JP2002336993A - ソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プリヒート時のソルダペースト膜のだれ性を改
善し、はんだブリッジやはんだボールの発生を防止す
る。 【解決手段】はんだ粉末、ロジン系樹脂、活性剤及び溶
剤を含有するソルダーペースト組成物にポリエチレング
リコールポリプロピレングリコール−ポリエチレングリ
コールブロックポリマーを含有せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリヒート時における
ソルダペーストのだれ性を改善することができるソルダ
ペースト組成物及びこれを使用したリフローはんだ付方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器には電子部品を搭載したプリン
ト回路基板が一つの機能を有する回路を構成する部品と
して用いられているが、そのプリント回路基板に電子部
品としてコンデンサや抵抗体等を搭載するには、その回
路配線パターンの銅箔ランド、すなわちはんだ付ランド
にこれら部品をはんだ付して接続、固定している。この
ようにプリント回路基板に電子部品をはんだ付するに
は、プリント回路基板の所定の箇所に両端に電極を有す
る、いわゆるチップ型電子部品をはんだ付するはんだ付
ランドを設け、各はんだ付ランドにソルダペーストを塗
布し、チップ型電子部品をその電極がはんだ付ランドに
位置するように仮留めし、ついでプリヒートした後に加
熱し、ソルダペーストのはんだ粉末を溶融してはんだ付
する、いわゆるリフローはんだ付方法が行われており、
最近ではこのリフローはんだ付方法を用いることが表面
実装の小型化の利点があることから多くなっている。

【０００３】ところで、近年、プリント回路基板におけ
る表面実装は、電子部品を小型化してその実装密度を高
める、いわゆる高密度化の方向にあり、微小で軽量な例
えば１００５チップ（縦１ｍｍ、横０．５ｍｍ）が多数
使用されている。また、最近の電子部品は小型化の上に
多機能化され、狭い間隔で多数のリードが配設されてお
り、例えばＱＦＰやＳＯＰのような集積回路部品では、
リード数が１００本以上、リード間隔が０．５ｍｍ以下
であり、さらにリード間隔が０．３ｍｍという細密なも
のも実用化されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
ソルダペーストは、上述した１５０℃前後に加熱するプ
リヒート時においてはその塗布膜の形が崩れ、その塗布
時の当初の形を維持できず、平坦化する、いわゆるだれ
性の問題があり、特に最近の上記の小型チップやリード
間隔の細密な電子部品を高密度実装化しようとしている
プリント回路基板のピッチの狭いはんだ付ランドにおい
ては、そのだれ性のために所定の塗布された位置よりは
み出て広く拡がってしまうため隣接塗布膜が接触し、そ
のまま２３０℃に温度を挙げてはんだ付を行うと、はん
だ付ランド間にはんだの橋架けであるいわゆるはんだブ
リッジを形成して、回路を短絡することがあるという問
題がある。また、このように所定の位置から塗布膜がは
み出ると、その溶融後にチップ部品の脇に微小なボール
状のいわゆるはんだボールが生じ、振動等によりそのは
んだボールが脱落し、回路を短絡させたり、はんだ付ラ
ンド間の絶縁抵抗を低下させる。このように、回路を短
絡させたり、その絶縁塗膜の絶縁抵抗を低下させると、
回路の信頼性を損なう等の問題を発生し、電子部品をプ
リント配線板に搭載する工程の後に所定の回路機能を有
さない製品を不良品として処理することになると、その
工程はベルトコンベアによる流れ作業の大量生産方式で
行われているので、不良率が僅かでも増加することによ
り多くの不良品を発生することになり、製品歩留まりが
悪くなって生産性を低下させるという問題を生じる。

