JP3306007B2 - Solder material - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気、電子又は機
械部品を接合するための鉛を含有しないハンダ材に関す
る。詳細には、回路基板等の電気又は電子部品やステン
レス等の汎用性の高い金属材料の接合が可能な錫及び亜
鉛を含有するハンダ材に関する。The present invention relates to lead-free solder materials for joining electrical, electronic or mechanical components. More specifically, the present invention relates to a solder material containing tin and zinc, which can be used for joining an electric or electronic component such as a circuit board or a highly versatile metal material such as stainless steel.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ハンダ付けは、融点が比較的低い物質を
用いて物体同士を接合する技術であり、古くから用いら
れ、その起源は古代メソポタミア文明に遡ることができ
ると言われている。現代の産業において、ハンダ付けは
電子機器の接合、組立に幅広く使用されている。例え
ば、実装基板においては、半導体、マイクロプロセッサ
ー、メモリー、抵抗などの電子部品を基板に実装するた
めの接合等に用いられている。ハンダ付けの長所は、部
品を基板に固定するだけでなく、ハンダに含まれる金属
の導電性により電気的接続が形成されることであり、こ
の点において有機系の接着剤と異なる。2. Description of the Related Art Soldering is a technique for joining objects using a substance having a relatively low melting point, and has been used for a long time, and it is said that its origin can be traced back to the ancient Mesopotamian civilization. In modern industry, soldering is widely used for joining and assembling electronic devices. For example, in a mounting substrate, it is used for bonding for mounting electronic components such as a semiconductor, a microprocessor, a memory, and a resistor on the substrate. The advantage of soldering is that, in addition to fixing the component to the substrate, an electrical connection is formed by the conductivity of the metal contained in the solder, which is different from the organic adhesive in this point.

【０００３】一般的に用いられるハンダは、錫と鉛とに
よる共晶ハンダで、その理論共晶点が１８３℃であり、
多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも低いた
め、錫／鉛共晶ハンダは、基板等の接合に用いられ、プ
リント基板などを熱によって損傷しなくて済むという特
長を有している。また、この共晶ハンダは、錫成分が銅
板の界面で特有の金属化合物層を形成し、ハンダと銅の
接着力をより強固にすることも知られている。A commonly used solder is a eutectic solder composed of tin and lead, and has a theoretical eutectic point of 183 ° C.
Since many thermosetting resins are lower than the temperature at which gasification starts, tin / lead eutectic solder is used for joining substrates, etc., and has the feature that printed boards, etc., do not need to be damaged by heat. I have. It is also known that in this eutectic solder, the tin component forms a specific metal compound layer at the interface of the copper plate, and the adhesion between the solder and copper is further strengthened.

【０００４】このような特長を備えた錫と鉛による共晶
ハンダは、電子機器の製造における部品の接合、組立に
おいて重要なものである。厚膜形成、導体回路形成及び
半導体実装のような微細なハンダ付け処理においては、
ハンダ粉末とフラックスとを混合したペースト状のソル
ダーペーストを用いたスクリーン印刷方式等が用いられ
ており、パーソナルコンピューター、携帯電話やページ
ャーなどに代表されるパーソナル機器の急激な普及が進
むにつれ、電子部品の実装技術におけるハンダの需要は
益々増大している。[0004] The eutectic solder made of tin and lead having such features is important in joining and assembling parts in the manufacture of electronic equipment. In fine soldering processes such as thick film formation, conductor circuit formation and semiconductor mounting,
A screen printing method using a solder paste in the form of a paste in which solder powder and flux are mixed is used, and with the rapid spread of personal devices such as personal computers, mobile phones and pagers, electronic components have become increasingly popular. The demand for solder in the mounting technology is increasing.

【０００５】電子機器の普及は、人々の生活を豊かにし
ている。しかし、その反面、使用しなくなった電子機器
が多量に廃棄されていることも事実であり、廃棄物によ
る環境問題が生じることが危ぶまれている。このため、
廃棄物のリサイクル使用や有害な物質を用いない製造方
法が提唱されている。特に、有害物質の排除は、環境汚
染を未然に防ぐという観点から望ましく、ハンダによる
接合技術においても開発が必要と考えられている。[0005] The spread of electronic devices has enriched people's lives. However, on the other hand, it is also true that a large amount of electronic equipment that is no longer used is discarded, and there is a danger that environmental problems due to waste will occur. For this reason,
Recycling of waste and production methods that do not use harmful substances have been proposed. In particular, the elimination of harmful substances is desirable from the viewpoint of preventing environmental pollution beforehand, and it is considered that development is required also in the joining technique using solder.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】錫／鉛共晶ハンダは、
母材に対する濡れ性が他の金属混合物よりも優れている
という特質を有するが、このハンダに含まれる鉛は、廃
棄された電子機器を埋め立て処分した場合、長年に渡っ
て酸性雨などに晒されることにより鉛イオンが土壌中へ
溶出することが懸念されている。これに対応するため
に、鉛を固定化する技術が提案されているが、土中への
拡散について長期にわたる十分なデータは得られていな
い。さらに、最近のメモリ素子の高密度化に従い、鉛に
よる電子機器への影響がクローズアップされており、半
導体装置における高密度実装への対応の面からも鉛の使
用に対して見直しが必要となっている。SUMMARY OF THE INVENTION Tin / lead eutectic solder is
It has the property that it has better wettability to the base material than other metal mixtures, but the lead contained in this solder is exposed to acid rain etc. for many years when discarded electronic equipment is landfilled It is feared that lead ions are eluted into the soil. To cope with this, a technique for fixing lead has been proposed, but sufficient long-term data on the diffusion into the soil has not been obtained. Furthermore, with the recent increase in the density of memory elements, the impact of lead on electronic equipment has been highlighted, and it is necessary to review the use of lead from the standpoint of supporting high-density packaging in semiconductor devices. ing.

