JP2003170294A - ソルダペースト - Google Patents
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低融点の鉛フリーはんだであるSn−Zn系はん
だ粉末を、活性剤含有ロジン系フラックスと混和したソ
ルダペーストを用いてリフローはんだ付けした場合の問
題点である、はんだボールの発生とはんだ広がり性の低
下を、コストのかかる、はんだ粉末のコーティングを実
施せずに防止する。 【解決手段】 ロジン系フラックスに、２以上の水酸基
を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸（例、ジヒドロキ
シナフトエ酸、ジヒドロキシ安息香酸) および／または
メタ位に水酸基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸
(例、３−ヒドロキシ−２−メチル安息香酸) 0.1〜10質
量％を、好ましくは水酸基を１個以上有する脂肪族ヒド
ロキシカルボン酸 (例、ヒドロキシオレイン酸) 0.5〜2
0質量％と一緒に、添加する。
だ粉末を、活性剤含有ロジン系フラックスと混和したソ
ルダペーストを用いてリフローはんだ付けした場合の問
題点である、はんだボールの発生とはんだ広がり性の低
下を、コストのかかる、はんだ粉末のコーティングを実
施せずに防止する。 【解決手段】 ロジン系フラックスに、２以上の水酸基
を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸（例、ジヒドロキ
シナフトエ酸、ジヒドロキシ安息香酸) および／または
メタ位に水酸基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸
(例、３−ヒドロキシ−２−メチル安息香酸) 0.1〜10質
量％を、好ましくは水酸基を１個以上有する脂肪族ヒド
ロキシカルボン酸 (例、ヒドロキシオレイン酸) 0.5〜2
0質量％と一緒に、添加する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器のはんだ
付けに用いるソルダペースト、特にSn−Zn系鉛フリーは
んだを用いた鉛フリーソルダペーストに関する。 【０００２】 【従来の技術】はんだとしては、古来よりSn−Pb系合金
が使われてきた。Sn−Pb合金は、融点が低く、はんだ付
け性が良いという特長がある。例えば、最も代表的なは
んだである共晶組成のSn63％−Pb37％合金は、融点が18
3 ℃であるので、 200〜230 ℃程度の温度ではんだ付け
を行うことができる。 【０００３】この共晶Sn−Pbはんだは、電子機器用のは
んだ付けにも、従来より一般に使用されてきた。電子部
品のプリント基板への搭載は、小型化、高密度化、高性
能化、低コスト化が可能なことから、表面実装技術 (Ｓ
ＭＴ) により行われることが最近では多くなってきた。 【０００４】ＳＭＴでは、はんだ粉末をはんだ付けフラ
ックス、特にロジン系フラックス、と均一に混和してな
るソルダペースト (クリームはんだとも呼ばれる) を使
用して、典型的にはリフローはんだ付け法により、はん
だ付けが行われる。一般に、リフローはんだ付け法で
は、プリント基板にソルダペーストを印刷または吐出に
より供給し、その上にチップ型の電子部品をソルダペー
ストの粘着力を利用して仮固定し、リフロー炉でプリン
ト基板ごと加熱してはんだを溶融させて部品のプリント
基板への固定と接続を行う。従って、搭載すべき電子部
品もはんだ付け温度に曝されることになる。共晶Sn−Pb
はんだを用いた場合、はんだ付け温度が上記のように比
較的低いので、リフローはんだ付け法でも電子部品への
熱損傷は起こりにくい。 【０００５】電子機器は進歩が速いため、大量の廃棄品
がでる。廃棄電子機器を解体して取り出されたプリント
基板は、シュレッダーで粉砕され、地中に埋め立て処分
されることが多い。この埋め立て処分されたプリント基
板粉砕物に、近年の酸性化した雨水（酸性雨）が接触す
ると、Sn−Pbはんだの中の鉛成分が溶け出し、地下水を
汚染する。人または動物が鉛を含んだ水を長年月にわた
って飲料すると、体内に鉛成分が蓄積され、鉛中毒を起
こすことが懸念される。そのため、鉛を全く含まない、
鉛フリーはんだを電子機器のはんだ付けに使用すること
が推奨されるようになってきた。 【０００６】鉛フリーはんだは、人体に無害な元素から
構成した合金とすることが求められる。例えば、溶融温
度を下げる効果があっても、有害なCdは使用できない。
現時点で有望な鉛フリーはんだは、Snを主成分とし、A
g、Cu、Bi、In、Sb、Zn等の１種または２種以上の合金
元素を添加したSn基合金である。 【０００７】このような鉛フリーはんだのうち、Sn−Ag
合金およびSn−Ag−Cu合金のような、Agを含有するSn基
合金 (以下、Sn−Ag系はんだという) は、鉛フリーはん
だの中では濡れ性がよいため扱い易いという利点があ
る。しかし、Sn−Ag系鉛フリーはんだは、融点が220 ℃
前後と、Sn−Pb共晶はんだに比べて約30〜40℃高く、は
んだ付け温度もそれだけ高くなって、250 ℃を越える温
度となる。そのため、Sn−Ag系はんだは、熱感受性の高
い一部の電子部品のリフローはんだ付けには使用できな
いので、リフローはんだ付け法に関する限り、汎用性が
ない。 【０００８】より低融点の鉛フリーはんだとして、Znを
含有するSn基合金 (以下、Sn−Zn系はんだという) が知
られている。Znは、人体に必須の無害な金属である上、
埋蔵量が多く、Ag、Cu、Bi、In等に比べて安価な金属で
あることから、Sn−Zn系はんだは、安全性と経済性の面
で有利である。Sn−Zn系鉛フリーはんだの代表的な組成
はSn−９Znである。この合金は、融点が199 ℃であり、
Sn−Ag系鉛フリーはんだに比べて融点が約20℃も低いの
で、Sn−Ag系鉛フリーはんだが使用できない、熱に弱い
電子部品に対しても使用可能である。この199 ℃という
融点は、Sn−Pb共晶合金の融点(183℃) に近いので、Sn
−Pb系はんだのソルダペースト用に設計されている既存
のリフロー炉を用いてリフローはんだ付けを実施できる
という、別の利点もある。 【０００９】しかし、Sn−Zn系鉛フリーはんだは、Sn−
Ag系鉛フリーはんだと比べて、濡れ性が非常に悪く、ボ
イドやはんボールの発生といったはんだ付け不良が発生
し易かった。これは、Znがイオン化傾向の高い、酸化さ
