(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無鉛系はんだ粉末、ロジン系樹脂、活性剤及び溶剤を含有するソルダペースト組成物において、分子量が少なくとも５００であるヒンダードフェノール系化合物からなる酸化防止剤を含有するソルダペースト組成物。
【請求項２】
分子量が少なくとも５００であるヒンダードフェノール系化合物がトリエチレングリコール−ビス〔３−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、１，６−ヘキサンジオール−ビス−〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、ペンタエリスリチル−テトラキス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、２，２−チオ−ジエチレンビス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド）等である請求項１記載のソルダペースト組成物。
【請求項３】
プリント回路基板のはんだ付部に対して電子部品を、分子量が少なくとも５００であるヒンダードフェノール系化合物がトリエチレングリコール−ビス〔３−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕又は１，６−ヘキサンジオール−ビス−〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕である請求項１に記載のソルダペースト組成物を用いて２００℃、１２０秒のプリヒート、２４０℃の本加熱を行ってもよいリフローはんだ付するリフローはんだ付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特に、鉛及び亜鉛を含まないはんだ合金粉末を用いた場合に好適なソルダペースト組成物及びこれを用いたリフローはんだ付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の配線基板の多機能化、軽薄短小化に伴い表面実装技術が急速に発展し、電子部品の表面実装を行う場合には、ほとんどソルダーペーストが用いたリフローはんだ付方法が行われている。そのソルダーペーストに用いられるはんだ粉末は、Ｓｎ−Ｐｂ系のものが大部分を占めている。
ところが、電子機器が使用済み等により廃棄される場合、分解されてその一部は回収されているものの、電子部品を実装した実装基板はほとんど回収されずに粉砕されて埋め立てられて処理されるか、自然界に投棄されたままにされるものもあるというのが現状である。
自然界に投棄された実装基板には電子部品がはんだ付されているので、このはんだに鉛が含まれていると、酸性雨等によりこの鉛が可溶性鉛化合物となって溶出し、自然界を汚染するのみならず、地下水等を通して汚染された水や動植物の食物が人体に摂取されることがあり、その毒性が強いことから重大な問題となりつつある。
そこで、鉛を含まないはんだ材料が開発され、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等のいわゆる無鉛系のはんだ合金粉末が用いられるようになってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の無鉛系のはんだ合金粉末は、融点が約２００〜２２０℃と高いので、そのはんだ粉末を含有するソルダぺーストを用いたリフローはんだ付方法では加熱時のピーク温度を２３０〜２４０℃にする必要があり、鉛系のＳｎ−Ｐｂ合金の場合にはその共晶組成（６３Ｓｎ／３７Ｐｂ）の融点が１８３℃と低く、そのはんだ粉末を含有するソルダぺーストを用いたリフローはんだ付方法ではその加熱のピーク温度が２３０℃程度でよく、熱に弱い電子部品を損傷なくはんだ付することができるのに対し、その熱損傷による機能劣化等を起こさせるという問題点がある。
この問題点を改善するために、上記の無鉛系のはんだ合金粉末を含有するソルダーペーストを用いてリフローはんだ付時のピーク温度を２３０〜２４０℃に低く設定し、その代わりにリフロー時にそのはんだ合金粉末の溶融が効率的に行えるようにプリヒート時に従来より高い温度で加熱する、いわゆるヒートパターンを変更することにより、電子部品の熱損傷を緩和する試みが行われているが、この方法では、プリヒート時の加熱の熱量が増えるので、プリント配線板のはんだ付部に塗布されたソルダーペースト膜のはんだ合金粉末及びフラックスが過度に熱せられることになって酸化による熱劣化を起こし易く、リフロー時にフラックス膜やはんだ粉末に不溶物が生じ、はんだ付強度を低下させる等のはんだ付性の特性を低下させてしまうという別の新たな問題を引き起こすことが知られるようになってきた。
【０００４】
本発明の第１の目的は、高温のリフロー時においても無鉛系はんだ粉末及びフラックス膜の熱劣化を防止することができるソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、無鉛系はんだ粉末を用いた場合でもはんだ付性の特性が低下しないソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、無鉛系はんだ粉末を用いた場合においてリフロー時のヒートパターンの変更により高温に弱い電子部品の熱損傷を避けることができるソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、無鉛系はんだ粉末を用いた場合でも回路の信頼性の高い実装基板を得ることができるソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく、鋭意研究を行った結果、無鉛系はんだ粉末にヒンダードフェノール系化合物を併用したソルダーペーストについては、無鉛系はんだ粉末とソルダーペースト膜のリフロー時の劣化が防止されることを見いだし、本発明をするに至った。
