JP2002113590A - ソルダペ−スト - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等の合金粉末を用
いたソルダペーストは、融点が高いため電子部品を熱損
傷させ、Ｓｎ−Ｂｉ系鉛フリーはんだを用いたソルダペ
ーストは融点は低いが脆性で破壊しやすく、またＳｎ−
Ｚｎ系は融点はあまり高くないが、ボイドやディウエッ
トが大量に発生していた。 【解決手段】本発明は、１０〜４５質量％Ｂｉ、残部Ｓ
ｎの第一はんだ合金粉末を１０〜３０容積％、７〜１１
質量％Ｚｎ，残部Ｓｎの第二はんだ合金粉末を７０〜９
０質量％混合した混合粉とペースト状フラックスを混和
したソルダペーストであり、溶融した後の組成が７〜１
１質量％Ｚｎ、１〜５質量％Ｂｉ、残部Ｓｎとなるよう
に第一はんだ合金粉末と第二はんだ合金粉末を混合して
ある。。
いたソルダペーストは、融点が高いため電子部品を熱損
傷させ、Ｓｎ−Ｂｉ系鉛フリーはんだを用いたソルダペ
ーストは融点は低いが脆性で破壊しやすく、またＳｎ−
Ｚｎ系は融点はあまり高くないが、ボイドやディウエッ
トが大量に発生していた。 【解決手段】本発明は、１０〜４５質量％Ｂｉ、残部Ｓ
ｎの第一はんだ合金粉末を１０〜３０容積％、７〜１１
質量％Ｚｎ，残部Ｓｎの第二はんだ合金粉末を７０〜９
０質量％混合した混合粉とペースト状フラックスを混和
したソルダペーストであり、溶融した後の組成が７〜１
１質量％Ｚｎ、１〜５質量％Ｂｉ、残部Ｓｎとなるよう
に第一はんだ合金粉末と第二はんだ合金粉末を混合して
ある。。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプリント基板と電子
部品のはんだ付けに用いるソルダペ−スト、特にはんだ
合金がSn-Zn-Bi系の鉛フリ−はんだから成るソルダペ−
ストに関する。
部品のはんだ付けに用いるソルダペ−スト、特にはんだ
合金がSn-Zn-Bi系の鉛フリ−はんだから成るソルダペ−
ストに関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器に使用される電子部品は、ディ
スクリ−ト部品と表面実装部品（Surface Mounted De
vice：SMD）がある。
スクリ−ト部品と表面実装部品（Surface Mounted De
vice：SMD）がある。
【０００３】ディスクリ−ト部品は、電子部品本体に長
い線状のリ−ドが設置されたもので、ディスクリ−ト部
品をプリント基板にはんだ付けする場合はフロ−法で行
なう。このフロ−法とは、ディスクリ−ト部品の長い線
状のリ−ドをプリント基板に穿設された孔に表面から挿
入した後、プリント基板の裏面にフラックス塗布、予備
加熱、溶融はんだとの接触、冷却、等の処理を行なって
ディスクリ−ト部品のリ−ドとプリント基板のランドと
をはんだ付けするものである。
い線状のリ−ドが設置されたもので、ディスクリ−ト部
品をプリント基板にはんだ付けする場合はフロ−法で行
なう。このフロ−法とは、ディスクリ−ト部品の長い線
状のリ−ドをプリント基板に穿設された孔に表面から挿
入した後、プリント基板の裏面にフラックス塗布、予備
加熱、溶融はんだとの接触、冷却、等の処理を行なって
ディスクリ−ト部品のリ−ドとプリント基板のランドと
をはんだ付けするものである。
【０００４】抵抗やコンデンサ−のような単一機能のデ
ィスクリ−ト部品は電子部品本体の両側に線状のリ−ド
を設置するため、如何に電子部品本体を小さくしても線
状リ−ドが突出してしまい、全体の大きさを小さくする
には限度があった。またトランジスタ−やPGAのように
多数の線状リ−ドを有するディスクリ−ト部品は、プリ
ント基板の孔に多数の線状リ−ドを完全に挿入すること
が難しく、時折、線状リ−ドが孔からずれてしまって、
線状リ−ドを曲げてしまうことがあった。そこで電子部
品の小型化、線状リ−ドの挿入問題から、近年線状リ−
ドのないSMDが多用されるようになってきた。SMDをフロ
−法ではんだ付けすると、高温となった溶融はんだが直
接SMD全体に触れて熱損傷を起こさせたり、凹凸のある
はんだ付け部にはんだが付着しなかったりするためフロ
−法はSMDのはんだ付けに適していない。
ィスクリ−ト部品は電子部品本体の両側に線状のリ−ド
を設置するため、如何に電子部品本体を小さくしても線
状リ−ドが突出してしまい、全体の大きさを小さくする
には限度があった。またトランジスタ−やPGAのように
多数の線状リ−ドを有するディスクリ−ト部品は、プリ
ント基板の孔に多数の線状リ−ドを完全に挿入すること
が難しく、時折、線状リ−ドが孔からずれてしまって、
線状リ−ドを曲げてしまうことがあった。そこで電子部
品の小型化、線状リ−ドの挿入問題から、近年線状リ−
ドのないSMDが多用されるようになってきた。SMDをフロ
−法ではんだ付けすると、高温となった溶融はんだが直
接SMD全体に触れて熱損傷を起こさせたり、凹凸のある
はんだ付け部にはんだが付着しなかったりするためフロ
−法はSMDのはんだ付けに適していない。
