JP2002331385A - Soldering material, manufacturing method therefor, and soldering paste - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装部品（以
下、ＳＭＤと称することがある。）をプリント配線板
（以下、Ｐ板と称することがある。）にリフロー炉では
んだ付け（リフローソルダリング）を行うのに好適な錫
−亜鉛（Ｓｎ−Ｚｎ）系はんだ材料及びはんだペースト
（特に低融点であって無鉛（鉛フリー）のはんだペース
ト）と、はんだ材料の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of soldering a surface mount component (hereinafter sometimes referred to as SMD) to a printed wiring board (hereinafter sometimes referred to as P board) in a reflow furnace (reflow soldering). The present invention relates to a tin-zinc (Sn-Zn) -based solder material and a solder paste (particularly, a low-melting-point, lead-free (lead-free) solder paste) suitable for performing a ring, and a method for manufacturing a solder material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】古くから、人体に対する鉛の有害性は広
く知られているところであり、特に脳神経系障害がよく
知られている。本来、鉛（以下、Ｐｂと略記することが
ある。）は、固体状で体内に浸入してもそのまま排便さ
れる、とされているが、ヒューム状（蒸気）や水溶液の
形で体内に浸入すると、体内に容易に吸収される。Ｐｂ
がヒュームになる温度は４５０℃以上であり、また、水
に溶けるのは酸化鉛（ＰｂＯ）等の鉛の化合物である。
なお、四エチル鉛等の有機金属も、ガス状となるため、
体内に吸収される、とされている。2. Description of the Related Art For a long time, the harmful effect of lead on the human body has been widely known, and in particular, cerebral nervous system disorders are well known. Originally, lead (hereinafter may be abbreviated as Pb) is said to be in a solid form, and even if it enters the body, it will be defecation as it is. However, it enters the body in the form of fumes (steam) or an aqueous solution. Then, it is easily absorbed into the body. Pb
The temperature at which fumes become fumes is 450 ° C. or higher, and what is soluble in water is a lead compound such as lead oxide (PbO).
Since organic metals such as tetraethyl lead also become gaseous,
It is said to be absorbed into the body.
【０００３】鉛合金によってはんだ付けされたＰ板が電
子機器に組み込まれているが、これらの電子機器は使用
後に廃棄される。廃棄の方法としては、埋立てがある
が、埋立てられた使用ずみの（廃棄物としての）Ｐ板に
酸性雨が作用すると、鉛（はんだの成分）の水溶液が生
成される。この液が地下水中に浸入し、この地下水を人
間が飲用すると、Ｐｂが体内に吸収、蓄積されて健康障
害を引き起こすことになる。これが、鉛を含むＳｎ−Ｐ
ｂ合金はんだが使用回避されるところの理由である。[0003] P-plates soldered with a lead alloy are incorporated in electronic devices, but these electronic devices are discarded after use. As a disposal method, there is landfilling, but when acid rain acts on the used (waste) P plate that has been buried, an aqueous solution of lead (a component of solder) is generated. When this liquid enters groundwater and the human drinks the groundwater, Pb is absorbed and accumulated in the body, causing a health hazard. This is Sn-P containing lead
This is the reason why the use of the b alloy solder is avoided.
【０００４】しかしながら、Ｓｎ−Ｐｂはんだは、長い
歴史をもち、はんだ付けの温度の点（はんだの融点）、
はんだ付け性（ぬれ性）の点、はんだ付けされたものの
品質、信頼性の面、ソルダリングの作業性の面等におい
て、非常に優れた材料であり、これを凌駕する材料を開
発することは困難視されている。[0004] However, Sn-Pb solder has a long history of soldering, in terms of soldering temperature (solder melting point),
In terms of solderability (wettability), quality of soldered parts, reliability, workability of soldering, etc., it is a very excellent material, and it is not possible to develop a material that exceeds this It is considered difficult.
【０００５】近年、Ｓｎ−Ｐｂはんだの代替材料が精力
的に研究され、５元（５成分）系のＳｎ（錫）−Ａｇ
（銀）−Ｃｕ（銅）−Ｂｉ（ビスマス）−Ｇｅ（ゲルマ
ニウム）、４元系のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、３元系の
Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ−
（Ｎｉ）（ニッケル）等が発表されている（（Ｎｉ）は
微量添加物）。[0005] In recent years, alternative materials for Sn-Pb solder have been energetically studied, and quinary (five-component) Sn (tin) -Ag has been developed.
(Silver) -Cu (copper) -Bi (bismuth) -Ge (germanium), quaternary Sn-Ag-Cu-Bi, ternary Sn-Ag-Bi, Sn-Ag-Cu, Sn-Cu −
(Ni) (nickel) and the like have been announced ((Ni) is a trace additive).
【０００６】このうち、手はんだ付けに用いられるはん
だ材料としてＳｎ−Ｃｕ−（Ｎｉ）、またフローソルダ
リングに用いられる棒（またはインゴット）状はんだ材
料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕが有望視されている。Among them, Sn-Cu- (Ni) is promising as a solder material used for manual soldering, and Sn-Ag-Cu is used as a rod (or ingot) solder material used for flow soldering. .
