(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）フラックスであって、
前記フラックスの全重量に対して、
ｉ）７〜１３重量％のアジピン酸、
ｉｉ）０．３〜２．０重量％のシュウ酸、ならびに
ｉｉｉ）１，２−テトラメチルエチレンジアミン、１，２−テトラエチルエチレンジアミン、および１，２−テトラプロピルエチレンジアミンからなる群から選択されるアミン成分Ａ、ならびにＮ−ｃｏｃｏ−１，３−ジアミノプロパン、１，６−ジアミノヘキサン、１，７−ジアミノヘプタン、１，８−ジアミノオクタン、１，９−ジアミノノナン、および１，１０−ジアミノデカンからなる群から選択されるアミン成分Ｂからなる群から選択される０．１〜２．０重量％のアミン
を含むフラックスと、
ｂ）はんだと
を含む、はんだペースト。
【請求項２】
前記フラックスは、前記フラックスの全重量に対して、０．４〜１．０重量％の量のアミン成分Ａおよび／またはアミン成分Ｂを含むことを特徴とする、請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項３】
前記フラックスは、前記フラックスの全重量に対して、８〜１２重量％のアジピン酸を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のはんだペースト。
【請求項４】
前記フラックスは、前記フラックスの全重量に対して、０．４〜１．５重量％のシュウ酸を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のはんだペースト。
【請求項５】
前記フラックスは、シュウ酸およびアジピン酸以外のジカルボン酸を、前記フラックスの全重量に対して、０〜２重量％の量でさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のはんだペースト。
【請求項６】
前記フラックス中のすべてのジカルボン酸の総量は、前記フラックスの全重量に対して、最大１５重量％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のはんだペースト。
【請求項７】
前記フラックスは、モノアミンをさらに含み、前記モノアミンは、第２級モノアミンおよび第３級モノアミンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のはんだペースト。
【請求項８】
前記はんだはスズ系はんだであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のはんだペースト。
【請求項９】
前記はんだペーストは、前記はんだペーストの全重量に対して、前記はんだを８０〜９７重量％の量で含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のはんだペースト。
【請求項１０】
前記フラックスの成分を混合するステップと、
はんだ粉末を添加するステップと
を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のはんだペーストの製造方法。
【請求項１１】
ａ）電気的接続箇所を有する部品を準備するステップと、
ｂ）請求項１〜９のいずれか一項に記載のはんだペーストを有する表面を備えた基板を準備するステップと、
ｃ）前記はんだペーストを用いて前記部品の表面を前記基板の表面に接触させるステップと、
ｄ）前記はんだペーストを前記はんだの液相線温度超まで加熱するステップと
を含む、部品を基板に実装する方法。
【請求項１２】
１）第１の表面を有する電気的接続箇所を有する部品と、
２）少なくとも１つの第２の表面を有する基板と、
３）前記第１の表面および前記第２の表面に直接接触する請求項１〜９のいずれか一項に記載のはんだペーストと
を備える、モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品および基板の実装のための、シュウ酸、アジピン酸、およびアミン成分の混合物を含有するはんだペースト、ならびにその製造方法に関する。さらに、本発明は、本発明のはんだペーストの使用によって電子部品を基板に実装する方法、および本発明のはんだペーストを備えたモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
はんだペースト、特に、軟質はんだペーストの主な用途は、電子回路の製造における用途であり、この場合、はんだペーストは、部品と基板、例えば、半導体チップとプリント回路基板（ＰＣＢ）との電気および熱的接続としての役割を主に果たす。はんだペーストは、本文脈中、プリント回路基板に塗布される。次に、半導体チップは、はんだペーストを介してプリント回路基板に接触する。半導体チップとプリント回路基板との電気的接触および／または熱的接触を形成するリフロープロセスによってペースト中のはんだを融解するためにはんだペーストを加熱する。はんだペーストは通常、とりわけ、はんだ粉末、部品、および基板の表面上の酸化皮膜を溶解し、したがって、はんだ付けプロセス中に改善された濡れ性を提供する役割を果たすはんだ付け用フラックスを含有する。はんだペーストは通常、スクリーン印刷およびステンシル印刷を用いて電子回路の自動製造時に処理されるため、はんだ付け用フラックスは通常、はんだ付け用フラックス、したがってはんだペーストの流動学的性質を改善するさらなる物質、例えば、界面活性剤およびを添加剤を含有する。