【０００５】SMDは、抵抗やコンデンサ−等の単一機能
の電子部品では、本体の両端に電極が形成されたチップ
部品となっており、またQFPやSOPのようなICパッケ−ジ
の電子部品では本体の両側、或るいは本体の四側に多数
の板状のリ−ドが設置されたものである。このSMDをプ
リント基板にはんだ付けする場合は、リフロ−法で行な
う。このリフロ−法とは、プリント基板のはんだ付け
部、即ちSMDの電極や板状リ−ドと一致する箇所にはん
だ合金粉末とペースト状フラックスからなるソルダペ−
ストを印刷や吐出により塗布し、その後、該プリント基
板をリフロ−炉で加熱してはんだ合金粉末を溶融させる
ことによりプリント基板と表面実装電子部品のはんだ付
けを行なうものである。リフロ−法は、SMD全体が溶融
はんだに触れることがなく、また凹凸に関係なくはんだ
付けができるというフロ−法にない優れた特長がある。
の電子部品では、本体の両端に電極が形成されたチップ
部品となっており、またQFPやSOPのようなICパッケ−ジ
の電子部品では本体の両側、或るいは本体の四側に多数
の板状のリ−ドが設置されたものである。このSMDをプ
リント基板にはんだ付けする場合は、リフロ−法で行な
う。このリフロ−法とは、プリント基板のはんだ付け
部、即ちSMDの電極や板状リ−ドと一致する箇所にはん
だ合金粉末とペースト状フラックスからなるソルダペ−
ストを印刷や吐出により塗布し、その後、該プリント基
板をリフロ−炉で加熱してはんだ合金粉末を溶融させる
ことによりプリント基板と表面実装電子部品のはんだ付
けを行なうものである。リフロ−法は、SMD全体が溶融
はんだに触れることがなく、また凹凸に関係なくはんだ
付けができるというフロ−法にない優れた特長がある。
【０００６】このリフロー法では、加熱時にペースト状
フラックスの突沸を防ぐと同時に、電子部品やプリント
基板への熱影響を少なくするために１００〜１５０℃で
予備加熱を行ない、その後、ソルダペースト中のはんだ
合金粉末を溶融させてはんだ付け部に付着させる本加熱
を行なう。本加熱では最高温度となるピーク温度での加
熱時間をなるべく短くして電子部品への熱影響を少なく
するようにしている。
フラックスの突沸を防ぐと同時に、電子部品やプリント
基板への熱影響を少なくするために１００〜１５０℃で
予備加熱を行ない、その後、ソルダペースト中のはんだ
合金粉末を溶融させてはんだ付け部に付着させる本加熱
を行なう。本加熱では最高温度となるピーク温度での加
熱時間をなるべく短くして電子部品への熱影響を少なく
するようにしている。
【０００７】リフロ−法における加熱温度は、プリント
基板に搭載された電子部品に対する熱影響を少なくする
ため、できるだけ低い本加熱温度で加熱することが推奨
されている。この本加熱温度は、プリント基板の大き
さ、厚さ、電子部品の実装密度等によって適宜調整する
ものであり、当然ソルダペ−ストに用いるはんだ合金粉
末を完全に溶融させるために、はんだ合金粉末の液相線
温度以上となる。従って、ソルダペ−ストに用いるはん
だ合金粉末は、液相線温度がなるべく低い方が本加熱温
度も低くなり、それだけ電子部品に対する熱影響も少な
くできるものである。一般に本加熱温度は、ソルダペ−
ストに用いるはんだ合金粉末はんだの液相線温度＋２０
〜４０℃といわれている。
基板に搭載された電子部品に対する熱影響を少なくする
ため、できるだけ低い本加熱温度で加熱することが推奨
されている。この本加熱温度は、プリント基板の大き
さ、厚さ、電子部品の実装密度等によって適宜調整する
ものであり、当然ソルダペ−ストに用いるはんだ合金粉
末を完全に溶融させるために、はんだ合金粉末の液相線
温度以上となる。従って、ソルダペ−ストに用いるはん
だ合金粉末は、液相線温度がなるべく低い方が本加熱温
度も低くなり、それだけ電子部品に対する熱影響も少な
くできるものである。一般に本加熱温度は、ソルダペ−
ストに用いるはんだ合金粉末はんだの液相線温度＋２０
〜４０℃といわれている。
【０００８】従来のソルダペ−ストに用いられていたは
んだ合金粉末は、Sn−Pb合金であった。Sn−Pbの共晶は
んだは、はんだ付け性に優れ、しかも融点が１８３℃と
低いため、この共晶はんだを用いたソルダペ−ストの本
加熱温度はSMDやプリント基板に対して熱損傷を与えな
い本加熱温度で済むという優れた特長を有しているもの
である。SMDやプリント基板を熱損傷させないために
は、本加熱温度は２３０℃以下とし、ここでの加熱時間
をできるだけ短くすることが好ましい。
んだ合金粉末は、Sn−Pb合金であった。Sn−Pbの共晶は
んだは、はんだ付け性に優れ、しかも融点が１８３℃と
低いため、この共晶はんだを用いたソルダペ−ストの本
加熱温度はSMDやプリント基板に対して熱損傷を与えな
い本加熱温度で済むという優れた特長を有しているもの
である。SMDやプリント基板を熱損傷させないために
は、本加熱温度は２３０℃以下とし、ここでの加熱時間
をできるだけ短くすることが好ましい。
【０００９】ところで電子機器は古くなって使い勝手が
悪くなったり故障して修理が困難となったりしたもの
