JP2007069259A - ヤニ入りはんだ - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装においてフラックスやはんだの飛散及びつららやブリッジがなく良好な作業性を呈し、濡れ性に優れて良品率が高く、製造効率を向上できる鉛フリーヤニ入りはんだを提供する。
【解決手段】メルトマスフローレートが25g/10min以下(JIS K
7210:条件Dによる)の重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを含有するフラックス組成物を有する。
【選択図】なし

Description

本発明はヤニ入りはんだに関し、特に、プリント基板に電子部品を実装するのに有用なものである。

プリント基板に抵抗やコンデンサ、ＩＣ等の電子部品を実装するのに、はんだゴテを用いヤニ入りはんだを溶融して接合する方法が使用されることがある。
このヤニ入りはんだのフラックスには、樹脂と活性剤及びその他の添加剤を含有してなる組成物が使用されている。樹脂としては天然ロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、マレイン酸変成ロジン、アクリル酸変成ロジン等が用いられ、活性剤としてはアミンハロゲン塩、アミン有機酸塩、有機酸、有機ハロゲン化物、アミン等が用いられている。更に軟化点降下剤や防錆剤や酸化防止剤や安定剤や艶消し剤等が所定の目的に応じて添加されている。

はんだのフラックスは、母材表面の酸化膜を除去して清浄にする、はんだ付け中での母材及び溶融はんだを覆って酸化を防止する、はんだの界面張力を減少して濡れを促進する等の作用を奏する。
ヤニ入りはんだによるはんだ付けには、はんだ付け箇所毎にコテとやに入りはんだを当てる通常の手法のほかに、通称「引きはんだ」法、すなわち、コテとヤニ入りはんだとを連続して同時に移動させながらはんだ付けを施す工法も使用されている。

近来、電子機器の小型化、高性能化に対応して高密度実装が進められ、電子部品のはんだ接合部の狭ピッチ化のために、ピッチ間が短絡される現象、すなわちブリッジがますます問題化されている。
このブリッジは前記の引きはんだ法以外の実装法、代表的には、フロー法、リフロー法でも問題となる。

しかしながら、特に引きはんだ法では、コテをはんだ付け箇所から離す際にはんだが糸を引いて凝固する現象、すなわち「つらら」やヤニ入りはんだの構造に起因する飛び散り等が往々にして発生する。
この飛び散りは、ヤニ、すなわちフラックスがはんだで囲まれているために発生する現象であり、はんだが溶融するまでフラックスの熱膨張がはんだ鞘で拘束され、はんだの溶融と同時にこのフラックスの熱膨張圧力が瞬時に解放され、その爆発力でフラックス及び溶融はんだの粒が飛散されて発生する。而して、作業上の火傷やはんだ付け後のマイグレーションによる絶縁不良が招来される。

近来、環境保全のためにはんだの鉛フリー化が進められている。
鉛フリーはんだは、Ｓｎを主成分としており、鉛を主成分とする旧来のはんだより融点が高いから、前記の飛び散りが顕著に発生し易い。
鉛フリーはんだでは、旧来のはんだよりも表面張力が高いために、つららやブリッジが発生し難いと期待されているが、本発明者の引きはんだについての経験によれば、高融点のためにコテ先温度を上げる必要があり、フラックスが早期に基板に逃げてしまい、はんだ上にフラックスを残しにくく、そのはんだ表面に酸化膜が形成されて分断され難くなり、かえって、つららやブリッジが発生し易い。

