JP2000317672A - 部品実装用クリームはんだ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフロー後のはんだボールの発生を抑制する
ことができる部品実装用クリームはんだを提供するこ
と。 【解決手段】 はんだ粉１２の融点よりも高い融点を有
し、かつ、はんだ粉１２を構成する粒子の粒度分布内で
その上限側に粒度分布を有する金属微粉末１３を混合す
ることにより、リフロー時に金属微粉末１３が配線基板
４のランド部４ａと部品３の電極部３ａとの間に介在さ
せて、表面張力により溶融はんだ１２Ａがランド部４ａ
上へ集まる領域を大きくし、ランド部４ａの周辺に取り
残されるはんだの量を減らす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品実装用クリー
ムはんだに関し、更に詳しくは、リフロー後のはんだボ
ール発生の抑制を図った部品実装用クリームはんだに関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、電子部品の高密度実装用クリーム
はんだとして主に、化学組成が重量比でＳｎ（錫）６３
％、Ｐｂ（鉛）３７％の共晶はんだ粉をフラックス中に
分散させたものが使用されている。

【０００３】配線基板への部品の実装は図３に示すよう
に、あらかじめクリームはんだ１を塗布した配線基板の
ランド部４ａに部品３の電極部３ａを載置し、リフロー
炉にてクリームはんだ中のはんだ粉２を溶融して上記ラ
ンド部４ａと電極部３ａとを接合することにより行われ
る。このとき、クリームはんだ中のフラックスは印刷に
よる塗布を可能とするとともに、リフロー時、はんだ粉
２やランド部４ａあるいは電極部３ａの表面の酸化膜を
除去し、はんだの接合を助ける働きをする。

【０００４】ここで問題となるとは、図３Ｂに示すよう
に、リフロー処理後にランド部４ａまたは部品３の周辺
に発生するはんだボール１０である。図４に示すよう
に、部品３は配線基板４上のはんだ粉２上に載置された
状態で予備加熱が行われ（図４Ａ）、本加熱時にはそれ
が溶融はんだ２Ａとなって周辺に拡がり（図４Ｂ）、は
んだ自身の表面張力でランド部４ａに集中して、はんだ
フィレット２Ｂを形成する。はんだボール１０は、ラン
ド部４ａに集中せずに取り残されたはんだによって形成
されるもので（図４Ｃ）、例えばφ１００μｍぐらいの
大きさである。

【０００５】はんだボール１０は、品質面からいえば無
いのが望ましい。現在のところ、洗浄除去しなくても部
品間隔が相対的に広く、隣接するランド間の絶縁性を特
に悪化させていないことや、フラックスに包まれている
ため製品完成後でも配線基板から落ちたりしてどこかを
ショートさせる事故もない。

【０００６】しかし、携帯用の電子部品が盛んに使用さ
れるようになり、配線基板は一層の軽薄短小化が検討・
導入されている。そのため、部品・ランドの間隔が狭ま
り（狭ピッチ化）、例えばφ１００μｍのはんだボール
でもランド間の絶縁性劣化をもたらし（ブリッジ）、問
題視されるようになる。

【０００７】一方、特開平７−３０３９８１号公報に
は、溶融時の流動性を抑えて形状保持性を高めるべく、
銀銅傾斜構造を有する金属粒子を混合したはんだ組成物
が開示されている。このはんだ組成物が、はんだボール
対策として有効かどうかは触れていないが、その形状保
持性試験で隣接するランド間にまたがって供給された上
記構造のはんだがリフロー後もその形態を保持すること
を求めている。したがって、上記公報に記載のはんだ組
成物から成るクリームはんだを用いて部品の高密度実装
を図ると、印刷のずれや部品搭載時にクリームはんだが
はみ出して隣接するランドと接触した場合、リフロー後
もその状態が保持されることになり、ブリッジとして絶
縁不良が発生してしまう。これでは高品質の高密度実装
基板を得ることはできない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題に
鑑みてなされ、リフロー後のはんだボールの発生を抑制
することができる部品実装用クリームはんだを提供する
ことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明に係るクリームはんだは、はんだ粉の融
点よりも高い融点を有し、かつ、はんだ粉を構成する粒
子の粒度分布内でその上限側に粒度分布を有する金属微
粉末を混合した。