は、地中に埋め立て処分されていた。この埋め立て処分
された電子機器に硫黄分を多く含んだ酸性雨が接触する
と、酸性雨はSn−Pbはんだから鉛を溶解し、鉛成分を含
んだ水が地中深く浸透して地下水を汚染するようにな
る。この鉛成分を含んだ地下水を長年月にわたって飲料
すると、体内に鉛成分が蓄積され鉛中毒を起こすことが
懸念されている。そこで最近では、鉛を全く含まない鉛
フリ−はんだを使用することが推奨されており、ソルダ
ペ−ストに用いるはんだも鉛フリ−はんだとなってきて
いる。
悪くなったり故障して修理が困難となったりしたもの
は、地中に埋め立て処分されていた。この埋め立て処分
された電子機器に硫黄分を多く含んだ酸性雨が接触する
と、酸性雨はSn−Pbはんだから鉛を溶解し、鉛成分を含
んだ水が地中深く浸透して地下水を汚染するようにな
る。この鉛成分を含んだ地下水を長年月にわたって飲料
すると、体内に鉛成分が蓄積され鉛中毒を起こすことが
懸念されている。そこで最近では、鉛を全く含まない鉛
フリ−はんだを使用することが推奨されており、ソルダ
ペ−ストに用いるはんだも鉛フリ−はんだとなってきて
いる。
【００１０】鉛フリ−はんだは、Snを主成分として、こ
れにAg、Cu、Bi、Sb、Zn等を適宜添加して用途に応じた
特性を出すようになっている。
れにAg、Cu、Bi、Sb、Zn等を適宜添加して用途に応じた
特性を出すようになっている。
【００１１】Sn−Ag系は、Sn−３．５Agの共晶組成の融
点が２２０℃であるため、本加熱温度は２５０℃以上と
なって電子部品を熱損傷させてしまう。このSn−Ag系に
少量のBiやInを添加した場合、固相線温度を下げること
はできるが、液相線温度をあまり下げることはできない
ため、本加熱温度がやはり高くなっていた。またこの組
成の鉛フリ−はんだは、はんだ付け後の表面光沢がなく
商品価値が下がるという問題もあった。
点が２２０℃であるため、本加熱温度は２５０℃以上と
なって電子部品を熱損傷させてしまう。このSn−Ag系に
少量のBiやInを添加した場合、固相線温度を下げること
はできるが、液相線温度をあまり下げることはできない
ため、本加熱温度がやはり高くなっていた。またこの組
成の鉛フリ−はんだは、はんだ付け後の表面光沢がなく
商品価値が下がるという問題もあった。
【００１２】Sn−Cu系は、Sn−０．７Cuの共晶組成の融
点が２２７℃であり、やはり本加熱温度が高くなってリ
フロ−時に電子部品を熱損傷させる。しかも、はんだ付
け性が良好でないという問題があった。Sn−Cu系に少量
のBiやInを添加しても前述Sn−Ag系と同様に液相線温度
を下げることはできない。
点が２２７℃であり、やはり本加熱温度が高くなってリ
フロ−時に電子部品を熱損傷させる。しかも、はんだ付
け性が良好でないという問題があった。Sn−Cu系に少量
のBiやInを添加しても前述Sn−Ag系と同様に液相線温度
を下げることはできない。
【００１３】Sn−Bi系は、Sn−５７Biの共晶組成の融点
が１３９℃という低い温度であり、本加熱温度が従来の
Sn−Pb共晶はんだよりもさらに低い温度であるため、リ
フロ−時の電子部品への熱損傷の心配は全くない。しか
しながら、かかる組成の鉛フリ−はんだは、Biが大量に
含有されているため非常に脆い性質を有しており、はん
だ付け後、はんだ付け部に多少の衝撃が加わっただけで
容易に剥離するという問題があった。
が１３９℃という低い温度であり、本加熱温度が従来の
Sn−Pb共晶はんだよりもさらに低い温度であるため、リ
フロ−時の電子部品への熱損傷の心配は全くない。しか
しながら、かかる組成の鉛フリ−はんだは、Biが大量に
含有されているため非常に脆い性質を有しており、はん
だ付け後、はんだ付け部に多少の衝撃が加わっただけで
容易に剥離するという問題があった。
【００１４】Sn−９Znの共晶組成は融点が１９９℃であ
り、本加熱温度が２３０℃以下で行なえるため、リフロ
−時の熱損傷は少ない。またこのSn−Zn系に用いるZnは
人体に対して無害な金属であるばかりでなく、大量に産
出されるため、価格も非常に安価である。従って、Sn−
Zn系鉛フリ−はんだは、他の鉛フリ−はんだに比べて安
全性、経済性の面で非常に優れているものである。
り、本加熱温度が２３０℃以下で行なえるため、リフロ
−時の熱損傷は少ない。またこのSn−Zn系に用いるZnは
人体に対して無害な金属であるばかりでなく、大量に産
出されるため、価格も非常に安価である。従って、Sn−
Zn系鉛フリ−はんだは、他の鉛フリ−はんだに比べて安
全性、経済性の面で非常に優れているものである。
【００１５】
【発明を解決するための手段】このSn−９Znはんだ合金
の粉末をソルダペ−ストに使用した場合、本加熱温度は
２３０℃以下で行なえることから、Sn−Bi系以外の他の
鉛フリ−はんだよりも本加熱温度を低くすることができ
る。しかしながら、かかるソルダペ−ストは、プリント
基板のはんだ付け部周辺が融点の１９９℃以上になった
からといっても、直ぐに溶融するわけではなく、しばら
く時間が経過してから溶融するようになる。これは前述
