JPH0582955A - 印刷用インク状はんだおよび微細はんだ付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子部品を保持基板上に表面実装する場合に
用いる印刷用はんだに関するもので、微細寸法のパター
ン部に印刷することができて、実装密度をあげることが
できる印刷用インク状はんだおよび微細はんだ付方法で
あり、腐食性の残渣が付着することなく、洗浄を必要と
しない印刷用インク状はんだを提供する。 【構成】 有機溶媒を主成分とする分散媒であって、真
空中のはんだ付温度においてその全てが蒸発するように
調整した分散媒中に、酸化度の低い微粉はんだを分散せ
しめた印刷用インク状はんだと、このインク状はんだを
用い、保持基板上にはんだパターンを印刷し、電子部品
を装着し、真空中で加熱してはんだ付をする方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント配線板や混成
集積回路板などの、微細寸法の接合部をはんだ付する際
に用いる印刷用インク状のはんだと真空リフロー微細は
んだ付方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を保持基板上に表面実装する場
合に、従来の方法は一括リフローはんだ付方式が採用さ
れ、遠赤外線併用熱風リフロー炉、窒素雰囲気リフロー
炉、ベーパーフェースリフロー装置などが用いられてき
た。そして真空中で表面実装をする一括リフローはんだ
付方式としては、特開昭６３−２５０８９８号、特開平
２−１３７３９３号の特許公報に開示された方法などが
ある。

【０００３】上記の真空中で表面実装をする一括リフロ
ーはんだ付方法では、いずれも従来から用いられている
クリームはんだを、スクリーン印刷法によって基板パタ
ーン面に塗布して用いている。このクリームはんだは、
元来は大気圧中でのリフローはんだ付用のものであり、
真空中でのリフローはんだ付専用のものは未だ提案され
ていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来から用いられてい
るクリームはんだは、粒度２５０〜３５０メッシュ、平
均粒径４０〜５０μｍのはんだ粉と、基剤としてのロジ
ンに活性剤としてアミン塩酸塩などの有機ハロゲン化合
物を添加したフラックス成分のほかに、有機溶剤、印刷
特性（チキソトロピー性）調整剤としてのワックス状化
合物などから構成され、クリーム状に成形されている。

【０００５】この従来品のクリームはんだを用いて真空
中で加熱を行うと、はんだ粉以外の成分が部分的な蒸発
や熱分解をおこすので、腐食性のハロゲン化物がはんだ
付部位の周辺や印刷回路などに飛散する。従って、腐食
性のある残渣が基板面や真空槽の内壁に付着した状態と
なる。そのために、腐食性物質で汚染された基板は、必
ず洗浄しなければならないし、真空槽内もたびたび清浄
化することが必要となる。

【０００６】また従来品のクリームはんだは、前述のと
おり粒径の大きい粉末はんだを用い、50,000〜100,000
ＣＰＳ程度の高粘度のクリーム状のものであるから、微
細寸法のパターン部へは印刷できない。即ち従来品で
は、はんだを塗布することが可能なパターンのピッチは
５００μｍ、幅は２００μｍ程度である。従って、実装
密度を上げることには限界がある。

【０００７】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は(1)腐食性のある残渣が基板面
や真空槽の内壁に付着することがなく、洗浄を必要とし
ない印刷用インク状はんだとし、(2)微細寸法のパター
ン部に印刷することができて、実装密度をあげることが
できる印刷用インク状はんだおよび真空リフロー微細は
んだ付方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用】本発明者
は、上記の目的を達成せんとして種々検討した結果、酸
化度の低い微粉はんだを、容易に蒸発可能な分散媒中に
分散せしめた印刷用インク状はんだに着目して上記の目
的を達成することができた。

