JP4259431B2 - Solder paste and solder joining method - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品を基板に半田接合するために用いられる半田ペーストおよびこの半田ペーストを用いた半田接合方法に関するものである。   The present invention relates to a solder paste used for soldering an electronic component to a substrate and a solder bonding method using the solder paste.

電子部品を基板に実装する方法として、半田接合による方法が広く用いられている。実装される電子部品がファインピッチ部品で半田接合部の半田量が小さい場合や、使用される半田接合材料自体の強度が低く十分な接合強度を確保することが難しい場合には、半田接合部を補強樹脂によって補強する半田接合方法が採用される。   As a method for mounting electronic components on a substrate, a solder bonding method is widely used. If the electronic component to be mounted is a fine pitch component and the solder amount of the solder joint is small, or if the strength of the solder joint material used is low and it is difficult to ensure sufficient joint strength, the solder joint should be A solder joining method in which the reinforcing resin is reinforced is adopted.

補強樹脂としてはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される場合が多いが、この補強樹脂を硬化させるためのキュア工程を半田接合のためのリフロー工程と同一工程で行うことができれば工程簡略化を図ることができ好都合である。このため、電子部品の基板への実装において電子部品搭載に先立って補強樹脂を形成する熱硬化性樹脂を含む接合材料を予め実装位置に塗布するいわゆる「樹脂先塗り」が採用される場合があり、このような工法において使用される半田接合材料として、熱硬化性樹脂を含有した熱硬化型フラックスや、熱硬化型フラックスに半田粉末を予め混入した半田ペーストが提案されている(例えば特許文献1参照)。このような半田ペーストを用いることにより、別途半田材料を供給することなく、同一工程で電極間の半田接合と補強樹脂の形成が同時に行えるという優れた利点がある。
特開2001−219294号公報
A thermosetting resin such as an epoxy resin is often used as the reinforcing resin, but the process can be simplified if the curing process for curing the reinforcing resin can be performed in the same process as the reflow process for solder bonding. This is convenient. For this reason, when mounting electronic components on a substrate, so-called “resin pre-coating” in which a bonding material containing a thermosetting resin that forms a reinforcing resin prior to electronic component mounting is applied in advance to the mounting position may be employed. As a solder bonding material used in such a construction method, a thermosetting flux containing a thermosetting resin or a solder paste in which solder powder is premixed in a thermosetting flux has been proposed (for example, Patent Document 1). reference). By using such a solder paste, there is an excellent advantage that solder bonding between electrodes and formation of a reinforcing resin can be performed simultaneously in the same process without supplying a separate solder material.
JP 2001-219294 A

しかしながら上述の熱硬化型フラックスに半田を混入した半田ペーストには、リフロー過程において溶融半田を所望の形態で流動させることが難しいことに起因して、十分な接合強度を与える正常な半田接合部を形成することが難しいという問題点があった。すなわち、リフロー過程においては半田接合のための加熱により半田ペースト中の半田が溶融するとともに、熱硬化性樹脂の熱硬化反応が同時並行的に進行する。   However, the solder paste in which the solder is mixed with the above-mentioned thermosetting flux has a normal solder joint that gives sufficient joint strength due to the difficulty in flowing the molten solder in a desired form during the reflow process. There was a problem that it was difficult to form. That is, in the reflow process, the solder in the solder paste is melted by heating for solder joining, and the thermosetting reaction of the thermosetting resin proceeds simultaneously.

このとき熱硬化型フラックスの硬化が遅延すると、フラックス成分の流動により溶融半田が当初供給された接合部位から離散したまま固化して半田ボールを形成する不具合や、隣接電極間の距離が狭隘な場合にはこのような半田ボールが電極間を短絡する不具合が生じる場合があり、正常な半田接合部が形成されずに十分な半田接合強度の確保が難しいという問題点があった。   At this time, when the curing of the thermosetting flux is delayed, the flux component flow causes the molten solder to solidify from the joint site where it was initially supplied and solidifies to form solder balls, or when the distance between adjacent electrodes is narrow However, there is a problem that such a solder ball may cause a short circuit between the electrodes, and a normal solder joint portion is not formed, and it is difficult to ensure a sufficient solder joint strength.

そこで本発明は、正常な半田接合部を形成して十分な半田接合強度を確保することができる半田ペーストおよびこの半田ペーストを用いた半田接合方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a solder paste capable of forming a normal solder joint portion and ensuring a sufficient solder joint strength, and a solder joint method using the solder paste.

本発明の半田ペーストは、電子部品を基板に半田接合により実装するために用いられる半田ペーストであって、半田の粒子を含む金属成分と、熱硬化性樹脂および常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂とを含有し半田酸化膜を除去する活性作用を備えた熱硬化型フラックスとを含み、前記固形樹脂の軟化温度が前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上である。   The solder paste of the present invention is a solder paste used for mounting an electronic component on a substrate by solder bonding, and is a metal component containing solder particles, a thermosetting resin and a solid at room temperature, and becomes liquid by heating. And a thermosetting flux containing an active action of removing the solder oxide film, and the softening temperature of the solid resin is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin.

