(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＡフラックス：５．０〜７．５質量％を含有し、残部がＳｎ：１５〜２５質量％を含有し、残り：Ａｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末からなる印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストであって、前記印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの粘度は１８０〜３００Ｐａ・ｓの範囲内にあり、さらに前記印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに含まれるＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末は平均粒径：５μｍ未満でかつ最大粒径：１０μｍ以下の粒度分布を有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末であることを特徴とする印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ微粉末を用いたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを印刷工法により塗布しリフロー処理してＡｕ−Ｓｎ合金はんだを基板などの表面に薄く狭く形成するためのＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＳＡＷフィルター、水晶発振子などをセラミックスを主とするパッケージ内に気密封止するための蓋接合材、ＬＥＤ、ＬＤ、ＰＤ、ＭＥＭＳなどのダイボンド材、電極材などとしてＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストが使用されている。
【０００３】
前記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストはＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末にフラックスを添加し撹拌混合して作製する。そして、通常使用されているＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末はＳｎ：１５〜２５質量％を含有し、残部がＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することが知られており、このＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末はガスアトマイズにより製造されることおよびその平均粒径Ｄ５０は１０〜４０μｍの範囲内にあることが知られている。前記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを塗布する方法の一つとして印刷法が知られており、この印刷法の一つとして例えばステンシル印刷法が知られている。このステンシル印刷法は狭い幅の貫通細溝を有するステンシルマスクを基板の上に載置し、このステンシルマスクの貫通細溝にＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを充填し、その後、ステンシルマスクを除去して貫通細溝に充填されたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを基板に残して印刷する方法である（非特許文献１参照）。
また、前記フラックスにはロジンがベースとなっているロジン系フラックスが使用され、このロジン系フラックスには、Ｒ（溶媒と純粋なロジンだけのロジンフラックス）、ＲＭＡ（温和な活性があるロジン系フラックス）、ＲＡ（活性化ロジンフラックス）の三つに分類され表示されて市販されており、この分類はアメリカ連邦規格に由来するとされている（非特許文献２、３参照）。
そして、前記非特許文献１にはＲＭＡフラックスまたはノンハロゲンフラックス：５〜１０質量％、残部：Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末となるように配合したＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは粘度：５０〜２５０Ｐａ・ｓを有することが記載されている。
【非特許文献１】第１０回エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術シンポジウム論文集、Ｖｏｌ．１０．２００４、Ｐ９５〜１００（財団法人  溶接学会、２００４年２月５日発行）
【非特許文献２】竹本正、佐藤良著「高信頼度マイクロソルダリング技術」（１９９１年１月１１日（株）工業調査会発行、Ｐ１３２〜１３３）
【非特許文献３】竹本正、内藤伸一監訳「ソルダリング  イン  エレクトロニクス」（昭和６１年８月３０日  日刊工業新聞社発行、Ｐ１５０〜１５１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、セラミックスを主とするパッケージはますます小型化している。それに伴って前記パッケージの気密封止するために塗布されるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの幅をますます薄く狭くすることが求められている。この薄く狭い幅のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト塗布膜をステンシル印刷法により形成するためには、ステンシルマスクの厚さを一層薄くし、さらにステンシルマスクに設けられている貫通細溝の幅を一層狭くしなければならない。しかし、ステンシルマスクの貫通細溝の幅を狭くするにつれて得られるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは非塗布部分を有する切れた線状に印刷されるようになり、このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストが切れた線状に印刷された状態でリフロー処理するとＡｕ−Ｓｎ合金はんだが形成されない部分が発生し、例えば、セラミックスパッケージの気密封止を行うと、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだの非接合部分が発生して十分な気密保持を行うことができないという問題点が生じてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者らはかかる課題を解決すべく研究を行った。その結果、
