JP2001219294A - 熱硬化性はんだ付け用フラックスおよびはんだ付け方法 - Google Patents
熱硬化性はんだ付け用フラックスおよびはんだ付け方法Info
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- JP2001219294A JP2001219294A JP2000368896A JP2000368896A JP2001219294A JP 2001219294 A JP2001219294 A JP 2001219294A JP 2000368896 A JP2000368896 A JP 2000368896A JP 2000368896 A JP2000368896 A JP 2000368896A JP 2001219294 A JP2001219294 A JP 2001219294A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型電子部品のはんだ付け接合に適した、ア
ンダーフィルのような追加工程を必要とせずに、従来の
はんだ付け工程を行うだけで、電子部品の接合を強化す
ることができ、はんだ付け後の洗浄を必要としない手段
の提供。 【解決手段】 0.1〜50質量%の有機酸、5〜40質量%
の溶剤、ならびに10〜95質量%の熱硬化性樹脂 (硬化剤
を含む) 、好ましくはビスフェノールA型エポキシ樹脂
と酸無水物もしくはアミン系硬化剤、を含有するフラッ
クスを用いて、150 ℃以上の温度ではんだ付けを行う。
このフラックスは、はんだ粉末と混練してはんだペース
トの形態で使用してもよい。
ンダーフィルのような追加工程を必要とせずに、従来の
はんだ付け工程を行うだけで、電子部品の接合を強化す
ることができ、はんだ付け後の洗浄を必要としない手段
の提供。 【解決手段】 0.1〜50質量%の有機酸、5〜40質量%
の溶剤、ならびに10〜95質量%の熱硬化性樹脂 (硬化剤
を含む) 、好ましくはビスフェノールA型エポキシ樹脂
と酸無水物もしくはアミン系硬化剤、を含有するフラッ
クスを用いて、150 ℃以上の温度ではんだ付けを行う。
このフラックスは、はんだ粉末と混練してはんだペース
トの形態で使用してもよい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、部品、特に小型電
子部品のはんだ付けに適した、はんだ付け用フラックス
と、それを用いたはんだペーストおよび部品のはんだ付
け方法に関する。本発明に係るフラックスを用いて小型
電子部品をはんだ付けすると、はんだ付けと同時に、部
品を樹脂で強固に固着することができる。
子部品のはんだ付けに適した、はんだ付け用フラックス
と、それを用いたはんだペーストおよび部品のはんだ付
け方法に関する。本発明に係るフラックスを用いて小型
電子部品をはんだ付けすると、はんだ付けと同時に、部
品を樹脂で強固に固着することができる。
【0002】
【従来の技術】はんだ付けに用いるフラックスは、一般
にはんだ接合部を清浄にし、金属の酸化を防ぎ、かつ溶
融したはんだの表面張力を下げて濡れ性をよくする作用
を果たす。従来のフラックスは、このような作用により
はんだ付けを容易にするための補助剤であり、はんだ付
け後は無用のものであった。そのため、はんだ付け後に
フラックス除去が容易になるようにその組成を調整した
り、フラックス残渣を無害化したりする手段がこれまで
に数多く提案されている。
にはんだ接合部を清浄にし、金属の酸化を防ぎ、かつ溶
融したはんだの表面張力を下げて濡れ性をよくする作用
を果たす。従来のフラックスは、このような作用により
はんだ付けを容易にするための補助剤であり、はんだ付
け後は無用のものであった。そのため、はんだ付け後に
フラックス除去が容易になるようにその組成を調整した
り、フラックス残渣を無害化したりする手段がこれまで
に数多く提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】最近の電子部品の小型
化の進展につれて、電子部品のはんだ付け部位である電
極も小さくなってきている。そのため、十分な量のはん
だを使用できず、はんだ付けだけの接合強度では部品を
固着するのに不十分となってきている。つまり、小型化
された電子部品では、はんだ付け面積および体積が小さ
いため、はんだ付けによる接合だけでは部品を充分に接
合・保持することができず、他の何らかの部品固着手段
をさらに設ける必要がある。
化の進展につれて、電子部品のはんだ付け部位である電
極も小さくなってきている。そのため、十分な量のはん
だを使用できず、はんだ付けだけの接合強度では部品を
固着するのに不十分となってきている。つまり、小型化
された電子部品では、はんだ付け面積および体積が小さ
いため、はんだ付けによる接合だけでは部品を充分に接
合・保持することができず、他の何らかの部品固着手段
をさらに設ける必要がある。
【0004】はんだ付けによる接合を強化するための部
品固着手段として、アンダーフィルや樹脂モールドによ
って、はんだ付け部の周囲を樹脂で覆うことにより、部
品を固着することが行われているが、そのためには、洗
浄を行ってフラックス残渣を洗浄する必要がある。しか
し、小型電子部品では、隙間が100 μm以下と小さく、
うまく洗浄することができないので、このような固着手
段は採用しにくい。
品固着手段として、アンダーフィルや樹脂モールドによ
って、はんだ付け部の周囲を樹脂で覆うことにより、部
品を固着することが行われているが、そのためには、洗
浄を行ってフラックス残渣を洗浄する必要がある。しか
し、小型電子部品では、隙間が100 μm以下と小さく、
うまく洗浄することができないので、このような固着手
段は採用しにくい。
【0005】単に接合強度を高めるだけなら、接着剤を
用いることも考えられる。しかし、はんだ付け後では、
接合界面にはんだが存在するので、接着剤を適用するこ
とが難しい。
用いることも考えられる。しかし、はんだ付け後では、
接合界面にはんだが存在するので、接着剤を適用するこ
とが難しい。
【0006】また、はんだを用いずに、導電性フィラー
を含有させた導電性接着剤を使用して、部品の導電性接
