(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ粉末とフラックスとの混合物よりなるソルダペーストにおいて、前記はんだ粉末の平均粒径が４〜２０μであって、当該はんだ粉末の表面に均一な酸化皮膜が形成されており、そのはんだ粉末の酸素含有量が７００〜３０００ppmであることを特徴とする、ソルダペースト
【請求項２】
平均粒径４〜２０μのはんだ粉末を、空気中で流動せしめることによりその表面に酸化皮膜を形成し、当該酸化皮膜を形成したはんだ粉末をフラックスと混合することを特徴とする、ソルダペーストの製造方法
【請求項３】
請求項１に記載のソルダペーストを、プリント基板上にベタ塗りし、これを加熱することによりプリント基板のパッド上に選択的にはんだを付着させることを特徴とする、はんだプリコート方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はソルダペーストに関するものであって、特に電子部品をプリント基板に実装するに際し、当該プリント基板にはんだをプリコートするのに適したソルダペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品をプリント基板に実装する場合、スクリーン印刷法などの手段により、プリント基板のパッド上にソルダペーストを印刷し、その上に電子部品のリードを載置し、これをリフロー炉に通して加熱し、ソルダペーストを熔融させてリードとパッドとをハンダ付けすることが行われていた。
【０００３】
また、近年電子機器の小型軽量化に伴って、電子部品が小形化すると同時にリードの数が増加し、これに対応してプリント基板におけるパッドのピッチが小さくなり、小ピッチで配列された個々のパッドに正確にソルダペーストをスクリーン印刷することが困難となってきた。
【０００４】
そこでこのようなパッドが小ピッチに配列された部分については、ソルダペーストをかかる部分全体に亙ってベタ塗りし、これを加熱してハンダ粒子を熔融せしめてパッド上にはんだをプリコートしておき、この上にフラックスを塗布して電子部品のリードを載置し、リフロー炉に通して加熱してプリコートされたはんだを熔融し、当該はんだによってパッドとリードとをはんだ付けする方法が取られるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この方法においては、熔融したはんだ粒子がパッドの金属に接触して、その金属の表面を濡らして拡がることにより、はんだが選択的にパッド表面に付着してプリコートされるのである。
【０００６】
しかしながらはんだ粉末の粒子が熔融することにより、当該熔融はんだ粒子同士が合体して粒子径が大きくなり、これがパッドの金属に付着することとなるため、パッドのピッチが極端に小さくてパッドの大きさが小さい場合には、パッドに付着させるべきはんだの量に比べて、合体して拡大したはんだ粒子の一個が含むはんだの量の比率が大きくなり、パッドごとに付着するはんだの量にばらつきが生じる。
【０００７】
また大きくなったはんだ粒子の径がパッドの間隔に匹敵するようになると、一個の大きな熔融はんだ粒子が複数のパッドに跨がって付着し、ブリッジが生じる確率が高くなり、良好なプリコートが得られないのである。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、加熱してはんだ粒子が熔融したときに、当該はんだ粒子同士が合体して大きな熔融はんだ粒子が生じることが少なく、小ピッチのパッドに対してもはんだ量のばらつきが少く、且つブリッジが生じることのないソルダペースト及び、当該ソルダペーストを使用したプリコート方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
