JP4069231B2

JP4069231B2 - クリームはんだ用フラックス及びクリームはんだ

Info

Publication number: JP4069231B2
Application number: JP06473099A
Authority: JP
Inventors: 俊田中; 史男石賀; 孝恭吉岡; 英樹石田; 学吉富; 雄司横田; 栄一須藤; 広光小島; 善伸石黒
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp; Arakawa Chemical Industries Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp; Arakawa Chemical Industries Ltd
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: JP2000263280A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリームはんだ用フラックス及びクリームはんだに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子部品の表面実装では、フラックスとはんだ粉末を混練した、いわゆるクリームはんだを用い、メタルマスク等を利用して該クリームはんだをプリント基板に塗布・印刷し、部品を搭載した後リフロー炉等を用いて加熱溶融させて部品を接続する方法が採られている。このようなクリームはんだに用いられるフラックスは、一般的にロジン類、溶剤、活性剤、チキソ剤等により構成されている。特に、活性剤中に、有機酸等の酸性活性剤に加えて、アミン系活性剤を添加している場合は、フラックス中で活性剤が塩を形成することにより、非常に優れた活性力を示し、良好なはんだ付け性を得ることができる。このようなアミン系活性剤としては、通常、フラックス中の溶剤に溶解するジブチルアミン等が用いられている。また、通常、はんだ粉末は錫−鉛合金が使用されている。
【０００３】
しかしながら、混練されたクリームはんだ中では、はんだ粉末とフラックスが混合された状態にあるため、クリームはんだの保管中に、ハンダ粉末とフラックス中の活性剤等が反応を起こすことがある。特に、活性剤として酸性活性剤とアミン系活性剤を組み合わせて用いる場合には、これらの塩が形成されると、活性力の向上に伴い、クリームはんだの粘度が変化したり、「皮張り」と呼ばれるクリームはんだ表面が皮を張ったように硬くなったり、「ボソツキ」と呼ばれるクリームはんだ全体の粘調性が失われる等の経時変化を生じる。特に、クリームはんだを特殊な用途に使用するために、はんだ粉末にインジウムが添加されている場合には、さらにハンダ粉末と活性剤の反応性が大きくなり、その結果、粘度が変化したり、「皮張り」や「ボソツキ」をより一層生じ易くなる。この様なクリームはんだは、基板への印刷性やはんだ粉末のぬれ性が極端に低下し、印刷不良、ぬれ不良等を生じ易くなる。さらに、印刷後リフローされるまでの間に数時間から数十時間経過する場合もあり、この間に同様の経時変化が生じた場合にもはんだ粉末のぬれ不良等を生じ、基板と部品との接続不良を生じる恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、酸性活性剤とアミン系活性剤を組み合わせて用いる活性の高いクリームはんだにおいて、保管時や基板塗布後リフローまでの放置時間中に、「皮張り」や「ボソツキ」、粘度変化等の経時変化を生じることがないクリームはんだを提供することを主な目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、クリームはんだ用フラックスの活性剤成分として、酸性活性剤と、フラックス中の溶剤に対して、不溶性のアミン系活性剤を用いることにより前記課題を解決できることを見出した。さらに、この様なクリームはんだ中に、アセチレンアルコール系化合物を加える場合には、より効果的に経時変化を防止できることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、下記のクリームはんだ用フラックス及びクリームはんだを提供するものである。
（１）フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有する液状またはペースト状のクリームはんだ用フラックスにおいて、活性剤として、酸性活性剤と、溶剤に対して不溶性のアミン系活性剤を含むことを特徴とするクリームはんだ用フラックス。
（２）アミン系活性剤がジステアリルアミンを含有するものである上記項１記載のクリームはんだ用フラックス。
（３）さらにアセチレンアルコール系化合物を含有する上記項１又は２記載のクリームはんだ用フラックス。
（４）上記項１〜３のいずれかに記載のクリームはんだ用フラックスとはんだ粉末を含有するクリームはんだ。
（５）上記項１又は２に記載のクリームはんだ用フラックス、はんだ粉末及びアセチレンアルコール系化合物を含有するクリームはんだ。
（６）はんだ粉末が、インジウムを含むはんだ合金である上記項４又は５に記載のクリームはんだ。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のクリームはんだ用フラックスは、フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有するペースト状又は液状のフラックスである。
【０００８】
