JPH1052789A - はんだペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はプリント配線板等に集積回路素子や
電子部品を実装するに用いるはんだペーストに関し、は
んだペーストを用いたリフロー加熱方式のはんだ付け工
程時における集積回路素子や電子部品のマンハッタン現
象の抑止と、はんだ接合部の信頼性を向上し得るはんだ
ペーストを提供することを目的とする。 【解決手段】 共晶点を有する少なくとも２種類の金属
からなり、酸化処理をしていない第一のはんだ粉末と、
前記と同様の金属からなり、酸化処理を施してその酸化
量（酸化処理後のはんだ粉末の重量増加分）が０．０１
〜０．１重量％を有し、粒径が４〜３０μｍの第２のは
んだ粉末とからなるはんだペーストを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集積回路素子や電子
部品の実装に用いるはんだペーストに係り、特にリフロ
ー加熱方式のはんだ付け工程でのはんだ付け特性を改善
したはんだペーストに関するものである。

【０００２】近年、電子機器の小型化、多機能化、高性
能化への変遷が定着し、電子機器に用いられるプリント
配線板もそのような変遷に対応すべく、スルーホールの
小径化、高密度配線化、多層化が進められている。

【０００３】また、プリント配線板の表面に電子部品等
を直接的に面付けする表面実装技術（ＳＭＴ：Ｓｕｒｆ
ａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）は、従来
のスルーホール実装方式と比較して高度なレベルの技術
が要求されている。

【０００４】

【従来の技術】前記のＳＭＴ方式は、高密度な実装と、
はんだ付けによるセルフアライメントが可能となる等、
その実装上のメリットは非常に大きい。

【０００５】このＳＭＴ方式は、例えば、表面実装用基
板にはんだペーストをスクリーン印刷法等により塗布
し、その塗布面に電子部品を搭載した後、塗布したはん
だペーストを気相はんだ付け法（ＶＰＳ：Ｖａｐｏｒ
Ｐｈａｓｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）、赤外線加熱による
はんだ付け法、熱風加熱によるはんだ付け法、或いは熱
風・赤外線併用加熱によるはんだ付け法等からなるリフ
ローソルダリングによって加熱溶融させて接合部を形成
している。

【０００６】このようなリフローソルダリングでは酸化
雰囲気中でのはんだ付けは濡れ性が悪いことから、最近
では特に品質を向上させる点からも、窒素雰囲気中での
はんだ付けが行われている。

【０００７】なお、従来、使用されているはんだペース
トは、Ｓｎ：６３％, Ｐｂ：３７％の共晶合金を、アト
マイズ法（不活性雰囲気中で溶融したはんだを霧吹きの
原理で噴霧して粉末粒子を作る）により粉末状にし、そ
のはんだ粉末を活性フラックスと溶剤等に混練したもの
が多く使われている。また、このはんだ粉末の形成工程
においては、粉末化されるはんだの酸化を極力おさえる
ために窒素ガスやアルゴンガスの雰囲気中で形成してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のはんだペーストを用いたリフローソルダリング
においては、実装する小型なチップ部品が立ち上がって
しまう現象、所謂マンハッタン現象が生じるという問題
がある。この現象は、はんだのリフロー時にチップ部品
のはんだ付け部分での電極に他の部分と溶融時間差が生
じ、先に溶融している部分のはんだの表面張力によって
生じる回転モーメントにより小型なチップ部品を立ち上
がらせ、該チップ部品の一方の側の電極部は電気的接合
がなされても、他方の側の電極部は未接合となる問題で
ある。

【０００９】従って、前記リフローソルダリングにおい
て発生するマンハッタン現象を防止する手段として、ラ
ンド設計の適性化、リフロー前処理として予熱の実施、
及び必要量以上のはんだペーストを供給する等の種々の
方法を対応策として検討していたが、いずれもはんだの
溶融時間差によるマンハッタン現象を根本的に抑止する
に至っていない。

【００１０】また、このような点に関連して特開昭５８
ー２８８８９号公報及び特開昭５９ー１１２６８９号公
報には、溶融点の異なる２種類のはんだペーストを用い
ることが記述されているが、いずれの公報においても基
板の一方の面に同じ融点のはんだ粒子のみを含むはんだ
ペーストを使用しているので、これら公報に記載の方法
でもマンハッタン現象を抑止することはできない。

