【発明の詳細な説明】
エポキシ樹脂を主成分とするはんだペースト
「発明の背景」
本出願は1995年8月11日に出願された出願番号08/514,049の一部継続出願であ
り、その開示内容はここに引例により導入される。
「発明の分野」
本発明ははんだペーストおよびそれではんだ付けする方法に関するものである。
「先行技術」
はんだペースト（クリームはんだとも呼ばれる）は粉末状のはんだとペースト
状のフラックスとをペースト状に均一に混合したものであり、例えば、リフロー
炉などの大気加熱手段を使用することにより多くの要素を同時にはんだ付けする
ために使用できる。以上の特徴の故に、はんだペーストはプリント回路基板の製
造のための表面取付方法の進歩に貢献してきた。
はんだペーストによるはんだ付けは、例えば、ステンシルとゴム雑巾を使用す
る印刷により回路基板の表面のはんだ付けするべき区域にはんだペーストを塗布
することにより実施される。次に、回路基板の表面上に取り付けられるべき１個
以上の電子要素、例えば、ＩＣモジュール、チップコンデンサー、チップ抵抗器
などが印刷されたはんだペースト上に置かれ、はんだペーストの接着力により一
時的に適所に固定される。次に、そのはんだが加熱されて、例えばリフロー炉な
どの加熱装置において溶融し、それによって電子要素を回路基板にはんだ付けし
て電子装置を形成する。
はんだペーストは従来も使用されてきたが、約85-92重量％の粉末のはんだと
約8-15重量％のフラックス（結合剤とも呼ばれる）とから成る。典型的なフラッ
クスは下記の成分から成る：
50-70重量％のロジンまたはその誘導体、
2-7重量％のチキソトロピー剤、
0.1-5重量％の活性化剤および
30-45重量％の溶剤。
ロジンまたはロジン誘導体類がフラックスの主なフラックス剤となる。
はんだペーストに利用される粉末のはんだ類は塗布および標的のリフロー温度
に基づいて変動する。その粉末の形および粒径は決定的ではなく、はんだペース
トが塗布される箇所に基づいて再び選択される。例えば、隣接する導線の間のピ
ッチの距離を狭く取り付ける表面において、約250メッシュから400メッシュの範
囲の球形粉末はんだ粒子は電気の導線の間に橋かけを引き起こさないためには好
ましい。
先行技術において記載されたはんだペーストとしては、Sn，Pb，Bi，Cd，Zn，
In，Sb，Ag，Cu，錫と鉛の共晶合金、錫とビスマスの共晶合金（鉛の入らない合
金が必要な場合）、錫と鉛と銀の共晶合金から成るはんだ粉末類が挙げられる。
ほとんどのはんだは錫と鉛の合金である。純粋な鉛は327℃で溶融し、純粋な
錫は232℃で溶融する。これらの２つの金属が合金にされると、得られた合金は
個々の成分よりも融点が低下する。錫と鉛の組成の割合次第で、融点は変動する
。しかし、63%の錫と37%の鉛の組成の合金があり、共晶組成物として周知である
が、その可能な任意混合物中最低の融点(183℃)を有する。この共晶組成物は正
確にこの温度で鮮明で明確な融点を示す特徴がある。すなわち、そのはんだ合金
はこの融点で固体から液体へ相変化を逐げる。この共晶組成物以外の錫と鉛の全
ての組成物はどんな温度でも急激に溶融しないが、冷却すると液体から固体状態
までの中間の範囲の可塑性を通過する混合物である。
多くのはんだ合金は純粋な融点よりむしろ融点の範囲を示すので、正確にはど
の融点がはんだの融点であると考えられるかについて大きな混乱が生ずる。本発
明の目的のために、はんだの融点はその合金が固体から液体または可塑性組成物
へ移行する温度であると考えられる、すなわち、融点は融点の範囲の下限に等し
い、または凝固点に等しいと考えられる。
はんだペースト中のはんだ合金は微粒子の形状（例えば球形または不規則な形
の粒子）であり、これは本発明により約20ミクロンから約45ミクロンまでの粒径
分布を有し、約20ミクロンから約35ミクロンまでが好ましい。これらの粒子はし
ばしば「はんだ粉末」と呼ばれる。この粉末は典型的なものとして担体とフラッ
クス剤とから成る結合剤マトリックス中に懸濁しており、印刷およびリフロー工
程において役立つ。
はんだ付けフラックス剤と共に合成熱硬化重合体樹脂を使用することが、1974
年2月12日に特許許可された米国特許第3,791,027号に記載されている。そこには
エポキシド樹脂組成物が記載されており、フラックス剤はエポキシド樹脂と反応
してはんだ接合箇所を強化している。
はんだ粉末、フラックス特性を有する化学的に保護された橋かけ結合剤および
反応性単量体または重合体（エポキシ樹脂を含む）から成る電導性接着組成物に
ついては、1994年12月27日に特許許可された米国特許第5,376,403号に記載があ
る。
カルボキシル基を有し、フラックス剤および硬化剤の両方の作用をする重合体
またはオリゴマー類については、最近の技術で1995年8月8日に特許許可された米
国特許第5,439,164号に記載されていた。該特許は多層印刷配線基盤を作成する
ために特に適合させたCuまたはCu合金接触面のために使用された拡散接合方法に
ついて記載している。
成分を電気的に相互接続／通電するための様々なはんだ付け方法が使用されて
きた。はんだペーストを使って表面に取り付けることは、電子要素（成分）のは
んだ付けを容易にすると共に正確さを増しその方法はさらに単純化される。
様々なはんだペースト応用のためのリフローはんだ付けの概略が当該技術で説
明されており、選ばれたはんだペーストは典型的なものとしては関連した成分お
よび／または支持体の温度制約に基づいて選ばれた。これに関して、例えば、赤
外線加熱を利用するリフローはんだ付け方法について記載されている米国特許第
5,250,843号を参照せよ。このような特許方法において、好ましい実施態様のた
めに選ばれたはんだペーストはニュージャージー州ジャージー市のアルファメタ
ルス社により製造されたアルファWS-601はんだペーストである。この好ましいペ
ーストは、約900kcpsの粘度を有する90%金属材料である。
前記米国特許のペーストのはんだ組成はそこに記載の方法に必要とされるステ
ンシルの開口部が小さいため、45ミクロン以下の直径を有する球形の粒子状の錫
：鉛＝63:37の共晶合金である。このようなはんだは183℃の範囲のリフロー温度
を有する。前記米国特許に記載の別のはんだペーストは粘度が700kcpsの90%金属
組成物であり、そのペーストのはんだ組成物は直径が45ミクロン以下の球形の粒
子状で錫：鉛：銀が63:35:2の割合で構成される共晶合金である。このようなは
んだは183℃の範囲のリフロー温度を有する。
特許権者が述べたように、記載されている低温はんだ組成物はそのリフローが
電気成分に与える熱応力が少なく、そのためさらに標準的な成分がリフロー工程
に耐えることができるので、様々な電気成分と共に使用できる利点を有する。
「表面取付組立体のための製造技術("MANUFACTURING TECHNIQUES FOR SURFACE
MOUNTED ASSEMBLIES"Wassink，R.K．and verguld，M.F.，1995 ELECTROCHEMICAL
PUBLICATIONS，LTD.)」を引用して述べているように、はんだ付け方法（および
装置）は様々な赤外線はんだ付けの概念から１つの主な方法、すなわち、高温対
流はんだ付けへと収束された。この方法以外の方法も使用されるが、特定の場合
においてのみ、例えばTABの外側導線結合および箔上のはんだ付けなどのための
抵抗はんだ付けがある。
バッシンク(Wassink)らの引例の275頁と276頁に、リフローはんだ付けのため
の典型的なプロフィールが記載されている。温度が別々に制御できる複数の区域
を有する熱風対流はんだ付けオーブンがオーブンの全長に沿って所望の温度プロ
