JPH07144292A - クリームはんだ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印刷時およびリフロー時にダレがなく、印刷
性およびはんだ付け性が共に良好なクリームはんだを提
供する。 【構成】 粉末はんだと液状またはペースト状フラック
スとを混和してなるクリームはんだにおいて、該フラッ
クス中にチクソ剤として下記一般式（１）および／また
は（２）で示されるＮ−置換脂肪酸アミドを含有するク
リームはんだ。 Ｒ₁ ＣＯＮＨＲ₂ ＮＨＣＯＲ₁ ……（１） Ｒ₃ ＮＨＣＯＲ₄ ＣＯＮＨＲ₃ ……（２） （式中、Ｒ₁ は脂肪酸アルキル基、Ｒ₂ はジアミンの炭
化水素、Ｒ₃ は脂肪族アミンのアルキル基、Ｒ₄ はジカ
ルボン酸の炭化水素を表す。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてプリント配線
板に電子部品等をはんだ付けする際に用いるためのはん
だ粉末とフラックスを混和して得られるクリームはんだ
に関するものであり、特に印刷時およびリフロー時にダ
レがなく、印刷性およびはんだ付け性が共に良好なクリ
ームはんだに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クリームはんだは、近年のＳＭＴ（Ｓｕ
ｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
の著しい発展に伴って注目を浴びてきた製品で、はんだ
付け材料として現在広く普及している。クリームはんだ
は、通常７０〜９２重量％のはんだ粉末と、残りがフラ
ックス成分により構成されている。はんだ粉末は、一般
的には溶融はんだ合金を不活性雰囲気にした粉末製造装
置で噴霧法により製造されている。はんだ粉末の合金組
成としては、Ｓｎ６３−Ｐｂ３７％、Ｓｎ６２−Ａｇ２
−Ｐｂ３６％等が一般的に使用されている。このほかに
低融点クリームはんだ用として、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ系の
低融点はんだが使用されている。

【０００３】クリームはんだに用いられるフラックス
は、一般的に、ロジン、活性剤、チキソ剤、溶剤により
構成されている。ロジンは、ＷＷロジン、重合ロジン、
不均化ロジン、水添ロジン、その他各種変性ロジン等が
使用されている。活性剤は、エチルアミン、ブチルアミ
ン等にハロゲン化水素酸を反応させたアミン−ハロゲン
化水素酸塩等、チキソ剤は、カスターワックス、カルナ
バロウ等、溶剤は、アルコール系、カルビトール系、エ
ーテル系等が主に使用されている。現在、日本における
電子機器用のフラックスは、ロジン系フラックスが主流
をなしている。欧米ではＭＩＬ規格でＲＭＡグレードの
ものが、産業機器関連分野で普及している。これは塩
素、臭素化合物等の存在が、腐蝕や電気的特性の劣化要
因となる危険性を考慮しての処置と考えられる。

【０００４】一般にプリント基板と電子部品のはんだ付
けには、メタルマスクでプリント基板のはんだ付け箇所
にクリームはんだを印刷塗布してから、プリント基板に
電子部品を搭載し、適宜な加熱装置で加熱する方法が採
られている。該はんだ付けに用いるクリームはんだは、
次のような条件を満足しなければならない。 （１） 印刷時連続的に、版離れ、解像度が良いこと。
ディスペンサ用では、ニードルの目づまりがなく連続吐
出性が良いこと。 （２） 印刷後における材料特性の経時変化が少なく、
チップ搭載時の粘着力が高く、粘着性保持時間が長いこ
と。 （３） 印刷時および予備加熱で、はんだボール発生原
因となるダレ、にじみが極力少ないこと。 （４） リフロー時のぬれ性が良く、材料に起因するは
んだボール、ブリッジ、マンハッタン等のはんだ付け不
良の発生がないこと。 （５） フラックスの信頼性、洗浄性が良く、長期保存
性、安定性が良好であること。