【０００５】本発明の第１の目的は、リフローはんだ付
工程のプリヒート時におけるだれ性を改善したソルダペ
ースト組成物及びリフローはんだ付方法を提供すること
にある。本発明の第２の目的は、はんだブリッジやはん
だボールの発生を防止することができるソルダペースト
組成物及びリフローはんだ付方法を提供することにあ
る。本発明の第３の目的は、リフローはんだ付において
回路の短絡によるはんだ付不良や、その絶縁塗膜の絶縁
性の低下を防止することができるソルダペースト組成物
及びリフローはんだ付方法を提供することにある。本発
明の第４の目的は、電子部品を搭載したプリント配線板
の製品の不良率を減らし、その生産性を高め、生産コス
トを低減できるソルダペースト組成物及びリフローはん
だ付方法を提供することにある。

【０００６】

〔化１〕

Ｈ−（ＯＣ₂ Ｈ₄ ) _l −Ｏ−（ＯＣ₃ Ｈ₆ ）_m −（Ｃ₂
Ｈ₄ Ｏ) _n −Ｈ （式中、ｌ、ｍ、ｎはそれぞれ１以上（少なくとも１）
の整数を表わす。） また、本発明は、（２）、ポリエチレングリコール−ポ
リプロピレングリコール−ポリエチレングリコールブロ
ックポリマーをはんだ粉末を除くロジン系樹脂、活性剤
及び溶剤を含有する組成物であるフラックスに対して１
〜１０％含有する上記（１）のソルダペースト組成物、
（３）、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリ
コール−ポリエチレングリコールブロックポリマーの平
均分子量が少なくとも４００である上記（１）又は
（２）のソルダペースト組成物、（４）、ポリエチレン
グリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレン
グリコールブロックポリマー中のエチレンオキサイド
（Ｃ₂ Ｈ₄ Ｏ) の含有率が少なくとも２０％である上記
（１）ないし（３）のいずれかのソルダペースト組成
物、（５）、沸点が２３０℃より高い有機溶剤を含有す
る上記（１）ないし（４）のいずれかのソルダペースト
組成物、（６）、プリント回路基板のはんだ付部に対し
て電子部品を上記（１）ないし（５）のいずれかのソル
ダペースト組成物を用いてリフローはんだ付するリフロ
ーはんだ付方法を提供するものである。

【０００７】次に本発明を詳細に説明する。本発明にお
いて、上記一般式〔化１〕で示されるポリエチレングリ
コール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリ
コールブロックポリマーは、ソルダペーストの塗布膜の
溶融時のだれ性を改善するためにソルダペースト組成物
に添加されて使用されるが、ブロックエーテル型の分子
構造を有し、非イオン性界面活性剤に属する物質である
として知られている。このブロックポリマーのエチレン
オキサイド（Ｃ₂ Ｈ₄ Ｏ) の含有率は１０％（質量％、
以下同様）のものでもよいが、少なくとも２０％（２０
％以上）が好ましく、例えば４０％、７０％、８０％も
挙げることができる。２０％未満では上記のだれ性を改
善し難くなることがある。また、このブロックポリマー
の平均分子量としては、少なくとも４００（４００以
上）が好ましく、４００〜２０，０００を挙げることが
できるが、４００未満であると上記のだれ性を改善し難
くなることがあり、上述したはんだボールが発生し易く
なる傾向がある。２０，０００を超えると、フラックス
の粘度が高くなり、ソルダペーストの流動性が低下し、
印刷時のかすれが発生し易くなる傾向がある。

【０００８】このブロックポリマーとしては、具体的に
は、プロノン１０２（無色透明液体、平均分子量１，２
５０、Ｃ₂ Ｈ₄ Ｏ（ＥＯと略称、以下同様）２０％）、
プロノン１０４（白色固体、平均分子量１，６７０、Ｅ
Ｏ ４０％）、プロノン２０１（無色透明液体、平均分
子量２，２２０、ＥＯ １０％）、プロノン２０２Ｂ
（液体、平均分子量２，４００、ＥＯ ２０％）、プロ
ノン２０４（無色ペースト、平均分子量３，３３０、Ｅ
Ｏ ４０％）、プロノン２０８（白色フレーク、平均分
子量１０，０００、ＥＯ ８０％）、プロノン３０７
（白色フレーク、平均分子量１０，０００、ＥＯ ７０
％）、プロノン４０７（白色フレーク、平均分子量１
３，０００、ＥＯ ７０％）（以上、日本油脂社製）等
が挙げられる。

