JP4800900B2 - はんだペースト組成物 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電気、電子分野において、電子部品等をプリント基板へはんだ付けする際に好適に用いられるはんだペースト組成物に関する。

従来から、回路基板に電子回路部品等をはんだ接続するために、種々のはんだペーストが用いられている。はんだペーストは、一般に、はんだ粉末とフラックスとから構成されており、フラックスは、通常、ベース樹脂、活性剤、チキソ剤、溶剤等を主成分とし、防錆剤、酸化防止剤、安定化剤、滑剤等が必要に応じて添加される。
ところで、はんだペーストの塗布方法は、はんだ付部に孔が設けられたメタルマスクやシルクスクリーン等をプリント基板の上に置いて、その上からはんだペーストを塗布する印刷法と、ディスペンサー等を用いてはんだ付部に１箇所ずつはんだペーストを塗布する吐出法とに大別できる。吐出法は、凹凸や狭い場所への塗布が可能であるという利点があるが、はんだ付部の数が多い場合には生産性が大きな問題となり、また、ファインピッチのパターンには塗布できない、という欠点がある。したがって、ファインピッチの回路基板に電子回路部品等をはんだ接続する場合には、印刷法が適している。

近年、電子機器の小型化によって実装技術も高密度化され、ますますファインピッチ化が進むなか、はんだペーストには、安定性、信頼性、粘着性、はんだ付け性等が良好であるのは勿論のこと、印刷法により塗布する際に要する特性、具体的には印刷性（転写性）や印刷後のにじみ防止性、に優れることが要求されるようになっている。すなわち、例えばメタルマスクを用いる場合、印刷性とは、メタルマスク開口部の壁面等に付着したはんだペーストを基板へ効率よく転写することであり、印刷後のにじみ防止性とは、連続印刷時に転写されなかったはんだペーストがメタルマスク裏面に回り込んで残留することによって発生するにじみを防止することである。
これまでに、印刷性やにじみ防止に関する性能向上を実現するため、（ａ）高級脂肪族モノカルボン酸、多塩基酸およびジアミンからの脱水反応によって得られるワックス状物を含有させる、（ｂ）フッ素樹脂化合物あるいはフッ素系界面活性剤を添加する、等の手段が提案されてきた。前記（ａ）の具体例としては、ステアリン酸等の脂肪族モノカルボン酸とアジピン酸等の二塩基酸エチレンジアミン等のジアミンとを反応させた高融点ポリアミド化合物をチキソ剤として含有させたクリームはんだ（特許文献１参照）が、前記（ｂ）の具体例としては、フッ素樹脂化合物である旭硝子社製の「アサヒガード」あるいはフッ素系界面活性剤である住友化学社製の「スミフルノン」を添加したソルダーペースト（特許文献２参照）がある。

特開平７−７５８９４号公報 特開平６−７９８９号公報

しかしながら、上記特許文献１のように高融点ポリアミド系のチキソ剤を用いた場合、印刷性向上やにじみ低減に対しての効果はある程度認められるが、今後さらに電子機器等の小型化が加速すると推測されるなか、実装の高密度化がさらに進んだ場合の微細ピッチ部において充分に満足しうるだけの印刷性向上とにじみ低減を実現するには程遠いレベルであった。さらに、上記特許文献１で用いられる高融点ポリアミド系のチキソ剤は、通常フラックスに用いられる他の成分に対する溶解性が乏しいため、長期保存時に増粘が発生しやすくなる可能性が高いという問題もあった。
また、上記特許文献２に記載のソルダーペーストについては、添加されるフッ素樹脂化合物あるいはフッ素系界面活性剤の構造や物性が特定されていないため、上述した「アサヒガード」や「スミフルノン」など当時一般に入手可能であったと思われる数種のフッ素化合物を用いて、印刷性向上とにじみ低減の効果を検証したところ、近年の高密度実装に対応しうるだけの充分な性能向上効果は得られなかった（後述する比較例２、３参照）。

このように、これまでのはんだペーストでは、電子機器等の小型化に起因する実装の高密度化に対応するのは困難であり、高密度実装において印刷性向上およびにじみの低減が実現できるはんだペーストが強く望まれていた。