【０００７】このような状況から、鉛を含まないハンダ
を用いた接合技術が必要とされている。ところが、鉛を
他の金属に代えたハンダや別の金属の組合せによるハン
ダは、濡れ性、ハンダ付け温度、材料強度、経済性等の
ハンダに必要とされる性質に関して、汎用製品として多
量に用いられる程に十分なものとならないため、未だ普
及に至っておらず、特定の用途に限定した使用が期待さ
れる程度である。[0007] Under such circumstances, there is a need for a joining technique using lead-free solder. However, solder in which lead is replaced with another metal or solder made of another metal is used in large quantities as a general-purpose product in terms of properties required for soldering, such as wettability, soldering temperature, material strength, and economy. However, it has not yet become widespread and its use is expected to be limited to specific applications.

【０００８】現状における電気・電子部品の接合・組立
においては、ソルダーペーストを用いるスクリーン印刷
方式の装置や設備が製造現場に浸透しているため、鉛を
含まないハンダのソルダーペーストの実用化が求められ
ている。しかし、現在のところ、錫／銀／ビスマスハン
ダ等の三元以上の複雑な系のハンダにおけるソルダーペ
ーストの実用化が僅かに試みられているのみで、無鉛ソ
ルダーペーストは殆ど実用化されていない。この理由の
１つに満足な保存性を有するソルダーペーストが得られ
ないことが挙げられる。更に、接合後のハンダの経時変
化、つまり機械特性の変化等の問題もある。[0008] In the current state of joining and assembling electric and electronic parts, since a screen printing type apparatus and equipment using a solder paste has penetrated a manufacturing site, it is necessary to commercialize a solder paste containing no lead. Have been. However, at present, only a few attempts have been made to put solder paste into practical use in solders of complex systems of three or more elements, such as tin / silver / bismuth solder, and almost no lead-free solder paste has been put into practical use. One of the reasons is that a solder paste having satisfactory storage stability cannot be obtained. Further, there is a problem such as a change with time of the solder after bonding, that is, a change in mechanical characteristics.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
廃棄物中の鉛による環境問題を解決するために、鉛を含
有しない汎用性の高い金属によるハンダを用いたハンダ
付けについて鋭意研究を重ねた結果、特定の第三成分を
微量添加することにより、ソルダーペーストに調製した
場合の錫−亜鉛ハンダの安定性の向上や、接合後の錫−
亜鉛ハンダの経時変化を抑制が可能であることを見出
し、本発明のハンダ材を完成するに至った。Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
In order to solve the environmental problem caused by lead in waste, we conducted intensive research on soldering using lead-free, versatile metal solder, and as a result, by adding a small amount of a specific third component, Improves the stability of tin-zinc solder when prepared into a solder paste,
They have found that it is possible to suppress changes over time in zinc solder, and have completed the solder material of the present invention.

【００１０】[0010]

【００１１】[0011]

【００１２】[0012]

【００１３】本発明のハンダ材は、錫と、錫に対して３
〜２１重量％の割合の亜鉛と、イットリウム、アルミニ
ウム及び珪素からなる群より選択される１種の添加成分
とからなり、該添加成分はハンダ材全量に対して０．５
重量％以下の割合で含まれる。The solder material of the present invention comprises tin and tin
２１21% by weight of zinc and one additional component selected from the group consisting of yttrium, aluminum and silicon, wherein the additional component is 0.5 wt.
% By weight or less.

【００１４】上記亜鉛を錫に対して７〜１３重量％の割
合で含有する。The zinc is contained at a ratio of 7 to 13% by weight based on tin.

【００１５】上記ハンダ材は、実質的に錫−亜鉛二元共
晶組成の比率で錫及び亜鉛を含有し、含有酸素濃度が１
０００ppm 以下である。The above-mentioned solder material contains tin and zinc in a tin-zinc binary eutectic composition ratio, and has an oxygen concentration of 1%.
000 ppm or less.

【００１６】上記ハンダ材とフラックスとからソルダー
ペーストが調製され、フラックスは、金属酸化物を溶解
又は分解あるいは還元する成分と、バインダーとを含有
する。A solder paste is prepared from the solder material and the flux, and the flux contains a component for dissolving, decomposing, or reducing a metal oxide, and a binder.

【００１７】[0017]

【発明の実施の形態】ソルダーペーストは、複数種の金
属を加熱溶融して調製したハンダを粒状化したハンダ粉
末と、別途調製されたフラックスとを混合することによ
って得られ、ハンダ付けする部材に塗布してリフロー
（加熱）することにより、フラックスが気化又は分解
し、溶融したハンダによって接合が形成される。フラッ
クスの役割は、化学的にはハンダ粉末表面及びハンダ付
けする部材表面の自然酸化膜の除去及び清浄化並びにリ
フロー工程中の再酸化防止があり、機械的には接合完了
までの間ハンダ付けする部材どうしを仮固定する役割が
ある。従って、基本的には、金属酸化物を溶解又は分解
あるいは還元する成分とバインダー（粘結剤）成分とが
フラックスの必須成分となる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Solder paste is obtained by mixing a solder powder prepared by heating and melting a plurality of kinds of metals into granulated solder powder and a separately prepared flux. By applying and reflowing (heating), the flux is vaporized or decomposed, and a bond is formed by the molten solder. The role of the flux is to chemically remove and clean the natural oxide film on the surface of the solder powder and the surface of the member to be soldered and to prevent re-oxidation during the reflow process, and mechanically solder until the joining is completed. There is a role of temporarily fixing the members. Therefore, basically, a component that dissolves, decomposes, or reduces a metal oxide and a binder (binder) component are essential components of the flux.

