JP2012016737A

JP2012016737A - フラックス組成物及びやに入りはんだ

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Publication number: JP2012016737A
Application number: JP2010156452A
Authority: JP
Inventors: Junna Yamada; 純菜山田; Yasushi Yamashita; 裕史山下
Original assignee: NIPPON GENMA KK
Current assignee: NIPPON GENMA KK
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: JP5356324B2

Abstract

【課題】フラックスから発生するガスが集中的に放出することを防止し、溶融したフラックスとはんだ合金が、飛散することを低減するフラックス組成物を提供する。
【解決手段】はんだ付け時の加熱に伴って、溶融フラックス21内に多数の極微小気泡３を発生させる集中的ガス放出防止剤を含有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、フラックス組成物及びやに入りはんだに関する。

やに入りはんだは、一般的に、図１に示すように、フラックス10を管状のはんだ合金12の中空孔14内に充填した構造であり、全体が線状で可撓性を有し、はんだ付け作業に取扱いしやすい構成である。フラックス10は、プリント配線基板に電子部品を接合するはんだ付け等に於て、金属基板表面の酸化物の除去、加熱中の酸化防止、ぬれ性の向上等の作用をなす。従来、このフラックス組成物として、アビエ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，経済性に優れている（例えば、特許文献１参照）。

そして、はんだ合金として最近は鉛を使用しない鉛フリーはんだが広く用いられている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−７１４８１号公報特開２００７−７７３２号公報

やに入りはんだは、図１に示したように、フラックス10が管状のはんだ合金12に包囲された構造であるため、はんだ鏝等にて加熱される際に、はんだ合金12とフラックス10とは同時に加熱されてゆく。鉛フリーはんだでは、はんだ合金12の溶融温度が約 183℃〜 320℃と高いため、内部のフラックス10が熱膨張及び気化を開始しても、外部のはんだ合金12がいまだ溶融が不十分であり、中空孔14内にガス圧力及び熱膨張による圧力が上昇し、はんだ合金12が溶融すると、フラックス及び溶融はんだ合金が飛散してしまうという問題がある。

即ち、図10に示すように、加熱された鏝や、加熱された被はんだ付け部等の高温部材Ｈの表面に、フラックス10Ｍにて覆われた溶融はんだ合金12Ｍが付着すると共にフラックス10Ｍの気化に伴ってガスＧが集合して大きな気泡16を形成して、図11のように破裂Ｃして集中的ガス放出を行い、フラックス10Ｍ及び溶融はんだ合金12Ｍの飛散を発生する。

はんだ作業中に飛散したフラックスやはんだ合金が作業者の皮膚等に付着して火傷をする等の虞がある。しかも、飛散したはんだ合金がランドパターン間で電子部品間を連結させて、ショート等の絶縁不良を生じたり、火災等の事故の心配もある。
なお、溶融フラックス10Ｍに粘性を持たせて、図11に示すような破裂Ｃに伴う飛散を防止させることも考えられるところであるが、飛散を十分に防止できず、しかも、フラックスの流れが悪くなり、はんだ作業性が低下するという問題が生ずる。

そこで、本発明は、フラックスから発生するガスが集中的に蓄積して放出（破裂）することを防止し、溶融したフラックスとはんだ合金が周辺に飛散することを、低減乃至防止することを目的とする。

そこで、本発明に係るフラックス組成物は、はんだ付け時の加熱によって溶融フラックス内に、多数の極微小気泡を発生させて複数の微小ガス抜きを行う集中的ガス放出防止剤を含有している。
また、上記集中的ガス放出防止剤が酸変性ロジンである。あるいは、上記集中的ガス放出防止剤が有機酸類である。
そして、上記集中的ガス放出防止剤が酸変性ロジンであって、フラックス総重量に対して20〜80重量％を含有していることが望ましい。
また、上記酸変性ロジンの酸価を、 200〜 300に設定するのが好ましい。
そして、上述のフラックス組成物を管状のはんだ合金の中空孔内に充填させてやに入りはんだを構成する。

本発明によれば、溶融したフラックスとはんだ合金が飛散することを低減し、乃至、防止できる。これによって、作業者がはんだ作業中に皮膚の火傷を受けることを防止し、さらに、電子部品のはんだ付けに於て、ランドパターン間でショート等を起こすことを防いで、電子部品のはんだ付け部位の品質を安定して向上できる。さらに、はんだ付け作業現場を常に清浄に保ち、火災防止にも貢献できる。

