ソルダーペースト印刷時の増粘原因調査とその試験方法

概要
ＳＭＴにおけるソルダーペースト印刷工程は重要な要素技術で、特に、連続印刷時のペースト増粘による経時劣化は重大な不具合を引き起こす場合がある。本報では、この増粘原因を考察するとともに、その試験方法を提案する。
連続印刷時のペースト劣化で発生する不具合
項目
粘性変化
粘着性劣化

発生する不具合

増粘による印刷かすれ

はんだ量少，チップ立ち，溶融不良，不ぬれ

チキソ性低下

はんだショート，チップ立ち

粘着性低下

部品搭載不良報告内容
ソルダーペーストの粘度変化事例
ソルダーペーストの増粘原因●金属塩形成による増粘●溶剤沸点が増粘に及ぼす影響調査

連続印刷特性の評価方法●印刷試験と金属塩の計測

まとめ１．ソルダーペーストの粘度変化事例

連続印刷試験方法

連続印刷装置スキージング部の拡大

恒温恒湿層へ設置

ソルダーペーストの粘度変化事例１0.70.65

粘度(Pa)

350
3000.60.55

2502000.50.45

150100チキソ比4000.40.355000.301

35812時間（Ｈｒ）
粘度２３℃/５０％ＲＨ

チキソ比２３℃/５０％ＲＨ

粘度３０℃/５０％ＲＨ

チキソ比３０℃/５０％ＲＨ

ソルダーペーストの粘度変化事例２

4000.7
測定不可

0.65

3000.6

2500.55

2000.51500.45

1000.4500.3500.301

2

3

チキソ比粘度(Pa)

350

5

印刷時間(Ｈｒ)
粘度２３℃/５０％ＲＨ

チキソ比２３℃/５０％ＲＨ

粘度３０℃/８０％ＲＨ

チキソ比３０℃/８０％ＲＨ

ソルダーペーストの粘度変化事例３0.70
測定不可

粘度(Pa)

3500.65

3000.60

2500.55

2000.50

1500.45

1000.40

500.3500.30
0246チキソ比

4008

印刷時間（Ｈｒ）
粘 度（ 室温 ）チキソ比（室温）

２．ソルダーペーストの増粘原因
２−１ 金属塩形成による増粘２−２ 溶剤沸点が増粘に及ぼす影響調査

金属塩形成による増粘２−１ ソルダーペーストの成分と配合比
組成・成分重量比(wt%)

はんだ粉

Ｓｎ3.0Ａｇ0.5Ｃｕ

88.2〜88.4

フラックス

ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル 2〜42-エチル-1,3-ヘキサンジオール

<1ロジン

4〜6他

微量

●メーカー情報および分析結果より記載。
●分析方法
分液しカラムクロマトグラフで展開，分画後に薄層クロマトグラフおよびＮＭＲで分析。

２−１ 増粘したソルダーペーストの分液結果
ソルダペースト （およそ２ｇを精秤）
アセトンで洗浄

はんだ粉

金属成分
未使用

アセトン可溶部

アセトン不溶部

アセトン不溶部 アセトン可溶部

計

1.797

0.043

0.193

2.033

（88.4%）（2.1%）（9.5%）(100.0%)

使用

1.756

0.074

0.161

1.991（増粘）（88.2%)(3.7%)(8.1%)(100.0%)

サンプリング量2.036（ｇ）

サンプリング量
1.998（ｇ）

増粘したペーストではアセトン不溶部が増加。

２−１ 各構成部のＦＴ−ＩＲ分析
アセトン可溶部

アセトン不溶部
未使用

未使用

使用

使用

アセトン不溶部，可溶部とも未使用，使用で違いはない。

２−１ アセトン不溶部とフラックス主要成分ロジンのＦＴ−ＩＲ比較
100

アセトン不溶部
ロジン

90
80
70
60

%T 50
40
30
20
1003400

3160

2920

2720

2520

2200

1940

1780

1680

1580

1480

1400

1320

1200

Wavenumber(cm-1)

ロジン反応物が増粘原因の可能性あり。

２−１ アセトン不溶部の詳細分析方法

アセトン不溶部
加水分解（大過剰エタノールと定倍モル比の濃塩酸を加え１時間還流加熱）
エタノールに溶解
エタノール除去（減圧）薄層クロマトグラフ
薄層板：シリカゲルプレート
展開溶媒：IPA/nｰﾍｷｻﾝ＝1/4

カラムクロマトグラフで３分画
充填剤：球状シリカゲル
展開溶媒：IPA/nｰﾍｷｻﾝ＝1/8~1/4

ＮＭＲ２−１ アセトン不溶部の詳細分析結果
アセトン不溶部の薄層クロマトグラフ分析
観察される３個のスポットで、２個はＵＶ吸収を持ち、ＲＦ値がロジン近似。

ロジン由来の成分と推測。

カラムクロマトで３分画したアセトン不溶部のＮＭＲ●上記ＵＶ吸収を持つ２個のスポットはロジン由来の成分が検出された。
●残り１個のスポットはテトラエトキシ錫Sn(OC2H5)4と同定された。

