JP4043620B2

JP4043620B2 - はんだ用フラックス

Info

Publication number: JP4043620B2
Application number: JP32448898A
Authority: JP
Inventors: 直孝井川; 嘉明田中
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: JP2000135592A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソルダペ−スト、やに入りはんだ、ポストフラックスに使用するはんだ用フラックスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
はんだ付けにおいて、フラックスの使用は不可欠であり、▲１▼母材の酸化膜の除去、▲２▼母材や溶融はんだ表面への酸化防止膜の被覆、▲３▼溶融はんだの界面張力の減少による濡れ促進、▲４▼はんだ付け性の改善等の機能を奏する。
上記の機能をロジンの単一成分で充足させることは難しく、通常一種または二種以上の活性剤を添加している。
従来、はんだには伝統的にＳｎ−Ｐｂはんだが使用され、そのフラックスにはジエチルアミン塩酸塩やシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩等の第１級アミン及び第２級アミンの塩酸塩や臭化水素酸塩が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近来、廃棄した電子機器からの溶出鉛が生態系に及ぼす悪影響や環境汚染が重視され、従来のＰｂ系はんだからＰｂフリ−はんだへの転換が進められている。
而るに、上記Ｓｎ−Ｐｂはんだ用フラックスは鉛フリ−はんだには適さず、鉛フリ−はんだ用フラックスの開発が要請されている。
【０００４】
かかる現況下、本発明者等が鋭意検討した結果、第４級アンモニウムや第４級ホスホニウムのヨウ素塩をフラックスの活性剤とすれば、Ｓｎを主成分とする鉛フリ−はんだに対し優れた濡れ性、広がり性、耐腐食性を保証できることを知った。
従来、はんだ用フラックスの活性剤として第４級アンモニウムの塩素塩や臭素塩を使用することが提示されており（特開平３−１８０２９６号、特開平４−２５１６９２号、特開平１０−９９９９１号）、特に、特開平１０−９９９９１号には、Ｓｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｚｎ系の鉛フリ−はんだに対する有効性が開示されている。
【０００５】
しかしながら、本発明者等のこれら活性剤についての検討結果によれば、耐腐食性が不充分である。
はんだ用フラックスの耐腐食性は、フラックス残渣の活性のためにはんだ付け部が腐食する程度を評価する特性であり、耐腐食性に劣るフラックスでははんだ付け後での洗浄をそれだけ厳重に行う必要があり、かかる重洗浄のもとではフロンや揮発性有機物によるオゾン層破壊や大気汚染等の環境破壊が招来され、はんだの鉛フリ−化による環境保全の意義が相殺されてしまう。
【０００６】
而して、第４級アンモニウムのハロゲン塩のうち、特にヨウ素塩を活性剤とするフラックスがＳｎを主成分とする鉛フリ−はんだに対し優れた耐腐食性を発現する事実の技術的意義は極めて大である。
【０００７】
本発明の目的は、上記の知見に基づき、第４級アンモニウムのヨウ素塩、３箇のハロゲン原子のうち少なくとも一箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムのヨウ素塩をＳｎを主成分とする鉛フリ−はんだのフラックスの主に活性剤として使用することにより、当該鉛フリ−はんだを用いたはんだ付けの優れた作業性や耐腐食性を保証することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るはんだ用フラックスは、Ｓｎを主成分とするＰｂフリ−はんだのはんだ付けに使用するフラックスであり、第４級アンモニウムモノヨ−ジド、３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムモノヨ−ジドを含有することを特徴とする構成であり、第４級アンモニウムモノヨ−ジドとしてはテトラプロピルアンモニウムヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムヨ−ジド、テトラペンチルアンモニウムヨ−ジド、テトラヘキシルアンモニウムヨ−ジド、テトラヘプチルアンモニウムヨ−ジド、エチルトリプロピルアンモニウムヨ−ジド、トリメチルベンジルアンモニウムヨ−ジド、トリエチルベンジルアンモニウムヨ−ジド、レピジンイソアミルヨ−ジドの何れか一種または二種以上を使用でき、３箇のハロゲン原子のうち少なくとも一箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドとしてはテトラブチルアンモニウムトリヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムブロモジヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムジブロモヨ−ジドの何れか一種または二種以上を使用でき、第４級ホスホニウムモノヨ−ジドとしてはメチルトリフェニルホスホニウムヨ−ジドを使用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るはんだ用フラックスは、Ｓｎを主成分とし鉛が０．１重量％以下の鉛フリ−はんだ、例えばＳｎ−Ａｇ系はんだを使用してのはんだ付けに使用され、ソルダペ−スト（クリ−ムはんだ）のフラックス、やに入りはんだのフラックス、フロ−法や鏝はんだ付けに使用されるポストフラックスとして用いることができる。
