JP2000042786A

JP2000042786A - はんだ付け用水溶性フラックス

Info

Publication number: JP2000042786A
Application number: JP10209327A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kawamata; 勇司川又; Satoru Ofuna; 悟大船; Takemi Machida; 武巳町田; Hitoshi Miyashita; 仁宮下
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd; Senju Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd; Senju Metal Industry Co Ltd
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-02-15
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP3750359B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のロジン主成分のフラックスに見られ
る、水洗浄できないという問題と、成形はんだを用いた
面実装の際のはんだ付けの場合、サンドイッチ状態での
リフロー時にボイド発生が多いという問題とを解決す
る。【解決手段】有機酸多価アルコールエステルを主成分
とし、さらに必要に応じて、カルボン酸および／または
アミンおよび／またはアミンハロゲン化水素酸塩である
活性剤および溶剤を加えて粘度を調整してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ付け用フラ
ックス、特に電子部品をプリント基板に実装する際にま
たは電子部品に放熱金属板を接合する際に用いるフラッ
クスであって、ワッシャーやペレット形状の成形はんだ
を介在させて面接合を行っても、ボイド発生を少なくす
ることのできる水溶性フラックスに関する。

【０００２】すなわち、本発明は、フラックスを用いて
上述の成形はんだをサンドイッチ状態でリフローする場
合、ボイド発生の少ないはんだ接合を得ることのできる
水溶性フラックスに関する。

【０００３】

【従来の技術】従来より、ロジンを主成分とするフラッ
クスが、電気・電子の種々の分野でのはんだ接合に利用
されてきており、はんだ接合後に無洗浄で使用できる電
子機器等では今も多用されている。しかし、電子部品内
等の微細な部分に対してはんだ付けを行う場合には、は
んだ接合後に有機溶剤による洗浄を行い、はんだ付け部
の信頼性や外観を確保している。

【０００４】ところで、近年、この有機溶剤による洗浄
は、安全衛生面や地球環境面から避けなければならない
工法となっている。このため、現在最も安全な溶剤であ
る水を用いた洗浄が取り上げられるようになっている。

【０００５】一方、ロジンを主成分とするフラックス
で、はんだシートやペレットあるいはリボンといった成
形はんだを部品と部品の間に挟み、サンドイッチ状態で
リフローした場合、不可避的にガスが発生する。サンド
イッチ状態で加熱するため発生するガスも、ボイドを発
生させてしまう。また、フラックスの清浄化作用不足に
起因するヌレ不良によっても不可避的にボイドが発生す
る。このようなボイドがはんだに対してある比率で増大
すると接合部の信頼性に大きく影響して問題となってい
た。

【０００６】このようなボイド発生を防止するため、特
にガス発生を防止するため、ロジンの精製時に低沸点成
分を除去したものや溶剤を高沸点にしたもの等を検討し
てきたが、満足するものが得られていない。また、一旦
発生したガスをすみやかに除去するため振動や減圧とい
った技術も導入されているが、確実ではなく生産性が悪
く装置が高価であるという問題がある。

【０００７】しかも、前述のように、ロジンを使用した
フラックスは、有機溶剤洗浄を行わなければならないた
め、今日的要望に合ったフラックスとは言えない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、従来のロ
ジン主成分のフラックスには、水洗浄ができないという
問題と、特に、成形はんだを用いた面実装の際または放
熱板接合の際のはんだ付けの場合、サンドイッチ状態で
のリフロー時にボイド発生が多いという問題とがあり、
本発明は、かかる問題を解決するはんだ付け用のフラッ
クスを提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】フラックスは、その基本
的機能として、酸化膜を除去して界面張力を低下させ、
はんだを濡れ広ろがらせる活性を有していなければなら
ない。被はんだ付け材の表面は、必ず酸化されており、
その酸化の程度如何にかかわらず確実に酸化膜を除去し
うる活性力が必要となる。従来、このような活性力は、
フラックスの主成分であるロジン等に有機酸やアミンあ
るいはアミンのハロゲン化水素酸塩等を添加することで
得ていた。