れやすい金属であり、空気に触れたZnの表面が酸化し、
はんだ表面に酸化層が形成されるためである。 【００１０】特に、ソルダペーストでは、はんだが表面
積の大きい粉末形態をとるので、表面酸化の影響が大き
い。その上、フラックスが活性剤等の反応性成分を含有
するため、フラックスとの反応によるはんだ粉末の酸化
も加わり、はんだ粉末の表面酸化が激しくなる。そのた
め、Sn−Zn系はんだのソルダペーストは、はんだの濡れ
性が極度に悪く、充分なはんだ付け性が得られない。 【００１１】その対策として、濡れ性を向上させるた
め、ソルダペースト中のフラックスの活性剤成分を増や
すことも考えられる。しかし、そうすると、ソルダペー
スト中ではんだ粉末がフラックスの活性剤成分と反応す
ることによるソルダペーストの粘度増大が起こり易くな
り、ソルダペーストの粘度が早期に増大し、印刷や吐出
によるソルダペーストの供給が円滑に進まなくなる。 【００１２】そこで、Sn−Zn系はんだのソルダペースト
では、はんだ濡れ性の向上のため、フラックスと混和す
る前のSn−Zn系はんだ粉末を適当な材料でコーティング
して、はんだ粉末がフラックスと反応して表面が酸化さ
れるのを防ぐという手法が従来は考えられてきた。コー
ティング材料としては、AuやPdなどの貴金属、加水分解
性有機ケイ素化合物等により形成される無機酸化物、あ
るいはイミダゾールやトリアゾールなどの有機物が使用
できる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
はんだ粉末のコーティングは、ソルダペーストの製造コ
ストを著しく増大させる。また、コーティングの種類や
方法によっては、コーティング作業中にはんだ粉末の酸
化を助長することがあり、はんだ濡れ性やはんだ付け性
の改善には必ずしも有効でない。 【００１４】従って、本発明の課題は、コーティングの
ようなはんだ粉末の前処理なしで、良好はんだ濡れ性と
なはんだ付け性を示すSn−Zn系はんだのソルダペースト
を提供することである。 【００１５】 【課題を解決するための手段】ＳＭＴに用いられるソル
ダペーストは、はんだ粉末とフラックスとを混和して作
られる。ソルダペースト用の典型的なフラックスは、主
成分のロジンを、活性剤、チキソ等の添加剤と一緒に溶
剤に溶解させてなる、ロジン系フラックスである。フラ
ックスには絶縁や腐食に耐える高信頼性が求められ、特
にはんだの濡れ性に大きな影響を及ぼす活性剤の選定
は、フラックスの信頼性を支配する。もし濡れ性を求め
るあまり、強活性で信頼性の劣る活性剤を選定すると、
ソルダペーストの信頼性が悪化する。 【００１６】一般にSn基鉛フリーはんだは、Sn−Pb系は
んだに比較してはんだの濡れ性が悪い。例えば、Sn−Pb
系はんだの広がり率に比べて、Sn−Ag系鉛フリーはんだ
の広がり率は約８割程度であり、Sn−Zn系鉛フリーはん
だの広がり率は約７割程度とさらに悪い。 【００１７】そのため、鉛フリーはんだのソルダペース
ト用フラックスには、Sn−Pb系ソルダペースト用フラッ
クスに比べて、濡れ性の改善効果が高い活性剤を多く配
合しなければならなかった。しかし、Sn−Zn系鉛フリー
はんだを使用したソルダペーストは、濡れ性の改善効果
が高い活性剤を多く配合したフラックスを用いても、Sn
−Ag系鉛フリーはんだのソルダペーストの濡れ性に遠く
及ばない。 【００１８】ソルダペーストを使用したリフローはんだ
付け法では、リフロー炉と呼ばれる加熱炉内ではんだ付
けが行われる。一般的なリフロー炉での加熱は、先ず 1
50〜170 ℃の温度で30秒〜100 秒の予備加熱を行った
後、はんだの溶融温度＋20〜50℃の温度で本加熱を行っ
て、はんだを溶融させ、はんだ付けするという、２段階
加熱方式が普通である。予備加熱は、ソルダペースト中
の溶剤を揮散させると同時に、搭載された電子部品のヒ
ートショックを和らげるために行われる。 【００１９】現在なお主流であるSn−Pb共晶はんだのソ
ルダペーストに使用されるフラックス成分は、このよう
な２段階加熱で最適な性能が発揮されるように設計され
ている。例えば、フラックス中の活性剤は、予備加熱温
度である150 ℃前後から一部が反応し始め、Sn−Pb系は
んだの本加熱温度である 200〜230 ℃前後で完全に作用
するように設計されている。 【００２０】Sn−Pb系はんだのソルダペーストでは、Pb
の反応性が低いため、150 ℃前後の低温で活性化が始ま
る活性剤を用いても、予備加熱時にはんだ粉末が酸化す
る現象はほとんど起こらない。 【００２１】これに対して、Sn−Zn系鉛フリーはんだの
ソルダペーストでは、予備加熱段階の150 ℃程度の温度
で、はんだ粉末の表面のZnがリフロー炉中の酸素と容易
に結びついて、はんだ粉末の表面が酸化しやすいことが
判明した。予備加熱の段階ではんだ粉末が酸化してしま
うと、はんだ粉末が表面に酸化膜を被ったまま溶融する
ため、広がらずに、はんだボールとして残る。また、フ
ラックスの多くがはんだ粉末表面の酸化層との反応によ
り消費されて、フラックス活性が弱まるため、はんだ濡
れ性が低下し、はんだ付け部の内部にボイドが発生す
る。これらのはんだボールやボイドの発生が、はんだ付
け不良の原因となる。 【００２２】既に述べたように、Znはイオン化傾向が高
く、非常に酸化されやすいため、Sn−Zn系の鉛フリーは
んだは一般に表面酸化を受けやすい。特に、ソルダペー
ストでは、はんだ合金が粉末状態にあり、その表面積が
非常に大きいため、Sn−Zn系はんだのソルダペーストで
は、予備加熱段階でのはんだの酸化が激しく、はんだ付
け性への悪影響が顕著に現れるものと推測される。 【００２３】予備加熱段階でのSn−Zn系はんだ粉末の酸
化は、例えば、N2リフロー炉のように、雰囲気から酸素
を完全に排除すれば、防止可能である。しかし、N2リフ
ロー炉は高価であり、ランニングコストも高い。 【００２４】本発明者らは、Sn−Zn系はんだ粉末と混和
するフラックスとして、特定の芳香族ヒドロキシカルボ
ン酸を、好ましくは脂肪族ヒドロキシカルボン酸と一緒
に添加したフラックスを用いると、予備加熱中のSn−Zn
系はんだ粉末の酸化を効果的に防止することができ、は
んだ付け性に優れたSn−Zn系はんだのソルダペーストと
なることを見出した。 【００２５】ここに、本発明は、メタ位に１個の水酸基
を有する芳香族カルボン酸および２以上の水酸基を有す
る芳香族カルボン酸よりなる群から選ばれた少なくとも
１種の芳香族ヒドロキシカルボン酸を 0.1〜10.0質量％
の量で含有するフラックスと、Sn−Zn系鉛フリーはんだ
