JP3648697B2 - ソルダーペースト組成物、はんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及び電子部品実装回路基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に表面実装用ブリント配線板の狭ビッチのパッドにはんだコート層を予め形成する、いわゆるはんだパッド用ソルダーペースト組成物、このソルダーペースト組成物を用いて形成したはんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及びこれを用いた電子部品実装回路基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器には電子部品を搭載した回路基板が一つの機能を有する回路を構成する部品として用いられおり、これを得るためには回路配線パターンを有するプリント配線板にコンデンサ、抵抗体、ＱＦＰ、ＳＯＰ等の電子部品を搭載するが、その回路配線パターンの銅箔ランド、すなわちはんだ付けランドとしてのバッドにこれらの部品をはんだ付けして接続、固着している。
このようにプリント配線板に電子部品をはんだ付けするには、プリント配線板の所定の箇所に両端に電極を有する、いわゆるチップ状電子部品や、フラット面にリードを有する電子部品をはんだ付けするためのパッドを設け、各パッドにソルダーペーストを塗布し、これら電子部品の電極やフラット面のリードをパッドに位置するようにして上記塗布したソルダーペースト膜の粘着力で仮留めし、ついでエアリフロー、ＩＲリフロー等のリフロー装置で加熱し、そのソルダーペースト膜のはんだ粉末を溶融してはんだ付けする、いわゆるリフローはんだ付け方法が行われている。
【０００３】
近年、高度情報化の進展に伴って特にコンピュータや通信分野等において技術の飛躍的進歩があり、電子機器の小型化、軽量化、多機能化が図られており、これに使用する電子部品の特に半導体デバイスの技術の向上が著しく、最近のＩＣパッケッージの多ピン化、そのリードの狭ピッチ化は目ざましいものがある。これに対応して、プリント配線板における電子部品の表面実装は、電子部品を高密度に搭載する、いわゆる高密度化が図られ、表面実装部品の中には０．３ｍｍピッチ以下の狭ピッチの部品も出現しており、その狭ピッチのリードを電子回路基板のこれに対応する狭ピッチのパッドに高精度にはんだ付けすることが求められている。
このような狭ピッチのパッドに上述したようにソルダーペーストを通常行われているメタルマスクを用いてスクリーン印刷すると、メタルマスクの厚さが厚い場合にはソルダーペーストの供給が過剰になり易く、メタルマスクの厚さが薄い場合にはかすれが生じ易い。前者にあってはパッド間にソルダーペースト膜が跨がって印刷された場合や、単にパッドをはみ出しているに過ぎない場合もあるが、そのままにしてリフローはんだ付けを行うと、パッド間にはんだの橋架けが生じる、いわゆるはんだブリッジを生じ、これは回路をショートさせる原因となるので、はんだ付け不良を起こすという点で問題である。また、後者のかすれの場合にはパッドに盛られるはんだ量の不足によりはんだ付け強度が不足し、部品とのはんだ付け部が剥離するというような致命的な問題を生じる。
このはんだブリッジは、隣接するバッドに印刷されたソルダーペースト膜にリードが載せられ実装部品の重みが加わると、そのソルダーペースト膜は型崩れを起こしてはみ出し易く、そのため相互に融着し易いのて、この点からも起こり易い。殊に、ソルダーペースト膜を形成するときにソルダーペストを塗布した後溶剤を揮発させる必要があること、また、実装部品をソルダーペースト膜を形成したパッドにはんだ付けするときに急激にはんだの溶融温度である２００℃以上に加熱したときのその部品に生じる熱ストレスを避けることのために、そのはんだの溶融温度に加熱する前に１５０℃前後で予備加熱することが行われるので、パッドに塗布されたソルダーペーストはその粘度低下や溶剤の滲み出しによりその型崩れが起きやすい状況にあり、はんだブリッジは一層起き易くなっている。
【０００４】
このように狭ピッチのパッドに通常のようにソルダーペーストを塗布し、部品をはんだ付けする方法により生じるはんだブリッジの問題を改善するために、プリント配線板のパッドに予めはんだコート層を形成してはんだパッドを形成しておき、部品を搭載するときにプリント配線板にフラックスを塗布し、そのはんだパッドにフラックス膜を形成し、その粘着力により部品のリードを仮留めし、それからリフロー装置で加熱する方法が提案されている。
このパッドに予めはんだコート層を形成する、いわゆるはんだプリコート法としては、▲１▼はんだレベラー法、▲２▼無電解メッキ法、▲３▼電解メッキ法、▲４▼その他の方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼の方法は、パッドを有するプリント配線板に水溶性フラックスを塗布し、このフラックス膜を形成したプリント配線板を溶融はんだに浸漬し、これによりパッドに溶融はんだを付着させた後、ホットエアーをプリント配線板に吹きつけて余分なはんだを吹き飛ばし、パッドにはんだコート層を形成しようとするものであり、ホットエアーの圧力でそのはんだ層の厚みをコントロールするものであるので、溶融はんだに対するエアーの当たり方等の相違により均一な厚さのはんだコート層が得られず、同一プリント配線板のパッドに形成したはんだ層の厚さに２５μｍ程度のバラツキが生じることがある。一般に０．２５ｍｍ〜０．３ｍｍの狭ピッチのＱＦＰやＴＣＰ等の部品を実装する場合には、最低約２０μｍのはんだコート層の厚さが必要であり、一方はんだコート層を厚くし過ぎると隣接パッド間のはんだコート層相互が融着し易く、その融着がないとしてもはんだ付け時の溶融によるはみ出しにより相互に融着することが起こり易い。また、プリント配線板にスルーホールを有する場合にはその内部のはんだ穴うまりが起こり易い。このことから、例えば約３０μｍの厚さのはんだ層を形成しようとすると、そのはんだ層に２０μｍ以下の厚さの部分が生じることがあり、これははんだ付け強度を低下させる原因になり、実質上はその厚さのはんだコート層の設計をすることができないという問題がある。
また、▲２▼の方法は、無電解メッキ浴にプリント配線板を浸漬し、パッドの銅金属の表面をはんだで置換するものであるので、銅の表面が一通りはんだで置換されてしまうと、はんだの析出速度が低下し、結果的には１μｍ程度の厚さのはんだ層しか形成できず、必要なはんだ層の厚さが得られないという問題や高額な設備投資を必要とするという問題がある。
また、▲３▼の方法は、パッドにはんだを電解メッキ法により付着させるものであるが、プリント配線板に配置したパッドを含む回路の密度により電流密度が異なるので、その回路の密度がはんだの膜厚、組成に影響を及ぼす。そのため、プリント配線板の種類毎にはんだ層の厚さ、組成のバラツキが生じ易く、一定のものが得られ難く、はんだ付け強度等のはんだ付け性能の管理をし難くするという問題がある。
また、▲４▼の方法としては、特開平１−１５７号公報に記載されているように、はんだ合金成分のうちイオン化傾向の小さい金属の例えばロジン酸鉛と、イオン化傾向の大きい金属の例えば錫粉との置換反応を利用する方法が挙げられるが、高額な設備投資を必要とするという問題がある。
【０００６】