そこで、本発明は、今後実装の高密度化がさらに進んだ場合の微細ピッチ部においても充分に満足しうるだけの印刷性向上とにじみ低減を可能にする、はんだペースト組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、はんだペースト印刷時の転写現象と連続印刷時のにじみの発生について鋭意研究を重ねた結果、はんだペースト中のフラックスに含まれる滑剤の性能が、はんだペーストと印刷マスクとの滑り性を変化させ、パターンへの転写性と連続印刷時のにじみ特性に影響を及ぼしていることを究明した。すなわち、フラックス中の滑剤に充分な潤滑性能向上効果がない場合、メタルマスクの開口部に充填されたはんだペーストは、開口部壁面との滑りが悪くなり、良好に転写されにくくなること、連続印刷時に転写されなかったはんだペーストが印刷マスク裏面に回り込んで残留することによって、連続印刷時ににじみが発生することとなり、ひいてはパターンからはみ出したペーストがはんだボール等の不良を招くこと、が判った。そこで、滑剤として、各種界面活性剤について、その構造に着目してさらに検討を重ねた。その結果、特定の構造を有するフッ素含有化合物にエチレンオキサイドを付加して得られる非イオン性フッ素系界面活性剤を用いることによって潤滑性が顕著に向上すること、それに伴い、転写率が向上し、マスク開口部への残留が減少して連続印刷時のにじみ発生が抑制されること、を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下の構成からなる。
（１）はんだ合金粉末とフラックスとを含有してなるはんだペースト組成物であって、前記フラックスは、滑剤として、下記式（１）に示す構造を有する化合物にエチレンオキサイドを付加させて得られる非イオン性フッ素系界面活性剤を含有する、ことを特徴とするはんだペースト組成物。

（２）前記非イオン性フッ素系界面活性剤は、分子量が１５００〜６０００である前記（１）記載のはんだペースト組成物。
（３） 前記非イオン性フッ素系界面活性剤は、１分子あたり前記式（１）に示す構造を有する化合物を２〜５モル用いてなる前記（１）または（２）記載のはんだペースト組成物。
（４）前記非イオン性フッ素系界面活性剤は、エチレンオキサイドの平均付加モル数が５〜５０である前記（１）〜（３）記載のはんだペースト組成物。
（５）前記非イオン性フッ素系界面活性剤の含有量は、フラックス総量に対して０．０１〜２０重量％である前記（１）〜（４）記載のはんだペースト組成物。

本発明によれば、今後実装の高密度化がさらに進んだ場合の微細ピッチ部においても充分に満足しうるだけの印刷性向上とにじみ低減を発現させることができる、という効果が得られる。本発明において得られる印刷性およびにじみ抑制効果は、従来よりもはるかに高いレベルにあり、高密度で実装する場合にも良好な性能を実現することができる。したがって、本発明によれば、電子機器等の今後のさらなる小型化に伴う高密度実装にも対応可能であり、その貢献が大いに期待される。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
本発明のはんだペースト組成物は、はんだ合金粉末とフラックスとを含有するものであり、このフラックスが、滑剤として特定の非イオン性フッ素系界面活性剤を含有する。
すなわち、本発明において、滑剤として含有させる非イオン性フッ素系界面活性剤は、前記式（１）に示す構造を有する化合物にエチレンオキサイドを付加させて得られる化合物である。具体的には、例えば、市販品では、（株）ネオス製の「フタージエントＭシリーズ、Ｓシリーズ、Ｆシリーズ、Ｇシリーズ、Ｄシリーズ等が挙げられる。このような特定の非イオン性フッ素系界面活性剤を含有させることにより、非常に優れた印刷性およびにじみ抑制効果を得ることができる。

前記特定の非イオン性フッ素系界面活性剤は、１分子あたり前記式（１）に示す構造を有する化合物を２〜５モル、好ましくは３〜４モル用いてなるものであるのがよい。また、前記非イオン性フッ素系界面活性剤は、エチレンオキサイドの平均付加モル数が５〜５０であることが好ましく、１５〜４０であることがより好ましい。このような化合物の具体例としては、例えば、市販品では、（株）ネオス製の「フタージエントＦＴＸ−２４０Ｇ」、「フタージエントＦＴＸ−２３０Ｇ」、「フタージエントＦＴＸ−２１８Ｇ」、「フタージエントＦＴＸ−２４０Ｄ」、「フタージエントＦＴＸ−２２２Ｄ」、「フタージエントＦＴＸ−２１６Ｄ」等が挙げられる。

前記特定の非イオン性フッ素系界面活性剤は、分子量が１５００〜６０００であることが好ましく、より好ましくは２０００〜５０００であるのがよい。分子量が１５００未満であると、分子内のフッ素含有量が上がるため、フラックス成分に対する相溶性が低下し、ペースト形状が保てなくなるおそれがあり、一方、６０００を超えると、分子内のエチレンオキサイド付加モル数が多くなるため、親水性が高くなり、ペーストの吸湿による劣化が促進されるおそれがある。