フィールを達成するために使用される。このようなプロフィールにより、全ての
接合区域がはんだ付け温度に達することができるが、異なる熱質量を有する成分
から成る接合区域間の温度差は限定される。
バッシンクらは、多様な熱風対流オーブンを使用するリフローはんだ付けでし
ばしば使用される先行技術の典型的な３工程加熱方法について記載している。
また、バッシンクらが記載しているところによると、３工程とは：
(i) 生成物に熱を加えるために急速加熱で開始する（これはオーブンの長さを
短くする）；
(ii) 第二工程は温度の平均化に関するものである、すなわち、温度差を減らす
ことである；通常は、最高温度の部品に対する１種の温度安定状態が求められる
が、最低温度の部品の温度上昇は相対的にゆっくりであることが選ばれる；この
工程の有効性は次の工程に入る直前に組立体上に存在する温度の差により容易に
評価することができる；
(iii) 最終の急速加熱とその後の冷却。
さらにバッシンクらの引例で説明されているように、そのプロフィールの各限
度ははんだ付けされるべき組立体の部品の１つの最大許容熱負荷により決定され
る。
最高（ピーク）温度はプリント基板の支持体の材料により決定される。、280
℃以上の高温は層の剥離を引き起こす（注：ほとんどの場合、プリント基板は最
高温度の成分である）。
最低はんだ付け（ピーク）温度は成分金属化の湿潤剤により決定される。
均一化領域の最大時間と温度ははんだペーストにより決められる。熱処理が重
すぎる場合、はんだペーストの活性化剤（フラックス）はこの工程の段階で既に
消費されてしまう。
はんだが溶融段階になり（最高温度となる）時間は、はんだ付け接合点の内側
に２種類以上の金属から成る層を形成することにより制限される。これらの層は
はんだ付けされた接合点をさらに脆くする。
以上述べた境界の特定な価値は使用された成分と基板材料に基づいて決定され
る。
典型的な範囲を示す63 Sn/37 Pbはんだについての表面取付リフローのプロフ
ィールが図１に示される。
米国特許第3,791,027号（アンゲロ）において、ここに引例により導入されて
いる開示内容、化学的機能性を有する重合体および他の材料で例えばアミド、ア
ミノ、カルボキシル、イミノ、およびメルカプタンなどはフラックス剤として役
立つことが記載されている。金属をはんだ付けする場合に、これらの材料が他の
機能性を有する材料、例えば、エポキシドやイソシアネートなどと組み合わせて
熱硬化性重合体を生成することができる。アンゲロはその発明において３つの重
合体の範疇を記載している、すなわち：
1. 化学的機能性；例えば、カルボキシ末端のポリブタジエンおよびカルボキシ
末端のポリイソブチレンは単独で使用すると硬化しないで、溶剤で容易に取り出
せる。これらは、本質的には、伝統的なはんだ付けフラックス中に見いだされる
同じ化学的機能性を有するフラックスである。
2. 橋かけ結合しないで、温度を加えると軟化または溶融できる調合物。アンゲ
ロが引用した例としては、バーサリド712(Versarid 712)とアクリロイダット70
（Acryloidat 70）が挙げられる。橋かけ結合が起こらないので、これらの調合
物は、アミノ、カルボキシル、アミドなどの化学的機能性を有するリフローはん
だ付けにおいてしばしば使用される標準的なロジンまたは樹脂を主成分とするフ
ラックス類に類似している。従って、同じ化学的機能性が伝統的なロジンおよび
樹脂フラックスおよびアンゲロの引用例の両方に存在する。これらは熱硬化重合
体を形成する化学的橋かけ結合をしないので、溶剤を使用することにより取り出
せるし、または再加熱し再溶融できるのではんだ接合箇所を再びはんだ付けする
ことが可能である。
3. 例えば、カルボキシル、アミノなどのはんだの濡れを促進するのに必要な化
学的機能性を有する材料と、溶剤を使用しても用意に取り出せないまたは再加熱
および再溶融できない熱硬化性重合体を形成するために化学的に反応する材料と
の組み合わせ。特に、アンゲロは、このような機能性を有する材料を、加熱する
と容易に取り出せないまたは再溶融できない橋かけ結合された編み目構造を形成
するエポキシ樹脂材料と組み合わせた例を示している。アンゲロは、はんだ接合
箇所が再びはんだ付けを必要とする可能性が低い場合のはんだ接合箇所の強度を
強化する能力にこのような組み合わせの有用性が存在することを引用している。
ペンニシらの米国特許第5,128,746号もフラックスおよび材料として役立つこ
とが周知である化学的機能性を有する材料の組み合わせを使用することについて
記載している。例えば、エポキシ樹脂は熱を加えて反応させると、化学的に橋か
け結合された重合体を形成し、これははんだ接合箇所に強化を加え、容易に除去
できない。ペンニシはフリップチップに環境保護を提供するものとしてエポキシ
熱硬化重合体の機能を説明しているが、ペンニシの説明しているエポキシカプセ
ル化剤も脆いはんだ接合箇所を強化することは周知である。ペンニシは、例えば
、金属酸化物を取り出し、はんだ濡れを促進するリンゴ酸および他のジカルボン
酸類などのフラックス剤を挙げている。本質的には、カルボキシル官能基を含ん
でおり、はんだ濡れを促進することが知られている１つの材料のリンゴ酸が、橋
かけ結合する熱硬化重合体を形成する材料類、エポキシ樹脂類と組み合わされる
。
カポートの米国特許第5,376,403号に記載の第三の例においては、はんだ濡れ
を助けることが知られている例えばカルボキシルなどの化学的機能性を有する１
つの材料が、インクのシステムで使用され、低融点合金粉末を高融点金属と融合
するのを助け、得られた金属編み目構造を基材に接合する助けをする橋かけ結合
熱硬化重合体を形成する材料と組み合わされている。
いずれの場合（アンゲロ、ペンニシ、カポート）においても、はんだ濡れを促
進することが知られている化学的機能性を有する１つの材料が熱硬化重合体を形
成する例えばエポキシ樹脂などの材料と組み合わされるが、加熱方法は組立体が
はんだ融点以上に急速に加熱されることが記載されている。はんだ融点の183℃
以上の温度を加えることは、表面金属を濡らすためにはんだが液化しなければな
らないので決定的である。
熱硬化重合体は橋かけ結合反応を刺激するために熱を加えることにより開始さ
れるので、選ばれた材料化合物の硬化に関わる硬化動力学を理解する必要がある
。化合物の橋か結合材料を化学的に保護することにより、カポートは彼の発明に
記載されている急速加熱工程の間に橋かけ結合反応が遅延して適切なものとなる
ことを保証している。
同様の加熱方法についてアンゲロとペンニシも記載しており、両者ははんだ工
程の間の加熱を素早く急速にと説明している。バッシンクらの引例において既に
記載されているように、３工程加熱プロフィールが代表的なものとして電子成分
を基材板にはんだ付けするために使用されている。アンゲロ、ペンニシおよびカ
ポートにおいても求められているように、急速加熱ははんだ付けの間に部品およ
び組立体に悪影響を与えるはずである。これは高熱偏位運動率で成分に損傷を与
えることが挙げられる。
従って、熱の衝撃およびその後の損傷を軽減するために室温より高いがはんだ
融点(183℃)より低い温度で組立体の材料に平衡な熱を加えることができる多区
域オーブンを使って加熱工程が行われるべきであることがしばしば明らかにされ
る。表面取付処理において、この加熱工程は表面リフロープロフィールとして知
られている。
従って、アンゲロ、ペンニシおよびカポートの説明にあるように、組み合わせ
を利用する場合に、化学的機能性を含む材料、例えば、カルボキシルおよびアミ
ノなどはんだ濡れを促進することが知られている材料が熱を加えることにより橋
