)との関係において該低沸分の含有量を相対的に少なくすることで、ボイド抑 制の効果が得られると考えられる。
[0053] なお、本発明では、前記エステル (al)と該エステル (al ' )を併用することができる。 [0054] 精製手段としては、例えば(1)加熱'減圧による減圧蒸留法、(2)加熱'常圧または 減圧下で加熱した水蒸気を系内に吹き込む水蒸気蒸留法、 (3)低沸分好適に溶解 できるような溶媒を用いる溶媒抽出法といった、各種公知の手段を例示することがで きる。これらの手段は、適宜組み合わせることができる。
[0055] 前記(1)減圧蒸留の場合には、例えば通常 200〜300°C程度の温度、 0. 01〜3k Pa程度の圧力で行えばよい。処理時間は温度 ·圧力により異なる力 前記比の値が 0. 004以下となるまでの時間であれば特に制限されない。具体的な条件は、例えば 270°C、 0. 5kPaで 1時間程度である。なお該減圧蒸留として分子蒸留膜を用いた 分子蒸留法によれば、さらに精製の効果を高めることができる。
[0056] 前記(2)水蒸気蒸留法の場合には、例えば通常 200〜300°C程度の温度、常圧 下で、 0. l〜lMPa程度に加圧した水蒸気を系に吹き込むことにより行えばよい。処 理時間は温度'圧力、および水蒸気の吹き込み条件によって異なるが、前記比の値 が 0. 004以下となるまでの時間であれば特に制限されない。具体的な条件としては 、例えば 270°C、常圧下、 0. IMPa程度の水蒸気を系内に 2時間程度吹き込めばよ い。
[0057] 前記(3)溶媒抽出法の場合には、例えば前記エステル (al)を粉砕し、前記低沸分 を好適に溶解する溶媒にて抽出すればよい。溶媒としては、へキサン、ヘプタン等の 脂肪族炭化水素や、メタノール、エタノール等のアルコール等を例示できる。
[0058] なお、エステル (al)は通常広い軟ィ匕点範囲を有しているため、軟ィ匕点が高いと蒸 留系の粘度が大きくなり、低沸分は蒸留によっては系外に排出されに《なる。一方、 軟化点が低いと蒸留系の粘度も小さくなり、低沸分は蒸留により系外に排出されやす くなる。よって、蒸留時間はエステル (al)の軟ィ匕点により定まる。
[0059] エステル (al)における低沸分の含有量 (重量%)は、通常ゲルパーミエーシヨンク 口マトグラフィー(GPC)によるピーク面積の比力も決定することができる。具体的には 、低沸分のピーク面積総和を、前記エステル (al)のピーク面積の総和で除すること により決定することができる。 GPCの測定条件は前記同様である。
[0060] こうして得られるエステル(al,)は、通常 98〜90重量%程度、好ましくは 95〜92 重量%程度のエステルイ匕合物を含有する組成物であり、酸価が通常 0. 1〜50程度 、好ましくは 0. 1〜25程度、特に好ましくは 0. 5〜20であり、また軟化点が通常 343 〜453K程度、好ましくは 348〜448Κ程度、特に好ましくは 353〜443Κであり、ま た水酸基価が通常 0〜60程度、好ましくは 1〜45程度である。なお、エステル (al ' ) における該エステル化合物の含有量 (重量%)は、前記エステル (al)と同様にして 求めることができる。
[0061] エステル (al)、(al ' )は、さらに各種公知の水素添加処理、不均化処理、脱水素 化処理、酸化防止剤添加処理等に供することができる。カゝかる場合には、フラックス の耐熱性や色調が向上するので好まし 、。
[0062] 本発明のフラックスは、前記ボイド (特に「気泡ボイド」 )の発生を低減させる目的か ら、エステル (al)および Zまたは (al ' )を通常 6〜55重量%程度含有することを特 徴とする。その量が 6重量%未満であるとボイドの低減が困難であり、またその量が 5 5重量%を超えるとハンダボール等の通常のハンダ特性が損なわれる傾向にある。
[0063] 力かる理由より該含有量は、好ましくは 9〜45重量%程度、さらに好ましくは 18〜4 0重量%であるのがよい。
