JP3379679B2 - ソルダペースト - Google Patents
ソルダペーストInfo
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
- H05K3/3485—Applying solder paste, slurry or powder
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板と電
子部品とをはんだ付けするソルダペースト、特にはんだ
合金の粉末が鉛を含まないＳｎ−Ｚｎ系合金からなるソ
ルダペーストに関する。 【０００２】 【従来の技術】電子機器のはんだ付け方法としては、鏝
付け法、浸漬法、リフロー法、等がある。鏝付け法は、
作業者が鏝と脂入り線はんだを手に持って行うため作業
性に問題があり、大量生産されるものには適してなく、
多くは他のはんだ付け方法で発生した不良箇所の修正や
熱に弱い電子部品を別途はんだ付けするときに用いられ
ている。 【０００３】浸漬法は、多数のはんだ付け箇所を一度の
処理ではんだ付けできるため、非常に生産性に優れたも
のであるが、面実装部品、つまり多数のリードのある電
子部品を直接プリント基板にはんだ付けする電子部品で
は、リード間にブリッジを形成してしまうという問題が
あった。 【０００４】リフロー法は、はんだ合金の粉末とペース
ト状のフラックスから成るソルダペーストをスクリーン
やマスク等ではんだ付け部に印刷塗布し、該塗布部に電
子部品を搭載してからリフロー炉のような加熱装置で加
熱することによりプリント基板と電子部品とをはんだ付
けする方法である。このリフロー法は、生産性に優れて
いるばかりでなく、面実装部品でもブリッジを発生させ
にくいという他のはんだ付け方法にはない優れた特長を
有している。 【０００５】リフロー法のソルダペーストに用いられる
はんだ合金としては、Ｓｎ−Ｐｂ合金が一般的である。
Ｓｎ−Ｐｂ合金は、共晶組成（６３Ｓｎ−Ｐｂ）の溶融
温度が１８３℃という低いものであり、そのはんだ付け
温度は２５０℃以下という熱に弱い電子部品に対しては
熱損傷を与えることがない温度である。しかもＳｎ−Ｐ
ｂ合金は、はんだ付け性が極めて良好であるという優れ
た特長を有している。 【０００６】一般に、テレビ、ビデオ、ラジオ、テープ
レコーダー、コンピューター、複写機のような電子機器
は、故障したり、古くなって使い勝手が悪くなったりし
た場合は廃棄処分される。これらの電子機器は、外枠や
プリント基板がプラスチックのような合成樹脂であり、
また導体部やフレームが金属製であるため、焼却処分が
できず、ほとんどが地中に埋められている。 【０００７】ところで近年、ガソリン、重油等の石化燃
料の多用により、大気中に硫黄酸化物が大量に放出さ
れ、その結果、地上に降る雨は酸性雨となっている。酸
性雨は地中に埋められた電子機器のはんだを溶出させて
地下に染み込み、地下水を鉛で汚染するようになる。こ
のように鉛を含んだ地下水を長年飲用していると、人体
に鉛分が蓄積され、鉛毒を起こす虞が出てくる。このよ
うな機運から、電子機器業界では鉛を含まないはんだ、
所謂「鉛フリーはんだ合金」の出現が望まれてきてお
り、ソルダペーストにおいても同様の傾向となってきて
いる。 【０００８】従来より鉛フリーはんだ合金としてＳｎ主
成分のＳｎ−ＡｇやＳｎ−Ｓｂ合金はあった。Ｓｎ−Ａ
ｇ合金は、最も溶融温度の低い組成がＳｎ−３．５Ａｇ
の共晶組成で、溶融温度が２２１℃である。この組成の
はんだ合金のはんだ付け温度は２６０〜２８０℃という
かなり高い温度であり、この温度ではんだ付けを行うと
熱に弱い電子部品は熱損傷を受けて機能劣化や破壊等を
起こしてしまうものである。またＳｎ−Ｓｂ合金は、最
も溶融温度の低い組成がＳｎ−５Ｓｂであるが、この組
成の溶融温度は、固相線温度が２３５℃、液相線温度が
２４０℃という高い温度であるため、はんだ付け温度
は、Ｓｎ−３．５Ａｇ合金よりもさらに高い２８０〜３
００℃となり、やはり熱に弱い電子部品を熱損傷させて
しまうものである。 【０００９】このようにＳｎ−Ａｇ合金やＳｎ−Ｓｂ合
金は溶融温度が高いため、これらの合金の溶融温度を下
げる手段を講じたはんだ合金が多数提案されている。
（参照：特開平６−１５４７６号公報、同６−３４４１
８０号公報、同７−１１７８号公報、同７−４００７９
号公報） 【００１０】リフロー法で電子部品を熱損傷させないは
んだ付け温度としては、プリント基板の加熱温度は２５
０℃以下であり、この温度ではんだ付けするためには、
はんだ合金の液相線温度は２１０℃以下が望ましい。し
かしながら、Ｓｎ−Ａｇ合金やＳｎ−Ｓｂ合金の液相線
温度を２１０℃以下にするためにはＩｎやＢｉを大量に
添加しなければならないが、Ｉｎは非常に高価であり大
量の添加は経済的に好ましいものではない。またＢｉは