【００１１】本発明は上記した従来の問題点に鑑み、は
んだペースト中に含まれるはんだ粉末の組成を変えるこ
となく、溶融時に半溶融状態の過程を設けるようにして
全体の溶融に時間差をなくしてマンハッタン現象の発生
の抑止を図った新規なはんだペーストを提供することを
目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、共晶点を有する少なくとも２種類の金属
からなり、第１の酸化量を有する第１のはんだ粉末と、
前記金属からなり、第１の酸化量とは異なる第２の酸化
量を有する第２のはんだ粉末とからなるはんだペースト
を用いる。

【００１３】また、共晶点を有する少なくとも２種類の
金属からなり、酸化処理をしていない第１のはんだ粉末
と、前記金属からなり、酸化処理を施した第２のはんだ
粉末とからなるはんだペーストを用いる。

【００１４】即ち、本発明ははんだの組成を変えること
なく、酸化処理を施した第２のはんだ粉末の酸化成分を
利用して、溶融時に半凝固状態、或いは半溶融状態の過
程を作りだすことができる現象を見出してなされたもの
である。

【００１５】通常、はんだ付けに用いられるはんだペー
スト中のはんだ粉末は、図１のSn−Pb系の組成と温度と
の関係を示す２元状態図で示されるように63％Snと37％
Pbに共晶点を持ち、１８３℃で凝固、或いは溶融するも
ので、このはんだ粉末の表面が酸化していると、その溶
融点が高温側へシフトされる。

【００１６】つまり、同一組成のSn−Pb共晶はんだの酸
化成分の無いものと、有るもの２種類のはんだ粉末を混
ぜ合わせてペースト化することによって、溶融時に半凝
固状態、或いは半溶融状態の過程を作りだすことがで
き、全体の溶融における時間差の解消を容易に抑制する
ものである。

【００１７】要するに、前記はんだペーストが溶融過程
において、ある時間（数秒間程度）だけ安定した半溶融
状態を呈することから、その際にはんだの粘度が高くな
る効果（溶融時間差による溶融はんだの表面張力によっ
て生じる回転モーメントが減少する）を有し、溶融時間
差をなくすることによってはんだペースト全体を同時に
半溶融状態から一様に溶融することが可能となるので、
実装基板に取り付けるチップ部品の立ち上がり（マンハ
ッタン現象の発生）や位置ずれ等の不都合を抑止するこ
とができる。

【００１８】アトマイズ法等によるはんだ粉末の形成工
程は、窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気中で粉末化をし
ているが、それでも０．００５〜０．００６重量％の酸
化量（酸化重量増加分）を有する表面酸化は免れない。
またはんだ粉末の粒形としては、真球形が好ましいが、
少なくとも擬似球形のものが必要である。

【００１９】従って本発明の目的を達成させるために
は、酸化処理をしていない一方の第１のはんだ粉末に対
する他方の酸化処理を施した第２のはんだ粉末の酸化量
（第２のはんだ粉末の酸化処理後の重量増加分）は少な
くとも０．００９重量％以上にする必要がある。しか
し、はんだ粉末の過剰な酸化は、はんだ濡れ性の低下や
はんだボールを発生させる等の不都合を招く問題がある
ので、前記第２のはんだ粉末の酸化量を０．０１〜０．
１重量％とすることが好ましい。

【００２０】また、第２のはんだ粉末の粒径は、はんだ
ペーストを印刷法により塗布する際のペーストの抜けを
よくすることと、粒径は細かくなるほど一定体積当りの
酸化はんだ粉末の表面積が大きくなり、酸化量も増加す
ることから酸化量を容易に制御するためには第２のはん
だ粉末の粒径を４〜３０μｍにすることが好適であり、
更に、これらの粒径の範囲で、異なる粒径の第２のはん
だ粉末を種々に組合わせて混合するようにしてもよい。

【００２１】なお、酸化処理をしていない第１のはんだ
粉末と酸化処理を施した第２のはんだ粉末とを混ぜ合わ
せてペースト化したはんだペーストの他に、酸化量の異
なる第１の酸化量を有するはんだ粉末と第２の酸化量を
有するはんだ粉末とを混ぜ合わせてペースト化したはん
だペーストを用いることによっても、上述したように溶
融時に半凝固状態、或いは半溶融状態の過程を作りだす
ことができ、実装基板に取り付けるチップ部品の立ち上
がり（マンハッタン現象の発生）や位置ずれ等の不都合
を同様に抑止することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るはんだペース
トの一実施例について詳細に説明する。本実施例では、
例えば重合ロジンの４７ｇにジプロピレングリコールの
４９ｇと、プチルヒドロキシトルエンの０．５ｇと、ベ
ンゾトリアゾールの０．５ｇと、コリコン消泡剤の０．
５ｇと、マレイン酸の０．５ｇと、硬化ヒマシ油の１ｇ
と、ジエチルアミンＨＢｒの１ｇとを加えてフラックス
成分を調製する。

