JPH03210994A - 熱的に散逸されるはんだフラックスおよびこれを適用する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、はんだフラックス、及び部材、特に金属の部
材を一緒にはんだ付けするための方法におけるそれらの
使用に関する。本発明のフラックス組成物は、マイクロ
電子工学の分野において、例えば集積回路モジュール及
び集積回路基板の製造において特に有用である。

２、関連技術の説明： マイクロ電子加工片の製造における共通の仕事は、基体
中に挿入される入力／出力ビンを有する単一チップまた
は多チツプモジュールの製造を含む。入力／出力ピンは
、集積回路の一つのチップまたは複数のチップに必要と
される電気的接続を与え、これらのチップは引き続いて
基体または担体に接続される。現在知られているその他
の製造方法においては、チップを直接印刷回路基板には
んだ付けする。どちらの方法に関しても、加工片を選ば
れた基体、例えば、印刷回路基板に接続するために、典
型的には、はんだ７う／クス組成物がピンに付与されて
きた。フラックス組成物は、ピンから酸化物を除去する
ために、そしてはんだ付けのための高められた温度にさ
らされる時にピンが酸化されるのを防止するために用い
られ、かくしてピンの電気伝導性を維持する役割を果す
。−度はんだが付与されると、ピン及び基体上に残るす
べてのフラックス組成物または残査を除去してできる限
りきれいな基体を供給しなければならない。

過去においては、これは、フラックス除去の余分なステ
ップが製造方法において必要であることを意味してきた
。

はんだ付は操作そして、一般に、フラックス除去は、特
に、マイクロ電子製品に応用されるときには一層困難で
ある。接合されるべき加工片は極端に小さく、清浄化、
スズメッキ、後清浄化及び検査が困難になる。ある場合
には、過熱を避けるために、接合されるべき加工片の先
端部分だけか、はんだ付は操作の間に加熱し得る。清浄
化及び後清浄化は、加工片の小さいサイズ、それらの大
きな数、及びもしあれば、使用される清浄化溶液による
電子製品に予想される損傷のために困難である。別の問
題の源は、多くの既知のはんだフラックスが腐食性であ
るという事実から生じる。マイクロ電子製品においては
、残留フラックスによる腐食が極端にコストの高いデバ
イスを破壊し得る。

現在入手できる多くの有機水溶性フラックスは、腐食性
物質例えばハロゲン化物を含む。遊離のハロゲンを含む
フラックス組成物は、はんだ付は温度での加水分解によ
って水素酸及び対応するハロゲン化物イオンに転化され
る可能性がある。水素酸は、さらに、フラックス中に存
在する有機物質と反応して遊離のハロゲン化物イオンに
なる可能性がある。従って、もしフラックス残査が完全
Ｉこ除去されないならば、それは、はんだ付けされた加
工片の腐食をもたらすであろう。

これらの問題のために、いわゆる゛非活性化（ｎｏｎ−
ａｃｔｉｖａｔｅｄ）”ロジンフラックスが、マイクロ
電子の環境においては過去において使用されてきた。し
かしながら、純粋なロジン単独は、酸化物除去の能力に
おいて限られそして受は入れられる製品を製造するため
には再加工が必要とされる可能性があるので、これは、
一般に、受は入れられる解決を与えなかった。

純粋なロジンフラックスの酸化物除去能力を改良するた
めに、多数の“活性化”または“軽活性化”ロジンフラ
ックスが開発されてきた。

これらの製品は二三の欠点、例えばはんだ付は操作の後
に残る腐食性薬剤の除去を確実にするための清浄化ステ
ップの必要性を有する。例えば、中和と組み合わせた熱
水リンス若しくは熱水リンス及び中和と組み合わせた温
和な塩酸溶液を用いること、または特別の水ベースの洗
剤を使用することがしばしば必要であった。これらの清
浄化ステップは、基体に対するチップの低い立ち上かり
高さ（典型的には０．００２インチ〜０．００４インチ
）が、水性または非溶媒プロセスによってチップの下を
清浄化することを極端に困難にする集積回路基板へのチ
ップの組み込みの間には極端に困難であった。

