JPH08276294A - クリームはんだの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の水準を超えた超微粉からなる無酸化の
はんだ合金粉末をビヒクルに分散させたクリームはんだ
の製造方法を提供し，ＱＦＰのファインピッチ化に貢献
する。 【構成】 水素ガスと不活性ガスの混合ガスからなるプ
ラズマガスを使用して高周波プラズマにより作り出した
はんだ超微粉を，大気中に出すことなく分散液１６中に
捕集し，この分散液１６の粘度を調整してクリームはん
だを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクリームはんだの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微小電子部品の組立や実装にリフローは
んだ付け法が適用されている。このリフロー法は，クリ
ームはんだ（はんだペースト）を適当な方法で予め実装
基板表面に印刷した上に電子部品を載置し，これを適当
な熱源を用いて溶融させてはんだ付けするものである。
クリームはんだには，一般にはんだ合金粉末をビヒクル
に分散させたものが使用されている。

【０００３】かような用途に使用されるはんだ合金粉末
は，従来よりガス噴霧法または遠心噴霧法によって製造
されていた。

【０００４】ガス噴霧法は，はんだ合金を溶解しその溶
湯をノズルの細孔から炭酸ガスまたは窒素ガス流中に噴
霧して粉末化するものであり，遠心噴霧法は，はんだ合
金を真空中で溶解しその溶湯を細孔から連続的に高速回
転子上に注ぎ，回転により生じる遠心力を利用して溶融
はんだを分裂飛散させることによって粉末化するもので
ある。いずれの方法でも，得られるはんだ合金粉末の粒
径は４５μｍ程度が一般的であり，粒径が１０μｍ以下
の微細粉のみで構成されるはんだ超微粉を作製すること
は困難である。

【０００５】一方，近年のＩＣチップの集積度の向上に
伴って，パッケージの入出力端子数は２００〜３００ピ
ンにもなり，端子が２辺しかないＤＩＰでは対応が不可
能なことから，４辺に出力端子を備え，ピンのピッチが
０.５〜０.６５ｍｍのＱＦＰの表面実装が現在の主流と
なっている。

【０００６】かようなピンの導電接合に前記のリフロー
はんだ付け法を適用する場合，そのクリームはんだ中の
はんだ合金粉末はその粒径が出来うる限り微細であるこ
とが要求されるが，実際には前記の方法で製造された粒
径が４５μｍ以下（−＃３２５）のはんだ超微粉が使用
されている。この場合，前記のガス噴霧法または遠心噴
霧法で製作されたはんだ合金粉末をふるいによって分級
して粒径が大きいものは排除することも行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＱＦＰのファインピッ
チ化に対応するためにはクリームはんだ中のはんだ合金
粉末が十分に細かいことと，酸化の度合いが低いことが
要求される。粉末が細かくなければ印刷不良（版抜けが
悪く印刷パターン精度が不良化する）の原因となり，粉
末が酸化しているとリフローの際に良好な溶融状態にな
らず接合不良の原因となる。

【０００８】そしてＱＦＰのファインピッチ化はさらに
進行し，０.３ｍｍピッチ対応には１０μｍ級の無酸化
はんだ微細粉が，また更には０.２ｍｍ〜０.１ｍｍピッ
チ対応には５μｍ級の無酸化はんだ微細粉が必要となっ
ているが，従来のガス噴霧法または遠心噴霧法で製作さ
れた４５μｍ級のはんだ合金粉末を分級して例えば０.
３ｍｍピッチ対応の１０μｍ級の微細粉を得た場合の歩
留りは高々５％程度に過ぎない。かような方法で得られ
た粉末は，微細粒子ほど酸化の度合いが多くなるという
性質があり，このため１０μｍ以下に分級された粉末は
酸化の度合いが大きいという問題がある。表面が酸化し
ていると，リフローの際，密着不良やはんだボール等の
不良の原因となる。このようなことから，ＱＦＰのファ
インピッチ化が進行する一方で，従来のガス噴霧や遠心
噴霧方式のはんだ粉製造法では対応しきれなくなってい
る。

【０００９】したがって，本発明の目的とするところ
は，従来の水準を超えた超微粉からなる無酸化のはんだ
合金粉末をビヒクルに分散させたクリームはんだの製造
方法を提供し，ＱＦＰのファインピッチ化に貢献しよう
とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，水素ガ
スと不活性ガスの混合ガスからなるプラズマガスを使用
して高周波プラズマにより作製したはんだ超微粉を，大
気中に出すことなく分散液中に捕集する工程と，この分
散液の粘度を調整する工程と，からなるクリームはんだ
の製造方法が提供される。

