WO2007125861A1

WO2007125861A1 - ソルダペースト

Info

Publication number: WO2007125861A1
Application number: PCT/JP2007/058728
Authority: WO
Inventors: Rikiya Kato; Sakie Yamagata
Original assignee: Senju Metal Industry Co., Ltd.
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2007-11-08
Also published as: JPWO2007125861A1; JP4826630B2; KR20090007770A; US8388724B2; CN101479073B; US20090220812A1; EP2017031B1; KR101233926B1; EP2017031A1; CN101479073A; EP2017031A4

Description

明細書

ソルダペースト技術分野

[0001] 本発明は、電子機器の接続に用いる耐熱性に優れ、高温状態において高信頼性が発揮できるはんだ合金を得られるはんだ粉末とはんだ付け用フラックスを混和したソルダペーストに関する。

背景技術

[0002] 電子機器は、電子部品をプリント基板などの回路上に配置して特定の機能を持たせたもので、電子部品とプリント基板などの回路の接合には低い温度で接合でき、安価であり、接合信頼性が高いこともあって、古くからはんだが使用されてきた。また電子機器に使用される電子部品には、部品リードなどのプリント基板に接合する端子が必要で、部品本来の機能を果たす部品素子と部品リードなどの端子を電子部品内部で接合する箇所にもはんだが使用されてレ、る。

[0003] 電子機器のはんだ付けに用いるはんだ合金は、 Snと Pbのはんだ合金の中でも溶融温度の低レ、 Sn60%近傍のはんだ合金が用いられている。特に Sn63— Pb37の組成は、固相線温度と液相線温度が 183°Cと同一のためにはんだ冷却時のクラックの発生が少なぐ Snと Pbのはんだ合金の中でも最も溶融温度が低いため、電子部品に対する熱による損傷が少ぐ一般的にはんだと言えば Sn63 _Pb37はんだ合金を指すほど、広く使用されている。

それに対して、電子部品の内部接合用に Sn63— Pb37はんだ合金を使用すると、電子機器を製造するための加熱により、電子部品内部ではんだが溶け出してショートしたり、はんだで接合した部品素子とリードがはずれて、電子部品としての機能が果たせなくなったりする。そのため電子部品の内部接合用のはんだは、 Sn63-Pb37 はんだ合金より溶融温度の高いはんだが使用されている。これらのはんだ合金は、プリント基板のはんだ付けに使用される Sn63— Pb37などのはんだと比較して溶融温度が高いので、高温はんだと呼ばれている。

[0004] 電子部品の内部接合用に用いられる高温はんだの組成は、 Pb— lOSn (固相線温度 268°C、液相線温度 302°C)、 Pb_ 5Sn (固相線温度 307°C、液相線温度 313°C )、 Pb_ 2Ag_8Sn (固相線温度 275°C、液相線温度 346°C)、 Pb_ 5Ag (固相線温度 304°C、液相線温度 365°C)などがあり、主に Pbが主成分となっている。これらの高温はんだは固相線温度が 260°C以上のため、プリント基板のはんだ付けに使用する Sn63_Pb37共晶はんだを使用したはんだ付け温度が少し高めの 230°Cになつても、 Pb_ lOSnなどの高温はんだではんだ付けした電子部品内部のはんだ付け部は、プリント基板のはんだ付け時に溶融することがない。

[0005] 電子部品の内部接合に用いるはんだ付けは、その接合部分が微細なため微細なはんだ付けが可能なリフローソルダリングでおこなわれている。ソルダペーストをはんだ付け部に付着させ方法としては、印刷して塗布する方法、ディスペンサーを用いてソルダペーストを吐出する方法、転写ピンにソルダペーストを付けて転写する方法などがある。リフローソルダリングに用いられるソルダペーストは、はんだ粉末とはんだ付け用のフラックスを混和したもので、電子部品の小型化に伴いソルダペーストに使用されるはんだ粉末も微細な粉末が使用されるようになってきている。これらの微細なはんだ粉末は粉末表面が酸化され易ぐ粉末表面の清浄なはんだ粉末が必要になつている。

[0006] ところで、はんだを用いてはんだ付けされた電子機器が故障したり、古くなつて使い勝手が悪くなつたりした場合、修理や無理して使うことなく廃棄処分されていた。電子機器を廃棄処分する場合、電子機器を構成するプラスチック、ガラス、金属等は回収して再使用することがあるが、プリント基板は樹脂部に銅箔が接着され、該銅箔にはんだが付着されており、これらを分離回収して再使用することが困難であるため、細力べ破砕して坦めたり、そのまま坦め立て処分されたりしていたものである。