本発明の半田接合方法は、電子部品の接続用電極を基板の回路電極に半田接合する半田接合方法であって、半田の粒子を含む金属成分と、熱硬化性樹脂および常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂を含有し半田酸化膜を除去する活性作用を備えた熱硬化型フラックスとを含み、前記固形樹脂の軟化温度が前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上である半田ペーストを、前記回路電極と前記接続用電極との間に介在させる工程と、前記基板を加熱して半田を溶融させるとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化反応を促進させながら前記固形樹脂を液状に変化させる加熱工程と、前記基板を常温に戻すことにより前記固形樹脂および半田を固化させる固化工程とを含む。   The solder bonding method of the present invention is a solder bonding method for soldering a connection electrode of an electronic component to a circuit electrode of a substrate, and is a metal component containing solder particles, a thermosetting resin, and solid at room temperature and heated A thermosetting flux containing a solid resin having a property of changing to a liquid state and having an action of removing a solder oxide film, and the softening temperature of the solid resin is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin. A step of interposing a solder paste between the circuit electrode and the connecting electrode; heating the substrate to melt the solder; and promoting the curing reaction of the thermosetting resin It includes a heating step for changing to a liquid state and a solidification step for solidifying the solid resin and solder by returning the substrate to room temperature.

本発明によれば、半田を含む粒子状の金属成分と、熱硬化性樹脂および常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂を含有し半田酸化膜を除去する活性作用を備えた熱硬化型フラックスとを含み、固形樹脂の軟化温度が前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上である構成の半田ペーストを採用することにより、リフロー過程における樹脂硬化の遅延を防止することができ、半田ボールの発生などの不具合を排除し正常な半田接合部を形成して十分な半田接合強度を確保することができる。   According to the present invention, a particulate metal component containing solder, a thermosetting resin, and a solid resin that has a property of being solid at normal temperature and changing to a liquid state upon heating, and having an active action of removing the solder oxide film are provided. By adopting a solder paste with a solid resin softening temperature that is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin, it is possible to prevent the resin curing delay in the reflow process. In addition, it is possible to eliminate defects such as the generation of solder balls and form a normal solder joint portion to ensure a sufficient solder joint strength.

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の半田接合方法による電子部品実装方法の工程説明図、図2は本発明の一実施の形態の半田接合構造の断面図、図3は従来の半田ペーストを用いた半田接合方法における不具合例の説明図である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process explanatory diagram of an electronic component mounting method using a solder bonding method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a solder bonding structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is explanatory drawing of the malfunction example in the used soldering method.

まず図1を参照して電子部品実装方法について説明する。この電子部品実装方法は、電子部品の接続用電極を基板に形成された回路電極に半田接合することにより電子部品を基板に実装するものである。   First, an electronic component mounting method will be described with reference to FIG. In this electronic component mounting method, an electronic component is mounted on a substrate by soldering the connection electrode of the electronic component to a circuit electrode formed on the substrate.

図1(a)において、基板1には回路電極2(以下、単に「電極2」と略記する)が形成されている。電極2には、基板1に実装される電子部品の接続用電極がそれぞれ半田接合により接続される。電子部品の搭載に先立って、まず図1(b)に示すように、電極2の上面には半田ペースト3が塗布される。半田ペースト3の塗布には、スクリーン印刷やディスペンサによって塗布する方法などが用いられる。   In FIG. 1A, a circuit electrode 2 (hereinafter simply referred to as “electrode 2”) is formed on a substrate 1. Connection electrodes for electronic components mounted on the substrate 1 are connected to the electrodes 2 by solder bonding. Prior to mounting the electronic component, first, as shown in FIG. 1B, a solder paste 3 is applied to the upper surface of the electrode 2. For the application of the solder paste 3, a method of applying by screen printing or a dispenser is used.

ここで電子部品を基板に半田接合により実装するために用いられる半田ペースト3について説明する。半田ペースト3は、半田の粒子を含む金属成分と、熱硬化性樹脂および常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂を含有し半田酸化膜を除去する活性作用を備えた熱硬化型フラックスとを含む組成になっている。ここで半田としては、鉛成分を含まないいわゆる鉛フリー半田が採用されており、実装対象の基板や電子部品の特性に応じて、2種類の半田を使い分けるようにしている。   Here, the solder paste 3 used for mounting the electronic component on the substrate by solder bonding will be described. The solder paste 3 contains a metal component containing solder particles, a thermosetting resin, and a solid resin that is solid at room temperature and has a property of changing to a liquid state upon heating, and has an active action of removing the solder oxide film. The composition contains a curable flux. Here, a so-called lead-free solder that does not contain a lead component is employed as the solder, and two types of solder are properly used according to the characteristics of the substrate to be mounted and the electronic component.

