JP2005066673A

JP2005066673A - 成形はんだの製造方法およびそれによる成形はんだ

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Publication number: JP2005066673A
Application number: JP2003302617A
Authority: JP
Inventors: Koji Shimizu; 幸治清水; Yutaka Ochi; 豊越智; Kuniaki Asami; 国昭浅見; Arihiro Kono; 有弘河野
Original assignee: Nihon Handa Co Ltd
Current assignee: Nihon Handa Co Ltd
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: JP4089783B2

Abstract

【課題】成形はんだの製造方法およびそれによる成形はんだ
【解決手段】成形はんだの成形加工に際して、該成形はんだの表面にポリッシング工程により低粘度のシリコーンオイル、有機酸および有機溶剤の混合液を離形剤として薄膜塗布することを特徴とし、低粘度のシリコーンオイルの粘度が１〜５センチストークス（ｍｍ²／s）であり、有機酸がステアリン酸であり、混合液が、低粘度のシリコーンオイル０．１〜５ｗｔ％、有機酸０．１〜５ｗｔ％、および有機溶剤が残部ｗｔ％よりなる成形はんだの製造方法およびそれによる成形はんだ。
【選択図】図１

Description

本発明は、はんだペレット等の成形はんだの製造方法およびその製造方法により成形された成形はんだに関するものである。

従来、成形はんだは、はんだ付け部の形状に合わせた円形、矩形、ワッシャ状などプレスで打ち抜かれて製品化され、通常はそれが使用されるまで、製品はある期間ポリ袋やポリ容器により保管されている。この保管により重ね合わせによる密着で、成形はんだ同志が付着してしまうという現象が起きる。

これを防止するために、一般的には離型剤を成形はんだの接触面に塗布する方法が用いられている。この種の離型剤には、有機、無機中からなる固形物または液状物があり、塗布方法としては、該物質が溶剤に溶解・分散した液中に浸漬するか、または、あらかじめ該物質の溶液を含浸させた布材を介して塗布する方法等が提案されている。
また、ある種のものは、表面にメッキをすることにより取り扱いを容易にすることが提案されている。（例えば、特許文献１参照））

特開２０００−２４７９１号公報（段落番号００２９、４行）

円形、矩形、ワッシャ状などの成形はんだの離型性を改善するための固体、液体物質のいずれの離型剤塗布方法も、乾燥後において成形はんだ表面に塗布物が残る。従って、離型剤によっては、リフロー時のぬれ性や接合性を低下させるという問題があった。
従って、成形はんだ同士の離型性が改善され、さらにリフロー時の障害のない成形はんだおよびその製造方法が強く要求されている。

本発明の成形はんだはの製造方法は、
１）成形はんだの成形加工に際して、該成形はんだの表面にポリッシング工程により低粘度のシリコーンオイル、有機酸および有機溶剤の混合液を離型剤として薄膜塗布するものであり、
２）成形はんだの成形加工に際して、該成形はんだの表面にポリッシング工程により低粘度のシリコーンオイル原液、またはシリコーンオイル原液と溶剤の混合液を離型剤として薄膜塗布することものであり、
３）上述１）、２）における、前記低粘度のシリコーンオイルの粘度を１〜５センチストークス（ｍｍ²／s）としたものであり、
４）上述１）〜３）における、前記有機酸をステアリン酸としたものである。

本発明の成形はんだはの製造方法は、
５）上述１）、３）、４）において、前記混合液を、低粘度のシリコーンオイル０．１〜５ｗｔ％、有機酸０．１〜５ｗｔ％、および有機溶剤が残部ｗｔ％としたものであり、
６）上述１）〜５）において、前記ポリッシング工程が、前記混合液を浸した織物布または不織布により、前記はんだ表面に対して５回以上のしごき回数をもって実施されるものである。

また、本発明の成形はんだは、
７）上述１）〜６）のいずれかに記載の成形はんだの製造方法により成形されたものであり、
８）上述１）〜６）のいずれかに記載の成形はんだの製造方法により成形されたはんだペレットである。

