JP2003010996A

JP2003010996A - 鉛フリーソルダペースト

Info

Publication number: JP2003010996A
Application number: JP2001194286A
Authority: JP
Inventors: Kaiichi Watanabe; 改一渡辺; Kimiaki Mori; 公章森; Tsutomu Sekiguchi; 務関口; Seiji Yamada; 山田　　清二
Original assignee: Topy Industries Ltd; Nippon Filler Metals Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd; Nippon Filler Metals Ltd
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】プリント回路面の銅パットの端部まで、均一に
広がる鉛フリーソルダペーストを提供する。【解決手段】フラックスと鉛フリーはんだ粉末とを有す
る鉛フリーソルダペーストにおいて、活性剤として塩化
第一錫及び／または塩化亜鉛を、前記フラックス中に溶
解して含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、電子部品を回路
基板に実装するために使用される鉛フリーソルダペース
トに係り、詳記すれば回路基板のパット上に、印刷法に
より鉛フリーはんだを均一にプリコートすることができ
る鉛フリーソルダペーストに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の実装又は電子部品のはんだ付
けに使用されるソルダペーストは、鉛による環境汚染を
防止するため、近年、はんだ合金の鉛フリー化が進めら
れている。

【０００３】鉛フリーソルダペーストは、錫を主成分と
した鉛を含まないはんだ粉末と、ペースト状フラックス
とを混合して作られる。錫を主成分とした鉛を含まない
はんだ粉末としては、例えばＳｎ、Ｓｎ／Ａｇ系、Ｓｎ
／Ａｇ／Ｃｕ系、Ｓｎ／Ｂｉ系、Ｓｎ／Ｚｎ系、Ｓｎ／
Ｓｂ系等が使用されている。

【０００４】その際使用されるフラックスとしては、ロ
ジン又は変性ロジンをベースとし、これに溶剤、活性
剤、チクソ剤その他の添加剤を配合してなるものが、一
般的に使用されている。

【０００５】錫ベースの鉛フリーはんだは、従来の錫・
鉛共晶はんだに比べると、溶融したときの表面張力が大
きいため、濡れ広がり性が悪い欠点があった。このよう
な欠点を改良したソルダペーストを作るため、不活性雰
囲気でのはんだ付け、温度プロファイルの変更等の工程
改善と共に、フラックスの活性剤について、非常に多く
の研究がなされてきた。この活性剤は、カルボン酸等の
有機酸類、有機アミン類、アミノ酸類、有機アミンのハ
ロゲン酸塩類、有機ハロゲン類及び有機燐化合物等の有
機化合物等である。

【０００６】このような技術開発によって、ある程度の
濡れ広がり性が改善されたので、鉛フリーはんだは、電
子部品を回路基板に実装する用途では既に実用化されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが近年、鉛フリ
ーはんだの実用化が進み、電子部品が鉛フリーはんだに
よってプリント回路基板に実装化される製品が増加する
に伴い、プリント回路面の銅パット上に鉛フリーはんだ
を薄く平坦にコーティングして回路を構成する用途が顕
在化してきた。

【０００８】しかしながら、鉛フリーはんだは表面張力
が大きいことに起因して濡れ広がり性が悪いため、電子
部品を回路基板に実装する用途では実用化できたソルダ
ペーストでも、回路面の端部までははんだが広がらない
ため、銅の露出部（赤目部）が解消されない問題があっ
た。そればかりか、表面張力が大きいために、数十ミク
ロンレベルのはんだを凹凸無く、均一な仕上がりにする
ことは不可能であった。

【０００９】本発明の目的は、上記のような従来技術の
問題点を解消し、プリント回路面の銅パットの端部ま
で、均一に広がる鉛フリーソルダペーストを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するため鋭意研究の結果、ソルダペーストの活性
剤として、従来使用されたことのなかった塩化第一錫及
び／または塩化亜鉛を単独あるいは他の活性剤と併用し
て使用することによって、上記課題が解決されるという
驚くべき事実を見出し、本発明を完成した。

【００１１】即ち本発明は、フラックスと鉛フリーはん
だ粉末とを有する鉛フリーソルダペーストにおいて、活
性剤として塩化第一錫及び／または塩化亜鉛を、前記フ
ラックス中に溶解して含有することを特徴とする

