JP7160022B2 - フローソルダリング用フラックス、はんだ付け方法 - Google Patents

フローソルダリング用フラックス、はんだ付け方法 Download PDF

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Description

本発明は、フローソルダリング用フラックス、はんだ付け方法に関する。
電子機器のはんだ付けの方法の1つにフローソルダリング法が汎用されている。一般に、フローソルダリング法は、はんだ付けの前に、発泡フラクサーやスプレーフラクサーにて電子回路基板のはんだ付け面にフラックスを塗布した後、電子回路基板をプリヒーターにて乾燥し、溶融はんだ合金を接触させることによりはんだ付けする方法である。当該フラックスには、ロジンや活性剤等を溶剤に溶解させた液状のポストフラックスが用いられ、電子回路基板のはんだ付け面の金属酸化皮膜を除去し、はんだ付け面に対するはんだ濡れ性を確保する役割を担う。
近年は、電子機器の小型化、薄物化、高機能化が進んでおり、電子回路基板には様々な電子部品が高密度に混載されている。そのため、電子部品を搭載する際に、フローソルダリングにてはんだ付けを施すと、はんだ合金が基板のランド間や部品のリード間に跨る“はんだブリッジ”が生じ、短絡(ショート)を引き起こすことがある。また、はんだ合金が鉛からスズ等へ置換されたことにより、はんだ濡れ性が低下しやすい傾向にあり、その低下もはんだブリッジを引き起こす要因となっている。そのため、フラックスには、はんだ濡れ性に優れ、はんだブリッジの発生を抑えることが求められている。
これらの課題を解決する技術として、例えば、ロジンをベース樹脂として、アミンの酸塩、脂環式多価カルボン酸またはその無水物と、ハロゲン化カルボン酸無水物、ピラゾール化合物、(E)ピペリジン錯塩とを含有するはんだ付けフラックスが公知である(特許文献1)。しかしながら、はんだ濡れ性に優れ、はんだブリッジの発生を抑える点では、未だ不十分であった。
特開2013-126671号公報
本発明は、はんだ濡れ性に優れ、はんだブリッジの発生を抑えるフローソルダリング用フラックス、当該フラックスを用いたはんだ付け方法を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を解決すべく、フラックスの組成について鋭意検討したところ、特定のアミンを組み合わせたフラックスが効果を奏することを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、以下のフローソルダリング用フラックス、はんだ付け方法に関する。
1.(A)成分が、アクリル化ロジン、アクリル化ロジンの水素化物、水素化ロジン及び不均化ロジンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含み(ただし、重合ロジン及び/又はフェノール変性ロジンを含むロジン系樹脂を除く。)、
(C)成分が、全炭素数6~18のジアルキルアミン(c1)並びに、
三フッ化ホウ素モノエチルアミン及び/又は三フッ化ホウ素ピペリジン、並びに、
メチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、エチルアミン塩酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、アリルアミン塩酸塩、ジアリルアミン塩酸塩、3-アミノ-1-プロペン塩酸塩、n-ブチルアミン塩酸塩、ジn-ブチルアミン塩酸塩、N-(3-アミノプロピル)メタクリルアミド塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、o-アニシジン塩酸塩、p-アミノフェノール塩酸塩、メチルアミン臭化水素酸塩、ジメチルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン臭化水素酸塩及びシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むフローソルダリング用フラックス。