【００１０】しかし、酸化膜を除去した結果、還元水を
多く生成するようなものは、ガス発生が多くなりボイド
も多くなった。また、加熱中にガスを発生するような、
蒸気圧の高い成分や熱分解性の成分を含むフラックスを
用いる場合、はんだ付けの際の加熱によって、多くのボ
イドが発生してしまう。

【００１１】以上の点を総合的に判断して、本発明の課
題達成には、フラックスとして、水溶性成分でリフロー
加熱温度の230 ℃程度でガス化しないもので、酸化膜の
除去が穏やかな成分を用いるが適当であることが分かっ
た。

【００１２】そこで更に検討した結果、有機酸と多価ア
ルコールとのエステルが、水溶性であって、230 ℃程度
に加熱してもガス化もせず、半導体関係の電子部品のは
んだ付け、特に成形はんだを用いた面実装の際のはんだ
付けに十分使用できることが分かり、本発明を完成し
た。

【００１３】ここに、本発明は次の通りである。

【００１４】(1) 有機酸と多価アルコールとのエステル
を主成分とする、成形はんだを用いるリフローはんだ付
け用水溶性フラックス。

【００１５】(2) 有機酸と多価アルコールとのエステル
を主成分とし、さらに活性剤および溶剤を加えて粘度を
調整した液状あるいはペースト状の、成形はんだを用い
るリフローはんだ付け用水溶性フラックス。

【００１６】(3) 前記有機酸が、カプリン酸、ラウリン
酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リノール酸、および
オレイン酸から成る群から選ばれた１種であり、前記多
価アルコールが、ブタンジオール、グリセロール、およ
びポリグリセロールから成る群から選ばれた１種であ
る、上記(1) または(2) 記載のはんだ付け用水溶性フラ
ックス。

【００１７】(4) 前記エステルが、ラウリン酸ポリグリ
セロールエステルまたはオレイン酸グリセロールエステ
ルである、上記(1) または(2) 記載のはんだ付け用水溶
性フラックス。

【００１８】(5) 前記活性剤が、カルボン酸および／ま
たはアミンおよび／またはアミンハロゲン化水素酸塩で
ある上記(2) ないし(4) のいずれかに記載のはんだ付け
用水溶性フラックス。

【００１９】(6) 成形はんだを用いて電子部品をプリン
ト基板に面実装する際に、または電子部品に放熱金属板
を接合する際に、前記成形はんだに塗布する上記(1) な
いし(5) のいずれかに記載のはんだ付け用水溶性フラッ
クス。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明するが、以下の説明において「％」はいずれも特
に指示がなければ「重量％」である。

【００２１】本発明は、例えば、電子部品をプリント基
板に面実装する場合のように、あるいは電子部品に放熱
金属板を接合する場合のように、成形はんだを介在させ
てはんだ接合すべき面同士を対向した状態でリフロー処
理を行うときに、成形はんだと接合すべき面とに適用す
る水溶性フラックスである。このようなフラックスの適
用は、成形はんだをフラックス中に直接に浸漬して、あ
るいはスプレー、はけ等で塗布して、行うことができ
る。

【００２２】フラックス適用後は、例えば従来法にした
がって、リフロー処理を行うことではんだ付けを完了さ
せればよい。はんだ接合後は、水洗により残渣フラック
ス等を洗い流せばよい。もちろん、はんだ付け残渣の残
留が問題のない電子部品の場合にはそのままとしてもよ
い。

【００２３】従来にあっても、本発明におけるような有
機酸と多価アルコールとのエステルを含有するフラック
スの例はあるが、その場合のエステルは、粘度調整のた
めに少量添加されるのであって、本発明のように主成分
として、つまり配合成分のうちで最大割合を占める成分
として、例えば50％以上の割合でもって用いる例はな
く、しかも成形はんだを用いた面実装の際のボイド生成
の防止を図ることについては何等の示唆もない。