かけ結合熱硬化性重合体を形成する材料と組み合わされているが、はんだ温度ま
で急速加熱しない代わりに最終組立体に使用される材料が室温以上であるがはん
だ付け温度より低い平衡な熱に達することができる加熱工程が使用される。はん
だ融点の前の組み合わせ材料の橋かけ結合を防ぐために、所望の非急速加熱プロ
フィールに鑑みて、熱硬化性材料の組み合わせ物の硬化動力学を理解することが
重要となる。
「本発明の概要」
本発明は熱硬化樹脂および特にエポキシド樹脂のフラックスおよび硬化剤とし
て機能する組成物の用途に関するものであり、はんだペースト調合物において選
ばれた樹脂は第一電気成分の金属結合部位を第二電気基材の金属結合部位に電気
的に接続する場合に適用され、当該場合に使用するために調整されて、成分と結
合部位の構造と組成に関して適当な表面取付リフローはんだ付けプロフィールに
対応する条件下で熱硬化重合体残留物カプセル化電気はんだ接続を提供する。本
発明のはんだペースト組成物はリフロー温度プロフィールおよびこのようなはん
だペーストで使用するために選ばれたはんだ粉末成分に基づいて調合される。
従って、本発明により、このような例におけるはんだ付けプロフィールは、組
立体成分をはんだ付け温度より低い温度まで加熱し、高温の偏位運動速度では損
傷を受けやすい立体部品に対する損傷を防ぐことを包含する。この加熱工程は組
立体に使用された寸法、質量および材料に左右され、当該技術においてプロフィ
ールの浸せき工程または平衡工程と呼ばれる。コンピューター母体配線盤、電信
装置およびさらに小型の組立体のパネルと接続する場合に、浸せき工程の端部の
標的温度は好ましくははんだの融点に近づき、ペーストのはんだ粉末の融点より
約20℃低い温度からペーストの融点までの範囲でよい。標的の平衡温度を達成す
るための加熱期間は大体変動するが、大きな表面取付組立体については約30秒か
ら約120秒までの範囲である。浸せき工程は温度の急上昇で始められ、傾斜加熱
（ランプ）工程と呼ばれる。温度の上昇速度は微少な割れ、そりなどの損傷を引
き起こすことなく最高加熱入力を達成するように選択され、関連の構造および材
料次第で決定される。典型的な大きな表面取付組立体の場合に、浸せき工程前に
毎秒約1℃から約4℃までの温度上昇が基準である。最終工程は浸せき工程の後の
急速加熱工程から成り、その工程では組立体は組立体の成分間で金属を相互に接
続するためにはんだ粉末融点以上の温度まで急速に加熱される。典型的な場合と
して、組立体の一方の成分は例えば包装されたまたは包装されていない集積回路
などの電気成分であり、他方の成分はマイクロエレクトロニック回路構成の支持
体であり、その上に金属の接合部位が配置されている。当該技術では、この工程
はスパイク段階と呼ばれ、融点以上の合計時間は大体約30秒から90秒までの範囲
である。組立体のどんな位置でもピーク温度は好ましくは205℃から235℃までの
範囲である。
低い熱質量の組立体、すなわち、0.062インチ未満の厚さの組立体および／ま
たは典型的には10平方インチ以下の面積を有する組立体について、熱入力は典型
的には毎秒1°-4℃の割合で滑らかな非段階的な傾斜加熱工程を使って達成され
る。低い熱質量の組立体についてのはんだ溶融は典型的には１分未満のものから
約３分まで変動する時間の枠で達成される。
組立体の熱質量が増加するにつれて、このような組立体をリフロー前に熱平衡
まで持っていくために、加熱速度は低下され、段階工程が使用される。
ゲル点の前にはんだを溶融する必須の順序を達成するために、熱硬化樹脂と橋
かけ結合剤の選択および組み合わせの基準は（触媒の存在するかどうかに関わら
ず）示差走査カロリメーター("DSC")を使って加熱された場合に鉛錫共晶混合物
について約140℃から180℃での範囲で発熱反応の開始を示す熱化樹脂と橋かけ結
合剤の組み合わせを選択することにある。示唆走査カロリメーターを使って観察
されるように、発熱活性は橋かけ結合活性に相関する。逆に、前記発熱のピーク
はゲル形成を示す橋かけ結合のレベルと相関する。
最終分析において、特定の化合物のゲル形成は経験的に決定されるのであり、
例外も発生するが、一般に適用できる選択基準は、示唆走査カロリメーターを使
って観察されたように、発熱活性は好ましくははんだ融点より40℃低い温度以上
で開始され、登録されたピーク発熱活性ははんだ融点より高い温度で起こるよう
な重合体系を選ぶことである。
無水物、特に、高度の活性を示すポリ無水物は、本発明のエポキシ樹脂はんだ
ペースト用の好ましい二重機能性橋かけ結合剤およびフラックス剤である。
また、本発明によると、はんだペーストははんだ接合箇所の一体化（電気接続
性）を評価するためにリフローはんだ付けの後で検査できるはんだ接合箇所を提
供するように調合できる。
前述の無水物類の他に本発明で使用するに適した橋かけ結合剤としては、必ず
しも同じ程度の成功をもたらさないが、例えば、カルボキシル、アミノ、イミノ
、アミド、メルカプタンなどの化学的機能性を含む材料が挙げられ、アンゲロも
述べているように、これはフラックス剤としてばかりでなく橋かけ結合剤として
固有の作用を有する。次に、これらの材料は樹脂ゲル点がはんだ溶融の後に達せ
られるように重合化の発生を遅らせる臨界的特性を有するように選択される。
必須の潜在物（はんだ粉末の融点またはそれより高温でゲル点調合物）を提供
するアミン橋かけ結合剤、例えば、Aificure --LX-1（日本国東京の味の素株式
会社製造）が使用できるが、これは活性水素当量67を有する複素環式ジアミンで
ある。
アミド類および他の周知の窒素含有硬化剤で、例えば、メラミン、ジシアンジ
アミド、イミダゾール類、ヒドラジド類、チオ尿素なども橋かけ結合剤として使
用してもよい。
また、橋かけ結合剤として有用なものとしては、周知の多水酸基のフェノール
類が挙げられ、これらは、例えばフェノール、様々なアルキルフェノール類およ
びナフトール類などの１個以上のフェノールと、例えば、フォルムアルデヒド、
アセトアルデヒド、アクロレイン、グリオキサル、ベンズアルデヒド、ナフサア
ルデヒドおよびヒドロキシベンズアルデヒドなどの無水物類と、または、例えば
シクロヘキサノンおよびアセトフェノンなどのケトン類とのポリ濃縮物；例えば
ポリビニルフェノールおよびポリイソプロペニルフェノール類などのビニル重合
型多水酸基フェノール類、本発明の最初の発明の多水酸基フェノール類、フェノ
ール類と例えば下記式(1)で表されるもの：
下記式(2)で表されるジアルコキシ化合物類：または
下記式(3)：
で表されるジハロゲン類などジオール類とのフリーデル・クラフツ式反応生成物
；および、例えばジシクロペンタジエンおよびジイソプロペニルベンゼンなどの
ジオレフィン類とフェノール類とのフリーデル・クラフツ式反応生成物が挙げら
れる。
橋かけ結合剤の固有のフラックス能力が適正な冶金はんだ接続を形成するのに
不十分である場合の組立体において、調合物にフラックス活性を増加するために
別のフラックス剤を添加する必要があるかもしれない。
橋かけ結合剤が使用量において、必要なレベルの酸化物除去を達成するにはフ
ラックスとしての活性が不十分である場合は、フラックス剤を添加することが必
要かもしれない。
好ましい添加剤は、重合体マトリックスに化学的に橋かけ結合または接合する
ものであって、得られた重合体の網目構造の物理的特性を妨害しないものである
。この目的のために、カルボキシル末端ポリエステルが適当なフラックス添加剤
であることが判明した。
本発明により、はんだ粉末成分の熱硬化結合剤樹脂は橋かけ結合剤、好ましく
は、はんだフラックスとしても作用し、組成物において、表面取付リフロー・プ
ロフィール条件の間にはんだ付けを妨害しない温度で結合剤樹脂の橋かけ結合に