本発明者らがテストした商業的に入手できるその他の低
残査フラックスは、薄すぎて、製造操作の間にチップの
下から流れ出てそしてチップを所定の場所に保持するこ
とができないことが証明された。

本発明は、はんだす７０−の後で熱的に散逸して、慣用
の検査技術例えば光学顕微鏡検査、または低い倍率での
目視検査によって見えるであろう可視残査が印刷回路基
体上に残らないはんだフラックスを提供することをその
目的として有する。

本発明の別の目的は、製造コスト節減をもたらしそして
環境１優れていて化学的再生利用または廃物処理を必要
としない、“清浄化不要”フラックスを提供することで
ある。

本発明の別の目的は、優れた濡れ性質与えそして、適用
の後でも粘着性のままで、正確に整列されたチップを正
しい場所に保持するフラックスを与える新規なブラック
スベース成分を有する“はんだ″フラックスを提供する
ことである。

本発明の別の目的は、基体上に存在する酸化物を除去す
る必要な活性を有してそれによって適切な接着を促進す
る熱的に散逸されるはんだフラックスを提供することで
ある。

その他の目的、特徴及び利点は、以下に記される説明に
おいて明らかになるであろう。

発明の要約 本発明の熱的に散逸されるはんだフラックスは、フラッ
クスのために適切に粘着性であるがそれでいて流動性の
媒体を与えるフラックスベースとしての樟脳、液体溶媒
または希釈剤、例えばイソプロピルアルコール、及び有
機活性化組成物、例えば脂肪族ジカルボン酸から成る。

これらの成分を合わせることによって、適用の後で粘着
性のままであって、正確に整列されたチップをり７０−
のために所定の場所に保持し、そして引き続いて熱的に
散逸されて清浄化を必要とする可視残査を残さない液体
はんだフラックスが製造される。

本発明の方法は、加工片、例えば集積回路チップのビン
及び／または基体上の回路パッドの上の一部の表面をフ
ラックスするために使用される。フラックスされるべき
部分を、フランクスベースとしての樟脳、有機活性化剤
及び有機希釈剤の混合物から本質的ｊこ成る本発明のは
んだフラックスと接触させる。次に接触させられた部分
を、有機活性化剤が加工片の一部分の表面上に存在する
酸化物と反応しそして溶液が蒸発して残査を残さない温
度に加熱する。

基体、例えば印刷回路基板へのチップの接合においては
、ピン及び基体上の選ばれた領域を本発明の組成物を使
用してフラックスする。次に金属のはんだを、はんだの
融点より高い温度で接合されるべきチップ及び基体の少
なくとも一つに付与する。チップ及び基体を金属のはん
だの融点より高い温度で接触させ、そして次にはんだの
融点より低い温度に冷却して、それによって、接合され
た加工片の後清浄化なしで、接触させられた部分を一緒
に接合する。

好ましい実施態様の詳細な説明 本発明のはんだフラックス組成物は、（１）フラックス
ベースとしての樟脳；（２）有機溶媒または希釈剤；及
び（３）フラックスされるべき表面上に存在する酸化物
と反応するタイプの有機活性化剤；から成る。

本発明のはんだフラックス中で使用される樟脳は、既知
の物質でありそして多数の供給源から商業的に入手でさ
る。それはクスノキ、ローラス樟脳（ｌａｕｒｕｓ　ｃ
ａｍｐｈｏｒ）中に天然に産出しそして塩化ビニル及び
シクロペンタジェンから合成することができる。ピネン
かもの部分合成もまた重要な供給源である。それは、芳
香性の浸透する香りを有する半透明の物質でありそして
少し苦い涼味感を有する。それは、部屋の温度及び圧力
でかなり昇華し、そして約１５２．２４の分子量、約１
７５°Ｃ±２℃の融点を有する。それハ、例工ば、ウィ
スコンシン州ミルウオーキーのＡＩｄｒｒｃｈケミカル
社、ミズリー州セントルイスのＳＩｇｍａケミカル社及
びニューヨーク州ロチェスターのイーストマンコダック
社から、好ましくは９６％純粋な形で、“ｄＱ−樟脳”
として商業的に入手できる。