飛散防止を目的として特許文献１にはカルボキシル基含有固形ポリオレフィンを添加することが、特許文献２にはエチレン（−ナイロン）−アクリル共重合体やプロピムン（−ナイロン）−アクリル共重合体を添加することが開示されているが,これらの添加で飛散防止効果が得られてもはんだ濡れ阻害が著しく、表面張力が高く濡れ性が劣る鉛フリーはんだによるはんだ付けには問題がある。
そこで、特許文献３には高密度酸化型ポリエチレン及びフェノール型酸化防止剤を添加することが開示されているが、フェノール型酸化防止剤では高密度酸化型ポリエチレンの添加で損なわれた濡れ性を若干補っているに過ぎず、鉛フリーはんだに対し満足できる濡れ性を得ることは困難である。
特許文献４にはメルトフローレートが500g/10min以上のエチレン・酢酸ビニル共重合体、またはこれに脂肪酸アミドや脂肪酸ビスアミドを添加して飛散を抑制することが開示されている。これはメルトフローレートを高くして高温下での流動性を高めて濡れ性を確保しようとするものであるが、前述したようにつららやブリッジが同時に発生し易くなる。

特開平７−１６４１８３号公報 特開平９−１２２９７５号公報 特開２００４−２８３９０５号公報 特開２００１−１７０７９６号公報

つららやブリッジ抑制を目的とした開示された技術文献は、主に液状フラックス、ソルダペースト用フラックスについてのものであり、例えば特許文献５にはフローはんだ付け用フラックスにフッ素樹脂を添加して撥水性,撥油性を付与し、はんだ付け部以外ははんだを弾くようにしてブリッジを抑制することが開示され、特許文献６には所定の２種類のベンズイミダゾール及びヨウ素系化合物を基板コート用プリフラックスに併用添加し,鉛フリーソルダペースト実装時の濡れ性を確保してブリッジを抑制することが開示されている。更に、特許文献７には、ソルダペーストにおいて、リフロー時の余熱ダレを抑え,ブリッジを抑制することが開示されている。しかしながら、これらの技術は、ヤニ入りはんだには適用できない。

特開平７−１１８３号公報 特開２００３−３１９２９号公報 特開平１０−３２８８８２号公報

上記のような背景から、表面実装において、フラックスやはんだの飛散及びつららやブリッジがなく良好な作業性を呈し、濡れ性に優れて良品率が高く、製造効率を向上できる鉛フリーヤニ入りはんだを得るべく本発明者が鋭意検討した結果、ロジン及び活性剤を含む鉛フリーヤニ入りはんだ用フラックスに重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを含有させることが有効であることを知った。

本発明の目的は、前記知見に基づき、表面実装においてフラックスやはんだの飛散及びつららやブリッジがなく良好な作業性を呈し、濡れ性に優れて良品率が高く、製造効率を向上できる鉛フリーヤニ入りはんだを提供することにある。

請求項１に係るヤニ入りはんだは、メルトマスフローレートが25g/10min以下(JIS
K 7210:条件Dによる)の重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを含有するフラックス組成物を有することを特徴とする。
請求項２に係るヤニ入りはんだは、メルトマスフローレートが25g/10min以下(JIS
K 7210:条件Dによる)の重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを含有する無溶剤のフラックス組成物を有することを特徴とする。
請求項３に係るヤニ入りはんだは、請求項１または２記載のヤニ入りはんだにおいて、フラックス組成物の重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーの含有量が１質量％〜２０質量％であることを特徴とする。
請求項４に係るヤニ入りはんだは、請求項１〜３何れかのヤニ入りはんだにおいて、はんだがＳｎとＡｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐからなる群より選択される１種または２種以上を含有するはんだであることを特徴とする。
請求項５に係るヤニ入りはんだは、請求項１〜４何れかのヤニ入りはんだにおいて、JIS
Z 3197によるフラックスの拡がり率が１％以下であることを特徴とする。

