JP6176417B2 - フラックス - Google Patents

Description

本発明は、樹脂の被覆を熱で溶かして除去した樹脂被覆線のはんだ付けで使用されるフラックスに関する。

一般的に、はんだ付けに用いられるフラックスは、はんだが溶融する温度にて、はんだ及びはんだ付け対象の金属表面に存在する金属酸化物を除去し、両者の境界で金属元素の移動を可能にする効能を持つ。

近年、銅（Ｃｕ）による配線に代えて、アルミニウム（Ａｌ）あるいはアルミニウム合金による配線が提案されている。アルミニウムに対するはんだ付けは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の表面に形成される酸化膜の除去が困難であることが知られており、活性力が強いフラックスが使用されていた。

しかし、フラックスの活性力が強すぎると、アルミニウムあるいはアルミニウム合金、アルミニウムあるいはアルミニウム合金と接合される銅等の接合対象物の金属を腐食するので、はんだ付け後の信頼性を確保できない。一方、フラックスの活性力が弱いと、酸化膜の除去が十分に行えないことから、はんだの濡れ性が悪く、はんだ付け性が劣る。

そこで、従来、フッ素化金属塩と有機酸の金属塩及びアミノアルコールのフッ化水素酸塩が添加されたフラックスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、水溶性のアルコールアミンが添加されたフラックスでは、フラックス残渣の吸湿によりはんだ付け部等で腐食が進行する虞がある。このため、フラックス残渣の洗浄が必要である。

これに対し、発明者らは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の表面に形成される酸化膜の除去が可能なフラックスにおいて、無洗浄で使用できるフラックスを提案している（特許文献２参照）。

特開２００２−５９２９３号公報 特許５４３５１８６号公報

アルミニウムまたはアルミニウム合金の芯線を、樹脂としてポリウレタンで被覆したポリウレタン被覆アルミニウム線を使用する場合、接続箇所の被覆を除去していない配線を、溶融温度より高い温度で加熱されて溶融しているはんだに漬けることで、被覆を熱で溶かして芯線のはんだ付けを行う技術が提案されている。

しかし、ポリウレタン被覆アルミニウム線等の樹脂被覆線を、被覆を除去していない状態で溶融したはんだに漬けても、被覆を十分に除去することができなかった。被覆が十分に除去できずに残留していると、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の表面に形成される酸化膜の除去が可能なフラックスを用いても、はんだ付け時には、はんだの濡れ広がりが被覆の残留物により阻害される。これにより、はんだの濡れ性が悪く、はんだ付け性が悪化する。

また、ポリウレタンは、アルカリによって侵されることが知られている。そこで、溶融したはんだにポリウレタン被覆アルミニウム線を漬けて被覆を除去した後、アルカノールアミンが添加されたフラックスを塗布してはんだ付けを行うことで、被膜の残留物の除去が可能になる。

しかし、アルカノールアミンがフラックス残渣として残留すると、接合対象物の腐食が進行するので、フラックス残渣の洗浄による除去が必要であり、洗浄が不十分であると、はんだ付け後の信頼性を確保できない。

本発明は、このような課題を解決するためなされたもので、樹脂の被覆の溶解性を向上させ、かつ、腐食を抑制できるフラックスを提供することを目的とする。

本願の発明者らは、アルカノールアミンとアミンフッ化物塩と溶剤が添加された液状のフラックスに、アルカノールアミンを中和し、水に溶けにくい塩を生成する有機酸を添加することで、樹脂の被覆の溶解性を向上させると共に、接合対象物の腐食を抑制しフラックス残渣の洗浄を不要とした組成を見出した。

本発明は、アルカノールアミンが１０〜２０質量％、アミンフッ化物塩及び／またはアミン三フッ化ホウ素錯体が５〜１０質量％、アルカノールアミンを中和し、水に不溶な塩を生成する有機酸が１０〜２０質量％、溶剤が５０〜７５質量％添加されたフラックスである。

アミンフッ化物塩の代わりにアミン三フッ化ホウ素錯体を用いても良い。また、アミンフッ化物塩とアミン三フッ化ホウ素錯体を併用しても良い。

本発明のフラックスでは、水に不溶なアクリル樹脂、あるいは、酸価が３０以下のロジンエステルが、０〜５質量％添加されても良い。

本発明のフラックスでは、アルカノールアミンの添加により、樹脂被覆線の樹脂による被覆の溶解性が向上する。これにより、溶融したはんだに樹脂被覆線を漬けて被覆を熱で溶かした後、フラックスを塗布してはんだ付けを行うことで、被覆の残留物を十分に除去できる。よって、はんだ付け時にはんだの濡れ広がりを阻害する被覆の残留物が存在せず、はんだ付け性が向上する。

また、アルカノールアミンとアミンフッ化物塩の添加により、接合対象物がアルミニウムまたはアルミニウム合金であっても、金属表面の酸化膜の除去が行え、はんだ付け性が向上する。

