JPH067993A - パリレンを被覆したハンダ粉末 - Google Patents

パリレンを被覆したハンダ粉末

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JPH067993A
JPH067993A JP5054590A JP5459093A JPH067993A JP H067993 A JPH067993 A JP H067993A JP 5054590 A JP5054590 A JP 5054590A JP 5459093 A JP5459093 A JP 5459093A JP H067993 A JPH067993 A JP H067993A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化及びハンダペースト中に含有されるフラ
ックスとの反応に対する高い抵抗性を有するパリレン被
覆ハンダ粉末を提供する。 【構成】 ハンダ粒子に、パリレンを、被覆ハンダ粉末
の総重量を基にしてパリレン約０．５重量％未満の量で
しかもハンダ粒子の酸化を抑制するのに有効な量で被覆
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、保護被膜で被覆したハンダ粉
末に関する。より具体的に言えば、本発明は、ハンダの
リフロー特性を実質上抑制せずにハンダ粉末の酸化及び
ハンダペーストにおけるハンダ粉末とフラックスとの反
応を抑制するためにパリレンを被覆したハンダ粉末に関
する。
【０００２】
【発明の背景】エレクトロニクス産業において、抵抗
器、コンデンサ、インダクタ、トランジスタ、集積回
路、チップキャリア等の如き電気部品は、典型的には、
２つの方法にうちの１つで回路板に取り付けされる。１
つの方法では、部品は回路板の片面に取り付けされそし
て部品からのリード線は回路板を貫通して伸びて板の反
対側の面で回路にハンダ付けされる。他の方法では、部
品は、回路と同じ側で取り付けられそしてハンダ付けさ
れ、即ち表面搭載される。
【０００３】ハンダペーストは、通常、電気部品を回路
板に表面搭載ハンダ付けするのに使用される。ハンダペ
ーストは、回路板の所定の領域に適用することができし
かも容易にオートメーション化に適応することができる
ので有用である。その粘着特性は、ハンダ付けによる永
久結合を形成する前に追加的な接着剤を必要とせずに電
気部品を所定の位置に保持する能力を提供する。
【０００４】ハンダペーストは、典型的には、ハンダ粉
末、ロジンの如き樹脂質成分、有機酸又はアミンの如き
活性剤、チキソトロープ剤及び溶剤を含む。ハンダペー
ストは、典型的には、スクリーンプリント、計量分配、
転写等によって回路板に被覆される。しかる後、電気部
品が回路板上に置かれ、そしてハンダペーストがリフロ
ーされる。用語「リフロー」を本明細書で使用するとき
には、それは、ハンダを溶解させるのに十分なだけ加熱
しそしてハンダを固化させるのに十分なだけ冷却させる
ことを意味する。
【０００５】ハンダペーストの使用に付随する産業界の
１つの問題は、それが短く且つ予測できない保存寿命例
えば典型的には約１ケ月から６ケ月の保存寿命を有する
場合が多いことである。保存寿命の非予測性は、ハンダ
粉末を作ったときからそれにフラックスを混合してハン
ダペーストを作るときの遅れ時間の変動（これは、ハン
ダ粉末における酸化度の変動をもたらす）によって少な
くとも一部分引き起こされる。かかる酸化粉末は未酸化
粉末と同じくリフローせず、そしてアグロメレート化し
てハンダボールを形成する傾向がある。更に、ハンダ粉
末に腐食性のフラックスを混合すると、ハンダ粉末はフ
ラックスとしばしば反応し、これによって粉末が更に酸
化されそしてフラックスの酸性度が低下する。その結
果、ハンダペーストは時間と共に効果が低くなる。その
上、ハンダ粉末とフラックスとの反応は典型的にはハン
ダペーストの粘度を実質上向上させ、これはハンダペー
ストのプリンテングを困難又は不可能にする場合があ
る。
【０００６】ハンダペーストを冷凍条件下に貯蔵するこ
とによって、ハンダ粉末とフラックスとの間の反応速度
