JPH09327789A - ソルダペースト - Google Patents
ソルダペーストInfo
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- JPH09327789A JPH09327789A JP8168663A JP16866396A JPH09327789A JP H09327789 A JPH09327789 A JP H09327789A JP 8168663 A JP8168663 A JP 8168663A JP 16866396 A JP16866396 A JP 16866396A JP H09327789 A JPH09327789 A JP H09327789A
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
- H05K3/3485—Applying solder paste, slurry or powder
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
金のソルダペーストが使用されるようになってきたが、
該ソルダペーストは経時変化により短期間で粘度が増加
し、プリント基板への印刷ができなくなるばかりでな
く、はんだ付け性も悪くなってしまう。 【解決手段】 Sn−Zn系合金のZnを分子量200
以下で1分子中にカルボキシル基と水酸基を1個以上有
する有機酸で分子量の小さな亜鉛塩にして、大きな分子
量の亜鉛塩を作らないようにする。また有機系化合物で
Sn−Zn系合金粉末の表面を覆うことにより活性剤か
らの侵食を防ぐ。
Description
子部品とをはんだ付けするソルダペースト、特にはんだ
合金の粉末が鉛を含まないSn−Zn系合金からなるソ
ルダペーストに関する。
付け法、浸漬法、リフロー法、等がある。鏝付け法は、
作業者が鏝と脂入り線はんだを手に持って行うため作業
性に問題があり、大量生産されるものには適してなく、
多くは他のはんだ付け方法で発生した不良箇所の修正や
熱に弱い電子部品を別途はんだ付けするときに用いられ
ている。
処理ではんだ付けできるため、非常に生産性に優れたも
のであるが、面実装部品、つまり多数のリードのある電
子部品を直接プリント基板にはんだ付けする電子部品で
は、リード間にブリッジを形成してしまうという問題が
あった。
ト状のフラックスから成るソルダペーストをスクリーン
やマスク等ではんだ付け部に印刷塗布し、該塗布部に電
子部品を搭載してからリフロー炉のような加熱装置で加
熱することによりプリント基板と電子部品とをはんだ付
けする方法である。このリフロー法は、生産性に優れて
いるばかりでなく、面実装部品でもブリッジを発生させ
にくいという他のはんだ付け方法にはない優れた特長を
有している。
はんだ合金としては、Sn−Pb合金が一般的である。
Sn−Pb合金は、共晶組成(63Sn−Pb)の溶融
温度が183℃という低いものであり、そのはんだ付け
温度は250℃以下という熱に弱い電子部品に対しては
熱損傷を与えることがない温度である。しかもSn−P
b合金は、はんだ付け性が極めて良好であるという優れ
た特長を有している。
レコーダー、コンピューター、複写機のような電子機器
は、故障したり、古くなって使い勝手が悪くなったりし
た場合は廃棄処分される。これらの電子機器は、外枠や
プリント基板がプラスチックのような合成樹脂であり、
また導体部やフレームが金属製であるため、焼却処分が
できず、ほとんどが地中に埋められている。
料の多用により、大気中に硫黄酸化物が大量に放出さ
れ、その結果、地上に降る雨は酸性雨となっている。酸
性雨は地中に埋められた電子機器のはんだを溶出させて
地下に染み込み、地下水を鉛で汚染するようになる。こ
のように鉛を含んだ地下水を長年飲用していると、人体
に鉛分が蓄積され、鉛毒を起こす虞が出てくる。このよ
うな機運から、電子機器業界では鉛を含まないはんだ、
所謂「鉛フリーはんだ合金」の出現が望まれてきてお
り、ソルダペーストにおいても同様の傾向となってきて
いる。
成分のSn−AgやSn−Sb合金はあった。Sn−A
g合金は、最も溶融温度の低い組成がSn−3.5Ag
の共晶組成で、溶融温度が221℃である。この組成の
はんだ合金のはんだ付け温度は260〜280℃という
かなり高い温度であり、この温度ではんだ付けを行うと
熱に弱い電子部品は熱損傷を受けて機能劣化や破壊等を
起こしてしまうものである。またSn−Sb合金は、最
も溶融温度の低い組成がSn−5Sbであるが、この組
成の溶融温度は、固相線温度が235℃、液相線温度が
240℃という高い温度であるため、はんだ付け温度
は、Sn−3.5Ag合金よりもさらに高い280〜3
00℃となり、やはり熱に弱い電子部品を熱損傷させて
しまうものである。
金は溶融温度が高いため、これらの合金の溶融温度を下
げる手段を講じたはんだ合金が多数提案されている。
(参照:特開平6−15476号公報、同6−3441
80号公報、同7−1178号公報、同7−40079
号公報)