本発明の第１の目的は、はんだブリッジの発生がないようにして狭ピッチのパッドに一定の厚さ及び組成のはんだコート層を形成できるソルダーペースト組成物、はんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及び電子部品実装回路基板の製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ソルダーペーストをパッドにスクリーン印刷する方法では印刷精度が良くなく、また、その印刷によるソルダーペースト膜の加熱により型崩れを起こし易い場合でも、適合できるソルダーペースト組成物、はんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及び電子部品実装回路基板の製造方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、電子部品の実装歩留まりが良く、工業的に容易に行われ、コスト高にならないようなはんだコート層を形成できるソルダーペースト組成物、はんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及び電子部品実装回路基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、（１）、はんだ粉末とフラックスを含有するソルダーペーストにおいて、
（ａ）該はんだ粉末は融点の温度範囲を有する異なる複数の組成の合金粉末の混合物でありかつ該混合物の全部が液相になり混合された状態での組成が、液相温度が１８３±１０℃になる共晶又はその近傍組成であり、かつ該複数の組成の合金粉末の液相温度はそれぞれ高くて２２７℃までであって上記共晶又はその近傍組成に該当する液相温度より少なくとも７℃高く、
（ｂ）該はんだ粉末と該フラックスの合計に占める該フラックスの割合が２０〜５０重量％であり、
（ｃ）プリント配線板のパッドに予めはんだコート層を形成するために用いる
ソルダーペースト組成物を提供するものである。
また、本発明は、（２）、はんだ粉末とフラックスを含有するソルダーペーストにおいて、
（ａ）該はんだ粉末は粒径が５〜１５０μｍでありかつ融点の温度範囲を有する異なる複数の組成の合金粉末の混合物でありかつ該混合物の全部が液相になり混合された状態での組成が、液相温度が１８３±１０℃になる共晶又はその近傍組成であり、かつ該複数の組成の合金粉末の液相温度はそれぞれ高くて２２７℃までであって上記共晶又はその近傍組成に該当する液相温度より少なくとも７℃高く、
（ｂ）該はんだ粉末と該フラックスの合計に占める該フラックスの割合が２０〜５０重量％であり、
（ｃ）プリント配線板のパッドに予めはんだコート層を形成するために用いる
ソルダーペースト組成物、（３）、プリント配線板の狭ピッチのパッドに請求項１又は２に記載のソルダーペースト組成物を用いてスクリーン印刷するスクリーン印刷工程と、該スクリーン印刷工程を経て得られたソルダーペースト膜を溶融する工程を有することによりはんだコート層を形成するはんだパッドを有するプリント配線板の製造方法、（４）、プリント配線板の狭ピッチのパッドに請求項１又は２に記載のソルダーペースト組成物を用いてスクリーン印刷するスクリーン印刷工程と、該スクリーン印刷工程を経て得られたソルダーペースト膜を溶融する工程を有することによりはんだコート層を形成したはんだパッドを有するプリント配線板に該はんだコート層を形成したパッドを含むパッドに電子部品をリフローはんだ付けする工程を有することにより電子部品を実装した回路基板を製造する電子部品実装回路基板の製造方法を提供するものである。
なお、上記（３）、（４）の発明は「製造方法」であるが、上記（１）又は（２）の発明のソルダーペースト組成物の使用方法でもあり、上記（３）において「パッドを有するプリント配線板の製造方法」を「パッドを有するプリント配線板を製造するソルダーペースト組成物の使用方法」とし、上記（４）において「電子部品を実装した回路基板を製造する電子部品実装回路基板の製造方法」を「電子部品を実装した回路基板を製造するソルダーペースト組成物の使用方法」とすることもできる。
【０００８】
本発明において、上記（ａ）、（ｂ）の構成により得られる一つの特徴は、はんだパッド形成時のソルダーペースト膜溶融過程において、溶融はんだの表面張力を低下させることができる点であるが、このようにすると図１ないし図３に基づいて説明する次の原理から明らかなように、はんだブリッジを少なくできる。すなわち、図１において、１、２は銅片からなるパッド、１ａ、２ａはそれぞれのパッド上に形成されたソルダーペースト膜を溶融することにより生じたパッド上の溶融はんだ、３はその両者の間に生じた溶融はんだブリッジであるとし、そのブリッジの曲率半径をＲ1 とすると、パッド１、２間の距離は２Ｒ1 と近似することができるが、そのブリッジが溶融された場合の溶融はんだの内圧ΔＰB は、溶融はんだの表面張力をγとすると、
ΔＰB ＝−（γ／Ｒ1 ）
となり、ブリッジ部の溶融はんだの内圧は負圧になるのに対し、パッド上の溶融はんだの内圧ΔＰl は、図２に示すように、その溶融はんだの曲率半径をＲ2 とすると、
ΔＰl ＝γ／Ｒ2
となり、正圧となる。
これらの式から、一旦溶融はんだのブリッジが発生すると、ブリッジ部の溶融はんだの内圧が低く、パッド部の溶融はんだの内圧が高いことから、溶融はんだはパッド部からブリッジ部へと流れ、ブリッジはますます成長する。
【０００９】
また、溶融はんだがパッド上に濡れ広がったその縁部の断面に注目すると、図３に示すように、その縁部の曲率半径をＲ3 とすると、その濡れ広がり部の溶融はんだの内圧ΔＰC は、
ΔＰC ＝−（γ／Ｒ3 ）
と負圧になるので、パッド部の溶融はんだがパッドの周辺に広がろうとする。
これらの式から、パッド間のピッチＲ1 が小さくなればなるほど、また、幅の狭いパッドに盛られる溶融はんだの曲率Ｒ2 が小さくなればなるほど、ブリッジが発生し易くなる。
ところが、ここで溶融はんだの表面張力γを小さくすれば、上記の正圧、負圧の圧力差は縮まり、ブリッジを起こし難くなり、生じたブリッジも切断され易くなる。また、溶融はんだのパッド面に対する濡れ性を向上させると、Ｒ3 が大きくなり、これにつれてブリッジ部の溶融はんだはその均衡状態からその両側のバッド側に引き裂かれるような力を受け、これによりのＲ1 が大きくなるのでブリッジ部の溶融はんだの内圧ΔＰB とパッド部の溶融はんだの内圧ΔＰl の差は小さくなり、それだけブリッジの溶融はんだは切断され易くなる。そして切断された溶融はんだのブリッジの残部はパッド上の溶融はんだに吸収され易い。
これらのことから、溶融はんだの表面張力γを小さくすること、そのパッド面ヘの濡れ性を向上することが求められるが、前者のためには、固相を有する状態から全部が液相化するまで液相の表面張力γを一時的に小さくすることが考えられ、そのためには液相と固相が共存する温度範囲を広くし、ソルダーペースト膜が溶融する際の温度変化に対してその全てが溶融するまでの時間を長くできる時間的な余裕を持つようにすることが考えられる。また、純粋な溶融はんだの表面張力に比べればフラックスの溶融物の表面張力は小さいので、溶融はんだに対するフラックス成分の混入が多いとその混合物の表面張力を小さくできる。後者のためには溶融はんだがパッド面に良く濡れるようにフラックス成分を多くすることが考えられる。
これらの点に関し、従来は、例えば６３Ｓｎ３７Ｐｂの共晶はんだでは１８３℃で固相化するため、溶融はんだは短時間に固化するので、全溶融はんだの表面張力が働いている状態で固化されるためはんだブリッジが発生し易い。また、はんだ粉末とフラックスの合計に対するフラックスの量も１０％より少ないので、この点からも表面張力の大きい溶融はんだの作用が支配的になり、はんだブリッジが発生し易く、また、パッド面に対する溶融はんだの濡れ性も改善の余地があった。なお、フラックスはパッドの銅表面の酸化を防止し、銅の酸化物を還元させて、清浄な銅表面に溶融はんだを接触させる機能を有するものであるので、その配合量が多いことによりパッド面における溶融はんだの濡れ性を改善できることは明らかである。
【００１０】