而して本発明のソルダペーストは、はんだ粉末とフラックスとの混合物よりなるソルダペーストにおいて、前記はんだ粉末の平均粒径が４〜２０μであって、当該はんだ粉末の表面に均一な酸化皮膜が形成されており、そのはんだ粉末の酸素含有量が７００〜３０００ppmであることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明における、ソルダペーストの製造方法の発明は、平均粒径４〜２０μのはんだ粉末を、空気中で流動せしめることによりその表面に酸化皮膜を形成し、当該酸化皮膜を形成したはんだ粉末をフラックスと混合することを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明のはんだプリコート方法は、前述のソルダペーストを、プリント基板上にベタ塗りし、これを加熱することによりプリント基板のパッド上に選択的にはんだを付着させることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のソルダペーストは、はんだ粉末とフラックスとよりなるものである。本発明においては、はんだ粉末の平均粒子径は、４〜２０μであることが必要である。
【００１３】
平均粒子径が２０μを超えると表面積が小さくなるため、はんだが熔融したときに熔融はんだ粒子の合体が生じやすく、また平均粒子径が４μ未満では表面積が過度に大きくなるため、はんだ粒子の凝集が生じやすく、いずれもパッド間のブリッジが生じやすくなる。
【００１４】
本発明のソルダペーストにおけるはんだ粒子の合金組成は、特に限定されるものではない。通常は錫−鉛系共晶合金が使用されるが、必要に応じて錫−銀系や錫−亜鉛系などの公知のはんだ合金を使用することもできる。またこれらの共晶合金のみならず、ビスマスやインジウムなどの他の金属を添加したものを使用することもできる。
【００１５】
また本発明のソルダペーストを構成するフラックスは、これも公知のフラックスを任意に使用することができ、例えばロジン系、ワックス系などのフラックス組成物を使用することができる。
【００１６】
而して本発明のソルダペーストは、はんだ粉末がその表面に酸化皮膜が形成されており、そのはんだ粉末の酸素含有量が、７００〜３０００ppmであることに 特徴を有している。
【００１７】
一般にはんだ付けにおいては、はんだ合金の表面は清浄であることが要求され、空気中で必然的に形成される酸化皮膜も、可及的に少ないことが必要であるとされている。特にソルダペーストに使用されるはんだ粉末は、粒子径が小さく表面積が大きいために、空気中で容易に酸化されるので、その製造に当たっては酸化が生じないように厳しく管理され、一般には酸素含有量が５００ppm未満とな るように管理されている。
【００１８】
これに対し本発明においては、プリント基板のパッドへのプリコート用のソルダペーストとして、前述のような従来の常識に反して、はんだ粒子に積極的に酸化皮膜を形成することにより、熔融時のはんだ粒子の合体を抑制し、ブリッジの発生を防止し得ることを見出したのである。
【００１９】
本発明におけるはんだ粉末の酸素含有量は、７００〜３０００ppmとするべき である。酸素含有量が７００ppm未満では、熔融時のはんだ粒子の合体を防止す る作用が不十分であり、ブリッジを防止することができない。また３０００ppm を超えると酸化し過ぎであって、パッドに対する濡れ性が低下してはんだ付け性に劣り、良好なプリコートを得ることができない。
【００２０】
本発明におけるはんだ粉末は、はんだ合金を窒素アトマイズ法により粉末化し、５００メッシュ金網のパス分として得ることができる。そしてこの方法で製造されたはんだ粉末の酸素含有量は、良好に管理された工程により５００ppm未満 のものとして得ることができる。
【００２１】
而してこのはんだ粉末を、空気中で流動せしめることによりその表面に酸化皮膜を形成する。具体的には、円筒状の容器に容量の１〜１０容量％程度の量のはんだ粉末を収容し、常温常圧の下でこの容器を水平の回転軸で低速で回転させることにより、容器内ではんだ粉末を流動させ、空気と接触させて均一な酸化皮膜を形成することができる。
【００２２】
はんだ粉末を流動させることなく静置した状態で酸化させた場合には、酸化皮膜が不均一であって、熔融時のはんだ粒子の合体が生じ、酸素含有量が同程度であっても十分な効果が得られない。
【００２３】
そしてこのはんだ粉末とフラックスとを混合することにより、本発明のソルダペーストが得られる。フラックスは前述のように従来ソルダペーストに使用されているものをそのまま使用することができ、また混合の方法も従来のソルダペーストの製造と同様に行うことができる。