すなわち、比較的高温域での加熱が許容されるような対象には、Sn(錫)−Ag(銀)−Cu(銅)系の半田(液相線温度220℃)が選定され、また加熱温度を極力低く設定することが望まれるような対象には、Sn(錫)−Bi(ビスマス)系の半田(液相線温度139℃)が選定される。なおSn−Bi系の半田にAg(銀)を1wt%〜3wt%の配合比で加えることにより、半田強度を向上させることができる。そしてこれらの半田は、粒子状のものが半田ペースト中に70wt%〜92wt%の範囲の配合比で含有される。   That is, Sn (tin) -Ag (silver) -Cu (copper) -based solder (liquidus temperature 220 ° C.) is selected and heated for an object that can be heated in a relatively high temperature range. Sn (tin) -Bi (bismuth) -based solder (liquidus temperature 139 ° C.) is selected for an object for which it is desired to set the temperature as low as possible. Note that the strength of the solder can be improved by adding Ag (silver) to the Sn—Bi solder at a blending ratio of 1 wt% to 3 wt%. And these solders are contained in the solder paste in a blending ratio in the range of 70 wt% to 92 wt% in the form of particles.

なお、金属成分として、半田の粒子以外に、Ag(銀)、パラジウム(Pd)、Au(金)などの金属を箔状にした金属粉を、0.5wt%〜10wt%の配合比で混入するこ
とにより、半田接合性を向上させることができる。すなわち上述の金属は、使用される半田の融点よりも高温の融点を有し、大気中で酸化膜を生成せず、且つ半田の粒子が溶融した流動状態の半田が表面に沿って濡れやすい材質であることから、リフローによる半田接合過程において、これらの金属粉が核となって溶融半田を凝集させて半田の濡れ性を向上させるという効果を有している。
In addition to solder particles, metal powder in the form of foil such as Ag (silver), palladium (Pd), Au (gold) is mixed as a metal component at a mixing ratio of 0.5 wt% to 10 wt%. As a result, the solderability can be improved. That is, the above-mentioned metal has a melting point higher than the melting point of the solder to be used, does not generate an oxide film in the atmosphere, and the solder in a fluid state in which solder particles are melted easily wets along the surface. Therefore, in the solder joining process by reflow, these metal powders have the effect of aggregating the molten solder and improving the wettability of the solder.

また熱硬化性樹脂および固形樹脂としては、固形樹脂の軟化温度が、熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上となるような組み合わせが選定される。このような組み合わせを選定することにより、後述するように、リフロー過程において熱硬化性樹脂の熱硬化が遅延することによる不具合、例えば半田ボールの発生などの接合形状不良を防止することができる。   Further, as the thermosetting resin and the solid resin, a combination is selected such that the softening temperature of the solid resin is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin. By selecting such a combination, as will be described later, it is possible to prevent problems caused by delaying thermosetting of the thermosetting resin in the reflow process, for example, joint shape defects such as generation of solder balls.

次いで基板1にはチップ型の電子部品4が搭載される。すなわち、図1(c)に示すように、電子部品4の両端部に設けられた接続用電極である端子4aを電極2に位置合わせして半田ペースト3に端子4aを着地させる。これにより、電子部品4は半田ペースト3の粘着力によって仮止め固定される。この後、電子部品4が搭載された基板1はリフロー装置に送られ、ここで半田ペースト3中の半田の液相線温度以上に加熱される。この加熱により、図1(d)に示すように、半田ペースト3中の半田を溶融させるとともに、半田ペースト3中の熱硬化性樹脂の硬化反応を促進し、同時並行的に固形樹脂を液状に変化させる。   Next, a chip-type electronic component 4 is mounted on the substrate 1. That is, as shown in FIG. 1C, the terminals 4 a that are connection electrodes provided at both ends of the electronic component 4 are aligned with the electrodes 2, and the terminals 4 a are landed on the solder paste 3. Thereby, the electronic component 4 is temporarily fixed by the adhesive force of the solder paste 3. Thereafter, the substrate 1 on which the electronic component 4 is mounted is sent to a reflow apparatus, where it is heated to a temperature higher than the liquidus temperature of the solder in the solder paste 3. This heating melts the solder in the solder paste 3 and promotes the curing reaction of the thermosetting resin in the solder paste 3 as shown in FIG. Change.

そしてこの後、基板1をリフロー装置から取り出して基板1を常温に戻すことにより、半田ペースト3中の固形樹脂および溶融した半田を固化させる。これにより、電子部品4では溶融した半田が電極2と端子4aとを連結したフィレット形状の半田接合部5a(図2参照)が形成される。これにより、半田ペースト3を用い、電子部品4の接続用電極である端子4aと基板1の電極2を半田接合して成る半田接合構造5が形成される。   After that, the substrate 1 is taken out from the reflow apparatus and the substrate 1 is returned to room temperature, thereby solidifying the solid resin and the molten solder in the solder paste 3. Thereby, in the electronic component 4, a fillet-shaped solder joint portion 5a (see FIG. 2) in which the molten solder connects the electrode 2 and the terminal 4a is formed. As a result, using the solder paste 3, a solder joint structure 5 is formed by soldering the terminal 4a, which is the connection electrode of the electronic component 4, and the electrode 2 of the substrate 1.

