JP3148478B2 - はんだ付け用フラックス - Google Patents

はんだ付け用フラックス

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靖久 田中
栄治 浅田
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3489Composition of fluxes; Methods of application thereof; Other methods of activating the contact surfaces

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子回路基板などをは
んだ付けする際に使用することができる、はんだ付け用
フラックスに関する。
【0002】
【従来の技術】はんだ付け用フラックスとしては、基本
的には樹脂、溶剤および活性剤で構成される。このうち
樹脂は有機酸の誘導体であるロジンなどの天然樹脂が一
般に用いられている。また活性剤には各種酸類が用いら
れる。酸類としては、塩酸、臭化水素酸などの無機酸あ
るいは各種の有機酸類を使用することが知られている。
これらの酸類は、たとえば塩酸などのハロゲン化水素酸
の場合はアミンで中和して塩を形成させてこれを活性剤
とする方法がよくおこなわれている。しかしこの場合で
も、たとえば、特公昭63−17039号公報、特開平
4−228289号公報、特開平4−37497号公
報、あるいは特公平5−20197号公報に記載されて
いるように、フラックスのpHは3〜8に調整しており
弱酸性からほぼ中性の領域のフラックスを使用すること
が開示されている。
【0003】電子回路基板などのはんだ付けでは、フラ
ックスを予めはんだ粉末に混練したクリームはんだの使
用が増えている。しかし一般にフラックスは上記の酸性
の活性物質を含むため、大気開放下でははんだ表面の酸
化反応を促進して経時劣化を起こしやすい。クリームは
んだの経時劣化は、スクリーン印刷などでははんだの供
給作業の障害を招いたり、所望のはんだ付けができない
ことがある。
【0004】この解決策として、たとえば、特開昭63
−123592号公報では、塩酸系活性剤を含むフラッ
クスをゾル状とし、はんだ粉末に活性剤が接触するのを
抑制する提案がなされている。しかし、この方法では遊
離活性剤によるはんだ表面の化学反応を充分には防止で
きないという問題があった。また、特開平2−1750
94号公報では、クリームはんだに脂肪酸とアミンとの
化合物(塩)を添加することにより、印刷後に大気中に
放置されもはんだ付け性が確保できる旨の開示がなされ
ている。しかし。このクリームはんだを印刷間に大気中
に放置した場合には、短時間でクリームが固化し、正常
な印刷が出来ないという問題があった。
【0005】さらに、特開平3−94994号公報で
は、クリームはんだフラックスに特定のアミンを添加し
てphを6.1〜6.5とする提案がなされている。し
かし、この方法では、密封容器中での経時劣化は防止で
きても、大気開放下に経時劣化は容易に進行するという
問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、接触するはんだ材料と化学反応
を促進することがなく、大気開放下での経時劣化を長期
的に防止できるはんだ付け用フラックスとすることを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のはんだ付け用フ
ラックスは、樹脂、溶剤、活性剤を主成分とするはんだ
付けフラックスであって、該フラックスのpHが8を超
え11以下であることを特徴とする。本発明のはんだ付
け用フラックスは、通常のものと同様に樹脂、溶剤、活
性剤を主成分として形成されている。ここで使用される
活性剤は、活性を保持するため酸性物質の使用が不可欠
であり、中和された酸であってもその活性を保持するた
めに通常pH8以下の領域で使用されている。このため
はんだ合金とフラックスとの接触時間が長いクリームは
んだでは、はんだ合金の腐食が避けられず、経時変化が
起きやすい。
【0008】そこで本発明では作製されたフラックスに
塩基性成分を用いてpHを8〜11以下の領域の弱アル
カリ性に調整することにより、活性剤の活性を低下させ
ることなくはんだ合金の腐食を抑制して、はんだ付けを
容易におこなうことができる。これによりクリームはん
だでは、経時変化が抑制できる。フラックスのpHを調
整して8を超えるようにするとpHが8以下の場合に比
べて大気開放下での腐食反応を著しく抑制することがで
きる。またpHを11以下とすることによりフラックス
の活性を保持してはんだ付け性を確保することができ
る。
【0009】フラックスのpHを上記の範囲にするに
は、塩基性物質を添加する。この塩基性物質の種類は、
はんだ付け時の活性剤の作用を大きく損なわないもので
あれば使用できる。特にはんだ付けの温度で蒸発もしく
