JP2010075960A

JP2010075960A - フラックス組成物、やに入りはんだ、及び、はんだペースト

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Publication number: JP2010075960A
Application number: JP2008246404A
Authority: JP
Inventors: Junna Yamada; 純菜山田
Original assignee: NIPPON GENMA KK
Current assignee: NIPPON GENMA KK
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】寒暖の差が大きい状態が繰り返される環境下、特に低温側において、実装基板及びはんだ、フラックス残渣の膨張率が異なる事及び低温環境下におけるフラックス残渣の状態変化が原因で、はんだ付け後のフラックス残差に割れが生じ、この割れが生じた部分に水分が浸入すると絶縁低下等の電気的信頼性の低下を引き起こす虞の少ないソルダー組成物を提供する。
【解決手段】ガラス転移温度が−25℃以下のエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂及びパラフィンワックスを含有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、はんだ付け用のフラックス組成物、やに入りはんだ、及び、はんだに関する。

プリント配線基板に電子部品を接合するはんだ付けに於て、フラックスが使用され、このフラックスは、金属基板表面の酸化物の除去、加熱中の酸化防止、あるいは、はんだ表面張力を低下させてぬれ性を向上させ、はんだ付けを良好にするためのものである。従来から、このフラックスとしては、樹脂、活性化剤、溶剤、及び、その他の添加剤を含有する。

従来、電子部品の分野では、フラックス組成物として、アビエチン酸等を主成分とするロジン系フラックスが主として使用され、特に、ロジンは、耐熱性、安全性、経済性に優れており、大量に使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−７１４８１号公報

ところが、従来のロジン系スラックスは低温環境下で柔軟性を失って脆い状態となる欠点があった。
図１は、基板１にはんだ付けした状態を示す簡略断面説明図であって、２ははんだ部、３はフラックス残渣を示し、図１（Ａ）は常温状態を示し、図１（Ｂ）は低温状態を示す。基板１の膨張率は小さく、フラックス残渣３の膨張率は大きいので、後者は大きく縮もうとする。即ち、フラックス残渣３の常温状態における幅寸法Ｌ₀は、低温状態では、本来ならば、幅寸法Ｌ₂まで縮むはずのところ、基板１と接着しているため、図１（Ｂ）の幅寸法Ｌ₁までしか縮むことができず、フラックス残渣３内に引っ張り内部応力が発生する。
この内部応力により、低温状態では脆くなった上述のロジン系フラックス残渣に、図２に示すように微小亀裂（割れ）Ｚが発生する。

図２の小亀裂（割れ）Ｚに水分が混入すると、絶縁低下等の電気的信頼性を損なう。例えば、自動車のエンジン周り等に配設された電子部品の配線基板では、高温時には 120℃近くまで上昇し、（寒冷地では）マイナス40℃付近まで下降する厳しい環境下にあって、従来の上記材質では対応ができなかった。

そこで、従来、図３に示すように、防滴コーティング層４を塗布形成して、フラックス残渣３の表面を、このコーティング層４にて被覆していた。又は、図４に示すように、図１のフラックス残渣３を除去して、はんだ部２を露出状としていた。即ち、図３に示す防滴コーティング層４を塗布する工程を要し、又は、図４のようにフラックス残渣除去工程を必要としていた。（なお、上述の図１〜図４に於て、プリント配線（導体部）を図示省略している。）

そこで、本発明は、はんだ付け後のフラックス残渣が割れず、電気的信頼性のあるはんだ付けが可能なフラックス組成物を提供することを目的とする。あるいは、防滴コーティング工程を省略し、又は、フラックス残渣の除去工程を省略することを、他の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るフラックス組成物は、樹脂、活性剤、パラフィンワックス、及び、ガラス転移温度が−25℃以下のエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂を、含有している。
また、前記エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂の含有量は、フラックス総量に対して 0.5〜60重量％である。また、前記エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂の酢酸ビニル含有量が、10重量％以上である。あるいは、フラックス総量に対して０〜20重量％の活性剤を添加した。
好ましくは、前記パラフィンワックスの含有量は、フラックス総量に対して 0.5〜50重量％である。
また、前記フラックス組成物を筒状のはんだ合金内部に充填して成るやに入りはんだとする。又は、前記フラックス組成物と、粉末状のはんだ合金を、混合して、ペーストとする。