【００１１】
本発明に係るはんだ用フラックスの組成は、重合ロジン，水添ロジン，天然ロジン，不均化ロジン等の有機樹脂と上記第４級アンモニウムモノヨ−ジド，３箇のハロゲン原子のうち少なくとも一箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムモノヨ−ジドの何れか一種または二種以上からなる活性剤（以下、主活性剤と称することがある）を基本成分とし、上記した用途に応じチキソ剤例えば水添ヒマシ油，高級脂肪酸アミドや有機溶剤例えばヘキシレングリコ−ル，オクチレングリコ−ル，ブチルカルビト−ル，ブチルセロソルブ，ヘキシルセロソルブ，ジブチルカルビト−ル，ベンジルセルソルブ，プロピレングリコ−ル，ジプロピレングリコ−ル，プロピレングリコ−ルモノフェニルエ−テル，ブチルカルビト−ルアセテ−ト等のグリコ−ル系溶剤やイソプロピルアルコ−ル，α・テレピネオ−ル，ベンジルアルコ−ル等のアルコ−ル系溶剤等が添加される。
【００１２】
また、汎用の活性剤、例えばアジピン酸，セバシン酸，コハク酸，パルミチン酸，ミリスチン酸，カプリン酸，ベンジル酸，アントラニル酸，ジグリコ−ル酸等の有機酸、シクロヘキシルアミン，ヘキシルアミン，ジエタノ−ルアミン，ジエタノ−ル，トリエタノ−ルアミン，ジフェニルグアニジン，ピコリン，ルチジン，ピペリジン等のアミン類のハロゲン化水素酸塩、ジブロモブテンジオ−ル，１，１，２，２−テトラブロモエタン，２，３−ジブロモコハク酸，モノブロモプロピオン等の有機ハロゲン化合物等を補助的に添加することもできる。
【００１３】
上記第４級アンモニウムモノヨ−ジド，３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムモノヨ−ジドの何れか一種または二種以上からなる活性剤の添加量は分子量と１分子中のハロゲンの箇数に応じ有機樹脂１００重量部に対し０．１〜１５重量部とされる。
【００１４】
上記ソルダペ−ストのフラックスの組成は、有機樹脂３０〜６０重量％、チキソ剤３〜２０重量％、主活性剤０．１〜１０．０重量％、補助活性剤０〜５．０重量％、残部溶剤とすることができ、ソルダペ−ストの組成は、Ｓｎを主成分とする鉛フリ−の粉末はんだに対しフラックスの割合を８〜２０重量％とすることができる。
【００１５】
上記やに入りはんだのフラックスの組成は、主活性剤０．１〜１５．０重量％、補助活性剤０〜１０．０重量％、残部有機樹脂とすることができ、やに入りはんだの組成は、Ｓｎを主成分とする鉛フリ−のはんだに対しフラックスの割合を１〜５重量％とすることができる。
【００１６】
上記ポストフラックスの組成は、有機樹脂５〜４０重量％、主活性剤０．１〜１０．０重量％、補助活性剤０〜１０．０重量％、残部溶剤とすることができる。
【００１７】
【実施例】
実施例１〜６及び比較例１〜８はソルダペ−ストについての実施例とその比較例である。
〔実施例１〕
有機樹脂として重合ロジン５０重量％、チキソ剤として水添ヒマシ油７重量％、主活性剤としてテトラブチルアンモニウムヨ−ジド０．８重量％、補助活性剤としてアジピン酸０．３重量％とジブロモブテンジオ−ル０．５重量％、残部のヘキシレングリコ−ルを混合して本発明に係るフラックスを調製した。
このフラックスとＳｎ９６．５／Ａｇの鉛フリ−はんだ粉末（粒径４５〜２５μｍ）とをフラックス含有量１０．７重量％で混練してソルダペ−ストを得た。
【００１８】
〔実施例２〜６〕
実施例１に対し、主活性剤を表１に示すように別の第４級アンモニウムモノヨ−ジド，３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムモノヨ−ジドに変更した以外、実施例１と同様にして本発明に係るフラックスを調製した。また、それぞれのフラックスを用い実施例１と同様にしてソルダペ−ストを得た。
【００１９】
〔比較例１及び２〕
実施例１及び２のフラックスの鉛系はんだに対する有効性を評価するために、実施例１及び２に対し、はんだ粉末をＳｎ６３／Ｐｂはんだ粉末に変更した（はんだに対するフラックスの体積割合は実施例１及び２に等しくしたが、はんだ粉末の比重の相違のためにフラックスの含有重量％が実施例１及び２とはやや異なっている）。
【００２０】
〔比較例３及び４〕
実施例１のフラックスの主活性剤であるテトラブチルアンモニウムのヨウ素塩を塩素塩及び臭素塩に置換した場合の有効性を評価するために、主活性剤をテトラブチルアンモニウムクロリド及びテトラブチルアンモニウムブロミドに変更して表１に示す通りの組成のフラックスを調製し、実施例と同様にして各フラックスとＳｎ９６．５／Ａｇの鉛フリ−はんだ粉末（粒径４５〜２５μｍ）とをフラックス含有量１０．７重量％で混練してソルダペ−ストを得た。
【００２１】
〔比較例５及び６〕
実施例２のフラックスの主活性剤であるトリメチルベンジルアンモニウムのヨウ素塩を塩素塩及び臭素塩に置換した場合の有効性を評価するために、主活性剤をトリメチルベンジルアンモニウムクロリド及びトリメチルベンジルアンモニウムブロミドに変更して表１に示す通りの組成のフラックスを調製し、実施例１〜６と同様にして各フラックスとＳｎ９６．５／Ａｇの鉛フリ−はんだ粉末（粒径４５〜２５μｍ）とをフラックス含有量１０．７重量％で混練してソルダペ−ストを得た。
【００２２】
〔比較例７〕
従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだ用フラックスの鉛フリ−はんだに対する有効性を評価するために表１に示す通りの組成の通常のフラックスを調製し、実施例１〜６と同様にしてフラックスとＳｎ９６．５／Ａｇの鉛フリ−はんだ粉末（粒径４５〜２５μｍ）とをフラックス含有量１０．７重量％で混練してソルダペ−ストを得た。
【００２３】
【表１】