この半田溶融時において、半田ペースト3に含まれる熱硬化型フラックス中の固形樹脂が液状に変化することにより、熱硬化型フラックスは半田溶融温度に加熱された状態においても流動性を失わず、溶融半田のセルフアライメント現象を阻害することがない。そして、この半田接合過程が完了した後には、熱硬化型フラックスは熱硬化性樹脂が熱硬化を完了することによる硬化とともに、加熱によって一旦液状化した固形樹脂が常温に冷却されて再び固化することによって完全な固体状態となり、電極2上面の半田接合部5aを覆って補強する樹脂補強部5bとして機能する。   When the solder is melted, the solid resin in the thermosetting flux contained in the solder paste 3 changes to a liquid state, so that the thermosetting flux does not lose its fluidity even when heated to the solder melting temperature. It does not hinder the solder self-alignment phenomenon. And after this soldering process is completed, the thermosetting flux is solidified once the solid resin once liquefied by heating is cooled to room temperature along with the curing by the thermosetting resin completing the thermosetting. Therefore, it becomes a completely solid state and functions as a resin reinforcing portion 5b that covers and reinforces the solder joint portion 5a on the upper surface of the electrode 2.

この半田接合構造5は、図2に示すように、半田ペースト3を電極2と端子4aとの間に介在させた状態で基板1を加熱して半田を溶融させ次いで冷却することにより電極2と端子4aとの間に形成された半田接合部5aと、半田接合部5aの表面を覆って形成され加熱によって硬化した熱硬化性樹脂と冷却によって固化した固形樹脂より成る樹脂補強部5bとを備えた構成となっている。   As shown in FIG. 2, the solder joint structure 5 is formed by heating the substrate 1 with the solder paste 3 interposed between the electrode 2 and the terminal 4a to melt the solder and then cooling it. A solder joint portion 5a formed between the terminal 4a, a thermosetting resin formed so as to cover the surface of the solder joint portion 5a and cured by heating, and a resin reinforcing portion 5b made of a solid resin solidified by cooling. It becomes the composition.

そして上述の半田接合方法は、上述成分組成の半田ペースト3を電極2と端子4aとの間に介在させる工程と、基板1を加熱して半田を溶融させるとともに、熱硬化性樹脂の硬化反応を促進させながら固形樹脂を液状に変化させる加熱工程と、基板1を常温に戻すことにより固形樹脂および半田を固化させる固化工程とを含む形態となっている。   The above-described solder joining method includes the step of interposing the solder paste 3 having the above-described composition between the electrode 2 and the terminal 4a, heating the substrate 1 to melt the solder, and curing the thermosetting resin. It has a form including a heating step for changing the solid resin to liquid while promoting, and a solidification step for solidifying the solid resin and solder by returning the substrate 1 to room temperature.

そしてこの半田接合方法を用いることにより、従来の半田ペーストを用いて同様の電子部品14を半田接合した場合に発生しやすい接合不良を防止することができる。たとえば図3(a)は、Sn−Bi系鉛フリー半田の粒子を、リフロー過程において熱硬化型フラックスの硬化が遅延する傾向にあるタイプの熱硬化型フラックスに混入した半田ペーストを用いて、端子14aを電極12に半田接合した場合の半田接合構造を示している。   By using this solder bonding method, it is possible to prevent a bonding failure that is likely to occur when a similar electronic component 14 is soldered using a conventional solder paste. For example, FIG. 3A shows a solder paste in which Sn—Bi-based lead-free solder particles are mixed with a thermosetting flux that tends to delay the curing of the thermosetting flux during the reflow process. A solder joint structure when 14a is soldered to the electrode 12 is shown.

ここで示す半田接合例では、半田の溶融タイミングと熱硬化型フラックスの硬化特性の相関により、健全な形状の半田フィレットを形成することが難しく、十分な接合強度が確保されない場合が多い。すなわち電極12と端子14aとの間に供給された半田の大部分は、リフロー過程において凝集しないまま半田ボール15cとなって流動状態のフラックス成分15cとともに離散する傾向にあり、半田接合部15aは半田量に乏しく且つ不規則な形状となりやすい。そしてこのような不具合が、図3(b)に示すように、隣接電極間の距離が狭隘な場合に生じると、発生した複数の半田ボール15cが電極12相互を短絡する不具合を招く場合がある。   In the solder joint example shown here, it is difficult to form a solder fillet having a sound shape due to the correlation between the melting timing of the solder and the curing characteristics of the thermosetting flux, and sufficient bonding strength is often not ensured. That is, most of the solder supplied between the electrode 12 and the terminal 14a tends to be dispersed together with the flux component 15c in a fluid state without being agglomerated in the reflow process, becoming a solder ball 15c, and the solder joint 15a is soldered. It tends to be in an irregular shape with a small amount. When such a problem occurs when the distance between adjacent electrodes is narrow as shown in FIG. 3B, the generated solder balls 15c may cause a problem of short-circuiting the electrodes 12. .

