(57)【要約】【課題】微細部品及び狭ピッチのはんだ付けに於いて、加熱ダレ等の不具合を発生させることなく、優れたはんだ付けが可能なはんだ組成物の提供である。【解決手段】はんだ付けの際の加熱に於いても加熱ダレ現象を発生しない熱分解可能なプラスチックを選択することにより、はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックを基本組成とするシート状はんだ組成物に加工することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、鉛フリーはんだ粉末と熱分解可能なプラスチックを基本組成とし、シート状のはんだ組成物に加工したはんだシートである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックを基本として構成されるシート状はんだ組成物に於いて、当該熱分解可能なプラスチックがはんだ付け温度近傍で分解が終了することを特徴とするはんだシート。
【請求項２】
熱分解可能なプラスチックの分解温度が含有するはんだ粉末の融点以下であることを特徴とする請求項１記載のはんだシート。
【請求項３】
はんだ粉末の組成が鉛フリーはんだ組成であることを特徴とする請求項１及び請求項２記載のはんだシート。
【請求項４】
はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックを基本として構成されるシート状はんだ組成物に有機酸を添加することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のはんだシート。
【請求項５】
シート状はんだ組成物に於いて、シート状に加工する際、当該シートの片面又は両面に粘着性物質を付着させたことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のはんだシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ粉末をシート状に加工したものに関し、詳しくは、はんだ粉末を熱分解可能なプラスチックと混合してシート状に加工したはんだシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点より、環境に有害な鉛を含まないはんだ合金が広く用いられるようになってきている。例えば、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ａｌ-Ｓｉ系、Ｂｉ-Ｚｎ系の鉛フリーはんだ合金、及びそれら鉛フリーはんだ合金にＮｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｐ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ等を適宜添加した鉛フリーはんだ合金が提案され実用化が進んでいる。
【０００３】
また、鉛フリーはんだの形状も接合対象や方法に応じて、棒状、ペースト状、ワイヤー状、プリフォーム状、ボール状等の種々の形状で提供されている。例えば、はんだ付け方法がディップ方式であれば、はんだ槽に供給しやすい棒状、リフロー方式であれば基板に印刷しやすいペースト状、ロボットはんだ付け装置を使用する場合はワイヤー状等が選択、使用されている。
とりわけ、はんだ付けする部品の微細化が進む近年では、リフロー方式が多く用いられるようになり、それに伴いペースト状のはんだ、所謂はんだペーストの使用量も増加する傾向にある。
【０００４】
ところで、はんだペーストは一般的にはんだ粉末とペースト用フラックスを混合したもので、はんだ粉末には上述の鉛フリーはんだ合金の粉末が多く用いられ、フラックスはロジン系樹脂、ジエチレングルコールやブチルカルビトール等の溶剤、硬化ヒマシ油等のチクソ剤、モノカルボン酸やジカルボン酸及び有機酸等の活性剤から構成されているものを用いることが多い。
【０００５】
このようなはんだペーストには、マスク抜け等に代表される印刷特性やはんだ付け時に発生するボイドや加熱ダレ、溶融性等の課題を有しているのも事実である。
そして、近年の電子機器のダウンサイジングに伴う部品の微細化がますます進み、それに対応するはんだ付けやはんだ製品が求められている。
特に、スマートフォンやウェアラブル端末のような電子機器では、実装されるチップが０６０３チップや０４０２チップといった極微細なサイズとなるため、部品の搭載間隔も０．０８ｍｍ〜０．１ｍｍ程度となり、加熱ダレ性に優れたはんだペーストが求められている。
【０００６】
一方では、加熱ダレ性の改善を目標とした技術が公開されている。
例えば、特許文献１では、はんだ粉末の形状に着目し、多面形状をしたはんだ粉末の特定のサイズを用いてはんだペーストを構成させることにより、加熱ダレ防止性に優れたはんだペーストの技術が公開されている。
特許文献２では、はんだ粉末表面に脂肪族モノカルボン酸又は芳香族モノカルボン酸を付着させて加熱ダレ性に良好な特性を有する技術が公開されている。