[0064] ベース榭脂 (A)として用いる榭脂酸類 (a2)としては、前述したエステル (al)の原 料である榭脂酸類と同じものを用いることができる。当該榭脂酸類 (a2)は、主に、そ の活性カルボキシル基の作用により鉛フリーハンダ粉の表面を清浄ィ匕する(酸化被 膜を除去する) t 、う重要な役目をになう。
[0065] 当該榭脂酸類 (a2)としては、前記重合ロジン類および Zまたは前記ディールス ·ァ ルダー付加物を含むものであることが好まし ヽ。これらは軟化点が比較的高温域にあ るため、フラックスの耐酸ィ匕性、熱安定性を向上できるからである。
[0066] 本発明では、榭脂酸類 (a2)を、前述した各種精製手段で処理し、処理後の榭脂酸 類 (a2)における低沸分の含有量 (重量%)と、処理後の榭脂酸類 (a2)の軟化点 (K )との比(重量%ZK)が 0. 004程度以下、好ましくは 0. 002程度以下、さらに好まし くは 0. 001以下、特に好ましくは 0. 0001以下、最も好ましくは実質的に 0となるよう に調製したもの (以下、榭脂酸類 (a2,)という)をベース榭脂 (A)として用いることで、 ボイドの発生量を好ましく低減できるようになる。なお精製処理に要する時間や製品 コストと、ボイド抑制の効果のバランスを考慮して該比(重量%ZK)は 0. 000001以 上、好ましくは 0. 00001以上であればよい。
[0067] 該低沸分は、前記したものと同様である。該低沸分が処理後の榭脂酸類 (a2)中に 多量に存在して 、ると、ボイドが発生しやすくなる傾向にある。
[0068] 本発明では当該比の値を逸脱しない限り、該低沸分の含有量 (重量%)と該軟ィ匕 点 (K)の数値は特に限定されな!ヽ。
[0069] 該比(重量%ZK)をこのような範囲にすることでボイド抑制の効果が得られる理由 は定かではない。おそらぐ榭脂酸類 (a2)の軟ィ匕点が高いとソルダーペースト内で 前記低沸分が運動しに《なるため、軟ィ匕点 (K)との関係において低沸分の含有量 が相対的に多くてもボイド抑制の効果が得られると考えられる。一方、榭脂酸類 (a2) の軟ィ匕点が低 、とソルダーペースト内で前記低沸分が運動しやすくなるため、軟ィ匕 点 (K)との関係において低沸分の含有量が相対的に少なくすることでボイド抑制の 効果が得られると考えられる。
[0070] 精製手段は、前記(1)〜(3)の手段を利用することができ、これらは組み合わせるこ とがでさる。
[0071] なお、榭脂酸類 (a2)は通常広い軟ィ匕点範囲を有しているため、軟化点が高いと蒸 留系の粘度が大きくなり、低沸分の成分は蒸留によっては系外に排出されにくくなる 。一方、軟ィ匕点が低いと蒸留系の粘度も小さくなり、低沸分の成分蒸留により系外に 排出されやすくなる。よって、蒸留時間は榭脂酸類 (a2)の軟ィ匕点により定まる。
[0072] こうして得られる榭脂酸類 (a2' )は、前記天然ロジン類を精製したものであれば、酸 価が通常 160〜190程度、好ましくは 170〜180程度であり、軟化点が通常 340〜4 50K程度である。また、前記天然ロジン類の各種誘導体を精製したものであれば、酸 価力 S通常 140〜400程度、軟化点が通常 340〜480K程度である。
[0073] なお、榭脂酸類 (a2)と榭脂酸類 (a2,)は併用することができる。
[0074] 榭脂酸類 (a2)、 (a2' )は、さらに、各種公知の水素添加処理、不均化 (脱水素化) 処理、酸ィ匕防止剤添加処理等に供してもよい。力かる場合には、フラックスの耐熱性 や色調が向上するので好ましい。
[0075] 本発明では、ベース榭脂 (A)として次のものを併用することができる。具体的には、 例えば、エポキシ榭脂、アクリル榭脂、ポリイミド榭脂、ポリアミド榭脂けイロン榭脂)、 ポリエステル榭脂、ポリアクリロニトリル榭脂、塩化ビュル榭脂、酢酸ビュル榭脂、ポリ ォレフィン榭脂、フッ素系榭脂または ABS榭脂等の合成樹脂;イソプレンゴム、スチ レンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴムまたはナイロンゴ ム等の合成ゴム;ナイロン系エラストマ、ポリエステル系エラストマ等のエラストマ;前記 榭脂酸類とモノアルコール(例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ブチルァ ルコール等)力も得られる通常液状のエステルなどを例示できる。これらは 1種を単独 で、あるいは 2種以上を組み合わせて用いることができる。これらは、ベース榭脂 (A) の合計固形分重量に対し、通常 0〜20重量%程度の範囲で用いればよい。