本発明において、上記（ａ）における「融点の温度範囲を有する」とは、固相と液相が共存する状態の温度範囲を有するの意味であり、相の変化を示す状態図において全部が液相である液相線と、全部が固相になる固相線の間の温度範囲がこれに当たる。このような融点の温度範囲を有する異なる２種類以上の組成の合金粉末の混合物を用いるが、その混合物としては、溶融時に「固相を有する状態から全部が液相になる液相温度が１８３±１０℃になる」ように、混合する合金粉末の組成を選択する。例えばＳｎとＰｂからなるはんだ合金粉末は、重量比でＳｎ：Ｐｂ＝６３：３７とすると、１８３℃の共晶点を有するので、その組成を中心にしたその前後の組成のはんだ合金粉末を所定比率で混合すると、その混合物をその全部が固相のものをその全部が液相になる１８３℃の共晶点にすることができる。本発明における「固相を有する状態から全部が液相になる液相温度が１８３±１０℃」とは、その共晶点の温度の１８３℃を中心にし、実際にはその組成のわずかなずれや不純物、さらには温度のコントロールの相違等もあるので、その前後を含め±１０℃とする趣旨である。
このように液相温度を１８３±１０℃にすると、溶融はんだを固相化した状態で上記の共晶はんだ組成あるいはこれに近似した組成にすることができ、これによりはんだ金属組織を均一にすることができるので、その強度を強く維持することができる。
このような異なる２種類の組成の合金粉末の具体例としては、例えば表１に記載したものが挙げられるが、それぞれに対応した融点の温度範囲を有し、この表１に挙げたものの場合には、その混合物としては、固相を有する状態から全部が液相になる液相温度が１８３℃（共晶点）（Ｎｏ．１〜５）、１７６℃（共晶点）（Ｎｏ．６）となるように、これらの２種類の合金粉末の混合比を決めるが、その全部が液相になる液相温度はそれぞれに対応して記載した温度にすることができる。
この表１から、本発明において、「はんだ合金粉末の混合物の液相温度が高くて２２７℃まででありかつ溶融時の固相を有する状態から全部が液相になる液相温度が１８３±１０℃の共晶温度又はその近傍温度である」との限定を付する根拠が得られるが、「複数のはんだ合金粉末はその一つの液相温度〜固相温度が２２４〜１８３℃（又は融点の温度範囲が７〜４１℃）、他の一つの液相温度〜固相温度が２２７〜１８３℃（又は融点の温度範囲が２０〜４４℃）である」（前者はＮｏ．３、４、後者はＮｏ．５、２が根拠）との限定、「複数のはんだ合金粉末は融点の温度範囲の差が１５℃（表１では１３℃であるが同効の範囲を拡大）より小さい（又は融点の温度範囲がほぼ同じ）」の限定を付することができる。
複数のはんだ合金粉末は融点の温度範囲の差が小さいと、溶融する時間差が少なく、両者の溶融物の混合が速やかに行われ、均一になり易い。
【００１１】
【表１】
【００１２】
本発明において、はんだ粉末としては、粒径が５〜１５０μｍであることが好ましい。粒径がこれより小さいと、はんだボールを発生し易く、また、これより大きいとはんだ層の膜厚や合金組成比のバラツキが生じ易い。
【００１３】
本発明のソルダーペースト組成物に含有される「フラックス」とは、はんだ粉末を除いた状態でフラックスとしての機能を有し得るものをいい、フラックス用樹脂を含有し、このフラックス用樹脂とはフラックスに用いることができる樹脂のことを言い、例えばロジンや、ロジンエステル系のロジン系誘導体、石油樹脂，テルペン系化合物その他の樹脂を挙げることができる。このフラックス用樹脂には、添加剤を併用しても良く、例えばエチレンジアミン等のポリアミン、シクロヘキシルアミン等のアミンの有機酸塩、無機酸塩の少なくとも１種を還元剤（活性剤）として添加することが好ましい。その他の有機酸系化合物等の活性剤を使用しても良い。チクソ剤を使用しても良く、硬化ヒマシ油等を挙げることができる。フラックスには後述する溶剤を用いることもできる。フラックスの組成としては、フラックス用樹脂４０〜６０重量％、活性剤１〜５重量％、チクソ剤２〜１０重量％、溶剤３０〜５０重量％が好ましく、その固形分は５０〜７０重量％が好ましい。その得られるソルダーペーストの粘度は２０〜２００Ｐa.s （マルコム粘度計）であることが好ましい。
本発明において、はんだ粉末とフラックスの合計に占めるフラックスの割合は１０〜６０重量％である。これより少ないと、はんだ粉末の配合量が相対的に多くなり、狭ピッチのバッド間にはんだブリッジを形成し易く、また、パッドに形成したソルダーペースト膜の溶融により生じた溶融はんだのパッド面に対する濡れ性の向上の度合も少なくなり、また、その固化したはんだ層の膜厚の均一性も確保し難くなる。また、６０重量％より多くなると、相対的にはんだ粉末の配合量が減る結果、例えば２０μｍ以下の膜厚となり、はんだ付け強度に必要なはんだ層の厚さを確保できないことがある。これらのことから、好ましくははんだ粉末とフラックスの合計に占めるフラックスの割合は２０〜５０重量％である。
本発明のソルダーペースト組成物を製造するには、はんだ合金粉末、フラックス用樹脂のほかに、グリコールエーテル系溶剤、アルコール系溶剤、芳香族系溶剤、エステル系溶剤等の中から適当なものを少なくとも１種選択した溶剤を用い、そのほか活性剤、チクソ剤、沈殿分離防止剤等必要に応じてその他添加剤も用いるが、これらのフラックス用樹脂、活性剤等の添加剤、溶剤等は混合してフラックスを調製し、そのフラックスと上記はんだ合金粉末を撹拌混合する。
【００１４】
このようにして得られたソルダーペースト組成物はメタルマスクを用いた印刷等によりプリント配線板のバッド上に塗布され、乾燥されてから、あるいはそのまま通常のエアリフロー等のリフロー装置にて加熱され、冷却されてはんだコート層が形成され、はんだパッドが得られるようにしても良いが、図４に示すように、パッド１１、１１・・・に横断的（一文字的）にソルダーペースト膜をメタルマスクを用いた印刷等により形成し、同様に処理しても良い。
このようにすると、前者において隣接パッド間にソルダーペースト膜が跨がって形成された場合は勿論のこと、後者においても隣接パッド間のソルダーペースト膜は、ソルダーぺースト膜が溶融される過程で一部が液相なってから全てが液相になる際に、はんだ粉末は融点の温度範囲を有するので、徐々に液相化され、その結果液相の表面張力が一時的に小さく維持され、しかもフラックス成分が多いためその溶融物によってもその表面張力が小さくなり、隣接パッド間の溶融はんだはそのブリッジを維持しようとしても、上述した原理から明らかのようにその均衡が崩れ、圧倒的に多量のパッド上の溶融はんだの表面張力に引っ張られ、分離して両側のバッド上に吸い込まれる。これが液相が生じるごとに起こり、固化された状態でのはんだブリッジの発生を阻止あるいは抑制することができる。そして、はんだパッド上に吸い込まれた溶融はんだは全部が液相になり混合された状態で冷却されるが、今度は共晶はんだ組成になるようにされているので、１８３℃を含むこれを中心にした前後で固化することができる。
この際、ソルダーペーストはフラックスが１０〜６０重量％含有されているので、パッド面の濡れ性を向上することにより、はんだブリッジやはんだボールの発生を抑制できるとともに、その塗膜の膜厚の均一性により出来上がったはんだ層の膜厚の均一性も確保することができる。
これらのことから、０．１５ｍｍ狭ピッチのバッドにも平均２５μｍのはんだコート層を形成することができ、その場合でもその膜厚のバラツキを実用に支障ない程度にすることができる。
このようにして、はんだパッドを有するプリント配線基板が得られるが、これに電子部品の狭ピッチのリードをはんだ付けするには、洗浄しなくても良いが一般には洗浄後、フラックスを塗布し、これにリードを仮留めし、以下通常のリフロー工程を行えば良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を以下の実施例により説明する。
【００１６】
【実施例】
実施例１