【００２４】本発明の好適態様によれば、上記有機酸に
は、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチ
ン酸、リノール酸、オレイン酸等が有効である。また、
上記多価アルコールには、ブタンジオール、グリセロー
ル、さらにジグリセロール、トリグリセロールなどのポ
リグリセロール等が有効である。

【００２５】したがって、本発明において用いる有機酸
多価アルコールエステルとしては、上記有機酸と多価ア
ルコールとのエステルであれば特に制限はないが、好適
例としては、ラウリン酸ポリグリセリンエステル、オレ
イン酸グリセリンエステル、ソルビタン脂肪酸エステ
ル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポ
リオキシエチレングリセリン脂肪酸エステルが例示され
る。

【００２６】さらに、酸化した部品をはんだ付けする場
合は、上記有機酸多価アルコールエステルに、活性剤と
して例えばＣ₅〜Ｃ₁₅までのカルボン酸( 例: セバシン
酸、クエン酸、酒石酸、ソルビン酸) やアミン (例：ト
リエタノールアミン) 、アミンハロゲン化水素酸塩
(例: 臭化水素プロピルアミン、グルタミン酸HCl)等を1
0％以下、好ましくは 0.5〜３％添加してはんだの濡れ
広がりを良くすることが好ましい。

【００２７】このように活性剤として10％以下のカルボ
ン酸やアミンやアミンハロゲン化水素酸塩を添加したも
のは、はんだ付け性が良くなる反面、ボイドの発生も添
加量に比例して増加傾向にある。したがって、この場
合、はんだ付け性を改善するとともに、ボイドの発生の
少なくなるようにその比率を選択する必要がある。この
ように本発明によれば、ボイドの少なくなる技術的なメ
カニズムとしては、以下のことが考えられる。

【００２８】すなわち、有機酸多価アルコールエステル
が比較的すぐれたはんだ付け性を有している一方、ボイ
ドの発生が少ないのは、酸化膜を過剰に取りすぎないこ
とと酸化膜を除去する際に発生した水が、有機酸多価ア
ルコールエステルを加水分解し高沸点の酸とアルコール
を生成するためである。加水分解した有機酸や多価アル
コールは、ガス化するようなものでないため、つまりガ
ス化成分の発生なしに、はんだ付けを完了できるのであ
る。このとき生成した有機酸やアルコールは、はんだの
流れとともに外に流れ出し良好なはんだ付け結果を得る
ことができる。

【００２９】さらに、リフロー後のフラックス残渣は液
状であり、もとの水に対する溶解性に変化がないため、
水での洗浄性も優れている。本発明において用いるフラ
ックスは、そのままでも、あるいは適宜溶剤に添加され
て用いられるが、そのときの溶剤は、フラックス自体が
水溶性であることから、最も一般的には水であって、そ
の他、準水系溶剤 (例: 水−アルコール、リモネン−
水、グリコールエーテル−水) などであってもよい。

【００３０】かかる溶剤に対する上述の有機酸多価アル
コールエステルの添加量は、溶解度の制限がない限り、
その添加量は任意である。塗布効率などを考慮すれば、
40〜80％、好ましくは50〜80％である。

【００３１】

【実施例】次に、実施例によって、本発明の効果をさら
に具体的に説明する。表１に示す組成配合のエステル、
活性剤を配合して、水溶性フラックスを得た。このフラ
ックスを溶剤としてフェニルグリコールを用い、70％溶
液とした。

【００３２】このようにして得たはんだ付け用フラック
スに成形はんだを浸漬してから、接合領域300mm²の接合
面にこの成形はんだを介在させてサンドイッチ状態での
リフローの要領ではんだ付けを行い、下記項目について
試験を行った。

【００３３】なお、はんだ広がり試験は、はんだ付け試
料の表面に上記はんだ付け用フラックスを塗布してから
溶融はんだを載せて、その広がり面積を元の面積に対す
る割合で算出する。

