JP3513513B2 - 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に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)。
【0003】上記文献において、はんだ微粉末を構成す
る合金としては、Sn/Pb、Sn/Pb/Ag、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基合金が挙げられ、これ
らの合金をガス噴霧法ないし遠心噴霧法によって粉末化
して用いられている。一方、フラックスとしては、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。
【0004】ここで、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、はんだ粉末及び被接合金属表
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を考慮して
各種の活性剤及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。
【0005】例えば、特開昭63−278695号公報
においては、ジフェニル酢酸又はトリフェニル酢酸の活
性剤によって、はんだ付け性及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
け性及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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、クリームは
んだ付け後において、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。また、フラ
ックス残渣にヒビ・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る。このため一般的に
は、はんだ付け後に有機溶剤などによりフラックス残渣
を洗浄(例えば、クロロセン洗浄)、除去している。
【0007】上記はんだ付け後の洗浄において、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
は、少量の低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、はんだ付け時
間などでコスト面に大きな問題を招く。
【0008】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を防止し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。
【0009】さらに、フラックスに含まれる活性剤は、
活性を保持するため各種酸類の使用が不可欠であり通
常、フラックスのpHは7以下の酸性状態で使用されて
いる。このためはんだ合金粉末とフラックスとの混練物
であるクリームはんだでは、はんだ合金の腐食が起きや
すく、大気中に放置した場合には短時間でクリームはん
だが固化して正常なスクリーン印刷ができなくなるとい
う問題がある。
【0010】本発明の目的は、印刷性、はんだ付け性及
び保存性を確保しつつ、はんだ付け後の洗浄を行わずに
フラックス残渣が付着した状態でも腐食及び絶縁性低下
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。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のクリームはんだ用フラックスは、ロジン及び活性剤
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:2.0〜20.0wt%、 セバシン酸: 1.0〜15.0wt%、及び ジフェニル酢酸: 2.0〜20.0wt% を含みさらに、塩基性物質の添加により、pHが7を
越え、かつ、11以下に調整されていることを特徴とす
るものである。
【0012】フラックスのpHを上記範囲内とするに
、該フラックスに塩基性物質を添加することで達成さ
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
好ましくアミン類が好適である。さらにアミン類の中で
もはんだ付け温度を大きく上回らない沸点を有するもの
が好ましい。例えば230℃付近ではんだ付けされるP
b−Snはんだの場合には、ヘキシルアミン(沸点13
0℃)、オクチルアミン(沸点180℃)などを用いる
のが好ましい。
【0013】前記活性剤が、前記フラックス全体に対す
る割合で、さらに8.0wt%以下のフタル酸及び/又
は12.0wt%以下の安息香酸を含むことが好まし
い。上述のフラックスに、さらに−10℃以下の凝固点
を有する油脂を含有させることが好ましい。上記油脂と
しては、−10℃以下の凝固点を有するものであればよ
く、分子中に水酸基を多く有するひまし油が特に好まし
い。すなわち、ひまし油はその主成分がオキシ脂肪酸の
誘導体であり上記の要件を満たしている。
【0014】なお、油脂の凝固温度が−10℃を超えて
高い場合、はんだ付け後のフラックス残渣は低温環境下
で可塑性が乏しく割れ防止ができない。また、上述のフ
ラックスに、さらにロジンエステルを含有させることが
好ましい。上記ロジンエステルの種類としては、特に限
定されないが、ロジンと共にフラックスのベース成分を
構成し、さらに高い残渣割れ防止効果を得るという観点
からは、多価アルコールとアビエチン酸とのエステルを
採用することが特に好ましい。
【0015】
【作用】本発明は、基本的には、(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、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、及び(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。
【0016】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。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、15.0wt%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。
【0017】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、
20.0wt%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。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、20.0wt%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。
【0018】フタル酸及び安息香酸は共にカルボキシル
基を有し、はんだ付け性及び印刷性を向上させる働きが
ある。しかし、フタル酸が8.0wt%を越え、また安
息香酸が12.0wt%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、はんだ付け性及び印刷
性をより一層高めることができる。また、本発明におい
て、フラックスのpHを7を越え、かつ、11以下に調