このような半田接合例を対象とする場合にあっても、本発明に示すように、熱硬化型フラックス中に可塑剤である固形樹脂を含み、固形樹脂の軟化温度が熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上であるような半田ペーストを用いることにより、次のような効果を得る。すなわち固形樹脂の軟化温度が熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上であるような半田ペーストは、リフロー過程において可塑剤の軟化に先行して熱硬化性樹脂の硬化が開始するため、フラックス成分が過剰に流動する状態が発生しない。したがって、フラックス成分の流動に随行する形で溶融半田が分散する事態が生じることがなく、溶融半田は接合対象部位で凝集して健全な形状の半田接合部を形成することができる。   Even in the case of targeting such solder joint examples, as shown in the present invention, the thermosetting flux contains a solid resin as a plasticizer, and the softening temperature of the solid resin is the curing of the thermosetting resin. By using a solder paste having a temperature higher than the starting temperature, the following effects are obtained. In other words, the solder paste whose softening temperature of the solid resin is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin starts to harden the thermosetting resin prior to the softening of the plasticizer in the reflow process, so that the flux component is excessive. The state that flows is not generated. Therefore, the situation in which the molten solder is dispersed in a form that accompanies the flow of the flux component does not occur, and the molten solder can be aggregated at the site to be joined to form a solder joint having a healthy shape.

更にリフロー後においては、熱硬化した熱硬化性樹脂と冷却されることによって固化した可塑剤とが相溶状態のまま固体となった樹脂補強部が半田接合部を覆って形成されるため、脆くて接合強度に劣る低融点型の鉛フリー半田を使用した場合においても、半田接合部は樹脂補強部によって補強され、接合信頼性を確保することができる。   Further, after the reflow, the resin reinforced portion, which is solid in a state of being compatible with the thermosetting resin that has been cured by cooling and the plasticizer that has been solidified by cooling, is formed so as to cover the solder joint portion, so that it is brittle. Even when a low melting point type lead-free solder having inferior bonding strength is used, the solder bonding portion is reinforced by the resin reinforcing portion, and bonding reliability can be ensured.

ここで、半田ペースト3の成分組成の詳細例について説明する。半田ペースト3は前述のように半田の粒子を熱硬化性フラックスに混入した構成となっている。本実施の形態において熱硬化型フラックスは、基本組成として、熱硬化性樹脂であるエポキシを成分とする主剤、この主剤を熱硬化させる硬化剤および硬化促進剤、半田の酸化膜を除去する活性剤、熱可塑性の固形樹脂より成る可塑剤および溶剤を含んだ構成となっている。   Here, a detailed example of the component composition of the solder paste 3 will be described. As described above, the solder paste 3 has a configuration in which solder particles are mixed in the thermosetting flux. In the present embodiment, the thermosetting flux includes, as a basic composition, a main agent containing epoxy as a thermosetting resin as a component, a curing agent and a curing accelerator for thermosetting the main agent, and an activator for removing the oxide film of the solder. In addition, a plasticizer made of a thermoplastic solid resin and a solvent are included.

次に上記基本組成における各成分の種類および配合比を説明する。まず主剤としては、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(30wt%〜40wt%)、硬化剤として、メチルテトラヒドロ無水フタル酸(30wt%〜40wt%)、硬化促進剤として、2−フェニル4−メチル5−ヒドロキシメチルイミダゾール(5wt%〜10wt%)、活性剤として、m−ヒドロキシ安息香酸(3wt%〜10wt%)、可塑剤として、高重合ロジン(3wt%〜20wt%)、そして溶剤として、ブチルカルビトール(0wt%〜5wt%)をそれぞれ含有している。   Next, the kind and compounding ratio of each component in the basic composition will be described. First, as a main agent, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (30 wt% to 40 wt%), as a curing agent, methyltetrahydrophthalic anhydride (30 wt% to 40 wt%), and as a curing accelerator, 2-phenyl 4-methyl 5- Hydroxymethylimidazole (5 wt% to 10 wt%), m-hydroxybenzoic acid (3 wt% to 10 wt%) as an activator, highly polymerized rosin (3 wt% to 20 wt%) as a plasticizer, and butyl carbitol as a solvent (0 wt% to 5 wt%).

ここで熱硬化性樹脂の硬化開始温度は140℃以下であり、可塑剤(固形樹脂)として用いられている高重合ロジンの軟化温度は140℃であることから、この配合例においては、固形樹脂の軟化温度が熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上となるような組み合わせが実現されている。   Here, the curing start temperature of the thermosetting resin is 140 ° C. or less, and the softening temperature of the highly polymerized rosin used as a plasticizer (solid resin) is 140 ° C. A combination in which the softening temperature is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin is realized.