【０００７】はんだの融点が高いことは、下記（１）〜
（３）に示す種々の問題点を生じさせる。 （１）はんだ付け（ソルダリング）の作業温度が高くな
るので、Ｐ板（２４５×１２８ｍｍ等）の温度分布（Δ
Ｔ）が悪くなり、はんだ付け不良が生じ易くなる（特に
温度の低い部分において）。 （２）これを改善するためには、熱容量が大であって温
度均一性の良好なリフロー炉を開発して設備投資するこ
とが必要となるが、従来の設備が無駄になり、廃棄する
必要が生じる。 （３）さらに、耐熱性がもたない部品がある（特に、温
度の高い部分において）、エネルギー（電力）消費が増
大する、等の理由により製造コストがアップすると共
に、信頼性（製造品質及びライフ）が低下して価値／価
格が低下する。これ等の問題に対応可能なリフローはん
だ材料（はんだペースト用）としては、有望なものが開
発されていないのが現状である。唯一、Ｓｎ−Ｚｎはん
だが挙げられる。これは、融点が低く（１９０℃）、Ｓ
ｎ−Ｐｂ（共晶）のそれ（１８３℃）に近いことが長所
であるが、次に示すような欠点がある。[0007] The fact that the melting point of the solder is high is as follows:
This causes various problems shown in (3). (1) Since the working temperature of soldering (soldering) increases, the temperature distribution (Δ
T) is worsened, and poor soldering is likely to occur (particularly in a low temperature portion). (2) In order to improve this, it is necessary to develop a reflow furnace having a large heat capacity and good temperature uniformity and to invest in equipment, but the conventional equipment is wasted and needs to be discarded. Occurs. (3) Further, there is a part that does not have heat resistance (particularly in a high temperature part), energy (electric power) consumption is increased, and the manufacturing cost is increased. Life) and value / price. At present, no promising reflow soldering material (for solder paste) has been developed that can cope with these problems. The only one is Sn-Zn solder. It has a low melting point (190 ° C.)
The advantage is that it is close to that of n-Pb (eutectic) (183 ° C), but has the following disadvantages.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】周知のように、Ｚｎ
（亜鉛）は非常に活性な材料であり、反応性が強い。こ
のため、Ｓｎ−Ｚｎも反応性が高く、これがリフローは
んだ付け性を阻害している。Ｓｎ−Ｚｎの問題点は、お
おむね以下の通りである。As is well known, Zn
(Zinc) is a very active material and has a high reactivity. For this reason, Sn-Zn is also highly reactive, which hinders reflow solderability. The problems of Sn-Zn are roughly as follows.
【０００９】はんだペーストの不安定性 はんだペースト中の成分や、空気中の水分、酸素と反応
して劣化（変質）し易く、そのために、ポットライフ
（保存安定性）やシェルフライフ（塗布やスクリーン印
刷等の後、ＳＭＤなど電子部品を実装するまでの安定
性）が不十分であり、粘着力の低下による電子部品の脱
落などが生じ易い。 リフローソルダリング中の酸化 ＳＭＤを実装したＰ板をリフロー炉を通してソルダリン
グ（はんだ付け）するとき、Ｚｎが酸化してはんだボー
ルの生成やぬれ（はんだ付け）不良が発生する。これを
防止するため、窒素（Ｎ2）リフロー炉が使用される
が、前述したリフローにはエアー（熱風）リフロー炉が
汎用されている。Ｎ2リフロー炉の欠点は、Ｎ2の生成、
通気、濃度（Ｏ2）コントロール等を行うための特殊な
装置を必要とすることと、ランニングコストが高いこと
である。Instability of solder paste Reacts easily with components in the solder paste and moisture and oxygen in the air to cause deterioration (deterioration). Therefore, pot life (storage stability) and shelf life (coating and screen printing) After that, the stability of mounting the electronic component such as the SMD) is insufficient, and the electronic component is likely to fall off due to a decrease in the adhesive strength. Oxidation during reflow soldering When soldering (soldering) a P-plate on which an SMD is mounted through a reflow furnace, Zn is oxidized, and generation of solder balls and poor wetting (soldering) occur. In order to prevent this, a nitrogen (N 2 ) reflow furnace is used, and an air (hot air) reflow furnace is generally used for the reflow described above. Disadvantages of the N 2 reflow furnace are the generation of N 2 ,
This requires special equipment for performing ventilation, concentration (O 2 ) control, and the like, and high running costs.
【００１０】本発明の目的は、これらのＳｎ−Ｚｎ系は
んだ材料のもつ特長を生かしつつその欠点を解消し、は
んだ付け性と共に耐酸化性及び耐変質性を向上させたリ
フロー（特にエアーリフロー）が可能な低融点の無鉛の
はんだ材料及びはんだペースト、並びにその製造方法を
提供することにある。An object of the present invention is to reflow (especially, air reflow) in which the disadvantages of these Sn-Zn-based solder materials are eliminated while making use of the features of the materials, and the oxidation resistance and the deterioration resistance as well as the solderability are improved. It is an object of the present invention to provide a low-melting-point lead-free solder material and a solder paste, and a method for producing the same.
【００１１】[0011]
【課題を決するための手段】即ち、本発明は、錫（Ｓ
ｎ）−亜鉛（Ｚｎ）系はんだ粒子の表面上に保護膜が形
成されているはんだ材料に係り、また、このはんだ材料
と、フラックスと、ソルベントとからなるはんだペース
トに係るものである。That is, the present invention relates to tin (S)
The present invention relates to a solder material in which a protective film is formed on the surface of n) -zinc (Zn) -based solder particles, and also relates to a solder paste comprising the solder material, a flux, and a solvent.
