JPH11320176A - はんだペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はプリント配線板などに電子部品を実
装するに用いるはんだペーストに関し、プリント配線板
などに電子部品を電気的接続に加えて機械的な接続の強
度を高め、接合部の耐疲労寿命を向上し得るはんだペー
ストを提供することを目的とする。 【解決手段】 はんだ粉末からなるはんだろう材と、溶
融温度が１３０〜２５０℃で、かつ該はんだろう材に対
する配合比が１〜５０重量％程度であるポリメタクリル
酸メチル樹脂等からなる熱可塑性樹脂材との主材と、フ
ラックス成分とよりなるはんだペーストを用いることに
より上記目的が達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板な
どに電子部品を実装するに用いるはんだペーストに係
り、更に詳細にはプリント配線板などに電子部品を電気
的な接続に加えて機械的な接続の強度を高め、接合部の
耐疲労寿命の向上を図ったはんだペーストに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、多機能化の波
が定着し、それらに用いられる基板（プリント配線板
等）も対応すべく薄型化、多層化が急速に進められてい
る。一方、このような要求を実現するために、電子部品
のはんだ付けによる実装方式においても基板の表面に電
子部品を直接的に面付けする表面実装方式が採用されて
いる。

【０００３】この表面実装方式では、例えば63重量％Sn
ー37重量％Pbの共晶はんだ粉末 (融点183 ℃) からなる
はんだろう材と、重合ロジン、マレイン酸、ジエチルア
ミンＨＢｒ、ベンゾトリアゾール、硬化ヒマシ油、ジプ
ロピレングリコール、ブチルヒドロキシトルエン等から
なるフラックス成分とが混練されたはんだペーストを、
基板（プリント配線板等）の各パッド上にメタルマスク
を用いた印刷法により選択的に塗布してはんだパターン
を形成し、そのはんだパターン上に電子部品を配設した
後、赤外線リフロー装置等によりはんだパターンを加熱
溶融して前記電子部品を各パッドにはんだ付けすること
によって、前記基板に対する電子部品の電気的な接続と
機械的な接続とを同時に実現している。

【０００４】なお、前記はんだペーストに含まれる重合
ロジンやマレイン酸およびジエチルアミンＨＢｒ等の活
性剤などは、該はんだペーストの印刷塗布時から加熱溶
融のプロセスにおいて、良好な印刷塗布性とはんだ付け
性（濡れ性）を発揮する重要な成分である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来のはんだペーストによって、基板の各パッド上に電子
部品をはんだ付けした場合、その基板と電子部品の各接
合部分の熱膨張率の差によって接合部が熱ストレスを受
け、前記電子部品の繰り返し動作の時間の経過に伴って
前記接合部での歪み応力によるクラックの発生により導
通不良などの障害が起きる問題がある。

【０００６】特に最近では、微細な電極（パッド）上に
電子部品の微細なリードをはんだ付けする構成のものが
増えており、そのはんだ付けの接合部が小さくなるに従
って、益々接合強度の低下が顕著となる。

【０００７】また一方、基板にはんだ付けする電子部品
については、従来のリードピンを有するＱＦＰ(Quad Fl
at Package) タイプの電子部品に対して、はんだボール
（はんだバンプ）を介してはんだ付けするＢＧＡ(Ball
Grid Array) タイプの電子部品なども用いられており、
このＢＧＡタイプの電子部品を用いた場合では、はんだ
ボール（はんだバンプ）からなる接合部に直接的に歪み
応力がかかるため、その接合部の破壊寿命が益々短くな
るという問題がある。

【０００８】従って、そのような接合部での強度を高め
るために従来では、はんだ付け時のはんだの量を増やす
など、接合部の体積を増加させることで対処していた。
しかし、この対処法では接合部が微細化すると、必然的
に隣接する接合部間での電気的なショート (短絡) が生
じる等の不都合を招く欠点があった。

【０００９】本発明は上記した従来の問題点に鑑み、基
板と電子部品の半田付けにおいて確実な電気的接続に加
えて機械的な接合強度の向上を図り、前記基板と電子部
品との接合部の電気的接続と結果的に破壊現象を招き難
い耐疲労寿命の信頼性の高い接合部を形成し得る新規な
はんだペーストを提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、はんだろう材と熱可塑性樹脂材とを主材
として含んでなるはんだペーストを用いる。