半導体素子を電気的に接合するに好適な円形、短径、ワッシヤー状の成形はんだの製造において、該成形はんだの表面にポリッシング工程により低粘度のシリコーンオイル、有機酸特にはステアリン酸および有機溶剤特にはトリクロロエチレンまたはイソプロパノールの混合液を離型剤として薄膜塗布することにより、すべり抵抗が軽減され、成形はんだ同士の重ね合わせによる密着が防止され、自動供給作業がスムーズに行なえるばかりでなく、リフロー時のぬれ性を改善することができる。

本発明は、シリコーンオイルを離型剤として使用する。
シリコーンオイルは、R₃SiO−〔R₂SiO〕ｎ−SiＲ₃で示される直鎖シロキサン構造をもっている。その粘度は主に重合度ｎによって決まるが、その特性はケイ素に結合している置換基Ｒの種類によって異なる。したがって、ここで言うシリコーンオイルとは、その誘導体も含まれる。シリコーンオイルの粘度は、０．６５〜１００万センチストークス（ｍｍ²／ｓ）の範囲にある。
しかしながら、本発明では、シリコーンオイルの粘度は低粘度であることが重要であり、１〜５センチストークス（ｍｍ²／ｓ）の低粘度のものを使用する。
これにより、良好な離型性が確保される。もし、高粘度のシリコーンオイルを使用するとリフロー時にシリコーンオイルが残存してしまう恐れがあった。

また、該シリコーンオイルに有機酸としてのステアリン酸を加えることにより、低すべり抵抗と表面酸化防止効果との相乗効果として、前記の優れた発明の効果が得られるものである。

本発明の前記混合液は、好ましくは低粘度のシリコーンオイル０．１〜５ｗｔ％、有機酸特にはステアリン酸０．１〜５ｗｔ％、および有機溶剤が残部ｗｔ％よりなる。
シリコーンオイル、ステアリン酸とも５ｗｔ％を越えて添加しても、その効果はサチュレートしており、また０．１ｗｔ％以下ではその効果にばらつきが生じる。
従って、低粘度のシリコーンオイルおよびステアリン酸の濃度は、０．１〜５ｗｔ％が好ましい。

また、本発明の混合液における有機溶剤としては、トルエン、キシレン、シクロヘキサンなどの炭化水素系、エタノール、メタノール、ｎ−ブタノール、イソブチルアルコールなどのアルコール系、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン・アルデヒド系、１１１トリクロロエタン、四塩化炭素などのハロゲン化炭化水素系などを使用することができる。
シリコーンオイルおよびステアリン酸の混合液用の有機溶剤としては、実質的にトリクロロエチレンまたはイソプロパノールが好ましい。

また、混合液の塗布方法としては、混合液を含浸させた湿潤材を介して成形はんだに軽くポリィシング（しごき）しながら塗布する。
後述のごとく、ポリィシング回数（以下、しごき回数という）により、すべり抵抗値に差があり、５回以上のしごき回数を施すことが好ましい。
なお、本発明においては、成形はんだの離型性をすべり抵抗値により表現するが、この離型性測定方法は以下によった。すなわち、対象試験試料として、Ｓｎ５Ａｇ１．５Ｐｂ９３．５の厚さ０．１×幅２７（ｍｍ）の清浄テープ１．５メートルを用い、これを吊した状態にして、各種条件の混合液を含浸させた１００ｍｍ角ネル布で５、１０、５０回のしごき回数を加え、６０ｍｉｎ．乾燥後リールに巻き取りポリエチレン袋に密閉保管した。
次に、ポリエチレン袋から該テープを採り出して、２７ｍｍ幅×５０ｍｍ長さのテストピースとし、次のような方法により成形はんだの離型性（すべり抵抗）試験を行なった。
すなわち、最初に１枚のテストピースを接着剤で定盤上に固定してから、もう１枚のテストピースを十文字に重ね合わせにし、その上に５０ｇ分銅（面積３００ｍｍ²）を両面テープで接着固定した。次に、横方向に速度５００ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行ない、分銅固定部が動き出した時点のすべり抵抗値をデジタルフオースゲージで読取り、離型性判定の尺度とした。