【００１２】本発明のはんだ材料及びはんだペーストに
よれば、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒子の表面上に保護膜が形
成されているので、はんだペーストの成分として用いる
ためにアトマイズ法等により例えば３０μｍ又はそれ以
上の粒径に造粒されたＳｎ−Ｚｎ系はんだ粒子の表面に
形成した保護膜（即ち、二重構造又は積層構造とするこ
と）によって、はんだ粒子を空気中の水分や酸素から遮
断することができる。この結果、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒
子の変質や酸化を防止でき、ポットライフやシェルフラ
イフを向上させて実装された電子部品に対する粘着力を
保持できると共に、リフロー炉での処理においてもはん
だ粒子の酸化を防止してぬれ不良等をなくし、エアーリ
フローの如き汎用の装置の使用が可能となる。即ち、こ
のように、保護膜で表面保護されたＳｎ−Ｚｎ系はんだ
粒子からなるはんだ材料は、はんだペーストにされた後
も安定であるため、ポットライフやシェルフライフを延
長することができ、またＳｎ−Ｚｎ系はんだがはんだ付
けされる相手側の母材と合金層を形成するまで、保護膜
がある程度の耐熱性を有していれば、リフローソルダリ
ング中も安定となる。According to the solder material and the solder paste of the present invention, since the protective film is formed on the surface of the Sn—Zn-based solder particles, for example, 30 μm or less by an atomizing method or the like for use as a component of the solder paste. The solder particles are shielded from moisture and oxygen in the air by a protective film (that is, a double structure or a laminated structure) formed on the surface of the Sn—Zn-based solder particles granulated to the above particle diameter. Can be. As a result, the deterioration and oxidation of the Sn—Zn-based solder particles can be prevented, the pot life and shelf life can be improved, and the adhesive strength to the mounted electronic component can be maintained, and the solder particles can be oxidized even in the processing in the reflow furnace. This eliminates poor wetting and the like, and allows the use of general-purpose devices such as air reflow. That is, since the solder material composed of the Sn—Zn-based solder particles whose surface is protected by the protective film is stable after being made into the solder paste, the pot life and the shelf life can be extended, and Until the Sn—Zn-based solder forms an alloy layer with the mating base material to be soldered, if the protective film has a certain level of heat resistance, the protection film will be stable during reflow soldering.
【００１３】従って、低融点であってＳｎ−Ｐｂはんだ
に代替しうる無鉛はんだとしてのＳｎ−Ｚｎ系はんだの
特長を有効に発揮させ、信頼性の高いはんだ付けが可能
となる。Therefore, the characteristics of the Sn-Zn-based solder as a lead-free solder having a low melting point and which can be substituted for the Sn-Pb solder are effectively exhibited, and highly reliable soldering is possible.
【００１４】こうした本発明のはんだ材料は、Ｓｎ−Ｚ
ｎ系はんだ粒子の表面上に、非水系又はドライ系でのめ
っきによって保護膜を形成する工程を有する、本発明の
製造方法によって製造するのが望ましい。The solder material of the present invention is made of Sn-Z
It is desirable to manufacture by the manufacturing method of the present invention which has a process of forming a protective film on the surface of n-type solder particles by plating with non-aqueous or dry system.
【００１５】この本発明の製造方法では、非水系又はド
ライ系でめっきによって保護膜を形成しているので、は
んだ材料の製造過程でＳｎ−Ｚｎ系合金が水分との反応
で変質することがなく、安定して確実に目的とするはん
だ材料を得ることができる。In the manufacturing method of the present invention, since the protective film is formed by plating in a non-aqueous or dry system, the Sn—Zn-based alloy does not deteriorate due to the reaction with moisture during the manufacturing process of the solder material. Thus, the intended solder material can be stably and reliably obtained.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】本発明のはんだ材料及び製造方
法、並びにはんだペーストにおいては、前記Ｓｎ−Ｚｎ
系はんだ粒子として、Ｓｎ−Ｚｎ（Ｚｎ０．５〜１０重
量部、残部Ｓｎ）は勿論、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ（Ｚｎ０．
５〜１０重量部、Ｂｉ０．５〜８重量部、残部Ｓｎ）等
の如く、Ｓｎを主体とする合金が使用可能である。この
はんだ粒子の径は通常２０〜６０μｍ程度である。ま
た、このはんだ粒子の形状は球形、不定形等があるが、
アトマイズ法での造粒によって球形（真球）とするのが
よい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the solder material, the manufacturing method and the solder paste of the present invention, the Sn-Zn
As the solder particles, Sn-Zn (0.5 to 10 parts by weight of Zn, balance Sn) and Sn-Zn-Bi (Zn0.
An alloy mainly composed of Sn, such as 5 to 10 parts by weight, 0.5 to 8 parts by weight of Bi, and the balance of Sn) can be used. The diameter of the solder particles is usually about 20 to 60 μm. The shape of the solder particles may be spherical, irregular, etc.
It is preferable that the particles are formed into a spherical shape (true sphere) by granulation by an atomizing method.
【００１７】また、このはんだ粒子の表面上の前記保護
膜がはんだ付け性及び耐酸化性（外気遮断性）の良好な
安定な材料からなり、リフローソルダリング中にＳｎ−
Ｚｎ系はんだと一体となり若しくはぬれ性を助長し、或
いは分解又は溶解されて系外へ排出され若しくははんだ
中に拡散される材質からなることが望ましい。Further, the protective film on the surface of the solder particles is made of a stable material having good solderability and oxidation resistance (external air blocking property).
It is desirable to be made of a material that is integrated with the Zn-based solder or promotes wettability, or that is decomposed or dissolved and discharged out of the system or diffused into the solder.
【００１８】こうした保護膜は、Ｓｎ、Ａｕ又はこれら
の混合物からなっているのがよい。また、この保護膜の
厚みは、０．０２〜２０μｍであるのが、製造（のし易
さ）上および目的達成上から望ましい。また、保護膜は
単層であればよいが、必要に応じて複数層の積層として
もよい。Such a protective film is preferably made of Sn, Au or a mixture thereof. The thickness of the protective film is preferably 0.02 to 20 μm from the viewpoint of manufacturing (easiness) and achieving the object. Further, the protective film may be a single layer, but may be a laminate of a plurality of layers as necessary.
【００１９】また、この保護膜を形成する際の非水系と
してはアトマイズ法、溶融めっき法、溶射法があり、ド
ライ系としてはスパッタリング法、真空蒸着法等の物理
的成膜法がある。The non-aqueous system for forming the protective film includes an atomizing method, a hot-dip plating method and a thermal spraying method, and the dry system includes a physical film forming method such as a sputtering method and a vacuum evaporation method.
