JPH04237593A - 水溶性ハンダ付用フラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回路板のハンダ付に関連
して使用されるタイプの水溶性ハンダ付用フラックスに
関する。

【０００２】

【従来の技術】回路板の組立方法は一般的に、最初にＦ
Ｒ−４などの基板上にメタライズ（金属化）領域（例え
ば、銅）を形成することにより回路パターンを形成し、
その後、回路板にハンダマスクを塗布することによりこ
れらのメタライズ領域を被覆し、その後の加工からこれ
らメタライズ領域を保護することにより行われる。この
ようなハンダマスクは一般的に、回路板上に相似形に塗
布される高分子膜または層からなる。

【０００３】次いで、この層を例えば、光リソグラフィ
技術によりパターン付けし、回路板上にハンダ付けすべ
きメタライズ領域を露出させる。次に、融着液（ハンダ
付用フラックス）を回路板に塗布し、メタライズ領域を
湿潤すると共に、清浄にする。ハンダ付用フラックスの
塗布後、メタライズ領域をハンダで被覆する。この被覆
は通常、回路板を溶融ハンダ浴中にどぶ浸けすることに
より行われる。ハンダ浴から取り出した後、回路板は一
般的に、エアーナイフにかけられ、ハンダ“氷柱（つら
ら）”および過剰（および望ましくない）ハンダ並びに
通路間ハンダ（すなわち、ハンダが交差および短絡して
いるもの）などのようなその他の関連する欠陥などの発
生率を下げるためにハンダを平均化する。この方法は、
“熱風ハンダレベリング法（Ｈｏｔ　Ａｉｒ　Ｓｏｌｄ
ｅｒ　Ｌｅｖｅｌｉｎｇ，　ＨＡＳＬ）　”として当業
者に知られている。

【０００４】ＨＡＳＬ法を使用して回路板上の特定のメ
タライズ領域をハンダで被覆する代わりに、ハンダを銅
メタライズ領域上に電気メッキすることもできる。ハン
ダを電気メッキした後、時々フラックスをメッキハンダ
層上に塗布し、その後、回路板をオーブン中で加熱し、
ハンダをリフローさせる。ＨＡＳＬ法または、ハンダ電
気メッキし、続いてハンダリフローすることによるよう
な、回路板上の特定のメタライズ領域にハンダを塗布す
る方法を一般的に指称するため、以下“塗布方法”とい
う用語を使用する。

【０００５】環境問題のために、現在、塗布方法におい
ては、ロジンフラックスよりもむしろ、水溶性フラック
スのほうが使用されている。水溶性フラックスの残留物
は水および／または洗浄剤により回路板から容易に洗い
流すことができる。これに対して、ロジンフラックスの
残留物は一般的に、クロロフルオロカーボンまたはハロ
ゲン化炭化水素で洗浄しなければならない。これらの有
機溶剤は環境に対して極めて有害である。

【０００６】水溶性フラックスは水性洗浄の利点をもた
らすが、このようなフラックスはロジンフラックスに比
較して一つの欠点を有する。現在使用されている水溶性
フラックスは通常、親水性の水溶性ポリグリコール類を
含有している。溶融ハンダを回路板に塗布した時、ポリ
マー母材からなる回路板は必ず、ポリマー母材のガラス
転移温度Ｔｇ以上に加熱される。回路板がＴｇ以上に加
熱されている合間に、水溶性フラックスのポリグリコー
ル分子は回路板のポリマー母材中に拡散する。回路板が
冷えると、拡散ポリグリコール分子はたとえ洗浄したと
しても、回路板中に取り込まれ、その中に残留してしま
う。極めて高い湿度では、取り込まれたポリグリコール
分子は回路板の表面に水を引き付け、回路板の表面絶縁
抵抗（ＳＩＲ）を低下する。

【０００７】母材中に取り込まれたポリグリコール分子
を有する回路板がその後のハンダ付け操作にかけられた
時、このようなハンダ付け操作に水溶性フラックスが再
び使用されれば、ポリグリコール分子は更に取り込まれ
る。その結果、回路板のＳＩＲは更に低下し、ＳＩＲが
もはや全く低下しない“飽和レベル”にまで達する。飽
和レベルでは、取り込まれたポリグリコール分子の数は
水分子の連続膜を引き付けるのに十分である。