は分解しやすいものがものが好ましく、アミン類が好適
である。これらアミン類の添加によりフラックスのpH
を本発明の範囲内に調節するためには一般に10重量%
を超える添加が必要である。しかし、添加アミンの量が
増えると、相対的に活性剤の存在比率が低下してはんだ
広がり性に支障をきたすようになるため、できるかぎり
少ない量のアミン添加でpHを上昇できることが望まし
い。この観点から使用するアミンの種類は塩基性度が高
い脂肪族アミンが好ましい。
【0010】さらに脂肪族アミンのなかでもはんだ付け
の温度を大きく上回らない沸点を有するものが好まし
い。たとえば230℃付近ではんだ付けされるPb−S
n共晶はんだの場合にはヘキシルアミン(沸点130
℃)、オクチルアミン(沸点180℃)、ジ−2−エチ
ルヘキシルアミン(250℃)などを用いることができ
る。
【0011】本発明のpH範囲は、8を超え11である
が、pHが8未満の領域でははんだ合金の腐食抑制作用
が多少低く大気下でわずかに腐食がおきる。一方pH1
0.6を超えるとはんだ合金の腐食抑制効果は低下する
ことはないが、塩基性物質の量が多くなるため相対的に
活性剤の存在比率が低下してはんだ広がり性に支障が出
る場合がある。したがって、より好ましいpHの範囲は
8.1以上10.6以下である。この領域においては腐
食抑制作用とはんだの広がり性が両立した実用的なフラ
ックス組成となる。
【0012】フラックスに使用する活性剤の種類は特に
限定されないが、はんだ付け温度で揮発して残留しにく
く、かつ多少残留しても電気絶縁性に悪影響を及ぼさな
い有機酸またはその塩などが好ましい。たとえば、芳香
族カルボン酸、より具体的には安息香酸、サリチル酸、
フタル酸、ジフェニル酢酸など、あるいは脂肪族カルボ
ン酸、より具体的にはセバシン酸などが利用できる。
【0013】樹脂成分はロジン類で構成され、分子内に
カルボキシル基を有するものであればよく、たとえば、
天然ロジン、水添ロジン、重合ロジンなどが利用でき
る。溶剤としては、公知のグリコール類のジエチレング
リコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジ
エチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、イソプ
ロピルアルコールなどのアルコールが使用できる。
【0014】さらに、クリームはんだの場合には、ひま
し油などの油脂、チクソ剤などを添加することができ
る。その配合割合は特に限定されるものでなく、フラッ
クスの使用形態によって、通常用いられる配合割合がそ
のまま適用できる。本発明のフラックスは、クリームは
んだ用フラックスとして好適であるが、一般の液状フラ
ックス、やにいりはんだ用フラックスとしても使用する
ことができる。また、使用できるはんだ合金は、Pb−
Sn系共晶合金をはじめ、それらにAg、Au、In、
Sb、Biなどが添加された公知のはんだ合金に広く適
用することができる。
【0015】特にAg、In、Sbが添加されたはんだ
合金粉末では、腐食に伴う粉末の固着が起こり易いた
め、これと組み合わせて使用するフラックスはより高い
腐食抑制作用が必要である。本発明のフラックスはこの
種のはんだ合金との組合せにおいてその効果が大きい。
【0016】
【作用】本発明のはんだ付け用フラックスは、pHが7
を超え11以下の範囲に調整されているので、はんだ合
金と接触して大気下に放置されてもはんだ合金の腐食反
応の進行が抑制できる。特にクリームはんだなどのよう
にはんだ合金とフラックスが接触している場合のはんだ
の経時変化が抑制できる。その結果、腐食生成物による
クリームの固化が防止され印刷性が低下するまでの時間
を大幅にのばすことができる。また、フラックスに腐食
性が無いのでフラックス残渣の洗浄除去工程を省略する
ことが可能となる。
【0017】
【実施例】以下実施例により具体的に説明する。樹脂と
して重合ロジン30重量部、溶剤としてブチルカルビト
ール(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)15
重量部、活性剤として有機酸(フタル酸、安息香酸、セ
バシン酸、ジフェニル酢酸混合)35重量部、油脂とし
てひまし油20重量部をそれぞれ混合した後、150℃
で加熱溶解してベ−スフラックスを作製した。
【0018】
【表1】 * フラックスのはんだ付け性(広がり試験) ** クリームはんだの大気中放置により印刷ができな
くなるまでの時間 冷却後このベ−スフラックスのpHを測定したところ
5.5であった。なお、フラックスのpHの測定法はJ
IS−K2501「石油製品の中和値試験方法の中に規
定されている方法」に準拠した。〔具体的にはトルエン
50ml,イソプロピルアルコール49.5ml,水
0.5mlからなる混合溶液に、フラックス4gを溶解
してpH測定器で測定した。〕得られたベ−スフラック
スに塩基性物質のn−ヘキシルアミンを適量添加して攪
拌し、表1に示す各pH値のフラックス(実施例No.
