JPH06122090A

JPH06122090A - 半田ペースト及びこれを用いた半田層の形成方法

Info

Publication number: JPH06122090A
Application number: JP29823192A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Miama; 昌弘美甘; Takuya Iida; 拓也飯田; Haruki Yokono; 春樹横野
Original assignee: Nippon Denkai Co Ltd
Current assignee: Nippon Denkai Co Ltd
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 1994-05-06

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】塗布性に優れた半田ペーストを用いプリント
配線板の導体層上に厚みの均一な半田層を形成する。【構成】粒径２５μｍ以下の粉末半田８５〜５０重量
％と液状フラックス１５〜５０重量からなる半田ペース
トをプリント配線板の導体層に塗布又は印刷し半田ペー
スト層を設ける工程、加熱、溶融し溶融半田層の形成工
程、加熱状態でスキージ処理し溶融半田層の均一化工
程、プリント配線板面に熱風吹きつけ工程、プリント配
線板冷却工程、洗浄工程、乾燥工程を順次行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント配線板の製造
工程中で、導体層上に半田層を形成するために用いる半
田ペーストと、これを用いて厚みの均一性に優れた半田
層を形成する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板には半導体素子、抵抗、
コンデンサーなどの多くの電子部品が搭載される。

【０００３】搭載にあたっては、予め接続端子やスルー
ホール、導体回路などの導体層上に半田層を形成するこ
とが行われている。従来この半田層の形成は、一般に、
エッチングにより所望する回路などを形成した後、プリ
ント配線板面の半田層を形成しない部分をソルダーレジ
スト層を被覆した上で、プリント配線板面にフラックス
の塗布、溶融半田浴への浸漬又は接触により導体層上に
溶融半田層を形成し、更にプリント配線板面に熱風を吹
きつけて溶融半田層をレベリングした後、冷却、洗浄、
乾燥するという一連の工程により行われている。

【０００４】しかし、溶融半田浴への浸漬又は接触工程
を要する上記方法には、以下のような問題点がある。浴中の溶融半田は通常２００℃を超える温度に保持さ
れている上、その表面は長時間空気に触れており酸化膜
が形成されやすい。そのため、浴中には酸化防止の薬剤
が投入されるが、定期的にその薬剤などの残渣を除去し
ないとプリント配線板は汚染され均一な半田層の被覆が
困難となる。導体層の金属（銅）が経時的に溶融半田浴中へ溶け込
み、これを除去しないと半田層の形成の信頼性が失われ
る。溶融半田を収容する容器は、プリント配線板の大きさ
（通常一辺の長さが５００ｍｍ）に十分対処できるよう
に設計されており、この容器に入れる半田量は数百キロ
グラムという重量であり、このため作業上の安全性確保
を図るために作業者が高温部へ触れないように装置面で
各種の保護機構、複雑な移送機構などが採用されてお
り、装置自体が高価である。また、特には溶融半田浴へ浸漬した後、導体層に形成された半田層
の厚みは、導体層の幅の広狭によって差異を生じやす
い。例えば導体層幅が０．２ｍｍと狭い箇所では溶融半
田層の厚みは約２０μｍ程度なのに対して、導体層幅が
２ｍｍと広い箇所では約５０〜５００μｍ程度の厚みで
被覆されることもあり、半田の消費量が大きくなるのみ
ならず、半田ブリッジの形成などの不都合も起こる。更
に次工程で熱風を吹きつけて半田層の厚みを調整する
が、その半田層の厚みは均一性に欠ける。また、この過
程で半田の錫成分と鉛成分が不均一になるという現象が
起きている。

【０００５】このように、上記の従来方法は多くの問題
点を含むものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プリ
ント配線板の製造工程中で溶融半田浴への浸漬又は接触
を行わずに半田層を形成するために好適に用いられる半
田ペーストと、これを用いる厚みの均一性に優れた半田
層の形成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】すなわち、本発明は、粒
径２５μｍ以下の粉末半田８５〜５０重量％と、液状フ
ラックス１５〜５０重量％を混練してなることを特徴と
する半田ペーストを提供するものである。