[0007] 近時の化石燃料の多用から地上に降り注ぐ雨は酸性雨となっており、該酸性雨が地中に浸透して坦め立て処分されたプリント基板に接触すると、はんだ中の Pb成分を溶出し、 Pb成分を含んだ酸性雨がさらに地中深く浸透して地下水に混入する。そして Pb成分を含んだ地下水を長年月にわたつて人類が飲用すると、 Pb成分が体内に蓄積されて、ついには Pb中毒を起こすといわれている。そのため現在、世界的規模で Pbの使用が規制されるようになってきており、当然、従来のはんだ付けで使用されてきた Pb_ Snの高温はんだや Pb_Snの共晶はんだも規制の対象になつてきている。

[0008] このように Pb_ Snはんだの使用が規制されるようになっていることから、現在では P bを全く含まなレ、 Pbフリーはんだの使用が推奨されるようになってきた。 Pbフリーはんだ'とは、 Sn、 Ag、 Sb、 Cu、 Zn、 Bi、 h、 Ni、 Cr、 Fe、 P、 Ge、 Ga等の元素を二種以上組み合わせたものである。二元系の Pbフリーはんだとしては、 Sn- 3. 5Ag (共晶温度 221°C)、 Sn— 5Sb (共晶温度 240。C)、 Sn— 0. 75Cu (共晶温度 227°C)、 Sn — 58Bi (共晶温度 139°C)、 Sn— 52In (共晶温度 117°C)等があり、三元系、或いはそれ以上の多元系としては上記元素を組み合わせて融点や機械的特性の改善を図つたものがある。現在、多く使用されている Pbフリーはんだとしては Sn— 3Ag— 0· 5 Cu (固相線温度 217°C、液相線温度 220°C)、 Sn— 8Zn— 3Bi (固相線温度 190°C 、液相線温度 197°C)、 Sn— 2, 5Ag— 0. 5Cu— IBi (固相線温度 214°C、液相線温度 221°C)などである。これらの鉛フリーはんだは、従来の Sn63— Pb37はんだ合金に比較して、約 40°C近くはんだ合金の溶融温度が高くなつている。

[0009] し力しながら Pb規制により最初のはんだ付けに高温の Pbフリーはんだを使おうと思つても、 Sn主成分で固相線温度が 260°C以上の高温はんだはなかった。例えば固相線温度（共晶温度）が 221°Cの Sn— Ag系や固相線温度 227°Cの Sn— Sb系において、 Agを増やしていっても液相線温度は上がる力固相線温度は上がらなレ、。 Sn _Sb系は Sbを極端に増やした場合は、液相線温度も極端に上がる。これらに他の元素を添加しても固相温度も高くなり、この特性を変えることはできなレ、。 Pbフリーはんだは電子部品の内部接合用の高温はんだとして使用不可能なものと考えられていた。

[0010] さらに電子部品の内部接合用の高温はんだとして、 Zn、 Al、 Geに Snおよび Inをカロえた高温はんだや Zn、 Al、 Ge、 Mgに Snおよび Inを加えた高温はんだも開示されている。

これらの高温はんだは、ぬれ性の悪レ、 Zn、 Al、 Mgなどを含有しているので電子部品に用いられるには適さなかった。これらの従来の高温はんだは溶融することによつて単一の組成になるものであるが、単一組成に溶融させずに金属間化合物で接合する高温はんだとして特開 2002— 254194が開示させている。

特許文献 1 :特開 2002— 254194号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 電子部品の内部接合用には、プリント基板のはんだ付けに用いるはんだ合金より溶融温度の高い高温はんだが用いられてきた。しかし、世界的規模で Pbの使用が規制されるようになつてきた力 Pbの含まれていない高温はんだは開発されていなかった電子部品の内部接合用の高温はんだとして、 Zn、 Al、 Geに Snおよび Inをカロえた高温はんだや Zn、 Al、 Ge、 Mgに Snおよび Inを加えた高温はんだが知られているが、これらのはんだ合金をソルダペースト用のはんだ粉末にすると、主成分の Znおよび A1が酸化し易いためはんだ粉末表面に厚い酸化被膜を形成し、ぬれ性が非常に悪く、フラックスと混ぜてソルダペーストにして電子部品のはんだ付けに使用しても濡れ不良が発生してしまレ、、全く使用できるレベルではな力た。

[0012] 単一組成に溶融させずに金属間化合物で接合する高温はんだとして、 Snボールと Cuボールを有することを特徴とする高温はんだの特許文献 1も開示されている。これは一般的なはんだ付けと違いはんだを完全に溶融して単一成分にするのではなぐ溶融温度の低い Snのみを溶融させ Cuと Cu6Sn5の金属間化合物を生成させることによって、 Snボールと Cuボールを溶融温度の高い金属間化合物で接合しょうとするものである。つまりこのはんだ付け方法では Snボールのみが溶融し、 Cuは溶融しなレ、で分散体としてのみ用いてレ、るのである。

