(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田で接合すべき金属表面のうちの少くとも一方を、亜鉛又は亜鉛と錫、ビスマス、銀若しくはインジウムとの合金で被覆し、錫と３〜１０％のインジウム又はビスマスとの半田合金の粉末を主体とするソルダペーストで、前記金属表面間を半田接合することを特徴とする、半田接合方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は被接合金属間をソルダペーストにより半田接合するための方法に関するものであって、特に亜鉛を含む含亜鉛半田による接合を得るための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に広く使用されているソルダペーストは、半田合金として錫−鉛合金を使用するものであったが、鉛が毒性を有するため、鉛を含まない半田合金が求められており、錫−亜鉛系合金による無鉛半田が検討されている。
【０００３】
また鉛を含む半田合金においても、機械的強度、特にクリープ特性を改善するために、亜鉛を含有せしめることが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソルダペースト中の半田合金の粉末として含亜鉛半田合金を使用すると、錫や鉛に比べて亜鉛の反応性が高いために、フラックス中の活性剤などの成分と亜鉛とが反応する。
【０００５】
そのため半田付け性が低下し、また経時的に半田合金の粉末粒子の形状が変化してソルダペーストの安定性が低下するため、含亜鉛半田を使用したソルダペーストは実用化が困難であった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、被接合金属に亜鉛を被覆しておくことにより、ソルダペースト中に含亜鉛合金を使用することなく、最終的に含亜鉛半田による接合を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決する手段】
而して本発明は、半田で接合すべき金属表面のうちの少くとも一方を、亜鉛又は亜鉛と錫、ビスマス、銀若しくはインジウムとの合金で被覆し、錫と３〜１０％のインジウム又はビスマスとの半田合金の粉末を主体とするソルダペーストで、前記金属表面間を半田接合することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、被接合金属の表面に、亜鉛又は亜鉛合金の被覆を形成する。プリント回路基板に電子部品を半田付けする場合であれば、回路基板のパッドに亜鉛又は亜鉛合金を被覆するのが適当であるが、電子部品の端子に被覆することもでき、また回路基板のパッドと電子部品の端子との両者に被覆することも可能である。
【００１０】
被接合金属に被覆する金属としては、亜鉛又は、亜鉛と錫、ビスマス、銀若しくはインジウムとの合金であって、亜鉛を５０重量％以上含むものが適当である。特に亜鉛又は、亜鉛と錫との合金が好ましい。
【００１１】
また被接合金属の表面に被覆を形成する手段としては、電解メッキ、無電解メッキ、レベラー法などの方法により行うことができ、その被覆の厚さは５〜２５μ程度が適当である。
【００１２】
ソルダペースト中に含まれる半田合金は、錫と３〜１０％のインジウム又はビスマスとの合金が使用される。
【００１３】
本発明におけるソルダペーストを構成するフラックスとしては、通常のソルダペーストにおいて使用されるフラックスの組成を、概ねそのまま使用することができる。
【００１４】
ベース樹脂としては、ガムロジン、ウッドロジン、トールロジン、これらの変性ロジン、ロジンエステルなどのロジン系の樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などの熱可塑性合成樹脂などを使用することができる。
【００１５】
また活性剤としても、通常のフラックスにおいて使用されると同様に、エチルアミン、プロピルアミン、ジエチルアミン、アニリンなどのアミン類のハロゲン化水素酸塩、クエン酸、乳酸、アジピン酸、ステアリン酸などの有機酸、モノエタノールアミン、ステアリルアミン、ジフェニルアミンなどのアミン類を使用することができる。
【００１６】