フラックス中に占める前記特定の非イオン性フッ素系界面活性剤の含有量は、フラックス総量に対して０．０１〜２０重量％であることが好ましい。前記特定の非イオン性フッ素系界面活性剤が０．０１重量％未満であると、滑剤としての潤滑性が不充分になるおそれがあり、一方、２０重量％を超えると、滑り性が高くなり過ぎ、逆にローリング性など印刷時の作業性に悪影響が生じることがあるので、いずれも好ましくない。

本発明のはんだペースト組成物におけるフラックスは、滑剤として前記特定の非イオン性フッ素系界面活性剤を含有すること以外は、その組成について限定されるものではないが、通常、ベース樹脂、活性剤、チキソ剤、有機溶剤等を含有することが好ましい。

ベース樹脂としては、ロジン系、合成樹脂系を問わず従来公知の樹脂を用いることができる。例えば、ガムロジン、ＷＷロジン、重合ロジン、水添ロジンはもちろん、ロジンエステル、マレイン酸変性ロジン、アクリル樹脂、スチレンマレイン酸樹脂等が好ましく挙げられる。ベース樹脂の含有量は、特に制限されないが、例えば、フラックス総量に対して２０〜８０重量％とするのがよい。

活性剤としては、例えば、エチルアミン、プロピルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、アニリン等のハロゲン化水素酸塩、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、アジピン酸、ジフェニル酢酸等の有機カルボン酸など、従来公知のものが挙げられる。活性剤の含有量は、適宜設定すればよいが、フラックス総量に対して０．１〜２０重量％とするのがよい。

チキソ剤としては、例えば、硬化ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックス、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド等が挙げられる。チキソ剤の含有量は、特に限定されないが、フラックス総量に対して０．５〜２５重量％であるのがよい。

有機溶剤としては、例えば、テルピネオール、ヘキシレングリコール、ブチルカルビトール、ヘキシルカルビトール、ベンジルアルコール、イソパルミチルアルコール、イソステアリルアルコール、ラウリルアルコールなどのアルコール類、ジイソブチルアジペート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレートなどのエステル類、ヘキサデカン、ドデシルベンゼンなどの炭化水素類等が好ましく挙げられる。有機溶剤の含有量は、適宜設定すればよいが、フラックス総量に対して５〜８０重量％とするのがよい。

本発明のはんだペースト組成物におけるはんだ合金粉末としては、特に制限はなく、一般に用いられている錫−鉛合金、さらに銀、ビスマスまたはインジウムなどを添加した錫−鉛合金等を用いることができる。また、錫−銀系、錫−銅系、錫−銀−銅系等の鉛フリー合金を用いることもできる。なお、はんだ合金粉末の粒径は、５〜５０μｍ程度であるのがよい。

本発明のはんだペースト組成物におけるフラックスとはんだ合金粉末との重量比（フラックス：はんだ合金粉末）は、必要とされるはんだペーストの用途や機能に応じて適宜設定すればよく、特に制限されないが、５：９５〜２０：８０程度であるのがよい。

本発明のはんだペースト組成物には、前述した各成分のほかに、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じてさらに、前述した特定の非イオン性フッ素系界面活性剤以外の滑剤、酸化防止剤、防錆剤、キレート化剤等を添加してもよい。なお、これらは、フラックス含有成分としてフラック調製時に添加してもよいし、フラックスとはんだ合金粉末とを混合する際に添加するようにしてもよい。