Ｓｎ−Ａｇ合金やＳｎ−Ｓｂ合金の液相線温度を下げる
ためには少なくとも２０重量％以上添加しなければなら
ないが、Ｂｉを２０重量％以上添加するとはんだは非常
に脆くなり、はんだ付け後、はんだ付け部に少しの衝撃
を受けただけで簡単に剥離してしまうものであった。 【００１１】そこで最近ではＳｎ−Ａｇ系合金やＳｎ−
Ｓｂ系合金よりも溶融温度の低い鉛フリーはんだ合金の
Ｓｎ−Ｚｎ系合金が注目されるようになってきた。Ｓｎ
−Ｚｎ系合金はＳｎ−９Ｚｎの組成が共晶となり、その
溶融温度は１９９℃であるため、Ｓｎ−Ｐｂの共晶はん
だに近い溶融温度である。しかしながら、Ｓｎ−９Ｚｎ
合金は濡れ性に乏しく、またはんだ付け部の接着強度が
充分でない等の問題がある。そこで、このＳｎ−Ｚｎ系
合金の濡れ性を改良するするとともに接着強度を向上さ
せるためにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等を添加した
鉛フリーはんだ合金が提案されている。（参照：特開平
６−３４４１８０号公報、同７−５１８８３号公報、同
７−１５５９８４号公報） 【００１２】Ｓｎ−Ｚｎ系合金は、鏝付け法、浸漬法、
リフロー法で使用可能であるが、使用上問題のあるもの
もある。たとえば鏝付け法でＳｎ−Ｚｎ系合金を使用す
る場合、この合金を脂入り線はんだに加工しなければな
らないが、該合金は非常に硬いため、脂を線の中心に充
填したうえでの線引き加工に多大な手間がかかるため実
用化されていない。 【００１３】また浸漬法では、一般のＳｎ−Ｐｂ合金用
のはんだ付け装置でＳｎ−Ｚｎ系合金を使用すると、酸
化物が大量に発生してはんだ付けが困難となる。これは
Ｓｎ−Ｚｎ系合金が酸化しやすいためであり、窒素雰囲
気中で浸漬はんだ付けを行えば酸化の発生を防ぐことが
できる。しかしながら、窒素雰囲気のはんだ付け装置は
需要が少ないことから非常に高価であり、経済的な問題
がある。 【００１４】リフロー法でＳｎ−Ｚｎ系合金を使用する
場合は、やはり窒素雰囲気のリフロー炉を使用しなけれ
ばならないが、該リフロー炉はＳｎ−Ｐｂ合金でも低残
渣用として多く使用されているため、Ｓｎ−Ｚｎ系合金
を使用するはんだ付け方法の中では一番実用的である。 【００１５】リフロー法ではＳｎ−Ｚｎ系合金の粉末と
フラックスとを混和してソルダペーストにして使用する
ものであり、使用方法はＳｎ−Ｐｂ合金のソルダペース
トと全く同一である。つまりＳｎ−Ｚｎ系合金のソルダ
ペーストをメタルマスクやシルクスクリーン等の上に置
き、スキージで掻いてメタルマスクやシルクスクリーン
の穴に充填し、それをプリント基板に付着させるという
印刷を行い、その後、ソルダペーストが印刷されたプリ
ント基板を窒素雰囲気リフロー炉で加熱してはんだ付け
を行うものである。 【００１６】従来のＳｎ−Ｐｂ合金のソルダペーストに
使用するフラックスは、松脂、活性剤、チキソ剤、溶剤
等から成るものであった。 【００１７】松脂は、フラックスの主成分となるもので
あり、これを溶剤で溶解して適度な粘度にすると印刷性
が良好となり、また松脂の粘着性は電子部品を仮止めし
てプリント基板からの落下やずれを防止する。松脂中に
はアビエチン酸という活性成分が含まれていて、アビエ
ンチン酸だけでも或る程度はんだ付け性に効果があるも
のである。ソルダペーストのフラックスに使用する松脂
としては、天然ロジン、重合ロジン、不均化ロジン、水
添ロジン、マレイン酸変性ロジン等である。 【００１８】活性剤は、はんだ付け部の酸化物を還元除
去するものであり、多くはハロゲン化水素酸塩である。
ソルダペーストの活性剤としては、ジエチルアミンＨＣ
ｌ、トリエチルアミンＨＢｒ、ジフェニールグアニジン
ＨＢｒ等である。 【００１９】チキソ剤は、ペースト状フラックスと金属
粉末とを均一に混和させた後、これらが分離しないよう
に維持するとともに、ソルダペーストをプリント基板に
印刷したときに印刷形状が崩れないようにするものであ
る。ソルダペーストのチキソ剤としては、硬化ヒマシ
油、油系ワックス等である。 【００２０】溶剤は、松脂、活性剤、チキソ剤等の固形
成分を溶解して適度な粘調性あるフラックスにするため
のものである。ソルダペーストのフラックスに使用する
溶剤としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテ
ル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、２・４
ペンタジオール、α−テレピネオール等である。 【００２１】 【発明が解決しようとする課題】ところで従来のＳｎ−
Ｐｂ合金のソルダペースト用フラックスを用いてＳｎ−
Ｚｎ系合金のソルダペーストを製造してみると、製造直
後では印刷性、はんだ付け性、等は従来のソルダペース
