JPS6293096A - 半田ペ−スト及び該半田ペ−ストを用いる半田接続法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、半田ペースト及び該半田ペーストを用いる半
田接続法に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えばレーザー光等の加熱源を備えるリフロー半
田付装置により、半田ペーストを用いて電子部品の半田
付を行なうと、半田ペーストがレーザー光等の急激加熱
により半田接続部周囲に飛散する現象が起き、特に、高
精度、高密度を要求される、例えばＩＣ，ＬＳＩチップ
等のプリント配線基板への接続の場合に、しばしば半田
ポールの残留付着や部品間乃至はパターン電極同志の電
気的短絡の原因となり、不良の多発や製品性能に対する
信頼性低下の原因となっていた。

この様な半田ペーストの飛散現象は、リフロー操作の調
整や加熱条件の最適化などでは十分に解決されず、半田
ペースト自体の改良こそが緊急の課題となっていた。

そこで、本発明者らがこの半田ペーストの飛散現象の原
因を究明すへく鋭意検討したところ、その主たる原因が
、半田ペーストのフラックス中に含まれる溶剤にあるこ
とをつきとめた。即ち、従来のペースト状フラックスに
用いられる溶剤は、例えばヘキシレングリコール、ジエ
チレングリコール、ブチルセロソルブ、エチルカルピト
ール等のグリコール系溶剤であり、当業界で広く知られ
ている沸点は、例えばＳｎ　−Ｐ　ｂ系半田の融点より
も高いという知識があり、その上、通常はりフローの予
熱の段階で蒸発させることによりリフロ一時の急激な蒸
発は免れられていた。

ところが、本発明者らが熱分析により確認した、ところ
、例えばヘキシレングリコールの場合、昇温過程で８０
〜１００℃で急激蒸発が開始され、１５０℃前後で蒸発
が完了してしまうという性質を示し、これに因り実際の
半田付温度での恩情・飛散現象が説明できるものと推察
される。

また、一般にグリコール系溶剤は吸湿性が高いため、水
分を含み易く、この水分が飛散現象の直接的な原因とな
り得ることも分った。

従って、半田ペーストのフラックス中に含まれる溶剤と
しては、これら吸湿性や昇温過程での挙動を十分に見極
めた上で選択された溶剤を使用する必要がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来の半田ペーストに付随する問
題点を解決し、半田接続時に半田やフラックスの飛散現
象がなく、良好な半田付が行なえる半田ペースト及びこ
れを用いる半田接続法を提供することにある。

本発明の他の目的は、特に、ＩＣ，ＬＳＩツチプ等高精
密電子部品の半田付に適した半田ペースト及びこれを用
いる半田接続法を提供することにある。

上記目的を達成する手段として見出された、本発明の半
田ペーストは、ペースト状フラックスと粉末半田を用い
て構成される半田ペーストにおいて、前記ペースト状フ
ラックス中の溶剤として、吸湿性が低く、前記半田の融
点以下で分解乃至化合を起さず、しかも急激蒸発を開始
する温度が前記半田の融点より高い液体が選択使用され
ていることを特徴とするものであり、また、本発明の半
田接続法は、上記本発明の半田ペーストを用いて半田付
を行なうことを特徴とするものである。

〔発明の詳細な説明及び実施例〕

本発明において、ペースト状フラックス中の溶剤として
選択使用される前記液体は、 （ｉ）　　　　吸湿性が低い、より望ましくは吸湿性が
殆どない、 （ｉ　ｉ）　　　粉末半田の融点（溶融開始温度と理解
してもよい）以下で分解乃至化合を 起さない、 （ｉ　ｉ　ｉ）　　急激蒸発を開始する温度が、粉末半
田の融点より高い、より望ましくは半 田付温度より高い、という３つの要件 を満たすものでなければならない。

前記（ｉ）の要件については簡単な吸水試験等により比
較的容易に判定することができるが、前記（ｉ　ｉ）及
び（ｔｉｉ）の要件については、実際の半田接続の状況
を参考にして昇温過程における液体の挙動を調べること
により判定する必要がある。

そこで、前記（ｉ　ｉ）及び（ｉｉｉ）の要件の判定は
、熱分析として示差熱分析及び熱重量（熱天秤）分析を
組合せて行なうのが至便である。

即ち、示差熱分析によれば、溶剤が昇温過程で若し急激
な分解や化合乃至蒸発等を起せば、急激な吸熱乃至発熱
反応として検知できるし１．熱重量分析によれば溶剤が
急激蒸発を起せば、急激な重量減少として検知できる。

