JPH11138292A - 無鉛ソルダペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純で少ない合金種の組み合わせにより、多
様な需要への対応と製造工程における偏析の危険を防止
し、製造者の負担を軽減すると共に、優れた特性を有す
る無鉛ソルダペーストの提供。 【解決手段】 Ａｇ−Ｉｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｉｎ、
Ｂｉ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｚｎ、Ｌ
ｉ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｚｎからなる２元系合金
粉末及びＩｎ粉末の中から、金属種が少なくとも３種と
なるように、少なくとも２種以上を混合した混合合金粉
末８０〜９５重量％と、残部フラックスとを混合してな
ることを特徴とする無鉛ソルダペースト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線基板
あるいはその他電子部品を電子機器に接合するために用
いるソルダペーストであり、鉛を含まず、リフロー温度
は鉛系よりは一般にやや高めにはなるが、接合後の強度
はほぼ同様でありこれまでのソルダペーストと同様に使
用できる無鉛ソルダペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】ソルダペーストは、エレクトロニクス産
業において電子部品を基板に表面実装するために用いら
れている。特にソルダペーストはその印刷適性、粘着性
のため、自動化に適しており近年その使用量が増大して
いる。このエレクトロニクス産業に用いられるソルダペ
ーストは、典型的には１０〜７０μｍのはんだ粉末、フ
ラックスとしてロジンまたはそれに代わる樹脂成分、活
性剤として有機酸および／またはアミンのハロゲン化水
素酸塩、印刷性向上のためのチクソトロピック剤および
溶剤その他を含むのが普通である。一般に、ソルダペー
ストはプリント基板の上にスクリーン印刷または場合に
よってはディスペンサーにより塗布される。その後部品
が搭載され、ソルダペーストがリフローされる。リフロ
ーとは部品が搭載された基板を予熱、その後ソルダペー
ストを融解温度以上に加熱し部品の接合を行う一連の操
作を言う。

【０００３】鉛系ソルダペーストの方が本来経済的であ
り、性能的にも優れているが、環境汚染をもたらす公害
性物質の排出を避けるために、あるいは廃棄コストを低
減する目的でソルダペーストも鉛を含まない無鉛ソルダ
ペーストへの転換が求められている。これまでの鉛を含
むソルダペースト、例えば融点１８３℃のＳｎ６３％−
Ｐｂ３７％の共晶合金が最も多く使用されてきたが、そ
の簡便性、低温溶融性、取り扱いやすさ、接合強度など
の要求をいかにしてこれを代替するか種々検討が行われ
ており、多くの提案がされている。また温度履歴に敏感
とされている半導体パッケージ、あるいは耐熱性が低い
とされているプリント配線基板などを、部品搭載時にリ
フローさせる温度を如何に低下させるかの問題もあり、
多種多様な要求と共に、無鉛のために多成分系の合金と
なることが避けられないが、各種の要求に応じた多種類
の組成のソルダペースト用のはんだ合金を準備すること
はコストの面だけでなく、無駄になる可能性も高いこと
から困難なことである。これを如何に少ないストック原
材料で賄うかはコスト上重要な課題である。

【０００４】無鉛はんだに最も望まれる特性はＳｎ−Ｐ
ｂ共晶合金の代替可能性である。接合材として必要な濡
れ性、接合部の機械的強度などが必要であることは当然
として、特にソルダペーストを使用する表面実装法で
は、一括リフロー法によりプリント配線基板及び全搭載
部品がはんだの融点を３０〜５０℃超える高温度に比較
的長時間暴露されるが、一般にプリント配線基板を含む
多くの電子部品は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶合金の融点を指標と
した耐熱性しか有していない現状では、ソルダペースト
用の無鉛はんだの融点をＳｎ−Ｐｂ共晶合金と同程度に
抑えることが必要となってくる。一方電子回路自体の発
熱や使用環境温度を考慮すると、電子機器としての耐熱
性のためにＳｎ−Ｐｂ共晶合金程度の融点高さも必要と
なってくる。更に経済的、資源的にも代替性を有するこ
とが必要となってくる。