なお上述の各成分として、以下の物質が代替物質として選択可能である。まず、主剤として、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂に替えて、3,4エポキシシクロヘキセニルメチル−3,’4’エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、ビスフェノールF型エポキシ樹脂またはビスフェノールA型エポキシ樹脂が選択可能である。また硬化剤として、メチルテトラヒドロ無水フタル酸に替えて、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸が、そして活性剤として、m−ヒドロキシ安息香酸に替えて、メサコン酸が、溶剤として、ブチルカルビトールに替えてメチルカルビトールを選択することが可能である。上述各成分の配合
比は、前述の基本配合例に示す数値と同じである。また硬化剤として用いられる酸無水物は、それ自体で酸化膜を除去する活性作用を有していることから、活性剤の配合を省略してもよい。
In addition, as the above-mentioned components, the following substances can be selected as alternative substances. First, instead of hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, 3,4 epoxycyclohexenylmethyl-3, '4' epoxycyclohexene carboxylate, bisphenol F type epoxy resin or bisphenol A type epoxy resin can be selected as the main agent. . In addition, methyltetrahydrophthalic anhydride is used as a curing agent, methylhexahydrophthalic anhydride is used as an activator, and m-hydroxybenzoic acid is used as an activator, mesaconic acid is used as a solvent, and butyl carbitol is used as a solvent. It is possible to select carbitol. The blending ratio of the above components is the same as the numerical values shown in the basic blending example. Further, since the acid anhydride used as the curing agent has an active action of removing the oxide film by itself, the blending of the activator may be omitted.

なお、熱硬化性樹脂としては、主剤としてエポキシ系以外にも、アクリル系、ウレタン系、フェノール系、尿素系、メラミン系、不飽和ポリエステル系、アミン系、ケイ素系のいずれか1つを含む材質を選定することができる。そして可塑剤として用いられる固形樹脂としては、テルペン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、非結晶性ロジン、イミド樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、アミド樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン、ポリイミド、脂肪酸誘導体から選ばれた少なくとも1つが熱硬化性樹脂中に混入される。   In addition, as a thermosetting resin, a material containing any one of acrylic, urethane, phenol, urea, melamine, unsaturated polyester, amine, and silicon as the main agent in addition to epoxy. Can be selected. And as solid resin used as a plasticizer, terpene resin, phenol resin, xylene resin, urea resin, melanin resin, amorphous rosin, imide resin, olefin resin, acrylic resin, amide resin, polyester resin, styrene, polyimide, At least one selected from fatty acid derivatives is mixed in the thermosetting resin.

これらの固形樹脂を選定する際に、主剤の成分との関連で主剤に対して相溶性を有する固形樹脂を選定することにより、固形樹脂を主剤中に混入させる際に、気化性のガス分を含む溶剤を使用することなく流動性を備えた液状の樹脂を実現することが可能となる。これにより、溶剤から気化するガスによるリフロー装置内へのガス成分の付着や工場内の作業環境の汚染など、溶剤使用による環境負荷を低減することが可能となっている。   When selecting these solid resins, by selecting a solid resin that is compatible with the main agent in relation to the components of the main agent, when mixing the solid resin into the main agent, the vaporizable gas content is reduced. It is possible to realize a liquid resin having fluidity without using a solvent containing it. As a result, it is possible to reduce the environmental burden due to the use of the solvent, such as adhesion of gas components into the reflow apparatus by gas vaporized from the solvent and contamination of the work environment in the factory.

更に低融点型の鉛フリー半田であるSn−Bi系の半田を用いることにより、以下に詳述するような優れた効果を得る。近年環境保護の要請から、電子機器製造業界においては鉛フリー半田の使用が主流になっているが、一般に用いられているSN−Ag−Cu系の半田は液相線温度220℃であり、従来主に用いられていたSnPb共晶半田の液相線温度と比較して高温であるため、対象とする基板や部品によっては適用が困難であった。   Further, by using Sn-Bi solder which is a low melting point type lead-free solder, excellent effects as described in detail below are obtained. In recent years, the use of lead-free solder has become the mainstream in the electronic equipment manufacturing industry due to the demand for environmental protection. However, a commonly used SN-Ag-Cu solder has a liquidus temperature of 220 ° C. Since the temperature is higher than the liquidus temperature of the SnPb eutectic solder used mainly, it is difficult to apply depending on the target substrate or component.

これに対し、Sn−Bi系の半田は液相線温度139℃であることから、耐熱温度が低い性質を有する部品(例えばCCD素子やアルミ電解コンデンサなど)への適用が望まれている。ところがSn−Bi系の半田は機械的に脆い強度特性を有している上に、前述のようにリフロー過程において健全な形状の半田接合部を形成することが難しく接合信頼性に難点があるため、従来は適用可能範囲が限られていた。   On the other hand, since Sn-Bi solder has a liquidus temperature of 139 ° C., it is desired to be applied to components having a low heat-resistant temperature (for example, a CCD element or an aluminum electrolytic capacitor). However, Sn-Bi solder has mechanically fragile strength characteristics, and, as described above, it is difficult to form a solder joint with a healthy shape in the reflow process, and thus there is a problem in joint reliability. Conventionally, the applicable range is limited.