粉末とが混和されてなる、鉛フリーソルダペーストであ
る。 【００２６】このフラックスは、炭素数６以上の脂肪族
ヒドロキシカルボン酸を 0.5〜20質量％の量でさらに含
有することが好ましく、それによりはんだ広がり性が一
層向上する。 【００２７】 【発明の実施の形態】本発明に係る鉛フリーソルダペー
ストは、はんだ粉末が低融点のSn−Zn系はんだの粉末で
あり、フラックスが特定の芳香族ヒドロキシカルボン酸
を含有することを特徴とする。 【００２８】ソルダペースト中のはんだ粉末の酸化防止
には、ハロゲン化水素酸塩 (例、アミンの塩酸塩または
臭化水素酸塩) が有効であり、ソルダペーストのフラッ
クスには、活性剤としてこの種の塩を添加し、活性化フ
ラックスとするのが普通である。しかし、ハロゲン化水
素酸塩は腐食の原因となり、はんだ付けの信頼性を損な
いやすい。さらに、ハロゲン化水素酸塩は、ソルダペー
スト中のはんだ粉末の酸化防止効果は大きいものの、は
んだ粉末との反応が瞬時に起きるため、一時的にはんだ
粉末の酸化膜を除去できても、さらにはんだ粉末が酸化
した場合には、追従できないため、酸化が起こり易いSn
−Zn系はんだ粉末の場合、結局ははんだ粉末が再酸化し
て、はんだボールが発生してしまう。 【００２９】これに対し、本発明で用いる、メタ位に１
個の水酸基を有するか、または２以上の水酸基を有する
芳香族ヒドロキシカルボン酸は、ソルダペーストのフラ
ックスに添加した場合、加熱温度130 ℃前後の低い温度
域から190 ℃の高い温度域まで継続的にはんだ粉末と反
応し、強い酸化膜の除去効果を示す。これは、この種の
芳香族ヒドロキシカルボン酸が、他のフラックス用活性
剤に比べて、幅広い反応温度域を持っており、広い温度
域ではんだ粉末と持続的に反応し、はんだ粉末の表面の
再酸化を防ぐ効果を発揮するためであると考えられる。
この芳香族ヒドロキシカルボン酸は、加熱温度150 ℃〜
170 ℃で加熱時間が100 〜120 秒といった、比較的長め
の予備加熱中でも分解を起こさない。 【００３０】本発明で使用する芳香族ヒドロキシカルボ
ン酸は、芳香環に結合した水酸基をカルボキシル基に対
してメタ位に１個、または任意の位置に２個以上有して
いる化合物であり、その他の位置に置換基 (例、アルキ
ル、ハロゲン、アミノ等) を有していてもよい。 【００３１】本発明で使用するのに適したメタ位に水酸
基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸の例としては、
３−ヒドロキシ−２−メチル安息香酸、３−ヒドロキシ
−４−メチル安息香酸、３−ヒドロキシ−2,4,6 −トリ
ブロモ安息香酸、３−ヒドロキシ−２−アミノ安息香
酸、３−ヒドロキシ安息香酸などが挙げられる。本発明
で使用するのに適した２以上の水酸基を有する芳香族ヒ
ドロキシカルボン酸の例としては、ジヒドロキシ安息香
酸類、ジヒドロキシけい皮酸類、ジヒドロキシナフトエ
酸類、没食子酸、ジヒドロキシフェニル酢酸類などが挙
げられる。このような芳香族ヒドロキシカルボン酸は、
１種または２種以上を使用することができる。 【００３２】上記芳香族ヒドロキシカルボン酸を含有さ
せたフラックスを用いて、Sn−Zn系はんだのソルダペー
ストを調製すると、はんだボールに対する改善だけでな
く、濡れ性についても改善されたソルダペーストが得ら
れる。 【００３３】Sn−Zn系はんだの酸化による弊害は、リフ
ロー時に溶融したはんだで基体の表面が濡れる (それに
は、フラックスとの反応による酸化膜の除去が必要であ
る)時点での酸化によるものは、この濡れが阻害される
結果、主にハンダボールの生成として現れてくる。しか
し、Sn−Zn系はんだの酸化による弊害はそれだけではな
く、リフロー時にはんだで基体が濡れた後、はんだが基
体上で広がろうとしている時点でも起きる。Znはとても
酸化し易い金属であるので、はんだで基体が濡れた後、
はんだが広がろうとしている時点でも、溶融したはんだ
表面の酸化が進行し、はんだ広がり性が阻害される。こ
の結果、Sn−Zn系はんだのはんだ広がり率は、他の鉛フ
リーはんだに比べて小さく、はんだが十分に広がらな
い。 【００３４】本発明者は、はんだで基体が濡れた後はん
だが広がろうとしている時点でのSn−Zn系はんだの酸化
に対しては、上記芳香族ヒドロキシカルボン酸に加え
て、炭素数６以上の脂肪族ヒドロキシカルボン酸をフラ
ックスに共存させることが有効であることを見出した。
ここで、脂肪族ヒドロキシカルボン酸とは、少なくとも
１個の水酸基と少なくとも１個のカルボキシル基とを有
する脂肪族化合物である。脂肪族ヒドロキシカルボン酸
は、水酸基とカルボキシル基以外の官能基を有していな
い化合物が好ましいが、他の置換基を有する化合物も使
用できる。 【００３５】脂肪族ヒドロキシカルボン酸の上記効果は
次のメカニズムによりもたらされると推測される。脂肪
族ヒドロキシカルボン酸は、分解温度が200 ℃以上であ
り、比較的高温で反応を起こす。そのため、ソルダペー
ストをリフロー炉ではんだ付けする場合、この化合物は
予備加熱段階ではほとんど反応に関与せず、フラックス
とはんだ粉末が反応する最終段階まで未反応のまま保持
される。そして、はんだで基体が濡れた後、はんだが広
がろうとしている時点で、この化合物がSn−Zn系はんだ
の酸化防止効果を発揮する。このように最後の広がり段
階で効果がある脂肪族ヒドロキシカルボン酸を、溶融前
の初期から持続してSn−Zn系はんだの酸化防止に効果が
ある芳香族ヒドロキシカルボン酸と併用することで、溶
融および濡れの時点から広がりの最終時点まで、はんだ
の酸化が防止され、Sn−Zn系はんだの広がり性が改善さ
れる。 【００３６】脂肪族ヒドロキシカルボン酸は、炭素数６
以上のものを使用する。炭素数６未満の脂肪族ヒドロキ
シカルボン酸は耐熱性がなく、リフロー炉での本加熱の
温度までに分解してしまい、上記効果を発揮できない。
脂肪族ヒドロキシカルボン酸の炭素数の上限は特に限定
されないが、好ましくは炭素数が18以下の化合物であ
る。炭素数が18より多くなると、はんだ広がり後の酸化
防止効果が弱くなる傾向がある。 【００３７】本発明で使用するのに適した脂肪族ヒドロ
キシカルボン酸としては、ヒドロキシオクタデカン酸、
ヒドロキシオレイン酸、ヒドロキシオクタン酸、ジヒド
ロキシオクタデカン酸が挙げられるが、これら以外の化
合物も使用可能である。脂肪族ヒドロキシカルボン酸も
１種もしくは２種以上を使用することができる。 【００３８】前述した効果を十分に得るため、本発明に
