JP2004114104A

JP2004114104A - はんだ付け用フラックス

Info

Publication number: JP2004114104A
Application number: JP2002281655A
Authority: JP
Inventors: Masao Kojima; 小島　昌夫; Hisao Ishikawa; 石川　久雄
Original assignee: OMAE SEIKO KK
Current assignee: OMAE SEIKO KK
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-15
Also published as: KR100509545B1; KR20030028803A

Abstract

【課題】はんだ付け後のフラックス残渣に関して求められる種々の特性を向上させ、一般的な環境のみならず特殊な環境（低温または高温耐湿な条件等）にも適用できるフラックスおよびはんだを提供する。
【解決手段】はんだ付け用のフラックスであって、組成中に、脂肪酸１００〜４０重量％、ワックスまたは高分子化合物６０〜０重量％、を含んで構成される、フラックスとした。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ付け用のフラックスと、フラックスを含むはんだに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子／電気／精密機器分野や半導体関連装置などにおいて、はんだ付けは近年富みに重要な技術となってきており、また、そのはんだ付けにはフラックスが必須であってその役割は大変大きくなっている。そのフラックスの役割としては、母材表面の酸化膜を除去して清浄にすること、母材表面やはんだ表面に空気遮断膜を形成して酸化を防止すること、はんだの界面張力を減少させて濡れ性を高めること、などがある。
【０００３】
従来のはんだ付け用のフラックスは、主成分として組成の大部分がロジンであり、ロジンだけでは活性力が足りないので、活性剤を添加したものが、一般的によく使用されている。具体的な活性剤としては、有機アミンのハロゲン化水素酸塩、有機酸、有機酸と有機アミンの塩などが用いられる。
また、はんだ付けに用いられたフラックスは、後にフラックス残渣として母材表面に残留することがあるので、このようなはんだ付けのフラックス残渣には、非腐食性・高絶縁性・長期安定性・耐湿性・無毒性という大変厳しい特性が要求されてきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来においても、一般的に使用されている環境下では、上記の特性がある程度は満足されているものであるが、特殊な環境（低温または高温耐湿な条件等）では、残留するフラックスが、上記のような特性を保持できずに、その信頼性が低下することが懸念されている。
また、金属表面の酸化物の除去、及び汚染物の除去の形態が、従来のフラックスの活性剤では複雑であり、使用者に不安を抱かせる可能性がある。
【０００５】
上記のような特殊な環境での特性の劣化は、従来のはんだ付けに用いられているフラックスの主成分であるロジンや添加する活性剤の吸湿性に起因し、その水分と添加した活性剤との反応で、はんだ付け後の特性に異常が発生することによる、ものと推測される。また、従来のフラックスの環境温度・湿度による絶縁特性は、温度・湿度の上昇とともに絶縁抵抗が急速に低下していく。
【０００６】
本発明による、フラックスおよびはんだは、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、はんだ付け後のフラックス残渣に関しては、非腐食性・高絶縁性・長期安定性・耐湿性・無毒性というような要求されたはんだ付け後の特性が、一般的な環境下において十分満足させることは勿論、特殊な環境（低温または高温耐湿な条件等）においても上記特性を保持できるフラックスおよびはんだを提供し、信頼性が高く、はんだ付け後の心配がなく、新規な組成を有する、はんだ付け技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明による「フラックスおよびはんだ」では、次のような手段を用いた。