したがって、本発明は、（１）、無鉛系はんだ粉末、ロジン系樹脂、活性剤及び溶剤を含有するソルダペースト組成物において、分子量が少なくとも５００であるヒンダードフェノール系化合物からなる酸化防止剤を含有するソルダペースト組成物を提供するものである。
また、本発明は、（２）、分子量が少なくとも５００であるヒンダードフェノール系化合物がトリエチレングリコール−ビス〔３−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、１，６−ヘキサンジオール−ビス−〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、ペンタエリスリチル−テトラキス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、２，２−チオ−ジエチレンビス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド）等である上記（１）のソルダペースト組成物、（３）、プリント回路基板のはんだ付部に対して電子部品を、分子量が少なくとも５００であるヒンダードフェノール系化合物がトリエチレングリコール−ビス〔３−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕又は１，６−ヘキサンジオール−ビス−〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕である上記（１）のソルダペースト組成物を用いて２００℃、１２０秒のプリヒート、２４０℃の本加熱を行ってもよいリフローはんだ付するリフローはんだ付方法を提供するものである。
なお、「（１）、無鉛系はんだ粉末、ロジン系樹脂、活性剤及び溶剤を含有するソルダペースト組成物において、ヒンダードフェノール系化合物からなる酸化防止剤を含有するソルダペースト組成物を提供するものである。  また、本発明は、（２）、ヒンダードフェノール系化合物の分子量が少なくとも５００である上記（１）のソルダペースト組成物、（３）、プリント回路基板のはんだ付部に対して電子部品を請求項１又は２に記載のソルダペースト組成物を用いてリフローはんだ付するリフローはんだ付方法を提供するものである。
無鉛系はんだ粉末は、鉛及び亜鉛を含まないはんだ合金粉末としてもよい。」とすることもできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において、無鉛系はんだ粉末とは、鉛の成分を有しないはんだ粉末であり、例えば鉛及び亜鉛を含まないはんだ粉末が好ましく、これにはＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｓｂ及びＳｎ−Ｃｕ等が例示され、鉛及び亜鉛を含まないはんだ合金であれば、特に限定されない。Ｓｎ−Ｚｎ系合金のはんだ粉末でもよい。
無鉛系はんだ粉末は、ソルダーペースト中８５〜９２％（フラックス：８〜１５％）用いられ、球形で粒径が３００〜７００メッシュのはんだ粉末が、はんだ付ランドのピッチの狭くなってきている最近のプリント回路基板に対するリフローはんだ付用として好ましい。
【０００７】
本発明に用いられるロジン系樹脂とはロジン及びその変性ロジン等の誘導体が挙げられ、これらは併用することもできるが、具体的には例えばガムロジン、ウッドロジン、重合ロジン、フェノール変性ロジンやこれらの誘導体が挙げられる。ロジン系樹脂の含有量は、ソルダーペースト組成物のはんだ粉末を除いた他の成分である、いわゆるフラックス中、３０〜７０％とすることができる。これより少ないと、はんだ付ランドの銅箔面の酸化を防止してその表面に溶融はんだを濡れ易くする、いわゆるはんだ付性が低下し、はんだボールが生じ易くなり、これより多くなると残さ量が多くなる。
【０００８】
また、活性剤としては、有機アミンのハロゲン化水素塩及び有機酸が挙げられ、具体的にはジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、トリエタノールアミン臭化水素酸塩、モノエタノールアミン臭化水素酸塩、アジピン酸、セバチン酸、等が挙げられ、これらは残さによる腐食性を抑制し、絶縁抵抗を損なわない点から、さらにははんだ付性、はんだボールを生じないようにする点からフラックス中０．１〜３％が好ましい。
【０００９】
また、チキソ剤を使用してもよく、その使用により、ソルダペーストをその印刷性に適した粘度に調整することができるように、例えば、水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類をフラックス中３〜１５％含有させることが好ましい。
また、溶剤としては、通常のソルダペーストに用いられているものが挙げられ、例えば、ヘキシルカルビトール（沸点：２６０℃）、ブチルカルビトール（沸点：２３０℃）等が挙げられ、フラックス中３０〜５０％含有されることが好ましい。
【００１０】
本発明においては、ヒンダードフェノール系化合物からなる酸化防止剤（微量の他の成分が含まれていてもよい）が使用されるが、具体的には例えばフラックス中に添加し、このフラックスを無鉛系はんだ粉末と攪拌混合するというようにして使用される。
ヒンダードフェノール系化合物としては、特に限定されないが、具体的には、トリエチレングリコール−ビス〔３−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、１，６−ヘキサンジオール−ビス−〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、２，４−ビス−（ｎ−オクチルチオ）−６−（４−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルアニリノ）−１，３，５−トリアジン、ペンタエリスリチル−テトラキス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、２，２−チオ−ジエチレンビス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド）、３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルフォスフォネート−ジエチルエステル、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン等が挙げられる。