本発明の組成物においては、この樟脳成分は、全フラッ
クス組成物の約１０〜約２０重量％、もっとも好ましく
は約１４〜１５重量％の量で用いられる。

本発明の組成物はまた、フラックスされるべき表面上に
存在する酸化物を除去するのに効果的でありそして基体
の濡れを改良する有機活性化剤を含む。好ましくは、こ
の有機活性化剤は本来つかの間のものであり、約２００
°Ｃ及びそれ以上の範囲に加熱される時には完全に飛散
する。

既知の有機活性化剤は、例えば、約２〜６の炭素原子を
有する脂肪族ジカルボン酸、即ち、シュウ酸、マロン酸
、コハク酸、グルタル酸及びアジピン酸を含む。その他
の有機活性化剤は、文献中に述べられていてそして、例
えば、エチレンジアミン四酢酸及び／またはジエチレン
トリアミン五酢酸及び／またはそれらのナトリウム塩を
含む。本目的のために特に好ましい有機活ｆｉ化剤ハア
ジピン酸、ＨＯＣＯ（ＣＨｚ）　４ＣＯＯＨ’ｔ’ある
。

アジピン酸は、約１４６．１４の分子量及び１５３℃の
融点を有する白い結晶性固体である。それは、天然にビ
ルトジュース中に見い出されそしてシクロヘキサノール
を濃硝酸によって酸化することによって製造することが
できる。それは、Ａ　ｌｄｒ　ｉｃｈケミカル社、Ｓ　
ｉ　ｇｍａケミカル社及びイーストマンコダック社から
商業的に入手できる。

本発明のはんだフラックスの有機活性他剤成分は、全フ
ラックス組成物の約１−１０重量％、好ましくは約１〜
５重量％、もつとも好ましくは約２．０〜２．５重量％
の範囲で存在する。

本発明のはんだフラックスの残りは、突貫的に、リフロ
ー操作の間に蒸発する少なくとも一つの有機溶媒または
希釈剤である。種々の蒸発性有機溶媒が知られていて、
好ましい希釈剤は、約１〜４の炭素原子を有する脂肪族
アルコール、即チ、メチルアルコール、エチルアルコー
ル、イソプロピルアルコール、ｎ−グロピルアルコール
、イソブチルアルコール及びｎ−ブチルアルコールであ
る。効用があることが知られているその他の有機溶媒は
、テトラヒドロフラン、アセトン、酢酸エチル、蟻酸エ
チル、ヘキサン、塩化メチレン、ベンゼン、トルエン、
シクロヘキサノン及びこれらの混合物を含む。しかしな
がら、いやな臭い、他の成分との有害な反応のないこと
のためにそして環境上及び健康上の心配のないことのた
めに、脂肪族アルコールが好ましい。

本発明のはんだフラックスの有機希釈剤成分は、約６０
〜９０重量％、好ましくは約８０〜９０重量％、もっと
も好ましくは約８３重量％の範囲で存在する。

本発明をさらに説明するために、以下の非限定的な実施
例を提示する。

実施例Ｔ ６０ｃｃのイソプロピルアルコール、１０グラムの樟脳
（９６％純度）及び約２グラムのアジピン酸（２，５重
量％）を混合することによって、本発明のはんだフラッ
クスを製造した。これは、樟脳をイソプロピルアルコー
ル中に溶かしそして有機酸を加えることＩこよって好都
合に達成することかできる。