合を行うことも可能であるが、導電性接着剤では接合部
の導電性が充分に高くならず、電子部品の接合には、は
んだ付けが最良である。
を含有させた導電性接着剤を使用して、部品の導電性接
合を行うことも可能であるが、導電性接着剤では接合部
の導電性が充分に高くならず、電子部品の接合には、は
んだ付けが最良である。
【0007】したがって、本発明の課題は、小型化した
電子部品のはんだ付け接合を行う際に、電子部品の接合
強度を強化することができる新規な手段を提供すること
である。
電子部品のはんだ付け接合を行う際に、電子部品の接合
強度を強化することができる新規な手段を提供すること
である。
【0008】本発明の別の課題は、新しい工程を加える
ことなく、従来のはんだ付け操作を行うだけで、小型化
した電子部品を強固に接合することができ、かつはんだ
付け後の洗浄を必要としないはんだ付け方法と、それに
用いるフラックスを提供することである。
ことなく、従来のはんだ付け操作を行うだけで、小型化
した電子部品を強固に接合することができ、かつはんだ
付け後の洗浄を必要としないはんだ付け方法と、それに
用いるフラックスを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、はんだ付
けする部品の接合面には、電極が占める面積以外に、電
極と同程度の面積が残っており、そのような面積も部品
の固着に利用できることに着目した。そして、フラック
スにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含有させることに
より、小型電子部品のはんだ付け時に、電極上でのはん
だの溶融によるはんだ付けに加えて、その周囲でフラッ
クス中の熱硬化性樹脂の熱硬化による固着作用も同時に
発揮させることができ、上記目的の達成が可能となるこ
とを見出した。
けする部品の接合面には、電極が占める面積以外に、電
極と同程度の面積が残っており、そのような面積も部品
の固着に利用できることに着目した。そして、フラック
スにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含有させることに
より、小型電子部品のはんだ付け時に、電極上でのはん
だの溶融によるはんだ付けに加えて、その周囲でフラッ
クス中の熱硬化性樹脂の熱硬化による固着作用も同時に
発揮させることができ、上記目的の達成が可能となるこ
とを見出した。
【0010】1側面において、本発明は、有機酸 0.1〜
70質量%、溶剤5〜40質量%、ならびに熱硬化性樹脂お
よび硬化剤を合計10〜95質量%含有する、部品をはんだ
付けする際に該熱硬化性樹脂により該部品を固着する機
能を発揮する、はんだ付け用フラックスである。
70質量%、溶剤5〜40質量%、ならびに熱硬化性樹脂お
よび硬化剤を合計10〜95質量%含有する、部品をはんだ
付けする際に該熱硬化性樹脂により該部品を固着する機
能を発揮する、はんだ付け用フラックスである。
【0011】好適態様において、有機酸はロジン、カル
ボン酸およびカルボン酸無水物よりなる群から選ばれた
1種もしくは2種以上であり、特に好ましくは有機酸の
少なくとも一部としてロジンを含有する。また、熱硬化
性樹脂は好ましくはエポキシ樹脂であり、より好ましく
はビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの反応で得
られたビスフェノールA型エポキシ樹脂である。その場
合、熱硬化性樹脂の硬化剤は、カルボン酸無水物および
アミンよりなる群から選ばれた1種もしくは2種以上で
あることが好ましい。本発明のフラックスは、さらにチ
キソ剤を 0.1〜10質量%含有していてもよい。
ボン酸およびカルボン酸無水物よりなる群から選ばれた
1種もしくは2種以上であり、特に好ましくは有機酸の
少なくとも一部としてロジンを含有する。また、熱硬化
性樹脂は好ましくはエポキシ樹脂であり、より好ましく
はビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの反応で得
られたビスフェノールA型エポキシ樹脂である。その場
合、熱硬化性樹脂の硬化剤は、カルボン酸無水物および
アミンよりなる群から選ばれた1種もしくは2種以上で
あることが好ましい。本発明のフラックスは、さらにチ
キソ剤を 0.1〜10質量%含有していてもよい。
【0012】本発明は、別の側面において、融点150 ℃
以上のはんだ合金の粉末と上記フラックスとの混練物で
あるはんだペーストを提供する。特に、はんだペースト
の形態の場合、フラックス中の熱硬化性樹脂および硬化
剤の量は、これがフラックスの主成分となるように50〜
95質量%の範囲とすることが好ましい。
以上のはんだ合金の粉末と上記フラックスとの混練物で
あるはんだペーストを提供する。特に、はんだペースト
の形態の場合、フラックス中の熱硬化性樹脂および硬化
剤の量は、これがフラックスの主成分となるように50〜
95質量%の範囲とすることが好ましい。
【0013】さらに別の側面からは、本発明は、はんだ
付けすべき領域に、上記のはんだ付け用フラックスとは
んだ、または上記のはんだペースト、を存在させ、はん
だ付けすべき部品を載置してから150 ℃以上のはんだ付
け温度に加熱して、該部品のはんだ付けとフラックス中
の樹脂による固着とを同時に行うことを特徴とするはん
だ付け方法を提供する。
付けすべき領域に、上記のはんだ付け用フラックスとは
んだ、または上記のはんだペースト、を存在させ、はん
だ付けすべき部品を載置してから150 ℃以上のはんだ付
け温度に加熱して、該部品のはんだ付けとフラックス中
の樹脂による固着とを同時に行うことを特徴とするはん
だ付け方法を提供する。
【0014】フラックスに熱硬化性樹脂であるエポキシ
樹脂を配合することは、特開平8−90283 号公報、特許
第2,503,099 号公報に開示されている。しかし、これら
はいずれも、次に説明するように、フラックス中の樹脂
により電子部品を固着することを意図していない。
樹脂を配合することは、特開平8−90283 号公報、特許
第2,503,099 号公報に開示されている。しかし、これら