本発明の実施の一形態を示し、また、従来の問題点説明のため要部斜視図である。本発明の作用説明のための拡大要部断面図である。図２の要部拡大図である。極微小ガス抜き状態を説明するための要部拡大断面図である。極微小ガス抜き状態を説明するための要部拡大断面図である。飛散試験方法の説明図である。従来例１と従来例２についての飛散試験結果を示す感熱紙の平面図である。従来品（Ａ社とＢ社）についての飛散試験結果を示す感熱紙の平面図である。実施例と実施例３についての飛散試験結果を示す感熱紙の平面図である。従来の作用と問題点を説明するための拡大断面図である。従来の作用と問題点を説明するための拡大断面図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
本発明は、例えば、やに入りはんだ１として、図１に示すように、フラックス組成物20を管状（筒状）のはんだ合金22の中空孔24内に充填して構成する。

はんだ合金22としては、Sｎ−Pｂ系、Sｎ−Aｇ−Cｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等各種の材質のものを用い得る。
そして、フラックス組成物20としては、図10から図11にて既に述べた集中的ガス放出―――破裂Ｃ―――を防止する集中的ガス放出防止剤を含有している。

具体的には、集中的ガス放出防止剤としては、酸変性ロジンとする。あるいは、コハク酸等の有機酸類とする。
前者の酸変性ロジンとしては、フラックス総重量に対して、20〜80重量％を含有させるのが好ましい。より好ましくは、50〜80重量％である。また、酸変性ロジンの酸価としては、 200以上とし、特に、 200〜 300に設定する。

ところで、図２〜図５は、従来例を説明した図10〜図11と対比すべき図面であって、本発明に係る集中的ガス放出防止剤を含有したフラックス組成物20の作用・効果を具体的に図示したものである。
つまり、図２〜図５に於て、はんだ付け時の加熱によって溶融した溶融フラックス21内に、多数の極微小気泡３を発生させて、多数の極微小ガス抜きＺを行う。

さらに詳しく説明する。図３は図２の要部拡大図であって、この図２と図３に於て、Ｈは高温部材であり、加熱された鏝や、（電子部品の）ランド部等の加熱された被はんだ付け部等を示し、この高温部材Ｈの表面に、やに入りはんだ１が接触して溶融して溶融はんだ合金23が付着した直後の状態を示す。溶融フラックス21内には（上述の）集中的ガス放出防止剤を含有しているので、内部に多数の極微小気泡３が存在し、仮に、内部に大きな容積の発生ガスＧが膨張しようとしたとしても、直ちに、図４に示す如く、多数の極微小気泡３が連続連結状態となりつつ（矢印で示すように）複数通路状の微小ガス抜きＺを同時に複数の箇所にて行って、ガスＧが、膨張することなく、―――従って、図11で示したような破裂Ｃを生ずることなく―――図５に示すように、ガスＧが縮小乃至消滅する。

なお、本発明に於て、極微小気泡３とは、平均粒径が10〜 200μｍのものを言うものと定義する。また、微小ガス抜きＺとは、上述の極微小気泡３が複数個連続状となることでガスが抜ける状態を言う（図４参照）。

ところで、本発明に係るフラックス組成物20に於て、上記集中的ガス放出防止剤以外の成分としては、以下のものがある。
ベース樹脂としては、通常の（公知の）フラックスに含まれるものが使用可能である。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、フラックス総量に対して８％以下の添加量であればポリアミド樹脂、高密度酸化型ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル重合体などの高分子樹脂が使用できる。

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酸塩、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、アミン、酸化防止剤、アルコール、脂肪酸エステル等も必要に応じて添加できる。

フラックスに極微小発泡を促して集中的ガス放出を防止する防止剤として酸変性ロジンを使用する場合は、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン、さらにその誘導体である不均化ロジン、水添ロジン、重合ロジン等を、不飽和カルボン酸又はその酸無水物により変性したもので、不飽和カルボン酸又はその酸無水物としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、クロトン酸、２，４−ヘキサジエノン酸（ソルビック酸）等が挙げられ、これらの生成物を使用する事ができる。

フラックス組成物中の酸変性ロジン、有機酸は単独で加熱した際または反応させた際に、発泡するが、フラックス総量に対して20〜80重量％を含有させる。また、酸変性ロジンの酸価は 200以上であり、好ましくは、 200〜 300とする。酸化 200未満であると発泡性が著しく低下する。逆に、酸化 300を越せば腐食性が急に高くなり、かつ、粘度も急に高くなる。

以下、本発明の実施例及び従来例と市販品について、飛散試験と極微小気泡の有無確認試験を行った。
実施例及び従来例の各フラックス組成物の成分は表１の通りであり、市販品（Ａ社製，Ｂ社製）の成分は不明である。

飛散試験方法は、図６〜図９に示すように、定盤26上に感熱紙25を設置し、この感熱紙（試験紙）25には一点Ｏを中心とした同心円が複数個描かれており、定盤26上の感熱紙25の一点Ｏの真上に、 350℃に加熱保持したはんだ鏝５を固定保持し、（図１に示すような）やに入りはんだ１を、図６の矢印Ｆ方向に１cm／秒の送り速度で１秒間送る。これを15回繰返す。即ち、図６に於て、Ｐ＝１cmとして、順次、15回の送りを与える。鏝５の真下に設置した感熱紙（試験紙）25上に飛び散ったフラックス粒・はんだ金属粒の数をカウントした。
また、極微小気泡の有無の確認試験は、やに入りはんだ１（図１参照）を 350℃のはんだ鏝に対して、５cm分をゆっくり送って溶融させ、目視で発泡の有無を確認した。