本実施の形態においては、このような特性を有するSn−Bi系の半田を、可塑剤を含む熱硬化型フラックス中に混入した半田ペーストとして用いることにより、適用可能範囲を大幅に拡大することが可能となっている。すなわちこのような構成の半田ペースト3を採用し、さらに熱硬化性樹脂の硬化開始温度と可塑剤としての固形樹脂の軟化開始温度との相対関係を適切に設定することにより、前述のようにリフロー過程におけるフラックス成分の流動特性を、良好な半田接合部形成に望ましい特性にすることができる。   In this embodiment, the applicable range can be greatly expanded by using Sn-Bi solder having such characteristics as a solder paste mixed in a thermosetting flux containing a plasticizer. It is possible. That is, by adopting the solder paste 3 having such a configuration and further appropriately setting the relative relationship between the curing start temperature of the thermosetting resin and the softening start temperature of the solid resin as the plasticizer, the reflow is performed as described above. The flow characteristics of the flux component in the process can be made desirable for good solder joint formation.

これにより、溶融半田の凝集がフラックス成分によって阻害される程度が少なく、より健全な形状の半田接合部を形成することが可能となっている。さらに形成された半田接合部は硬化した熱硬化性樹脂および固化した可塑剤よりなる樹脂補強部によって覆われて補強されることから、Sn−Bi系の半田の強度特性に由来する強度不足を樹脂補強部によって補うことができ、接合信頼性が向上する。   Thereby, the degree to which the agglomeration of molten solder is inhibited by the flux component is small, and it is possible to form a solder joint having a more healthy shape. Further, since the formed solder joint portion is covered and reinforced by the resin reinforcing portion made of the cured thermosetting resin and the solidified plasticizer, the resin lacks the strength due to the strength characteristics of the Sn-Bi solder. It can be compensated by the reinforcing portion, and the joining reliability is improved.

このように低融点型の鉛フリー半田であるSn−Bi系の半田の実用化を可能とする接合工法を確保することにより、前述のように低耐熱温度の基板や部品への適用を拡大するとともに、加熱温度を低く設定できることによる副次的効果、すなわち予熱ステージ数の減少によるリフロー装置の小型化や消費電力量の削減が可能となる。   Thus, by securing a bonding method that enables the practical use of Sn-Bi solder, which is a low melting point lead-free solder, the application to low heat-resistant substrates and components as described above is expanded. At the same time, a secondary effect of being able to set the heating temperature low, that is, the reflow device can be reduced in size and power consumption can be reduced by reducing the number of preheating stages.

また加熱上限温度の制約から、従来より低温での半田接合が必須とされる場合に採用された高コストの接合工法、例えば銀粉を樹脂接着剤中に含有させたAgペーストを用いる
方法や、基板全体を加熱することなくレーザ、ソフトビームなどで局所加熱して半田接合を行う個別接合工法を採用する必要がなくなり、高価な資材・装置の使用を不要として、製造コスト低減を図ることができる。
In addition, due to restrictions on the upper limit temperature of heating, a high-cost joining method employed when solder joining at a lower temperature than before has been essential, such as a method using an Ag paste containing silver powder in a resin adhesive, or a substrate There is no need to adopt an individual joining method in which soldering is performed by locally heating with a laser, a soft beam or the like without heating the whole, and the use of expensive materials and devices is not required, and the manufacturing cost can be reduced.

更に、液相線温度が従来のSnPb共晶半田の液相線温度(183℃)と比較して大幅に低いことから、従来は採用が不可能とされた低耐熱性の材質、例えば紙フェノールなどの安価な材質を基板に使用することができ、BTレジンなどの高価な基板材料の使用を不要として、材料コスト低減を図ることができる。   Furthermore, since the liquidus temperature is significantly lower than the liquidus temperature (183 ° C.) of the conventional SnPb eutectic solder, a low heat-resistant material that has been impossible to adopt conventionally, such as paper phenol, is used. An inexpensive material such as BT resin can be used for the substrate, and it is not necessary to use an expensive substrate material such as BT resin, so that the material cost can be reduced.

