JP2004322191A - はんだ付け用フラックス - Google Patents

Abstract

【課題】電極に対する十分なはんだ濡れ性を確保して、はんだ付き性を向上させることが可能であるとともに、フラックスの残渣がほとんど残留せず、はんだ付け後のフラックスの洗浄を不要にすることが可能なはんだ付け用フラックスを提供する。
【解決手段】ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン重合物、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン混合物、ポリオキシエチレン、及びポリオキシプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の有機ポリマーと、活性剤と、有機溶剤とを含有した組成とする。
有機ポリマーとして、平均分子量が１０００〜３５００の有機ポリマーを用いることにより、揮発性を損なうことなく耐熱性を確保する。
また、有機ポリマーの含有率を１〜１０重量％の範囲として、フラックスの十分な耐熱性を確保して高温での活性を維持しつつ、有機物残渣の残留を抑制する。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の製造工程などにおいて電子部品にはんだ付けを行う場合に使用されるはんだ付け用フラックス、詳しくは、はんだ付け後の残渣の残留量が少なくフラックス洗浄を不要にすることが可能なはんだ付け用フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電極を備えた電子部品をはんだ付けする際には、通常、電極の表面酸化膜を除去し、電極とはんだとの十分な濡れを確保するために、はんだ付けすべき部分にあらかじめフラックス組成物を塗布してからはんだ付けを行っている。
【０００３】
このフラックス組成物は、一般に、セバシン酸やステアリン酸などの有械酸やアミンハロゲン化水素酸塩などのハロゲン含有化合物からなる活性剤と、変性ロジンや熱可塑性樹脂などの樹脂成分と、アルコール、エーテル、及びケトンなどの有機溶剤から構成されている。
【０００４】
なお、電極がガラスフリットを含有する厚膜電極である場合、電極表面及びその近傍にガラスフリット成分が存在するため、十分なはんだ濡れ性を確保しようとすると、ガラスフリットをフラックス組成物により溶解除去することが必要になる。したがって、そのような場合には、はんだ付け用フラックスにおいては、ジカルボン酸やトリカルボン酸などの活性力の強い活性剤が使用されている。
【０００５】
また、最近では、はんだ付け後のフラックス残渣を洗浄する必要のない無洗浄タイプのフラックスが開発されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−５１８８９号公報
【特許文献２】
特開平８−９０２８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来は、はんだ濡れ性が悪い電極を備えた電子部品をはんだ付けする場合、はんだ付き性を向上させるために、はんだ付け用フラックス中の有機酸やハロゲン化水素酸塩などの活性剤の含有率（添加量）を増やすことが行われている。
このように、活性剤の添加量を増加すると、フラックス残渣中の導電成分量の増加により電子部品の絶縁性が低下する傾向があるばかりでなく、活性剤の残留により腐食が発生するという問題点がある。
【０００８】
また、はんだ付け中の再酸化防止や電気的信頼性を確保する目的で、ビヒクルとして樹脂成分を添加した場合には、はんだ付け後に有機物の残渣になるという問題点がある。
【０００９】
また、例えば、セラミック電子部品のはんだ付けに使用されるはんだは高融点の合金組成のものが多く、２８０℃付近の温度ではんだ付けされる場合が多い。このような高温条件下で十分なはんだ濡れ性を確保するためには、フラックスに樹脂成分を添加して耐熱性を付与することが必要になるが、樹脂成分の添加量が多くなると、残渣の発生が問題となる。すなわち、樹脂成分に由来する残渣は、はんだ付け後に電子部品素子（セラミック素子）を保護するために形成される外装樹脂と、セラミック素子との密着性を低下させるため、多湿環境下での電子部品の特性劣化や外装樹脂の塗布形状の異常、あるいは外装樹脂の硬化阻害を引き起こすという問題点がある。
