JP2005074484A

JP2005074484A - はんだ付け用水性フラックス

Info

Publication number: JP2005074484A
Application number: JP2003309251A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Aso; 善博麻生
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】はんだ付けの際の濡れ性が良好で、作業性に優れ、且つ、人体に対する安全性が高く、環境に配慮したはんだ付け用水性フラックスを提供する。
【解決手段】本発明におけるはんだ付け用水生フラックスでは、水溶媒中にアスコルビン酸及び界面活性剤を含有するので、濡れ性が良好で作業性に優れ、且つ、環境に与える負荷が小さく、人体に対する高い安全性を確保し得る。さらに、水溶性アルコール、特に、エタノールを含有せしめることにより、濡れ性を一層、向上せしめ得る。また、人畜無害で、食品等の栄養成分として長年の使用実績があるアスコルビン酸に加えて、人畜毒性の低いエタノールを使用することにより、人体に対するさらに高い安全性を確保し得ることとなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、濡れ性が良好で作業性に優れ、且つ、人体に対する安全性が高く、環境に配慮したはんだ付け用水性フラックスに関するものである。

従来より、プリント基板や電子部品のはんだ付け工程において用いられるフラックスとしては、大別して、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）のような有機溶媒にロジンを溶解し、これに有機ハロゲン化合物、ハロゲン化水素塩や有機酸などを活性剤として加えた非水系のフラックス（第一のカテゴリー）と、水溶性フラックスとしてグリコール系の物質に有機酸などの活性剤を添加したもの等（第二のカテゴリー）がよく知られている。

上記第一のカテゴリーに属するフラックスは、一般的にはロジンとハロゲン含有の活性剤等が含まれており、かかるハロゲン系活性剤による金属腐食性や、溶媒として専ら有機溶媒を使用しているため、人体や環境に悪影響を及ぼす可能性を完全には払拭できないという問題点も指摘されている。

さらに、ロジンは粘調な物質であるために、手指等に付着し易く、フラックス槽の洗浄時等においては、作業性が悪く、作業者が快適に作業を遂行する上での阻害要因ともなっている。

また、かかるロジン含有フラックスにおいては、はんだ付け後、フラックス残さを洗浄除去する際、洗浄液に高価な有機溶媒を使用する必要があり、コストアップの要因となるばかりか、洗浄液に洗浄能力の優れたフロン系溶媒を用いると周知のように大気のオゾン層を破壊する弊害が指摘されている。これに加えて、廃液の処理においても、上記したように、有機溶媒等を含有するため専門業者に依頼して行わねばならず、この場面においてもコストアップが避けられず、経済的にも有利なものとはいえなかった。

そこで、近年では、はんだ付け後、フラックス残さを水で洗浄し得る上記第二のカテゴリーに属する水溶性フラックス（例えば、特開平８−１１８０６８号公報において開示されているもの等）が、使用されるようになってきたが、充分なスケール除去性とはんだ付性を具備していないために、高い精度と信頼性のあるはんだ付性が特に要求される電子機器等の分野においては、充分普及するには至っていない。また、かかる水溶性フラックスにおいても、希釈する際に主として、有機溶媒を使用する点においては同様である。

そのため、水溶性フラックスにおいて、希釈溶媒を水で行う試み（特開２００１−３１５１２３号公報等）もなされているが、未だ、充分な検討がなされたとは言い難い。

一方、アスコルビン酸は、水に易溶性で還元力を有し、そのＬ−異性体は、ビタミンＣとして長年の使用実績があり、比較的低価格で、健康飲料、食品等の栄養成分として積極的にこれらに添加される程、人畜無害な汎用化学物質である。

本願出願人は、アスコルビン酸の具備するかかる安全性、水に対する高い溶解性、強い還元力等に着目し、鋭意、検討の結果、本発明を完成するに至ったものである。
特開平８−１１８０６８号公報特開２００１−３１５１２３号公報

本発明は、上記事由に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、濡れ性が良好で作業性に優れ、且つ、人体に対する安全性が高く、環境に配慮したはんだ付け用水性フラックスを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明のはんだ付け用水生フラックスにあっては、水溶媒中にアスコルビン酸及び界面活性剤を含有してなることを特徴とするものである。なお、ここでいう「水生フラックス」とは、水を液状フラックスの溶媒（溶剤）として使用するフラックスをいう。

請求項２に係る発明のはんだ付け用水生フラックスにあっては、請求項１記載のはんだ付け用水生フラックスにおいて、水溶性アルコールを含有してなることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明のはんだ付け用水生フラックスにあっては、請求項１または請求項２記載のはんだ付け用水生フラックスにおいて、前記水溶性アルコールがエタノールであることを特徴とするものである。

