JP2010046689A - はんだ付け用フラックス及びソルダペースト並びにやに入りはんだ - Google Patents

Abstract

【課題】分子構造の80%以上が1,4結合で構成されており、分子末端にOH基を持ち、水素添加により臭素価が10g/100g以下であるポリイソプレンをフラックスに含有させることにより、はんだ付け性、フラックス残渣の耐割れ性、経時安定性等に優れたはんだ付け用フラックスを提供する。
【解決手段】ロジンを主剤とするはんだ付け用のフラックスにおいて、分子構造の80%以上が1,4結合であり、分子末端にOH基を持ち、水素添加により臭素価が10g/100g以下とされたポリイソプレンを含有する。ポリイソプレンの水酸基含有量は2mol/kg以下とされ、酸価は0.1mgKOH/g以下とされる。
【選択図】なし

Description

本発明は、はんだ付け用フラックス及びソルダペースト並びにやに入りはんだに関し、フロー法やリフロー法により回路基板に電子部品をはんだ付け実装する場合に使用されるフラックスとし有用なものである。

電子部品をフロー法で回路基板に実装する場合は、液状フラックスを電子部品のリード線や電極に塗布してから溶融はんだに接触させており、リフロー法で実装する場合は、フラックスと粉末はんだとからなるソルダペーストを印刷し、電子部品を搭載してから加熱接合している。
旧来では、電子部品の実装を行つたあと基板上に残存しているフラックスを溶剤洗浄により除去していたが、多量の溶剤が必要になるため、近来においては環境負荷的な面から洗浄を行わず、フラックス残渣を残したままにすることが主流となっている。
はんだ付け用フラックスにおいては、一般的にロジンを主剤としているが、ロジン自身は常温では非常に脆く割れやすい。そのため、割れたフラックス残渣により電気的短絡を起こす惧れや、フラックス残渣のヒビから水分が入り込み電気的信頼性が低下する懸念がある。
そこで、フラックスに可撓性を付与してフラックス残渣のクラックを防止するために可塑剤、例えばセバシン酸エチルヘキシルを添加すること（特許文献１）や、可撓性樹脂例えばエチレン酢酸ビニル共重合体を添加することが知られている。

しかしながら、可塑剤の添加では、はんだ付け時に白煙として放出されたり、フラックスの軟化点が下がり過ぎ、はんだ付け後の残渣の信頼性も低くなってしまう。他方、熱可塑性樹脂の多くははんだ付け性の悪化を招き、また酸価を持つ熱可塑性樹脂をはんだペーストに添加した場合は、保管時、経時変化に伴う粘度上昇が避けられない。

ところで、ゴムは弾性に優れ、前記フラックス残渣のクラックの発生原因である応力の効果的吸収が期待できる。
そこで、前記ロジンを主剤とするはんだ付け用フラックスとの相溶性を付与するために末端にヒドロキシル基を持たせ、耐酸化安定性を付与するために二重結合を水素添加により飽和させた末端ＯＨ水素添加１，２−ポリブタジエンをクラック防止剤として配合することが考えられる。
しかしながら、この末端ＯＨ水素添加１，２−ポリブタジエン配合フラックスでは、銅腐食が発生し易い。
特開平０９−２３４５８８号公報

本発明者等は、ポリイソプレンの末端をＯＨ基化し、二重結合を水素添加により飽和させてロジンとの相溶性、フラックス残渣の銅酸化防止性を向上させるべく鋭意検討したところ、ＯＨ基含有量を１０mol/kg以下、酸価を0.1mgKOH/g以下とすることにより前記相溶性、フラック残渣の銅酸化防止性を充分に確保できることを知った。

本発明の目的は、分子構造の80%以上が1,4結合で構成されており、分子末端にOH基を持ち、水素添加により臭素価が10g/100g以下であるポリイソプレンをフラックスに含有させることにより、はんだ付け性、フラックス残渣の耐割れ性、経時安定性等に優れたはんだ付け用フラックスを提供することにある。

本発明に係るはんだ付け用フラックスは、ロジンを主剤とするはんだ付け用のフラックスにおいて、分子構造の80%以上が1,4結合であり、分子末端にOH基を持ち、水素添加により臭素価が10g/100g以下とされたポリイソプレンを含有することを特徴とし、ポリイソプレンの水酸基含有量は2mol/kg以下とされ、酸価は0.1mgKOH/g以下とすることが望ましい。

