JP3137477B2 - クリームはんだ用フラックス - Google Patents

クリームはんだ用フラックス

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子機器の製造、特に
電子部品の表面実装に用いられる「クリームはんだ(ソ
ルダーペースト)」に関し、より詳しくは、無洗浄可能
にするクリームはんだ用フラックスに関する。
【0002】
【従来の技術】クリームはんだは、はんだ微粉末とフラ
ックスとを混ぜ合わせて(混練して)クリーム状にした
ものであり、各種のものがある(例えば、影山信夫:
「SMTおけるクリームはんだの現況と利用法」、電子
技術、1988年12月別冊、pp. 47−53、大野隆
生:「ファイン化対応のソルダーペーストと現状」、電
子技術、1988年12月別冊、pp. 33−38参
照)。はんだの合金には、Sn/Pb、Sn/Pb/A
g、Sn/Pb/BiなどのSn基合金、In/Pbな
どのIn基合金、Pb/AgなどのPb基合金があり、
ガス噴霧法ないし遠心噴霧法によって粉末化される。フ
ラックスは、母材表面の酸化膜を除去するロジン(松
脂)、はんだ粉末とフラックスとの分離を抑制する粘性
剤、はんだ付け性を促進する活性剤、印刷性に関与する
溶剤などで構成されている。クリームはんだを使用する
際には、スクリーン印刷やディスペンサーによって基板
上に塗布するので、クリーム状態での流動特性、特に、
粘性を適切に調節維持して、適切な塗布性を有するよう
にしている。
【0003】良好なはんだ付け性を確保するためには、
はんだ付け時に、はんだ粉末および被接合金属表面の酸
化物を除去し、再酸化を防止する必要があり、従来より
ロジンと活性剤とからなるフラックスが使用されてい
る。そして、この活性剤は、クリームはんだの印刷性、
はんだ付け性、はんだ付け後の絶縁性に影響を与えるも
のであり、これらの特性を改善すること考慮して各種の
活性剤およびそれを含んだフラックスないしクリームは
んだが提案されている。例えば、特開昭63-278695 号公
報においては、ジフェニル酢酸またはトリフェニル酢酸
の活性剤によってはんだ付け性および有機溶剤での洗浄
性を向上させ、トリエタノールアミンやモノエチルアミ
ン臭化水素塩などのアミン系活性剤の併用でさらにはん
だ付け性および洗浄性を向上させている。特開平1-1548
97号公報では、フラックスにカルボン酸とアミンから誘
導される塩を添加して、得られるクリームはんだを腐食
性がなく、粘着持続時間が長く、経時変化が起こりにく
く、はんだボールの発生が極めて少ないものとしてい
る。
【0004】一般的には、はんだ付けの後に、フラック
ス残渣が水分を吸収すると、絶縁性の低下、腐食を招く
ことがあるので、有機溶剤などの洗浄(例えば、クロロ
セン洗浄)によって除去している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一方、はんだ付け後の
洗浄は、従来多用されてきたフロン洗浄を行うと、オゾ
ン層の破壊問題があり、また、その代用として実用化さ
れつつある水洗浄を行う場合でも、洗浄液の廃棄に際し
て環境への悪影響が懸念される。そこで、洗浄しなくて
も良いフラックスの開発が進められている。この場合
に、多くは、はんだ付け雰囲気を大気から遮断して窒素
(N2)保護雰囲気にすることを伴っている。雰囲気制御
が完全であれば、少量の低い活性のフラックスによって
はんだ付けを行うことは可能であるが、そのための設
備、はんだ付時間などでコスト面に大きな問題を招く。
【0006】また、大気中ではんだ付けを行いかつ残存
するフラックスの腐食性を向上させたクリームはんだ用
フラックスが、特開平3-221295号公報にて提案されてい
る。この場合に、洗浄が省略できるというものの、フラ
ックスの強すぎる活性力により、はんだ粉末等の酸化被
膜を除去する上では良いが、粉末とフラックスとの化学
反応が常温でも発生してしまい、フラックスが短期に劣
化してしまう。その結果、クリームはんだの保存性等の
劣化を招いてしまう。
【0007】そして、従来のクリームはんだでは、無洗
浄にすると、はんだ付け後にフラックス残渣が残ること
になるが、この残渣により回路基板やはんだ付け部に腐
食が発生したり、残渣の付着状況によっては絶縁性が劣
化したり、残渣にヒビ・割れ等が発生することで他の品
質問題を起こしたりすることがあった。本発明の目的
は、印刷性およびはんだ付け性を確保しつつ、はんだ付
け後の洗浄を行わなずにフラックス残渣が付着した状態
でも腐食および絶縁性低下を招くことがなく、電子機器
の長期使用時の信頼性を高めるクリームはんだ用フラッ
