JP2736304B2 - ハンダ付け方法とハンダフラックス - Google Patents
ハンダ付け方法とハンダフラックスInfo
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Description
に関し、特に、ハンダフラックスとハンダペーストを含
むハンダ方法に関する。
リント回路基板(PWB:Print Wiring Board)の上に
搭載される。この表面上に電子部品を搭載するには、電
子部品をプリント回路基板の金属接点領域に配置し、こ
のリードと接点パッドとの間にハンダペーストを塗布す
ることによって行われる。その後、この組立品をハンダ
材料が溶けるリフロー温度まで加熱し、リードとハンダ
接点パッドとの間の電気的結合が完成する。
トは、比較的小径のハンダボール(5μmから100μ
mの範囲の直径の)と媒体物(すなわち、フラックス)
とを有する。このハンダボールを用いて、十分な導電性
を確保して、リードとプリント回路基板接点パッドとの
間に低抵抗パスを形成する。また、このフラックスは、
ハンダプロセスに必要な様々な特性を達成している。特
に、このフラックスは、ペーストをプリント回路基板の
他の領域に堆積させることなく、必要な接点パッドの上
にステンシル(stencil)を介して、塗布することが可能
となるように選択される。このペーストの選択は、リー
ドがペーストの上に圧力をかけて配置された時に、その
位置に留まるような良好な接着性を有し、リフロー温度
において、接点パッドに正確には整合していないペース
ト内のハンダが表面相互作用を介して、所望のパッド領
域に移動できるように行う。また、このフラックスは、
酸化物被覆をハンダボール、接点パッドおよびリードか
ら取り除くような溶解剤をも含む。
加えて、リフローした後の残留物は非腐食性、および見
栄えの良さ、または洗浄による除去が可能であることが
必要である。好ましくない残留物が残らないようなフラ
ックスは非常に少ない。多くのフラックスは、有機溶剤
によってその残留物を除去している。環境問題を考慮す
ると、フラックスの残留分は、水溶液媒体で除去できる
ことが望ましい。水溶液で除去可能な残留物は、存在す
るが、洗浄する追加のステップが余分なコストがかかる
という問題がある。
ックスは、洗浄プロセス無しでも余分な残留物が残存し
ないことが望まれている。フラックスの必要なすべての
特性を満足し、望ましくない残留物を生成しないハンダ
フラックスは、それを製造するのが極めて難しい。この
ような残留物を生成しないハンダの形成方法の難しさ
は、残留物はハンダの接続部にプローブを接触させて、
後の電気的テストを妨げてはならないからである。従っ
て、本発明の目的は、残留物が少ないハンダフラックス
を提供すること、およびこのハンダフラックスを用いた
ハンダ付け方法を提供することである。
は、非腐食媒体中に有害な残留物無しで、特定の成分を
選択することにより可能である。特に、フラックスは、
酸化物を除去する酸と、所望の粘性と接着性を有する塗
布修正剤(好ましくはエチルセルロース(ethylcellulos
e))と、フラックスの残りの溶剤内に低濃度で存在し、
リフロープロセスで完全には蒸発せず、塗布修正剤残留
物の物理的な柔らかさおよび見かけの良さを制御するよ
うな化学物質との組み合わせである。この代表的な組み
合わせは、ひまし油(caster oil)と、ペンタエリトリト
ール テトラベンゾエート(PETB:pentaerythritol
tetrabenzoate)、またはビス(2−エチルヘキシル)
セバケート(bis(2-ethylhexyl) sebacate)と、ロジン、
または二量体化ロジン(dimerized rosin)を含む。この
ような3成分の混合物および適当な酸および塗布修正剤
を含む溶融フラックスは、その後窒素または他の不活性
ガスの存在下でリフロープロセスで使用される。このよ
うな特定のフラックスの組み合わせおよび不活性環境下
でのリフローでは、好ましくない残留物が存在せず、テ
スト可能なハンダ接合を提供する。この残留物は、20
倍の顕微鏡で、この残留層をハンダ接合部からかき削っ
た後のみ目視可能である。リフローしたハンダ領域の上
に存在するだけである。その結果、この残留物は、下の
ハンダ層を腐食させない。
と、ペンタエリトリトール、テトラベンゾエート、また
は、ビス(2−エチルヘキシル)セバケートとロジン、
または2量体化ロジンのみならず、ジフェン酸(dioheni
c acid)、セバシン酸(sebacic acid)のような酸と、塗
布修正剤としてエチルセルロースと、ジ(di)またはトリ
プロピレングリコール(tripropylene glycol)と組み合
