JP2002120090A - クリームはんだ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プリヒート段階でのはんだの浸食を効果的に防
ぎ、はんだ付け不良を発生させないクリームはんだを提
供する。 【構成】樹脂分を含むフラックスにＳｎ含有はんだ粉末
を含有させてなるクリームはんだにおいて、前記フラッ
クス中の樹脂分がロジンとジカルボン酸とからなり、且
つ該ロジンとジカルボン酸とを含むフラックスは、はん
だのプリヒート段階では、はんだ表面の酸化錫を溶解し
ないが、本加熱の段階で溶解するものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子産業のプリント
基板等のはんだ付けに使用されるクリ−ムハンダに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】クリームはんだは、高粘度の樹脂系フラ
ックスに粉末はんだを混練したものであり、従来からプ
リント配線基板のはんだ付等に多用されている。

【０００３】即ち、一般的には、プリント配線板に印刷
若しくはディスペンサーでクリームはんだを塗布し、そ
の上に各種電子部品を搭載した後に、赤外線若しくは温
風等の加熱手段を持つリフロー炉によって加熱し、溶融
したはんだによって基板に接合するリフローはんだ付法
に使用されている。

【０００４】上記リフロー炉の加熱過程は、溶剤を揮散
させるプリヒート段階とはんだを溶融する本加熱の二段
階で行われている。このプリヒート段階は、一般的に
は、１５０℃で９０ないし１２０秒間程度行われ、本加
熱は、プリヒート終了温度から３０〜１００秒位で、ピ
ーク温度２２０〜２３０℃に上昇させることにより行っ
ている。

【０００５】上記プリヒート段階で、フラックス中のロ
ジン、アミンのハロゲン塩、有機酸等の活性成分が、は
んだ粉末の表面の酸化物、さらには金属を溶解する。そ
の際、はんだ合金中の錫等の特定金属を選択的に溶解す
るため、表面付近の合金組成が内部の共晶付近の合金組
成と異なり共晶付近からずれるので、高融点に調製され
る。このように表面付近の融点が上昇するため、本加熱
でボールの発生、未溶解等の濡れ不良、更にははんだ付
け不良を発生させる原因となっている。

【０００６】上記活性剤による酸化物の溶解機構は、活
性剤が有機酸の場合は、以下の通りである。尚、その後
の金属が、フラックス中に溶けるメカニズムは、十分解
明されていない。 ＨＯＯＣ―Ｒ−ＣＯＯＨ + ＳｎＯ →Ｒ−（ＣＯＯ^-）
_２Ｓｎ^２+ + Ｈ_２Ｏ

【０００７】本加熱でプリヒート過程の浸食によるはん
だ付け不良の生じる原因は、はんだ表面の融点が高くな
っているため、溶解しずらくなることと、プリヒート段
階で活性剤（アミンのハロゲン塩、有機酸）が消費され
てしまうため、本加熱ではんだが溶解したときに、フラ
ックスがはんだとフラックスとの界面張力を下げる効果
が少なくなるからと考えられる。

【０００８】はんだボールの発生及び未溶解等の生じる
原因は、はんだ粒子が小さい（通常は２５〜４５ミクロ
ン程度）ため、粒子内部が溶解しても表面が高融点とな
っているので粒子が割れないからと考えられる。はんだ
粒子が割れないと、はんだ粒子が溶解せず、一体の溶液
にならないからである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するため、従来は、活性剤として使用されている有機
酸、アミンのハロゲン塩、有機ハロゲン等の選択によっ
て上記欠点を解消しようとする試みがなされている。し
かしながら、Ｓｎ含有はんだ、特にＳｎＺｎのように薬
剤に容易に浸食されるはんだを用いたはんだペーストで
は、活性剤の選択だけでは、プリヒート段階でのはんだ
の浸食を防ぐことができなかった。

【００１０】そればかりか、ロジン単体では残さ割れが
生じるので、通常は可塑剤を添加するが、可塑剤を添加
すると、ぬれ性が低下するため、はんだ付け性が不十分
となる問題があった。