を低下させこれによってハンダペーストの貯蔵寿命を増
大する試みがなされた。しかしながら、冷凍は、ハンダ
ペーストへの配合前におけるハンダ粉末の様々な酸化度
を補償するのに有効でない。
【０００７】また、ハンダ粉末をハンダペーストと非反
応性の物質で被覆することも提案された。例えば、１９
９１年２月１９日付け発行の米国特許第４，９９４，３
２６号の第４欄４４〜５０行目には、“使用しようとす
る被覆材は、後で記載するハンダペーストのビヒクルに
不溶性又は難溶性であり、そしてその例としては、例え
ばシリコーン油、シリコーンベース高分子量化合物、フ
ッ素化シリコーン油、フルオロシリコーン樹脂及びフッ
素化炭化水素ベース高分子量化合物を挙げることができ
る。”と記載されている。また、この特許には、ハンダ
粉末に適用される比較的多量の被覆材料も開示されてい
る。例えば、第５欄４４〜４７行目には、“被覆材とし
て炭素含有化合物を使用するときには、炭素の定量的分
析値は好ましくは３０〜７０モル％である。”と記載さ
れている。
【０００８】上記の特許に従えば、比較的多量の被覆材
料は、ハンダ粉末の酸化を抑制するのに有効かもしれな
い。しかしながら、一般には、多量の被覆材料は、ハン
ダのリフローを抑制する可能性があるバリヤーを形成す
る場合があるから望ましくない。その上、かかる多量の
被覆材料は、貧弱なリフロー特性をもたらす物理的な障
害物及び／又は不純物の原因になる可能性がある。一般
には、貧弱なリフロー特性は、ハンダボールの形成によ
って、またフラックスによる基体の不適切な湿り（これ
は、ハンダの貧弱な拡がり及び不連続的なハンダ結合の
原因になる可能性がある）によって立証される。
【０００９】加えて、上記の特許は、ハンダ粉末を被覆
する際に溶剤として使用されるフッ素化炭化水素の使用
を開示している。現在、フッ素化炭化水素は環境汚染物
とみなされており、そしてその使用は一般には望ましく
ない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題にかんが
み、ハンダのリフロー特性を実質上抑制せずに酸化を抑
制することができるハンダ粉末用の改良された被覆が望
まれる。加えて、被覆材料をハンダ粉末に適用するのに
溶剤としてのフッ素化炭化水素の使用を必要としない被
覆ハンダ粉末が望まれる。
【００１１】
【発明の概要】本発明によって、ハンダのリフロー特性
を実質上抑制せずにハンダ粉末の酸化を抑制することが
できるパリレン被覆ハンダ粉末が提供される。加えて、
本発明の被覆ハンダ粉末は、被覆材料をハンダ粉末に適
用するのに溶剤としてのフッ素化炭化水素の使用を必要
としない。
【００１２】
【発明の具体的な説明】全く驚いたことに、ここに本発
明において、パリレンは、極薄相似被覆を形成するその
能力によってハンダ粉末用の優れた被覆材料であること
が分った。パリレンは、次の構造式
【化２】 ［式中、Ｘは、典型的には水素又はハロゲンである］の
二量体から誘導されるポリ−ｐ−キシリレンの一群を記
載するのにしばしば使用される一般的な用語である。
【００１３】様々な種類のパリレンが市場で、例えば米
国コネチカット州ダンバリー所在のユニオン・カーバイ
ド・コーポレーションから入手可能である。次の構造式
は、いくつかの市場で入手可能なパリレン二量体を表わ
す。
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【００１４】パリレンＣ及びパリレンＤに関して示され
る塩素原子の特定の位置は決定的には確認されていな
い。かくして、ベンゼン環の核上に塩素原子を１個以上
配置させることができる。更に、二量体のいくつかの異
性体及びホモローグも時には存在することを理解された
い。
【００１５】パリレンの好ましい種類は、ハンダ粉末中
に用いられる特定のハンダ合金の融点よりも下で溶融す
るようなものである。通常の錫−鉛合金例えば６３重量
％の錫及び３７重量％の鉛からなる合金を使用するとき
には、パリレンＥが本発明に従って使用するのに好まし
い種類のパリレンである。と云うのは、それは、ハンダ
の融点即ち約１８０℃よりも下で溶融するからである。