重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーは、重合脂肪酸ベースのポリアミド（ハードセグメント）とホリエーテルエステルまたはポリエステル（ソフトセグメント）との共重合体であリ、融点が１００℃以上と比較的高く、柔軟性、接着性に優れ、ロジン系樹脂等に溶融させるとその混和物に柔軟性のあるゴム状性質を付与することができ、高温下での瞬間的な気化を抑えて,フラックスやはんだの飛散をよく抑制できる。
特に、１９０℃、２１．１８Ｎの条件〔JIS K 7210 : フ゜ラスチック-熱可塑性フ゜ラスチックのメルトマスフローレート（MFR）及びメルトボリュームフローレート（MVR）の試験方法の条件D〕におけるメルトマスフローレートが25g/10min以下と低いものを使用することにより、高温下でのフラックスやはんだ飛散を皆無にし、液状化も穏やかで過剰な流動性を抑制し、はんだ上にフラックスが残存してつららやブリッジ不良の発生を激減させることができる。
また、重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを添加しても濡れ性を阻害するような傾向は殆ど無く、良好な濡れ性を維持しながら飛散及びつららやブリッジの発生を抑制できる。

同系物質のポリエーテルエステルアミドをチップ部品の外部電極の耐酸化膜材料として液状プリフラックスに用いることが特許文献８に開示され、フラックス残渣膜のクラック防止材料としてフラックス組成物及びソルダペーストに添加することが特許文献９に開示されているが、これらでは、塗膜を形成し得るように溶剤との併存を不可欠とし、溶剤の気化性のために、飛び散り率１％以下を到底達成し得ない。

特開平８−１１５８４８号公報 特開２００４−２３０４２６号公報

本発明において使用されるフラックスの構成材料は、樹脂と活性剤と軟化点降下剤等の添加剤とからなる。
樹脂としては、天然ロジン、重合ロジン、水添ロジン、トール油ロジン、不均化ロジン、マレイン酸変成ロジン、アクリル酸変成ロジン等ロジン系樹脂やロジンマグネシウム塩等の金属塩、アクリル樹脂類やアミド樹脂類等が挙げられる.
活性剤としては、ジイソブチルアミン臭化水素酸塩やシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩等で代表されるアミン類のハロゲン化水素酸塩、ｎ−ヘキシルアミンアジピン酸塩やモノエチルアミンアジピン酸塩、ジイソブチルアミンマロン酸塩等で代表されるアミン有機酸塩、アジピン酸やベンジル酸、無水グルタル酸等で代表される有機酸、ベンゾグアナミンやジフェニルグアニジン等で代表される水に不溶であるアミンなどを添加することが可能である。
補助活性剤としては、1,1,2,2−テトラブロモエタンや2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール、2,2,2−トリブロモエタノールなどの有機ハロゲン化合物を添加することができる。
軟化点降下剤としては、水添ヒマシ油や硬化ヒマシ油等のワックス類，12−ヒドロキシステアリン酸アミド等のアミド類が添加され、加えて防錆剤、酸化防止剤、安定剤、艶消し剤等が所定の目的に応じて添加される。
溶剤は、フラックスや溶融はんだ粒の飛散を増加させることになるので添加されない。

本発明に用いられるはんだ合金は主にＳｎをベースとする合金であって,Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系等を基軸に,必要に応じてＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｚｎの１種または２種以上を添加してもよい。
例えば、Ｓｎ９５Ｓｂ５（固相線温度２３８℃、液相線温度２４１℃）、Ｓｎ９９．３Ｃｕ０．７（固相線温度２２７℃、液相線温度２２８℃）、Ｓｎ９７Ｃｕ３（固相線温度２２７℃、液相線温度３０９℃）、Ｓｎ９２Ｃｕ６Ａｇ２（固相線温度２１７℃、液相線温度３７３℃）、Ｓｎ９９Ｃｕ０．７Ａｇ０．３（固相線温度２１７℃、液相線温度２２６℃）、Ｓｎ９５Ｃｕ４Ａｇ１（固相線温度２１７℃、液相線温度３３５℃）、Ｓｎ９７Ａｇ３（固相線温度２２１℃、液相線温度２２２℃）、Ｓｎ９６．３Ａｇ３．７（固相線温度２２１℃、液相線温度２２１℃）等を列挙できる。
勿論、これまで標準的に使用されてきたＳｎ−Ｐｂ系も用いることが可能である。