[0013] しかし、この高温はんだをチップ部品の耐熱保証温度である約 300°C以下で使用すると Cuボールの溶融温度である 1083°Cに比較して温度が高いのではんだ自体のぬれ性が悪ぐ確実な接合が行えず、強度の弱い接合しか行えなかった。その理由として、この高温はんだでは低融点のボールの成分である Snが溶融してプリント基板のランドや電子部品の端子に濡れ広がることによってランドや電子部品との接合が行われており、 Snボールと Cuボールが反応し始めて金属間化合物が成長すると、溶融した Snがすべて金属間化合物に置き換わるので、それ以上プリント基板のランドゃ電子部品の端子に濡れ広がらなくなる。特許文献 1では Snがランドや電子部品に充分濡れきらない内に Snと Cuが反応して金属間化合物を形成して金属間化合物が成長してしまうので、 Snボールと Cuボールとの金属間化合物の反応は充分に行われるが、 Snとプリント基板のランドや電子部品の端子との濡れ時間が足らないので濡れ広がらず、強度不足が発生するのである。

[0014] さらに特許文献 1の高温はんだは、セルファライメント効果が全くないという問題点も抱えていた。セルファライメント効果はリフローソルダリングなどに起きる、マウンターの精度が悪くチップ部品などが位置ずれを起こしてマウントされてもリフロー時に正確な位置に戻ってはんだ付けされるもので、位置がずれてマントされてもはんだが溶融してランドや電子部品に濡れるときにチップ部品が表面張力により引っ張られて元の位置に戻るという効果を指す。導電性接着剤にはこのような効果は現れず、電子部品の接合にはんだが広く用いられている理由ともなつている。

[0015] 本発明が解決しょうとする課題は、理論としては確立しているが実用化が進んでいない金属間化合物で接合する高温はんだをチップ部品の耐熱温度である約 300°C 以下で使用した場合でも、濡れ不良が発生しない、強度の強いはんだ接合が行えるソルダペーストを提供することである。

課題を解決するための手段

[0016] 本発明者らは、 Snボールと Cuボールなどを用いる単一組成に溶融させずに金属間化合物で接合する高温はんだにおいて、 Cuボール（Cu粉末）の表面に Snへの拡散を阻害する金属の被膜を設けることによって Snと Cuの金属間化合物の形成を阻害し、 Snがプリント基板のランドや電子部品の端子に充分濡れきる時間を確保することによって、プリント基板のランドや電子部品の端子へのぬれ性を改善できることを見出し、本発明を完成させた。

[0017] 本発明に用いられる Cu粉末の表面に Snへの拡散を阻害する金属は、 Snへの固溶すること、溶融温度が Snと同じ力 Snよりも高いこと、 Snに固溶したときにはんだ付け性を阻害しないことなどが挙げられる。このような金属として、 Sn、 Sb、 Au、 Ag、 C u、 Pt、 Pd、 Fe、 Ni、 Coなどが挙げられ、 Cu粉末表面に被膜することのよりバリアの効果を現す。これらの金属の被膜に対して、ロジンやフラックスなどの有機物の被膜では加熱時に溶融してバリアとしての効果を示さなレ、。それらの金属の中でも Snよりも溶融温度が高いこと、 Snへの固溶速度が遅いこと、 Snに固溶したときのはんだ付け性が良好であるという条件を満たす金属として Niが適している。 Niはその融点が 1 453°Cであり、 Snには固溶するが固溶速度が遅い特性を持っている。また Auめっきの下地に従来から用いられているはんだ付け性に優れた金属である。さらに Niは、はんだ中の Snに固溶したときにはんだ付性を向上させる効果を持っている。本発明の Sn粉末と Cu粉末を用いた高温ソルダペーストにおレ、て、 Cu粉末に Ni被膜を形成すると加熱により溶融した Snに Niが徐々に固溶していき、一定の時間が経つと Ni被膜が Sn中に固溶して破れるので Snと Cuが接して Cu Snの金属化合物を生成する

6 5

ようになる。

このように本発明は、 Cu粉末表面に Ni被膜のバリア層を設けることによって、 Snと Cuの金属間化合物の形成を阻害し、 Snがプリント基板のランドや電子部品の端子に充分濡れきる時間を確保することによって、プリント基板のランドや電子部品の端子へのぬれ性を改善できることが可能となる。

本発明に用いる Niの被膜の形成は、めっきによるものが好ましい。 Niめっきは電解めっき、無電解めつきのどちらでも良い。微細な粉末のめっき方法としては無電解めつきが適するが、無電解めつきは Pを含有してレ、るのでその影響に注意する必要がある。 Pははんだ付け時に濡れ性を向上させるが、はんだ付け界面に硬い合金層を形成する。そのため P含有量が異常に高くならないようにする必要がある。 Pの含有量が 10質量％以下の場合は無電解めつきにおける Pの影響は無視できる。