[0076] 本発明のフラックスにおいて、前記エステル (al) (好ましくは(al ' ) )と榭脂酸類 (a 2) (好ましくは榭脂酸類 (a2' ) )を併用する場合には、ボイド抑制の観点より、両者の 合計固形分重量が、通常 10〜60重量%程度、好ましくは 6〜40重量%程度、さら に好ましくは 6〜30重量%であるのがよい。
[0077] この場合において、前記エステル (al) (好ましくはエステル (al ' ) )と前記榭脂酸類
(a2) (好ましくは榭脂酸類 (a2' ) )との合計固形分量に占める該エステル (al) (好ま しくはエステル (al ' ) )の固形分重量は、ボイド抑制の観点より、通常 60〜88重量% 程度、好ましくは 70〜85重量%程度、さらに好ましくは 73〜82重量%である。
[0078] 活性剤 (B)としては、フラックスに用いることができる溶剤であれば特に限定なく使 用することができる。具体的には、リフロー処理のプリヒートで活性化する有機酸系化 合物や有機アミン系化合物として、例えば、例えばコハク酸、安息香酸、アジピン酸、 ァビエチン酸、ダルタル酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ギ酸、ァゼライン酸、トリブチ ルァミン、ジォクチルァミンまたはジブチルァミン等を例示できる。また、リフロー処理 のメインヒートで活性化するハロゲン化物として、例えば、ェチルァミン塩酸塩、メチル ァミン塩酸塩、ェチルァミン臭素酸塩、ジェチルァミン臭素酸塩、メチルァミン臭素酸 塩、プロペンジオール塩酸塩、ァリルァミン塩酸塩、 3 アミノー 1 プロペン塩酸塩、 N— (3—ァミノプロピル)メタクリルアミド塩酸塩、 O ァ-シジン塩酸塩、 n—ブチル ァミン塩酸塩、 P ァミノフエノール塩酸塩または trans— 2, 3 ジブロモ— 2 ブテ ン—1, 4ージオール等を例示できる。また、リフロー処理のプリヒートからメインヒート まで活性力を示すィ匕合物として、例えば、第 4級アンモ-ゥム、ラウリルトリメチルアン モ -ゥムクロライド、アルキルべンジルジメチルアンモ -ゥムクロライドまたはテトラプチ ルアンモ -ゥムブロマイド等を例示できる。これらの活性剤(B)は、 1種を単独で、あ るいは 2種以上を組み合わせて用いることができる。フラックスにおける活性剤 (B)の 含有量は、通常 0. 1〜10重量%程度、好ましくは 0. 1〜5重量%程度、さらに好まし くは 0. 1〜3重量%である。含有量を 0. 1〜: LO重量%程度とすることで、ハンダ付け 特性が良好となり、またソルダーペーストの保存安定性や電気絶縁性が向上する傾 向がある。
添加剤(C)としては、各種公知の酸ィ匕防止剤、チキソトロピック剤、ポソツキ (バサッ キ)あるいは皮張り防止剤を用いることができる。酸ィ匕防止剤としては、例えば 2, 6- ジ tーブチルー p クレゾール、パラー tert—ァミルフエノール、 2, 2'—メチレンビ ス(4—メチル 6— tert—ブチルフエノール)等を例示できる。チキソトロピック剤とし ては、例えばひまし油、硬化ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックス、ステアリン酸アミド、 ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド等を例示できる。ポソツキ (バサツキ)ある ヽ は皮張り防止剤としては、 3—メチルー 1ーブチンー3 オール、 3—メチルー 1ーぺ ンチン— 3 オール、 3, 5 ジメチルー 1一へキシン— 3 オール、 2, 5 ジメチル 3 へキシン 2, 5 ジオール、 2, 4, 7, 9ーテトラメチルー 5 デシン 4, 7— ジオールおよび 3, 6—ジメチルー 4ーォクチン 3, 6—ジオール等のアセチレンァ ルコール系化合物(特開 2000— 263281号公報参照)を例示できる。