.(c1)成分が、ジ(2-エチルヘキシル)アミン及び/又はジn-オクチルアミンを含む前項のフローソルダリング用フラックス。

.フラックス成分100重量%における(c1)成分の含有量が、0.1~1.5重量%である前項1又は2のフローソルダリング用フラックス。

.電子基板に、前項1~のいずれかのフローソルダリング用フラックスを塗布した後、溶融はんだ合金を接触させてはんだ付けする工程を含むはんだ付け方法。

本発明のフローソルダリング用フラックス(以下、単に“フラックス”ともいう)によれば、はんだ濡れ性に優れ、はんだブリッジの発生を抑えることができる。また、良好な絶縁抵抗も確保できる。
本発明のフラックスは、ロジン系樹脂(A)(以下、(A)成分という)、二塩基酸(B)(以下、(B)成分という)、アミン(C)(以下、(C)成分という)及び溶剤(D)(以下、(D)成分という)を含むものである。
(A)成分としては、特に限定されず、例えば、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン等の天然ロジンもしくはこれらの水素化物(水素化ロジン);アクリル化ロジン、不均化ロジン、ホルミル化ロジン、フマル化ロジン、マレイン化ロジンや重合ロジン等の変性ロジン類もしくはこれらの水素化物が挙げられる。これらは単独でも2種以上を組み合わせても良い。中でも、はんだ濡れ性に優れ、フラックス残渣の絶縁抵抗も維持する点からアクリル化ロジン、アクリル化ロジンの水素化物、水素化ロジンおよび不均化ロジンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
(A)成分の含有量(固形分換算、以下同様)としては、特に限定されず、(D)成分に溶解し、フラックス残渣の絶縁抵抗を維持する点から、全フラックス成分を100重量%として、通常は1~20重量%程度、好ましくは5~15重量%程度である。
また、本発明のフラックスには、非ロジン系ベース樹脂(A1)(以下、(A1)成分という)を併用することもできる。(A1)成分としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ナイロン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリオレフイン樹脂、フッ素系樹脂、ABS樹脂等の合成樹脂;イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム、ナイロンゴム、ナイロン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等のエラストマー等が挙げられる。また、(A1)成分の含有量は、(A)成分及び(A1)成分の合計を100重量%として、5重量%未満である。
(B)成分としては、特に限定されず、例えば、コハク酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、デカン二酸、ドデカン二酸等の非ハロゲン系二塩基酸;2,3-ジブロモコハク酸、2-ブロモコハク酸、2,2-ジブロモアジピン酸、クロレンド酸等のハロゲン系二塩基酸等が挙げられる。これらは単独でも2種以上を組み合わせても良い。
(B)成分の含有量としては、特に限定されず、はんだ濡れ性に優れ、フラックス残渣の絶縁抵抗も維持する点から、全フラックス成分を100重量%として、通常は0.2~3重量%程度、好ましくは0.5~2重量%程度である。
本発明のフラックスには、(B)成分以外の塩基酸(B1)(以下、(B1)成分という)を併用しても良い。(B1)成分としては、特に限定されず、例えば、ピコリン酸、N-ラウロイルサルコシンの非ハロゲン系一塩基酸;3-ブロモプロピオン酸、2-ブロモペンタン酸、5-ブロモ-n-ペンタン酸、2-ブロモイソペンタン酸、2-ブロモ吉草酸、5-ブロモ-n-吉草酸、2-ブロモイソ吉草酸等のハロゲン系一塩基酸等が挙げられる。これらは単独でも2種以上を組み合わせても良い。また(B1)の含有量としては、(B)成分及び(B1)成分の合計を100重量%として、4重量%未満である。
(C)成分はアミンであり、全炭素数6~18のジアルキルアミン(c1)(以下、(c1)成分という)並びに、
三フッ化ホウ素モノエチルアミン及び/又は三フッ化ホウ素ピペリジン、並びに、
メチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、エチルアミン塩酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、アリルアミン塩酸塩、ジアリルアミン塩酸塩、3-アミノ-1-プロペン塩酸塩、n-ブチルアミン塩酸塩、ジn-ブチルアミン塩酸塩、N-(3-アミノプロピル)メタクリルアミド塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、o-アニシジン塩酸塩、p-アミノフェノール塩酸塩、メチルアミン臭化水素酸塩、ジメチルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン臭化水素酸塩及びシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種(以下、(c2)成分という。)を含む。(c1)成分及び(c2)成分を使用することにより、はんだ濡れ性に優れ、はんだブリッジの発生を抑えることができるフラックスとなる。また、(C)成分の含有量としては、はんだ濡れ性に優れ、はんだブリッジの発生を抑える点から、全フラックス成分を100重量%として、通常は0.2~2.5重量%程度、好ましくは0.3~2重量%程度である。

(c1)成分は、全炭素数6~18のジアルキルアミンである。全炭素数が6未満、又は18を超える場合は、はんだブリッジが発生し、短絡(ショート)等の不良を起こしやすくなる。
(c1)成分としては、例えば、ジn-プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn-ブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジーtert-ブチルアミン、N-(n-ブチル)-N-エチルアミン、N-(n-ブチル)-N-(n-プロピル)アミン、ジn-ペンチルアミン、ジイソペンチルアミン、ジn-ヘキシルアミン、ジn-ヘプチルアミン、ジ(2-エチルヘキシル)アミン、ジn-オクチルアミン、ジn-ノニルアミン等の脂肪族アミン;N-メチルシクロヘキシルアミン、N-エチルシクロヘキシルアミン、N-イソプロピルシクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン等の脂環族アミン等が挙げられる。これらは単独でも2種以上を組み合わせても良い。中でもはんだブリッジの発生を抑える点から、ジ(2-エチルヘキシル)アミン、ジn-オクチルアミンを含むことが好ましい。
(c1)成分の含有量としては、特に限定されず、はんだブリッジの発生を抑える点から、全フラックス成分を100重量%として、通常は0.1~1.5重量%程度、好ましくは0.1~1.2重量%程度である。
発明のフラックスにおいては、はんだ濡れ性に優れ、はんだブリッジの発生を抑える点から、三フッ化ホウ素モノエチルアミン及び/又は三フッ化ホウ素ピペリジン、並びに、
メチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、エチルアミン塩酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、アリルアミン塩酸塩、ジアリルアミン塩酸塩、3-アミノ-1-プロペン塩酸塩、n-ブチルアミン塩酸塩、ジn-ブチルアミン塩酸塩、N-(3-アミノプロピル)メタクリルアミド塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、o-アニシジン塩酸塩、p-アミノフェノール塩酸塩、メチルアミン臭化水素酸塩、ジメチルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン臭化水素酸塩及びシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種(c2)を用いる。

でもはんだ濡れ性に優れ、はんだブリッジの発生を抑える点から、フッ化ホウ素モノエチルアミン及びジエチルアミン臭化水素酸塩を含むことがより好ましい。
(c2)成分の含有量としては、特に限定されず、はんだブリッジの発生を抑え、フラックス残渣の絶縁抵抗も維持する点から、全フラックス成分を100重量%として、通常は0.1~1重量%程度、好ましくは0.2~0.8重量%程度である。
本発明のフラックスには、(c1)成分及び(c2)成分以外のアミン(c3)(以下、(c3)成分という)を併用しても良い。(c3)成分としては、特に限定されず、例えば、n-ブチルアミン、イソブチルアミン、n-ヘキシルアミン、n-へプチルアミン、n-オクチルアミン等のモノアルキルアミン;トリn-ヘキシルアミン、トリn-ヘプチルアミン、トリn-オクチルアミン、N,N-ジエチルメチルアミン等のトリアルキルアミン;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン;シクロヘキシルアミン等の脂環族モノアミン;ジフェニルアミン、トリフェニルアミン等の芳香族アミン等が挙げられる。これらは単独でも2種以上を組み合わせても良い。また、(c3)成分の含有量としては、特に限定されず、(C)成分を100重量%として、1重量%未満である。
(D)成分としては、特に限定されず、例えば、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール等のアルコール;ブチルカルビトール、ヘキシルカルビトール等のグリコールエーテル;酢酸イソプロピル、プロピオン酸エチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル等のエステル;n-ヘキサン、ドデカン、テトラデセン等の炭化水素等が挙げられる。これらは単独でも2種以上を組み合わせても良い。中でも、(A)成分、(B)成分及び(C)成分をよく溶解する点から、アルコールが好ましく、イソプロパノールがより好ましい。
(D)成分の含有量としては、特に限定されず、(A)成分、(B)成分及び(C)成分をよく溶解する点から、全フラックス成分を100重量%として、通常は70~95重量%程度、好ましくは80~95重量%程度である。
本発明のフラックスは、更にアミノ基を有さないハロゲン系化合物(E)(以下、(E)成分という)を含んでも良い。(E)成分としては、特に限定されず、例えば、trans-2,3-ジブロモ-1,4-ブテンジオール、cis-2,3-ジブロモ-1,4-ブテンジオール、1-ブロモ-2-ブタノール、1-ブロモ-2-プロパノール、3-ブロモ-1-プロパノール、3-ブロモ-1,2-プロパンジオール、1,4-ジブロモ-2-ブタノール、1,3-ジブロモ-2-プロパノール、2,2-ビス(ブロモメチル)-1,3-プロパンジオール、2,3-ジブロモ-1-プロパノール等のハロゲン化モノアルコール;1,4-ジブロモ-2,3-ブタンジオール、2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオール、2,2-ビス(ブロモメチル)-1,3-プロパンジオール等のハロゲン化ジオール;1-ブロモ-3-メチル-1-ブテン、1,4-ジブロモブテン、1-ブロモ-1-プロペン、2,3-ジブロモプロペン、1,2-ジブロモ-1-フェニルエタン、1,2-ジブロモスチレン、1,2,3,4-テトラブロモブタン、1,2-ジブロモ-1-フェニルエタン、4-ステアロイルオキシベンジルブロミド、4-ステアリルオキシベンジルブロミド、4-ステアリルベンジルブロミド、4-ブロモメチルベンジルステアレート、4-ステアロイルアミノベンジルブロミド、2,4-ビスブロモメチルべンジルステアレート、4-パルミトイルオキシベンジルブロミド、4-ミリストイルオキシベンジルブロミド、4-ラウロイルオキシベンジルブロミド、4-ウンデカノイルオキシベンジルブロミド等の活性水素非含有ハロゲン化合物等が挙げられる。またその含有量も特に限定されず、全フラックス成分を100重量%として、3重量%以下である。
本発明のフラックスには、更に酸化防止剤、防黴剤、艶消し剤(例えば、パルミチン酸等)等の添加剤を含んでも良い。全フラックス成分を100重量%に対して、通常は、5重量%以下である。
本発明のフラックスの製造法は特に限定されず、各種公知の方法を採用でき、例えば、(A)成分、(B)成分、(C)成分及び(D)成分、必要に応じて前記添加剤を配合し、室温で充分に溶解するまで混合すること等が挙げられる。
本発明のはんだ付け方法は、電子基板に前記フラックスを塗布した後、溶融はんだ合金を接触させてはんだ付けする工程を含むものである。
電子基板としては、特に限定されず、各種公知のものを使用できるが、中でも、プリント配線基板が好適である。
フラックスの塗布方法としては、特に限定されず、例えば、電子基板の全体を塗布する方法、パレットマスク等の冶具で電子基板を覆い、はんだ付けしたい箇所のみに塗布する方法等が挙げられる。
溶融はんだ合金とは、はんだ合金を加熱して溶融させたものである。はんだ合金としては、鉛を含有しなければ、特に限定されず、各種公知のものを使用できる。例えば、Snをベースとするはんだ、例えばSn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Sb系、Sn-Zn系、Sn-Bi系のはんだ合金等が挙げられる。また、はんだ合金は、Ag、Al、Au、Bi、Co、Cu、Fe、Ga、Ge、In、Ni、P、Pt、Sb、Znの1種又は2種以上の元素がドープされたものであっても良く、例えば、Sn96.5Ag3Cu0.5、Sn95Sb5、Sn99.3Cu0.7、Sn97Cu3、Sn92Cu6Ag2、Sn99Cu0.7Ag0.3、Sn95Cu4Ag1、Sn97Ag3、Sn96.3Ag3.7、Sn42Bi58等を例示できる。なお、はんだ合金を溶融する際の温度、時間等は、使用するはんだ合金に応じて、適宜選択すれば良い。
はんだ付け方法としては、溶融はんだ合金を電子基板に接触できるものであれば、特に限定されず、例えば、フローはんだ付け、ポイントディップ等が挙げられる。
以下に本発明を実施例により更に具体的に説明する。ただし、本発明の技術的範囲がこれら実施例に限定されるものではない。
実施例1
アクリル化ロジンの水素化物(商品名「KE-604」、荒川化学工業(株)製)を4.0重量%、水素化ロジン(商品名「CRW-300」、荒川化学工業(株)製)を7.0重量%、コハク酸を0.5重量%、クロレンド酸を0.5重量%、ジn-オクチルアミンを0.5重量%、ジエチルアミン臭化水素酸塩を0.3重量%、三フッ化ホウ素モノエチルアミンを0.4重量%、trans-2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオールを0.8重量%、パルミチン酸を1.0重量%及びイソプロパノールを85.0重量%となるように、溶解するまで混合し、フラックスを調製した。組成を表1に示す(以下同様)。
実施例2~18、比較例1~5
表1に示す組成に変更した他は、実施例1と同様にしてフラックスをそれぞれ調製した。
<はんだ濡れ性>
JIS Z 3197(はんだ広がり試験)に準拠して、はんだ濡れ性を評価した。評価基準は以下の通りである。評価結果を表1に示す(以下同様)。
(評価基準)
○:広がり率が76%以上
△:広がり率が70%以上76%未満
×:広がり率が70%未満
<はんだブリッジ>
2列コネクタ部品(リードピッチ:2mm、ピン数:30)を6点搭載したプリント配線板(9cm×15cm)に、フラックス塗布装置(商品名:『SPT-300XL』、生産技研サービス(有)製)を用いて、各フラックスを0.01g/cmで噴霧した。噴流はんだ付け装置(商品名:『C250』、National Solbot Electronics Industrial Co,LTD.製)で、塗布後のプリント配線板を温度110℃でプリヒートした後、温度255℃の溶融はんだ合金(Sn-0.7Cu-0.05Ni-Ge(商品名:『LLS227N』、ソルダーコート(株)製))(以下、“LLS227N”という)を4秒間接触させることではんだ付けした。6個の2列コネクタ部品について、はんだブリッジの有無を目視確認し、以下の基準で評価した。
(評価基準)
◎:全ての2列コネクタ部品ではんだブリッジが発生していない。
○:2列コネクタ部品1~2個ではんだブリッジが発生。
△:2列コネクタ部品3~5個ではんだブリッジが発生。
×:全ての2列コネクタ部品でブリッジが発生。
<絶縁抵抗試験>
くし型基板2型(JIS Z 3197に規定)に各フラックスを塗布した。塗布後の基板を温度110℃の乾燥機で5分間乾燥させ、255℃のはんだ浴(LLS227N)に3秒間浸漬させ、はんだ付けを行った。その後、基板を引き上げ室温まで冷却させた。さらに基板を温度85℃、湿度85%の恒温恒湿槽に放置して、168時間後のフラックス残渣の抵抗値(単位:Ω)を測定した。抵抗値が大きいほど、絶縁抵抗に優れていることを示す。
Figure 0007160022000001
表1における略号は、以下の化合物を意味する。
<(A)成分>
・KE-604:アクリル化ロジンの水素化物(商品名「KE-604」、荒川化学工業(株)製)
・CRW-300:水素化ロジン(商品名「CRW-300」、荒川化学工業(株)製)
・ロンヂスR:不均化ロジン(商品名「ロンヂスR」、荒川化学工業(株)製)
<その他>
・DBBO:trans-2,3-ジブロモ-2-ブテン-1,4-ジオール
・IPA:イソプロパノール