わせたプロピルパラベン(propyl paraben)の溶剤系を含
む。
体、例えば、導電性リードを有する電気部品をPWBの
上のランナのような第2導電領域にハンダ付けする。1
30℃から340℃の範囲内のリフロー温度は、熱伝
導、熱伝達、熱放射、高圧蒸気等の従来の方法により達
成される。電子部品をハンダ付けし、このハンダペース
トを加熱して、リフローを生成する一般的なプロセス
は、J. S. Hwang,「電気パッケージのハンダペースト」
(Solder Paste in Electronic Packaging、1989
年、Van Nostrand, Reinhold, NY., 出版社)に開示さ
れている。リフローは、不活性環境下で行うのがよく、
すなわち、この不活性環境は、オキシダント(例、酸
素)の濃度は600ppm以下であり、具体的には、窒
素環境が用いられる。
ラックスとを含む。ハンダ粒子という用語は一般的なも
ので、必ずしも特定の形状は意味するものではない。こ
の粒子の体積(形状を問わず)は、その直径が5−10
0μmの間のボールの体積に等しい。一般的に、大きな
粒子は好ましくない。それは塗布性が弱くなからであ
る。一方、小さな粒子は、酸化を促進する表面領域が大
きくなり、ハンダのボーリング(球状になる)となる傾
向がある。このハンダ合金の成分は、例えば、錫/鉛
(63/37;5/95重量%)、錫/銀(96.5/
3.5重量%)錫/アンチモン(95/5重量%)錫/
ビスマス(42/58重量%)のような共通な一般的な
ハンダ合金を含む。
塗布修正剤と、酸化物をハンダから取り除く酸と、残留
物の見かけ上/物理上の特性を制御する三種類の混合物
とを含有する。様々な酸は酸化物除去材料として使用可
能である。一般的に、この酸は180℃で20Torr以下
の蒸気圧を有する。一般的な酸としては、ジフェン酸、
セバシン酸、スベリン酸、2−フェノキシ安息香酸を含
む。一般的に酸は、フラックスの1〜8重量%の範囲内
に存在するのがよい。
の範囲内であり、これ以上の高濃度の塗布修正剤は、好
ましくない残留物を生成し、これ以下の低濃度の塗布修
正剤は、粘性が不十分となる。この塗布修正剤を用い
て、所望の粘性と接着性およびせん断性を提供する。す
なわち、せん断力をかけることにより粘性を減少させ
る。一般的に、フラックスのレオロジー特性は、塗布修
正剤を用いて調整し、ハンダペーストの粘性が700,
000〜1,500,000センチポアズの範囲内にある
ようにする。一般的に、50,000グラム/モル以上
の分子量を有するポリマは、所望の粘性と接着性を生成
する。せん断力を加えることにより、薄く所望の粘性範
囲内で接着材料を生成するような有益な材料は、例え
ば、エチルセルロース(ethyl cellulose)、とエチル−
ヒドロキシエチルセルロース(ethyl-hydroxy ethyl cel
lulose)である。
ローブ試験が可能な見かけのよい残留物が形成される。
この成分は、(1)ひまし油(caster oil)と、(2)ペ
ンタエリトリトール テトラベンゾエート(pentaerythri
tol tetrabenzoate)、または、ビス(2−エチルヘキシ
ル)セバケート(bis(2-ethyl hexyl) sebacate)と、
(3)ロジン(rosin)、または二量体化ロジン(dimerize
d rosin)と、を含む。これらの三成分は、フラックス内
で1〜5重量%の範囲内の濃度であるのが好ましい。そ
れぞれが、5重量%以上であると、残留物の量が好まし
くないほど大きく、また、1重量%以下であると、残留
物の見かけが良くなく、均一性が劣化する。
にするために溶剤が用いられる。一般的に、この溶剤
は、アルコールと芳香族とを含む材料を含む多成分から
なる。この溶剤は、例えば、エチルセルロースのような
塗布修正剤およびジフェン酸とセバシン酸の共溶剤系の
ような酸は、ジ−プロピレングリコール(di-propyleneg
lycol)またはトリ−プロピレングリコール(tri-propyle
ne glycol)とプロピル4−ヒドロキシ安息香酸(propyl
4-hydroxy benzonic acid)(プロピルパラベン(propyl
paraben))を含む。一般的に、溶剤は、酸と塗布修正剤
と残留見かけ上(物理上)の修正要素等に採用される以
上のフラックスの残りの重量パーセントを占める。例え
ば、トリ−プロピレングリコールとプロピレンパラベン
の例においては、後者のプロピレンパラベンは、全フラ
ックス系の18〜28重量%を占める。
材料の適切なな溶剤は、制御したサンプルを用いて、簡
単に決定できる。しかし、一般的に溶剤の蒸気圧は、2