それゆえ、無洗浄タイプのはんだ付け用フラックスの場合にも、電気的信頼性を確保するため、洗浄して使用されることが多いのが実情である。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電極に対するはんだ濡れ性を向上させて、はんだ付き性を改善することが可能であるとともに、フラックスの残渣がほとんど残留せず、はんだ付け後のフラックスの洗浄を不要にすることが可能なはんだ付け用フラックスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明（請求項１）のはんだ付け用フラックスは、
ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン重合物、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン混合物、ポリオキシエチレン、及びポリオキシプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の有機ポリマーと、
活性剤と、
有機溶剤と
を含有することを特徴としている。
【００１２】
ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン重合物、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン混合物、ポリオキシエチレン、及びポリオキシプロピレンなどの有機ポリマーは、はんだ付け時にフラックスの流動性を高め、清浄化されたはんだ付け面の再酸化を防止しながら耐熱性を保持する機能を果たす一方、はんだ付け後には 揮発して残渣として残留しないため、これらの有機ポリマーの少なくとも１種をはんだ付け用フラックスに添加することにより、流動性及び耐熱性を確保して、３００℃近傍の高温域においても良好なはんだ付き性を実現することが可能になるとともに、はんだ付け後のフラックスの洗浄を不要にすることが可能になる。なお、フラックス成分（有機ポリマー）がはんだ付け後に残留しないため、例えば、セラミック素子の電極に端子をはんだ付けした後、外装樹脂で被覆して電子部品（セラミック電子部品）を製造するような場合において、はんだ付け後にフラックスの洗浄を行うことなく外装樹脂の塗布、硬化を行うことが可能になり、効率よく電子部品を製造することが可能になる。
【００１３】
なお、有機ポリマーとして、適正な分子量分布を有するものを選択することにより、ポリマー重合体が順次揮発するようにして、流動性及び耐熱性の極端な低下を確実に抑制、防止することが可能になる。
また、本発明のはんだ付け用フラックスにおいては、活性剤として、有機酸、アミン、イミダゾール化合物、アミンハロゲン化水素酸塩、熱分解性の有機ハロゲンなどの一般的な活性剤を用いることが可能であり、いずれの活性剤を用いた場合にもほぼ同等の効果を得ることができる。
また、本発明のはんだ付け用フラックスにおいては、溶剤として、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、プロピレングリコールエーテル類など、活性剤と相溶性を有する種々の溶剤を用いることが可能である。
【００１４】
また、請求項２のはんだ付け用フラックスは、前記有機ポリマーの平均分子量が１０００〜３５００の範囲にあることを特徴としている。
【００１５】
有機ポリマーとして、平均分子量が１０００〜３５００の有機ポリマーを用いることにより、揮発性を損なうことなく耐熱性を確保することが可能になり、確実に良好なはんだ付き性を得ることが可能になる。
なお、本発明において、有機ポリマーとして、平均分子量が１０００〜３５００の範囲にあるものを用いるようにしているのは、重量平均分子量が１０００未満になると、揮発性は良好であるが耐熱性が大きく低下すること、また、平均分子量が３５００を超えると、有機ポリマーが完全に揮発せず、残渣として残留し、電気的信頼性の低下を招くことによる。
【００１６】
また、請求項３のはんだ付け用フラックスは、前記有機ポリマーの含有率が、１〜１０重量％の範囲にあることを特徴としている。
【００１７】
有機ポリマーの含有率を１〜１０重量％の範囲とすることにより、有機ポリマーを、十分な耐熱性を確保して高温での活性を維持しつつ、有機物残渣の残留を抑制して、良好なはんだ付き性を得ることが可能になる。