フラックスベースとしては、通常のクリームはんだ用フラックスに配合されている成分、例えば、ガムロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、その他各種ロジン誘導体や、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂等の合成樹脂等を用いることができる。
【０００９】
溶剤としても、通常のクリームはんだ用フラックスに配合されている溶剤、例えば、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ヘキシレングリコール、テルピネオール等のアルコール類、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル等のエステル類、ドデカン、テトラデセン等の炭化水素類等を用いることができる。
【００１０】
チキソ剤についても、通常のクリームはんだ用フラックスに配合されているチキソ剤、例えば、硬化ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックス、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド等を使用することができる。
【００１１】
本発明のクリームはんだ用フラックスでは、活性剤としては、酸性活性剤と、溶剤に対して不溶性のアミン系活性剤を併用することが必要である。
【００１２】
酸性活性剤としては、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機酸類を用いることができる。この様な酸性活性剤の内で、アミンのハロゲン化水素酸塩の具体例としては、ジエチルアミン臭化水素酸塩、シクロへキシルアミン塩酸塩等を挙げることができ、有機酸類の具体例としては、アジピン酸、ステアリン酸、安息香酸等を挙げることができる。これらの酸性活性剤は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
【００１３】
溶剤に対して不溶性のアミン系活性剤とは、フラックスの調製に使用する溶剤に対して、常温での溶解量が１重量％以下のアミン系化合物をいう。この様な不溶性のアミン系活性剤は、使用する溶剤の種類に応じて適宜選択して使用すればよいが、その具体例としては、ジセチルアミン、ジステアリルアミン、トリステアリルアミン、ジ硬化牛脂アミン等例示できる。これらのアミン系活性剤も一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
【００１４】
これらの不溶性のアミン系活性剤のなかでも、特にジステアリルアミンを含有するものが好ましい。例えば、ジステアリルアミンの他、ジ硬化牛脂アミン等を例示できる。
【００１５】
この様な不溶性のアミン系活性剤を用いる場合には、室温以下の温度では酸性活性剤との塩の形成が抑制されるため、クリームはんだの「皮張り」や「ボソツキ」、粘度変化等の経時変化に影響を及ぼすことはない。一方、はんだ溶融時には溶融して酸性活性剤との塩を形成し、活性を高めることができる。
【００１６】
活性剤中の酸性活性剤と不溶性アミン系活性剤との比率は、酸性活性剤：不溶性アミン系活性剤（当量比）＝１：０．０１〜１：１程度とするのが好ましく、１：０．０１〜１：０．２程度とするのがより好ましい。
【００１７】
本発明のクリームはんだ用フラックスでは、フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤の組成比は、各種用途に応じて適宜に調整すればよい。通常、フラックス全体を１００重量％として、フラックスベース３０〜７５重量％程度、溶剤２０〜６０重量％程度、チキソ剤１〜１０重量％程度、活性剤０．１〜２０重量％程度とすればよい。
【００１８】
さらに、本発明のフラックス中には、酸化防止剤、防黴剤、艶消し剤等の添加剤を配合することができる。
【００１９】
本発明のクリームはんだ用フラックスは、はんだ粉末と混和することによって、クリームはんだとすることができる。
【００２０】
はんだ粉末としては、従来から用いられている各種のはんだ合金を用いることができ、その合金組成は特に限定はされない。例えば、はんだ合金としては、従来公知の錫−鉛合金や、鉛フリーはんだとして開発されている錫−銀合金、錫−亜鉛系合金等のはんだ合金組成のもの；さらには前記はんだ合金に、銅、ビスマス、インジウム、アンチモン等を添加したものなどを使用できる。特に、はんだ合金が、インジウム等のフラックス中の活性剤との反応性に富む成分を含む場合に、はんだ合金とフラックス成分の反応を抑制できる点で、本発明のクリームはんだは有効である。この様なインジウムを含有するはんだ合金の具体例としては、合金中のインジウム含有量が０．０３〜５重量％程度のものを挙げることができる。
【００２１】
また、はんだ粉末の形状も特に限定されるものではなく、真球、不定形及び両者の混合等、いずれの形状のはんだ粉末も使用できる。はんだ粉末の粒径については、特に限定はされないが、通常、平均粒径５〜５０μｍ程度のものを用いることが好ましい。
【００２２】
クリームはんだにおける、はんだ粉末とクリームはんだ用フラックスの混合割合については、特に限定的ではないが、はんだ粉末とクリームはんだ用フラックの合計量を１００重量％として、はんだ粉末８０〜９５重量％程度とクリームはんだ用フラックス５〜２０重量％程度とすればよい。
【００２３】
さらに、本発明のクリームはんだには、アセチレンアルコール系化合物を含有させることができる。
【００２４】