トとほとんど変わりはないが、しばらくたつと粘度が高
くなり、印刷性が悪くなるばかりでなく、はんだ付け性
も悪くなってしまうという所謂「経時変化」を起こして
しまうものであった。そしてさらに時間の経過ととも
に、Ｓｎ−Ｚｎ系合金のソルダペーストは粘度がさらに
高くなり全く印刷不可能な状態になってしまう。このよ
うな状態になってしまうと、たとえ溶剤を追加して粘度
を下げてから印刷しても、Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末は溶融
せず、はんだ付けができなくなってしまうものであっ
た。本発明は、Ｓｎ−Ｚｎ系合金の粉末を使用するにも
かかわらず経時変化の起こりにくいソルダペーストを提
供することにある。 【００２２】 【課題を解決するための手段】本発明者らが、Ｓｎ−Ｚ
ｎ系合金のソルダペーストが経時変化を起こす原因につ
いて鋭意研究を重ねた結果、Ｓｎ−Ｚｎ系合金中のＺｎ
がソルダペーストのフラックス中の酸、たとえば松脂に
含まれるアビエチン酸と結合して分子量の大きなアビエ
チン酸塩となるため、これが粘度を高くする原因とな
り、またＳｎ−Ｚｎ系合金の表面がハロゲンのような強
い活性成分に侵されるため金属的性質を失ってはんだ付
け性が悪くなることが判明した。 【００２３】そこで本発明者らは、Ｓｎ−Ｚｎ系合金の
Ｚｎがアビエチン酸と結合する前に分子量が小さい亜鉛
塩となるものにＺｎを結合させてしまえば粘度の増加が
抑えられ、またＳｎ−Ｚｎ系合金の表面を被覆してしま
えば活性成分が反応できなくなることに着目して本発明
を完成させた。 【００２４】本発明は、Ｓｎ主成分でＺｎが３〜１５重
量％含有され、さらに温度低下、強度やはんだ付け向上
のためにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐを１元素以
上添加したＳｎ−Ｚｎ系合金粉末と松脂主成分のペース
ト状フラックスとを混和したソルダペーストにおいて、
前記フラックス中に、分子量２００以下であって１分子
中にカルボキシル基と水酸基をともに１個以上有する有
機酸とフタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸
ジブチルであるフタル酸エステルまたは、ソルビタンモ
ノオレエートであるソルビタン脂肪族エステルの有機系
化合物がともに添加されていることを特徴とするソルダ
ペーストである。 【００２５】 【発明の実施の形態】本発明に使用する有機散は、Ｚｎ
と結合して分子量の小さな亜鉛塩を生成し、アビエチン
酸のようなものとの結合を防ぐことにより分子量の大き
な亜鉛塩とならないようにするものである。この有機酸
の分子量が２００よりも多いものではソルダペーストの
増粘抑制効果を発揮できない。また該有機酸には１分子
中にカルボキシル基と水酸基を１個以上含有したもので
ないとＺｎとの反応性が遅くなり、増粘抑制が劣るよう
になる。本発明に使用してソルダペーストの増粘抑制効
果のある有機酸としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石
酸、乳酸、グリオキシル酸、グリコール酸、２・ヒドロ
キシ安息香酸、ヒドロキシフェニール酢酸、ヒドロキシ
プロピオン酸、ベンジル酸、グレコン酸、等である。 【００２６】これらの有機酸は、フラックス中に０．０
５〜５．０重量％添加する。フラックス中に有機酸の添
加量が０．０５重量％よりも少ないとＺｎと結合して分
子量の小さな亜鉛塩の生成が少なくなり、増粘抑制効果
がない。しかるに有機酸は５重量％を越えて添加される
とはんだ付け性を悪くしてしまう。 【００２７】ソルダペーストのフラックス中に有機化合
物を添加すると、Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末の表面を覆っ
て、金属粉末が酸やハロゲン等から侵されるのを防ぐよ
うになる。本発明に使用する有機系化合物はシアノエチ
ル基を有するイミダゾール化合物、ソルビタン脂肪酸エ
ステル、フタル酸エステル等である。イミダゾール化合
物としては、１−シアノエチル−２ウンデシルイミダゾ
ール、１−シアノエチル−２プロプピルイミダゾール等
である。ソルビタン脂肪酸エステルとしては、ソルビタ
ンモノオレエートである。フタル酸エステルとしては、
フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチ
ル、等である。 【００２８】有機化合物の添加量は、フラックス中に
０．２〜５．０重量％が適している。該有機化合物の添
加量が０．２重量％より少ないと、活性成分からの侵食
を抑制する効果がなく、５．０重量％よりも多く添加す
るとはんだ付け性に悪影響を及ぼすようになる。 【００２９】本発明のＳｎ−Ｚｎ系合金とは、Ｓｎ主成