本発明のはんだペースト組成物は、電子機器部品等をはんだ接続する際に、メタルマスクやシルクスクリーン等を用いた印刷法により基板上に塗布されることが好ましいが、これに限定されるものではなく、例えば、ディスペンサー等を用いた吐出法を採用することもできる。そして、塗布後、例えば１５０〜２００℃程度でプリヒートを行い、最高温度１７０〜２５０℃程度でリフローを行う。基板上への塗布およびリフローは、大気中で行ってもよく、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気中で行ってもよい。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１〜６および比較例１〜３）
表１に示す各成分を表１に示す配合組成で容器に仕込み、加熱溶解後、冷却し、フラックスをそれぞれ得た。なお、表１に示す各成分のうち、滑剤としては、本発明にかかる非イオン性フッ素系界面活性剤（前述した特定の非イオン性フッ素系界面活性剤）として、（株）ネオス製「フタージエントＦＴＸ−２４０Ｄ」（前記式（１）に示す構造を有する化合物４モル含有、エチレンオキサイド４０モル付加、分子量３５６０）、「フタージエントＦＴＸ−２４０Ｇ」（前記式（１）に示す構造を有する化合物３モル含有、エチレンオキサイド４０モル付加、分子量３１１０）、「フタージエントＦＴＸ−２１８Ｄ」（前記式（１）に示す構造を有する化合物４モル含有、エチレンオキサイド１８モル付加、分子量２５９２）を用い、前述した特許文献１記載のポリアミド化合物として、ステアリン酸、アジピン酸およびエチレンジアミンの反応物を用い、前述した特許文献２記載のフッ素樹脂化合物として旭硝子社製「アサヒガード」を用い、前述した特許文献２記載のフッ素系界面活性剤として住友化学社製「スミフルノンＦＰ−８１」を用いた。
次いで、得られた各フラックスと、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金（Ｓｎ：Ａｇ：Ｃｕ＝９６．５：３．０：０．５（重量比））からなるはんだ合金粉末（粒径３０〜２０μｍ）とを、フラックス：はんだ合金粉末＝１１：８９（重量比）の比率で混合して、はんだペースト組成物をそれぞれ得た。
得られた各はんだペースト組成物は以下の方法により評価した。結果を表１に示す。

＜印刷性（印刷転写率）＞
０．２５ｍｍφ、厚み１３０μｍの開口を有するＣＳＰ部品パターンを備えたメタルマスクを用いて基板にはんだペースト組成物を印刷した。印刷開始から５枚目の基板を抜き取り、基板上に転写されたはんだペースト組成物の体積をレーザースキャン方式印刷はんだ検査機により測定し、メタルマスクの開口寸法と厚みとの積で求められる理論体積に対する実測体積の割合を百分率で示した値を転写率（％）として算出した。そして、ＣＳＰ部品パターン１００個の平均転写率（％）を印刷転写率とした。

＜にじみ（連続印刷後のにじみ）＞
０．２×２．０ｍｍ、厚み１３０μｍの開口を有する０．４ｍｍピッチのＱＦＰ部品パターンを備えたメタルマスクを用いて基板にはんだペースト組成物を印刷した。印刷開始から連続印刷１０枚後の基板を抜き取り、基板上に転写されたはんだペースト組成物のにじみの有無を２０倍の実体顕微鏡で目視観察し、以下の基準で評価を行った。
○：印刷されたはんだには、パターン以外の部分へのにじみ出しが認められない。
△：印刷されたはんだに、にじみが認められるが、隣接するはんだとの短絡は認められない。
×：印刷されたはんだに、にじみが認められ、隣接するはんだとの短絡が認められる。

表１から、本発明における特定の非イオン性フッ素系界面活性剤を含有する実施例１〜６のはんだペースト組成物は、いずれも、優れた印刷転写率を達成し、しかも、連続印刷後のにじみが発生していないことがわかる。これに対し、前記特許文献１に記載のポリアミド化合物を使用した場合（比較例１）、および前記特許文献２に記載のフッ素系界面活性剤を使用した場合（比較例２）、フッ素樹脂化合物を使用した場合（比較例３）のはんだペースト組成物は、いずれも、印刷転写率が低く、にじみに関しても、本発明の実施例と比較して劣っていることがわかる。

Claims (5)

1. はんだ合金粉末とフラックスとを含有してなるはんだペースト組成物であって、前記フラックスは、滑剤として、下記式（１）に示す構造を有する化合物にエチレンオキサイドを付加させて得られる非イオン性フッ素系界面活性剤を含有する、ことを特徴とするはんだペースト組成物。
   

   
2. 前記非イオン性フッ素系界面活性剤は、分子量が１５００〜６０００である、請求項１記載のはんだペースト組成物。
3. 前記非イオン性フッ素系界面活性剤は、１分子あたり前記式（１）に示す構造を有する化合物を２〜５モル用いてなる、請求項１または２記載のはんだペースト組成物。
4. 前記非イオン性フッ素系界面活性剤は、エチレンオキサイドの平均付加モル数が５〜５０である、請求項１〜３記載のはんだペースト組成物。
5. 前記非イオン性フッ素系界面活性剤の含有量は、フラックス総量に対して０．０１〜２０重量％である、請求項１〜４記載のはんだペースト組成物。