【０００５】２元系合金でこれらの条件を満たすことが
困難であるため、Ｓｎを基にＡｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、
Ｚｎ等からなる３元系以上の多元系合金が種々提案され
ているがそれぞれ一長一短あり、用途に応じて多種のは
んだが必要となり、製造者の負担の増大が想定される。
またこれらの多元系合金が多元共晶組成となる可能性は
少なく、溶融範囲を有し、合金製造や粉末製造工程で偏
析発生の危険の可能性が高い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、できるだけ
単純で少ない合金種の組み合わせにより、多様な需要へ
の対応を可能とし、さらには製造工程における偏析の危
険を防止することにより製造者の負担を軽減すると共
に、多元系合金では得られない優れた特性を有する無鉛
ソルダペーストを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１） Ａｇ
−Ｉｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｃｕ−
Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｚｎ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓ
ｎ、Ｓｎ−Ｚｎからなる２元系合金粉末及びＩｎ粉末の
中から、金属種が少なくとも３種となるように、少なく
とも２種以上を混合した混合合金粉末８０〜９５重量％
と、残部フラックスとを混合してなることを特徴とする
無鉛ソルダペースト、（２） 無鉛ソルダペーストに混
合する２元系合金粉末のうち、少なくとも一種の２元系
合金粉末は共晶組成である上記（１）記載の無鉛ソルダ
ペースト、（３） 混合合金粉末が、Ａｇ−Ｓｎ共晶合
金粉末０〜９５重量％、Ｂｉ−Ｓｎ共晶合金粉末０〜５
０重量％、Ｃｕ−Ｓｎ共晶合金粉末０〜３０重量％（た
だし、これらがすべて同時に０重量％であることはな
い）、残部Ｓｎ−Ｚｎ共晶合金粉末（０重量％であると
きも含む。）である上記（１）記載の無鉛ソルダペース
ト、（４） 混合合金粉末が、Ａｇ−Ｓｎ共晶合金粉末
５〜９５重量％またはＢｉ−Ｓｎ共晶合金粉末５〜５０
重量％、残部がＳｎ−Ｚｎ共晶合金粉末である上記
（１）記載の無鉛ソルダペースト、（５） 混合合金粉
末が、Ｂｉ−Ｓｎ共晶合金粉末５〜５０重量％及びＣｕ
−Ｓｎ共晶合金粉末０〜３０重量％またはＡｇ−Ｓｎ共
晶合金粉末５〜９５重量％及びＢｉ−Ｓｎ共晶合金粉末
５〜５０重量％に対し残部Ｓｎ−Ｚｎ共晶合金粉末から
なる混合合金粉末である上記（１）記載の無鉛ソルダペ
ースト、（６） 上記（３）〜（５）のいずれかに記載
の無鉛ソルダペーストにおいて、該混合合金粉末にＭｇ
−Ｓｎ共晶合金粉末を２〜３０重量％追加混合した無鉛
ソルダペースト、及び（７） 混合合金粉末が、Ａｇ−
Ｓｎ共晶合金粉末５０〜９５重量％、残Ｂｉ−Ｓｎ共晶
合金粉末である上記（１）記載の無鉛ソルダペーストを
開発することにより上記の目的を達成した。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明においては、まず２元系合
金粉末（特に融点が低いのでＩｎのみ単独金属があ
る。）を調製しておき、無鉛ソルダペーストとする時こ
れらを目的とする無鉛ソルダペーストのはんだ金属組成
に合わせてフラックスと共に混合するものである。基礎
となる２元系合金粉末は合金組成と融点は正確にわかっ
ているので製造するのが容易であり、これらの２種以上
を混合することにより目的とする組成の混合合金粉末を
得ることができる。この際２元系合金を共晶組成として
おくことが好ましい。共晶組成であると、合金製造、粉
末製造の各工程で偏析の発生を防止でき、またそれぞれ
の２元系合金粉末の液相線温度が最も低温であり、リフ
ローに際して最も低融点のはんだ粒子から溶解が開始さ
れるため、溶融終了までの時間が遅延し、微小チップ部
品のチップ立ち現象防止に寄与できるので好ましい。な
おここで使用する２元系合金粉末の粒度は、使用の対象
物の精度、耐酸化性の金属を含んでいるかまたは含まな
いかなどにより変わるが、一般的には６０ミクロン以
下、好ましくは４５ミクロン以下のものが使用される。
粒度は細かいほど微小はんだ付け部に供給されるソルダ
ペースト中のはんだ粉末の粒子数が多くなり、確率的に
所定の混合比率の混合合金粉末を確保でき、溶融後に所
定の多元系合金はんだになる。

【０００９】無鉛ソルダペーストに使用可能な金属とし
ては、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍ
ｇからなる群から選ばれるそれぞれが異なる合金種の少
なくとも２元系合金等からなる。これらをＡｇ−Ｉｎ、
Ａｇ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｉ
ｎ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｚｎ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓｎ、Ｓｎ
−Ｚｎからなる２元系合金粉末及びＩｎ粉末から選ばれ
た少なくとも２種の金属粉末を、目的とするはんだ組成
に合わせて調合し、良く混合し混合合金粉末とするだけ
で良く、この混合合金粉末８０〜９５重量％と残部をフ
ラックスとなるように混合することにより無鉛ソルダペ
ーストが得られる。このような無鉛ソルダペースト用の
はんだ合金組成としては、目的、接合金属の種類、接合
強度などに応じて最も適切なものとすることが必要であ
るが、コスト、融点、取り扱いやすさ、及び接合強度な
どの面から共晶Ｓｎ−Ｚｎを主体とする系の混合合金組
成が多くなるものと考えられる。なお混合合金粉末にＺ
ｎが含まれる時は、Ｚｎの酸化、変質を防止し、貯蔵安
定性を増すために及び接合部の耐食性改善のためＭｇ−
Ｓｎを更に２〜３０重量％追加混合することが好まし
い。