【００２０】一般にこの種の保護膜を形成するために
は、以下に示す種々の方法〜が考えられる。 Ｓｎ、Ａｕ等のめっき（金属被膜の形成） ・電気めっき ・化学めっき ○真空めっき（ＰＶＤ） ・気相めっき（ＣＶＤ） ○溶融めっき（図２のアトマイズ法を含む。） ○溶射（メタライズ） 反応相（水溶性フラックス被膜等）の形成 ・イミダゾール系 ・ＢＴＡ（ベンゾトリアジン）系 有機物の被膜（はんだペースト中の溶剤成分に不溶な
もの）の形成 ・マイクロカプセル化（セルロース等） ・ロジン系等のレジンコートIn general, the following various methods can be considered to form this kind of protective film. Plating of Sn, Au, etc. (formation of metal film) ・ Electroplating ・ Chemical plating ○ Vacuum plating (PVD) ・ Vapor phase plating (CVD) ○ Hot plating (including atomizing method in FIG. 2) Formation of phase (water-soluble flux film etc.) ・ Imidazole type ・ BTA (benzotriazine) type Formation of organic material film (insoluble in solvent component in solder paste) ・ Microencapsulation (cellulose etc.) ・ Rosin type etc. Resin coat
【００２１】これらの方法の中で、の反応相を形成す
る方法やのうち電気めっきや化学めっき等においては
水溶液を使用するが、この過程でＳｎ−Ｚｎ系合金が水
分と反応して変質を生じるため、非水系の溶液または融
液を使用する必要がある。これは、の電気めっきや化
学めっき及び気相めっきでも同様である。なお、気相め
っきにおいては水溶液を使用しない方法（有機金属使
用）もあるが、高温を要するため、適切ではない。本発
明では、保護膜としてＳｎやＡｕ等のめっき層（コート
層）を形成するのがよい。また、の方法はポットライ
フやシェルフライフの延長には有効であるが、リフロー
ソルダリング中にＳｎ−Ｚｎ系はんだが酸化される。従
って、これらのやの方法は、本発明では除外し、
の方法中、○印のものを採用する。Among these methods, an aqueous solution is used in the electroplating and the chemical plating among the methods for forming a reaction phase. In this process, the Sn—Zn-based alloy reacts with moisture to deteriorate. This requires the use of non-aqueous solutions or melts. The same applies to electroplating, chemical plating and vapor phase plating. In the vapor phase plating, there is a method that does not use an aqueous solution (using an organic metal), but it is not appropriate because a high temperature is required. In the present invention, it is preferable to form a plating layer (coat layer) such as Sn or Au as a protective film. Although the above method is effective for extending the pot life and shelf life, the Sn—Zn-based solder is oxidized during reflow soldering. Therefore, these methods are excluded in the present invention,
In the above method, adopt the one marked with ○.
【００２２】本発明のはんだペーストは、本発明のはん
だ材料と共にロジン系等のフラックス、その他の公知の
ソルベント等の添加成分をロジン中に含有させたもので
ある。The solder paste of the present invention contains a rosin-based flux and other known components such as a solvent together with the solder material of the present invention.
【００２３】図１には、本発明に基づくはんだ材料の一
例６を示すが、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒子１の外表面がＳ
ｎ、Ａｕ等の保護膜２で被覆されたものである。FIG. 1 shows an example 6 of a solder material according to the present invention.
It is covered with a protective film 2 of n, Au or the like.
【００２４】このはんだ材料６は、図２に示す装置によ
って製造することができ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ融液７か
ら球形の粒子１をアトマイズ法で造粒すると同時に、そ
の表面に溶融した金属（Ｓｎ等）によって保護膜２を形
成する。これについては、後述の実施例で詳細に説明す
る。なお、図中の３はＳｎ−Ｚｎ系はんだ（融液）の通
路、４はＮ2等の冷却用不活性流体の通路、５は保護膜
材料（融液）の通路、７はＮ2等の不活性雰囲気であ
る。This solder material 6 can be manufactured by the apparatus shown in FIG. 2, and the spherical particles 1 are granulated from the Sn—Zn-based solder melt 7 by the atomizing method, and at the same time, the molten metal ( The protective film 2 is formed by Sn or the like. This will be described in detail in an embodiment described later. In the drawing, reference numeral 3 denotes a passage for Sn—Zn-based solder (melt), 4 denotes a passage for a cooling inert fluid such as N 2 , 5 denotes a passage for a protective film material (melt), and 7 denotes N 2 or the like. Is an inert atmosphere.
【００２５】図２に示した方法の特徴は、Ｓｎ−Ｚｎ系
はんだ粒子を形成すると同時に保護膜も形成できること
である。そのため、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだは外気にさらさ
れることなく保護膜で被覆されることになり、前述の安
定性が高くなる。A feature of the method shown in FIG. 2 is that a protective film can be formed simultaneously with the formation of Sn—Zn-based solder particles. Therefore, the Sn—Zn-based solder is covered with the protective film without being exposed to the outside air, and the above-described stability is improved.
【００２６】保護膜２は、図３に示す真空装置（スパッ
タリング装置）によって形成してもよく、図２に示した
装置でアトマイズ法により造粒された球状のＳｎ−Ｚｎ
系はんだ粒子１の表面に、真空中で保護膜としての金属
（Ｓｎ、Ａｕ等）をスパッタリングで形成する。これ
は、真空蒸着においても同様であり、いずれもＰＶＤと
称されるドライプロセスによる被膜の形成方法である。
このスパッタリングについては、後述の実施例で詳細に
説明する。なお、図中の１０は陽極（Ｓｎ、Ａｕ等の保
護膜材料のターゲット）、１１は陰極（ステンレス
等）、１２は加振器（超音波振動子等）、１３はチャン
バー（スパッタリング空間）である。The protective film 2 may be formed by a vacuum apparatus (sputtering apparatus) shown in FIG. 3, or a spherical Sn—Zn granulated by the atomizing method in the apparatus shown in FIG.
