JP6709303B1 - 接合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】近年、プリント配線基板の小型化、電子部品の微細化によりプリント配線基板上の実装密度が上がってくる傾向がある。このような微細なはんだボールまたは、微細なフラックスの粒が電子部品の接点等への付着により大きな導通不良が発生するという大きな問題が発生している。【解決手段】本発明は、切れ込みまたは一定間隔で開口部を設けたやに入りはんだ線にフラックスをコーティングしたことを特徴とする接合材料であり、前記はんだ線の中心部に含有されるフラックスは、全重量に対して０．２％以上６．３％未満であり、さらに前記コーティングするフラックスは全重量に対して０．３％以上５．０％以下とされていてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子部品をプリント配線基板等に電気的接合を実施する際に、はんだ線を用いて接合する方法に関するものである。

従来、各種電子部品をプリント配線基板に実装するため、はんだが用いられている。こうしたはんだは、錫を主体として様々な金属を添加して溶融、合金化して使用されている。中でもはんだにはフラックスと呼ばれる樹脂組成物が内包されている場合が多い。フラックスは、はんだ付け箇所の酸化膜の除去や、はんだ付け箇所や溶融はんだの酸化防止、更には、はんだの濡れ性の向上を図るために用いられる。

はんだ線の中心部分にフラックスが含有されているやに入りはんだ（ＪＩＳ Ｚ ３２８３ やに入りはんだ）が一般的である。はんだ付けの際には、このはんだ線の中心部分のフラックスが作用してはんだ付け表面の酸化膜の除去、および溶融したはんだ金属の酸化を防止することで安定的にはんだ付けが完了して、電子部品とプリント配線基板との電気的接合が完成する。

やに入りはんだを溶融する熱源は一般的にははんだコテを用いて行う。やに入りはんだ線に、はんだコテをあてて、はんだコテの熱をやに入りはんだ線に伝導させて、はんだ線を溶融させるとともに、中心部に含有しているフラックスも溶融させてはんだ付けを実施する。

はんだコテからの熱伝導でやに入りはんだの金属部分から温度が上昇していき、やに入りはんだ自体の熱が上がっていくことになる。構成材料からいくと、フラックスの融点（軟化点）は約６０℃から８０℃であり、金属の融点はＳｎ-３．０％Ａｇ-０．５Ｃｕは２１７℃となる。

やに入りはんだをはんだコテを用いて外部から加熱していくと、先述の融点の差異の関係で、やに入りはんだ線の端面部分より少量のフラックスが解けて出てくる。その後、金属の融点を超えた点から金属が溶融を開始する、それに合わせて、中心部分に含有されているフラックスが急激に放出される。このフラックスが放出されるときには、フラックスの融点を超えて、さらにフラックスの内容成分の沸点を超えてしまうことが発生する。沸点を超えてガス化した力で、周りに存在している溶融はんだ金属、溶融したフラックスを吹き飛ばし、プリント配線基板上に微細なはんだ金属のボール、またはフラックスの微細な粒を作成してしまうという現象が発生する。

近年、プリント配線基板の小型化、電子部品の微細化によりプリント配線基板上の実装密度が上がってくる傾向がある。このような微細なはんだボールまたは、微細なフラックスの粒が電子部品の接点等への付着により大きな導通不良が発生するという大きな問題が発生している。

従来より、やに入りはんだを用いて電気的接合を行う際に発生するはんだボール、フラックスの粒を解消するために、はんだ金属とフラックスの存在する位置を変更するという考案もなされている。

また、やに入りはんだ線を加熱した時に先にフラックスが沸点を超えてガス化して圧力が高まることを考慮してはんだ線の長さ方向に切れ込み、または一定間隔ではんだ線に穴をあけるという考案もなされている。

公開特許公報 昭５５−５４２９８号公報

特許文献１記載のはんだ線にフラックスをコーティングするという手法は、フラックスとはんだ線が融点の低い順番に溶ける点がはんだボールおよびフラックス粒の発生に大きな効果を発揮する。また、やに入りはんだ線に切れ込み、または一定間隔で穴を明けるという手法も、溶解、気化したフラックスのガス成分を抜くために効果を発揮している。