【００１０】すなわち、リフロー時、上記金属微粉末を
配線基板のランド部と部品の電極部との間に介在させる
ことによって、溶融はんだが表面張力により集まるラン
ド部上の領域を大きくする。また、金属微粉末の粒度を
はんだ粉の粒度分布の上限側の領域内に分布させること
によって、溶融はんだ中の金属微粉末の拡散時間をすべ
てのランド部において一様にし、拡がった溶融はんだを
ランド部に集める時間を十分に確保する。したがって、
ランド部周辺に取り残されるはんだは従来よりも大幅に
低減し、はんだボールの発生が抑制される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本実施の形態におけるクリームは
んだを構成する粒子の粒度分布を示し、符号Ｓ１は基本
材料として重量比でＳｎ（錫）６３％−Ｐｂ（鉛）３７
％の共晶はんだの粉末の粒度分布曲線であり、符号Ｓ２
は重量比でＳｎ９５％−Ａｇ（銀）５％で成る金属微粉
末の粒度分布曲線である。はんだ粉（Ｐｂ−Ｓｎ）の粒
度は２０μｍ〜６０μｍに全体の７０％が分布してお
り、金属微粉末（Ｓｎ−Ａｇ）の粒度は５０μｍ〜６５
μｍといった、はんだ粉の粒度分布の上限側の狭い範囲
に分布している。本実施の形態では金属微粉末をはんだ
粉に対して例えば重量比で５％均一に混合する。このよ
うな粒度分布を持つはんだ粉および金属微粉末をフラッ
クス中に分散させることにより、クリームはんだが形成
される。

【００１３】図２は、本発明の実施の形態を示してい
る。配線基板４上のランド部４ａにスクリーン印刷やデ
ィスペンサーで上述した構成のクリームはんだが供給さ
れる。その後、次のリフロー工程で予備加熱、本加熱、
冷却という過程を経て、ランド部４ａと電極部３ａとの
接合が実現される。

【００１４】図２Ａを参照して、クリームはんだは、例
えば０．５ｍｍ×０．２５ｍｍのランド部４ａ上に厚さ
１２０μｍほどでスクリーン印刷され、その上に電極部
３ａが対向するように部品３が搭載されるが、このとき
電極部３ａとランド部４ａが接触するまで押し付けられ
ることはない。したがって、電極部３ａとランド部４ａ
との間にはクリームはんだ（はんだ粉１２及び金属微粉
末１３）が存在する。これが室温での状態である。

【００１５】予備加熱では、クリームはんだに含まれる
フラックスの粘度が低下し流動するようになるが、室温
の状態とあまり変わることはない。

【００１６】図２Ｂを参照して、次の本加熱（はんだ粉
１２の融点以上の温度、本実施の形態では１８３℃以上
の温度での処理）の初期の状態では、はんだ粉１２が溶
融し始め、ランド部４ａおよび電極部３ａに濡れ始める
とともに溶融はんだ１２Ａがランド部４ａ周辺に拡が
る。そして、はんだの表面張力で溶融はんだ１２Ａがラ
ンド部４ａ上に集まり始める。

【００１７】金属微粉末１３は、はんだ粉１２の融点よ
りも高いので、はんだ粉１２の溶融時に溶融することな
くランド部４ａ上で電極部３ａを支えた状態となり、こ
れにより部品３は溶融はんだ１２Ａ中に沈み込まず、配
線基板４から浮いた状態にある。したがって、部品３が
配線基板４から浮いている分だけ、溶融はんだ１２Ａの
集まる領域が従来よりも大きくなり、溶融はんだ１２Ａ
の表面張力によるランド部４ａ上への集中がなされ易
く、ランド部４ａの周辺に取り残されるはんだの量が従
来に比べて大幅に減少する。これにより、はんだボール
１０の発生率が従来に比べて大幅に減少する。

【００１８】同時に、金属微粉末１３は熱により溶融は
んだ１２Ａ中に拡散して粒子径が次第に減少し、これに
より部品３は配線基板４に向かって沈み、最終的に電極
部３ａとランド部４ａとが接触する（図２Ｃ）。

【００１９】また、金属微粉末１３の粒度分布を、はん
だ粉１２の粒度分布の上限側（５０〜６５μｍ）の狭い
範囲に分布させた理由は、粒径の小さな金属微粉末で
は、はんだへの拡散時間が短く、そのため拡がったはん
だを十分集める時間が確保できないうちに部品３がはん
だの中に沈み込んでしまう場合があるからである。逆
に、金属微粉末の粒度を必要以上に大きくすると、金属
微粉末が拡散しきれずにはんだが固化してしまい、部品
がバランスを崩し傾いた状態で固着される可能性があ
る。

【００２０】本加熱の後期の状態から冷却過程では、は
んだはフィレット１２Ｂを形成して冷却され、電極部３
ａはランド部４ａに接触した安定な状態で接合される。
このとき、リフロー時にランド部４ａに集まりきれず周
辺に取り残されたはんだがあったとしても、従来よりも
その量が少ないので、はんだボール１０の径は従来より
も小さなものとなる。

【００２１】次に、金属微粉末１３の含有量について説
明する。本実施の形態では、Ｐｂ−Ｓｎの共晶はんだを
基本材料として、金属微粉末（Ｓｎ−Ａｇ）を重量比で
５％混合したが、この場合、金属微粉末は１％以上１５
％以下の範囲内で混合させるのが望ましい。