【００２４】
本発明のプリコート方法においては、前記酸化したはんだ粉末を使用した本発明のソルダペーストを、プリント基板上にベタ塗りする。具体的には、スクリーン印刷によるソルダペーストの印刷供給において、スクリーンマスクとして、プリント基板上の個々のパッドごとに開口するのでなく、複数のパッドを含む広い範囲に開口したものを使用する。
【００２５】
例えばクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）において、複数のパッドを小ピッチで並列させたＱＦＰの各辺ごとの形状に、又はそれらの辺を含むＱＦＰ全体の形状に開口させたスクリーンマスクを使用し、小ピッチで配列された多数のパッドを含む大きい範囲に、個々のパッドの位置や形状を無視してラフにソルダペーストを印刷するのである。
【００２６】
そして、このようにして本発明のソルダペーストをべた塗りしたプリント基板を、リフロー炉を通過させて加熱し、ソルダペーストをリフローさせる。このとき本発明によれば、プリント基板におけるパッドの部分にのみ選択的に熔融はんだが付着してプリコートするのである。
【００２７】
【作用】
本発明においては、はんだ粉末が酸化されているので、加熱してリフローしたときに、個々のはんだ粒子が熔融してもその表面の酸化皮膜が残留しており、そのために熔融はんだ粒子が合体することがなく、微小粒子のままでフラックス中を浮遊する。
【００２８】
この状態ではんだ粒子が沈降してパッドに付着すると、はんだの濡れ性によってパッド表面に拡がり、パッドの表面にはんだによるプリコートが形成されるのである。またパッドのない絶縁基板の上においては、はんだ粒子は互いに合体することなく、微小粒子のはんだボールが形成されるが、これは後の洗浄工程においてフラックス残渣と共に容易に除去される。
【００２９】
表面に酸化皮膜が形成されたはんだ粒子が、パッドの表面においてのみパッドに対する濡れ性を発揮して付着する理由については必ずしも明確ではないが、パッドの表面がフラックスにより浄化されているために、清浄な銅の表面によってはんだ粒子の酸化皮膜が破られ、熔融はんだがパッドに付着するのではないかと考えられている。
【００３０】
そして熔融はんだ粒子同士の接触においては、はんだ粒子の表面が酸化皮膜で覆われているために、当該酸化皮膜同士が接触しても互いに疎外し合い、熔融はんだ同士の接触が生じないためにはんだ粒子の合体や成長が起こりにくく、微小粒子のはんだボールのままで残留するものと考えられる。
【００３１】
またパッドを形成する金属銅から生じる銅イオンによる触媒作用、又は、パッドを構成する銅と、はんだを構成する錫及び鉛とのイオン化傾向の違いが、はんだ粒子のパッドへの付着に影響していることも考えられるが、理論的な解明は今後の研究に待たざるを得ない。
【００３２】
【実施例】
以下本発明を実施例に基づいて説明する。
【００３３】
［はんだ粉末の準備］
試験に供するはんだ粉末として、錫−鉛共晶はんだ及び、錫−銀共晶はんだの粉末を用意した。各実施例及び比較例におけるはんだ合金の組成、平均粒子径及び、初期の酸素含有量を表１に示す。
【００３４】
［はんだ粉末の酸化］
はんだ粉末を次の二法によって酸化した。本発明の実施例はすべて流動法であるが、比較例において、流動法によるものと静置法によるものとについて比較試験を行った。
【００３５】
流動法：容量５リットルの広口ポリエチレン容器にはんだ粉末２kgを収容し、容器の開口部を通気性を有するティッシュペーパーで閉塞し、この容器を輪転機に載置し、２５℃、湿度６０％の恒温恒湿室において、６０rpmの回転速度で所 定時間回転させた。
【００３６】
静置法：２５０mm×３００mm×５０mm（深さ）のアルミニウム製バットにはんだ粉末２kgを収容し、これを８０℃、湿度６０％の恒温器中に所定時間に亙って設置した。
【００３７】
各実施例及び比較例における酸化方法、酸化に要した時間及び、得られた酸化はんだ粉末の酸素含有量を表１に示す。
【００３８】
［ソルダペーストの調製］
下記の組成によりフラックスを調製し、これを表１に示す混合比率によりはんだ粉末と混合して、ソルダペーストを調製した。
