JP3137462B2 - クリームはんだ - Google Patents

クリームはんだ

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JP3137462B2 JP04283009A JP28300992A JP3137462B2 JP 3137462 B2 JP3137462 B2 JP 3137462B2 JP 04283009 A JP04283009 A JP 04283009A JP 28300992 A JP28300992 A JP 28300992A JP 3137462 B2 JP3137462 B2 JP 3137462B2
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健一 河合
英樹 石田
靖久 田中
栄治 浅田
雄彦 成田
広光 小島
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Taiho Kogyo Co Ltd
Toyota Motor Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2222/00Aspects relating to chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive medium
    • C23C2222/20Use of solutions containing silanes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子機器の製造、特に
電子部品の表面実装に用いられる「クリームはんだ(ソ
ルダーペースト)」に関する。
【0002】
【従来の技術】クリームはんだは、はんだの微粉末とフ
ラックスとを混ぜ合わせて(混練して)クリーム状にし
たものであり、各種のものがある(例えば、影山信夫:
「SMTおけるクリームはんだの現況と利用法」、電子
技術、1988年12月別冊、pp. 47−53、大野隆
生:「ファイン化対応のソルダーペーストと現状」、電
子技術、1988年12月別冊、pp. 33−38参
照)。はんだの合金には、Sn/Pb、Sn/Pb/A
g、Sn/Pb/BiなどのSn基合金、In/Pbな
どのIn基合金、Pb/AgなどのPb基合金があり、
ガス噴霧法ないし遠心噴霧法によって粉末化される。フ
ラックスは、母材表面の酸化膜を除去するロジン(松
脂)、はんだ粉末とフラックスとの分離を抑制する粘性
剤、チソク剤、はんだ付け性を促進する活性剤、溶剤な
どで構成されている。〔クリームはんだを使用する際に
は、スクリーン印刷やディスペンサーによって基板上に
塗布するので、クリーム状態での流動特性、さらに、は
んだ付け性、はんだボール現象などを考慮する必要があ
る。〕はんだ粉末とフラックスとの混練状態で保管して
いると、はんだ粉末で空気と接触している表面が酸化さ
れ、さらには、活性剤成分とはんだとが反応して経時変
化を起こす。すると、スクリーン印刷不良、デスペンサ
ー吐き出し不良、はんだ付け性の低下、はんだボール現
象の発生など好ましくない事態を招く。
【0003】そこで、この様な化学反応を抑制するため
に、(1)はんだ粉末をSn膜(またははんだ成分膜)
でコーティング(被覆)すること(特開昭63−177
996号公報および特開昭61−9992号公報参
照)、(2)化学反応の緩やかな活性剤を用いること
(特開昭61−15798号公報、特願平3−3351
82号参照)や、(3)はんだ粉末をロジンで被覆する
こと(特開平3−13293号公報)が提案されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のような対策が提
案されているわけであるが、はんだとの反応は依然とし
て進行してしまう。(1)の場合では、Snはフラック
ス中の活性剤と反応して酸化SnやSn錯体を生成し、
(2)の場合では、反応が遅く進行し、そして(3)の
場合には、ロジン自身がカルボン酸(−COOH)を含
んでおり、これが反応性は低いもののはんだ粉末との徐
々に反応して経時変化を引き起こす。
【0005】本発明の目的は、従来通りのはんだ粉末お
よびフラックスを使用して、はんだ粉末とフラックスと
の反応を防止して、クリームはんだの経時変化を抑制し
て保存安定性の良いクリームはんだを提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、はんだ粉
末とフラックスとからなるクリームはんだにおいて、前
記はんだ粉末がシランカップリング剤でコーティングさ
れていることを特徴とするクリームはんだによって達成
される。
【0007】
【作用】本願発明は、はんだ粉末の形態において、従来
提案されたSnコーティング膜やロジンコーティング膜
に代えて、シランカップリング剤のコーティング膜を採
用する訳であり、シランカップリング剤がはんだ粉末と
フラックスとを隔てて、反応性を防止することに基づい
ている。さらに、シランカップリング剤は、一般に、相
互に馴染みの悪い無機材料(金属)と有機材料(フラッ
クス)の両者と化学反応できる反応基を有する有機ケイ
素化合物であり、まず、無機材料であるはんだ粉末とシ
ランカップリング剤とを化学結合させて、粉末表面にシ
ランカップリング剤のコーティング皮膜を形成する。そ
れから、有機材料のフラックスと混合する。シランカッ
プリング剤膜とフラックスとは親和性が良く、したがっ
て、はんだ粉末とフラックスとを馴染み良く混合でき、
クリームはんだの粘性での粘りが向上する。
【0008】シランカップリング剤としては、N−β
(アミノエチル)γアミノプロピルメチルジメトキシシ
ラン
【0009】
【化1】
【0010】γメルカプトプロピルトリメトキシシラン
(HSC3H6Si(OCH3)3 、γアミノプロプルトリエトキシシ
ラン(H2NC3H6Si(OC2H5)3などが好ましい。また、シラン
カップリング剤の量は、はんだ粉末(100重量部)に
対して0.03〜3.5重量部であり、0.03重量部より少
ないと、経時変化が使用しない場合と同じように起こり
効果がなく、一方、3.5重量部より多いと、スクリーン
印刷性が悪くなってしまう。
【0011】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。先
ず、Sn63−Pb37の共晶はんだ合金をガス噴霧法
