JP2004237345A

JP2004237345A - Soldering flux

Info

Publication number: JP2004237345A
Application number: JP2003031338A
Authority: JP
Inventors: Mutsuharu Tsunoda; 睦晴角田
Original assignee: NIPPON ALPHA METALS KK
Current assignee: NIPPON ALPHA METALS KK
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a soldering flux having a high melting point which has a good wetting and spreading properties at a high preheating temperature, and is excellent in stability while being kept. <P>SOLUTION: The soldering flux contains a rosin as a main component, and contains a polybutene of average molecular weight 350-3000 in an amount of 1-20 wt% of rosin. This soldering flux is suitable for a solder paste containing a Sn-Ag system solder powder. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明ははんだ用フラックスに関し、特に鉛フリーはんだに好適な耐熱性に優れたはんだ用フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
はんだの一般的な適用例として、回路基板への電子部品のリフロー法によるはんだ付けがある。このリフロー法では、はんだ粉末は、粘性の高いフラックス材料と混合してクリーム状にしたソルダーペーストとして利用される。具体的には、基板の所定位置にソルダーペーストを印刷し、その上にはんだ付けされる電子部品を載せて、予備加熱後、はんだ付けの加熱条件で加熱する。
【０００３】
ところで、従来はんだ合金の主流は、低融点の鉛／スズはんだであったが、近年、スズ／銀、スズ／アンチモン、スズ／ビスマスなどの鉛フリーの低毒性はんだが開発され、実用されている。これら鉛フリーのはんだの多くは、融点が鉛／スズ共晶はんだに比べ約４０℃高いため、上述したリフロー法に適用する場合、はんだ付け温度も高くする必要がある。この際、基板に実装する電子部品の中には熱に弱いものもあり、はんだ付けの加熱時間をできるだけ少なくし、また高温時の温度ばらつきをなくすために、予備加熱を高く設定するようになっている。具体的には、１７０℃以上の温度で数１０秒以上予備加熱される。
【０００４】
しかし予備加熱温度が高くなると、それによってはんだ粉末の酸化が促進されたり、フラックス中のロジンが劣化し、濡れ性や広がり性が悪くなるという問題を生じ、はんだ付けし難い場合があった。従来、低融点はんだを対象とするフラックスとして、その耐熱性を向上する目的で、高融点ワックス及びプロピレン系ポリマーを添加したフラックスが例えば特許文献１に提案されている。また低融点はんだを対象とするフラックスとして、粘着性を改善する目的で、液状ポリプロピレン等の絶縁性低重合体を添加したフラックスも特許文献２に提案されている。
【特許文献１】特開２００１−３３４３９４号公報
【特許文献２】特開平１−２７８０９１号公報
【０００５】
しかし上述したような高い予備加熱温度において良好な濡れ性、広がり性を有し、且つフラックスの安定性を維持することが可能なフラックス組成物は未だ提供されていない。そこで本発明は、１７０℃以上の予備加熱温度において良好な濡れ性、広がり性を有し、且つ保存時の安定性に優れた高融点はんだ用フラックスを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者等はロジンを含むフラックスと混合したときにフラックスの安定性を損なうことなく、その耐熱性を向上することができる添加物について種々の高分子材料を研究した結果、特定の分子量のポリブテンをロジンに対し所定量、混合したときに、はんだ上がりが極めて良好で、しかもはんだ付け後の残留物による絶縁性の低下等の問題もないことを見出し、本発明に至ったものである。
【０００７】
即ち、本発明のはんだ用フラックスは、ロジンを主成分として含むはんだ用フラックスであって、平均分子量３５０〜３０００のポリブテンをロジンに対し１〜２０重量％含有することを特徴とするはんだ用フラックスである。
【０００８】
以下、本発明のはんだ用フラックスについて詳細に説明する。
本発明のフラックスは、ロジン、溶剤、活性剤、増粘剤（チキソ剤）を含むフラックスにポリブテンを加えたものであり、ポリブテンを添加することにより、予備加熱を１７０℃以上の高温で行なった場合にも、フラックス成分、特にロジンの劣化が抑制され、安定したはんだ付けを行なうことができる。
【０００９】
ポリブテンとしては、分子量３５０〜３０００、好ましくは４００〜２３００のものを用いる。分子量３５０未満では、１７０℃を超える高温条件での予備加熱時に、一度濡れ広がったはんだが収縮し、ディウェッティング部が多くなりやすい。また分子量３０００を超えるものを用いた場合には、フラックス成分が分離しやすくなり、保存安定性が低下する。
【００１０】
ポリブテンの添加量は、ロジンに対し１〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％とする。このような範囲とすることにより、耐熱性向上の効果が得られる。またポリブテンの添加量が２０重量％を超えると、フラックス成分が分離しやすくなる。
【００１１】
ロジンとしては、ガムロジン、ウッドロジン等の天然ロジンや、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、酸変成ロジン等のロジンエステル等公知のものを用いることができる。特に、水添ロジン、重合ロジン、酸変成ロジンが好ましい。
【００１２】
その他の成分としては、一般にフラックス成分として用いられているものを用いることができる。例えば、活性剤としては、アジピン酸、こはく酸、グルタル酸、スベリン酸などの有機酸やトリエタノールアミンなどの有機アミンから選択される１種または２種以上を混合して用いることができる。また、増粘剤としては、高級脂肪酸アミド、硬化ひまし油、油脂系ワックスなど公知の増粘剤を用いることができる。溶剤としては、アルキルカルビトールや、ジエチレングリコール等のグリコール系溶剤を用いる。さらにこれら成分のほかに、必要に応じて表面保護材を添加することができる。
【００１３】
これら成分の組成比は、通常、ロジンに対し、活性剤が１〜１０重量％、増粘剤が１〜２０重量％、溶剤が５０〜１００重量％とする。
【００１４】
本発明のソルダーペーストは、このようなフラックスとはんだ粉末とを混練したものである。はんだ粉末としては、鉛フリーのはんだ粉末を用いる。具体的には、Ｓｎ−Ａｇを主成分としてＢｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等を含むＳｎ−Ａｇ系のはんだ粉末やＳｎ−Ｚｎを主成分としてＢｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ａｇ等を含むＳｎ−Ｚｎ系のはんだ粉末を用いることができる。
はんだ粉末とフラックスの混合比は、特に限定されないが、通常重量比で８０〜９５：２０〜５の範囲とする。
【００１５】
本発明のソルダーペーストは、フラックス成分として特定分子量範囲のポリブテンを含有せしめることにより、保存時の安定性が優れ、また表面実装品のリフロー工程の予備加熱時に、比較的高温、例えば２００℃以上の温度で加熱した場合にもはんだ粉末の酸化やフラックス成分の劣化が抑制される。その結果、濡れ性に優れ、ディウェッティング部が少なく、良好なはんだ付けを行なうことができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。尚、以下の実施例において、特に断らない限り％は重量％を意味する。
【００１７】
［実施例１〜４、比較例１〜３］
溶剤としてグリコールエーテル系溶剤、増粘剤として硬化ひまし油を用い、また活性剤として有機酸と有機アミンとを混合して用い、これらとロジン、ポリブテンを表１に示す配合比で混合してはんだ用フラックスを作成した。このフラックスを室温で一週間放置し、外観を観察し、フラックスの安定を評価した。結果を表１に示す。評価は、一週間放置後、変化しなかった場合を○、分離していないが液が濁った場合を△、分離している場合を×とした。