はんだ粉末としては第１のはんだ合金粉末として重量比でＳｎ／Ｐｂ＝９０／１０（融点の温度範囲３１℃）を３３重量％、第２のはんだ合金粉末として重量比でＳｎ／Ｐｂ＝５０／５０（融点の温度範囲３２℃）を６７重量％混合した混合粉末を用いる。
次に以下の組成のソルダーペーストを調製する。
フラックス用樹脂（ロジン） ２５重量部
溶剤（グリコールエーテル） ２０重量部
活性剤（シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩及びコハク酸） ３重量部
チクソ剤（硬化ヒマシ油） ２重量部
はんだ合金粉末（粒径１０〜２５μｍ）合計 ５０重量部
実際の製造に当たっては、上記フラックス用樹脂、溶剤、活性剤及びチクソ剤の４成分を上記所定重量部撹拌混合してフラックスを製造し、これと上記はんだ合金粉末を上記所定重量部撹拌混合し（両者の重量比５０；５０）、粘度５０Ｐa.S （マルコム粘度計）のソルダーペーストを得る。
このソルダーペーストをプリント配線板（１．６ｍｍ厚さの銅張りガラスエポキシ基板使用）１０上のビッチが０．３ｍｍの１ｍｍ×０．１５ｍｍの銅箔のパッド上に０．１０ｍｍ厚さのメタルマスクを用いて、図４に示すようにパッド１１、１１・・・を横断して印刷（一文字印刷）し、膜厚１００μｍのソルダーペースト膜１２を形成する。
次に、エアーリフローはんだ付装置を用いて、ピーク温度２２０〜２４０℃、コンベアスピード８０ｃｍ／分で加熱した後自然冷却した。
このようにして図５に示すようにはんだコート層１３ａ、１３ａ・・・を有するはんだバッドを有するプリント配線板１４が得られたが、パッド上のはんだコート層の厚さは４０±１０μｍ（図５の最大膜厚部）であって均一であり、パッド間にはんだブリッジは認められなかった。また、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）によりはんだコート層のはんだ合金のマップを調べたところ、Ｓｎ／Ｐｂの比は６３／３７で共晶はんだ合金組成と同じであった。
【００１７】
このようにはんだブリッジが認められなかったのは、ソルダーぺースト膜が加熱されて溶融され、２１５℃で全てが液相になるまでに、はんだ粉末は第１のはんだ粉末が３１℃、第２のはんだ粉末が３２℃の融点の温度範囲を有するので、徐々に液相化され、その結果液相の表面張力が一時的に小さく維持され、フラックスが多いことによる表面張力の低下効果もこれに重なって、上述したように隣接パッド間の溶融はんだは分離して両側のバッド上に吸い込まれ、これが液相が生じるごとに起こり、これにより固化された状態でのはんだブリッジの発生を阻止することができる。そして、はんだパッド上に吸い込まれた溶融はんだは全部が液相になり混合された状態で冷却されるが、今度は共晶はんだ組成になるようにされているので、１８３℃で固化することができ、均一な共晶の合金組織とすることができる。
この際、ソルダーペーストはフラックスが５０重量％含有されているので、上述したようにパッド面の濡れ性を向上することにより、はんだブリッジの発生を抑制できるとともに、その塗膜の膜厚の均一性により出来上がったはんだ層の膜厚の均一性も確保することができる。
【００１８】
このはんだパットを有するプリント配線板について水系洗浄剤（界面活性剤、アルコール等含有）によりフラックスの残さを洗浄除去する処理を行った後、フラックスを塗布し、０．３ｍｍピッチのリードの電子部品（ＱＦＰ）をそのリードをフラックス膜の粘着力により保持することにより仮留めし、通常行うリフロー工程を行うことによって電子部品表面実装回路基板を製造した。はんだ付けした電子部品についてそのはんだ付け強度を測定したところ、通常のはんだペーストを用いた場合と同レベルであった。なお、実際には、プリント配線板は他の実装部品を搭載するはんだ付け用のパッドを有するので、フラックス塗布後、その部品も同様に仮留めした後、リフロー工程を行うことによって実際の電子部品表面実装回路基板を製造する。
なお、表１に挙げたはんだ合金粉末の組み合わせでも上記実施例１とほぼ同様に良い結果が得られた。
【００１９】
比較例
はんだ粉末として重量比でＳｎ／Ｐｂ＝６３／３７（共晶点１８３℃）の共晶合金粉末を用いたこと、はんだ粉末と液状フラックスの比を９２：８にした以外は実施例１と同様にしてソルダーペーストを製造し、これを用いて実施例１と同様にはんだバッドを有するプリント配線板を製造した。
その結果、はんだパッドのはんだ層の厚さは１０〜１００μｍとバラツキ、はんだブリッジも図５の６個のパッド間に３個認められ、多発した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、ソルダーペーストに融点の温度範囲を有する異なる複数の組成のはんだ粉末を用い、フラックスの配合量をはんだ粉末とフラックスの合計に占めるフラックスの割合が２０〜５０重量％と多くしたので、はんだ粉末は徐々に液相化され、その結果液相の表面張力が一時的に小さく維持され、フラックス成分が多いことによる表面張力の低下効果もこれに重なって、また、フラックスが２０〜５０重量％含有されているので、パッド面の濡れ性を向上することにより、はんだブリッジの発生がないようにして狭ピッチのパッドに一定の厚さ及び組成のはんだコート層を形成でき、これによりこのはんだコート層を形成したはんだパッドを有するプリント配線板及びこれを用いた電子部品実装回路基板を提供することができる。
また、ソルダーペーストをパッドにスクリーン印刷する方法では印刷精度が良くなく、また、その印刷によるソルダーペースト膜の加熱により型崩れを起こし易い場合でも、上記性能を有するソルダーペースト組成物を提供できる。
そして、電子部品の実装歩留まりが良く、工業的に容易に行われ、コスト高にならないようなはんだコート層を形成でき、そのはんだコート層を形成したはんだパッドを有するプリント配線板及びこれを用いた電子部品実装回路基板を生産性良く、工業的に安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】はんだブリッジの発生メカニズムを説明するその溶融はんだブリッジ部を主にした説明図である。
【図２】そのパッド部の溶融はんだについての説明図である。
【図３】その溶融はんだの濡れ広がり部の図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の方法の一実施例の一工程の印刷工程を示す説明図である。
【図５】本発明の方法の一実施例のはんだパッドを有するプリント配線板の断面説明図である。
【符号の説明】
１、２、１１・・・ パッド
１ａ、２ａ パッド上の溶融はんだ
３ 溶融はんだブリッジ
４ チップ部品
１０ プリント配線板
１２ ソルダーペースト膜
１３ａ、１３ａ・・ はんだコート層
１４ はんだパッドを有するプリント配線板
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に表面実装用ブリント配線板の狭ビッチのパッドにはんだコート層を予め形成する、いわゆるはんだパッド用ソルダーペースト組成物、このソルダーペースト組成物を用いて形成したはんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及びこれを用いた電子部品実装回路基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器には電子部品を搭載した回路基板が一つの機能を有する回路を構成する部品として用いられおり、これを得るためには回路配線パターンを有するプリント配線板にコンデンサ、抵抗体、ＱＦＰ、ＳＯＰ等の電子部品を搭載するが、その回路配線パターンの銅箔ランド、すなわちはんだ付けランドとしてのバッドにこれらの部品をはんだ付けして接続、固着している。
