JP2002361484A - ソルダペースト - Google Patents
ソルダペーストInfo
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Abstract
の濡れ性が良好な、亜鉛及び錫を含有するハンダ合金の
ソルダペーストを提供する。 【解決手段】 ソルダペーストは、亜鉛及び錫を含有す
るハンダ合金粉末とフラックスとを含有するソルダペー
ストであって、フラックスは二価の硫黄を含有する含硫
黄有機化合物を含む。フラックスは、酸化防止剤及び防
錆剤を含有し、酸化防止剤及び防錆剤の少なくとも一方
として含硫黄有機化合物をフラックスに配合してもよ
い。
Description
に用いる鉛フリーのソルダペーストに関し、特に、プリ
ント基板と電子部品との接合などに好適に使用可能な、
亜鉛及び錫を含有するハンダ合金を用いたソルダペース
トに関する。
ペーストは、ハンダ合金として錫−鉛合金を使用するも
のであった。しかし、鉛を含まない代替ハンダ合金が求
められており、亜鉛及び錫を含有するハンダ合金による
鉛フリーのソルダペーストが検討されている。
ルダペーストは、亜鉛の反応性が高いために経時安定性
及び耐酸化性が低い。従って、亜鉛及び錫を含有するハ
ンダ合金に適したフラックスを実現するため、ソルダペ
ーストが長期保存に耐えられ酸化による濡れ広がり性の
低下が抑制されるようなフラックス組成の改良が進めら
れている。フラックスの性能を改善するための添加剤と
して、例えば、防錆剤(特開平9−1382号公報)や
酸化防止剤などが提案されている。
器のハンダ接合に用いられており、それらのハンダ付け
する部分には、通常、種々のメッキが施されている。例
えば、電子部品のリードに施されるメッキとして錫−鉛
メッキ、錫−銀メッキ、錫−銅メッキ、錫−ビスマスメ
ッキ、金メッキ、パラジウムメッキ等がある。従って、
このような電子部品や電気電子機器のハンダ接合におい
てソルダペーストが実用化されるには、このような各種
メッキに対してハンダの濡れ性が十分に発揮されること
が重要である。
を含有するハンダ合金は、一部のリードメッキに対して
濡れ性が低い傾向にある。つまり、錫−鉛メッキ、錫−
銀メッキ、錫−銅メッキ、錫−ビスマスメッキなどの錫
系メッキに対する濡れ性に比べて、金メッキやパラジウ
ムメッキなどに対する濡れ性が低い傾向がある。従っ
て、電子部品に施されるメッキの一部が金メッキやパラ
ジウムメッキであると、ハンダの接合強度が局所的に低
くなり、電子部品全体としても機械強度が低下する可能
性がある。
のであり、亜鉛及び錫を含有するハンダ合金の粉末を使
用し、電子部品や電気電子機器におけるハンダ接合に広
く適用可能なハンダ濡れ性が発揮されるソルダペースト
を提供することを目的とする。
ダの濡れ広がり性に優れ、金メッキやパラジウムメッキ
処理を施した部品リードとの濡れ性が良好な鉛フリーの
ソルダペーストを提供することを目的とする。
は、亜鉛及び錫を含有するハンダ合金粉末とフラックス
とを含有するソルダペーストであって、このフラックス
は、二価の硫黄を含有する含硫黄有機化合物を含むこと
を要旨とする。
を含有し、前記含硫黄有機化合物は、当該酸化防止剤及
び防錆剤の少なくとも一方として前記フラックスに配合
してもよい。
フラックスとの混合物である。フラックスは、一般的に
は、ハンダ粉末を可塑化するためのベース樹脂、ハンダ
表面を活性化するための活性剤、チキソ(チキソトロー
プ)剤、溶剤などの成分により構成され、ハンダの種類
に応じて酸化防止剤や防錆剤等の添加剤を配合するな
ど、組成が工夫される。
鉛を含有する合金ハンダ(錫−亜鉛系ハンダ)の粉末
と、含硫黄有機化合物を配合したフラックスとの混合物
であり、合金ハンダを粒状化してフラックスに分散させ
ることにより調製される。本発明において使用されるフ
ラックスは、通常のソルダペーストのフラックスを構成
する上記のような成分をそのまま使用してその主体を構
成することができ、フラックス主体に含硫黄有機化合物
を配合することにより、ハンダの濡れ性、特に金メッキ
やパラジウムメッキなどに対する濡れ性が改善される。
分について詳細に説明する。