また、表面あらさの測定は下記の通りである。
表面粗さ計（東京精密サーコム３０Ｃ形）を用い、はんだテープ長さ方向に対して幅方向に触針を垂直に接触させ、駆動速度０．３ｍｍ／ｓｅｃ、チャート速度６ｍｍ／ｓｅｃの条件にて操作し、表面あらさを測定した。表面粗さは、得られたチャート紙の測定波形画像に中心線を引き、ｎ＝１０における最大値（山）と最低値（谷）の算術平均を求め、この値を表面あらさ（μｍ）とした。参考として、同時にあらさ測定部の表面拡大写真を撮り、あらさデータと対比して表面状態を観察した。

実施例１
本発明の実施例１の試料仕様は下記のごとくである。
次に示す２成分を調整してジメチルシリコーンオイルの１ｗｔ％溶液を作製した。
ジメチルシリコーンオイル１．０ｍｍ²／ｓｅｃ（c S t．）１．０重量部
トリクロロエチレン９９．０重量部
ジメチルシリコーンオイル濃度１．０ｗｔ％

これを、上述の成形はんだの離型性測定方法に準じて試験した。
その試験結果として、物性は表１に示すとおりであった。すべり抵抗値は０．１１（×１０^-2Ｎ）と小さく、後述する比較例１（シリコーンオイル処理なし）の約１／５の値であることが判明した。
一方、ポリエチレン袋に密封中の経日変化の有無について追跡試験したところ、６０日間経過後もすべり抵抗値はほとんど変化しないことがわかった．

実施例２
「ステアリン酸単体被覆」の条件内容
本発明の実施例２の試料の仕様は下記のごとくである。
次に示す２成分を調整してジメチルシリコーンオイルの１０ｗｔ％溶液を作製した。
ジメチルシリコーンオイル１．０ｍｍ²／s（c S t）１０．０重量部
トリクロロエチレン９０．０重量部

実施例１と同様に成形はんだの離型性測定方法以外は、実施例１と同様な試験を行なった。そのすべり抵抗値は表１に示すとおりであった。抵抗値は０．１４（×１０^-2Ｎ）とやや大きいが、相対的に実施例１と同程度のすべり抵抗値であった。
一方、ポリエチレン袋に密閉した該テープ状はんだの経日変化の有無について、６０日間の追跡試験した。
図１は、密封保管日数とすべり抵抗（Ｎ）の経日変化の関係を示す比較図である。
図１に示されるように、実施例１、２とも初期値に対して、ほとんど経日変化がなく、比較例１に対し低い安定した値を示していることが確認された。

実施例３、４、５
本発明の実施例３および４は、ジメチルシリコーンオイル５．０ｍｍ²／ｓ（c S t）を用いた以外は、実施例１と同じ濃度であり、また、実施例５は、ジメチルシリコーンオイル２．０ｍｍ²／ｓ（c S t）と溶剤であるイソプロパノール以外は実施例２と同じである。
以上の実施例におけるすべり抵抗値は、前記表１に示すごとく、０．１３〜０．１５（×１０^-2Ｎ）の範囲であって、後述する比較例のすべり抵抗値に対して約１／４の値であった。
また、溶剤イソプロパノールは、トリクロロエチレンと溶解性能等ほぼ同一性状を与えることが認められた。

実施例６
本発明の実施例６においては、ジメチルシリコーンオイル1．Oｍｍ²／ｓ（c S t）の１００ｗｔ％を用いて実施例１と同様な試験を行なった。
そのすべり抵抗値は前記表１に示すとおり、比較例に対して1／３のすべり抵抗値であり、その離型効果は十分であることがわかった。

前記各条件の実施例と比較するために、比較例１の試料を作成を作成し、比較試験を行った。
比較例１は、離型剤などの処理剤をいっさい使用しないものである。
上述の成形はんだの離型性測定方法に準じてすべり抵抗試験を行ない、前記表１と図１に示す結果を得た。
すなわち、実施例１〜６で用いたジメチルシリコーンオイルと稀釈溶剤のすべてを除外した場合は、すべり抵抗値は０．５５（×１０^-2Ｎ）であり、この値は、実施例１〜６におけるすべり抵抗値の３〜５倍と大きいものであり、離型性に劣ることが判明した。

