JP3217064B2 - 電子工学産業で使用するためのハンダペースト組成物 - Google Patents

電子工学産業で使用するためのハンダペースト組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエレクトロニクス産業で使用するためのペー
スト組成物に関し、特に2種又はそれ以上の非混和性有
機液体のエマルジョンを、適当なハンダ粉末用の担体
(ビヒクル)として使用したハンダペースト又はクリー
ム組成物に関する。
エレクトロニクス産業用のハンダペースト又はクリー
ムの製造に普通使用される担体(vehicle)は、揮発性
溶剤、増粘剤/結合剤、チキソトロピー又は偽塑性を向
上させるレオロジー改質剤、表面活性剤及び通常はアミ
ン又はアミンハイドロハライドであり得る賦活剤、1種
以上の有機酸又は同様に適当な還元剤又はキレート化剤
を含有し得る。ハンダ粉末を維持し且つ型板印刷又はス
クリーン印刷を可能とするに必要なレオロジーを与える
有機固体の濃度は、ハンダペースト組成物の7〜15重量
%よりなる担体の重量に基づいて通常約40重量%〜80重
量%である。使用される有機固体材料は重合体状例えば
エチレンセルロース又はその誘導体、ポリアミドである
か又はエレクトロニクス用途例えばスクリーン印刷又は
型板印刷に適当なレオロジー特性を与えるヒマシ油誘導
体である。ロジン及びその誘導体を20〜80重量%の量で
担体中に使用し得る。
ミクロエレクトロニクス加工においては現在のハンダ
ペースト系に若干の支障が見出されている。所要のレオ
ロジーを与えるのに使用した有機固体の高濃度及び特性
は、融剤及びハンダペーストに対する粘度の高い温度係
数を生起することが多い。それ故温度の小さな増大は粘
度の苛酷な降下を生起してしまい、これは印刷の劣化及
び不十分なスランプ(slump)特性を生じてしまう。印
刷回路板(pcb's)の自動製造及び電気試験において
は、ハンダペースト上の高濃度の有機残渣典型的には4.
5〜7.5重量%の有機残渣は回路板の自動電気探針試験を
妨害してしまい、それ故これらの残渣を除去するのに複
雑で費用のかかる清浄作業を実施する必要がある。
前記の強調した欠点の故に、本発明者は、レオロジー
の要件に適合するように生成し得る担体であってしかも
ハンダペースト又はクリームとして処方され且つ270℃
までの範囲の温度で再流動させた時には少なくとも90重
量%のハンダ粉末を含有するハンダペースト又はクリー
ムに基づいて低い有機残渣、典型的には2.5重量%以
下、好ましくは1.6重量%以下の有機残渣を生ずる担体
を形成する仕方を見出した。残留固形分がこのように低
減されるとハンダ付けした継手の自動電気探針試験に対
する妨害は最小となり、しかも有機残渣は肉眼では殆ん
ど見ることができずそれ故生産技術者にとって視覚的に
許容できるものである。
従って本発明はi)非水性担体とii)ハンダ粉末充填
材料とを含有してなる、電子工学産業で使用するための
安定なハンダペースト又はクリームにおいて、担体は少
なくとも60容量%の分散相を有する2種又はそれ以上の
非混和性有機液体のエマルジョンであり、有機液体の1
種は極性有機溶剤又はその混合物であり、有機液体の別
種は脂肪族炭化水素又はその混合物であり、270℃まで
の範囲の温度で再流動させた時には該ハンダペースト又
はクリーム混合物はハンダペースト又はクリームの重量
に基づいて2.5重量%以下の有機残渣を生成することを
特徴とする、ハンダペースト又はクリームを提供する。
担体(ビヒクル)は2種又はそれ以上の非混和性有機
液体を含有してなり、STPで1000mPas以下の粘度を有
し、有機液体の1種は極性の有機溶剤例えばグリコール
であり、別種は典型的には非極性炭化水素例えば鉱物油
である。極性相は分散相又は連続相であっても良い。極
性有機溶剤の混合物又は脂肪族炭化水素の混合物も適宜