A metal (Sn, Au, etc.) as a protective film is formed on the surface of the system solder particles 1 by sputtering in a vacuum. This is the same in vacuum deposition, and each is a method of forming a film by a dry process called PVD.
This sputtering will be described in detail in Examples described later. In the drawing, reference numeral 10 denotes an anode (a target of a protective film material such as Sn or Au), 11 denotes a cathode (such as stainless steel), 12 denotes a vibrator (such as an ultrasonic vibrator), and 13 denotes a chamber (sputtering space). is there.
【００２７】図４は、上記のようにして得られたはんだ
材料を用いてはんだペーストを調製し、これを用いて表
面実装部品（ＳＭＤ）を実装するプロセス（リフローソ
ルダリング）の一例を示すものである。FIG. 4 shows an example of a process (reflow soldering) for preparing a solder paste using the solder material obtained as described above and mounting a surface mount component (SMD) using the solder paste. It is.
【００２８】図４（ａ）に示すように、メタルマスク
（スクリーン）２２を用いた印刷法によって、上記のは
んだ材料６、例えばソルベントを含むロジン系のフラッ
クス及び変性樹脂からなるはんだペースト２９をプリン
ト配線板３０の配線パターン又は電極（ランド）３３上
に転写する。次いで、この上に、ＳＭＤ２０をマウント
後、エアーリフロー炉でのリフロー（加熱溶融）によっ
て、はんだペースト２９を溶融して、はんだ付け（リフ
ローソルダリング）を行う。As shown in FIG. 4A, the above-mentioned solder material 6, for example, a rosin-based flux containing a solvent and a solder paste 29 made of a modified resin are printed by a printing method using a metal mask (screen) 22. It is transferred onto a wiring pattern or an electrode (land) 33 of the wiring board 30. Next, after mounting the SMD 20 thereon, the solder paste 29 is melted by reflow (heating and melting) in an air reflow furnace, and soldering (reflow soldering) is performed.
【００２９】こうしたリフローによるはんだ付けは、Ｓ
ＭＤ（例えば半導体チップ）２０を、図４（ｂ）に示す
ように、プリント配線板３０上の電極（ランド）３３
に、はんだペースト２９の加熱溶融によるはんだ３１で
接合する。The reflow soldering is performed by S
An MD (for example, a semiconductor chip) 20 is connected to an electrode (land) 33 on a printed wiring board 30 as shown in FIG.
Then, the solder paste 29 is joined with the solder 31 by heating and melting.
【００３０】本実施の形態によるはんだ材料及びその製
造方法、並びにはんだペーストが奏する効果をまとめる
と、下記の（１）〜（９）の通りである。 （１）リフローソルダリングで使用されるはんだペース
トに有用である。 （２）エアーリフロー炉で使用可能（Ｎ2リフロー炉不
要）となる。 （３）低融点（１９０℃）で無鉛のはんだペーストの実
用化をＳｎ−Ｚｎ系はんだで実現できる（Ｓｎ−Ｐｂは
んだと代替可能）。 （４）製法が簡単で安価であり（図２、図３参照）、ま
た、Ａｇと比較して安価な材料組成である。 （５）Ｓｎ−Ｐｂはんだと同じ装置でソルダリングが可
能であり、新たな設備投資が不要である。 （６）有害金属を使用しないので、地球環境の保全に寄
与できる。 （７）はんだ付け性、品質信頼性、作業性が良好であ
り、Ｓｎ−Ｐｂはんだと同等以上の特性となる。 （８）Ｓｎ−Ｚｎ系はんだペーストの欠点（ポットライ
フ及びシェルクライフが短く、はんだボールの生成、酸
化および変質）を改善し、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだペースト
と同等以上の性能となる。 （９）はんだペーストの安定性、リフローソルダリング
中の耐酸化性が向上し、さらに、はんだの融点が高いこ
とによる弊害の解決に有利である。The effects of the solder material, the method of manufacturing the same, and the solder paste according to the present embodiment are summarized as follows (1) to (9). (1) It is useful for solder paste used in reflow soldering. (2) the air reflow furnace can be used in (N 2 reflow furnace required). (3) Practical application of a lead-free solder paste having a low melting point (190 ° C.) can be realized with Sn—Zn-based solder (it can be replaced with Sn—Pb solder). (4) The manufacturing method is simple and inexpensive (see FIGS. 2 and 3), and the material composition is inexpensive as compared with Ag. (5) Soldering is possible with the same device as Sn-Pb solder, and no new capital investment is required. (6) Since no harmful metals are used, it can contribute to the preservation of the global environment. (7) Solderability, quality reliability, and workability are good, and the characteristics are equal to or better than Sn-Pb solder. (8) The disadvantages of the Sn-Zn solder paste (pot life and shell life are short, generation of solder balls, oxidation and deterioration) are improved, and the performance is equal to or higher than that of the Sn-Pb solder paste. (9) The stability of the solder paste and the oxidation resistance during reflow soldering are improved, and it is advantageous for solving the problems caused by the high melting point of the solder.
【００３１】[0031]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面参照下に詳細に
説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００３２】実施例１ （アトマイズ、溶融めっき又は
溶射法で保護膜形成） 図２に示すようなアトマイジング装置を使用し、Ｓｎ−
Ｚｎ系はんだ粒子の表面に、溶融した金属（Ｓｎ等）を
用いて保護膜を形成する。 Example 1 (Formation of protective film by atomizing, hot-dip plating or thermal spraying) Using an atomizing apparatus as shown in FIG.
A protective film is formed on the surface of the Zn-based solder particles using a molten metal (Sn or the like).