はいずれも、次に説明するように、フラックス中の樹脂
により電子部品を固着することを意図していない。
【0015】特開平8−90283 号公報に開示されたフラ
ックスは、はんだ付け後に部品表面に残ったフラックス
残渣が部品から剥がれ落ちないようにするため、ロジン
に代えてエポキシ樹脂10〜40質量%を配合したもので、
はんだ付け後に同じ樹脂でモールドした時の電子部品の
樹脂被覆を容易にすることを意図している。
ックスは、はんだ付け後に部品表面に残ったフラックス
残渣が部品から剥がれ落ちないようにするため、ロジン
に代えてエポキシ樹脂10〜40質量%を配合したもので、
はんだ付け後に同じ樹脂でモールドした時の電子部品の
樹脂被覆を容易にすることを意図している。
【0016】特許第2,503,099 号公報に開示されたフラ
ックスは、プリント基板用のリフローはんだに用いる
が、フラックス残渣が割れないようにするためと、ロジ
ン系フラックスが高温時に液化して、イオン性成分が遊
離し、腐食の原因となることを防止するために、エポキ
シ樹脂やカルボキシ含有樹脂等を加えたものであり、エ
ポキシ樹脂の配合量は20質量%以下である。
ックスは、プリント基板用のリフローはんだに用いる
が、フラックス残渣が割れないようにするためと、ロジ
ン系フラックスが高温時に液化して、イオン性成分が遊
離し、腐食の原因となることを防止するために、エポキ
シ樹脂やカルボキシ含有樹脂等を加えたものであり、エ
ポキシ樹脂の配合量は20質量%以下である。
【0017】特開平6−269980号公報には、本質的には
んだ粉末とエポキシ樹脂とから成る、リード線のはんだ
付け用導電ペーストが開示されている。この導電ペース
トのはんだ以外の成分は、実質的にエポキシ樹脂からな
るので、この導電ペーストはフラックス機能を有してい
ない。
んだ粉末とエポキシ樹脂とから成る、リード線のはんだ
付け用導電ペーストが開示されている。この導電ペース
トのはんだ以外の成分は、実質的にエポキシ樹脂からな
るので、この導電ペーストはフラックス機能を有してい
ない。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明にかかるはんだ付け用フラ
ックスは、例えば、従来のロジン系フラックスに、熱硬
化性樹脂 (例、エポキシ樹脂) を添加することにより調
製することができる。このフラックスは、はんだペース
トのリフローのように、はんだ付け時に好ましくは150
℃以上に加熱されると、フラックス中の熱硬化性樹脂が
硬化し、はんだ付けの接合に熱硬化性樹脂による接合が
加わって、固着力が増加し、小型電子部品のはんだ付け
の場合にも、はんだ付け操作だけで充分な接合強度を与
えることができる。
ックスは、例えば、従来のロジン系フラックスに、熱硬
化性樹脂 (例、エポキシ樹脂) を添加することにより調
製することができる。このフラックスは、はんだペース
トのリフローのように、はんだ付け時に好ましくは150
℃以上に加熱されると、フラックス中の熱硬化性樹脂が
硬化し、はんだ付けの接合に熱硬化性樹脂による接合が
加わって、固着力が増加し、小型電子部品のはんだ付け
の場合にも、はんだ付け操作だけで充分な接合強度を与
えることができる。
【0019】即ち、本発明では、従来はフラックス残渣
と呼ばれる、はんだ付け後に残るフラックス成分も、部
品の接合に利用される。このはんだ付け後に残る熱硬化
したフラックス成分は、熱硬化した樹脂以外に、ロジン
等のフラックス中の不揮発性成分を含有しうる。ロジン
等のフラックス成分が残留していても、熱硬化性樹脂に
より固定され、剥離しにくくなっているので、接合部へ
の悪影響はない。従って、従来行われているような、は
んだ付け後のフラックス残渣を除去するための洗浄は必
要ない。
と呼ばれる、はんだ付け後に残るフラックス成分も、部
品の接合に利用される。このはんだ付け後に残る熱硬化
したフラックス成分は、熱硬化した樹脂以外に、ロジン
等のフラックス中の不揮発性成分を含有しうる。ロジン
等のフラックス成分が残留していても、熱硬化性樹脂に
より固定され、剥離しにくくなっているので、接合部へ
の悪影響はない。従って、従来行われているような、は
んだ付け後のフラックス残渣を除去するための洗浄は必
要ない。
【0020】熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合、
本発明のフラックスを用いてはんだ付けを行った場合の
部品の接合強度、フラックス残渣 (固着した樹脂) の硬
さ、はんだ付け性等の性能は、エポキシ樹脂のエポキシ
当量および量、ならびに硬化剤の種類および量等の因子
により制御することができる。
本発明のフラックスを用いてはんだ付けを行った場合の
部品の接合強度、フラックス残渣 (固着した樹脂) の硬
さ、はんだ付け性等の性能は、エポキシ樹脂のエポキシ
当量および量、ならびに硬化剤の種類および量等の因子
により制御することができる。
【0021】本発明のフラックスを用いてはんだ付けす
るのに適した部品は小型電子部品であり、例えば、従来
はアンダーフィル (樹脂固定) を必要とするようなフリ
ップチップ、CSP(Chip Size Package) 等の半導体パ
ッケージ、ならびに他の小型チップ部品を包含する。そ
のような小型電子部品の例としては、バンプピッチが0.
3 mm以下のフリップチップやファインピッチCSP;は
んだ付け用の電極が小さく、はんだだけでの接合では強
度的に弱い部品、例えば、LGA(Land GridArray)や、
0603 (長さ0.6 mm、幅0.3 mm) のような微小なチップ状
の抵抗、コイル、コンデンサ、さらにトランジスタ等が
ある。また、はんだ付け部の部品と基板の隙間が狭く
(例、0.1 mm以下) 、洗浄しても充分にきれいにならな
いような部品も本発明によるはんだ付けに適当である。
るのに適した部品は小型電子部品であり、例えば、従来
はアンダーフィル (樹脂固定) を必要とするようなフリ
ップチップ、CSP(Chip Size Package) 等の半導体パ
ッケージ、ならびに他の小型チップ部品を包含する。そ
のような小型電子部品の例としては、バンプピッチが0.