【０００８】また本発明は、（ａ）所望する導体層が形
成されているプリント配線板に、前記半田ペーストを用
いて、プリント配線板の導体層上に塗布又は印刷によっ
て半田ペースト層を設ける工程、（ｂ）プリント配線板
を加熱し半田ペースト層を溶融して、導体層上に溶融半
田層を形成する工程、（ｃ）プリント配線板を加熱状態
に保ちながら、プリント配線板面をスキージ処理するこ
とにより、導体層上の余剰の溶融半田を除去し、溶融半
田層の厚みを均一化させる工程、（ｄ）プリント配線板
を加熱状態に保ちながら、プリント配線板面に熱風を吹
きつける工程、（ｅ）プリント配線板を冷却する工程、
（ｆ）プリント配線板を洗浄し、プリント配線板に付着
した汚染物及びフラックスを除去する工程並びに（ｇ）
プリント配線板を乾燥する工程を順次行うことを特徴と
するプリント配線板の導体層上への半田層の形成方法を
提供するものである。

【０００９】本発明の半田ペーストは、粒径２５μｍ以
下の粉末半田と液状フラックスとを特定の割合で混練し
たものである。

【００１０】使用する半田は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｓ
ｂ、Ｉｎ、Ａｇなどの金属を２種以上含む合金であり、
例えばＪＩＳＺ３２８２に規定されている化学成分
からなっているものを好適に用いることができる。

【００１１】本発明においては、これら半田を噴霧法な
どによって粉末化した粉末半田が用いられる。形状は球
形のものが好ましく選択される。本発明に用いられる粉
末半田は粒径２５μｍ以下の微細な粉末半田である。粒
径が２５μｍを超える粉末半田は、液状フラックスと混
練したとき、後記するフラックス量が比較的少ない場
合、塗料のような流動性が得られないことがあり、塗り
ムラが発生する問題がある。特に好ましい粒径は２０μ
ｍ以下、０．０１μｍ以上である。

【００１２】本発明の半田ペースト中に用いられる液状
フラックスは特に限定されず、半田ペーストに通常用い
られているものを好適に用いることができる。例えば、
主に次の様な成分から構成されているものが好適に使用
される。すなわち、ロジン系液状フラックスでは、精製
ロジン、水添ロジン、重合ロジン等の樹脂成分及びアル
コール類、例えばテルピネオール、１，４−ブタンジオ
ール、メチルセロソルブ等、又はケトン類、例えばメチ
ルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイ
ソブチルケトン等の溶剤成分を必須成分とし、これに更
にポリエチレングリコール、ポリビニルブチラール、石
油樹脂等の粘度調整剤、マロン酸、コハク酸、トリエタ
ノールアミン等の活性剤などの添加剤成分を適宜配合し
たものが用いられる。また、水溶性の液状フラックスと
しては、ポリエチレングリコール、グリセリン、ポリビ
ニルアルコール等の多価アルコール成分、溶剤成分とし
ての水を必須成分とし、これに更にポリアクリル酸アミ
ド等の粘度調整剤、有機酸、有機若しくは無機ハロゲン
化塩、塩酸ジエチルアミン等の活性剤などの添加剤成分
を適宜配合したものが用いられる。中でも、水溶性の液
状フラックスが好ましく使用される。

【００１３】本発明の半田ペーストは、ロジン系液状フ
ラックス及び水溶性の液状フラックスのいずれも、上記
成分を基本組成として、適宜な量で配合、適度な粘度に
調整して使用する。

【００１４】本発明に用いられる半田ペーストは、上記
粉末半田８５〜５０重量％と上記液状フラックス１５〜
５０重量％を混練したものである。粉末半田の量が５０
重量％未満であると、後記する半田層の形成方法におい
て均一な半田層が得られなくなることがあり、また、半
田ペーストの保管中に粉末半田と液状フラックスが比重
差により分離する傾向を示すこともあって好ましくな
い。一方、粉末半田の量が８５重量％を超えると、半田
ペーストの流動性が不十分となって塗布性が悪化し、一
定厚の塗膜厚さを得ることが困難となり、好ましくな
い。