実施例７
本発明の実施例７として、シリコーンオイル５％、ステアリン酸０．１％、残量トリクロロエチレンを混合液の成分パラメータとし、さらに、ポリッシング回数（しごき回数）５、１０、５０回を機械的パラメータとしてはんだテープ試料を作成し、これを成分パラメータおよび機械的パラメータを省略したブランク試料（ＥＸ７５、ＥＸ７６、ＥＸ７７）、および、機械的パラメータを省略したもの（ＥＸ７４）と比較して、すべり抵抗値および表面状態（表面あらさ）の比較試験を行った。また、これらを、実装条件によりリフロー試験を行い、溶解はんだのぬれ性（広がり率）を比較した。
試験結果は表２に示すとおりである。

すべり抵抗値は、ブランク試料の０．４２〜０．５８（×１０^-2Ｎ）に対して、混合液の効果が認められ、いずれも０．１０〜０．２０（×１０^-2Ｎ）と小さい値を示し、離型性が良好であることがわかった。ただ、ステアリン酸単体を含有するもの（ＥＸ７４）は、シリコーンオイル、ステアリン酸の両者を含有する混合液によるもの（ＥＸ７０〜７２）に比べて若干すべり抵抗値は劣る。また、ステアリン酸を含まずシリコーンオイル単体を含有するもの（ＥＸ７３）は、すべり抵抗値は両者含有のものとほぼ同レベルであったが、実装リフロー試験において、ぬれ性が若干低下した。このことにより、シリコーンオイル、ステアリン酸の両者を加えることによる相乗効果が証明された。

また、同一成分パラメータによりポリッシング回数（しごき回数）を変えた場合、および、ブランク試料において混合液なしでポリッシング（しごき）を行った場合の両者とも、いずれもすべり抵抗値の改善が認められた。しかし、混合液による処理をしないブランク試料（ＥＸ７６〜７８）では、離型のための有効な限界すべり抵抗値（約０．２×１０^-2Ｎ）を下回ることはできなかった。
これに対し、シリコーンオイルを含有する混合液にて処理されたもの（ＥＸ７０〜７３、）においてポリッシング（しごき）を行った場合は、ポリッシング回数（しごき回数）による良好な効果が得られることが確認された。ただ、ポリッシング回数（しごき回数）０の場合は、ポリッシング回数（しごき回数）５〜５０回のものに比して、すべり抵抗値は明らかに高く、５回以上のポリッシング（しごき）をすることが望ましい。

ポリッシング回数（しごき回数）は、表面あらさと密接な関係があることがわかった。
本実施例７の各試料における表面あらさは、ポリッシング回数（しごき回数）０の場合に比べて、混合液にて処理されたものでは５回で０．７２μｍ、５０回で０．５８μｍと表面あらさの改善が認められ、処理なしのものでも５回で０．８８μｍ、５０回で０．６８μｍと表面あらさの改善が認められた。
図２は、ポリッシング回数（しごき回数）による表面状態を示す比較図であり、（ａ）は試料ＥＸ７５（しごき回数０）、（ｂ）はＥＸ７０（しごき回数５回）および（ｃ）はＥＸ７２（しごき回数５０回）の各表面拡大写真を示す。
ポリッシング（しごき）工程により、表面あらさの頂部が円滑化されていることがわかる。この表面あらさの改善がすべり抵抗値の改善に寄与していること明らかである。

すなわち、本実施例７により、離型性およびリフロー時のハンダボール発生防止の効果に対しては、シリコーンオイルと、有機酸特にはステアリン酸の両者による相乗効果が極めて有効であることがわかった。また、すべり抵抗のより良い改善のためには、５回以上のポリッシング（しごき）が表面あらさを改善して有効であることがわかった。

実施例８
本実施例８においては、はんだペレットにおける有機酸、特にはステアリン酸による実装リフォロー時の溶融はんだのぬれ性について試験した。特に、保存経過経日数をパラメータとして、この保存経過経日数により溶融はんだのぬれ性（はんだ広がり率）がどのように変わるかを比較試験した。