のようにプリント基板は大きさ、厚さ、電子部品の実装
密度等により部分的に温度差が生じているからである。
つまりSn−９Znはんだ合金粉末を用いたソルダペ−スト
では、本加熱温度が液相線温度よりも約３０℃高い２３
０℃になってもプリント基板全体がはんだの融点（１９
９℃）以上になっていないことがあるため、ソルダペ−
ストは直ぐに溶融しない。そして２３０℃の温度で少し
長い時間をかけているうちにプリント基板全体が１９９
℃以上になるため、そこではじめて合金粉末が溶け始め
る。本加熱温度としては比較的低い温度とされている２
３０℃であっても、加熱時間が長引くと電子部品への熱
影響出てしまうものである。
の粉末をソルダペ−ストに使用した場合、本加熱温度は
２３０℃以下で行なえることから、Sn−Bi系以外の他の
鉛フリ−はんだよりも本加熱温度を低くすることができ
る。しかしながら、かかるソルダペ−ストは、プリント
基板のはんだ付け部周辺が融点の１９９℃以上になった
からといっても、直ぐに溶融するわけではなく、しばら
く時間が経過してから溶融するようになる。これは前述
のようにプリント基板は大きさ、厚さ、電子部品の実装
密度等により部分的に温度差が生じているからである。
つまりSn−９Znはんだ合金粉末を用いたソルダペ−スト
では、本加熱温度が液相線温度よりも約３０℃高い２３
０℃になってもプリント基板全体がはんだの融点（１９
９℃）以上になっていないことがあるため、ソルダペ−
ストは直ぐに溶融しない。そして２３０℃の温度で少し
長い時間をかけているうちにプリント基板全体が１９９
℃以上になるため、そこではじめて合金粉末が溶け始め
る。本加熱温度としては比較的低い温度とされている２
３０℃であっても、加熱時間が長引くと電子部品への熱
影響出てしまうものである。
【００１６】またSn−9Znは、はんだ付け性が悪く、は
んだ付け部にボイドやディウエットを大量に発生させる
という問題もあった。ここでいうところのボイドとは、
はんだ付け部（母材）の表面にはんだに隠れた状態で発
生する気泡状の空隙である。はんだ付け部に、このボイ
ドが大量に発生すると、はんだと母材間の接着面積が小
さくなるため接着強度が弱くなって、はんだ付け後、電
子部品に少しの力がかかっただけで、容易に剥離してし
まうようになる。
んだ付け部にボイドやディウエットを大量に発生させる
という問題もあった。ここでいうところのボイドとは、
はんだ付け部（母材）の表面にはんだに隠れた状態で発
生する気泡状の空隙である。はんだ付け部に、このボイ
ドが大量に発生すると、はんだと母材間の接着面積が小
さくなるため接着強度が弱くなって、はんだ付け後、電
子部品に少しの力がかかっただけで、容易に剥離してし
まうようになる。
【００１７】またディウエットとは、溶融はんだがはん
だ付け部全体に完全に濡れ広がらないことである。つま
りソルダペ−ストの溶融時に溶融したはんだは、一度
は、はんだ付け部に濡れるが、部分的に溶融はんだをは
じいてしまい、単にメッキされたような状態ではんだが
ほとんど付着しなくなる。これがディウエットである。
このディウエットも、はんだと母材間の接着面積が小さ
くなるため、接着強度が弱くなってしまうものである。
だ付け部全体に完全に濡れ広がらないことである。つま
りソルダペ−ストの溶融時に溶融したはんだは、一度
は、はんだ付け部に濡れるが、部分的に溶融はんだをは
じいてしまい、単にメッキされたような状態ではんだが
ほとんど付着しなくなる。これがディウエットである。
このディウエットも、はんだと母材間の接着面積が小さ
くなるため、接着強度が弱くなってしまうものである。
【００１８】本発明者らは、温度的、経済的に優れてい
るが、リフロ−時間が長くなって電子部品に熱影響を与
えたり、ボイドやディウエットが大量に発生したりする
というＳｎ−９Ｚｎはんだ合金粉末のソルダペ−ストの
問題点を解決すべく検討を行なった。その結果、リフロ
−時間は液相線が同一温度の合金であっても固相線温度
の低い合金の方が短い加熱時間ではんだ合金粉末を完全
に溶融させることが分かった。
るが、リフロ−時間が長くなって電子部品に熱影響を与
えたり、ボイドやディウエットが大量に発生したりする
というＳｎ−９Ｚｎはんだ合金粉末のソルダペ−ストの
問題点を解決すべく検討を行なった。その結果、リフロ
−時間は液相線が同一温度の合金であっても固相線温度
の低い合金の方が短い加熱時間ではんだ合金粉末を完全
に溶融させることが分かった。
【００１９】Sn−９Znはんだ合金の固相線温度を下げる
ためには、溶融温度を下げる効果のあるInやBiをSn−Zn
系合金に添加することが考えられる。このうちInは枯渇
する金属であるため非常に高価であるばかりでなく、ソ
ルダペ−ストの合金粉末としてInが含まれていると、フ
ラックスとの反応が激しくなって、ソルダペ−ストの粘
度を短時間で急増させてしまう。粘度の増加したソルダ
ペ−ストは、マスクを用いての印刷塗布や細い針先から
吐出させるディスペンサ−での塗布ができなくなってし
まうものである。
ためには、溶融温度を下げる効果のあるInやBiをSn−Zn
