JP3722501B2

JP3722501B2 - ハンダ付け用フラックス

Info

Publication number: JP3722501B2
Application number: JP22333394A
Authority: JP
Inventors: 寛津田; 宏之竹内
Original assignee: 日本テルペン化学株式会社
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JPH0890284A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ハンダ付け用フラックスに関する。更に詳しくは、プリント配線板等へ電子部品等をハンダ付けする際に使用する、低温域でも濡れ性を有し、低残渣のハンダ付け用フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
接合金属を被接合金属にハンダ付けする場合、一般にフラックスが使用される。このフラックスは、被接合金属表面の酸化皮膜を除去し、表面張力を低下させて、ハンダの密着性を向上させることを目的としている。
フラックスは、ハンダ付け前に、被接合金属表面に塗布、浸漬等することによりフラックス皮膜を形成するために使用したり、予めハンダ微粒子とペースト状のフラックスとを混合して適度な粘度を持つよう加工したクリームハンダとして使用されている。
【０００３】
接合金属が電子部品のような非常に細かい部分であり、被接合金属がプリント配線板の導体部分である場合、そのハンダ付けにはクリームハンダが一般的に使用される。クリームハンダは、例えば、導体部分にクリームハンダをスクリーン印刷法等により塗布し、その上に電子部品のリードを設置して加熱し、次いでクリームハンダを溶融させてハンダ付けを行うというように使用されている。
【０００４】
上記従来のフラックスは、ロジン等のベース樹脂、ハロゲン化合物等の活性剤、チクソ剤、酸化防止剤等の機能性添加物、溶剤等の混合物からなっている。具体的には、特開平５−３９１号、特開平５−８０８１号、特開平５−４２３８８号、特開平５−６９１８９号、特開平５−１８５２８２号、特開平５−２３７６８８号、特開平５−３１８１６９号、特開平５−３１８１７６号、特開平５−３３７６８７号等に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年電子機器の小型化に伴い、プリント配線板の導体（被接合金属）部分の間隔は微細化している。それに伴いより高機能なフラックスが望まれている。
しかし、従来のフラックスに含まれているロジンは、ベース樹脂と活性剤の両方の機能を有しており、また、ハンダ付けの後に残渣が残りやすいという性質を有している。この残渣は絶縁不良の原因となったり、検査工程でのチェッカーピン検査の障害となることが指摘されている。
【０００６】
更に、ロジンのみでは金属表面の清浄効果が高くないので、活性剤としてハロゲン系化合物や有機アミンのハロゲン化水素を通常添加することにより清浄効果を高め、良好なハンダ付けを可能にしている。しかし、これら添加物の残渣は、金属表面を腐食したり、吸湿したりすることにより絶縁性を低下させる原因となっている。
【０００７】
従来、ハンダ付け後の残渣の洗浄のために、フロンやトリクレン等のハロゲン系溶剤を使用していたが、環境破壊の恐れがあるためその使用が困難になっている。そのため、ハンダ付け後の洗浄を行う必要のないフラックスが求められている。
また、別の問題として、ロジン系のフラックスは、所望の濡れ性を得たり及び蒸発させるために高温を付与する必要があったが、この高温付与は高密度に配置した精密な部品に悪影響を与えることが懸念されている。そのため、より低温でハンダ付けができるフラックスが求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を鑑み、鋭意検討の結果、従来エポキシ樹脂の硬化剤或いは農薬の原料として使用されていた１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物が、意外にもハンダ付け用フラックスとして有用であることを見いだし、本発明に至った。
【０００９】
かくして本発明によれば、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を主成分とすることを特徴とするハンダ付け用フラックスが提供される。
本発明のハンダ付け用フラックスは、家庭用或いは電子及び電機分野等の工業用のいずれの分野でも使用できる。特に、被接合金属がプリント配線板、接合金属が電子部品であり、この両者をハンダ付けする場合に効果を奏する。
【００１０】
本発明に使用される、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物（以下、ＩＭＡと称する）は、融点が約６０℃、沸点が１６０〜１８０℃／３Ｔｏｒｒの固体化合物であることが知られている。