しかし、フラックスをはんだ線の表面に塗るという技術では、はんだ線の柔軟性を確保するためフラックスに特殊な樹脂を含有しなければならない。はんだ付けの際に使用する、はんだコデの先端にこの特殊な樹脂を含有するフラックスが残り、はんだコテの熱で炭化してしまい、はんだコテの熱がはんだ線に伝導できない欠点が発生し、実用化できない。

また、やに入りはんだ線に切れ込み、または一定間隔の穴を明けた手法では、切れ込み、または穴から大気中の水分がフラックス中に混入し、フラックスの効果を減少させるとともに、含有した水分が沸騰してさらなるはんだボール、フラックス粒の増加するために実用化できない。

本発明は、フラックスが気化したときのガス抜き用切れ込みをやに入りはんだ線に施し、さらにそのフラックスに大気中の水分が混入しないように調整したフラックスをその表面に塗布する、という構成をとったものである。また、塗布した柔軟性のあるフラックスがはんだコテに付着して炭化して熱伝導を妨げてしまうことを防止するために、中心部分のフラックスと表面に塗布するフラックスとのより良い含有量比率を発見し、製品化したものでる。

即ち、請求項１に係る接合材料は、切れ込みまたは一定間隔で開口部を設けたやに入りはんだ線にフラックスをコーティングし、前記はんだ線の中心部に含有されるフラックスは、全重量に対して０．２％以上６．３％未満であり、さらに水分の浸透がなく空気を遮断することが可能な前記コーティングするフラックスは全重量に対して０．３％以上５．０％以下であることを特徴とする。

請求項２に係る接合材料は、請求項１記載の発明において、エチレン−酢酸ビニル共重合体：５４．０重量％、ロジン：２５．０重量％、脂肪酸アマイド：２１．０重量％含有する前記コーティングするフラックスでコーティングした場合に、当該コーティングするフラックス全重量に対して０．３％以上５．０％以下とされていることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、表面のフラックスは水分の浸透がなく空気も遮断することが可能であるために、はんだ金属の保管時の酸化を防止することができ、はんだ濡れ性の向上させる効果がある。

本発明に係る接合材料の断面図である。

以下、本発明を適用した接合材料について、図面を参照しながら詳細に説明をする。 本発明を適用した接合材料は、切れ込みまたは一定間隔で開口部を設けたやに入りはんだ線にフラックスをコーティングしてなるものである。

本発明において、やに入りはんだ線を長さ方向にフラックスに到達するように切れ込みを設ける。さらに、切れ込みを入れたやに入りはんだ線を溶融したコーティング用フラックスに含浸させて表面に一定の厚みのコーティング用フラックスを塗布する。

この時、表面に塗布するフラックスははんだ付けに寄与する活性剤を含浸させなくても良い。この塗布するコーティング用フラックスははんだ線の柔軟性を損なうことなく、フラックス自身が柔軟性を保持していること。さらに、中心部のフラックスに水分を浸透させないことが重要である。

また、切れ込みはフラックスの高温時のガス成分を抜くことが目的であるために、一定間隔の解放穴でもよい。

上述の製品設計により、フラックスをはんだ線表面にコーティングし、さらに中心部にフラックスが含有する形態となる。

フラックスをコーティングした切れ込みのある、やに入りはんだ線は、はんだコテをあてて加熱されると、表面のコーティングフラックスが溶融し微弱ではあるが、接合部の温度を加熱する作用とはんだ付け表面をコーティングする作用を発揮し、接合部の加熱によるはんだ線の表面参加を防ぐ。

次に、はんだ金属が融点に達し、溶解することにより中心部分のフラックスも溶け出し、濡れ広がり、中心部のフラックスにより清浄面が露出したはんだ付け部分にはんだ金属が濡れ広がり、電気的接合が完成する。

それと、同時にはんだコテに付着していたコーティング用フラックスは中心部分のフラックスにより洗い流されはんだコテの清浄度も保たれる。

中心部分のフラックスは、はんだ付け性を主体として設計されるためにロジンなどが主成分であるために、硬く、脆い、吸湿性があるという特性を持っている。

表面に塗布されるフラックスははんだ線の柔軟性を損なわないような割れ欠けがない柔軟な物理的特性を持たなければならない。ただし、この効果が保持するフラックスでは、はんだコテの高温では炭化し、熱伝導を妨げる特性を保持してしまう。