【００２２】下限の１％は、部品３の端子（電極部３
ａ）１個あたりに少なくとも１個以上の金属微粉末が含
まれていなければならないことから規定される。例え
ば、０．５ｍｍ×０．２５ｍｍのランドに供給されるク
リームはんだの厚さが１２０μｍであるとすると、クリ
ームはんだの供給量は１端子あたり０．０１５ｍｍ³ と
なる。リフロー後、フラックス中の溶剤などが揮発し溶
融したはんだの体積は供給量の１／２であるので、１端
子あたりのはんだ量は概略０．００７５ｍｍ³ となる。
一方、金属微粉末の粒径をφ５５μｍとすると、この粒
子１個あたりの体積は、８．７×１０^-5ｍｍ³ となり、
１端子あたりのはんだ量の約１／１００となることか
ら、少なくとも１％あれば、ランドに金属微粉末が少な
くとも１個存在することになる。

【００２３】また、上限の１５％は、金属微粉末が１５
％を超える混合比では、Ｓｎ：Ｐｂの比が共晶から大き
くずれ、現行の温度プロファイルでは十分溶け切らない
こととなるからである。

【００２４】次に、金属微粉末として用いたＳｎ−Ａｇ
のＡｇの含有量について説明する。これは実験結果から
得られたもので、重量比で５％を最良として、３％以上
７％以下の含有量のものは効果がみられた。３％未満や
７％を超えるものでも全く効果が期待できないとはいえ
ない。しかし、３％未満では金属粒子の共晶はんだへの
拡散時間が短くなり、周辺に拡がったはんだをランド内
に集めるのには時間が十分ではない。一方、７％を超え
るものでは先に述べたと同じように、Ａｇの高比率が融
点の上昇を招く結果となり、現行の温度プロファイルで
は十分に溶け切らないこととなる。

【００２５】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００２６】例えば以上の実施の形態では、金属微粉末
としてＳｎ−Ａｇを混合したが、これに代えてＡｇ単体
を混合することも可能である。その他、はんだ粉１２よ
りも高い融点を有するものであれば適用可能である。

【００２７】また、以上の実施の形態では、はんだ粉１
２をＳｎ−Ｐｂ系で構成したが、これに限らず、例えば
Ｓｎ−Ａｇ系などの、いわゆる無鉛はんだを用いること
も可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の部品実装用
クリームはんだによれば、はんだボールの発生率が大幅
に減り、且つ、発生したはんだボールの平均粒径も小さ
くなるので、狭ピッチの実装基板の品質を維持、向上さ
せることができる。

【００２９】また、請求項２および請求項３の発明によ
れば、Ｓｎ−Ｐｂ系のはんだ粉を基本にＳｎ−Ａｇ系の
金属微粉末を混合した構成のクリームはんだに対して、
最も効果的にはんだボールの低減を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるクリームはんだ中
のはんだ粉の粒度分布と金属微粉末の粒度分布を示す図
である。

【図２】本発明の実施の形態による部品の接合過程を説
明する模式図であり、Ａは室温または予備加熱時の状態
を示し、Ｂは本加熱初期の状態を示し、そしてＣは本加
熱後期の状態を示している。

【図３】配線基板への部品の実装過程を説明する平面図
であり、Ａは配線基板のランド部へのクリームはんだ塗
布工程を示し、Ｂはリフロー後の状態を示している。

【図４】従来のクリームはんだによる部品の接合過程を
説明する模式図であり、Ａは室温または予備加熱時の状
態を示し、Ｂは本加熱初期の状態を示し、そしてＣは本
加熱後期の状態を示している。

【符号の説明】

３…部品、３ａ…電極部、４…配線基板、４ａ…ランド
部、１０…はんだボール、１２…はんだ粉、１２Ａ…溶
融はんだ、１２Ｂ…はんだフィレット、１３…金属微粉
末。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだ粉をフラックス中に分散させた部
   品実装用クリームはんだであって、配線基板のランド部
   に塗布され、部品搭載後、リフロー処理により前記はん
   だ粉を溶融させ前記ランド部と前記部品の電極部とを接
   合する部品実装用クリームはんだにおいて、 前記はんだ粉の融点よりも高い融点を有し、かつ、 前記はんだ粉を構成する粒子の粒度分布内でその上限側
   に粒度分布を有する金属微粉末を混合したことを特徴と
   する部品実装用クリームはんだ。
2. 【請求項２】 前記はんだ粉はＳｎ６３重量％−Ｐｂ３
   ７重量％合金であるとともに、 前記金属微粉末は１重量％以上１５重量％以下含まれる
   ＡｇまたはＳｎ−Ａｇ合金であることを特徴とする請求
   項１に記載の部品実装用クリームはんだ。
3. 【請求項３】 前記Ｓｎ−Ａｇ合金のＡｇの含有量は、
   ３重量％以上７重量％以下であることを特徴とする請求
   項２に記載の部品実装用クリームはんだ。