JP2000271781A - ソルダーペースト - Google Patents

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】 イオン性界面活性剤をフラックスに添加
し、フラックス中でイオン化したはんだ粉末とイオン結
合により界面活性剤の強固な膜を形成することにより、
リフロー中、大気からのはんだ粉末の酸化を防止し、は
んだボールの発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ソルダーペースト
としてはんだ粉末に混和するフラックスに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器のはんだ付けに用いられるはん
だ合金としては、Ｓｎ−Ｐｂ合金が一般的であり、古来
より長い間使用されてきた。Ｓｎ−Ｐｂ合金は、共晶組
成（６３Ｓｎ−Ｐｂ）の融点が１８３℃という低いもの
であり、そのはんだ付け温度は２２０〜２３０℃という
熱に弱い電子部品に対しては熱損傷を与えることがない
温度である。しかもＳｎ−Ｐｂ合金は、はんだ付け時に
直ぐに凝固して、はんだ付け部に振動や衝撃が加わって
もヒビ割れや剥離を起こさないという優れた特長も有し
ている。

【０００３】一般に、テレビ、ラジオ、ビデオ、テープ
レコーダー、コンピューター、複写機のような電子機器
は、故障したり、古くなって使い勝手が悪くなったりし
た場合は廃棄処分される。これらの電子機器は、外装や
プリント基板がプラスチックのような合成樹脂であり、
また導体部やフレームが金属製であるため、焼却処分で
きず、ほとんど地中に埋められている。

【０００４】ところで近年、ガソリン、重油等の石化燃
料の多用により、大気中に硫黄酸化物が大量に放出さ
れ、その結果、地上に降る雨は酸性雨となっている。酸
性雨は地中に埋められた電子機器のはんだを溶出させて
地下に染み込み、地下水を汚染するようになる。このよ
うに鉛を含んだ地下水を長年飲用していると、人体に鉛
分が蓄積され、鉛毒を起こす虞が出てくる。このような
機運から、電子機器業界では鉛を含まないはんだ、所謂
「鉛フリーはんだ合金」の出現が望まれてきている。

【０００５】従来より鉛フリーはんだ合金としてＳｎ主
成分のＳｎ−Ａｇ合金やＳｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合
金、Ｓｎ−Ｚｎ合金等はあった。

【０００６】Ｓｎ−Ａｇ合金は、最も溶融温度の低い組
成がＳｎ−３．５Ａｇの共晶組成であり、その溶融温度
は２２１℃である。この組成のはんだ合金のはんだ付け
温度は２６０〜２７０℃というかなり高い温度となるた
め、この温度ではんだ付けを行うと熱に弱い電子部品は
熱損傷を受けて機能劣化や破壊等を起こしてしまうもの
であった。

【０００７】Ｓｎ−Ｓｂ合金は、最も溶融温度の低い組
成がＳｎ−５Ｓｂであるが、この組成の溶融温度は、固
相線温度が２３５℃、液相線温度が２４０℃という高い
温度であるため、はんだ付け温度は、上述Ｓｎ−３．５
Ａｇ合金よりもさらに高い２８０〜３００℃となり、や
はり熱に弱い電子部品を熱損傷させてしまうものであっ
た。

【０００８】Ｓｎ−Ｂｉ合金は、共晶組成がＳｎ−５８
Ｂｉで共晶温度が１３９℃である。この共晶温度はＳｎ
−Ｐｂ共晶はんだの共晶温度よりもかなり低い温度であ
るが、はんだ付け後にはんだ付け部を高温雰囲気に曝さ
ない限り充分に使用可能なものである。しかしながら、
Ｓｎ−Ｂｉ合金は、脆くて硬いため引張強度や伸び等の
機械的特性に問題のあるものであった。

【０００９】Ｓｎ−Ｚｎ合金は、共晶組成がＳｎ−９Ｚ
ｎでその共晶温度が１９９℃であり、溶融温度が従来の
６３Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだの共晶温度１８３℃に近いと
いう温度的な優位性を有している。またＳｎ−Ｚｎ合金
はＳｎ−Ｐｂはんだ合金よりも機械的強度に優れている
ものである。