この２つの特性を２種のフラックスで保持、補うことで効果を発揮し、さらに含有比率を調整することにより炭化も防止することができるという本発明の効果が確認できる。

さらに、表面のフラックスは水分の浸透がなく空気も遮断することが可能であるために、はんだ金属の保管時の酸化を防止することができ、はんだ濡れ性の向上させる効果がある。

はんだ線の中心部に含有されるフラックスは全重量に対して０．２％以上６．３％未満である。下限０．２％未満の場合、はんだ付性能が劣り、上限６．３％を超えた場合はＪＩＳ規格から外れてしまうとともに、加工が困難になってしまう。しかし、今後の技術開発では更なる含有量の増加も可能になる。

さらにコーティングするフラックスは全重量に対して０．３％以上５．０％以下である。下限０．３％未満の場合、コーティング層の均一性が不安定になり、含有されるフラックスに大気中の水分が混入し、はんだ付け性能が劣化する。上限５．０％を超えた場合ははんだコテに炭化物の付着が発生する。

フラックス成分
・含有フラックス
水素添加ロジン ９６．０重量％
２エチルへキシルアミン塩酸塩 １．５重量％
パルミチン酸 ２．５重量％
・コーティングフラックス
エチレン−酢酸ビニル共重合体 ５４．０重量％
ロジン ２５．０重量％
脂肪酸アマイド ２１．０重量％

前述のフラックス成分の含有フラックスとコーティングフラックスで、それぞれの含有率を変化させ比較評価した。使用したはんだ合金はＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕである。

図１に示した様にやに入りはんだ線に切れ込みを入れ、表面にコーティング処理を行い試験片とした。図１に示すように、やに入りはんだ線（接合材料）は、はんだ線３内に含有フラックス４を含有させており、更にこのはんだ線３には、切れ込み２が導入されている。はんだ線３の表面には、コーティングフラックス１がコーティングされている。

はんだコテに付着する炭化物はコテ先温度３８０℃ではんだ付けを行い炭化のレベルを目視にて観察した。また、コーティングフラックスの含有量の評価をするために、試験片を４０℃−９０％の高温高湿槽に９６時間入れた後、コテ先温度３２０℃ではんだ付けを行い、はんだボールとフラックスの粒の飛散発生も観察した。はんだボールとフラックスの粒の飛散試験はJIS-Z-3197:2012 フラックス飛び散り試験に準拠した。

炭化物の発生は目視において確認した。コーティングフラックスは原料の特性によりはんだ付け温度では炭化が発生する。中心部分にあるロジンを主体としたフラックスがコーティングフラックスと溶融混合して、コーティングフラックスの炭化を防止する現象を利用したものである。

実施例のごとく、実施例１、４，７ではコーティングフラックスの特性が中心部分に含有されているフラックスの特性に勝りはんだコテに炭化物が発生する。
実施例２、３、５，６では逆に中心部分に含有されているフラックスの特性がコーティングフラックスの特性に勝りはんだコテに炭化物が防止する。

実施例１はコーティング層の均一性が安定しないために、中心部分に含有されているスラックスが吸湿をしてしまい、多量のガスが発生して飛び散りが確認できた結果である。

１ コーティングフラックス
２ 切れ込み
３ はんだ線
４ 含有フラックス

Claims (2)

1. 切れ込みまたは一定間隔で開口部を設けたやに入りはんだ線にフラックスをコーティングし、
   前記はんだ線の中心部に含有されるフラックスは、全重量に対して０．２％以上６．３％未満であり、さらに水分の浸透がなく空気を遮断することが可能な前記コーティングするフラックスは全重量に対して０．３％以上５．０％以下であることを特徴とする接合材料。
2. エチレン−酢酸ビニル共重合体：５４．０重量％、ロジン：２５．０重量％、脂肪酸アマイド：２１．０重量％含有する前記コーティングするフラックスでコーティングした場合に、当該コーティングするフラックス全重量に対して０．３％以上５．０％以下とされていること
   を特徴とする請求項１記載の接合材料。

Images