この様な熱分析により、実際の半田接続操作における溶
剤の挙動を的確に知ることができる。

具体的に、示差熱分析と熱重量分析は、各々適宜の分析
装置を用い、適宜の条件を決めて行なうことができ、こ
れにより前記液体の変化を知ることができる。例えば、
セイコー電子工業（株）製　示差熱・熱重量同時分析装
置、型式ＴＧ／ＤＴＡ２０を用いれば、１つの試料の示
差熱分析と熱重量分析を同時に行なうことができる。こ
の場合、分析は、例えば、ＡＩ製の深さ１．５ｍｍ、直
径約６．５ｍｍの円筒状試料容器を用い、試料星約１０
ｍｇとし、試料容器を直径３〜４ｃｍ、高さ１５ｃｍ程
度の石英管内に収容し、管内雰囲気を２５０ｍ１／分の
二ア一−パージにより形成し、昇温速度例えば２０℃／
分として行なうことができる。

この様な判定を経て本発明において使用可能であること
が確認された前記液体としては、例えばシアミルベンゼ
ン、トリアミルベンゼン、テトラアミルベンゼン、ドデ
シルベンゼン、ジドデシルベンゼン等のアルキルベンゼ
ン、１．７−ンメチルナフタレン、１−メチルナフタレ
ン等のアルキルナフタレン、モノエチルジフェニル、ジ
エチルジフェニル、トリエチルジフェニル等のフルキル
ビフェニル、ジフェニルとジフェニルエーテルとの混合
物、水素化トリフェニル等の水素化テルフェニル、フェ
ニルキシリルエタン、フェニルキシリルメタン等のジア
リールアルカン、ジベンジルトルエンなどの芳香族系有
機熱媒体などが挙げられる。このうち、とりわけ、ジベ
ンジルトルエンを使用するのが好ましい。これら液体は
、１種を使用しても、２種以上を併用してもよい。また
、前記液体の配合量は、ペースト状フラックス中の溶剤
総量の２５重量％以上であることが好ましい。なお、こ
れら液体と共に、従来公知の半田ペースト溶剤を併用し
てもよい。この様な溶剤としては、例えばトリクレジル
フォスフェート、トリオクチルフォスフェート、オクチ
ルジフェニルフォスフェート、ブレジルジフェニルフォ
スフェート、トリス（ジクロロプロピル）フォスフェー
ト、トリス（イソプロピルフェニル）フォスフェート等
のリン酸エステル、ジオクチルアジペート、ジイソデシ
ルアジベート等のジアルキルアジペートやジブチルジグ
リコールアジペート等のアジピン酸エステル、ジエチル
フタレート、ジブチルフタレート、ジエチルフタレート
、ジ２−エチルへキシルフタレート、ジオクチルフタレ
ート、ジイソノニルフタレート、ジインデシルフタレー
ト、ブチルベンジルフタレート等のフタル酸エステル、
ジブチルセバケート、ジオクチルセバケート、ジブチル
マレニー１・、ジブチルフマレート、２−エチルへキシ
ルアゼレ−１・などのエステル系可塑剤などが挙げられ
る。

本発明の半田ペーストを構成するペースト状フラックス
は、前記液体のほか、必要に応じて加えられるグリコー
ル系溶剤等前記液体以外の溶剤、並びにロジン（合成品
又は天然松脂）、活性剤、チクソ剤等フラッグスを構成
する成分等を配合して調製することができる。これらフ
ラックス成分は、使用目的に応じて適宜選択したものを
使用することができる。このうち、活性剤としては、臭
化水素酸ジエチルアミン等のアミンの臭化水素酸塩を用
いると、半田付加熱中にフラックスや半田を凝集させる
力が大きく、アミンの塩化水素酸塩等能の活性剤を用い
た場合よりも半田の飛散現象防止に、より効果的である
ことが確認され、本発明において好ましく使用すること
ができる。

このアミンの臭化水素酸塩の凝集力の効果は、特にレー
ザーリフローの様に局部的に短時間で加熱する場合、周
囲にフラックスや半田ポールが拡がらず、ボールの飛散
、飛び、流れ出しの防止に効果がある。

本発明で使用する粉末半田は、特に限定されるものでは
ないが、例えば５ｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系等Ｓ
ｎ基合金、Ｐｂ基合金などの粉末半田を使用することが
できる。

なお、本発明の半田ペーストを構成するペースト状フラ
ックスの各成分配合量、ペースト状フラックスと粉末半
田の組成、粉末半田の形状等に、特に制限はない。例え
ば半田ペーストの塗布に使用するメツシュスクリーン、
メタルマスク、ディスペンサーの種類等を考慮して適宜
法めることができる。一般には、半田ペースト中のペー
スト状フラックスの配合量が５〜３０重量％程度で適当
な粘度が得られ、また粉末半田は１００メツシュ通過分
より細かい粒度のものが使用される。