【００３３】まず、Ｎ2やＡｒ等の不活性ガス雰囲気中
で、上部に蓄積された溶融Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ７を通路
３を通して先端のノズルから滴下させる。通常、このよ
うにして、球状の粒子を形成する方法はアトマイズ法と
称されている。ここで、滴下されて球状になったＳｎ−
Ｚｎ系はんだ粒子１を急速に冷却するために不活性ガス
の流路４が設けられる。そして、先端のノズルから不活
性ガスを噴出させて、球状になったＳｎ−Ｚｎ系はんだ
粒子１の表面に不活性ガスを当てて急速に冷却する。こ
こでは、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒子１の粒径は平均粒径３
０μｍとする。First, the molten Sn—Zn-based solder 7 accumulated on the upper part is dropped from the nozzle at the tip through the passage 3 in an atmosphere of an inert gas such as N 2 or Ar. Usually, a method of forming spherical particles in this manner is called an atomizing method. Here, the dropped Sn-
An inert gas flow path 4 is provided to rapidly cool the Zn-based solder particles 1. Then, an inert gas is ejected from a nozzle at the tip, and the surface of the spherical Sn—Zn-based solder particles 1 is exposed to the inert gas and rapidly cooled. Here, the particle size of the Sn—Zn-based solder particles 1 is 3
0 μm.
【００３４】このようにして冷却された粒子１の表面に
保護膜２を形成するために、溶融金属（Ｓｎ等）を通路
５から供給する。これは先端のノズルから滴下される
が、ノズルの形状は保護膜２の厚さが所定の値になるよ
うに調整してある。この金属の融点は、Ｓｎ−Ｚｎ系は
んだの融点（１９０℃近辺）より高い（Ｓｎで２３０
℃）ため、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだを急速に冷却して固化さ
せるとともに、保護膜を形成する金属の量（即ち、熱
量）と厚さを調整して、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだが再溶融し
ないように調整（制御）する必要がある。ここでは、保
護膜２の厚さを約１０μｍとする。In order to form the protective film 2 on the surface of the particles 1 thus cooled, molten metal (Sn or the like) is supplied from the passage 5. This is dropped from the tip nozzle, and the shape of the nozzle is adjusted so that the thickness of the protective film 2 becomes a predetermined value. The melting point of this metal is higher than the melting point of Sn—Zn-based solder (around 190 ° C.) (230 for Sn).
° C), the Sn-Zn-based solder is rapidly cooled and solidified, and the amount (that is, the amount of heat) and the thickness of the metal forming the protective film are adjusted so that the Sn-Zn-based solder does not re-melt. Needs to be adjusted (controlled). Here, the thickness of the protective film 2 is about 10 μm.
【００３５】このようにして、図１に示すような２層構
造の球状のはんだ材料６が形成される。Thus, a spherical solder material 6 having a two-layer structure as shown in FIG. 1 is formed.
【００３６】本実施例の方法の特徴は、Ｓｎ−Ｚｎ系は
んだ粒子１を形成すると同時に保護膜２も形成できるこ
とである。そのため、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒子１は外気
にさらされることがなく、保護膜２で被覆され、安定性
が高いものとなる。The feature of the method of this embodiment is that the protective film 2 can be formed simultaneously with the formation of the Sn—Zn-based solder particles 1. Therefore, the Sn—Zn-based solder particles 1 are not exposed to the outside air, are covered with the protective film 2, and have high stability.
【００３７】リフローソルダリング中においては、融点
の違いにより、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだが先に溶融し、次い
で外層である保護膜が溶融するため、Ｓｎ−Ｚｎ系はん
だが酸素（空気＝熱風）にさらされる時間が短く、不具
合（ぬれ性の劣化、酸化など）の発生が抑えられるた
め、好都合である。また、外層のＳｎは、溶融後もＳｎ
−Ｚｎ系溶融はんだの表面を覆って酸素との接触を遮断
している。そして、外層は、溶融するとＳｎ−Ｚｎ系は
んだと一体となり、接合の相手側の母材と瞬時に合金層
を形成し、はんだ付けが完了する。なお、ここで母材と
は、被はんだ付け部の金属（はんだ付けされる相手側の
金属）のことである（これは、以下、同様とする）。During reflow soldering, the Sn-Zn-based solder melts first due to the difference in melting point, and then the protective film as the outer layer melts, so that the Sn-Zn-based solder is exposed to oxygen (air = hot air). The exposure time is short, and the occurrence of defects (deterioration of wettability, oxidation, etc.) is suppressed, which is convenient. In addition, Sn of the outer layer is maintained even after melting.
-Covers the surface of the Zn-based molten solder to block contact with oxygen. When the outer layer is melted, the outer layer becomes integrated with the Sn—Zn-based solder, instantaneously forms an alloy layer with the base material of the mating partner, and the soldering is completed. Here, the base material refers to a metal of a portion to be soldered (a metal of a partner to be soldered) (the same applies hereinafter).
【００３８】実施例２ （真空めっき（ドライプロセス
又はＰＶＤ）で保護膜形成） 図３に示すような装置を使用し、既に造粒されたＳｎ−
Ｚｎ系はんだ粒子１の表面に保護膜を形成する。 Example 2 (Formation of Protective Film by Vacuum Plating (Dry Process or PVD)) Using an apparatus as shown in FIG.
A protective film is formed on the surface of the Zn-based solder particles 1.
【００３９】球状の粒子を造粒する方法は、実施例１で
述べたアトマイズ法（但し、単層、即ちＳｎ−Ｚｎの部
分のみ）等による。そして、この粒子１の表面に、真空
中で金属（Ｓｎ、Ａｕ等）ターゲット１０をスパッタす
ることによって保護膜２を形成する。これは、造粒後、
変質前に実施する。The method for granulating the spherical particles is based on the atomizing method described in Example 1 (however, only a single layer, that is, only the Sn—Zn portion). Then, a protective film 2 is formed on the surface of the particles 1 by sputtering a metal (Sn, Au, etc.) target 10 in a vacuum. This is after granulation,
Implement before deterioration.
