JPH09186449A - 低残さソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プリヒート時の低残さソルダペースト膜のだれ
性を改善し、さらに低残さ化すること。 【構成】低残さ化だれ性防止剤として１−ｐ−メンテン
−６，８−ジオールを含有させた低残さソルダペースト
組成物及びこれを用いたリフローはんだ付方法。 【効果】 上記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フラックス膜として残
留する残さの少ない、いわゆる低残さソルダペーストに
係わり、特にはんだ付ランドのピッチの狭いプリント回
路基板に有効な低残さソルダーペースト組成物及びこれ
を使用したリフローはんだ付方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器には電子部品を搭載したプリン
ト回路基板が一つの機能を有する回路を構成する部品と
して用いられているが、そのプリント回路基板に電子部
品としてコンデンサや抵抗体等を搭載するには、その回
路配線パターンの銅箔ランド、すなわちはんだ付ランド
にこれら部品をはんだ付して接続、固定している。この
ようにプリント回路基板に電子部品をはんだ付するに
は、プリント回路基板の所定の箇所に両端に電極を有す
る、いわゆるチップ型電子部品をはんだ付するはんだ付
ランドを設け、各はんだ付ランドにソルダペーストを塗
布し、チップ型電子部品をその電極がはんだ付ランドに
位置するように仮留めし、ついで加熱し、ソルダペース
ト膜のはんだ粉末を溶融してはんだ付する、いわゆるリ
フローはんだ付方法が行われており、最近ではこのリフ
ローはんだ付方法を用いることが表面実装の小型化の利
点があることから多くなっている。その小型化として
は、近年、プリント回路基板における表面実装は、電子
部品を小型化してその実装密度を高める、いわゆる高密
度化の方向にあり、微小で軽量な例えば１００５チップ
（縦１ｍｍ、横０．５ｍｍ）が多数使用されている。

【０００３】このような電子部品のリフローはんだ付を
行うために用いるソルダペーストには、一般的にははん
だ粉末、ロジン系樹脂、活性剤及び溶剤を含有するいわ
ゆるフラックスを含有する通常型のソルダペーストも用
いられているが、そのソルダーペーストは揮発分が除去
された後に残る、いわゆる残さのフラックス膜には、ロ
ジン系樹脂や活性剤を含有するいわゆるフラックス残さ
が残留し、これらがリフローはんだ付を行った後も残留
する。そのロジン系樹脂や活性剤の残留物が多いと、特
にピッチの狭いはんだ付ランド間にはこれが介在して回
路を短絡させたり、そのはんだ付ランドを腐食する等の
問題を生じる。これを回避するために、通常のソルダペ
ーストが有する４５重量％の揮発分の溶剤の量に対して
さらにその揮発分を増やし、残さ分の量を減らし、その
溶剤量を例えば５５重量％以上にした、いわゆる低残さ
ソルダペーストを用いることが特開平６−８７０９０号
公報に記載されている。その低残さソルダペーストは、
その溶剤に２，５−ジアルキル−２，５−ヘキサンジオ
ールおよび／または２，２−ジアルキル−１，３−プロ
パンジオールを５〜３０重量％含有させたものであり、
２，５−ジアルキル−２，５−ヘキサンジオールのみを
溶剤に使用することが好ましいとされているが、その利
点としては通常のフラックス用溶剤よりも極端に高粘度
であり、低残さソルダペーストをスクリーン印刷するの
に適する粘性を付与し、沸点が２４３℃で常温での蒸気
圧が低いので連続印刷が可能であり、印刷後のソルダペ
ーストの粘着力を長時間保持するので電子部品の仮留め
を容易にし、はんだ付時にはすべて蒸発してしまうので
はんだ付後には残留せず、はんだ付ランド間を短絡する
等の問題を回避することができることが挙げられてい
る。一般には、低残さソルダペーストを用いてチップ型
電子部品をリフローはんだ付する工程としては、上記の
通常のソルダペーストを用いる場合とほぼ同様であり、
その際、チップ型電子部品の両端の電極を低残さソルダ
ペースト膜に載置したときにその膜の粘着力により仮留
めできるようにすることと、その仮留めの後にリフロー
炉などの加熱装置を用いてその膜のはんだを約２３０℃
で溶融するときにその溶融時の温度分布を均一にするた
めにその溶融直前に１５０℃でプリヒートすることが行
われていることから、上記した工程及びこれらの付加し
た条件に適合した低残さソルダペーストが要求されてお
り、そのためには、低残さソルダペーストをプリント回
路基板のはんだ付ランドにメタルマスクを用いてスクリ
ーン印刷した際にその塗布膜ににじみやかすれが生じな
いこと、チップ型電子部品を仮留めする粘着力を有する
こと、その塗布膜はその印刷時のみならず上記プリヒー
ト時にも塗布膜の形が崩れず、その形を維持し、平坦化
しないこと、はんだを溶融してはんだ付を行うときに溶
融はんだが粒状に分離してはんだ付を終えたときにそれ
がボール状に残留する、いわゆるはんだボールを生じな
いこと、はんだ付後のフラックス残さは腐食性がなく、
電気絶縁性が優れ、その量も少ないことが要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−８７０９０号公報に記載された低残さソルダペ
ーストは、上述した１５０℃に加熱するプリヒート時に
おいてはその塗布膜の形が崩れ、その塗布時の当初の形
を維持できず、平坦化する、いわゆる垂れ性の問題があ
り、特に最近の高密度実装化しようとしているプリント
回路基板のピッチの狭いはんだ付ランドにおいてはその
だれ性のために隣接塗布膜が接触し、そのまま２３０℃
に温度を挙げてはんだ付を行うと、回路を短絡すること
があるという問題がある。また、同公報に記載された低
残渣ソルダペーストは、その溶剤量が６９重量％と通常
のものよりは多いが、その残さによる上述した腐食性、
電気絶縁性の問題はさらにその残さ量を減らすことによ
り改善がなされることが好ましい。