本発明の半田ペーストは、電子部品の半田付に際し、と
りわけ高精度、高密度を要求される、例えばＩＣ，ＬＳ
Ｉチップ等のプリント配線基板への接続の場合に有利に
使用することができ、半田付の方式としては、レーザー
リフロー半田付等局所的な急激加熱を行なう半田付の際
にとりわけ有効であるが、赤外線リフロー半田付、ホッ
トプレート半田付、ペーパーフェーズ半田付等の半田接
続の際にも使用できることは言うまでもない６以下に、
試験例、実施例を示して明を更に詳しく説明する。

試験例１ ペースト状フラックスの溶剤として、従来のヘキシレン
グリコールと、本発明で使用するジベンジルトルエンの
物性を比較した。各溶剤のカタログ物性値を表１に示し
た。

次に、各溶剤の昇温過程における実際の挙動を検知すべ
く、熱分析（熱重量分析、示差熱分析〕を前記方法及び
条件により行なった。その際の試料の昇温曲線、重量減
少曲線及び示差熱曲線を第１図（ヘキシレングリコール
）及び第２図（ジベンジルトルエン）に示し、併せて、
この熱分析により判明した実際の沸点及び重量減少の立
上点、急激開始点及び終了点を下記表２に示した。

ヘキシレングリコールは、吸湿性が高く、沸点は２００
　’Ｃ近いが、熱重量分析（ＴＧ）によると、室温から
法発が始まり８０〜１００℃で急激な重量減少がみられ
、示差熱分析（Ｄ　Ｔ　Ａ）でもその温度で大きな吸熱
反応を示しており、急激に蒸発していることが分り、１
５０℃前後でほぼ蒸発は終了している。これに対し、ジ
ベンジルトルエンでは、吸湿性が殆どなく１、沸点は３
９１’０であるが、ＴＧにおいて法発は１４０℃位より
始まり、２１０〜２４０℃で急激な重量減少がみられ、
吸熱反応はそれ程大きくないが、この温度で急激に汰発
しており、２９０℃程度でほぼ蒸発が終了している。

ここで、粉末半田を通常電子部品の半田付に用いられる
融点１８０℃前後の５ｎ−Ｐｂ系共晶半田とすると、ヘ
キシレングリコールは、半田の溶融以前に急激蒸発し、
それに対して本発明によるジベンジルトルエンでは急激
蒸発点が半田の融点より高く、半田溶融後に急激蒸発す
ることが分る。

比較例１、実施例１〜６ 下記組成のペースト状フラックスを用いて半田ペースト
を調製した。使用した半田粉末は５ｎ６２半田粉末であ
り、Ｍｌ成は、５ｎ６２重量％、Ｐｂ３６重量％、Ａｇ
２重量％、融点１７９℃、粉末粒度２００メツシユ篩下
、３３０メツシユ篩上のものを用いた。

（比較例１）（％は重量％、以下同じ）（実施例１） （実施例２） アミン （実施例３） （実施例４） （実施例５） （実施例６） 以上の各半田ペーストを用いて、試験サンプルとして０
．８ｍｍピッチ、６０ビンのフラ、ントバッケージＩＣ
（以下、ＦＰＩＣという）を用いて、０．８ｍｍｔのガ
ラス基材エポキシ基板上にレーザーリフローで半田付し
、半田の飛散を調べた。試供半田ペーストは、メタルマ
スクスクリーンにて、ＩＣリート間へ夕で直線状に厚み
３００ｐｍで印刷し、この上にＦＰＩＣをマウントシ、
ＹＡＧレーザーを連続走査し、半田付した。レーザーの
照射条件は出力１８〜２０Ｗ、スポット径２〜３　ｍ　
ｍ、走査スピード６ｍｍ／ｓｅｃで行ない、加熱温度は
約２６０℃であった。

半田付後、顕微鏡（１０〜３０倍）にて目視で検査し、
ポール飛散（ＩＣ周囲への半田ポールの飛び散り）、ポ
ール残り（リード間への半田ポールの残り）、ポール流
れ出しくフラックスの流れ出しと共に半田ポールの周囲
への流れ出し）を観察した。結果を第３表に示した。

表３より明らかな様に、溶剤として従来のヘキシレング
リコールを用いたものはポール飛散、残り、流れ出しと
もに非常に多くレーザーの急加熱に適していない。これ
に対して有機熱媒体であるジベンジルトルエンやトリエ
チルジフェニル、水素化トリフェニルを用いたものは、
ポール飛散、残り、流れ出しともに殆どＯでレーザー半
田付時の急激加熱に対して特に飛散を防止する効果が大
である。

また、本発明で使用する前記液体に、他の従来公知の高
沸点系溶剤を混合しても同様の効果が得られる。実施例
６に示した様に有機系熱媒体であ、るジベンジルトルエ
ンとエステル系可塑剤であるトリクレジルフォスフェー
トを５０％ずつ混合した溶剤を用いても、ポール飛散防
止等に及ぼす効果はほぼ同等である。なお、リン酸エス
テル系可塑剤は毒性や腐食性の点で実用上難点があった
が、本発明により前記液体と混合して使用することによ
り、これらの不都合な点が緩和・解消される。