整するのは以下の理由による。
【0019】すなわち、フラックスのpHが7以下の領
域では、はんだ合金の腐食抑制作用が乏しく、大気下で
腐食が起きる。一方、フラックスのpHが11を越える
と、はんだ合金の腐食抑制作用は低下することはない
が、塩基性物質が多くなるため相対的に活性剤の存在比
率が下がり、はんだの広がり性が低下する。よってフラ
ックスのpHが上記範囲内であれば、特に腐食抑制作用
とはんだ広がり性を両立させることができる。
【0020】したがって、フラックスのpHを上記範囲
とすることにより、クリームはんだ中におけるはんだ粉
末の腐食を抑制でき、その結果腐食生成物によるクリー
ム固化が防止されるので、スクリーン印刷が不可能にな
るまでの時間を大幅に伸ばすことができる。さらに、は
んだ付け後において、フラックス残渣によるはんだ付け
部の腐食も防止することができる。なお、pH値のより
好ましい範囲は、8を超え11以下である。
【0021】上述のフラックスに、さらに−10℃以下
の凝固点を有する油脂を含有させた場合には、はんだ付
け後のフラックス残渣が−40℃の低温下でも可塑性を
有するので、低温下に放置した場合でも割れや、剥離な
どの発生が防止できる。その結果、フラックス残渣の割
れ部分等に結露ができることが防止されるので、電子回
路の絶縁性が低下することを防ぐことができる。
【0022】また、はんだ付けの際の熱によりロジンの
カルボキシル基と油脂の水酸基との間で部分的なエステ
ル化反応が進行し、特にその反応はフラックス層の表面
部で起こりやすいため、残渣表面部での乾燥度が高く、
導電性異物の付着による回路トラブルを回避することが
できる。さらに、上記油脂はチクソ剤として作用するの
で、印刷性を向上させることができる。
【0023】上述のフラックスに、さらにロジンエステ
ルを含有させた場合には、以下に示す作用を奏する。上
記の様にカルボキシル基を有するロジンに油脂を添加し
た場合、低温放置での残渣割れは顕著に抑制できるが、
冷熱を繰り返し加えられる環境下では上記の効果を充分
発揮せず残渣割れが発生する場合がある。これは冷熱の
繰り返しによりカルボキシル基を有するロジンと油脂と
の間でエステル化反応が過度に進行したためである。こ
のエステル化反応の過度な進行は、カルボキシル基を有
するロジンの一部をカルボキシル基をもたないロジン、
つまり、予めエステル化されたロジンで置換し、冷熱の
繰り返しによっても特性が変化しない組成とすることに
より抑制できる。
【0024】したがって、上述のフラックスに、さらに
ロジンエステルを含有させた場合には、冷熱を繰り返し
加えられる環境下においても、残渣割れを効果的に防止
することができる。そして、上記ロジンエステルとし
て、多価アルコールとアビエチン酸のエステルを採用し
た場合には、残渣割れ防止の効果が大きい。
【0025】
【実施例】以下、本発明の実施例態様及び比較例によっ
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ーPb37の共晶はんだ合金 ロジン: 重合ロジン 溶剤: ブチルカルビトール 塩基性物質: n−ヘキシルアミン 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 油脂: ひまし油 ロジンエステル: 多価アルコールとアビエチン酸のエステル そして、表1に示す組成比のフラックス試料No.1〜
25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No.1〜5及び14〜20が本発
明に係るフラックスであり、試料No.6〜13及び2
1〜24が比較例のフラックスである。
【0026】製造したクリームはんだの印刷性、はんだ
付け性、絶縁性、耐久性及び残渣割れについて調べ、そ
の結果を表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】はんだの印刷性は、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
どの総称であり、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。
【0029】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、はんだ粉末同士が溶融合
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90
°以上の場合である。
【0030】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。
【0031】耐久性は、クレームはんだ製造後7日後に
上記印刷性の試験を行って評価し、ローリング性とダレ
性が良好な場合を「○」とし、不良の場合を「×」とし
た。残渣割れは、−30℃と80℃に各々30分ずつ保
持する加熱パターンで、100サイクルの冷熱サイクル
試験をすることにより評価し、残渣に割れが発生しない
場合を「○」とし、残渣に割れが発生した場合を「△」
とした。
【0032】表1からわかるように、本発明に係るフラ
ックスは、印刷性、はんだ付け性、絶縁性及び耐久性が
いずれも良好であった。特に−10℃以下の凝固点を有
する油脂を添加した試料No.17のフラックス、ロジ
ンエステルを添加した試料No.18のフラックス、及
び上記油脂及びロジンエステルを添加した試料No.1
9、20のフラックスは、残渣割れも観察されなかっ
た。
【0033】一方、ジフェニル酢酸とジエチルアミンの
塩の添加量が本発明の範囲よりも少なく、かつ、pHが
本発明の範囲よりも大きい試料No.6のフラックスは
印刷性、はんだ付け性及び耐久性が低下し、該添加量が
本発明の範囲よりも多く、かつ、pHが本発明の範囲よ
りも大きい試料No.7のフラックスは印刷性及び絶縁
性が低下した。
【0034】また、セバシン酸の添加量が本発明の範囲
よりも少なく、かつ、pHが本発明の範囲よりも大きい
試料No.8のフラックスははんだ付け性が低下し、該
添加量が本発明の範囲よりも多く、かつ、pHが本発明
の範囲よりも小さい試料No.9のフラックスは印刷
性、絶縁性及び耐久性が低下した。また、ジフェニル酢
酸の添加量が本発明の範囲より少なく、かつ、pHが本
発明の範囲より小さい試料No.10のフラックスは印
刷性、はんだ付け性及び耐久性が低下し、ジフェニル酢
酸の添加量が本発明の範囲よりも多く、かつ、pHが本
発明の範囲よりも小さい試料No.11のフラックスは
耐久性が低下した。
【0035】また、セバシン酸の添加量が本発明の範囲
よりも多く、かつ、ジフェニル酢酸の添加量が本発明の
範囲よりも多く、かつ、pHが本発明の範囲よりも小さ
い試料No.12のフラックスは印刷性、絶縁性及び耐
久性が低下した。また、pHが本発明の範囲よりも大き
い試料No.13のフラックスは、印刷性及びはんだ付
け性が低下した。
【0036】さらに、油脂及びロジンエステルを添加し
ていても、セバシン酸の添加量が本発明の範囲よりも少
なく、かつ、pHが本発明の範囲よりも小さい試料N
o.21のフラックスははんだ付け性及び耐久性が低下
した。また、油脂及びロジンエステルを添加していて
も、pHが本発明の範囲よりも小さい試料No.22の
フラックスは印刷性、はんだ付け性及び耐久性が低下し
た。さらに、油脂及びロジンエステルを添加していて
も、ジフェニル酢酸の添加量が本発明の範囲よりも多
く、かつ、pHが本発明の範囲よりも小さい試料No.