クスを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、ロジンお
よび活性剤を含むクリームはんだ用フラックスにおい
て、前記活性剤が前記フラックス全体に対する割合で、 ジフェニル酢酸とジエチルアミンの塩: 2.0〜2
0.0wt% セバシン酸: 1.0〜1
5.0wt%および ジフェニル酢酸: 2.0〜2
0.0wt% からなることを特徴とするクリームはんだ用フラックス
によって達成される。
【0009】上述のフラックスにさらに8.0wt%以下
のフタル酸および/または12.0wt%以下の安息香酸
を添加することが好ましい。
【0010】
【作用】本願発明は、(1)はんだ付け性を確保するた
めに、活性剤がはんだ付け温度領域範囲で活性力を示す
こと、(2)はんだ付け後の絶縁性を確保するために、
水への溶解度が1.0%以下の活性剤がはんだ付け時に
蒸発して残渣として残らないこと、(3)塗布前の保存
時、印刷塗布時に活性剤がはんだ粉末と反応して経時変
化を起こさないこと、および(4)印刷性を良好に維持
することの条件を満たす活性剤を組合せ選定している。
【0011】本発明にて用いるフラックス中活性剤の各
成分の物性値およびその他の活性剤に用いられている化
合物の物性値は表1に示すようなものである。
【0012】
【表1】
【0013】さらに、本発明にて用いる活性剤の活性温
度領域は図1に示すようなものである。このように、一
次フラックスとしてのロジンのフラックス作用を増強す
る活性剤は、はんだ付け温度範囲では活性であり、一
方、少なくとも50℃までは不活性である。本発明にお
ける活性剤組成成分の限定理由は次の通りである。
【0014】セバシン酸はカルボキシル基を有し、広い
温度範囲ではんだ付け温度全域にわたって活性力を示す
が、1.0wt%未満でははんだ付け性が悪くなり、一
方、20wt%を越えると、はんだ粉末と反応し経時変化
を招き、印刷性が低下する。ジフェニル酢酸もカルボキ
シル基を有し、2.0wt%未満でははんだ付け性が悪く
なり、一方、20wt%を越えると、はんだ付け後の残渣
フラックスの絶縁性が悪くなる。
【0015】ジフェニル酢酸とジエチルアミンの塩は、
はんだ付け温度で分解してOH基を有する水に可溶なア
ミンになり、2.0wt%未満でははんだ付け性が悪くな
り、一方、20wt%を越えると、はんだ付け後の残渣フ
ラックスの絶縁性が悪くなる。フタル酸および安息香酸
は共にカルボキシル基を有し、はんだ付け性および印刷
性を向上させる働きがある。しかし、フタル酸が8wt%
を越え、また安息香酸が12wt%を越えると、印刷性が
低下する。これらを同時に添加すると、はんだ付け性お
よび印刷性をより一層高めることができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施態様例および比較例によ
って本発明を詳細に説明する。先ず、クリームはんだの
原料として下記のものを用意した。 はんだ粉末: Sn63−Pb37の共晶はんだ合金 ロジン: 重合ロジン 溶剤: エタノール系溶剤 粘性剤: 硬化ひまし油、ひまし油 活性剤: ジフェニル酢酸とジエチルアミンの塩 セバシン酸 ジフェニル酢酸 フタル酸 安息香酸 そして、表2に示す組成比のフラックス試料Nos.1〜1
5として、それぞれのフラックス(10wt%)とはんだ
粉末(90wt%)とを充分に混練して、クリームはんだ
を得た。試料Nos.1〜4、11、13および15が本発
明に係るフラックスであり、試料Nos.5〜10、12お
よび14が比較例のフラックスである。
【0017】製造したクリームはんだの印刷性、はんだ
付け性および絶縁性について調べ、その結果を表2に示
す。
【0018】
【表2】
【0019】印刷性は、メタルマスクを通してはんだを
基板に転写する際の作業性、欠陥発生の低さなどを総称
であり、特に、ローリング性とダレ性が良好であれば
「○」とした。「×」というのは、印刷時にはんだクリ
ームが回転せず、転写できない場合(ローリング性不
良)、あるいは、印刷後にはんだ形状がくずれて隣接す
るランドとつながる場合(ダレ不良)である。
【0020】はんだ付け性とは、加熱中にはんだ粉末や
基板の金属表面を清浄にして、はんだ粉末どうしが溶融
合体し、金属表面と良くぬれてはんだ付けされることで
あり、特に、銅(Cu)系金属層(被接合基板)に溶け
たはんだを載せたときのぬれ角度(接触角)で、90°
より小さい場合を「○」とした。「×」はぬれ角度が9
0°以上の場合である。
【0021】絶縁性とは、はんだ付け後のフラックス残
渣の絶縁であり、JISC3197で規定されるくし歯
電極基板上にはんだ付けを行い、その後に絶縁性(電気
