JP2008110363A - クリームはんだ用フラックスおよびクリームはんだ組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】フラックスベースを改良することにより、フラックスの洗浄性を改良することができる、または洗浄工程を不要とすることができるフラックス組成物を提供すること。
【解決手段】フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有するクリームはんだ用フラックスにおいて、フラックスベースが、ケトン樹脂（Ａ）を含有することを特徴とするクリームはんだ用フラックスを用いる。ケトン樹脂（Ａ）はシクロヘキサン、アセトフェノン、メチルエチルケトン及びメチルシクロヘキサノンの少なくとも１種ならびにホルムアルデヒド類を反応させることにより得られる。
【選択図】なし

Description

本発明は、クリームはんだ用フラックスおよびクリームはんだ組成物に関する。

電子部品などの実装に用いられるフラックスとしては、スプレー方式などにより塗布して用いる液状フラックスと、フラックス組成物とはんだ粉末を混練した、いわゆるクリームはんだ組成物として用いるためのペースト状フラックスが知られている。当該液状フラックスは、一般的にロジン類、活性剤、溶剤などから構成され、またクリームはんだ組成物は、一般的にロジン類、溶剤、活性剤、チキソ剤、はんだ粉末などから構成されている。

液状フラックスやクリームはんだ組成物に用いられるベース樹脂としては、上記のようにロジン類（ロジンまたはその誘導体）が一般的である。しかし、はんだ接合後にフラックスが残存していると、高温、多湿時に熱可塑性樹脂が溶融し、活性剤中の活性イオンが遊離し、電気絶縁性の低下という問題が生じる場合があるため、残存フラックスを洗浄除去するということが行われる場合がある。しかし、近年広く用いられている、非フロン系溶剤によっては残存フラックスの除去が十分に行なうことができない場合があった。

そこで、フラックスの洗浄性を改良するために、フラックスベースとしてフェノール樹脂を用いるフラックスが提案されている。（特許文献１参照）

しかし、近年、技術進歩に伴い、さらなる精密洗浄が要求されるようになり、さらなる洗浄性の向上が望まれるようになってきた。

特開２００２−１４４０７７号公報

本発明は、フラックスベースを改良することにより、フラックスの洗浄性を改良することができる、または洗浄工程を不要とすることができるフラックス組成物を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決すべく、はんだ付け用フラックス組成物中のベース樹脂に注目し、特定のケトン樹脂を用いることにより洗浄性を向上することができ、また当該ケトン樹脂と硬化剤を併用することにより洗浄工程を不要とすることができさらにハンダボールの発生をも抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有するクリームはんだ用フラックスにおいて、フラックスベースが、ケトン樹脂（Ａ）を含有することを特徴とするクリームはんだ用フラックス；はんだ粉末および当該クリームはんだ用フラックスを含有してなるクリームはんだ組成物に関する。

本発明によれば、フラックスベースを改良することにより、フラックスの洗浄性を改良することができる、または洗浄工程を不要とすることができるフラックス組成物を提供することができる。

本発明のクリームはんだ用フラックスは、フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有してなるものであって、フラックスベースとして、ケトン樹脂（Ａ）（以下、（Ａ）成分と言う。）を含有することを特徴とする。

（Ａ）成分としては、特に限定はされないが、たとえば、ホルムアルデヒドとケトン類から得られる各種初期縮合物があげられる。前記ケトン類としては、たとえば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロペニルケトン、シクロヘキサノンなどがあげられ、これらは通常単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。たとえば、（Ａ）成分のうち代表的なアセトン樹脂初期縮合物は、一般的に、アセトンとこの１〜６倍モル程度のホルムアルデヒドとを、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ触媒の存在下に、４０〜７０℃程度で保温しながら水媒体中で加熱、縮合してえられる。すなわち、メチロールアセトン、ジメチロールアセトンを構成単位とする初期縮合物であり、これらは通常二次的に重縮合してなる粘稠な水溶性樹脂状物質として収得できる。このものをそのまま、または溶媒を除去して用いることができる。なお、前記ケトン類の３０モル％程度未満を尿素またはメラミンに置換してなる変性ケトン樹脂初期縮合物を（Ａ）成分として使用してもよい。

（Ａ）成分の性状は、ケトン類とホルムアルデヒドとの縮合比およびその他の反応条件によって変動するため、一概にはその最適な性状を決定することはできないが、通常数平均分子量（ゲルパーメションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算値）が５００〜３，０００程度であり、軟化点は４０〜１２０℃程度、固形分濃度が３０〜６０％（重量％、以下同様）程度の低粘性の水溶液が好適に使用できる。

また、フラックスベースには、（Ａ）成分以外の公知のものを併用することもできる。具体的には、例えば、ガムロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、変性ロジン（例えば、アクリル酸変性ロジン等）、ロジンエステル類、その他各種ロジン誘導体等のロジン系樹脂や、ポリエステル樹脂、ポリエーテルエステルアミド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂等の合成樹脂等があげられる。これらは、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。これら公知のフラックスベースを用いる場合には、通常、（Ａ）成分の使用量がフラックスベース中、５重量％以上程度含まれるようにすることが好ましい。

