JPH11186712A - はんだペーストおよび接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鉛を用いないはんだペーストであって、現状と
同程度か、低い温度でのリフローによって十分な濡れ性
が得られ、はんだ特性が劣化しないはんだペーストを提
供する。 【解決手段】電子部品のはんだ付けに用いる表面実装用
はんだペーストにおいて、鉛を含まず、組成が異なり、
かつ融点の異なる２種以上の合金粉末３と４を含むこと
を特徴とするはんだペースト。従来と同程度の温度でリ
フローが可能であり、かつ十分なはんだ付け性が得られ
ると共に、はんだ特性が劣化することがなく、また、最
終組成合金の溶融温度が２１０℃程度と高いので、従来
の錫鉛共晶合金よりも高温環境下ではんだが溶けるおそ
れが少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品をプリン
ト基板等にはんだ付けする際に用いる表面実装用はんだ
ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のはんだペーストの構造を模
式的に示す断面図である。図４に示すように、はんだペ
ーストは、溶剤、ロジン、活性剤、チキソ剤等からなる
フラックス２とはんだ合金粉末１よりなっている。ま
た、はんだ合金粉末１は下記（表１）に示すように錫鉛
共晶合金を用い、図５に示すような温度プロファイルで
リフローを行うのが一般的である。

【０００３】（表１） 従来の錫鉛共晶合金の特性 組成 Ｓｎ-３７％Ｐｂ 融点 １８３℃

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は環境保護等の問題から鉛使用の規制も求められてお
り、電子部品の接合に用いられるはんだにも鉛を用いな
い鉛フリーはんだが検討されている。代替材料として
は、下記（表２）に示すような錫銀合金や錫銀銅ビスマ
ス合金等が検討されている。

【０００５】 （表２）従来の鉛を用いない合金の特性 組成 融点（℃） （１）Ｓｎ-３.５％Ａｇ ２２１ （２）Ｓｎ-３％Ａｇ-４％Ｂｉ ２１０ （３）Ｓｎ-２％Ａｇ-０.５％Ｃｕ-８％Ｂｉ １８７〜２１３ しかし、これらの合金は現状の錫鉛共晶合金と比較して
融点が高いという問題がある。例えば、（表２）の
（２）に示すＳｎ-３％Ａｇ-４％Ｂｉ合金を、図６に一
点鎖線で示すような現状と同じ２３０℃プロファイルで
リフローすると、融点が高いためはんだが溶融している
時間が短くなって部品や基板に対するはんだの濡れ性が
劣り、はんだ付け強度が劣化するという問題があった。

【０００６】また、部品に対する濡れ性を確保するため
には、はんだ付け時のリフロー温度を上げる必要があ
る。例えば図６に実線で示すように、２６０℃プロファ
イルでリフローすると十分な濡れ性が得られるが、電子
部品の中にはこのような高温度に耐えない部品もあり、
従来のようなプロセスでのはんだ付けは困難であるとい
う問題があった。

【０００７】上記の問題に対処するため、融点を下げる
ためにビスマス等が添加されるが、錫鉛共晶と同じ融点
にするためには、おおよそ３０％のビスマス添加が必要
である。しかし、大量のビスマスを添加すると、はんだ
がもろくなったり、また、１３９℃付近にすずビスマス
共晶点が現われ、特性が劣化する恐れがあった。

【０００８】また、融点を現状の錫鉛共晶よりも低くし
すぎると、低温でのリフローが可能にはなるものの、は
んだ自体の融点が低いために、製品として使用した場合
に、使用環境によって、はんだ特性が劣化し、例えばク
ラック入ったりして強度が劣化したり、高温環境下では
んだが溶けるなどの可能性もあった。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたものであり、鉛を用いないはんだペースト
であって、現状と同程度の温度か、または低い温度での
リフローによって、十分な濡れ性が得られ、かつ製品と
して使用した場合にも、はんだ特性が劣化することのな
いはんだペースト、およびそれを用いた接続方法を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明においては、特許請求の範囲に記載するように
構成している。すなわち、請求項１に記載の発明におい
ては、はんだペースト中に含まれる合金粉末を、鉛を含
まず、組成と融点の異なる２種以上の合金粉末で構成し
たものである。