【００１８】
［比較例４］
実施例１と同じ溶剤、ロジン、活性剤及び増粘剤を用い、ポリブテンを用いることなく、表１に示す配合比で混合してはんだ用フラックスを作成した。このフラックスについても、実施例１と同様に室温で一週間放置し、フラックスの安定を評価した。結果を表１に示す。
【００１９】
［使用例（実施例１〜４、比較例１〜４）］
実施例１〜４及び比較例１〜４で得たフラックスとＳｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕはんだ粉末を、重量比で８８：１２の割合で混練し、ソルダーペーストを得た。このソルダーペーストを、直径６．５ｍｍの穴の開いた、２００μｍ厚のメタルマスクで銅板上に印刷した後、低温及び高温２つの予備加熱条件で、約９０秒間予備加熱を行なった。予備加熱の条件は、低温１４０〜１７０℃、高温１７０〜１９０℃とした。予備加熱時のはんだの濡れ広がり性（ディウェッティング部の多少）を観察した。
【００２０】
結果を表１に示す。はんだの濡れ広がりは、予備加熱後の面積が印刷した面積と同じか、それ以上である場合に○、印刷した面積より若干小さくなっている場合に△、ディウェッティング部が多く見られる場合に×とした。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表２に示す結果からも明らかなように、はんだ用フラックスに所定量のポリブテンを添加することにより、低温条件及び高温条件のいずれにおいても良好なはんだの広がりを示した。但し、ポリブテンの分子量が３５０以下では、印刷時よりも収縮する傾向が見られた。一方、ポリブテンの添加量が所定量未満であるかポリブテンを添加しない場合には、濡れ広がり性が劣り、特に高温条件においてディウェッティング部が多く見られた。またポリブテンの添加量が所定量を超えるとフラックス自体の安定性が低下した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のはんだ用フラックスによれば、特定分子量範囲のポリブテンを所定量添加することにより、リフロー工程において高温で予備加熱を行なった場合にも良好なはんだの広がりを確保することができる。これにより良好なはんだ付けを行なうことができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a soldering flux, and more particularly to a soldering flux suitable for lead-free solder and having excellent heat resistance.
[0002]
[Prior art]
A typical application example of solder is soldering of an electronic component to a circuit board by a reflow method. In this reflow method, the solder powder is mixed with a highly viscous flux material and used as a creamy solder paste. Specifically, a solder paste is printed at a predetermined position on a substrate, an electronic component to be soldered is placed thereon, and after preheating, heating is performed under heating conditions for soldering.
[0003]
By the way, the mainstream of the conventional solder alloy is a lead / tin solder having a low melting point, but recently, a lead-free low-toxic solder such as tin / silver, tin / antimony, and tin / bismuth has been developed and put into practical use. . Many of these lead-free solders have a melting point about 40 ° C. higher than that of the lead / tin eutectic solder, so that when applied to the above-mentioned reflow method, the soldering temperature also needs to be raised. At this time, some of the electronic components mounted on the board are vulnerable to heat, so the preheating is set high to minimize the heating time for soldering and to eliminate temperature variations at high temperatures. ing. Specifically, preheating is performed at a temperature of 170 ° C. or more for several tens of seconds or more.
[0004]
However, when the preheating temperature is increased, the oxidation of the solder powder is accelerated, the rosin in the flux is deteriorated, and the wettability and the spreadability are deteriorated. Conventionally, as a flux for low-melting-point solder, a flux to which a high-melting-point wax and a propylene-based polymer are added has been proposed in, for example, Patent Document 1 in order to improve the heat resistance. Further, as a flux for low-melting-point solder, a flux to which an insulating low polymer such as liquid polypropylene is added has been proposed in Patent Document 2 for the purpose of improving adhesiveness.
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-334394 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-278091 [0005]
However, a flux composition that has good wettability and spreadability at the high preheating temperature as described above and that can maintain flux stability has not yet been provided. Therefore, an object of the present invention is to provide a flux for a high melting point solder which has good wettability and spreadability at a preheating temperature of 170 ° C. or higher and has excellent stability during storage.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have studied various polymer materials for additives that can improve the heat resistance without impairing the stability of the flux when mixed with a flux containing rosin. As a result, it has been found that when a predetermined amount of polybutene having a specific molecular weight is mixed with rosin, the solder finish is extremely good and there is no problem such as a decrease in insulation due to residues after soldering. It has been reached.