係るソルダペーストに用いるフラックスには、前述した
芳香族ヒドロキシカルボン酸を 0.1〜10.0質量％の量で
含有させる。脂肪族ヒドロキシカルボン酸を一緒に添加
する場合、脂肪族ヒドロキシカルボン酸の添加量は 0.5
〜20質量％の範囲とする。 【００３９】いずれの化合物も、添加量が少なすぎると
効果が現れず、添加量が多すぎると、かえってはんだ付
け性を阻害し、はんだボールの増加や、はんだ広がりの
減少を招いてしまう。好ましい添加量は、芳香族ヒドロ
キシカルボン酸が 0.5〜５質量％、脂肪族ヒドロキシカ
ルボン酸が１〜10質量％である。 【００４０】本発明のソルダペーストに使用するフラッ
クスは、好ましくはロジンを主成分とするロジン系フラ
ックスである。このフラックスの組成は、本発明の特徴
である前記芳香族ヒドロキシカルボン酸の単独添加、ま
たは前記芳香族ヒドロキシカルボン酸と前記脂肪族ヒド
ロキシカルボン酸の併用添加、を除いて、従来のものと
同様でよい。 【００４１】ロジン系フラックスは、通常は、主成分の
ロジンの他に、活性剤、チキソ剤、溶剤等を含有する。
ロジンは、ガムロジン、トール油ロジン、ウッドレジン
等の天然の未変性ロジンでも、あるいは重合ロジン、水
素添加ロジン、ロジンエステル、ロジン変性樹脂などの
変性ロジンでもよく、もちろん２種以上を併用してもよ
い。 【００４２】活性剤としては有機アミンのハロゲン化水
素酸塩、特に臭化水素酸塩を使用することが好ましい。
有機アミンは第１級（例、エチルアミン）、第２級
（例、ジエチルアミン）、第３級（例、トリエチルアミ
ン）のいずれでもよく、ピリジン等の複素環アミン、ア
ニリン等の芳香族アミン、シクロヘキシルアミン等の脂
環式アミン、さらにはジフェニルグアニジン等の２以上
のアミノ基を有する化合物も使用できる。この活性剤に
加えて、他の活性剤、例えば、ステアリン酸、セバシン
酸等の有機酸を使用することも可能である。 【００４３】チキソ剤としては硬化ひまし油、アミド類
などが一般に使用される。溶剤としては、ブチルカルビ
トール、ヘキシルカルビトール等のカルビトール類、テ
ルピネオール、ハロゲン化アルコールなどのアルコール
類などが例示される。フラックスは、上記以外の添加剤
も含有しうる。 【００４４】フラックス中の上記各成分の量は特に制限
されないが、典型的には、質量％でロジン約35〜60％、
活性剤約 0.5 〜10％、チキソ剤約１〜10％である。活
性剤としてのアミンハロゲン化水素酸塩の量は、好まし
くは 0.5〜５％である。これらに加えて、フラックス
は、上記の芳香族ヒドロキシカルボン酸と場合により脂
肪族ヒドロキシカルボン酸とを含有する。 【００４５】本発明のソルダペーストに用いるSn−Zn系
鉛フリーはんだは、SnにZnを９質量％前後 (例、７〜11
質量％) の量で含有させた融点200 ℃前後のSn−Zn合
金、あるいは溶融温度のさらなる低下、機械的強度の向
上、または酸化抑制の目的で、このSn−Zn合金にBi、I
n、Ag、Ni、Co、Mo、Fe、Ｐ、Ge、Ga等の１種もしくは
２種以上を添加したSn−Zn系合金を包含する。好ましい
Sn−Zn系はんだの１例は、Sn−８％Zn−３％Bi合金であ
る。 【００４６】はんだ粉末の形態は特に制限されないが、
通常は球形粉であり、遠心噴霧法やガスアトマイズ法等
により調製することができる。はんだ粉末の粒度は、従
来のソルダペーストと同様でよく、通常は 200〜400 メ
ッシュ程度であるが、500 メッシュまたはそれより微細
な粉末も使用可能である。 【００４７】Sn−Zn系はんだ粉末とフラックスとの配合
比は、印刷または吐出に適した粘稠性を持つソルダペー
ストが得られるように設定すればよい。通常は、フラッ
クスが５〜20質量％、残部がはんだ粉末である。 【００４８】 【実施例】質量％で、８％Zn−３％Bi−残部Snという組
成のSn−Zn系鉛フリーはんだ合金の球形粉末88.5％を、
下記表１に示す組成を持つロジン系フラックス11.5％と
よく混和して、実施例および比較例のソルダペーストを
調製した。 【００４９】得られたソルダペーストを用いて、一般的
なガラスエポキシ系プリント基板のCu配線の表面にスク
リーン印刷し、従来のSn−Pb系ソルダペーストと同様の
条件で予備加熱と本加熱を行うリフロー炉でのリフロー
試験を行い、はんだボールの発生とはんだ広がり性につ
いて評価した。 【００５０】 【表１】【００５１】表１からわかるように、活性剤としてジフ
ェニルグアニジン臭化水素酸塩を含有する従来のロジン
系フラックスに相当する比較例１のSn−Zn系はんだのソ
ルダペーストでは、はんだボールが多く発生し、はんだ
広がり性もよくなかった。 【００５２】これに対し、本発明に従って、２以上の水
酸基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸 (2,6-ジヒド
ロキシナフトエ酸、2,6-ジヒドロキシ安息香酸) および
／またはメタ位に水酸基を有する芳香族ヒドロキシカル
ボン酸 (3-ヒドロキシ-2-メチル安息香酸) をフラック
ス添加した実施例１〜４のSn−Zn系はんだのソルダペー
ストでは、はんだボールの発生が防止され、はんだ広が
り性も改善された。特に、この芳香族ヒドロキシカルボ
ン酸に加えて、さらに脂肪族ヒドロキシカルボン酸 (12
-ヒドロキシオレイン酸) をフラックスに添加した実施
例２、４のソルダペーストでは、はんだ広がり性が一段
と改善された。 【００５３】しかし、比較例２に示すように、脂肪族ヒ
ドロキシカルボン酸の単独添加では、はんだボールの発
生が多く、はんだ広がり性も悪い結果となり、実質的な
改善効果が認められなかった。 【００５４】 【発明の効果】Sn−Zn系鉛フリーはんだを用いたソルダ
ペーストは、はんだの融点が一般的なSn−Pb系はんだの
融点に近く、熱感受性の高い電子部品のはんだ付けにも
使用でき、かつ既存のリフロー設備がそのまま使用でき
るという工業上の利点がある。しかし、従来のこの種の
ソルダペーストは、はんだ粉末がフラックスと反応しや
すいZnを含んでいるため、リフロー炉での予備加熱およ
び本加熱中にはんだ表面の進行が発生し、濡れ性の低下
によるはんだボールの発生や、はんだ広がり性の低下が
見られ、使用が困難であった。 【００５５】本発明に係るSn−Zn系鉛フリーはんだのソ
ルダペーストを用いると、上記はんだ表面の酸化が効果
的に防止され、はんだがZnを含有していても、はんだ粉
末のコーティングを行わずに、長期間安定した状態が保
たれるばかりでなく、はんだボールの発生が低減ないし