系合金に添加することが考えられる。このうちInは枯渇
する金属であるため非常に高価であるばかりでなく、ソ
ルダペ−ストの合金粉末としてInが含まれていると、フ
ラックスとの反応が激しくなって、ソルダペ−ストの粘
度を短時間で急増させてしまう。粘度の増加したソルダ
ペ−ストは、マスクを用いての印刷塗布や細い針先から
吐出させるディスペンサ−での塗布ができなくなってし
まうものである。
【００２０】BiはInほど高価でなく、またソルダペ−ス
トの合金粉末中に含まれていてもフラックスとの反応が
少ないというソルダペ−ストには問題のない金属であ
る。Sn−Znの共晶近辺の合金にBiを添加すると、固相線
温度を下げることができる。Biは大量に添加すると、脆
性が現れ、はんだ付け後、はんだ付け部に加わった衝撃
や振動で簡単に剥離してしまう。そのためSn−Zn共晶近
辺の合金に添加するBiの添加量は１〜５質量％が適当で
ある。Sn−Zn共晶近辺の合金へのBiの添加量が１質量％
よりも少ないと、固相線温度を下げる効果が現れず、し
かるに５質量％を超えて添加すると脆性が現れて、はん
だ付け部の機械的強度が弱くなってしまう。
トの合金粉末中に含まれていてもフラックスとの反応が
少ないというソルダペ−ストには問題のない金属であ
る。Sn−Znの共晶近辺の合金にBiを添加すると、固相線
温度を下げることができる。Biは大量に添加すると、脆
性が現れ、はんだ付け後、はんだ付け部に加わった衝撃
や振動で簡単に剥離してしまう。そのためSn−Zn共晶近
辺の合金に添加するBiの添加量は１〜５質量％が適当で
ある。Sn−Zn共晶近辺の合金へのBiの添加量が１質量％
よりも少ないと、固相線温度を下げる効果が現れず、し
かるに５質量％を超えて添加すると脆性が現れて、はん
だ付け部の機械的強度が弱くなってしまう。
【００２１】本発明では、本加熱温度をなるべく低い温
度とするため、液相線温度をSn−Zn共晶の１９９℃より
も少し高い温度である２０５℃までとした。ここでの液
相線温度とは、示差熱分析（DSC）のピ−ク温度であ
る。液相線温度を２０５℃以下にするためには、Znの添
加量は７〜１１質量％にしなければならない。Znの添加
量が７質量％より少なかったり、１１質量％よりも多く
なったりすると、液相線温度が２１０℃以上になって、
本加熱温度も高くせざるを得ず、電子部品を熱損傷させ
てしまうことになる。
度とするため、液相線温度をSn−Zn共晶の１９９℃より
も少し高い温度である２０５℃までとした。ここでの液
相線温度とは、示差熱分析（DSC）のピ−ク温度であ
る。液相線温度を２０５℃以下にするためには、Znの添
加量は７〜１１質量％にしなければならない。Znの添加
量が７質量％より少なかったり、１１質量％よりも多く
なったりすると、液相線温度が２１０℃以上になって、
本加熱温度も高くせざるを得ず、電子部品を熱損傷させ
てしまうことになる。
【００２２】７〜１１Zn、１〜５Bi、残部Snの組成の鉛
フリ−はんだ、例えばSn−８Zn−３Biは固相線温度が１
９０℃、液相線温度が１９６℃であり、固相線温度と液
相線温度の温度差が６℃である。このはんだ合金粉末を
用いたソルダペ−ストは、リフロ−時、プリント基板が
固相線温度の１９０℃になると熱容量の小さい部分では
溶融が始まり、液相線温度の１９６℃を超えて本加熱温
度、例えば２３０℃に到達するころには熱容量の大きい
部分も溶融するため、ソルダペ−ストの未溶融はなくな
る。つまりSn−Zn系の合金にBiを少量添加した合金は、
固相線温度が下がるため、リフロ−時には短時間で未溶
融がなくなるという特長を有したものである。
フリ−はんだ、例えばSn−８Zn−３Biは固相線温度が１
９０℃、液相線温度が１９６℃であり、固相線温度と液
相線温度の温度差が６℃である。このはんだ合金粉末を
用いたソルダペ−ストは、リフロ−時、プリント基板が
固相線温度の１９０℃になると熱容量の小さい部分では
溶融が始まり、液相線温度の１９６℃を超えて本加熱温
度、例えば２３０℃に到達するころには熱容量の大きい
部分も溶融するため、ソルダペ−ストの未溶融はなくな
る。つまりSn−Zn系の合金にBiを少量添加した合金は、
固相線温度が下がるため、リフロ−時には短時間で未溶
融がなくなるという特長を有したものである。
【００２３】このように７〜１１質量％Zn、１〜５質量
％Bi、残部Snからなるはんだ合金粉末を用いたソルダペ
−ストは、短時間で未溶融がなくなるという効果がある
が、Sn−９Znはんだ合金粉末のソルダペーストと同様、
はんだ付け部にボイドやディウエットが多量に発生する
という問題は残っている。
％Bi、残部Snからなるはんだ合金粉末を用いたソルダペ
−ストは、短時間で未溶融がなくなるという効果がある
が、Sn−９Znはんだ合金粉末のソルダペーストと同様、
はんだ付け部にボイドやディウエットが多量に発生する
という問題は残っている。
【００２４】本発明は、リフロ−時にソルダペ−ストの
未溶融がなく、しかもボイドやディウエットの発生がき
わめて少ないというソルダペ−ストを提供することにあ