請求項１に係る発明のはんだ付け用水生フラックスにあっては、水溶媒中にアスコルビン酸及び界面活性剤を含有してなることを特徴とするので、濡れ性が良好で作業性に優れ、且つ、環境に与える負荷が小さく、人体に対する高い安全性を確保し得るという優れた効果を奏する。

請求項２に係る発明のはんだ付け用水生フラックスにあっては、請求項１記載のはんだ付け用水生フラックスにおいて、水溶性アルコールを含有してなることを特徴とするので、請求項１記載のはんだ付け用水生フラックスの発明の効果に加えて、さらに、濡れ性が良好で作業性に優れるという優れた効果を奏する。

請求項３に係る発明のはんだ付け用水生フラックスにあっては、請求項１または請求項２記載のはんだ付け用水生フラックスにおいて、前記水溶性アルコールがエタノールであることを特徴とするので、請求項１または請求項２記載のはんだ付け用水生フラックスの発明の効果に加えて、人体に対するさらに高い安全性を確保し得るという優れた効果を奏する。

以下、本発明の実施形態を実施例を交えて説明する。なお、本発明のはんだ付け用水生フラックスは、下記の実施形態或いは実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。すなわち、本発明に係るはんだ付け用水生フラックスは、水溶媒中にアスコルビン酸及び界面活性剤を含有してなることを特徴とするので、濡れ性が良好で作業性に優れ、且つ、環境に与える負荷が小さく、人体に対する高い安全性を確保し得ることとなる。

すなわち、アスコルビン酸は、水に易溶性で還元力を有し、そのＬ−異性体は、ビタミンＣとして長年の使用実績があり、比較的低価格で、健康飲料、食品等の栄養成分として積極的にこれらに添加される程、人畜無害な汎用化学物質である。Ｌ−アスコルビン酸の含有量は溶媒（溶剤）である水に対して１質量％以上であれば良い。対象の金属が、例えば銅であれば、その酸化皮膜の量によって含有量を増やせばよいこととなる。

一方、界面活性剤は水の表面張力を小さくして端子金属などに水性フラックスを濡れやすくする目的で添加するものであり、カチオン系、アニオン系および非イオン系（含ノニオン系）のいずれでもよい。その含有量は水性フラックス中、０．１質量％未満であることが好ましい。

このように、本発明のはんだ付け用水生フラックスは、安全で無害なアスコルビン酸のみを活性物質（アクティベータ）として使用しているため、金属腐食も発生し難く、ロジンも含ハロゲン化合物も、有機溶剤をも含まないので環境にも優しく、廃棄の際も特別な処理が不要となる。その結果、安全且つ簡便に、半田付けを行うことができることとなる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１〜５）
アスコルビン酸の所定の濃度の水溶液に界面活性剤を添加した場合の半田特性の評価をメニスコグラフによる濡れ性試験と、この濡れ性試験に使用した試験用金属サンプルに付着した半田の外観についての目視観察の結果により行うこととした。

具体的には、以下のようにして実施した。
＜メニスコグラフによる濡れ性試験＞
銅線（直径１．６ｍｍ）を長さ３０ｍｍに切断して形成した試験用金属サンプルを下記のようにして調製した水性フラックスに所定の浸漬条件（浸漬時間〔水性フラックスに浸漬した後、空気中に取り出すまでの時間〕、保持時間〔水性フラックスに浸漬した後、空気中に取り出してからメニスコグラフ測定装置に装着するまでの時間〕）で浸漬した後、メニスコグラフ測定装置〔デジタルソルダーグラフ（ＤＩＧＩＴＡＬＳＯＬＤＥＲＧＲＡＰＨ）（田村製作所製）〕に装着し、ＪＩＳＺ３１９７（ウエッティンングバランス法）に準拠してメニスコグラフの測定をおこなった。なお、使用した半田はＰｂ／Ｓｎの共晶半田であり、半田槽の半田温度は、２５０℃、半田槽への浸漬速度は、２．５ｍｍ／ｓ、半田槽への全浸漬時間は、５秒、半田槽への浸漬長さは、上記試験用金属サンプルの下端より２ｍｍで実施した。今回の測定では、特に濡れ時間（単位：秒）と、最大濡れ力（単位：ｄｙｎｅ）に着目して評価を行った。