【０００３】
特許文献１は、カルボン酸およびポリアミンフラックスを含むフラックス組成物であって、ポリアミンが、少なくとも２個の第３級炭素原子を有する非置換Ｃ５〜８０アルキル基を含むフラックス組成物について記述している。
【０００４】
特許文献２は、２−ビスオキサゾリン化合物、ジチオール、有機カルボン酸、および活性化剤を含むはんだ付け用フラックスについて開示している。また、はんだ付け用フラックスは、有機溶媒、熱可塑性樹脂、および／またはエポキシ基含有化合物を含むことができる。
【０００５】
特許文献３は、保護ガスの存在下において、特に、残留酸素含有量が少ない窒素の存在下において電子部品および回路をはんだ付けするための軟質はんだペーストについて記述している。本文脈中、軟質はんだペーストは、有機樹脂、活性化剤、および溶媒からなる。
【０００６】
特許文献４は、水ですすぐことができ、はんだ付け用フラックス混合物として脂肪族アミンの水溶性塩および有機酸を含有する電子部品用のはんだペーストに関する。
【０００７】
特許文献５は、ステアリン酸金属塩を含有するはんだ付け材料に関する。本文脈中において、はんだ粉末の粒子は、固体ステアリン酸金属塩の薄い層を表面上に含む。
【０００８】
特許文献６は、金属粉末、極性溶媒、カルボン酸、および第３級アミンを含む樹脂を含まないはんだペーストについて記述している。このペーストは、アンダーフィル（アンダーバンプ金属化）および表面実装部品の実装（表面実装技術）に特に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０  ２０１２  ０１９  １９８  Ａ１号
【特許文献２】欧州特許出願公開０６１９１６２Ａ２号
【特許文献３】ドイツ特許第４２３５５７５Ｃ２号
【特許文献４】ドイツ特許第４１１９０１２Ｃ１号
【特許文献５】国際公開第２０１０／０００６７９Ａ１号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９／０１５２３３１Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電子回路の製造の特別な難題の１つは、例えば、基板の対応するヒートシンクへの接点を有するＱＦＰ等の部品の下側に電気的接続箇所だけでなく熱的接続箇所も備える部品の適用および実装である。電気的接触箇所、いわゆる「脚」は、部品と基板の間のスペーサとしての役割も果たし、リフロープロセス中に対応するはんだ堆積物を用いて接触される。熱的接続箇所は、はんだ堆積物を使用するリフロープロセスを用いて、基板に接続され、それによって、熱的接触に使用されるはんだペーストは、部品を基板に電気的接触させるために使用されるはんだペーストとは異なりうる。このプロセスの途中で、熱的接続箇所に導入されるはんだ堆積物は、加熱するとすぐに広がりうる。本文脈中、はんだ粉末粒子は、通常いわゆるはんだボールの形態で電気的接触箇所の方向に外れ、これらの箇所で短絡を引き起こしうる。
【００１１】
このことが発生するのを防止するために、加熱されたときに広がらず、望ましくないはんだボールが電気的接続箇所で発生することが防止され、したがって短絡が防止されるのと同時に、部品と基板との間に安定的な機械的接続、熱的接続、および／または電子接続を生じさせるはんだペーストを有する必要がある。さらに、融解時にはっきりとした濡れエッジ（ｗｅｔｔｉｎｇ  ｅｄｇｅ）を形成することによって、基板における正確な印刷を可能にし、それにより小型集積回路の製造を可能にするはんだペーストが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、基板への部品、特に、電気的接触箇所を有する部品の実装用の、はんだ付けプロセスの間加熱するとすぐにはっきりとした濡れ縁（ｗｅｔｔｉｎｇ  ｂｏｒｄｅｒ）を形成し、その形状を変化させないはんだペーストを提供することである。このようにして、はんだペーストと電気的接続箇所との接触および短絡が防止される。さらに、本発明の目的は、はんだペーストの加熱時に一切広がることなく、かつ／または望ましくないはんだボールが生じることなく、部品と基板との間に機械的接続および熱的接続を提供するはんだペーストを提供することである。
【００１３】
さらに、本発明の目的は、スクリーン印刷手順におけるペーストの良好な加工性および良好な濡れ性の両方を備えたはんだペーストを提供することであった。
【００１４】
本目的は、本発明の独立請求項の主題により達成される。
【００１５】
驚くべきことに、特別なアミンと併せてアジピン酸およびシュウ酸を添加することにより、はんだボール、したがって短絡が生じることを防止できるように加熱時に広がらないはんだペーストをもたらすことが見出された。同時に、驚くべきことに、濡れ性および加工性が著しく改善されることが見出された。
【００１６】
本発明の範囲において、用語「広がり」とは、加熱時の、特に、実装手順の間主に用いられる熱条件での部品の熱的接続箇所におけるはんだペーストの広がりを意味すると理解すべきであり、これによりはんだボールが生じ、部品の電気的接続箇所で短絡が起こりうる。
【００１７】
フラックスについては、ジカルボン酸、およびさらに、１種のアミン成分を含有することが特に有利であると証明された。
【００１８】
したがって、本発明の主題は、
ａ）フラックスであって、
ｉ）アジピン酸、
ｉｉ）シュウ酸、ならびに
ｉｉｉ）第３級アミノ基を有するジアミンであるアミン成分Ａ、および少なくとも２個のアミノ基が少なくとも３個の炭素原子によって互いに離れており、少なくとも４個の炭素原子を含むジアミンまたはポリアミンであるアミン成分Ｂからなる群から選択されるアミン
を含むフラックスと、
ｂ）はんだと
を含むはんだペーストである。
【００１９】
フラックスは、本発明によるはんだペーストの必須成分である。
【００２０】
ａ）フラックス
ジカルボン酸、アジピン酸、およびシュウ酸は別にして、フラックスは、必須成分としてアミン成分Ａおよびアミン成分Ｂからなる群から選択されるアミンを含む。
【００２１】
アミン成分Ａ
アミン成分Ａは、少なくとも１個の第３級アミノ基、好ましくは２個の第３級アミノ基を含むジアミンである。
【００２２】
好ましい実施形態は、１，２−テトラメチルエチレンジアミン、１，２−テトラエチルエチレンジアミン、および１，２−テトラプロピルエチレンジアミン、例えば、１，２−テトラ−ｎ−プロピルエチレンジアミンおよび１，２−テトラ−イソ−プロピルエチレンジアミンからなる群から選択されるアミン成分Ａを有する。第３級アミノ基がそれぞれ２個の同一の置換基を含むジアミンが特に好ましい。
【００２３】
本発明の範囲において、第３級アミンは、その窒素原子が３個の炭素含有置換基を有するアミンであると理解すべきである。
【００２４】
アミン成分Ｂ
アミン成分Ｂは、アミノ基のうち少なくとも２個が少なくとも３個の炭素原子によって互いに離れており、少なくとも４個の炭素原子を含むジアミンまたはポリアミンである。
【００２５】
アミン成分Ｂは、２個のアミノ基が少なくとも３個の炭素原子によって互いに離れており、少なくとも４個の炭素原子を含むジアミンまたはポリアミンである。あるいは、アミン成分Ｂは、アミノ基のうち少なくとも２個が少なくとも３個の炭素原子によって互いに離れており、少なくとも４個の炭素原子を含むポリアミンである。
【００２６】
基板、例えば、プリント回路基板への電気接続箇所および／または熱的接続箇所を有する部品の実装用の本発明のはんだペーストの使用によって、接続箇所間に望ましくない接触が起こらないため、電気的接続箇所において短絡が発生することを防止する。さらに、驚くべきことに、アミン成分Ｂが第１級アミノ基を含む場合、はんだペーストの広がり特性はよりいっそう改善できることが見出された。
【００２７】
したがって、本発明の好ましい実施形態では、アミン成分Ｂは少なくとも１個の第１級アミノ基を含む。
【００２８】
好適な実施形態では、アミン成分Ｂは、Ｎ−ｃｏｃｏ−１，３−ジアミノプロパン、１，６−ジアミノヘキサン、１，７−ジアミノヘプタン、１，８−ジアミノオクタン、１，９−ジアミノノナン、および１，１０−ジアミノデカンからなる群から選択される。
【００２９】
好ましくは、Ｎ−ｃｏｃｏ−１，３−ジアミノプロパンのカカオ脂由来残基は８〜２０個の炭素原子の鎖長を有する。カカオ油由来のアルキル残基の炭素鎖長の典型的な分布は、例えば、ｍｏｌ％で５％  Ｃ８、６％  Ｃ１０、５０％  Ｃ１２、１９％  Ｃ１４、１０％  Ｃ１６、および１０  ％Ｃ１８の組成を有する。
【００３０】
さらなる好ましい実施形態では、使用されるアミン、すなわち、アミン成分Ａまたはアミン成分Ｂは第３級および／または第４級炭素原子を一切有しない。
【００３１】
さらなる好ましい実施形態では、アミンは少なくとも６個の炭素原子を含む。本文脈中、炭素原子は、２個のアミノ基の間を繋ぐ鎖として存在することができ、または窒素原子の置換基としてアミノ基に結合できる。
【００３２】
フラックス中のアミンの量は、好ましくは、はんだペーストの良好な加工性および実装される部品および基板の表面の良好な濡れ性が確保されるように適切に選択される。
【００３３】
したがって、本発明によるはんだペーストの好ましい実施形態では、フラックスは、それぞれフラックスの全重量に対して、０．１〜２．０重量％、好ましくは０．４〜１．０重量％の量のアミン成分Ａおよび／またはアミン成分Ｂを含む。
【００３４】
驚くべきことに、アミン成分Ｂがアミン成分Ａの代わりに使用された場合、本発明によるはんだペーストは良好な広がり特性を有することもまた見出された。
【００３５】
２個未満のアミノ基を含み、かつ／またはその２個のアミノ基は３個未満の炭素原子によって互いから離れており、合計４個未満の炭素原子を含むアミンは、アミン成分Ａおよび／またはＢと併せて使用されない場合、特に、広がり挙動、濡れ特性、および加工性に関して不十分な特性をもたらす。
【００３６】
さらなる好ましい実施形態では、本発明によるはんだペーストのフラックスは、モノアミンをさらに含む。モノアミンは、アミン成Ａおよび／またはアミン成分Ｂに加えて存在する。
【００３７】
モノアミンが第２級および／または第３級モノアミンである場合、特に本発明によるはんだペーストの加工性、広がり挙動、および融解特性に関して特に良い結果を得ることができる。したがって、好ましい実施形態は、第２級モノアミン、第３級モノアミン、およびこれらの混合物からなる群から選択されるモノアミンを有する。好ましくは、フラックスは、それぞれフラックスの全重量に対して、０．５〜５．５重量％、好ましくは１．０〜５．０重量％の量のモノアミンを含有する。
【００３８】
特に好ましい実施形態では、モノアミンは３〜１５個、好ましくは４〜１２個の炭素原子を含む。また好ましくは、ビス（２−エチルヘキシル）アミン、ビス（２−メチルヘキシルアミン）、ジエチルアミン、トリエチルアミン、シクロヘキシルアミン、ジエタノールアミン、およびトリエタノールアミンからなる群から選択されるモノアミンである。
【００３９】
さらに、はんだペーストの加工性、濡れ特性、および広がり特性はフラックス中に存在するジカルボン酸の量によりいっそう改善できることが明らかになった。
【００４０】
はんだペーストの好ましい実施形態では、フラックスは、それぞれフラックスの全重量に対して、７〜１３重量％、好ましくは８〜１２重量％のアジピン酸を含む。主に、はんだペーストの濡れ特性および広がり挙動はフラックス中のジカルボン酸の好適な量を選択することにより調整できる。
【００４１】
本発明によるはんだペーストの広がり挙動、濡れ特性、および加工性に関して特に良い結果は、フラックスがアミンだけでなく、シュウ酸およびアジピン酸の混合物も含有する場合に得ることができる。本文脈中、シュウ酸の量が限定された範囲内であり、特定の量を超過していない場合に、シュウ酸の有利な効果はよりいっそう大きくなりうる。
【００４２】
したがって、本発明によるはんだペーストの好ましい実施形態では、フラックスは、それぞれフラックスの全重量に対して、０．３〜２．０重量％、好ましくは０．４〜１．５重量％、特に好ましくは０．４５〜１．０重量％のシュウ酸を含む。
【００４３】
フラックス中のシュウ酸の量が、フラックスの全重量に対して、０．３重量％の指定限界値未満である場合、対応するはんだペーストは、加熱時の広がり挙動の観点からわずかに改善された特性を示す。さらに、対応するはんだペーストが最適に融解するために、シュウ酸の量は上述の指定範囲内であることが有利であると明らかになった。
【００４４】
さらに、シュウ酸およびアジピン酸以外にフラックスへのさらなるジカルボン酸の添加は、はんだペーストの特性、特に加工性および広がり特性に対してプラスの効果を有することが明らかになった。しかしながら、さらなるジカルボン酸の量はさらに制限されるべきである。
【００４５】
したがって、本発明の好ましい実施形態では、フラックスは、シュウ酸およびアジピン酸以外に、それぞれフラックスの全重量に対して、０〜２．０重量％、好ましくは０．０１〜１．０重量％の量のジカルボン酸をさらに含む。本発明による範囲を超える量は、はんだペーストの濡れ特性に対してマイナスの効果を有しうることが明らかになっている。
【００４６】
好ましくは、シュウ酸およびアジピン酸以外のさらなるジカルボン酸は、マロン酸、コハク酸、およびグルタル酸からなる群から選択される。
【００４７】
したがって、本発明によるはんだペーストの好ましい実施形態において、フラックス中のすべてのジカルボン酸の総量は、それぞれフラックスの全重量に対して、最大１５重量％、好ましくは７〜１３重量％、特に８〜１２重量％である。
【００４８】
特に自動加工の目的で本発明によるはんだペーストの最適な加工性を提供するために、本発明によるはんだペーストは、はんだペーストの塗布、その流動性、ならびに部品および基板の電気的および熱的接続を支持する役割を果たすさらなる成分をさらに含有することができる。
【００４９】
したがって、本発明によるはんだペーストは、例えば、増粘剤を含有することができる。好ましい実施形態では、フラックスは、エチルセルロース、硬化ヒマシ油、グリセロール−トリス−１２−ヒドロキシステアリン、および変性グリセロール−トリス−１２−ヒドロキシステアリンからなる群から選択される１種以上の増粘剤をさらに含む。好ましくは、フラックスは、それぞれフラックスの全重量に対して、１．０〜４．０重量％、好ましくは１．７〜３．０重量％の量の増粘剤を含有する。
【００５０】
本発明によるはんだペーストの塗布および濡れ特性を改善するために、フラックスは溶媒をさらに含むことができる。好ましくは、溶媒は、以下の、２５℃で可溶性のジオール、アルコール、エーテルアルコール、およびケトン、特に、トリメチルプロパノール、１，２−オクタンジオール、１，８−オクタンジオール、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール、イソ−ボルニルシクロヘキサノン、グリコールエーテル、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、ｎ−デシルアルコール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、テルピネオール、イソプロパノール、およびこれらの混合物からなる群から選択される。さらなる好ましい実施形態では、グリコールエーテルは、モノ−、ジ−、トリ−プロピレングリコールメチルエーテル、モノ−、ジ−、トリ−プロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、モノ−、ジ−、トリ−エチレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、エチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコール−ジブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコール−モノヘキシルエーテル、およびこれらの混合物からなる群から選択される。
【００５１】
さらに、本発明によるはんだペーストのフラックスは、対応する用途に必要とされる稠度をペーストに与えるために樹脂を含むことができる。はんだペーストの好ましい実施形態では、はんだペーストは、フラックスが樹脂、好ましくは、ロジン、トール油、水素添加ロジン、二量体化ロジン、部分二量体化ロジン、およびこれらの混合物からなる群から選択される樹脂をさらに含有することを特徴とする。
【００５２】
はんだペーストの好ましい実施形態では、フラックスは、それぞれフラックスの全重量に対して、３５〜５０重量％、好ましくは４０〜４８重量％の量の樹脂を含む。
【００５３】
はんだペーストのさらに好ましい実施形態では、フラックスは、アニリンヒドロクロリド、グルタミン酸ヒドロクロリド、ジエタノールアミンヒドロクロリド、トリエタノールアミンヒドロブロミド、トリエタノールアミンヒドロクロリド、トリエタノールアミンヒドロブロミド、トランス−２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、およびこれらの混合物からなる群から選択されるハロゲン含有化合物をさらに含有する。ハロゲン含有化合物は、接続される部品および基板の表面を活性化することによって、部品のより良好な接続をもたらす追加の活性化剤として機能することもできる。
【００５４】
フラックス中のハロゲン含有化合物の量が、フラックスの全重量に対して、５重量％を超えないことが特に有利であると分かっている。したがって、フラックスが、それぞれフラックスの全重量に対して、０．１〜３．０重量％、好ましくは０．５〜２．０重量％の量のハロゲン含有化合物を含有する本発明によるはんだペーストの実施形態が好ましい。
【００５５】
さらに、フラックスが、それぞれフラックスの全重量に対して、０．０５〜３．０重量％の量の添加剤をさらに含む実施形態が好ましい。好ましくは、前記添加剤は、例えば、エトキシ化アミン樹脂、アミン樹脂、樹脂のメチルエステル、ｎ−オレイルサルコシン、オレイルイミダゾリン、およびこれらの混合物等のはんだペーストの濡れ特性を改善する化合物である。
【００５６】
ｂ）はんだ
フラックスは、本発明によるはんだペーストのもう１つの必須成分である。
【００５７】
電気的接続箇所および熱的接続箇所を有する部品を基板に実装するためのはんだペーストの要件は、特に、熱的接触プロセス中の広がり挙動だけでなく、部品の作動中に生じる熱の放散および効率的な冷却をもたらす部品の基板に対する熱的接続にも関わる。
【００５８】
本文脈中、はんだは、限られた電導率と併せて良好な熱伝導率を有する。これらの特性は、その主成分としてスズを含むはんだで特にはっきりとしている。したがって、はんだがスズ系はんだである実施形態が好ましい。
【００５９】
本発明の範囲において、スズ系はんだは、少なくとも８０重量％、好ましくは少なくとも８３重量％、特に８５〜９０重量％（重量指定はそれぞれ、はんだの全重量に関する）のスズを含むはんだである。
【００６０】
好ましい実施形態では、はんだは、例えば、はんだの液相線温度をそれぞれの用途に有利な範囲に調整するためにスズ以外にさらなる金属を含むことができる。
【００６１】
したがって、はんだが、それぞれはんだの全重量に対して、０．１〜８重量％、好ましくは０．２〜６重量％の量の銀を含む実施形態が好ましい。
【００６２】
さらなる好ましい実施形態では、はんだは、それぞれはんだの全重量に対して、０．１〜１．５重量％、好ましくは０．２〜１．０重量％の量の銅を含む。
【００６３】
はんだが鉛を含まない実施形態もまた好ましい。
本発明によるはんだペーストは、リフロープロセスにおいて使用するのに特に適しており、当該プロセスでは、はんだはその液相線温度まで加熱され、したがって、部品と基板との間の最適な接続をもたらす。したがって、はんだの液相線温度は、エネルギー技術の理由により、また取り扱いに注意を要する部品および基板を考慮すると高くなりすぎないようにすべきである。
【００６４】
したがって、はんだが２００〜２５０℃の範囲、好ましくは２００〜２３０℃の範囲の液相線温度を有する実施形態が好ましい。
【００６５】
好ましい実施形態では、はんだは、好ましくはＩＰＣ−ＴＭ−６５０  ２．２．１４〜２．２．１４．２に従って測定される、１５〜５０μｍ、好ましくは２０〜４５μｍの重量平均粒径を有する粉末として存在する。
【００６６】
さらなる好ましい実施形態では、本発明によるはんだペーストは、それぞれはんだペーストの全重量に対して、８０〜９７重量％、好ましくは８３〜９５重量％、特に８５〜９３重量％の量のはんだを含む。
【００６７】
さらに、好ましい実施形態では、本発明によるはんだペーストは、以下の構成成分、すなわち、
ａ）はんだペーストの全重量に対して、３〜２０重量％のフラックスであって、フラックスは
ｉ）７〜１３重量％のアジピン酸、
ｉｉ）０．３〜１．５重量％のシュウ酸、
ｉｉｉ）０．１〜２．０重量％の第３級アミノ基を有するジアミンであるアミン成分Ａ、およびアミノ基のうち少なくとも２個が少なくとも３個の炭素原子によって互いに離れており、少なくとも４個の炭素原子を含むジアミンまたはポリアミンであるアミン成分Ｂからなる群から選択されるアミンを含み、重量％での指定はそれぞれ、フラックスの全重量に関する、フラックスと、
ｂ）はんだペーストの全重量に対して、８０〜９７重量％のフラックスと
を含む。
【００６８】
さらなる好ましい実施形態では、本発明によるはんだペーストは、
ａ）はんだペーストの全重量に対して、３〜２０重量％のフラックスであって、フラックスは
ｉ）７〜１３重量％のアジピン酸、
ｉｉ）０．３〜１．５重量％のシュウ酸、
ｉｉｉ）０．１〜２．０重量％の、第３級アミノ基を有するジアミンであるアミン成分Ａ、およびアミノ基のうち少なくとも２個が少なくとも３個の炭素原子によって互いに離れており、少なくとも４個の炭素原子を含むジアミンまたはポリアミンであるアミン成分Ｂからなる群から選択されるアミン、
ｉｖ）アジピン酸およびシュウ酸以外の０．０５〜２重量％のジカルボン酸、
ｖ）３５〜５０重量％の樹脂、
ｖｉ）０．１〜３．０重量％のハロゲン含有化合物、
ｖｉｉ）溶媒、ならびに
ｖｉｉｉ）妥当な場合、添加剤
を含み、重量％での指定はそれぞれ、フラックスの全重量に関する、フラックスと、
ｂ）はんだペーストの全重量に対して、８０〜９７重量％のフラックスと
を含む。
【００６９】
最適な加工性および所望の広がり挙動を得るために、本発明によるはんだペーストは、好ましくは、Ａｎｔｏｎ−Ｐａａｒ社製のコーンプレート型レオメータ測定システムＰｈｙｓｉｃａを使用して、２３℃および１０−１ｓの剪断速度において測定したとき、５０〜２００Ｐａ＊ｓの粘度を有する。
【００７０】
本発明の別の主題は、本発明によるはんだペーストを製造する方法である。
【００７１】
本文脈中、本発明によるはんだペーストを製造する方法は、
−  フラックスの成分、特に成分ｉ）、ｉｉ）、およびｉｉｉ）を混合するステップと、
−  はんだ粉末を添加するステップと
を含む。
【００７２】
はんだ粉末の添加は、好ましくは、撹拌しながらフラックス成分の所与の混合物に複数のアリコートを添加して行われる。均一なペーストを得るために高温が必要とされないこともまた好ましい。したがって、はんだ粉末の添加は、好ましくは標準温度、例えば、２０℃で行われる。
【００７３】
好ましくは、はんだ粉末は、上述のような本発明によるはんだ粉末である。さらに好ましくは、はんだ粉末はスズ、銀、および銅の混合物であり、それぞれはんだ粉末の全重量に対して、銀の量は、０．１〜８重量％、好ましくは０．２〜６重量％であり、銅の量は、０．１〜１．５重量％、好ましくは０．２〜１．０重量％である。好ましくは、１００重量％との差分はスズによって補われる。
【００７４】
本発明のさらなる主題は、本発明のはんだペーストの使用による、部品を基板に実装する方法である。本方法は、
ａ）電気的接続箇所を有する部品を準備するステップと、
ｂ）本発明によるはんだペーストを有する表面を備えた基板を準備するステップと、
ｃ）はんだペーストを用いて部品の表面を基板の表面に接触させるステップと、
ｄ）はんだペーストをはんだの液相線温度超まで加熱するステップと
を含む。
【００７５】
部品は好ましくは、部品のハウジングの４辺に電気的接続箇所を有する表面実装部品である。好ましくは部品は矩形または正方形のハウジング形状を備える。特に好ましくは、部品は、クオッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）および／またはその変形物である。さらに、部品は好ましくは、金属被覆表面を備え、これにより本発明によるはんだペーストへの接触が生じる。本文脈中、金属は好ましくは、銅、銀、アルミニウム、金、ニッケル、スズ、パラジウム、およびこれらの合金からなる群から選択される。
【００７６】
好ましくは、基板は、少なくとも１つの金属表面を有する基板であり、金属表面により本発明によるはんだペーストへの接触が生じる。好適な基板としては、例えば、金属被覆表面を備える金属、セラミック、紙、またはエポキシ樹脂から作製された基板が挙げられる。表面は好ましくは、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、スズ、パラジウム、およびこれらの合金からなる群から選択される金属を含む。
【００７７】
はんだペーストは、はんだペーストを用いた部品と基板との接続が形成されるようにはんだの液相線温度を超えて加熱される。本文脈中、はんだペーストは好ましくは、はんだペースト、部品、および／または基板が損傷を受けることなく、はんだが液相へと変化するように適切に加熱される。好ましくは、はんだは、はんだの液相線温度よりも５〜６０℃、好ましくは１０〜５０℃高い温度まで加熱される。
【００７８】
本発明の取付け方法に従って基板に実装される部品は、著しく低下した短絡発生率を示す。
【００７９】
したがって、基板に取り付けられ、本発明の取付け方法に従って得ることができるか、または得られる部品は、本発明の別の主題である。
【００８０】
基板表面と部品表面との接触が本発明のはんだペーストを用いて行われる電子部品を基板に接続するための本発明によるはんだペーストの使用は、本発明のさらなる主題である。
【００８１】
本発明のさらなる主題は、本発明のはんだペーストの使用によって得られるモジュールである。モジュールは、
１）第１の表面を有する電気的接続箇所を有する部品と、
２）少なくとも１つの第２の表面を有する基板と、
３）第１の表面および第２の表面に直接接触する本発明のはんだペーストと
を備える。
【００８２】
好ましくは、モジュールは、主に半導体産業における集積回路での使用によく適している。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実験セットアップを示す。
【図２】得られた結果を、０〜２が満足の行く結果（ペーストが熱的接続箇所の領域を越えてはみでていない）を表すスコアを用いて評価した。
【図３】２．５〜３．０のスコアは、ペーストの過剰な広がりによりはんだペーストと部品の電気的接続箇所との接触をもたらしうる不十分な結果を表す。
【実施例】
【００８４】
本発明は、以下の実施例によってより詳細に説明されるが、以下の実施例は、決して本発明の概念を限定するものとして理解されるべきではない。
【００８５】
試験方法
ｉ）加工性
はんだペーストの加工性を、ドクターブレードを装備した自動ステンシルプリンタを使用して試験した。この目的のために、ペーストを閉じたステンシルに塗布した。試験期間は１６時間であり、ドクターブレードは１０分毎に印刷プロセスを行った。試験完了後、ペーストの光学的品質を評価した。ペーストの加工性は、１６時間にわたるドクターブレードの通過／印刷を繰り返した後でもペーストがステンシル上を滑らかにロールでき、ドクターブレードの前方または側方にペーストがたまっていなければ良好であると評価された。
【００８６】
ｉｉ）濡れ性
ペーストの濡れ特性は、ＩＰＣ−ＴＭ−６５０試験方法２．４．４５に従い融解試験を用いて評価した。この目的のために、ペーストを金属基材に塗布した。２０×２０×０．５ｍｍサイズの銅または黄銅製の薄板が基板としての役割を果たした。これらの薄板が表面上に酸化皮膜を有していれば、表面を研磨し、粒度Ｐ６００の研磨紙を使用して地金にし、アルコールで清浄にした。明るく純粋な表面を備えた銅薄板を単にアルコールで清浄にした。
【００８７】
ステンシルを使用して、準備した金属基材に印刷した。この目的のために、ステンシルの開いている孔が基材の中央に位置するように、ステンシルをしっかりと基材上へ押し付けた。ペーストを日本式へら（Ｊａｐａｎｅｓｅ  ｓｐａｔｕｌａ）に置き、次に、最初はわずかな圧力で、その後いくらかより強い圧力をかけてステンシルの孔上で、ペーストがステンシルからなくなるまで伸ばした。次いで、ステンシルにより規定されたパターンを維持しながらステンシルを注意深く取り除いた。
【００８８】
印刷された基材を、はんだの液相線温度未満の温度、すなわち、この場合は２００℃に設定した第１の加熱プレートに置いた。基材をこのプレート上で２分間保持し、次に、はんだの液相線温度よりも約５０℃高い温度（ピーク温度）である第２の加熱プレートにすぐ置いた。ペーストが融解した後、基材をもう５秒間加熱プレートに保持してから、プレートから外して冷却した。
【００８９】
ペーストを冷却した後、ペーストが、ステンシルの孔のサイズに対応するスポットに融解したか、または複数の小さなスポットに融解したか、ペーストは融解された後にはっきりとしたエッジを含んでいたかどうかを評価した。さらに、表面が光沢があるか、またはマットかを評価した。
【００９０】
ペーストは４つの分類に分けられ、分類１および分類２は満足のいく結果と評価されたのに対し、分類３および分類４は不十分な結果を表した。