これらのうち、分子量が５００以上のものが、熱安定性が優れるという理由で、特に好ましい。
【００１１】
ヒンダードフェノール系化合物からなる酸化防止剤は、フラックス中１０％以下（多くても１０％）が好ましい。これより多い添加量では、はんだ付性が低下することがある。  なお、ヒンダードフェノール系化合物からなる酸化防止剤が、ソルダーペースト膜のフラックス膜及び無鉛系はんだ粉末の劣化を防止する効果を発揮する理由については、明確には解明されていないが、有機物の場合には高分子炭化水素に熱や光が作用した際に生じる分解物のラジカルに水素を与え、そのカジカルの活性化を消失させて安定化することにより、連鎖的に分解物が生じてその再反応により一部不溶物が発生する劣化反応の進行を阻止するものと考えることもできる。無鉛系はんだ粉末の場合には、その金属と反応しようとする雰囲気中の酸素を安定化させるものと考えることもできる。
【００１２】
【実施例】
以下に、実施例を説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら制限されるものではない。
【００１３】
実施例１
以下の組成のソルダペーストを調製した。
水添ロジン（ロジン系樹脂）                          ５５．０ｇ
アジピン酸（活性剤）                                  ２．０ｇ
水添ヒマシ油（チキソ剤）                              ６．０ｇ
トリエチレングリコール−ビス〔３−（３−ｔ−ブチル−５−
メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕（酸化防
止剤）                                                ５．０ｇ
ヘキシルカルビトール（溶剤）                        ３３．０ｇ
（以上、フラックス  １００ｇ）
上記フラックス                                  １１．０ｇ
はんだ粉末                                      ８９．０ｇ
（Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ＝９６．５／３／０．５）
（以上、ソルダーペースト  １００ｇ）
上記フラックスとはんだ粉末を攪拌混合することによりソルダーペーストを得た。このソルダーペーストをマルコム粘度計で測定したところ２３０Ｐａ・ｓ（測定温度２５℃）であった。また、このソルダーペーストを用いて、▲１▼印刷性試験（０．１５ｍｍ厚さのメタルマスクを用いたスクリーン印刷による印刷面にかすれやにじみが目視されるが否かを検査する試験）、▲２▼粘着性試験（印刷後のメタルマスクの剥がれ性を調べるもので、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８４による試験）、▲３▼加熱時のだれ性試験（加熱時の塗布膜の所定位置からのはみ出しを調べるもので、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８４による試験）及び▲４▼絶縁性試験（はんだと分離したフラックス膜の抵抗値を測定するもので、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８４による試験）を評価するとともに、さらに、▲５▼はんだ付状態試験（リフローはんだ付装置において、プリヒート温度を１５０℃、１２０秒の場合と、２００℃、１２０秒の場合とのそれぞれにおいて、本加熱を２４０℃、３０秒行った場合のはんだ付状態を、溶融後固化したはんだに未溶融物が見られないものを５、多く見られるものを１とし、３以上を実用性があるとする５段階法により評価する試験）を行った結果を表１に示す。
【００１４】
実施例２
酸化防止剤を１，６−ヘキサンジオール−ビス−〔３−（３，５−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕に代えて使用したこと以外は実施例１と同様にしてソルダーペーストを調製し、これを用いて粘度その他実施例１と同様に試験した結果を表１に示す。
【００１５】
比較例１
酸化防止剤を用いないこと以外は実施例１と同様にしてソルダーペーストを調製し、これを用いて粘度その他実施例１と同様に試験した結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
0004447798.tif 000002
【００１７】
表１の結果から、酸化防止剤を併用したソルダーペーストである実施例１及び実施例２のものは、酸化防止剤を使用しない比較例１のものに比べて、プリヒート温度が１５０℃の場合にもはんだ付状態は良好であるが、プリヒート温度が２００℃の場合には特に優れ、その他の性能も劣るものはないといえる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、分子量が少なくとも５００であるヒンダードフェノール系化合物からなる酸化防止剤を併用したので、高温のリフロー時においても無鉛系はんだ粉末及びフラックス膜の熱劣化を防止することができ、はんだ付性の特性が低下せず、例えば２００℃、１２０のプリヒート、２４０℃、３０秒の本加熱を行ってもよいように、リフロー時のヒートパターンの変更により高温に弱い電子部品の熱損傷を避けることができ、これにより回路の信頼性の高い実装基板を得ることができるソルダペースト組成物及びリフローはんだ付方法を提供することができる。