によって、粉末にし、250メッシュ〜500メッシュ
の間にふるい分けしたものを用意した。
【0012】このはんだ粉末と、シランカップリング剤
(N−β(アミノエチル)γアミノプロピルメチルジメ
トキシシラン)を溶媒に希釈したプライマーとを混合
し、常温放置で溶剤を揮発させ、はんだ粉末表面にシラ
ンカップリング剤皮膜を形成した。シランカップリング
剤を適用したはんだ粉末の重量を測定して、コーティン
グ前の重量との差でシランカップリング剤の量を算定す
ると、はんだ粉末100重量部に対してシランカップリ
ング剤は0.5重量部であった。
【0013】得られたシランカップリング剤コーティン
グの粉末(90wt%)を下記成分のフラックス(10wt
%)と混練して、クリームはんだを得た。 ロジンエステル: 65wt% アミド系溶剤: 27.9wt% 有機ハロゲン: 2.1wt% セバシン酸: 5wt% 比較例として、シランカップリング剤コーティングをし
ていないはんだ粉末をこのフラックスと同じ割合で混練
して、クリームはんだを得た。
【0014】これらのクリームはんだを製造後、室温に
て保管し、30日間にわたって、クリームはんだの粘度
の変動を測定し、その結果を図1に示す。なお、測定装
置にはマルコム社製のスパイラル粘度計(PLU2型)
を使用した。図1から分かるように、表面コーティング
処理をしていない比較例のクリームはんだは粘度が2日
放置で上昇し、ローリング性が悪化し、スクリーン印刷
できない。一方、本発明に係るクリームはんだでは30
日経過しても粘度は少し上昇したもののほぼ一定に安定
しており、スクリーン印刷できた。
【0015】なお、共晶はんだの代わりにIn−Ag−
Sbなどを配合したSn−Pb粉をはんだ粉末に適用す
ることも可能である。上述したように製造したこれらの
クリームはんだについて、リフローでのはんだボール現
象の評価を行った。以下に述べるIPC−SP−819
の5段階の評価(図2にははんだボールの状態の評価点
を示す模式図を示す)を行うために、アルミナ基板上に
クリームはんだを円板状にスクリーン印刷し、はんだ合
金の液相線温度より25℃高い熱板の上にアルミナ基板
を置き、クリームはんだをリフローし、基板を外し、顕
微鏡(20倍)で観察する。クリームはんだが溶けて一
つの大きな円板(球状)となると同時に発生することが
あるはんだボールを特に観測する訳である。クリームは
んだの製造から24、48、78、96時間経過後のそ
れぞれで上述したように行って、図2および下記の基準
で観察評価した。結果を図1に線グラフで示す。
【0016】評価基準1〜5は以下の通りである。1:
加熱しても未溶融のままである。2:クリームはんだが
溶けると、はんだは1つの大きな円板(球状)となりそ
の周囲に多数の細かいはんだボール(球)が半連続の傘
状に並んだり、溶けて同じ大きさの耳になったりする。
3:クリームはんだが溶けると、はんだは1つの大きな
円板(球状)となりその周囲に直径75μm以下の小球
はんだボールが3つ以上存在するが、それらは半連続の
傘状に並んでいない。4:クリームはんだが溶けると、
はんだは1つの大きな円板(球状)となりその周囲に直
径75μm以下の小球はんだボールが3ついか存在す
る。5:クリームはんだが溶けると、はんだは1つの大
きな円板(球状)となりその周囲にはんだボールはな
い。
【0017】図1から分かるように、シランカップリン
グ剤コーティングしたクリームはんだは96時間経過し
ても評価基準5をであって、はんだボールは発生しな
い。一方、比較例の(シランカップリング剤コーティン
グなしの)クリームはんだでは、48時間経過すると評
価点が低下して72時間経過後では評価点3となり、は
んだボールが発生するようになった。このように、本発
明に係るクリームはんだは経時変化がなく品質が安定し
ている。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るシラ
ンカップリング剤コーティングのはんだ粉末のクリーム
はんだでは、フラックスとはんだ合金との反応を防止す
るので、室温放置を経てもクリームはんだのリフロー時
はんだボールの発生がないだけでなく、(1)はんだ付
け後のはんだ表面に反応生成物の錯体化したフラックス
の残留を減らして、洗浄性が向上し、(2)保管中の活
性剤の化学反応(錯体化)を抑えて、活性剤初期状態の
維持ではんだ付け性の低下はなく、さらに、(3)シラ
ンカップリング剤ははんだ合金とフラックスとの間でそ
れぞれと結合して、粘性を向上させて、スクリーン印刷
性およびデスペンサー吐き出し性も低下することなく良
好に維持される。
【図面の簡単な説明】
【図1】クリームはんだの評価点と保存時間との関係を
示すグラフである。
【図2】クリームはんだのリフロー状態の評価の判定基
準の模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河合 健一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 石田 英樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 靖久 愛知県豊田市緑ケ丘3丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 浅田 栄治 愛知県豊田市緑ケ丘3丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 成田 雄彦 愛知県名古屋市緑区鳴海町字長田75番地 の1 ソルダーコート株式会社内 (72)発明者 小島 広光 愛知県名古屋市緑区鳴海町字長田75番地 の1 ソルダーコート株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−13293(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/22 - 35/26 B23K 35/363

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 はんだ粉末とフラックスとからなるクリ
    ームはんだにおいて、前記はんだ粉末がシランカップリ
    ング剤でコーティングされていることを特徴とするクリ
    ームはんだ。
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