1,4結合のポリイソプレンは、1,２結合のポリイソプレンに較べ分子鎖が長く、この1,4結合が分子の８０％以上を占めているために耐熱性に優れ、フラックス残渣の耐熱性、機械的強度が高めるられる。
また、末端にＯＨ基を有するためにロジンとの相溶性に優れ、ロジンの偏析をよく防止できる。従って、フラックス残渣の表面絶縁抵抗を高く保持でき、腐食をよく防止できる。
更に、水素添加により二重結合を飽和させてあるので、化学的に安定であり、フラックス残渣の空気酸化によるクラック発生をよく防止できる。
これらの効果の相乗により、はんだ付け性、フラックス残渣の耐割れ性、経時安定性等に優れたはんだ付け用フラックスを提供することができる。

本発明に係るフラックスは、やに入りはんだ（固形フラックス）、電子部品のリフローはんだ付けにおいて使用されるソルダペースト、電子部品のフローはんだ付けにおいて使用される液状フラックスとして適切に使用される。
このフラックスにおいては、分子構造の80%以上が1,4結合であり、分子末端にOH基を持ち、水素添加により臭素価が10g/100g以下であり、水酸基含有量が2mol/kg以下、酸価が0.1mgKOH/g以下のポリイソプレンをロジン基のフラックスに含有させてあり、はんだ付け性や信頼性を落とさず、冷熱サイクルのような温度変化に曝されてもフラックス残さのクラックが発生しにくく、フラックスの剥離も起こり難い特性を有する。

本発明に係る固形フラックスは、ロジンまたはそれらの誘導体の1種類または2種類以上を主剤とし、活性剤としてアミン有機酸塩や、アミンハロゲン塩、ハロゲン化物を含有し、その他酸化防止剤など添加剤を加えることができる。

ロジンとしては、ウッドロジン、ガムロジン、トールロジン、不均化ロジン、水添ロジン、完全水添ロジン、マレイン酸変性ロジン、ロジンエステルなどが挙げられる。

アミンとしてはエチルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミンなどの1級アミン、ジエチルアミン、ジエタノールアミン、ジフェニルアミンなどの2級アミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、などの3級アミンが挙げられこれらを単体で、またはその有機酸塩やハロゲン化水素酸塩として用いることができる。他のアミン類としてテトラエチルアンモニウム塩などの4級アミン、ジフェニルグアニジンやジフェニル尿素などが挙げられる。

有機酸としては、ジグリコール酸、アジピン酸、グルタル酸、ドデカン二酸、プロピオン酸、コハク酸、マレイン酸などが挙げられる。

ハロゲン化物としては、2,3-ジブロモプロパノール、1,3-ジブロモプロパノール、2,2,2-トリブロモエタノール、トリブロモメチルフェニルスルホン、trans-2,3-ジブロモブテンジオール、ペンタエリスリトールトリブロミド、イソシアヌル酸トリス(2,3-ジブロモプロピル)、2,2-ビス[3,5-ジブロモ-4-(2,3-ジブロモプロポキシ)フェニル]プロパンなどが挙げられる。

また、これらのフラックス組成物にポリエチレンワックスやエステルワックス等のワックス類を加えることができる。

本発明をソルダーペーストに適用する場合は、上記の組成にエチレングリコール、グリセリン、へキシレングリコールまたはそれらのエステルなどの高沸点溶剤、硬化ヒマシ油、ポリアミド系ワックスなどのチクソ剤を添加することができる。
本発明に係るフラックスむ液状フラックスとして使用する場合は、イソプロピルアルコールなどの溶剤を用い希釈して使用することができる。

また、本発明に対し、ブロックイソシアネートを添加し熱硬化性フラックスとして用いることができる。

〔実施例Ａ〕
アクリル変性ロジン４０％（質量％、以下同じ）、カスターワックス６％、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩１％、末端ＯＨ水添1,4-ポリイソプレン１３％（水酸基含有量は０．９mol/kg以下、酸価は０．０３mgKOH/g以下）、へキシレングリコール４０％を混合して液状フラックスを作成し、この液状フラックス１１％にSn-3.0Ag-0.5Cuはんだ粉末（平均粒径20μm）89wt％を混ぜてソルダペーストを調製した。
このソルダペーストを用いて次の耐割れ性試験を行った。すなわち、試験用基板にこの実施例品をメタルマスクを用いて印刷し、リフローを行ったものを試験片とし、＋80℃ −30℃各30分を1000サイクル行い、低温側から常温に戻した後、試験片を取り出し拡大鏡でクラックの有無を確認し、割れなしのものを○、割れ個数１０％以下のものを△、割れ個数１０％を超えるものを×と評価した。
また、次のようにして経時変化を試験した。すなわち、25℃RH90%条件下でスパイラル粘度計(マルコム社製)を用い、10rpm、3日間連続で粘度変化を測定し、粘度変化なしのものを○、粘度上昇が生じたものを×と評価した。
この実施例Ａの評価結果は表２に示す通りである。