なお、「ポソッ キ (ある!/、はバサツキ)」や「皮張り」とは、鉛フリーハンダ粉末が活性剤等と反応する ことによりソルダーペーストの粘度が変化したり、ソルダーペーストの表面が皮を張つ たように硬くなつたり、ソルダーペーストの粘性が低下したりするような現象をいう。こ れらの添加剤(C)は、 1種を単独で、あるいは 2種以上を組み合わせて用いることが できる。フラックスにおける添加剤(C)の含有量は、通常 0. 1〜10重量%程度、好ま しくは 0. 1〜5重量%程度、さらに好ましくは 0. 1〜2重量%である。なお、添加剤(C )としてチキソトロピック剤を用いる場合には、フラックスにおける含有量を通常 3〜20 重量%程度、好ましくは 4〜: L0重量%とするのがよい。含有量を 3〜20重量%程度と することで、印刷時におけるダレやにじみ、かすれなどの発生を抑制することができる 。また、添加剤(C)としてアセチレンアルコール系化合物を用いる場合には、フラック スにおける含有量を通常 0. 1〜5重量%程度、好ましくは 0. 5〜3重量%とするのが よい。含有量を 0. 1〜5重量%程度とすることで、前記ポソツキ、皮張りの抑制効果が 十分となる傾向がある。なお、 5重量%を超えると、さらなる効果は認められず、むし ろハンダ付け特性が低下する傾向がある。
[0080] 溶剤(D)としては、フラックスに用いうる各種公知の溶剤を特に限定なく用いること ができる。具体的には、エチレングリコールモノへキシルエーテル、ジエチレングリコ 一ノレモノブチノレエーテノレ、へキシノレグリコーノレ、オクタンジォーノレ、ェチノレへキシノレ グリコール、ベンジルアルコール、 1, 3 ブタンジオール、丄, 4 ブタンジオール 2 一(2— n ブトキシエトキシ)エタノール、テルビネオール等のアルコール類;安息香 酸ブチル、アジピン酸ジェェチル、 2—(2— n—ブトキシエトキシ)ェチルアセテート 等のエステル類;ドデカン、テトラデセン等の炭化水素類; N メチル 2—ピロリドン 等のピロリドン類を例示できる。これらの溶剤(D)は、 1種を単独で、あるいは 2種以 上を組み合わせて用いることができる。なお、鉛フリーハンダの溶融温度は前記した よう ίこ 常 ίこ高 \ヽので、これらの中でも 150〜300°C程度、好ましく ίま 220〜280°C 程度の範囲に沸点を有するものが好ましい。フラックスにおける溶剤 (D)の含有量は 、通常 20〜85重量%程度、好ましくは 25〜85重量%程度、さらに好ましくは 30〜8 0重量%である。含有量を 20〜85重量%程度とすることで、ソルダーペーストの高粘 度化に伴うローリング不良による印刷性の低下や、ソルダーペーストの低粘度化に伴 う印刷時のダレやにじみの発生を抑制しやすくなる。
[0081] 本発明のフラックスは、ベース榭脂 (A)、活性剤 (B)、添加剤(C)、溶剤 (D)を公知 手段で混鍊することにより得ることができる。その際の条件 (温度、圧力等)は特に限 定されない。混鍊手段としては、例えばプラネタリーミル等を用いうる。
[0082] 本発明のソルダーペーストは、前記フラックスと各種公知の鉛フリーハンダ粉末とを 、ブラネタリーミル等の公知混合手段で混鍊してなるクリーム状の組成物である。
[0083] 鉛フリーハンダ粉末としては、 Snハンダ粉、 Sn— Ag系ハンダ粉、 Sn— Cu系ハン ダ粉、 Sn—Zn系ハンダ粉、 Sn—Sb系ハンダ粉を例示できる。具体的には、 Sn—A gハンダ粉、 Sn— Ag— Cuハンダ粉、 Sn— Ag— Biノヽンダ粉、 Sn— Ag— Cu— Biノヽ ンダ粉、 Sn— Ag— Cu— Inハンダ粉、 Sn— Ag— Cu— Sハンダ粉、および Sn— Ag — Cu— Ni— Geハンダ粉等を例示できる。なお、本発明のフラックスは鉛フリーハン ダ用途を意図したものである力 状況に応じて従来の鉛共晶ハンダ用途に供してもよ い。鉛共晶ハンダ粉としては、 Sn—Pb系ハンダ粉、 Sn—Pb—Ag系ハンダ粉、 Sn Pb— Bi系ハンダ粉、 In— Pb系ハンダ粉、 Pb— Ag系ハンダ粉等を例示できる。