（１）はんだ付け用のフラックスであって、組成中に、脂肪酸１００〜４０重量％、ワックスまたは高分子化合物６０〜０重量％、を含み、構成されるフラックスとした。
（２）はんだ付け用のフラックスであって、組成中に、（１）に記載のフラックスを０．１〜３０重量％含み、かつ、樹脂を４０〜９０重量％含み、かつ、溶剤として、グリコール誘導体・芳香族炭化水素・エステル類・アルコール類のうち、いずれか１つ／いずれか２つ／いずれか３つ／すべて、のいずれかからなるものを１０〜４０重量％含み、構成されるフラックスとした。
（３）はんだ付け用のフラックスであって、組成中に、（１）に記載のフラックスを０．１〜３０重量％含み、かつ、樹脂を９９．９〜７０重量％含み、構成されるフラックスとした。
なお、（１）におけるフラックスは固形であるため、本来はこのまま「やに入りはんだ」のフラックスとして用いるのがよいが、現在の「やに入りはんだ」の製法を考慮した場合、（２）や（３）のように、樹脂を混入したフラックスを用いるのが好ましい。
【０００８】
また、（１）のフラックスにおいては、粘度調整用のチクソ剤または増粘剤を５〜８０重量％含む、こととしてもよい。
また、（１）のフラックスにおいて、このフラックスを液体状にするため、溶剤に溶かして構成されてもよい。
また、「やに入りはんだ」のような、内部にフラックスを含むはんだにおいては、中に含まれるフラックスは、（１）〜（３）のいずれかのフラックスから構成されるとよい。
【０００９】
はんだ付け後のフラックス残渣に関しては、前記したように、種々の必要な特性が要求されている。本願のフラックスおよびはんだは、前記特性を兼ね備えた脂肪酸が金属表面の酸化物、汚染物質を金属塩の形で溶解遊離，剥離させ清浄な金属表面をつくるとういう効果に着眼し、ワックスまたは高分子化合物を添加することにより濡れ広がり性を向上させ、フラックスとしての必要条件を満たすようなものとして、発明されたものである。
【００１０】
飽和脂肪酸は水に不要であり、常温では固体である。この飽和脂肪酸を沸点近辺まで、加熱することにより、酸化物、汚染物質の溶解遊離，剥離の働きが活発になることを発見し、これを利用したものである。
そして、はんだ付け時の加熱により溶解した飽和脂肪酸を金属表面に大きく濡れ広げるために、吸湿性のないワックスまたは高分子化合物を添加したことを、特長とする。
【００１１】
さらに、本発明では、フラックスを含むはんだを提供することができ、そこに含まれるフラックスは、（１）〜（３）いずれか１項のフラックスから構成されるものとしてもよい。このようなフラックスを含むはんだの例としては、線条体形状のはんだ本体の中心軸線に添ってフラックスを内蔵する「やに入りはんだ」があり、また、「クリーム状フラックス」への適用も可能であり、さらに、はんだ本体中にフラックスを混合させて形成されるクリーム状はんだとして「クリームはんだ」もある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による「はんだ付け用フラックス」の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明によるはんだ付け用のフラックスは、はんだ付け時に要求される様々な形態に対応できる。図５は、本発明を適用した「やに入りはんだ１０」の例を示す図であり、均一な線条体形状のはんだ本体１０’の内部に中心軸線状に添って内蔵されたフラックス１０’’を有する。このやに入りはんだ１０のフラックス１０’’は、脂肪酸が１００〜４０重量％，パラフィンが０〜６０重量％の混合物質から構成されており、はんだ本体１０’内部の中心軸線に添って注入することにより製造されることが可能であり、このような構成で製品として使用される。
また、クリームはんだ、またはクリーム状のフラックスは、脂肪酸にチクソ剤および増粘剤を混ぜ合わせることにより製造・使用が可能となる。
【００１３】
図１は、本願発明の「フラックスおよびはんだ」にかかる試験結果の一例を示す図であり、脂肪酸（パルミチン酸）と、ワックスまたは高分子化合物（パラフィン）と、酸化銅板の濡れ広がり率との関係を、データ表およびグラフ図で示す。ここでの試験は「やに入りはんだ」によって行われ、脂肪酸であるパルミチン酸と、融点が６８℃〜７０℃のパラフィンと、を用いて、それらの配合比の違いによる酸化銅板の濡れ広がり率のデータを得て、その結果を図１に示した。
この実験は、ＪＩＳ　Ｚ　３１９７はんだ付け用フラックス試験方法に基づいて行なわれ、このときに使用したはんだはＳｎ６３−Ｐｂ３７であった。