【０００９】本発明におけるソルダペースト組成物中に
おける上記ブロックポリマーの含有量は、そのソルダペ
ースト組成物からはんだ粉末を除いた他の成分からな
る、いわゆるフラックス中に１〜１０％が好ましい。１
％未満であると、上記のだれ性の改善効果がその範囲の
ものより少なく、１０％より多いと粘度が高くなって印
刷性を低下させ易く、作業性を低下させ易くなるからで
ある。

【００１０】本発明に用いられるロジン系樹脂とはロジ
ン、その変成ロジン等の誘導体が挙げられ、これらは併
用することもできるが、具体的には例えばガムロジン、
ウッドロジン、重合ロジン、フェノール変性ロジンやこ
れらの誘導体が挙げられる。ロジン系樹脂の含有量は、
通常のソルダペーストの場合にはフラックス（ソルダペ
ーストからはんだ粉末を除いた成分からなる組成物）
中、３５〜５０％とすることができる。これより少ない
と、はんだ付ランドの銅面の酸化を防止してその銅面に
溶融はんだを濡れ易くする、いわゆるはんだ付性が低下
し、はんだボールが生じ易くなり、これより多くなると
残さ量が多くなる。また、活性剤としては、有機アミン
のハロゲン化水素塩、有機酸、有機アミンが挙げられ、
具体的にはジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロ
ヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、
アジピン酸、セバシン酸、トリエタノールアミン、モノ
エタノールアミン等が挙げられ、これらはフラックス中
０．１〜２％が上記した残さによる腐食性を抑制し、絶
縁抵抗を損なわない点から、さらにははんだ付性、はん
だボールを生じないようにする点から好ましい。また、
チキソ剤を使用してもよく、その使用により、その印刷
性に適した粘度に調整することができるが、これには例
えば水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪
酸類をフラックス中４〜１０％含有させることが好まし
い。また、溶剤としては、通常のソルダペーストに用い
られているものも使用できるが、例えばブチルカルビト
ール（沸点２３０℃、以下括弧内は沸点を表す）、ジエ
チレングリコール（２４５℃）、ジプロピレングリコー
ル（２３３℃）、トリエチレングリコール（２７８
℃）、ヘキシルジグリコール（２６０℃）、エチルヘキ
シルジグリコール（２７０℃）等が挙げられ、ソルダペ
ーストのフラックス中２５〜４０％含有されることが好
ましい。沸点が２３０℃よりも高い、好ましくは２５０
℃より高く、２８０℃より低い高沸点溶剤を含有するこ
とがはんだボールの発生を抑制し、ソルダーペーストの
乾燥を防ぎ、印刷時の粘着力持続性の向上のためには好
ましい。特にプリント配線板のはんだ付ランドに対する
ソルダペーストの塗布量が多い場合や、そのはんだ付ラ
ンドの間隔が狭い場合には、はんだ付時にチップ脇には
んだボール（これを特に「チップ脇はんだボール」とし
て他のはんだボールと区別する）が発生し易いが、ソル
ダペーストの溶剤にブチルカルビトール（沸点２３０
℃）のような沸点の溶剤が使用されているような場合
に、これより沸点の高い高沸点溶剤が含有されている
と、ソルダーペーストの乾燥を防ぐとともにその発生が
防止される。沸点が２３０℃よりも高い高沸点溶剤のフ
ラックス中の含有量は、低過ぎるとチップ脇はんだボー
ルの発生を抑制し難く、多過ぎると揮発しにくい溶剤が
多くなり、プリント回路基板のはんだ付ランドに塗布し
たソルダペースト塗布膜にプリヒート時にだれが発生し
易くなるので、これらを発生し難い１０〜４０％が好ま
しい。このように、ソルダーペーストの溶剤として、例
えば沸点が２３０℃以下の溶剤と沸点が２３０℃より高
い溶剤を併用する場合において、沸点が２３０℃より高
い溶剤をフラックス（ソルダペースト組成物からはんだ
粉末を除いた成分からなる組成物）中１０〜４０％含有
することが好ましいが、この範囲以外でも高沸点溶剤の
種類によっては上記現象を発生し難いものは使用でき
る。沸点が２３０℃より高い溶剤の使用によって、チッ
プ脇はんだボールの発生をこれを使用しない場合の半分
に減らすことはできる。なお、溶剤とは主にソルダペー
ストの塗布工程で揮発させることを意図して含有させる
成分のことであり、塗膜に残留させることを目的とする
可塑剤のようなものは含まない。