使用できる。極性有機溶剤又はその混合物と脂肪族炭化
水素又はその混合物との両方共100℃以上の沸点を有す
るのが好ましい。
非混和性の液体からエマルジョンを形成するには乳化
剤が一般に必要とされしかも一般に担体の全重量に基づ
いて0.2〜10重量%の量で存在するものである。適当な
乳化剤はポリ(オキシアルキレン)アルキルエーテル、
オリゴマー状ポリエステルのアミン誘導体、重合体状の
表面活性剤又は同様な化合物である。
担体は補助溶剤を追加的に含有でき、該補助溶剤は20
容量%までの量で界面の表面張力パラメーターを向上さ
せるのに含有される。適当な補助溶剤はC1〜C10の鎖長
の脂肪族アルコールである。
粘稠化は高度に応力を加えたエマルジョンによって提
供されるけれども、担体は増粘剤を追加的に含有でき
る。増粘剤を使用する時には、60重量%までの量で好ま
しくは0.5〜50重量%の量で、連続相の相溶性であるよ
うに選択すべきである。適当な増粘剤にはポリアクリル
酸又はポリアミド又は極性フラクション用の樹脂及び水
添ヒマシ油、脂肪族フラクション用の脂肪族、非極性樹
脂がある。連続相の粘度は増粘剤の配合によって増大さ
れ、これによって担体のレオロジー特性を所要に応じて
適合させ得る。
連続相が非極性であるならば、該連続相は典型的には
40重量%以下の担体系、好ましくは18〜35重量%の担体
系を含有する。本発明の担体中に使用される有機液体は
好ましくは0.74<σ<1.1の相対密度を有し、連続相と
分散相との容量比は20:80〜40:60の範囲にあるのが好ま
しい。これらのパラメーター内ではエマルジョンは苛酷
に応力を受けこれによって驚くべき程の且つ有利なレオ
ロジー効果を生ずる。特に、本発明の担体を用いて処方
した如きハンダペーストは優秀な高温スランプ耐性と20
℃から大体35℃まで驚くべき程度の粘度の温度不変とを
示す。別成分を担体に添加して例えばハンダ再流動用の
溶融活性を与えることが必要であるかもしれない。当業
者に周知の典型的な溶融添加剤が担体のエマルジョン安
定性に不利に作用しない限りはこれらの添加剤を使用で
きる。安定性とは前記の如く処方した担体が少なくとも
1ヶ月の期間に亘って好ましくは少なくとも6ヶ月の期
間に亘って顕著な分離を示さずに均質なエマルジョンの
ままであることを意味する。ハンダペースト又はクリー
ムの製造に用いた賦活剤を7重量%までの量で含有する
ものである。
前記の如き担体は、適当な大きさのハンダ粉末材料と
配合した時には安定なクリーム又はペーストを形成する
ものであり、しかも混成ミクロエレクトロニクス及びpc
b製造で用いた種々の加工技術により例えばスクリーン
印刷又は型板印刷、小出し又は浸漬により基材に運搬で
きる。特定の応用技術は製造される製品の性状に応じて
決まるものである。「安定な」とはハンダペースト又は
クリームが1ヶ月の期間に亘って好ましくは少なくとも
6ヶ月の期間に亘って実質的にブリードせず又は分離せ
ずしかも温和な攪拌により均質なペースト又はクリーム
に容易に回復されることを意味する。若干の比較的不安
定なエマルジョン担体はハンダ粉末と混合した時には実
質的により以上の安定性が得られることを見出した。
本発明で用いたハンダ粉末は錫又は鉛又はビスマス又
は銀又はインジウム又はアンチモンの合金又はこれらの
任意組合せであり得る。適当なハンダ粉末合金組成物の
例は80μm以下の粒度好ましくは20〜45μmの粒度のSn
Pb例えば63Sn:37Pb、SnPbBi,SnBi等であり、これを用い
て本発明のハンダペースト又はクリームを形成できる。
エマルジョン担体(emulsion vehicle)とハンダ粉末
との比率は、ハンダ粉末の粒度/形態及びペーストの意
図した用途を含めて種々の因子に応じて決まるものであ
る。然しながら、一般に約5μmまでな平均粒度を有す
る微細なハンダ粉末物質を含有するハンダペースト又は