【００１５】粉末半田と液状フラックスとの好ましい配
合量は、粉末半田８０〜５０重量％及び液状フラックス
２０〜５０重量％である。

【００１６】本発明の半田ペーストは、上記粉末半田と
液状フラックスとを上記量比で混練することによって調
製される。混練の方法は特に限定されるものではなく、
通常、顔料を含む塗料を調合する際の万能撹拌機、又は
印刷インク、ソルダーレジストなどの混練に用いられる
三本ロール等によって好適に行うことができる。本発明
の半田ペーストの好ましい粘度は、通常、スパイラル法
による粘度で２０Ｐａ・ｓ以上かつ１００Ｐａ・ｓ未満
程度である（測定温度：２５℃）。通常のクリーム半田
の粘度は、同じ測定条件下で１００〜５００Ｐａ・ｓで
あり、本発明の半田ペーストはこれより低粘度である。

【００１７】本発明の半田ペーストは、特にプリント配
線基板の導体層上に半田層を形成するのに好適な材料と
して使用される。

【００１８】次にこの半田ペーストを用いてプリント配
線板の導体層上に半田層を形成する本発明の方法につい
て具体的に説明する。

【００１９】まず、プリント配線板を用意する。

【００２０】プリント配線板は、ガラス布、紙、不織布
などを基材としてエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などを
結合材とした積層板を絶縁層とし、その表面に銅箔を張
り合わせた銅張積層板を、更に導体回路を形成するため
にエッチング加工を施したものである。また、上記積層
板を何枚か重ねた多層板もあり、内外層の回路を接続す
るためスルーホールと呼ばれる導通穴を銅めっき層によ
って被覆されているものもある。この他、導体回路を無
電解銅めっきによって形成されたプリント配線板なども
ある。本発明の方法においては、これら各種のプリント
配線板を用いることができる。

【００２１】本発明の方法は、上記するプリント配線板
を用いて、その導体層（主に端子部、スルーホール部）
上に予め半田層を形成しようとするものである。この半
田層の形成は、プリント配線板表面の半田層を形成しな
い部分に予めソルダレジスト層を設けた後に行うことが
望ましい。

【００２２】前記粉末半田と液状フラックスを特定割合
で混練した半田ペーストを用いて、プリント配線板の導
体層上に半田層を形成するため、本発明の方法は以下の
工程、すなわち（ａ）〜（ｇ）を順次行う。

【００２３】（ａ）塗布又は印刷工程この工程は半田ペーストを用いてプリント配線板の導体
層上に半田ペースト層を設ける工程である。

【００２４】塗布はロールコータ、ハケ、スプレーなど
を用いて、プリント配線板の全面又は一部に均一に塗布
することが望ましい。中でもロールコータを用いると均
一な塗布を容易に行うことができ、好ましい。

【００２５】塗布される半田ペースト層の厚みは、５０
μｍ以下の塗膜とすることが好ましく、例えば導体層
（銅箔）の厚みが１８μｍ程度の場合、導体層上に１５
〜３０μｍの厚みになるように塗布量を加減することが
好ましい。半田ペースト層の特に好ましい厚みは１５〜
２５μｍである。また、スクリーンやメタルマスクを使
用して印刷することも可能であり、いずれかの方法を選
ぶことができる。塗布又は印刷の温度は常温でよいが、
加温雰囲気であってもよい。

【００２６】（ｂ）加熱工程この工程は、前記（ａ）で半田ペースト層が形成された
プリント配線板を、例えば粉末半田の融点以上に保持し
た加熱炉内で加熱することにより行われる。例えば、半
田ペースト中の粉末半田としてＪＩＳＺ３２８２に
規定されている「はんだ」Ｈ６３Ａを使用した場合、２
４５℃で３０〜６０秒加熱すると半田は溶融すると共に
フラックスの作用で導体層上に溶融半田が集合して溶融
半田層が形成される。この溶融半田が導体層（銅）と合
金を形成して半田被覆が十分に行われるに要する時間は
約１〜３秒であり、溶融後も、その間、この加熱温度を
保持することが大切である。また、同時に溶融半田層は
スルーホール部にも形成される。