〔比較例１〕
アクリル変性ロジン５０％、カスターワックス６％、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩１％、へキシレングリコール４３％を混合して液状フラックスを作成し、この液状フラックス１１％にSn-3.0Ag-0.5Cuはんだ粉末（平均粒径20μm）89wt％を混ぜてソルダペーストを調製した。
このソルダペーストを用いて前記の耐割れ性試験並びに経時変化試験を行った。この比較例の評価結果は表２に示す通りである。

〔比較例２〜５〕
表１に示す通り、実施例Ａに対し、末端ＯＨ水添1,4-ポリイソプレンに代えエチレン酢酸ビニル共重合体（比較例２）、セバシン酸エチルヘキシル（比較例３）、1,4-ポリイソプレン（比較例４）、末端ＯＨ1,4-ポリイソプレン（比較例５）を使用した以外、実施例Ａに同じとした。これらのソルダペーストを用いて前記の耐割れ性試験並びに経時変化試験を行った結果は表２に示す通りである。

表２における実施例Ａと比較例４、５の試験結果の比較から、ポリイソプレン分子の二重結合を水素添加により飽和させ、かつ末端にＯＨ基を持たせたことによるフラックス残渣の耐クラック性向上効果が明らかであり、フラックス残渣の表面絶縁抵抗を高く保持でき、腐食をよく防止できる。

〔実施例Ｂ〕
ｗｗロジン７７．５％（質量％、以下同じ）、trans-2,3-ジブロモブテンジオール２％（活性剤）、トリエチルアミン臭化水素酸塩０．５％（活性剤）、末端ＯＨ水添1,4-ポリイソプレン１３％（水酸基含有量は０．９mol/kg以下、酸価は０．０３mgKOH/g以下）を混合して半液状フラックスを作成し、この半液状フラックスをSn-3.0Ag-0.5Cuはんだの中空管に導入し、伸線して外径Φ１mmのやに入りはんだを作製した。

この実施例品について、次のはんだ付け性試験、耐割れ性試験、フラックス残渣粘着性試験を行った。
はんだ付け性試験：はんだ付けロボットによりこて温度３５０℃で片面ユニバーサル基盤に１００点、１点当りのはんだ付け時間を０．１秒として実施例品はんだではんだ付けを行い、全て外観上異常なくはんだ付けできたものを○、異常個数１０％未満のものを△、異常個数１０％以上のものを×と評価した。
耐割れ性試験：試験用基板に実施例品はんだを使用して３５０℃のはんだこてではんだ付けを試験片とし、＋80℃ −30℃各30分を1000サイクル行い低温側から常温に戻した後、試験片を取り出し拡大鏡でクラックの有無を確認し、割れなしのものを○、割れ個数１０％以下のものを△、割れ個数１０％を超えるものを×と評価した。
フラックス残渣粘着性試験：ＪＩＳＺ３１９７規定の乾燥度試験に準じて行い、タルクの付着がないものを○、ありのものを×と評価した。
実施例Ｂの評価結果は表４に示す通りである。

〔比較例６〜１０〕
表３に示す通り、実施例Ｂに対し、末端ＯＨ水添1,4-ポリイソプレンに代え完全水添ロジン（比較例６）、エチレン酢酸ビニル共重合体（比較例７）、セバシン酸エチルヘキシル（比較例８）、1,4-ポリイソプレン（比較例９）、末端ＯＨ1,4-ポリイソプレン（比較例１０）を使用した以外、実施例Ｂに同じとした。これら比較例のやに入りはんだを用いて前記のはんだ付け性試験、耐割れ性試験並びにフラックス残渣付着性試験を行った結果は表４に示す通りである。

表４における実施例Ｂと比較例９、１０の試験結果の比較から、ポリイソプレン分子の二重結合を水素添加により飽和させ、かつ末端にＯＨ基を持たせたことによるフラックス残渣の耐クラック性向上効果が明らかであり、フラックス残渣の表面絶縁抵抗を高く保持でき、腐食をよく防止できる。

Claims (4)

1. ロジンを主剤とするはんだ付け用のフラックスにおいて、分子構造の80%以上が1,4結合であり、分子末端にOH基を持ち、水素添加により臭素価が10g/100g以下とされたポリイソプレンを含有していることを特徴とするはんだ付け用フラックス。
2. ポリイソプレンの水酸基含有量が2mol/kg以下であり、酸価が0.1mgKOH/g以下である請求項1記載のはんだ付け用フラックス。
3. フラックスと溶剤と粉末はんだとからなり、フラックスが請求項１または２記載のはんだ付け用フラックスであることを特徴とするソルダペースト。
4. フラックスが請求項１または２記載のはんだ付け用フラックスであることを特徴とするやに入りはんだ。