上記説明したように、本実施の形態に示す半田接合方法では、補強樹脂を形成する熱硬化性樹脂を含む接合材料を予め実装位置に塗布するいわゆる「樹脂先塗り」を採用する接合工法において、半田の粒子を含む金属成分と、前述組成の熱硬化型フラックスであって、固形樹脂の軟化温度が熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上であるような構成の半田ペーストを採用している。これにより、リフロー工程の半田溶融過程における熱硬化性樹脂の熱硬化の遅延を防止することができ、半田ボールの発生などの不具合を排除し正常な半田接合部を形成して十分な半田接合強度を確保することができる。   As described above, in the soldering method shown in the present embodiment, in a joining method employing a so-called `` resin pre-coating '' in which a joining material including a thermosetting resin that forms a reinforcing resin is applied in advance to a mounting position. A solder paste having a metal component including solder particles and a thermosetting flux having the above-described composition, in which the softening temperature of the solid resin is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin is employed. This prevents the thermosetting delay of the thermosetting resin during the solder melting process in the reflow process, eliminates defects such as the generation of solder balls, forms a normal solder joint, and provides sufficient solder joint strength. Can be secured.

本発明の半田ペーストおよび半田接合方法ならびに半田接合構造は、正常な半田接合部を形成して十分な半田接合強度を確保することができるという効果を有し、電子部品を基板に半田接合により実装する用途に利用可能である。   The solder paste, the solder bonding method, and the solder bonding structure of the present invention have an effect that a normal solder bonding portion can be formed and sufficient solder bonding strength can be secured, and the electronic component is mounted on the substrate by solder bonding. It can be used for the purpose.

本発明の一実施の形態の半田接合方法による電子部品実装方法の工程説明図Process explanatory drawing of the electronic component mounting method by the soldering method of one embodiment of the present invention 本発明の一実施の形態の半田接合構造の断面図Sectional drawing of the solder joint structure of one embodiment of this invention 従来の半田ペーストを用いた半田接合方法における不具合例の説明図Explanatory drawing of a failure example in a conventional soldering method using solder paste

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 電極
3 半田ペースト
4 電子部品
4a 端子
5 半田接合構造
5a 半田接合部
5b 樹脂補強部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Electrode 3 Solder paste 4 Electronic component 4a Terminal 5 Solder joint structure 5a Solder joint part 5b Resin reinforcement part

Claims (5)

電子部品を基板に半田接合により実装するために用いられる半田ペーストであって、半田の粒子を含む金属成分と、熱硬化性樹脂および常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂を含有し半田酸化膜を除去する活性作用を備えた熱硬化型フラックスとを含み、前記固形樹脂の軟化温度が前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上であることを特徴とする半田ペースト。   A solder paste used for mounting electronic components on a substrate by solder bonding, a metal component containing solder particles, a thermosetting resin, and a solid resin that is solid at room temperature and changes to a liquid state upon heating And a thermosetting flux having an active action of removing the solder oxide film, wherein the softening temperature of the solid resin is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin. 前記半田は、錫およびビスマスを含むことを特徴とする請求項1記載の半田ペースト。   The solder paste according to claim 1, wherein the solder contains tin and bismuth. 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系、フェノール系、尿素系、メラミン系、不飽和ポリエステル系、アミン系、ケイ素系のいずれか1つを含む主剤と、この主剤を熱硬化させる硬化剤とを含み、前記固形樹脂が、テルペン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、非結晶性ロジン、イミド樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、アミド樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン、ポリイミド、脂肪酸誘導体から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする請求項1記載の半田ペースト。   The thermosetting resin includes an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, an amine resin, a silicon resin, and a thermosetting resin. The solid resin is terpene resin, phenol resin, xylene resin, urea resin, melanin resin, amorphous rosin, imide resin, olefin resin, acrylic resin, amide resin, polyester resin, styrene, polyimide The solder paste according to claim 1, wherein the solder paste is at least one selected from fatty acid derivatives. 前記主剤に対して相溶性を有する固形樹脂が選ばれることを特徴とする請求項3記載の半田ペースト。   4. The solder paste according to claim 3, wherein a solid resin having compatibility with the main agent is selected. 電子部品の接続用電極を基板の回路電極に半田接合する半田接合方法であって、半田の粒子を含む金属成分と、熱硬化性樹脂および常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂を含有し半田酸化膜を除去する活性作用を備えた熱硬化型フラックスとを含み、前記固形樹脂の軟化温度が前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上である半田ペーストを、前記回路電極と前記接続用電極との間に介在させる工程と、前記基板を加熱して半田を溶融させるとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化反応を促進させながら前記固形樹脂を液状に変化させる加熱工程と、前記基板を常温に戻すことにより前記固形樹脂および半田を固化させる固化工程とを含むことを特徴とする半田接合方法。
A soldering method for soldering an electrode for connecting an electronic component to a circuit electrode on a substrate, having a property of being a solid at normal temperature and a metal component containing solder particles, a thermosetting resin, and changing to a liquid state upon heating. A solder paste containing a solid resin and having an active action of removing a solder oxide film, wherein the softening temperature of the solid resin is equal to or higher than the curing start temperature of the thermosetting resin. And a step of interposing between the connecting electrode, a heating step of heating the substrate to melt the solder and changing the solid resin into a liquid state while promoting a curing reaction of the thermosetting resin, And a solidification step of solidifying the solid resin and solder by returning the substrate to room temperature.
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