本発明は、 Cu粉末表面に Niの被膜を形成することにより Snがプリント基板のランドや電子部品の端子に充分濡れきる時間を確保するものであるので、 Cu粉末表面に形成させた Niの被膜が薄すぎるとバリアの効果が現れず、 Ni被膜が厚すぎると Snがプリント基板のランドや電子部品の端子に充分濡れきつた後も Cu表面に Ni被膜が残つてしまい、 Snと Cuの金属間化合物の生成を阻害してしまう。本発明に良好な Cu粉末表面に形成された Niめっきの Niの含有量は、 Cu粉末全体の 0. 2〜2. 0質量％であるのが好ましレ、。より好ましくは、 Niめっきの Niの含有量が Cu粉末全体の 1. 0 〜2, 0質量⁰ /₀のときである。 [0019] 本発明に用いられる Sn粉末または Sn基鉛フリーはんだ粉末は、溶融時にプリント基板のランドや電子部品の端子に濡れる必要があり、金属間化合物の生成のための加熱温度で溶融することが求められる。そのため単に Snの粉末でも良いが、金属問化合物の生成のための加熱温度で溶融する範囲で他の金属を混ぜて合金とした粉末でも良い。一般的な鉛フリーはんだは Snに固溶する金属を Snに混ぜて合金としたもので、 Sn単独よりもプリント基板のランドや電子部品の端子に対するぬれ性が良い。このような Snに固溶する金属として、 Ag、 Cu、 Sb、 Bi、 In、 Znなどが考えられ、 Sn 基フリーはんだ、合金としては、 Sn— Ag 系、 Sn— Cu系、 Sn— Sb系、 Sn— Bi系、 Sn— In系、 Sn—Zn系のはんだ合金が挙げられる。しかし、本発明の Sn基鉛フリーはんだ合金は粉末として用いられるので、酸化が激しい Sn— In系、 Sn—Zn系のはんだ合金は本発明に適さなレ、。

[0020] さらに本発明では、金属問化合物の生成のための加熱温度で溶融する範囲で Sn 粉末または Sn基鉛フリーはんだ粉末に強度添カ卩元素を添加することができる。本発明に適する強度添加元素としては、 Ag、 Cu、 Sb、 Bi、 Zn、 Al、 Fe、 Co、 Ni、 Crが挙げられる。これらは、加熱によって形成される Cu Snの金属化合物に分散してはん

6 5

だ付け強度を上昇させる。ただし、はんだ付け強度向上のための強度添加元素を添カロは、合計で 1. 0質量％以下が望ましい。特に Fe、 Co、 Ni、 Crなどは Snと金属間化合物を形成しやすぐ多く添加すると逆に強度低下をもたらす。

[0021] 本発明は、加熱温度で溶融しなレ、高温粉末として Cu粉末だけでなく Ag粉末を用いても同様の効果を得ることができる。ただし Agは Cuに比較して Snに固溶しやすく、ノリア層が溶出し始めてからの金属間化合物の生成が速レ、。そのため高温の粉末に Ag粉末を使用する場合は、 Cuに比較してバリア層を厚くする必要がある。本発明では、 Niめっきの Niの含有量が Ag粉末全体の 0. 5〜3. 0質量％であるときが良好であり、 2. 0〜3. 0質量％のときが最も好ましレ、。本発明で Ag粉末に Niめっきを被覆したときは、加熱することにより Sn粉末が溶融してプリント基板のランドや電子部品の端子に濡れ、 Niめっきの被覆が Snに固溶することにより Agが剥き出しになって Ag Snの金属間化合物が生成して成長してレ、く。

3

[0022] 本発明で Ag粉末を用いたときもプリント基板のランドや電子部品の端子を濡らす低融点金属として Sii粉末だけでなく、 Sn_Ag、 Sn-Cu, Sn_Sb、 Sn_Biなどの Sn 基鉛フリーはんだ合金を使用しても良レ、。さらにこれらの Sn基鉛フリーはんだ合金には、 Ag、 Cu、 Sb、 Bi、 Zn、 AI、 Fe、 Co、 Ni、 Crから選ばれた強度向上元素 1種以上を合計で 1. 0質量％以下添加しても良い。

[0023] 本発明における低融点粉末である Sn粉末または Sn基鉛フリーはんだ粉末と高融点粉末である Niめっき Cu粉末または Niめっき Ag粉末の割合は、 Sn粉末または Sn 基鉛フリ一はんだ粉末が 60〜 80質量％で、 Niめっき Cu粉末または Niめつき Ag粉末が 20〜40質量％が好ましい混合割合である。より好ましくは、 Sn粉末または Sn基鉛フリーはんだ粉末が 70質量％で、 Niめっき Cu粉末または Niめっき Ag粉末が 30 質量％のときである。