【００４０】図３に示すスパッタリング装置は、真空蒸
着装置においても同様であるが、ＰＶＤと称されるドラ
イプロセスによる被膜の形成に適用されるものである。
このスパッタリング装置では、アルゴンガス等が封入さ
れたスパッタリング空間１３（チャンバー）中におい
て、保護膜となる陽極の金属（Ｓｎ、Ａｕ等）ターゲッ
ト１０をスパッタし、陰極１１上に配置されたはんだ粒
子１の表面に、保護膜２を被着する。ここで、粒子１の
表面全面に均一に保護膜２を被着するために、パーツフ
ィーダにおける如き超音波振動子等の加振器１２が設け
られ、これによって超音波振動を与えることにより、陰
極１１上に並べられた球状のはんだ粒子１に回転運動を
与え、まんべんなく均一に保護膜２を被着する。ここ
で、粒子１が球状であることは、回転運動にとって好都
合である。The sputtering apparatus shown in FIG. 3 is similar to a vacuum evaporation apparatus, but is applied to the formation of a coating by a dry process called PVD.
In this sputtering apparatus, an anode metal (Sn, Au, etc.) target 10 serving as a protective film is sputtered in a sputtering space 13 (chamber) in which argon gas or the like is sealed, and solder particles 1 placed on a cathode 11 A protective film 2 is applied to the surface of the substrate. Here, a vibrator 12 such as an ultrasonic vibrator as in a parts feeder is provided in order to uniformly apply the protective film 2 to the entire surface of the particle 1, and by applying ultrasonic vibration, a cathode is provided. Rotational motion is applied to the spherical solder particles 1 arranged on the surface 11 so that the protective film 2 is evenly and uniformly applied. Here, the spherical shape of the particles 1 is favorable for rotational movement.
【００４１】なお、このようにＳｎ−Ｚｎ系はんだの表
面に被着されたＡｕの保護膜は、膜厚が薄いため、リフ
ローソルダリング中に母材中に拡散し、はんだ合金層中
には殆ど存在しない。保護膜の効果（挙動）は、実施例
１と同様である。なお、この方法によれば、Ｓｎ−Ｚｎ
はんだの量に比較して、保護膜を形成する金属（Ｓｎ、
Ａｕ等）の量は少量であるため、はんだペースト全体の
融点（従って、はんだ付け作業温度）は、はんだの融点
で支配される。Since the Au protective film deposited on the surface of the Sn—Zn-based solder is thin, it diffuses into the base material during reflow soldering, and the Au protective film remains in the solder alloy layer. Almost no. The effect (behavior) of the protective film is the same as in the first embodiment. According to this method, Sn-Zn
Compared to the amount of solder, the metal (Sn,
Since the amount of Au or the like is small, the melting point of the entire solder paste (therefore, the soldering operation temperature) is controlled by the melting point of the solder.
【００４２】以上に説明した実施の形態及び実施例は、
本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能であ
る。The embodiments and examples described above are:
Various modifications are possible based on the technical idea of the present invention.
【００４３】例えば、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだの組成とし
て、Ｓｎ−Ｚｎに添加する成分としてＢｉをはじめ、Ｃ
ｕ、Ｇｅ、Ｎｉ等を使用してよい。また、保護膜の材質
はＳｎ、Ａｕ以外にもＰｄ（パラジウム）等が使用可能
であり、その被着方法も非水系又はドライ系であれば、
上述した方法に限らず、他の公知の方法から適宜選択し
てよい。はんだペーストについても、表面保護膜付きの
Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒子の配合比や、その他の構成成分
の材質等も様々に変化させてよい。For example, the composition of the Sn—Zn-based solder includes Bi as a component added to Sn—Zn, C
u, Ge, Ni or the like may be used. In addition, Pd (palladium) or the like other than Sn and Au can be used as the material of the protective film, and if the method of deposition is non-aqueous or dry,
The method is not limited to the method described above, and may be appropriately selected from other known methods. As for the solder paste, the compounding ratio of the Sn—Zn-based solder particles with the surface protective film, the material of other components, and the like may be variously changed.
【００４４】また、本発明のはんだ材料やはんだペース
トは、ＳＭＤを実装した電気製品用のプリント回路板の
製造は勿論であるが、それ以外の種々の分野におけるは
んだ付けに用いることができる。特に、人体に有害な鉛
を含有しないことから、例えば食品の缶詰の製造用とし
ても使用できる。The solder material and the solder paste of the present invention can be used for soldering in various fields other than the production of a printed circuit board for an electric product on which an SMD is mounted. In particular, since it does not contain lead harmful to the human body, it can be used, for example, for producing canned food.
【００４５】[0045]
【発明の作用効果】本発明は上述した如く、Ｓｎ−Ｚｎ
系はんだ粒子の表面上に保護膜を形成しているので、そ
の保護膜によって空気中の水分や酸素からはんだ粒子を
遮断することができ、この結果、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒
子の変質や酸化を防止でき、保存期間の長期化（ポット
ライフの延長）や、シェルフライフを向上させて、実装
された電子部品に対する粘着力を保持できると共に、リ
フロー炉での処理においてもはんだ粒子の酸化を防止し
てぬれ不良等をなくし、エアーリフロー炉の如き汎用装
置の使用が可能となる。従って、低融点であってＳｎ−
Ｐｂはんだに代替しうる、無鉛はんだとしてのＳｎ−Ｚ
ｎ系はんだの特長を有効に発揮させ、信頼性の高いはん
だ付けが可能となる。According to the present invention, as described above, Sn-Zn
Since the protective film is formed on the surface of the solder particles, the solder film can be shielded from moisture and oxygen in the air by the protective film. As a result, the deterioration and oxidation of the Sn-Zn solder particles can be prevented. It can extend the shelf life (extend the pot life), improve the shelf life, maintain the adhesive strength to the mounted electronic components, and prevent the oxidation of solder particles even during processing in a reflow furnace. Elimination of poor wetting and the like makes it possible to use a general-purpose device such as an air reflow furnace. Therefore, it has a low melting point and Sn-
Sn-Z as a lead-free solder that can replace Pb solder
The features of the n-type solder are effectively exhibited, and highly reliable soldering is possible.