る。
未溶融がなく、しかもボイドやディウエットの発生がき
わめて少ないというソルダペ−ストを提供することにあ
る。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ボイドや
ディウエットが発生する原因について鋭意研究を行なっ
た結果、次のような現象で発生することが判明した。例
えばSn−８Zn−３Biを用いたソルダペ−ストのリフロー
法におけるボイドの発生のメカニズムは、先ず１００〜
１５０℃の予備加熱時にはんだ合金粉末の固相線温度よ
りも低い軟化点のフラックスが液化する。液化したフラ
ックスは合金粉末の粒子間に留まっている。そして加熱
温度がさらに高まると液状フラックスは気化してガスと
なり、合金粉末は固相線温度の１９０℃を超えると溶け
始める。このとき合金粉末は全体が溶け始めるため、フ
ラックスのガスは合金粉末の粒子間に留まり、それがボ
イドとなってしまうものである。
ディウエットが発生する原因について鋭意研究を行なっ
た結果、次のような現象で発生することが判明した。例
えばSn−８Zn−３Biを用いたソルダペ−ストのリフロー
法におけるボイドの発生のメカニズムは、先ず１００〜
１５０℃の予備加熱時にはんだ合金粉末の固相線温度よ
りも低い軟化点のフラックスが液化する。液化したフラ
ックスは合金粉末の粒子間に留まっている。そして加熱
温度がさらに高まると液状フラックスは気化してガスと
なり、合金粉末は固相線温度の１９０℃を超えると溶け
始める。このとき合金粉末は全体が溶け始めるため、フ
ラックスのガスは合金粉末の粒子間に留まり、それがボ
イドとなってしまうものである。
【００２６】またこのSn−８Zn−３Bi合金の粉末を用い
たソルダペ−ストにおけるディウエットの発生のメカニ
ズムは、Sn−８Zn−３Bi合金自体の濡れ性が悪いため、
ソルダペ−ストのはんだ合金粉末が溶融しても広がら
ず、凝縮した状態のディウエットとなってしまうもので
ある。
たソルダペ−ストにおけるディウエットの発生のメカニ
ズムは、Sn−８Zn−３Bi合金自体の濡れ性が悪いため、
ソルダペ−ストのはんだ合金粉末が溶融しても広がら
ず、凝縮した状態のディウエットとなってしまうもので
ある。
【００２７】本発明者らは、Sn−Zn−Bi系鉛フリ−はん
だのソルダペ−ストにおいてボイドやディウエットを発
生させない手段について検討を重ねた結果、固相線温度
と組成が異なる二種のはんだ合金粉末を混合するととも
に、該二種のはんだ合金粉末を一定割合で混合するとボ
イドやディウエットが発生しないことを見い出し、本発
明を完成させた。
だのソルダペ−ストにおいてボイドやディウエットを発
生させない手段について検討を重ねた結果、固相線温度
と組成が異なる二種のはんだ合金粉末を混合するととも
に、該二種のはんだ合金粉末を一定割合で混合するとボ
イドやディウエットが発生しないことを見い出し、本発
明を完成させた。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明は、第一はんだ合金粉末は
１０〜４５質量％Bi、残部Snからなる合金の粉末であ
り、第二はんだ合金粉末は９〜１５質量％Zn、残部Snか
らなる合金の粉末であって、１０〜３０容積％の第一は
んだ合金粉末と７０〜９０容積％の第二はんだ合金粉末
を均一に混合した混合粉の溶融後の組成が７〜１１質量
％Zn、１〜５質量％Bi、残部Snとなるように第一はんだ
合金粉末と第二混合粉末を混合した混合粉がフラックス
と混和されていることを特徴とするソルダペ−ストであ
る。
１０〜４５質量％Bi、残部Snからなる合金の粉末であ
り、第二はんだ合金粉末は９〜１５質量％Zn、残部Snか
らなる合金の粉末であって、１０〜３０容積％の第一は
んだ合金粉末と７０〜９０容積％の第二はんだ合金粉末
を均一に混合した混合粉の溶融後の組成が７〜１１質量
％Zn、１〜５質量％Bi、残部Snとなるように第一はんだ
合金粉末と第二混合粉末を混合した混合粉がフラックス
と混和されていることを特徴とするソルダペ−ストであ
る。
【００２９】本発明は、組成の異なる第一はんだ合金粉
末と第二はんだ合金粉末を用い、これら二種のはんだ合
金粉末を混合した混合粉とフラックスとを混和したソル
ダペ−ストである。第一はんだ合金粉末は、濡れ性が良
好なSn−Bi合金の粉末であり、第二はんだ合金粉末は濡
れ性が乏しいSn−Zn合金の粉末である。
末と第二はんだ合金粉末を用い、これら二種のはんだ合
金粉末を混合した混合粉とフラックスとを混和したソル
ダペ−ストである。第一はんだ合金粉末は、濡れ性が良
好なSn−Bi合金の粉末であり、第二はんだ合金粉末は濡
れ性が乏しいSn−Zn合金の粉末である。
【００３０】第一はんだ合金粉末の組成は１０〜４５質
量％Bi、残部Snである。第一はんだ合金粉末は、共晶組
成でなく固相線と液相線の温度差が２５℃以上となる組
成でなければならない。つまり第一はんだ合金粉末は、
固相線温度が１３９℃であり、液相線温度は１６９℃以
上のものである。このように固相線温度と液相線温度の