【００１４】
図１によれば、［パルミチン酸：パラフィン］と、酸化銅板の濡れ広がり率との関係は、［６０：４０］のとき６９．７％、［８０：２０］のとき７４．８％、［８５：１５］のとき８５．７％、［９０：１０］のとき８４．０％、［９５：５］のとき８５．７％、［１００：０］のとき８１．８％、というように、脂肪酸１００〜４０重量％、ワックスまたは高分子化合物６０〜０重量％、を含んで構成されており、このような組成のときに、極めて良好で安定して高い濡れ広がり率を有していることがわかる。
【００１５】
図２は、種々な脂肪酸と、酸化銅板の濡れ広がり率との関係を示す試験データである。脂肪酸は、その代表的なものとして、ラウリン酸，ミリスチン酸，パルミチン酸，ステアリン酸のうち、そのいずれかひとつを用い、［パルミチン酸：パラフィン］の配合値は、請求項に記載された数値範囲における、ある固定値とし、そこで酸化銅板の濡れ広がり率の変化を求めた。試験は、ここでも「やに入りはんだ」を用い、ＪＩＳ　Ｚ　３１９７はんだ付け用フラックス試験方法に基づいて行なわれ、このときに使用したはんだはＳｎ６３−Ｐｂ３７であった。
試験の結果、用いたいずれの脂肪酸においても均一的で安定したデータが得られ、高い濡れ広がり率を有することが判明し、本発明として極めて良好な結果が得られた。
【００１６】
図３は、上記の４種類の脂肪酸を様々な配合比率で混ぜ合わせたものと、酸化銅板の濡れ広がり率との関係を示す試験データである。脂肪酸は、ラウリン酸，ミリスチン酸，パルミチン酸，ステアリン酸の中から組合せた配合脂肪酸を用い、［配合脂肪酸：パラフィン］の配合値は、図２に同じく固定値とした。
図３を参照するに、ここでたとえば最下段にあるデータを見ると、このデータは、脂肪酸の配合比率を、ミリスチン酸：パルミチン酸：ステアリン酸＝１：１：１（３３％：３３％：３３％）の割合で混ぜあわせたものであり、濡れ広がり特性を上げる効果のあるワックスの例として、パラフィンを１．５重量％投入した例である。その結果、この濡れ広がり率は９３．７％という結果になり、十分にはんだ付け用フラックスとして利用できるものと判断される。
図３に示す試験の結果に明らかなように、複数の種類が配合されたこれらの配合脂肪酸において、８０％以上また９０％以上の高い濡れ広がり率を有するデータが得られたものであり、はんだ付け用フラックスとして極めて良好で安定したものが提供できることが判明した。
【００１７】
さて、本発明によるフラックスの電気絶縁性の確認として、ＪＩＳ　Ｚ　３１９７　はんだ付け用フラックス試験方法における電圧印加耐湿性試験と銅板腐食試験の結果を、次に示す。
＜電圧印加耐湿性試験＞
・試験方法
くし型基板に洗浄剤適量のせ、銅くし型部分に垂直になるようにＨ６０Ａ　φ１．０のはんだ線をのせ、ホットプレート上で溶解する。
くし型基板が常温になったのを確認の後、両極に配線をはんだ付けし、４０℃−９０％の恒温恒湿槽に据え置き、直流電圧１００Ｖを印加する。
初期状態の抵抗値と１６８時間上記恒温恒湿槽に放置した後の抵抗値を測定する。
（測定は常温にもどした後に槽外にて測定）
【００１８】
・結　果：図４参照
使用した基板は、３枚（　基板−１、基板−２、基板−３　）であり、１枚のうち４箇所の抵抗値を測定した結果を、図４に示す
図４に見られるとおり、初期の抵抗値は低く安定した値を示しており、また９６ｈｒ後の抵抗値でも、初期の抵抗値からより低下した値を示し、大変満足できるデータが得られた。
【００１９】
＜銅板腐食試験＞
試験で使用した基板を、４０℃−９０％の恒温恒湿槽に据え置いた９６時間後の状態は、初期状態と何ら変化がなく、腐食は何も見つからなかった。
上記のように、電気的特性も安定した結果が得られ、銅板の腐食も発生がないという極めて良好な結果が得られた。
【００２０】
さてここからは、本願発明にかかるフラックスを、樹脂や溶剤と混合するして新たなフラックスとする場合について述べる。
＜請求項３について＞
請求項１のフラックスは固形であるため、本来はこのままやに入りはんだのフラックスとして用いるのが理想であるが、現在のやに入りはんだの製法を考慮すると、請求項３のように、樹脂の混入が避けられない。
フラックスに樹脂を混入させた場合の実施例において、その得られたデータの一例を「フラックス−樹脂−広がり率」との関係で次に示す。