（イ）Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストが点線状に断続的に印刷されるのはステンシルマスクの貫通細溝の幅が狭くなるにつれてＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストがステンシルマスクの貫通細溝にまんべんなく充填されず、非塗布部分を有する切れた線状に印刷されることによるものであること、
（ロ）従来のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに含まれるＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末の平均粒径Ｄ５０は１０〜４０μｍの範囲内にあるが、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに含まれるＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末を一層微細にし、平均粒径Ｄ５０を５μｍ未満でかつ最大粒径：１０μｍ以下とし、さらにＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの粘度を１８０〜３００Ｐａ・ｓの範囲に調整したＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは、ステンシルマスクの貫通細溝の幅が一層狭くなっても貫通細溝にまんべんなく充填することができ、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの断続的な塗布層とはならない、
（ハ）前記平均粒径Ｄ５０：５μｍ未満、最大粒径：１０μｍ以下の微細なＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末に混合するフラックスは、一般に知られているロジン系フラックス（ＲＭＡフラックス、Ｒフラックス、ＲＡフラックスなど）の内でもＲＡフラックスが好ましい、などの研究結果が得られたのである。
【０００６】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
ＲＡフラックス：５．０〜７．５質量％を含有し、残部がＳｎ：１５〜２５質量％を含有し、残り：Ａｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末からなる印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストであって、前記印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの粘度は１８０〜３００Ｐａ・ｓの範囲内にあり、さらに前記印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに含まれるＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末は平均粒径：５μｍ未満でかつ最大粒径：１０μｍ以下の粒度分布を有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末である印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに特徴を有するものである。
【０００７】
この発明の印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだは下記の方法で作製する。まず、Ｓｎ：１５〜２５質量％を含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有するＡｕ−Ｓｎ合金を溶解し、得られた溶湯を不活性ガスを噴射してガスアトマイズすることによりＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末を製造し、このようにして製造したＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末を分級して粒度調整し、平均粒径Ｄ５０：５μｍ未満、最大粒径：１０μｍ以下の微細なＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末を製造する。
【０００８】
このようにして得られた微細なＡｕ−Ｓｎ合金粉末をＲＡフラックスと混合してＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを作製する。このときＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末に配合するＲＡフラックスの量は５．０〜７．５質量％の範囲内にあるように配合し混合してＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの粘度を１８０〜３００Ｐａ・ｓの範囲内にあるようにすることが一層好ましい。
【０００９】
この発明の印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに含まれるＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末の成分組成は一般にＡｕ−Ｓｎ合金はんだとして知られている範囲であるのでその成分組成の限定理由の説明は省略する。
この発明の印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに含まれるＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末の粒度を平均粒径Ｄ５０：５μｍ以下、最大粒径：１０μｍ以下に限定したのは、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末の平均粒径Ｄ５０が５μｍを越え、最大粒径が１０μｍを越えると、貫通細溝の幅が一層狭くかつ厚さが一層薄いステンシルマスク（例えば、幅：６０〜８０μｍ、厚さ：１５〜２０μｍ）を使用してステンシル印刷した場合に部分的に途切れた断続的な印刷がなされるので好ましくないからである。