成は、亜鉛及び錫の含有量について特に限定されるもの
ではなく、ハンダとしての適切な特性を有するものであ
ればよい。また、亜鉛及び錫以外の他の金属(銀、銅、
ビスマス、インジウム、ニッケルなど)を適宜添加して
もよく、その種類及び量についても、何ら限定されるも
のではない。従って、例えば、錫−亜鉛二元合金や、錫
−亜鉛−ビスマス合金などの三元合金、錫−亜鉛−ビス
マス−インジウム合金などの四元合金を本発明のハンダ
合金として好適に使用することができる。ハンダ合金の
組成によって溶融温度は異なるので、組成を調整するこ
とによって低温ハンダや高温ハンダに使い分けることが
できる。
μm程度、好ましくは10〜50μm程度に粒状化した
ハンダ粉末をフラックスと混合してソルダペーストが得
られる。ハンダ粉末の配合割合は、ハンダ粉末とフラッ
クスとの合計量を100重量部として、ハンダ合金粉末
が85〜95重量部程度、フラックスが5〜15重量部
程度となるように調整するのが好ましい。
に、ベース樹脂、活性剤、チキソ剤及び溶剤を用いてそ
の主体を構成することができ、必要に応じて酸化防止剤
や防錆剤等の添加剤を配合することができる。本発明の
フラックスは、このような成分で適切に構成されるフラ
ックス主体に含硫黄有機化合物を配合したものである。
含硫黄有機化合物は、固有の成分としてフラックスに配
合することも、あるいは、上記のフラックス主体を構成
する成分のうちの一つを兼ねて配合することも可能であ
る。特に、酸化防止剤又は防錆剤の役割を兼ねた含硫黄
有機化合物の配合はフラックスの設計上非常に有用且つ
有効である。
(−S−、=S)を含有する有機化合物を意味し、具体
的には、メルカプト基、チオエーテル基(スルフィド
基)、ジスルフィド基、チアゾール基及びベンゾチアゾ
ール基、チウラム基(チオカルバモイル基)、チオウレ
ア基、ジチオカルバミン酸基及びその塩、スルフェンア
ミド(−S−N<)基、キサントゲン酸基(ジチオ炭酸
基)及びその塩などの硫黄含有基を有する有機化合物及
びこれらの誘導体であり、単独で用いても組み合わせて
用いてもよい。メルカプト基又はチオエーテル基などの
基を有する含硫黄有機化合物は、酸化防止剤として用い
ることができ、例えば、ジラウリル−3,3′−チオジ
プロピオネート、ジミリスチル−3,3′−チオジプロ
ピオネート、ジステアリル−3,3′−チオジプロピオ
ネート、ジラウリルスルフィド、2−メルカプトベンズ
イミダゾール、2−メルカプトメチルベンズイミダゾー
ルなどが挙げられる。また、チアゾール基、チウラム
基、チオウレア基又はジチオカルバミン酸塩基などの基
を有する含硫黄有機化合物は、防錆剤として用いること
ができ、例えば、2−メルカプトベンゾチアゾール、ジ
ベンゾチアジルジスルフィド、テトラエチルチウラムジ
スルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、テト
ラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド、
N,N′−ジフェニルチオ尿素、ジチオカルバミン酸亜
鉛塩などが挙げられる。上記以外の含硫黄有機化合物の
具体例として、例えば、N−t−ブチル−2−ベンゾチ
アゾリルスルフェンアミド、ブチルキサントゲン酸亜鉛
塩等がある。概して、酸化防止剤として有効な化合物は
硫黄単結合(−S−)を有し、防錆剤として有効な化合
物は硫黄二重結合(=S)を有する傾向がある。
れる機構は明らかではないが、二価の硫黄を有する含硫
黄有機化合物は、硫黄原子の電子対により金属と配位又
は結合して金属間化合物を形成する性質を有し、特に、
金、パラジウムなどの貴金属との配位・結合力が優れ
る。従って、フラックスに配合された含硫黄有機化合物
は、ハンダ粉末の表面及び接合される金属部材の表面を
被覆し、リフロー時に金属表面を活性化し、金メッキや
パラジウムメッキ処理を施した部品リードとの濡れ性を
向上させる効果があると考えられる。これに対し、二価
以外の硫黄では、硫黄原子と金、パラジウム等の貴金属
との配位・結合力が低下するため、効果は小さい。
ス全体の0.1〜5重量%であることが好ましい。0.