【００１８】錫及び亜鉛は汎用性の高い金属であるの
で、錫−亜鉛ハンダは経済的に非常に有利な接合材料で
あるが、ソルダーペーストに調製した場合、保存性に問
題があるので、錫−亜鉛ハンダの安定性の向上が必要で
ある。詳細には、従来の錫／鉛ハンダに用いられるフラ
ックスを用いて錫−亜鉛ハンダのソルダーペーストを調
製すると、錫／鉛ハンダの場合に比べて急激にソルダー
ペーストの粘度が上昇し、調製後約１カ月にはほぼ硬化
して使用困難となる。つまり、ソルダーペーストの保存
性が低い。この原因としては、ハンダ成分とフラックス
の有機成分との反応・結合、溶剤等に混入している少量
の酸素によるハンダの酸化などが考えられる。錫−亜鉛
ハンダは、溶融したハンダが固化する際に表面に亜鉛が
濃縮した薄膜が形成されるため、ハンダ粒子表面の反応
性の高い亜鉛がフラックスと反応し易く、ソルダーペー
ストの安定性が低いと考えられる。Although tin and zinc are highly versatile metals, tin-zinc solder is a very economically advantageous joining material. However, when prepared into a solder paste, there is a problem in storage stability. -It is necessary to improve the stability of zinc solder. Specifically, when a solder paste of tin-zinc solder is prepared using a flux used for conventional tin / lead solder, the viscosity of the solder paste increases more rapidly than in the case of tin / lead solder, and after the preparation, the In one month, it hardens and becomes difficult to use. That is, the preservability of the solder paste is low. Possible causes include a reaction / bond between the solder component and the organic component of the flux, and oxidation of the solder by a small amount of oxygen mixed in a solvent or the like. Since tin-zinc solder forms a thin film in which zinc is concentrated when the molten solder solidifies, highly reactive zinc on the surface of the solder particles easily reacts with the flux, and the stability of the solder paste is low. it is conceivable that.

【００１９】又、リフロー後のハンダについても、時間
が経過するとハンダの特性が変化するという現象がみら
れる。これは、常温時効等により内部の状態が変化する
ことによると考えられ、例えば、ハンダの伸びの低下や
脆化等が起こる。このような接合後のハンダの経時変化
を減少させることも必要である。[0019] Also, with respect to the solder after reflow, a phenomenon is observed in which the characteristics of the solder change over time. This is considered to be due to a change in the internal state due to normal temperature aging and the like, and for example, a decrease in the elongation of the solder and embrittlement occur. It is also necessary to reduce such aging of the solder after bonding.

【００２０】本発明では、少量の添加成分を錫−亜鉛ハ
ンダに添加することにより、調製したソルダーペースト
の保存性の向上や接合後のハンダの経時変化の抑制を図
る。In the present invention, by adding a small amount of additional components to the tin-zinc solder, the preservability of the prepared solder paste is improved, and the change of the solder with time after bonding is suppressed.

【００２１】ソルダーペーストの保存性を向上させるた
めには、添加成分（以後、第１の添加成分とも称する）
として、具体的には、ベリリウム、マグネシウム、カル
シウム、ストロンチウム、バリウム、マンガン、ガリウ
ム、インジウム、タリウム、燐、アンチモン、ビスマ
ス、硫黄、セレン、テルル及びポロニウムが用いられ
る。これらの添加成分を錫−亜鉛ハンダに添加すると、
添加成分は、ハンダを溶融した際に溶融ハンダの表面に
浸出し易く、表面に濃縮した亜鉛の外側を覆ったり亜鉛
と共存するようになり、反応性の高い亜鉛とフラックス
との反応が遅延することによりハンダの安定性及びソル
ダーペーストの保存性が増すと考えられる。第１の添加
成分の添加によるソルダーペーストの保存性を向上する
効果は０．１重量％程度で明らかであり、添加量を増加
すれば効果も増大するが、多量に添加すればハンダ材の
溶融温度が過剰に低くなり低融点相が形成されたりする
ことになる。更に、錫−亜鉛ハンダの性質から離れるの
で、錫−亜鉛ハンダの長所を活かした良好なハンダ材で
あるためにも、添加成分の配合量はハンダ材全量の１重
量％以下、好ましくは０．５重量％以下とするのがよ
い。又、過剰の添加成分によりハンダ材のヒートサイク
ル試験等における疲労強度も低下する。錫−亜鉛ハンダ
は、共晶組成において融点が低くハンダ付け温度を低く
設定できることが利点であるので、共晶組成付近の割合
で錫及び亜鉛を配合し、全量の０．５重量％以下となる
ように上記第１の添加成分を添加すれば好適なハンダが
得られる。In order to improve the preservability of the solder paste, additional components (hereinafter also referred to as first additional components)
Specifically, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, manganese, gallium, indium, thallium, phosphorus, antimony, bismuth, sulfur, selenium, tellurium, and polonium are used. When these additives are added to tin-zinc solder,
When the solder is melted, the added component easily leaches on the surface of the molten solder, covers the outer surface of the concentrated zinc on the surface or coexists with zinc, and delays the reaction between highly reactive zinc and flux. It is considered that this increases the stability of the solder and the preservability of the solder paste. The effect of improving the preservability of the solder paste by adding the first additive component is apparent at about 0.1% by weight, and the effect increases with an increase in the amount of addition. The temperature may be too low and a low melting point phase may be formed. Furthermore, since it is different from the properties of tin-zinc solder, in order to obtain a good solder material utilizing the advantages of tin-zinc solder, the compounding amount of the additive component is 1% by weight or less, preferably 0.1% by weight of the total amount of the solder material. The content is preferably 5% by weight or less. In addition, the fatigue strength of a solder material in a heat cycle test or the like also decreases due to an excessive additive component. Tin-zinc solder has the advantage that the melting point is low and the soldering temperature can be set low in the eutectic composition, so that tin and zinc are blended in a proportion near the eutectic composition, and the total amount becomes 0.5% by weight or less. Thus, a suitable solder can be obtained by adding the first additive component.