【０００５】上記条件は、主としてフラックスによって
影響されるものであるが、はんだ付け性、印刷性、ダレ
性等は粉末はんだ、特にその形状においても影響が出て
くる。一般に粉末はんだの形状としては、球形と不定形
（多くは芋状）とがあるが、はんだ付け性、印刷性につ
いては、球形のものの方が良好な結果となる。なぜなら
ば、球形のものは引っ掛かりが少ないためメタルマスク
からの抜けが良好となり、印刷不良が少なくなると考え
られる。また、球形粉末はんだは、一般に不活性雰囲気
で作るため粉末はんだの表面の酸化が少ないので、球形
の粉末はんだを用いたクリームはんだは、濡れ性が良好
となり、酸化物や微小はんだボールの発生は少ない。こ
のように球形の粉末はんだを用いたクリームはんだは、
印刷性やはんだ付け性の面では優れているといえるが、
ダレ性の面では逆に悪い影響が出てくる。なぜならば、
球形粉末はんだを用いたクリームはんだは、印刷塗布
後、粉末はんだ同志のからみあいが少ないため、はんだ
付け時の予備加熱でフラックスの粘度が下がると、形状
保持特性が低下してダレを起こしてしまうためである。

【０００６】ところで、従来のクリームはんだのフラッ
クスは、主成分となるロジン、フラックスと粉末はんだ
の分離を防ぐチキソ剤、はんだ付け性を良好にする活性
剤、およびこれらの成分を溶解してペースト状にする溶
剤などから構成されているが、ダレ防止に効果のあるチ
クソ剤としては、従来、カスターワックス、カルナバロ
ウ等の低融点ワックスがほとんどであり、印刷時の良好
なチキソトロピー性は確保できても、リフロー時の溶融
ダレおよびフラックスの流れを防止できず、はんだボー
ル、ブリッジ、マンハッタン現象等の不良の発生を根本
的に解決することはできなかった。そのため、高密度表
面実装の分野では、印刷時およびリフロー時にダレがな
く、印刷性とはんだ付け性が共に良好なクリームはんだ
が強く望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、印刷時およ
びリフロー時にダレがなく、印刷性およびはんだ付け性
が共に良好なクリームはんだを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、クリーム
はんだのリフロー時のダレの現象について鋭意研究を重
ねた結果、クリームはんだのフラックス中のチクソ剤の
溶融温度範囲が大いに関係していることを究明した。す
なわち、フラックス中のゲルを形成するチクソ剤（水素
結合等により網状構造を形成しゲル化する）の溶融温度
が低いと、予備加熱以前にフラックスのチキソトロピー
性が減少し、ダレおよびフラックスの流出が発生し、は
んだボール等の不良が起きることを解明した。そこで、
本発明者等は、フラックス中のチクソ剤の融点に着目
し、高融点の各種の材料で実験を行ったところ、Ｎ−置
換脂肪酸アミド（ビスアミド等）がクリームはんだの印
刷性およびはんだ付け性の両方を含めて極めて良好なチ
クソ剤であることを発見し、本発明を完成するに至っ
た。

【０００９】すなわち、本発明は、粉末はんだと液状ま
たはペースト状フラックスとを混和してなるクリームは
んだにおいて、該フラックス中にチクソ剤として下記一
般式（１）および／または（２）で示されるＮ−置換脂
肪酸アミドを含有することを特徴とするクリームはんだ
である。 Ｒ₁ ＣＯＮＨＲ₂ ＮＨＣＯＲ₁ ……（１） 〔ビスアミド〕 （ただし、Ｒ₁ は脂肪酸のアルキル基、Ｒ₂ はジアミン
の炭化水素を表す。） Ｒ₃ ＮＨＣＯＲ₄ ＣＯＮＨＲ₃ ……（２） （ただし、Ｒ₃ は脂肪族アミンのアルキル基、Ｒ₄ はジ
カルボン酸の炭化水素を表す。） 以下、本発明について詳細を説明する。

【００１０】本発明におけるＮ−置換脂肪酸アミドは、
一般式（１）で示されるジアミンと脂肪酸から誘導され
るアミド（ビスアミド）と、一般式（２）で示されるジ
カルボン酸とアミンから誘導されるアミドである。