分でＺｎが３〜１５重量％含有され、さらに温度降下、
強度やはんだ付け性の向上のためにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐを１元素以上添加したものである。Ｓｎ
−Ｚｎ系合金は一種類の合金でもよいが、温度や強度を
重視すると、はんだ付け性が劣り、はんだ付け性を重視
すると温度や強度に問題が出てくる。そこではんだ付け
性が良好なＳｎ−Ｚｎ系合金粉末と、溶融合金後に所望
のＳｎ−Ｚｎ系合金となるようなＳｎ−Ｚｎ系合金粉末
の二種類の粉末を混合したもであってもよい。 【００３０】 【実施例】 実施例１ ○Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末：９０重量％ Ｓｎ−５Ｚｎ−２４Ｂｉ−０．１Ａｇ ○フラックス：１０重量％ 重合ロジン（松脂） ５７．０重量％ ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤） １．０重量％ 硬化ヒマシ脂（チキソ剤） ５．０重量％ リンゴ酸（有機酸） ０．５重量％ ジメチルフタル酸（有機化合物） ０．５重量％ ヘキシルジグリコール（溶剤） ３６．０重量％ 【００３１】実施例２ ○Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末：９０重量％ Ｓｎ−７Ｚｎ−８Ｂｉ−０．２Ａｇ ○フラックス 重合ロジン（松脂） ５７．０重量％ ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤） １．０重量％ 硬化ヒマシ脂（チキソ剤） ５．０重量％ 酒石酸（有機酸） ０．５重量％ ソルビタンモノオレエート（有機化合物） ０．５重量％ ヘキシルジグリコール（溶剤） ３６．０重量％ 【００３２】実施例３ ○Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末：９０重量％ Ｓｎ−７Ｚｎ−８Ｂｉ−０．２Ａｇ ○フラックス 重合ロジン（松脂） ５７．０重量％ ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤） １．０重量％ 硬化ヒマシ脂（チキソ剤） ５．０重量％ クエン酸（有機酸） ０．５重量％ フタル酸ジメチル（有機化合物） ０．５重量％ ヘキシルジグリコール（溶剤） ３６．０重量％ 【００３３】比較例１ ○Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末：９０重量％ Ｓｎ−５Ｚｎ−２４Ｂｉ−０．１Ａｇ ○フラックス：１０重量％ 重合ロジン（松脂） ５７．０重量％ ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤） １．０重量％ 硬化ヒマシ脂（チキソ剤） ５．０重量％ ヘキシルジグリコール（溶剤） ３７．０重量％ 【００３４】比較例１は実施例１のフラックスから有機
酸と有機化合物を除いたものである。上記実施例と比較
例のソルダペーストにおいて、メタルマスクを用いての
印刷可能な時間を測定した結果、実施例は全て２４０時
間以上であったが、比較例のソルダペーストは７２時間
で印刷が不可能となってしまった。 【００３５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のソルダペ
ーストは、酸やハロゲン等に侵されやすいＺｎを含むＳ
ｎ−Ｚｎ系合金粉末のソルダペーストにおいて、Ｚｎを
分子量の小さな亜鉛塩にしてしまい、松脂のアビエンチ
ン酸と分子量の大きな亜鉛塩を作らないため粘度が増加
しにくい。また本発明のソルダペーストは、Ｓｎ−Ｚｎ
系合金粉末の表面が有機酸化合物で覆われていて、ハロ
ゲンのような活性成分による侵食が少ないため、長期間
にわたって金属的特性を失うことがなくリフロー時に完
全に溶解して信頼あるはんだ付け部を形成できるもので
ある。
子部品とをはんだ付けするソルダペースト、特にはんだ
合金の粉末が鉛を含まないＳｎ−Ｚｎ系合金からなるソ
ルダペーストに関する。 【０００２】 【従来の技術】電子機器のはんだ付け方法としては、鏝
付け法、浸漬法、リフロー法、等がある。鏝付け法は、
作業者が鏝と脂入り線はんだを手に持って行うため作業
性に問題があり、大量生産されるものには適してなく、
多くは他のはんだ付け方法で発生した不良箇所の修正や
熱に弱い電子部品を別途はんだ付けするときに用いられ
ている。 【０００３】浸漬法は、多数のはんだ付け箇所を一度の
処理ではんだ付けできるため、非常に生産性に優れたも
のであるが、面実装部品、つまり多数のリードのある電
子部品を直接プリント基板にはんだ付けする電子部品で
は、リード間にブリッジを形成してしまうという問題が
