JP4017088B2 - ソルダペースト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半田合金の粉末とフラックスとを混合してペースト状としたソルダペーストに関するものであって、特に亜鉛を含む半田合金を使用したソルダペーストの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に使用されているソルダペーストは、半田合金として錫−鉛系合金を使用したものが広く使用されている。しかしながら半田合金に含まれる鉛が毒性を有するため、鉛を含まない無鉛半田が検討されている。
【０００３】
特に錫−亜鉛系共晶合金は、従来の錫−鉛合金と融点が同等であり、また機械的強度やクリープ特性においても優れているため、無鉛半田を構成する合金として有望視されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら錫−亜鉛系半田合金においては、亜鉛のイオン化傾向が大きく反応性に富んでいるため、半田付けした状態において高温下に放置すると、半田中の亜鉛が基板の銅の表面に拡散して、銅−亜鉛金属間化合物（Ｃｕ₅Ｚｎ₈）を生成し、銅の表面に当該化合物の生成が進行する。
【０００５】
そのため時間の経過と共に前記半田中の亜鉛が減少してその箇所における半田組織が破壊され、亀裂が生じて強度が低下すると共に、当該半田と前記金属間化合物との間の強度差が大きくなり、接合強度が低下するのである。
【０００６】
従って錫−亜鉛系半田においては、半田付けの後に高温下に放置すると、半田と銅基板との間における前記金属間化合物層の形成が進行し、半田と銅との間の接合強度が経時的に低下するという問題が生じていたのである。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、錫−亜鉛系半田合金のソルダペーストにおいて、前記金属間化合物層の進行を抑制し、経時的な接合強度の低下を防止することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
而して本発明は、錫８８〜９５重量％と亜鉛５〜１２重量％とを主体とする無鉛半田合金の粉末とフラックスとよりなるソルダペーストにおいて、ビスマス、インジウム又は銀の塩を添加したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明における前記半田合金は、錫−亜鉛共晶合金であることが好ましい。またソルダペーストに対する前記金属塩の量は、０．５重量％以上であり且つ、ソルダペースト中の亜鉛と同イオン当量以下とするのが好ましい。
【００１０】
本発明における半田合金としては、前述した錫−亜鉛共晶合金すなわち、錫９１．２％と亜鉛８．８％との合金が好ましい。さらに錫８８〜９５重量％と亜鉛５〜１２重量％とを主体として、これに２重量％以下のビスマス、インジウム、銅、銀、アンチモンなどを添加したものも適当である。またこれらの半田合金の粉末としては、粒径２０〜４０μｍ程度のものが適当である。
【００１２】
本発明におけるフラックスとしては、金属塩を添加することを除いて、通常のソルダペーストにおけるフラックスをそのまま使用することができる。例えばロジンに適量のワックス及び活性剤を添加し、溶剤に分散したものを使用することができる。
【００１３】
そして本発明においては、そのフラックスに金属塩を添加する。その金属塩を構成する金属は、ビスマス、インジウム、金、銀、銅、錫、アンチモン、ニッケル、コバルト又は白金が適当である。
【００１４】
これらの金属の有機酸塩及び無機酸塩を使用することができ、具体的には、塩化ビスマス、塩化インジウム、ロジン酸ビスマス、ロジン酸インジウム、ロジン酸銅、ロジン酸銀、ステアリン酸銅、クエン酸ビスマス、酢酸銀、２エチルヘキサン酸インジウムなどを挙げることができる。
【００１５】
これらの金属塩をフラックスに添加し、そのフラックスと半田合金の粉末とを混合してソルダペーストとする。半田合金とフラックスとの混合比率は、通常のソルダペーストと同程度であり、半田合金９２〜８０重量％に対し、フラックス８〜２０重量％程度が適当である。
【００１６】
本発明のソルダペーストにおける前記金属塩の添加量は、少なくとも０．５重量％以上添加するのが好ましい。０．５重量％未満では前記金属間化合物層の進行を抑制する効果が生じない。
【００１７】
また金属塩の最大量としては、当該金属塩中の金属が半田合金中の亜鉛と置換可能の量とするのがよい。すなわち、ソルダペースト中の亜鉛と同イオン当量以下とするのが好ましい。金属塩の量がこれを超えると、金属塩中の金属と亜鉛との置換反応が過度に生じ、半田合金中の亜鉛の量が不足して、適切に半田付けができなくなる可能性がある。
【００１８】
【作用】
本発明においては、銅と亜鉛との金属間化合物層の進行が抑制され、経時的に接合強度が低下することがない。本発明により前記金属間化合物層の進行が抑制されるメカニズムは必ずしも明確ではないが、半田付け時の熱により金属塩中の金属と金属間化合物中の亜鉛との置換反応が生じて金属間化合物を減少させると共に、当該置換反応により遊離した金属が銅と亜鉛との反応を抑制するのではないかと考えられる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、半田付けした後に加熱雰囲気下に放置した状態においても、銅−亜鉛の金属間化合物層が進行することがなく、半田と銅との接合状態が維持され、接合強度が低下することがない。
【００２０】
【実施例】
［フラックスの調製］
次の組成の各成分を加熱溶解して混合し、冷却してフラックスを調製した。比較例においては金属塩を添加せず、ガムロジンの量を７２％とした。なお各成分の％は、いずれも重量％である。
【００２１】

【００２２】
金属塩は、次の通りのものを使用した。
実施例１ ロジン酸ビスマス
実施例２ ロジン酸インジウム
実施例３ ロジン酸銀
比較例 添加せず
【００２３】
［ソルダペーストの調製］
上記フラックスを１２重量％と、錫−亜鉛共晶合金（錫９１．２重量％−亜鉛８．８重量％）の粒径２０〜４０μｍの粉末とを混合し、混練機で撹拌してソルダペーストを調製した。
【００２４】
［試験方法］
上記のソルダペーストを使用して、基板上にセラミックコンデンサーを半田付けして接合した。その基板を１００℃の条件下に５００時間放置し、その初期と５００時間経過後における基板と接合部品との接合強度及び、金属間化合物層の厚みを測定した。
【００２５】
［試験結果］
試験結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
以上の結果からも明らかなように、比較例においては５００時間経過後に金属間化合物層の厚みが大幅に増加しており、接合強度が著しく低下しているのに対し、金属塩を添加した実施例においては、化合物層の進行は僅かであり、また接合強度も殆ど低下していない。

Claims (3)

1. 錫８８〜９５重量％と亜鉛５〜１２重量％とを主体とする無鉛半田合金の粉末とフラックスとよりなるソルダペーストにおいて、ビスマス、インジウム又は銀の塩を添加したことを特徴とする、銅用ソルダペースト
2. 前記半田合金が、錫−亜鉛共晶合金であることを特徴とする、請求項１に記載のソルダペースト
3. ソルダペーストに対する前記金属塩が、０．５重量％以上であり且つ、ソルダペースト中の亜鉛と同イオン当量以下であることを特徴とする、請求項１に記載のソルダペースト