【００２７】（ｃ）スキージ工程この工程は前記加熱状態を保持した中で行われる。この
工程はプリント配線板面をスキージ処理する工程であ
る。このスキージ処理とは、前記（ｂ）で導体層上に集
合した溶融半田層は半田の表面張力により表面が半円を
描くように盛り上がっており、この面をスキージにより
かきとるように平坦化させ、均一な厚みを有する溶融半
田層にさせるものである。また、スキージ処理すること
によりスルーホール部に溶融半田を押し込むようにして
スルーホール内を溶融半田で被覆せしめ、同時に余剰の
溶融半田やフラックスを除去するものでもある。スキー
ジ処理に用いるスキージの材質としてはウレタン樹脂、
エポキシ樹脂などからなっているものが好適に用いら
れ、また、先端形状は角状、半円状、鋭角状のものが適
宜使用される。

【００２８】このスキージ処理は、スキージを固定した
ままプリント配線板を移動させることにより行ってもよ
いし、プリント配線板を固定したままスキージを移動さ
せて行ってもよいし、また、スキージとプリント配線板
とを同時に移動させて行ってもよい。また、このスキー
ジ処理は、導体層上の溶融半田層の厚みが約５μｍにな
るように行うことが望ましい。

【００２９】（ｄ）熱風処理工程この工程は、前記加熱状態を保ちながら、導体層上の溶
融半田層表面の均一化や特にはスルーホール内の溶融半
田層を整面する目的で行われる。この熱風処理は、例え
ば、約２４０〜２５０℃の高温の圧縮空気（圧力：０．
２〜３．０ｋｇ／ｃｍ²）をプリント配線板の両面に、
例えば幅０．３〜１．０ｍｍのスリット状の隙間（噴射
口）を有するノズルから吹きつけるものである。この
時、プリント配線板からノズルの噴射口までの距離は、
２〜１０ｍｍとすることが好ましい。

【００３０】このように圧縮空気をノズルの噴射口から
吹きつけて熱風処理を行う場合、プリント配線板の上面
側及び下面側の両方に、プリント配線板から等距離の位
置にそれぞれ少なくとも１つの噴射口を配置し、プリン
ト配線板又はノズルを、両間の距離を一定に保ちつつ移
動させ、熱風を均一に吹きつけるようにすることが望ま
しい。

【００３１】この処理により、プリント配線板の導体層
上には更に均一な溶融した半田層が形成される。

【００３２】（ｅ）冷却工程この工程はプリント配線板を冷却する工程、すなわち、
溶融半田層を冷却し導体層上に半田層として固着させる
工程である。この冷却工程は、通常、冷風吹き付けによ
り行われる。

【００３３】（ｆ）洗浄工程プリント配線板に付着しているフラックスや汚染物など
の不要成分を純水や有機溶剤を用いて洗浄する工程であ
る。通常シャワー方式でプリント配線板面を十分洗浄し
イオン性物質などを除去する。例えば水溶性フラックス
を洗浄する場合は４０〜７０℃の温水で数回洗浄すると
よい。

【００３４】（ｇ）乾燥工程この工程は、上記洗浄工程で用いられ、プリント配線板
に付着している水や有機溶剤を除去するための工程であ
る。この工程は、通常、洗浄を終えたプリント配線板を
直ちに８０〜１００℃に保持された乾燥装置内に入れ、
約５〜１０分間乾燥することにより行われる。

【００３５】上記工程（ａ）〜（ｇ）を順次行うことに
より、プリント配線板の導体層上に厚みの均一性に優れ
た半田層が得られる。

【００３６】通常上記工程（ａ）〜（ｇ）は、水平方向
に移動可能なベルトコンベアによりプリント配線板の一
部を固定し、これを定速走行させて連続的に各工程を順
次通過させて行うプリント配線板半田層形成装置により
効果的な量産を実施することができる。

【００３７】

【実施例】

実施例１本発明の半田ペーストを用いてプリント配線板の導体層
上に半田層を形成するにあたり、まずプリント配線板を
用意した。プリント配線板は、エポキシ樹脂含浸基材の
上下面に厚み１８μｍの銅箔を積層して両面銅張積層板
とし、両面をエッチングして、導体層幅３ｍｍ（端子部
０．２ｍｍ）、ピッチ０．３ｍｍの導体回路を形成し、
更にスルーホール（径０．２ｍｍ）を形成した。