【００１１】上記のように構成したことにより、リフロ
ー時に融点の低い合金から先に溶解するので、十分な濡
れ性が得られ、融点の高い合金も、その融点になるまで
に溶解を開始し、両方の金属が混合する。また、混合後
は両方が混ざった組成になるため、融点が変化し、溶融
を始めた温度になるまでに凝固が完了する。よって、リ
フロー温度が低くても十分に溶融する。また、溶融後、
組成の融点の幅が狭くなるように設計することにより、
凝固時の偏析も防止することができる。なお、偏析が生
じると、接合部に偏った組成の部分が部分的に生じ、そ
の部分の融点が低下したり、また特性が異なるので剥離
の原因となる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明においては、
請求項１に記載のはんだペーストにおいて、少なくとも
１種の合金は、その融点が従来の錫鉛共晶合金の融点よ
り低い温度であり、他の少なくとも１種の合金は、その
融点が従来の錫鉛共晶合金の融点より高い温度に設定し
たものである。このように設定することにより、前記の
ごとき所望の特性が得られる。

【００１３】また、請求項３に記載の発明においては、
請求項１に記載のはんだペーストを基板に設け、電子部
品を搭載した後、前記はんだペーストに含まれる複数の
合金のうち低い方の融点よりも低い温度から開始して高
い方の融点付近の温度まで加熱する温度プロファイルで
リフローし、電子部品と基板のランドとを電気的に接続
するように構成している。

【００１４】上記のように構成したことにより、請求項
１に記載のはんだペーストの特性を利用して、リフロー
温度が低くても十分に溶融し、かつ十分なはんだ付け性
が得られる。

【００１５】なお、本明細書において、電子部品とは、
集積回路やトランジスタ等のいわゆる電子的部品のみな
らず、コイル、コンデンサ、リレー等のいわゆる電気的
部品も含む概念である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、鉛を用いないはんだペ
ーストで、従来と同程度または低い温度でリフローが可
能であり、かつ十分なはんだ付け性が得られると共に、
はんだ特性が劣化して強度が劣化したり高温環境下では
はんだが溶けるなどという欠点を解消することが出来
る、という効果がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本実施例の
はんだペーストの構造を模式的に示す断面図である。図
１に示すように、本実施例のはんだペーストは、溶剤、
ロジン、活性剤、チキソ剤等からなるフラックス２と２
種のはんだ合金粉末３および４からなっている。

【００１８】実施例１においては、下記（表３）に示す
ように、融点の異なる２種類の組成の合金粉末（第１合
金と第２合金）を用いた。また、溶剤としては活性剤、
ロジン、チキソ剤を溶かしたフラックスを準備し、２種
類の合金粉末を（表３）の混入率に示す割合で準備し、
そこに上記フラックスを加えて混合し、はんだペースト
を得た。なお、（表３）に示すように、第１合金の融点
は従来の錫鉛共晶合金の融点よりも低い温度であり、第
２合金の融点は従来の錫鉛共晶合金の融点より高い温度
である。

【００１９】このようにして作成したはんだペーストを
基板に印刷供給し、電子部品を搭載した後、図２に示す
ようにピーク温度が２３０℃の通常のリフロープロファ
イルにてリフローした。これにより電子部品と基板のラ
ンドとを接続する。

【００２０】図２に示すように、１３９℃で第１合金
（表３参照）が溶融を開始し、その後、第１合金の溶解
によって、第２合金（表３参照）の融点以下でも、第２
合金の溶解が開始する。このように第１合金が先行して
溶解するため、濡れの開始が早く濡れ性がよくなるた
め、十分なはんだ付け強度が得られる。

【００２１】そして、合金溶融後は、（表４）に示すよ
うに両方の組成が混じった新しい組成の合金を生成す
る。この合金は融点が２１０℃のため、冷却時には２１
０℃で凝固し、また、製品として使用する場合には、２
１０℃になるまで溶融を開始しない。

【００２２】このように本実施例のはんだペーストは、
従来と同じ温度でリフローが可能であり、かつ十分なは
んだ付け性が得られると共に、はんだ特性が劣化するこ
とがなく、また、最終組成合金の溶融温度が２１０℃と
高いので、従来の錫鉛共晶合金よりも高温環境下ではん
だが溶けるおそれが少ない。

【００２３】 （表３） 実施例１（溶融前） 第１合金 第２合金 組 成 Ｓｎ-５８％Ｂｉ Ｓｎ-３.５％Ａｇ 混入率 ７％ ９３％ 融 点 １３９℃ ２２０℃ （表４） 実施例１（溶融後） 組 成 Ｓｎ-３％Ａｇ-４％Ｂｉ 融 点 ２１０℃ （実施例２）実施例２は、ペーストに混入する合金の種
類が３種の場合を示す。なお、模式断面図は省略した
が、前記図１において、合金粉末が３種類になることの
みが異なる。