更に、アルカノールアミンを中和し、水に溶けにくい塩を生成する有機酸の添加により、アルカノールアミンが単体でフラックス残渣に残留することが抑制され、耐腐食性を向上させることができる。水に溶けにくい塩を生成することで吸湿性を抑えることができ、フラックス残渣による接合対象物の腐食が抑えられることから、フラックス残渣を無洗浄で使用することができる。

本実施の形態のフラックスは、アミン化合物、活性剤及び酸が、溶剤に溶かされた液状フラックスである。

アミン化合物は、樹脂被覆線の被覆の溶解性を向上させるため、アルカノールアミンが添加される。アルカノールアミンとしては、例えば、エタノールアミン、３−アミノ−１−プロパノール、１−アミノ−２−プロパノール、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ−（３−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'−ビス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラキス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラキス（３−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミンなどの炭素数が２〜１５のアルカノールアミン、好ましくは炭素数が９〜１５のアルカノールアミンが挙げられ、上記のアルカノールアミンの何れか、あるいは、これらのうちの複数が添加される。

アルカノールアミンの添加量を減らすと、被覆の溶解性が低下し、被覆を十分に除去することができず、はんだ付け性が低下する。一方、アルカノールアミンの添加量が増えてフラックス残渣として残留すると、接合対象物の腐食を抑制できない。そこで、アルカノールアミンの添加量は、被覆の溶解性と腐食性を考慮して、１０質量％以上２０質量％以下とした。

活性剤は、塩としての添加が好ましく、ハロゲン化合物とアミン化合物と酸が反応して生成されるアミンフッ化物塩が添加される。アミンフッ化物塩としては、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピペコリンの何れかのアミン化合物と、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロケイ酸の何れかの酸によって生成される塩が挙げられる。

アミンフッ化物塩の添加量を減らすと、酸化膜の除去が十分に行えずはんだ付け性が低下する。一方、アミンフッ化物塩の添加量が増えると、接合対象物の腐食を抑制できない。そこで、アミンフッ化物塩の添加量は、はんだ付け性と腐食性を考慮して、５質量％以上１０質量％以下とした。

酸は、アルカノールアミンを中和し、水に溶けにくい塩を形成させる有機酸である。有機酸としては、炭素数が１６〜２４の長鎖脂肪酸が添加される。長鎖脂肪酸としては、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸が挙げられる。

有機酸の添加量は、塩を生成するため多くても良いが、アルカノールアミンの添加量を考慮して、１０質量％以上２０質量％以下とした。

溶剤は、炭素数が１〜５の低級アルコールが添加される。低級アルコールとしては、例えば、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノールなどが挙げられる。溶剤の添加量は、アルカノールアミンとアミンフッ化物塩及び有機酸の添加量を考慮して、５０質量％以上７５質量％以下とした。

フラックスにベース材を添加する場合、ベース材には、はんだ付け時の加熱温度で分解、揮発せず、活性剤成分を熱から保護できる耐熱性が求められる。一方、はんだ付け時の加熱温度で分解、蒸発しない成分は、はんだ付け後にフラックス残渣としてはんだ付け部の周辺に残留する。

フラックス残渣が水に可溶であると、電子部品や基板等、はんだ付け後の製品において、フラックス残渣の吸湿によりはんだ付け部等で腐食が進行する虞がある。このため、フラックス残渣となる成分が水に可溶であると、フラックス残渣の洗浄が必要である。

そのため、ベース材を添加する場合は、水には不溶で溶剤には可溶、かつ、活性剤がはんだ付けの対象となる金属と接触できるように、はんだ付け時の加熱温度で可溶な樹脂が添加される。樹脂としては、例えばアクリル樹脂が添加される。あるいは、ベース材として、はんだ付け性を考慮して、酸価が低い、本例では酸価が３０以下のロジンが添加される。ロジンとしては、例えばロジンエステルが添加される。アクリル樹脂あるいはロジンエスエルの添加量は、０質量％以上５質量％以下とした。

以下の表１に示す組成で実施例と比較例のフラックスを調合し、はんだ付け性、腐食性について検証した。

（１）評価方法
（ａ）はんだ付け性
直径がφ０．５５ｍｍのポリウレタン被覆アルミニウム線を、被覆を除去せずにＳｎ−ＮｉめっきＣｕピンに巻き付けて試験片を作成した。この試験片を、３７０℃で溶融させたはんだに５秒間漬けて、被覆を溶かして除去した。

ポリウレタン被覆アルミニウム線の被覆を除去した試験片にフラックスを塗布した。フラックスを塗布した試験片の先端を、３７０℃で溶融させたはんだに３秒間程度漬けて、フラックス中の溶剤成分を揮発させる処理を行った後、試験片を３７０℃で溶融させたはんだに５秒〜１０秒間程度漬けてはんだ付けを行った。