影響を与えるものと組み合わせる。
本発明により、はんだ粉末構成成分のエポキシ結合剤樹脂ははんだフラックス
として作用し、表面取り付けリフロープロフィール条件中にはんだ付けを阻害し
ない温度で結合剤樹脂の橋かけ結合を活性化する触媒として作用する橋かけ結合
剤と組み合わせる。
「発明の要約」
本発明は表面取り付けリフロープロフィール条件で使用するに適したはんだペ
ーストおよび複数の金属接合部位末端部を有する電気成分を、前記電気成分の末
端に対応する複数の金属取り付け部位を有する成分支持体に表面取り付けリフロ
ープロフィール条件で電気的に接続する方法に関するものである。利用されたは
んだペーストは、(1)粒径分布が約20から約45ミクロンの範囲で、使用量がはん
だペースト全重量の約65重量％から約95重量％までの範囲で、はんだ溶融温度を
有するはんだ粉末；および(2)前記はんだ溶融温度に加熱された場合に前記電気
成分および前記電気成分を運ぶ支持体上の金属接合部位の表面および前記はんだ
粉末の表面から酸化物被膜を除去するフラックス剤としてはんだ溶融温度以下で
作用する橋かけ結合剤および熱硬化樹脂から成る結合剤から構成される。熱硬化
樹脂と橋かけ結合剤の組み合わせは、表面取付リフロープロフィールで使用され
る場合、前記はんだ溶融温度またはそれより高い温度、好ましくははんだ溶融温
度より高いゲル点を有する。その方法は、(a)前記結合剤が液体状である間に金
属接合部位と前記はんだ粉末の表面から酸化物被膜を除去する工程；(b)前記結
合剤が液体状であり、前記結合剤がそのゲル点に達する前に、複数の金属接合部
位末端を有する電気成分を、前記電気成分の末端に対応する複数の金属接合部位
末端を有する前記電気成分を運ぶ支持体に電気的に接続するためにはんだを溶融
する上程；次に、(c)結合剤のゲルを形成する工程、すなわち、ゲル点に達する
工程から成る。その後で、ゲルは硬化されて結合残留物を形成し電気はんだ接続
箇所をカプセル化してそれによって保護し、機械的連結を強化する。
はんだ粉末の重量ははんだペーストの全重量に対して好ましくは85重量％以上
であり、好ましい上限は92重量％であり、全ての重量のパーセントはロジンペー
ストの合計重量に基づくものである。
熱硬化樹脂は好ましくはエポキシドである。好ましい橋かけ結合剤は１個のポ
リ無水物とカルボキシ末端ポリエステル類である。
本発明の別の態様は、柔軟性のある結合剤残留物を形成し、次に前記柔軟性結
合剤残留物中にプローブを挿入し前記電気接続箇所と接触して前記接続の一体化
を検査し、次に、プローブを引き抜き、そして次に接続の一体化を確認し、任意
に前記結合剤残留物を硬化することに関するものである。
本発明はまた(1)粒径分布が約20から約45ミクロンの範囲で、使用量がはんだ
ペースト全重量の約65重量％から約95重量％までの範囲で、はんだ溶融温度を有
するはんだ粉末；および(2)前記はんだ溶融温度に加熱された場合に前記電気成
分および前記電気成分を運ぶ支持体上の金属接合部位の表面および前記はんだ粉
末の表面から酸化物被膜を除去するフラックス剤としてはんだ溶融温度以下で作
用する橋かけ結合剤および熱硬化樹脂から成る結合剤から構成されるはんだペー
ストを利用して、複数の金属接合部位末端部を有する電気成分を、前記電気成分
の末端に対応する複数の金属取り付け部位を有する成分を運ぶ支持体に電気的に
接続することにより、低い熱質量組立体を製造する方法に関するものである。熱
硬化樹脂と橋かけ結合剤の組み合わせは、表面取付リフロープロフィールで使用
される場合、前記はんだ溶融温度と同じまたはそれより高い温度、好ましくはは
んだ溶融温度より高いゲル点を有する。この方法において、低い熱質量組立体は
はんだ溶融と電気的相互接続を達成するために充分な時間にわたり毎秒約1℃か
ら約4℃までの速度で徐々に傾斜加熱される。この方法の工程は傾斜加熱を行う
間に連続的に行われるが、以下の通りである：
１．前記結合剤が液体状である間に金属接合部位と前記はんだ粉末の表面から酸
化物被膜を除去する工程；
２．複数の金属接合部位末端を有する電気成分を、前記電気成分の末端に対応す
る複数の金属取付部位を有する前記電気成分支持体に電気的に接続するためには
んだを溶融する工程（前記結合剤はこの工程の間は液体状であり、はんだの溶融
は前記結合剤がそのゲル点に達する前に起こる）；次に、
３．結合剤のゲルをゲル点で形成する工程。
その後で、得られたゲルは硬化されて結合剤残留物を形成し電気はんだ接続筒所
をカプセル化する。はんだ粉末の重量は、はんだペーストの全重量に対して、好
ましくは85重量％以上であり、好ましい上限は92重量％である。好ましい熱硬化
樹脂はエポキシドである。好ましい橋かけ結合剤はポリ無水物とカルボキシ末端
ポリエステル類である。
低い熱質量組立体に適応できる本発明方法の別の態様は、柔軟性のある結合剤
残留物を形成し、次に前記柔軟性結合剤残留物中にプローブを挿入し前記電気接
続箇所と接触して前記接続の一体化を検査し、次に、プローブを引き抜くことに
関するものである。次に、結合剤残留物を所望によりさらに硬化して前記結合剤
残留物を硬化することができる。
本発明のさらに別の態様は、第一電気成分の金属接合部位を第二電気成分の金
属接合部位に電気的に接続するため、および前記第一成分と第二成分の間にはん
だリフロー条件ではんだ残留物カプセル化電気はんだ接続箇所を形成するための
はんだペーストに関するものである。このはんだペーストは、はんだ溶融温度を
有する、はんだペーストの全重量に対して約65重量％から約95重量％のはんだ粉
末；エポキシ樹脂；前記はんだのはんだ溶融温度以下で第一および第二電気成分
およびはんだ粉末の表面から酸化物の被膜を除去するフラックス剤としても作用
する前記樹脂用橋かけ結合剤；および前記エポキシ樹脂を前記橋かけ結合剤で橋
かけする際に触媒作用を及ぼすための触媒から成り、前記触媒、エポキシ樹脂お
よび橋かけ結合剤の混合物のピーク発熱は毎分10℃の傾斜加熱速度で示差走査カ
ロリメーターを使って測定するとはんだ融点の温度またはそれより高い温度であ
り、それによって前記橋かけ結合エポキシ樹脂のゲル点がはんだ溶融後に達成さ
れる。好ましい触媒は錫オクトエートである、好ましい橋かけ結合剤はポリ無水
物類である。
はんだペーストは、柔軟性を有するはんだ残留物を提供してはんだ残留物中に
プローブを貫通させ、前記はんだ残留物により包まれたはんだ接合箇所に接近す
ることができるように調合される。はんだペーストはリフローはんだ付けの後で
はんだ残留物に柔軟性を付与する非反応性の柔軟剤を含有することができる。柔
軟剤は反応性で、エポキシ機能性部位を有しており、リフローはんだ付けの後で
、橋かけ結合されたエポキシ樹脂の背骨に導入されてもよい。
本発明の別の態様は、(a)はんだ粉末成分の融点を確認する工程；(b)結合剤を
はんだの融点を超える温度まで加熱する工程;(c)加熱工程(b)の間に結合剤の発
熱活性を測定する工程；(d)ピーク発熱活性の発生する温度を確認する工程；お
よび(e)前記はんだペーストの結合剤としてはんだの融点あるいはそれより高い
温度でピーク発熱活性を示す結合剤を選択する工程から成り；
結合剤が熱硬化樹脂、フラックスとしても作用する橋かけ結合剤および任意に橋
かけ結合触媒から成ることを特徴とする、表面取付リフロープロフィールにより
カプセル化された電気相互接続箇所を形成する場合に有用なはんだペーストの結
合剤成分の成分を選択する方法に関するものである。
選択方法はまた発熱活性の開始の確認およびやはり熱反応の開始に基づいた結合
剤の選択から成るのが適当である。選択された結合剤は、発熱活性の開始がはん
だ溶融温度より40℃低い温度以上、好ましくは30℃低い温度以上で発生すること