【００２１】
＜請求項２について＞
脂肪酸及び樹脂を溶剤に溶いてクリーム状にするため、脂肪酸及び樹脂がいかなる溶剤に溶解可能か、また、その溶剤がはんだ付け温度において蒸発消滅しなければならない。
この条件を満足させ、クリーム状にするのであるが、完成したクリームの物性として、粘度の管理が要求される。粘度調整としては、樹脂の量または脂肪酸の量を変化させなければならない。
また、納入先での使用条件によって、物性値とはんだ濡れ広がりに差異があるため、含有濃度を変化して対応していくことが望まれる。
【００２２】
出願人らによる本発明の実施試験によれば、＜溶剤への溶解量＞はつぎのとおりであり、ここでの数字は、良好な溶解が可能となる場合についての、脂肪酸と樹脂との重量％を示したものである。

【００２３】
さらに、出願人らの実施試験の一例を示せば、テストサンプルとして「樹脂６５％、グリコール誘導体３２％、脂肪酸３％の混合物」において、状態は良好均一なクリーム状のフラックスが完成している。
そのサンプルから得られた測定データは、広がり率は８８．９％、絶縁抵抗として初期平均値は２．２×１０^１３Ωであり、９６ｈｒ後の平均値は１．８×１０^１３Ωであった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によるフラックスおよびはんだは、産業的に十分に利用できる濡れ広がり特性を有しており、また、電気特性も安定していて腐食の発生もない。そして、従来のようなハロゲン類も含まないため、経時変化の発生する可能性はない。熱が１５０℃近辺に達したときに、脂肪酸による金属表面の酸化物、汚染物質を金属塩の形で溶解遊離，剥離させ清浄な金属表面をつくる、とういう効果があらわれ、その清浄なる金属表面にはんだが濡れて接合するというフラックス効果をもってしてはんだ付けするというものであり、本発明は、半導体装置等電子機器におけるはんだ技術の発展向上に、大いに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる試験結果の例を示す図であり、パルミチン酸とパラフィンとからなるフラックスの配合率と、酸化銅板の濡れ広がり率との関係を示すデータ表およびグラフ図である。
【図２】本発明にかかる試験結果の例を示す図であり、種々な脂肪酸（４種類）と、酸化銅板の濡れ広がり率との関係を示す試験データである。
【図３】本発明にかかる試験結果の例を示す図であり、４種類の脂肪酸を様々な配合比率で混ぜ合わせたものと、酸化銅板の濡れ広がり率との関係を示す試験データである。
【図４】本発明にかかる試験結果の例を示す図であり、フラックスの電気絶縁性の確認を行った試験データを示す。
【図５】本発明にかかる「やに入りはんだ」の一例を示す概観説明図である。
【符号の説明】
１０　　やに入りはんだ
１０’　はんだ
１０’’　フラックス

Claims

はんだ付け用のフラックスであって、組成中に、脂肪酸１００〜４０重量％、ワックスまたは高分子化合物６０〜０重量％、を含み、構成されることを特徴とするフラックス。
はんだ付け用のフラックスであって、組成中に、
請求項１に記載のフラックスを０．１〜３０重量％含み、
かつ、樹脂を４０〜９０重量％含み、
かつ、溶剤として、グリコール誘導体・芳香族炭化水素・エステル類・アルコール類のうち、いずれか１つ／いずれか２つ／いずれか３つ／すべて、のいずれかからなるものを１０〜４０重量％含み、
構成されることを特徴とするフラックス。
はんだ付け用のフラックスであって、組成中に、
請求項１に記載のフラックスを０．１〜３０重量％含み、
かつ、樹脂を９９．９〜７０重量％含み、
構成されることを特徴とするフラックス。