また、半田ペーストには通常活性剤が添加されており、
アミンの塩化水素酸塩や臭化水素酸塩が用いられるが、
実施例１や２に示したアミンの塩化水素酸塩では、半田
付加熱中にフラックスを拡げる力が働き、それとともに
半田ポールにも半田付部より外へ拡がる力が働き半田ポ
ールの飛散や残り、流れ出しが多くなることが観測され
た。これに対して、実施例３〜６に示した様にアミンの
臭化水素酸塩を用いると、半田付加熱中にフラックスや
半田を凝集させる力が働き、半田ポールの飛散や残り、
流れ出しを防止することが観測され、半田ポールの飛散
、残り、流れ出しの防止に効果が大きいことが確認され
た。

また、ペースト状フラックスの溶剤として本発明で使用
する前記液体を用いると、半田ペーストを半田付部に塗
付した後の乾燥が遅延し電子部品に対する粘着持続性が
向上し、又、半田付後でもそのフラックス残渣は固化せ
ずフラックス残液洗浄溶剤に良く溶解する為、フラック
ス残渣の洗浄が必要な高精密電子機器の半田付に適して
いることが確認された。又、リフロ一時の蒸気及びガス
の発生量が少ないためレーザーリフローに用いる場合は
レーザー装置のレンズ等光学機器の保守管理に対して手
間が省ける、吸湿性が低く、乾燥しにくいため長期保存
性が良くなる等の効果も確認された。

実施例７〜９ 下記表４の混合率の混合溶剤、及びポルトガルロジンＸ
、臭化水素酸ジエチルアミン、及び半田粉末として前記
５ｎ６２（２００メツシユ篩下、３３０メツシユ篩上）
を用い半田ペーストを調製した。実施例１と同様にして
半田付を行ない、半田の飛散状況を調べた。結果を下記
表４に示した。

上記実施例４．５．６と比較例１（ヘキシレングリコー
ルのみ使用）を比べると、ジベンジルトルエンを２５％
しか配合しない場合でも、半田ポール飛散防止の効果が
あることが分った。尚、電子部品への粘着性保持のため
には５０％以上の添加がより望ましい。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明の半田ペースト及び半田接続
法によれば、半田接続時に半田やフラックスの飛散現象
が起らず、高精密、高精度の半田付に適している。又、
乾燥しにくいため、電子部品に対する粘着持続性が良く
、半田後のフラックス残渣が固化せ、ず、洗浄性が良い
。又、吸湿性が低く、乾燥しにくいため、長期保存性が
良い。更に、リフロ一時の蒸気やガスの発生量が少ない
ため、例えばレーザーリフロー半田付に用いる場合は、
レーザー装置のレンズ等の装置が汚れず保守管理が容易
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ、ヘキシレングリコール
及びジベンジルトルエンの熱分析の結果を示した曲線図
である。 代理人　弁理士　山　　下　　穣　　平第１図 ＠聞（温ハ【ン 第２図 暗闇（１鷹）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ペースト状フラックスと粉末半田を用いて構成さ
   れる半田ベースににおいて、前記 ペースト状フラックス中の溶剤として、吸 湿性が低く、前記半田の融点以下で分解乃 至化合を起さず、しかも急激蒸発を開始す る温度が前記半田の融点より高い液体が選 択使用されていることを特徴とする半田ペ ースト。
2. （２）前記液体として、芳香族系有機熱媒体であるアル
   キルベンゼン、アルキルナフタレ ン、アルキルビフェニル、水素化テルフェ ニル、ジアリールアルカン及びジベンジル トルエンのうちの少なくとも１種が用いら れている特許請求の範囲第（１）項記載の 半田ペースト。
3. （３）前記液体の配合量が、ペースト状フラックス中の
   溶剤総量の２５重量％以上である 特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項 記載の半田ペースト。
4. （４）ペースト状フラックス中で、前記液体と共に、活
   性剤としてアミンの臭化水素酸塩 が用いられている特許請求の範囲第（１） 項乃至第（３）項のうちの１に記載の半田 ペースト。
5. （５）ペースト状フラックスと粉末半田を用いて構成さ
   れ、前記ペースト状フラックス中 の溶剤として、吸湿性が低く、前記半田の 融点以下で分解乃至化合を起さず、しかも 急激蒸発を開始する温度が前記半田の融点 より高い液体が選択使用されている半田ペ ーストを用いて半田付を行なうことを特徴 とする半田接続法。
6. （６）半田付がレーザーリフロー法により行なわれる特
   許請求の範囲第（５）項記載の半 田接続法。