JP2000107887A

JP2000107887A - ソルダーペースト

Info

Publication number: JP2000107887A
Application number: JP27953298A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hirata; 昌彦平田; Koji Ohashi; 孝司大橋; Hisahiko Yoshida; 久彦吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、はんだボールの発生を防止し、品
質信頼性の高いプリント配線板を提供し、特に、酸化し
やすいはんだ粉末に対して、活性力の弱いフラックスで
大気リフローで溶融可能とすることを目的とする。【解決手段】窒素発生材料をフラックスに添加し、リ
フロー中、ソルダーペーストの温度上昇とともに、窒素
ガスが発生し、はんだ粉末の酸化を防止し、はんだ付け
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子部品をプ
リント配線板に実装するためのソルダーペーストに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型軽量化により、表
面実装型電子部品とソルダーペーストを使用する表面実
装法によるプリント配線板の製造が行われるようになっ
た。ここで使用するソルダーペーストは、粒径が数十μ
ｍのはんだ粉末と、ロジン、溶剤、活性剤、チキソ剤等
からなるフラックスを混合したものである。プリント配
線板の所定位置（銅箔ランド部）にスクリーン印刷等に
よりソルダーペーストを印刷し、表面実装型電子部品を
マウントし、リフロー炉等の加熱装置により加熱し、は
んだを溶融させ、プリント配線板の銅箔ランド部と表面
実装型電子部品の電極部を接合し、プリント配線板を得
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のソルダーペーストでは、リフロー炉による、Ｉ
Ｃやチップ抵抗器、表面実装型電解コンデンサ等の電子
部品が多数、密集して実装される高密度実装プリント配
線板のはんだ付けにおいて、リフロー炉内をプリント配
線板が通過する際、はんだ部の接続信頼性を確保するた
め、プリント配線板上の表面実装型電子部品とはんだ部
の温度を均熱に保つ１５０から１８０℃のプリヒートゾ
ーンではんだ粉末が酸化し、ソルダーペーストが溶融
し、固化し、プリント配線板の銅箔ランド部と表面実装
型電子部品の電極部を接合した後、銅箔ランド部の周り
にはんだボールが発生する。このはんだボールが発生し
たプリント配線板を用いた商品では、商品の使用中に、
振動等によりはんだボールが落下し、短絡等の原因とな
りプリント配線板の信頼性低下の原因となっていた。

【０００４】一方、鉛入りはんだ製品は、廃棄による環
境への鉛汚染の問題が提起されてきており、鉛フリーは
んだの検討がはじめられてきた。その中で、現行の鉛入
りはんだに比較的融点の近いＳｎ−Ｚｎ系はんだは、Ｚ
ｎは非常に酸化しやすい金属であるため、リフロー中で
の酸化を防止することが難しく、はんだボール発生とな
り、普及困難となっていた。

【０００５】この対策として、窒素雰囲気中ではんだ付
けを行う窒素リフロー方式が考えられるが、窒素供給の
ランニングコスト、専用のリフロー炉への設備投資とい
ったコストアップが課題となっていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のソルダーペーストは、フラックス中に窒素
発生材料を含有することを特徴としたものである。

【０００７】本発明によれば、リフロー炉内でソルダー
ペーストの温度上昇とともに、フラックスに添加した材
料の化学反応により、窒素ガスが発生し、はんだ付け部
を窒素ガスで覆い、はんだ粉末の酸化を防止し、はんだ
ボールの発生を抑制した信頼性の高いプリント配線板を
提供することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、フラックス中に窒素発生材料を含有することを特徴
とするソルダーペーストであり、ソルダーペーストを印
刷したプリント配線板に表面実装型部品を実装し、リフ
ロー炉にてはんだ付けを行う際、ソルダーペーストの温
度上昇とともに窒素ガスが発生することにより、はんだ
粉末の酸化を防止し、はんだボールの発生を少なくする
という効果を有している。