本発明で使用するアセチレンアルコール系化合物とは、アセチレン結合に隣接する炭素に水酸基が結合している構造を有する化合物をいう。かかるアセチレンアルコール系化合物の具体例としては、３−メチル−１−ブチン−３−オール、３−メチル−１−ペンチン−３−オール、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、２，５−ジメチル−３−ヘキシン−２，５−ジオール、２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオール、３，６−ジメチル−４−オクチン−３，６−ジオール等があげられる。これらの化合物は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
【００２５】
アセチレンアルコール系化合物は、前記のような構造的な特徴により、三重結合周辺の電子密度が非常に高く、高極性グループを形成しているため、クリームはんだ中において金属への強い配向性を示し、はんだ粉末の表面に配向して、はんだ粉末と活性剤（フラックス成分）の接触を抑制すると考えられる。その結果、はんだ粉末と活性剤の反応が抑制され、「皮張り」や「ボソツキ」、粘度変化等の経時変化を生じないクリームはんだを得ることができる。
【００２６】
クリームはんだにおけるアセチレンアルコール系化合物の使用量は、はんだ粉末とクリームはんだ用フラックスの合計量１００重量部に対して、０．００５〜１重量部程度とすればよい。
【００２７】
アセチレンアルコール系化合物を使用する場合には、クリームはんだの調製方法は特に制限されず、はんだ粉末、フラックス、及びアセチレンアルコール系化合物を同時に混和する方法、フラックスとアセチレンアルコール系化合物を予め混合して、アセチレンアルコール系化合物を含有するフラックスを調製したのち、このフラックスとはんだ粉末を混和する方法、あらかじめアセチレンアルコール系化合物をはんだ粉末表面に吸着させて、これをフラックスと混和する方法等によって、クリームはんだを得ることができる。
【００２８】
特に、フラックスとアセチレンアルコール系化合物を予め混合して、アセチレンアルコール系化合物を含有するフラックスとした後、はんだ粉末と混合する方法が、アセチレンアルコール系化合物の分散性と配向性の向上の点で好ましい。アセチレンアルコール系化合物を含有するフラックスとする場合には、アセチレンアルコール系化合物を含むフラックス全体を１００重量％として、フラックスベース３０〜７５重量％程度、溶剤２０〜６０重量％程度、チキソ剤１〜１０重量％程度、活性剤０．１〜２０重量％程度、アセチレンアルコール系化合物０．０２５〜１０重量％程度とすればよい。
【００２９】
本発明のクリームはんだは、常法に従って、電子部品、電子モジュール、プリント配線板等の製造時のリフローはんだ付け用のはんだ等として有効に用いることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のクリームはんだは、酸性活性剤とアミン系活性剤を組み合わせて用いる活性の高いクリームはんだであり、しかも各種のはんだ粉末を使用した場合にも、保管時や基板塗布後リフローまでの放置時間中に、「皮張り」や「ボソツキ」、粘度変化等の経時変化を生じることがないものである。その結果、本発明のクリームはんだは、使用に際して良好な塗布・印刷性をもち、かつ良好なはんだ付け性を発揮できるものである。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
実施例１〜６および比較例１〜２
（１）フラックスの調製
下記表１及び表２に記載したロジン、溶剤、活性剤、チキソ剤及びアセチレンアルコールを容器に仕込み、加熱溶解後、冷却して、フラックスを調製した。
（２）クリームはんだの調製
はんだ粉末として、粒径２０〜４０μｍのＳｎ−Ｐｂ合金（６３ｗｔ％／３７ｗｔ％）又はＳｎ−Ｐｂ−Ｉｎ合金（６３ｗｔ％／３５ｗｔ％／２ｗｔ％）を用い、はんだ粉末９０．５重量部と上記（１）項で調製したフラックス９．５重量部を容器にとり、攪拌してクリームはんだを得た。
（３）クリームはんだの評価
・皮張り
上記（２）で調製したクリームはんだを、容器中で２５℃で１５日間保存した後、ガラス棒でクリームはんだ表面に触れてみて、クリームはんだ表面の皮張りの有無を評価した。
・ぼそつき
皮張りの評価に使用したクリームはんだをガラス棒で攪拌し、ぼそつきの有無を評価した。
・粘度
上記（２）で調製したクリームはんだの初期状態と、保存後のぼそつき評価に使用したクリームはんだの粘度を測定した。粘度はスパイラル型粘度計（マルコム社製、ＰＣＵ−２０５）を使用して、２５℃、１０ｒｐｍで測定した。
・印刷性
２５℃で１５日間保存したクリームはんだをメタルマスクを用いて、銅張り積層板上に印刷し、ローリング性、かすれ等を評価した。
・はんだ付け性
印刷性を評価した銅張り積層板を、ピーク温度２３０℃でリフローし、クリームはんだのはんだ付け性を評価した。
【００３２】
なお、それぞれの評価は次の基準で判定した。
◎：非常に良好
○：良好
△：使用可能
×：不良
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】

Claims

フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有する液状またはペースト状のクリームはんだ用フラックスにおいて、活性剤として、酸性活性剤と、溶剤に対して不溶性のアミン系活性剤であるジステアリルアミンを含むことを特徴とするクリームはんだ用フラックス。
さらにアセチレンアルコール系化合物を含有する請求項１記載のクリームはんだ用フラックス。
請求項１又は２に記載のクリームはんだ用フラックスとはんだ粉末を含有するクリームはんだ。
請求項１に記載のクリームはんだ用フラックス、はんだ粉末及びアセチレンアルコール系化合物を含有するクリームはんだ。
はんだ粉末が、インジウムを含むはんだ合金である請求項４に記載のクリームはんだ。