【００２３】そして、はんだ粉末としては、63％Snと37
％Pbの組成を有し、粒径が３５μｍの酸化処理をしてい
ない第１のはんだ粉末の４５０ｇと、第１のはんだ粉末
と同様なはんだ粉末を１００℃の熱処理により表面酸化
を施して酸化量（酸化はんだ粉末の酸化処理後の重量増
加分）を０．０１重量％程度に調整した63％Snと37％Pb
の組成を有し、その粒径が３５μｍの第２のはんだ粉末
の４５０ｇとを前記フラックス成分の１００ｇと混練し
てはんだペーストを作製した。

【００２４】このようにして作製したはんだペースト
を、例えば１００５タイプの角型チップ部品(1.0mm×0.
5mm)を５０個載置できるランド（ランド寸法が 0.6mm×
0.6mm)を有するプリント配線基板上に印刷法により塗布
してはんだパターンを形成し、そのはんだパターン上に
前記角型チップ部品の５０個を配置した後、ＶＰＳ方式
のリフロー装置を用いて前記各角型チップ部品を同時に
はんだ付けし、その後、前記５０個の角型チップ部品の
はんだ接合状態を外観検査した結果、全数にわたりマン
ハッタン現象の発生は認められず、極めて信頼性の高い
はんだ接合を得ることが確認できた。

【００２５】因に、表１に示されるように、63％Snと37
％Pbの組成を有し、粒径が３５μｍの第１はんだ粉末
（以下、はんだ粉末と呼ぶ）の４５０ｇと、１００℃で
加熱時間を変化して表面酸化処理を施して酸化量（酸化
はんだ粉末の酸化処理後の重量増加分）を０．００９重
量％に調整した63％Snと37％Pbの組成を有し、粒径が３
５μｍの第２はんだ粉末（以下、酸化はんだ粉末と呼
ぶ）の４５０ｇとを混合したはんだ粉末、同様に前記は
んだ粉末の４５０ｇと、表面酸化処理により酸化量を
０．０１重量％に調整した酸化はんだ粉末の４５０ｇと
を混合したはんだ粉末、前記はんだ粉末の４５０ｇと、
表面酸化処理により酸化量を０．０５重量％に調整した
酸化はんだ粉末の４５０ｇとを混合したはんだ粉末、前
記はんだ粉末の４５０ｇと、表面酸化処理により酸化量
を０．１重量％に調整した酸化はんだ粉末の４５０ｇと
を混合したはんだ粉末、前記はんだ粉末の４５０ｇと、
表面酸化処理により酸化量を０．１１重量％に調整した
酸化はんだ粉末の４５０ｇとを混合したはんだ粉末のそ
れぞれを、重合ロジンの４７ｇにジプロピレングリコー
ルの４９ｇと、プチルヒドロキシトルエンの０．５ｇ
と、ベンゾトリアゾールの０．５ｇと、コリコン消泡剤
の０．５ｇと、マレイン酸の０．５ｇと、硬化ヒマシ油
の１ｇと、ジエチルアミンＨＢｒの１ｇとを加えて調製
したフラックス成分の１００ｇと混練させてサンプルと
して１−１，１−２，１−３，１−４及び１−５の５種
類のはんだペーストを作製した。

【００２６】また、そのようなサンプルに加えて、従来
例と同様な63％Snと37％Pbの組成を有し、粒径が３５μ
ｍのはんだ粉末の９００ｇと、重合ロジンの４７ｇにジ
プロピレングリコールの４９ｇと、プチルヒドロキシト
ルエンの０．５ｇと、ベンゾトリアゾールの０．５ｇ
と、コリコン消泡剤の０．５ｇと、マレイン酸の０．５
ｇと、硬化ヒマシ油の１ｇと、ジエチルアミンＨＢｒの
１ｇとを加えて調製したフラックス成分の１００ｇとを
混練した比較例のはんだペーストを作製した。

【００２７】

【表１】

【００２８】次に、これらの本実施例の５種類と比較例
（従来例）のサンプルからなる各はんだペーストを、例
えば１００５タイプの角型チップ部品(1.0mm×0.5mm)を
５０個載置できるランド（ランド寸法が 0.6mm×0.6mm)
を有する６枚のプリント配線基板上にそれぞれ個別に印
刷法により塗布してはんだパターンを形成し、その各プ
リント配線基板上のはんだパターン上にそれぞれ前記角
型チップ部品の５０個を配置した。