【００２２】接合後の錫−亜鉛ハンダの経時変化を抑制
する添加成分（以下、第２の添加成分とも称する）とし
ては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、チタ
ン、ジルコニウム、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、
銅、銀、ホウ素、アルミニウム、珪素及び窒素が用いら
れる。これらは、錫又は亜鉛と化合物を形成するなどに
より、ハンダが固化する際に核となり結晶粒を微小化し
て内部の結晶成長を抑制することにより、経時的な組織
変化による機械特性の変化を抑制すると考えられる。添
加成分の量が少量であれば、添加成分は錫−亜鉛ハンダ
中全体に分散して組織の微細化に有効に作用する。しか
し、多量に存在すると、異種相の成長等によりハンダの
性質を変異させてしまうので、第２の添加成分の配合量
は、錫−亜鉛ハンダの性質を損なわずに効果を得るため
にハンダ材全量の１重量％以下、好ましくは０．５重量
％以下とする。Examples of the additive component (hereinafter, also referred to as a second additive component) that suppresses the change with time of the tin-zinc solder after bonding are scandium, yttrium, lanthanum, titanium, zirconium, chromium, iron, cobalt, nickel, and the like.
Copper, silver, boron, aluminum, silicon and nitrogen are used. They form a compound with tin or zinc and become nuclei when the solder solidifies, minimizing crystal grains and suppressing internal crystal growth, thereby suppressing changes in mechanical properties due to changes in structure over time. It is thought that. If the amount of the additive component is small, the additive component is dispersed throughout the tin-zinc solder, and effectively acts to refine the structure. However, if present in a large amount, the properties of the solder are mutated due to the growth of a heterogeneous phase or the like. Therefore, the amount of the second additive component is adjusted so as to obtain an effect without impairing the properties of tin-zinc solder. The total amount is 1% by weight or less, preferably 0.5% by weight or less.

【００２３】上述のハンダ材は、錫に対する亜鉛の割合
が３〜２１重量％、好ましくは７〜１３重量％となるよ
うに配合することにより、錫−亜鉛共晶組成（錫：亜鉛
＝９１：９（重量比））とほぼ同程度の性質が発揮さ
れ、ハンダ付け温度又はリフロー温度を共晶点温度に近
づけることができる。ハンダ材が酸化すると溶融温度が
急激に上昇し濡れ性や強度等も極端に低下するので、ハ
ンダ材の調製、特に溶融・混合工程は、得られるハンダ
材の含有酸素量が１０００ppm 以下となるように窒素な
どの非酸化雰囲気を用いて酸化を防止しながら行うこと
が好ましい。The above-mentioned solder material is blended so that the ratio of zinc to tin is 3 to 21% by weight, preferably 7 to 13% by weight, so that a tin-zinc eutectic composition (tin: zinc = 91: 9 (weight ratio)), and the soldering temperature or the reflow temperature can be made closer to the eutectic point temperature. When the solder material is oxidized, the melting temperature rises sharply, and the wettability and strength are extremely reduced. Therefore, in the preparation of the solder material, particularly in the melting / mixing step, the oxygen content of the obtained solder material should be 1000 ppm or less. It is preferable to use a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen to prevent oxidation.

【００２４】調製したハンダ材は、必要に応じて、通常
の処方を用いて線ハンダやハンダ粉末に加工する。ハン
ダ粉末は、フラックスと混合することによりソルダーペ
ーストとなる。フラックスは、化学的作用及び機械的作
用を効率よく発現させるべく必要に応じて種々の物質を
配合して構成される。一般的に、フラックスを構成する
主成分は、ハンダ粉末及びハンダ付けする部材の表面を
被覆する樹脂で、一般に、アビエチン酸などを主成分と
するロジン系樹脂（松脂）が用いられ、例えば、ガムロ
ジン、ウッドロジン、トールロジン及びこれらから得ら
れる変性ロジン、ロジンエステル等がある。ロジン系樹
脂はフラックスの化学的な作用も担う。ポリエステル樹
脂やアクリル樹脂などの熱可塑性合成樹脂も用いられ
る。このような樹脂成分に、樹脂の清浄力等の化学的作
用を補いハンダの接合性を向上させるための活性剤、活
性剤の作用を補助する補助活性剤、ペーストとしての印
刷性などを保持するためのチキソ剤、これらを溶解、混
合させるための溶剤等を適宜取捨選択して添加すること
によりソルダーペーストが調製される。ハンダに光沢を
付与するには有機酸が添加され、ｐＨを調整してダレを
防止するためやハンダボールを形成するためにはアミン
化合物等が添加される。一般的によく用いられるものと
して、例えば、モノエタノールアミン、ステアリルアミ
ン、ジフェニルアミン等のアミン化合物、エチルアミ
ン、プロピルアミン、ジエチルアミン、アニリン等のよ
うなアミン化合物のハロゲン化水素酸塩、クエン酸、乳
酸、アジピン酸、ステアリン酸等の有機酸などがある。
本発明においては、このような一般的に用いられる成分
を必要に応じて適宜組み合わせてフラックスを調製する
ことができ、ハンダ粉末と混合してソルダーペーストが
得られる。本発明の第１の添加成分を配合したハンダ材
によるソルダーペーストは、保存性が向上し、１〜３カ
月以上保存できるソルダーペーストの提供も可能とな
る。The prepared solder material is processed into a wire solder or a solder powder using an ordinary recipe, if necessary. The solder powder becomes a solder paste by being mixed with the flux. The flux is formed by blending various substances as necessary in order to efficiently exhibit a chemical action and a mechanical action. Generally, the main component of the flux is a resin that coats the surfaces of solder powder and a member to be soldered. In general, a rosin-based resin (pine resin) mainly containing abietic acid is used. Rosin, wood rosin, tall rosin, and modified rosins and rosin esters obtained therefrom. The rosin-based resin also plays a chemical function of the flux. Thermoplastic synthetic resins such as polyester resins and acrylic resins are also used. In such a resin component, an activator for supplementing a chemical action such as a detergency of the resin and improving the bonding property of the solder, an auxiliary activator for assisting the action of the activator, and a printability as a paste are maintained. A solder paste is prepared by appropriately selecting and adding a thixotropic agent for use, a solvent for dissolving and mixing these, and the like. An organic acid is added to impart gloss to the solder, and an amine compound or the like is added to adjust the pH to prevent dripping or to form a solder ball. Commonly used, for example, monoethanolamine, stearylamine, amine compounds such as diphenylamine, ethylamine, propylamine, diethylamine, hydrohalides of amine compounds such as aniline, citric acid, lactic acid, Organic acids such as adipic acid, stearic acid and the like.
In the present invention, a flux can be prepared by appropriately combining such commonly used components as needed, and a solder paste can be obtained by mixing with a solder powder. The solder paste made of a solder material containing the first additive component of the present invention has improved storage stability, and can provide a solder paste that can be stored for 1 to 3 months or more.