皆無となり、さらにはんだ広がり性も著しく改善され
る。このように、本発明は、Sn−Zn系はんだを用いたリ
フロー法による鉛フリーはんだ付けの工業的実施を可能
にする技術であり、はんだによる地下水の鉛汚染の防止
にも役立つ。
付けに用いるソルダペースト、特にSn−Zn系鉛フリーは
んだを用いた鉛フリーソルダペーストに関する。 【０００２】 【従来の技術】はんだとしては、古来よりSn−Pb系合金
が使われてきた。Sn−Pb合金は、融点が低く、はんだ付
け性が良いという特長がある。例えば、最も代表的なは
んだである共晶組成のSn63％−Pb37％合金は、融点が18
3 ℃であるので、 200〜230 ℃程度の温度ではんだ付け
を行うことができる。 【０００３】この共晶Sn−Pbはんだは、電子機器用のは
んだ付けにも、従来より一般に使用されてきた。電子部
品のプリント基板への搭載は、小型化、高密度化、高性
能化、低コスト化が可能なことから、表面実装技術 (Ｓ
ＭＴ) により行われることが最近では多くなってきた。 【０００４】ＳＭＴでは、はんだ粉末をはんだ付けフラ
ックス、特にロジン系フラックス、と均一に混和してな
るソルダペースト (クリームはんだとも呼ばれる) を使
用して、典型的にはリフローはんだ付け法により、はん
だ付けが行われる。一般に、リフローはんだ付け法で
は、プリント基板にソルダペーストを印刷または吐出に
より供給し、その上にチップ型の電子部品をソルダペー
ストの粘着力を利用して仮固定し、リフロー炉でプリン
ト基板ごと加熱してはんだを溶融させて部品のプリント
基板への固定と接続を行う。従って、搭載すべき電子部
品もはんだ付け温度に曝されることになる。共晶Sn−Pb
はんだを用いた場合、はんだ付け温度が上記のように比
較的低いので、リフローはんだ付け法でも電子部品への
熱損傷は起こりにくい。 【０００５】電子機器は進歩が速いため、大量の廃棄品
がでる。廃棄電子機器を解体して取り出されたプリント
基板は、シュレッダーで粉砕され、地中に埋め立て処分
されることが多い。この埋め立て処分されたプリント基
板粉砕物に、近年の酸性化した雨水（酸性雨）が接触す
ると、Sn−Pbはんだの中の鉛成分が溶け出し、地下水を
汚染する。人または動物が鉛を含んだ水を長年月にわた
って飲料すると、体内に鉛成分が蓄積され、鉛中毒を起
こすことが懸念される。そのため、鉛を全く含まない、
鉛フリーはんだを電子機器のはんだ付けに使用すること
が推奨されるようになってきた。 【０００６】鉛フリーはんだは、人体に無害な元素から
構成した合金とすることが求められる。例えば、溶融温
度を下げる効果があっても、有害なCdは使用できない。
現時点で有望な鉛フリーはんだは、Snを主成分とし、A
g、Cu、Bi、In、Sb、Zn等の１種または２種以上の合金
元素を添加したSn基合金である。 【０００７】このような鉛フリーはんだのうち、Sn−Ag
合金およびSn−Ag−Cu合金のような、Agを含有するSn基
合金 (以下、Sn−Ag系はんだという) は、鉛フリーはん
だの中では濡れ性がよいため扱い易いという利点があ
る。しかし、Sn−Ag系鉛フリーはんだは、融点が220 ℃
前後と、Sn−Pb共晶はんだに比べて約30〜40℃高く、は
んだ付け温度もそれだけ高くなって、250 ℃を越える温
度となる。そのため、Sn−Ag系はんだは、熱感受性の高
い一部の電子部品のリフローはんだ付けには使用できな
いので、リフローはんだ付け法に関する限り、汎用性が
ない。 【０００８】より低融点の鉛フリーはんだとして、Znを
含有するSn基合金 (以下、Sn−Zn系はんだという) が知
られている。Znは、人体に必須の無害な金属である上、
埋蔵量が多く、Ag、Cu、Bi、In等に比べて安価な金属で
あることから、Sn−Zn系はんだは、安全性と経済性の面
で有利である。Sn−Zn系鉛フリーはんだの代表的な組成
はSn−９Znである。この合金は、融点が199 ℃であり、
Sn−Ag系鉛フリーはんだに比べて融点が約20℃も低いの
で、Sn−Ag系鉛フリーはんだが使用できない、熱に弱い
電子部品に対しても使用可能である。この199 ℃という
融点は、Sn−Pb共晶合金の融点(183℃) に近いので、Sn
−Pb系はんだのソルダペースト用に設計されている既存
のリフロー炉を用いてリフローはんだ付けを実施できる
という、別の利点もある。 【０００９】しかし、Sn−Zn系鉛フリーはんだは、Sn−
Ag系鉛フリーはんだと比べて、濡れ性が非常に悪く、ボ
イドやはんボールの発生といったはんだ付け不良が発生
し易かった。これは、Znがイオン化傾向の高い、酸化さ
れやすい金属であり、空気に触れたZnの表面が酸化し、
はんだ表面に酸化層が形成されるためである。 【００１０】特に、ソルダペーストでは、はんだが表面
積の大きい粉末形態をとるので、表面酸化の影響が大き
い。その上、フラックスが活性剤等の反応性成分を含有
するため、フラックスとの反応によるはんだ粉末の酸化
も加わり、はんだ粉末の表面酸化が激しくなる。そのた
め、Sn−Zn系はんだのソルダペーストは、はんだの濡れ
性が極度に悪く、充分なはんだ付け性が得られない。 【００１１】その対策として、濡れ性を向上させるた
め、ソルダペースト中のフラックスの活性剤成分を増や
すことも考えられる。しかし、そうすると、ソルダペー
スト中ではんだ粉末がフラックスの活性剤成分と反応す
ることによるソルダペーストの粘度増大が起こり易くな
り、ソルダペーストの粘度が早期に増大し、印刷や吐出
によるソルダペーストの供給が円滑に進まなくなる。 【００１２】そこで、Sn−Zn系はんだのソルダペースト
では、はんだ濡れ性の向上のため、フラックスと混和す
る前のSn−Zn系はんだ粉末を適当な材料でコーティング
して、はんだ粉末がフラックスと反応して表面が酸化さ
れるのを防ぐという手法が従来は考えられてきた。コー
ティング材料としては、AuやPdなどの貴金属、加水分解
性有機ケイ素化合物等により形成される無機酸化物、あ
るいはイミダゾールやトリアゾールなどの有機物が使用
できる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
はんだ粉末のコーティングは、ソルダペーストの製造コ
ストを著しく増大させる。また、コーティングの種類や
方法によっては、コーティング作業中にはんだ粉末の酸
化を助長することがあり、はんだ濡れ性やはんだ付け性
の改善には必ずしも有効でない。 【００１４】従って、本発明の課題は、コーティングの
ようなはんだ粉末の前処理なしで、良好はんだ濡れ性と