1重量%未満では濡れ性を向上させる効果が顕著ではな
く、5重量%を超えると、金メッキやパラジウムメッキ
との反応性が強いためにかえってハンダの濡れ性を損な
う傾向がある。
ダの特性に応じて適宜選択される。亜鉛は反応性が高い
ので、錫−亜鉛系ハンダを用いたソルダペーストでは、
亜鉛とフラックス中の活性剤などとの反応によるソルダ
ペーストの粘度の急激な上昇が抑制されるようにフラッ
クスの構成成分の選択に配慮が必要となる。また、リフ
ロー過程でのハンダ粉末の酸化による濡れ広がり性の低
下を防止するような成分の添加が好ましい。フラックス
の各構成成分の具体例としては、以下のようなものが挙
げられる。
ジン、水添ロジン、不均化ロジン及びその他の各種ロジ
ン誘導体や、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリア
ミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂などの合成樹
脂が挙げられる。ベース樹脂の配合割合は、概して、フ
ラックス全体の30〜70重量%とするのが好ましい。
チルアミン、トリエチルアミンなどの有機アミン類;ギ
酸、酢酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン
酸、安息香酸などの有機モノカルボン酸;シュウ酸、マ
ロン酸、コハク酸、アジピン酸、フマール酸、マレイン
酸などの有機ジカルボン酸およびその無水物;アニリン
臭化水素酸塩、イソプロピルアミン塩酸塩、エチルアミ
ン塩酸塩、ジエチルアミン臭化水素酸塩、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塩酸塩な
どのアミンハロゲン化水素酸塩;及び、ハロゲン化炭化
水素などが挙げられる。活性剤の配合割合は、概して、
フラックス全体の0〜20重量%とするのが好ましい。
テル、芳香族系の溶剤が利用でき、例えば、ベンジルア
ルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタ
ノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチル
カルビトール、テルピネオール、トルエン、キシレン、
プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレ
ングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコ
ールモノブチルエーテルなどを使用することができる。
溶剤の配合割合は、フラックス全体の20〜60重量%
とするのが好ましい。
油、水添ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックス、ステア
リン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスア
ミドなどを使用することができる。チキソ剤の配合割合
は、フラックス全体の1〜10重量%とするのが好まし
い。
剤としての機能により、酸素による反応を抑制する。ソ
ルダペースト中において、酸素を取り込みソルダペース
トの保存安定性を高める作用をする。また、リフロー工
程では、雰囲気中の酸素を捕捉し、ハンダ粉末の酸化を
防いで濡れ広がり性の低下を抑えることができる。一
方、防錆剤は、ソルダペースト中においてキレート剤様
の作用をし、ハンダ粉末表面の金属とキレート錯体を形
成してハンダ粉末表面を保護する。これにより、ハンダ
合金中の亜鉛がフラックスの活性剤などと反応すること
による粘度の増大を抑制し、ソルダペーストの保存安定
性の低下が防止される。リフロー中においては、雰囲気
中の酸素による酸化を防止する効果がある。酸化防止剤
及び防錆剤は、両方を組合せて用いることにより相乗的
に作用して効果を飛躍的に増進する。
有機化合物は、高分子フェノール化合物、リン化合物、
硫黄化合物に分類することができる。また、防錆剤とし
て用いられる有機化合物は、窒素化合物及び硫黄化合物
に大別することができ、窒素化合物にはトリアゾール化
合物、イミダゾール化合物、グアニジン化合物などが、
硫黄化合物にはチアゾール化合物、チウラム化合物、ジ
チオカルバミン酸塩などが含まれる。これらの酸化防止