【００１１】一般式（１）のビスアミドとしては、 Ｎ，Ｎ′−エチレンビスラウリン酸アミド （約１５７） Ｎ，Ｎ′−メチレンビスステアリン酸アミド （約１４０） Ｎ，Ｎ′−エチレンビスステアリン酸アミド （約１４０） Ｎ，Ｎ′−エチレンビスオレイン酸アミド （＞１１７） Ｎ，Ｎ′−エチレンビスベヘン酸アミド （約１４０） Ｎ，Ｎ′−エチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミド （約１４０） Ｎ，Ｎ′−ブチレンビスステアリン酸アミド （約１４０） Ｎ，Ｎ′−ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド （約１４０） Ｎ，Ｎ′−ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド （約１４０） Ｎ，Ｎ′−キシリレンビスステアリン酸アミド （約１２３） 等を例示することができる。〔（ ）内は融点℃を示
す。〕 一般式（２）のＮ−置換脂肪酸アミドとしては、 Ｎ，Ｎ′−ジオレイルアジピン酸アミド （約１１９） Ｎ，Ｎ′−ジステアリルアジピン酸アミド （約１４４） Ｎ，Ｎ′−ジオレイルセバシン酸アミド （約１１５） Ｎ，Ｎ′−ジステアリルセバシン酸アミド （約１４０） Ｎ，Ｎ′−ジステアリルテレフタル酸アミド （約１６０） Ｎ，Ｎ′−ジステアリルイソフタル酸アミド （約１２９） 等を例示することができる。〔（ ）内は融点℃を示
す。〕 いずれのアミドもカスターワックス（融点約８５℃）や
カルナバロウ（融点約８３℃）等のチクソ剤よりも高融
点を示している。

【００１２】これらのＮ−置換脂肪酸アミドのクリーム
はんだのフラックス中へのチクソ剤としての好ましい添
加範囲は０．５〜４０重量％であり、０．５重量％未満
ではそのチクソ剤としてのダレ止め効果が少なくなり、
４０重量％を超えるとローリング性等印刷時の作業性に
悪影響が出てきて好ましくない。

【００１３】本発明のＮ−置換脂肪酸アミドの中でも比
較的良好なものは、 Ｎ，Ｎ′−エチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン
酸アミド Ｎ，Ｎ′−エチレンビスオレイン酸アミド Ｎ，Ｎ′−ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド Ｎ，Ｎ′−キシリレンビスステアリン酸アミド Ｎ，Ｎ′−ジオレイルアジピン酸アミド Ｎ，Ｎ′−ジオレイルセバシン酸アミド の６種であり、特に良好なものは、Ｎ，Ｎ′−エチレン
ビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミドおよびそれ
と上記他の５者いずれかとの混合物であった。（混合比
は１：０．５〜２．０の範囲が良好であった。）本発明
におけるフラックス中のチクソ剤であるＮ−置換脂肪酸
アミド以外の組成は特に限定しないが、ロジン系、非ロ
ジン系を問わず従来公知のフラックス成分が好ましく使
用できる。例えば、フラックスの基材としては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、ポリエチレングリコール等
が好ましく使用できる。

【００１４】また、溶剤としては、α−テルピネオー
ル、β−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、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、ケロシン、軽
油等の炭化水素類、リン酸トリブチル、リン酸トリクレ
ジル、リン酸トリペンチルなどのリン酸エステル類が好
ましく使用できる。

【００１５】さらに、活性剤としては、例えば、ジエチ
ルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロ
ピルアミン、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブ
チルアミン、トリブチルアミン、ヘキシルアミン、オク
チルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミ
ン、トリエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、メ
チルシクロヘキシルアミン、ジメチルシクロヘキシルア
ミン等のアミン類の塩化水素酸塩および／または臭化水
素酸塩や、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシ
ン酸等のカルボン酸系活性剤が好ましく使用できる。