を特徴とするものである。
「図面の簡単な説明」
図１は、６３Ｓｎ／３７Ｐｂの組成の表面実装リフロー（再溶融）はんだのプ
ロフィールを表し、この様なはんだが利用される代表的な要素を説明している。
図２は、実施例１に関連する特定のプロフィールである。
図３は、実施例１に記述した結合剤の、熱変化と温度の関係を図表にした図式
的説明である。
図４は、実施例４に記述した結合剤の、熱変化と温度の関係を図表にした図式
的説明である。
発明の詳細な説明
本発明の１実施態様は、触媒含有はんだペーストに関するものである。はんだ
ペーストは（１）はんだ粉末および、業界で固着剤と呼ぶものを含み、且つ、本
発明では、前記固着剤は（２）熱硬化性樹脂、好適にはエポキシ樹脂、（３）前
記樹脂用の架橋剤、なお前記架橋剤はリフローはんだ付け時にフラックスの機能
も果たし、そして（４）触媒を含むものである。前記はんだペースト固着剤の成
分を選択し混合して、はんだ付け温度またはそれ以上の温度にゲル化点を有する
組成物を作成する。この組成物では、はんだを表面実装リフロープロフィールに
用いた時、はんだ付けに至る前にゲル化して、はんだ付けを妨害することはない
。ここで用いる「ゲル化点」は、組成物が最早や流動せず溶融はんだで置換でき
ない状態をいう。簡単にいえば、はんだ溶融温度に於いて起きるはんだの溶融前
に、関連エポキシ樹脂システムがゲル化点に達した場合、本発明の方法は十分な
電気的接続を形成できない。架橋剤は、はんだ付け工程で、はんだ粉末、はんだ
によ
り電気的に接続する接触表面に対しフラックスとして作用する。架橋剤は、エポ
キシ樹脂を硬化させ、架橋作用を促進する触媒と一対になってこの機能を発揮し
て、はんだ付け温度またはそれ以上の温度でゲル形成する。以下の発明の詳細な
説明の観点から、その他の目的および利点が、当業者には明白になる。
単軸に沿った電気的接続を含み、液状エポキシ樹脂システム中で粉末状はんだ
溶融物が表面実装リフローはんだ付けに影響を与える、本発明のシステムにおい
ては、リフローはんだ付けに相対する架橋工程の順序が重要である。
接続は表面実装リフローはんだ温度で起きる故、液状はんだ（はんだ溶融物）
による接続が形成される前に、システムのゲル化点に到達しないことが必須要件
である。
はんだ溶融前にゲル化点に到達した場合、はんだの流動が制約を受けるので、
はんだでぬらし、対向位置を効果的にふさいで、はんだフラックスのはんだ粉末
成分で電気的に接続することが不可能になることが判っている。
本発明のシステムに於いても、ゲル化点に達した樹脂システム中で、はんだは
流動性を持たない故に、この要件は重要であると考える。また、はんだ粉末を運
び／結合し、作成されたはんだ溶融物を包む樹脂システムは、たとえ粘度が大き
くとも、液体である故に、溶融状態のはんだ粒子を効果的にフラックス処理でき
るものと考える。実際に、混合相が存在するところに、ぬれ、固着とフラックス
処理が起きるが、しかし一度ゲル化点に到達し且つゲル化点到達後に溶融物が形
成された場合、硬化生成物を観察すると十分な接続が成されていないことが判る
。即ち、溶融物の形成、ぬれと流動が適切に成されていない。
本発明の一つの観点は、はんだペースト用のエポキシ樹脂ベースの固着剤の選
択と使用に関するものであり、特定の用途に対する表面実装リフロープロフィー
ルに従った表面実装に有用である。本発明の１実施態様では、固着剤は酸無水物
エポキシ樹脂システムから成る。本発明のはんだペーストは、エポキシ樹脂、樹
脂用の酸無水物架橋剤と触媒を含み、前記架橋剤はリフローはんだ付け条件下で
フラックスとして機能し、前記触媒は架橋剤と一対になって架橋を活性化して、
はんだの溶融後に固着剤樹脂をゲルに変換する。固着剤がはんだ溶融前、および
表面実装リフローはんだ付け条件下で前記はんだ溶融による電気的結合形成前に
ゲル化点に達しないように、はんだ粉末固着剤を含む化合物の組合せを選択して
エポキシ樹脂固着剤を供給する。
特定のリフロープロフィールのための結合剤システムの成分の選択
ここで注目されるように、本発明は、はんだペーストの配合およびその使用方
法に関するものであり、特に、少量および大量組立て製造業において使用するリ
フロープロフィールで保護収納した等方性の電気的相互接続を形成するために用
いる。このようなリフロープロフィール条件は時間を超過して熱の適用が必要で
あり、固着剤配合物は十分なぬれと、はんだ溶融を達成するために重要であり、
固着位置における電気的相互接続および十分な収納／機械的固着を可能にする。
本発明に使用するはんだペースト用の固着剤の選択に際し、熱硬化性樹脂と本
発明で要求される２元的機能を有する架橋剤の選択は重要であり、電気的固着位
置における十分な電気的および機械的固着を可能にする。固着剤の要件と選択に
ついて以下に述べる。
リフロープロフィールで、溶融はんだがポリマーに置換して固着表面をぬらす
必要があることから、ポリマーははんだ付けピーク温度の前にゲル化点に到達し
てはならない。ポリマーのゲル化点到達が早すぎると金属表面にポリマー障壁が
形成される。このゲル化は、はんだが基材の金属固着床をぬらすことを妨げる故
に、硬化機構とポリマーの動力学を理解し、はんだ付けに及ぼす影響を理解する
ことが重要である。
熱硬化性樹脂では、熱の付与によりエポキシ樹脂と架橋剤間に不可逆反応が起
きる。硬化工程中、エポキシ樹脂分子は架橋剤分子と反応して長いポリマー鎖と
網状組織を形成して粘度を増大させる。網状組織が成長するに従い、ゲル化点と
呼ぶ無限の大きさの粘度を有する点に到達する。この点で、ポリマーは粘稠な液
体から非流動性の固体に転換する。
通常、等温条件下で熱硬化性樹脂のゲル化時間が求められる。例えば、エポキ
シ樹脂試料を硬化温度に加熱し、粘度測定法を用い試験してゲル化時間を求める
。この方法の１例は、試料受け皿中でエポキシ樹脂を加熱し、流動抵抗を測定す
る。
本発明に記載した方法の加熱方法は等温ではなく、むしろ試料をはんだ付け温
度に徐々に加熱するもので、硬化の動力学を試験することによりポリマーのゲル
化を評価することが重要である。
熱硬化ポリマーの硬化の動力学を試験するために幾つかの技術が使用できる。
このような１つの方法は動的力学分析（ＤＭＡ）であり、機械的エネルギーを蓄
積および放出するポリマーの能力を測定するものである。もう１つの普遍的技術
は示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）であり、熱量の変化を測定する。
熱硬化樹脂の重合中の化学反応は発熱反応であり、この熱変化はＤＳＣを使用
し、化学反応の範囲に関連して測定することができる。「Epoxy Resin．Chemist
ry and Technology」５月版、マルセル・デッカー、１９８８年、１１３０頁に
ハダッドが記載するように、硬化反応中に放出するエネルギー量が化学反応の程
度に比例するという仮説を立てている。ハダッドが記載した技術を用い、重合の
開始に必要な動力学的活性化エネルギーを評価できる。このような１つの方法は
、ＡＳＴＭ法Ｅ６９８−７９に記載された異なる加熱速度を使用してＤＳＣ走査
を行うことを含んでいる。しかしながら、本発明に記載した固有のはんだ付け阻
害を防ぐために臨界的なゲル化点を実験的に決めるべきであり、はんだ付け工程
が以前より範囲として記載されていた故、ＤＳＣは適切な材料組合せのガイドに
役立つに過ぎないであろう。それ故、単一加熱速度における単一ＤＳＣ走査は、
熱硬化性ポリマーの硬化の動力学と本発明に記載のはんだ付け方法の用途の関係
を示すめに用いられる。
以下の実施例は、はんだペースト固着剤成分の選択を含み、本発明を実施する
態様を例証するためのものである。
実施例１