当業者には、問題の特定のハンダ合金の融点に対応する
ように任意の種類のパリレン（ここに具体的に開示され
ていない種類のものを含めて）又はその組み合わせを適
切に選択することができることが理解されよう。
【００１６】本発明に従えば、パリレンは、被覆しよう
とする物品上に直接にパリレン単量体を縮合重合させる
ところの“パリレン法”として知られる蒸着法によって
ハンダ粉末に適用される。パリレン単量体は安定ではな
いので、先に例示されるようにパリレン二量体が出発材
料として使用される。パリレン法は、パリレン二量体の
気化から始まる。二量体は、反応性パリレン単量体蒸気
を形成するために約４００〜７５０℃の温度で熱分解さ
れる。その後、反応性単量体蒸気は、基体が配置されて
いる蒸着室に移送される。蒸着室内において、反応性単
量体蒸気は、基体上で縮合してパリレン重合体又は共重
合体被膜を形成する。小さい物品例えばハンダ粉末を被
覆するには、蒸着室内に取り付けられた回転型タンブラ
ーに物品を置くのが好ましい。
【００１７】蒸着室内で縮合しない単量体蒸気は、その
後に、一般には極低温に維持されるコールドトラップに
よって除去される。
【００１８】パリレン法全体は、一般には、密閉系にお
いて一定の負圧下に実施される。かかる密閉系には、そ
のプロセスの（ａ）気化、（ｂ）熱分解及び（ｃ）蒸着
の各工程のための別個の室を組み込むことができる。か
かる室は、適当な配管接続によって連結される。
【００１９】パリレン法及びこの方法を実施するための
装置に関する具体的な詳細は、当業者によって知られて
いる。
【００２０】本発明に従って使用されるハンダの特定の
種類は厳密なものではない。典型的には、ハンダは、次
の金属即ち錫、鉛、銀、ビスマス、インジウム、アンチ
モン及びカドミウムのうちの少なくとも２種からなる。
錫−鉛ハンダ合金は、通常、錫約５０〜７０重量％及び
鉛約３０〜５０重量％の濃度範囲で使用される。約１〜
５重量％の銀を含みそして残部が錫、鉛又はそれらの混
合物からなる錫−鉛合金及び鉛−銀合金も珍しくはな
い。
【００２１】本発明に従って使用するのに好適なハンダ
粉末は、通常の手段によって、例えばハンダを溶融噴霧
化してハンダ粉末を形成することによって製造すること
ができる。パリレンは種々の外形寸法の付形品に対応す
ることができるので、本発明に従って使用するのに無定
形及び球形の両方のハンダ粉末粒子が好適である。本発
明ではハンダ粒子の粒度は厳密なものではない。典型的
には、粒度は、１００メッシュよりも小さい。微細粉末
は、約２０〜４４ミクロンの平均粒度を有する場合が多
く、即ち、３２５メッシュスクリーンを通過する。粗大
粉末は、約３７〜７４ミクロン即ち２００〜４００メッ
シュの平均粒度を有する場合が多い。場合によっては、
ハンダ粉末の平均粒度は、約２０ミクロン未満、時には
約１０ミクロン未満又は約１ミクロン未満でさえに、即
ち約０．１〜１．０ミクロンになる。好ましくは、ハン
ダ粉末の平均粒度は、約０．１〜７４ミクロンの範囲内
である。本明細書で使用する用語「平均粒度」は、粒子
の２重量％未満が特定寸法よりも大きくそして粒子の５
重量％未満が特定寸法よりも小さいことを意味する。メ
ッシュ値は、マックグロー・ヒル・ブック・カンパニー
発行のペリー及びチルトン編「 CHEMICAL ENGINEERS HA
NDBOOK」第五版、表２１〜２２におけるU.S.Standard S
ieve Series and Tyler Equivalents に相当する。
【００２２】本発明に従えば、パリレンは、ハンダ粉末
に酸化を抑制するのに有効な量で適用される。０．００
１重量％程の少量が酸化を抑制するのに有効であること
が分った。また、かかる低い被覆レベルでは個々のハン
ダ粒子の一部分が被覆されない場合もあることが分っ
た。本発明の被覆ハンダ粉末をハンダペースト中に使用
するときには、その有効量はハンダのリフロー特性を実
質上抑制しないことが好ましい。一般には、良好なリフ
ロー特性は、リフロー時に融合しそして過剰量のハンダ
ボールを形成しないハンダによって立証される。また、
良好なリフロー特性は、ハンダの連続的な拡がり及びハ
ンダ結合の連続性を提供するのに適当な湿りの原因とな