本実施例８における仕様は次のようなものである。
試験試料
Ｓｎ６３Ｐｂはんだペレット（形状５．５ｍｍφ ×１．５ｍｍｔ）
表面塗布混合液条件
シリコーンオイル２ｃｓｔ０、１．０、５．０ｗｔ％
ステアリン酸０、５．０ｗｔ％
トリクロロエチレン０、９０、９５、９９ｗｔ％
保存経過条件
はんだペレットを表３に示す混合液に浸漬し、乾燥後４０℃／９０％ＲＨの恒温恒湿槽に所定時間（５日、１５日）放置した。
ぬれ性試験
ＪＩＳＺ３１９７はんだ広がり試験法に準じ下記要領で行った。
ａ．鋼板（３０×３０×０．３ｍｍ上に所定量のフラックス（ニホンハンダ製１１０（Ｅ）を塗布し、その上に試験試料を載せる。
ｂ．ａ．を２３０℃ホットプレートで６０秒リフローした後放冷する。
ｃ．はんだ広がり率を次式で求め、ぬれ性の尺度とした。
広がり率（％）＝［（Ｄ−Ｈ）／Ｄ］×１００
Ｄ：はんだを球とみなした場合の直径（ｍｍ）
Ｈ：広がったはんだの高さ（ｍｍ）

比較試験の結果を表３に示す。この比較試験結果より明らかなように、混合液にて処理されていないもの（ＥＸ８２）およびシリコーンオイルのみ添加されたもの（ＥＸ８３）は、明らかに時間経過と共にぬれ性が著しく低下するのに対して、ステアリン酸を添加された試料（ＥＸ８０、ＥＸ８１）は１５日間にわたりぬれ性の変化はほとんどなく、劣化に対する抑止効果があり、成形はんだの酸化抑制に効果的であることがわかった。
これはステアリン酸が、長期間にわたりはんだ表面の酸化防止に安定した作用効果を与えるためと考えられる。この効果は従来のフラックス中に添加されたステアリン酸の効果と異なるものである。
従って、本発明のシリコーンオイルと、有機酸特にはステアリン酸との併合添加による混合液が、離型性とぬれ性の改善という成形はんだにとって重要なアイテムに対し相乗効果を発揮するものであることが確認された。

なお、上述の各実施例は、本発明における限られた範囲の実施例であり、特許請求の範囲であれば、各実施例の条件により何ら限定されるものではない。

本発明は、成形はんだを対象としているが、はんだ粉体によるはんだペーストにおけるはんだ粉体の製作時にこれを適用し、所定の相乗効果を期待することができる。

密封保管日数とすべり抵抗（×１０^-2Ｎ）の経日変化の関係を示す比較図であるポリッシング回数（しごき回数）による表面状態を示す比較図である。

Claims

成形はんだの成形加工に際して、該成形はんだの表面にポリッシング工程により低粘度のシリコーンオイル、有機酸および有機溶剤の混合液を離型剤として薄膜塗布することを特徴とする成形はんだの製造方法。
成形はんだの成形加工に際して、該成形はんだの表面にポリッシング工程により低粘度のシリコーンオイル原液、またはシリコーンオイル原液と有機溶剤の混合液を離型剤として薄膜塗布することを特徴とする成形はんだの製造方法。
前記低粘度のシリコーンオイルの粘度が１〜５センチストークス（ｍｍ²／s）であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形はんだの製造方法。
前記有機酸がステアリン酸であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成形はんだの製造方法。
前記混合液が、低粘度のシリコーンオイル０．１〜５ｗｔ％、有機酸０．１〜５ｗｔ％、および有機溶剤が残部ｗｔ％よりなることを特徴とする請求項１、３、または４のいずれか１項に記載の成形はんだの製造方法。
前記ポリッシング工程が、前記混合液を浸した織物布または不織布により、前記はんだ表面に対して５回以上のしごき回数をもって実施されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の成形はんだの製造方法。
前記請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成形はんだの製造方法により成形された成形はんだ。
前記請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成形はんだの製造方法により成形されたはんだペレット。