【００１１】また、はんだ粉末は、通常のソルダペース
トに用いられている、例えばＳｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−
Ａｇ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｐ
ｂ−Ｓｂ等のみならず、無鉛系のＳｎ−Ｓｂ系合金、Ｓ
ｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金
（Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ等が添加されてい
てもよい）等を挙げることができ、ソルダペースト中８
８〜９２％（フラックス８〜１２％）用いる。球形で粒
径が２０〜３８μｍのはんだ粉末がはんだ付ランドのピ
ッチの狭くなってきている最近のプリント回路基板に対
するリフローはんだ付用として好ましい。

【００１２】本発明のソルダペーストを製造するには、
上記のはんだ粉末、ロジン系樹脂、活性剤、溶剤、必要
によりチキソ剤及び上記のブロックポリマーをプラネタ
リーミキサー等により攪拌混合する。このようにして得
られたソルダペーストは、フラックス中の不揮発分４〜
１０％、粘度は１５０〜３５０Ｐ_a.S である。このよう
にして得られたソルダペーストは、メタルマスクを用い
たスクリーン印刷等によりプリント回路基板のはんだ付
ランドに塗布され、エアーリフロー（２３０℃）等によ
りリフローはんだ付が行われるが、その際、印刷された
ソルダペーストの塗膜は１５０℃前後にプリヒートされ
ても、その形が崩れず、その形を維持し、平坦化せず、
はんだ付ランド間が狭い場合（そのピッチが０．３ｍｍ
より小さい）でも上記ブロックポリマーの存在により両
者が接触するようなことがないようにできる。そしては
んだ粉末が溶融されてはんだ付が行われた後は、はんだ
ボールの発生もないようにでき、特に沸点が２３０℃よ
り高い高沸点溶剤を使用した場合にはチップ脇における
はんだボールの発生も抑制ないし防止できるので絶縁性
の低下等の問題を改善することができるとともに、ソル
ダーペーストの乾燥も防止できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を以下の
実施例で説明する。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 実施例１ 以下の組成のソルダペーストを調製する。 水添ロジン ５０．０ｇ ジフェニルグアニジン臭素化水素酸塩（活性剤） １．５ｇ 硬化ヒマシ油（チキソ剤） ６．０ｇ プロノン１０４ ５．０ｇ ブチルカルビトール（沸点２３０℃の溶剤） ２２．５ｇ エチルヘキシルジグリコール（沸点２７０℃の溶剤）１５．０ｇ （以上、フラックス １００ｇ） 上記フラックス １０．０ｇ はんだ粉末 ９０．０ｇ （Ｓｎ／Ｐｂ＝６３／３７共晶はんだ粉末） （以上、ソルダペースト １００ｇ） なお、上記のプロノン１０４（商品名）は、日本油脂社
製の平均分子量１６７９、エチレンオキサイド（ＥＯ）
含有率４０％のポリエチレングリコール−ポリプロピレ
ングリコール−ポリエチレングリコールブロックポリマ
ーであり、上記のはんだ粉末はその粒子径が２０〜３８
μｍのものである。上記ソルダペースト配合物を攪拌混
合し、ソルダペーストを得てこれをマルコム粘度計（２
５℃）で測定したところ、粘度は、１９０Ｐ_a.S であっ
た。