【００３４】結果は表２にまとめて示す。本例における
ボイド発生の評価、はんだ付け状態の判定、水洗浄性、
そしてはんだ広がりの特性評価は次の通りにして行っ
た。

【００３５】ボイド発生の評価はんだ接合部のＸ線写真をとり、目視によってボイド発
生の有無に基づき、次の３段階評価でボイド発生を判定
した。判定結果の○、△を合格とした。

【００３６】リフロー後のボイド状態 ○ 大きさ１mm以下、約５個以下 △ 大きさ１〜３mm、約５〜20個以下 × 大きさ３mm以上、約20個以上はんだ付け状態の判定サンドイッチ状態でのはんだの広がり状態 ○ 全面に広がっている △ 一部欠けがある水洗浄性の評価洗浄後の外観の光沢とシミ ○ 光沢、シミとも良好 △ シミが残る × 多くの残渣が残り、水洗不可。

【００３７】はんだ広がりの特性評価 JIS Z 3197に準拠して、鋼板上ではんだを溶解してその
広がり率でもって評価した。表２からも分かるように、
例No.1は、従来のロジンタイプのもので活性のものであ
る。はんだ付けは良好であるが、大きなボイドがかなり
出てくる。もちろん、水での洗浄は不可である。

【００３８】例No.2は、高沸点のガス化成分の少ないも
のであるが、ボイドの発生はかなり多い。例No.3〜７
が、本発明にかかるはんだ付け用フラックスを用いた例
であるが、ボイドの発生については良好な結果となって
いる。しかし、例No.7のように添加活性成分がガス化し
やすいものや反応性の強いものである場合は、ボイドの
発生が多くなる。このことから、ガス化しない酸化膜除
去能力の穏やかな成分を選択する必要があることが分か
る。例No.5、６は今回満足のいく結果を得ている。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】本発明による水溶性はんだ付け用フラッ
クスは、ボイドの発生を減らすとともにはんだ付け状態
も満足いく結果を得た。さらに、水での洗浄も容易で、
はんだ光沢の良い残留イオンの少ない洗浄結果を得るこ
とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大船悟栃木県真岡市松山町１番地千住金属工業株式会社栃木事業所内 (72)発明者町田武巳長野県長野市大字栗田字舎利田711番地新光電気工業株式会社内 (72)発明者宮下仁長野県長野市大字栗田字舎利田711番地新光電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 4H025 AA14 AA32 AA36 AC07 5E319 BB02 CC33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機酸と多価アルコールとのエステルを
主成分とする、成形はんだを用いるリフローはんだ付け
用水溶性フラックス。
【請求項２】有機酸と多価アルコールとのエステルを
主成分とし、さらに活性剤および溶剤を加えて粘度を調
整した液状あるいはペースト状の、成形はんだを用いる
リフローはんだ付け用水溶性フラックス。
【請求項３】前記有機酸が、カプリン酸、ラウリン
酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リノール酸、および
オレイン酸から成る群から選ばれた１種であり、前記多
価アルコールが、ブタンジオール、グリセロール、およ
びポリグリセロールから成る群から選ばれた１種であ
る、請求項１または２記載のはんだ付け用水溶性フラッ
クス。
【請求項４】前記エステルが、ラウリン酸ポリグリセ
ロールエステルまたはオレイン酸グリセロールエステル
である、請求項１または２記載のはんだ付け用水溶性フ
ラックス。
【請求項５】前記活性剤が、カルボン酸および／また
はアミンおよび／またはアミンハロゲン化水素酸塩であ
る請求項２ないし４のいずれかに記載のはんだ付け用水
溶性フラックス。
【請求項６】成形はんだを用いて電子部品をプリント
基板に面実装する際に、または電子部品に放熱金属板を
接合する際に、前記成形はんだに塗布する請求項１ない
し５のいずれかに記載のはんだ付け用水溶性フラック
ス。