【００１２】

【作用】本発明のソルダペーストの特徴は、ソルダペー
スト用の活性剤として従来使用されたことのなかった塩
化第一錫、塩化亜鉛、塩化アンモニウムを含有すること
にある。この活性剤中で、塩化第一錫と塩化亜鉛は、は
んだ付け温度でのフラックス作用によって一部還元さ
れ、銅パット上に吸着されて薄膜を形成する。この吸着
された金属の薄膜が、溶融した鉛フリーはんだをパット
の隅々まで濡れ広がるのを助ける作用をする。

【００１３】この効果は、塩化第一錫は錫ベースのあら
ゆる鉛フリーはんだに対して有効であるが、亜鉛を含有
するはんだに対しては、塩化亜鉛あるいは塩化亜鉛と塩
化第一錫の併用が有効である。

【００１４】また、塩化第一錫、塩化亜鉛、塩化アンモ
ニウムは、フラックス中に存在させることにより、フラ
ックスと溶融はんだの界面張力を著しく低下させる効果
があるから、はんだ付けが終了するまで、薄い均一な溶
融はんだ層をパット上に安定に保持させることができ
る。

【００１５】そのため塩化第一錫、塩化亜鉛、塩化アン
モニウムをフラックス中の活性剤成分として使用するこ
とによって、溶融はんだが、パット上の隅々まで広が
り、かつ薄い均一な層を安定に形成することができる。

【００１６】この塩化第一錫、塩化亜鉛、塩化アンモニ
ウムがフラックスの強力な活性剤であることは、従来か
ら知られていた。しかし、フラックス中の他の成分（ロ
ジンおよび各種変性ロジン、溶剤等）との相溶性が悪
く、均一な混合物とすることができないことと、はんだ
付け後の残渣に腐食作用が有り、電気的信頼性が著しく
悪いため、従来ソルダペーストには用いられていなかっ
た。

【００１７】本発明では塩化第一錫、塩化亜鉛、塩化ア
ンモニウムを含有して均一なフラックスとするために、
樹脂成分として脂肪族グリコールエーテル、溶剤成分と
して水溶性溶剤を用いた。このことによってフラックス
中に均一に溶解させることができる。

【００１８】また、このようにフラックスを水溶性の成
分で構成することによって、はんだ付け後の残渣を、環
境負荷の小さい純水で洗浄することが可能となった。こ
のことにより、残渣中の塩化第一錫、塩化亜鉛、塩化ア
ンモニウムが容易に除去され、腐食等の問題が解消され
た。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。

【００２０】本発明のフラックスとしては、樹脂成分、
溶剤成分、活性剤及びチクソ剤とを含み、活性剤が該フ
ラックスに溶解するものを使用するのが良い。

【００２１】本発明は、上記フラックスと鉛フリーはん
だ粉末とを有する鉛フリーソルダペーストにおいて、前
記フラックスが、活性剤として塩化第一錫及び／または
塩化亜鉛を含有するものである。

【００２２】フラックス中の塩化第一錫及び／または塩
化亜鉛の含有量は、好ましくは０．５〜１５重量％、特
に好ましくは１．０〜１０重量％である。少なすぎる
と、フラックスの活性剤としての能力が不足し、本発明
の効果を十分発揮しないし、多すぎると、フラックスに
溶解しずらくなるほか、ペーストにした場合、はんだ粉
末を侵食（腐食）し、ペースト寿命が低下する。

【００２３】本発明の活性剤に、塩化アンモニウムを併
用すると更にはんだ面の平滑性が向上するが、塩化アン
モニウム単独では、銅の露出（赤目）は解消されない。
その理由は、ペーストが均一に薄くはんだ付けできるの
は、塩化第一錫及び／または塩化亜鉛の還元生成物が、
はんだの広がりを助ける作用があるためであるからであ
る。これに塩化アンモニウムを併用すると、はんだの界
面張力低下効果の相乗作用が生じるので、更にはんだ面
の平滑性が向上すると考えられている。

【００２４】塩化アンモニウムの添加量は、塩化第一錫
及び／または塩化亜鉛の好ましくは１０〜５０重量％、
特に好ましくは３０〜５０重量％である。少なすぎる
と、塩化アンモニウム添加の効果を発揮しないし、多す
ぎるとフラックスに溶解しなくなる。