【０００９】即ち本発明の要旨は、有機溶媒を主成分と
する分散媒であって、真空中のはんだ付温度においてそ
の全てが蒸発するように調整した分散媒中に、酸化度の
低い微粉はんだを分散せしめたことを特徴とする印刷用
インク状はんだであり、さらに電子部品を保持基板上に
微細寸法ではんだ付する方法において、有機溶媒を主成
分とする分散媒であって、真空中のはんだ付温度におい
てその全てが蒸発するように調整した分散媒中に、酸化
度の低い微粉はんだを分散せしめた印刷用インク状はん
だを用い、前記保持基板上にはんだパターンを印刷する
工程と、前記はんだパターン上に電子部品を装着する工
程と、真空中で前記のはんだパターンをはんだリフロー
温度において加熱溶融させる工程と、前記はんだパター
ンを冷却し該はんだパターンと電子部品とを固着させる
工程とからなることを特徴とする微細はんだ付方法であ
る。

【００１０】本発明における印刷用インク状はんだは、
酸化度の低い微粉はんだを分散媒中に分散させたもので
あるが、その分散媒は有機溶媒を主成分とするものであ
り、本発明に用いる有機溶媒の主なるものとしては、グ
リセリン、１−オクタノールなどのアルコール類、ジエ
チレングリコール、メチルプロピレングリコールなどの
グリコール類、フタル酸ジオクチルなどの有機酸エステ
ル類、ブチルセロソルブやメチルセロソルブなどのセロ
ソルブ系溶剤、植物油である蒸留トール油などである。

【００１１】上記の分散媒は、上記の有機溶媒のいずれ
か１種以上の中に、必要に応じて水蒸気蒸留したトール
ロジン、アルキッド樹脂などの樹脂状物質やペンタエリ
スリトール、セチルアルコールなどの高級アルコールか
らなる第２成分のいずれかを添加する。そしてさらに活
性剤成分として、ジエタノールアミンなどのアミン類、
ジメチルアミン塩酸塩、ヒドラジン塩酸塩などの揮発性
ハロゲン化合物を必要に応じて添加する。

【００１２】そして本発明においては、上記の分散媒
を、圧力が１ｍｍＨｇ以下の真空中において５０〜２５
０℃の温度で蒸発するような成分からなるように調整す
る。これにより、真空中のはんだ付温度において分散媒
の全ての成分が蒸発するので、ハロゲン化合物であって
もその残渣を残すことがなく、洗浄の必要もない。そし
て蒸発した分散媒は、後述のように回収され、再利用に
供することもできる。さらに、この分散媒の成分組成
は、微粉のはんだを分散せしめた場合に、後述のように
低粘度の印刷用インク状はんだとなるように調整する必
要がある。また上記の活性剤成分は、はんだ付の際には
んだのリフロー性すなわち溶融性を増進させるために用
いるものである。

【００１３】つぎに上記の分散媒中に、平均粒径１０μ
ｍ以下であって、酸素の吸着量が１ｇ当り３００ｐｐｍ
以下の錫−鉛共晶組成の微粉はんだを分散せしめること
によって、印刷用インク状はんだが得られる。そしてこ
の微粉はんだは、共晶組成の錫−鉛合金を高純度の不活
性ガス雰囲気中で高圧ガス噴霧法により、平均粒径１０
μｍ以下の微粉状に成形して得られるものである。また
酸素の吸着量が１ｇ当り３００ｐｐｍ以下としたのは、
はんだの溶融性を良好にするためである。つぎに、この
微粉はんだの分散媒に対する混合割合であるが、これは
分散媒中に５０〜９０重量％の割合で混合し分散せしめ
る。そしてさきに述べたように、分散媒の成分組成と相
まって、その粘度が５００ｃｐｓ以下となるように調整
する。

【００１４】このように、本発明に係る印刷用インク状
はんだは、微粉状のはんだを用い低粘度で油状のもので
あるため印刷特性が良好となり、高精密で高分解度のス
クリーン印刷が可能となる。即ちこのインク状はんだ
で、メタルスクリーンを用いてスキージを行えば、１０
０μｍピッチで５０μｍ幅の印刷が可能であり、インク
の印刷厚み２０〜４０μｍの約半分が微粉の厚さとな
る。従って、微細接合用のパターン部を有する印刷配線
基板に、このインク状はんだを印刷した後に、小型電子
部品や多ピンで狭ピッチの４方向フラットパッケージＬ
ＳＩなどを装着し、真空中で加熱してリフローはんだ付
をすると共に、上記の分散媒を蒸発して消滅させること
によって、従来技術の欠点を解消することができる。な
お本発明における印刷用インク状はんだの印刷は、上記
のメタルスクリーン印刷のみならずグラビア印刷、凹版
印刷も可能である。

