JP6945135B2 - フラックス及びはんだ材料 - Google Patents

Description

本発明は、フラックス、及びフラックスを含むはんだ材料に関する。

電子部品の接合等には、はんだ合金とフラックスとを含むはんだ材料等が用いられる。かかるはんだで接合される電子部品の接合部は銅あるいは銅合金等の金属合金が使用される。フラックスははんだ付け性を向上させるためのものであり、はんだ材料中に配合されたり、はんだ合金と共に使用されたりするものである。かかるフラックスは、樹脂成分、活性剤成分、溶剤成分、酸化防止成分、チキソトロピック成分等の各種成分を含むが、これらのフラックスの成分によって前記接合部の金属に変色が生じる場合がある。特に、銅あるいは銅合金の場合には有機酸銅塩が生じることにより緑色に変色する場合があり、腐食（緑青）と見間違われるという問題がある。かかる変色を抑制するためのフラックスが検討されている。

例えば、特許文献１には、ベンゾトリアゾールを含むフラックスが記載されている。ベンゾトリアゾールは合金に対して防錆作用があるため錆による変色の抑制とともに、銅あるいは銅合金の変色抑制にも効果を発揮する。しかし、ベンゾトリアゾールを含むフラックスでははんだ材料の濡れ性が低下するという問題がある。
特許文献２には、テトラゾールを含むことで銅あるいは銅合金の変色が抑制できるフラックスが記載されている。しかし、テトラゾールは酸性の溶液中などでは銅などの金属と反応して金属塩を形成し、かかる金属塩が結晶化すると加熱によって爆発することもある。よって、テトラゾールの含有量を多くすることができず、その結果、変色抑制効果も不十分になる可能性がある。

特許第３２４７７５２号 特許第４７６０７１０号

本発明は、前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、はんだ濡れ性を維持しつつ、金属表面の変色を十分に抑制しうるフラックス及びはんだ材料を提供することを課題とする。

本発明は、水酸基価が１１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のテルペンフェノール樹脂を含むはんだ付け用のフラックスである。

本発明によれば、水酸基価が１１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のテルペンフェノール樹脂を含むものであり、はんだ材料に配合された場合には、はんだ濡れ性を維持しつつ、金属表面の変色を十分に抑制しうる。

本発明において、軟化点が２０℃以上１８０℃以下であるテルペンフェノール樹脂を含んでいてもよい。

本発明において、テルペンフェノール樹脂が固形分換算で５質量％以上９０質量％以下含まれている。

本発明において、テルペンフェノール樹脂の水酸基価が２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。

はんだ材料にかかる本発明は、前記フラックスとはんだ合金とを含む。

本発明によれば、はんだ濡れ性を維持しつつ、金属表面の変色を十分に抑制しうるフラックス及びはんだ材料を提供することができる。

以下に、本発明に係るフラックス、及び、フラックスを含むはんだ材料について説明する。
本実施形態のフラックスは水酸基価が１１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のテルペンフェノール樹脂を含むフラックスである。

本実施形態においてテルペンフェノール樹脂とは、テルペンモノマーとフェノール類とを共重合して得られたものをいう。あるいは、テルペンモノマーと、テルペンモノマー以外のモノマーと、フェノール類とを共重合して得られたものをいう。さらに、得られたテルペンフェノール樹脂に他の成分を添加したもの、例えば、水素添加したもの等も含む。

テルペンモノマーとしては、イソプレンなどの炭素数５のヘミテルペン類、炭素数１０のモノテルペン類、炭素数１５のセスキテルペン類、炭素数２０のジテルペン類、炭素数２５のセスタテルペン類、炭素数３０のトリテルペン類、炭素数４０のテトラテルペン類等が挙げられるがこれらに限定されない。

フェノール類としては、フェノール、クレゾール、キシレノール等が挙げられるが、これらに限定されない。

テルペンフェノール樹脂の水酸基価は、１１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、好ましくは、２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、より好ましくは、１５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、さらにより好ましくは１８０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。
テルペンフェノール樹脂の水酸基価が上記範囲であることで、はんだ濡れ性を維持しつつ、金属表面の変色を十分に抑制しうる。