[0007]
That is, the soldering flux of the present invention is a soldering flux containing rosin as a main component, and containing 1 to 20% by weight of polybutene having an average molecular weight of 350 to 3000 with respect to rosin. is there.
[0008]
Hereinafter, the solder flux of the present invention will be described in detail.
The flux of the present invention is obtained by adding polybutene to a flux containing a rosin, a solvent, an activator, and a thickener (thixotropic agent). By adding polybutene, preheating was performed at a high temperature of 170 ° C. or more. Also in this case, the deterioration of the flux component, particularly rosin, is suppressed, and stable soldering can be performed.
[0009]
Polybutene having a molecular weight of 350 to 3,000, preferably 400 to 2,300 is used. If the molecular weight is less than 350, the solder once wet and spread shrinks during preheating under a high temperature condition exceeding 170 ° C., and the dewetting portion tends to increase. When the one having a molecular weight exceeding 3,000 is used, the flux component is easily separated, and the storage stability is reduced.
[0010]
The amount of polybutene added is 1 to 20% by weight, preferably 5 to 15% by weight, based on rosin. With such a range, the effect of improving heat resistance can be obtained. If the amount of polybutene exceeds 20% by weight, the flux components are easily separated.
[0011]
As the rosin, known rosins such as natural rosin such as gum rosin and wood rosin, and rosin esters such as hydrogenated rosin, disproportionated rosin, polymerized rosin and acid-modified rosin can be used. In particular, hydrogenated rosin, polymerized rosin, and acid-modified rosin are preferred.
[0012]
As other components, those generally used as flux components can be used. For example, as the activator, one or two or more selected from organic acids such as adipic acid, succinic acid, glutaric acid and suberic acid and organic amines such as triethanolamine can be used. In addition, as the thickener, a known thickener such as a higher fatty acid amide, hardened castor oil, or fat-based wax can be used. As the solvent, an alkyl carbitol or a glycol solvent such as diethylene glycol is used. Further, in addition to these components, a surface protective material can be added as necessary.
[0013]
The composition ratio of these components is usually 1 to 10% by weight of the active agent, 1 to 20% by weight of the thickener, and 50 to 100% by weight of the solvent based on rosin.
[0014]
The solder paste of the present invention is obtained by kneading such flux and solder powder. Lead-free solder powder is used as the solder powder. Specifically, Sn-Ag based solder powder containing Sn-Ag as a main component and Bi, Cu, In, Sb, Zn, etc., or Sn containing Bi, Cu, In, Ag and the like as Sn-Zn as a main component. -Zn-based solder powder can be used.
The mixing ratio of the solder powder and the flux is not particularly limited, but is usually in the range of 80 to 95:20 to 5 by weight.
[0015]
The solder paste of the present invention has excellent stability during storage by containing polybutene having a specific molecular weight range as a flux component, and also has a relatively high temperature, for example, 200 ° C. or higher, during preheating in a reflow step of a surface mount product. Even when heated at a temperature, oxidation of the solder powder and deterioration of the flux component are suppressed. As a result, excellent wettability, few dewetting portions, and good soldering can be performed.