なお、ここでは、上記試験用金属サンプルである銅線の加熱処理は、特に行わなかった。
＜半田の外観検査＞
上記濡れ性試験に使用した試験用金属サンプルに付着した半田の外観を光学顕微鏡（倍率７０倍）を併用して以下の３項目について、目視による検査を行った。
（１）濡れ長さ〔ｍｍ〕：試験用金属サンプルの下端からの半田の這い上がりの長さ〔最大値〕を測定した。
（２）ヒゲ発生の有無：光学顕微鏡（倍率７０倍）を使用して判定した。
（３）濡れ残しの有無：光学顕微鏡（倍率７０倍）を使用して判定した。
＜水性フラックスの調製＞
Ｌ−アスコルビン酸をそれぞれ、１質量％、３質量％、５質量％、８質量％、１０質量％含有する水溶液を調製し、これに界面活性剤として東邦化学（株）のぺポールＡＳ−０５４Ｃを０．０１質量％添加して水性フラックスとした。

結果を表１に示す。

（比較例１〜５）
上記実施例１〜５と同様に、Ｌ−アスコルビン酸をそれぞれ、１質量％、３質量％、５質量％、８質量％、１０質量％含有する水溶液を調製し、〔界面活性剤を添加することなく〕水性フラックスとして、上記実施例１〜５と同条件で、メニスコグラフによる濡れ性を測定した。この結果を表２に示す。

この表２の結果から、アスコルビン酸を１０％添加すれば、半田の這い上がり力は改善できるものの、アスコルビン酸のみでは実用に耐えうるレベルに到達せしめるのは困難であることが判る。一方、上記表１の結果と表２の結果を総合的に検討すれば、アスコルビン酸水溶液に界面活性剤を添加することにより、水性フラックスとして、実用可能なレベルのものを調製し得ることが判った。この場合、アスコルビン酸は３質量％以上の濃度が好ましいと考えられる。

（実施例６〜１３及び実施例１４〜２１）
Ｌ−アスコルビン酸を５質量％含有する水溶液を調製し、これに８種類の異なる界面活性剤をそれぞれ０．０１質量％添加して水性フラックスを調製した後、上記実施例１〜５と同条件で、メニスコグラフによる濡れ性測定、及び半田の外観検査を実施した（実施例６〜１３）。この結果を表３に示す（但し、実施例１３は、上記実施例３と同一の実施例である。）。

一方、上記試験用金属サンプルである銅線に酸化皮膜を形成するため、上記銅線に、大気中、１５０℃、１時間の加熱処理を施した後、上記実施例６〜１３と同条件で、メニスコグラフによる濡れ性測定、及び半田の外観検査を実施した（実施例１４〜２１）。この結果を表４に示す。

表３と表４の結果を比較すると、フラックスとしての性能の優れたものは、酸化皮膜の有無に依らず、良好な結果が得られ（例えば、実施例８と１６、実施例９と１７、実施例１３と２１等）、劣るものは、酸化皮膜の存在の悪影響を受けやすい傾向が見られた。この結果、かかる強制酸化により試験用金属サンプルである銅線に酸化皮膜を形成した場合のほうが効果の優劣が顕著に表れることが明らかとなった。

（実施例２２〜２９、実施例３０〜３５、及び実施例３６〜３８）
Ｌ−アスコルビン酸を５質量％含有する水溶液を調製し、これに８種類の異なる界面活性剤をそれぞれ０．０１質量％添加して水性フラックスを調製した後、この水性フラックスへの試験用金属サンプルの浸漬時間を５秒とした以外は、上記実施例６〜１３と同条件で、メニスコグラフによる濡れ性測定、及び半田の外観検査を実施した（実施例２２〜２９）。この結果を表５に示す。

この結果により、水性フラックスへの試験用金属サンプルの浸漬時間を５秒に延長した場合の効果を知ることができる。実際に、リレー端子などをディップ半田する場合は、フラックス浴に端子を浸漬することとなるため、水性フラックスへの浸漬時間の最適条件を把握する必要があるからである。表５の結果を、上記表３の結果と比較すると、半田濡れ性は幾分向上する傾向が認められる。

一方、Ｌ−アスコルビン酸をそれぞれ、５質量％、８質量％、１０質量％含有する水溶液を調製し、これに界面活性剤として東邦化学（株）のぺポールＡＳ−０５４Ｃを０．０１質量％添加して水性フラックスを調製した後、この水性フラックスへの試験用金属サンプルの浸漬時間を１秒または５秒として、上記と同条件で、メニスコグラフによる濡れ性測定、及び半田の外観検査を実施した（実施例３０〜３５）。この結果を表６に示す。

この結果からは、Ｌ−アスコルビン酸の濃度の差異が水性フラックスへの試験用金属サンプルの浸漬時間の延長効果に及ぼす影響については、必ずしも明瞭ではないが、ここでも、表５の結果と同様に、全体として、水性フラックスへの試験用金属サンプルの浸漬時間が１秒の場合よりも５秒の場合の方が、半田特性が向上する傾向にあることが判った。