【００１１】

【作用】水素ガスと不活性ガスの混合ガスを使用した高
周波プラズマにはんだ粉末（例えば１０〜１００μｍ）
を投入すると，その粉末はプラズマ中で瞬間的に溶融蒸
発しガス状のＳｎとガス状のＰｂになり，プラズマのテ
ールフレームに向かって搬送される過程でガス状のＳｎ
とＰｂが会合し１μｍ以下の微細な液滴となる。この微
細な液滴はさらに低温部に搬送されるに従って凝固して
１μｍ以下のはんだ超微粉になる。

【００１２】その際，プラズマガスとして水素ガスと不
活性ガスの混合ガスを用いることによって，プラズマ中
並びに雰囲気中での酸化が防止され，表面が酸化しない
はんだ超微粉となる。不活性ガスとしてはアルゴンガ
ス，ヘリウムガス等が使用できる。混合する水素ガスの
量は１〜２５％（容量％）の範囲とするのが好ましい。
１％未満では十分に酸化防止ができず，２５％を超えて
もその効果は飽和するからである。

【００１３】高周波プラズマによって作り出されたはん
だ超微粉は，不活性ガス−水素ガス雰囲気中であるがた
めに粒子表面が清浄であり，融合を起こしやすい。とく
にはんだは低融点（共晶組成での融点は１８３℃）であ
るために融合を起こしやすく，一旦融合するとチェーン
状や網目状の２次構造を形成する場合もあり，再分散さ
せるのが困難である。また高周波プラズマにより粒径が
１μｍ以下の超微粉を作ることができるが，超微粉にな
るとなおさら粒子表面の酸化が顕著になり，リフローの
際に溶融不足を起こし接合不良の原因となる。

【００１４】そこで，高周波プラズマによって作り出し
たはんだ超微粉は，大気中に出すことなくそのまま分散
液と接触させて液中に捕集する。この分散液には，クリ
ームはんだのビヒクルの主原料である，エチレングリコ
ール，ブチルカルビトール，ターピネオール等のアルコ
ール類，ドデカン，テレピン油等の炭化水素類を例とす
る，はんだ超微粉と馴染みが良い有機溶媒が好適に用い
られる。また，分散液にはんだ超微粉の表面の清浄化を
促進させる活性化剤としてコハク酸，アジピン酸，オレ
イン酸等の有機酸，または塩酸エチルアミン，塩酸ジエ
チルアミン，塩酸ヒドロキシルアミン等の有機ハロゲン
化合物を合計で０.１〜１０％添加するのがよい。

【００１５】はんだ超微粉を分散液中に捕集するため
に，はんだ超微粉を伴う流体を分散液の液面下に導入し
てバブリングする方法，はんだ超微粉を伴う流体に対し
て分散液のシャワーを浴びせる方法，はんだ超微粉を伴
う流体と表面が分散液で濡れている回転ドラムとを接触
させて回転ドラムの表面にはんだ超微粉を付着させる方
法，の何れもが好適に利用される。そしてこれらの方法
の何れか，またはこれらの方法を適宜組合わせることに
よって，高周波プラズマによって作製した清浄なはんだ
超微粉を酸化させることなく分散液中に捕集することが
できる。また，はんだ超微粉が流体中に単粒子として飛
来している状態のまま分散液中に捕集することによっ
て，はんだ超微粉の凝集も抑制できる。

【００１６】そして，以上のようにして得られたはんだ
超微粉を含んだ分散液の粘度を調整しクリームはんだを
製造する。分散液の粘度を調整するためには，分散液を
遠心分離した後上澄み液を除去して濃度を高める方法，
または分散液を減圧下で蒸発させることによって分散液
の濃度を高める方法，の何れもが好適に利用できる。ま
た，その際に分散液に活性化剤や樹脂，チキソ剤，増粘
剤等のフラックス成分の不足分を添加するようにしても
良い。

【００１７】

【実施例】本発明法を実施する装置の例を図１に示し
た。この装置は，流体の流れの順に超微粉発生室１，ガ
ス冷却器２，液中捕集器３，コールドトラップ４，乾式
捕集器５，排気装置６を配することによって構成されて
いる。

【００１８】超微粉発生室１は，炉室１０の上部に高周
波プラズマトーチ１１を，そして炉室１０の側方に排気
通路１２を備えた密閉炉であり，炉室１０内の流体は排
気装置６の作動によって該排気通路１２を経て流出す
る。

【００１９】高周波プラズマトーチ１１は，プラズマ発
生用の高周波コイル１３を外周に備えその頂部には，冷
却手段を介して，粉体供給口とプラズマガス供給口が設
けられており，粉体供給口からはキャリヤーガスを用い
てはんだ合金粉（例えば１０〜１００μｍ径のもの）を
供給し，ガス供給口からは水素ガスと不活性ガスを供給
する。