実施例１：水添ロジン 20.2％、ロジンエステル 53.8％、コハク酸 19.4％、エチレン−酢酸ビニル重合樹脂 5.6％、活性剤シクロヘキシルアミンＨＢｒ 1.0％の比率で（有機酸類を含有する）フラックスを作成、従来の方法でやに入りはんだを作製した。
実施例２：水添ロジン 19.0％、酸変性ロジン 79.0％、活性剤シクロヘキシルアミンＨＢｒ 1.0％、脂肪酸エステル 1.0％の比率でフラックスを作成、従来の方法でやに入りはんだを作製した。
実施例３：水添ロジン 11.5％、酸変性ロジン 77.5％、エチレン−酢酸ビニル重合樹脂 5.0％、活性剤シクロヘキシルアミンＨＢｒ 1.0％、脂肪酸エステル 5.0％の比率でフラックスを作成、従来の方法でやに入りはんだを作製した。
実施例４：水添ロジン 18.5％、ロジンエステル 51.7％、酸変性ロジン 24.3％、エチレン−酢酸ビニル重合樹脂 4.5％、（活性剤としての）シクロヘキシルアミンＨＢｒ 1.0％の比率でフラックスを作成、従来の方法でやに入りはんだを作製した。

従来例１：水添ロジン 85.5％、ロジンエステル 13.5％、活性剤シクロヘキシルアミンＨＢｒ 1.0％の比率でフラックスを作成、従来の方法でやに入りはんだを作製した。
従来例１は飛散抑制を行っていないやに入りはんだである。
従来例２：水添ロジン 65.5％、ロジンエステル 13.5％、エチレン−酢酸ビニル重合樹脂 20.0％、活性剤シクロヘキシルアミンＨＢｒ 1.0％の比率でフラックスを作成、従来の方法でやに入りはんだを作製した。
従来例２は高粘度の高分子材料を多量に添加する事で飛散を抑制しているやに入りはんだである。

市販品（Ａ社）：溶融フラックスに粘性を持たせる飛散防止剤を含有すると推定されるやに入りはんだである。
市販品（Ｂ社）：上記飛散防止剤を含有しないやに入りはんだである。

上述の実施例１，２，３，４、及び、従来例１，２と市販品（Ａ社，Ｂ社）についての
飛散試験、極微小気泡の有無の確認試験の結果は、次の表２、及び、図７（Ａ）（Ｂ）、図８（Ａ）（Ｂ）、図９（Ａ）（Ｂ）の通りであった。

表１，表２から、実施例１〜４のいずれも極微小発泡が確認されたのに対し、従来例１，２及び市販品はいずれも極微小発泡が無いことが確認された。
そして、飛散個数に関して、実施例１〜４は、従来例１，２及び市販品に比較して、極めて少ないことが明らかで、極微小発泡による飛散抑制効果が明らかとなった。

本発明は以上のように、はんだ付け時の加熱によって溶融フラックス21内に、多数の極微小気泡３を発生させて複数の微小ガス抜きＺを行う集中的ガス放出防止剤を含有している構成であるので、やに入りはんだにおいてフラックスの熱膨張やガス化による圧力を分散させ、フラックス・はんだ合金の飛散を低減できる。また、高分子樹脂のような高粘度の材料を多量に添加することなく、飛散を有効に抑制でき、ぬれ性も低下することがない。

３極微小気泡
20 フラックス組成物
21 溶融フラックス
22 はんだ合金
23 溶融はんだ合金
24 中空孔
Ｚ極微小ガス抜き

Claims

はんだ付け時の加熱によって溶融フラックス（21）内に、多数の極微小気泡（３）を発生させて複数の微小ガス抜き（Ｚ）を行う集中的ガス放出防止剤を含有していることを特徴とするフラックス組成物。
上記集中的ガス放出防止剤が酸変性ロジンである請求項１記載のフラックス組成物。
上記集中的ガス放出防止剤が有機酸類である請求項１記載のフラックス組成物。
上記集中的ガス放出防止剤が酸変性ロジンであって、フラックス総重量に対して20〜80重量％を含有している請求項１記載のフラックス組成物。
上記酸変性ロジンの酸価を、 200〜 300に設定した請求項２又は４記載のフラックス組成物。
請求項１，２，３，４又は５に記載のフラックス組成物（20）を管状のはんだ合金（22）の中空孔（24）内に充填したことを特徴とするやに入りはんだ。