あった。 【０００４】リフロー法は、はんだ合金の粉末とペース
ト状のフラックスから成るソルダペーストをスクリーン
やマスク等ではんだ付け部に印刷塗布し、該塗布部に電
子部品を搭載してからリフロー炉のような加熱装置で加
熱することによりプリント基板と電子部品とをはんだ付
けする方法である。このリフロー法は、生産性に優れて
いるばかりでなく、面実装部品でもブリッジを発生させ
にくいという他のはんだ付け方法にはない優れた特長を
有している。 【０００５】リフロー法のソルダペーストに用いられる
はんだ合金としては、Ｓｎ−Ｐｂ合金が一般的である。
Ｓｎ−Ｐｂ合金は、共晶組成（６３Ｓｎ−Ｐｂ）の溶融
温度が１８３℃という低いものであり、そのはんだ付け
温度は２５０℃以下という熱に弱い電子部品に対しては
熱損傷を与えることがない温度である。しかもＳｎ−Ｐ
ｂ合金は、はんだ付け性が極めて良好であるという優れ
た特長を有している。 【０００６】一般に、テレビ、ビデオ、ラジオ、テープ
レコーダー、コンピューター、複写機のような電子機器
は、故障したり、古くなって使い勝手が悪くなったりし
た場合は廃棄処分される。これらの電子機器は、外枠や
プリント基板がプラスチックのような合成樹脂であり、
また導体部やフレームが金属製であるため、焼却処分が
できず、ほとんどが地中に埋められている。 【０００７】ところで近年、ガソリン、重油等の石化燃
料の多用により、大気中に硫黄酸化物が大量に放出さ
れ、その結果、地上に降る雨は酸性雨となっている。酸
性雨は地中に埋められた電子機器のはんだを溶出させて
地下に染み込み、地下水を鉛で汚染するようになる。こ
のように鉛を含んだ地下水を長年飲用していると、人体
に鉛分が蓄積され、鉛毒を起こす虞が出てくる。このよ
うな機運から、電子機器業界では鉛を含まないはんだ、
所謂「鉛フリーはんだ合金」の出現が望まれてきてお
り、ソルダペーストにおいても同様の傾向となってきて
いる。 【０００８】従来より鉛フリーはんだ合金としてＳｎ主
成分のＳｎ−ＡｇやＳｎ−Ｓｂ合金はあった。Ｓｎ−Ａ
ｇ合金は、最も溶融温度の低い組成がＳｎ−３．５Ａｇ
の共晶組成で、溶融温度が２２１℃である。この組成の
はんだ合金のはんだ付け温度は２６０〜２８０℃という
かなり高い温度であり、この温度ではんだ付けを行うと
熱に弱い電子部品は熱損傷を受けて機能劣化や破壊等を
起こしてしまうものである。またＳｎ−Ｓｂ合金は、最
も溶融温度の低い組成がＳｎ−５Ｓｂであるが、この組
成の溶融温度は、固相線温度が２３５℃、液相線温度が
２４０℃という高い温度であるため、はんだ付け温度
は、Ｓｎ−３．５Ａｇ合金よりもさらに高い２８０〜３
００℃となり、やはり熱に弱い電子部品を熱損傷させて
しまうものである。 【０００９】このようにＳｎ−Ａｇ合金やＳｎ−Ｓｂ合
金は溶融温度が高いため、これらの合金の溶融温度を下
げる手段を講じたはんだ合金が多数提案されている。
（参照：特開平６−１５４７６号公報、同６−３４４１
８０号公報、同７−１１７８号公報、同７−４００７９
号公報） 【００１０】リフロー法で電子部品を熱損傷させないは
んだ付け温度としては、プリント基板の加熱温度は２５
０℃以下であり、この温度ではんだ付けするためには、
はんだ合金の液相線温度は２１０℃以下が望ましい。し
かしながら、Ｓｎ−Ａｇ合金やＳｎ−Ｓｂ合金の液相線
温度を２１０℃以下にするためにはＩｎやＢｉを大量に
添加しなければならないが、Ｉｎは非常に高価であり大
量の添加は経済的に好ましいものではない。またＢｉは
Ｓｎ−Ａｇ合金やＳｎ−Ｓｂ合金の液相線温度を下げる
ためには少なくとも２０重量％以上添加しなければなら
ないが、Ｂｉを２０重量％以上添加するとはんだは非常
に脆くなり、はんだ付け後、はんだ付け部に少しの衝撃
を受けただけで簡単に剥離してしまうものであった。 【００１１】そこで最近ではＳｎ−Ａｇ系合金やＳｎ−
Ｓｂ系合金よりも溶融温度の低い鉛フリーはんだ合金の
Ｓｎ−Ｚｎ系合金が注目されるようになってきた。Ｓｎ
−Ｚｎ系合金はＳｎ−９Ｚｎの組成が共晶となり、その
溶融温度は１９９℃であるため、Ｓｎ−Ｐｂの共晶はん
だに近い溶融温度である。しかしながら、Ｓｎ−９Ｚｎ
合金は濡れ性に乏しく、またはんだ付け部の接着強度が
充分でない等の問題がある。そこで、このＳｎ−Ｚｎ系
合金の濡れ性を改良するするとともに接着強度を向上さ
せるためにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等を添加した
鉛フリーはんだ合金が提案されている。（参照：特開平
６−３４４１８０号公報、同７−５１８８３号公報、同
７−１５５９８４号公報） 【００１２】Ｓｎ−Ｚｎ系合金は、鏝付け法、浸漬法、
リフロー法で使用可能であるが、使用上問題のあるもの
もある。たとえば鏝付け法でＳｎ−Ｚｎ系合金を使用す