このようにして製造されたはんだフラックスの有効性を
試験するために、基体からチップピンを離すために必要
とされるポンドでの力をインストロン引張試験機を使用
して測定する多数の引張試験を実施した。本発明の組成
物に関する結果を、二種の商業的に入手できるフラック
スから得られた結果と比較して第１表中に示す。

第■表は、本発明のフラックスを使用してはんだ付けさ
れたピンを同じ二種の商業的に入手できる７う７クスを
使用してはんだ付けされたピンと比較する目視のカード
検査の結果を示す。

本発明のはんだフラックスは、引張強さ及びくぼみまた
はクレータ−のないことで優れていた。多数のタイプ■
の試験ピンが、はんだフラックスの過剰Ｊこ薄い性質の
ために整合しなかったことが注目される。

第 ■ 表 ７ラノクスのはんだ付は性−引張試験データ（単位ポン
ド）本発明の組成物１ １リ　　　　　　　ｎす ３．７５　　３．８ ４．２　　２．８ ３．５３゜２ ３．５　　３．２ ４．３　　４．０ 後　　　後 ６．０６．０ ４．０６．０ ４．０４．０ ５．２６．０ ５．２４．５ 市販８０タイプＩ 後　　　前 ４．２３．３ ３．１３．６ ３．２３．８ ３．０３．５ ３．０４．５ 前　　　後 ３．８３．０ ３．２３．０ ２．８３．Ｂ ２．５３．７５ ３．２３．０ 市販８０タイプ■ 前 ４．０ ３．２ １．２ ３．５ ４．３ 後 ０．５ ０．２５　　これらのチ ０．７　　ツブは整合 １．５シなかった。

０．５ 零軽活性化ロジンフラックス 本活性フラックス、ロジンベースではない第■表 カード検 本発明の組成物Ｉ カードｌ−前−＃結合／サイト ＃非結合／サイト 後−＃引張／サイト ＃非結合／サイト （回路は平らであった カード２−前−＃結合／サイト 一＃非結合／サイト 後−＃結合／サイト 一＃非結合／サイト 市販のタイプＩ カード１−前−＃結合／サイト ＃くぼみ／サイト （クレータ−） ＃非結合／サイト 後−＃引張／サイト ＃くぼみ／サイト ＃非結合／サイト 査 ３６　３６　３６　３６　３６ ｏｏｏｏ。

３５　　３６　　３６　　３６　　３６００００ パッドの上にははんだなし） ３６　３６　３６　３６　３６ ｏｏｏｏ。

３６　３６　３６　３６　３６ ｏｏｏｏ。

３４　　３６　　３５　　３２　　３６０ ０ カード２−前−＃結合／サイト ＃くぼみ／サイト ＃非結合／サイト 整合せず（わずかに） ＃ンコート／サイト 後−＃結合／サイト ＃くぼみ／サイト ＃非結合／サイト 整合せず ＃ショート／サイト 市販のタイプ■ カード１−前一＃結合／サイト ＃くぼみ／サイト ＃非結合／サイト ＃バンド上にはんだ なし／サイト 整合せず 後−＃結合／サイト ＃〈ぼみ／サイト ＃非結合／サイト ＃パッド上にはんだ なし／サイト 整合せず ２９　３２　１１　３６　３６ ４　　２　　１０　　０　　０ ３　　０　　１３　　０　　０ ２　２　０　　Ｏ ＮＮＮ ３　　８　２０　　５ １　　　　　５３ ２８　２９　２７　　１１　　２７ ｌ　　ＯＩ ＹＹ 実施例■ ６０ｃｃのイソプロピルアルコール、１０ダラムの樟脳
（９６％純度）及び約２グラム（２，５重量％）のコハ
ク酸を混合することによって、本発明のはんだフラック
スを製造した。得られた試験結果は、上の実施例Ｉにお
いて得られた結果と同様であった。