上記ＩＭＡは、α−テルピネンと無水マレイン酸との付加反応により得ることができる。反応条件は、公知のディールス・アルダー反応に使用される条件をそのまま適用することができる。反応割合は、α−テルピネンに対して、無水マレイン酸を等モル量以上添加する必要がある。また必要に応じて反応系に、ｎ−ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン及びシクロヘキサン等の溶剤を添加してもよい。反応温度は、５０〜１５０℃、好ましくは７０〜１３０℃の範囲である。また、反応系に副反応を抑制するために、ハイドロキノン、メトキシキノン、キノン、ｐ−ｔ−ブチルカテコール、２，６−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等のラジカル禁止剤をα−テルピネンに対して０．０１〜２０重量％添加することが好ましい。
【００１１】
なお、α−テルピネンは、公知の方法で得ることができ、例えば、テレビン油の酸性条件下での異性化反応、α−ピネンを濃硫酸処理、α−ターピネオールのシュウ酸脱水、リナロール又はゲラニオールの濃ギ酸処理、サビネン，α−フェランドレン又はリモネンの希硫酸存在下での加熱処理等の種々の方法で得ることができる。α−テルピネンは、沸点が１７３〜１７５℃、比重（ｄ²⁰ ₄）が０．８３７である。このα−テルピネンは、工業的に入手可能である。しかしながら入手可能な製品は、α−テルピネンの純度が２０〜７０％であり、不純物としてテルピノーレン、３−ｐ−メンタジエン、１，４−ｐ−メンタジエン等の非共役二重結合を２個含む化合物を含有している。しかし、これら不純物は無水マレイン酸とディールス・アルダー反応しないので、ＩＭＡの製造にそのまま使用でき、得られた反応混合物を精製すれば所望の濃度のＩＭＡを得ることができる。なお、本発明において、α−テルピネン及びその異性体であるテルピノーレン、３−ｐ−メンタジエン、１，４−ｐ−メンタジエン等の非共役二重結合を２個含む化合物をｐ−メンタジエン類と総称する。
【００１２】
本発明における主成分とは、ＩＭＡを７０重量％以上含むことを意味する。７０重量％未満では、フラックス活性（酸化防止性、濡れ性等）が十分得られないので好ましくない。ここでＩＭＡは、α−テルピネンの純品と無水マレイン酸との反応混合物、又は、ｐ−メンタジエン類と無水マレイン酸との反応混合物をそのまま或いは減圧蒸留等の精製により所望の濃度で得ることができる。なお、ＩＭＡ以外に含まれている成分は、未反応α−テルピネン及び無水マレイン酸、ｐ−メンタジエン類、ｐ−メンタジエン類の重合体、少量の構造不明化合物等の反応副生成物が挙げられる。ここで、純粋なＩＭＡを本発明のフラックスとして使用しても、十分フラックス活性を有するが、前記反応副生成物を少量含むことで更に良好なフラックス活性を得られることが、実験結果から得られている。従って、本発明のフラックスは、ＩＭＡを７０〜９０重量％含むことが好ましく、更に８０〜９０重量％であることが好ましい。
【００１３】
また、精製を減圧蒸留で行う場合は、少なくとも１０５℃／３Ｔｏｒｒまでで留出する物質を取り除くことにより、ＩＭＡを主成分とする本発明のハンダ付け用フラックスが得られる。また、ＩＭＡの含有量が９０％のフラックスを所望する場合は、１６０〜１７５℃／３Ｔｏｒｒでの留出物を回収することで得ることができる。
【００１４】
本発明のＩＭＡからなるハンダ付け用フラックスはそのままでも十分使用できるが、本発明の目的を阻害しない範囲で、通常フラックスに配合される各種機能材料及び溶剤を添加してもよい。機能材料としては、酸化防止剤、活性剤、チクソ剤等が挙げられる。
酸化防止剤としては、２，６−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等が挙げられる。この酸化防止剤は、フラックス１００重量部に対して、例えば０．１〜１０重量部加えることができる。
【００１５】
活性剤としては、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、アニリン等のハロゲン化水素酸類、安息香酸、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、乳酸、ヒドロキシピバリン酸、ジメチロールプロピオン酸、クエン酸、リンゴ酸、グリセリン酸等の有機酸類、ジフェニルグアニジン、トリエタノールアミン等のアミン類が挙げられる。この活性剤は、フラックス１００重量部に対して、例えば０．１〜１０重量部加えることができる。
【００１６】
チクソ剤としては、ポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カスターワックス、高級脂肪酸アミド等が挙げられる。このチクソ剤は、フラックス１００重量部に対して、例えば１０〜１００重量部加えることができる。
溶剤としては、イソプロピルアルコール、ブチルカルビトール、ベンジルアルコール等のアルコール類、酢酸エチル等のエステル類、トルエン等の炭化水素類、メチルエチルケトン等のケトン類が挙げられる。この内、イソプロピルアルコールを使用することが好ましい。この溶剤は、フラックス１００重量部に対して、例えば１００〜１０００重量部加えることができる。