【００２４】
これらの実施例品１〜６及び比較例品１〜７のフラックスを評価するために次の試験を行った。
〔ソルダペ−ストの濡れ性・ソルダボ−ル試験〕
ソルダペ−ストをメタルマスクを用いて印刷したのち、リフロ−法ではんだ付けを行い、濡れの状態及びソルダボ−ルの発生状態を観察した。
非常に良好な濡れを◎、良好な濡れを○、劣る濡れを△、非常に劣る濡れを×と評価し、ソルダボ−ル発生の全く無いものを◎、やや発生したものを○、多く発生したものを△、非常に多く発生したものを×と評価した。
【００２５】
〔ソルダペ−ストの広がり試験〕
ＪＩＳＺ３１９７はんだ付用樹脂系フラックス試験方法６．１０広がり試験に準拠して広がり率を測定した。ただし、実施例１〜６及び比較例３〜７のはんだ粉末にＳｎ９６．５／Ａｇの鉛フリ−はんだ粉末を使用したものでは、実際のリフロ−温度を考慮して加熱温度を２５０℃とした。
【００２６】
〔ソルダペ−ストの腐食性試験〕
ＪＩＳＺ３２８４付属書４フラックス残渣の腐食性試験に準じて試験した。ただし、実施例１〜６及び比較例３〜７のはんだ粉末にＳｎ９６．５／Ａｇの鉛フリ−はんだ粉末を使用したものでは、実際のリフロ−温度を考慮して加熱温度を２５０℃とした。
腐食が非常に軽度のものを◎、軽度のものを○、やや重度のものを△、重度のものを×と評価した。
【００２７】
表２は、実施例品１〜６及び比較例品１〜７のフラックスの評価結果を示している。
【００２８】
【表２】

【００２９】
この評価結果から次のことが明らかである。
（１）第４級アンモニウムのヨウ素塩，３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムのヨウ素塩を主活性剤とする実施例１〜６のフラックスは鉛フリ−はんだに対しては全ての評価試験に合格しており、鉛フリ−はんだに好適なフラックスである。しかし、比較例１及び２の評価結果から鉛系はんだにはソルダボ−ル試験や濡れ性試験に不合格であり、前記適格性は鉛フリ−はんだに対する固有の適性である。
【００３０】
（２）第４級アンモニウムのヨウ素塩，３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムのヨウ素塩を主活性剤とする実施例１〜６のフラックスは鉛フリ−はんだに対して著しく優れた耐腐食性を呈するが、そのヨウ素塩を塩素塩や臭素塩に置換した比較例３〜６のフラックスの鉛フリ−はんだに対する耐腐食性が劣っている。
従って、本発明に係るはんだ用フラックスは鉛フリ−はんだに対し、優れた濡れ性や広がり性のみならず従来の「第４級アンモニウムの塩素塩や臭素塩を主活性剤とするフラックス」では期待できない優れた耐腐食性を保証できる。
【００３１】
実施例７と８及び比較例８〜１１はやに入りはんだについての実施例とその比較例である。
〔実施例７〕
表３に示すように、主活性剤としてテトラブチルアンモニウムヨ−ジド１．０重量％、補助活性剤としてアジピン酸０．３重量％、残部が有機樹脂としての重合ロジンを混合して本発明に係るフラックスを調製した。
Ｓｎ９５．８／Ａｇ３．５／Ｃｕ０．７の鉛フリ−はんだの中空孔にフラックスを充填し線引きしてフラックス含有量２．０重量％のやに入りはんだを作成した。
【００３２】
〔実施例８〕
表３に示すように、主活性剤としてテトラブチルアンモニウムヨ−ジド０．５重量％、補助活性剤としてアジピン酸０．３重量％とシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩０．３重量％、残部が有機樹脂としての重合ロジンを混合して本発明に係るフラックスを調製し、このフラックスを用いて実施例７と同様にしてやに入りはんだを作成した。
【００３３】
〔比較例８及び９〕
実施例７のフラックスの主活性剤であるテトラブチルアンモニウムのヨウ素塩の有効性を評価するために、主活性剤をテトラブチルアンモニウムブロミド及びトリメチルベンジルアンモニウムクロリドに変更して表３に示す通りの組成のフラックスを調製し、各フラックスを用いて実施例８と同様にしてやに入りはんだを作成した。
【００３４】
〔比較例１０〕
従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだ用フラックスの鉛フリ−はんだに対する有効性を評価するために表３に示す通りの組成のフラックスを調製し、このフラックスを用いて実施例８と同様にしてやに入りはんだを作成した。
【００３５】
〔比較例１１〕
実施例７のフラックスの鉛系はんだに対する有効性を評価するために、表３に示す通り実施例７のフラックスとＳｎ６０／Ｐｂの鉛系はんだを用い実施例７と同様にしてやに入りはんだを作成した。
【００３６】
【表３】

【００３７】
これらの実施例品７と８及び比較例品８〜１１のフラックスを評価するために次の試験を行った。
【００３８】
〔やに入りはんだの広がり試験〕
ＪＩＳＺ３１９７はんだ付用樹脂系フラックス試験方法６．１０広がり試験に準拠して広がり率を測定した。ただし、実施例７と８及び比較例８〜１０のはんだにＳｎ９５．８／Ａｇ３．５／Ｃｕ０．７の鉛フリ−はんだを使用したものでは、実際のリフロ−温度を考慮して加熱温度を２５０℃とした。
【００３９】
〔やに入りはんだの腐食性腐食性試験〕
ＪＩＳＺ３１９７はんだ付用樹脂系フラックス試験方法６．６．１銅板腐食試験に準じて試験した。ただし、実施例７と８及び比較例８〜１０のはんだにＳｎ９５．８／Ａｇ３．５／Ｃｕ０．７の鉛フリ−はんだを使用したものでは、実際のリフロ−温度を考慮して加熱温度を２５０℃とした。
腐食が非常に軽度のものを◎、軽度のものを○、やや重度のものを△、重度のものを×と評価した。
【００４０】
表４は、実施例品７と８及び比較例品８〜１１のフラックスの評価結果を示している。
【００４１】
【表４】

【００４２】
この評価結果から次のことが明らかである。
すなわち、第４級アンモニウムのヨウ素塩を主活性剤とする実施例７と８のフラックスは鉛フリ−はんだに対しては耐腐食性及び広がりとも、比較例８と９の主活性剤が第４級アンモニウムの塩素塩及び臭素塩のものに較べて優れており、鉛フリ−のやに入りはんだのフラックスとして好適である。３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムのヨウ素塩を主活性剤とする場合にも、適格であることは前記ソルダペ−ストの適格性から類推できる。
【００４３】
実施例９〜１１及び比較例１２はポストフラックスについての実施例とその比較例である。
〔実施例９〜１１〕
活性剤に表５に示す第４級アンモニウムモノヨ−ジド，３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムモノヨ−ジドを使用し、表５に示すように樹脂と溶剤と活性剤とで本発明に係るフラックスを調製した。
広がり試験及び腐食性試験に用いるはんだはＳｎ９０／Ｂｉ７．５／Ａｇ２．０／Ｃｕ０．５の鉛フリ−はんだとした。
【００４４】
〔比較例１２〕
実施例１０のフラックスの主活性剤であるテトラプロピルアンモニウムのヨウ素塩を評価するために、主活性剤をテトラブチルアンモニウムブロミドに変更して表５に示す通りの組成のフラックスを調製した。
【００４５】
【表５】