クリームを製造するには、より多量のエマルジョン担体
が必要とされるものである。然しながら、現在のハンダ
ペーストは10μmより大きい平均粒度、好ましくは20〜
45μmの粒度を有する粒状物質から通常製造される。
本発明のハンダペースト又はクリームは慣用のハンダ
系よりも実質的に低濃度の有機固体を含有する。
本明細書に記載のエマルジョン担体で形成したハンダ
ペースト又はクリームは例えば蒸気相系又は赤外再流動
を用いて再流動可能でありしかも窒素雰囲気又は別の不
活性雰囲気の何れか中で再流動可能である。有機残渣は
2.5重量%以下であるので、清浄化する必要なしに印刷
回路板上に残置させ得る。
非極性連続相を有するエマルジョン担体は、15〜40容
量%、より好ましくは18〜35容量%の175℃以上の沸点
範囲の単一炭化水素又は炭化水素の混合物と、60〜85容
量%、より好ましくは65〜82容量%の同様な沸点範囲の
極性有機溶剤例えばグリコール又はグリコール含有混合
物とを含有するものである。
本発明で用いたエマルジョン担体は乳化剤の存在下に
非混和性の有機液体を互いに混合することにより形成で
きる。界面の表面張力は溶解混合物の温和な攪拌により
しかも必要ならば温和な加熱によりエマルジョンが容易
に形成されるようなものである。乳化後又は乳化前に追
加の薬剤を添加できる。ハンダペースト又はクリームは
所望の粒度のハンダ粉末の所要量をエマルジョン担体と
混合することにより形成できる。
本発明を次の実施例により更に記載するが、これは本
発明を単に例示するものであってその範囲を限定するも
のと解すべきではない。
実施例1 エマルジョン担体を次の成分から調製した; ジプロピレングリコール 42.75g ヘラクレス レジン(Hercules Resin)B106 2.25g ハイパーマー(Hypermer)KD3 0.75g アジピン酸 2.25g ヘラクレス C レジン 7.5g ポリイソブチレン 0.05g シェルソル(Shellsol)D90 7.45g 前記の材料を大体40℃に加熱しながら互いに混合して
粘稠なエマルジョン担体を製造した。極性分散相と非極
性連続相との容量比71.23:28.77であった。エマルジョ
ン担体は数ヶ月間安定なままであった。7.5重量部のエ
マルジョン担体を25〜45μmの粒度範囲のハンダ粉末
(63:37の錫:鉛重量比)92.5重量部と混合した。スク
リーン印刷可能なハンダペーストを形成し、これは6ヶ
月間安定なままであった。窒素雰囲気中で再流動した
時、このハンダペーストは試験基板上に1.6重量%の残
留物の有機残渣を与えた。
実施例2 エマルジョン担体を次の成分から製造した; ジプロピレングリコール 22.58g プロピレングリコール 22.58g ハイパーマーKD3 0.75g ハイパーマー261 0.75g アジピン酸 1.83g ヘラクレス C レジン 7.5g ポリイソブチレン 0.05g シェルソルD90 7.45g 前記の材料を大体40℃に加熱しながら互いに混合して
粘稠なエマルジョン担体を製造した。極性分散相と非極
性連続相との容量比70.14:29.86であった。エマルジョ
ン担体は6ヶ月間安定であった。8.0重量部のエマルジ
ョン担体を25〜45μmの粒度範囲のハンダ粉末(63:37
の錫:鉛重量比)92.0重量部と混合した。スクリーン印
刷可能なハンダペーストが形成され、6ヶ月間安定なま
まであった。窒素雰囲気中で再流動した時、このハンダ
ペーストは試験基板上に1.4重量%の残留物の有機残渣
を生じた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マツキー,アンドリユー,クリストフア ー アメリカ合衆国.ニユージヤージー・ 07940.マヂソン.アパートメント・3. エルム・ストリート.33 (56)参考文献 特開 昭60−111792(JP,A) 特開 昭47−33742(JP,A) 特開 昭48−34050(JP,A) 特開 平2−25291(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/363 B23K 35/22 310 H05K 3/34 512