本発明によれば、低温にて柔軟性を失わないフラックス残渣が形成可能である。特に、（図２に示したような）フラックス残渣の微小亀裂Ｚを防止できる。
これに伴って、（図３に示したような、）コーティング層４を塗布する工程が省略でき、あるいは、（図４に示したように）フラックス残渣を除去する工程を省略できる。
そして、微小亀裂Ｚを防止して、水の浸入を無くし、電子基板（電子部品）の電気的信頼性を損なわない優れたはんだ付けを行うことができる。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を説明する。
図５（Ａ）に於て、はんだ線材15を示し、一般にやに入りはんだといわれ、筒状のはんだ合金部10と、このはんだ合金部10の孔部11には、フラックス組成物20が充填されている。
また、図５（Ｂ）ははんだ用ペースト16を示し、粉末状のフラックス組成物20と、粉末状のはんだ合金12とを、混合したものである。

そして、本発明に係るフレックス組成物20の成分について以下説明すると、樹脂、活性剤、パラフィンワックス、及び、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂を、含有し、特に、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂としては、ガラス転移温度が−25℃以下のものを用いることが、重要である。
さらに、−25℃以下のガラス転移温度の前記エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂の含有量は、フラックス組成物20の総量に対して、 0.5〜60重量％とするが、特に、５〜30重量％が望ましい。

なお、図５（Ａ）のはんだ合金部10、又は、図５（Ｂ）のはんだ合金12における金属成分は、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等、又は、はんだとして使用可能なその他の成分系のものである。
また、前記エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂の酢酸ビニルの含有量は、10重量％以上とする。
また、前記活性剤の添加量は、フラックス総量に対して、０〜20重量％とする。また、前記パラフィンワックスの含有量は、フラックス総量に対して、 0.5〜50重量％とする。

本発明に使用するエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂及びパラフィンワックス以外のフラックス成分について、さらに詳しく説明すれば、ベース樹脂としては、通常のフラックスに含まれているものが使用できる。例えば、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン、これら変性ロジン及びロジンエステルなどのロジン系樹脂、テルペン樹脂及びテルペンフェノール樹脂などのテルペン系樹脂、エポキシエステル樹脂、ポリビニルブチラール、エチルセルロースなどの熱可塑性樹脂及び軟化点60℃以上のペンタエリスリトールエステルが使用できる。

活性剤としては、通常のフラックスに含まれているものが使用できる。例えば、ジ−ｎ−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジフェニルアミン、ジベンジルアミン、１，３−ジフェニルグアニジン、２−メチルイミダゾール。２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどの二級アミンのハロゲン化水素塩酸、及び、３，５−ジメチルピリジン、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾールなどの三級アミンのハロゲン化水素酸塩などが使用できる。
その他、従来のフラックスに用いられている、有機酸、酸化防止剤、溶剤も添加できる。

図２で既に述べたように、従来のロジン系フラックスは、低温環境下で脆く割れが生じたのに対し、本発明では、−25℃以下のガラス転移温度のエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂及びパラフィンワックスの添加により、フラックスに柔軟性をもたせることができ、低温環境下でも割れが生じなくなる。

以下、実施例および比較例を挙げる。なお、フラックス組成物20及びやに入りはんだの製作法は、従来のロジン系フラックスと同様の方法でよく、各フラックス成分を加熱溶解する。実施例及び比較例で得られたフラックスの評価は、下記の方法で行った。

＜ヒートサイクル試験＞
JIS−Ｚ−3197に規定するくし型基板（２型）に、 350℃に設定したはんだ鏝で、はんだ付けを行う。−40℃30分⇔＋ 125℃30分（常温５分）に設定した熱衝撃試験機にはんだ付け後の基板を入れる。 100、 500、1000、2000サイクル経過ごとに基板を取り出し、拡大鏡を用いて残渣の割れの有無を確信する。

＜絶縁抵抗試験＞
JIS −Ｚ−3197に規定するくし型基板（２型）に、 350℃に設定したはんだ鏝で、はんだ付けを行う。85℃85％の恒温恒湿槽内に試験片を放置し、初期、24時間後、96時間後、 168時間後の絶縁抵抗値を測定した。