【００２９】その後、ＶＰＳ方式のリフロー装置を用い
て前記各角型チップ部品を同時にはんだ付けし、その
後、前記した６枚のプリント配線基板上の５０個の角型
チップ部品のはんだ接合状態を外観検査した結果を表２
に示している。

【００３０】

【表２】

【００３１】この表２に示す本実施例の５種類と比較例
（従来例）のサンプルからなる各はんだペーストにより
接合した各プリント配線基板上の５０個の角型チップ部
品のはんだ接合状態を外観検査した結果から明らかなよ
うに、本実施例のサンプルの１−２〜１−４のいずれに
おいても角型チップ部品のマンハッタン現象は認められ
ず、良好なはんだ接合が得られている。

【００３２】しかし、０．００９重量％の酸化量を有す
る酸化はんだ粉末を含む１−１のサンプルと、酸化はん
だ粉末を含まない比較例（従来例）のサンプルに、平均
して１枚の試験プリント配線基板当り５０個の角型チッ
プ部品中の３０個の角型チップ部品にマンハッタン現象
による接合不良が発生している。

【００３３】また、１−５のサンプルではマンハッタン
現象は認められないが、酸化はんだ粉末の酸化量が過剰
なために、はんだ濡れ性が低下して未付着（未着）状態
やはんだボールが発生している。

【００３４】次に、本発明に係るはんだペーストの他の
実施例について詳細に説明する。本実施例では、表３に
示されるように、63％Snと37％Pbの組成を有し、粒径が
３５μｍのはんだ粉末の４５０ｇと、１００℃で加熱時
間を変化して表面酸化処理を施して酸化量（酸化はんだ
粉末の酸化処理後の重量増加分）を０．１１重量％に調
整した63％Snと37％Pbの組成を有し、粒径が３μｍの酸
化はんだ粉末の４５０ｇとを混合したはんだ粉末、同様
に前記はんだ粉末の４５０ｇと、表面酸化処理により酸
化量を０．０９重量％に調整した粒径が４μｍの酸化は
んだ粉末の４５０ｇとを混合したはんだ粉末、前記はん
だ粉末の４５０ｇと、表面酸化処理により酸化量を０．
０４重量％に調整した粒径が９μｍの酸化はんだ粉末の
４５０ｇとを混合したはんだ粉末、前記はんだ粉末の４
５０ｇと、表面酸化処理により酸化量を０．０３５重量
％に調整した粒径が１０μｍの酸化はんだ粉末の４５０
ｇとを混合したはんだ粉末、前記はんだ粉末の４５０ｇ
と、表面酸化処理により酸化量を０．０１８重量％に調
整した粒径が２０μｍの酸化はんだ粉末の４５０ｇとを
混合したはんだ粉末、前記はんだ粉末の４５０ｇと、表
面酸化処理により酸化量を０．０１重量％に調整した粒
径が３０μｍの酸化はんだ粉末の４５０ｇとを混合した
はんだ粉末、前記はんだ粉末の４５０ｇと、表面酸化処
理により酸化量を０．００９重量％に調整した粒径が３
５μｍの酸化はんだ粉末の４５０ｇとを混合したはんだ
粉末、前記はんだ粉末の４５０ｇと、表面酸化処理によ
り酸化量を０．００５重量％に調整した粒径が１００μ
ｍの酸化はんだ粉末の４５０ｇとを混合したはんだ粉末
のそれぞれを、重合ロジンの４７ｇにジプロピレングリ
コールの４９ｇと、プチルヒドロキシトルエンの０．５
ｇと、ベンゾトリアゾールの０．５ｇと、コリコン消泡
剤の０．５ｇと、マレイン酸の０．５ｇと、硬化ヒマシ
油の１ｇと、ジエチルアミンＨＢｒの１ｇとを加えて調
製したフラックス成分の１００ｇと混練させて、２−
１，２−２，２−３，２−４，２−５，２−６，２−７
及び２−８の８種類のサンプルのはんだペーストを作製
した。

【００３５】また、そのようなサンプルに加えて、従来
例と同様な63％Snと37％Pbの組成を有し、粒径が３５μ
ｍの酸化処理をしていないはんだ粉末の９００ｇと、重
合ロジンの４７ｇにジプロピレングリコールの４９ｇ
と、プチルヒドロキシトルエンの０．５ｇと、ベンゾト
リアゾールの０．５ｇと、コリコン消泡剤の０．５ｇ
と、マレイン酸の０．５ｇと、硬化ヒマシ油の１ｇと、
ジエチルアミンＨＢｒの１ｇとを加えて調製したフラッ
クス成分の１００ｇとを混練した比較例（従来例）のは
んだペーストを作製した。