3 mm以下のフリップチップやファインピッチCSP;は
んだ付け用の電極が小さく、はんだだけでの接合では強
度的に弱い部品、例えば、LGA(Land GridArray)や、
0603 (長さ0.6 mm、幅0.3 mm) のような微小なチップ状
の抵抗、コイル、コンデンサ、さらにトランジスタ等が
ある。また、はんだ付け部の部品と基板の隙間が狭く
(例、0.1 mm以下) 、洗浄しても充分にきれいにならな
いような部品も本発明によるはんだ付けに適当である。
【0022】本発明にかかるフラックスを、はんだとは
別に、はんだ付け部に塗布して使用する場合は、はんだ
ボールを用いたはんだバンプ形成、はんだがプリコート
された電極、プリフォームはんだのリフローなどに適し
ている。
別に、はんだ付け部に塗布して使用する場合は、はんだ
ボールを用いたはんだバンプ形成、はんだがプリコート
された電極、プリフォームはんだのリフローなどに適し
ている。
【0023】本発明にかかるフラックスは、粉末はんだ
(はんだ合金の粉末)と混練して、はんだペーストとし
て使用することができる。このはんだペーストは、印刷
やディスペンサー等ではんだ付け部に塗布した後、その
上にチップ部品を搭載してリフローはんだ付けをするの
に適している。
(はんだ合金の粉末)と混練して、はんだペーストとし
て使用することができる。このはんだペーストは、印刷
やディスペンサー等ではんだ付け部に塗布した後、その
上にチップ部品を搭載してリフローはんだ付けをするの
に適している。
【0024】フラックスを単独ではんだ付け部に塗布し
てはんだ付けを行うときには、一つのフラックスで、は
んだ付けにおけるフラックス作用とはんだ周囲での熱硬
化性樹脂による固着とを同時に達成することができる。
フラックスを粉末はんだと混練したはんだペーストの形
態で用いてチップ部品のはんだ付けを行うときは、加熱
時にはんだペースト中のフラックスがチップ部品とプリ
ント基板との間に侵入し、はんだ付けが終了すると、熱
硬化性樹脂がチップ部品をプリント基板に固着するよう
になる。
てはんだ付けを行うときには、一つのフラックスで、は
んだ付けにおけるフラックス作用とはんだ周囲での熱硬
化性樹脂による固着とを同時に達成することができる。
フラックスを粉末はんだと混練したはんだペーストの形
態で用いてチップ部品のはんだ付けを行うときは、加熱
時にはんだペースト中のフラックスがチップ部品とプリ
ント基板との間に侵入し、はんだ付けが終了すると、熱
硬化性樹脂がチップ部品をプリント基板に固着するよう
になる。
【0025】熱硬化性樹脂による固着作用のため、本発
明のフラックスは、はんだ付け領域が小さく、はんだ付
けだけの強度では不十分であった電子部品の接合強度
を、従来のはんだ付け領域が大きく、はんだを多く使用
できたときの電子部品の接合強度と同等以上に高めるこ
とができる。従って、はんだ付けに加えて、アンダーフ
ィルまたは樹脂モールドを行う必要がなくなる。
明のフラックスは、はんだ付け領域が小さく、はんだ付
けだけの強度では不十分であった電子部品の接合強度
を、従来のはんだ付け領域が大きく、はんだを多く使用
できたときの電子部品の接合強度と同等以上に高めるこ
とができる。従って、はんだ付けに加えて、アンダーフ
ィルまたは樹脂モールドを行う必要がなくなる。
【0026】本発明のフラックスは、例えば、従来のロ
ジン系フラックスに熱硬化性樹脂と硬化剤を加えること
により調製することができる。添加する熱硬化性樹脂
は、このフラックスと共に使用するはんだ合金の液相線
温度以上で硬化するようなものがよい。はんだが溶融す
るより前に熱硬化性樹脂が硬化すると、はんだの変形が
阻害される恐れがあるからである。
ジン系フラックスに熱硬化性樹脂と硬化剤を加えること
により調製することができる。添加する熱硬化性樹脂
は、このフラックスと共に使用するはんだ合金の液相線
温度以上で硬化するようなものがよい。はんだが溶融す
るより前に熱硬化性樹脂が硬化すると、はんだの変形が
阻害される恐れがあるからである。
【0027】本発明のフラックス中の熱硬化性樹脂の量
(硬化剤を使用する場合は硬化剤も含めた合計量)は、
10〜95質量%の範囲である。熱硬化性樹脂の量が10質量
%未満では、上述した所期の効果が充分に得られず、95
質量%超になると、フラックス作用が十分に発揮されな
い。熱硬化性樹脂の量は、好ましくは25質量%以上で
り、さらに好ましくは、これがフラックスの主成分とな
るように50質量%以上、特に50質量%より多量とする。
特に、フラックスをはんだペーストとして用いる場合に
は、熱硬化性樹脂をこのように多量に使用することが好
ましい。熱硬化性樹脂の量は、最も好ましくは60〜85質
量%である。
(硬化剤を使用する場合は硬化剤も含めた合計量)は、
10〜95質量%の範囲である。熱硬化性樹脂の量が10質量
%未満では、上述した所期の効果が充分に得られず、95
質量%超になると、フラックス作用が十分に発揮されな
い。熱硬化性樹脂の量は、好ましくは25質量%以上で
り、さらに好ましくは、これがフラックスの主成分とな
るように50質量%以上、特に50質量%より多量とする。
特に、フラックスをはんだペーストとして用いる場合に
は、熱硬化性樹脂をこのように多量に使用することが好
ましい。熱硬化性樹脂の量は、最も好ましくは60〜85質
量%である。
【0028】本発明のフラックスに使用するのに適した
熱硬化性樹脂の1例はエポキシ樹脂である。エポキシ樹
脂の代表例は、ビスフェノールAとエピクロルヒドリン
とを反応させて得られるビスフェノールA型エポキシ樹
脂と、オルトクレゾールノボラック樹脂もしくはフェノ
ールノボラック樹脂とエピクロルヒドリンとを反応させ
て得られるノボラック型エポキシ樹脂であり、これらを
使用することが好ましい。しかし、臭素化エポキシ樹
脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルア
ミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂といった他の
エポキシ樹脂も使用できる。
熱硬化性樹脂の1例はエポキシ樹脂である。エポキシ樹
脂の代表例は、ビスフェノールAとエピクロルヒドリン
とを反応させて得られるビスフェノールA型エポキシ樹