【００２５】上述のように調製したソルダーペーストを
ハンダ付けする部材上にスクリーン印刷方式等の技術を
用いて塗布した後に、接合する部材を対向させて接触さ
せ、リフローを行う。リフロー工程において、１００〜
１７０℃程度の温度に加熱することによって上述のフラ
ックスがハンダ粉末の表面を活性化し、ハンダ粉末と部
材表面とが接触する。続いてハンダが溶融するリフロー
温度に加熱することによりハンダ粉末が溶融する。この
後冷却することにより、金属部材はハンダによって接合
される。リフロー温度に加熱する時間は２００℃以上で
３０秒以下、２４０℃では１０秒以下であることが好ま
しく、必要以上に加熱を続けるとハンダの酸化が進行し
易い。リフローは大気雰囲気中で行うことも可能である
が、非酸化性雰囲気で行うのが望ましい。非酸化性雰囲
気でのリフローでは、ハンダ粉末の酸化防止により溶融
状態での錫−亜鉛合金の切れあるいは低粘性が維持され
るので、高密度実装基板の接合のような緻密な接合の形
成にも対応できる。After the solder paste prepared as described above is applied to a member to be soldered by using a technique such as a screen printing method, the members to be joined are brought into contact with each other and reflowed. In the reflow process, 100 to
By heating to a temperature of about 170 ° C., the above-mentioned flux activates the surface of the solder powder, and the solder powder comes into contact with the member surface. Subsequently, the solder powder is melted by heating to a reflow temperature at which the solder melts. Thereafter, by cooling, the metal members are joined by solder. The heating time at the reflow temperature is preferably 200 ° C. or more and 30 seconds or less, and 240 ° C. or less is preferably 10 seconds or less. If heating is continued more than necessary, the oxidation of the solder tends to proceed. The reflow can be performed in an air atmosphere, but is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere. In reflow in a non-oxidizing atmosphere, the tin-zinc alloy in the molten state is cut or has low viscosity due to the prevention of oxidation of the solder powder. Can respond.

【００２６】本発明のソルダーペストは、銅、銀、金、
ニッケル、アルミニウム、ＳＵＳステンレス鋼等の単種
の金属部材だけでなく、合金材及び複合金属材等の部材
の接合についても適用可能である。又、精細なハンダ接
合にも十分対応でき、狭い間隔を有する細線状の金属部
材では、線幅及び線間隔が０．３mm程度の部材のハンダ
接合に対応できる。従って、基板の実装や各種電気電子
部品の接合のためのハンダ接合に使用することができ
る。電気電子部品の例としては、半導体分野で用いられ
るＩＣパッケージ、ＣＰＵの導電部、パーソナルコンピ
ュータに内蔵されるハードディスク、液晶パネルの電気
回路、ＩＣカード、パーソナルコンピュータやプリンタ
の接続に用いられるケーブルコネクタ、通信用ケーブル
に用いられる光コネクタ、自動車のラジエータ等が挙げ
られる。基板の実装形態には、片面表面実装、両面表面
実装、両面表面実装リード付き部品搭載、片面表面実装
リード付き部品搭載、リードスルー実装等があるが、い
ずれにおいても本発明の接合材を使用することができ
る。又、実装部品としては、受動部品としてのセラミッ
クコンデンサ、インダクタ、ジャンパ、トランジスタ、
ダイオード、アルミ電解コンデンサ、タンタル半固定抵
抗、トリマー、コイル等が挙げられ、能動部品として
は、ＩＣ、ＳＩ等が代表例である。パッケージ形状とし
ては、ＳＯＩＣ、ＳＯＰ、ＱＩＰ、ＱＦＰ、ＰＬＣＣ、
ＬＣＣ、ＳＯＪ、ＭＳＰ、ＢＧＡ、ＦＣ−ＢＧＡ、ＣＳ
Ｐ、ＰＬＣ、ＭＣＭ、ＯＥ−ＭＣＭ及び複数チップを重
ねる高密度チップ等が挙げられる。The solder plague of the present invention is made of copper, silver, gold,
The present invention can be applied not only to a single type of metal member such as nickel, aluminum, and SUS stainless steel, but also to a member such as an alloy material and a composite metal material. In addition, fine soldering can be adequately performed, and a thin line-shaped metal member having a narrow interval can be used for soldering a member having a line width and a line interval of about 0.3 mm. Therefore, it can be used for soldering for mounting a substrate or joining various electric and electronic components. Examples of electric and electronic components include an IC package used in the semiconductor field, a conductive portion of a CPU, a hard disk built in a personal computer, an electric circuit of a liquid crystal panel, an IC card, a cable connector used for connecting a personal computer or a printer, Examples include an optical connector used for a communication cable, a radiator of an automobile, and the like. The mounting form of the board includes single-sided surface mounting, double-sided surface mounting, component mounting with double-sided surface mounting leads, component mounting with single-sided surface mounting leads, lead-through mounting, etc., all using the bonding material of the present invention. be able to. Also, as mounted components, ceramic capacitors, inductors, jumpers, transistors,
Examples include a diode, an aluminum electrolytic capacitor, a tantalum semi-fixed resistor, a trimmer, a coil, and the like, and typical examples of the active component include an IC and an SI. Package shapes include SOIC, SOP, QIP, QFP, PLCC,
LCC, SOJ, MSP, BGA, FC-BGA, CS
P, PLC, MCM, OE-MCM, and a high-density chip in which a plurality of chips are stacked.

【００２７】接合する部材の材質に応じて、部材に予め
プリコートを施してもよく、プリコートの組成やプリコ
ート方法を適宜選択することができる。Depending on the material of the member to be joined, the member may be pre-coated in advance, and the composition of the pre-coat and the pre-coating method can be appropriately selected.

【００２８】リフロー工程において、還元性雰囲気を用
いると更に効果的である。還元性雰囲気としては、窒素
等の不活性ガスに還元性を有するガス状物質を適量含有
した雰囲気が挙げられ、還元性を有するガス状物質に
は、水素；メタノール蒸気、エタノール蒸気、プロパノ
ール蒸気等のアルコール蒸気、蟻酸、酢酸等の酸蒸気な
どが挙げられる。It is more effective to use a reducing atmosphere in the reflow step. Examples of the reducing atmosphere include an atmosphere containing a suitable amount of a reducing gaseous substance in an inert gas such as nitrogen. The reducing gaseous substance includes hydrogen; methanol vapor, ethanol vapor, propanol vapor, and the like. Alcohol vapors, and acid vapors such as formic acid and acetic acid.