[0024] 本発明の被覆する金属は Niが最も好ましいが、前述の Sn、 Sb、 Au、 Ag、 Cu、 Pt 、 Pd、 Fe、 Coなどを用いることもできる。本発明の特徴は、 Sn、 Sn基鉛フリーはんだや Inなどの低融点金属粉末と Cuや Agなどの高融点金属粉末を用いて、金属間化合物により接合する高温はんだにおいて Cuや Agなどの高融点金属粉末表面にバリァ層を設けることによって金属間化合物の生成の時間差を作り、 Snや Inなどの低融点金属がプリント基板のランドや電子部品の端子に濡れ易くすることである。つまり本発明は、 Sn粉末または、 Sn基鉛フリーはんだの粉末と Cuおよび Ag粉末を金属問化合物により接合させる高温はんだにおいて、 Cuおよび Ag粉末表面にめっきの被膜をすることにより Snと Cuまたは Snと Agとの金属間化合物の初期生成を抑制して、 S nおよび Sn基鉛フリーはんだと被接合物とを充分濡らすことによりはんだ付けを行う電子部品のはんだ付け方法である。

[0025] 本発明では、 Cuまたは Ag粉末表面にめっきの被膜が Snに固溶してめっき被膜が破れるまで Snまたは Sn基鉛フリーはんだは溶融状態が続き、プリント基板のランドや電子部品の端子に接している。そのため、本発明を用いるとはんだ合金とプリント基板のランドや電子部品の端子との接触時間が長くなるため電子部品とランドとの回転モーメントが発生して、特許文献 1で問題となっていたセルファライメント効果と呼ばれるソルダペーストによる電子部晶の位置ずれの修正効果が発生する。

発明の効果 [0026] 本発明を用いることにより、理論としては確立しているが実用化が進んでいない金属間化合物で接合する高温はんだをチップ部品の耐熱温度である約 300°C以下で使用した場合でも、プリント基板のランドや電子部品の端子に濡れ広がらないという濡れ不良が発生しない、強度の強いはんだ接合が行うことが可能になる。

さらに本発明では、低融点金属である Sn粉末または Sn基鉛フリーはんだ粉末の溶融時間が長くなるので、セルファライメント効果が発生して多少のマウンターでの位置ずれを修正することが可能になる。

図面の簡単な説明

[0027] [図 l]Sn— 3. 0質量％八_§ 0. 5質量％01粉末 70質量％と Cu— 1. 0質量％^粉末 30質量％の混合粉末の DSCチャート

[図 2]Sn_ 3. 0質量％八_§_0. 5質量％〇1粉末 70質量％と Cu粉末 30質量％の混合粉末の DSCチャート

[図 3]Sn_ 3. 0質量％八_§_0. 5質量％〇1粉末 70質量％と Cu_ 7. 0質量⁽¾^1粉末 30質量％の混合粉末の DSCチャート

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下の手順で本発明のソルダペーストおよび比較例のソルダペーストを作製した。

実施例 1

[0029] 1.低融点合金粉末 (粉末粒度 2〜： 15 z m)

1. ) Sn粉末

2. ) Sn- 3. 5質量％八§粉末

3. ) Sn-O. 7質量％〇1粉末

4. ) Sn— 5質量％31)粉末

5. ) Sn— 58質量％：¾粉末

6. ) Sn- 3. 5質量％八§_0. 5質量％じ11粉末

7. ) 3 _ 58質量％：¾_0. 8質量％八_§粉末

8. ) Sn-O. 7質量⁰ /oCu— 0. 3質量⁰ /₀Sb粉末

9. ) Sn- 5®fi%Sb-0. 05質量/^1 0. 1質量％。0粉末

[0030] 2.高融点粉末（粉末粒度 2〜： 15 μ m、粉末の被覆はすべて ^95質量％ P5質量 %の無電解めつきにより行われた)