る場合、この合金を脂入り線はんだに加工しなければな
らないが、該合金は非常に硬いため、脂を線の中心に充
填したうえでの線引き加工に多大な手間がかかるため実
用化されていない。 【００１３】また浸漬法では、一般のＳｎ−Ｐｂ合金用
のはんだ付け装置でＳｎ−Ｚｎ系合金を使用すると、酸
化物が大量に発生してはんだ付けが困難となる。これは
Ｓｎ−Ｚｎ系合金が酸化しやすいためであり、窒素雰囲
気中で浸漬はんだ付けを行えば酸化の発生を防ぐことが
できる。しかしながら、窒素雰囲気のはんだ付け装置は
需要が少ないことから非常に高価であり、経済的な問題
がある。 【００１４】リフロー法でＳｎ−Ｚｎ系合金を使用する
場合は、やはり窒素雰囲気のリフロー炉を使用しなけれ
ばならないが、該リフロー炉はＳｎ−Ｐｂ合金でも低残
渣用として多く使用されているため、Ｓｎ−Ｚｎ系合金
を使用するはんだ付け方法の中では一番実用的である。 【００１５】リフロー法ではＳｎ−Ｚｎ系合金の粉末と
フラックスとを混和してソルダペーストにして使用する
ものであり、使用方法はＳｎ−Ｐｂ合金のソルダペース
トと全く同一である。つまりＳｎ−Ｚｎ系合金のソルダ
ペーストをメタルマスクやシルクスクリーン等の上に置
き、スキージで掻いてメタルマスクやシルクスクリーン
の穴に充填し、それをプリント基板に付着させるという
印刷を行い、その後、ソルダペーストが印刷されたプリ
ント基板を窒素雰囲気リフロー炉で加熱してはんだ付け
を行うものである。 【００１６】従来のＳｎ−Ｐｂ合金のソルダペーストに
使用するフラックスは、松脂、活性剤、チキソ剤、溶剤
等から成るものであった。 【００１７】松脂は、フラックスの主成分となるもので
あり、これを溶剤で溶解して適度な粘度にすると印刷性
が良好となり、また松脂の粘着性は電子部品を仮止めし
てプリント基板からの落下やずれを防止する。松脂中に
はアビエチン酸という活性成分が含まれていて、アビエ
ンチン酸だけでも或る程度はんだ付け性に効果があるも
のである。ソルダペーストのフラックスに使用する松脂
としては、天然ロジン、重合ロジン、不均化ロジン、水
添ロジン、マレイン酸変性ロジン等である。 【００１８】活性剤は、はんだ付け部の酸化物を還元除
去するものであり、多くはハロゲン化水素酸塩である。
ソルダペーストの活性剤としては、ジエチルアミンＨＣ
ｌ、トリエチルアミンＨＢｒ、ジフェニールグアニジン
ＨＢｒ等である。 【００１９】チキソ剤は、ペースト状フラックスと金属
粉末とを均一に混和させた後、これらが分離しないよう
に維持するとともに、ソルダペーストをプリント基板に
印刷したときに印刷形状が崩れないようにするものであ
る。ソルダペーストのチキソ剤としては、硬化ヒマシ
油、油系ワックス等である。 【００２０】溶剤は、松脂、活性剤、チキソ剤等の固形
成分を溶解して適度な粘調性あるフラックスにするため
のものである。ソルダペーストのフラックスに使用する
溶剤としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテ
ル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、２・４
ペンタジオール、α−テレピネオール等である。 【００２１】 【発明が解決しようとする課題】ところで従来のＳｎ−
Ｐｂ合金のソルダペースト用フラックスを用いてＳｎ−
Ｚｎ系合金のソルダペーストを製造してみると、製造直
後では印刷性、はんだ付け性、等は従来のソルダペース
トとほとんど変わりはないが、しばらくたつと粘度が高
くなり、印刷性が悪くなるばかりでなく、はんだ付け性
も悪くなってしまうという所謂「経時変化」を起こして
しまうものであった。そしてさらに時間の経過ととも
に、Ｓｎ−Ｚｎ系合金のソルダペーストは粘度がさらに
高くなり全く印刷不可能な状態になってしまう。このよ
うな状態になってしまうと、たとえ溶剤を追加して粘度
を下げてから印刷しても、Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末は溶融
せず、はんだ付けができなくなってしまうものであっ
た。本発明は、Ｓｎ−Ｚｎ系合金の粉末を使用するにも
かかわらず経時変化の起こりにくいソルダペーストを提
供することにある。 【００２２】 【課題を解決するための手段】本発明者らが、Ｓｎ−Ｚ
ｎ系合金のソルダペーストが経時変化を起こす原因につ
いて鋭意研究を重ねた結果、Ｓｎ−Ｚｎ系合金中のＺｎ
がソルダペーストのフラックス中の酸、たとえば松脂に
含まれるアビエチン酸と結合して分子量の大きなアビエ
チン酸塩となるため、これが粘度を高くする原因とな
り、またＳｎ−Ｚｎ系合金の表面がハロゲンのような強
い活性成分に侵されるため金属的性質を失ってはんだ付
け性が悪くなることが判明した。 【００２３】そこで本発明者らは、Ｓｎ−Ｚｎ系合金の