[0016]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described. In the following examples,% means% by weight unless otherwise specified.
[0017]
[Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 3]
A glycol ether solvent is used as a solvent, a hardened castor oil is used as a thickening agent, and an organic acid and an organic amine are mixed and used as activators. These are mixed with rosin and polybutene in the mixing ratio shown in Table 1 for soldering. Created flux. The flux was allowed to stand at room temperature for one week, the appearance was observed, and the stability of the flux was evaluated. Table 1 shows the results. The evaluation was evaluated as ○ when there was no change after standing for one week, Δ when the solution was not separated but the solution became turbid, and X when separated.
[0018]
[Comparative Example 4]
Using the same solvent, rosin, activator and thickener as in Example 1, and without using polybutene, the mixture was mixed at the compounding ratio shown in Table 1 to prepare a soldering flux. This flux was also left at room temperature for one week as in Example 1 to evaluate the stability of the flux. Table 1 shows the results.
[0019]
[Use Examples (Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 4)]
The flux obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 and the Sn / 3.0Ag / 0.5Cu solder powder were kneaded at a weight ratio of 88:12 to obtain a solder paste. This solder paste was printed on a copper plate with a 200 μm-thick metal mask having a hole with a diameter of 6.5 mm, and then pre-heated for about 90 seconds under two low-temperature and high-temperature preheating conditions. The preheating conditions were a low temperature of 140 to 170 ° C and a high temperature of 170 to 190 ° C. The wettability and spreadability of the solder at the time of preheating (the degree of dewetting) was observed.
[0020]
Table 1 shows the results. The spread of solder wetness is indicated by ○ when the area after preheating is the same as or larger than the printed area, Δ when the area is slightly smaller than the printed area, and X.
[0021]
[Table 1]

[0022]
As is clear from the results shown in Table 2, by adding a predetermined amount of polybutene to the soldering flux, good spread of the solder was exhibited under both low-temperature conditions and high-temperature conditions. However, when the molecular weight of polybutene was 350 or less, there was a tendency for shrinkage compared with printing. On the other hand, when the amount of polybutene added was less than the predetermined amount or when polybutene was not added, the wet-spreadability was poor, and many dewetting portions were observed particularly under high-temperature conditions. When the amount of polybutene exceeds a predetermined amount, the stability of the flux itself was reduced.
[0023]
【The invention's effect】
According to the soldering flux of the present invention, by adding a predetermined amount of polybutene having a specific molecular weight range, it is possible to ensure good spread of the solder even when preheating is performed at a high temperature in the reflow step. Thereby, good soldering can be performed.

Claims

A soldering flux containing rosin as a main component, comprising 1 to 20% by weight, based on rosin, of polybutene having an average molecular weight of 350 to 3000.

The soldering flux according to claim 1, wherein the content of polybutene is 5 to 15% by weight based on rosin.

A solder paste containing a solder powder and a flux, wherein the flux according to claim 1 or 2 is used as the flux.

The solder paste according to claim 3, wherein the solder powder is a Sn-Ag solder powder.