【０００８】回路板のＳＩＲ低下は望ましくない。なぜ
なら、ＳＩＲの低下は、回路板上に実装された演算増幅
器などのような特定のタイプの集積回路の入力インピー
ダンスに悪影響を及ぼすからである。この理由により、
電子機器の購買者はしばしば、購入する機器内の回路板
が特定の最小ＳＩＲレベル（例えば、３００ＭΩ）を満
たすか、または、この値を超えていることを要求する。 現在までのところ、ハンダ付け操作中に回路板母材中に
ポリグリコール分子が取り込まれるために、水溶性フラ
ックスで高ＳＩＲレベルを達することは実際上不可能で
あることが立証されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、水および／ま
たは洗浄剤で洗い流すことができ、しかも、回路板のＳ
ＩＲに悪影響を与えないハンダ付用フラックスの開発が
強く求められている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】要するに、本発明によれ
ば、水溶性であり、しかも、水洗後も回路板のような基
板のポリマー母材のＳＩＲを劣化させないハンダ付用フ
ラックスが提供される。本発明のハンダ付用フラックス
は、活性剤、回路板の表面により優先的に吸着され表面
を概ね疎水性にする疎水性界面活性剤、および、活性剤
と疎水性界面活性剤を回路板の表面に運ぶための水溶性
ビヒクルとからなる。活性剤とビヒクルは、ハンダ付け
を容易にするため回路板上のメタライズ領域を湿潤し、
かつ、清浄にするような従来の水溶性フラックスと同様
な機能を果たすために選択される。

【００１１】優先吸着のために選択される疎水性界面活
性剤は、ハンダ付け操作中に回路板がＴｇ（回路板のポ
リマー母材のガラス転移温度）以上に加熱された時に、
回路板の表面中の隙間を埋め、ビヒクル分子（一般的に
、親水性である）が取り込まれることを防止するように
機能する。回路板のハンダ付け後の疎水性を高め、これ
により、回路板のＳＩＲの値を維持するために、本発明
のハンダ付用フラックスに不活性油を添加することもで
きる。本発明のハンダ付用フラックスの液体取扱適性を
高めるために、しばしば（常にではないが）、溶剤を使
用し、前記のような構成成分を可溶化する。

【００１２】

【実施例】以下、具体例により本発明を更に詳細に説明
する。本発明のハンダ付用フラックスは、塗布方法（例
えば、ＨＡＳＬ法または電気メッキハンダのリフロー）
において、および、電子部品の回路板へのその後のハン
ダ付けなどにおいて、回路板上で使用されるものである
。下記で詳細に説明するように、本発明のフラックスは
水溶性であり、残留物を水および／または洗浄剤で容易
に洗い流せるようにするばかりでなく、本発明のフラッ
クスは回路板の表面絶縁抵抗（ＳＩＲ）を殆ど低下しな
い。

【００１３】本発明のフラックスは、活性剤、回路板の
表面により優先的に吸着され、この表面を概ね疎水性に
する疎水性界面活性剤および界面活性剤と活性剤を運ぶ
ための水溶性ビヒクルからなる。ハンダ付け後の回路板
の疎水性を高めるために、フラックスに不活性油を添加
することもできる。回路板へのフラックスの塗布は、活
性剤、疎水性界面活性剤、ビヒクルおよび不活性油を、
イソプロピルアルコールなどのような溶剤中に溶解する
ことにより容易化させることができる。

【００１４】本発明のフラックス中の活性剤は、溶融ハ
ンダ用の酸化物還元剤、湿潤剤および／または金属錯生
成剤として機能する材料類から選定することができる。 このような材料は例えば、アミンハロゲン化水素酸塩類
、有機酸および遊離アミンなどである。しかし、これら
に限定されない。水溶性フラックスの場合、有機酸から
なる活性剤は、一般的に、一種類以上の群からなる低分
子量（すなわち、水溶性）酸類（例えば、クエン酸、レ
ブリン酸、酢酸または修酸）から選定される。活性剤と
してこれら酸（または酸混合物）の何れかを使用する場
合、酸はフラックスの０〜２０ｗｔ％を構成する。