【００２５】本発明のフラックスの樹脂成分としては、
Ｎ,Ｎ,Ｎ´,Ｎ´―テトラキス２ハイドロプロピルエチ
レンジアミン等の脂肪族グリコールエーテルが好まし
く、溶剤としては、グリセリルエーテル、ジエチレング
リコールまたはブチルカルビトール等の水溶性溶剤が好
ましい。このような樹脂成分及び溶剤を使用することに
よって、塩化第一錫及び／または塩化亜鉛を、フラック
ス中に均一に溶解させることができる。

【００２６】本発明に使用するチクソ剤としては、水に
溶解し易いように変成した硬化ひまし油が好ましい。こ
のようなものとしては、例えばポリオキシエチレン硬化
ひまし油が挙げられる。

【００２７】本発明のソルダペーストは、上記フラック
スを１０〜９０重量％含有し、残りが鉛フリーはんだ粉
末とするのが良い。また、本発明のソルダペーストを印
刷に使用する場合は、上記フラックスを１０〜３５重量
％含有するようにするのが好ましい。１０重量％より少
ないとペースト自体の粘度が高くなり（硬くなり）印刷
できなくなるし、３５重量％より多くなると流動性があ
りすぎて印刷できなくなる。しかしながら、本発明の場
合は、べた塗りのように薄いはんだ皮膜を塗布すれば良
いので、印刷できなくとも差し支えないから、フラック
ス含量は、好ましくは１０〜９０重量％と広範囲に変化
させることができる。

【００２８】本発明のソルダペーストは、プリント回路
面の銅パット上にコーティングし、回路を構成するため
に使用するのに特に適している。

【００２９】

【実施例】次に、実施例、比較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。例
中、脂肪族グリコールエーテルとしては、Ｎ,Ｎ,Ｎ´,
Ｎ´―テトラキス２ハイドロプロピルエチレンジアミン
を、変性硬化ひまし油としては、ポリオキシエチレン硬
化ひまし油を使用した。

【００３０】（実施例１）フラックス組成脂肪族グリコールエーテル１５重量％変性硬化ひまし油２５重量％グリセリルエーテル４２重量％塩化第一錫３重量％有機酸５重量％有機アミンのハロゲン塩１０重量％はんだ粉末Ｓｎ/３．５Ａｇ/０．５Ｃｕはんだ粒径２５μｍ〜４５μｍフラックス含有量１４重量％

【００３１】（実施例２）フラックス組成脂肪族グリコールエーテル１５重量％変性硬化ひまし油２０重量％グリセリルエーテル４２重量％塩化亜鉛３重量％有機酸５重量％有機アミンのハロゲン塩１０重量％防錆剤５重量％はんだ粉末Ｓｎ/８Ｚｎ/３Ｂｉはんだ粒径２５μｍ〜４５μｍフラックス含有量２２重量％

【００３２】（実施例３）フラックス組成脂肪族グリコールエーテル１５重量％変性硬化ひまし油２０重量％グリセリルエーテル４２重量％塩化第一錫６重量％塩化亜鉛２重量％有機酸５重量％有機アミンのハロゲン塩１０重量％はんだ粉末Ｓｎ/３．５Ａｇ/０．５Ｃｕはんだ粒径平均１０μｍフラックス含有量１８重量％

【００３３】（実施例４）フラックス組成脂肪族グリコールエーテル１５重量％変性硬化ひまし油２５重量％グリセリルエーテル３９重量％塩化第一錫５重量％塩化アンモニウム２重量％有機酸５重量％有機アミンのハロゲン塩９重量％はんだ粉末Ｓｎ/３．０Ａｇ/０．５Ｃｕはんだ粒径２５μｍ〜４５μｍフラックス含有量２２重量％

【００３４】（比較例１）フラックス組成脂肪族グリコールエーテル１５重量％変性硬化ひまし油２５重量％グリセリルエーテル３９重量％有機酸９重量％有機アミンのハロゲン塩１２重量％はんだ粉末Ｓｎ/３．０Ａｇ/０．５Ｃｕはんだ粒径２５μｍ〜４５μｍフラックス含有量１５重量％

【００３５】（比較例２）フラックス組成脂肪族グリコールエーテル１５重量％変性硬化ひまし油２５重量％グリセリルエーテル３９重量％塩化リチウム５重量％有機酸９重量％有機アミンのハロゲン塩７重量％はんだ粉末Ｓｎ/３．０Ａｇ/０．５Ｃｕはんだ粒径２５μｍ〜４５μｍフラックス含有量２０重量％