【００１１】また、はんだろう材と熱可塑性樹脂材との
主材と、フラックス成分とよりなるはんだペーストを用
いる。即ち、本発明のはんだペーストは、従来のはんだ
ペーストの組成に対して、例えば融点が１３０〜２５０
℃の熱可塑性樹脂材をはんだ粉末（融点：１８３℃）か
らなるはんだろう材に対して１〜５０重量％の割合いで
混ぜ合わせてペースト化したものであって、このような
本発明のはんだペーストを用いて図１(a),(b)の原理
図、例えば図１(a) に示すように基板１の表面に形成さ
れた接合用のパッド（電極）２上にメタルマスクを用い
た印刷法により選択的に塗布してはんだパターン３を形
成する。

【００１２】そのはんだパターン３上にＱＦＰタイプの
電子部品４のリードピン５を配設した後、例えば１５０
℃の予備加熱ゾーンから３００℃の本加熱ゾーンを有す
る赤外線リフロー装置等によって前記はんだパターン３
を溶融させることにより、はんだパターン３を形成して
いたはんだペースト中の溶融はんだは液状となって前記
リードピン５と接触し、かつ該リードピン５と前記パッ
ド２に対して表面張力により凝集されると共に、ほぼ同
時に溶融された前記熱可塑性樹脂材はそのはんだ凝集部
の外周を覆うように溶出された状態になる。

【００１３】その後、徐冷却することによって図１(b)
に示すように前記基板１上の接合用のパッド２とＱＦＰ
タイプの電子部品４のリードピン５とは凝固されたはん
だ６により電気的な接続と機械的な接合がなされると共
に、そのはんだ接合部は溶出された熱可塑性樹脂７が覆
われた状態に固着され、かつ該はんだ６が接合されたパ
ッド２の周囲の基板部分及びリードピン５ともしっかり
と固着されて固着面積が増加され硬化した熱可塑性樹脂
７で補強されるので、前記はんだ６による機械的な接合
強度が更に強化された構成となる。

【００１４】また、このような構成は図２(a),(b) の原
理図によっても明らかなように、例えば図２(a) に示す
ように基板１の表面に形成された接合用のパッド（電
極）２上に、本発明のはんだペーストをメタルマスクを
用いた印刷法により選択的に塗布してはんだパターン３
を形成し、そのはんだパターン３上にＢＧＡタイプの電
子部品８のはんだバンプ９を配設した後、例えば１５０
℃の予備加熱ゾーンから３００℃の本加熱ゾーンを有す
る赤外線リフロー装置等によって前記はんだパターン３
を溶融させた場合にも、はんだパターン３中の液状の溶
融はんだは追従して溶融したはんだバンプ９と一体とな
って前記ＢＧＡタイプの電子部品８の接合部と前記パッ
ド２に対して表面張力により凝集すると共に、同時に溶
けたはんだパターン３中の熱可塑性樹脂材はそのはんだ
凝集部の外周を覆うように溶出された状態になる。

【００１５】その後、徐冷却することによって図２(b)
に示すように前記基板１上の接合用のパッド２とＢＧＡ
タイプの電子部品８とは、前記はんだバンプ９と共に凝
固されたはんだ６により電気的な接続と機械的な接合が
なされると共に、そのはんだ接合部には溶出された熱可
塑性樹脂７が覆われた状態に固着され、かつ該はんだ６
が接合されたパッド２の周囲の基板部分及び前記電子部
品８にもしっかりと固着されて固着面積が増加され、硬
化した熱可塑性樹脂７で補強されるので、前記はんだ６
による機械的な接合強度が更に強化された構成となる。

【００１６】従って、上記したＱＦＰタイプの電子部品
４やＢＧＡタイプの電子部品８と基板との接合部の接合
強度と破壊現象を招き難い耐疲労寿命を大幅に向上させ
ることができ、また、はんだ接合部が熱可塑性樹脂７に
よって覆われた状態になることから、隣接する接合部間
での電気的なショート (短絡) も防止できるなど、微細
化された接合部でのはんだ接合の信頼性が高められる。
更に熱可塑性樹脂材を用いていることによって、基板上
にはんだ付けされた電子部品の取替え操作（リペア操
作）が極めて容易となる等の効果も得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係るはんだペース
トの第１実施例について詳細に説明する。本実施例で
は、例えば６３％Snと37％Pbの組成を有し、かつ平均粒
径が40μｍのはんだ粉末からなるはんだろう材（溶融温
度：１８３℃）の８２０ｇと、ポリメタクリル酸メチル
樹脂（溶融温度：２５０℃）の熱可塑性樹脂材からなる
樹脂分の１００ｇとよりなる主材に、重合ロジンの１８
ｇ、マレイン酸の０.7ｇ、ジエチルアミンＨＢｒの１.3
ｇ、ベンゾトリアゾールの０.7ｇ、硬化ヒマシ油の１.3
ｇ、ジプロピレングリコールの５７.3ｇとブチルヒドロ
キシトルエンの０.7ｇとからなるフラックス成分を混合
し、良く混練してはんだペーストを作製する。