[0084] また、フラックスと鉛フリーハンダ粉末の固形分重量比は、通常は前者:後者が 5 : 9 5〜20 : 80程度、好ましくは 9 : 91〜20 : 80となるようにすればよい。鉛共晶ハンダ粉 末の場合でも同様である。こうすることで、良好な粘性が得られる傾向がある。
[0085] なお、かかる範囲内である限り、さらに前記添加剤(C)や溶剤 (D)、その他の添カロ 物を任意に用いることができる。
[0086] 実施例
以下、実施例を通じて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定さ れるものではない。
[0087] (エステル (al,)および榭脂酸類 (a2, )の調製)
調製例 1
撹拌装置、分水器、窒素導入管を備えた反応装置に、市販重合ロジンエステル (商 品名「ペンセル D— 160」:荒川化学工業 (株)製、重合ロジンとペンタエリスリトールと のエステル;酸価 13、水酸基価 40、軟化点 428K、分子量 300以下の成分の含有 量が 3. 0重量%、分子量 300以下の成分の含有量 (重量%)Ζ軟化点 (Κ)の値が 0 . 007) (以下、エステル (al— 1)とする)を仕込み、 280°Cでこれを溶融した。次いで 0. 5kPaで 1時間減圧蒸留することにより、酸価 13、水酸基価 41、軟ィ匕点が 442K、 分子量 300以下の成分の含有量が 1. 7重量%、分子量 300以下の成分の含有量( 重量0 /0) Ζ軟化点 (Κ)の値が 0. 0038であるエステル (al ' - l)を得た。なお、該分 子量 300以下の成分の含有量は GPC分析 (装置:東ソー (株)製、商品名:「HLC— 8120」、カラム:東ソー(株)製、「TSKgelSuperHM— L」を 3本)により決定した。こ れらの性状を表 1に示す。なお、調製例 2以降も同様の測定方法を用いて分析を行 つた o
[0088] 調製例 2
調製例 1にお 、て、前記巿販重合ロジンエステルを巿販不均化ロジンエステル (商 品名「スーパーエステル T— 125」:荒川化学工業 (株)製、不均化ロジンとペンタエリ スリトールのエステル)(以下、エステル (al— 2)とする)に変えた以外は同様の条件 で減圧蒸留して、エステル (al '— 2)を得た。性状等を表 1に示す。
[0089] 調製例 3
調製例 2において減圧蒸留時間を 2時間とした以外は同様にして、エステル (al ' 3)を得た。性状等を表 1に示す。
[0090] 調製例 4
調製例 2において減圧蒸留時間を 3時間とした以外は同様にして、エステル (al ' —4)を得た。性状等を表 1に示す。
[0091] 調製例 5
調製例 4にお 、て、前記巿販不均化ロジンエステルを巿販ロジンエステル(商品名 「ペンセル AD」:荒川化学工業 (株)製、ロジンとペンタエリスリトールとのエステル) ( 以下、エステル (al— 5)とする)に変えた以外は同様にして、エステル (al '— 5)を得 た。性状等を表 1に示す。
[0092] 調製例 6
調製例 1において、前記巿販重合ロジンエステルを巿販ロジンエステル(商品名「 パインクリスタル KE— 100」:荒川化学工業 (株)製、不均化ロジンとグリセリンのエス テル)(以下、エステル (a 1— 6)とする)に変えた以外は同様にして、エステル (al '— 6)を得た。性状等を表 1に示す。
[0093] 調製例 7
調製例 1にお 、て、前記巿販重合ロジンエステルをロジンエステル(不均化ロジンと グリセリンのエステル)(以下、エステル (al— 7)とする)に変えた以外は同様にして、 エステル (al ' - 7)を得た。性状等を表 1に示す。
[0094] 調製例 8
調製例 1において、前記巿販重合ロジンエステルを巿販ロジンエステル(商品名「ェ ステルガム RE」:荒川化学工業 (株)製、不均化ロジンとグリセリンのエステル)(以下 、エステル (al— 8)とする。 )に変えた以外は同様にして、エステル (al '— 8)を得た 。性状等を表 1に示す。 [0095] 調製例 9