【００４６】また、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒子の表面上
に、非水系又はドライ系でのめっきによって保護膜を形
成するので、はんだ材料の製造過程でＳｎ−Ｚｎ系合金
が水分との反応で変質することがなく、安定して確実に
目的とするはんだ材料を得ることができる。Further, since a protective film is formed on the surface of the Sn—Zn-based solder particles by plating with a non-aqueous or dry system, the Sn—Zn-based alloy is deteriorated by a reaction with moisture during the manufacturing process of the solder material. Therefore, the intended solder material can be stably and reliably obtained.
【図１】本発明のＳｎ−Ｚｎ系はんだ材料の一例の拡大
断面図である。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of an example of a Sn—Zn-based solder material of the present invention.
【図２】同、はんだ材料の製造方法を示すノズルの概略
断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a nozzle showing a method for manufacturing a solder material.
【図３】同、はんだ材料の他の製造方法を示すスパッタ
リング装置の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of a sputtering apparatus showing another method for producing a solder material.
【図４】同、はんだ材料を使用したＳＭＤ実装工程を示
す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing an SMD mounting process using a solder material.
１…Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ粒子、２…保護膜（Ｓｎ、Ａｕ
等）、３…Ｓｎ−Ｚｎ系溶融はんだ材料（融液）の通
路、４…冷却用不活性流体の通路、５…溶融保護膜材料
の通路、６…表面保護膜付きＳｎ−Ｚｎ系はんだ材料、
７…Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ融液、８…Ｎ2雰囲気（チャン
バー（アトマイジング空間）内）、１０…陽極（Ｓｎ、
Ａｕ等の保護膜材料のターゲット）、１１…陰極（ステ
ンレス等）、１２…加振器（超音波振動子等）、１３…
チャンバー（スパッタリング空間）、２０…ＳＭＤ、２
５…Ａｌ電極パッド、２９…はんだペースト、３０…プ
リント配線板、３１…はんだ、３３…電極（ランド）1 ... Sn-Zn based solder particles, 2 ... Protective film (Sn, Au)
Etc.) 3, passage for Sn-Zn-based molten solder material (melt), 4 ... passage for inert fluid for cooling, 5 ... passage for molten protective film material, 6 ... Sn-Zn-based solder material with surface protective film ,
7 ... Sn-Zn based solder melt, (chamber (atomizing space)) 8 ... N 2 atmosphere, 10 ... anode (Sn,
Target of protective film material such as Au), 11: cathode (stainless steel, etc.), 12: vibrator (ultrasonic vibrator, etc.), 13:
Chamber (sputtering space), 20 ... SMD, 2
5 Al electrode pad, 29 solder paste, 30 printed wiring board, 31 solder, 33 electrode (land)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２Ｃ // Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｃ２２Ｃ 13/00 13/02 13/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05K 3/34 512 H05K 3/34 512C // C22C 13/00 C22C 13/00 13/02 13/02
Claims (13)
が形成されている、はんだ材料。1. A solder material in which a protective film is formed on the surface of tin-zinc solder particles.
性が良好である、請求項１に記載したはんだ材料。2. The solder material according to claim 1, wherein the protective film has good solderability and oxidation resistance.
からなっている、請求項２に記載したはんだ材料。3. The solder material according to claim 2, wherein said protective film is made of tin, gold, or a mixture thereof.
亜鉛又は錫−亜鉛−ビスマスからなっている、請求項１
に記載したはんだ材料。4. The method according to claim 1, wherein the solder particles are tin-based.
2. The method of claim 1, wherein the material comprises zinc or tin-zinc-bismuth.
Solder material described in.
が形成されてなるはんだ材料と、フラックスと、ソルベ
ントとからなる、はんだペースト。5. A solder paste comprising a solder material in which a protective film is formed on the surface of tin-zinc solder particles, a flux, and a solvent.
性が良好である、請求項５に記載したはんだペースト。6. The solder paste according to claim 5, wherein the protective film has good solderability and oxidation resistance.
からなっている、請求項６に記載したはんだペースト。7. The solder paste according to claim 6, wherein said protective film is made of tin, gold, or a mixture thereof.
亜鉛又は錫−亜鉛−ビスマスからなっている、請求項５
に記載したはんだペースト。8. The method according to claim 8, wherein the solder particles are tin-based.
6. The method of claim 5, wherein the material comprises zinc or tin-zinc-bismuth.
Solder paste described in 1.
系又はドライ系でのめっきによって保護膜を形成する工
程を有する、はんだ材料の製造方法。9. A method for producing a solder material, comprising a step of forming a protective film on a surface of a tin-zinc solder particle by plating with a non-aqueous or dry system.
法、又はスパッタリング等の物理的成膜法によって前記
保護膜を形成する、請求項９に記載したはんだ材料の製
造方法。10. The method for producing a solder material according to claim 9, wherein the protective film is formed by a physical film forming method such as an atomizing method, a hot-dip plating method, a thermal spraying method, or sputtering.
化性が良好である材料によって形成する、請求項９に記
載したはんだ材料の製造方法。11. The method according to claim 9, wherein the protective film is formed of a material having good solderability and oxidation resistance.
物によって形成する、請求項１１に記載したはんだ材料
の製造方法。12. The method according to claim 11, wherein the protective film is formed of tin, gold, or a mixture thereof.
る錫−亜鉛又は錫−亜鉛−ビスマスを使用する、請求項
９に記載したはんだ材料の製造方法。13. The method for producing a solder material according to claim 9, wherein tin-zinc or tin-zinc-bismuth mainly containing tin is used as the solder particles.
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| JP2001136903A JP2002331385A (en) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | Soldering material, manufacturing method therefor, and soldering paste |
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- 2001-05-08 JP JP2001136903A patent/JP2002331385A/en active Pending
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