２−１ アセトン不溶部を構成する成分の推定
３分画した試料のモル比
重量（ｇ）

モル数(mmol)

スポットａ0.82

2.48

スポットｂ0.49

1.48

スポットｃ0.642.14

モル比
ｽﾎﾟｯﾄ(a+b)/ｽﾎﾟｯﾄc１．８５

ロジン

１Ｓｎ

スポットa,bはアビエチン酸エチルのスポットｃはテトラエトキシ錫の分子量を適応しモル比を算出した。

ロジンとＳｎの比率はおよそ２：１でロジン酸ーＳｎーロジン酸の形成が推測される。
アセトン不溶の金属塩形成がペースト増粘の原因と考えられる

２−１ 参考：アセトン不溶部の加水分解反応

２−１ 金属塩の形成によるはんだ粉の凝集（ペースト増粘）

印刷初期

連続印刷後

連続印刷後（拡大）―ハリマ化成株式会社より提供

２−１ 金属塩の計測によるペースト増粘300

1000.05250

800.04

2000.03

1500.02100

200.01500024連続印刷時間(Hr)48

金属塩の測定●ソルダーペーストチェッカー（ＳＰＣ）
ＦＴ−ＩＲで金属塩を測定できる原理を利用した、ソルダーペースト劣化を検知するセンサー。現場で使用することを前提としており測定が簡易。

オムロン株式会社

6040

はんだボール発生率、％0.06

粘度、Pa・S

金属塩度
粘度
はんだボール

金属塩度（abs）

金属塩と粘度溶剤沸点が増粘に及ぼす影響調査
２−２ 評価した溶剤
評価溶剤選定の考え方●沸点が適度に異なること。
●水に対する溶解性が、同程度であること。

溶剤名

水に対する溶解性

沸点(℃)

融点(℃)

プロピレングリコール モノブチルエーテル（ＰＧＢＥ）

6g/100 ml

170-75エチレングリコール モノ ヘキシルエーテル（ＥＧＨＥ）

1g/100 ml

208-45ジエチレングリコール モノヘキシルエーテル（ＤＥＧＨＥ）

2g/100 ml

259-33

２−２ ソルダーペースト処方
試料作成
各溶剤でペーストを試作し、各々、配合比を検討し目標粘度に設定した。
目標粘度：１７５±２０（Ｐａ.）

ソルダペースト試作例
ソルダーペースト成分

配合例

樹脂

変性ロジン

6.62

チキソ剤

カスターワックス

0.46

トリエタノールアミン

0.35

エチルアミンHCl塩

0.05

ﾌﾟﾛﾋﾟﾚﾝｸﾞﾘｺｰﾙﾓﾉﾌﾞﾁﾙｴｰﾃﾙ

3.55

はんだ粉末(Sn96.5/Ag3/Cu0.5)

89.00

計

100.0

フラックス 活性剤

溶剤
金属（ｗｔ％）

２−２ 連続印刷時の粘度変化
400
350

粘度(Pa.)

300
250
200
150
10050002
ＰＧＢＥ(bp.170℃)

4印刷時間(Hr)

68ＥＧＨＥ(bp.208℃)

ＤＥＧＨＥ(bp.259℃)

連続印刷時の粘度上昇は溶剤沸点に影響される。

３．連続印刷特性の評価方法
ー印刷試験と金属塩の計測

連続印刷性評価の問題点

問題点

問題点の詳細量産装置使用

現場ラインのため日程，試験時間，試験点数が厳しく制限される。
装置は高価格で、広い設置場所が必要。

作業場内環境の再現性

温度，湿度を考慮した試験ができないため、再現性に乏しい。
（特に湿度の可変は困難）●簡易な試験装置。
●温度、湿度の影響を調査できる試験方法。

連続印刷試験方法

連続印刷装置スキージング部の拡大

恒温恒湿層へ設置

連続印刷試験の実施で得られる効果①新規材料採用時の円滑な量産移行。
②連続印刷時の材料特性変化が不具合へ及ぼす影響調査。
③不良の低減(データ取得により以下の対策を講じることが可能となる。)●作業場内の環境改善●材料の追加、廃棄のタイミング変更④季節、工場別で異なる不良発生率の改善。

４．まとめ●ソルダーペーストの連続印刷中に増加するロジンＳｎ塩が増粘に影響している可能性が強い。
●金属塩増加をモニターすることでペースト劣化管理が可能になる。
●ペーストに使用される溶剤の沸点が低いと増粘が著しい。
−ただし、市販ペーストで低沸点溶剤が単独使用されるケースは少ないと考えられる。

●簡易で、温湿度の影響を調査できる、連続印刷評価法を考案した。