剤、防錆剤はそれぞれ単独で使用しても併用してもよ
い。
ール化合物には、例えば、トリエチレングリコール−ビ
ス[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキ
シフェニル)プロピオネート]、1,6−ヘキサンジオ
ール−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒド
ロキシフェニル)プロピオネート]、ペンタエリスリチ
ルテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒ
ドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−
3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニ
ル)プロピオネート、1,3,5−トリメチル−2,
4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロ
キシベンジル)ベンゼンなどが挙げられる。リン化合物
としては、トリフェニルホスファイト、トリスノニルフ
ェニルホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチル
フェニル)ホスファイト、ジステアリルペンタエリスリ
トールジホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファ
イトなどが挙げられる。また、硫黄化合物としては、前
述の含硫黄有機化合物の説明において例示したジラウリ
ル−3,3′−チオジプロピオネート、ジミリスチル−
3,3′−チオジプロピオネート、ジステアリル3,
3′−チオジプロピオネート、ジラウリルスルフィド、
2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトメ
チルベンズイミダゾールなどが挙げられる。
用いてもよいが、2種類以上のものを併用すると更に好
ましい。特に、高分子フェノール化合物とリン化合物、
または、高分子フェノール化合物と硫黄化合物を組合せ
て用いることにより、大きな相乗効果が発揮される。酸
化防止剤の配合割合は、フラックス全体の0.5〜20
重量%が適切であり、さらに好ましくは1〜10重量%
である。複数種の酸化防止剤を組み合わせて用いる場合
は、総量を上記の範囲内とするのがよい。
は、ベンゾトリアゾール、メチル−ベンゾトリアゾール
などのトリアゾール化合物;イミダゾール、メチルイミ
ダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾールなど
のイミダゾール化合物;1,3−ジフェニルグアニジン
などのグアニジン化合物などが挙げられる。また、硫黄
化合物としては、前述の含硫黄有機化合物の説明におい
て例示した2−メルカプトベンゾチアゾール、ジベンゾ
チアジルジスルフィドなどのチアゾール化合物;テトラ
エチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジ
スルフィド、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラ
ムジスルフィドなどのチウラム化合物;N,N′−ジフ
ェニルチオ尿素などのチオウレア化合物;及びジチオカ
ルバミン酸塩などが挙げられる。
類以上を併用してもよい。防錆剤の配合割合は、フラッ
クス全体の0.1〜10重量%が適切であり、さらに好
ましくは0.5〜5重量%である。
量はフラックス全体の1〜30重量%とするのが適切で
ある。配合量が不足すると、酸化防止効果及び保存安定
化効果が顕著でなく、過剰であると、ハンダ金属粒子の
保護が強固であるため、活性力が阻害され濡れ広がり性
が低下する恐れがある。
て、上記のフラックス構成成分を均一に混合してフラッ
クスを調製し、更にハンダ合金粉末と混合することによ
って得られる。フラックスの調製において、必要に応じ
て適宜フラックス構成成分を加熱して溶解することによ
り混合が容易になる。なお、防錆剤の一部を用いてハン
ダ合金粉末の粒子表面をあらかじめコーティング処理す
ると、防錆剤の効果をより高めることができる。