尚、本実施形態のテルペンフェノール樹脂の水酸基価は、ＪＩＳ Ｋ ００７０「化学製品の酸価，けん化価，エステル価，よう素価，水酸基価及び不けん化物の試験方法」の７．２ 電位差滴定法に従って測定される水酸基価を指す。

テルペンフェノール樹脂の具体例としては、ＹＳポリスター（テルペンフェノール樹脂：ヤスハラケミカル社製）、タマノル（テルペンフェノール樹脂：荒川化学工業社製）、テルタック８０（テルペンフェノール樹脂：日本テルペン化学社製）、ＳｙｌｖａｒｅｓＴＰ（テルペンフェノール樹脂：エア・ブラウン社製）等が市販品として容易に入手できるものとして挙げられる。

テルペンフェノール樹脂のフラックスにおける含有量（固形分換算）は特に限定されるものではないが、例えば、５質量％以上９０質量％以下、好ましくは１５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは２０質量％以上３０質量％以下であること等が挙げられる。
テルペンフェノール樹脂のフラックスにおける含有量が前記範囲である場合には、はんだ付け性を維持しつつより変色抑制効果が高いフラックスが得られる。

本実施形態のフラックスは、軟化点が２０℃以上１８０℃以下であるテルペンフェノール樹脂を含んでいてもよい。
本実施形態のフラックスは、水酸基価が上述のような範囲であって、且つ、軟化点が上記範囲であるような一のテルペンフェノール樹脂を含んでいてもよく、あるいは、水酸基価が上記範囲であるようなテルペンフェノール樹脂に加えて、軟化点が上記範囲であるようなテルペンフェノール樹脂をさらに含んでいてもよい。すなわち、テルペンフェノール樹脂として、一種類を含んでいても、複数種類を含んでいてもよい。
テルペンフェノール樹脂の軟化点は、例えば、２０℃以上１８０℃以下、好ましくは２０℃以上１５０℃以下、より好ましくは２０℃以上１３０℃以下である。
かかる軟化点であるテルペンフェノール樹脂をさらに含むことで、より高い変色抑制効果及びはんだ付け性効果が得られる。

尚、本実施形態のテルペンフェノール樹脂の軟化点は、ＪＩＳ Ｋ ２２０７「石油アスファルト」６．４ 軟化点試験方法に従って測定される軟化点を指す。

本実施形態のフラックスは、テルペンフェノール樹脂の他に、公知のフラックスの成分、例えば、有機酸、テルペンフェノール樹脂以外の樹脂成分、有機酸以外の活性剤成分、溶剤成分、酸化防止成分、チキソトロピック成分等を含んでいてもよい。
尚、これらの各成分は必要に応じてフラックスに配合されることができ、いずれの成分が含まれていても含まれていなくてもよい。

本実施形態のフラックスは、有機酸を含んでいてもよい。
有機酸は、フラックスの活性剤成分等として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ステアリン酸、安息香酸、ドデカン二酸、コハク酸、マレイン酸、イソシアヌル酸等が挙げられる。
前記有機酸は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。

前記有機酸のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、固形物換算で０．１質量％以上８０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上７０質量％以下等が挙げられる。

有機酸以外の活性剤成分としては、アミンハロゲン塩、ハロゲン化合物等を用いることができる。
アミンハロゲン塩のアミンとしては、ジエチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジフェニルグアニジン、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。対するハロゲン化合物としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。ハロゲン化合物としては、２，３−ジブロモ-２-ブテン-１，４-ジオール、２-ブロモ-３-ヨード-２-ブテン-１，４-ジオール、ＴＢＡ−ビス（２，３−ジブロモプロピルエーテル）等が挙げられる。
前記活性剤は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。

前記活性剤成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、有機酸以外の活性剤成分については、０．１質量％以上２０質量％以下、好ましくは０．５質量％以上１０質量％以下等が挙げられる。