【００２９】第２の添加成分を用いた錫−亜鉛ハンダ
は、リフロー後の冷却固化から長時間経ても組織的変化
が少なく、伸びのよいハンダ接合部が得られる。The tin-zinc solder using the second additive has little structural change even after a long time from cooling and solidification after reflow, and a solder joint with good elongation can be obtained.

【００３０】上述のように、本発明のソルダーペースト
を用いると、現状の電気・電子組立品の組立製造工程に
おいて用いられているソルダーペースト用の装置及び設
備を利用して、鉛を含有しない汎用性の高い錫−亜鉛系
ハンダによる部品の接合が行える。As described above, when the solder paste of the present invention is used, a lead-free general-purpose device and equipment that are used in the current assembly and manufacturing process of electric and electronic assemblies are used. It is possible to join parts with a tin-zinc based solder having high performance.

【００３１】[0031]

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。The present invention will be described below in detail with reference to examples.

【００３２】（実施例１）酸素濃度１００ppm 以下の窒
素雰囲気中で、純度９９．９８％の錫９１．０重量部、
純度９９．９９％の亜鉛８．５重量部及び純度９９．９
７％のマグネシウム０．５重量部を溶融槽に投入し、加
熱溶融して均一にした。これを、直径５０μｍのノズル
を通して断続的に放出させて液滴を形成し、窒素雰囲気
中で冷却固化させることにより、ハンダ粉末を調製し
た。これを分級して粒経が約１０〜５０μｍのハンダ粉
末を得た。(Example 1) 91.0 parts by weight of tin having a purity of 99.98% in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 100 ppm or less,
8.5 parts by weight of 99.99% pure zinc and 99.9% pure
0.5 part by weight of 7% magnesium was charged into a melting tank, and was heated and melted to be uniform. This was intermittently discharged through a nozzle having a diameter of 50 μm to form droplets, and then cooled and solidified in a nitrogen atmosphere to prepare a solder powder. This was classified to obtain a solder powder having a particle diameter of about 10 to 50 μm.

【００３３】他方、重合ロジン（松脂）４６重量部、溶
剤（主成分：テルピネオール）４４．５重量部、硬化ヒ
マシ油（チキソ剤）８重量部、活性剤（主成分：ジフェ
ニルグアニジン臭化水素酸塩）０．９重量部、パルミチ
ン酸０．３重量部及びエチルアミン塩酸塩０．３重量部
を混合しながら加熱した後に冷却して均質のフラックス
を調製した。このフラックス１０重量部と前述のハンダ
粉末９０重量部とを窒素雰囲気中で攪拌混合してソルダ
ーペーストを得た。On the other hand, 46 parts by weight of polymerized rosin (pine resin), 44.5 parts by weight of a solvent (main component: terpineol), 8 parts by weight of hydrogenated castor oil (thixotropic agent), and an activator (main component: diphenylguanidine hydrobromide) The mixture was heated while mixing 0.9 parts by weight of salt, 0.3 parts by weight of palmitic acid and 0.3 parts by weight of ethylamine hydrochloride, and then cooled to prepare a homogeneous flux. 10 parts by weight of this flux and 90 parts by weight of the above-mentioned solder powder were stirred and mixed in a nitrogen atmosphere to obtain a solder paste.

【００３４】このソルダーペーストを冷蔵庫中（５℃）
で６０日保存した後に取り出して粘度を測定したとこ
ろ、初期の粘度から５％の増加に留まり十分に使用可能
な状態であった。This solder paste is placed in a refrigerator (5 ° C.)
After storage for 60 days, the sample was taken out and the viscosity was measured. As a result, the viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity, and it was in a sufficiently usable state.

【００３５】更に、このソルダーペーストを用いて５mm
×０．５mmの銅製パッド上でのＩＣ部品のハンダ付けを
下記のリフロー条件で行ったところ、リフロー温度２０
０〜２０５℃でハンダが溶融した。冷却直後にハンダ付
け部位について下記のようなヒートサイクル試験を実施
したところ、１０００サイクル経過後も何等問題はなか
った。Further, a 5 mm
When soldering of IC parts on a copper pad of 0.5 mm was performed under the following reflow conditions, the reflow temperature was 20
At 0-205 ° C. the solder melted. When the following heat cycle test was performed on the soldered portion immediately after cooling, there was no problem after 1000 cycles.

【００３６】［リフロー条件］ リフロー時間：６分、 予備加熱温度：１５０℃、 最高加熱温度：２２８℃、 炉内雰囲気：窒素供給、酸素濃度５００ppm ［ヒートサイクル試験］ 温度範囲：−５０℃〜＋１５０℃ サイクル数：１０００サイクル[Reflow conditions] Reflow time: 6 minutes, Preheating temperature: 150 ° C, Maximum heating temperature: 228 ° C, Furnace atmosphere: Nitrogen supply, oxygen concentration 500 ppm [Heat cycle test] Temperature range: -50 ° C to +150 ℃ Number of cycles: 1000 cycles

【００３７】（実施例２）マグネシウムに代えて、純度
９９．９７％のカルシウムを用いたこと以外は実施例１
と同様の操作を繰り返してソルダーペーストを調製し、
同様に冷蔵庫中で６０日保存した後に取り出したとこ
ろ、粘度は初期の粘度から５％の増加に留まり、十分使
用可能な状態であった。(Example 2) Example 1 was repeated except that calcium having a purity of 99.97% was used instead of magnesium.
Prepare the solder paste by repeating the same operation as
Similarly, when it was taken out after being stored in a refrigerator for 60 days, the viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity, and it was in a sufficiently usable state.