んだ付け温度としては、プリント基板の加熱温度は25
0℃以下であり、この温度ではんだ付けするためには、
はんだ合金の液相線温度は210℃以下が望ましい。し
かしながら、Sn−Ag合金やSn−Sb合金の液相線
温度を210℃以下にするためにはInやBiを大量に
添加しなければならないが、Inは非常に高価であり大
量の添加は経済的に好ましいものではない。またBiは
Sn−Ag合金やSn−Sb合金の液相線温度を下げる
ためには少なくとも20重量%以上添加しなければなら
ないが、Biを20重量%以上添加するとはんだは非常
に脆くなり、はんだ付け後、はんだ付け部に少しの衝撃
を受けただけで簡単に剥離してしまうものであった。
Sb系合金よりも溶融温度の低い鉛フリーはんだ合金の
Sn−Zn系合金が注目されるようになってきた。Sn
−Zn系合金はSn−9Znの組成が共晶となり、その
溶融温度は199℃であるため、Sn−Pbの共晶はん
だに近い溶融温度である。しかしながら、Sn−9Zn
合金は濡れ性に乏しく、またはんだ付け部の接着強度が
充分でない等の問題がある。そこで、このSn−Zn系
合金の濡れ性を改良するするとともに接着強度を向上さ
せるためにBi、In、Ag、Cu、Ni等を添加した
鉛フリーはんだ合金が提案されている。(参照:特開平
6−344180号公報、同7−51883号公報、同
7−155984号公報)
リフロー法で使用可能であるが、使用上問題のあるもの
もある。たとえば鏝付け法でSn−Zn系合金を使用す
る場合、この合金を脂入り線はんだに加工しなければな
らないが、該合金は非常に硬いため、脂を線の中心に充
填したうえでの線引き加工に多大な手間がかかるため実
用化されていない。
のはんだ付け装置でSn−Zn系合金を使用すると、酸
化物が大量に発生してはんだ付けが困難となる。これは
Sn−Zn系合金が酸化しやすいためであり、窒素雰囲
気中で浸漬はんだ付けを行えば酸化の発生を防ぐことが
できる。しかしながら、窒素雰囲気のはんだ付け装置は
需要が少ないことから非常に高価であり、経済的な問題
がある。
場合は、やはり窒素雰囲気のリフロー炉を使用しなけれ
ばならないが、該リフロー炉はSn−Pb合金でも低残
渣用として多く使用されているため、Sn−Zn系合金
を使用するはんだ付け方法の中では一番実用的である。
フラックスとを混和してソルダペーストにして使用する
ものであり、使用方法はSn−Pb合金のソルダペース
トと全く同一である。つまりSn−Zn系合金のソルダ
ペーストをメタルマスクやシルクスクリーン等の上に置
き、スキージで掻いてメタルマスクやシルクスクリーン
の穴に充填し、それをプリント基板に付着させるという
印刷を行い、その後、ソルダペーストが印刷されたプリ
ント基板を窒素雰囲気リフロー炉で加熱してはんだ付け
を行うものである。
使用するフラックスは、松脂、活性剤、チキソ剤、溶剤
等から成るものであった。
あり、これを溶剤で溶解して適度な粘度にすると印刷性
が良好となり、また松脂の粘着性は電子部品を仮止めし
てプリント基板からの落下やずれを防止する。松脂中に
はアビエチン酸という活性成分が含まれていて、アビエ
ンチン酸だけでも或る程度はんだ付け性に効果があるも
のである。ソルダペーストのフラックスに使用する松脂
としては、天然ロジン、重合ロジン、不均化ロジン、水
添ロジン、マレイン酸変性ロジン等である。
去するものであり、多くはハロゲン化水素酸塩である。
ソルダペーストの活性剤としては、ジエチルアミンHC
l、トリエチルアミンHBr、ジフェニールグアニジン
HBr等である。
粉末とを均一に混和させた後、これらが分離しないよう
に維持するとともに、ソルダペーストをプリント基板に
印刷したときに印刷形状が崩れないようにするものであ
る。ソルダペーストのチキソ剤としては、硬化ヒマシ
油、油系ワックス等である。
成分を溶解して適度な粘調性あるフラックスにするため
のものである。ソルダペーストのフラックスに使用する
溶剤としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテ
ル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、2・4
ペンタジオール、α−テレピネオール等である。
Pb合金のソルダペースト用フラックスを用いてSn−
Zn系合金のソルダペーストを製造してみると、製造直
後では印刷性、はんだ付け性、等は従来のソルダペース
トとほとんど変わりはないが、しばらくたつと粘度が高
くなり、印刷性が悪くなるばかりでなく、はんだ付け性
も悪くなってしまうという所謂「経時変化」を起こして
しまうものであった。そしてさらに時間の経過ととも
に、Sn−Zn系合金のソルダペーストは粘度がさらに
高くなり全く印刷不可能な状態になってしまう。このよ
うな状態になってしまうと、たとえ溶剤を追加して粘度
を下げてから印刷しても、Sn−Zn系合金粉末は溶融
せず、はんだ付けができなくなってしまうものであっ
た。本発明は、Sn−Zn系合金の粉末を使用するにも
かかわらず経時変化の起こりにくいソルダペーストを提