脂と、オルトクレゾールノボラック樹脂もしくはフェノ
ールノボラック樹脂とエピクロルヒドリンとを反応させ
て得られるノボラック型エポキシ樹脂であり、これらを
使用することが好ましい。しかし、臭素化エポキシ樹
脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルア
ミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂といった他の
エポキシ樹脂も使用できる。
【0029】エポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤と
しては、ポリアミンまたはカルボン酸無水物を使用する
ことが好ましい。エポキシ樹脂の硬化温度は、硬化剤の
種類に依存するので、使用する硬化剤は、はんだの液相
線温度以上の温度でエポキシ樹脂の硬化が起こるように
選択するのがよい。
しては、ポリアミンまたはカルボン酸無水物を使用する
ことが好ましい。エポキシ樹脂の硬化温度は、硬化剤の
種類に依存するので、使用する硬化剤は、はんだの液相
線温度以上の温度でエポキシ樹脂の硬化が起こるように
選択するのがよい。
【0030】例えば、アミン系硬化剤は、硬化温度の高
い芳香族アミン、例えば、4,4'−ジアミノジフェニルス
ルホンが適当である。硬化剤に適したカルボン酸無水物
としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、
無水トリメリト酸などが挙げられる。
い芳香族アミン、例えば、4,4'−ジアミノジフェニルス
ルホンが適当である。硬化剤に適したカルボン酸無水物
としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、
無水トリメリト酸などが挙げられる。
【0031】エポキシ樹脂の硬化剤としてカルボン酸無
水物を使用した場合、この酸無水物は、硬化剤として機
能する以外に、次に説明する有機酸成分として機能し、
フラックス作用も発揮する。その意味で、硬化剤として
は、ポリアミンより、酸無水物を使用することが好まし
い。
水物を使用した場合、この酸無水物は、硬化剤として機
能する以外に、次に説明する有機酸成分として機能し、
フラックス作用も発揮する。その意味で、硬化剤として
は、ポリアミンより、酸無水物を使用することが好まし
い。
【0032】エポキシ樹脂の硬化に慣用されている硬化
促進剤を、硬化温度の低下や固着強度の増大のために添
加してもよい。硬化促進剤としては、アミン、スルホン
酸、アミン三フッ化硼素、ポリアミド樹脂等が使用でき
る。
促進剤を、硬化温度の低下や固着強度の増大のために添
加してもよい。硬化促進剤としては、アミン、スルホン
酸、アミン三フッ化硼素、ポリアミド樹脂等が使用でき
る。
【0033】本発明のフラックスは、上述の熱硬化性樹
脂に加えて、フラックスに慣用されている有機酸を含有
する。有機酸は、フラックス作用、即ち、接合部の清浄
化やはんだ濡れ性の向上のために必要である。この有機
酸は、代表的にはロジンであるが、他のカルボン酸また
はその無水物でもよく、これらの2種以上を組合わせて
使用することもできる。前述したように、カルボン酸無
水物は、本発明のフラックスでは、エポキシ硬化剤と有
機酸の両方の機能を果たすことができる。
脂に加えて、フラックスに慣用されている有機酸を含有
する。有機酸は、フラックス作用、即ち、接合部の清浄
化やはんだ濡れ性の向上のために必要である。この有機
酸は、代表的にはロジンであるが、他のカルボン酸また
はその無水物でもよく、これらの2種以上を組合わせて
使用することもできる。前述したように、カルボン酸無
水物は、本発明のフラックスでは、エポキシ硬化剤と有
機酸の両方の機能を果たすことができる。
【0034】ロジンは、従来のロジン系フラックスに用
いられてきた各種のものから選択できる。具体例として
は、通常のガムロジン、トールロジン、ウッドロジン、
さらにはそれらの誘導体である重合ロジン、水素添加ロ
ジン、ロジンエステル、ロジン変性樹脂等が挙げられ
る。ロジンは高いフラックス作用を示すので、有機酸の
少なくとも一部としてロジンをフラックス中に存在させ
ることが好ましい。
いられてきた各種のものから選択できる。具体例として
は、通常のガムロジン、トールロジン、ウッドロジン、
さらにはそれらの誘導体である重合ロジン、水素添加ロ
ジン、ロジンエステル、ロジン変性樹脂等が挙げられ
る。ロジンは高いフラックス作用を示すので、有機酸の
少なくとも一部としてロジンをフラックス中に存在させ
ることが好ましい。
【0035】カルボン酸としては、炭素数4〜22の脂肪
族、脂環式、芳香族モノおよびポリカルボン酸を使用す
ることができる。具体例としては、カプリン酸、ラウリ
ル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ア
ラキン酸、ベヘン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリ
ン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル
酸等が挙げられる。
族、脂環式、芳香族モノおよびポリカルボン酸を使用す
ることができる。具体例としては、カプリン酸、ラウリ
ル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ア
ラキン酸、ベヘン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリ
ン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル
酸等が挙げられる。
【0036】カルボン酸無水物も有機酸として使用でき
る。カルボン酸無水物は、エポキシ硬化剤として機能す
るので、硬化剤に関して述べたように、はんだの液相線
温度以上でエポキシ硬化反応を生じる種類のものを使用
することが好ましい。
る。カルボン酸無水物は、エポキシ硬化剤として機能す
るので、硬化剤に関して述べたように、はんだの液相線
温度以上でエポキシ硬化反応を生じる種類のものを使用
することが好ましい。
【0037】本発明のフラックス中の有機酸の量は 0.1