【００１１】この発明のうち、請求項１記載の発明は、
プリヒート段階でのはんだの浸食を効果的に防ぎ、はん
だ付け不良を発生させないクリームはんだを提供するこ
とを目的とする。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明の目的に加えて、可塑剤添加に伴うはんだ付性
不十分となる問題を解消したクリームはんだを提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記請求項１に記載の目
的を達成するため、本発明者等は、活性剤、チクソ剤及
び有機溶剤の広範な材料について鋭意検討したが、満足
な結果は得られなかった。しかしながら、更に鋭意研究
の結果、フラックス中の樹脂分を、ロジンとジカルボン
酸とからなり、且つ該ロジンとジカルボン酸とを含むフ
ラックスは、はんだのプリヒート段階では、はんだ表面
の酸化錫を溶解しないが、本加熱の段階で溶解するもの
とすることによって、本加熱でのボールの発生及び未溶
解等による濡れ不良を回避し得ることを見出し、本発明
に到達した。しかして、従来、はんだのプリヒート段階
では、はんだ表面の酸化錫を溶解しないが、本加熱の段
階で溶解するものとしたクリームはんだは、市販されて
いないし、このような発想も知られていない。

【００１４】即ち、本発明のうち請求項１記載の発明
は、樹脂分を含むフラックスにＳｎ含有はんだ粉末を含
有させてなるクリームはんだにおいて、フラックス中の
樹脂分がロジンとジカルボン酸とからなり、且つ該ロジ
ンとジカルボン酸とを含むフラックスは、はんだのプリ
ヒート段階では、はんだ表面の酸化錫を溶解しないが、
本加熱の段階で溶解することを特徴とする。

【００１５】上記ジカルボン酸を、可塑剤の作用をする
ジカルボン酸とすれば、前記請求項２に記載の発明の目
的が達成される。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に使用するＳｎ含有はんだ
粉末としては、ＳｎＰｂはんだ粉末でも良いが、特にＳ
ｎＺｎはんだは、極端に浸食されやすいため、本発明の
クリームはんだとして効果的である。

【００１７】ＳｎＰｂはんだの場合は、従来、活性剤を
選択して浸食され難くしていたが、ロジンのような樹脂
分は活性力が弱いので、これを選択して浸食され難くす
ることは行われていなかった。しかしながら、ＳｎＺｎ
はんだは、極端に浸食され易いことと、ロジンのような
樹脂分を多量に使用するので、この樹脂分の選択によっ
て、プリヒート段階で浸食され難くすることに成功した
ものである。

【００１８】プリヒート段階の温度は、１４５〜１６５
℃、好ましく１５０〜１６０℃である。また、本加熱
は、プリヒート温度からピーク温度２２０〜２３０℃に
上昇させることにより行っている。

【００１９】プリヒート段階の加熱時間は、９０ないし
１２０秒間程度、本加熱は、プリヒート温度からピーク
温度に上昇させる迄の時間として、好ましくは３０〜１
００秒間位である。

【００２０】本発明に使用するフラックス中の樹脂分
は、ロジンとジカルボン酸とからなり、該ロジンとジカ
ルボン酸を含むフラックスは、はんだのプリヒート段階
では、はんだ表面の酸化錫を溶解しないが、本加熱の段
階で溶解するものである。

【００２１】このようなフラックスとするには、ロジン
とジカルボン酸とは、いずれも１６０℃未満では、酸化
錫を溶解しないが１６０℃以上からはんだ付けピーク温
度の間で溶解するものとし、活性剤として、はんだを浸
食させ難い活性剤を選択すれば良い。尚、ロジンとジカ
ルボン酸との混合物が、１６０℃未満では、酸化錫を溶
解しないが１６０℃以上で溶解するものを選択しても良
い。また、活性剤は、通常は少量使用するので、ロジン
とジカルボン酸との混合物として、１６０℃未満では、
酸化錫を溶解させないものとすれば、フラックスも１６
０℃未満では、酸化錫を溶解させないものとなる。

【００２２】本発明に使用するロジンとしては、水素添
加したロジン又は水素添加したロジンのカルボキシル基
の一部をエチレングリコール、テトラヒドロオキシメチ
ルメタン等の多価アルコールでエステル化したロジンが
挙げられる。これらロジンは、単独で、１６０℃未満で
は、酸化錫を溶解しない。この場合、カルボキシル基の
全てをエステル化したものは、酸化錫の溶解力がないの
で、本発明に使用するには不適当である。