【００１０】ところでＳｎ−Ｚｎ合金は、はんだ付け性
が余り良くないという問題があった。Ｓｎ−Ｚｎ合金の
はんだ付け性を改良するとともに、さらに機械的強度を
向上させるために、Ｓｎ−Ｚｎ合金にＡｇ、Ｃｕ、Ｂ
ｉ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ等を適宜添加したＳｎ−Ｚｎ系はん
だ合金も多数提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特性が改善されたＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金を粉末にし
てペースト状フラックスと混和して得たソルダーペース
トで使用した場合は、はんだ付け性が充分ではなかっ
た。つまり、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金を用いたソルダー
ペーストではんだ付けを行ってみると、はんだ付け部が
完全に濡れずにプリント基板の銅箔ランド部がそのまま
残り、また、半導体のリードとリードの間には酸化した
銅箔ランド部からソルダーペーストが流れ出しはんだボ
ールとなってプリント基板に付着するということがあっ
た。

【００１２】Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金を用いたソルダー
ペースト（以下、Ｚｎ系ソルダーペーストという）のは
んだ付け性を良好にするためには、はんだ合金の酸化膜
を除去しはんだ濡れ広がりに効果のある強い活性剤をフ
ラックスに添加すればよいが、はんだ付け後、プリント
基板のはんだ付け部にフラックス残渣があり、この残渣
部に活性剤が含まれているため、プリント基板を長期使
用していると、絶縁抵抗の低下により信頼性が低下し、
商品の動作不良の原因となってしまう。

【００１３】フラックス残渣が信頼性の低下を引き起こ
さないレベルで活性剤を添加したＺｎ系ソルダーペース
トは、プリント基板に印刷塗布や吐出塗布を行った後、
リフロー炉で加熱したときに、全く溶融しなかったり大
量の酸化物（はんだボール）が発生したりすることがあ
り、大気中、即ち空気存在下のリフロー炉ではんだ付け
を行うと、濡れ広がりにくいというはんだ付け性の悪い
ものであった。

【００１４】本発明は、大気中でのリフローはんだ付け
においてもはんだ付け性が良好で、リフロー後のフラッ
クス残渣部の信頼性が確保できるＺｎ系ソルダーペース
トを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、イオン性界面活性剤を添加したフラックスがＳｎ−
Ｚｎ系はんだ合金粉末に対して皮膜を形成して、大気リ
フロー中の酸素によるＺｎの酸化を防止する効果がある
ことをみいだし本発明を完成させた。

【００１６】本発明は、フラックスにイオン性界面活性
剤を添加し、はんだ粉末と混和したことを特徴とソルダ
ーペーストであり、はんだ粉末表面をイオン性界面活性
剤でカバーすることにより、リフロー炉内でソルダーペ
ーストの温度上昇とともにはんだ粉末を酸素から遮断す
ることにより、はんだ粉末の酸化を防止し、はんだボー
ルの発生を抑制した信頼性の高いプリント基板を提供す
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１８】（実施の形態１）本発明で用いるイオン性
界面活性剤は、イオン性であれば特に制限されるもので
はないが、はんだ粉末がフラックスによりイオン化しこ
のイオンと結合が容易であり、リフロー後のはんだ付け
部のフラックス残渣の信頼性から、例示すれば、ＰＯＥ
アルキルエーテルリン酸、Ｎ−アシルアミノ酸塩が好ま
しく、日光ケミカルズ株式会社から「サルコシネート」
として市販されている。

【００１９】本発明では、イオン性界面活性剤をフラッ
クス中に０．５〜１０重量％添加するものであるが、こ
の添加量が０．５重量％より少ないと、はんだ付け性を
向上する効果が現れず、１０重量％を超えて添加する
と、はんだ粉末の溶融が難しくなりはんだ付け性を阻害
するようになってしまう。

【００２０】また、上記イオン性界面活性剤を添加した
フラックスと混和されるはんだ粉末は、特に制限されな
いが、フラックスにより酸化しやすいＳｎ−Ｚｎ系はん
だ粉末に特に効果がある。

【００２１】上述したイオン性界面活性剤を添加したフ
ラックスとはんだ粉末を混和した本発明のソルダーペー
ストでは、イオン性界面活性剤がフラックスによりイオ
ン化したはんだ粉末のまわりにイオン結合することによ
り、強固な界面活性剤の膜がはんだ粉末のまわりに形成
され、リフロー中での大気からのはんだ粉末の酸化を防
止することが可能であり、はんだボールの発生を抑制す
ることが可能であり、活性剤を強くする必要がないの
で、フラックス残渣の信頼性も確保することができる。
このことは、イオン結合であるために可能であり、非イ
オン性界面活性剤をフラックスに添加してソルダーペー
ストを形成した場合は、はんだ粉末と界面活性剤の結合
力が弱いために、リフロー中に大気からのはんだ粉末の
酸化を防止することが困難である。