フラックス組成
ＷＷ級トールロジン                ３５wt％
不均斉化トールロジン              １２wt％
セバシン酸                          ３wt％
水素添加ポリテルペン              １５wt％
Ｎメチルジエタノールアミン          ３wt％
ジエチレングリコールモノブチルエーテル            ３２wt％
【００３９】
【表１】
0003996276.tif 000002
【００４０】
［プリント配線基板の準備］
導体のピッチが０．２５mm、０．３mm及び０．５mmで、導体の幅と間隔の幅とが１：１のパッドを混載したファインピッチ追従性デモ基板（パッド材質：１８μ厚銅箔）を用意し、当該基板を硫酸と過酸化水素水の混合溶液中に２０秒間浸漬してパッド表面を清浄化し、さらにこれを水で洗浄した後水切りし、乾燥させて試験に供した。
【００４１】
［はんだプリコート］
厚さ２００μで、３０mm角に開口した、前記デモ基板に対応するスクリーンマスクを使用して、デモ基板に対して前記実施例及び比較例のソルダペーストをべた塗り状に供給した。窒素ガスを通して不活性雰囲気としたリフロー炉を、図１に示す温度プロファイルに設定し、ソルダペーストを供給したデモ基板を通してソルダペーストをリフローした。然る後、デモ基板をグリコール系洗浄剤に浸漬し、超音波を照射してフラックス及びはんだボールを洗い落とした。
【００４２】
以上の工程を、デモ基板のピッチパターンにより必要に応じて２〜４回繰り返し、デモ基板のパッド上にはんだプリコートを形成した。このデモ基板に形成されたはんだプリコートを２０倍拡大鏡で観察して、ブリッジの発生及び下地の露出の有無を調べた。その結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
0003996276.tif 000003
【００４４】
【発明の効果】
以上の実施例の結果からも理解できるように、本発明によれば、従来の常識に反してはんだ粉末が高度に酸化されているにも拘らず、０．２５mmのファインピッチにおいても、ブリッジも下地の露出もなく、極めて良好にはんだのプリコートが形成される。
【００４５】
なお実施例９は酸素含有量がやゝ少ないので、ピッチが小さい場合には必ずしも良好な結果が得られていないが、ピッチがやゝ大きいものにあっては十分に良好な結果が得られている。
【００４６】
これに対し比較例１においてははんだ粉末が酸化されていないために、また比較例６のものは酸化はされているもののその程度が不十分であるために、ファインピッチの基板にべた塗りした場合にはブリッジが発生し、良好なプリコートを形成することができない。
【００４７】
また比較例２、５及び７においては、はんだ粉末は実施例と同様に酸化されてはいるが、静置した状態で酸化されているために酸化皮膜が不均一であって、はんだ粒子の合体が生じて巨大化し、それが隣接するパッドに付着してブリッジを生じていると考えられる。
【００４８】
また比較例３のものにおいては、酸化の程度が過剰であるために、パッドの金属表面に対するはんだの塗れ性が低下し、プリコート形成工程を４回繰り返しても、パッド表面に十分なプリコートを形成することができず、パッドの下地が露出している。
【００４９】
さらに比較例４及び８のものでははんだ粉末の粒子径が大きいために、はんだ粒子の合体が生じやすく、隣接するパッド間に跨がってはんだがコートされ、ブリッジが発生している。
【００５０】
このように本発明は、はんだ粉末の粒子径が４〜２０μで、酸素含有量が７００〜３０００ppmであり、且つはんだ粒子の表面に均一な酸化皮膜が形成されて いるものであることが必要であり、かかる条件を満たしたソルダペーストは、従来不可能であったファインピッチのプリント基板に対して、良好なプリコートを形成することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例における、ソルダペーストをリフローする際のプロファイルを示すグラフ
【図１】
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