差を２５℃以上としたのは、リフロ−時、第二はんだ合
金粉末よりも固相線温度の低い第一はんだ合金粉末が先
に溶けるが、このとき溶け始めから完全に溶け終わるま
での半溶融状態の時間が長いと、予備加熱で液化したフ
ラックスを粘度の高い半溶融状態のはんだが時間をかけ
て徐々にはんだの外に追い出すことができるからであ
る。しかしながら、この第一はんだ合金粉末は、固相線
温度と液相線温度があまり離れていないと、半溶融状態
の時間が短くなるため、液化したフラックスを完全に外
に追い出すことができなくなる。
量％Bi、残部Snである。第一はんだ合金粉末は、共晶組
成でなく固相線と液相線の温度差が２５℃以上となる組
成でなければならない。つまり第一はんだ合金粉末は、
固相線温度が１３９℃であり、液相線温度は１６９℃以
上のものである。このように固相線温度と液相線温度の
差を２５℃以上としたのは、リフロ−時、第二はんだ合
金粉末よりも固相線温度の低い第一はんだ合金粉末が先
に溶けるが、このとき溶け始めから完全に溶け終わるま
での半溶融状態の時間が長いと、予備加熱で液化したフ
ラックスを粘度の高い半溶融状態のはんだが時間をかけ
て徐々にはんだの外に追い出すことができるからであ
る。しかしながら、この第一はんだ合金粉末は、固相線
温度と液相線温度があまり離れていないと、半溶融状態
の時間が短くなるため、液化したフラックスを完全に外
に追い出すことができなくなる。
【００３１】第二はんだ合金粉末の組成は７〜１１Zn、
残部Snである。第二はんだ合金粉末は、固相線温度が１
９９℃であり、前述第一はんだ合金粉末の固相線温度の
１３９℃よりも６０℃高くなっている。第一はんだ合金
粉末の固相線温度と第二はんだ合金粉末の固相線温度の
差が大きいと濡れ性の良好な第一はんだ合金粉末が濡れ
性に劣る第二はんだ合金粉末よりも先に溶融すること
で、はんだ付け部に第一はんだ合金のメッキを形成す
る。
残部Snである。第二はんだ合金粉末は、固相線温度が１
９９℃であり、前述第一はんだ合金粉末の固相線温度の
１３９℃よりも６０℃高くなっている。第一はんだ合金
粉末の固相線温度と第二はんだ合金粉末の固相線温度の
差が大きいと濡れ性の良好な第一はんだ合金粉末が濡れ
性に劣る第二はんだ合金粉末よりも先に溶融すること
で、はんだ付け部に第一はんだ合金のメッキを形成す
る。
【００３２】本発明では、第一はんだ合金粉末と第二は
んだ合金粉末の混合割合を第一はんだ合金粉末が１０〜
３０容積％、第二はんだ合金粉末が７０〜９０容積％に
してある。このような容積割合にした理由は合金粉末に
は空隙があり、該空隙の容積が１０〜３０容積％であ
り、固相線温度の低い第一はんだ合金粉末が先に溶融し
たときに、空隙間に存在している液状フラックスを追い
出して第二はんだ合金粉末間に溶融した第一合金が充填
できるようにするためである。このとき、第一はんだ合
金粉末の量が１０容積％よりも少ないと第二はんだ合金
粉末間を完全に充填することができなくなってボイドが
発生してしまう。しかるに第一はんだ合金粉末が３０容
積％よりも多いとリフロー時ソルダペーストの印刷塗布
部よりも広がると言うダレを起こしたり、微小はんだボ
ールを発生させたりする。
んだ合金粉末の混合割合を第一はんだ合金粉末が１０〜
３０容積％、第二はんだ合金粉末が７０〜９０容積％に
してある。このような容積割合にした理由は合金粉末に
は空隙があり、該空隙の容積が１０〜３０容積％であ
り、固相線温度の低い第一はんだ合金粉末が先に溶融し
たときに、空隙間に存在している液状フラックスを追い
出して第二はんだ合金粉末間に溶融した第一合金が充填
できるようにするためである。このとき、第一はんだ合
金粉末の量が１０容積％よりも少ないと第二はんだ合金
粉末間を完全に充填することができなくなってボイドが
発生してしまう。しかるに第一はんだ合金粉末が３０容
積％よりも多いとリフロー時ソルダペーストの印刷塗布
部よりも広がると言うダレを起こしたり、微小はんだボ
ールを発生させたりする。
【００３３】
【実施例】 (実施例１) 第一はんだ合金粉末：Sn‐１５Bi合金粉末 ２０容積％ 第二はんだ合金粉末：Sn‐１０Zn合金粉末 ８０容積％ (第一はんだ合金粉末と第二はんだ合金粉末の溶融後の組成：Sn-8Zn-3Bi) 第一はんだ合金粉末と第二はんだ合金粉末の混合粉末：９００ｇ 樹脂系ペースト状フラックス ：１００ｇ
【００３４】 （実施例２） 第一はんだ合金粉末：Sn‐２０Bi合金粉末 １５容積％ 第二はんだ合金粉末：Sn‐１０Zn合金粉末 １０容積％ (第一はんだ合金粉末と第二はんだ合金粉末の溶融後の組成：Sn-８Zn-３Bi) 第一はんだ合金粉末と第二はんだ合金粉末の混合粉末：９００ｇ 樹脂系ペースト状フラックス ：１００ｇ
【００３５】 (比較例１) Sn−8Zn−3Bi合金粉末 ：９００ｇ 樹脂系ペース状フラックス：１００ｇ
【００３６】 (比較例２) 第一はんだ合金粉末：Sn−５７Bi合金粉末 ３００ｇ 第二はんだ合金粉末：Sn‐ ９Zn合金粉末 ７００ｇ （第一はんだ合金粉末と第二はんだ合金粉末の溶融後の組成：Sn-6.2Zn-17.1Bi ） 第一はんだ合金粉末と第二はんだ合金粉末の混合粉末：９００ｇ 樹脂系ペースト状フラックス ：１００ｇ