このようにプリント配線板に電子部品をはんだ付けするには、プリント配線板の所定の箇所に両端に電極を有する、いわゆるチップ状電子部品や、フラット面にリードを有する電子部品をはんだ付けするためのパッドを設け、各パッドにソルダーペーストを塗布し、これら電子部品の電極やフラット面のリードをパッドに位置するようにして上記塗布したソルダーペースト膜の粘着力で仮留めし、ついでエアリフロー、ＩＲリフロー等のリフロー装置で加熱し、そのソルダーペースト膜のはんだ粉末を溶融してはんだ付けする、いわゆるリフローはんだ付け方法が行われている。
【０００３】
近年、高度情報化の進展に伴って特にコンピュータや通信分野等において技術の飛躍的進歩があり、電子機器の小型化、軽量化、多機能化が図られており、これに使用する電子部品の特に半導体デバイスの技術の向上が著しく、最近のＩＣパッケッージの多ピン化、そのリードの狭ピッチ化は目ざましいものがある。これに対応して、プリント配線板における電子部品の表面実装は、電子部品を高密度に搭載する、いわゆる高密度化が図られ、表面実装部品の中には０．３ｍｍピッチ以下の狭ピッチの部品も出現しており、その狭ピッチのリードを電子回路基板のこれに対応する狭ピッチのパッドに高精度にはんだ付けすることが求められている。
このような狭ピッチのパッドに上述したようにソルダーペーストを通常行われているメタルマスクを用いてスクリーン印刷すると、メタルマスクの厚さが厚い場合にはソルダーペーストの供給が過剰になり易く、メタルマスクの厚さが薄い場合にはかすれが生じ易い。前者にあってはパッド間にソルダーペースト膜が跨がって印刷された場合や、単にパッドをはみ出しているに過ぎない場合もあるが、そのままにしてリフローはんだ付けを行うと、パッド間にはんだの橋架けが生じる、いわゆるはんだブリッジを生じ、これは回路をショートさせる原因となるので、はんだ付け不良を起こすという点で問題である。また、後者のかすれの場合にはパッドに盛られるはんだ量の不足によりはんだ付け強度が不足し、部品とのはんだ付け部が剥離するというような致命的な問題を生じる。
このはんだブリッジは、隣接するバッドに印刷されたソルダーペースト膜にリードが載せられ実装部品の重みが加わると、そのソルダーペースト膜は型崩れを起こしてはみ出し易く、そのため相互に融着し易いのて、この点からも起こり易い。殊に、ソルダーペースト膜を形成するときにソルダーペストを塗布した後溶剤を揮発させる必要があること、また、実装部品をソルダーペースト膜を形成したパッドにはんだ付けするときに急激にはんだの溶融温度である２００℃以上に加熱したときのその部品に生じる熱ストレスを避けることのために、そのはんだの溶融温度に加熱する前に１５０℃前後で予備加熱することが行われるので、パッドに塗布されたソルダーペーストはその粘度低下や溶剤の滲み出しによりその型崩れが起きやすい状況にあり、はんだブリッジは一層起き易くなっている。
【０００４】
このように狭ピッチのパッドに通常のようにソルダーペーストを塗布し、部品をはんだ付けする方法により生じるはんだブリッジの問題を改善するために、プリント配線板のパッドに予めはんだコート層を形成してはんだパッドを形成しておき、部品を搭載するときにプリント配線板にフラックスを塗布し、そのはんだパッドにフラックス膜を形成し、その粘着力により部品のリードを仮留めし、それからリフロー装置で加熱する方法が提案されている。
このパッドに予めはんだコート層を形成する、いわゆるはんだプリコート法としては、▲１▼はんだレベラー法、▲２▼無電解メッキ法、▲３▼電解メッキ法、▲４▼その他の方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼の方法は、パッドを有するプリント配線板に水溶性フラックスを塗布し、このフラックス膜を形成したプリント配線板を溶融はんだに浸漬し、これによりパッドに溶融はんだを付着させた後、ホットエアーをプリント配線板に吹きつけて余分なはんだを吹き飛ばし、パッドにはんだコート層を形成しようとするものであり、ホットエアーの圧力でそのはんだ層の厚みをコントロールするものであるので、溶融はんだに対するエアーの当たり方等の相違により均一な厚さのはんだコート層が得られず、同一プリント配線板のパッドに形成したはんだ層の厚さに２５μｍ程度のバラツキが生じることがある。一般に０．２５ｍｍ〜０．３ｍｍの狭ピッチのＱＦＰやＴＣＰ等の部品を実装する場合には、最低約２０μｍのはんだコート層の厚さが必要であり、一方はんだコート層を厚くし過ぎると隣接パッド間のはんだコート層相互が融着し易く、その融着がないとしてもはんだ付け時の溶融によるはみ出しにより相互に融着することが起こり易い。また、プリント配線板にスルーホールを有する場合にはその内部のはんだ穴うまりが起こり易い。このことから、例えば約３０μｍの厚さのはんだ層を形成しようとすると、そのはんだ層に２０μｍ以下の厚さの部分が生じることがあり、これははんだ付け強度を低下させる原因になり、実質上はその厚さのはんだコート層の設計をすることができないという問題がある。
また、▲２▼の方法は、無電解メッキ浴にプリント配線板を浸漬し、パッドの銅金属の表面をはんだで置換するものであるので、銅の表面が一通りはんだで置換されてしまうと、はんだの析出速度が低下し、結果的には１μｍ程度の厚さのはんだ層しか形成できず、必要なはんだ層の厚さが得られないという問題や高額な設備投資を必要とするという問題がある。
また、▲３▼の方法は、パッドにはんだを電解メッキ法により付着させるものであるが、プリント配線板に配置したパッドを含む回路の密度により電流密度が異なるので、その回路の密度がはんだの膜厚、組成に影響を及ぼす。そのため、プリント配線板の種類毎にはんだ層の厚さ、組成のバラツキが生じ易く、一定のものが得られ難く、はんだ付け強度等のはんだ付け性能の管理をし難くするという問題がある。
また、▲４▼の方法としては、特開平１−１５７号公報に記載されているように、はんだ合金成分のうちイオン化傾向の小さい金属の例えばロジン酸鉛と、イオン化傾向の大きい金属の例えば錫粉との置換反応を利用する方法が挙げられるが、高額な設備投資を必要とするという問題がある。
【０００６】
本発明の第１の目的は、はんだブリッジの発生がないようにして狭ピッチのパッドに一定の厚さ及び組成のはんだコート層を形成できるソルダーペースト組成物、はんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及び電子部品実装回路基板の製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ソルダーペーストをパッドにスクリーン印刷する方法では印刷精度が良くなく、また、その印刷によるソルダーペースト膜の加熱により型崩れを起こし易い場合でも、適合できるソルダーペースト組成物、はんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及び電子部品実装回路基板の製造方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、電子部品の実装歩留まりが良く、工業的に容易に行われ、コスト高にならないようなはんだコート層を形成できるソルダーペースト組成物、はんだパッドを有するプリント配線板の製造方法及び電子部品実装回路基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、（１）、はんだ粉末とフラックスを含有するソルダーペーストにおいて、
（ａ）該はんだ粉末は融点の温度範囲を有する異なる複数の組成の合金粉末の混合物でありかつ該混合物の全部が液相になり混合された状態での組成が、液相温度が１８３±１０℃になる共晶又はその近傍組成であり、かつ該複数の組成の合金粉末の液相温度はそれぞれ高くて２２７℃までであって上記共晶又はその近傍組成に該当する液相温度より少なくとも７℃高く、