【００３６】上記実施例と比較例のフラックス組成の成
分を、混合加熱して冷却することにより、均一なペース
ト状のフラックスを得た。このフラックスを実施例と比
較例の各項に示した各はんだ粉末と記載の比率で混合し
て、本発明と比較例の鉛フリーソルダペーストを得た。

【００３７】このソルダペーストを、ガラスエポキシ製
基板の３ｘ０．７ｍｍ角と３ｘ１．５ｍｍ角の銅パット
上（ＪＩＳＺ３２８４付属書７に記載のだれ評価用
基板）に印刷し、酸素濃度１００ｐｐｍの窒素雰囲気の
リフロー炉で略はんだの融点（＋１０℃から＋３０℃）
の温度まで加熱してはんだを溶解してはんだ付けした。
基板を冷却後、パット上の銅の露出部（赤目）の有無
と、はんだ表面の平滑性を調べた。結果を次表に示す。

【００３８】尚、はんだ表面の平滑性は、下記基準によ
って評価した。 ◎：はんだ厚さが全面で均一 ○：はんだ厚さがほぼ均一であるが、端部に薄い部分が
わずかに見られる ×：部分的にはんだの凝集があり、厚さが不均一

【表１】比較例１、２では銅パットのコーナー部には、はんだが
濡れ広がらなかったので、銅の露出（赤目）が見られ
た。また、はんだもパット上の一方向に寄り、表面が平
滑でなかった。これに対して、上記いずれの実施例でも
銅の露出は見られず、パット上ではほぼ均一な厚さにな
り、表面が平滑であった。

【００３９】

【発明の効果】本発明の鉛フリー用のソルダペーストを
使用すると、表面張力の大きな鉛フリーはんだでも、回
路基板の銅パット上に、銅の露出がなく、平滑な薄いは
んだ付けが可能となるほか、凹凸が無く、均一な仕上が
りのはんだコーティング面とすることができる。これ
は、従来できなかったことであり、本願発明は従来でき
なかったことを解決したものであるから、極めて画期的
な発明である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森公章千葉県東葛飾郡関宿町元町487番地株式会社日本フィラーメタルズ内 (72)発明者関口務千葉県東葛飾郡関宿町元町487番地株式会社日本フィラーメタルズ内 (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Ｆターム(参考） 5E319 AC02 BB01 BB08 CC33 CD21 GG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラックスと鉛フリーはんだ粉末とを有す
る鉛フリーソルダペーストにおいて、活性剤として塩化
第一錫及び／または塩化亜鉛を、前記フラックス中に溶
解して含有することを特徴とする鉛フリーソルダペース
ト。
【請求項２】前記活性剤として、更に塩化アンモニウム
を含有する請求項１記載のソルダペースト。
【請求項３】前記フラックスが、樹脂成分、溶剤成分、
活性剤及びチクソ剤とを含み、前記活性剤は、該フラッ
クスに溶解されている請求項１又は２記載のソルダペー
スト。
【請求項４】前記樹脂成分が脂肪族グリコールエーテル
で、溶剤が水溶性溶剤であり、チクソ剤が水溶性に変性
した硬化ひまし油である請求項３記載のソルダペース
ト。
【請求項５】前記脂肪族グリコールエーテルがＮ,Ｎ,Ｎ
´,Ｎ´―テトラキスー２―ハイドロプロピルエチレン
ジアミンで、前記水溶性溶剤がグリセリルエーテル、ジ
エチレングリコールまたはブチルカルビトールであり、
前記水溶性に変性した硬化ひまし油がポリオキシエチレ
ン硬化ひまし油である請求項４記載のソルダペースト。
【請求項６】前記塩化第一錫及び／または塩化亜鉛を、
０．５〜１５重量％含有する請求項１〜５のいずれか１
項記載のソルダペースト。
【請求項７】前記フラックスを１０〜９０重量％含有
し、残りが鉛フリーはんだ粉末である請求項６記載のソ
ルダペースト。
【請求項８】プリント回路面のパット上にコーティング
して回路を構成するために使用される請求項１〜７のい
ずれか１項記載のソルダペースト。