(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金粉末と、ロジン系化合物、活性剤及び溶剤とを含むフラックス成分と、ジプロピル亜鉛、ジイソプロピル亜鉛、ジイソブチル亜鉛及びジフェニル亜鉛の内の一種類あるいはこれらの混合物から選択される添加物とからなることを特徴とするはんだペースト。
【請求項２】
前記Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金粉末中のＺｎ含有率が、共晶組成より少ない請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項３】
前記はんだ合金粉末が、９２〜９９ｗｔ％のＳｎ含有率、１〜８ｗｔ％のＺｎ含有率の合金粉末である請求項１又は２に記載のはんだペースト。
【請求項４】
前記はんだ合金粉末が、Ｂｉを含むＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金粉末である請求項１又は２に記載のはんだペースト。
【請求項５】
前記はんだ合金粉末が、２０μｍ／以下の粒径を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載のはんだペースト。
【請求項６】
前記はんだ合金粉末１００重量部に対して、前記フラックス成分を９〜１２重量部、前記添加物を６〜９重量部含む請求項１〜５のいずれか１つに記載のはんだペースト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだペーストに関する。更に詳しくは、本発明は、無鉛はんだペースト、特にＳｎ−Ｚｎ系はんだペーストに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器を構成するプリント基板のはんだ付けには従来Ｓｎ−Ｐｂ系はんだが一般的に用いられてきた。近年、鉛の人体への有害性からＳｎ−Ｐｂ系はんだの代替材料として鉛を含まない無鉛はんだの開発、実用化研究が進行している。現在、無鉛はんだ材料の候補として、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系等が研究されている。
【０００３】
Ｓｎ−Ｃｕ系の代表的な組成Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ（Ｓｎ９９．３ｗｔ％、Ｃｕ０．７ｗｔ％からなることを意味する。以下同じ）の溶融温度は２２７℃、Ｓｎ−Ａｇ系の代表的な組成Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇの溶融温度は２２１℃、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の代表的な組成Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕの溶融温度は２２０℃である。これらの組成のはんだを使用する場合、はんだ付け温度は約２４０℃以上という高温となるため、耐熱性の低い電子部品、例えば電解コンデンサー等は熱ダメージを受けて、故障や機能劣化を起こしてしまう恐れがある。
【０００４】
Ｓｎ−Ｂｉ系の代表的な組成Ｓｎ−４２ｗｔ％Ｂｉ−１ｗｔ％Ａｇの溶融温度は１３９℃で、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ溶融温度よりもかなり低温であるため用途が限定される。
Ｓｎ−Ｚｎ系の代表的な組成として、Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎ、Ｓｎ−８ｗｔ％Ｚｎ−３ｗｔ％Ｂｉ等がある。共晶組成のＳｎ−９ｗｔ％Ｚｎの溶融温度は１９９℃、Ｓｎ−８ｗｔ％Ｚｎ−３ｗｔ％Ｂｉの溶融温度は１９７℃であり、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ溶融温度に近い。しかし、従来、Ｓｎ−Ｚｎ系合金中のＺｎの反応性が高く、Ｚｎの酸化によるはんだ合金融点の上昇やぬれ不良、Ｚｎとペースト中の有機物との反応によるペースト粘度の上昇等の問題があった。
【０００５】
そのため、国際特許公報第ＷＯ９９／０１２５１号に開示されているように、フラックス中にシクロへキシルアミンとエチレンオキシド化合物を添加してペーストの経時変化を抑制する方法、特開２０００−３１７６８２号公報に開示されているようにＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金粉末表面を有機酸塩でコーティングし、経時変化の抑制と良好なぬれ性を得る方法等改善方法が提案されている。
また、近年、携帯電話、携帯情報端末等の小型化、高機能化の要求により、電子部品の小型化、多ピン化及びプリント基板への高密度実装が進行している。そのため、はんだペーストには狭ピッチスクリーン印刷への対応が求められている。その一つの対応策として、はんだ合金粉末の微粉化が検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