なはんだ付け性を示すSn−Zn系はんだのソルダペースト
を提供することである。 【００１５】 【課題を解決するための手段】ＳＭＴに用いられるソル
ダペーストは、はんだ粉末とフラックスとを混和して作
られる。ソルダペースト用の典型的なフラックスは、主
成分のロジンを、活性剤、チキソ等の添加剤と一緒に溶
剤に溶解させてなる、ロジン系フラックスである。フラ
ックスには絶縁や腐食に耐える高信頼性が求められ、特
にはんだの濡れ性に大きな影響を及ぼす活性剤の選定
は、フラックスの信頼性を支配する。もし濡れ性を求め
るあまり、強活性で信頼性の劣る活性剤を選定すると、
ソルダペーストの信頼性が悪化する。 【００１６】一般にSn基鉛フリーはんだは、Sn−Pb系は
んだに比較してはんだの濡れ性が悪い。例えば、Sn−Pb
系はんだの広がり率に比べて、Sn−Ag系鉛フリーはんだ
の広がり率は約８割程度であり、Sn−Zn系鉛フリーはん
だの広がり率は約７割程度とさらに悪い。 【００１７】そのため、鉛フリーはんだのソルダペース
ト用フラックスには、Sn−Pb系ソルダペースト用フラッ
クスに比べて、濡れ性の改善効果が高い活性剤を多く配
合しなければならなかった。しかし、Sn−Zn系鉛フリー
はんだを使用したソルダペーストは、濡れ性の改善効果
が高い活性剤を多く配合したフラックスを用いても、Sn
−Ag系鉛フリーはんだのソルダペーストの濡れ性に遠く
及ばない。 【００１８】ソルダペーストを使用したリフローはんだ
付け法では、リフロー炉と呼ばれる加熱炉内ではんだ付
けが行われる。一般的なリフロー炉での加熱は、先ず 1
50〜170 ℃の温度で30秒〜100 秒の予備加熱を行った
後、はんだの溶融温度＋20〜50℃の温度で本加熱を行っ
て、はんだを溶融させ、はんだ付けするという、２段階
加熱方式が普通である。予備加熱は、ソルダペースト中
の溶剤を揮散させると同時に、搭載された電子部品のヒ
ートショックを和らげるために行われる。 【００１９】現在なお主流であるSn−Pb共晶はんだのソ
ルダペーストに使用されるフラックス成分は、このよう
な２段階加熱で最適な性能が発揮されるように設計され
ている。例えば、フラックス中の活性剤は、予備加熱温
度である150 ℃前後から一部が反応し始め、Sn−Pb系は
んだの本加熱温度である 200〜230 ℃前後で完全に作用
するように設計されている。 【００２０】Sn−Pb系はんだのソルダペーストでは、Pb
の反応性が低いため、150 ℃前後の低温で活性化が始ま
る活性剤を用いても、予備加熱時にはんだ粉末が酸化す
る現象はほとんど起こらない。 【００２１】これに対して、Sn−Zn系鉛フリーはんだの
ソルダペーストでは、予備加熱段階の150 ℃程度の温度
で、はんだ粉末の表面のZnがリフロー炉中の酸素と容易
に結びついて、はんだ粉末の表面が酸化しやすいことが
判明した。予備加熱の段階ではんだ粉末が酸化してしま
うと、はんだ粉末が表面に酸化膜を被ったまま溶融する
ため、広がらずに、はんだボールとして残る。また、フ
ラックスの多くがはんだ粉末表面の酸化層との反応によ
り消費されて、フラックス活性が弱まるため、はんだ濡
れ性が低下し、はんだ付け部の内部にボイドが発生す
る。これらのはんだボールやボイドの発生が、はんだ付
け不良の原因となる。 【００２２】既に述べたように、Znはイオン化傾向が高
く、非常に酸化されやすいため、Sn−Zn系の鉛フリーは
んだは一般に表面酸化を受けやすい。特に、ソルダペー
ストでは、はんだ合金が粉末状態にあり、その表面積が
非常に大きいため、Sn−Zn系はんだのソルダペーストで
は、予備加熱段階でのはんだの酸化が激しく、はんだ付
け性への悪影響が顕著に現れるものと推測される。 【００２３】予備加熱段階でのSn−Zn系はんだ粉末の酸
化は、例えば、N2リフロー炉のように、雰囲気から酸素
を完全に排除すれば、防止可能である。しかし、N2リフ
ロー炉は高価であり、ランニングコストも高い。 【００２４】本発明者らは、Sn−Zn系はんだ粉末と混和
するフラックスとして、特定の芳香族ヒドロキシカルボ
ン酸を、好ましくは脂肪族ヒドロキシカルボン酸と一緒
に添加したフラックスを用いると、予備加熱中のSn−Zn
系はんだ粉末の酸化を効果的に防止することができ、は
んだ付け性に優れたSn−Zn系はんだのソルダペーストと
なることを見出した。 【００２５】ここに、本発明は、メタ位に１個の水酸基
を有する芳香族カルボン酸および２以上の水酸基を有す
る芳香族カルボン酸よりなる群から選ばれた少なくとも
１種の芳香族ヒドロキシカルボン酸を 0.1〜10.0質量％
の量で含有するフラックスと、Sn−Zn系鉛フリーはんだ
粉末とが混和されてなる、鉛フリーソルダペーストであ
る。 【００２６】このフラックスは、炭素数６以上の脂肪族
ヒドロキシカルボン酸を 0.5〜20質量％の量でさらに含
有することが好ましく、それによりはんだ広がり性が一
層向上する。 【００２７】 【発明の実施の形態】本発明に係る鉛フリーソルダペー
ストは、はんだ粉末が低融点のSn−Zn系はんだの粉末で
あり、フラックスが特定の芳香族ヒドロキシカルボン酸
を含有することを特徴とする。 【００２８】ソルダペースト中のはんだ粉末の酸化防止
には、ハロゲン化水素酸塩 (例、アミンの塩酸塩または
臭化水素酸塩) が有効であり、ソルダペーストのフラッ
クスには、活性剤としてこの種の塩を添加し、活性化フ
ラックスとするのが普通である。しかし、ハロゲン化水
素酸塩は腐食の原因となり、はんだ付けの信頼性を損な
いやすい。さらに、ハロゲン化水素酸塩は、ソルダペー
スト中のはんだ粉末の酸化防止効果は大きいものの、は
んだ粉末との反応が瞬時に起きるため、一時的にはんだ
粉末の酸化膜を除去できても、さらにはんだ粉末が酸化
した場合には、追従できないため、酸化が起こり易いSn
−Zn系はんだ粉末の場合、結局ははんだ粉末が再酸化し
て、はんだボールが発生してしまう。 【００２９】これに対し、本発明で用いる、メタ位に１
個の水酸基を有するか、または２以上の水酸基を有する
芳香族ヒドロキシカルボン酸は、ソルダペーストのフラ
ックスに添加した場合、加熱温度130 ℃前後の低い温度
域から190 ℃の高い温度域まで継続的にはんだ粉末と反
応し、強い酸化膜の除去効果を示す。これは、この種の
芳香族ヒドロキシカルボン酸が、他のフラックス用活性
剤に比べて、幅広い反応温度域を持っており、広い温度
域ではんだ粉末と持続的に反応し、はんだ粉末の表面の
再酸化を防ぐ効果を発揮するためであると考えられる。
この芳香族ヒドロキシカルボン酸は、加熱温度150 ℃〜