（ｂ）該はんだ粉末と該フラックスの合計に占める該フラックスの割合が２０〜５０重量％であり、
（ｃ）プリント配線板のパッドに予めはんだコート層を形成するために用いる
ソルダーペースト組成物を提供するものである。
また、本発明は、（２）、はんだ粉末とフラックスを含有するソルダーペーストにおいて、
（ａ）該はんだ粉末は粒径が５〜１５０μｍでありかつ融点の温度範囲を有する異なる複数の組成の合金粉末の混合物でありかつ該混合物の全部が液相になり混合された状態での組成が、液相温度が１８３±１０℃になる共晶又はその近傍組成であり、かつ該複数の組成の合金粉末の液相温度はそれぞれ高くて２２７℃までであって上記共晶又はその近傍組成に該当する液相温度より少なくとも７℃高く、
（ｂ）該はんだ粉末と該フラックスの合計に占める該フラックスの割合が２０〜５０重量％であり、
（ｃ）プリント配線板のパッドに予めはんだコート層を形成するために用いる
ソルダーペースト組成物、（３）、プリント配線板の狭ピッチのパッドに請求項１又は２に記載のソルダーペースト組成物を用いてスクリーン印刷するスクリーン印刷工程と、該スクリーン印刷工程を経て得られたソルダーペースト膜を溶融する工程を有することによりはんだコート層を形成するはんだパッドを有するプリント配線板の製造方法、（４）、プリント配線板の狭ピッチのパッドに請求項１又は２に記載のソルダーペースト組成物を用いてスクリーン印刷するスクリーン印刷工程と、該スクリーン印刷工程を経て得られたソルダーペースト膜を溶融する工程を有することによりはんだコート層を形成したはんだパッドを有するプリント配線板に該はんだコート層を形成したパッドを含むパッドに電子部品をリフローはんだ付けする工程を有することにより電子部品を実装した回路基板を製造する電子部品実装回路基板の製造方法を提供するものである。
なお、上記（３）、（４）の発明は「製造方法」であるが、上記（１）又は（２）の発明のソルダーペースト組成物の使用方法でもあり、上記（３）において「パッドを有するプリント配線板の製造方法」を「パッドを有するプリント配線板を製造するソルダーペースト組成物の使用方法」とし、上記（４）において「電子部品を実装した回路基板を製造する電子部品実装回路基板の製造方法」を「電子部品を実装した回路基板を製造するソルダーペースト組成物の使用方法」とすることもできる。
【０００８】
本発明において、上記（ａ）、（ｂ）の構成により得られる一つの特徴は、はんだパッド形成時のソルダーペースト膜溶融過程において、溶融はんだの表面張力を低下させることができる点であるが、このようにすると図１ないし図３に基づいて説明する次の原理から明らかなように、はんだブリッジを少なくできる。すなわち、図１において、１、２は銅片からなるパッド、１ａ、２ａはそれぞれのパッド上に形成されたソルダーペースト膜を溶融することにより生じたパッド上の溶融はんだ、３はその両者の間に生じた溶融はんだブリッジであるとし、そのブリッジの曲率半径をＲ1 とすると、パッド１、２間の距離は２Ｒ1 と近似することができるが、そのブリッジが溶融された場合の溶融はんだの内圧ΔＰB は、溶融はんだの表面張力をγとすると、
ΔＰB ＝−（γ／Ｒ1 ）
となり、ブリッジ部の溶融はんだの内圧は負圧になるのに対し、パッド上の溶融はんだの内圧ΔＰl は、図２に示すように、その溶融はんだの曲率半径をＲ2 とすると、
ΔＰl ＝γ／Ｒ2
となり、正圧となる。
これらの式から、一旦溶融はんだのブリッジが発生すると、ブリッジ部の溶融はんだの内圧が低く、パッド部の溶融はんだの内圧が高いことから、溶融はんだはパッド部からブリッジ部へと流れ、ブリッジはますます成長する。
【０００９】
また、溶融はんだがパッド上に濡れ広がったその縁部の断面に注目すると、図３に示すように、その縁部の曲率半径をＲ3 とすると、その濡れ広がり部の溶融はんだの内圧ΔＰC は、
ΔＰC ＝−（γ／Ｒ3 ）
と負圧になるので、パッド部の溶融はんだがパッドの周辺に広がろうとする。
これらの式から、パッド間のピッチＲ1 が小さくなればなるほど、また、幅の狭いパッドに盛られる溶融はんだの曲率Ｒ2 が小さくなればなるほど、ブリッジが発生し易くなる。
ところが、ここで溶融はんだの表面張力γを小さくすれば、上記の正圧、負圧の圧力差は縮まり、ブリッジを起こし難くなり、生じたブリッジも切断され易くなる。また、溶融はんだのパッド面に対する濡れ性を向上させると、Ｒ3 が大きくなり、これにつれてブリッジ部の溶融はんだはその均衡状態からその両側のバッド側に引き裂かれるような力を受け、これによりのＲ1 が大きくなるのでブリッジ部の溶融はんだの内圧ΔＰB とパッド部の溶融はんだの内圧ΔＰl の差は小さくなり、それだけブリッジの溶融はんだは切断され易くなる。そして切断された溶融はんだのブリッジの残部はパッド上の溶融はんだに吸収され易い。
これらのことから、溶融はんだの表面張力γを小さくすること、そのパッド面ヘの濡れ性を向上することが求められるが、前者のためには、固相を有する状態から全部が液相化するまで液相の表面張力γを一時的に小さくすることが考えられ、そのためには液相と固相が共存する温度範囲を広くし、ソルダーペースト膜が溶融する際の温度変化に対してその全てが溶融するまでの時間を長くできる時間的な余裕を持つようにすることが考えられる。また、純粋な溶融はんだの表面張力に比べればフラックスの溶融物の表面張力は小さいので、溶融はんだに対するフラックス成分の混入が多いとその混合物の表面張力を小さくできる。後者のためには溶融はんだがパッド面に良く濡れるようにフラックス成分を多くすることが考えられる。
これらの点に関し、従来は、例えば６３Ｓｎ３７Ｐｂの共晶はんだでは１８３℃で固相化するため、溶融はんだは短時間に固化するので、全溶融はんだの表面張力が働いている状態で固化されるためはんだブリッジが発生し易い。また、はんだ粉末とフラックスの合計に対するフラックスの量も１０％より少ないので、この点からも表面張力の大きい溶融はんだの作用が支配的になり、はんだブリッジが発生し易く、また、パッド面に対する溶融はんだの濡れ性も改善の余地があった。なお、フラックスはパッドの銅表面の酸化を防止し、銅の酸化物を還元させて、清浄な銅表面に溶融はんだを接触させる機能を有するものであるので、その配合量が多いことによりパッド面における溶融はんだの濡れ性を改善できることは明らかである。
【００１０】
本発明において、上記（ａ）における「融点の温度範囲を有する」とは、固相と液相が共存する状態の温度範囲を有するの意味であり、相の変化を示す状態図において全部が液相である液相線と、全部が固相になる固相線の間の温度範囲がこれに当たる。このような融点の温度範囲を有する異なる２種類以上の組成の合金粉末の混合物を用いるが、その混合物としては、溶融時に「固相を有する状態から全部が液相になる液相温度が１８３±１０℃になる」ように、混合する合金粉末の組成を選択する。例えばＳｎとＰｂからなるはんだ合金粉末は、重量比でＳｎ：Ｐｂ＝６３：３７とすると、１８３℃の共晶点を有するので、その組成を中心にしたその前後の組成のはんだ合金粉末を所定比率で混合すると、その混合物をその全部が固相のものをその全部が液相になる１８３℃の共晶点にすることができる。本発明における「固相を有する状態から全部が液相になる液相温度が１８３±１０℃」とは、その共晶点の温度の１８３℃を中心にし、実際にはその組成のわずかなずれや不純物、さらには温度のコントロールの相違等もあるので、その前後を含め±１０℃とする趣旨である。
このように液相温度を１８３±１０℃にすると、溶融はんだを固相化した状態で上記の共晶はんだ組成あるいはこれに近似した組成にすることができ、これによりはんだ金属組織を均一にすることができるので、その強度を強く維持することができる。