溶剤としては、特に限定されず公知のものを使用することができる。具体的には、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、イソブタノール等のアルコール類、ブチルカルビトール、ヘキシルカルビトール等のグリコールエーテル類、酢酸イソプロピル、プロピオン酸エチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル等のエステル類、ｎ−ヘキサン、ドデカン、テトラデセン等の炭化水素類等があげられる。これらは、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。

チキソ剤としては、フラックスの製造に用いられるチキソ剤であれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、硬化ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックス、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド等を使用することができる。これらは、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。

また、本発明のフラックス組成物には、必要に応じてケトン樹脂用硬化剤（Ｂ）（以下、（Ｂ）成分という。）を用いることができる。（Ｂ）成分としては、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物などを挙げることができる。エポキシ化合物およびイソシアネート化合物としては、例えば、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系、レゾルシノール系などのフェノールベースのエポキシ化合物、イソシアネート化合物や、飽和脂肪族、環状脂肪族、不飽和脂肪族などの骨格をベースとして変性されたエポキシ化合物、イソシアネート化合物などを挙げることができる。これらは、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。

（Ｂ）成分を使用する際の使用量は、特に限定されないが、通常、（Ｂ）成分のエポキシ基、イソシアネート基などの反応性の官能基が、（Ａ）成分の水酸基の０．５〜１．５当量倍であることが好ましく、０．８〜１．２当量倍であることがより好ましい。（Ｂ）成分の反応性の官能基が水酸基の０．５当量倍未満であると、十分な物性を有する硬化物が得られず、補強効果が小さくなって、接合強度と信頼性が低下するおそれがある。硬化剤の反応性の官能基が水酸基の１．５当量倍を超えると、はんだ及び金属表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、はんだ接合性が不良となるおそれがある。

本発明のフラックスは、（Ｂ）成分を用いた場合には、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の反応により、良好な物性を有する硬化物が形成されるために、はんだ接合後に洗浄によりフラックスを除去するが必要なく、硬化物によりはんだ接合部が保護されて、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度と信頼性の高いはんだ接合が可能となる。

また、硬化を促進するために、用いる硬化触媒としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、ビス（２−エチル−４−メチル−イミダゾール）、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−アミノエチル−２−メチルイミダゾール、１−（シアノエチルアミノエチル）−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニル−４，５−ビス（シアノエトキシメチルイミダゾール）、トリアジン付加型イミダゾールなどを挙げることができる。さらに、これらのイミダゾール化合物を、エポキシアダクト化した触媒や、マイクロカプセル化した触媒も使用することができる。これらの触媒は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。

本発明では、特に限定されず公知の活性剤を使用することができる。具体的には、例えば、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機酸類や有機アミン類等が挙げられる。また、本発明のフラックスには、密着性や耐湿性を向上させるためのシランカップリング剤、ボイドを防止するための消泡剤、あるいは液状又は粉末の難燃剤の他、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、防黴剤、艶消し剤等の添加剤を含有することができる。

これら各成分の使用量は用途に応じて適宜調節すればよいが、通常、フラックスベース３０〜７５重量部程度、溶剤２０〜６０重量部程度、チキソ剤１〜１０重量部程度、活性剤０．１〜２０部程度である。なお、本発明のクリームはんだ用フラックス中には、必要に応じて酸化防止剤、防黴剤、艶消し剤等の添加剤を含有させることができる。

本発明の、クリームはんだは、はんだ粉末および前記クリームはんだ用フラックスを含有するものである。

本発明のはんだ粉末の合金組成は特に限定されず、各種公知のものを使用できる。たとえば、はんだ合金としては、従来公知の錫−鉛合金や、鉛フリーはんだとして開発されている錫−銀合金、錫−亜鉛系合金等のはんだ合金組成；さらには前記はんだ合金に、銅、ビスマス、インジウム、アンチモン等を添加したもの等を使用できる。

また、はんだ粉末の形状も特に限定されるものではなく、真球、不定形及び両者の混合等、いずれの形状も使用できる。

各成分の使用量は、用途等に応じて適宜決定すれば良いが、通常は、はんだ粉末が８０〜９５重量部程度、クリームはんだ用フラックスが５〜２０重量部程度である。また、必要に応じて、各種公知の添加剤を添加してもよい。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

製造例１
撹拌機および加熱冷却装置を備えた反応装置に、アセトン１１６．２ ｇおよび３７％ホルムアルデヒド５２９．５ ｇを仕込み、撹拌しながら２０％水酸化ナトリウム水溶液２３．２ｇを約１５分間かけてゆっくりと滴下した。なお滴下時の反応系内温度は約６０℃に調節した。滴下終了後、１時間同じ温度に保ち反応を行なった。得られたアセトン樹脂初期縮合物は、ｐＨ７．１
、不揮発分３６．２％、数平均分子量１５００の無色透明の水溶液であり、さらに減圧下で水分を留去して目的とする樹脂を得た。これを化合物Ａという。