23のフラックスは印刷性、絶縁性及び耐久性が低下し
た。
【0037】さらに、油脂及びロジンエステルを添加し
ていても、pHが本発明の範囲よりも小さい試料No.
24のフラックスは、印刷性、はんだ付け性及び耐久性
が低下した。さらにまた、pHが本発明の範囲にあるフ
ラックスを用いたクリームはんだは、大気中に72時間
放置しても、腐食、固化することもなく、保存性も良好
なものであった。
【0038】なお、比較例として、活性剤にアジピン酸
又はトリエタノールアミンを用いて、表2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。
【0039】
【表2】 アジピン酸は水への溶解度が大きく、試料No.26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
点及び沸点が高く、試料No.27のクリームはんだで
はトリエタノールアミンが残渣中に残るため、絶縁性が
悪く(NG)、この場合にも洗浄を必要とする。
【0040】また、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及び上記比較例に係る活性剤に用い
られている化合物の物性値を表3に示す。
【0041】
【表3】 **…無水フタル酸 また、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5
0℃までは不活性である。
【0042】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。なお、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。また、本実施例のクリームはんだに、粘性を調整す
る目的で、硬化ひまし油等の粘性剤を添加してもよい。
【0043】
【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、絶縁性及び保存性を確保し
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。
【0044】また、フラックスのpHが特定範囲とされ
ているので、はんだ付け前及び後において腐食を効果的
に抑制できるので、スクリーン印刷が不可能になるまで
の時間を大幅に伸ばすことができるとともに、残渣割れ
やはんだ付け部の腐食が防止された良好な回路基板等の
作製が可能となる。さらに、上述のフラックスに、さら
に−10℃以下の凝固点を有する油脂を含有させた場合
には、はんだ付け後のフラックス残渣の割れや剥離など
の発生、及び導電性異物の付着を防止でき、これにより
回路トラブルを回避できるとともに、油脂のチクソ剤と
しての作用により印刷性を向上させることができる。
【0045】さらにまた、上述のフラックスにさらにロ
ジンエステルを含有させた場合には、冷熱を繰り返し加
えられる環境下においても、残渣割れを効果的に防止し
て回路トラブルを回避することができる。さらにまた、
上記ロジンエステルとして、多価アルコールとアビエチ
ン酸のエステルを採用した場合には、残渣割れの防止効
果が特に優れている。
【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 小野 博信 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 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 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 (56)参考文献 特開 平5−169289(JP,A) 特開 平4−37497(JP,A) 特公 昭63−17039(JP,B1) 特許3137477(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/36 - 35/368

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロジン及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:2.0〜20.0wt%、 セバシン酸: 1.0〜15.0wt%、及び ジフェニル酢酸: 2.0〜20.0wt% を含み さらに、塩基性物質の添加により、pHが7を越え、か
    つ、11以下に調整されてい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】 前記活性剤が、前記フラックス全体に対
    する割合で、さらに8.0wt%以下のフタル酸及び/
    又は12.0wt%以下の安息香酸を含むことを特徴と
    する請求項1記載のクリームはんだ用フラックス。
  3. 【請求項3】さらに−10℃以下の凝固点を有する油脂
    を含有することを特徴とする請求項1又は2記載のクリ
    ームはんだ用フラックス。
  4. 【請求項4】さらにロジンエステルを含有することを特
    徴とする請求項1、2又は3記載のクリームはんだ用フ
    ラックス。
  5. 【請求項5】前記ロジンエステルは、多価アルコールと
    アビエチン酸とのエステルであることを特徴とする請求
    記載のクリームはんだ用フラックス。
  6. 【請求項6】前記塩基性物質はヘキシルアミン又はオク
    チルアミンであることを特徴とする請求項1、2、3
    4又は5記載のクリームはんだ用フラックス。
  7. 【請求項7】pHが8を超え、かつ、11以下に調整さ
    れていることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又
    は6記載のクリームはんだ用フラックス。
JP33316593A 1993-12-27 1993-12-27 クリームはんだ用フラックス Expired - Lifetime JP3513513B2 (ja)

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