【００１０】本発明の無鉛ソルダペーストに用いるフラ
ックスは通常のＳｂ−Ｐｂ系共晶ソルダペーストに使用
したものと同様なロジン系、合成樹脂系あるいは水溶性
高分子系などで良い。無鉛ソルダペーストの調製には混
合合金粉末にフラックス成分を混合し、ミキサーで十分
混練するだけで良く、従来のソルダペースト製造用の装
置をそのまま使用可能である。

【００１１】

【実施例】以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、以下に示す例は単なる例示であり、本発明はこれ
に限定されるものではない。 （実施例１〜１８）ロジン：４５重量部、ヘキサブロモ
ステアリン酸：２重量部、ジフェニルグアニジン臭素酸
塩：０．１重量部、脂肪酸グリセリド：８重量部、Ｌ−
アスコルビン酸：０．５重量部、プロピレングリコール
モノフェニルエーテル：４４重量からなるフラックス成
分１０重量部に各種の２元系合金等の混合合金粉末９０
重量部を混練して作成した無鉛ソルダペーストの合金粉
末の組成、混合比率及び示差熱天びんで測定した無鉛ソ
ルダペーストの溶融温度を表１に示す。合金の組成比率
は重量％である。表１中、７７％Ｂｉ−（２３％）Ｉｎ
（融点１５７℃）と１００％Ｉｎを除き他の２元系合金
はすべて共晶組成である。Ｂｉ−Ｉｎの共晶組成合金は
融点が１０６℃と低過ぎるため、取扱が困難でありこの
ため非共晶組成とした。各２元系合金等に不可避的に含
まれる不純物は無視した。

【００１２】

【表１−１】

【表１−２】

【表１−３】

【００１３】

【発明の効果】本発明は、需要者の多種多様な要求にこ
たえるためには多種類の多元系のハンダ合金種を必要と
するが、これを主として、製造容易な２元系合金等の組
み合わせにより、少数の特定の合金種を原料にして、多
種の特性を有する無鉛ソルダペーストの製造が可能とし
たものであり、製造者の負担が大幅に軽減することを可
能とした。特に共晶組成の２元系合金を用いる時は、製
造も偏析等の問題がなく容易であり、またリフロー時に
組み合わせた合金の最も低融点の合金粉末から溶解が開
始されるため溶融遅延を生じ、微小チップ部品のチップ
立ち防止に寄与する。本発明の対象とするソルダペース
トは、環境汚染の危険の大きいとされる鉛を含んでおら
ず、製造、廃棄等の際の廃水、焼却、廃棄処分等の場合
にも環境汚染が少なくて済むソルダペーストである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｇ−Ｉｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｉｎ、
   Ｂｉ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｚｎ、Ｌ
   ｉ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｚｎからなる２元系合金
   粉末及びＩｎ粉末の中から、金属種が少なくとも３種と
   なるように、少なくとも２種以上を混合した混合合金粉
   末８０〜９５重量％と、残部フラックスとを混合してな
   ることを特徴とする無鉛ソルダペースト。
2. 【請求項２】 無鉛ソルダペーストに混合する２元系合
   金粉末のうち、少なくとも一種の２元系合金粉末は共晶
   組成である請求項１記載の無鉛ソルダペースト。
3. 【請求項３】 混合合金粉末が、Ａｇ−Ｓｎ共晶合金粉
   末０〜９５重量％、Ｂｉ−Ｓｎ共晶合金粉末０〜５０重
   量％、Ｃｕ−Ｓｎ共晶合金粉末０〜３０重量％（ただ
   し、これらがすべて同時に０重量％であることはな
   い）、残部Ｓｎ−Ｚｎ共晶合金粉末（０重量％であると
   きも含む。）である請求項１記載の無鉛ソルダペース
   ト。
4. 【請求項４】 混合合金粉末が、Ａｇ−Ｓｎ共晶合金粉
   末５〜９５重量％またはＢｉ−Ｓｎ共晶合金粉末５〜５
   ０重量％、残部がＳｎ−Ｚｎ共晶合金粉末である請求項
   １記載の無鉛ソルダペースト。
5. 【請求項５】 混合合金粉末が、Ｂｉ−Ｓｎ共晶合金粉
   末５〜５０重量％及びＣｕ−Ｓｎ共晶合金粉末０〜３０
   重量％またはＡｇ−Ｓｎ共晶合金粉末５〜９５重量％及
   びＢｉ−Ｓｎ共晶合金粉末５〜５０重量％に対し残部Ｓ
   ｎ−Ｚｎ共晶合金粉末からなる混合合金粉末である請求
   項１記載の無鉛ソルダペースト。
6. 【請求項６】 請求項３〜５のいずれかに記載の無鉛ソ
   ルダペーストにおいて、該混合合金粉末にＭｇ−Ｓｎ共
   晶合金粉末を２〜３０重量％追加混合した無鉛ソルダペ
   ースト。
7. 【請求項７】 混合合金粉末が、Ａｇ−Ｓｎ共晶合金粉
   末５０〜９５重量％、残Ｂｉ−Ｓｎ共晶合金粉末である
   請求項１記載の無鉛ソルダペースト。