【００３８】（実施例３）マグネシウムに代えて、純度
９９．９７％のバリウムを用いたこと以外は実施例１と
同様の操作を繰り返してソルダーペーストを調製し、同
様に冷蔵庫中で６０日保存した後に取り出したところ、
粘度は初期の粘度から５％の増加に留まり、十分使用可
能な状態であった。Example 3 A solder paste was prepared by repeating the same operation as in Example 1 except that barium having a purity of 99.97% was used in place of magnesium, and was similarly stored in a refrigerator for 60 days. After taking it out,
The viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity and was in a sufficiently usable state.

【００３９】（実施例４）マグネシウムに代えて、純度
９９．９７％のマンガンを用いたこと以外は実施例１と
同様の操作を繰り返してソルダーペーストを調製し、同
様に冷蔵庫中で６０日保存した後に取り出したところ、
粘度は初期の粘度から５％の増加に留まり、十分使用可
能な状態であった。Example 4 A solder paste was prepared by repeating the same operation as in Example 1 except that manganese having a purity of 99.97% was used instead of magnesium, and was similarly stored in a refrigerator for 60 days. After taking it out,
The viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity and was in a sufficiently usable state.

【００４０】（実施例５）マグネシウムに代えて、純度
９９．９７％のインジウムを用いたこと以外は実施例１
と同様の操作を繰り返してソルダーペーストを調製し、
同様に冷蔵庫中で６０日保存した後に取り出したとこ
ろ、粘度は初期の粘度から５％の増加に留まり、十分使
用可能な状態であった。Example 5 Example 1 was repeated except that indium having a purity of 99.97% was used instead of magnesium.
Prepare the solder paste by repeating the same operation as
Similarly, when it was taken out after being stored in a refrigerator for 60 days, the viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity, and it was in a sufficiently usable state.

【００４１】（実施例６）マグネシウムに代えて、純度
９９．９７％の燐を用いたこと以外は実施例１と同様の
操作を繰り返してソルダーペーストを調製し、同様に冷
蔵庫中で６０日保存した後に取り出したところ、粘度は
初期の粘度から５％の増加に留まり、十分使用可能な状
態であった。Example 6 A solder paste was prepared by repeating the same operation as in Example 1 except that phosphorus having a purity of 99.97% was used instead of magnesium, and was similarly stored in a refrigerator for 60 days. After removal, the viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity and was in a sufficiently usable state.

【００４２】（実施例７）マグネシウムに代えて、純度
９９．９９％の硫黄を用いたこと以外は実施例１と同様
の操作を繰り返してソルダーペーストを調製し、同様に
冷蔵庫中で６０日保存した後に取り出したところ、粘度
は初期の粘度から５％の増加に留まり、十分使用可能な
状態であった。Example 7 A solder paste was prepared by repeating the same operation as in Example 1 except that sulfur having a purity of 99.99% was used instead of magnesium, and was similarly stored in a refrigerator for 60 days. After removal, the viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity and was in a sufficiently usable state.

【００４３】（実施例８）マグネシウムに代えて、純度
９９．９７％のビスマスを用いたこと以外は実施例１と
同様の操作を繰り返してソルダーペーストを調製し、同
様に冷蔵庫中で６０日保存した後に取り出したところ、
粘度は初期の粘度から５％の増加に留まり、十分使用可
能な状態であった。Example 8 A solder paste was prepared by repeating the same operation as in Example 1 except that bismuth having a purity of 99.97% was used instead of magnesium, and was similarly stored in a refrigerator for 60 days. After taking it out,
The viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity and was in a sufficiently usable state.

【００４４】（比較例１）酸素濃度１００ppm 以下の窒
素雰囲気中で、純度９９．９８％の錫９１．０重量部及
び純度９９．９９％の亜鉛９．０重量部を溶融槽に投入
し加熱溶融して、この一部を型に投入し冷却して、ＪＩ
Ｓ Ｚ２２０１の１３Ｂ試験片に準じた１４０mm×１８
mm×３mmのハンダ片を２片作成し、作成直後及び１０日
後のハンダ片の伸びを測定したところ、５２．２％及び
４６．２％であった。Comparative Example 1 In a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 100 ppm or less, 91.0 parts by weight of tin having a purity of 99.98% and 9.0 parts by weight of zinc having a purity of 99.99% were charged into a melting tank and heated. Melt, put part of this in a mold and cool,
140mm x 18 according to 13B test piece of SZ2201
Two pieces of solder having a size of 3 mm × 3 mm were prepared, and the elongation of the pieces immediately after the preparation and 10 days later was 52.2% and 46.2%.

【００４５】溶融物の残りを用いて、実施例１と同様に
ソルダーペーストを調製し、この一部を用いて実施例１
と同様に銅製パッドのハンダ接合を行い、他の部分は同
様に冷蔵庫中で４５日保存した。Using the remainder of the melt, a solder paste was prepared in the same manner as in Example 1, and a part of the solder paste was used in Example 1 to prepare a solder paste.
The copper pad was soldered in the same manner as described above, and the other parts were similarly stored in the refrigerator for 45 days.

【００４６】ハンダ接合を行った際に、リフロー温度が
１９９℃の段階でハンダが溶融し、冷却後にハンダ付け
部位のヒートサイクル試験を実施例１の条件で実施した
ところ、何等問題はなかった。When soldering was performed, the solder melted at a stage where the reflow temperature was 199 ° C., and after cooling, a heat cycle test of the soldered portion was performed under the conditions of Example 1, and there was no problem.

【００４７】又、冷蔵庫で保存した後のソルダーペース
トを取り出したところ、硬化しており、メタルマスクか
ら所定の厚みで印刷することができなかった。When the solder paste after storage in the refrigerator was taken out, the solder paste was cured and could not be printed with a predetermined thickness from the metal mask.

【００４８】（比較例２）用いた錫の量を９０．５重量
部、マグネシウムの量を１．０重量部に変更したこと以
外は実施例１と同様の操作を繰り返してソルダーペース
トを調製し、同様に冷蔵庫中で６０日保存した後に取り
出したところ、粘度は初期の粘度から５％の増加に留ま
り、使用可能な状態であった。(Comparative Example 2) A solder paste was prepared by repeating the same operation as in Example 1 except that the amount of tin used was changed to 90.5 parts by weight and the amount of magnesium was changed to 1.0 parts by weight. Similarly, when the product was stored in a refrigerator for 60 days and then taken out, the viscosity was increased by only 5% from the initial viscosity and was in a usable state.