ビスフェノールＡエポキシ樹脂（シェルエポン８２８）、メチルテトラヒドロフ
タル酸無水物（ＭＴＨＰΛ）（ロンザＡＣ２２０Ｊ）およびＤＭＰ−３０（ロン
ザＡＣ−３０）と通常呼称するトリス（ジメチルアミノメチル）−フェノール触
媒の混合物を、化学薬品業者から入手した文献に記載の処方に従い調整した。
エポン８２８ ５５部
ＭＴＨＰＡ ４３部
ＤＭＰ−３０ ２部
その結果得た組成物を、アンジェロが解説する方法（米国特許第３７９１０２
７号）に従い、６３Ｓｎ／３７Ｐｂ組成のはんだ粒と共に２５０℃に加熱した銅
上に広げ、そしてペニシの米国特許第５１２８７４６号とカポテの米国特許第５
３７６４０３号に記載のように急速加熱した。前記酸無水物が金属表面から表面
酸化物を洗浄除去し、その結果、はんだが銅表面をぬらし、冶金学的な相互接続
の形成を可能にすることが判明した。
この同一混合物を、６３Ｓｎ／３７Ｐｂ組成のはんだ粒と共に、銅メッキＦＲ
−４エポキシガラス基材の金属表面に広げた。エポキシ組成物とはんだ粒を含む
前記基材を、多加熱領域を備えたＩＲリフロー炉に入れた。前記領域の温度と炉
のベルト速度を予めその輪郭を描き、図２に示した基材表面温度を設定した。
この温度プロフィールを用いた場合、はんだ粒はＦＲ−４の銅表面をぬらさず
、冶金学的な接続を形成しなかった。それに代わり、はんだ粒は当初の形状を維
持し、硬化エポキシに内包された。
前記の経験的はんだ付け試験に加え、ＤＳＣを用い前記エポキシ樹脂の硬化の
動力学を試験した。５０ｍｇの試料を用い、５０℃〜２３０℃の範囲内で１０℃
／分の加熱速度を採用した試験の結果、図３に示すように、１００℃で硬化発熱
の開始が観察され、１３０℃で発熱ピークが観察された。それ故、１０℃／分の
加熱速度を採用した場合、硬化反応の最高発熱は、はんだ融点の５０℃下で起き
る。
実施例２
実施例１に記載と同一の樹脂、酸無水物の組合せに、触媒としてロンザＡＣＰ
Ｉ（特許のイミダゾール）を用いた。
エポン８２８ ５５部
ＭＴＨＰΛ ４３部
ＡＣＰＩ ２部
この混合物をはんだ粒と共に用い、銅上で急速加熱した。酸無水物は金属酸化
物を除去し、はんだが銅表面をぬらし且つ銅表面上に広がった。ＦＲ−４有機基
材上の銅表面に、前記組成物を広げ、多領域をもつ加熱炉中で加熱したが、結果
は実施例１記載と同様であった。はんだは形状変化せず、金属表面上に広がらな
かった。
５０ｍｇの試料を用い、５０℃〜２３０℃の範囲で１０℃／分の速度でＤＳＣ
走査の結果、１００℃で発熱の開始、１３０℃で発熱ピークを示した。組合せた
材料を急速加熱するとはんだは銅表面に広がるが、多領域の炉を用い、はんだ融
点に徐々に加熱すると、前記エポキシシステムは、はんだ付け前に液状を保持す
るために必要な能力をもたなっかた。
エポン８２８、ＭＴＨＰＡと既知の数種の酸無水物エポキシ硬化触媒の組合せ
を用い、同じような結果が観察された。これらの触媒は、ジメチルアミノメチル
フェノール（ロンザＡＣ−１０）、亜鉛オクトエート（シエパード化学）、ベン
ジルジメチルアミン（ロンザＢＤＭＡ）、ジアザビシクロウンデセン（エアープ
ロダクト、アミキュアーＤＢＵ−Ｅ）、２−エチルヘキサン酸のジアザビシクロ
ウンデセン塩（エアープロダクト、アミキュアーＳＡ−１０２）、２−ヘプタデ
シルイミダゾール（エアープロダクト、クレゾール２ＭＡ−ＯＫ）、２−ヘプタ
デシルイミダゾール（エアープロダクト、Ｃ１７Ｚ）、２，４−ジアミノ−６（
２−メチルイミダゾレイル−（１））エチル−ｓ−トリアジン（エアープロダク
ト、２ＭＺ）等である。
それぞれの場合、触媒を、シエルエポン８２８のようなビスフェノールＡ樹脂
（ＥＥＷ１９０）および樹脂の重量をベースにして８０部のメチルテトラヒドロ
フタル酸無水物と共に用いた。樹脂の重量をベースにして１〜５部で上記触媒を
用いた場合、急速加熱した時に、混合物は金属酸化物を除去して６３Ｓｎ／３７
Ｐｂはんだ組成の広がりを助長したが、その硬化は急激であり、一方実施例１に
記載のようにコンベアベルトを有し、多領域を備えた加熱炉中で、徐々に加熱し
た場合はんだ付けが妨害された。
実施例３
実施例１に記載した如きビスフェノールＡ樹脂、ＭＴＨＰＡ組成物に対し、第
１錫オクトエート（フェロベッドフォード、キャタチエック８６０）を触媒とし
て選択した。
エポン８２８ ５５部
ＭＴＨＰＡ ４３部
第１錫オクトエート ２部
この混合物をはんだ粒と共に用い、銅上で急速加熱した。酸無水物が金属酸化
物を除去し、銅表面をぬらし、銅表面上に広がった。組成物をＦＲ−４有機基材
を覆う銅の上に広げ、多加熱領域をもつ加熱炉中で加熱した時、はんだは銅の金
属表面上に広がり、エポキシが部分的にゲル化した。この樹脂と架橋剤の組合せ
に対する触媒の選択は、ゲル化がはんだ付け後に起きる可能性を示した。
５０ｍｇの試料を用い、５０℃〜２３０℃の範囲で１０℃／分の速度でＤＳＣ
走査の結果、図４のように、１５０℃で発熱の開始、２００℃以上で発熱ピーク
を示した。潜在力を予測するのに使用する発熱ピークは、１８３℃のはんだ融点
以上で発生した。
実施例４
ＭＴＨＰＡとＮ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラグリシジル−４，４−メチレンビスベン
ゼンアミン（チバガイギー、ＭＹ７２０）のような多官能樹脂に対し、第１錫オ
クトエートを接触として用いた。この４官能樹脂はビスフェノールＡをベースに
した樹脂に比較して高い反応性を有した。ＭＹ７２０と９０％の化学量論比のＭ
ＴＨＰΛに対し、樹脂の重量をベースにして１部の第１錫オクトエートを触媒と
して用いて混合物を調整した。
ＭＹ７２０ ４５部
ＭＴＨＰＡ ５４部
第１錫オクトエート １部
実施例１に記載の急速加熱法で、この組成物を用いたところ、銅に対してはん
だは広がり、冶金学上の接続を形成した。しかし、多加熱領域をもつ加熱炉を用
いた加熱法を採用した時、はんだは銅上に広がらず、又ぬらさなかった。第１錫
オクトエートを除き、前記のＭＹ７２０／ＭＴＨＰＡの組合せを用いた時も、同
様な結果であった。この試料を多加熱領域をもつ加熱炉で加熱した時も、はんだ
は銅をぬらさなかった。
３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカ
ルボキシレート（ユニオンカーバイドＥＲＬ−４２２１）のような脂環式樹脂を
、ＭＴＨＰＡ、触媒として第１錫オクトエートと組合せて用いた時、実施例１と
同様なはんだ付けの結果が観察された。組成物が、はんだ融点以前に硬化し、銅
に対するはんだの広がりを阻止した。
組成物のＤＳＣ走査：
ＥＲＬ−４２２１ ４９部
ＭＴＨＰＡ ４９部
第１錫オクトエート ２部
１０℃／分の加熱速度は、９０℃で発熱開始、１５５℃のピーク発熱を示した
。化学反応速度に関連するピーク発熱は、はんだ合金の融点より低温度である。
エポン８２８とＥＲＬ−４２２１のエポキシ樹脂ブレンドを、ＭＴＨＰＡと触媒
としての第１錫オクトエートと共に使用した。
ＥＲＬ−４２２１ ２４．５部
エポン８２８ ２４．５部
ＭＴＨＰＡ ４９部
第一錫オクトエート ２部
本システムのはんだは、急速加熱時６３Ｓｎ／３７Ｐｂ合金を銅にはんだ付け
できたが、多領域加熱炉を用いた時はんだ付けできなかった。ＤＳＣの発熱開始
温度は、脂環式樹脂(ＥＲＬ−４２２１)だけを使用した組成物に比較し１２０℃
の高い温度で始まった。このピーク発熱は単独樹脂システムに対し温度で略一致
するが、発熱の高さは低く、樹脂ブレンドシステムは熱放出が少なく、それ故化
学活性も少ない。このように、脂環式樹脂のような高活性樹脂とＭＴＨＰＡのブ
レンドは必要な能力を供給しない。
実施例５
ビスフェノールＡ系、ＭＴＨＰＡとジシアンジアミド型触媒（味の素、アジキ
ュアーＡＨ−１５０）のブレンドを、種々の触媒量水準で用いた。