1 Cu-0.2質量％Ni粉末

2 Cu- 1.0質量 ii粉末

3 Cu- 1.5質量 ii粉末

4 Cu-■2.0質量 ii粉末

5 Cu-■7.0質量 ii粉末

6 Cu- ■3.0質量％3 粉末

7 Ag- 0.5質量/^1粉末

8 Ag- 3.0質量/^1粉末

9 Ag■7.0質量％Ni粉末

io Cu粉末

11 Ag粉末

3.混合粉末

上記の低融点合金粉未と高融点粉末を以下の通り混合する。

実施例 1: Sn粉末 + Cu— 0.2質量％^粉末

実施例 2: Sn粉末 + Cu— 2.0質量％^粉末

実施例 3: Sn-3.5質量％八_§粉末 + Cu— 0.2質量°^1粉末

実施例 4: Sn-3.5質量％八_§粉末 + Cu— 1.0質量％Ni粉末

実施例 5: Sn-3.5質量％八_§粉末 + Cu— 1.5質量％Ni粉末

実施例 6: Sn-3.5質量％八_§粉末 + Cu— 2.0質量％Ni粉末

実施例 7: Sn-0.7質量％01粉末 + Cu— 1.0質量％Ni粉末

実施例 8: 311_5質量％31)粉末+ 01_1.0質量％Ni粉末

実施例 9: Sn— 58質量％81粉末 + Cu— 1.0質量％1^粉末

実施例 10: Sn— 3.5質量％八_§一 0.5質量％じ1粉末 + Cu4.0質量％Ni粉末実施例 11: Sn— 58質量％81— 0， 8質量％八_§粉末 + Cu— 1.0質量％1^粉末実施例 12:Sn— 0.7質量％01— 0.3質量％31)粉末 + Cu— 1.0質量％Ni粉末実施例 13:Sn— 5質量％31)— 0.05質量％Ni— 0.1質量°/ 0粉末 + Cu4.0質量％Ni粉末実施例 14 : Sn粉末 + Ag— 0. 5質量％Ni粉末

実施例 14 : Sn粉末 + Ag— 3. 0質量％Ni粉末

比較例 1： Sn粉末 + Cu粉末

比較例 2 : Sn粉末 + Cu— 7. 0質量％Ni粉末

比較例 3 : Sn- 3. 5質量％八_§粉末 + Cu粉末

比較例 4 : Sn- 3. 5質量％八_§粉末 + Cu— 7. 0質量％1^粉末

比較例 5： Sn粉末 + Ag粉末

比較例 6： Sn粉末 + Ag— 7. 0質量/^1粉末

4.フラックス

重合ロジン 53質量％

ヒマ硬 5質量％

ジフエニルダァニジン 'HBr 0. 4質量⁰ /₀

セバチン酸 2質量％

ジエチレングリコールモノへキシルエーテル 39. 6質量⁰ /₀

[0031] 4.ソルダペーストの製造方法

1. 各混合粉末の配合に従い、低融点合金粉末を 1260g、高融点粉末 540gを攪絆機に投入して 5分間混合する。

2. フラックス 200gを攪絆機に投入する。

3，攪幹機を約 20分間攪辞する。

4. 攪絆機から取り出すと 2， 000kgのソルダペーストが得られる。

実施例 2

[0032] 実施例 1により製造したソルダペーストの金属間化合物の生成量を DSCによる吸収熱量により測定する。

1]

[0033] 1.試験方法

1. 50mm X 50mm X O. 8mmのァノレミナ基板 ίこ開口奋 30mm X 30mm、厚み 0. 15mmのメタルマスクを用いて実施例 1で作製したソルダペーストをそれぞれスキージで印刷する。

2. 270°Cに設定したはんだバス上でアルミナ基板を 60秒間加熱して、はんだ接合片を得る。

3.得られたはんだ接合片は X Xにより洗浄してアルミナ基板から剥がした後、 DS C (示差熱量計）で第 1固相線温度、第 1ピーク温度、第 1ピーク温度における吸熱量、第 2固相線温度、第 2ピーク温度、第 2ピーク温度における吸熱量を測定する。

4. DSCの測定は、 SII社製示差熱量計を用いて昇温速度 5°C/minで測定した。

[0034] 2.測定結果

実施例および比較例のソルダペーストを DSC測定した結果の第 1固相線温度、第 1ピーク温度、第 2固相線温度、第 2ピーク温度、第 1熱量、第 2熱量を表 1に示す。実施例 1、実施例 3〜6と、それに対応する Niめっきが形成されていない組成である比較例 1および比較例 3を比較すると、実施例 1、実施例 3〜6は第 1熱量、第 2熱量において比較例 1および比較例 3と比べて少ない値になっており、 Snおよび Sn— Ag と Cuが滑らかに反応してレ、ることが判る。

それに対して実施例 1、実施例 3〜6と、それに対応する Niめっき形成が厚い組成である比較例 2および比較例 4は、第 2熱量がほとんど検出されていなレ、。このことは比較例 2および比較例 4が、 Snおよび Sn_ Agと Cuとの反応がほとんど進んでレ、なレ、ことを示している。