本発明において、有機ポリマーの含有率を１〜１０重量％としたのは、有機ポリマーの割合が１重量％未満になると、十分な耐熱性が得られず、高温にさらされた活性剤が、はんだが溶融する前に活性を失ってはんだ付き性が低下し、また、１０重量％を超えると、はんだ付け時の熱量では有機ポリマーが十分に揮発せず、べたつきのある有機物残渣として少量残留することになり、ほこりなどの付着や吸湿による電気的信頼性の低下を招くばかりでなく、活性剤の溶剤への溶解性を低下させるなどの問題が生じる場合があることによる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示してその特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【００１９】
表１及び表２に示すような割合で、有機ポリマー、活性剤、及び有機溶剤を配合することにより、実施例１〜１０の試料（はんだ付け用フラックス）及び比較例１〜５の試料（はんだ付け用フラックス）を作製した。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
実施例及び比較例の試料（はんだ付け用フラックス）を作製するにあたっては、まず、所定量の活性剤を秤取し、有機溶剤を加えて活性剤を完全に溶解させて活性剤の有機溶剤溶液を調製した。
そして、活性剤の有機溶剤溶液に所定量の有機ポリマーを添加して、撹拌し、溶解させることにより、実施例１〜１０のはんだ付け用フラックス（試料）、及び比較例１〜５のはんだ付け用フラックス（試料）を得た。
【００２３】
得られた各はんだ付け用フラックス（試料）について、以下の方法ではんだ付き性を調べた。
まず、チタン酸バリウム系セラミックからなる円板上に、ガラスフリットを含むＡｇ電極ペーストを印刷した後、焼成して、表面にＡｇ電極を備えた試験用の円板状セラミック体（以下、単に「セラミック素子」ともいう）を作製した。
それから、あらかじめはんだをプレフォームしたリード端子に、上記セラミック素子を挟み込み、はんだ付け部にフラックスを塗布した後、局所大気リフロー法により、リード端子をセラミック素子の表面のＡｇ電極にはんだ付けした後、はんだ濡れ形状及びフラックス残渣の観察を行った。その結果を表３及び４に示す。
【００２４】
【表３】

【００２５】
【表４】

【００２６】
なお、表３及び４において、はんだ付け温度は、局所大気リフロー法による熱風の吹き出し温度を示している。
また、フラックス残渣は、はんだ付け部を外観目視して調べた、フラックスの残渣の有無をを示している。
また、表３及び４の有機物残留量は、はんだ付け後の試料１０個（はんだ付け用フラックス３．０ｇ分に相当）を測定試料とし、蒸留水（５０ｍｌ）中でホモジナイザーにより有機物を溶解、分散させた後、蒸留水中に含まれる全炭素量を測定した値である。
また、表３及び４の外装樹脂の形状は、リード端子をはんだ付けした実験用試料を、フラックス残渣洗浄を行うことなく、シリコン系の樹脂を塗布して実験用試料を外装樹脂で被覆し、硬化させた後の外装樹脂の形状を示している。
【００２７】
表３及び４から明らかなように、はんだ付き性については実施例、比較例とも実用上問題のない程度のはんだの濡れ・伸び性が確保されていることがわかる。すなわち、はんだの濡れ・伸び性については、有機ポリマーの種類による顕著な差は認められなかった。
なお、活性力の強いドデカン二酸を活性剤として用いた場合（実施例１，２，６，８，９，１０）には、良好なはんだフィレットが形成されることが確認されている。
【００２８】
また、実施例１〜１０の試料では、はんだ付け後にフラックスの残渣が認められず、炭素量に換算して測定したフラックス残渣の値は、いずれも３０ｐｐｍ未満であった。
これに対し、比較例１〜５の試料では、フラックス中の有機ポリマーが揮発せずに残留するため、炭素量に換算して測定したフラックス残渣の値は、実施例の約５倍以上であった。
【００２９】
また、実施例１〜１０の試料では、上述のように、はんだ付け後に無洗浄で外装樹脂の塗布、硬化を行っているが、外装樹脂の形状はいずれも良好であった。
【００３０】
これに対し、比較例１〜５の試料では、フラックス残渣が最も多く残留しているはんだ接合部周辺の外装樹脂にクラックが発生した。なお、比較例１〜５の試料では、樹脂成分からなる残渣を洗浄して除去した後、外装樹脂を塗布した場合には、樹脂硬化後のクラックの発生を防止することができた。このことから有機物の残留が外装樹脂を塗布する際の膜形成、及びその後の外装樹脂の硬化反応に悪影響を与え、クラック発生の原因になることがわかる。したがって、比較例１〜５のようなはんだ付け用フラックスを使用する場合には、フラックス洗浄工程を設けることが必要になる。
【００３１】