【００４６】
これらの実施例品９〜１１及び比較例品１２とフラックスを評価するために次の試験を行った。
【００４７】
〔ポストフラックスの広がり試験〕
ＪＩＳＺ３１９７はんだ付用樹脂系フラックス試験方法６．１０広がり試験に準拠して広がり率を測定した。
【００４８】
〔ポストフラックスの腐食性試験〕
ＪＩＳＺ３１９７はんだ付用樹脂系フラックス試験方法６．６．１銅板腐食試験に準じて試験した。ただし、腐食の結果を顕著にするために試験片は研磨を行わず、ソルダペ−ストの評価方法と同様な方法でエッチングを行った。
腐食が非常に軽度のものを◎、軽度のものを○、やや重度のものを△、重度のものを×と評価した。
【００４９】
表６は、実施例品９〜１１及び比較例品１２のフラックスの評価結果を示している。
【００５０】
【表６】

【００５１】
この評価結果から次のことが明らかである。
すなわち、第４級アンモニウムのヨウ素塩を主活性剤とする実施例９〜１１のフラックスは鉛フリ−はんだに対しては耐腐食性及び広がりとも、比較例１２の主活性剤が第４級アンモニウムの臭素塩のものに較べて優れており、鉛フリ−はんだのポストフラックスとして好適である。３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドまたは第４級ホスホニウムのヨウ素塩を主活性剤とする場合にも、適格であることは前記ソルダペ−ストの適格性から類推できる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係るフラックスを使用すれば、鉛フリ−はんだを用いる場合に従来のフラックスを用いるときよりも、優れたはんだ付け性、作業性、耐腐食性ではんだ付けでき、はんだの鉛フリ−化の促進に極めて有用である。

Claims

Ｓｎを主成分とするＰｂフリ−はんだのはんだ付けに使用するフラックスであり、活性剤として第４級アンモニウムモノヨ−ジドを含有することを特徴とするはんだ用フラックス。
Ｓｎを主成分とするＰｂフリ−はんだのはんだ付けに使用するフラックスであり、活性剤として、３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライドを含有することを特徴とするはんだ用フラックス。
Ｓｎを主成分とするＰｂフリ−はんだのはんだ付けに使用するフラックスであり、活性剤として第４級ホスホニウムモノヨ−ジドを含有することを特徴とするはんだ用フラックス。
第４級アンモニウムモノヨ−ジドが、テトラプロピルアンモニウムヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムヨ−ジド、テトラペンチルアンモニウムヨ−ジド、テトラヘキシルアンモニウムヨ−ジド、テトラヘプチルアンモニウムヨ−ジド、エチルトリプロピルアンモニウムヨ−ジド、トリメチルベンジルアンモニウムヨ−ジド、トリエチルベンジルアンモニウムヨ−ジド、レピジンイソアミルヨ−ジドの何れか一種または二種以上である請求項１記載のはんだ用フラックス。
第４級アンモニウムトリハライドが、テトラブチルアンモニウムトリヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムブロモジヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムジブロモヨ−ジドの何れか一種または二種以上である請求項２記載のはんだ用フラックス。
第４級ホスホニウムモノヨ−ジドがメチルトリフェニルホスホニウムヨ−ジドである請求項３記載のはんだ用フラックス。
Ｓｎを主成分とするＰｂフリ−はんだのはんだ付けに使用するフラックスであり、活性剤として、第４級アンモニウムモノヨ−ジド、３箇のハロゲン原子のうち少なくとも１箇がヨウ素原子である第４級アンモニウムトリハライド、第４級ホスホニウムモノヨ−ジドの何れか一種また二種以上を含有することを特徴とするはんだ用フラックス。
第４級アンモニウムモノヨ−ジドが、テトラプロピルアンモニウムヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムヨ−ジド、テトラペンチルアンモニウムヨ−ジド、テトラヘキシルアンモニウムヨ−ジド、テトラヘプチルアンモニウムヨ−ジド、エチルトリプロピルアンモニウムヨ−ジド、トリメチルベンジルアンモニウムヨ−ジド、トリエチルベンジルアンモニウムヨ−ジド、レピジンイソアミルヨ−ジドの何れか一種または二種以上であり、第４級アンモニウムトリハライドが、テトラブチルアンモニウムトリヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムブロモジヨ−ジド、テトラブチルアンモニウムジブロモヨ−ジドの何れか一種または二種以上であり、第４級ホスホニウムモノヨ−ジドがメチルトリフェニルホスホニウムヨ−ジドである請求項７記載のはんだ用フラックス。