【００３８】また、両面回路を導通させるため、スルー
ホール部にはあらかじめ無電解銅めっきを施した。

【００３９】次に粉末半田と液状フラックスを次のよう
な割合で混練して半田ペーストを調製した。・粉末半田粒径２５μｍ以下（５０重量％）形状球形成分Ｓｎ６３Ｐｂ（ＪＩＳＺ３２８２、記号Ｈ６３Ａ）・液状フラックス成分ポリエチレングリコール２５重量部（５０重量％）グリセリン２５重量部塩酸ジエチルアミン５重量部蒸留水４５重量部この半田ペーストを、先に用意したプリント配線板の両
面に塗布厚みが片面で２２μｍ（塗布量＝１６７ｇ／ｍ
²）になるようにロールコータで塗布しプリント配線板
面に半田ペースト層を設けた。

【００４０】直ちに、半田を溶融させるため、加熱炉
（熱源に赤外線、保持温度：２４０〜２４５℃）の中に
プリント配線板を入れ３０秒保持させた。これにより、
導体層上に溶融半田層が集合して形成した。この層の厚
みは端子部（幅０．２ｍｍ）で約２０μｍ、導体層幅３
ｍｍのところでは約１２０μｍであった。

【００４１】次にこの加熱状態を保ち、プリント配線板
面をエポキシ樹脂スキージでスキージ処理することによ
り、余剰の溶融半田、フラックスをかきとると共に、ス
ルーホール部へも十分溶融半田を充填した。このスキー
ジ処理により導体層上の溶融半田層の厚みを４〜６μｍ
に均一化させた。

【００４２】更に加熱状態を保ちながら、幅０．５ｍｍ
の隙間を有するノズルから約２４５〜２５０℃の高温空
気を圧力２ｋｇ／ｃｍ²で、プリント配線板面から３ｍ
ｍの距離から吹きださせてプリント配線板面及びスルー
ホール部を熱風処理した。これにより上記スキージ処理
により均一厚みとなった溶融半田層の表面を更に整面す
ると同時に、スルーホール部内の余剰半田による目詰ま
りを除去させた。

【００４３】引きつづきプリント配線板を冷風により６
０℃まで冷却した後、イオン交換水でシャワーによりフ
ラックス等の不要物を除去し、１００℃に保持した乾燥
装置を通過させて１００℃、１分間の乾燥を行い、プリ
ント配線板の導体層上に半田層を形成した。この半田層
の厚みをマイクロメータで測定したところ端子部、回路
部いずれも４〜６μｍの均一な半田層が形成されてい
た。またスルーホール内の半田目詰まりは認められなか
った。

【００４４】実施例２実施例１と同様のプリント配線板に実施例１と同様の半
田ペーストを用いて、半田ペースト層の厚みを４０μｍ
に設けたこと以外は実施例１と同様の工程で導体層上に
半田層を形成した。この結果は実施例１と同様であっ
た。

【００４５】実施例３実施例１と同様のプリント配線板に対し、粉末半田量を
７５重量％、液状フラックスを２５重量％に変えた半田
ペーストを用いた以外は実施例１と同様の工程を行い、
導体層上に半田層を形成した。この結果は実施例１と同
様であった。

【００４６】実施例４実施例１と同様のプリント配線板に対し、液状フラック
ス成分がグリセリン６０重量部、塩酸ジエチルアミン５
重量部、蒸留水３５重量部からなる以外実施例３と同様
の組成の半田ペーストを用い、半田ペースト層の厚みを
１５μｍに設けたこと以外は実施例１と同様の工程で導
体層上に半田層を形成した。この結果は実施例１と同様
であった。

【００４７】比較例１実施例１と同様のプリント配線板に実施例１と同様の液
状フラックスを塗布（塗布量２５ｇ／ｍ²）し、指触に
より若干粘着性の残る程度の乾燥（温度１００℃５分
間）を施した後、実施例１と同様の粉末半田を溶融した
半田浴に浸漬して導体層上に溶融半田層を設けた。その
後は、実施例１のスキージ工程を省いたこと以外は実施
例１と同様にして熱風処理、冷却、洗浄、乾燥を施して
プリント配線板の導体層上に半田層を形成した。