（ｂ）腐食性
銅板にフラックスを塗布し、温度４０℃、相対湿度９５％の環境で９６時間放置した。

（２）判定基準
（ａ）はんだ付け性
◎：良好にはんだ付けされている
○：小さいがぬれ広がる
△：付いてはいるが広がっていない
×：はんだが付いていない
（ｂ）腐食性
○：腐食が見られなかった
△：一部に腐食が見られた
×：腐食が見られた

表１の結果から、ポリウレタン被覆アルミニウム線を溶融したはんだに漬けて被覆を除去した後に、いずれかの実施例のフラックスを塗布してはんだ付けを行うことで、被覆の残留物をはんだ付け時の加熱で溶かして除去できることが判った。

すなわち、表１の結果から、フラックスにアルカノールアミン、アミンフッ化物塩及び有機酸を所定の範囲で添加する共に、アルカノールアミン、アミンフッ化物塩及び有機酸の添加量に応じた所定の範囲で溶剤を添加することで、良好なはんだ付け性及び良好な耐腐食性が得られることが判った。

これに対し、アルカノールアミンの添加量を減らした比較例４、及び、アルカノールアミンが不添加の比較例５では、はんだ付け性が悪化した。これは、アルカノールアミンの添加量が少ない、あるいは不添加であると、被覆の残留物が侵されないため、熱では十分に除去できないためであると考えられる。

これにより、アルカノールアミンの添加量を１０質量％以上２０質量％以下とすれば、樹脂の被覆の溶解性が向上し、良好ははんだ付け性が得られることが判った。

また、アミンフッ化物塩の添加量を増やした比較例３では、耐腐食性が悪化した。これは、フラックスの活性力が強くなり過ぎるためであると考えられる。

これにより、アミンフッ化物塩の添加量を５質量％以上１０質量％以下とすれば、アルミニウム表面及びＳｎ−ＮｉめっきされたＣｕ表面の酸化膜を除去して良好な濡れ性が得られることで良好なはんだ付け性が得られ、かつ、腐食を抑制でき、良好な耐腐食性が得られることが判った。

更に、表１の結果から、有機酸が不添加の比較例１では、耐腐食性が悪化した。これは、所定量のアルカノールアミンを添加した場合、アルカノールアミンの余剰分を中和できる有機酸が存在しないため、アルカノールアミンが単体でフラックス残渣に残留するためであると考えられる。

これにより、有機酸の添加量を１０質量％以上２０質量％以下とすれば、アルカノールアミンが添加されたフラックスを使用しても、腐食を抑制でき、良好な耐腐食性が得られることが判った。

ベース材を添加する場合、水に不溶なアクリル樹脂が添加された実施例４、酸価が３０以下のロジンエステルが添加された実施例５では、良好なはんだ付け性を阻害することなく、良好な耐腐食性が得られることが判った。

これに対し、酸価が３０を超える重合ロジンが添加された比較例２では、はんだ付け性が悪化した。これは、ロジンの酸価が上がることでフラックス中の酸性度が上がり、アルミニウムの酸化膜を除去しづらくなることにより、はんだ付け性が悪くなるためであると考えられる。

これにより、アクリル樹脂あるいは酸価が３０以下のロジンエステルの添加量を０質量％以上５質量％以下とすれば、良好なはんだ付け性を阻害することなく、良好な耐腐食性が得られることが判った。溶剤の添加量は、アルカノールアミン、アミンフッ化物塩、有機酸及びベース材の添加量に応じて５０質量％以上７５質量％以下とすれば、良好なはんだ付け性及び良好な耐腐食性を阻害しないことが判った。

本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の芯線が樹脂で被覆された樹脂被覆線のはんだ付けに適用される。

Claims (5)

1. アルカノールアミンが１０〜２０質量％、アミンフッ化物塩及び／またはアミン三フッ化ホウ素錯体が５〜１０質量％、アルカノールアミンを中和し、水に不溶な塩を生成する有機酸が１０〜２０質量％、溶剤が５０〜７５質量％添加された
   ことを特徴とするフラックス。
2. 水に不溶なアクリル樹脂、あるいは、酸価が３０以下のロジンエステルが、０〜５質量％添加された
   ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス。
3. 更に、アルカノールアミンとしてエタノールアミン、３−アミノ−１−プロパノール、１−アミノ−２−プロパノール、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ−（３−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'−ビス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'−ビス（３−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラキス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラキス（３−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミンの少なくとも１種が添加される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラックス。
4. アミンフッ化物塩としてピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピペコリンの何れかのアミン化合物と、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロケイ酸の何れかの酸によって生成される塩が添加される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラックス。
5. 有機酸としてパルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸の少なくとも１種が添加される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラックス。