(57)【要約】  はんだ接合の機械的信頼性を強化するためのロジンフリー熱硬化性フラックス配合物。１以上の態様によれば、本明細書に示される及び記載されるはんだペーストは、落下衝撃、熱サイクル、熱衝撃、剪断強度、曲げ強度性能、及び他の熱機械的性能属性の少なくともいずれかに関連する、改善又は強化されたはんだ接合特性を付与する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０重量％〜４０重量％の有機高沸点溶媒と；
５重量％〜１５重量％の多官能型エポキシ樹脂と；
１５重量％〜３０重量％の高分子量を有するエポキシ樹脂と；
１５重量％〜３０重量％のフェノール基含有硬化剤と；
２重量％〜６重量％の無水物系液体硬化剤と；
１０重量％〜２０重量％の活性化剤としてのカルボン酸と；
２重量％〜８重量％の触媒としての置換芳香族アミンと；
１重量％〜５重量％の触媒としてのホスフェン系塩と；
０．１重量％〜２重量％のアミド系触媒と；
０．１重量％〜２重量％の結合剤０．１重量％〜２重量％と；
０．１重量％〜４重量％の液体型応力改質剤と
から実質的になることを特徴とするエポキシはんだペースト用フラックス。
【請求項２】
前記有機高沸点溶媒が、エーテルを含む請求項１に記載のフラックス。
【請求項３】
２０重量％〜４０重量％の有機高沸点溶媒と；
５重量％〜１５重量％の多官能型エポキシ樹脂と；
１５重量％〜３０重量％の高分子量を有するエポキシ樹脂と；
１５重量％〜３０重量％のフェノール基含有硬化剤と；
２重量％〜６重量％の無水物系液体硬化剤と；
１０重量％〜２０重量％の活性化剤としてのカルボン酸と；
２重量％〜８重量％の触媒としての置換芳香族アミンと；
１重量％〜５重量％の触媒としてのホスフェン系塩と；
０．１重量％〜２重量％のアミド系触媒と；
０．１重量％〜２重量％の結合剤０．１重量％〜２重量％と；
０．１重量％〜４重量％の液体型応力改質剤と
を含むことを特徴とするエポキシはんだペースト用フラックス。
【請求項４】
請求項３に記載のエポキシフラックスと合金とを含むエポキシはんだペーストであって、前記合金が、
３０重量％〜６５重量％のビスマスと；
残部のスズとを、不可避の不純物と共に
含むエポキシはんだペースト。
【請求項５】
前記合金が、以下の成分のうちの１以上を更に含む請求項４に記載のエポキシはんだペースト：
銀、金、クロム、インジウム、リン、銅、コバルト、ゲルマニウム、マンガン、ニッケル、亜鉛、チタン、ガリウム、鉄、アンチモン、アルミニウム、テルル、セレン、カルシウム、バナジウム、モリブデン、白金、及びマグネシウム。
【請求項６】
前記合金が、
０．０１重量％〜１０重量％の銀と；
０．０１重量％〜１０重量％の銅と
を更に含む請求項５に記載のエポキシはんだペースト。
【請求項７】
前記合金が、以下のうちの１以上を更に含む請求項６に記載のエポキシはんだペースト：
０．００１重量％〜１重量％のコバルト；
０．００１重量％〜１重量％のニッケル；
０．００１重量％〜３重量％のインジウム；
０．００１重量％〜４重量％のアンチモン；
０．００１重量％〜１重量％のチタン；
０．００１重量％〜３重量％のガリウム；
０．００１重量％〜１重量％のマンガン；
０．００１重量％〜１重量％のゲルマニウム；
０．００１重量％〜１重量％の亜鉛；
０．００１重量％〜１重量％の鉄；
０．００１重量％〜１重量％の金；
０．００１重量％〜１重量％のクロム；
０．００１重量％〜１重量％のリン；
０．００１重量％〜１重量％のアルミニウム；
０．００１重量％〜１重量％のテルル；
０．００１重量％〜１重量％のセレン；
０．００１重量％〜１重量％のカルシウム；
０．００１重量％〜１重量％のバナジウム；
０．００１重量％〜１重量％のモリブデン；
０．００１重量％〜１重量％の白金；
０．００１重量％〜１重量％のマグネシウム；及び
０．００１重量％〜１重量％の希土類。
【請求項８】
前記合金が、０．００１重量％〜１重量％のコバルトを更に含む請求項６に記載のエポキシはんだペースト。
【請求項９】
前記合金が、０．００１重量％〜１重量％のニッケルを更に含む請求項６に記載のエポキシはんだペースト。
【請求項１０】
前記合金が、０．００１重量％〜３重量％のインジウムを更に含む請求項６に記載のエポキシはんだペースト。
【請求項１１】
合金とフラックスとを含むエポキシはんだペーストであって、前記フラックスが、
２０重量％〜４０重量％の有機高沸点溶媒と；
５重量％〜１５重量％の多官能型エポキシ樹脂と；
１５重量％〜３０重量％の高分子量を有するエポキシ樹脂と；
１５重量％〜３０重量％のフェノール基含有硬化剤と；
２重量％〜６重量％の無水物系液体硬化剤と；
１０重量％〜２０重量％の活性化剤としてのカルボン酸と；
２重量％〜８重量％の触媒としての置換芳香族アミンと；
１重量％〜５重量％の触媒としてのホスフェン系塩と；
０．１重量％〜２重量％のアミド系触媒と；
０．１重量％〜２重量％の結合剤と；
０．１重量％〜４重量％の液体型応力改質剤と
を含むエポキシはんだペースト。
【請求項１２】
前記合金が、２００℃未満のはんだ付け温度でリフローするようになっている請求項１１に記載のはんだペースト。
【請求項１３】
前記合金が、１１８℃〜２００℃のはんだ付け温度でリフローするようになっている請求項１１に記載のはんだペースト。
【請求項１４】
前記合金が、１７０℃〜２００℃のはんだ付け温度でリフローするようになっている請求項１１に記載のはんだペースト。
【請求項１５】
落下衝撃、熱サイクル、熱衝撃、剪断強度、曲げ強度性能、及び他の熱機械的性能属性の少なくともいずれかに関連する、改善又は強化されたはんだ接合特性を付与する、本明細書に示される及び記載されるはんだペースト。
【請求項１６】
落下衝撃、熱サイクル、熱衝撃、剪断強度、曲げ強度性能、及び他の熱機械的性能属性の少なくともいずれかに関連するはんだ接合特性を改善又は強化する方法であって、
請求項１５に記載のはんだペーストを用いる工程を含む方法。
【請求項１７】
請求項４に記載のエポキシはんだペーストを用いて形成されるはんだ接合。
【請求項１８】
請求項３に記載のフラックスと合金とを含むエポキシはんだペーストによって形成されるはんだ接合。
【請求項１９】
請求項４に記載のエポキシはんだペーストを用いてはんだ接合を形成する方法。
【請求項２０】
エポキシはんだペーストを用いてはんだ接合を形成する方法であって、前記エポキシはんだペーストが、請求項３に記載のフラックスと合金とを含む方法。
【請求項２１】
プリント回路基板、シールド缶、及び前記プリント回路基板と前記シールド缶との間に形成されるはんだ接合を含む組立品であって、前記はんだ接合が、請求項３に記載のフラックスと合金とを含むエポキシはんだペーストによって形成される組立品。
【請求項２２】
前記プリントはんだ基板が、銅パッドを更に含む請求項２１に記載の組立品。
【請求項２３】
前記はんだ接合と前記シールド缶との間及び前記はんだ接合と前記銅パッドとの間の界面に形成される金属間化合物を更に含む請求項２２に記載の組立品。
【請求項２４】
ＢＧＡ部品をシールド缶に置換したＪＥＳＤ２２−Ｂ１１１規格の変法に従って実施する落下衝撃試験において少なくとも９００回の落下に耐えるようになっている請求項２１に記載の組立品。
【請求項２５】
請求項３に記載のエポキシフラックスと合金とを含むエポキシはんだペーストであって、前記合金が、
１０重量％以下の銀と；
１０重量％以下のビスマスと；
１０重量％以下のインジウムと；
１０重量％以下の銅と；
残部のスズとを、不可避の不純物と共に
含むエポキシはんだペースト。
【請求項２６】
前記合金が、以下の成分のうちの１以上を更に含む、請求項２５に記載のエポキシはんだペースト：
金、クロム、リン、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、マンガン、ニッケル、チタン、ガリウム、鉄、アンチモン、テルル、アルミニウム、セレン、カルシウム、バナジウム、モリブデン、白金、マグネシウム、及び希土類。
【請求項２７】
前記合金が、以下のうちの１以上を更に含む請求項２５に記載のエポキシはんだペースト：
０．００１重量％〜１重量％のコバルト；
０．００１重量％〜１重量％のニッケル；
０．００１重量％〜４重量％のアンチモン；
０．００１重量％〜１重量％のチタン；
０．００１重量％〜３重量％のガリウム；
０．００１重量％〜１重量％のマンガン；
０．００１重量％〜１重量％のゲルマニウム；
０．００１重量％〜１重量％の亜鉛；
０．００１重量％〜１重量％の鉄；
０．００１重量％〜１重量％の金；
０．００１重量％〜１重量％のクロム；
０．００１重量％〜１重量％のリン；
０．００１重量％〜１重量％のアルミニウム；
０．００１重量％〜１重量％のテルル；
０．００１重量％〜１重量％のセレン；
０．００１重量％〜１重量％のカルシウム；
０．００１重量％〜１重量％のバナジウム；
０．００１重量％〜１重量％のモリブデン；
０．００１重量％〜１重量％の白金；
０．００１重量％〜１重量％のマグネシウム；及び
０．００１重量％〜１重量％の希土類。
【請求項２８】
請求項３に記載のエポキシフラックスと合金とを含むエポキシはんだペーストであって、前記合金が、
１０重量％以下の銀と；
１０重量％以下の銅と；
残部のスズとを、任意の不可避の不純物と共に
含むエポキシはんだペースト。
【請求項２９】
前記合金が、以下のうちの１以上を更に含む請求項２８に記載のエポキシはんだペースト：
１０重量％以下のビスマス；
１重量％以下のニッケル；
１重量％以下のチタン；
１重量％以下のコバルト；
５重量％以下のインジウム；
１重量％以下の亜鉛；
１重量％以下のヒ素；
１重量％以下のマンガン；
１重量％以下のクロム；
１重量％以下のゲルマニウム；
１重量％以下の鉄；
１重量％以下のアルミニウム；
１重量％以下のリン；
１重量％以下の金；
１重量％以下のガリウム；
１重量％以下のテルル；
１重量％以下のセレン；
１重量％以下のカルシウム；
１重量％以下のバナジウム；
１重量％以下のモリブデン；
１重量％以下の白金；
１重量％以下のマグネシウム；及び
１重量％以下の希土類。
【請求項３０】
請求項３に記載のエポキシフラックスと合金とを含むエポキシはんだペーストであって、前記合金が、
１０重量％以下の銀；及び
１０重量％以下の銅
のうちの少なくとも１つを含むエポキシはんだペースト。
【請求項３１】
前記合金が、以下のうちの１以上を更に含む請求項３０に記載のエポキシはんだペースト：
１０重量％以下のビスマス；
１重量％以下のニッケル；
１重量％以下のチタン；
１重量％以下のコバルト；
５重量％以下のインジウム；
１重量％以下の亜鉛；
１重量％以下のヒ素；
１重量％以下のマンガン；
１重量％以下のクロム；
１重量％以下のゲルマニウム；
１重量％以下の鉄；
１重量％以下のアルミニウム；
１重量％以下のリン；
１重量％以下の金；
１重量％以下のガリウム；
１重量％以下のテルル；
１重量％以下のセレン；
１重量％以下のカルシウム；
１重量％以下のバナジウム；
１重量％以下のモリブデン；
１重量％以下の白金；
１重量％以下のマグネシウム；及び
１重量％以下の希土類。
【請求項３２】
はんだペースト残渣とアンダーフィル材料との間の相互作用を改善する方法であって、本明細書に示される及び記載されるはんだペーストを使用することを含む方法。
【請求項３３】
前記はんだペーストが、前記アンダーフィル材料と適合するか又は同一であるフラックス材料を含む請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１以上の実施形態は、概して、フラックス配合物、より具体的には、ロジンフリー熱硬化性フラックス配合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の進歩により、電子部品のサイズが低減されてきたが、このことは、はんだ付け作業についての課題を提示する。例えば、サイズ低減が原因で、適切な量のはんだを用いることができないことがあったり、得られるはんだ接合の強度が、部品を保持又はプリント回路基板に固定するのに不十分であることがあったりする。
【発明の概要】
【０００３】
１以上の態様によれば、本明細書に示される及び記載されるはんだペーストは、落下衝撃、熱サイクル、熱衝撃、剪断強度、曲げ強度性能、及び他の熱機械的性能属性の少なくともいずれかに関連する、改善又は強化されたはんだ接合特性を付与する。
【０００４】
１以上の態様によれば、エポキシはんだペースト用フラックスは、２０重量％〜４０重量％の有機高沸点溶媒と；５重量％〜１５重量％の多官能型エポキシ樹脂と；１５重量％〜３０重量％の高分子量を有するエポキシ樹脂と；１５重量％〜３０重量％のフェノール基含有硬化剤と；２重量％〜６重量％の無水物系液体硬化剤と；１０重量％〜２０重量％の活性化剤としてのカルボン酸と；２重量％〜８重量％の触媒としての置換芳香族アミンと；１重量％〜５重量％の触媒としてのホスフェン系塩と；０．１重量％〜２重量％のアミド系触媒と；０．１重量％〜２重量％の結合剤０．１重量％〜２重量％と；０．１重量％〜４重量％の液体型応力改質剤とを含んでいてよい。
【０００５】
１以上の態様によれば、エポキシはんだペーストは、上記フラックスと合金とを含んでいてよい。幾つかの態様では、前記合金は、３０重量％〜６５重量％のビスマスと、残部のスズとを、不可避の不純物と共に含んでいてよい。前記合金は、銀、金、クロム、インジウム、リン、銅、コバルト、ゲルマニウム、亜鉛、マンガン、ニッケル、チタン、ガリウム、鉄、アンチモン、アルミニウム、テルル、セレン、カルシウム、バナジウム、モリブデン、白金、及びマグネシウムのうちの１以上を更に含んでいてよい。幾つかの特定の態様では、前記合金は、０．０１重量％〜１０重量％の銀と、０．０１重量％〜１０重量％の銅とを更に含んでいてよい。幾つかの態様では、前記合金は、以下のうちの１以上を含んでいてよい：０．００１重量％〜１重量％のコバルト；０．００１重量％〜１重量％のニッケル；０．００１重量％〜３重量％のインジウム；０．００１重量％〜４重量％のアンチモン；０．００１重量％〜１重量％のチタン；０．００１重量％〜３重量％のガリウム；０．００１重量％〜１重量％のマンガン；０．００１重量％〜１重量％のゲルマニウム；０．００１重量％〜１重量％の亜鉛；０．００１重量％〜１重量％の鉄；０．００１重量％〜１重量％の金；０．００１重量％〜１重量％のクロム；０．００１重量％〜１重量％のリン；０．００１重量％〜１重量％のアルミニウム；０．００１重量％〜１重量％のテルル；０．００１重量％〜１重量％のセレン；０．００１重量％〜１重量％のカルシウム；０．００１重量％〜１重量％のバナジウム；０．００１重量％〜１重量％のモリブデン；０．００１重量％〜１重量％の白金；０．００１重量％〜１重量％のマグネシウム；及び０．００１重量％〜１重量％の希土類。
【０００６】
幾つかの態様では、前記合金は、２００℃未満のはんだ付け温度でリフローするようになっている。例えば、前記合金は、１１８℃〜２００℃のはんだ付け温度でリフローするようになっていてよい。幾つかの特定の実施形態では、前記合金は、１７０℃〜２００℃のはんだ付け温度でリフローするようになっていてよい。幾つかの特定の実施形態では、前記合金は、２４０℃〜２８０℃のはんだ付け温度でリフローするようになっていてよい。
【０００７】
幾つかの態様では、はんだ接合は、本明細書に示される及び記載される通り、エポキシはんだペーストを用いて形成される。他の態様では、本明細書に記載するエポキシはんだペーストを用いてはんだ接合を形成する方法を開示する。
【０００８】
少なくとも幾つかの態様では、組立品は、プリント回路基板、シールド缶、及び前記プリント回路基板と前記シールド缶との間に形成されるはんだ接合を含み、前記はんだ接合は、本明細書に記載するフラックスと合金とを含むエポキシはんだペーストによって形成される。プリントはんだ基板は、銅パッドを更に含んでいてよい。前記組立品は、はんだ接合とシールド缶との間及びはんだ接合と銅パッドとの間の界面に形成される金属間化合物を更に含んでいてよい。幾つかの態様では、前記組立品は、ＢＧＡ部品をシールド缶に置換したＪＥＳＤ２２−Ｂ１１１規格の変法に従って実施する落下衝撃試験において少なくとも９００回の落下に耐えるようになっている。
【０００９】
更に他の態様、実施形態、並びにこれら例の態様及び実施形態の利点について以下に詳細に論じる。更に、前述の情報及び下記詳細な説明は、様々な態様及び実施形態の単なる例示であって、請求される態様及び実施形態の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図することを理解されたい。本明細書に開示する実施形態は、他の実施形態と組み合わせてもよく、また、「ある実施形態」、「ある例」、「幾つかの実施形態」、「幾つかの例」、「別の実施形態」、「様々な実施形態」、「１つの実施形態」、「少なくとも１つの実施形態」、「この及び他の実施形態」等に対する言及は、必ずしも互いを排除するものではなく、記載される特定の機構、構造、又は特徴が少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを示すことを意図する。本明細書におけるかかる項目の出現は、必ずしも、全て同じ実施形態に対する言及ではない。
【００１０】
図面では、同一の参照文字は、一般的に、異なる図でも同じ部分を指す。また、図面は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を説明する際に一般的に強調されるが、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。明確にするために、全ての図面において全ての構成要素に符号を付ける訳ではない。以下の記載では、本発明の様々な実施形態を、以下の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、プリント回路基板と電子部品との間に形成される従来のはんだ接合の概略図である。
【図２】図２は、１以上の実施形態に係るはんだ接合の概略図である。
【図３】図３は、１以上の実施形態に係るはんだ接合の概略図である。
【図４】図４は、走査型電子顕微鏡で撮影した、１以上の実施形態に係るはんだ接合の写真である。
【図５】図５は、添付の実施例において論じる落下試験の結果を示すグラフである。
【図６】図６は、添付の実施例において論じる曲げ試験の結果を示すグラフである。
【図７】図７は、添付の実施例において論じる落下試験の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、添付の実施例において論じる曲げ試験の結果を示すグラフである。
【図９】図９は、添付の実施例において論じる落下試験の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、添付の実施例において論じる曲げ試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
携帯型デバイス、携帯電話、タブレット、及びウェアラブル端末は、低温はんだ合金を用いることによって利益を得ることができる温度に敏感な用途の一般的な例である。これら用途の機能に関与する電子回路は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を介するようになっている。携帯型デバイス、携帯電話、タブレット、及びウェアラブル端末では、これらの信号が電磁波干渉によって遮断されるか又は劣化するのを防ぐために、シールド缶を用いることが多い。
【００１３】
１以上の実施形態によれば、はんだ接合の機械的信頼性を強化して、強度及び様々な環境ストレスに耐える能力を付与することができる。はんだ接合の改善された強度は、架橋（即ち、ポリマー鎖間の結合）、及び合金の周囲に形成されるエポキシはんだカラー（ｃｏｌｌａｒ）による前記接合の物理的保護の効果である。開示するはんだ付け技術は、例えば、可搬性携帯型デバイス及び他のエレクトロニクス製品の製造に応用することができる。
【００１４】
１以上の実施形態によれば、熱硬化性架橋性エポキシ樹脂をはんだペーストのフラックス配合物に組み込んで、リフロー後のはんだ接合の周囲に固体三次元架橋構造を形成させることができる。熱硬化性硬化樹脂を含むフラックスは、はんだ付け中に熱硬化性ポリマーを硬化させることによって、電子はんだ接合を堅固に強化することができる。
【００１５】
１以上の実施形態によれば、架橋構造は、応力を吸収するか又は応力をはんだ接合から離してバルクはんだの方に導くことによってはんだ接合を保護することができる。次に、エポキシフラックスは、はんだ接合の機械的信頼性を強化することができる。幾つかの実施形態では、架橋性熱硬化性ポリマー樹脂を、硬化剤及び触媒等の１以上の他の成分と合わせて、三次元架橋網状構造を形成させてもよい。
【００１６】
１以上の実施形態によれば、架橋性熱硬化性ポリマーは、ポリマーカラー（ｃｏｌｌａｒ）を提供することによってはんだ接合を保持することができる。形成されるポリマーカラーは、一般的に、はんだ接合を保護し、また、はんだ接合の機械的信頼性を強化することができる。
【００１７】
１以上の実施形態によれば、特定の合金組成物を特定のエポキシフラックス配合物と合わせることによって、改善された機械的特性を実現することができる。エポキシフラックスをはんだペーストに添加することにより、はんだと基材との間の接着力が改善される。
【００１８】
１以上の実施形態によれば、エポキシはんだペーストは、はんだ合金とエポキシフラックスとを含んでいてよい。エポキシはんだペーストは、硬化反応を促進するために、様々な官能性エポキシ樹脂、フェノール系硬化剤、及び触媒を含む樹脂硬化系を含んでいてよい。用いられるエポキシの種類は、固体タイプであっても液体タイプであってもよく、性能を改善するために硬化剤と触媒との化学量論比を定める。
【００１９】
１以上の実施形態によれば、例えば、落下衝撃、熱サイクル／衝撃、剪断強度、及び曲げ強度性能を通して明らかになる、作製されたはんだ接合の機械的特性及び機械的信頼性に加えて、他の熱機械的性能属性を改善するために、エポキシフラックスを低温、中温、及び高温はんだ合金のいずれかと併用してもよい。エポキシフラックスとはんだ合金との併用により、はんだ接合、スパッタ、及び揮発性有機化合物の生成においてボイドを低減することができる。更に、エポキシペーストの使用により、環境から接合を保護することができ、前記エポキシペーストの使用は、他のエポキシ系アンダーフィル、接着剤、及び他の電子工学用等級ポリマーと適合性である。
【００２０】
少なくとも幾つかの実施形態では、合金は、無鉛はんだ合金であってよい。少なくとも幾つかの実施形態では、熱硬化性フラックスは、実質的にロジンを含まない熱硬化性フラックスである。
【００２１】
１以上の実施形態によれば、はんだ合金は、低温はんだ合金であってよい。低温はんだ合金の使用により、エネルギーコストを低減することができたり、低温適合性成分を使用することができたり、又は温度に敏感な用途の組立品を改善することができたりする。低温合金は、１４０℃〜２００℃の温度におけるリフローはんだ付けで用いることができ、その結果、熱応力が低下し、組み立て中の欠陥（例えば、反り）が少なくなる。共晶Ｓｎ−Ｂｉ（融点：１３８℃）及びＳｎ−Ｉｎ（融点：１１８℃）は、かかる低温はんだ合金の例である。開示するエポキシフラックスを用いずにビスマス系はんだ合金を用いると、脆性、熱伝導性が低い、疲労寿命が短い、並びに衝撃及び振動に対する耐性が低い等の問題点が生じることがある。幾つかの非限定的な低温用途では、合金は、３０重量％〜６５重量％のＢｉと、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｐ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｃａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｍｇ、希土類のうちの１以上と、残部のＳｎとを、任意の不可避の不純物と共に含んでいてよい。１以上の特定の実施形態によれば、合金は、３０重量％〜６５重量％のＢｉと、０．０１重量％〜１０重量％のＡｇ、０．０１重量％〜１０重量％のＣｕ、０．００１重量％〜１重量％のＣｏ、０．００１重量％〜１重量％のＮｉ、及び０．００１重量％〜３重量％のＩｎ、０．００１重量％〜４重量％のＳｂ、０．００１重量％〜１重量％のＴｉ、０．００１重量％〜３重量％のＧａ、０．００１重量％〜１重量％のＭｎ、０．００１重量％〜１重量％のＧｅ、０．００１重量％〜１重量％のＺｎ、０．００１重量％〜１重量％のＦｅ、０．００１重量％〜１重量％のＡｕ、０．００１重量％〜１重量％のＣｒ、０．００１重量％〜１重量％のＰ、０．００１重量％〜１重量％のＡｌ、０．００１重量％〜１重量％のＴｅ、０．００１重量％〜１重量％のＳｅ、０．００１重量％〜１重量％のＣａ、０．００１重量％〜１重量％のＶ、０．００１重量％〜１重量％のＭｏ、０．００１重量％〜１重量％のＰｔ、０．００１重量％〜１重量％のＭｇ、０．００１重量％〜１重量％の希土類のうちの１以上と、残部のスズとを、不可避の不純物と共に含んでいてよい。
【００２２】
１以上の実施形態によれば、はんだ合金は、中温はんだ合金であってよい。中温はんだ合金は、階層はんだ付けに好ましい。かかる合金は、２００℃〜２４０℃のリフローはんだ付け温度において用いることができ、その結果、より高い融点を有する合金と比べて、熱応力が低下し、組み立て中の欠陥（例えば、反り）が少なくなる。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金（融点：２１７℃〜２１９℃）の融点を低下させるために、インジウム、ビスマス、又はガリウムを添加してもよい。
【００２３】
中温リフローはんだ付けについての１以上の非限定的な実施形態によれば、合金、好ましくは、無鉛はんだ合金は、１０重量％以下の銀と、１０重量％以下のビスマスと、１０重量％以下のインジウムと、１０重量％以下の銅と、Ａｕ、Ｃｒ、Ｐ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｃａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｍｇ、希土類のうちの１以上と、残部のＳｎとを、任意の不可避の不純物と共に含んでいてよい。１以上の特定の実施形態によれば、合金は、１０重量％以下の銀と、１０重量％以下のビスマスと、１０重量％以下のインジウムと、１０重量％以下の銅と、０．００１重量％〜１重量％のＣｏ、０．００１重量％〜１重量％のＮｉ、０．００１重量％〜４重量％のＳｂ、０．００１重量％〜１重量％のＴｉ、０．００１重量％〜３重量％のＧａ、０．００１重量％〜１重量％のＭｎ、０．００１重量％〜１重量％のＧｅ、０．００１重量％〜１重量％のＺｎ、０．００１重量％〜１重量％のＦｅ、０．００１重量％〜１重量％のＡｕ、０．００１重量％〜１重量％のＣｒ、０．００１重量％〜１重量％のＰ、０．００１重量％〜１重量％のＡｌ、０．００１重量％〜１重量％のＴｅ、０．００１重量％〜１重量％のＳｅ、０．００１重量％〜１重量％のＣａ、０．００１重量％〜１重量％のＶ、０．００１重量％〜１重量％のＭｏ、０．００１重量％〜１重量％のＰｔ、０．００１重量％〜１重量％のＭｇ、０．００１重量％〜１重量％の希土類のうちの１以上と、残部のＳｎとを、不可避の不純物と共に含んでいてよい。
【００２４】
１以上の実施形態によれば、はんだ合金は、高温はんだ合金であってよい。高温はんだ合金は、２４０℃〜２８０℃のリフローはんだ付け温度を必要とする組立品に一般的に用いられる。これら合金は、Ｓｎをベースとし、最も一般的な非限定例は、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、及びＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系である。１以上の実施形態によれば、多官能型エポキシ樹脂を、架橋中にエポキシ樹脂と結合し得るフェノール系硬化剤と共に使用してもよい。一般的に、エポキシ樹脂は、硬化剤及び触媒に対して非常に高い反応性を有し得る。エポキシ樹脂は、室温で殆どの硬化剤と反応する傾向があり、前記エポキシ樹脂の粘度は、架橋の結果増大する。エポキシは、一般的に、酸、無水物、アミン、及びフェノール系塩と室温で反応し得る。
【００２５】
高温リフローはんだ付けについての１以上の非限定的な実施形態によれば、合金、好ましくは、無鉛はんだ合金は、１０重量％以下のＡｇと、１０重量％以下のＣｕと、任意で、以下の元素：１０重量％以下のＢｉ、最高１重量％のＮｉ、最高１重量％のＴｉ、最高１重量％のＣｏ、最高５重量％のＩｎ、最高１重量％のＺｎ、最高１重量％のＡｓ、０重量％〜１重量％のＭｎ、０重量％〜１重量％のＣｒ、０重量％〜１重量％のＧｅ、０重量％〜１重量％のＦｅ、０重量％〜１重量％のＡｌ、０重量％〜１重量％のＰ、０重量％〜１重量％のＡｕ、０重量％〜３重量％のＧａ、０重量％〜１重量％のＴｅ、０重量％〜１重量％のＳｅ、０重量％〜１重量％のＣａ、０重量％〜１重量％のＶ、０重量％〜１重量％のＭｏ、０重量％〜１重量％のＰｔ、０重量％〜１重量％のＭｇ、０重量％〜１重量％の希土類のうちの１以上と、残部のＳｎとを、任意の不可避の不純物と共に含んでいてよい。１以上の特定の実施形態によれば、合金は、１０重量％以下のＡｇ又は１０重量％以下のＣｕと、任意で、以下の元素：１０重量％以下のＢｉ、最高１重量％のＮｉ、最高１重量％のＴｉ、最高１重量％のＣｏ、最高５重量％のＩｎ、最高１重量％のＺｎ、最高１重量％のＡｓ、０重量％〜１重量％のＭｎ、０重量％〜１重量％のＣｒ、０重量％〜１重量％のＧｅ、０重量％〜１重量％のＦｅ、０重量％〜１重量％のＡｌ、０重量％〜１重量％のＰ、０重量％〜１重量％のＡｕ、０重量％〜３重量％のＧａ、０重量％〜１重量％のＴｅ、０重量％〜１重量％のＳｅ、０重量％〜１重量％のＣａ、０重量％〜１重量％のＶ、０重量％〜１重量％のＭｏ、０重量％〜１重量％のＰｔ、０重量％〜１重量％のＭｇ、０重量％〜１重量％の希土類のうちの１以上と、残部のＳｎとを、任意の不可避の不純物と共に含んでいてよい。
【００２６】
１以上の実施形態によれば、エポキシ樹脂の硬化プロセスを触媒するために、エポキシ樹脂、フェノール系硬化剤、及びホスフィン塩触媒を含有する熱硬化性架橋性フラックスを用いてよい。少なくとも幾つかの実施形態では、熱硬化性フラックスは、電子はんだ付け用の実質的にロジンを含まない熱硬化性フラックスである。
【００２７】
１以上の実施形態によれば、エポキシ樹脂の硬化プロセスを触媒するために、エポキシ樹脂、フェノール系硬化剤、及びホスフィン塩触媒を含有する熱硬化性硬化ポリマーフラックスを用いてよい。前記フラックスは、２週間超、室温で安定であり得、これは、一般的に、電子デバイスの製造に好ましい。
【００２８】
１以上の実施形態によれば、フラックス配合物は、エポキシ樹脂用の有機溶媒を含んでいてよい。一般的にエポキシ樹脂を溶解する任意の高沸点有機溶媒を用いてよい。エポキシ樹脂を溶解する有機溶媒の大部分は、一般的に、自然状態では低沸点である。幾つかの例では、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等のエーテルから溶媒を選択してよい。最終的な配合物における溶媒の典型的な重量パーセントは、約２０％〜約４０％であってよい。
【００２９】
１以上の実施形態によれば、フラックス配合物は、液体及び固体のエポキシ樹脂を含んでいてよい。配合物は、硬化剤も含んでいてよい。二、三、又は四／多官能型液体エポキシ及び固体エポキシを用いてよい。配合物中に液体及び固体のエポキシを両方有することによって、好ましい粘度を実現することができる。最終的な配合物におけるエポキシの典型的な重量パーセントは、約３０重量％〜約６０重量％であってよい。
【００３０】
１以上の実施形態によれば、フラックス配合物は、有機酸を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、有機酸は、はんだ付け基材の表面上の酸化物層を除去するのに役立つように、モノカルボン酸又はジカルボン酸であってよい。これらは、フラックス中に存在する活性化剤と称する場合もある。最終的な配合物における有機活性化剤の典型的な重量パーセントは、約１０重量％〜約２０重量％であってよい。
【００３１】
１以上の実施形態によれば、フラックス配合物は、最終硬化材料の弾性率を低下させるために１以上の応力改質剤を含んでいてよい。応力改質剤は、一般的に、自然状態では熱可塑性であってよい。１つの非限定的な例は、高衝撃性ポリスチレンであってよい。応力改質剤は、一般的に、配合物において用いられるエポキシ樹脂の種類に適合しなければならない。最終的な配合物における応力改質剤の典型的な重量パーセントは、約１％〜約６％であってよい。
【００３２】
１以上の実施形態によれば、フラックス配合物は、１以上の促進剤又は触媒を含んでいてよい。促進剤は、一般的に、エポキシと硬化剤との間の架橋反応を加速させることができる。幾つかの実施形態では、芳香族アミン置換化合物を用いてよい。最終的な配合物における促進剤の典型的な重量パーセントは、約２％〜約１０％であってよい。促進剤又は触媒は、一般的に、合金がはんだペースト中で融解した後に、エポキシ樹脂の架橋反応を誘起するように選択してよい。幾つかの実施形態では、高温合金のより優れたはんだ付け性能を実現するために、ブロック触媒を使用してもよい。
【００３３】
１以上の実施形態によれば、フラックス配合物は、一般的に接着を促進するために１以上のカップリング剤を含んでいてよい。エポキシ樹脂と合金との間の接着力又は結合力を増大させると、次いで、硬化エポキシフィレットのはんだ接合及びプリント回路基板への接着力を増大させることができる。幾つかの非限定的な実施形態では、この要件を満たすためにシラン又はチタネート系のカップリング剤を用いてよい。
【００３４】
幾つかの非限定的な実施形態では、フラックス配合物は、以下の一般化された配合物を含み得るか又はから実質的になり得る：
・有機高沸点溶媒：２０重量％〜４０重量％；
・多官能型エポキシ樹脂：５重量％〜１５重量％；
・高分子量を有するエポキシ樹脂：１５重量％〜３０重量％；
・フェノール基含有硬化剤：１５重量％〜３０重量％；
・活性化剤としてのカルボン酸：１０重量％〜２０重量％；
・触媒としての置換芳香族アミン：２重量％〜８重量％；
・触媒としてのホスフェン系塩：１重量％〜５重量％；及び
・液体型応力改質剤：０．１重量％〜４重量％。
【００３５】
幾つかの非限定的な実施形態では、配合物は、以下のうちの１以上と共に、上記一般化された配合物を含み得るか又はから実質的になり得る：
・無水物系液体硬化剤：２重量％〜６重量％；
・アミド系触媒：０．１重量％〜２重量％；及び
・結合剤０．１重量％〜２重量％。
【００３６】
１以上の実施形態によれば、配合物の成分を所望の比で混合してよい。混合物を粉砕してもよい。幾つかの実施形態では、粉砕が終了する前に１０マイクロメートル未満のＦＯＧを得ることができる。得られたフラックスを所望の量の微粉形態のはんだ付け材料と混合してよい。
【００３７】
図面を参照すると、図１は、従来のはんだ接合１３を含む組立品１０を示す。脆性金属間化合物（ＩＭＣ）層１５に沿った応力線１８は、偶然落下した電子デバイスにおけるはんだ接合１３の損傷又は故障の原因となり得る。
【００３８】
１以上の実施形態によれば、図２は、１以上の実施形態に係るエポキシカラー１７を含むはんだ接合１３を有する組立品２０の概略を示す。はんだペースト又は他のはんだ接合材料において用いられる熱硬化性架橋性ポリマーは、はんだ接合２３の周囲にポリマーカラー２７を形成する。ポリマーカラー２７は、応力２８を脆性ＩＭＣ層２５から離し、バルクはんだ領域２３に均等に分布させて、故障の可能性を低減することができる。その理由は、バルクはんだ２３が、一般的に、より高い機械的信頼性を有しているためである。ポリマーカラー２７の形状及び高さは、図２に示すものに限定されるものではない。その代わり、任意の規定の形状及び高さは、はんだ接合２３の機械的信頼性を強化することができる。
【００３９】
１以上の実施形態によれば、図３は、電子部品３１とプリント回路基板３２との間にはんだ接合３３を有する組立品３０の概略断面図を示す。かかるはんだ接合３３は、ＰＣＢ３２上の銅パッド３４に印刷されるはんだペースト（規定の比率のフラックスとはんだ粉末との混合物）を固化させる際に得られる。金属間化合物（ＩＭＣ）３５は、はんだ接合と電子部品との間の界面に形成される、一方、ＩＭＣ３６は、はんだ接合と銅パッドとの間に形成される。エポキシペースト３７は、はんだを取り囲み、硬化時に、はんだ接合の基材に対する接着を改善し、機械的衝撃及び振動から保護する。エポキシカラー３７は、はんだ接合３３の補強材として作用し、例えば、落下によって引き起こされ得る衝突及び機械的衝撃から前記はんだ接合を保護する。
【００４０】
図４は、走査型電子顕微鏡を用いて観察される組立品４０の実際の断面の例を示す。ＩＭＣ４５及び４６は、はんだ合金と基材との間の相互作用、特に、はんだ合金と基材の表面との間の化学結合によって生じ得る。
【００４１】
エポキシはんだペーストは、多数の方法で塗布することができる。１以上の実施形態によれば、エポキシはんだペーストは、分注及び浸漬することによって塗布することができる。１以上の実施形態によれば、エポキシはんだペーストは、印刷、分注、及び浸漬によって塗布することができる。１以上の実施形態によれば、エポキシはんだペーストは、プリフォーム用に前もって塗布しておいてもよい。１以上の実施形態によれば、エポキシはんだペーストは、はんだフィルムの形態で適用してもよい。１以上の実施形態によれば、エポキシはんだペーストは、フィルム形態で適用してもよい。
【００４２】
１以上の実施形態によれば、開示するエポキシペーストを含むフラックスは、限定するものではないが、表面実装技術、ダイ及び部品の取り付け、パッケージ・オン・パッケージ、チップ・スケール・パッケージ、ボールグリッドアレイ、フリップチップ、シールド缶の取り付け、カメラレンズの取り付け、及びソーラーモジュールを含む用途において用いてよい。
【００４３】
幾つかの実施形態では、本明細書に記載するエポキシペーストを用いて、ペースト残渣とアンダーフィル材料との相互作用を改善することができる。エポキシペーストの残渣は、エポキシアンダーフィルとの適合性がより高いことがある。少なくとも幾つかの実施形態では、エポキシペーストフラックスは、アンダーフィルと適合性であるように特別に設計することができる。幾つかの非限定的な実施形態では、エポキシペーストフラックスは、アンダーフィル材料と同一であってよい。１以上の実施形態によれば、本明細書に開示するフラックス及びはんだペースト材料及び方法は、全ての目的のために全文が参照により本明細書に援用される同時係属中の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０４９０４６号（２０１４年７月３１日出願、発明の名称「ＤＵＡＬ  ＳＩＤＥ  ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＭＥＮＴ  ＦＬＵＸ  ＦＯＲ  ＥＮＣＡＰＳＵＬＡＴＩＯＮ」）に記載されているもの等の両面補強（ＤＳＲ）材及び方法と併用してもよい。
【００４４】
これら及び他の実施形態の機能及び利点は、以下の実施例からより十分に理解されるであろう。実施例は、本質的に例示を意図するものであり、本明細書で論じた実施形態の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【実施例】
【００４５】
以下の実施例全体を通して、以下の一般的な合金配合物を参照する：
５７．８  Ｂｉ、０．０１〜０．０６  Ｃｏ、０．１〜０．３  Ｃｕ（合金Ａ）、
５６  Ｂｉ、０．３〜０．６  Ｃｕ、０．０１〜０．０６  Ｃｏ（合金Ｂ）、
５６  Ｂｉ、０．２〜０．６  Ａｇ、０．３〜０．６  Ｃｕ、０．００１〜０．００６  Ｃｏ（合金Ｃ）、
３８  Ｂｉ、０．８〜１．２  Ａｇ、０．０１〜０．０６  Ｃｏ、０．１〜０．３  Ｃｕ（合金Ｄ）、
５８  Ｂｉ、２．７〜３．３  Ａｇ、０．０１〜０．０６  Ｃｏ、０．１〜０．３Ｃｕ（合金Ｅ）、
５５  Ｂｉ、２．７〜３．３  Ａｇ、０．０１〜０．０６  Ｃｏ、０．１〜０．３Ｃｕ（合金Ｆ）、
３８  Ｂｉ、０．３〜０．９  Ａｇ、０．００５〜０．０２  Ｍｎ、０．１〜０．３  Ｃｕ（合金Ｇ）、
５８  Ｂｉ、０．２〜０．８  Ａｇ、０．２〜０．８  Ｉｎ（合金Ｈ）、
５８  Ｂｉ、０．７〜１．３  Ａｇ、０．７〜１．３  Ｉｎ、０．００１〜０．０１  Ｇｅ（合金Ｉ）、
５８  Ｂｉ、０．７〜１．３  Ａｇ、０．７〜１．３  Ｉｎ、０．０１〜０．０６  Ｃｏ、０．１〜０．３  Ｃｕ（合金Ｊ）、及び
３８  Ｂｉ、０．７〜１．３  Ａｇ、０．００１〜０．０１  Ｍｎ（合金Ｋ）。
【００４６】
実施例１
形成されたはんだ接合の機械的特性を試験するために落下衝撃試験を実施した。前記試験は、ＢＧＡ部品をシールド缶に置換するという変更を行った以外はＪＥＳＤ２２−Ｂ１１１規格に大体従って実施した。はんだ接合の落下衝撃性能は、前記はんだ接合が故障する前に、試験する組立品が耐えられる落下回数に反映される。
【００４７】
前記試験の結果を図５に示す。約１３８℃の融点を有する合金Ａを非エポキシフラックスＡと混合したとき、シールドが落下衝撃試験に不合格になる前の落下回数は、約４００である。同じ合金Ａを本明細書に開示するエポキシフラックスＣと混合することによって、落下回数は、９００超に増加する。
【００４８】
したがって、合金添加を用い、開示する配合物のエポキシはんだペーストを用いることによって、落下衝撃性能を改善することができる。
【００４９】
実施例２
形成されたはんだ接合の機械的特性を試験するために曲げ試験を実施した。はんだ接合の曲げ性能は、故障前に組立品が耐えられる曲げサイクル数に反映される。
【００５０】
前記試験の結果を図６に示す。合金Ａを非エポキシフラックスＡと混合したとき、シールドが衝撃曲げ試験に不合格になり得る前の曲げサイクル数は、１，０６０である。同じ合金ＡをエポキシフラックスＣと混合することによって、曲げサイクル数は、１，４４０に増加する。
【００５１】
したがって、合金添加を用い、特定配合物のエポキシはんだペーストを用いることによって、衝撃曲げ特性も改善することができる。
【００５２】
実施例３
様々な合金組成物Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、及びＬをエポキシフラックスＣと混合した第２のバッテリの落下衝撃試験を実施した。
【００５３】
図７は、落下衝撃試験の結果を示す。得られたエポキシはんだペーストは、それぞれ、実施例１で論じた合金Ａと混合した非エポキシフラックスＡよりも高い落下衝撃性能を有する。したがって、合金とフラックスとの間の適合性が実証された。
【００５４】
実施例４
様々な合金組成物Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、及びＬをエポキシフラックスＣと混合した第２のバッテリの曲げ試験を実施した。
【００５５】
図８は、衝撃曲げ試験の結果を示す。合金Ａ、Ｅ、及びＦの曲げサイクル数は、実施例１に関連して論じた、合金Ａと混合した非エポキシフラックスＡよりも高い。しかし、合金Ｄ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、及びＫは、より低い衝撃曲げ特性を示した。
【００５６】
実施例５
様々なエポキシフラックスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥを合金Ａと混合した第３のバッテリの落下衝撃試験を実施した。
【００５７】
結果を図９に示す。これら結果は、エポキシフラックス化学物質で改質することによって合金Ａの落下衝撃特性が著しく増大することを実証する。
【００５８】
実施例６
様々なエポキシフラックスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥを合金Ａと混合した第３のバッテリの曲げ試験を実施した。
【００５９】
結果を図１０に示す。これら結果は、どのようにしてこれら新規エポキシフラックス化学物質から合金Ａ及びエポキシフラックスＡのエポキシはんだペーストよりも改善された衝撃曲げ特性が得られるかを実証する。
【００６０】
本明細書において論じる組成物及び方法の実施形態は、本明細書に記載する構造及び配置の詳細への適用に限定されるものではないことを理解すべきである。前記組成物及び前記方法は、他の実施形態で実施することができ、また、様々な方法で実践又は実行することができる。具体的な実施の例は、例示目的のためだけに本明細書に提供されるものであり、限定を意図するものではない。特に、任意の１以上の実施形態と併せて論じる作用、要素、及び特徴は、任意の他の実施形態において類似の役割から除外することを意図するものではない。
【００６１】
また、本明細書で使用する語法及び用語法は、説明を目的とするものであって、限定とみなすべきではない。「含む」、「有する」、「含有する」、「包含する」、及びこれらの変形の本明細書における使用は、その前に列挙する項目及びその等価物に加えて、更なる項目も含むことを意味する。
【００６２】
少なくとも１つの実施形態の幾つかの態様が上に記載されているとき、当業者であれば様々な変更、改変、及び改善を容易に行うことを理解すべきである。かかる変更、改変、及び改善は、本開示の一部であることを意図し、本発明の範囲内であることを意図する。したがって、上述の記載及び図面は、単なる例示である。
【図１】
2017508622.tif 000003
【図２】
2017508622.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017508622.tif 000009
【図８】
2017508622.tif 000010
【図９】
2017508622.tif 000011
【図１０】
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【国際調査報告】
2017508622.tif 000013
2017508622.tif 000014