抵抗)を測定し、低下がない場合か、少ししか低下しな
い場合を「○」とした。絶縁性が著しく低下する場合を
「×」とした。この絶縁性が低下しないで良好な場合
に、フラックス残渣の洗浄を敢えて必要としないで、は
んだ付けを完了することができ、無洗浄化が図れる。
【0022】表2から分かるように、試料5のようにセ
バシン酸の規定量よりも多いと、印刷性が低下する。は
んだ付け性が試料6(ジフェニル酢酸とジエチルアミン
の塩が規定量より少ない)、試料7(セバシン酸が規定
量より少ない)および試料7(ジフェニル酢酸が規定量
より少ない)において低下する。そして、絶縁性が試料
9(ジフェニル酢酸とジエチルアミンの塩が規定量より
多い)および試料10(ジフェニル酢酸が規定量より多
い)において低下する。
【0023】フタル酸を規定量よりも多くすると、試料
12のように印刷性が少し低下し、安息香酸を多くして
も、試料14のように印刷性が同様に少し低下する。さ
らに、比較例として、活性剤にアジピン酸またはトリエ
タノールアミンを用いて、表3に示す組成比のフラック
スとして、上述したようにしてクリームはんだを製造し
た。
【0024】
【表3】
【0025】アジピン酸は水への溶解度が大きく、試料
16のクリームはんだは絶縁性が悪く(NG)、はんだ
付け後に洗浄を必要とする。また、トリエタノールアミ
ンは融点および沸点が高く、試料17のクリームはんだ
では残渣中に残り絶縁性が悪く(NG)、この場合にも
洗浄を必要とする。その他の実施例として、上記実施例
の共晶はんだ粉末に代え、他の合金成分としてSn61-In
1.0-Sb0.5-Ag1.0-Pb 残部からなるはんだ粉末と本発明
のフラックスを混練して用いたところ、同様に優れた結
果が得られた。尚、本発明の主旨の範囲で各種はんだ粉
末に適用できることは勿論である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る所定
の活性剤を用いたフラックスによるクリームはんだで
は、印刷性、はんだ付け性および絶縁性を確保しなが
ら、はんだ付け後の洗浄を省略することができる。はん
だ付けの際に、窒素の保護雰囲気を設けることなく、空
気中ではんだ付けを行え、設備・コストの面で削減・低
減できる。さらに、洗浄装置の必要がなく、この点から
も設備・コストの面で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】活性剤の活性温度領域を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 久雄 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 河合 健一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 石田 英樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 靖久 愛知県豊田市緑ケ丘3丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 浅田 栄治 愛知県豊田市緑ケ丘3丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 成田 雄彦 愛知県名古屋市緑区鳴海町字長田75番地 の1 ソルダーコート株式会社内 (72)発明者 小島 広光 愛知県名古屋市緑区鳴海町字長田75番地 の1 ソルダーコート株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/363 B23K 35/22 - 35/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロジンおよび活性剤を含むクリームはん
    だ用フラックスにおいて、前記活性剤が前記フラックス
    全体に対する割合で、 ジフェニル酢酸とジエチルアミンの塩: 2.0〜2
    0.0wt% セバシン酸: 1.0〜1
    5.0wt%および ジフェニル酢酸: 2.0〜2
    0.0wt% からなることを特徴とするクリームはんだ用フラック
    ス。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のクリームはんだ用フラッ
    クスが、さらに8.0wt%以下のフタル酸および/また
    は12.0wt%以下の安息香酸を含んでいることを特徴
    とする請求項1記載のクリームはんだ用フラックス。
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