【００１８】そして、このようにして作製したはんだペ
ーストを、例えば0.4 ｍｍピッチで４００個のリードピ
ンを有するＱＦＰタイプの電子部品の２５個と、1.27ピ
ッチで４２０個のはんだバンプを有するＢＧＡタイプの
電子部品の２５個とを実装できる多数の接合用のパッド
を備えた基板の各パッド上に、メタルマスクを用いた印
刷法等により選択的に塗布してはんだパターンを形成す
る。

【００１９】その各はんだパターン上に、前記ＱＦＰタ
イプの電子部品の２５個の各リードピンと、ＢＧＡタイ
プの電子部品の２５個の各はんだバンプを配設した後、
例えば１５０℃の予備加熱ゾーンから３００℃の本加熱
ゾーンを有する一般的な赤外線リフロー装置によって前
記した各電子部品の全数をはんだ付けした。

【００２０】次に、前記ＱＦＰタイプの電子部品の２５
個とＢＧＡタイプの電子部品の２５個とをはんだ付けし
た基板を、例えば、ＭＩＬ ＳＴＤ２０２−１０７Ｇに
よる試験条件Ｂとして、−６５℃で１５分間→２５℃で
５分間→１２５℃で１５分間のヒートサイクルを１００
サイクル行う熱衝撃試験を行った後、前記基板の接合パ
ッドにはんだ付けされた各電子部品のリードピンおよび
はんだバンプからなる各接合部のピーリング試験を行っ
て、接合強度の測定とクラックの有無を観察した。

【００２１】その結果、前記ＱＦＰタイプの電子部品の
２５個の各接合部での１ピン（リードピン）当たりの接
合強度は、試験前に測定した初期値８７５ｇｆが６８８
ｇｆと８０％程度に低下はしているが、従来例のはんだ
ペーストによってはんだ付けされた接合部での１ピン
（リードピン）当たりの接合強度の１５０ｇｆと比較し
て４倍以上に強化されている。

【００２２】また、各はんだ接合部は前記図１(b) に示
される構成を有すると共に、隣接する各接合部間での電
気的なショート (短絡) やそれぞれの接合部でのクラッ
クの発生も認められず、電気的接続と耐破壊寿命の信頼
性の高いはんだ接合が得られることを確認することがで
きた。

【００２３】更に、前記ＢＧＡタイプの電子部品の２５
個の各接合部での１バンプ当たりの接合強度について
も、試験前に測定した初期値６７９ｇｆが４９２ｇｆと
７０％程度に低下はしているが、従来例のはんだペース
トによってはんだ付けされた接合部での１バンプ当たり
の接合強度の９８ｇｆと比較して５倍以上に強化されて
いる。

【００２４】そして各はんだ接合部は、前記図２(b) に
示される構成を有すると共に、隣接する各接合部間での
電気的なショート (短絡) やそれぞれの接合部でのクラ
ックの発生も認められず、電気的接続と耐破壊寿命の信
頼性の高いはんだ接合が得られることを確認することが
できた。

【００２５】次に、本発明のはんだペーストにおける樹
脂分の熱可塑性樹脂組成物の異なる実施例１〜７及び従
来例のはんだペーストについて説明する。まず、図３に
示すように前記した第１実施例のはんだペースト、即
ち、実施例１のはんだペースト及び、その実施例１のは
んだペースト中の熱可塑性樹脂材からなる樹脂分である
ポリメタクリル酸メチル樹脂（溶融温度：２５０℃）の
代わりに、ポリアクリル酸メチル樹脂（溶融温度：２０
０℃）、ポリスチレン樹脂（溶融温度：１８０℃）、ポ
リアセタール樹脂（溶融温度：１７０℃）、ポリエチレ
ン樹脂（溶融温度：１６０℃）、ポリ塩化ビニール樹脂
（溶融温度：１５０℃）、エチレン酢酸ビニル樹脂（溶
融温度：１３０℃）の溶融温度の異なる各熱可塑性樹脂
材をそれぞれ配合した実施例２〜７のはんだペーストを
用意する。