〜70質量%である。エポキシ硬化剤として酸無水物を使
用する場合、有機酸の量はこの酸無水物の量も含む。有
機酸の量が0.1 質量%未満ではフラックスとしての効果
が発揮できず、70質量%を越えるとはんだ付け後の固着
強度が十分でなくなる。有機酸の量は好ましくは50質量
%以下である。
〜70質量%である。エポキシ硬化剤として酸無水物を使
用する場合、有機酸の量はこの酸無水物の量も含む。有
機酸の量が0.1 質量%未満ではフラックスとしての効果
が発揮できず、70質量%を越えるとはんだ付け後の固着
強度が十分でなくなる。有機酸の量は好ましくは50質量
%以下である。
【0038】フラックスが硬化剤として酸無水物を含有
する場合でも、この酸無水物のほかに、硬化剤として機
能しない他の有機酸、好ましくはロジン、をフラックス
中に含有させることが望ましい。硬化剤の酸無水物に加
え、他の有機酸を併用した方が、フラックス作用が向上
する。他の有機酸の量は、0.5 質量%以上とすることが
好ましく、より好ましくは3質量%以上、特に好ましく
は5質量%以上であり、上限は50質量%まで可能である
が、好ましくは20質量%である。同様に、硬化剤がアミ
ンである場合も、有機酸としては、硬化剤として機能し
ない他の有機酸を使用し、上記と同様の量でフラックス
中に含有させることが好ましい。
する場合でも、この酸無水物のほかに、硬化剤として機
能しない他の有機酸、好ましくはロジン、をフラックス
中に含有させることが望ましい。硬化剤の酸無水物に加
え、他の有機酸を併用した方が、フラックス作用が向上
する。他の有機酸の量は、0.5 質量%以上とすることが
好ましく、より好ましくは3質量%以上、特に好ましく
は5質量%以上であり、上限は50質量%まで可能である
が、好ましくは20質量%である。同様に、硬化剤がアミ
ンである場合も、有機酸としては、硬化剤として機能し
ない他の有機酸を使用し、上記と同様の量でフラックス
中に含有させることが好ましい。
【0039】溶剤は、はんだ付け用フラックス、特にロ
ジン系フラックスに従来より使用されてきたものを使用
すればよい。例えば、エチルアルコール、イソプロピル
アルコール、ブチルカルビトール等のアルコール系溶
剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、トル
エン等の炭化水素系溶剤、アセトン、メチルエチルケト
ン等のケトン系溶剤、さらにエチレングリコールなどの
グリコール系溶剤が例示される。
ジン系フラックスに従来より使用されてきたものを使用
すればよい。例えば、エチルアルコール、イソプロピル
アルコール、ブチルカルビトール等のアルコール系溶
剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、トル
エン等の炭化水素系溶剤、アセトン、メチルエチルケト
ン等のケトン系溶剤、さらにエチレングリコールなどの
グリコール系溶剤が例示される。
【0040】溶剤の量は、フラックスが目的とする用途
に適した濃度および粘度を持つように調整すればよい。
一般に、溶剤の量は5〜40質量%の範囲である。本発明
のフラックスは、フラックスに従来より配合されてい
る、チキソ剤、活性剤といった添加剤を含有していても
よい。
に適した濃度および粘度を持つように調整すればよい。
一般に、溶剤の量は5〜40質量%の範囲である。本発明
のフラックスは、フラックスに従来より配合されてい
る、チキソ剤、活性剤といった添加剤を含有していても
よい。
【0041】好ましいチキソ剤には、硬化ヒマシ油、ス
テアリン酸アミド等がある。チキソ剤の配合量は好まし
くは 0.1〜10質量%である。活性剤はフラックスのはん
だ付け性を向上させるために添加される。例えば、ロジ
ン系フラックスでは有機酸が活性剤として使用されるこ
とがあるが、本発明では有機酸は活性剤としない。本発
明のフラックスにおいて活性剤として使用することが好
ましいのは、アミンのハロゲン化水素酸塩であり、中で
もトリエターノルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルグア
ニジン臭化水素酸塩等のポリアミン臭化水素酸塩が好適
である。
テアリン酸アミド等がある。チキソ剤の配合量は好まし
くは 0.1〜10質量%である。活性剤はフラックスのはん
だ付け性を向上させるために添加される。例えば、ロジ
ン系フラックスでは有機酸が活性剤として使用されるこ
とがあるが、本発明では有機酸は活性剤としない。本発
明のフラックスにおいて活性剤として使用することが好
ましいのは、アミンのハロゲン化水素酸塩であり、中で
もトリエターノルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルグア
ニジン臭化水素酸塩等のポリアミン臭化水素酸塩が好適
である。
【0042】チキソ剤の配合により、本発明にかかるフ
ラックスを、印刷あるいは転写等に適用するフラックス
やソルダペーストの調製に使用するフラックスに適した
粘性液体に調整することができる。
ラックスを、印刷あるいは転写等に適用するフラックス
やソルダペーストの調製に使用するフラックスに適した
粘性液体に調整することができる。
【0043】本発明にかかるフラックスを使用してはん
だ付けを行う場合、例えば共晶はんだ (Sn63%、Pb37
%) のリフロープロファイル温度および時間でフラック
ス中の熱硬化性樹脂が硬化し、部品のはんだ付けと部品
の固着を同時に行うことができる。
だ付けを行う場合、例えば共晶はんだ (Sn63%、Pb37
%) のリフロープロファイル温度および時間でフラック
ス中の熱硬化性樹脂が硬化し、部品のはんだ付けと部品
の固着を同時に行うことができる。
【0044】フラックスを単独で塗布して使用する場
合、フラックスの塗布は、スクリーン印刷、転写、スピ
ンコート、刷毛等により行うことができ、その後の、は
んだ付けのための局部加熱は、光ビーム、はんだごて、
レーザ等により行うことができる。
合、フラックスの塗布は、スクリーン印刷、転写、スピ
ンコート、刷毛等により行うことができ、その後の、は
んだ付けのための局部加熱は、光ビーム、はんだごて、
レーザ等により行うことができる。
【0045】別の態様によれば、本発明のフラックスと
