JP2009248189A - 半田コテ先チップ侵食防止剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉛フリー半田を用いて半田付けをする際に、半田コテの銅製チップ先端部の浸食を防止することが可能な半田コテ先チップ侵食防止剤を提供する。
【解決手段】 半田付けに使用される半田コテの銅製チップのＰｂフリー半田による侵食防止剤であって、有機ニッケル塩及び有機コバルト塩のうち１種または２種以上を含有する。
【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

本発明は、半田コテ先チップ侵食防止剤に関し、さらに詳しくは、鉛フリー半田を適用する半田付け工程に使用される半田コテ先の銅製チップの侵食を防止するための半田コテ先チップ侵食防止剤に関する。

電子工業における半導体パッケージや電子素子等をプリント基板に半田接合する際に使用される半田は、従来スズ−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系半田であったが、Ｐｂの環境汚染ならびに人体への有害性からＰｂが使用禁止または使用が規制されるようになった。
したがって、最近では、特に電子部品分野では鉛を含有しない、所謂、「鉛フリー半田」が使用されるようになっている。

一方、半田コテ先チップとしては、熱伝導性が高く、半田濡れ性が良好な銅製チップを使用することが一般的である。従来のＳｎ−Ｐｂ系半田では、Ｐｂの働きにより銅製チップの侵食が防止されていた。しかしながら、鉛フリー半田の半田付けを実施すると、この銅製チップがＰｂフリー半田により侵食されて、チップ表面に凹凸が形成され、極端な場合には穴があくことによって、半田コテの耐久性が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記の課題を解消するためになされ、Ｐｂフリー半田を用いる半田付けの際に、半田コテ先の銅製チップの侵食を防止することができる半田コテ先チップ侵食防止剤を提供することを目的とする。

本発明は、半田付けに使用される半田コテ先の銅製チップのＰｂフリー半田による侵食を防止するためのものであって、有機ニッケル塩及び有機コバルト塩のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする半田コテ先チップ侵食防止剤が提供される。

本発明の半田コテ先チップ侵食防止剤を半田コテ先チップに塗布すれば、Ｐｂフリー半田を適用する半田付けにおいて、銅製チップ表面にＮｉ及び／又はＣｏを含む皮膜が形成され、その皮膜によりＰｂフリー半田による侵食が防止されるため、半田コテの耐久性が向上される。

本発明の半田コテ先チップ侵食防止剤に使用する有機ニッケル塩、有機コバルト塩として特に好ましいのは有機酸ニッケルまた有機酸コバルトであり、これらを構成する有機酸としてはパルミチン酸・ステアリン酸・オレイン酸などの脂肪族カルボン酸、フタール酸・ピロメリット酸などの芳香族カルボン酸などを使用することができる。このうち炭素原子数８〜２０の有機脂肪酸のカルボニル基の水素原子をニッケルまたはコバルトのいずれかの金属原子に置換したものは、半田付け時の加熱温度下で銅製チップ表面に、Ｎｉ及び／又はＣｏを含む皮膜が形成され、Ｐｂフリー半田による侵食が防止される。

具体例としては、例えば、炭素原子数１６のパルミチン酸ニッケル ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１４ＣＯＯＮｉ、パルミチン酸コバルト ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１４ＣＯＯＣｏ、炭素原子数１８のステアリン酸ニッケル ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１６ＣＯＯＮｉ、ステアリン酸コバルト ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１６ＣＯＯＣｏなどが特に効果的であり、それぞれ単独で用いても良いが、これらのうち２種類以上を混合して用いてもよい。
この半田コテ先チップ侵食防止剤中の上記有機酸ニッケル、有機酸コバルトの含有総量は０．１〜２０重量％であることが好ましい。

本発明に使用する半田コテ先チップ侵食防止剤の構成成分は、有機ニッケル塩または有機コバルト塩を１種類以上と、このほかにジエタノールアミン、ジフェニルグアニジン臭化水素酸、イソプロピル臭化水素酸、ミリスチン酸、ステアリン酸等の活性剤、ステアリン酸アミン、ひまし油などのチクソ剤、ワックスならびにセルロース等の粘度調整剤、ロジンなどを使用し、また、溶媒などを適切な割合に配合し均一に混合して使用してもよい。

さらに、Ｐｂフリーのやに入り半田を使用する半田付け工程で実施する際には、あらかじめ本発明の半田コテ先チップ侵食防止剤をこのやに入りはんだに内蔵するフラックス中に適量を添加して使用してもよい。

さらに、本発明の半田コテ先チップ侵食防止剤とＳｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系などのＰｂフリー半田粒子とを適切な割合に配合し均一に混合して使用してもよい。

１． 半田コテ先チップ侵食防止剤Ａ〜Ｄの調製
活性剤にミスチリン酸、チクソ剤にひまし油、粘土調整剤にワックスおよび溶媒にジエチレングリコールを使用し、これに対してステアリン酸コバルトＣｏ（Ｃ_１７Ｈ_３５ＣＯＯ）_２をそれぞれ０重量％、０．５重量％、１０重量％、２０重量％の範囲で配合することにより、表１に示す半田コテ先チップ侵食防止剤Ａ〜Ｄを調製した。