【００１６】本発明におけるはんだ粉末は、球形、不定
形のいずれでもよいが、本発明の主旨からして、球形は
んだ粉末の形状に起因するダレおよびフラックスの流れ
の防止に極めて効果が高いことは言うまでもない。ま
た、はんだ合金の組成についても特に限定せず、Ｓｎ−
Ｐｂ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａ
ｇ系合金等が好ましく使用できる。本発明におけるはん
だ粉末の粒径は特に限定しないが、はんだボールやブリ
ッジが発生し易い３２５メッシュパスのはんだ粉末が特
に好ましく使用できる。本発明におけるクリームはんだ
中におけるフラックスの含有量は特に限定しないが、７
〜１５重量％が好ましい。

【００１７】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく
説明する。実施例１〜２１および比較例１〜２を表１お
よび表２に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】（１）フラックスの調製 表１および表２のフラックスの各成分を容器に仕込み、
加熱溶解後、冷却した。 （２）クリームはんだの調製 容器に３２５〜５００メッシュのＳｎ／Ｐｂ（６３重量
％／３７重量％）のはんだ粉末９１部および（１）項で
調製したフラックス９部をとり、攪拌してクリームはん
だを得た。 （３）クリームはんだの評価 次のＪＩＳ−クリームはんだ評価方法案およびＩＰＣ試
験法に準じて評価した。

【００２１】（Ａ）印刷性 クリームはんだの印刷性は、印刷されたクリームはんだ
の印刷初期および連続印刷時の転写性を評価する。印刷
評価のための標準印刷パターンを使用し、評価対象のク
リームはんだをコピー用紙上に印刷を行い、その印刷さ
れたクリームはんだの転写性を評価する。 （ｉ）装置および材料 〇 印刷機および印刷条件 ＊ スクリーン印刷機：ニューロング精密機器製 ＬＸ
−１５ＧＸ ＊ メタルマスク：０．５ｍｍピッチＱＦＰパターン
（２００μｍ厚さ） ＊ スキージ：剣スキージ、硬度８０度、平スキージ、
硬度８０度、角度６０度 ＊ スキージ速度：２０ｍｍ／ｓｅｃ ＊ 印刷圧：２ｋｇ／ｃｍ² ＊ 環境温度：温度２５±２℃、湿度６０±１０％

【００２２】（Ｂ）印刷時および加熱時でのダレ （ｉ）装置および材料 ＊ ３．０ｍｍ×０．７ｍｍまたは３．０ｍｍ×１．５
の２種類のパターン孔をもち、それを０．２ｍｍから
１．２ｍｍまで０．１ｍｍステップで配置している２種
類のパターン孔を有する厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼
板（メタルマスク） ＊ １０７ｍｍ×１３５ｍｍ×１．６ｍｍの銅積層基板 ＊ 空気循環式加熱炉 ＊ １Ｎ（規定）塩酸 ＊ イソプロピルアルコール

【００２３】（ii）測定手順 ○ 前処理 基板を１Ｎ（規定）塩酸にて酸化膜を除去する。 ○ 試験 基板上にメタルマスクを置き、適当なスキージを用いて
クリームはんだを印刷する。 ＊ 印刷直後のダレの場合 室温で１時間試験板を保管する。 ＊ 加熱時のダレの場合 空気循環式加熱炉中で、印刷された試験板を８０℃２０
分間加熱する。 （iii ）評価方法 ２種類のパターンの５列のうち、印刷されたクリームは
んだ全てが一体とならない最小間隔で評価する。

【００２４】（Ｃ）ダレ率 板厚０．３ｍｍのステンレス板に直径５ｍｍの穴
（Ｄ₁ ）を穿設した孔板で銅板にクリームはんだを印刷
塗布し、２４時間室内に放置後、１５０℃で２０秒間加
熱してダレを起こさせる。この時のクリームはんだの直
径（Ｄ₂ ）を測定し、次式によりダレ率を算出する。