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】i)非水性担体とii)ハンダ粉末充填材料
    とを含有してなる、電子工学産業で使用するための安定
    なハンダペースト又はクリームにおいて、担体は少なく
    とも60容量%の分散相を有する2種又はそれ以上の非混
    和性有機液体のエマルジョンであり、有機液体の1種は
    極性有機溶剤又はその混合物であり、有機液体の別種は
    脂肪族炭化水素又はその混合物であり、270℃までの範
    囲の温度で再流動させた時には該ハンダペースト又はク
    リーム混合物はハンダペースト又はクリームの重量に基
    づいて2.5重量%以下の有機残渣を生成することを特徴
    とする、ハンダペースト又はクリーム。
  2. 【請求項2】極性有機溶剤はグリコールである請求の範
    囲1記載のハンダペースト又はクリーム。
  3. 【請求項3】脂肪族炭化水素は鉱物油である請求の範囲
    1又は2記載のハンダペースト又はクリーム。
  4. 【請求項4】エマルジョンの連続相容積分率は18〜35容
    量%の範囲にある請求の範囲1〜3の何れか1つに記載
    のハンダペースト又はクリーム。
  5. 【請求項5】賦活剤を7重量%までの量で含有させる請
    求の範囲1〜4の何れか1つに記載のハンダペースト又
    はクリーム。
  6. 【請求項6】極性溶剤又はその混合物及び脂肪族炭化水
    素又はその混合物は各々>100℃の低沸点を有する請求
    の範囲1〜5の何れか1つに記載のハンダペースト又は
    クリーム。
  7. 【請求項7】担体はその全重量に基づいて0.2〜10重量
    %の1種又はそれ以上の乳化剤を含有する請求の範囲1
    〜6の何れか1つに記載のハンダペースト又はクリー
    ム。
  8. 【請求項8】乳化剤はポリ(オキシアルキレン)アルキ
    ルエーテル、オリゴマー状ポリエステルのアミン誘導体
    又は重合体状の表面活性剤である請求の範囲7記載のハ
    ンダペースト又はクリーム。
  9. 【請求項9】担体は20容量%までの量で補助溶剤を含有
    する請求の範囲1〜8の何れか1つに記載のハンダペー
    スト又はクリーム。
  10. 【請求項10】担体は60重量%までの量で連続相中に増
    粘剤を含有する請求の範囲1〜9の何れか1つに記載の
    ハンダペースト又はクリーム。
  11. 【請求項11】ハンダ粉末は錫又は鉛又はビスマス又は
    銀又はインジウム又はアンチモンの合金又はこれらの何
    れかの組合せである請求の範囲1〜10の何れか1つに記
    載のハンダペースト又はクリーム。
  12. 【請求項12】150℃までの範囲の温度で高温スランプ
    により10%以下の広がりを示す請求の範囲1〜11の何れ
    か1つに記載のハンダペースト又はクリーム。
  13. 【請求項13】22〜32℃の温度範囲に亘って32%以下の
    粘度変化を示す請求の範囲1〜12の何れか1つに記載の
    ハンダペースト又はクリーム。
  14. 【請求項14】少なくとも1ヶ月間は安定である請求の
    範囲1〜13の何れか1つに記載のハンダペースト又はク
    リーム。
  15. 【請求項15】請求の範囲1〜14の何れか1つに記載の
    ハンダペースト又はクリームを使用して製造された印刷
    回路板。
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