本実施形態のフラックスは、テルペンフェノール樹脂以外の樹脂成分をロジン成分として含んでいてもよい。
テルペンフェノール樹脂以外の樹脂成分としては、合成樹脂、天然樹脂など、フラックスの樹脂成分として用いられる公知の樹脂成分であれば特に限定されるものではない。例えば、重合ロジン、水添ロジン、天然ロジン、不均化ロジン、酸変性ロジン等が挙げられる。
前記樹脂は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。
この場合、前記樹脂成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、テルペンフェノール樹脂と合わせて（固形物換算で）１．０質量％以上８０質量％以下、好ましくは１０質量％以上３０質量％以下等が挙げられる。

さらに、全樹脂成分中のテルペンフェノール樹脂の含有量は５０質量％以上１００質量％以下、好ましくは７０質量％以上９０質量％以下であってもよい。
フラックス中にテルペンフェノール樹脂とさらにその他のロジンとが含まれることで、有機酸やその他の活性剤成分を含む場合にこれらの各成分の相溶性を向上させることができる。

溶剤成分としては、フラックスの溶剤成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル（ヘキシルジグリコール）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（ジブチルジグリコール）、ジエチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテル（２エチルヘキシルジグリコール）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルジグリコール）などのグリコールエーテル類；ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、ｎ−ヘプタンなどの脂肪族系化合物；酢酸イソプロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどのエステル類；メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジエチルケトンなどのケトン類；エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、イソブタノール、オクタンジオールなどのアルコール類等が挙げられる。
前記溶剤は、単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。

前記溶剤成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、２０質量％以上９８質量％以下、好ましくは４０質量％以上９６質量％以下等が挙げられる。

酸化防止剤成分としては、フラックスの酸化防止剤成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられる。
前記酸化防止剤のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。

チキソトロピック成分としては、フラックスのチキソトロピック成分として用いられる公知の成分であれば特に限定されるものではない。例えば、水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類、ワックス等が挙げられる。
前記チキソトロピック成分のフラックスにおける含有量は特に限定されるものではないが、例えば、０．１質量％以上５０質量％以下、好ましくは１．０質量％以上２０質量％以下等が挙げられる。

本実施形態のフラックスには、さらに、他の添加剤を含んでいてもよい。

本実施形態のフラックスは、ポストフラックス等の液状フラックスとして用いることができるが、その他、ソルダーペースト、やに入りはんだのようなはんだ材料用のフラックスとしても用いられる。

本実施形態のはんだ材料は、前記各フラックスとはんだ合金とを含む。
前記はんだ合金は、鉛フリー合金であってもよい。
前記はんだ合金としては、特に限定されるものではなく、鉛フリー(無鉛）のはんだ合金、有鉛のはんだ合金のいずれでもよいが、環境への影響の観点から鉛フリーのはんだ合金が好ましい。
具体的には、鉛フリーのはんだ合金としては、スズ、銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン等を含む合金等が挙げられ、より具体的には、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｓｂ、Ｓｎ／Ｚｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｚｎ、Ｓｎ／Ｚｎ／Ａｌ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ／Ｉｎ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｂｉ／Ｉｎ／Ｓｂ、Ｉｎ／Ａｇ等の合金が挙げられる。特に、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕが好ましい。

前記はんだ合金のはんだ材料における含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、８０質量％以上９９質量％以下、好ましくは８５質量％以上９８質量％以下等が挙げられる。

本実施形態のはんだ材料が、内部にフラックスが充填された線状のはんだ合金を有するやに入りはんだである場合には、例えば、はんだ合金が９５質量％以上９９質量％以下、好ましくは９６重量％以上９８重量％となるように構成されていることが好ましい。
本実施形態のはんだ材料がはんだ合金と上記本実施形態のフラックスとを混合することで得られるソルダーペーストである場合には、例えば、前記はんだ合金８０質量％以上９５質量％以下、前記フラックス５質量％以上２０質量％以下で混合されていることが好ましい。

本実施形態のフラックスは、特定の水酸基価を有するテルペンフェノール樹脂を含むものであり、はんだ材料に配合された場合には、はんだ濡れ性を維持しつつ、金属表面の変色を十分に抑制しうる。特に、銅あるいは銅合金に対しての変色抑制効果にすぐれている。