調製例 1にお 、て、前記巿販重合ロジンエステルをロジンエステル (アクリル酸付加 淡色ロジン (商品名「KE— 604」:荒川化学工業 (株)製)とグリセリンのエステル)(以 下、エステル (al— 9)とする。)に変えた以外は同様にして、エステル (al '— 9)を得 た。性状等を表 1に示す。
[0096] 調製例 10
調製例 1と同様の反応装置に前記市販中国重合ロジン (以下、榭脂酸類 (a2— 1 ) とする) 100部を仕込み、同一の条件で減圧蒸留して榭脂酸類 (a2 '—1)を得た。性 状等を表 1に示す。
[0097] 調製例 11
調製例 1と同様の反応装置に、市販のディールス ·アルダー付加物(商品名「KE— 604」:アクリル酸付加淡色ロジン:荒川化学工業 (株)製)(以下、榭脂酸類 (a2— 2) とする) 100部を仕込み、同一の条件で減圧蒸留を行い榭脂酸類 (a2'—2)を得た。 性状等を表 1に示す。
[0098] 参照例 1〜9
表 1に記載のエステルまたは榭脂酸類をそのまま用いた。
[0099] [表 1]
Figure imgf000019_0001
表中、「AV」は酸価、「OHV」は水酸基価(いずれも単位は mgKOH/g)を表す。 また、「(重量%)」は分子量 300以下の成分の含有量を、「(K)」は榭脂軟ィ匕点を表 す。 [0101] 実施例 1〜25および比較例 1〜4 (気泡ボイド、ハンダボールの評価)
(ソルダーペーストの調製)
表 2〜6に示す原料配合でフラックスを調製した。次いで、得られたフラックスに Sn Ag— Cu系ハンダ金属粉(Sn96. 5重量%、 Ag3重量%、 CuO. 5重量%;商品名
「Sn96. 5/Ag3/CuO. 5」、三井金属鉱業 (株)製)をカ卩ぇ(フラックス:ノヽンダ金属 粉 = 1: 9の重量比)、プラネタリーミルで 1時間混練し、ソルダーペーストを調製した。
[0102] (ハンダ付け (バンプ接合))
バンプ形成用試験基板(220 mピッチのハンダ付けランドを有する基板)に上記 で得られたソルダーペーストを印刷し、窒素リフローによりハンダ付けを行い、これを 試験片とした。印刷条件は下記の通りである。バンプ径は約 100 mである。
[0103] <印刷条件 >
メタルマスク:厚さ 70 μ mのレーザー加工品
メタルスキージ速度: 20mmZ秒
版離れ速度: 0. ImmZ秒
[0104] <リフロープロファイル >
プリヒー卜: 150〜160。Cで 90秒
リフロー時のピーク温度: 235°C
リフロー条件:220°C以上、約 30秒
[0105] (気泡ボイドの観察)
得られた試験片に X線を照射し、ハンダバンプ内で発生した気泡ボイドを視覚化し た。接合部数 378個について、バンプ径(100 m)に対するボイドの直径 m)の 平均値 (%)を求めた。
[0106] なお、気泡ボイドの評価は以下の基準による。
◎ :平均値 10%以下
〇 :平均値 10%を超えて 15%以下
〇△:平均値 15%を超えて 20%以下
△ :平均値 20%を超えて 25%以下
△ X:平均値 25%を超えて 30%以下 X :平均値 30%より大
[0107] 各表において、記号の傍らに付した「 +」は各評価の下限および上限の中間値より 小さ 、ことを意味し、「―」は該中間値より大き 、ことを意味する。
[0108] (ハンダボールの観察)
なお、前記気泡ボイド観察用に作成した試験片について、顕微鏡 (製品名「VH—
8000」、(株)キーエンス製)を用いて 200倍の拡大倍率でハンダバンプ周辺のハン ダボール出現状況を確認した。そして、ハンダバンプ (接合部)周辺に発生している ハンダボールの数を目視により計数し、ハンダバンプ 1個当たりの計数値の平均値を 求め、下記基準により評価した。
〇 :0個
〇Δ : 1〜3個
△ : 3〜5個
△ X : 6〜9個
X : 10個以上
[0109] [表 2]
Figure imgf000022_0001
表中、※丄「(残部)」とは未反応物 (榭脂酸等を含む)をいう。また※ 2「その他」とし ては、中国製 WWロジン (酸価 168mgKOHZg程度、軟ィ匕点 74°C程度)を用いた。 なお、エステル (al— 6)の上段の数字は、エステルイ匕合物自体 (純分)の値である。