【００１５】金属錯生成剤はエチルアミンのような単純
アミンであるか、または、エチレンジアミン−四酢酸の
ようなキレート化剤である。金属錯生成剤タイプの活性
剤はフラックスの０〜５ｗｔ％を構成する。酸化物還元
剤は一般的に、ハロゲンとして塩素または臭素を有する
アミンハロゲン化水素酸塩類の群から選択される。酸化
物還元剤は一般的に、フラックスの０〜１０ｗｔ％を構
成する。

【００１６】本発明のフラックスのビヒクルは水溶性お
よび非イオン性であるものが選択される。一般的に、ビ
ヒクルは純粋なポリエチレンまたはポリプロピレングリ
コール若しくは、その疎水性部分としてポリエチレング
リコール（ポリエトキシレート）またはポリプロピレン
グリコール（ポリプロキシレート）鎖の何れかを有する
界面活性剤からなる。ビヒクルは一般的に、フラックス
の１０〜５０ｗｔ％を構成する。

【００１７】前記のように、プリント配線板は通常、ポ
リマー母材からなり、ハンダ付けの操作中に母材のガラ
ス転移温度Ｔｇ以上に加熱される。常用の水溶性フラッ
クスをハンダ付け操作中に回路板に塗布した場合、フラ
ックス中の若干の親水性ポリグリコール分子は、回路板
がＴｇ以上に加熱された時に形成された回路板の母材中
の隙間を埋める傾向がある。回路板が冷却されると、親
水性ポリグリコール分子は、たとえ洗浄したとしても、
回路板の母材中に取り込まれ、そのまま残留するように
なる。取り込まれた親水性ポリグリコール分子は高湿度
条件下で、回路板の表面に水を引き付けやすく、その結
果、回路板のＳＩＲを低下する。

【００１８】この結果を避けるために、本発明のフラッ
クスは都合良く、モノ，ジ，トリ−アルキルまたはアリ
ールホスフェートエステルの何れか（またはこれらの混
合物）からなる疎水性界面活性剤を含有する。

【００１９】一般的に、界面活性剤の疎水性基は次の群
のうちの一つから選択される。 （ａ）　アルキル鎖の分子量が４８超である、アルキル
基含有直鎖または分枝鎖炭素鎖； （ｂ）　アリール鎖の分子量が１８９超である、アリー
ル鎖含有直鎖または分枝鎖炭素鎖； （ｃ）　１個以上のポリエチレンオキサイドまたはポリ
プロピレンオキサイド鎖によりホスフェート基に結合さ
れた直鎖または分枝鎖疎水性基（アルキルおよび／また
はアリール基）。ポリエチレンオキサイド鎖の場合、そ
の結合は最小に維持されなければならず、アルキルおよ
びアリール基の鎖は、前記のように、４８および１８９
よりも多くなければならない。ポリプロピレンオキサイ
ドの場合、それぞれ４８および１８９の最小分子量を有
するアルキルまたはアリール基について５グリコール単
位以下であることができる。ポリプロピレンオキサイド
鎖が増大すると、同じＳＩＲレベルを維持するために、
対応してアルキルまたはアリール鎖の大きさも増大しな
ければならない。

【００２０】疎水性界面活性剤の配合量はフラックスの
重量を基準にして、０．５〜７．１ｗｔ％の範囲内で選
択される。正確な配合割合は、界面活性剤の疎水性、所
望のＳＩＲレベルおよび溶剤抽出導電率のような回路板
組立に付随するその他のパラメータに対する界面活性剤
エステルの効果などにより決定される。

【００２１】ハンダ付け後の回路板の疎水性を高めるた
めに、０〜２ｗｔ％の範囲内の少量の不活性油をフラッ
クスに添加することが有用であることが発見された。不
活性油の配合量が高くなると回路板の審美的外観が不良
になり、回路板の取扱適性および試験適性が損なわれる
ので、一般的に、高配合量の不活性油は好ましくないこ
とが発見された。一般的に、不活性油はタル油または軽
鉱物油から選択される。