【００２０】排気装置６を作動して系内を排気し，液中
捕集器３内に有機溶媒を装入したうえで，プラズマガス
（水素ガス＋不活性ガス）を導入しつつプラズマを発生
させ，粉体供給口からはんだ合金粉を供給すると，プラ
ズマフレーム１４中で該合金は瞬時に溶融蒸発してガス
状のＳnとガス状のＰbになるが，例えば表１に示した操
作条件ではプラズマのテールフレーム付近で，これらの
ガスが会合して１μｍ以下の液滴となり，この液滴は炉
室１０内に拡散される間更には後続の冷却器２で冷却さ
れる間に凝固して超微粉となる。

【００２１】

【表１】

【００２２】冷却器２は，超微粉含有の炉室内発生流体
をその流れのまま器壁を通じて冷却するための容器であ
り，図示しないが，器壁の外周に冷却水を通水するコイ
ル（または水冷ジャケット）が設けられている。炉室内
発生流体は排気通路１２から冷却器２に導入されると渦
を巻きながら下降して下端開口の導出管１５に吸い込ま
れる。

【００２３】導出管１５は次の液中捕集器３に通じ，こ
の液中捕集器３内に装入された有機溶媒１６の液面下に
その他端が開口している。したがって，液面下に導入さ
れた炉室内発生流体は有機溶媒１５中をバブリングしつ
つ浮上し，その際に炉室内発生流体中の超微粉は有機溶
媒１５に接触することにより液中に捕集される。浮上し
た流体は排気装置６の駆動によって液中捕集器３内をそ
の下流側に向かって流れ，排気通路１７を経て流出する
が，その間に該流体に向かって有機溶媒１５のシャワー
が上方のノズル１８より浴びせられることにより，バブ
リングの際に捕集できなかった流体中の残存超微粉が有
機溶媒１５と接触して捕集される。また，該流体は，下
部を有機溶媒１５中に浸漬しつつ回転する回転ドラム１
９の表面にも接触するので，回転ドラム１９の表面を濡
らしている有機溶媒１５によっても残存超微粉が捕集さ
れる。

【００２４】かくして液中捕集器３において有機溶媒１
５中に超微粉を捕集した後，流体が排気通路１７からコ
ールドトラップ４に導入されると該流体は渦を巻きなが
ら下降して下端開口の導出管２０に吸い込まれる。この
過程で，液中捕集器から蒸発した有機溶剤が液化し捕集
される。導出管２０は次の乾式捕集器５に通じ，捕集器
５はフイルター２１を備えた容器であり，このフイルタ
ー２１に，液中捕集器３において捕集しきれなかった超
微粉が捕集された後，排気が行われる。

【００２５】液中捕集器３の有機溶媒１５としてターピ
ネオール＋２％オレイン酸を用い，高周波プラズマによ
り作り出したはんだ超微粉を液中捕集器３中においてバ
ブリング，シャワー，および回転ドラムを用いて捕集し
た。図２はこの装置を用いて製造されたはんだ超微粉の
ＳＥＭ写真である。本法を採用する事により，融合する
ことなく，独立した球状粒子のはんだ超微粉が得られた
ことが分かる。

【００２６】図３は液中捕集器３において得られた，は
んだ超微粉を分散させた有機溶剤を５０００ｒｐｍ，１
０分間遠心分離して濃縮し粘度を８０〜１００Ｐａ・ｓ
に調整したものに塩酸エチルアミンを２％になるように
添加して製造したクリームはんだを基板に塗布し，２５
０℃，１０分間加熱して溶融させた後のＳＥＭ写真であ
り，図４，５はそのＳｎ，Ｐｂの特性Ｘ線写真である。
これらの写真から，もとの超微粉は溶融し，共晶組織を
形成していることがわかる。超微粉の表面が酸化されて
いる場合は，融点以上の温度でも粒子は溶融状態になら
ないことから，本法において得られる超微粉はかなり酸
化が抑制されていることがわかる。

【００２７】また，このクリームはんだを厚さ５０μｍ
のメタルマスクを用いてスクリーン印刷した結果を図６
の写真に示す。図６は０.１ｍｍピッチで印刷した例で
ある。本法により製造されたクリームはんだは０.１ｍ
ｍピッチまでの印刷が可能であった。