170 ℃で加熱時間が100 〜120 秒といった、比較的長め
の予備加熱中でも分解を起こさない。 【００３０】本発明で使用する芳香族ヒドロキシカルボ
ン酸は、芳香環に結合した水酸基をカルボキシル基に対
してメタ位に１個、または任意の位置に２個以上有して
いる化合物であり、その他の位置に置換基 (例、アルキ
ル、ハロゲン、アミノ等) を有していてもよい。 【００３１】本発明で使用するのに適したメタ位に水酸
基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸の例としては、
３−ヒドロキシ−２−メチル安息香酸、３−ヒドロキシ
−４−メチル安息香酸、３−ヒドロキシ−2,4,6 −トリ
ブロモ安息香酸、３−ヒドロキシ−２−アミノ安息香
酸、３−ヒドロキシ安息香酸などが挙げられる。本発明
で使用するのに適した２以上の水酸基を有する芳香族ヒ
ドロキシカルボン酸の例としては、ジヒドロキシ安息香
酸類、ジヒドロキシけい皮酸類、ジヒドロキシナフトエ
酸類、没食子酸、ジヒドロキシフェニル酢酸類などが挙
げられる。このような芳香族ヒドロキシカルボン酸は、
１種または２種以上を使用することができる。 【００３２】上記芳香族ヒドロキシカルボン酸を含有さ
せたフラックスを用いて、Sn−Zn系はんだのソルダペー
ストを調製すると、はんだボールに対する改善だけでな
く、濡れ性についても改善されたソルダペーストが得ら
れる。 【００３３】Sn−Zn系はんだの酸化による弊害は、リフ
ロー時に溶融したはんだで基体の表面が濡れる (それに
は、フラックスとの反応による酸化膜の除去が必要であ
る)時点での酸化によるものは、この濡れが阻害される
結果、主にハンダボールの生成として現れてくる。しか
し、Sn−Zn系はんだの酸化による弊害はそれだけではな
く、リフロー時にはんだで基体が濡れた後、はんだが基
体上で広がろうとしている時点でも起きる。Znはとても
酸化し易い金属であるので、はんだで基体が濡れた後、
はんだが広がろうとしている時点でも、溶融したはんだ
表面の酸化が進行し、はんだ広がり性が阻害される。こ
の結果、Sn−Zn系はんだのはんだ広がり率は、他の鉛フ
リーはんだに比べて小さく、はんだが十分に広がらな
い。 【００３４】本発明者は、はんだで基体が濡れた後はん
だが広がろうとしている時点でのSn−Zn系はんだの酸化
に対しては、上記芳香族ヒドロキシカルボン酸に加え
て、炭素数６以上の脂肪族ヒドロキシカルボン酸をフラ
ックスに共存させることが有効であることを見出した。
ここで、脂肪族ヒドロキシカルボン酸とは、少なくとも
１個の水酸基と少なくとも１個のカルボキシル基とを有
する脂肪族化合物である。脂肪族ヒドロキシカルボン酸
は、水酸基とカルボキシル基以外の官能基を有していな
い化合物が好ましいが、他の置換基を有する化合物も使
用できる。 【００３５】脂肪族ヒドロキシカルボン酸の上記効果は
次のメカニズムによりもたらされると推測される。脂肪
族ヒドロキシカルボン酸は、分解温度が200 ℃以上であ
り、比較的高温で反応を起こす。そのため、ソルダペー
ストをリフロー炉ではんだ付けする場合、この化合物は
予備加熱段階ではほとんど反応に関与せず、フラックス
とはんだ粉末が反応する最終段階まで未反応のまま保持
される。そして、はんだで基体が濡れた後、はんだが広
がろうとしている時点で、この化合物がSn−Zn系はんだ
の酸化防止効果を発揮する。このように最後の広がり段
階で効果がある脂肪族ヒドロキシカルボン酸を、溶融前
の初期から持続してSn−Zn系はんだの酸化防止に効果が
ある芳香族ヒドロキシカルボン酸と併用することで、溶
融および濡れの時点から広がりの最終時点まで、はんだ
の酸化が防止され、Sn−Zn系はんだの広がり性が改善さ
れる。 【００３６】脂肪族ヒドロキシカルボン酸は、炭素数６
以上のものを使用する。炭素数６未満の脂肪族ヒドロキ
シカルボン酸は耐熱性がなく、リフロー炉での本加熱の
温度までに分解してしまい、上記効果を発揮できない。
脂肪族ヒドロキシカルボン酸の炭素数の上限は特に限定
されないが、好ましくは炭素数が18以下の化合物であ
る。炭素数が18より多くなると、はんだ広がり後の酸化
防止効果が弱くなる傾向がある。 【００３７】本発明で使用するのに適した脂肪族ヒドロ
キシカルボン酸としては、ヒドロキシオクタデカン酸、
ヒドロキシオレイン酸、ヒドロキシオクタン酸、ジヒド
ロキシオクタデカン酸が挙げられるが、これら以外の化
合物も使用可能である。脂肪族ヒドロキシカルボン酸も
１種もしくは２種以上を使用することができる。 【００３８】前述した効果を十分に得るため、本発明に
係るソルダペーストに用いるフラックスには、前述した
芳香族ヒドロキシカルボン酸を 0.1〜10.0質量％の量で
含有させる。脂肪族ヒドロキシカルボン酸を一緒に添加
する場合、脂肪族ヒドロキシカルボン酸の添加量は 0.5
〜20質量％の範囲とする。 【００３９】いずれの化合物も、添加量が少なすぎると
効果が現れず、添加量が多すぎると、かえってはんだ付
け性を阻害し、はんだボールの増加や、はんだ広がりの
減少を招いてしまう。好ましい添加量は、芳香族ヒドロ
キシカルボン酸が 0.5〜５質量％、脂肪族ヒドロキシカ
ルボン酸が１〜10質量％である。 【００４０】本発明のソルダペーストに使用するフラッ
クスは、好ましくはロジンを主成分とするロジン系フラ
ックスである。このフラックスの組成は、本発明の特徴
である前記芳香族ヒドロキシカルボン酸の単独添加、ま
たは前記芳香族ヒドロキシカルボン酸と前記脂肪族ヒド
ロキシカルボン酸の併用添加、を除いて、従来のものと
同様でよい。 【００４１】ロジン系フラックスは、通常は、主成分の
ロジンの他に、活性剤、チキソ剤、溶剤等を含有する。
ロジンは、ガムロジン、トール油ロジン、ウッドレジン
等の天然の未変性ロジンでも、あるいは重合ロジン、水
素添加ロジン、ロジンエステル、ロジン変性樹脂などの
変性ロジンでもよく、もちろん２種以上を併用してもよ
い。 【００４２】活性剤としては有機アミンのハロゲン化水
素酸塩、特に臭化水素酸塩を使用することが好ましい。
有機アミンは第１級（例、エチルアミン）、第２級
（例、ジエチルアミン）、第３級（例、トリエチルアミ
ン）のいずれでもよく、ピリジン等の複素環アミン、ア
ニリン等の芳香族アミン、シクロヘキシルアミン等の脂
環式アミン、さらにはジフェニルグアニジン等の２以上
のアミノ基を有する化合物も使用できる。この活性剤に
加えて、他の活性剤、例えば、ステアリン酸、セバシン
酸等の有機酸を使用することも可能である。 【００４３】チキソ剤としては硬化ひまし油、アミド類