本発明においては、被接合金属表面に亜鉛を主成分とする被覆を形成し、錫を主成分とする半田合金で接合することにより、その接合部において錫と亜鉛とにより錫−亜鉛系合金を形成し、当該合金により半田接合される。
【００１７】
従って被接合金属表面に被覆される亜鉛の量と、ソルダペースト中の錫の量とが、錫−亜鉛系半田合金として適切な範囲すなわち、錫80〜95%−亜鉛5〜20%となるようにするのが好ましい。またソルダペースト中の合金にビスマス又はインジウムなどを含む場合においても、それらの量は錫−亜鉛系半田合金中に含有して適切な範囲内とするべきである。
【００１８】
【作用】
本発明においては、被接合金属に亜鉛又は亜鉛合金を被覆し、錫を主成分とする半田合金を含むソルダペーストで、被接合金属を半田接合する。このとき被接合金属の表面に被覆された亜鉛が、半田合金中に拡散して錫−亜鉛系の合金を形成し、当該合金が含亜鉛半田として被接合金属の接合に供される。
【００１９】
【発明の効果】
従って本発明によれば、ソルダペーストの半田合金には亜鉛を含まないので、含亜鉛半田合金における亜鉛と活性剤などとの反応が生じることがなく、かかる反応に基く不都合が生じることがない。
【００２０】
しかしながら、被接合金属の亜鉛が被覆されており、当該亜鉛が半田接合時に半田合金中の錫に拡散し、錫−亜鉛系合金を形成して、含亜鉛半田合金として半田接合に寄与するので、クリープなどの機械的特性が向上する。
【００２１】
またソルダペースト中の半田合金中に鉛を含まないものを使用しても、錫−亜鉛系合金により半田接合がなされるので、鉛による毒性の問題が生じることなく、安全な半田接合ができる。
【００２２】
【実施例】
［被接合金属への亜鉛の被覆］
電子回路基板のパッド部を被接合金属として、そこに表１の実施例１〜４に示すように、亜鉛又は亜鉛−錫合金の金属被覆を形成した。なお実施例４におけるZnSn合金は、亜鉛50%−錫50%の合金である。また比較例は、前記パッド部をそのまま使用した。
【００２３】
［半田合金粉末の調製］
各実施例及び比較例における、ソルダペーストの半田合金の組成は、表１に示す通りである。表１における半田合金の表記において、例えば「Sn-5Bi」は、錫９５重量％とビスマス５重量％との合金であることを示す。
【００２４】
［ソルダペーストの調製］
フラックスの組成
ガムロジン                ６５wt％
カルナバロウ                ５wt％
ブチルカルビトール        ２７wt％
ステアリン酸                ２wt％
アニリン−ＨＣl             １wt％
【００２５】
フラックスの調製
上記組成の各成分を、フラスコ中で加熱溶融して混合し、これを冷却してフラックスとした。
【００２６】
ソルダペーストの調製
上記により調製したフラックス１０重量％と、半田合金粉末（平均粒子径２０〜４０μｍ）９０重量％とを混合し、混練機で攪拌して、ソルダペーストを調製した。
【００２７】
［試験方法］
広がり性
上記ソルダペーストを前記基板パッドの表面に印刷塗布して、ＪＩＳ  Ｚ  ３１９７に準拠して広がり率を測定した。
【００２８】
保存安定性
本発明におけるソルダペーストを冷蔵庫（０〜１０℃）で３カ月間保存し、ソルダペーストの性状の変化及び粘度変化を調べた。
性状：目視観察により調べた。
粘度：スパイラル型粘度計（マルコム社製、ＰＣＵ−II型）を使用して、２５℃、１０rpmで測定した。
【００２９】
［試験結果］
試験の結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0003744972.tif 000002
【００３１】
以上の試験結果からも明らかなように、本発明によれば半田の広がり性が良好で半田付け性が好く、またソルダペーストの保存安定性にも優れており、３カ月後においても粘度の変化が小さく、また十分な流動性を有するものであって、優れた含亜鉛半田による半田接合ができる。
【００３２】
これに対し錫−亜鉛系の半田合金を使用したソルダペーストにおいては、比較例のように広がり性が悪く、半田付け性に劣ると共に、３カ月後の保存安定性においても、増粘して流動性が大幅に低下し、ボソボソの状態であって、半田付けに供することができない状態であった。