【００１７】
本発明のハンダ付け用フラックスは、プリント配線板の保護のためのプリフラックス、プリント配線板の保護のためのハンダメッキをする際に使用されるホットエアーレベラーフラックス、プリント配線板に部品を装着したのちリフローソルダリングする際に使用されるポストフラックス等いずれの用途にも使用できる。本発明のハンダ付け用フラックスの塗布法は、従来のロジン系フラックスにおいて使用される方法がそのまま使用でき、例えばスクリーン印刷法が挙げられる。
【００１８】
また、本発明のハンダ付け用フラックスは、ハンダ粉末を添加することにより、いわゆるクリームハンダとすることもできる。
ハンダ粉末としては、当該分野で通常使用されるハンダが使用でき、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系合金等からなるハンダが挙げられる。また、その形状は真球、不定型のいずれでもよい。更に、ハンダ粉末の粒径は、例えば２０〜６０μｍのものが使用できる。
【００１９】
クリームハンダ中に含まれる、ハンダ粉末の添加割合は、本発明のハンダ付け用フラックス１００重量部に対して、５００〜１０００重量部であり、特に８００〜９００重量部が好ましい。また、本発明の目的を阻害しない範囲で、他の機能材料及び溶媒を添加してもよい。
【００２０】
【作用】
本発明によれば、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を主成分とするので、従来のロジン系フラックスと比べると、ハンダの広がり率が良好で、より低温でハンダ付けでき、残渣の少ないハンダ付け用フラックスが得られる。
【００２１】
また、ハンダ付け用フラックス中の１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物の含有量が、７０〜９０重量％であることにより、更に残渣の少ないハンダ付け用フラックスが得られる。
更に、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を主成分とするフラックスが、ｐ−メンタジエン類と無水マレイン酸との反応混合物として簡便に得られる。
【００２２】
また、上記フラックスに溶剤としてイソプロピルアルコールを添加することにより、各種フラックスに使用できる。
【００２３】
【実施例】
製造例
無水マレイン酸７８３ｇとトルエン３００ｇを１２０℃まで加熱して溶解し、次いでｐ−メンタジエン混合物（α−テルピネン含有量３６．２％）３０００ｇを滴下した。同温度で６時間反応させ、微黄色で透明の粗反応油４０６１ｇを得た。
【００２４】
この粗反応油をクライゼン蒸留管を用いて減圧蒸留し、１０５℃／３Ｔｏｒｒまでで留出する成分を除去し、粘稠な液体である製品Ａを１６８１ｇ得た。この製品Ａは、ガスクロマトグラフ測定により、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を７２．４重量％含んでいた。なお、この製品Ａは放置すると固化した。
【００２５】
また、上記と同様にして得られた粗反応油２０００ｇをクライゼン蒸留管を用いて減圧蒸留し、１６０〜１７５℃／３Ｔｏｒｒで留出する成分を集め、６１３．２ｇの製品Ｂを得た。この製品Ｂは、ガスクロマトグラフ測定により、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を８９．０重量％含んでいた。
【００２６】
実施例１
本発明のハンダ付け用フラックスの濡れ性を測定するために、以下の方法により広がり試験を行った。
試験片として、表面をイソプロピルアルコールで洗浄した０．３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍの未処理銅板と、該未処理銅板を電気炉内で、１５０℃で１時間加熱することにより銅板の表面を酸化した酸化銅板を使用した。
【００２７】
試験に使用するハンダは、Ｈ６０Ａ−Ｗ１．６の糸状ハンダ（日本ゲンマ社製：比重８．５）を、直径３．２ｍｍの棒に巻き、その１ターンを使用した。この１ターンの重量は約２５０ｍｇであった。
上記試験片の上にハンダを置き、ハンダの環の中にロジン（ＷＷグレード：融点約１３０℃）及び上記製品Ａ及びＢを各５０ｍｇのせて加熱した。加熱にはホットプレートを使用し、その条件は、４分で２００℃まで加熱し、次いで電源を切り、放冷する場合、５分で２４０℃まで加熱し、次いで電源を切り、放冷する場合の２通り行った。
【００２８】
得られた各試料片についてＪＩＳ−Ｚ−３１９７に規定する方法でハンダの広がり率（％）を測定した。すなわち、ハンダの高さをＪＩＳ−Ｂ−７５０２に規定のマイクロメータを使用して測定し、下記式にしたがって算出した。
広がり率（％）＝（Ｄ−Ｈ）×１００／Ｄ
（式中、Ｄは試験に使用したハンダを球と見なしたときの直径（ｍｍ）を示し、Ｄ＝１．２４Ｖ^1/3により求めることができる。なお、Ｖは質量／比重である。また、Ｈは広がったハンダの高さ（ｍｍ）である。）