[0035] 次に実際の DSCチャートで説明すると、図 1が実施例 8の 311_ 3質量％八_§_0. 5 Cu質量％粉末 70質量％と Cu— 1. 0質量％^粉末 30質量％の混合粉末のソルダペーストの DSCチャート、図 2は Niめっきが形成されていない組成である Sn_ 3質量 %Ag-0. 501質量％粉末 70質量％と Cu%粉末 30質量％の混合粉末のソルダぺ一ストの DSCチャート、図3はNiめっき形成が厚ぃ組成でぁるSn—3質量％Ag— 0 . 501質量％粉末 70質量％と Cu— 7. 0質量/^1粉末 30質量％の混合粉末のソルダペーストの DSCチャートを示してレ、る。

図 1と図 2を比較すると、図 2は第 2熱量のピークが大きく現れているのに対して、図 1は第 2熱量のピークはなだらかに現れている。さらに図 3では第 2熱量のピークはほとんど現れていない。ここで第 2熱量のピークの出現は、 Snおよび Sn— Agと Cuとの金属間化合物の生成を示しているので、比較例に当たる図 2は急激に Snおよび Sn —Agと Cuとの金属間化合物の生成しており、図 3は Snおよび Sn— Agと Cuとの金属間化合物を生成していないのに対して、実施例 8に当たる図 1は Snおよび Sn— A gと Cuとの金属間化合物を滑らかに生成していることがわかる。

実施例 3

[0036] 実施例 1により製造したソルダペーストを用いて、各温度、各加熱時間別のはんだ片の溶融状態からソルダペーストのぬれ性を判断する。

[表 2]

1.試験方法

1. 50mm X 50mm X O. 8mmのァノレミナ基板 ίこ開口咅 30mm X 30mm、厚み 0 . 15mmのメタルマスクを用いて実施例 1で作製したソルダペーストをそれぞれスキージで印刷する。

2. 270°Cに設定したはんだバス上でアルミナ基板を 30秒、 120秒の 2つの加熱時間で加熱して、はんだ接合片を得る。

2.試験結果

得られたはんだ接合片を表 2に示す。

比較例 2、 4及び 6は、 Cuおよび Ag表面に N S7.0質量。/。被覆されてもので、はんだが充分にぬれる時間が得られるため、ぬれ性試験においては実施例に相当するものであるが、各実験の組成を合わせるため敢えて比較例に入れた。

まとめとして、 Cu粉末及び Ag粉末に Niが被覆していないものは濡れが悪ぐはんだ片が丸まっていないのに対して、 Cu粉末及び Ag粉末表面に Niめっきをしたものは 0. 2質量％でもはんだ片が丸まっている。また、低融点粉末のはんだ組成によりバラツキはあるものの、 Cu粉末及び Ag粉末表面に 1. 0質量％の Niめっきを施すとはんだ片は球状になっている。

実施例 4

[0038] 実施例 1により製造したソルダペーストのセルファライメント効果を測定する。

[0039] 1.試験方法

1. 100mm X 80mm X 1. Ommの 3216サイズのチップランドが形成されたガラスェポキシ基板にセルファライメント効果専用メタルマスクを用いて、わざと約 10° 傾けてスキージで印刷する。

2. 3216のチップ抵抗およびコンデンサーをマウンターで搭載する。

3.ピーク温度 270° 、ピーク時間 30〜60秒でガラスエポキシ基板をリフローして、チップがランドの位置に戻ったかどうかを判定する。

判断基準は、チップが完全に戻ったもの〇

チップが戻りはしな力つたが移動したもの △

チップが動かなかったもの X

とした。ガラスエポキシ基板上のチップ部品の中で 100個を選定して、その基板の中で〇、△、 Xの中で一番多レ、ものをそのソルダペーストの判定とした。

4.セルファライメント効果の結果を表 1に示す。

2.試験結果

実施例 5

[0040] [表 3]

[0041] 実施例 1により製造したソルダペーストで電子機器の基板をはんだ付けして、その後プリント基板を反転させ、一般的な鉛フリーはんだのリフロー条件でリフローを行い、電子部品の落下があるかを調べる。基板をそのはんだ付けのプル強度を測定する

[0042] 1.試験方法

1. 100ピンの QFPのランドが形成された 100mm X 80mm X I . 0mmのガラスェポキシ基板に専用メタルマスクを用いて各ソルダペーストを印刷する。

2.印刷したソルダペースト上にマウンターで 100ピンの QFPを搭載して、ピーク温度 270°C、ピーク時間 30〜60秒でガラスエポキシ基板をリフローする。

3.放置冷却後基板を反転させ、ピーク温度 270°C、ピーク時間 40〜80秒で基板を再度リフローする。

4. 2度目のリフロー後に QFPの落下がないか調べる。 5.判定基準は、 QPFの落下のないもの〇

QPFの落下のあったもの X とした。

2.結果

判定結果を表 3に示す。本発明のソルダペーストではんだ付けしたものは 2度目のリフローでも部品が落下することはな力つた。

実施例 6

[0043] 実施例 1により製造したソルダペーストで電子機器の基板をはんだ付けして、そのはんだ付けのシェア強度を測定する。

[0044] 1.試験方法

1. 100ピンの QFPのランドが形成された 100mm X 80mm X I . Ommのガラスェポキシ基板に専用メタルマスクを用いて各ソルダペーストを印刷する。