【０００５】本発明の第１の目的は、リフローはんだ付
工程のプリヒート時におけるだれ性を改善した低残さソ
ルダペースト組成物を提供することにある。本発明の第
２の目的は、従来の低残さソルダペーストよりもさらに
残さ量を減らすことができる低残さソルダペースト組成
物を提供することにある。本発明の第３の目的は、低残
さソルダペーストを用いたリフローはんだ付において回
路の短絡によるはんだ付不良や、残さによる腐食、絶縁
性の低下を減らすことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）、はんだ粉末と、ロジン系樹脂
と、活性剤と、チキソ剤と、溶剤を含有する低残渣ソル
ダペースト組成物において、リフローはんだ付工程にお
けるプリヒートにより塗膜の形状の変化が少なく、はん
だを溶融するリフローはんだ付温度において揮発性を有
し、上記溶剤に溶解してその粘度を増加させる低残さ化
だれ性防止剤を含有する低残さソルダペースト組成物を
提供するものである。また、本発明は、（２）、低残さ
化だれ性防止剤は１−ｐ−メンテン−６，８−ジオール
である上記（１）の低残さソルダペースト組成物、
（３）、１−ｐ−メンテン−６，８−ジオールを５〜２
０重量％含有する上記（２）の低残さソルダペースト組
成物、（４）、プリント回路基板のはんだ付部に対して
電子部品を上記（１）ないし（３）のいずれかの低残さ
ソルダペースト組成物を用いてリフローはんだ付するリ
フローはんだ付方法、（５）、プリント回路基板のピッ
チが狭いはんだ付部に上記（１）ないし（３）のいずれ
かの低残さソルダペースト組成物によるソルダペースト
膜を形成し、該ソルダペースト膜により該はんだ付部に
電子部品をはんだ付するリフローはんだ付方法におい
て、低残さ化だれ性防止剤はプリヒート温度において流
動化せず、はんだを溶融するリフローはんだ付温度にお
いて揮発し、残さ成分にほとんど含有されないリフロー
はんだ付方法を提供するものである。

【０００７】次に本発明を詳細に説明する。本発明にお
いては、「リフローはんだ付工程におけるプリヒートに
より塗膜の形状の変化が少なく、はんだを溶融するリフ
ローはんだ付温度において揮発性を有し、上記溶剤に溶
解してその粘度を増加させる低残さ化だれ性防止剤」と
は、「プリヒートにより塗膜の形状の変化が少なく、」
のためにはプリヒート温度より融点が低過ぎない物質を
用いることが好ましく、この点から、「リフローはんだ
付工程におけるプリヒート温度より１５〜２５℃低い融
点を有し、はんだを溶融するリフローはんだ付温度にお
いて揮発性を有し、上記溶剤に溶解してその粘度を増加
させる低残さ化だれ性防止剤」とすることもできる。融
点の点は上述しただれ性を改善し、揮発性の点は低残さ
化に寄与し、粘度を増加させる点はロジン系樹脂量を減
らし、溶剤量を多くして低残さ化に寄与するとともにメ
タルマスクを用いたスクリーン印刷性を損なわないよう
にする点で寄与するが、これらの範囲、性質からずれる
とそれぞれの性能を発揮し難い。なお、「低残さ化だれ
性防止剤」とはその主要機能からそのように表し、それ
に代わる長い表現を用いないで済むように便宜的に使用
するのものであり、他の機能を合わせもつことを妨げる
ものではなく、例えば「低残さ化だれ性防止溶剤」とす
ることもできる。このような低残さ化だれ性防止剤とし
ては、下記構造式〔化１〕で示されるＣ₁₀Ｈ₁₈Ｏ₂ の分
子量１７０．２５の１−ｐ−メンテン−６，８−ジオー
ルが挙げられる。

【０００８】

【化１】

【０００９】具体的には、１−ｐ−メンテン−６，８−
ジオールとしては商品名ソブレロール（日本テルペン化
学社製）が挙げられる。これは、無色の結晶性粉末であ
り、香料原料、香料保留剤としての用途に開発されたも
のであるが、融点は標準規格では１２９〜１３３℃、代
表的な分析値では１３０．６℃、純度（Ｇ．Ｃ（ガスク
ロマトグラフィー））は標準規格では９８％以上、代表
的な分析値では９９．８％、水分は標準規格では０．２
％以下、代表的分析値では０．０５％である。この化合
物は上記特開平６−８７０９０号公報に記載された２，
５−ジアルキル−２，５−ヘキサンジオールの融点が８
７〜８８．５℃、沸点が２１４〜２１５℃であるのに対
し、融点が約４０〜４５℃も高く、上記したリフローは
んだ付工程におけるプリヒート温度１５０℃とは１７〜
２１℃低いに過ぎず、しかもリフローはんだ付温度の２
３０℃程度で揮発することが認められている。また、通
常のソルダペーストに用いる溶剤の例えばヘキシルカル
ビトールに溶解させた場合には増粘効果があり、その増
粘分だけロジン系樹脂の含有量を減らしたり、溶剤量を
増やしても本発明の低残さソルダペーストはメタルマス
クを用いた印刷性が良く、低残さ化に寄与することがで
きる。本発明における低残さソルダペースト組成物中に
おける１−ｐ−メンテン−６，８−ジオールの含有量
は、５〜２０重量％が好ましく、これより少ないと、だ
れ性の改善効果がその範囲のものより少なく、これより
多いと粘度が高くなり易く印刷性が悪くなり易いからで
ある。溶剤としては、通常のソルダペーストに用いられ
ているものが挙げられ、例えばヘキシルカルビトール
（沸点２６０℃）、ブチルカルビトール（沸点２３０
℃）等が挙げられ、フラックス中６０〜７０重量％含有
されることが好ましい。これらから、これらの溶剤と上
記１−ｐ−メンテン−６，８−ジオール等の低残さ化だ
れ性防止剤の合計に占める後者の割合は５〜２０：７５
〜８０が好ましい。

【００１０】本発明に用いられるロジン系樹脂とはロジ
ン、その強化ロジン等の誘導体が挙げられ、これらは併
用することもできるが、具体的には例えばガムロジン、
ウッドロジン、重合ロジン、フェノール変性ロジンやこ
れらの誘導体が挙げられる。ロジン系樹脂の含有量は、
低残さソルダペースト組成物のはんだ粉末を除いた他の
成分である、いわゆるフラックス中、１０〜３０重量％
とすることができる。これより少ないと、はんだ付ラン
ドの銅面の酸化を防止してその銅面に溶融はんだを濡れ
易くする、いわゆるはんだ付性が低下し、はんだボール
が生じ易くなり、これより多くなると残さ量が多くな
る。また、活性剤としては、有機アミンのハロゲンハロ
ゲン化水素塩、有機酸、有機アミンが挙げられ、具体的
にはジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロヘキシ
ルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、アジピ
ン酸、セバチン酸、トリエタノールアミン、モノエタノ
ールアミン等が挙げられ、これらはフラックス中０．１
〜２重量％が上記した残さによる腐食性を抑制し、絶縁
抵抗を損なわない点から、さらにははんだ付性、はんだ
ボールを生じないようにする点から好ましい。また、チ
キソ剤は、低残さソルダペーストをその印刷性に適した
粘度に調整することができるように、例えば水素添加ヒ
マシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類をフラック
ス中４〜１０重量％含有させることが好ましい。また、
はんだ粉末は、通常のソルダペーストに用いられてい
る、例えばＳｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｐｂ
−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ等を挙げ
ることができ、低残渣ソルダーペースト中８８〜９２重
量％（フラックス８〜１２重量％）用いる。球形で粒径
が２５０〜４００メッシュのはんだ粉末がはんだ付ラン
ドのビッチの狭くなってきている最近のプリント回路基
板に対するリフローはんだ付用として好ましい。

【００１１】本発明の低残さソルダペーストを製造する
には、上記のはんだ粉末、ロジン系樹脂、活性剤、溶剤
及び低残渣化だれ防止剤をプラネタリーミキサー等によ
り攪拌混合する。このようにして得られた低残さソルダ
ペーストは、フラックス中の不揮発分２２〜２９重量
％、粘度は２００〜２５０Ｐ_a.S （スパイラル法、２５
℃）である。このようにして得られた低残さソルダペー
ストは、メタルマスクを用いたスクリーン印刷等により
プリント回路基板のはんだ付ランドに塗布され、エアー
リフロー（２３０℃）等によりリフローはんだ付が行わ
れるが、その際、印刷された低残さソルダペーストの塗
膜は１５０℃にプリヒートされても、その形が崩れず、
その形を維持し、平坦化せず、はんだ付ランド間が狭い
場合（そのピッチが０．３ｍｍより小さい）でも低残さ
化だれ性防止剤が比較的高融点であることにより両者が
接触するようなことがないようにできる。そしてはんだ
粉末が溶融されてはんだ付が行われた後は、低残さ化だ
れ性防止剤は揮発し去るので、フラックスの残さも少な
くなり、はんだ付ランドの腐食や絶縁性の低下等の問題
を改善することができる。なお、上記（５）において、
「はんだ付部の狭い」を「はんだ付部のピッチが０．３
ｍｍより狭い」とすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を以下の
実施例で説明する。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 実施例１ 以下の組成の低残さソルダペーストを調製する。 水添ロジン ２５．０重量部 ヘキシルカルビトール（溶剤） ６５．８重量部 １−ｐ−メンテン−６，８−ジオール ５．０重量部 （低残さ化だれ性防止剤） ジフェニルグアニジン臭素化水素酸塩（活性剤） ０．２重量部 水添ヒマシ油（チキソ剤） ４．０重量部 （以上フラックス １００重量部） はんだ粉末（Ｓｎ／Ｐｂ＝６３／３７） ９１．０重量部 上記配合物を攪拌混合し、マルコム粘度計で測定したと
ころ粘度は２００Ｐ_a.S であった。このようにして得ら
れた低残さソルダペーストをメタルマスク（０．２ｍｍ
厚さ）の上からスキージーによりプリント回路基板のは
んだ付ランド（各組一対のピッチ幅０．３ｍｍ）２０組
に印刷し、その印刷膜のかすれやにじみの有無を目視に
より調べた。その結果を表１に示す。また、この低残さ
ソルダペーストの粘着性をＪＩＳ Ｚ ３２８４の附属
書９に規定された方法で印刷直後の粘着力を測定した。
その結果を表１に示す。また、この低残さソルダペース
トの加熱時のだれ性をＪＩＳ Ｚ ３２８４の附属書８
に規定された方法で評価した。その結果を表１に示す。
また、このプリヒートに相当する実験を行った後のプリ
ント回路基板についてリフローはんだ付装置により２３
０℃に加熱して、低残さソルダペーストの印刷膜のはん
だ粉末を溶融し、はんだ付を行ない、隣接はんだ付ラン
ド間のはんだの架橋である、いわゆるはんだブリッジの
有無を目視により調べ、はんだ付ランド８０個当たりの
その発生数を調べた。その結果を表１に示す。また、は
んだ付ランド８０個についてフラックス残さ量を目視に
より調べ、後述の実施例及び比較例のものとともに残さ
の量の多いものから少ないものまで５段階評価し、最も
少ないものを１、最も多いものを５として表示した。そ
の結果を表１に示す。さらに、この低残さソルダペース
トのフラックス膜の絶縁性をＪＩＳ Ｚ ３２８４の附
属書３の条件ａに規定された方法で評価した。その結果
を表１に示す。

【００１４】実施例２ 以下の組成の低残さソルダペーストを調製する。 水添ロジン ２０．０重量部 ヘキシルカルビトール（溶剤） ５７．８重量部 １−ｐ−メンテン−６，８−ジオール ２０．０重量部 （低残さ化だれ性防止剤） ジフェニルグアニジン臭素化水素酸塩（活性剤） ０．２重量部 水添ヒマシ油（チキソ剤） ２．０重量部 （以上フラックス １００重量部） はんだ粉末（Ｓｎ／Ｐｂ＝６３／３７） ９１．０重量部 上記配合物を攪拌混合し、マルコム粘度計で測定したと
ころ粘度は２００Ｐ_a.Sであった。実施例１において、
低残さソルダペーストとして上記組成物を用いた以外は
同様にして実験を行い、実施例１と同様して調べた結果
を表１に示す。

【００１５】比較例１ 以下の組成の低残さソルダペーストを調製する。 水添ロジン ２５．０重量部 ２−メチル−２，４−ペンタンジオール（高粘度溶剤） ５３．８重量部 ２，５−ジメチル−２，５−ジメチルヘキサンジオール １５．０重量部 （溶剤） ジフェニルグアニジン臭素化水素酸塩（活性剤） ０．２重量部 水添ヒマシ油（チキソ剤） ６．０重量部 はんだ粉末（Ｓｎ／Ｐｂ＝６３／３７） ９１．０重量部 上記配合物を攪拌混合しマルコム粘度計で測定したとこ
ろ粘度は１６０Ｐ_a.Sであった。実施例１において、低
残さソルダペーストとして上記組成物を用いた以外は同
様にして実験を行い、実施例１と同様して調べた結果を
表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１の結果から、実施例１、２のものはだ
れ性が改善されており、また、実施例２のものは残さ量
が少ないにもかかわらず諸性能が損なわれておらず、比
較例１に比べて残さ量を少なくできることがわかる。こ
れらの結果から、低残さ化だれ性防止剤を用いた効果が
明らかであるが、プリヒート時にだれ性が改善されるの
は、その融点がプリヒート温度と比較的近く、高いのに
対し、比較例の高粘度溶剤はその融点がプリヒート温度
よりはかなり低く、その溶融により低残さソルダペース
ト印刷膜のだれ性が現れ易いものと考えられる。また、
低残さ化だれ性防止剤の使用によりさらに低残さ化でき
るのは、はんだ付時の高温に加熱されるまでは、溶剤と
して機能し、しかも増粘作用を有するので低残さソルダ
ペーストの印刷性に必要な粘度を付与でき、それだけロ
ジンの量を減らし、溶剤の量を増やすことができる結果
であると考えられる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、リフローはんだ付工程
のプリヒート時におけるだれ性を改善し、従来の低残さ
ソルダペーストよりもさらに残さ量を減らすことがで
き、低残さソルダペーストを用いたリフローはんだ付に
おいて回路の短絡によるはんだ付不良や、残さによる腐
食、絶縁性の低下の問題も改善することができる低残さ
ソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方法を提供
することができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだ粉末と、ロジン系樹脂と、活性剤
   と、チキソ剤と、溶剤を含有する低残さソルダペースト
   組成物において、リフローはんだ付工程におけるプリヒ
   ートにより塗膜の形状の変化が少なく、はんだを溶融す
   るリフローはんだ付温度において揮発性を有し、上記溶
   剤に溶解してその粘度を増加させる低残さ化だれ性防止
   剤を含有する低残さソルダペースト組成物。
2. 【請求項２】 低残さ化だれ性防止剤は１−ｐ−メンテ
   ン−６，８−ジオールである請求項１に記載の低残さソ
   ルダペースト組成物。
3. 【請求項３】 １−ｐ−メンテン−６，８−ジオールを
   ５〜２０重量％含有する請求項２に記載の低残さソルダ
   ペースト組成物。
4. 【請求項４】 プリント回路基板のはんだ付け部に対し
   て電子部品を請求項１ないし３のいずれかに記載の低残
   さソルダペースト組成物を用いてリフローはんだ付する
   リフローはんだ付方法。
5. 【請求項５】 プリント回路基板のピッチが狭いはんだ
   付部に請求項１ないし３のいずれかに記載の低残さソル
   ダペースト組成物によるソルダペースト膜を形成し、該
   ソルダペースト膜により該はんだ付部に電子部品をはん
   だ付するリフローはんだ付方法において、低残さ化だれ
   性防止剤はプリヒート温度において流動化せず、はんだ
   を溶融するリフローはんだ付温度において揮発し、残さ
   成分にほとんど含有されないリフローはんだ付方法。