はんだ合金の粉末とを混練して、はんだペーストを調製
し、これをはんだ付けに用いてもよい。はんだペースト
に用いるはんだ合金は、共晶はんだ(63%Sn−37%Pb 、融
点183℃) ならびにSn−Ag系鉛フリーはんだ合金 [例: 9
7.75%Sn-3.5%Ag-0.75%Cu(融点220 ℃) 、96%Sn-2.5%Ag-
1%Bi-0.5%Cu (融点220 ℃)]が代表的であるが、これ以
外のはんだ合金も使用できる。はんだ合金の粉末は、遠
心噴霧法またはガスアトマイズ法により得られる球形粉
末であることが好ましい。はんだ合金の粉末粒度は通常
は 200〜400 メッシュの範囲であるが、より微細な粉末
を用いることもある。
はんだ合金の粉末とを混練して、はんだペーストを調製
し、これをはんだ付けに用いてもよい。はんだペースト
に用いるはんだ合金は、共晶はんだ(63%Sn−37%Pb 、融
点183℃) ならびにSn−Ag系鉛フリーはんだ合金 [例: 9
7.75%Sn-3.5%Ag-0.75%Cu(融点220 ℃) 、96%Sn-2.5%Ag-
1%Bi-0.5%Cu (融点220 ℃)]が代表的であるが、これ以
外のはんだ合金も使用できる。はんだ合金の粉末は、遠
心噴霧法またはガスアトマイズ法により得られる球形粉
末であることが好ましい。はんだ合金の粉末粒度は通常
は 200〜400 メッシュの範囲であるが、より微細な粉末
を用いることもある。
【0046】はんだペーストは、はんだ合金粉末50〜95
質量%、好ましくは70〜90質量%と、フラックス5〜50
質量%、好ましくは10〜30質量%とを含有することが好
ましい。
質量%、好ましくは70〜90質量%と、フラックス5〜50
質量%、好ましくは10〜30質量%とを含有することが好
ましい。
【0047】はんだペーストは、例えばスクリーン印刷
などの手段ではんだ付けすべき個所に所定量だけ塗布さ
れ、次いで150 ℃以上のリフロー温度、例えば上述の共
晶はんだの場合にはほぼ220 ℃、上述のSn−Ag系の鉛フ
リーはんだ合金の場合には、240 ℃以上に加熱され、は
んだ付けが行われる。
などの手段ではんだ付けすべき個所に所定量だけ塗布さ
れ、次いで150 ℃以上のリフロー温度、例えば上述の共
晶はんだの場合にはほぼ220 ℃、上述のSn−Ag系の鉛フ
リーはんだ合金の場合には、240 ℃以上に加熱され、は
んだ付けが行われる。
【0048】電子部品のはんだ付けの場合、はんだ合金
の融点は、150 ℃以上、好ましくは150 ℃超、さらに好
ましくは180 ℃以上であり、そのリフロー温度も200 ℃
以上、通常は 200〜270 ℃、好ましくは 230〜270 ℃の
範囲となる。
の融点は、150 ℃以上、好ましくは150 ℃超、さらに好
ましくは180 ℃以上であり、そのリフロー温度も200 ℃
以上、通常は 200〜270 ℃、好ましくは 230〜270 ℃の
範囲となる。
【0049】次に、実施例によって本発明の作用効果を
さらに具体的に説明するが、実施例は例示にすぎず、本
発明を制限するものではない。
さらに具体的に説明するが、実施例は例示にすぎず、本
発明を制限するものではない。
【0050】
【実施例】(実施例1)表1に示す組成を持つ各フラック
スを用いて小型電子部品に対する固着強度を調べた。
スを用いて小型電子部品に対する固着強度を調べた。
【0051】各フラックスを、1005 (1.0 mm×0.5 mm)
型のLGA端子状のチップのはんだ付けと同様に加熱を
行った後の固着強度は、表1に示す通りであった。固着
強度は、プリント基板に固着した電子部品に対し、横方
向から力をかけて電子部品が剥離する強度である。
型のLGA端子状のチップのはんだ付けと同様に加熱を
行った後の固着強度は、表1に示す通りであった。固着
強度は、プリント基板に固着した電子部品に対し、横方
向から力をかけて電子部品が剥離する強度である。
【0052】
【表1】 表1の結果から分かるように、本発明に従った試験No.1
〜3 のフラックスは、1000 g以上の高い固着強度を示し
た。しかし、試験No.5のように、重合ロジンを含有する
が、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含有しないフラ
ックスは、固着力が極端に低下した。また、熱硬化性の
エポキシ樹脂の代わりに、熱可塑性の酢酸ビニル樹脂を
使用した試験No.4のフラックスでも固着力は低くなっ
た。
〜3 のフラックスは、1000 g以上の高い固着強度を示し
た。しかし、試験No.5のように、重合ロジンを含有する
が、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含有しないフラ
ックスは、固着力が極端に低下した。また、熱硬化性の
エポキシ樹脂の代わりに、熱可塑性の酢酸ビニル樹脂を
使用した試験No.4のフラックスでも固着力は低くなっ
た。
【0053】(実施例2)表2に示す組成を有する各種フ
ラックスを用意し、このフラックス15質量%と、Sn63-P
b37 共晶はんだ合金の球形粉末(平均粒径30μm )85質
量%とを混練して、はんだペーストを調製した。
ラックスを用意し、このフラックス15質量%と、Sn63-P
b37 共晶はんだ合金の球形粉末(平均粒径30μm )85質
量%とを混練して、はんだペーストを調製した。
【0054】このはんだペーストを、スクリーン印刷法
により平板上の所定位置に設けた電極部位に塗布し、そ
れらの各電極部位に、1.0 ×0.5 ×0.3 mmの外形寸法を
有する小型電子部品に相当するチップ部品を搭載し、次
いでリフロー炉において、プリヒートを150 ℃で1分行
った後、最高加熱温度235 ℃で200 ℃以上に40秒加熱し
てリフローを行い、はんだ付けを完了した。
により平板上の所定位置に設けた電極部位に塗布し、そ
れらの各電極部位に、1.0 ×0.5 ×0.3 mmの外形寸法を
有する小型電子部品に相当するチップ部品を搭載し、次
いでリフロー炉において、プリヒートを150 ℃で1分行
った後、最高加熱温度235 ℃で200 ℃以上に40秒加熱し
てリフローを行い、はんだ付けを完了した。
【0055】このときのはんだ広がり率と固着強度を調
査した。はんだ広がり率は、JIS3197 に準じて決定し、