Figure imgf000023_0001
3Κ フラックス成分 比較例 1 比較例 2 比較例 3 比較例 4
V-ス榭脂 (A) エステル(aト 1) 0 0 3.0 60
(残部※り - ― (0.1) (2.3)
榭脂酸類 (a2-l) 46.8 15.6 11.1 5.1
樹脂酸類 (a2 2) 0 0 0 0
その他※2 0 31.2 0 0
Figure imgf000023_0002
活性剤 (B) ァシ'ピン酸 1.0 1.0 1.0 1.0
シ'ェチルァミン臭化水素銀 1.0 1.0 1.0 1.0
添加剤 (C) 硬化ひまし油 8.0 8.0 8.0 8,0
(チキゾト Dピック剤)
溶剤 Φ) へキシルカルビト-ル 43.2 43,2 75.8 22.6
気泡ボイド X X △ X △ X
ハンダボ一ル Δ Δ X X
S01113 表 4 フラ'ヌクス成分 実施例 4 実施例 8 実施例 9 実施例 6 実施例 10 実施例 ί 1 へ ' ス樹脂 (A) エステル(al)または (al-6) (al'-6) (al'-6) (al-6) (al'~6) (al'™6) エステル ) 36.2 36.2 36.2 36.2 36.2 36.2 樹脂酸類 (a2)または (a2-l) (aH) (a2'~l) (a2-2) (a2-2) (a2'-2) 樹脂酸類 (a2') 18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 活性剤 (B) V/ピン酸 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 y工チ ミン臭化水素銀 1.0 1.0 LO 1.0 1.0 1.0 添加剤 (0 硬化ひまし油 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 (チキ ト Dピクク剤)
溶剤 (D) キシルカルビト-ル 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 気泡ボイド Δ Δ + 〇△ Δ △ + 〇△ ハンダボ一ル 〇 〇 〇 〇 〇 〇
表 5
Figure imgf000025_0001
フラックス成分 実施例 4実施例 12実施例 13実施例 14実施例 15実施例 16実施例 17 へ * -ス樹脂 (A) エステル(a 1) (al-6) (al-1) (al-2) (al-5) (al-7) (a卜 8) (a卜 9)
36.2 36. L 36.2 36.2 36.2 36.2 36.2 樹脂酸類 (a2) (a2-l) (a2-l) (a2-l) (a2-l) (a2-l) (a2-l) (a2-l)
18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 18.2 活性剤 (B) ァシ'ピン酸 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 シ'ェチルァミン臭化水素銀 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 添加剤 (0 硬化ひまし油 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 (チキソト Dピック剤)
溶剤 (D) へキシルカルビトル 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 35.6 気泡ボイド Δ △一 △— Δ Δ Δ Δ + ハンダボ一ル 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇
Figure imgf000026_0001
施例 26 30(空隙ボイドの評価)
(ソルダーペーストの調製)
フラックスは、表 7に示す原料の配合で調製したものを用いた。また、ハンダ金属粉 や混連機械につ 、ては前記同様である。
[0116] (ハンダ付け (ダイレクトボンディング))