また、平均粒径Ｄ５０：５μｍ以下でかつ最大粒径：１０μｍ以下の微細なＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末に市販のＲＡフラックスを５．０〜７．５質量％混合して得られたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストであっても粘度が１８０Ｐａ・ｓ未満であると、粘度が低すぎて、ステンシル印刷時の版抜け性が悪く、さらに版抜け後にペーストがダレ安くなるので好ましくなく、一方、粘度が３００Ｐａ・ｓを越えると、粘度が高すぎて、ステンシル上で良好なローリング性を有さなくなるので好ましくない。したがって、この発明の印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの粘度は１８０〜３００Ｐａ・ｓの範囲内に定めた。
この発明の印刷用Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに含まれるフラックスをＲＡフラックスに限定しているのは、ＲＡフラックスは５μｍアンダーのＡｕ−Ｓｎ合金粉末はＡｕ−Ｓｎ合金粉末表面の酸化膜を除去して溶融・凝集させる作用が顕著であるが、その他のフラックスではＡｕ−Ｓｎ合金粉末表面の酸化膜を除去して溶融・凝集する作用が弱いからである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは印刷に際して非印刷部分が発生することが無く、したがって、従来のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストに比べて接合部の信頼性が優れており、最終製品の不良品発生率も減少してコストを低減することができ、産業上優れた効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
高周波溶解炉により溶解して得られたＡｕ−Ｓｎ合金はんだ溶湯をガスアトマイズすることによりＳｎ：２０質量％を含有し残部がＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末を作製し、このガスアトマイズして得られたＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末を分級装置を用いて分級し、分級して得られたＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末の粒度分布をマイクロトラック（日機装製ＭＴ３３００）を用いて測定し、表１に示される平均粒径Ｄ５０および最大粒径を有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末Ａ〜Ｇを作製した。
【００１２】
【表１】
0005077690.tif 000002
【００１３】
さらに、市販のＲＡフラックスおよびＲＭＡフラックスを用意し、このＲＡフラックスおよびＲＭＡフラックスに表１の平均粒径および最大粒径が異なるＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末Ａ〜Ｇを、表２に示される量のＲＡフラックスと混合し、表２に示される粘度を有する本発明Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト（以下、本発明ペーストという）１〜６、比較Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト（以下、比較ペーストという）１〜３および従来Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト（以下、従来ペーストという）１を作製した。
【００１４】
さらに、コバール製板を用意し、この板の表面にＮｉメッキ層（厚さ：５μｍ）を形成し、このＮｉメッキ層の最表面にさらにＡｕメッキ層（厚さ：０．１μｍ）を施すことにより基板を作製し用意した。
さらに、パッケージサイズ１６１０（長さ：１．６ｍｍ、幅：１．０ｍｍ）のＡｕ−Ｓｎ合金はんだ枠を形成するために、幅：６０μｍの枠状貫通細溝が１００個設けられている厚さ：１５μｍの印刷用ステンシルマスクを用意した。
前記基板の上に前記印刷用ステンシルマスクを載せ、本発明ペースト１〜６、比較ペースト１〜３および従来ペースト１を印刷用ステンシルマスク上に供給し、基板用印刷機を用いて印刷し、印刷用ステンシルマスクを除去したのちベルト炉を用い、N２雰囲気下、ピーク温度：３２０℃の条件でリフロー処理した。リフロー処理した後の基板上には、フラックス残渣が残っているので洗浄した。基板に１００個形成されたＡｕ−Ｓｎ合金はんだ枠の短辺の中点部、長辺の中点部の平均幅と平均厚みを３次元測定機（Nikon製  ＮＥＸＩＶ  ＶＭＲ−３０２０）を用いて測定し、１００個のＡｕ−Ｓｎ合金はんだ枠の内でＡｕ−Ｓｎ合金はんだが乗っていない非形成部が生成したＡｕ−Ｓｎ合金はんだ枠の数をカウントし、その結果を表２に示した。
【００１５】
【表２】
0005077690.tif 000003
【００１６】
表１〜２に示される結果から、比較ペースト１〜３を用いて基板表面に形成したＡｕ−Ｓｎ合金はんだ枠の幅および厚さはバラツキが大きく、さらにＡｕ−Ｓｎ合金はんだが乗っていない非形成部分が発生して接合不良があり、さらに従来ペースト１はＡｕ−Ｓｎ合金はんだ枠を形成しないが、平均粒径：５μｍ未満、最大粒径：１０μｍ以下を有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末Ａ〜Ｆを含む本発明ペースト１〜６を用いて基板表面に形成したＡｕ−Ｓｎ合金はんだ枠の幅および厚さはバラツキが小さく、さらにＡｕ−Ｓｎ合金はんだが乗っていない非形成部分が発生していないことから、本発明ペースト１〜６は比較ペースト１〜３および従来ペースト１に比べて信頼性に優れたはんだ接合を行うことができることがわかる。