【００２８】一方，従来法で製造した，はんだ粉末とフ
ラックスを混合して粘度を２５０〜３００Ｐａ・ｓにし
たものを，先と同様に厚さ５０μｍのメタルマスクを用
いてスクリーン印刷した。図７に０.４ｍｍピッチで印
刷した場合の写真を示し，図８に０.３ｍｍピッチで印
刷した場合の写真を示す。従来品によると０.４ｍｍピ
ッチまでは印刷が可能であったが０.３ｍｍピッチの場
合はブリッジを起こし印刷不良であった。本法によるク
リームはんだを用いて印刷した場合と，従来品を用いて
印刷した場合を各ピッチ（０.１〜０.５）毎に比較した
結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】図９は液中捕集器を使用せずに，濾紙フィ
ルターで濾過回収したはんだ超微粉のＳＥＭ写真であ
る。粒子同士が融合し，網目状の２次構造を形成してい
ることが分かる。これをテルピネオール等の分散媒に混
入しても，もはや分散しない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によって製造されるクリームはん
だを用いれば０.３ｍｍピッチ以下の微細なパターンの
印刷ができるようになる。このため高密度実装基板を得
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施する装置の例を示す機器配置略
断面図である。

【図２】図１の装置を用いて製造されたはんだ超微粉の
ＳＥＭ写真である。この写真ははんだ超微粉が粒径１μ
ｍ以下の球形であることを示すものである。

【図３】本発明法によって製造したクリームはんだを溶
融させた後のＳＥＭ写真である。

【図４】本発明法によって製造したクリームはんだを溶
融させた後のＳｎの特性Ｘ線写真である。

【図５】本発明法によって製造したクリームはんだを溶
融させた後のＰｂの特性Ｘ線写真である。

【図６】本発明法によって製造したクリームはんだを
０.１ｍｍピッチでスクリーン印刷した結果を示す写真
である。

【図７】従来品を用いて０.４ｍｍピッチでスクリーン
印刷した結果を示す写真である。

【図８】従来品を用いて０.３ｍｍピッチでスクリーン
印刷した結果を示す写真である。

【図９】液中捕集器を使用せずに，濾紙フィルターで濾
過回収したはんだ超微粉のＳＥＭ写真である。

【符号の説明】

１ 超微粉発生室 ２ ガス冷却器 ３ 液中捕集器 ４ コールドトラップ ５ 乾式捕集器 ６ 排気装置 １０ 炉室 １１ 高周波プラズマトーチ １２ 排気通路 １３ 高周波コイル １４ プラズマフレーム １５ 導出管 １６ 有機溶媒 １７ 排気通路 １８ ノズル １９ 回転ドラム ２０ 導出管 ２１ フイルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 豊吉 千葉県市川市高谷新町７番地の１ 日新製 鋼株式会社新材料研究所内 (72)発明者 梅田 和雄 千葉県市川市高谷新町７番地の１ 日新製 鋼株式会社新材料研究所内 (72)発明者 鈴木 成寿 千葉県市川市高谷新町７番地の１ 日新製 鋼株式会社新材料研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素ガスと不活性ガスの混合ガスからな
   るプラズマガスを使用して高周波プラズマにより作製し
   たはんだ超微粉を，大気中に出すことなく分散液中に捕
   集する工程と，この分散液の粘度を調整する工程と，か
   らなるクリームはんだの製造方法。
2. 【請求項２】 分散液は，クリームはんだのビヒクルの
   主原料である，エチレングリコール，ブチルカルビトー
   ル，ターピネオール等のアルコール類，ドデカン，テレ
   ピン油等の炭化水素類を例とする，はんだ超微粉と馴染
   みが良い有機溶媒を主成分とするものである請求項１の
   クリームはんだの製造方法。
3. 【請求項３】 分散液に，はんだ超微粉の表面の清浄化
   を促進させる活性化剤としてコハク酸，アジピン酸，オ
   レイン酸等の有機酸，および／または塩酸エチルアミ
   ン，塩酸ジエチルアミン，塩酸ヒドロキシルアミン等の
   有機ハロゲン化合物が合計で０.１〜１０％添加されて
   いる請求項１または２のクリームはんだの製造方法。
4. 【請求項４】 はんだ超微粉を大気中に出すことなく分
   散液中に捕集する工程は，はんだ超微粉を伴う流体を分
   散液の液面下に導入してバブリングする工程，はんだ超
   微粉を伴う流体に対して分散液のシャワーを浴びせる工
   程，はんだ超微粉を伴う流体と表面が分散液で濡れてい
   る回転ドラムとを接触させて回転ドラムの表面にはんだ
   超微粉を付着させる工程，の内の少なくとも一つの工程
   を含んでいる請求項１〜３の何れかのクリームはんだの
   製造方法。
5. 【請求項５】 分散液の粘度を調整する工程は，分散液
   を遠心分離した後上澄み液を除去するか，または分散液
   を減圧下で蒸発させることによって分散液の濃度を高め
   ることにより行われる請求項１〜４の何れかのクリーム
   はんだの製造方法。