【００２４】実施例２においては、下記（表５）に示す
ような融点の異なる３種類の組成の合金粉末を用いた。
なお、ペーストに混入する合金の種類は３種以上でも同
様の効果が得られる。また、（表５）に示すように、第
１合金の融点は従来の錫鉛共晶合金の融点よりも低い温
度であり、第２合金と第３合金の融点は従来の錫鉛共晶
合金の融点より高い温度である。

【００２５】（表５）の組成、混入率に従って合金粉末
を準備し、実施例１と同様な手順ではんだペーストを作
成して、基板に印刷供給し、電子部品を搭載した後、図
３に示すようにピーク温度が通常よりも低い２２０℃の
リフロープロファイルにてリフローした。

【００２６】図３に示すように、１３９℃で第１合金
（表５参照）が溶融を開始し、その後、第１合金の溶解
によって、第２、第３合金（表５参照）の融点以下で
も、第２、第３合金の溶解が開始する。このように第１
合金が先行して溶解するため濡れの開始が早く、濡れ性
がよくなるために十分なはんだ付け強度が得られる。

【００２７】そして、合金溶融後は、下記（表６）に示
すように、両方の組成が混じった新しい組成の合金を生
成する。この合金は融点が１９５〜２１４℃のため、冷
却時には１９５℃で完全に凝固し、また、製品として使
用する場合には１９５℃になるまでは溶融を開始しな
い。

【００２８】このように本実施例のはんだペーストは、
従来よりも低い温度でリフローが可能であり、かつ十分
なはんだ付け性が得られると共に、はんだ特性が劣化す
ることがなく、また、最終組成合金の溶融温度が１９５
℃〜２１４℃と高いので、従来の錫鉛共晶合金よりも高
温環境下ではんだが溶けるおそれが少ない。

【００２９】 （表５） 実施例２（溶融前） 第１合金 第２合金 第３合金 組 成 Ｓｎ-５８％Ｂｉ Ｓｎ-３.５％Ａｇ Ｓｎ-０.７％Ｃｕ 混入率 １０％ ４０％ ５０％ 融 点 １３９℃ ２２０℃ ２２７℃ （表６） 実施例２（溶融後） 組 成 Ｓｎ-６％Ｂｉ-１.５％Ａｇ-０.４％Ｃｕ 融 点 １９５〜２１４℃

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のはんだペーストの一実施の形態を示す
模式断面図。

【図２】本発明の実施例１におけるはんだペーストを用
いてリフローはんだ付けを行なう場合の温度プロファイ
ルを示す特性図。

【図３】本発明の実施例２におけるはんだペーストを用
いてリフローはんだ付けを行なう場合の温度プロファイ
ルを示す特性図。

【図４】従来のはんだペーストの構造の一例を示す模式
断面図。

【図５】従来の錫鉛共晶合金のはんだペーストを用いて
リフローはんだ付けを行なう場合の温度プロファイルを
示す特性図。

【図６】従来の鉛を用いない１種類の合金によるはんだ
ペーストを用いてリフローはんだ付けを行なう場合の温
度プロファイルを示す特性図。

【符号の説明】

１…従来の１種類の合金粉末 ２…フラックス ３…合金粉末 ４…合金粉末３とは組成と融点の異なる合金粉末

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品のはんだ付けに用いる表面実装用
   はんだペーストにおいて、鉛を含まず、組成が異なり、
   かつ融点の異なる２種以上の合金粉末を含むことを特徴
   とするはんだペースト。
2. 【請求項２】請求項１に記載のはんだペーストにおい
   て、少なくとも１種の合金は、その融点が従来の錫鉛共
   晶合金の融点より低い温度であり、他の少なくとも１種
   の合金は、その融点が従来の錫鉛共晶合金の融点より高
   い温度である、ことを特徴とするはんだペースト。
3. 【請求項３】請求項１に記載のはんだペーストを基板に
   設け、電子部品を搭載した後、前記はんだペーストに含
   まれる複数の合金のうち低い方の融点よりも低い温度か
   ら開始して高い方の融点付近の温度まで加熱する温度プ
   ロファイルでリフローし、電子部品と基板のランドとを
   電気的に接続することを特徴とする接続方法。