【００４９】更に、このソルダーペーストを用いて銅製
部材のハンダ付けによる接合を試みたところ、リフロー
温度が２００〜２０８℃の段階でハンダが溶融した。冷
却直後にハンダ付け部位のヒートサイクル試験を実施例
１の条件で実施したところ、１０００サイクル終了後に
３％の割合で不良が見つかった。Further, when the joining of the copper member by soldering was attempted using the solder paste, the solder was melted at a stage where the reflow temperature was 200 to 208 ° C. Immediately after cooling, a heat cycle test of the soldered portion was performed under the conditions of Example 1, and after 1000 cycles, a defect was found at a rate of 3%.

【００５０】（実施例９）酸素濃度１００ppm 以下の窒
素雰囲気中で、純度９９．９８％の錫９１．０重量部、
純度９９．９９％の亜鉛８．５重量部及び純度９９．９
７％のアルミニウム０．５重量部を溶融槽に投入し、加
熱溶融して均一にした。この溶融物の一部を型に投入し
冷却して、ＪＩＳ Ｚ２２０１の１３Ｂ試験片に準じた
１４０mm×１８mm×３mmのハンダ片を２片作成し、作成
直後及び１０日後のハンダ片の伸びを測定したところ、
作成直後で５３．５％、１０日後で５３．５％であっ
た。(Example 9) 91.0 parts by weight of tin having a purity of 99.98% in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 100 ppm or less,
8.5 parts by weight of 99.99% pure zinc and 99.9% pure
0.5% by weight of 7% aluminum was put into a melting tank and heated and melted to make it uniform. A part of the melt was put into a mold and cooled, and two pieces of 140 mm × 18 mm × 3 mm solder were prepared according to JIS Z2201 13B test pieces, and the elongation of the solder pieces was measured immediately after and 10 days later. After doing
It was 53.5% immediately after preparation and 53.5% after 10 days.

【００５１】溶融物の残りを用いて実施例１と同様にソ
ルダーペーストを調製し、銅製パッドの接合を行って、
ヒートサイクル試験を実施例１と同じ条件で実施したと
ころ、何等問題はなかった。Using the remainder of the melt, a solder paste was prepared in the same manner as in Example 1, and a copper pad was joined.
When the heat cycle test was performed under the same conditions as in Example 1, there was no problem.

【００５２】（実施例１０）アルミニウムに代えて、純
度９９．９７％のチタンを用いたこと以外は実施例９と
同様の操作によりハンダ片を作成し、作成直後及び１０
日後の伸びを各々測定したところ、作成直後で５３．８
％、１０日後で５３．８％であった。Example 10 A solder piece was prepared in the same manner as in Example 9 except that titanium having a purity of 99.97% was used instead of aluminum.
When the elongation after day was measured, it was 53.8 immediately after the preparation.
% Was 53.8% after 10 days.

【００５３】（実施例１１）アルミニウムに代えて、純
度９９．９７％の珪素を用いたこと以外は実施例９と同
様の操作によりハンダ片を作成し、作成直後及び１０日
後の伸びを各々測定したところ、作成直後で５４．５
％、１０日後で５４．５％であった。Example 11 A solder piece was prepared in the same manner as in Example 9 except that silicon having a purity of 99.97% was used instead of aluminum, and the elongation was measured immediately after the preparation and 10 days after, respectively. As a result, 54.5 immediately after creation
% After 10 days was 54.5%.

【００５４】（実施例１２）アルミニウムに代えて、純
度９９．９７％のイットリウムを用いたこと以外は実施
例９と同様の操作を繰り返してハンダ片を作成し、作成
直後及び１０日後の伸びを各々測定したところ、作成直
後で５４．０％、１０日後で５４．０％であった。(Example 12) A solder piece was prepared by repeating the same operation as in Example 9 except that yttrium having a purity of 99.97% was used instead of aluminum, and the elongation immediately after the preparation and after 10 days was measured. When each was measured, it was 54.0% immediately after preparation and 54.0% after 10 days.

【００５５】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、少量の添加成分を用い
た錫−亜鉛ハンダは、フラックスを加えて調製したソル
ダーペーストの保存性が改善される。又、接合後のハン
ダ接合の機械特性等の経時変化を抑制することができ
る。従って、鉛を含まない錫−亜鉛ハンダの実用化にと
って極めて有効で、廃棄物に含まれる鉛の問題を解決可
能である。故に、本発明は産業上及び環境対策上極めて
有用である。According to the present invention, a tin-zinc solder using a small amount of an additive improves the preservability of a solder paste prepared by adding a flux. Further, it is possible to suppress a change with time in the mechanical characteristics and the like of the solder joint after the joining. Therefore, it is extremely effective for practical use of tin-zinc solder containing no lead, and can solve the problem of lead contained in waste. Therefore, the present invention is extremely useful in industrial and environmental measures.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−243782（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−253882（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−94688（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−2815（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭52−23589（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/26 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-8-243782 (JP, A) JP-A-9-253882 (JP, A) JP-A-9-94688 (JP, A) 2815 (JP, B1) Japanese Patent Publication No. 52-23589 (JP, B1) (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) B23K 35/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 錫と、錫に対して３〜２１重量％の割合
の亜鉛と、イットリウム、アルミニウム及び珪素からな
る群より選択される１種の添加成分とからなり、該添加
成分は全量に対して０．５重量％以下の割合で含まれる
ことを特徴とするハンダ材。1. A tin consists of a zinc proportion of 3 to 21% by weight with respect to tin, yttrium, and one additive component selected from aluminum and silicon or Ranaru group, the additive component is the total amount of A solder material which is contained at a ratio of 0.5% by weight or less with respect to 【請求項２】 前記亜鉛を錫に対して７〜１３重量％の
割合で含有する請求項１記載のハンダ材。2. A solder material according to claim 1, wherein a proportion of 7-13% by weight of said zinc against tin.