【００２２】上記に説明したように、従来のＺｎ系ソル
ダーペーストでは、Ｚｎの酸化により、はんだボールが
発生し、プリント基板銅箔への濡れ性低下という問題が
あった。しかし、上記のように、イオン性界面活性剤を
添加したフラックスとはんだ粉末を混和することにより
強固な皮膜をはんだ粉末に形成することが可能となり、
リフロー中のＺｎの酸化を防止でき、はんだボールの発
生を抑制することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。

【００２４】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の球形をしたはんだ粉末の混合物である。本発明で
は、フラックスを１０重量％、はんだ粉末を９０重量％
でソルダーペーストを作製する。はんだ粉末はＳｎ−８
Ｚｎ−３Ｂｉ合金で、イオン性界面活性剤としてサルコ
シネートを使用した時の成分例で示す。 実施例１ ○フラックス：１０重量％ ロジン（松脂） ４８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） ４０重量％ イオン性界面活性剤（サルコシネート） ５重量％ ○Ｓｎ−Ｚｎ粉末：９０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−Ｚｎ粉末：９０重量％ 比較例２ ○フラックス：１０重量％ ロジン（松脂） ４８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） ７重量％ α−テレビネオール（溶剤） ４０重量％ ○Ｓｎ−Ｚｎ粉末：９０重量％ 比較例３ ○フラックス：１０重量％ ロジン（松脂） ４３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） ３５重量％ イオン性界面活性剤（サルコシネート） １５重量％ ○Ｓｎ−Ｚｎ粉末：９０重量％ 比較例１は活性剤の添加量が少なくフラックス残渣の信
頼性が確保できる従来のＺｎ系ソルダーペーストで、比
較例２は活性剤の添加量が多くはんだボールの発生を抑
制できるがフラックス残渣の信頼性が低い従来のＺｎ系
ソルダーペーストである。比較例３は、実施例１に対し
て、イオン性界面活性剤の添加量を多くしたものであ
る。

【００２５】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。

【００２６】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、大気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。

【００２７】ソルダーペーストの評価は、はんだ粉末の
酸化を抑制効果の有無を半導体リード１本あたりの周り
に発生するはんだボールの数を数えて行い、できるだけ
少ない方がよく、また、フラックス残渣の信頼性はオメ
ガメーターにてイオン性残渣を測定し１５μｇＮａＣｌ
／ｓｑｉｎ以下であればよい。

【００２８】評価結果を表１および、はんだボールの発
生状況の写真を図１および図２に示す。図１で、１は半
導体のリードであり、２はリード間に発生したはんだボ
ールである。

【００２９】

【表１】

【００３０】実施例１では、イオン性界面活性剤をフラ
ックスに添加することにより、従来のフラックスを使用
した比較例１、比較例２と比較して、活性剤を大量に添
加したフラックスを用いた比較例２と同等のはんだボー
ルの発生であり、Ｚｎの酸化を防止していることがわか
り、活性剤の添加量の少ないフラックスを用いた比較例
１と同等のフラックス残渣部の信頼性を確保している。

【００３１】しかし、比較例３のように、イオン性界面
活性剤の添加量を実施例１より多くするとはんだ粉末の
溶融を妨げられるためにはんだボールの発生は悪くな
る。

【００３２】

【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、フラックスにイオン性界面活性剤を添加しはん
だ粉末と混和したソルダーペーストとすることにより、
はんだボールの発生が少なく信頼性の高いはんだ付けが
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】本発明の実施例１のソルダーペーストを用いて
実装した半導体リード部を示す図

【図２】比較例１のソルダーペーストを用いて実装した
半導体リード部を示す図

【符号の説明】

１ 半導体のリード ２ はんだボール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン性界面活性剤が０．５〜１０重量
   ％添加されたフラックスとはんだ粉末とが混和されてい
   ることを特徴とするソルダーペースト。
2. 【請求項２】 はんだ粉末がＳｎおよびＺｎを含む請求
   項１記載のソルダーペースト。