Ｓｎ−Ｚｎ系はんだペーストの場合、現状では、はんだ合金粉末の粒径が約２０〜４０μｍ程度の球状はんだ合金粉末が使用されている。微細パターン化への対応のため、粒径が約５〜１５μｍのはんだ合金粉末を用いてペーストを作製して検討したが、はんだ粉末表面積の増大によりＺｎとフラックス成分の反応が増加し、ペーストが増粘するという問題が生じた。
国際特許公報第ＷＯ９９／０１２５１号に開示されているフラックス中にシクロヘキシルアミンとエチレンオキシド化合物を添加する方法では、はんだ合金粉末表面積の増加とともに増粘を抑制するアミン添加量を増やす必要があり、アミン添加量を増やすとぬれ性が悪くなるという問題が生じた。
【０００７】
また、特開２０００−３１７６８２号公報に開示されているＳｎ−Ｚｎ系はんだ粉末表面を有機酸塩でコーティングする方法では、はんだ粉末表面積の増加とともにはんだペースト中の有機酸含有量が増加する。その有機酸は、リフロー工程後のはんだ表面に残留して径時変化によりはんだ接合部の強度低下や導電率変化を引き起こす恐れがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、微細パターン印刷が可能で、かつ経時変化の少ない、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだペーストを提供することである。
かくして本発明によれば、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金粉末と、ロジン系化合物、活性剤及び溶剤とを含むフラックス成分と、ジプロピル亜鉛、ジイソプロピル亜鉛、ジイソブチル亜鉛及びジフェニル亜鉛の内の一種類あるいはこれらの混合物から選択される添加物とからなることを特徴とするはんだペーストが提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態について説明する。
まず、本発明のはんだペーストでは、アルキル又はフェニル亜鉛化合物は次のようにはんだ合金粉末に作用するものと思われる。すなわち、はんだ付け時の加熱によりペースト中のアルキル又はフェニル亜鉛化合物がＺｎと有機物に分解し、分解生成したＺｎがＳｎ−Ｚｎはんだ合金粉末表面に吸着する。次いでＳｎ−Ｚｎはんだ合金粉末表面のＺｎ濃度が徐々に高まり、共晶組成に近づいて溶融温度が低下し、はんだ合金粉末表面から溶融し始める。次第にはんだ合金粉末全体が溶融し、所定のはんだ付けを行うことができるものと思われる。また更に、本発明のはんだペーストは、増粘等の径時変化を抑制することができるが、これははんだ合金粉末中のＺｎ含有量を共晶組成より少なくできるため、ペーストの増粘の原因となるＺｎとフラックス等の成分との接触を低減できるためであると思われる。
【００１０】
本発明に使用できるＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金粉末としては、ＳｎとＺｎの合金を含む限り特に限定されない。また、本発明の効果を阻害しない範囲内で、ＳｎとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。そのような元素としては、Ｂｉ等が挙げられる。ＳｎとＺｎの割合は、共晶組成より少ないＺｎ含有率となるような割合であることが好ましい。そのような割合にすることで、Ｚｎとフラックス等の成分との接触を低減できる。ＳｎとＺｎの割合の具体例として、９２〜９９ｗｔ％のＳｎ含有率、１〜８ｗｔ％のＺｎ含有率が挙げられる。
【００１１】
更に、合金粉末の粒径は、２０μｍ以下であることが好ましい。２０μｍ以下の粉末を使用することで、スクリーン印刷法による微細パターン印刷性を改善することができる。なお、より好ましい粒径は、１０〜２０μｍである。
次に、本発明に使用できるフラックス成分は、特に限定されず、公知のフラックス成分をいずれも使用することができる。一般的には、ロジンを主成分とする樹脂フラックスを使用することができる。具体的には、重合ロジンのようなロジン系化合物を主成分とし、これにジフェニルグアニジン臭化水素酸塩（ＨＢｒ）、ジエチルアミン塩酸塩等の活性剤、α−テレピネオール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル等の溶剤を添加したものがフラックスとして挙げられる。これら成分の配合割合は、所望のフラックスの性質に応じて適宜設定することができる。
次に、本発明に使用できるアルキル又はフェニル亜鉛化合物としては、ジプロピル亜鉛、ジイソプロピル亜鉛、ジイソブチル亜鉛、ジフェニル亜鉛等が挙げられる。これら亜鉛化合物は、一種類あるいはこれらの混合物として使用してもよい。
【００１２】
Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金粉末と、フラックス成分と、アルキル又はフェニル亜鉛化合物の配合割合は、Ｓｎ９４〜９６ｗｔ％、Ｚｎ４〜６ｗｔ％よりなる合金粉末１００重量部に対して、フラックス成分が９〜１２重量部、亜鉛化合物が６〜９重量部であることが好ましい。フラックス成分が９重量部未満である場合、ぬれ不足が生じる可能性があるので好ましくなく、１２重量部より多い場合、印刷性が悪くなるので好ましくない。一方、亜鉛化合物が６重量部未満である場合、はんだ融点が上昇するので好ましくなく、９重量部より多い場合も同様の理由で好ましくない。