しかしながら、何れの技術もはんだペーストも、０４０２チップ等の微細部品を想定したチップ間隔の実装に於いては加熱ダレ性等に課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２９５０１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６１８９０号公報
【特許文献３】特開２０１４−４５０７８号公報
【特許文献４】特開２０１４−１３０９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前記事情に鑑み、微細部品及び狭ピッチのはんだ付けに於いて、加熱ダレ等の不具合を発生させることなく、優れたはんだ付けが可能なはんだ組成物の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題を解決すべく発明者は、はんだ形状及び高分子に着目して鋭意検討した結果、はんだ付けの際の加熱に於いても加熱ダレ現象を発生しない熱分解可能なプラスチックを選択することにより、はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックを基本組成とするシート状はんだ組成物に加工することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックを基本組成とし、当該熱分解可能なプラスチックがはんだ付け温度近傍で分解が終了するという特徴を有したはんだシートである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のはんだシートは、用いられるはんだ粉末が鉛フリーはんだ組成も可能であるため環境に配慮したはんだ接合の提供を可能とすることは勿論のこと、加熱ダレ性に優れているために微細部品や狭ピッチのはんだ付けに対応することも可能となる。
また、はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックのみから構成される組成をシート形状に加工しているために、はんだ付けする箇所が立体形状している部品等、これまでのはんだペーストでは印刷が困難であった箇所にも任意な形状に加工することにより、はんだ付けが容易となる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明のはんだシートについて詳細に説明する。
本発明のはんだシートは、はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックから構成され、当該はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックとが均一に分散したシート状に加工されたものである。
ここで、従来のはんだシートについて説明する。
従来から開示されているシート状に加工されているはんだは、特許文献３に示すようにプラスチック等の基材、該基材の片面上に配置した水生又は有機溶剤可溶性の樹脂層、はんだ粉末焼結体からなるはんだ層から構成され、はんだ粉末をはんだ付けする箇所に転写することを特徴としている、所謂転写シート方式の技術である。
また、特許文献４も同様にはんだ粒子を転写してはんだ付けする箇所に供給する方法の開示である。
特許文献３及び特許文献４共に、基材となるプラスチック等は熱分解することを求められてはおらず、支持体としてはんだ粉末が転写されるまでシート形状を維持するためのものであり、本発明のはんだシートとは発想も用途も全く異なるものである。
【００１２】
一方、本発明のはんだシートは、はんだ粉末と熱分解性を有するプラスチックと溶剤を、はんだ粉末と熱分解性を有するプラスチックが均一に分散されるまで混合した後、溶剤を蒸発させて、シート状に加工したものである。
【００１３】
本発明のはんだシートに使用できるはんだ粉末は、はんだであれば特に制限はなく、特に鉛フリーはんだが好ましく、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ａｌ-Ｓｉ系、Ｂｉ-Ｚｎ系の鉛フリーはんだ合金、及びそれら鉛フリーはんだ合金にＮｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｐ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ等を適宜添加したはんだ合金を粉末に加工したものを用いることができる。
また、はんだ粉末のサイズもはんだ付けする対象の部品や搭載するピッチにより任意に選定することができ、例えば、２５〜４５μｍ、２５〜３６μｍ、１５〜２５μｍ等のタイプが例示できる。
そして、はんだ粉末の形状も、球状や不定形等、任意に選定が可能である。
【００１４】