て、半導体デバイス等の電子部品や電子モジュール、プ
リント配線基板などの製造及び組立においてなされるリ
フローハンダ付け用のソルダペーストとして特に有効に
用いることができる。
らに詳細に説明する。なお、本発明は、下記実施例に制
限されるものではない。
量%)に従って、以下に示す各成分をフラックスの原料
として配合して容器に仕込み、加熱溶解した後に冷却し
て、実施例1〜7及び比較例1〜3のフラックスを調製
した。
−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネー
ト]、 B:オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4
−ヒドロキシフェニル)プロピオネート C:トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスフ
ァイト D:ジステアリル−3,3′−チオジプロピオネート
(含硫黄有機化合物) 防錆剤 A:メチル−ベンゾトリアゾール B:1,3−ジフェニルグアニジン C:2−メルカプトベンゾチアゾール(含硫黄有機化合
物) D:ジベンゾチアジルジスルフィド(含硫黄有機化合
物) [ソルダペーストの調製]フラックスとして上記で調製
したフラックスを用い、ハンダ粉末として粒径20〜4
0μmの錫−亜鉛共晶合金(Sn91wt%−Zn9wt
%)粉末又は錫−亜鉛−ビスマス合金(Sn89wt%−
Zn8wt%−Bi3wt%)粉末を用いて、表1及び表2
に従って、ハンダ粉末90重量部及びフラックス10重
量部を混練機で撹拌して混合し、実施例1〜7及び比較
例1〜3のソルダペーストを調製した。
調製した実施例1〜7及び比較例1〜3に係る10種の
ソルダペーストについて、下記のような評価試験を行な
った。
いた試験片のハンダ付けにおけるハンダの広がり率を測
定した。試験片には、通常の銅板及びパラジウムメッキ
板を使用した。
し、保存前後の粘度の測定により粘度変化を調べた。粘
度測定は、スパイラル型粘度計を使用して、25℃、1
0rpm の条件で行った。
す。
ーストでは、銅板に対する広がり率とパラジウムメッキ
板に対する広がり率との差が大きいのに比べて、表1に
示される含硫黄有機化合物(酸化防止剤D、防錆剤C,
D)を配合したソルダペーストでは、銅板に対する広が
り率とパラジウムメッキ板に対する広がり率との差が小
さい。従って、含硫黄有機化合物の使用によりパラジウ
ムメッキに対する濡れ性が改善されるということが判
る。
善効果は、酸化防止剤及び防錆剤の両方をフラックスに
配合した場合により有効に発揮させることができること
が実施例4と実施例7との比較によってわかる。尚、フ
ラックスの保存安定性は、酸化防止剤及び防錆剤の両方
を配合した時に特に効果的に発揮されることが、実施例
1〜6及び比較例3と実施例7及び比較例1〜2との比
較からわかる。
ハンダ合金の粉末を使用したソルダペーストの金メッキ
やパラジウムメッキ処理を施した部材に対する濡れ性
が、銅板等に対する濡れ性と同程度まで改善されるた
め、種々の部材に対して等しく良好な濡れ性を発揮し、
しかも保存安定性に優れたソルダペーストを提供するこ
とができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 亜鉛及び錫を含有するハンダ合金粉末と
フラックスとを含有するソルダペーストであって、該フ
ラックスは、二価の硫黄を含有する含硫黄有機化合物を
含むことを特徴とするソルダペースト。 - 【請求項2】 前記フラックスは、酸化防止剤及び防錆
剤を含有し、前記含硫黄有機化合物は、当該酸化防止剤
及び防錆剤の少なくとも一方として前記フラックスに配
合される請求項1記載のソルダペースト。 - 【請求項3】 前記含硫黄有機化合物は、メルカプト
基、ジスルフィド基及びチオウレア基からなる群より選
択される硫黄含有基を有する有機化合物であり、前記フ
ラックスは、ベース樹脂、活性剤、チキソ剤及び溶剤を
含有する請求項1又は2に記載のソルダペースト。 - 【請求項4】 金メッキ又はパラジウムメッキが施され
た部材のハンダ付けに用いられる請求項1〜3のいずれ
かに記載のソルダペースト。
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