本発明のはんだペーストは、はんだ付けが必要であればどのような部材にでも使用することができる。特に、はんだペーストには狭ピッチスクリーン印刷への対応が求められている電子部品のプリント基板への高密度実装に使用することが好ましい。
【００１３】
【実施例】
以下では、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
重合ロジン６０ｗｔ％、活性剤としてのジフェニルグアニジン臭化水素酸塩３ｗｔ％、α−テレピネオール１５ｗｔ％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル２２ｗｔ％を混合してフラックスを調合した。次に、Ｓｎ９５ｗｔ％、Ｚｎ５ｗｔ％よりなる平均粒径が１０μｍのはんだ合金粉末９０ｗｔ％に、上記フラックス１０ｗｔ％を混合し、この混合物に対してジプロピル亜鉛を３、４．５、６．５、８．３、１０ｗｔ％混合して実施例１のはんだペーストを作製した。また、比較のためジプロピル亜鉛を添加しないはんだペーストも作製した。
【００１４】
作製した６種のはんだペーストをＡｌパンに採取し、示差熱分析を行い、はんだ溶融温度を測定した。得られた結果を図１に示す。はんだ合金粉末とフラックスの混合物にジプロピル亜鉛を８．３ｗｔ％添加したはんだペーストにおいて、溶融温度がＳｎ−Ｚｎ共晶合金組成の溶融温度に近い１９９℃を示した。
【００１５】
この実施例のはんだペーストでは、ジプロピル亜鉛は次のようにはんだ合金粉末に作用するものと思われる。すなわち、加熱によりペースト中のジプロピル亜鉛がＺｎと有機物に分解し、分解生成したＺｎがＳｎ−Ｚｎはんだ合金粉末表面に吸着する。次いでＳｎ−Ｚｎはんだ合金粉末表面のＺｎ濃度が徐々に高まり、共晶組成に近づいて溶融温度が低下し、はんだ合金粉末表面から溶融し始める。次第にはんだ合金粉末全体が溶融し、基板ランドと実装部品電極にはんだがぬれ広がるものと思われる。
【００１６】
この実施例のはんだペーストの経時変化を評価するため、密閉容器にはんだペーストを採取し、室温で放置して粘度変化を評価した。マルコム製スパイラル式粘度計を用いて１０ｒｐｍの回転数で測定した結果を図２に示す。はんだペースト作製初期粘度は約１８０Ｐａ・ｓ、２０日後の粘度は約２１０Ｐａ・ｓであり、極端なペーストの増粘は起こっていない。これは、はんだ合金粉末中のＺｎ含有量を共晶組成より少なくし、Ｚｎとフラックス等の成分との接触を低減できたためと思われる。
【００１７】
この実施例のはんだペーストを用いて印刷性の評価を行った。印刷パターンは開口径φ０．３ｍｍからφ０．１ｍｍの範囲とし、メタルマスクは厚さ１００μｍで、レーザー加工法により作製したものを用いた。比較例として、重合ロジン６０ｗｔ％、活性剤としてジフェニルグアニジンＨＢｒを３ｗｔ％、α−テレピネオールを１５ｗｔ％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル２２ｗｔ％を混合して調合したフラックス１０ｗｔ％と、Ｓｎ９１ｗｔ％、Ｚｎ９ｗｔ％よりなる平均粒径が３０μｍのはんだ合金粉末９０ｗｔ％とを混合してペーストを作製し、印刷性評価を行った。得られた結果を図３に示す。
比較例のはんだペーストではφ０．１８〜φ０．２ｍｍパターンが印刷限界であるのに対し、実施例１ではφ０．１２〜φ０．１５ｍｍパターンの印刷が可能であった。
【００１８】
（実施例２）
重合ロジン６０ｗｔ％、活性剤としてのジフェニルグアニジン臭化水素酸塩３ｗｔ％、α−テレピネオール１５ｗｔ％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル２２ｗｔ％を混合してフラックスを調合した。次に、Ｓｎ９２ｗｔ％、Ｚｎ５ｗｔ％、Ｂｉ３ｗｔ％よりなる平均粒径が１０μｍのはんだ合金粉末９０ｗｔ％と、上記フラックス１０ｗｔ％とを混合し、この混合物に対してジイソブチル亜鉛を３〜１１ｗｔ％混合して実施例２のはんだペーストを作製した。
作製したはんだペーストをＡｌパンに採取し、示差熱分析を行い、はんだ溶融温度を測定した。その結果、はんだ合金粉末とフラックスの混合物にジイソブチル亜鉛を重量比で約１００対７添加したはんだペーストにおいて、溶融温度がＳｎ−８ｗｔ％Ｚｎ−３ｗｔ％Ｂｉ合金組成の溶融温度に近い１９７℃を示した。
経時変化評価、印刷性評価も実施例１と同様の結果が得られた。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のはんだペーストは、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金粉末とフラックス成分とアルキル又はフェニル亜鉛化合物を混合して作製するので、増粘等のはんだペーストの経時変化が少なく、かつ微細パターンを印刷することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のはんだペーストの溶融温度測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例１のはんだペーストの粘度経時変化評価結果を示すグラフである。
【図３】実施例１のはんだペーストの印刷限界評価結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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