2.印刷したソルダペースト上にマウンターで 3216ピンの QFPを搭載して、ピーク温度 270° 、ピーク時間 30〜60秒でガラスエポキシ基板をリフローする。

3.放置冷却後、レス力製のプッシュプノレゲージを用いて中程から 5チップを選択してシェア一強度を測定する。

2.結果

測定結果を表 3に示す。一般に電子機器において 50N以上の接合強度があれば問題ないとされている。従って Ni被覆を行った Cu粉末を用いた材料は、他の場合と比較しても何れも問題なぐ同等又はそれ以上の初期接合強度を有していた。

[0045] 本発明の高融点金属に Niを被覆したソルダペーストは、プリント基板のランドゃ電子部品の電極に対してぬれ性が良ぐセルフアラインメント効果も持ち合わせており、さらに電子部品を実装しても良好な接合強度を持ったはんだ付けが得られるものである。このソルダペーストは、ステップソルダリングに用いてもはんだが溶融せず、高温はんだの代換え品としても充分使用可能である。

産業上の利用可能性

[0046] 本発明のソルダペーストに用いる高融点粉末を被覆する金属層は単一層だけでなく複層とすることも可能である。例えば AuZNiめっきや PdZNiめっきなどが考えられる。これらの Ni上に形成された Auや Pdのめつきは、 Snへのぬれ性が良いので Cu や Agの高融点粉末の Snへの分散を改善することができる。

Claims

請求の範囲

Sn粉末または Sn基鉛フリーはんだの粉末と Cu粉末とを混合した混合粉末にフラックスを混和したソルダペーストにおいて、 Cu粉末表面に Niめっきが形成されていることを特徴とするソルダペースト。

前記 Cu粉末表面に形成された Niめっきは、 Niの含有量が Cu粉末全体の 0. 2〜2. 0質量％であることを特徴とする請求項 1に記載のソルダペースト。

前記 Sn基鉛フリーはんだの粉末力 Sn— Ag、 Sn— Cu、 Sn— Sb、 Sn— Biであることを特徴とする請求項 1〜2に記載のソルダペースト

前記 Sn— Ag、 Sn— Cu、 Sn— Sb、 Sn— Biのはんだ組成に、さらに強度添加元素として Ag、 Cu、 Sb、 Bi、 Zn、 AI、 Fe、 Co、 Ni、 Crから選ばれた 1種以上を合計で 1 , 0 質量％添カ卩したものであることを特徴とする請求項 1〜3に記載のソルダペースト Sn粉末または Sn基鉛フリーはんだの粉末と Ag粉末とを混合したはんだ粉末およびフラックスを混和したソルダペーストにおいて、 Ag粉末表面に Niめっきが形成されてレ、ることを特徴とするソルダペースト。

前記 Ag粉末表面に形成された Niめっきは、 Niの含有量が Ag粉末全体の 0, 5〜3. 0質量％であることを特徴とする請求項 5に記載のソルダペースト。

前記 Sn基鉛フリーはんだの粉末力 Sn_Ag、 Sn_Cu、 Sn_Sb、 Sn_Biであることを特徴とする請求項 5〜6に記載のソルダペースト

前記 Sn— Ag、 Sn— Cu、 Sn— Sb、 Sn_Biのはんだ組成に、さらに強度添加元素として Ag、 Cu、 Sb、 Bi、 Zn、 AI、 Fe、 Co、 Ni、 Crから選ばれた 1種以上を合計で 1. 0 質量％添カ卩したものであることを特徴とする請求項 5〜7に記載のソルダペースト Sn粉末または Snに固溶する金属を含有する Sn基鉛フリーはんだの粉末と Cuおよび Ag粉末を金属問化合物により接合させる高温はんだにおいて、 Cuおよび Ag粉末表面にめっきの被膜をすることにより Snと Cuおよび Agとの金属間化合物の初期生成を抑制して、 Snおよび Sn基鉛フリーはんだと被接合物とを充分濡らすことによりはんだ付けを行う電子部品のはんだ付け方法。

Sn粉末または Sn基鉛フリーはんだの粉末と Cuおよび Ag粉末を金属間化合物により接合させる高温はんだにおいて、 Cuおよび Ag粉末表面にめっきの被膜をすることにより Snと Cuおよび Agとの金属間化合物の初期生成を抑制して、 Snおよび Sn基鉛フリーはんだと被接合物とを充分濡らすことによりはんだ付けされた電子部品。