1〜4および比較例No.11、12)を調整した。こ
の時必要としたアミン量を例示すると、実施例No.1
では17.1%、No.3で22.9%、比較例No.
11では14.3%であった。なお、比較例No.10
はpHの調整をおこなう前のpH5.5のベースフラッ
クスである。
【0019】作製した各フラックスをJIS Z319
7に基づき、はんだ広がり試験を実施し、広がり率が8
5%以上のものを良、85%未満のものを不良と判定し
た。結果を表1に示す。表1に示すように実施例の各試
料は良好なはんだ付け性(広がり率)を示した。比較例
No.12のフラックスではpHが11.2と高いので
はんだの広がり性が不良であった。
【0020】次にPb−Sn共晶組成のはんだ粉末を用
意し、その90重量部に対して各フラックスを10重量
部添加して混練し、クリームはんだを作製した。これを
メタルマスクとスキージを用いる通常の印刷の試料とし
た。この印刷工程で、印刷を中断して放置し、クリーム
の固化により印刷できなくなるまでの時間を測定した。
結果を印刷耐久時間として表1に示す。表からpH8以
下のフラックスを用いた比較例No.10およびNo.
11ではそれぞれ4時間、6時間後にクリームが固化
し、印刷が不可能になった。これに対して本実施例N
o.1、2、3のフラックスを用いたクリームでは24
時間あるいはそれ以上放置後も印刷は可能であり大幅な
印刷耐久性の向上が認められた。なお、比較例No.1
2のpHが11.2のフラックスを用いたクリームの印
刷耐久性は、本実施例No.2〜4と同じ48時間以上
であったが、はんだの広がり性に難が認められはんだ付
け性が充分でない。
【0021】次に実施例No.2および比較例No.1
0のクリームはんだを大気中にそれぞれ10時間放置し
た後、有機溶剤を用いてクリームはんだ中のフラックス
分を洗浄により除去してはんだを粉末状に戻した。この
はんだ粉末の表面状態を走査型電子顕微鏡で観察した。
結果を図1、図2の写真図に示す。写真図に示すように
本実施例のフラックスと混練されたはんだ粉末の表面は
何ら異常は認められなかった。一方、比較例10のpH
を調整しないフラックスを用いた場合は、はんだ粉末の
表面に図2に示すように激しい腐食痕が認められると共
にその腐食生成物によりはんだ粒子が固着している様子
が明瞭に観察された。
【0022】
【発明の効果】本発明のはんだ付け用フラックスでは、
大気開放下において、これと接触するはんだ合金の腐食
を効果的に抑制し、はんだ表面を長期にわたり初期の状
態に保つことができる。このフラックスをクリームはん
だに適用した場合、腐食生成物によるクリームの固化が
防止され、印刷性が低下する時間を大幅に延ばすことが
できる。またこのフラックスは、はんだ付け後も耐腐食
性が維持できるので、フラックス残渣の洗浄除去を省略
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例2のクリームはんだを10時間放置
後、フラックスを除去して粉末としそのはんだ粉末の粒
子構造の走査型電子顕微鏡写真図。
【図2】 比較例10のクリームはんだを10時間放置
後、フラックスを除去して粉末としそのはんだ粉末の粒
子構造の走査型電子顕微鏡写真図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 591283040 ソルダーコート株式会社 愛知県名古屋市緑区鳴海町字長田75番地 の1 (72)発明者 浜本 弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鈴木 憲一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 杉浦 元保 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 須藤 栄一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (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 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 中村 充男 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 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 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

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 樹脂、溶剤、活性剤を主成分とするはん
    だ付け用フラックスであって、該フラックスのpHが8
    を超え11以下であることを特徴とするはんだ付け用フ
    ラックス。
  2. 【請求項2】 活性剤が有機酸またはその塩であり、p
    H調整剤として塩基性物質が添加されている請求項1記
    載のはんだ付け用フラックス。
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