【００２６】また、前記熱可塑性樹脂材からなる樹脂分
を用いない、例えば６３％Snと37％Pbの組成を有し、か
つ平均粒径が40μｍのはんだ粉末からなるはんだろう材
（溶融温度：１８３℃）の８２０ｇよりなる主材と、重
合ロジンの１１８ｇ、マレイン酸の０.7ｇ、ジエチルア
ミンＨＢｒの１.3ｇ、ベンゾトリアゾールの０.7ｇ、硬
化ヒマシ油の１.3ｇ、ジプロピレングリコールの５７.3
ｇとブチルヒドロキシトルエンの０.7ｇとからなるフラ
ックス成分とを混合し、混練して作製した従来例（比較
例）のはんだペーストを用意する。

【００２７】そして、前記実施例１〜７のはんだペース
トと従来例（比較例）のはんだペーストとを、例えば0.
4 ｍｍピッチで４００個のリードピンを有するＱＦＰタ
イプの電子部品の２５個と、1.27ピッチで４２０個のは
んだバンプを有するＢＧＡタイプの電子部品の２５個と
を実装できる多数の接合用のパッドを備えた８枚の基板
の各パッド上に、それぞれ前記はんだペースト別に印刷
法により塗布してはんだパターンを形成する。

【００２８】次に、その各基板上の各はんだパターン
に、それぞれ前記ＱＦＰタイプの電子部品の２５個の各
リードピンと、ＢＧＡタイプの電子部品の２５個の各は
んだバンプを配設した後、１５０℃の予備加熱ゾーンか
ら３００℃の本加熱ゾーンを有する赤外線リフロー装置
によって上記の各電子部品の全数をはんだ付けした。

【００２９】その後、前記ＱＦＰタイプの電子部品の２
５個とＢＧＡタイプの電子部品の２５個とをそれぞれは
んだ付けした８枚の基板を、前記第１実施例で行った試
験条件と同様な熱衝撃試験を行った後、前記各基板の接
合パッドにはんだ付けされた各電子部品のリードピンお
よびはんだバンプからなる各接合部のピーリング試験を
行って、その各接合部の接合強度の測定とクラックの有
無を観察した。

【００３０】その結果は図４によって明らかなように、
前記実施例１〜７のはんだペーストによって２５個の前
記ＱＦＰタイプの電子部品がそれぞれはんだ付けされた
７枚の基板の各接合部での１ピン（リードピン）当たり
の接合強度は、試験前に測定した初期値よりも８０〜９
０％程度に低下はしているが、従来例のはんだペースト
によって前記電子部品がはんだ付けされた基板の各接合
部での１ピン（リードピン）当たりの接合強度と比較し
て４倍以上に強化されている。

【００３１】そして、前記した各はんだ接合部は前記図
１(b) に示される構成を有すると共に、隣接する各接合
部間での電気的なショート (短絡) やそれぞれの接合部
でのクラックの発生も認められず、該接合部の電気的接
続と破壊現象を招き難い耐疲労寿命の信頼性の高いはん
だ接合が得られることを確認した。

【００３２】一方、従来例のはんだペーストによって基
板にはんだ付けされた前記ＱＦＰタイプの電子部品の２
５個の各接合部での１ピン（リードピン）当たりの接合
強度は、試験前に測定した初期値４９２ｇｆが１５０ｇ
ｆと３０％に低下しており、しかも前記電子部品の２５
個における１００００個の接合部の中の１３２０個にク
ラックの発生が見られた。

【００３３】また、もう一つの結果として図５によって
明らかなように、前記実施例１〜７のはんだペーストに
よって２５個の前記ＢＧＡタイプの電子部品がそれぞれ
はんだ付けされた７枚の基板の各接合部での１バンプ当
たりの接合強度は、試験前に測定した初期値よりも７０
〜９０％程度に低下はしているが、従来例のはんだペー
ストによって前記電子部品がはんだ付けされた基板の各
接合部での１バンプ当たりの接合強度と比較して４倍以
上に強化されている。