【００３７】上記実施例と比較例のソルダペーストをリ
フロー法によりSMDとプリント基板のはんだ付けを行な
った。本加熱温度は２３０℃、本加熱時間（ピーク温度
の加熱時間）は２０〜６０秒である。その結果、実施例
のソルダペーストではんだ付けしたはんだ付け部にはボ
イドやディウエットの発生がきわめて少なく、またソル
ダペーストを印刷塗布したはんだ付け部全域にはんだが
均一に付着していた。一方、比較例１のソルダペースト
はボイドやディウエットが大量に発生しており、また比
較例２のソルダペーストはディウエットは少ないがボイ
ドが大量に発生していた。
フロー法によりSMDとプリント基板のはんだ付けを行な
った。本加熱温度は２３０℃、本加熱時間（ピーク温度
の加熱時間）は２０〜６０秒である。その結果、実施例
のソルダペーストではんだ付けしたはんだ付け部にはボ
イドやディウエットの発生がきわめて少なく、またソル
ダペーストを印刷塗布したはんだ付け部全域にはんだが
均一に付着していた。一方、比較例１のソルダペースト
はボイドやディウエットが大量に発生しており、また比
較例２のソルダペーストはディウエットは少ないがボイ
ドが大量に発生していた。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のソルダペ
ーストは、リフロー時の本加熱温度を低くして電子部品
への熱影響を少なくできるばかりでなく、ピーク時間を
短くしても、はんだ合金粉末の未溶融がないため接着不
良が少なく、またはんだ付け部にボイドやディウエット
等、接着強度を弱める欠陥がきわめて少ないため、信頼
性のあるはんだ付け部が得られるという従来の鉛フリー
はんだを用いたソルダペーストにはない優れた効果を奏
するものである。
ーストは、リフロー時の本加熱温度を低くして電子部品
への熱影響を少なくできるばかりでなく、ピーク時間を
短くしても、はんだ合金粉末の未溶融がないため接着不
良が少なく、またはんだ付け部にボイドやディウエット
等、接着強度を弱める欠陥がきわめて少ないため、信頼
性のあるはんだ付け部が得られるという従来の鉛フリー
はんだを用いたソルダペーストにはない優れた効果を奏
するものである。
Claims (1)
- 【請求項1】第一はんだ合金粉末は１０〜４５質量％B
i、残部Snからなる合金の粉末であり、第二はんだ合金
粉末は９〜１５質量％Zn、残部Snからなる合金の粉末で
あって、１０〜３０容積％の第一はんだ合金粉末と７０
〜９０容積％の第二はんだ合金粉末を均一に混合した混
合粉の溶融後の組成が７〜１１質量％Zn、１〜５質量％
Bi、残部Snとなるように第一はんだ合金粉末と第二混合
粉末を混合した混合粉とフラックスとが混和されている
ことを特徴とするソルダペ−スト。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000306006A JP4438974B2 (ja) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | ソルダペ−スト |
| US09/970,036 US6391123B1 (en) | 2000-10-05 | 2001-10-04 | Solder paste |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000306006A JP4438974B2 (ja) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | ソルダペ−スト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002113590A true JP2002113590A (ja) | 2002-04-16 |
| JP4438974B2 JP4438974B2 (ja) | 2010-03-24 |
Family
ID=18786766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000306006A Expired - Lifetime JP4438974B2 (ja) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | ソルダペ−スト |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6391123B1 (ja) |
| JP (1) | JP4438974B2 (ja) |
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| CN1445049A (zh) * | 2002-03-19 | 2003-10-01 | 日本胜利株式会社 | 焊锡膏、焊接成品及焊接方法 |
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