Ｚｎがアビエチン酸と結合する前に分子量が小さい亜鉛
塩となるものにＺｎを結合させてしまえば粘度の増加が
抑えられ、またＳｎ−Ｚｎ系合金の表面を被覆してしま
えば活性成分が反応できなくなることに着目して本発明
を完成させた。 【００２４】本発明は、Ｓｎ主成分でＺｎが３〜１５重
量％含有され、さらに温度低下、強度やはんだ付け向上
のためにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐを１元素以
上添加したＳｎ−Ｚｎ系合金粉末と松脂主成分のペース
ト状フラックスとを混和したソルダペーストにおいて、
前記フラックス中に、分子量２００以下であって１分子
中にカルボキシル基と水酸基をともに１個以上有する有
機酸とフタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸
ジブチルであるフタル酸エステルまたは、ソルビタンモ
ノオレエートであるソルビタン脂肪族エステルの有機系
化合物がともに添加されていることを特徴とするソルダ
ペーストである。 【００２５】 【発明の実施の形態】本発明に使用する有機散は、Ｚｎ
と結合して分子量の小さな亜鉛塩を生成し、アビエチン
酸のようなものとの結合を防ぐことにより分子量の大き
な亜鉛塩とならないようにするものである。この有機酸
の分子量が２００よりも多いものではソルダペーストの
増粘抑制効果を発揮できない。また該有機酸には１分子
中にカルボキシル基と水酸基を１個以上含有したもので
ないとＺｎとの反応性が遅くなり、増粘抑制が劣るよう
になる。本発明に使用してソルダペーストの増粘抑制効
果のある有機酸としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石
酸、乳酸、グリオキシル酸、グリコール酸、２・ヒドロ
キシ安息香酸、ヒドロキシフェニール酢酸、ヒドロキシ
プロピオン酸、ベンジル酸、グレコン酸、等である。 【００２６】これらの有機酸は、フラックス中に０．０
５〜５．０重量％添加する。フラックス中に有機酸の添
加量が０．０５重量％よりも少ないとＺｎと結合して分
子量の小さな亜鉛塩の生成が少なくなり、増粘抑制効果
がない。しかるに有機酸は５重量％を越えて添加される
とはんだ付け性を悪くしてしまう。 【００２７】ソルダペーストのフラックス中に有機化合
物を添加すると、Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末の表面を覆っ
て、金属粉末が酸やハロゲン等から侵されるのを防ぐよ
うになる。本発明に使用する有機系化合物はシアノエチ
ル基を有するイミダゾール化合物、ソルビタン脂肪酸エ
ステル、フタル酸エステル等である。イミダゾール化合
物としては、１−シアノエチル−２ウンデシルイミダゾ
ール、１−シアノエチル−２プロプピルイミダゾール等
である。ソルビタン脂肪酸エステルとしては、ソルビタ
ンモノオレエートである。フタル酸エステルとしては、
フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチ
ル、等である。 【００２８】有機化合物の添加量は、フラックス中に
０．２〜５．０重量％が適している。該有機化合物の添
加量が０．２重量％より少ないと、活性成分からの侵食
を抑制する効果がなく、５．０重量％よりも多く添加す
るとはんだ付け性に悪影響を及ぼすようになる。 【００２９】本発明のＳｎ−Ｚｎ系合金とは、Ｓｎ主成
分でＺｎが３〜１５重量％含有され、さらに温度降下、
強度やはんだ付け性の向上のためにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐを１元素以上添加したものである。Ｓｎ
−Ｚｎ系合金は一種類の合金でもよいが、温度や強度を
重視すると、はんだ付け性が劣り、はんだ付け性を重視
すると温度や強度に問題が出てくる。そこではんだ付け
性が良好なＳｎ−Ｚｎ系合金粉末と、溶融合金後に所望
のＳｎ−Ｚｎ系合金となるようなＳｎ−Ｚｎ系合金粉末
の二種類の粉末を混合したもであってもよい。 【００３０】 【実施例】 実施例１ ○Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末：９０重量％ Ｓｎ−５Ｚｎ−２４Ｂｉ−０．１Ａｇ ○フラックス：１０重量％ 重合ロジン（松脂） ５７．０重量％ ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤） １．０重量％ 硬化ヒマシ脂（チキソ剤） ５．０重量％ リンゴ酸（有機酸） ０．５重量％ ジメチルフタル酸（有機化合物） ０．５重量％ ヘキシルジグリコール（溶剤） ３６．０重量％ 【００３１】実施例２ ○Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末：９０重量％ Ｓｎ−７Ｚｎ−８Ｂｉ−０．