【０００９】以下、本発明の実施の形態について図面に
基づいて説明する。（実施の形態１）図１は本発明の第一実施の形態例を示
すソルダーペーストをプリント配線板の銅箔ランド部に
印刷した断面図である。（ａ）は印刷状態（室温）で、
（ｂ）はリフロー炉での温度上昇中である。

【００１０】本発明は、フラックス中に窒素発生材料を
含有することを特徴とするソルダーペーストであり、は
んだ付けを行う際にフラックス中に添加した材料の化学
反応による窒素ガス発生により、大気リフロー炉で窒素
リフロー炉と同等の酸化防止効果を有し、はんだボール
の発生を少なくすることを特徴とするものである。

【００１１】すなわち、図１の（ａ）に示すように、ソ
ルダーペースト３のフラックス２に１００℃から１８０
℃で窒素ガス発生反応を起こす物質を添加し、はんだ粉
末１と混合したソルダーペースト３を、プリント配線板
４の銅箔ランド部（図示せず）にスクリーン印刷等によ
り印刷供給し、大気リフロー炉等ではんだ付けを行う
際、図１の（ｂ）に示すように、ソルダーペースト３の
温度上昇とともに、フラックス２から窒素ガス５が発生
し、ソルダーペースト３の周辺に窒素ガス層６を形成
し、大気リフロー中の酸素からはんだ粉末１を保護す
る。

【００１２】反応による窒素ガス発生量は、はんだボー
ルの抑制が顕著に認められる程度の値が必要であるが、
印刷性、保存性を確保するためにフラックスに添加可能
な量には限界があり、また、反応が爆発的であれば、ソ
ルダーペーストがプリント配線板の銅箔ランド部から飛
散しはんだボールとなることから、持続的に、１００℃
から１８０℃の間で窒素ガスが発生している必要があ
る。例えば、１００℃から窒素ガスを発生させる亜硝酸
ナトリウムが最も適当であるが、１５０℃、１８０℃で
窒素ガスを発生する数種類の物質組み合わせて添加して
も良い。

【００１３】また、ソルダーペーストに用いるはんだ粉
末は、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｕ、Ｉｎ等の
組み合わせによる種々の合金のいずれかに限定されるも
のではなく、リフロー方式も大気リフロー方式だけでな
く、窒素リフロー方式、レーザー照射方式、光ビーム方
式等限定するものではない。

【００１４】従来のソルダーペースト、例えば、酸化が
容易なはんだ粉末（Ｓｎ−Ｚｎ系合金）を用いた際、大
気リフロー炉ではんだ付けを行えば、ソルダーペースト
の温度上昇とともにはんだ粉末の表面が酸化し、溶融固
化後、はんだボールとなり、信頼性の低いプリント配線
板となる。また、この酸化したはんだ粉末から酸化膜を
除去するために活性力の強いフラックスを使用すると、
はんだボールは少なくすることが可能であるが、リフロ
ー後のフラックス残渣部に活性力が残り、長期使用中に
銅箔ランド間でのマイグレーション発生等による品質信
頼性が低下するプリント配線板となる。これらを解決す
るためには、活性力の低いフラックスで窒素リフロー炉
によるはんだ付けが行われているが、専用の設備、ラン
ニングコストアップ等の問題を有している。

【００１５】本発明では、化学反応により窒素ガスが発
生する物質をフラックス中に添加することにより、ソル
ダーペーストの温度上昇とともに、フラックス中から窒
素ガスが発生し、はんだ粉末の酸化を防止し、はんだボ
ールの発生を防止することが可能であり、大気リフロー
炉で窒素リフロー炉と同等の酸化防止効果を有すること
が可能である。

【００１６】また、酸化がしにくいはんだ粉末（例え
ば、Ｓｎ−Ｐｂ合金）に対して本発明のフラックスを使
用すると、従来より活性力を弱くしてもはんだボールの
発生が少なく、より品質信頼性を高くすることが可能で
ある。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。

【００１８】ソルダーペーストは、松脂、チキソ剤、活
性剤、溶剤からなるフラックスと粒径が２０から４０μ
ｍの球形をした合金の混合物である。本発明では、この
ソルダーペースト９０重量％に窒素発生材料１０重量％
を加えて作製する。

【００１９】例えば、実施例１は、はんだ粉末にＳｎ−
Ｚｎ−Ｂｉの酸化しやすい合金を用いた時の成分例であ
る。

【００２０】また、はんだ粉末にＳｎ−Ｐｂの合金を使
用したときは、実施例２のような成分で、活性剤の添加
量を少なくしている。（実施例１） ○フラックス：９重量％ロジン（松脂）５０重量％硬化ひまし油（チキソ剤）５重量％ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤）２重量％ α−テレビネオール（溶剤）４３重量％ ○Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉはんだ粉末：８１重量％ ○亜硝酸アンモニウム（窒素発生材料）：１０重量％（実施例２） ○フラックス：９重量％ロジン（松脂）５０重量％硬化ひまし油（チキソ剤）５重量％ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤）０．５重量％ α−テレビネオール（溶剤）４４．５重量％ ○Ｓｎ−３７Ｐｂはんだ粉末：８１重量％ ○亜硝酸アンモニウム（窒素発生材料）：１０重量％比較例１ ○フラックス：１０重量％ロジン（松脂）５０重量％硬化ひまし油（チキソ剤）５重量％ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤）２重量％ α−テレビネオール（溶剤）４３重量％ ○Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉはんだ粉末：９０重量％比較例２ ○フラックス：１０重量％ロジン（松脂）５０重量％硬化ひまし油（チキソ剤）５重量％ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤）５重量％ α−テレビネオール（溶剤）４０重量％ ○Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉはんだ粉末：９０重量％比較例１は実施例１のソルダーペーストから亜硝酸アン
モニウムを除去したものである。比較例２は比較例１の
活性力を高めたものである。

【００２１】上記実施例と比較例のソルダーペーストを
用いて、試験基板を試作し、信頼性評価を行う。

【００２２】試験基板は、プリント配線板として、材質
がガラスエポキシではんだ付けするランド部が銅めっき
であり、厚み１８０μｍでエッチングにより開口部を有
するメタルマスクで金属スキージにてソルダーペースト
を印刷する。部品は、表面実装部品で、０．６５ｍｍピ
ッチ１００ピンで四辺にＰｄめっきを施したリードがあ
る半導体であり、ソルダーペーストを印刷したランド部
にマウントし、熱風リフロー炉を用いて、はんだ付け部
の最高温度が２１０℃になるようはんだを溶融させ接合
する。

【００２３】信頼性の評価は、半導体リード１本あたり
の周りに発生するはんだボールの数を数え、できるだけ
少ない方がよく、また、オメガメーターにてフラックス
残渣部のイオン性残渣を測定し、１５μｇＮａＣｌ／ｓ
ｑｉｎ以下であればよいとする。

【００２４】評価結果を表１に示す。実施例１では、大
気リフロー炉において、フラックスの活性力を高くした
比較例２と同等のはんだボール数であり、また、比較例
２に示すように、窒素リフロー炉と同じ効果を有してお
り、残渣部の信頼性も同等である。さらに、Ｓｎ−Ｐｂ
のはんだ粉末に適用した実施例２では、活性力を従来よ
り少なくしてもはんだボールの発生が少なくでき、残渣
部の信頼性も高くすることができる。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明のソルダーペース
トでは、窒素ガスを発生する物質をフラックスに添加す
ることにより、はんだボールの発生が少なく、フラック
ス残渣部の信頼性を確保することが可能であり、特に、
酸化しやすいはんだ粉末でもフラックスの活性力が従来
と同等で大気リフロー炉で溶融することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施の形態例におけるソルダーペ
ーストの印刷断面図

【符号の説明】

１はんだ粉末２フラックス３ソルダーペースト４プリント配線板５窒素ガス６窒素ガス層

フロントページの続き (72)発明者吉田久彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5E319 BB01 BB05 CC33 GG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラックス中に窒素発生材料を含有する
ことを特徴とするソルダーペースト。