発明によるいくつかの利点を提供してきた。

本発明のはんだフラックスは、使用の間に熱的に散逸さ
れそして後清浄化操作が必要とされるような目視できる
残査を残さない。本発明のはんだフラックスは、優れた
濡れ性を示し、フラックスされるべき表面上の酸化物を
効果的に除去するために必要な活性をもたらす。樟脳成
分は、す７０−の間、正確に整列されたチップを所定の
場所に保持するそして清浄化を必要としない、粘着性で
あるが流動性の媒体を与える。

本組成物は、はんだ付は操作の前または後の時間の間に
例えもしカード上に残っても腐食性を示さない。本発明
のフランクスの副生成物は不活性でありそして望ましく
ない残査を残さない。

本組成物は、環境上及び／または健康上の危険物である
化学物質の使用なしで調合することができる。

好ましい実施態様を参照して本発明を特に示しそして説
明してきたけれども、本発明においては形態及び詳細に
おける種々の変化を本発明の精神及び範囲から離れるこ
とな〈実施することができることは当業者には理解され
るであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）約１０〜約２０重量％のフラックスベースとしての
   樟脳； 約１〜約５重量％の有機活性化剤；及び 残余が実質的に少なくとも一種の有機希釈剤； から成る熱的に散逸される清浄化不要のはんだフラック
   ス。 ２）該有機活性化剤が、約２〜６の炭素原子を有する脂
   肪族ジカルボン酸である、請求項１記載の熱的に散逸さ
   れるはんだフラックス。 ３）該有機活性化剤が、シュウ酸、マロン酸、コハク酸
   、グルタル酸及びアジピン酸から成る群から選ばれる、
   請求項２記載の熱的に散逸されるはんだフラックス。 ４）該有機希釈剤が、約１〜４の炭素原子を有する脂肪
   族アルコールである、請求項１記載の熱的に散逸される
   はんだフラックス。 ５）該有機希釈剤が、メチルアルコール、エチルアルコ
   ール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアルコー
   ル、イソブチルアルコール及びｎ−ブチルアルコールか
   ら成る群から選ばれる、請求項４記載の熱的に散逸され
   るはんだフラックス。 ６）フラックスされるべき加工片を用意し；フラックス
   されるべき部分を、フラックス ベースとしての樟脳、有機活性化剤及び有機希釈剤の混
   合物から本質的に成る溶液と接触させ；そして 接触された部分を、有機活性化剤が表面上に存在する酸
   化物と反応しそして溶液が蒸発する温度に加熱する； 工程から成る、加工片の一部分の表面をフラックスする
   ための方法。 ７）用いられる該有機活性化剤が、約２〜６の炭素原子
   を有する脂肪族ジカルボン酸である、請求項６記載の方
   法。 ８）用いられる該有機活性化剤が、シュウ酸、マロン酸
   、コハク酸、グルタル酸及びアジピン酸から成る群から
   選ばれる、請求項７記載の方法。 ９）該有機希釈剤が、約１〜４の炭素原子を有する脂肪
   族アルコールである、請求項８記載の方法。 １０）接合されるべき二つの加工片を用意し；接合され
   るべき部分を、フラックスベースとしての樟脳、脂肪族
   ジカルボン酸活性化剤及びアルコール希釈剤から本質的
   に成る溶液に接触させ； 接合されるべき部分の少なくとも一つに金属のはんだを
   付与して、はんだの溶融温度より高い温度でその部分を
   スズメッキし；そして 接合されるべき二つの部分を金属のはんだの融点より高
   い温度で接触させそして次に接触させた部分を金属のは
   んだの融点より低い温度に冷却し、このようにして接触
   させた部分を一緒に接合する； 工程から成り、接合された加工片の後清浄化なしで実施
   される、二つの加工片の部分を接合するための方法。 １１）加工片の少なくとも一つが電子加工片である、請
   求項１０記載の方法。 １２）該加工片の一つが電子チップでありそして該加工
   片の一つが印刷回路基板である、請求項１１記載の方法
   。