さらに、Ｌ−アスコルビン酸を８質量％含有する水溶液を調製し、これに界面活性剤として東邦化学（株）のぺポールＡＳ−０５４Ｃを０．０１質量％添加して水性フラックスを調製した後、この水性フラックスへの試験用金属サンプルの浸漬時間を１秒、５秒または１０秒として、上記と同条件で、メニスコグラフによる濡れ性測定、及び半田の外観検査を実施した（実施例３６〜３８）。この結果を表７に示す。

ここでは、Ｌ−アスコルビン酸を８質量％含有する水性フラックスを用いて、水性フラックスへの試験用金属サンプルの浸漬時間のさらなる検討を行った（但し、実施例３６は、実施例３１と同一の実施例であり、実施例３７は、実施例３４と同一の実施例である。）が、水性フラックスへの浸漬時間をさらに延長したことによる顕著な効果は認められなかった（実施例３８）。

（実施例３９、４０）
Ｌ−アスコルビン酸を８質量％含有する水溶液を調製し、これに界面活性剤として東邦化学（株）のぺポールＡＳ−０５４Ｃを０．０１質量％添加して水性フラックスを調製したもの（実施例３９〔実施例２と同一の実施例〕）、及び、さらにこれにエタノールを２質量％添加して水性フラックスとしたもの（実施例４０）について、上記実施例１〜５と同条件で、メニスコグラフによる濡れ性測定、及び半田の外観検査を実施した。この結果を表８に示す。

この結果、メニスコグラフによる濡れ性測定から、実施例４０の方が、実施例３９よりも、濡れ性が向上することが判った。また、外観検査の際、実施例４０の方が、実施例３９よりも、半田の付着した試験用金属サンプルの表面が、より平滑であることが判った。これらのことからエタノールを浸透剤として添加することにより、フラックスの金属表面における浸透性が向上し、かかる半田特性が向上したものと考えられる。また、メニスコグラフによる濡れ性測定は行っていないが、エタノールの替りにメタノール、エチレングリコール等の他の水溶性アルコールを添加しても、半田の付着した試験用金属サンプルの表面が平滑となることも判った。これらのことからエタノール等の水溶性アルコールを本発明の水性フラックスに浸透剤として添加することにより、フラックスの金属表面における浸透性が向上し、結果として、半田特性が向上するものと考えられる。但し、かかる水溶性アルコール中でも、特に、人畜毒性の低いエタノールを使用することにより、人体に対するさらに高い安全性を確保し得ることとなる。

（比較例６〜９）
フラックスとして、市販フラックスを使用し、上記実施例と同様の条件で、メニスコグラフによる濡れ性測定、及び半田の外観検査を実施した。この結果を表９に示す。

この結果、市販のフラックスにおけるメニスコグラフの測定結果と外観検査結果と比較しても（表９〔比較例６〜９〕参照）、本発明のはんだ付け用水生フラックスは、これら市販のフラックスと遜色のない半田特性を有することが判った（表１及び表３〜８参照）。

以上のように、本発明のはんだ付け用水生フラックスは、水溶媒中にアスコルビン酸及び界面活性剤を含有してなるので、濡れ性が良好で作業性に優れ、且つ、環境に与える負荷が小さく、人体に対する高い安全性を確保し得ることとなる。すなわち、本発明のはんだ付け用水生フラックスは、水溶媒中にアスコルビン酸及び界面活性剤を含有してなるものであり、安全で無害なアスコルビン酸のみを活性物質（アクティベータ）として使用しているため、金属腐食も発生し難く、ロジンも含ハロゲン化合物も、有機溶剤をも含まないので環境にも優しく、廃棄の際も特別な処理が不要となる。その結果、安全且つ簡便に、半田付けを行うことができることとなる。

また、本発明のはんだ付け用水生フラックスにあっては、水溶性アルコールを含有せしめることにより、濡れ性がさらに良好で作業性に優れるはんだ付け用水生フラックスになる。さらに、かかる水溶性アルコールとして人畜毒性の低いエタノールを使用することにより、人体に対するさらに高い安全性を確保し得ることとなる。

Claims

水溶媒中にアスコルビン酸及び界面活性剤を含有してなることを特徴とするはんだ付け用水性フラックス。
水溶性アルコールを含有してなることを特徴とする請求項１記載のはんだ付け用水性フラックス。
前記水溶性アルコールがエタノールであることを特徴とする請求項２記載のはんだ付け用水性フラックス。