エポン８２８ ５２〜５６部
ＭＴＨＰΛ ４０〜４３部
ＡＨ−１５０ １〜８部
樹脂重量をベースにして１〜２部の触媒水準は、急速加熱および多領域炉でも
６３Ｓｎ／３７Ｐｂ合金のはんだ付けに成功した。しかしながら、樹脂重量をベ
ースにして３部以上の濃度で使用したとき、この組成物は多領域加熱プロフィー
ルではんだの広がりを阻害した。このように、触媒水準が反応速度に関係して重
要である。ＤＳＣ発熱の結果から、ピーク発熱の開始が、触媒量の増加に伴い低
温度で起きていることが判った。
リフロープロフィール
はんだ付け工程時のゲル化防止の必要性に基づいて、架橋触媒（促進剤）の選
択を行う。本発明の最も重要な実施態様は、はんだペーストを用いた、リフロー
はんだ付けとして知られるはんだ付け方法で含んでいる。リフローはんだ付けは
、はんだペーストを回路板または基材上の金属固着位置にスクリーン印刷、ステ
ンシル印刷するか又は分配する。そして、回路板または基材にはんだ付けする部
品をはんだペースト上に置く。このＰＣＢまたは基材を、異なる加熱領域をもつ
炉の中を通過させる。３領域をもつものが典型的である。第１領域、または加熱
工程を通常ランプと呼ぶ。この領域では、板の表面温度が急上昇して板の材料と
部品を加熱する。ソークと呼ぶ第２領域では、板の温度を短時間（１〜３分）の
間この温度に均等化し、板表面と部品表面の温度差を減少させる。ソーク時間は
使用する板、はんだ及び部品の種類により決まる。第３工程は、急激な尖頭波形
を示す温度上昇を含み、はんだ溶融点以上に達する。それ故、はんだ溶融温度が
、領域の温度条件を決める。６３Ｓｎ／３７Ｐｂの溶融温度が１８３℃であるか
ら、ソーク温度は通常１２０〜１６０℃である。リフローのピーク温度は、通常
２００〜３００℃である。
ポリ酸無水物、例えばポリセバシン酸ポリ無水物（ＰＳＰＡ）、ポリアジピン
酸ポリ無水物（ＰＡＤＡ）、ポリアゼライン酸ポリ無水物（ＰＡＰＡ）等は、フ
タル酸無水物誘導体、例えばメチルテトラヒドロフタル酸無水物に比較して大き
なフラックス活性を有することが判明した。それ故、本発明では、はんだペース
ト組成物に対するフラックス剤として、脂肪酸ポリ無水物を使用することが好ま
しい。
触媒
触媒の選択は重要であり、エポキシ樹脂系における触媒の能力に基づいてなさ
れる。その能力とは、リフロー工程中にまたは工程後に、リフローはんだ付けを
阻害することなく、架橋反応を促進してゲル化点に到達させる能力である。
無触媒の、ビスフェノールＡ樹脂とＭＴＨＰＡの如きフタル酸無水物誘導体の
組合せは、リフローはんだ付け工程に用いた時、はんだ付けを阻害しないが、リ
フロー工程中にゲル化点に到達しない。このような系は、ゲル化点に到達し全面
的架橋構造に達するために、はんだ付け温度（通常１５０℃）以下で６〜４８時
間の後硬化が必要である。それ故、触媒はこれらの系の全硬化時間を短縮せねば
ならない。しかしながら、活性が強すぎる触媒を選択した時には、この系は、は
んだ付け温度以下でゲル加点に達し、はんだと標的金属間に物理的障壁を形成し
て、はんだ付け工程を妨害することが判った。
アミン型の無水物触媒はこの好ましくない現象を示している。歓迎しがたい触
媒の例として、ベンジルジメチルアミンジメチルアミノメチルフェノール、トリ
ス（ジメチルアミノメチル）フェノール、トリエタノールアミン、及びモノエタ
ノールアミンがある。このようなアミンを触媒として、シエルエポン８２８のよ
うなビスフェノールＡエポキシ樹脂、ＭＴＨＰＡの如きフタル酸無水物誘導体と
共に、標準リフロー条件下で用いた時、早期のゲル化が起きて適正なはんだ付け
を妨害する。
実施例２に詳細に記述したように、ビスフェノールＡ樹脂とＭＴＨＰＡのブレ
ンドを用いた時、通常の無水物硬化エポキシ触媒は、はんだ付けに好ましくない
と証明されている。
これらの系のために選択した触媒、錫オクトエートは、錫と２−エチルヘキセ
ン酸の金属塩である。拘束されることを望むものではなが、触媒の活性はＳｎ＋
２からＳｎ＋４への錫の酸化と２−エチルヘキセン酸から錫の解離により生ずる
と考えられえる。示差走査熱量測定法により錫オクトエートを試験した時、１８
５〜１９０℃で発熱が観測された。拘束されることを望むものではなが、発熱す
る温度と架橋の触媒作用が働く温度は相互関連があると考えられる。従って、評
価対象になる触媒の触媒作用機構が錫オクトエートの触媒作用機構に一致するの
で、触媒活性開始の評価方法の１つは、触媒の発熱と架橋の触媒作用が起きる温
度を関連付けることである。
本発明では、はんだペーストははんだ粉末を高濃度に含み、はんだ付けフラック
スははんだと基材金属の両金属酸化物を除去しなければならない。はんだ線また
は棒に比較した時、はんだ粉末は、実質的に高水準のはんだ金属酸化物を含んで
いる。これは、はんだの表面積の増大に起因するものである。それ故、はんだ粉
末を含有するはんだペーストにおいては、他のはんだ媒体に用いるフラックスよ
り高水準のフラックス活性度が要求される。
ＰＡＰＡとビスフェノールＡ樹脂の組合せを用いる時、第１錫オクトエートが、
はんだ付け前のポリマー早期ゲル化防止のために必要な潜在能力を効果的に提供
することが判っている。
本発明のはんだペーストの実施例を以下に示す。
実施例６
エポキシ樹脂、酸無水物硬化剤と触媒を以下の比率で組合せた。
エポン８２８ ５９部
ＰＡＰＡ ３９部
第１錫オクトエート ２部
これを６３Ｓｎ／３７Ｐｂ組成のはんだ粉末と組合せ、組成物の金属含有量がは
んだペースト総重量の９０重量％になるようにする。
この組成物をＦＲ−４基材表面の銅上に広げ、実施例１に詳細に記述したように
加熱した。ポリ無水物が金属の表面酸化物を除去し、銅表面をはんだ粉末でぬら
し、銅上にはんだ粉末が広がった。
はんだ粉末と固着剤から成る好適なはんだペーストの他の例は、（１）エポキ
シ樹脂、エポキシ等量１８５〜１９２のビスフェノールＡのグリシジルエーテル
、（２）ポリアゼライン酸ポリ無水物架橋剤兼フラックス剤、および（３）錫オ
クトエート触媒を含む固着剤と、はんだ粉末から成る。架橋剤は、無水物架橋剤
であり、且つフラックス剤としても機能する。ＰＡＰＡ架橋剤は、錫オクトエー
ト触媒と対になり、略はんだ付け温度またはそれ以上の温度で架橋反応を促進し
、従って、リフローはんだ付けによる電気的接続の形成以前の、早期ゲル形成を
防止する。
組成物中の触媒量は、好適には固着剤の総重量を基準にして約０．１〜約５重
量％の範囲である。錫オクトエートの場合、はんだペーストの有機成分の重量を
基準にして、好適緻は約１．５〜約２．５重量％、最適量は約２．０重量％であ
る。
可撓性付与剤
可撓性のはんだペースト熱硬化性樹脂残留物を提供することが、本発明の観点で
あり、特に針状器具による貫通可能なエポキシ樹脂残留物を含む。反応性または
非反応性の可撓性付与剤を添加することにより、本発明の硬化エポキシ樹脂構造
に可撓性を付与できる。
非反応性の可撓性付与剤は、長鎖分子であり、リフロー温度で揮発せず、エポキ
シ官能性基を含まず且つ硬化後も非反応で残留するものである。非反応性の可撓
性付与剤の例は、カシュー油または選ばれた脂肪酸のエステルである。選ばれた
可撓性付与剤は、リフローはんだ付け条件の温度プロフィールまたは引き続く硬
化温度で非揮発性である故、はんだ接続部を包むはんだ残留物中の可撓性付与剤
の機能は、リフローはんだ付け後も維持される。それから後に、はんだ接合箇所
を探針して、十分な接続の達成を確認した後、はんだ溶融温度以下で更に硬化さ
せて、内包のための残留物として必要な硬度を得る。
反応性可撓性付与剤は、エポキシ官能位置をもち、硬化系の主鎖に取り込まれる
。本発明のはんだペーストエポキシ残留物に可撓性を与えるための好適な反応性