得られた結果を以下の表１に示した。なお広がり率が大きいほど濡れ性が良好であることを示している。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１から判るように、２４０℃において広がり率はロジンと同様の結果を示し、２００℃ではロジンより優れた広がり率を有し、従来の温度より低温でハンダ付けを行うことができることが判った。
実施例２
試験片として、表面をイソプロピルアルコールで洗浄した０．３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍの銅板を精秤し、その上に約５０ｍｇの試料（ロジン（ＷＷグレード：融点約１３０℃）及び上記製品Ａ及びＢ）を精秤して載せたものを使用した。この試験片をホットプレート上で、設定された温度まで加熱し、次いで電源を切り、放冷した。試験片上の試料の残渣量を測定し、残渣の減量を％で算出し、結果を図１に示した。図中○はロジン、△は製品Ａ、×は製品Ｂをそれぞれ示している。
【００３１】
図１から判るように、本発明のハンダ付け用フラックスは、２４０℃における減量はロジンと変わらない。しかしながら、２００℃における減量は、本発明の場合ほぼ１００％であるのに対して、ロジンは約２５％であり、従来の温度より低温で蒸発し、残渣の量を極めて少なくすることができることが判った。
実施例３
分析装置としてＳＳＣ５２００ＴＧ／ＤＴＡ３２０（セイコー電子工業製）を使用して、ロジン（ＷＷグレード：融点約１３０℃）及び上記製品Ａ及びＢの示差熱分析（ＤＴＡ）及び熱重量分析（ＴＧ）を行った。測定条件は、各試料を１０ｍｇ使用し、２００ｍｌ／分の気流下で、室温（３０℃）〜５００℃まで１０℃／分の昇温速度とした。得られた結果を図２に示した。図中○はロジン、△は製品Ａ、×は製品Ｂをそれぞれ示している。
【００３２】
図２から判るように、本発明のハンダ付け用フラックスは、ロジンに比べて低い温度で蒸発することから、ハンダ付けの際に残渣として残る量を極めて少なくすることができることが判った。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のハンダ付け用フラックスは、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を主成分とするので、ロジン系フラックスと比べて、低残渣であり、かつハンダの広がり率が良好である。またロジン系フラックスを用いた場合、ハンダ付けを完結させるには約２５０℃まで加熱する必要があったが、本発明のハンダ付け用フラックスは、沸点が低く、弱い昇華性を持つので、２００℃まででハンダ付けを完結させることができ、精密電子部品等に与える熱履歴を抑えることができる。更に、従来より低温でハンダ付けできるので、エネルギーコストも低減できる。また、本発明のハンダ付け用フラックスはそのままでも十分ハンダ付け活性を有するので、活性剤等を添加しなくても良い。低残渣であることから、チェッカーピンによるハンダ付けの検査が容易であり、無洗浄化フラックスを実現することができる。また、フラックス残渣により外観が汚れてみえることを防ぐことができるので、商品価値を確保することができる。更に、無洗浄化フラックスを提供できるので、使用が規制されている洗浄剤であるフロン等を使用する必要がない。
【００３４】
また、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を７０〜９０重量％含むことにより、更に残渣の少ないハンダ付け用フラックスを得ることができる。
更に、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を主成分とするフラックスは、ｐ−メンタジエン類と無水マレイン酸との反応混合物として簡便に得ることができる。
【００３５】
また、上記フラックスに溶剤としてイソプロピルアルコールを添加することにより、各種フラックスに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハンダ付け用フラックスとロジンの加熱減少量曲線を示すグラフである。
【図２】本発明のハンダ付け用フラックスとロジンの熱分析曲線（ＴＧ−ＤＴＡ）を示すグラフである。

Claims

１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を主成分とすることを特徴とするハンダ付け用フラックス。
１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を７０〜９０重量％含む請求項１のフラックス。
１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクタ−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物を主成分とするフラックスが、ｐ−メンタジエン類と無水マレイン酸との反応混合物からなる請求項１又は２のフラックス。
更に、溶剤としてイソプロピルアルコールが添加されてなる請求項１〜３いずれか１つのフラックス。