固着強度は上記部品に横方向の力をかけて剥離したとき
の力により示した。
査した。はんだ広がり率は、JIS3197 に準じて決定し、
固着強度は上記部品に横方向の力をかけて剥離したとき
の力により示した。
【0056】結果を表2に併記する。いずれの場合も、
はんだ残渣中の塩素含有率は実質上ゼロであり、はんだ
付け後の洗浄は必要としなかった。
はんだ残渣中の塩素含有率は実質上ゼロであり、はんだ
付け後の洗浄は必要としなかった。
【0057】
【表2】
【0058】
【発明の効果】本発明のフラックスを使用することによ
り、0603 (長さ0.6 mm×幅0.3 mm) や1005 (長さ1.0 mm
×幅0.5 mm) といった小型電子部品であっても、確実に
はんだ付けができ、同時に熱硬化性樹脂を含有するフラ
ックスにより基板への固着が強化され、アンダーフィル
等の追加固着処置が必要なくなる上、はんだ付け後のフ
ラックス残渣の除去のための洗浄処置も必要なくなるの
で、本発明によるはんだ付け方法の経済的メリットは顕
著である。
り、0603 (長さ0.6 mm×幅0.3 mm) や1005 (長さ1.0 mm
×幅0.5 mm) といった小型電子部品であっても、確実に
はんだ付けができ、同時に熱硬化性樹脂を含有するフラ
ックスにより基板への固着が強化され、アンダーフィル
等の追加固着処置が必要なくなる上、はんだ付け後のフ
ラックス残渣の除去のための洗浄処置も必要なくなるの
で、本発明によるはんだ付け方法の経済的メリットは顕
著である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05K 3/34 507 H05K 3/34 507C 512 512C (72)発明者 田口 稔孫 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内 (72)発明者 川又 勇司 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内 (72)発明者 岩野 有希子 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内
Claims (10)
- 【請求項1】 有機酸 0.1〜70質量%、溶剤5〜40質量
%、ならびに熱硬化性樹脂および硬化剤を合計10〜95質
量%含有する、部品をはんだ付けする際に、該熱硬化性
樹脂により該部品を固着する機能を発揮する、はんだ付
け用フラックス。 - 【請求項2】 有機酸がロジン、カルボン酸およびカル
ボン酸無水物よりなる群から選ばれた1種もしくは2種
以上である請求項1記載のはんだ付け用フラックス。 - 【請求項3】 熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求
項1または2記載のはんだ付け用フラックス。 - 【請求項4】 硬化剤がカルボン酸無水物およびアミン
よりなる群から選ばれた1種もしくは2種以上である、
請求項3記載のはんだ付け用フラックス。 - 【請求項5】 有機酸がカルボン酸無水物以外の少なく
とも1種の有機酸を0.1〜50質量%含有する、請求項4
記載のはんだ付け用フラックス。 - 【請求項6】 さらにチキソ剤を 0.1〜10質量%含有す
る請求項1ないし5のいずれかに記載のはんだ付け用フ
ラックス。 - 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかに記載のフ
ラックスと融点150℃以上のはんだ合金の粉末との混練
物であるはんだペースト。 - 【請求項8】 フラックス中の該熱硬化性樹脂および硬
化剤の合計量が50〜95質量%である請求項7記載のはん
だペースト。 - 【請求項9】 はんだ付けすべき領域に、請求項1ない
し6のいずれかに記載のはんだ付け用フラックスとはん
だとを存在させ、はんだ付けすべき部品を載置してから
150 ℃以上のはんだ付け温度に加熱して、該部品のはん
だ付けとフラックス中の樹脂による固着とを同時に行う
ことを特徴とするはんだ付け方法。 - 【請求項10】 はんだ付けすべき領域に、請求項7ま
たは8記載のはんだペーストを存在させ、はんだ付けす
べき部品を載置してから150 ℃以上のはんだ付け温度に
加熱して、該部品のはんだ付けとフラックス中の樹脂に
よる固着とを同時に行うことを特徴とするはんだ付け方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000368896A JP2001219294A (ja) | 1999-12-03 | 2000-12-04 | 熱硬化性はんだ付け用フラックスおよびはんだ付け方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11-344979 | 1999-12-03 | ||
JP34497999 | 1999-12-03 | ||
JP2000368896A JP2001219294A (ja) | 1999-12-03 | 2000-12-04 | 熱硬化性はんだ付け用フラックスおよびはんだ付け方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001219294A true JP2001219294A (ja) | 2001-08-14 |
Family
ID=26577927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000368896A Pending JP2001219294A (ja) | 1999-12-03 | 2000-12-04 | 熱硬化性はんだ付け用フラックスおよびはんだ付け方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001219294A (ja) |
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2000
- 2000-12-04 JP JP2000368896A patent/JP2001219294A/ja active Pending
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