【数１】

【００２５】（Ｄ）はんだボール試験 （ｉ）装置および材料 ＊ アルミナ基板（５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．８ｍｍ） ＊ メタルマスク（ＩＰＣ−ＳＰ−８１９） ＊ ホットプレート ＊ ピンセット ＊ ヘラまたはスパチュラ 空気循環式加熱装置（予備加熱用） ＊ 実体顕微鏡または拡大鏡（全景観察は倍率１０〜２
０倍、はんだボール観察は５０倍） （ii）手順 ＊ アルミナ基板にクリームはんだを印刷し試験片とす
る。試験片は各２枚用意する。 ＊ 試験片は次の条件で放置した後、加熱溶解する。 ○ 印刷後１時間以内。 ○ 印刷後５〜１０分以内に、１００±５℃の空気循環
式加熱装置内に１０±２分放置。 ＊ 温度２３５±２℃に設定されたホットプレート上に
のせ、クリームはんだが溶融してから５秒後に、試料を
水平に取り出し、凝固するまで放冷する。

【００２６】（iii ）評価方法 凝固したはんだの外観全景（はんだボールの広がり形状
など）を、１０〜２０倍の拡大鏡で観察する。さらに、
周囲のはんだボールの粒径と数を５０倍の拡大鏡を用い
て観察し、カテゴリーにより評価する。表に示すカテゴ
リーの数値について説明すると、次のとおりである。 カテゴリー１：クリームはんだが溶けると、はんだは一
つの大きな球になり、周囲にはんだボールがない。 カテゴリー２：クリームはんだが溶けると、はんだは一
つの大きな球になり、周囲に７５μｍ以下のはんだボー
ルが三つ以下ある。 カテゴリー３：クリームはんだが溶けると、はんだは一
つの大きな球になり、周囲に７５μｍ以下のはんだボー
ルが三つ以上散在するが、それらは半連続のリング上に
は並んでいない。 カテゴリー４：クリームはんだが溶けると、はんだは一
つの大きな球になり、その周囲に無数の細かい球が半連
続のリング上に並んだり、溶けて同じ大きさの球になっ
たりする。

【００２７】なお、表１および表２の成分の数値は重量
％であり、それぞれの評価は次の基準で判定した。 ◎：非常に良好 ○：良好 △：使用可能 ×：不良

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、従来公知の技術に比べ
て、印刷時およびリフロー時にダレがなく、印刷性およ
びはんだ付け性が共に良好なクリームはんだを製造でき
るので、高密度表面実装分野への貢献が大いに期待でき
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 武史 東京都江戸川区小松川２−４−１−303 (72)発明者 佐々木 保行 埼玉県大宮市南中丸32−５ 石栄コーポ１ −Ｂ (72)発明者 渡辺 克寛 栃木県小山市間々田1360−14 (72)発明者 松井 建治 埼玉県北本市西高尾８−126 (72)発明者 勝岡 律 兵庫県神戸市兵庫区御所通１−２−28 富 士通テン株式会社内 (72)発明者 鵜殿 直靖 兵庫県神戸市兵庫区御所通１−２−28 富 士通テン株式会社内 (72)発明者 加藤 清 兵庫県神戸市兵庫区御所通１−２−28 富 士通テン株式会社内 (72)発明者 滝田 澣 東京都江戸川区西瑞江３−34

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末はんだと液状またはペースト状フラ
   ックスとを混和してなるクリームはんだにおいて、該フ
   ラックス中にチクソ剤として下記一般式（１）および／
   または（２）で示されるＮ−置換脂肪酸アミドを含有す
   ることを特徴とするクリームはんだ。 Ｒ₁ ＣＯＮＨＲ₂ ＮＨＣＯＲ₁ ……（１） （ただし、Ｒ₁ は脂肪酸のアルキル基、Ｒ₂ はジアミン
   の炭化水素を表す。） Ｒ₃ ＮＨＣＯＲ₄ ＣＯＮＨＲ₃ ……（２） （ただし、Ｒ₃ は脂肪族アミンのアルキル基、Ｒ₄ はジ
   カルボン酸の炭化水素を表す。）