JP4325746B2 - 鉛フリーはんだ用フラックスとはんだ付け方法 - Google Patents
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Description
この種のはんだ付けに一般に採用されている方法は、溶融はんだにプリント基板および電子部品を接触させてはんだ付けを行うフローソルダリング法、並びにソルダペースト、ソルダプリフォームもしくはソルダボールの形態のはんだをリフロー炉で再溶融してはんだ付けを行うリフローソルダリング法である。
(1)金属表面清浄作用−プリント基板および電子部品の金属表面の酸化膜を化学的に除去して、はんだ付けが可能となるように表面を清浄化する、
(2)再酸化防止作用−清浄になった金属表面をはんだ付け中に覆って酸素との接触を遮断し、加熱により金属表面が再酸化されるのを防止する、
(3)界面張力低下作用−溶融したはんだの表面張力を小さくして、金属表面のはんだによる濡れ性を高める。
一方、樹脂系フラックスでは、主剤として含まれるロジンなどの樹脂が絶縁特性を有している。加熱によるはんだ付け後には、主剤の樹脂に由来する成分を主成分とするフラックス残渣が残るが、このフラックス残渣は、常温では絶縁特性がよく、腐食性を持たず、はんだ付け部を被覆して保護する。そのため、樹脂系フラックスは無洗浄での使用が可能となる。
・鉛フリーはんだは、酸化反応を受けやすい、活性な元素であるSnの含有量がより高い;
・鉛フリーはんだは、溶融はんだの濡れ性がよくない。そこで、濡れ性を向上させるため、鉛フリーはんだ用フラックスはより多量の活性成分を含有し、このフラックスがはんだ付け時に種々の化学反応を生ずる;
・Sn−Ag−Cu系などの鉛フリーはんだでは、はんだ付け温度が高い。
本発明のフラックスは、酸性りん酸エステルおよびその誘導体から選ばれた1種または2種以上を0.2〜4質量%の量で含有する。
主剤樹脂:5〜15%、より好ましくは8〜12%、
活性剤:0.5〜3%、より好ましくは1〜2.5%
酸性りん酸エステル類:0.2〜4%、より好ましくは0.2〜2%、
溶剤:70〜99%。
リフローソルダリングとその後のフローソルダリングによるプリント基板の両面実装を模擬するため、ウイスカ発錆試験用プリント基板(Cuランドを有する180×180mmサイズの市販品)を、部品を搭載せずに、まずリフロー炉内で加熱した。加熱条件は160℃×1分の予熱と、その後の200℃以上で20秒(ピーク温度240℃で5秒)の本加熱であり、鉛フリーはんだのリフローソルダリングにおいて一般的な温度であった。
フラックス塗布:噴霧法(塗布量:0.6ml/cm2)
はんだ:Sn−3.0Ag−0.5Cu(千住金属工業製エコソルダーM705)
溶融はんだの温度:250℃
基板の予備加熱温度:110℃
コンベア移動速度:1.2m/min
溶融はんだ中の浸漬時間:5秒(ダブルウェイブ)
雰囲気:大気雰囲気または窒素雰囲気(酸素含有量:1000ppm)
はんだ付け後のプリント基板をはんだ付けと同じ雰囲気中で放冷し、常温に戻してから、温度85℃、湿度85%の大気雰囲気の恒温・恒湿度槽に入れた。200時間経過するごとにウイスカ試験用基板を取り出して24時間室温に戻した。このときにウイスカの発生状況を調べた。上記恒温・恒湿度槽中に1000時間入れた後のウイスカの発生件数を表1に示す。
JIS C 2600に規定された酸化黄銅板を、温度85℃、湿度85%で24時間エージング処理を行い、メニスコグラフ用の試験板とした。
試験装置:レスカ製ソルダーチェッカーSAT−5100
はんだ:Sn−3.0Ag−0.5Cu(千住金属工業製エコソルダーM705)
溶融はんだ温度:250℃
浸漬速度:10mm/sec
浸漬時間:10秒
浸漬深さ:2mm
フラックス塗布:浸漬塗布(シャーレにフラックスを4mm深さ入れ、試験板を5秒浸漬して、引き上げる)
繰り返し回数:5回(平均値を表示)。
JIS Z 3197に準じて試験を行った。市販の180×180mmサイズのCuランドのプリント基板に、試験するフラックスを0.2ml塗布し、フローソルダリング用自動はんだ付け装置を用いて、100℃での予備加熱のみを大気雰囲気中で実施した。その後、プリント基板を温度85℃、湿度85%の大気雰囲気の恒温・恒湿槽に入れ、初期値として3時間後と、168時間後に、基板絶縁部の絶縁抵抗を測定した。
Claims (11)
- 主剤樹脂と活性剤に加えて、酸性りん酸エステルおよびその誘導体から選ばれた少なくとも1種の化合物を0.2〜4質量%の量で含有することを特徴とする、鉛フリーはんだ用の無洗浄型樹脂系フラックス。
- さらに極性溶剤を含有する、請求項1に記載の樹脂系フラックス。
- 前記酸性りん酸エステルが酸性ホスホン酸エステルおよび酸性ホスフィン酸エステルから選ばれる、請求項1または2に記載の樹脂系フラックス。
- 主剤樹脂がロジンおよびロジン誘導体から選ばれる、請求項1または2に記載の樹脂系フラックス。
- 主剤樹脂と活性剤と極性溶剤に加えて、酸性りん酸エステルおよびその誘導体から選ばれた少なくとも1種の化合物を0.2〜4質量%の量で含有するフラックスを用いて、はんだ付け後の洗浄を行わずに、プリント基板への実装のために鉛フリーはんだによるはんだ付けを行うことを特徴とする、はんだ付け方法。
- 前記はんだ付けをフローソルダリング法により行う請求項5に記載のはんだ付け方法。
- 前記はんだ付けを窒素雰囲気中で行う請求項5または6に記載のはんだ付け方法。
- 前記酸性りん酸エステルが酸性ホスホン酸エステルおよび酸性ホスフィン酸エステルから選ばれる、請求項5または6に記載のはんだ付け方法。
- 主剤樹脂がロジンおよびロジン誘導体類から選ばれる、請求項5または6に記載のはんだ付け方法。
- 鉛フリーはんだ粉末と請求項1または2に記載の樹脂系フラックスとの混合物からなるソルダペースト。
- 銅表面に鉛フリーはんだを用いて、はんだ付け後の洗浄を行わずにはんだ付けした場合に見られるウイスカ発生を防止する方法であって、請求項1または2に記載の樹脂系フラックスを用いることを特徴とする方法。
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