JP6945136B2 - フラックス及びはんだ組成物 - 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組成物に関する。

電子部品の接合等に用いられるはんだは、はんだ合金とフラックスとを含むはんだ組成物からなる。フラックスははんだ付け性を向上させるためにはんだ組成物中に配合されるものであり、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。

フラックスの上記成分、例えば、樹脂成分や活性剤成分は、はんだ組成物を塗布した後のはんだ表面、接合する部品や基板のめっき部分の表面等の酸化膜を除去してはんだ付け性を向上させうる働きがある。一方、これらのフラックスの成分の中には、はんだ合金と反応してはんだ組成物の粘度を上昇させるものがある。特に、連続印刷時等には粘度が上昇しやすく、印刷不良等の原因となる虞がある。そこで、はんだ組成物とした際に粘度変化を抑制するフラックスの成分が検討されている。

例えば、特許文献１には、マレイン酸等の解離定数の小さいカルボン酸を増粘抑制剤として含むフラックスが記載されている。しかし、かかるカルボン酸を含むフラックスは粘度の安定性を改善できてもはんだ組成物としての濡れ性が十分ではないという問題がある。
特許文献２には、カルボン酸エステルを含み特定の軟化点及び酸価を有するロジンを主成分として含むフラックスが濡れ広がり性を維持しつつ保存安定性を改善できることが記載されている。しかしながら、これらのフラックスでも、濡れ性を保持したまま粘度の安定性、特に連続使用時の粘度の安定性を確保することについては不十分であった。

特許第３１５５７７８号 特開２０１６−１５９３２５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、粘度を安定させることができるフラックス及びはんだ組成物を提供することを課題とする。

本発明は、テルペンフェノール樹脂を含み、酸価１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であるはんだ付け用のフラックスである。

本発明によれば、テルペンフェノールを含み、酸価１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であり、はんだ組成物に配合された場合には、はんだ濡れ性を維持しつつ、粘度を安定させることができる。

本発明において、酸価は２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。

本発明において、テルペンフェノール樹脂を０．０５質量％以上３０質量％以下含んでいてもよい。

本発明において、テルペンフェノール及び他の樹脂成分をロジン成分として含み、前記ロジン成分中のテルペンフェノールの含有量は０．１質量％以上８０質量％以下である。

本発明は、前記フラックスとはんだ合金とを含むはんだ組成物である。

本発明によれば、はんだ濡れ性を維持しつつ、粘度を安定させることができるフラックス及びはんだ組成物を提供することができる。

図１は実施例及び比較例のフラックスの粘度と時間との関係を示すグラフである。 図２は実施例及び比較例のフラックスの粘度と時間との関係を示すグラフである。

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組成物について説明する。
本実施形態のフラックスはテルペンフェノール樹脂を含み、酸価１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、好ましくは１６０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上である。
あるいは、本実施形態のフラックスはテルペンフェノール樹脂を含み、酸価１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、好ましくは、酸価１６０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、より好ましくは、酸価１７０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。

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に他の成分を添加したもの、例えば、水素添加したものも含む。

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は特に限定されるものではないが、例えば、０．０５質量％以上３０質量％以下、好ましくは０．１質量％以上２０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粘度安定性維持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、前記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、テルペンフェノール樹脂以外の樹脂成分、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（チキソ剤成分）等を含んでいてもよい。

本実施形態のフラックスは、テルペンフェノール樹脂及び他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１．０質量％以上９５質量％以下、好ましくは１０質量％以上５０質量％以下等が挙げられる。

さらに、前記ロジン成分中のテルペンフェノール樹脂の含有量は０．１質量％以上８０質量％以下、好ましくは５質量%以上６０質量％以下であってもよい。
このようにフラックス中のロジン成分の一部としてテルペンフェノールを含むことで、よりはんだ付け性を維持しつつ、より粘度安定性維持効果が高いフラックスが得られる。
尚、前記ロジン成分中のテルペンフェノール樹脂の含有量は、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ−ＭＳ）、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）、熱重量・示差熱同時測定装置（ＴＧ−ＤＴＡ）、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）等公知の分析手段によって測定しうる。

活性剤成分としては、フラックスの活性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、有機酸、アミンハロゲン塩、ビニルエーテルポリマー等を用いることができる。有機酸としては、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、イソシアヌル酸などが挙げられる。また、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。対するハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素系化合物等が挙げられる。
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、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。

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。
前記溶媒は、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、１．０質量％以上９５質量％以下、好ましくは２０質量％以上６０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、酸価１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、好ましくは１６０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、あるいは、酸価１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、好ましくは、酸価１６０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、より好ましくは、酸価１７０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。
フラックスの酸価が前記範囲であることにより、はんだ付け性を維持しつつより粘度安定性維持効果が高いフラックスが得られる。

本実施形態におけるフラックスの酸価は、ＪＩＳ Ｚ ３１９７ 「はんだ付用フラックス試験方法」8.1.4.1.1 酸価試験（樹脂系及び有機系）に従って測定される酸価を指す。

フラックスの酸価を上記範囲に調整する方法としては、例えば、上記樹脂成分及び活性剤成分として適切な酸価の化合物を選択することで調整できる。
テルペンフェノール樹脂以外の樹脂成分としては、例えば酸価１３０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２６０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下のものを選択することがフラックスの酸価を上記範囲に調整しやすくなるため好ましい。

本実施形態のはんだ組成物は、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組成物における含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、８０質量％以上９５質量％以下、好ましくは８５質量％以上９０質量％以下等が挙げられる。

本実施形態のはんだ組成物は、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。はんだ組成物がソルダーペーストとして製造される場合には、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、テルペンフェノールを含み、且つ、特定の範囲の酸価であり、はんだ組成物に配合された場合には、はんだ付け性を維持しつつ粘度変化を抑制することができる。特に、はんだ組成物を連続使用した場合の粘度上昇に対して効果的に抑制しうる。

本実施形態にかかるフラックス及びはんだ組成物は、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加熱容器に投入して、１８０℃まで加熱し、全材料が溶解して分散したことを確認した。その後、室温にまで冷却して、均一な状態のフラックスを得た。
尚、ロジン、チキソ剤、活性剤は各種成分を単独、または混合して、フラックスの酸価、粘度を適正な範囲になるように調整した。

<材用と配合>
・ロジン：超淡色ロジン（荒川化学社製）
・テルペンフェノール：YSポリスターS145（ヤスハラケミカル社製）
・溶剤：主成分 ヘキシルジグリコール（日本乳化剤社製）、
・チキソ剤：脂肪酸ビスアマイド系チキソトロピック剤
・活性剤：有機酸系活性剤又はハロゲン系活性剤

（酸価の測定）
各実施例及び比較例用のフラックスの酸価を測定した。
酸価は、ＪＩＳ Ｚ ３１９７ 「はんだ付用フラックス試験方法」8.1.4.1.1 酸価試験（樹脂系及び有機系）に従って測定した。
結果を表１に示す。

（はんだ組成物の作製）
さらに、前記フラックスを用いて実施例及び比較例のはんだ組成物を作製した。
はんだ組成物は、はんだ合金粉末（Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ、粒径２０〜３８μｍ）を８８±１質量％、前記フラックスを１２±１質量％となる比率で混合し、ペースト状の各はんだ組成物を作製した。

（増粘率の測定）
前記実施例及び比較例のはんだ組成物を用いて、以下の方法で増粘率を測定した。
ステンレス板上に各はんだ組成物を５００ｇ塗布し、長さ２７ｃｍ、角度６０度のメタルスキージをスキージ速度３０ｍｍ／ｓで距離３０ｃｍ往復させることで、はんだ組成物をローリングさせた。往路と復路の動作間隔は１５ｓとした。この一連の動作を２４時間連続で続けた後、はんだ組成物の粘度を共軸二重円筒形回転粘度計（Ｍａｌｃｏｍ製、ＰＣＵ−２０５）で測定し、連続使用前の初期粘度との粘度差を増粘率として算出した。

（広がり度合いの測定）
前記実施例及び比較例のはんだ組成物を用いて、ＪＩＳ Ｚ ３２８４−４ ４．１ 「ぬれ効力およびディウェッティング試験」に従い測定した広がり度合いを表１に示す。
また、増粘率と時間との関係（増粘率変化）のグラフを図１および図２に示す。

表１に示すように、テルペンフェノール樹脂を含むフラックスを用いた実施例のはんだ組成物の２４時間後の増粘率は比較例のはんだ組成物に比べて低かった。
一方、はんだの広がり度合いの区分は実施例及び比較例に差はなかった。
以上の結果より、実施例のはんだ組成物は、はんだ濡れ性は比較例のはんだ組成物と同等であるが、比較例のはんだ組成物に比べて粘度の上昇が著しく抑制されていた。

Claims (3)

1. テルペンフェノール樹脂及び他の樹脂成分をロジン成分として含み、酸価が１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であって、前記ロジン成分中のテルペンフェノール樹脂の含有量が０．１質量％以上８０質量％以下であるはんだ付け用のフラックス。
2. テルペンフェノール樹脂を０．０５質量％以上３０質量％以下含む請求項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組成物。
   

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