〔実施例１〕
重合ロジン 10％、ガムロジン 63.5％、（活性剤として）セバシン酸 0.5％、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂 20％、パラフィンワックス５％、（活性剤として）シクロヘキシルアミンＨＢｒ１％、の比率でフラックス組成物20を作成、従来の方法でやに入りはんだ（図５（Ａ）参照）を作製した。

〔実施例２〕
重合ロジン 10％、ガムロジン 64％、酸変性ロジン 6.5％、セバシン酸 1.5％、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂 10％、パラフィンワックス５％、（活性剤として）シクロヘキシルアミンＨＢｒ１％、（溶剤として）脂肪酸エステル２％、の比率でフラックス組成物20を作成、従来の方法でやに入りはんだ（図５（Ａ）参照）を作製した。

〔比較例〕
重合ロジン 10％、ガムロジン 63.5％、セバシン酸 0.5％、（ガラス転移温度が−30℃の）アクリル樹脂Ａ 20％、（溶剤として）脂肪酸エステル５％、シクロヘキシルアミンＨＢｒ１％、の比率でフラックス組成物を作成、従来の方法でやに入りはんだを作製した。

〔従来例〕
重合ロジン 30％、ガムロジン 68.5％、セバシン酸 0.5％、活性剤シクロヘキシルアミンＨＢｒ１％、の比率でフラックス組成物を作成、従来の方法でやに入りはんだ（図５（Ａ）参照）を作製した。

以上の実施例及び比較例と従来例について、（前述した）ヒートサイクル試験および絶縁抵抗試験を行った結果を、表１に示す。

実施例１及び実施例２では、ヒートサイクル試験後においてもフラックス残渣３の割れＺ（図２参照）は確認されず、絶縁抵抗試験においても良好な結果であったことが判る。

以上のように、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂及びパラフィンワックスの添加により寒暖の差が激しい環境下でも、フラックス残渣が柔軟性を保持し、割れが生じるのを防止することができる。
また、エンジン周りを想定し、ヒートサイクル試験後、（−40℃⇔＋ 125℃ 各30分 2000サイクル以上）でもフラックス残渣３が割れず、電気的信頼性の高いフラックス組成物20を提供でき、さらに、これを用いることにより、（図３と図４にて既に述べた従来例における）はんだ付け後のコーティング層４の塗布工程、及び、フラックス残渣３の除去工程を、無くすことで、コスト及び環境への負荷が軽減される。

本発明は、上述のように、樹脂、活性剤、パラフィンワックス、及び、ガラス転移温度が−25℃以下のエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂を、含有するので、ロジン（樹脂）等他のフラックス組成と均一に混ざることによって、低温環境下でフラックスが柔軟性を失うのを抑制でき、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂の持つ柔軟さ及び脆化温度の低さ、パラフィンワックスを添加することによって得られるロジン系樹脂との混ざりやすさにより、（ガラス転移温度が同等のアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、ナイロン樹脂の添加よりも）フラックス残渣の割れ防止に対しての効果は大きい。

従来例の問題点を説明するための簡略断面図である。従来例の問題点を説明するための簡略断面図である。従来例を示す簡略断面図である。従来例を示す簡略断面図である。本発明の実施の形態を示す斜視説明図である。

符号の説明

２はんだ部
３フラックス残渣
10，12 はんだ合金（部）
15 はんだ線材（やに入りはんだ）
16 ペースト
20 フラックス組成物

Claims

樹脂、活性剤、パラフィンワックス、及び、ガラス転移温度が−25℃以下のエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂を、含有することを特徴とするフラックス組成物。
前記エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂の含有量は、フラックス総量に対して 0.5〜60重量％である請求項１記載のフラックス組成物。
前記エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂の酢酸ビニル含有量が、10重量％以上である請求項１又は２記載のフラックス組成物。
フラックス総量に対して０〜20重量％の活性剤を添加した請求項１，２，３記載のフラックス組成物。
前記パラフィンワックスの含有量は、フラックス総量に対して 0.5〜50重量％である請求項１，２，３又は４記載のフラックス組成物。
請求項１，２，３，４又は５記載のフラックス組成物を筒状のはんだ合金内部に充填して成ることを特徴とするやに入りはんだ。
請求項１，２，３，４又は５に記載のフラックス組成物と、粉末状のはんだ合金を、混合したことを特徴とする。