3℃で0.5Torr以下で、リフロー温度で10Torr以上
が好ましい。
使用方法を示す。 実験例1フラックス#1の調製 4グラムのセバシン酸と、23グラムのプロピルパラベ
ンと、4.5グラムのエチルセルロースと、3グラムの
二量体化ロジンと、3グラムのPETBと、58.5グ
ラムのジプロピレングリコールの混合物を油浴内で加熱
し、130℃に保持した。この混合物をこのプロセスの
間機械的に攪絆した。40分後、4グラムのひまし油を
この高温混合物に追加した。5分後、この混合物を高温
油浴から取り除き、70℃まで冷却した。
0グラムをハンダパウダーSn/Pb63/37、−3
25+500メッシュを900グラム混合し、1kgグ
ラムのハンダペーストを形成した。
ラベンと、4.5グラムのエチルセルロースと、3グラ
ムの二量体化ロジンと、3グラムのPETBと、3グラ
ムのひまし油と、59グラムのトリプロピレングリコー
ルを用いて、フラックス#1のように調製した。
ースと、3グラムのPETBと、1.5グラムの二量体
化ロジンと、2グラムのひまし油と、2グラムのビス
(2−エチルヘキシル)セバケートと、25グラムのプ
ロピルパラベンと、57グラムのトリプロピレングリコ
ールを用いて、フラックス#1のように調製した。
ラックッスは、残留物が、従来のものに比較して、残留
物がすくない。
Claims (14)
- 【請求項1】 部品と基板とをハンダ粒子とフラックス
とを含むペーストに接触させるステップと、 前記ペーストを不活性環境下において、リフロー温度ま
で加熱するステップとからなる、部品を基板にハンダ付
けする方法において、 前記フラックスは、酸、塗布修正剤、溶剤および混合物
からなり、 前記溶剤は、アルコールと芳香族化合物とを含み、 前記混合物は、 ロジンまたは二量体化ロジンと、 ひまし油と、 ペンタエリトリトール テトラベンゾエート、または、
ビス(2−エチルヘキシル)セバケートとを含むことを
特徴とするハンダ付け方法。 - 【請求項2】 前記溶剤は、 ジ−プロピレングリコールまたはトリ−プロピレングリ
コールと、 プロピル4−ヒドロキシ安息香酸とを含むことを特徴と
する請求項1の方法。 - 【請求項3】 前記塗布修正剤は、50,000以上の
分子量を有するポリマを含むことを特徴とする請求項1
の方法。 - 【請求項4】 前記ポリマは、エチルセルロースまたは
エチル−ヒドロキシエチルセルロースを含むことを特徴
とする請求項3の方法。 - 【請求項5】 前記酸は、ジフェン酸、セバシン酸、ス
ベリン酸、2−フェノキシ安息香酸からなる群から選択
されたものを含むことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項6】 前記酸は、前記フラックスの1〜8重量
%を占めることを特徴とする請求項4の方法。 - 【請求項7】 前記塗布修正剤は、前記フラックスの1
〜7重量%を占めることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項8】 前記ペーストは、700,000〜1,5
00,000センチポアズの範囲内の粘性を有すること
を特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項9】 前記混合物の各成分は、前記フラックス
の1〜5重量%を占めることを特徴とする請求項1の方
法。 - 【請求項10】 ハンダ粒子とフラックスとを含むハン
ダペーストにおいて、 前記フラックスは、酸、塗布修正剤、溶剤および混合物
からなり、 前記溶剤は、アルコールと芳香族化合物とを含み、 前記混合物は、 ロジンまたは二量体化ロジンと、 ひまし油と、 ペンタエリトリトール テトラベンゾエート、または、
ビス(2−エチルヘキシル)セバケートとを含むことを
特徴とするハンダフラックス。 - 【請求項11】 前記溶剤は、 ジ−プロピレングリコールまたはトリ−プロピレングリ
コールと、 プロピル4−ヒドロキシ安息香酸とを含むことを特徴と
する請求項10のハンダフラックス。 - 【請求項12】 前記塗布修正剤は、50,000以上
の分子量を有するポリマを含むことを特徴とする請求項
10のハンダフラックス。 - 【請求項13】 前記ポリマは、エチルセルロースまた
はエチル−ヒドロキシエチルセルロースを含むことを特
徴とする請求項12のハンダフラックス。 - 【請求項14】 前記酸は、ジフェン酸、セバシン酸、
スベリン酸、2−フェノキシ安息香酸からなる群から選
択されたものを含むことを特徴とする請求項10のハン
ダフラックス。
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