【００３４】そして、前記した各はんだ接合部は前記図
２(b) に示される構成を有すると共に、隣接する各接合
部間での電気的なショート (短絡) やそれぞれの接合部
でのクラックの発生も認められず、該接合部の電気的接
続と破壊現象を招き難い耐疲労寿命の信頼性の高いはん
だ接合が得られることを確認した。

【００３５】一方、従来例のはんだペーストによって基
板にはんだ付けされた前記ＢＧＡタイプの電子部品の２
５個の各接合部での１バンプ当たりの接合強度は、試験
前に測定した初期値３５０ｇｆが９８ｇｆと２８％も大
きく低下しており、しかも、前記電子部品の２５個にお
ける１０５００個の接合部の中の２１００個にクラック
の発生が見られた。

【００３６】なお、以上の各実施例においては、はんだ
ペースト組成中のはんだろう材としてSn−Pbからなるは
んだ粉末を用いた場合の例について説明したが、本発明
はそのような例に限定されるものではなく、例えばSn−
Pbからなるはんだ粉末の他にSn−Bi、Sn−In、In−Pb、
Sn−Ag、Pb−Ag、Ag−In、Bi−Inなどの二元系のはんだ
粉末、或いはSn−Pb−Ag、Sn−Pb−Sbなどの三元系のは
んだ粉末を用いることができる。

【００３７】また、はんだ粉末からなるはんだろう材に
対する樹脂分としての熱可塑性樹脂材の配合比も、該熱
可塑性樹脂材の多い方が接合部の補強強度と耐疲労寿命
を向上させる点では望ましいが、一方、電気抵抗の低い
接続を確保するためには１〜５０重量％の範囲の配合比
が好ましく、本実施例でも適用しているように１０重量
％程度が好適である。

【００３８】更に、前記した樹脂分である熱可塑性樹脂
材としては、溶融温度が１３０℃以下のものでは、はん
だ付けにより実装された電子部品の駆動時の発熱温度に
より軟化する恐れがあり、２５０℃以上のものでは、は
んだ付けによる実装時の電子部品の耐熱性が限界となる
ことから、溶融温度が１３０〜２５０℃の範囲にある各
種熱可塑性樹脂材の適用が好ましい。

【００３９】更に、はんだペーストの作製において、熱
可塑性樹脂材は粉末の状態、或いは溶剤に予め溶かした
状態で用いても良い。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るはんだペーストによれば、プリント配線板等の基
板にＱＦＰタイプやＢＧＡタイプ等の電子部品を表面実
装するに適用することにより、基板と電子部品との接合
部の強度及び電子部品の動作時の熱サイクル等に起因す
る応力歪に対する耐疲労寿命を著しく向上させることが
できると共に、隣接する各接合部間での電気的な絶縁が
確保され、電気的接続及び機械的接続と耐疲労寿命の信
頼性の高いファイン化されたはんだ接合が得られる。

【００４１】また、樹脂分として熱可塑性樹脂材を用い
ていることによって、基板上にはんだ付けされた電子部
品の取替え操作（リペア操作）が極めて容易となる利点
を有する等、実用上優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のはんだペーストを用いて基板にＱＦ
Ｐタイプの電子部品を表面実装した状態を説明する原理
図である。

【図２】 本発明のはんだペーストを用いて基板にＢＧ
Ａタイプの電子部品を表面実装した状態を説明する原理
図である。

【図３】 本発明のはんだペーストの実施例１〜７と従
来例（比較例）のはんだ組成物の配合を示す図である。

【図４】 本発明の実施例１〜７と従来例（比較例）の
はんだペーストを用いて基板にＱＦＰタイプの電子部品
を表面実装した接合部の接合強度試験の結果を示す図で
ある。

【図５】 本発明の実施例１〜７と従来例（比較例）の
はんだペーストを用いて基板にＢＧＡタイプの電子部品
を表面実装した接合部の接合強度試験の結果を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板 ２ パッド ３ はんだパターン ４ 電子部品（ＱＦＰタイプ） ５ リードピン ６ はんだ ７ 熱可塑性樹脂 ８ 電子部品（ＢＧＡタイプ） ９ はんだバンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだろう材と熱可塑性樹脂材とを主材
   として含んでなることを特徴とするはんだペースト。
2. 【請求項２】 はんだろう材と熱可塑性樹脂材との主材
   と、フラックス成分とよりなることを特徴とするはんだ
   ペースト。