２．銅侵食試験
以下の条件及び方法で半田付け工程における銅侵食率を測定した。
（条件）
試験片：銅板（２４ｍｍ×２４ｍｍ×０．３ｍｍ）
試験温度：３００℃
試験時間：１５ｍｉｎ、６０ｍｉｎ
試料：上記半田コテ先チップ侵食防止剤Ａ〜Ｄ
試験装置：ホットプレート（自動温度調節器付き）
Ｐｂフリー半田：Ｓｎ９６．５重量％−Ａｇ３重量％−Ｃｕ０．５重量％

（評価方法及び評価結果）
試料Ａ〜Ｄそれぞれ約０．１ｇを各試験片上に塗布した後、さらにＰｂフリー半田約０．３ｇを載せ、これをあらかじめ試験温度３００℃に保持したホットプレート上でＰｂフリー半田を所定の時間加熱し溶解させた。Ｐｂフリー半田と接触した中央部付近を切断研磨し、光学式金属顕微鏡を用いてこの断面部分の試験片厚さを測定して、（１）式から銅侵食率を算出する。

ここに、Ｔ：試験片の元の厚さ（ｍｍ）
ｔ：半田接触部分の試験片厚さ（ｍｍ）
また、この断面部分の試験片とＰｂフリー半田との接合界面に生じた金属間化合物（ＩＭＣ）層厚さを測定して、銅侵食防止効果を評価する。その結果を表２に示した。

図１は、試験片とＰｂフリー半田との接合界面に生成するＩＭＣ層を模式的に示したものである。試験片１上にＰｂフリー半田２とＩＭＣ層３が形成される。
図２〜４はそれぞれ下記実施例１、２及び比較例１に対応するＩＭＣ層生成の様子を示す写真断面図であり、それぞれ、上の写真は１５ｍｉｎ経過後、下の写真は６０ｍｉｎ経過後の様子である。

図２〜４及び表２に示した結果から明らかなように、ステアリン酸コバルトを含有しない半田コテ先チップ侵食防止剤を使用してＰｂフリー半田の半田付けを実施した場合は（比較例１）、経時的に試験片厚が減少するとともにＩＭＣ層厚が増大する、すなわち、銅の侵食が進行していることが分かった。それに対して、ステアリン酸コバルトを含有する半田コテ先チップ侵食防止剤を使用した場合は（実施例１，２，３）、経時的な試験片厚の減少と、ＩＭＣ層厚の増大が抑制され、結果的に銅の侵食を抑制する効果が認められた。これは銅表面にコバルトを含む皮膜が形成されるためであると考えられる。

このように、本発明の半田コテ先チップ侵食防止剤を用いると、Ｐｂフリー半田を使用した半田付け工程において、半田コテ先の銅製チップ表面に侵食防止剤に含まれる金属化合物の皮膜が生成するために、Ｐｂフリー半田中の錫による銅の侵食が防止され、その結果半田コテの耐久性が向上し、その工業的価値は極めて大である。

本発明の実施例において、銅板と半田との接合界面に生成するＩＭＣ層を模式的に示したものである。 本発明の実施例１において、ＩＭＣ層生成の様子を示す写真断面図である。 本発明の実施例２において、ＩＭＣ層生成の様子を示す写真断面図である。 本発明の比較例１において、ＩＭＣ層生成の様子を示す写真断面図である。

符号の説明

１ 試験片
２ Ｐｂフリー半田
３ ＩＭＣ層

Claims (8)

1. 有機ニッケル塩及び有機コバルト塩のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする半田コテ先チップ侵食防止剤。
2. 前記有機ニッケル塩が、有機脂肪酸ニッケルである請求項１記載の半田コテ先チップ侵食防止剤。
3. 前記有機コバルト塩が、有機脂肪酸コバルトである請求項１記載の半田コテ先チップ侵食防止剤。
4. 前記有機脂肪酸ニッケルが、パルミチン酸ニッケル、ステアリン酸ニッケルである請求項２記載の半田コテ先チップ侵食防止剤。
5. 前記有機脂肪酸コバルトが、パルミチン酸コバルト、ステアリン酸コバルトである請求項３の半田コテ先チップ侵食防止剤。
6. 前期１種または２種以上の有機ニッケル塩及び有機コバルト塩のうち１種または２種以上の含有量の合計が０．１〜２０重量％である半田コテ先チップ侵食防止剤。
7. 前期１種または２種以上の有機ニッケル塩及び有機コバルト塩のうち１種または２種以上の含有量の合計が０．１〜２０重量％を、やに入り半田のフラックスにあらかじめ添加してなることを特徴とする半田コテ先チップ侵食防止剤。
8. 前期１種または２種以上の有機ニッケル塩及び有機コバルト塩のうち１種または２種以上の含有量の合計が０．１〜２０重量％を、ペースト状半田のフラックスにあらかじめ添加してなることを特徴とする半田コテ先チップ侵食防止剤。

Images