【００４８】この結果を実施例と同様に調べたところ、
溶融半田層形成時点での溶融半田層の厚みは端子部（幅
０．２ｍｍ）では約２５μｍ、導体層幅３ｍｍのところ
では約２００〜２７０μｍであった。また、半田層の厚
みは４〜１０μｍでありバラツキが認められた他、スル
ーホール内に半田の目づまりも一部認められた。

【００４９】比較例２実施例１と同様のプリント配線板に、粒径が３２〜７４
μｍの粉末半田を用いた以外は実施例１の半田ペースト
と同様の組成の半田ペーストを用い、実施例１と同様に
ロールコータで塗布したところ、塗りムラの発生が著し
く、また、半田ペーストは時間の経過と共に半田ペース
ト中の粉末半田と液状フラックスが分離し、塗布を中断
せざるを得なくなった。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半田ペーストは、特定する粒型の粉末半田を特定する
比率で液状フラックスと混練したことにより、流動性に
優れていることから塗布性が良好であり、プリント配線
板の導体層上に半田層を形成する材料として好適である
ことが判った。また、粒径２５μｍ以下の微細粉末半田
を例えば電子部品を搭載するためのクリーム半田に用い
た場合、半田ボール不良の発生を招きやすいこともあっ
て、従来その使用にあたっては制限されるものであっ
た。しかし、本発明により、このような微細粉末半田も
半田ペーストに活用可能であることが実証され、粉末半
田製造原価低減の効果は大きい。

【００５１】一方、本発明の半田ペーストを用いて半田
層を形成する方法においては、従来の溶融半田浴へのプ
リント配線板の浸漬又は接触工程を含まないため、その
結果半田浴中の酸化物やフラックス残渣などが半田層の
中に蓄積したり、あるいはそれらによって半田層などが
汚染されたりすることがなく、信頼性の高い良好な半田
層の形成が保証される。

【００５２】フレキシブルプリント配線板の様に厚さの
薄いものに半田層を形成する場合にも、溶融半田浴を通
さないので処理が容易である。

【００５３】また、本発明の方法の塗布工程において、
本発明の半田ペーストの塗布をロールコータ法で行った
場合には、プリント配線板の導体層の面積や、導体パタ
ーン形状などによって必要に応じた適正な厚みの半田ペ
ースト層を自在に形成することが可能となる。

【００５４】更に、スキージ工程を設けてあることから
熱処理後の半田層は極めて精度の高い厚みで形成されう
ることなど、多くの効果が挙げられる。従って本発明
は、近年益々プリント配線板へ実装する電子部品の小型
化、高性能化、ファイン化などが進む中で、高密度実装
へ対応し得る技術として、その工業的価値は大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒径２５μｍ以下の粉末半田８５〜５０
重量％と、液状フラックス１５〜５０重量％を混練して
なることを特徴とする半田ペースト。
【請求項２】（ａ）所望する導体層が形成されている
プリント配線板に、粒径２５μｍ以下の粉末半田８５〜
５０重量％と、液状フラックス１５〜５０重量％を混練
してなる半田ペーストを用いて、プリント配線板の導体
層上に塗布又は印刷によって半田ペースト層を設ける工
程、（ｂ）プリント配線板を加熱し、半田ペースト層を
溶融して、導体層上に溶融半田層を形成する工程、
（ｃ）プリント配線板を加熱状態に保ちながら、プリン
ト配線板面をスキージ処理することにより導体層上の余
剰の溶融半田を除去すると共に、溶融半田層の厚みを均
一化させる工程、（ｄ）プリント配線板を加熱状態に保
ちながら、プリント配線板面に熱風を吹きつける工程、
（ｅ）プリント配線板を冷却する工程、（ｆ）プリント
配線板を洗浄し、プリント配線板に付着した汚染物及び
フラックスを除去する工程並びに（ｇ）プリント配線板
を乾燥する工程を順次行うことを特徴とするプリント配
線板の導体層上への半田層の形成方法。