Claims (4)

  1. ロジン系樹脂(A)、二塩基酸(B)、アミン(C)及び溶剤(D)を含み、
    (A)成分が、アクリル化ロジン、アクリル化ロジンの水素化物、水素化ロジン及び不均化ロジンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含み(ただし、重合ロジン及び/又はフェノール変性ロジンを含むロジン系樹脂を除く。)、
    (C)成分が、全炭素数6~18のジアルキルアミン(c1)並びに、
    三フッ化ホウ素モノエチルアミン及び/又は三フッ化ホウ素ピペリジン、並びに、
    メチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、エチルアミン塩酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、アリルアミン塩酸塩、ジアリルアミン塩酸塩、3-アミノ-1-プロペン塩酸塩、n-ブチルアミン塩酸塩、ジn-ブチルアミン塩酸塩、N-(3-アミノプロピル)メタクリルアミド塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、o-アニシジン塩酸塩、p-アミノフェノール塩酸塩、メチルアミン臭化水素酸塩、ジメチルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン臭化水素酸塩及びシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むフローソルダリング用フラックス。
  2. (c1)成分が、ジ(2-エチルヘキシル)アミン及び/又はジn-オクチルアミンを含む請求項のフローソルダリング用フラックス。
  3. フラックス成分100重量%における(c1)成分の含有量が、0.1~1.5重量%である請求項1又は2のフローソルダリング用フラックス。
  4. 電子基板に、請求項1~のいずれかのフローソルダリング用フラックスを塗布した後、溶融はんだ合金を接触させてはんだ付けする工程を含むはんだ付け方法。

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