可撓性付与剤は、脂肪族ポリオールのグリシジルエーテル、例えば、シエル化学
のヘロキシモデイファイヤー８４、またはジグリシジルエーテルの二量体酸、例
え
ば、シエル化学のヘロキシモデイファイヤー７１等がある。長鎖脂肪族反応性安
定化剤は、架橋密度を下げることにより硬化エポキシに可撓性を付与する。
リーとネビルのエポキシ樹脂ハンドブック、１９６７年、マグローヒル社、４〜
６頁を引用して触れると、架橋密度は物質の単位容積当たりの架橋数を言う。ビ
スＡのグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）に基ずく樹脂は、７個の単位または７
個の芳香環により区分される。他の樹脂はエポキシ基間に３０〜４０の単位を含
有する。間隔が長いほど、即ち架橋位置間に多くの基があるほど、硬化エポキシ
が可撓性になる。
架橋エポキシ樹脂の可撓性に相当する探針適性は、樹脂の選択により調整可能
である。樹脂の主鎖上の芳香族基とは対照的に脂肪族側鎖基を用いることにより
可撓性を得ることができ、嵩張った芳香族基は動きを妨げる傾向をもち且つ脂肪
族基に比較して可撓性が劣っている。エポキシ樹脂の主鎖に置換基導入による可
撓性の調整は、単位容積当たりの架橋位置の数を減少させ、このような置換基の
選択は選定の問題であり、リフローはんだ付けプロフィールを模写する条件では
んだ溶融後のはんだペースト残留物の探針適性を検査することにより容易に証明
できる。例えば、カルボキシル末端ブタジエン−アクリロニトリル（ＣＴＢＮ）
エラストマーを、本発明のエポキシ樹脂の主鎖に導入して架橋密度を下げること
ができる。ＣＴＢＮ変性の例は、ＢＦグッドリッチ社のハイカー１３００Ｘ８と
ハイカー１３００Ｘ１３である。
本発明の酸無水物硬化エポキシ樹脂において、酸無水物のそれぞれのカルボキ
シル基の間隔を広げることにより、可撓性を得ることもできる。直鎖の酸無水物
、例えば、ポリセバシン酸ポリ無水物（ＰＳＰＡ）、ポリアゼライン酸ポリ無水
物（ＰＡＰＡ）、とポリアジピン酸ポリ無水物（ＰΛＤＡ）は、本発明の硬化樹
脂系の可撓性を高め、低架橋密度の架橋エポキシ樹脂を提供する。これに反し、
フタル酸無水物に代表される環状安定化酸無水物は、環状構造により安定化され
て硬質の系を生成する。当業者には自明であるように、鎖置換は架橋密度の減少
に役立ち、可撓性を与える。例えば、ドデセニルコハク酸は、長い側鎖基に起因
する低熱変形温度と可撓性を与える。
任意の添加物
本発明のはんだペーストは、任意におよび有利に表面張力減少剤を含有するこ
とができる。この表面張力減少剤は、はんだペーストと固着表面の接触角を減少
させる。表面張力減少剤は界面活性剤である。好適な界面活性剤として、ＩＣＩ
社、ウイルミントン、デラウエアー州のトウイーン、とカリウムパーフルオロア
ルキル硫酸塩がある。現在、表面張力減少添加剤の好適な添加量は、はんだペー
ストの有機成分の重量を基準にして約０．１重量％〜約１重量％の量である。
本発明のはんだペースト組成物に任意添加できる他の成分は、エポキシ樹脂の
金属固着力を高める能力をもつ接着促進剤である。好適な接着促進剤は、有機シ
ランとチタン酸塩である。好適な有機シランは、ダウコーニング社、ミッドラン
ド、ミシガン州の６０４０、３−グリシドキシ−プロピルトリメトキシシランで
ある。好適なチタン酸塩は、ケンリッチペトロケミカル社、ベイオン、ニュージ
ャージー州のライカ３８、ネオペンチル（ジアリル）オキシ−トリ（ジオクチル
）ピロ燐酸チタン酸塩である。接着促進剤の好適な添加量は、はんだペーストの
有機成分の重量を基準にして約０．１重量％〜約１重量％の量である。
本発明の内包組成物に任意使用できる他の成分は、ロスケミカル社のフォーム
ブラスト１３２６、脂肪酸アルコキシレートのような消泡剤がある。消泡剤の好
適な添加量は、はんだペーストの有機成分の重量を基準にして約０．１重量％〜
約１重量％の量である。
はんだ含有量
本発明のはんだペーストに用いるはんだ粉末は、先行技術のはんだペーストに
使用されている広範囲のはんだ粉末を含んでいる。好適はんだ粉末含有量は、は
んだペーストの総重量を基準にして約６５重量％〜約９５重量％の範囲であり、
より好適には約８５重量％〜約９２重量％である。
下記の実施例は、エポキシ樹脂ベースはんだペーストであり、リフローはんだ
付け後に、探針可能で、非粘着性の残留物を与える。
実施例７
探針可能、非粘着性残留物を形成する組成物を、以下に説明する。
〔成分〕 〔重量％〕
ＤＧＥＢＡ樹脂（ＷＰＥ１８０〜１９０） ３．５
ポリアゼライン酸ポリ無水物 ２．４
第１錫オクトエート ０．１
エアープロダクト社、エポジルＬ希釈剤 ６．０
６３Ｓｎ／３７Ｐｂ−３２５メッシュはんだ粉末 ８８．０
はんだ粉末は処方の８８重量％を占め、１２重量％は有機物である。この数値
は、典型的はんだペーストの金属含有パーセンテージである。有機成分は、エポ
キシ調合物であり、硬化時に低架橋密度を与える。
有機ポリマーは、フラクッス剤の機能を有する固体ポリ酸無水物を含む。これ
らは、室温で固体であり、ペーストとしてのレオロジーを与える。好適なポリ無
水物は、ポリアゼライン酸ポリ無水物（ＰＡＰＡ）、ポリアジピン酸ポリ無水物
（ＰＡＤＡ）、とポリセバシン酸ポリ無水物（ＰＳＰＡ）含む。
これを液状樹脂、ビスフェノールＡのグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）とブ
レンドする。当業者が評価するその他の樹脂、例えば、ノボラック樹脂、ビスフ
ェノールＦ樹脂等も使用できるが、しがしながら、好適なエポキシ樹脂の一つで
あるＤＧＥＢＡ樹脂を用いて、容易に低架橋密度が得られることが判った。
触媒／促進剤、第１錫オクトエートはエポキシ／無水物系の硬化に潜在能力を
与える。この触媒は、ポリマーの顕著なゲル化が起きる以前に、リフロー炉中で
はんだ付けできるように、特に選択される。
低分子量、液状の芳香族炭化水素希釈剤、例えばエアープロダクト社から入手
できる、実施例に使用したエポジルＬは、硬化生成物の架橋密度を下げ、またエ
ポキシ樹脂を希釈して高金属含有水準を可能にする。実施例７の調合物の希釈剤
は、探針により貫通可能な残留物を生成するための鍵になる。希釈剤を使用しな
い場合、リフローはんだ付け後の残留物は、硬質であって探針により貫通不能で
ある。希釈剤は溶剤ではない：希釈剤はリフロー炉中で揮発しない。同様な効果
を達成するために、その他の反応性（エポキシ官能基を含有する）または非反応
性希釈剤を用いてもよい。
探針適性の鍵は、低架橋密度の可撓性残留物を作成することである。
促進剤（架橋触媒）として第１錫オクトエートの選定は、６３Ｓｎ／３７Ｐｂ
はんだ又は同様融点の合金に対してリフロー温度プロフィールを採用した時に、
ランプおよびソーク工程でエポキシ樹脂の顕著なゲル化を防止して、はんだ付け
を可能にする。
本発明のはんだペースト、リフローはんだ付け方法、はんだペースト固着剤の
選択とその組成を、ここに記述した特定の実施態様に限定する意図はない。以下
の請求の範囲に主張する発明の範囲と精神から逸脱することなく、種々の変更が
可能であり、例えば、はんだ及びはんだ溶融温度、はんだ溶融条件、寸法、形状
、材質の変更に基づく表面実装リフロープロフィールの変更を含み、なお、これ
に限定するものではない。
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ０８Ｇ 59/68 Ｃ０８Ｇ 59/68
// Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２Ｃ
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，ＳＧ