製造例２
製造例１において、アセトン１１６．２ ｇにかえてメチルエチルケトン１４４．２ ｇを使用した他は、製造例１と同様にして反応を行ない、得られたメチルエチルケトン樹脂初期縮合物はｐＨ７．２
、不揮発分２２．０％、数平均分子量１３００の無色透明の水溶液であり、さらに減圧下で水分を留去して目的とする樹脂を得た。これを化合物Ｂという。

製造例３
製造例１において、アセトン１１６．２ ｇにかえてシクロヘキサノン１９６．２ ｇを使用した他は、製造例１と同様にして反応を行ない、得られたシクロヘキサノン樹脂初期縮合物はｐＨ６．５
、不揮発分４４．７％、数平均分子量１１００の無色透明の水溶液でであり、さらに減圧下で水分を留去して目的とする樹脂を得た。これを化合物Ｃという。

製造例４
尿素変性したメチルエチルケトン−アセトン共縮合ケトン樹脂初期縮合物（荒川化学工業（株）製、商品名「ＫＮ−１４１」、ｐＨ７．４
、不揮発分４１．０％、数平均分子量１２００の無色透明の水溶液）を、減圧下で水分を留去して目的とする樹脂を得た。これを化合物Ｄという。

実施例１〜８および比較例１〜２
表１に示した各成分を用い、下記方法により、クリームはんだ用フラックス、クリームはんだを調製し、下記評価を行った。結果を表１に示す。

（１）フラックスの調製
表１に示したフラックスの各成分を容器に仕込み、１８０℃に加熱溶解後、冷却してクリームはんだ用フラックスを得た。

（２）クリームはんだの調製
はんだ粉末（粒径２０〜４０μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕの含有量は、９６．５重量％／３重量％／０．５重量％である。）８９重量部と前記方法により調製した各フラックス組成物１１重量部とを容器に取り、撹拌してクリームはんだ組成物を調製した。

（３）クリームはんだの評価
・はんだ付け性
（２）で調製したクリームはんだを「ＪＩＳ Ｚ ３２８４ 付属書１０ ぬれ効力及びディウェッティング試験」に準拠して評価した。判定基準は広がり度合いの区分に従う。
○：広がり度合いの区分２以上、×：広がり度合いの区分３以下

・はんだボール
（２）で調製したクリームはんだを、ガラスエポキシ基板上に設けたＱＦＰパターン上に厚さ１８０μｍのメタルマスクを用いて印刷し、４５３２チップコンデンサを搭載してリフローした後、Ｘ線顕微鏡（３次元Ｘ線検査装置ＸＶＡ−１６０ （株）ユニハイトシステム製）を用いてはんだボールの発生状況を観察して評価した。
○：はんだボール発生なし、×：はんだボール発生あり

・洗浄性
はんだボールが発生した場合は、洗浄剤にパインアルファ（荒川化学工業（株）製）を用いて、超音波洗浄機により洗浄性を試験した。評価は、Ｘ線顕微鏡（３次元Ｘ線検査装置ＸＶＡ−１６０ （株）ユニハイトシステム製）を用いてはんだボールの除去状況を観察して評価した。なお、表中不要とは、洗浄が不要であることを意味する。
○：洗浄後のはんだボールなし、×：洗浄後のはんだボールあり

表中、水添ロジンは、荒川化学工業（株）製、商品名「ＫＲ−６１４」、重合ロジンは、荒川化学工業（株）製、商品名「中国重合ロジン１４０」、硬化ひまし油は、豊国製油（株）製、商品名「カスターワックス」を用いた。

Claims (6)

1. フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有するクリームはんだ用フラックスにおいて、フラックスベースが、ケトン樹脂（Ａ）を含有することを特徴とするクリームはんだ用フラックス。
2. さらにケトン樹脂用硬化剤（Ｂ）を含有する請求項１記載のクリームはんだ用フラックス。
3. ケトン樹脂（Ａ）が、シクロヘキサノン、アセトフェノン、メチルエチルケトンおよびメチルシクロヘキサノンから選ばれる少なくとも１種ならびにホルムアルデヒド類を反応させることにより得られるものである請求項１または２記載のクリームはんだ用フラックス。
4. ケトン樹脂（Ａ）の軟化点が、４０〜１２０℃である請求項１〜３のいずれかであるクリームはんだ用フラックス。
5. ケトン樹脂用硬化剤（Ｂ）が、エポキシ化合物またはイソシアネート化合物である請求項２〜４のいずれかに記載のクリームはんだ用フラックス。
6. はんだ粉末および請求項１〜５のいずれかに記載のクリームはんだ用フラックスを含有してなるクリームはんだ組成物。