供することにある。
n系合金のソルダペーストが経時変化を起こす原因につ
いて鋭意研究を重ねた結果、Sn−Zn系合金中のZn
がソルダペーストのフラックス中の酸、たとえば松脂に
含まれるアビエチン酸と結合して分子量の大きなアビエ
チン酸塩となるため、これが粘度を高くする原因とな
り、またSn−Zn系合金の表面がハロゲンのような強
い活性成分に侵されるため金属的性質を失ってはんだ付
け性が悪くなることが判明した。
Znがアビエチン酸と結合する前に分子量が小さい亜鉛
塩となるものにZnを結合させてしまえば粘度の増加が
抑えられ、またSn−Zn系合金の表面を被覆してしま
えば活性成分が反応できなくなることに着目して本発明
を完成させた。
成分のペースト状フラックスとを混和したソルダペース
トにおいて、前記フラックス中に分子量200以下であ
って1分子中にカルボキシル基と水酸基を1個以上有す
る有機酸と、シアノエチル基を有するイミダゾール化合
物またはフタル酸エステルまたソルビタン脂肪酸エステ
ルの有機系化合物が添加されていることを特徴とするソ
ルダペーストである。
と結合して分子量の小さな亜鉛塩を生成し、アビエチン
酸のようなものとの結合を防ぐことにより分子量の大き
な亜鉛塩とならないようにするものである。この有機酸
の分子量が200よりも多いものではソルダペーストの
増粘抑制効果を発揮できない。また該有機酸には1分子
中にカルボキシル基と水酸基を1個以上含有したもので
ないとZnとの反応性が遅くなり、増粘抑制が劣るよう
になる。本発明に使用してソルダペーストの増粘抑制効
果のある有機酸としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石
酸、乳酸、グリオキシル酸、グリコール酸、2・ヒドロ
キシ安息香酸、ヒドロキシフェニール酢酸、ヒドロキシ
プロピオン酸、ベンジル酸、グレコン酸、等である。
5〜5.0重量%添加する。フラックス中に有機酸の添
加量が0.05重量%よりも少ないとZnと結合して分
子量の小さな亜鉛塩の生成が少なくなり、増粘抑制効果
がない。しかるに有機酸は5重量%を越えて添加される
とはんだ付け性を悪くしてしまう。
物を添加すると、Sn−Zn系合金粉末の表面を覆っ
て、金属粉末が酸やハロゲン等から侵されるのを防ぐよ
うになる。本発明に使用する有機系化合物はシアノエチ
ル基を有するイミダゾール化合物、ソルビタン脂肪酸エ
ステル、フタル酸エステル等である。イミダゾール化合
物としては、1−シアノエチル−2ウンデシルイミダゾ
ール、1−シアノエチル−2プロプピルイミダゾール等
である。ソルビタン脂肪酸エステルとしては、ソルビタ
ンモノオレエートである。フタル酸エステルとしては、
フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチ
ル、等である。
0.2〜5.0重量%が適している。該有機化合物の添
加量が0.2重量%より少ないと、活性成分からの侵食
を抑制する効果がなく、5.0重量%よりも多く添加す
るとはんだ付け性に悪影響を及ぼすようになる。
分でZnが3〜15重量%含有され、さらに温度降下、
強度やはんだ付け性の向上のためにBi、In、Ag、
Cu、Ni、P等を添加したものである。Sn−Zn系
合金は一種類の合金でもよいが、温度や強度を重視する
と、はんだ付け性が劣り、はんだ付け性を重視すると温
度や強度に問題が出てくる。そこではんだ付け性が良好
なSn−Zn系合金粉末と、溶融合金後に所望のSn−
Zn系合金となるようなSn−Zn系合金粉末の二種類
の粉末を混合したもであってもよい。
酸と有機化合物を除いたものである。上記実施例と比較
例のソルダペーストにおいて、メタルマスクを用いての
印刷可能な時間を測定した結果、実施例は全て240時
間以上であったが、比較例のソルダペーストは72時間
で印刷が不可能となってしまった。
ーストは、酸やハロゲン等に侵されやすいZnを含むS
n−Zn系合金粉末のソルダペーストにおいて、Znを
分子量の小さな亜鉛塩にしてしまい、松脂のアビエンチ
ン酸と分子量の大きな亜鉛塩を作らないため粘度が増加
しにくい。また本発明のソルダペーストは、Sn−Zn
系合金粉末の表面が有機酸化合物で覆われていて、ハロ
ゲンのような活性成分による侵食が少ないため、長期間
にわたって金属的特性を失うことがなくリフロー時に完
全に溶解して信頼あるはんだ付け部を形成できるもので
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 Sn−Zn系合金粉末と松脂主成分のペ
ースト状フラックスとを混和したソルダペーストにおい
て、前記フラックス中に分子量200以下であって1分
子中にカルボキシル基と水酸基を1個以上有する有機酸
と、シアノエチル基を有するイミダゾール化合物または
フタル酸エステルまたはソルビタン脂肪族エステルの有
機系化合物が添加されていることを特徴とするソルダペ
ースト。
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