２Ａｇ ○フラックス 重合ロジン（松脂） ５７．０重量％ ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤） １．０重量％ 硬化ヒマシ脂（チキソ剤） ５．０重量％ 酒石酸（有機酸） ０．５重量％ ソルビタンモノオレエート（有機化合物） ０．５重量％ ヘキシルジグリコール（溶剤） ３６．０重量％ 【００３２】実施例３ ○Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末：９０重量％ Ｓｎ−７Ｚｎ−８Ｂｉ−０．２Ａｇ ○フラックス 重合ロジン（松脂） ５７．０重量％ ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤） １．０重量％ 硬化ヒマシ脂（チキソ剤） ５．０重量％ クエン酸（有機酸） ０．５重量％ フタル酸ジメチル（有機化合物） ０．５重量％ ヘキシルジグリコール（溶剤） ３６．０重量％ 【００３３】比較例１ ○Ｓｎ−Ｚｎ系合金粉末：９０重量％ Ｓｎ−５Ｚｎ−２４Ｂｉ−０．１Ａｇ ○フラックス：１０重量％ 重合ロジン（松脂） ５７．０重量％ ジフェニールグアニジンＨＢｒ（活性剤） １．０重量％ 硬化ヒマシ脂（チキソ剤） ５．０重量％ ヘキシルジグリコール（溶剤） ３７．０重量％ 【００３４】比較例１は実施例１のフラックスから有機
酸と有機化合物を除いたものである。上記実施例と比較
例のソルダペーストにおいて、メタルマスクを用いての
印刷可能な時間を測定した結果、実施例は全て２４０時
間以上であったが、比較例のソルダペーストは７２時間
で印刷が不可能となってしまった。 【００３５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のソルダペ
ーストは、酸やハロゲン等に侵されやすいＺｎを含むＳ
ｎ−Ｚｎ系合金粉末のソルダペーストにおいて、Ｚｎを
分子量の小さな亜鉛塩にしてしまい、松脂のアビエンチ
ン酸と分子量の大きな亜鉛塩を作らないため粘度が増加
しにくい。また本発明のソルダペーストは、Ｓｎ−Ｚｎ
系合金粉末の表面が有機酸化合物で覆われていて、ハロ
ゲンのような活性成分による侵食が少ないため、長期間
にわたって金属的特性を失うことがなくリフロー時に完
全に溶解して信頼あるはんだ付け部を形成できるもので
ある。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 野口 博司
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 仲谷 二三雄
大阪府東大阪市岩田町２−３−１ タツ
タ電線株式会社内
(72)発明者 村田 信治
山口県熊毛郡田布施町麻郷3925−７ 千
代田ケミカル株式会社内
(72)発明者 田口 稔孫
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 堀 隆志
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 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
(56)参考文献 特開 平７−290277（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−274896（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−189096（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 35/363
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｓｎ主成分でＺｎが３〜１５重量％含有
され、さらに温度低下、強度やはんだ付け向上のために
Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐを１元素以上添加し
たＳｎ−Ｚｎ系合金粉末と松脂主成分のペースト状フラ
ックスとを混和したソルダペーストにおいて、前記フラ
ックス中に、分子量２００以下であって１分子中にカル
ボキシル基と水酸基をともに１個以上有する有機酸とフ
タル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル
であるフタル酸エステルまたは、ソルビタンモノオレエ
ートであるソルビタン脂肪族エステルの有機系化合物が
ともに添加されていることを特徴とするソルダペース
ト。
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