【００９１】
分類１    融解したはんだペーストは、基材の以前に印刷した表面よりも大きい。濡れエッジは均一である。
分類２    融解したはんだペーストは、ステンシルによって規定される印刷表面と同じサイズを有する。濡れエッジは均一である。
分類３    はんだペーストは複数の大きなスポットに融解している。濡れエッジは不均一で空隙を示す。
分類４    はんだペーストは、元の印刷表面よりも小さい複数の小さなスポットに融解していたか、またははんだペーストはまったく融解しなかった。濡れエッジが存在していない。
【００９２】
ｉｉｉ）広がり挙動
はんだペーストの広がり挙動は、反毛細管（ａｎｔｉ−ｃａｐｉｌｌａｒｙ）試験（ＡＣ試験）を使用して評価した。この目的のために、はんだペーストを、ＱＦＰ部品（例えば、ドイツのＩｎｆｉｎｅｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＡＧ社製）の熱的接続箇所に塗布し、ガラスプレートで覆った。ペーストの挙動が評価できるように、ＱＦＰ部品の反対の面を２００℃の温度の加熱プレートに置いた。実験セットアップを図１に示す。
【００９３】
得られた結果を、０〜２が満足の行く結果（ペーストが熱的接続箇所の領域を越えてはみでていない（図２））を表すスコアを用いて評価した。２．５〜３．０のスコアは、ペーストの過剰な広がりによりはんだペーストと部品の電気的接続箇所との接触をもたらしうる不十分な結果（図３）を表す。
【００９４】
以下のはんだペーストは、上に明記した試験方法を用いて評価した。はんだペーストは、本発明に従うと考えられるように、少なくとも２つの試験で満足の行く結果を得る必要がある。
【００９５】
表１は、本発明のはんだペーストの組成と、参考実施例に用いられるペーストの組成とを示す。それぞれ与えられた数値は重量％単位である。ペーストの特性、例えば、加工性、濡れ特性、および広がり特性は、上述の方法に従って測定し、表２にまとめた。
【００９６】
以下のはんだを使用した。
ＳｎＡｇＣｕ：Ｓｎ：９６．５％  Ａｇ：３．０％  Ｃｕ：０．５％、ＩＰＣ  Ｊ−ＳＴＤ−００６標準規格に従う分類３
【００９７】
【表１】
0006296370.tif 000002
【００９８】
【表２】
0006296370.tif 000003
【００９９】
表２から明らかであるように、実施例３〜１０の本発明のペーストは、ＡＣ試験および濡れ性で非常に良好な結果を示している。さらに、本発明のペーストはすべて、良好な加工特性を示し、ドクターブレードが繰り返し通過した後でも容易に広がった。光学的試験では、融解され、その後冷却されたペーストはすべて、平滑で光沢のある表面を示し、はっきりとした濡れエッジを有していた。
【０１００】
参考実施例１は、アジピン酸だけでなく、フラックスの全重量に対して、０．５重量％のシュウ酸を酸性成分として含有する従来のはんだペーストを示す。表２の結果から明らかなように、従来のペーストは、試験した特性に関して不十分な結果しか示さなかった。
【０１０１】
参考実施例２に示すように、コハク酸を同量のグルタル酸で置き換えても所望の特性に関して改善をもたらさなかった。
【０１０２】
実施例１２は、アジピン酸の量を使用して、対応する要件に合うようにはんだペーストの特性を調整できることを示す。したがって、特性を、本発明による好ましい範囲内のアジピン酸の量によりさらにプラスに強化できる。
【０１０３】
表３は、試験アミン成分がさまざまである種々のペーストの一般的組成を示す。使用される試験アミンおよびはんだペーストの試験結果を表４にまとめている。
【０１０４】
【表３】
0006296370.tif 000004
【０１０５】
【表４】
0006296370.tif 000005
【０１０６】
アミンがアミン成分Ａ（実施例１４）またはアミン成分Ｂ（実施例１１〜１３）の本発明の定義を満たす表４の実施例１１〜１４から明らかであるように、対応するはんだペーストは、濡れ性、加工性、およびＡＣ試験に関して優れた結果を示す。アミン成分が本発明の定義を満たさなくなれば（実施例１５〜１７）、対応するはんだペーストはすぐに不十分な加工性を示す。２個のアミノ基が少なくとも３個の炭素原子によって互いから離れていない（参考実施例１７）アミンが使用されている場合等、場合によっては、濡れ特性もまた低下するため、基板上の正確な印刷はこれらのペーストを用いて実現できない。
【０１０７】
論じた実施例から明らかなように、本発明のペーストはすべて、良好な加工性を示し、その濡れ性および広がり挙動に関し優れた特性を示した。したがって、本発明に記述されるペーストのおかげで、良好な熱放散を確実にしながら、短絡を一切伴わない基板への部品の安定した取付けが実現可能である。本発明のはんだペーストの良好な加工性により、正確で迅速な、例えばプリント回路基板の印刷が実現可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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