本発明において使用するフラックスにおける重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーの含有量は好ましくは１質量％〜２０質量％である。好適には１質量％〜１２．０質量％である。１質量％以下では飛散防止やつららやブリッジ防止効果が不充分であり、２０質量％を超えて含有させても効果の向上を得難い。

次に本発明の実施例を列挙し、比較例と対比する。％表示は全て質量％とする。
使用した重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーは富士化成工業株式会社製ポリエーテルエステルアミド 商品名『TPAE-32』〔メルトマスフローレートが15.8g/10min（JIS K 7210:条件Dによる）、融点１２４℃、酸価3.9〕である。
ヤニ入りはんだははんだを管状ロッドに押し出し、吸引してフラックスを入れ、これを線径φ0.8mmに線引きすることにより製作した。

フラックス組成は水添ロジン92.5％/重合脂肪酸系ポリアミドエラストマー1.0％/12−ヒドロキシステアリン酸アミド5.0％/ジエチルアミン臭化水素酸塩1.0％/1,1,2,2−テトラブロモエタン0.5％とし、Ｓｎ96.5％/Ａｇ3.0％/Cu0.5％のはんだ合金を用いて線径φ0.8mm,フラックス含有量３％のヤニ入りはんだを作製した。

フラックス組成は水添ロジン88.5％/重合脂肪酸系ポリアミドエラストマー5.0％/12−ヒドロキシステアリン酸アミド5.0％/ジエチルアミン臭化水素酸塩1.0％/1,1,2,2−テトラブロモエタン0.5％とし、Ｓｎ96.5％/Ａｇ3.0％/Ｃｕ0.5％のはんだ合金を用いて線径φ0.8mm,フラックス含有量３％のヤニ入りはんだを作製した。

フラックス組成は水添ロジン83.5％/重合脂肪酸系ポリアミドエラストマー10.0％/12−ヒドロキシステアリン酸アミド5.0％/ジエチルアミン臭化水素酸塩1.0％/1,1,2,2−テトラブロモエタン0.5％とし、Ｓｎ96.5％/Ａｇ3.0％/Ｃｕ0.5％のはんだ合金を用いて線径φ0.8mm,フラックス含有量３％のヤニ入りはんだを作製した。

フラックス組成は水添ロジン73.5％/重合脂肪酸系ポリアミドエラストマー20.0％/12−ヒドロキシステアリン酸アミド5.0％/ジエチルアミン臭化水素酸塩1.0％/1,1,2,2−テトラブロモエタン0.5％とし、Ｓｎ96.5％/Ａｇ3.0％/Ｃｕ0.5％のはんだ合金を用いて,線径φ0.8mm,フラックス含有量３％のヤニ入りはんだを作製した。

〔比較例１〕
フラックス組成は水添ロジン92.5％/12−ヒドロキシステアリン酸アミド5.0％/ジエチルアミン臭化水素酸塩1.0％/1,1,2,2−テトラブロモエタン0.5％とし、Ｓｎ96.5％/Ａｇ3.0％/Ｃｕ0.5％のはんだ合金を用いて線径φ0.8mm,フラックス含有量３％のヤニ入りはんだを作製した。

〔比較例２〕
フラックス組成は水添ロジン83.5％/エチレン・酢酸ヒ゛ニル共重合体（JIS
K 7210:条件D下メルトマスフローレート=約1000g/10min）10.0％/12−ヒドロキシステアリン酸アミド5.0％/ジエチルアミン臭化水素酸塩1.0％/1,1,2,2−テトラブロモエタン0.5％とし、Ｓｎ96.5％/Ａｇ3.0％/Ｃｕ0.5％のはんだ合金を用いて線径φ0.8mm,フラックス含有量３％のヤニ入りはんだを作製した。