本発明のはんだシートに使用できる熱分解可能なプラスチックは、はんだ粉末の融点以下で分解するものであれば特に制限はなく、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＡＬ（ポリビニルアルコール）、ＰＡ６（ナイロン６）、ＰＡ１２（ナイロン１２）、ＰＯＭ（ポリ汗タール）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＳＦ（ポリスルフォン）等が例示でき、これらは単独でも良く、２種以上を組合せても構わない。
また、熱分解可能なプラスチックの好ましい熱分解特性としては、熱分解温度近傍にて蒸散可能な特性を有することが挙げられる。熱分解温度近傍にて蒸散することにより、はんだ付け終了時にはんだ付け箇所に残存する組成がはんだ合金組成のみとなり、はんだ合金が有するはんだ付け特性が十分に発揮することが可能になるからである。
【００１５】
本発明のはんだシートを製造する際に、はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックを混合するときに用いることができる溶剤は、はんだ粉末と熱分解可能なプラスチックを均一に混合することができれば特に制限はなく、熱分解可能なプラスチックとの親和性が良いものが好ましい。
例えば、トルエン、キシレン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、フェノール、ベンゼン等の有機溶剤が例示できる。
【００１６】
本発明のはんだシートを製造する方法として、当該はんだシートの特性を有する範囲に於いて特に制限はなく、例えば、Ｓｎ-Ｃｕ-Ｎｉ系の鉛フリーはんだ粉末の粒径１５〜２５μｍとＰＶＡＬとメチルエチルケトンをプラネタリーミキサー等で混練した後、成形する成形型に流し込み、５０℃近傍に加熱してメチルエチルケトンを蒸発させて、はんだシートに加工する工程が例示できる。
この場合、Ｓｎ-Ｃｕ-Ｎｉ系の鉛フリーはんだ粉末の粒径１５〜２５μｍｍ、ＰＶＡＬ、及びメチルエチルケトンの混合比率は、本発明のはんだシートの特性を有する範囲に於いて任意に設定が可能であり、例えば、配合例として、成型前はんだシート１００に対し、Ｓｎ-Ｃｕ-Ｎｉ系の鉛フリーはんだ粉末を７０〜９５質量％、ＰＶＡＬを５〜２５質量％、チルエチルケトンを５〜２０量％の範囲にて混合することが可能である。
そして、製造される本発明のはんだシートの厚み等のサイズは、はんだ付けの対象に応じて任意に選択することができる。
【００１７】
また、本発明のはんだシートに粘着性物質を付着させて、本発明のはんだシートをはんだ付け箇所にセッティングする際や部品を搭載する際に、位置ズレが発生しないようにすることも可能である。
そして、本発明のはんだシートに付着することができる粘着性物質は、本発明のはんだシートの特性を有する範囲に於いて、その種類や付着させる厚み等に於いて制限は無く、粘着性成分としてはアクリル性粘着剤等が例示できる。
また、付着させる粘着性物質は、本発明のはんだシートの片面又は両面に付着させることもできる。
【００１８】
更に、本発明のはんだシートには、本発明のはんだシートの特性を有する範囲に於いて、上述の基本組成としてのはんだ粉末と熱分解可能なプラスチック以外にも任意の成分を添加することができる。
例えば、はんだ付け対象物の酸化膜等のはんだ付け性を阻害する物質を除去するための活性剤が挙げられる。具体的には、カプロン酸、ラウリル酸、ステアリン酸、安息香酸、サリチル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、フタル酸、ブタン−１，２，３，４−テトラカルボン酸等の有機カルボン酸化合物が例示できる。
【００１９】
次に、本発明のはんだシートを用いたはんだ付け例を説明する。
本発明のはんだシートは、その形状特性から、はんだ付けする箇所、例えばプリント基板の上にセットした後に部品をセッティングして、リフローはんだ付け装置にて当該はんだシートに含有されたはんだ合金の溶融温度を超えた温度にて加熱し、はんだ付けを行った後冷却することによりはんだ付けができる。
その際、はんだ付け箇所に、予め、はんだ付け用フラックスを塗布し、その後、本発明のはんだシートをセットし、リフローはんだ付け装置にてはんだ付けを行っても構わない。
また、上述の活性剤を含有した本発明のはんだシートを用いてはんだ付けを行う場合は、プリント基板等のはんだ付け箇所に本発明のはんだシートを貼付した後、部品をセットして、リフローはんだ付け装置にてはんだ付けを行うことで、はんだ付けが容易に可能となる。
【００２０】
本発明のはんだシートを用いたはんだ付けに於いて、リフローはんだ付け装置内では、先ず、熱分解可能なプラスチックが軟化・分解し、はんだ付け箇所より排除され、無くなる。
その際に、本発明のはんだシートに含有される熱分解可能なプラスチックは、従来のはんだペーストとは異なり、加熱によるダレが発生しない。
次いで、はんだ粉末が溶融する工程となり、はんだ粉末が付着した箇所のみにはんだ接合が行われ、はんだ付けが完了する。
はんだ付けが終了したはんだ接合箇所は、本発明のはんだシートに含有されるはんだ合金の組成のみとなり、はんだ付け特性は従来のはんだペーストと同等以上の特性を示すのである。