このような異なる２種類の組成の合金粉末の具体例としては、例えば表１に記載したものが挙げられるが、それぞれに対応した融点の温度範囲を有し、この表１に挙げたものの場合には、その混合物としては、固相を有する状態から全部が液相になる液相温度が１８３℃（共晶点）（Ｎｏ．１〜５）、１７６℃（共晶点）（Ｎｏ．６）となるように、これらの２種類の合金粉末の混合比を決めるが、その全部が液相になる液相温度はそれぞれに対応して記載した温度にすることができる。
この表１から、本発明において、「はんだ合金粉末の混合物の液相温度が高くて２２７℃まででありかつ溶融時の固相を有する状態から全部が液相になる液相温度が１８３±１０℃の共晶温度又はその近傍温度である」との限定を付する根拠が得られるが、「複数のはんだ合金粉末はその一つの液相温度〜固相温度が２２４〜１８３℃（又は融点の温度範囲が７〜４１℃）、他の一つの液相温度〜固相温度が２２７〜１８３℃（又は融点の温度範囲が２０〜４４℃）である」（前者はＮｏ．３、４、後者はＮｏ．５、２が根拠）との限定、「複数のはんだ合金粉末は融点の温度範囲の差が１５℃（表１では１３℃であるが同効の範囲を拡大）より小さい（又は融点の温度範囲がほぼ同じ）」の限定を付することができる。
複数のはんだ合金粉末は融点の温度範囲の差が小さいと、溶融する時間差が少なく、両者の溶融物の混合が速やかに行われ、均一になり易い。
【００１１】
【表１】
本発明において、はんだ粉末としては、粒径が５〜１５０μｍであることが好ましい。粒径がこれより小さいと、はんだボールを発生し易く、また、これより大きいとはんだ層の膜厚や合金組成比のバラツキが生じ易い。
【００１３】
本発明のソルダーペースト組成物に含有される「フラックス」とは、はんだ粉末を除いた状態でフラックスとしての機能を有し得るものをいい、フラックス用樹脂を含有し、このフラックス用樹脂とはフラックスに用いることができる樹脂のことを言い、例えばロジンや、ロジンエステル系のロジン系誘導体、石油樹脂，テルペン系化合物その他の樹脂を挙げることができる。このフラックス用樹脂には、添加剤を併用しても良く、例えばエチレンジアミン等のポリアミン、シクロヘキシルアミン等のアミンの有機酸塩、無機酸塩の少なくとも１種を還元剤（活性剤）として添加することが好ましい。その他の有機酸系化合物等の活性剤を使用しても良い。チクソ剤を使用しても良く、硬化ヒマシ油等を挙げることができる。フラックスには後述する溶剤を用いることもできる。フラックスの組成としては、フラックス用樹脂４０〜６０重量％、活性剤１〜５重量％、チクソ剤２〜１０重量％、溶剤３０〜５０重量％が好ましく、その固形分は５０〜７０重量％が好ましい。その得られるソルダーペーストの粘度は２０〜２００Ｐa.s （マルコム粘度計）であることが好ましい。
本発明において、はんだ粉末とフラックスの合計に占めるフラックスの割合は１０〜６０重量％である。これより少ないと、はんだ粉末の配合量が相対的に多くなり、狭ピッチのバッド間にはんだブリッジを形成し易く、また、パッドに形成したソルダーペースト膜の溶融により生じた溶融はんだのパッド面に対する濡れ性の向上の度合も少なくなり、また、その固化したはんだ層の膜厚の均一性も確保し難くなる。また、６０重量％より多くなると、相対的にはんだ粉末の配合量が減る結果、例えば２０μｍ以下の膜厚となり、はんだ付け強度に必要なはんだ層の厚さを確保できないことがある。これらのことから、好ましくははんだ粉末とフラックスの合計に占めるフラックスの割合は２０〜５０重量％である。
本発明のソルダーペースト組成物を製造するには、はんだ合金粉末、フラックス用樹脂のほかに、グリコールエーテル系溶剤、アルコール系溶剤、芳香族系溶剤、エステル系溶剤等の中から適当なものを少なくとも１種選択した溶剤を用い、そのほか活性剤、チクソ剤、沈殿分離防止剤等必要に応じてその他添加剤も用いるが、これらのフラックス用樹脂、活性剤等の添加剤、溶剤等は混合してフラックスを調製し、そのフラックスと上記はんだ合金粉末を撹拌混合する。
【００１４】
このようにして得られたソルダーペースト組成物はメタルマスクを用いた印刷等によりプリント配線板のバッド上に塗布され、乾燥されてから、あるいはそのまま通常のエアリフロー等のリフロー装置にて加熱され、冷却されてはんだコート層が形成され、はんだパッドが得られるようにしても良いが、図４に示すように、パッド１１、１１・・・に横断的（一文字的）にソルダーペースト膜をメタルマスクを用いた印刷等により形成し、同様に処理しても良い。
このようにすると、前者において隣接パッド間にソルダーペースト膜が跨がって形成された場合は勿論のこと、後者においても隣接パッド間のソルダーペースト膜は、ソルダーぺースト膜が溶融される過程で一部が液相なってから全てが液相になる際に、はんだ粉末は融点の温度範囲を有するので、徐々に液相化され、その結果液相の表面張力が一時的に小さく維持され、しかもフラックス成分が多いためその溶融物によってもその表面張力が小さくなり、隣接パッド間の溶融はんだはそのブリッジを維持しようとしても、上述した原理から明らかのようにその均衡が崩れ、圧倒的に多量のパッド上の溶融はんだの表面張力に引っ張られ、分離して両側のバッド上に吸い込まれる。これが液相が生じるごとに起こり、固化された状態でのはんだブリッジの発生を阻止あるいは抑制することができる。そして、はんだパッド上に吸い込まれた溶融はんだは全部が液相になり混合された状態で冷却されるが、今度は共晶はんだ組成になるようにされているので、１８３℃を含むこれを中心にした前後で固化することができる。
この際、ソルダーペーストはフラックスが１０〜６０重量％含有されているので、パッド面の濡れ性を向上することにより、はんだブリッジやはんだボールの発生を抑制できるとともに、その塗膜の膜厚の均一性により出来上がったはんだ層の膜厚の均一性も確保することができる。
これらのことから、０．１５ｍｍ狭ピッチのバッドにも平均２５μｍのはんだコート層を形成することができ、その場合でもその膜厚のバラツキを実用に支障ない程度にすることができる。
このようにして、はんだパッドを有するプリント配線基板が得られるが、これに電子部品の狭ピッチのリードをはんだ付けするには、洗浄しなくても良いが一般には洗浄後、フラックスを塗布し、これにリードを仮留めし、以下通常のリフロー工程を行えば良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を以下の実施例により説明する。
【００１６】
【実施例】
実施例１
はんだ粉末としては第１のはんだ合金粉末として重量比でＳｎ／Ｐｂ＝９０／１０（融点の温度範囲３１℃）を３３重量％、第２のはんだ合金粉末として重量比でＳｎ／Ｐｂ＝５０／５０（融点の温度範囲３２℃）を６７重量％混合した混合粉末を用いる。
次に以下の組成のソルダーペーストを調製する。
フラックス用樹脂（ロジン） ２５重量部
溶剤（グリコールエーテル） ２０重量部
活性剤（シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩及びコハク酸） ３重量部
チクソ剤（硬化ヒマシ油） ２重量部
はんだ合金粉末（粒径１０〜２５μｍ）合計 ５０重量部
実際の製造に当たっては、上記フラックス用樹脂、溶剤、活性剤及びチクソ剤の４成分を上記所定重量部撹拌混合してフラックスを製造し、これと上記はんだ合金粉末を上記所定重量部撹拌混合し（両者の重量比５０；５０）、粘度５０Ｐa.S （マルコム粘度計）のソルダーペーストを得る。
このソルダーペーストをプリント配線板（１．６ｍｍ厚さの銅張りガラスエポキシ基板使用）１０上のビッチが０．３ｍｍの１ｍｍ×０．１５ｍｍの銅箔のパッド上に０．１０ｍｍ厚さのメタルマスクを用いて、図４に示すようにパッド１１、１１・・・を横断して印刷（一文字印刷）し、膜厚１００μｍのソルダーペースト膜１２を形成する。