【００１５】このようにして得られたソルダペーストを
メタルマスク（０．１５ｍｍ厚さ）の上からスキージー
によりプリント回路基板のパッド（開口幅０．３ｍｍの
部分もあるはんだ付けランド）に印刷し、チップ部品を
仮留めした後、１５０℃でプリヒートし、そしてリフロ
ー炉を通して、約２３０℃程度ではんた付けを行なっ
た。このようにして搭載するチップ部品の個数を約６０
０とし、それぞれのチップ部品の周囲に発生したはんだ
ボールの数を目視により調べた結果を表１に示す。表
中、「はんだボール発生」について、◎は「なし」、○
は「少しあり」、×は「多い」を示す。また、上記にお
いて、厚いメタルマスク（０．２ｍｍ厚さ）を用いると
ともに、狭ピッチのパッド（開口幅０．３ｍｍ）が殆ど
のプリント回路基板を用いたこと以外は同様にして試験
を行ない、それぞれのチップ部品の脇に発生したはんだ
ボールの数を目視により調べた結果を表１に示す。表
中、「チップ脇はんだボール発生」について、◎は「な
し」、○は「少しあり」、×は「多い」を示す。また、
得られたソルダペーストの粘度安定性を１０℃、９０日
保持したときに初期の粘度（１９０Ｐ_a.S ）がほぼ変化
しないものを「良」とし、２０％以上増加するものを
「劣」として評価した結果を表１に示す。また、得られ
たソルダペースト塗布膜の溶融はんだに対する濡れ性を
調べるために以下のようにはんだ広がり試験を行った。
その結果を表１に示す。 （はんだ広がり試験）銅板（０．３ｍｍ×３０ｍｍ×３
０ｍｍ）を１１％硫酸、３．８％過酸化水素水を含む水
溶液中に２０±１℃で６０秒間浸漬してソフトエッチン
グを行った後取り出し、３０秒間イオン交換水で洗浄す
る。この後、イソプロピルアルコール、酢酸エチルで順
次洗浄し、表面を十分に脱水した後、自然乾燥した。こ
の銅板に上記のソルダペーストを塗布し、ＪＩＳ Ｚ
３１９７によりはんだ広がり試験を行った。

【００１６】また、上記ソルダペースト塗布膜中の成分
であるプロノン１０４がその塗布膜に影響を及ぼす程度
を調べるマイグレーション試験をＪＩＳ Ｚ ３２８４
付属書１４に準拠して行った結果を表１に示す。ま
た、銅板腐食試験を上記はんだ広がり試験を行なった銅
板について、ＪＩＳＺ ３１９７により行った結果を表
１に示す。

【００１７】実施例２ 実施例１において、エチルヘキシルジグリコール１５．
０ｇの代わりに、ブチルカルビトール１０．０ｇを用い
たこと以外は同様にしてソルダペーストを得た。その粘
度は実施例１のものとほぼ同じであった。このソルダペ
ーストを実施例１と同様に用いて実施例１と同様に試験
した結果を表１に示す。

【００１８】実施例３ 実施例２において、プロノン１０４の代わりに、プロノ
ン１０２（日本油脂社製の平均分子量１２５０、エチレ
ンオキサイド（ＥＯ）含有率２０％のポリエチレングリ
コール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリ
コールブロックポリマー）を用いたこと以外は同様にし
てソルダペーストを調製し、これを実施例１と同様に用
いて実施例１と同様に試験した結果を表１に示す。