【００１５】さらに真空中加熱専用のインク状はんだや
クリーム状はんだを用いて真空中でリフローはんだ付を
すれば、分散媒の蒸発と共にリフロー時にはんだ粒子中
の吸蔵ガスも真空中に放出されるので、ボイドやピンホ
ールなどの欠陥発生が防止され、接合部の信頼性が向上
する。

【００１６】

【実施例】以下実施例に基いて、本発明に係る印刷用イ
ンク状はんだと、真空リフロー微細はんだ付方法を説明
する。 実施例１．有機溶媒としてグリセリンを用い、これを７
６重量％と、ペンタエリスリトールを１８．５重量％、
活性剤成分としてジエタノールアミンを５．５重量％の
割合で混合して分散媒を調整した。この分散媒は圧力が
１ｍｍＨｇ以下の真空中では、２００℃以下で全て蒸発
して消滅する。つぎにこの分散媒中に、平均粒径が５μ
ｍで、酸素吸着量が１ｇ当り２５０ｐｐｍの共晶組成の
錫−鉛合金からなる微粉はんだを、８５重量％の割合で
添加混合して分散せしめ、印刷用インク状はんだを調整
した。そしてこのインク状はんだの粘度は、１５０ｃｐ
ｓであった。

【００１７】実施例２．つぎに本発明に係る真空リフロ
ー微細はんだ付方法を図１に基づいて説明する。上記実
施例１において調整された印刷用インク状はんだを用
い、基板上の微細パターン部にメタルスクリーンを用い
て印刷（１００μｍのピッチで、５０μｍ幅の印刷）し
た後、電子部品を装着した保持基板２を、真空槽１内の
チェーンコンベヤア７に載置する。なお図中１１は該コ
ンベアの駆動モーターである。つぎにこの保持基板２
は、真空槽１内の真空リフローはんだ付加熱部へ、チェ
ーンコンベア７により移送される。

【００１８】この真空槽１内の加熱部では、ロータリー
真空ポンプ６により排気が始められる。ここで真空度と
雰囲気および加熱温度の制御は、連動して行われる。ま
ず１０^-3ｍｍＨｇ台まで充分に減圧してから、窒素ガス
導入弁１４より高純度窒素ガスを吹き込み、大気圧まで
昇圧する。その後再び排気して５００ｍｍＨｇ程度まで
減圧した時点で、赤外線ヒーター３が入力されて加熱を
開始する。

【００１９】加熱すると、分散媒の蒸発が活発となる１
５０℃前後から、加熱部内は昇圧してくるので、排気し
て１０〜１００ｍｍＨｇ程度まで減圧し、リフロー温度
１９０〜２３０℃の範囲においては、分散媒の完全な蒸
発とはんだの良好な溶融流動を生じさせるために、さら
に１０^-3ｍｍＨｇ台まで減圧排気を行う。

【００２０】なお保持基板に、電解コンデンサーやフラ
ットパッケージＬＳＩなどのように、熱と真空圧力に弱
く、破壊するおそれのある電子部品が装着されている場
合は、１００〜１５０℃で１ｍｍＨｇ程度の真空中で加
熱保持して、分散媒を蒸発消滅させ、その後に高純度の
窒素ガスを大気圧近くまで加熱部に導入し、その圧力下
でリフローはんだ付を行うことが好ましい。

【００２１】真空リフローはんだ付を終了した保持基板
２は、１８０℃以下の温度になるまで静置し、その後チ
ェーンコンベア７により仕切弁１５を通過して、水冷ユ
ニット９と冷却ファン８を備えた冷却室に移送し、大気
圧とした窒素雰囲気中でガスファン冷却を行う。なお加
熱中に蒸発する分散媒の成分は、真空圧力勾配となるよ
うに調整された分散媒捕集器４から回収用水冷トラップ
５に導かれ、液化して回収される。なお図１において１
０はリフレクター、１２はピラニ連成計、１３は冷却フ
ァン駆動モーターである。