ダイレクトボンディング用銅基板 (20mm X 30mmの銅泊を表面に有するセラミック ス板)に、スクリーンマスクおよび印刷用スキージを用い、前記ソルダーペーストを厚 さ 0. 15mmとなるようにスクリーン印刷し、試験片とした。印刷条件は下記の通りであ る。
[0117] <リフロープロファイル (空隙ボイド観察用) >
プジヒー卜: 160〜180。Cで 80秒
リフロー時のピーク温度:240°C、 220°C以上、約 30秒
[0118] (空隙ボイドの観察)
得られた試験片に X線を照射し、ハンダ接合界面に発生した空隙ボイドを視覚化し た。平面電極の面積 (mm2)に対する当該空隙ボイドの面積 (mm2)の比率(%)を求 めた。なお、評価は以下の基準による。
〇:5%以下
△: 5%を超えて 10%以下
[0119] [表 7]
Figure imgf000028_0001
産業上の利用可能性
本発明によれば、ハンダボール等の通常のハンダ付け特性を損なうことなぐ特に 前記気泡ボイドゃ空隙ボイドの発生量を低減することができる鉛フリーハンダ用フラッ タスを提供できる。また、本発明にかかわるフラックスを用いたソルダーペーストはか 力るボイドの発生がほとんどなぐ現行の表面実装に好適に用いることができる。

Claims

請求の範囲
[I] ベース榭脂 (A)として、榭脂酸類の多価アルコールエステル(al)を 6〜55重量% 含有する鉛フリーハンダ用フラックス。
[2] 前記エステル (al)が、分子量 300以下の成分の含有量 (重量%)と軟化点 (K)と の比(重量%ZK)が 0. 004以下となるように調製されたものである請求項 1記載の 鉛フリーハンダ用フラックス。
[3] 前記エステル (al)をなす榭脂酸類が、 a , |8—不飽和カルボン酸類と榭脂酸類の ディールス ·アルダー付加物である請求項 1または 2に記載の鉛フリーハンダ用フラッ タス。
[4] ベース榭脂 ( として、さらに榭脂酸類 (a2)を含む請求項 1、 2または 3記載の鉛フ リーハンダ用フラックス。
[5] 前記榭脂酸類 (a2)が、分子量 300以下の成分の含有量 (重量%)と軟化点 (K)と の比(重量%ZK)が 0. 004以下となるように調製されたものである請求項 4記載の 鉛フリーハンダ用フラックス。
[6] 前記榭脂酸類 (a2)が、重合ロジン類および Zまたは a , β -不飽和カルボン酸類 と榭脂酸類のディールス ·アルダー付加物を含む請求項 4または 5記載の鉛フリーハ ンダ用フラックス。
[7] 前記エステル (al)と前記榭脂酸類 (a2)との合計固形分重量が 10〜60重量%で ある請求項 4、 5または 6記載の鉛フリーハンダ用フラックス。
[8] 前記エステル (al)と前記榭脂酸類 (a2)との合計固形分重量に占める該エステル ( al)の固形分重量が 60〜88重量%である請求項 4、 5、 6または 7記載の鉛フリーハ ンダ用フラックス。
[9] さらに、活性剤 (B)、添加剤 (C)および溶剤 (D)を含有する請求項 1、 2、 3、 4、 5、
6、 7または 8記載の鉛フリーハンダ用フラックス。
[10] 前記多価アルコール力 2価以上のアルコールである請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、
8または 9記載の鉛フリーハンダ用フラックス。
[I I] 前記多価アルコール力 3価アルコールおよび Zまたは 4価アルコールである請求 項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8または 9記載の鉛フリーノヽンダ用フラックス。 前記多価アルコール力 グリセリン、および Zまたはペンタエリスリトールである請求 項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8または 9記載の鉛フリーノヽンダ用フラックス。
請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11または 12記載の鉛フリーノヽンダ用フラッ タスと鉛フリーハンダ粉末を含有してなるソルダーペースト。
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