【００１９】比較例１ 実施例２において、プロノン１０４を使用しないこと以
外は同様にしてソルダペーストを調製し、これを実施例
１と同様に用いて実施例１と同様に試験した結果を表１
に示す。

【００２０】比較例２ 実施例２において、プロノン１０４の代わりに、ポリプ
ロピレングリコール（平均分子量１２９０）を用いたこ
と以外は同様にしてソルダペーストを調製し、これを実
施例１と同様に用いて実施例１と同様に試験した結果を
表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１の結果から、実施例１、２、３のもの
ははんだボールの発生がないのに対し、比較例１、２の
ものはその発生が多いことが分かるが、これは実施例の
ものはソルダペースト塗布膜にポリエチレングリコール
−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコール
ブロックポリマーが含有されていることにより、プリヒ
ート時にもその塗布膜はその形状を維持して所定の塗布
された位置からはみ出さず、だれ性が改善された結果で
あるということができる。また、実施例１のものは比較
例１、２のものに対してはいうまでもなく、実施例２、
３のものに対してもチップ脇はんだボールの発生がな
く、沸点が２３０℃より高い高沸点溶剤を併用した効果
が表れているということができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、リフローはんだ付工程
のプリヒート時におけるだれ性を改善してはんだブリッ
ジやはんだボールの発生を防止することができ、特に溶
剤に沸点が２３０℃より高い高沸点溶剤を使用するとき
はチップ脇はんだボールの発生も抑制ないし防止するこ
とができ、これによりリフローはんだ付において回路の
短絡によるはんだ付不良や、その絶縁塗膜の絶縁性の低
下を一層少なくできるプリント配線板を製造することが
でき、そして電子部品を搭載したプリント配線板の製品
の不良率を減らし、その生産性を高め、生産コストを低
減できるソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方
法を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 孝志 埼玉県入間市大字狭山ケ原16番地２ タム ラ化研株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AB06 AC01 BB05 CC36 CD11 CD29 CD31 CD53 GG05 GG15

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだ粉末、ロジン系樹脂、活性剤及び
   溶剤を含有するソルダペースト組成物において、下記
   〔化１〕で示されるポリエチレングリコール−ポリプロ
   ピレングリコール−ポリエチレングリコールブロックポ
   リマーを含有するソルダペースト組成物。 〔化１〕 Ｈ−（ＯＣ₂ Ｈ₄ ) _l −Ｏ−（Ｃ₃ Ｈ₆ Ｏ）_m −（Ｃ₂
   Ｈ₄ Ｏ) _n −Ｈ （式中、ｌ、ｍ、ｎはそれぞれ１以上の整数を表わ
   す。）
2. 【請求項２】 ポリエチレングリコール−ポリプロピレ
   ングリコール−ポリエチレングリコールブロックポリマ
   ーをはんだ粉末を除くロジン系樹脂、活性剤及び溶剤を
   含有する組成物であるフラックスに対して１〜１０％含
   有する請求項１記載のソルダペースト組成物。
3. 【請求項３】 ポリエチレングリコール−ポリプロピレ
   ングリコール−ポリエチレングリコールブロックポリマ
   ーの平均分子量が少なくとも４００である請求項１又は
   ２に記載のソルダペースト組成物。
4. 【請求項４】 ポリエチレングリコール−ポリプロピレ
   ングリコール−ポリエチレングリコールブロックポリマ
   ー中のエチレンオキサイド（Ｃ₂ Ｈ₄ Ｏ) の含有率が少
   なくとも２０％である請求項１ないし３のいずれかに記
   載のソルダペースト組成物。
5. 【請求項５】 沸点が２３０℃より高い有機溶剤を含有
   する請求項１ないし４のいずれかに記載のソルダペース
   ト組成物。
6. 【請求項６】 プリント回路基板のはんだ付け部に対し
   て電子部品を請求項１ないし５のいずれかに記載のソル
   ダペースト組成物を用いてリフローはんだ付するリフロ
   ーはんだ付方法。