【００２３】ジカルボン酸は、一般に分子量が小さい
程、酸化錫の溶解温度は低い。従って、分子量の大きな
ジカルボン酸が良く、具体的には不飽和脂肪酸の二量体
又は該化合物に水素添加した化合物が、酸化錫の溶解温
度が１６０℃以上であり、且つ可塑剤の役割をすると共
に、前記水素添加したロジン或いはロジンの一部を多価
アルコールでエステル化したロジンとの混合物が酸化錫
の溶解温度が１６０℃以上となることから好ましい。こ
のようなジカルボン酸の具体例としては、次の

【化１】で表される化合物及び

【化２】で表される通常ダイマー酸と呼ばれる化合物が
挙げられる。

【００２４】

【化１】

【化２】

【００２５】本発明のフラックス中の樹脂分（ロジンと
ジカルボン酸）は、４０〜７０重量％、好ましくは５０
〜６０重量％であり、ジカルボン酸は、好ましくは２〜
２５重量％であるので、ロジンは好ましくは２５〜５８
重量％である。ジカルボン酸の添加量が、２重量％未満
では、濡れ性を改善する効果が不十分となり、２５重量
％を越えると、残査の粘着性が増加する。

【００２６】本発明のフラックスには、樹脂分の他に、
活性剤、チクソ剤及び有機溶剤を含有させるのが良い。

【００２７】活性剤は、はんだ付けするＣｕ面の表面酸
化物の除去、はんだ粉末の表面酸化物の除去、はんだ溶
解時の溶融はんだとの界面張力を低下させ、はんだが広
がるようにすることである。活性剤の添加量は、一般に
は、フラックス全量の１〜５重量％である。

【００２８】活性剤としては、通常は有機アミンのハロ
ゲン塩、例えばｎ―ヘキシルアミン・ＨＢｒ、ジフェニ
ルグアニジン・ＨＣｌ、アニリン・ＨＢｒ等や有機ハロ
ゲン、例えば１−ブロモー２−プロパノール、ブロモ酢
酸エチルエステル等が使用される。

【００２９】チクソ剤の役割は、フラックスにチクソ性
を与えて、はんだペーストにした時に、印刷できるよう
にするものである。フラックスにチクソ性が無いと、印
刷した形状が崩れる。チクソ剤の添加量は、一般には、
フラックス全量の３〜１０重量％である。

【００３０】チクソ剤としては、一般には、硬化ひまし
油（水素添加したひまし油）が使用される。

【００３１】有機溶剤（ソルダーペースト用）として
は、グリコール系、エーテル系、エステル系等が挙げら
れる。このようなものとしては、ブチルカルビトール、
ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレ
ングリコールモノフェニルエーテル等が挙げられる。有
機溶剤の添加量は、好ましくは、フラックス全量の２０
〜４０重量％である。

【００３２】次に、実施例を挙げて本発明を更に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されない。

【実施例】

【００３３】下記成分を、下記の割合で混合して、実施
例及び比較例のフラックスを製造した。尚、例中数量を
表す「％」は、「重量％」を表す。

【００３４】 実施例１ 水素添加ロジン ４５％ 不飽和脂肪酸の二量体に水素添加した化合物 （前記化１で表される） １０％ 硬化ひまし油 ６％ 有機ハロゲン ２％ ブチルカルビトール ２０％ プロピレングリコールモノフェニルエーテル １７％ 実施例２ ３０％エステル化した水素添加ロジン ５０％ 不飽和脂肪酸の二量体（前記化２で表される） ５％ 硬化ひまし油 ６％ 有機ハロゲン ２％ ブチルカルビトール ２０％ プロピレングリコールモノフェニルエーテル １７％ 比較例１ 精製ロジン ５５％ 硬化ひまし油 ６％ 有機ハロゲン ２％ ブチルカルビトール ２０％ プロピレングリコールモノフェニルエーテル １７％ 比較例２ 水素添加ロジン ４５％ リノール酸三量体 １０％ 硬化ひまし油 ６％ 有機ハロゲン ２％ ブチルカルビトール ２０％ プロピレングリコールモノフェニルエーテル １７％ 比較例３ ３０％エステル化した水素添加ロジン ５０％ アジピン酸 ５％ 硬化ひまし油 ６％ 有機ハロゲン ２％ ブチルカルビトール ２０％ プロピレングリコールモノフェニルエーテル １７％ 上記実施例２及び比較例３で使用した３０％エステル化
した水素添加ロジンは、水素添加ロジン１モルに対し、
四価のアルコールであるテトラヒドロオキシメチルメタ
ン０．３モルを、窒素雰囲気中で加熱してエステル化し
たものである。