るフラックスによっても立証される。好ましくは、パリ
レン被覆の有効量は、被覆ハンダ粉末の総重量を基にし
て約０．５重量％未満である。更に好ましくは、被覆ハ
ンダ粉末は、被覆ハンダ粉末の総重量を基にして約０．
００１〜約０．２重量％のパリレンを含有する。より更
に好ましくは、被覆ハンダ粉末は、被覆ハンダ粉末の総
重量を基にして約０．００５〜約０．０５重量％のパリ
レンそして最も好ましくは約０．００５〜約０．０２５
重量％のパリレンを含有する。
【００２３】本発明の被覆ハンダ粉末は、被覆ハンダ粉
末にフラックスを混合することによって製造することが
できるハンダペースト中に使用するのに好適である。典
型的には、フラックスは、次の成分のうちの少なくとも
１種、即ち、ガムロジン、ウッドロジン又はタル油ロジ
ンの如きロジン、二量体化樹脂、鹸化樹脂又はロジン誘
導樹脂（“エステルガム”としても知られる）の如きロ
ジンの誘導体、酸例えば脂肪酸、鉱酸又は芳香族酸の如
き活性剤、アミン例えば脂肪族アミン、アミンのハライ
ド塩、並びにアルコール、グリコール、エステル、ケト
ン、芳香族溶剤等の如き溶剤を含む。また、本発明のハ
ンダペーストは、例えば、ヒマシ油の如きレオロジー調
整剤、並びに懸濁剤即ちセルロース誘導体及びエトキシ
ル化アミンの如き増粘剤のような他の成分を含有するこ
ともできる。特定のフラックス成分及びそれらの割合の
選択は当業者に知られている。
【００２４】典型的なロジン基材フラックスは、例え
ば、グリコールエーテルの如き溶剤を約５〜２０重量
％、ヒマシ油の如きレオロジー調整剤を約１〜１５重量
％含有し、そして残部がエステル樹脂の如きロジンから
なってよい（ハンダ粉末を含めずにフラックスの総重量
を基にした百分率）。加えて、ロジン基材フラックス
は、上記の如き活性剤例えばアジピン酸をフラックスの
総重量を基にして約１〜１５重量％の濃度で含有するの
が多い。いくらかのロジン基材フラックスは、ハンダペ
ーストのリフロー後にハンダ付けしようとする部品上に
残留する約１０重量％未満の固体残留物を提供するのに
有効な量、例えば約５０重量％未満のロジンを含有する
（リフロー前のフラックスの重量を基にして）。先に記
載した如き低固体残留物を提供するフラックスは、斯界
において“ノークリーン（no-clean）”ハンダフラック
スとして知られている。
【００２５】典型的な水溶性フラックスは、例えば、約
０〜４０重量％の鹸化樹脂の如き水溶性樹脂、約５〜２
５重量％の増粘剤例えばエチルセルロース、約１〜２０
重量％の溶剤例えばポリ（エチレンオキシド）及びポリ
（エチレングリコール）溶剤、並びに約１〜１５重量％
の活性剤例えばアジピン酸及び１種以上のアルカノール
アミンを含有することができる（ハンダ粉末を含めずに
フラックスの総重量を基にした百分率）。
【００２６】被覆ハンダ粉末は、ハンダ粉末をフラック
ス中に例えば混合によって均一に分散させるようにフラ
ックスと混合されるのが好ましい。典型的には、ハンダ
粉末は、約５〜２０重量％のフラックスしばしば約１０
重量％のフラックスを含み残部が被覆ハンダ粉末である
ペーストを形成するためにフラックスと混合される。ハ
ンダ粉末をフラックスと混合してハンダペーストを形成
するための技術は、当業者によって知られている。
【００２７】ハンダペーストの粘度は、そのペーストの
プリント可能性の良好な尺度を表わす。高い粘度は、プ
リントの困難をもたらす可能性がある。典型的には、本
発明の被覆ハンダ粉末を用いて作ったハンダペーストの
粘度は、２５℃で約１．５×１０6 センチポイズ（“ｃ
ｐ”）以下である。 粘度を測定する１つの都合の良い
方法は、２５℃で５ｒｐｍのＴＦスピンドルを持つ商品
名「Brookfield ModelRVDT 」粘度計を使用することで
ある。しばしば、粘度は、約８０，０００〜約１．５×
１０6 ｃｐの範囲内である。粘度の他の共通範囲は、３
００，０００〜４００，０００ｃｐ、６００，０００〜
９００，０００ｃｐ及び１．０×１０6〜１．３×１０6
ｃｐである。
【００２８】全く驚いたことには、本発明の被覆ハンダ
粉末を用いて作ったハンダペーストは、バッチ毎にコン