これに対し、本発明の実施例１〜１０の試料の場合、はんだ付け後に洗浄を行わないようにした場合にも、上述のように、外装樹脂を塗布する際の膜形成、硬化反応などに悪影響を与えることがなく、無洗浄化を実現することが可能になる。ただし、本発明のはんだ付け用フラックスを用いるにあたって、必ずしも無洗浄で使用する必要はなく、アルコール系あるいは石油系溶剤で洗浄して用いることも可能である。
【００３２】
なお、上記実施形態では、はんだ付け母材（対象）が、Ａｇ電極ペーストを印刷し、焼成することにより形成されたＡｇ厚膜電極である場合を例にとって説明したが、はんだ付け母材（電極）はＡｇ厚膜電極に限られるものではなく、金、白金、銀とパラジウムの混合物又は合金、銅、ニッケル、タングステンなどから選ばれる少なくとも１種を含む厚膜電極である場合にも好適に本発明を適用することが可能である。
また、はんだ付け母材（対象）が厚膜電極ではなく、蒸着法やスパッタリング法などの薄膜形成法により形成される薄膜電極である場合にも本発明を適用することが可能である。
また、本発明は、はんだ付け母材（対象）が、湿式又は乾式めっき方法などにより形成された多層構造を有する電極である場合にも適用することが可能である。なお、本発明のはんだ付け用フラックスを好適に用いることが可能な多層構造電極を構成する金属成分としては、例えば、クロム、ニッケル、銅、金、あるいはそれらの組み合わせにかかるものなどが例示される。
【００３３】
本発明は、さらにその他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、溶剤の種類、他の成分の種類や組成比などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
上述のように、本発明（請求項１）のはんだ付け用フラックスは、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン重合物、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン混合物、ポリオキシエチレン、及びポリオキシプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の有機ポリマーと、活性剤と、有機溶剤とを含有しており、上述の有機ポリマーは、はんだ付け時にフラックスの流動性を高め、清浄化されたはんだ付け面の再酸化を防止しながら耐熱性を保持する機能を果たすとともに、はんだ付け後には 揮発して残渣として残留しないため、本発明のはんだ付け用フラックスを用いることにより、３００℃近傍の高温域においても、良好なはんだ付き性を得ることが可能になるとともに、はんだ付け後のフラックスの洗浄を不要にすることが可能になる。
なお、本発明のはんだ付け用フラックスを用いた場合には、フラックス成分（有機ポリマー）がはんだ付け後に残留しないため、例えば、セラミック素子の電極に端子をはんだ付けした後、外装樹脂で被覆して電子部品（セラミック電子部品）を製造するような場合において、はんだ付け後にフラックスの洗浄を行うことなく外装樹脂の塗布、硬化を行うことが可能になり、効率よく電子部品を製造することが可能になる。
【００３５】
また、請求項２のはんだ付け用フラックスのように、有機ポリマーとして、平均分子量が１０００〜３５００の有機ポリマーを用いることにより、揮発性を損なうことなく耐熱性を確保することが可能になり、確実に良好なはんだ付き性を得ることができるようになる。
【００３６】
また、請求項３のはんだ付け用フラックスのように、有機ポリマーの含有率を１〜１０重量％の範囲とすることにより、フラックスの十分な耐熱性を確保して高温での活性を維持しつつ、有機物残渣の残留を抑制して、良好なはんだ付き性を実現することが可能になる。

Claims (3)

1. ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン重合物、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン混合物、ポリオキシエチレン、及びポリオキシプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１種の有機ポリマーと、
   活性剤と、
   有機溶剤と
   を含有することを特徴とするはんだ付け用フラックス。
2. 前記有機ポリマーの平均分子量が１０００〜３５００の範囲にあることを特徴とする請求項１記載のはんだ付け用フラックス。
3. 前記有機ポリマーの含有率が、１〜１０重量％の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２記載のはんだ付け用フラックス。