【００２２】上述のように、本発明に係る印刷用インク
状はんだを用いる真空リフロー微細はんだ付方法におい
ては、インク状はんだの蒸発した分散媒が回収されるの
で、これを再利用に供することができる。従って、処理
工程はクローズドシステムとすることができるし、資源
の有効利用にもつながる。また本発明による方法は、真
空中におけるはんだ付であるから、加熱時の酸化が防止
される。

【００２３】つぎに本発明に係る印刷用インク状はんだ
を用い、この実施例において説明したものと同様の方法
と装置によって、微細パターン部へのはんだ被覆処理を
行うことも可能である。即ち、めっき法や真空蒸着法な
どよりも低コストでかつ高生産性の加工が可能であり、
例えば裸チップＩＣのマイクロバンプ形成法などとして
の応用も可能となる。またはんだ粉の粒度によっては、
真空リフローはんだ付用のクリームはんだを作ることも
可能であり、超小型チップ部品と通常の電子部品の混載
された表面実装基板の真空リフローはんだ付を、洗浄操
作を必要としないで行うことも可能となる。

【００２４】

【発明の効果】本発明による印刷用インク状はんだ並び
に真空リフロー微細はんだ付方法によれば、従来の技術
では不可能であるとされている１００μｍピッチで、５
０μｍ幅の微細寸法のパターン部に印刷することができ
て、微細はんだ付が可能となるので実装密度を飛躍的に
向上させることができる。そして、インク状はんだの分
散媒の成分がすべて蒸発して回収されるので、腐食性の
ある残渣が基板面や真空槽の内壁に付着することがな
く、洗浄もする必要がない。さらに回収された分散媒
は、再利用に供することもできるので、資源の有効利用
につながる。また処理工程をクローズドシステムとする
ことができるので、公害の発生もなく、実用性の極めて
高い技術である。

【００２５】つぎに本発明によれば、微細パターン部へ
の予備はんだの被覆処理方法としても応用が可能であ
り、めっき法や真空蒸着法によることなく、裸チップＩ
Ｃのマイクロバンプ形成やＴＡＢリード部のマイクロ接
合なども行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空リフロー微細はんだ付方法を
実施する装置の正面図である。

【符号の説明】

１ 真空槽 ２ 電子部品を装着した保持基板 ３ 赤外線ヒーター ４ 分散媒捕集器 ５ 分散媒回収用水冷トラップ ６ ロータリー真空ポンプ ７ チェーンコンベア ８ 冷却ファン ９ 水冷ユニット １０ リフレクター １１ チェーン駆動モーター １２ ピラニ連成計 １３ 冷却ファン駆動モーター １４ 窒素ガス導入弁 １５ 仕切弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機溶媒を主成分とする分散媒であっ
   て、真空中のはんだ付温度においてその全てが蒸発する
   ように調整した分散媒中に、酸化度の低い微粉はんだを
   分散せしめたことを特徴とする印刷用インク状はんだ。
2. 【請求項２】 電子部品を保持基板上に微細寸法ではん
   だ付する方法において、有機溶媒を主成分とする分散媒
   であって、真空中のはんだ付温度においてその全てが蒸
   発するように調整した分散媒中に、酸化度の低い微粉は
   んだを分散せしめた印刷用インク状はんだを用い、前記
   保持基板上にはんだパターンを印刷する工程と、前記は
   んだパターン上に電子部品を装着する工程と、真空中で
   前記のはんだパターンをはんだリフロー温度において加
   熱溶融させる工程と、前記はんだパターンを冷却し該は
   んだパターンと電子部品とを固着させる工程とからなる
   ことを特徴とする微細はんだ付方法。
3. 【請求項３】 分散媒が、有機溶媒中に樹脂状物質、高
   級アルコールおよび活性剤成分の中から選択された１種
   または２種以上を添加して調整されたものである請求項
   １、２記載の印刷用インク状はんだおよび微細はんだ付
   方法。
4. 【請求項４】 分散媒が、圧力１ｍｍＨｇ以下の真空中
   において５０〜２５０℃の温度で蒸発するように調整さ
   れたものである請求項１、２記載の印刷用インク状はん
   だおよび微細はんだ付方法。