次に、エアーリフローはんだ付装置を用いて、ピーク温度２２０〜２４０℃、コンベアスピード８０ｃｍ／分で加熱した後自然冷却した。
このようにして図５に示すようにはんだコート層１３ａ、１３ａ・・・を有するはんだバッドを有するプリント配線板１４が得られたが、パッド上のはんだコート層の厚さは４０±１０μｍ（図５の最大膜厚部）であって均一であり、パッド間にはんだブリッジは認められなかった。また、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）によりはんだコート層のはんだ合金のマップを調べたところ、Ｓｎ／Ｐｂの比は６３／３７で共晶はんだ合金組成と同じであった。
【００１７】
このようにはんだブリッジが認められなかったのは、ソルダーぺースト膜が加熱されて溶融され、２１５℃で全てが液相になるまでに、はんだ粉末は第１のはんだ粉末が３１℃、第２のはんだ粉末が３２℃の融点の温度範囲を有するので、徐々に液相化され、その結果液相の表面張力が一時的に小さく維持され、フラックスが多いことによる表面張力の低下効果もこれに重なって、上述したように隣接パッド間の溶融はんだは分離して両側のバッド上に吸い込まれ、これが液相が生じるごとに起こり、これにより固化された状態でのはんだブリッジの発生を阻止することができる。そして、はんだパッド上に吸い込まれた溶融はんだは全部が液相になり混合された状態で冷却されるが、今度は共晶はんだ組成になるようにされているので、１８３℃で固化することができ、均一な共晶の合金組織とすることができる。
この際、ソルダーペーストはフラックスが５０重量％含有されているので、上述したようにパッド面の濡れ性を向上することにより、はんだブリッジの発生を抑制できるとともに、その塗膜の膜厚の均一性により出来上がったはんだ層の膜厚の均一性も確保することができる。
【００１８】
このはんだパットを有するプリント配線板について水系洗浄剤（界面活性剤、アルコール等含有）によりフラックスの残さを洗浄除去する処理を行った後、フラックスを塗布し、０．３ｍｍピッチのリードの電子部品（ＱＦＰ）をそのリードをフラックス膜の粘着力により保持することにより仮留めし、通常行うリフロー工程を行うことによって電子部品表面実装回路基板を製造した。はんだ付けした電子部品についてそのはんだ付け強度を測定したところ、通常のはんだペーストを用いた場合と同レベルであった。なお、実際には、プリント配線板は他の実装部品を搭載するはんだ付け用のパッドを有するので、フラックス塗布後、その部品も同様に仮留めした後、リフロー工程を行うことによって実際の電子部品表面実装回路基板を製造する。
なお、表１に挙げたはんだ合金粉末の組み合わせでも上記実施例１とほぼ同様に良い結果が得られた。
【００１９】
比較例
はんだ粉末として重量比でＳｎ／Ｐｂ＝６３／３７（共晶点１８３℃）の共晶合金粉末を用いたこと、はんだ粉末と液状フラックスの比を９２：８にした以外は実施例１と同様にしてソルダーペーストを製造し、これを用いて実施例１と同様にはんだバッドを有するプリント配線板を製造した。
その結果、はんだパッドのはんだ層の厚さは１０〜１００μｍとバラツキ、はんだブリッジも図５の６個のパッド間に３個認められ、多発した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、ソルダーペーストに融点の温度範囲を有する異なる複数の組成のはんだ粉末を用い、フラックスの配合量をはんだ粉末とフラックスの合計に占めるフラックスの割合が２０〜５０重量％と多くしたので、はんだ粉末は徐々に液相化され、その結果液相の表面張力が一時的に小さく維持され、フラックス成分が多いことによる表面張力の低下効果もこれに重なって、また、フラックスが２０〜５０重量％含有されているので、パッド面の濡れ性を向上することにより、はんだブリッジの発生がないようにして狭ピッチのパッドに一定の厚さ及び組成のはんだコート層を形成でき、これによりこのはんだコート層を形成したはんだパッドを有するプリント配線板及びこれを用いた電子部品実装回路基板を提供することができる。
また、ソルダーペーストをパッドにスクリーン印刷する方法では印刷精度が良くなく、また、その印刷によるソルダーペースト膜の加熱により型崩れを起こし易い場合でも、上記性能を有するソルダーペースト組成物を提供できる。
そして、電子部品の実装歩留まりが良く、工業的に容易に行われ、コスト高にならないようなはんだコート層を形成でき、そのはんだコート層を形成したはんだパッドを有するプリント配線板及びこれを用いた電子部品実装回路基板を生産性良く、工業的に安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】はんだブリッジの発生メカニズムを説明するその溶融はんだブリッジ部を主にした説明図である。
【図２】そのパッド部の溶融はんだについての説明図である。
【図３】その溶融はんだの濡れ広がり部の図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の方法の一実施例の一工程の印刷工程を示す説明図である。
【図５】本発明の方法の一実施例のはんだパッドを有するプリント配線板の断面説明図である。
【符号の説明】
１、２、１１・・・ パッド
１ａ、２ａ パッド上の溶融はんだ
３ 溶融はんだブリッジ
４ チップ部品
１０ プリント配線板
１２ ソルダーペースト膜
１３ａ、１３ａ・・ はんだコート層
１４ はんだパッドを有するプリント配線板
Claims (4)
- はんだ粉末とフラックスを含有するソルダーペーストにおいて、
（ａ）該はんだ粉末は融点の温度範囲を有する異なる複数の組成の合金粉末の混合物でありかつ該混合物の全部が液相になり混合された状態での組成が、液相温度が１８３±１０℃になる共晶又はその近傍組成であり、かつ該複数の組成の合金粉末の液相温度はそれぞれ高くて２２７℃までであって上記共晶又はその近傍組成に該当する液相温度より少なくとも７℃高く、
（ｂ）該はんだ粉末と該フラックスの合計に占める該フラックスの割合が２０〜５０重量％であり、
（ｃ）プリント配線板のパッドに予めはんだコート層を形成するために用いる
ソルダーペースト組成物。 - はんだ粉末とフラックスを含有するソルダーペーストにおいて、
（ａ）該はんだ粉末は粒径が５〜１５０μｍでありかつ融点の温度範囲を有する異なる複数の組成の合金粉末の混合物でありかつ該混合物の全部が液相になり混合された状態での組成が、液相温度が１８３±１０℃になる共晶又はその近傍組成であり、かつ該複数の組成の合金粉末の液相温度はそれぞれ高くて２２７℃までであって上記共晶又はその近傍組成に該当する液相温度より少なくとも７℃高く、
（ｂ）該はんだ粉末と該フラックスの合計に占める該フラックスの割合が２０〜５０重量％であり、
（ｃ）プリント配線板のパッドに予めはんだコート層を形成するために用いる
ソルダーペースト組成物。 - プリント配線板の狭ピッチのパッドに請求項１又は２に記載のソルダーペースト組成物を用いてスクリーン印刷するスクリーン印刷工程と、該スクリーン印刷工程を経て得られたソルダーペースト膜を溶融する工程を有することによりはんだコート層を形成するはんだパッドを有するプリント配線板の製造方法。
- プリント配線板の狭ピッチのパッドに請求項１又は２に記載のソルダーペースト組成物を用いてスクリーン印刷するスクリーン印刷工程と、該スクリーン印刷工程を経て得られたソルダーペースト膜を溶融する工程を有することによりはんだコート層を形成したはんだパッドを有するプリント配線板に該はんだコート層を形成したパッドを含むパッドに電子部品をリフローはんだ付けする工程を有することにより電子部品を実装した回路基板を製造する電子部品実装回路基板の製造方法。
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