〔比較例３〕
フラックス組成は水添ロジン83.5％/エチレン・アクリル酸共重合体（JIS K
7210:条件D下メルトマスフローレート=約500g/10min）10.0％/12−ヒドロキシステアリン酸アミド5.0％/ジエチルアミン臭化水素酸塩1.0％/1,1,2,2−テトラブロモエタン0.5％とし、Ｓｎ96.5％/Ａｇ3.0％/Ｃｕ0.5％のはんだ合金を用いて線径φ0.8mm,フラックス含有量３％のヤニ入りはんだを作製した。

〔比較例４〕
フラックス組成は水添ロジン83.5％/重合脂肪酸系ポリアミドエラストマー5.0％/カルビトール10.0％/ジエチルアミン臭化水素酸塩1.0％/1,1,2,2−テトラブロモエタン0.5％とし、Ｓｎ96.5％/Ａｇ3.0％/Ｃｕ0.5％のはんだ合金を用いて線径φ0.8mm,フラックス含有量３％のヤニ入りはんだを作製した。

これらの実施例及び比較例品のヤニ入りはんだについて広がり率,フラックス飛び散り試験及びはんだ付け性試験を行ったところ、表１の通りであった。
〔広がり率〕JIS Z 3197:1999に準じて行い、はんだバス温度は２７０℃とした。
〔フラックス飛び散り試験〕JIS Z 3197:1999に準じ、ヤニ入りはんだの一定量を計りとり、４００℃に維持されたはんだゴテ上で溶融し、飛び散ったフラックス量を測定し、ヤニ入りはんだに含まれるフラックス総量に対する割合を算出した。
〔はんだ付け性試験〕２．５mmピッチ,１８ピン,Ｓｎメッキコネクターを５個片面紙フェノール基板に挿入し、コテ先温度約３８０℃のはんだコテを使用して,通称「引きはんだ」によりコテとヤニ入りはんだを連続して同時に移動させ、１sec/mmの一定速度にてはんだ付けを行い、つらら不良数、ブリッジ不良数及びはんだ未濡れや銅ランド露出の濡れ不足等の濡れに関する不良数を調べた。

実施例の試験結果から重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを添加したものはフラックス飛散が非常に少なく（勿論、溶融はんだ飛散も皆無である）、また、つららやブリッジの発生もなく優れた効果が得られている。しかも、鉛フリーはんだとしては良好な広がり率を呈し、はんだ濡れ不良が非常に少ないことから濡れを阻害することは殆ど無いと言える。

比較例１に示すように、飛散防止効果のある物質が含まれていないものはフラックス及びはんだ飛散、つらら不良やブリッジという不良が非常に多い。また、比較例２や３に示すように、公知の飛散防止剤を添加したものはフラックス飛散が抑制されているが、メルトフローレートが高い為に高温下での流動性に富み、はんだ上にフラックスが残らなくなり、溶融はんだ表面に酸化被膜が形成され分断され難くなってつららやブリッジ等の不良が多く発生している。比較例３においては、はんだ濡れ不良数も多く、飛散防止効果の犠牲が大であると云える。
比較例４においては、重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを溶剤との併存下で使用しているために、飛び散りが顕著であり、重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを飛散防止剤として有効に使用し得ない。

Claims (5)

1. メルトマスフローレートが25g/10min以下(JIS K 7210:条件Dによる)の重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを含有するフラックス組成物を有することを特徴とするヤニ入りはんだ。
2. メルトマスフローレートが25g/10min以下(JIS K 7210:条件Dによる)の重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーを含有する無溶剤のフラックス組成物を有することを特徴とするヤニ入りはんだ。
3. フラックス組成物の重合脂肪酸系ポリアミドエラストマーの含有量が１質量％〜２０質量％であることを特徴とする請求項１または２記載のヤニ入りはんだ。
4. はんだがＳｎとＡｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐからなる群より選択される１種または２種以上を含有するはんだであることを特徴とする請求項１〜３何れか記載のヤニ入りはんだ。
5. JIS Z 3197によるフラックスの飛び散り率が１％以下であることを特徴とする請求項１〜４何れか記載のヤニ入りはんだ。