システンシー基準でそれらの粘度を長時間にわたって実
質的に増加させずに即ち典型的には３０％未満の増加し
ばしば２０％未満の増加で維持することができることが
分った。これは、パリレン相似被覆の均一性によるもの
と思われる。その結果として、本発明の被覆ハンダ粉末
で作ったハンダペーストは、典型的には６か月以上しば
しば１年以上の保存寿命を有する。
【００２９】
【実施例】次の実施例は、本発明を例示する目的で提供
するものであって、本発明の特許請求の範囲を限定する
ものではない。
【００３０】例１−ハンダ粒子の被覆 蒸着室内にタンブラーを水平に取り付けた蒸着装置を使
用して、ハンダ粉末を様々な量のパリレンＥで被覆し
た。タンブラーは、約５０〜６０回／分で回転するよう
に設定された。以下の表１に記載した重量でハンダ粉末
合金（６３重量％の錫、３７重量％の鉛）をタンブラー
に置いた。蒸着室は、約１０〜１５ミリトルの圧力レベ
ルに排気された。装置の気化帯域にパリレンＥを以下の
表１に記載の重量で置き、そして約１５０℃に加熱し
た。熱分解帯域は、約６９０℃に維持された。気化帯域
への入熱は、蒸着室内の圧力を約４０〜５０ミリトルに
向上させるのに十分なレベルに維持された。この圧力レ
ベルは、パリレンＥ二量体の供給物がなくなるまで維持
された。パリレンの約５０〜８０重量％がハンダ粉末上
に付着しそして残部がタンブラーの壁に付着したこと、
即ち、被覆効率は約５０〜８０％であったと評価され
た。
【００３１】
【表１】
【００３２】例２−ハンダペーストの処方 例１に記載したものと同様な被覆ハンダ粉末にフラック
スを混合してハンダペーストを作った。ハンダペースト
の組成を以下の表２に記載する。全く驚いたことに、被
覆ハンダ粉末は、少部分のパリレン被覆材料を適用した
にもかかわらず、酸化に対する抵抗性及びペースト中の
フラックスとの反応に対する抵抗性を有する。その上、
ハンダペーストのリフロー特性は、少部分のパリレン被
覆材料の存在によって悪影響を受けない。フラックス成
分のすべては、市場で容易に入手可能である。
【００３３】
【表２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・ウィリアム・ソーワ アメリカ合衆国インディアナ州インディア ナポリス、ボウライン・コート8135

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハンダ粒子に、パリレンを、被覆ハンダ
    粉末の総重量を基にしてパリレン約０．５重量％未満の
    量でしかもハンダ粒子の酸化を抑制するのに有効な量で
    被覆してなる被覆ハンダ粉末。
  2. 【請求項２】 パリレンの有効量が、被覆ハンダ粉末の
    総重量を基にして約０．００１〜約０．２重量％である
    請求項１記載の被覆ハンダ粉末。
  3. 【請求項３】 パリレンの量が、被覆ハンダ粉末を含有
    するハンダペーストのリフロー間にハンダのリフロー特
    性を実質上抑制せずにハンダ粒子の酸化を抑制するのに
    有効である請求項１記載の被覆ハンダ粉末。
  4. 【請求項４】 パリレン被覆が、次の構造式 【化１】 を有する二量体から重合される請求項１記載の被覆ハン
    ダ粉末。
  5. 【請求項５】 ハンダ粒子が約１００メッシュ未満の平
    均粒度を有する請求項１記載の被覆ハンダ粉末。
  6. 【請求項６】 ハンダ粒子が約０．１〜７４ミクロンの
    平均粒度を有する請求項１記載の被覆ハンダ粉末。
  7. 【請求項７】 フラックスと、請求項１〜６のいずれか
    に一項記載の被覆ハンダ粉末とを含むハンダペースト。
  8. 【請求項８】 約５〜２０重量％のフラックスと、約８
    ０〜９５重量％の被覆ハンダ粉末とを含む請求項７記載
    のハンダペースト。
  9. 【請求項９】 フラックスが、ロジン、溶剤、活性剤、
    形態調整剤及びシックナーから選択される少なくとも１
    つの成分を含む請求項７記載のハンダペースト。
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