本実施形態のフラックスは、特に、銅あるいは銅合金に対しての変色抑制効果にすぐれている。
電子部品や基板の接合部には銅あるいは銅合金（銅を含む金属）が使用されている場合があるが、かかる接合部に含まれる銅はフラックス中の有機酸と反応して緑の有機酸銅塩を生じることがある。かかる変色は緑青等の腐食と見間違われることがある。
特に、濡れ性を向上させるべく、フラックス中に有機酸を配合した場合には、変色が生じやすくなる。よって、本実施形態のフラックスは、はんだ濡れ性と変色抑制効果とを共に達成しうる。

本実施形態にかかるフラックス及びはんだ材料は、以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

次に、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。尚、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるものではない。

（フラックスの作製）
以下に示すような材料を表１に記載の配合で各実施例、比較例に用いるフラックスを作製した。
作製方法は各材料を適当な容器に投入して、室温にて全材料が均一に溶解するまで混合することで各のフラックスを得た。

<材用と配合>
ロジン成分
・ロジン１：水素添加ロジン
・ロジン２：超淡色ロジンエステル
・ロジン３：超淡色液状ロジン誘導体
テルペンフェノール樹脂
・テルペンフェノール樹脂１〜５
ポリパラビニルフェノール
・マルカリンカー（丸善石油化学株式会社製）
有機酸
・市販の有機酸系活性剤
添加剤
・２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール
溶剤成分
・ＩＰＡ

（水酸基価／軟化点）
前記テルペンフェノール樹脂１〜５の水酸基価及び軟化点（メーカー表示値）を表２に示す。
水酸基価はＪＩＳ Ｋ ００７０「化学製品の酸価，けん化価，エステル価，よう素価，水酸基価及び不けん化物の試験方法」の７．２ 電位差滴定法に従って測定した。
軟化点はＪＩＳ Ｋ ２２０７「石油アスファルト」６．４ 軟化点試験方法に従って測定した。
各測定値は表２に示す範囲の内側の数値であった。

（腐食試験）
前記実施例及び比較例のはんだ材料を用いて、ＩＰＣ規格（試験規格：TM-650 2.6.15）における４０℃、９３％ＲＨ環境下２４０時間の試験を行い、目視で試験前後のはんだ上の色の変化を確認した。結果を表１に示す。

（ゼロクロス時間及び濡れ張力の測定）
各実施例及び比較例のはんだ材料について、メニスコグラフ法を用い（試験装置：RHESCA SAT-5100、REHSCA社製）ゼロクロス時間及び濡れ張力を測定した。
尚、測定条件は、以下のとおりであった。

はんだ溶融温度：250℃
浸漬速度：25mm/sec
浸漬深さ：2mm
保持時間：10sec
使用するはんだ組成：Sn3.0Ag0.5Cu

試験基板は以下のように作成した。
リン脱酸銅板（１０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み０．３ｍｍ）をＩＰＡで５分間超音波洗浄した後、ＩＰＡをふき取り、さらに、１．７５％ＨＣｌ水溶液で洗浄後、純水で４回、ＩＰＡで１回すすぎ、ＩＰＡをふき取り、乾燥させたものを試験基板とした。

表１に示すように、実施例のはんだ材料は、いずれも腐食試験において変色は見られなかった。一方、比較例のはんだ材料はいずれも変色がみられた。
また、濡れ性をしめすゼロクロス時間及び濡れ張力は実施例及び比較例に差はなかった。
以上の結果より、実施例のはんだ材料は、はんだ濡れ性は比較例のはんだ材料と同等であるが、変色は抑制されていたことが明らかである。

Claims (3)

1. 水酸基価が１１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下のテルペンフェノール樹脂を、固形分換算で５質量％以上９０質量％以下含むはんだ付け用のフラックス。
2. 軟化点が２０℃以上１８０℃以下であるテルペンフェノール樹脂を含む請求項１に記載のはんだ付け用のフラックス。
3. 請求項１又は２に記載のフラックスとはんだ合金とを含むはんだ材料。