【００３６】

【表３】

【００３７】そして、これらの本実施例の８種類と比較
例（従来例）のサンプルからなる各はんだペーストを、
前記実施例と同様に１００５タイプの角型チップ部品
(1.0mm×0.5mm)を５０個載置できるランド（ランド寸法
が 0.6mm×0.6mm)を有する９枚のプリント配線基板上に
それぞれ個別に印刷法により塗布してはんだパターンを
形成し、その各プリント配線基板上のはんだパターン上
にそれぞれ前記角型チップ部品の５０個を配置した。

【００３８】その後、ＶＰＳ方式のリフロー装置を用い
て前記各角型チップ部品を同時にはんだ付けし、その
後、前記した９枚のプリント配線基板上の５０個の角型
チップ部品のはんだ接合状態を外観検査した結果を表４
に示している。

【００３９】

【表４】

【００４０】この表４に示す本実施例の８種類と比較例
（従来例）のサンプルからなる各はんだペーストにより
接合した各プリント配線基板上の５０個の角型チップ部
品のはんだ接合状態を外観検査した結果から明らかなよ
うに、０．１０重量％以上の酸化量を有する粒径が３μ
ｍの酸化はんだ粉末を含むサンプルでもマンハッタン現
象は認められないが、２−１のサンプルのように酸化は
んだ粉末の酸化量が過剰になるとはんだ濡れ性が低下し
て未付着（未着）状態やはんだボールが発生している。

【００４１】また、０．００９重量％の酸化量を有する
粒径が３５μｍの酸化はんだ粉末を含む２−７のサンプ
ルと、０．００５重量％の酸化量を有する粒径が１００
μｍの酸化はんだ粉末を含む２−８のサンプル及び酸化
はんだ粉末を含まない比較例（従来例）のサンプルで
は、酸化はんだ粉末の酸化量が少ない，或いは無いよう
なはんだの溶融時に半溶融状態の過程が得られないため
か、平均して１枚の試験プリント配線基板当り５０個の
角型チップ部品中の３０個の角型チップ部品にマンハッ
タン現象による接合不良が発生している。

【００４２】しかし、０．０９重量％の酸化量を有する
粒径が４μｍの酸化はんだ粉末を含むサンプルの２−２
から０．０１重量％の酸化量を有する粒径が３０μｍの
酸化はんだ粉末を含む２−６までの本発明のサンプルの
いずれにおいても角型チップ部品のマンハッタン現象は
認められず、良好なはんだ接合が得られている。

【００４３】従って、以上の各実施例の試験結果より、
本発明のはんだペーストとしては、粒径が３５μｍ程度
の一方のはんだ粉末に対して、添加する他方の酸化はん
だ粉末の粒径は４〜３０μｍ、酸化量（酸化はんだ粉末
の酸化処理後の重量増加分）は０．０１〜０．１重量％
とすることが最適であり、プリント配線基板上へのチッ
プ部品のはんだ接合において該チップ部品のマンハッタ
ン現象が抑止され、またはんだ未接着やはんだボールの
発生等のない、信頼性の良好なはんだ接合を得ることが
可能となる。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るはんだペーストによれば、はんだペースト中に含
まれるはんだ粉末として、その組成を変えることなく、
酸化処理をしていない第１のはんだ粉末と酸化処理を施
した第２のはんだ粉末とを混合したはんだ粉末、または
酸化量の異なる第１のはんだ粉末と第２のはんだ粉末と
を混合したはんだ粉末を用いることにより、溶融時に半
溶融状態の過程を経るようにすることができるので、は
んだ全体の溶融の時間差をなくすることが可能となり、
マンハッタン現象の発生を容易に抑止することができ
る。

【００４５】従って、信頼性の高い接合部を安定して形
成することが可能となり、ファイン化される電子部品と
基板との接合にも十分に適用可能となる等、実用上優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ｓｎ−Ｐｂ系の組成と温度との関係を示す２
元状態図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共晶点を有する少なくとも２種類の金属
   からなり、第１の酸化量を有する第１のはんだ粉末と、
   前記金属からなり、第１の酸化量とは異なる第２の酸化
   量を有する第２のはんだ粉末とからなることを特徴とす
   るはんだペースト。
2. 【請求項２】 共晶点を有する少なくとも２種類の金属
   からなり、酸化処理をしていない第１のはんだ粉末と、
   前記金属からなり、酸化処理を施した第２のはんだ粉末
   とからなることを特徴とするはんだペースト。