などが一般に使用される。溶剤としては、ブチルカルビ
トール、ヘキシルカルビトール等のカルビトール類、テ
ルピネオール、ハロゲン化アルコールなどのアルコール
類などが例示される。フラックスは、上記以外の添加剤
も含有しうる。 【００４４】フラックス中の上記各成分の量は特に制限
されないが、典型的には、質量％でロジン約35〜60％、
活性剤約 0.5 〜10％、チキソ剤約１〜10％である。活
性剤としてのアミンハロゲン化水素酸塩の量は、好まし
くは 0.5〜５％である。これらに加えて、フラックス
は、上記の芳香族ヒドロキシカルボン酸と場合により脂
肪族ヒドロキシカルボン酸とを含有する。 【００４５】本発明のソルダペーストに用いるSn−Zn系
鉛フリーはんだは、SnにZnを９質量％前後 (例、７〜11
質量％) の量で含有させた融点200 ℃前後のSn−Zn合
金、あるいは溶融温度のさらなる低下、機械的強度の向
上、または酸化抑制の目的で、このSn−Zn合金にBi、I
n、Ag、Ni、Co、Mo、Fe、Ｐ、Ge、Ga等の１種もしくは
２種以上を添加したSn−Zn系合金を包含する。好ましい
Sn−Zn系はんだの１例は、Sn−８％Zn−３％Bi合金であ
る。 【００４６】はんだ粉末の形態は特に制限されないが、
通常は球形粉であり、遠心噴霧法やガスアトマイズ法等
により調製することができる。はんだ粉末の粒度は、従
来のソルダペーストと同様でよく、通常は 200〜400 メ
ッシュ程度であるが、500 メッシュまたはそれより微細
な粉末も使用可能である。 【００４７】Sn−Zn系はんだ粉末とフラックスとの配合
比は、印刷または吐出に適した粘稠性を持つソルダペー
ストが得られるように設定すればよい。通常は、フラッ
クスが５〜20質量％、残部がはんだ粉末である。 【００４８】 【実施例】質量％で、８％Zn−３％Bi−残部Snという組
成のSn−Zn系鉛フリーはんだ合金の球形粉末88.5％を、
下記表１に示す組成を持つロジン系フラックス11.5％と
よく混和して、実施例および比較例のソルダペーストを
調製した。 【００４９】得られたソルダペーストを用いて、一般的
なガラスエポキシ系プリント基板のCu配線の表面にスク
リーン印刷し、従来のSn−Pb系ソルダペーストと同様の
条件で予備加熱と本加熱を行うリフロー炉でのリフロー
試験を行い、はんだボールの発生とはんだ広がり性につ
いて評価した。 【００５０】 【表１】【００５１】表１からわかるように、活性剤としてジフ
ェニルグアニジン臭化水素酸塩を含有する従来のロジン
系フラックスに相当する比較例１のSn−Zn系はんだのソ
ルダペーストでは、はんだボールが多く発生し、はんだ
広がり性もよくなかった。 【００５２】これに対し、本発明に従って、２以上の水
酸基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸 (2,6-ジヒド
ロキシナフトエ酸、2,6-ジヒドロキシ安息香酸) および
／またはメタ位に水酸基を有する芳香族ヒドロキシカル
ボン酸 (3-ヒドロキシ-2-メチル安息香酸) をフラック
ス添加した実施例１〜４のSn−Zn系はんだのソルダペー
ストでは、はんだボールの発生が防止され、はんだ広が
り性も改善された。特に、この芳香族ヒドロキシカルボ
ン酸に加えて、さらに脂肪族ヒドロキシカルボン酸 (12
-ヒドロキシオレイン酸) をフラックスに添加した実施
例２、４のソルダペーストでは、はんだ広がり性が一段
と改善された。 【００５３】しかし、比較例２に示すように、脂肪族ヒ
ドロキシカルボン酸の単独添加では、はんだボールの発
生が多く、はんだ広がり性も悪い結果となり、実質的な
改善効果が認められなかった。 【００５４】 【発明の効果】Sn−Zn系鉛フリーはんだを用いたソルダ
ペーストは、はんだの融点が一般的なSn−Pb系はんだの
融点に近く、熱感受性の高い電子部品のはんだ付けにも
使用でき、かつ既存のリフロー設備がそのまま使用でき
るという工業上の利点がある。しかし、従来のこの種の
ソルダペーストは、はんだ粉末がフラックスと反応しや
すいZnを含んでいるため、リフロー炉での予備加熱およ
び本加熱中にはんだ表面の進行が発生し、濡れ性の低下
によるはんだボールの発生や、はんだ広がり性の低下が
見られ、使用が困難であった。 【００５５】本発明に係るSn−Zn系鉛フリーはんだのソ
ルダペーストを用いると、上記はんだ表面の酸化が効果
的に防止され、はんだがZnを含有していても、はんだ粉
末のコーティングを行わずに、長期間安定した状態が保
たれるばかりでなく、はんだボールの発生が低減ないし
皆無となり、さらにはんだ広がり性も著しく改善され
る。このように、本発明は、Sn−Zn系はんだを用いたリ
フロー法による鉛フリーはんだ付けの工業的実施を可能
にする技術であり、はんだによる地下水の鉛汚染の防止
にも役立つ。
─────────────────────────────────────────────────────
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(72)発明者 高浦 邦仁
東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属
工業株式会社内
(72)発明者 平田 昌彦
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 吉田 久彦
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 長嶋 貴志
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AC01 BB05 CC33 CD21
CD26 GG03
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1 】 メタ位に１個の水酸基を有する芳香族カ
ルボン酸および２以上の水酸基を有する芳香族カルボン
酸よりなる群から選ばれた少なくとも１種の芳香族ヒド
ロキシカルボン酸を 0.1〜10.0質量％の量で含有するフ
ラックスと、Sn−Zn系鉛フリーはんだ粉末とが混和され
てなる、鉛フリーソルダペースト。 【請求項２】 前記フラックスが、炭素数６以上の脂肪
族ヒドロキシカルボン酸を 0.5〜20質量％の量でさらに
含有する、請求項１記載の鉛フリーソルダペースト。
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