【００３５】上記実施例及び比較例で作成したフラック
ス１に対し、重量比で９のＳｎＺｎはんだ粉末を混練し
てクリームはんだを作成し、その性能を比較評価した。

【００３６】試験は、図１に示すように、１分３０秒で
Ａ点（プリヒート開始）まで加熱し、３分１２秒後のＢ
点（本加熱開始）から本加熱し、ピーク温度が４分３０
秒後のＣ点となるようにしてはんだ付けすることにより
行った。

【００３７】はんだ面の「残さ割れ」、「はんだボー
ル」の有無及び「不濡れ」を、下記基準で評価した。結
果を次表１に示す。 （残さ割れ） ○ 残さ割れが全く観察されない △ 僅かに残さ割れが観察された × かなり多くの残さ割れが観察された （はんだボール） ○ はんだボールが全く発生しない △ 若干のはんだボールが発生した × かなり多くのはんだボールが発生した （不濡れ） ○ 未溶解等の濡れ不良は観察されない △ 若干の未溶解等の濡れ不良が観察された × 多くの未溶解等の濡れ不良が観察された

【００３８】

【表１】 上記結果から明らかなように、本発明のクリームはんだ
は、残査割れが無く、はんだボールも発生せず、ぬれ不
良も生じないという十分なはんだ付け性が得られる。こ
れに対し、ジカルボン酸を含有しないフラックス、トリ
カルボン酸を含有するフラックス及びアジピン酸を含有
するフラックスを使用すると、いずれもはんだボールが
発生し且つ濡れ不良も観察されると共に、アジピン酸以
外は残査割れも発生した。

【００３９】

【発明の効果】本発明のクリームはんだは、フラックス
に浸食され易いＳｎＺｎはんだ粉末を使用しても、残査
割れが無く、はんだボールも発生せず、しかも濡れ不良
も生じないという従来解決できなかった健全なはんだ付
けが可能となったものであり、それ故極めて画期的な発
明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例及び比較例のプリヒート温度及び本加熱
温度を示すプロファイルである。

フロントページの続き (72)発明者 山田 清二 東京都千代田区四番町五番地九 トピー工 業株式会社内 (72)発明者 片ノ坂 明郷 尼崎市西長洲町２丁目６番地１号 株式会 社ナード研究所内 (72)発明者 的場 典子 尼崎市西長洲町２丁目６番地１号 株式会 社ナード研究所内 Ｆターム(参考） 5E319 BB05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂分を含むフラックスにＳｎ含有はんだ
   粉末を含有させてなるクリームはんだにおいて、前記フ
   ラックス中の樹脂分がロジンとジカルボン酸とからな
   り、且つ該ロジンとジカルボン酸とを含むフラックス
   は、はんだのプリヒート段階では、はんだ表面の酸化錫
   を溶解しないが、本加熱の段階で溶解することを特徴と
   するクリームはんだ。
2. 【請求項２】前記ジカルボン酸が、可塑剤の作用をする
   ジカルボン酸である請求項１記載のクリームはんだ。
3. 【請求項３】前記プリヒート段階の温度が、１４５〜１
   ６０℃である請求項１又は２記載のクリームはんだ。
4. 【請求項４】前記ロジンが、水素添加したロジン又は水
   素添加したロジンのカルボン酸の一部を多価アルコール
   でエステル化したロジンであり、前記ジカルボン酸が不
   飽和脂肪酸の二量体又はこれに水素添加した化合物であ
   る請求項１〜３のいずれか１項記載のクリームはんだ。
5. 【請求項５】前記不飽和脂肪酸の二量体又はこれに水素
   添加した化合物を、前記フラックス全量の２〜２５重量
   ％含有する請求項４記載のクリームはんだ。
6. 【請求項６】前記Ｓｎ含有はんだ粉末が、ＳｎＺｎはん
   だ粉末である請求項１〜５のいずれか１項記載のクリー
   ムはんだ。
7. 【請求項７】前記フラックスが、前記樹脂分の他に、活
   性剤、チクソ剤及び有機溶剤を含む請求項１〜６のいず
   れか１項記載のクリームはんだ。