【００２２】別法として、不活性油は低レベル（≦１％
）のロジン（アビエチン酸、アビエチン酸の異性体類、
これら異性体の混合物またはアビエチン酸の二量体類お
よびこれらの異性体類）からなることもできる。不活性
油としてロジンを使用する場合、ハンダ付け後の回路板
の水洗後にロジン残留物が殆ど残らないようにするため
、ロジン含量を十分に低いレベルに維持しなければなら
ない。多量のロジン残留物は回路板の試験適性に悪影響
を及ぼすばかりか、水洗後の回路板の審美的外観も損な
う。

【００２３】本発明のフラックスの回路板への塗布を容
易にするため、活性剤、ビヒクル、疎水性界面活性剤お
よび不活性油はイソプロピルアルコールのような溶剤に
溶解させることができる。

【００２４】下記の表１に本発明のフラックスの実施例
を示す。表１では、約１０〜５０ｗｔ％のビヒクルと０
〜２０ｗｔ％の活性剤を含有する市販の水溶性フラック
スと混合された、様々な種類と濃度の疎水性界面活性剤
に関する相対表面絶縁抵抗（ｌｏｇ１０値で表示されて
いる）を示す。表１に示された実施例では、フラックス
として、米国、イリノイ州のベンセンビル（Ｂｅｎｓｅ
ｎｖｉｌｌ）に所在のロンドンケミカル社から市販され
ている、ＬＯＮＣＯ　ＮＦ３０００水溶性フラックスを
選定し使用した。

【００２５】

【表１】 注１：ＣＲＯＤＡＦＯＳ　Ｎ３酸は３５〜４５％のモノ
ホスフェートエステルと５０〜６０％のジホスフェート
エステルとの混合物であり、疎水性鎖は３個のエチレン
オキサイド基の鎖によりホスフェート基に結合されたＣ
１６基からなる。注２：ＣＲＯＤＡＦＯＳ　ＣＡＰは７
５％のモノホスフェートエステルと２５％のジホスフェ
ートエステルとの混合物であり、疎水性鎖は１０個のプ
ロピレンオキサイド基の鎖によりホスフェート基に結合
されたＣ１６基からなる。

【００２６】ＣＲＯＤＡＦＯＳ，　ＥＭＰＨＯＳ，　Ｇ
ＡＦＡＣ，　ＭＯＮＡＦＡＸおよびＡＮＴＡＲＡブラン
ドの界面活性剤は下記のメーカーから市販されている。 ＣＲＯＤＡＦＯＳ　　ニューヨーク州、ニューヨークに
所在のクロダ（Ｃｒｏｄａ）　社 ＥＭＰＨＯＳ　　　　ニューヨーク州、ニューヨークに
所在のウイトコケミカル（Ｗｉｔｃｏ　Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ）　社ＭＯＮＡＦＡＸ　　　ニュージャージー州、パ
ターソンに所在のモナインダストリー（Ｍｏｎａ　Ｉｎ
ｄｕｓｔｒｉｅｓ）　社ＡＮＴＡＲＡおよびＧＡＦＡＣ
　　　ニュージャージー州、プリンストンに所在のロー
ヌプーラン（Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃ）　社

【００
２７】前記の表１に示された本発明のフラックスの各実
施例と比べて、ＬＯＮＣＯ　ＮＦ３０００ブランドの水
溶性フラックスは単独で、７〜８の範囲内のｌｏｇ１０
ＳＩＲ値をもたらすことが発見された。従って、（様々
な疎水性界面活性剤と共にＬＯＮＣＯ　ＮＦ３０００フ
ラックスを“ドーピング”することにより得られた）表
１における本発明の各種のフラックスの実施例はＬＯＮ
ＣＯ　ＮＦ３０００フラックス単独の場合よりも少なく
とも１桁大きなＳＩＲをもたらす。

【００２８】本発明のフラックスは、表１に示されたよ
うな方法でＬＯＮＣＯＮＦ３０００フラックスをドーピ
ングすることにより得られる必要性はない。下記の表２
に、様々なタイプのビヒクルおよび活性剤を含有する本
発明のフラックスの実施例を示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表１に示されたものと同様に、表２に示さ
れた本発明のフラックスの各種実施例は８以上のｌｏｇ
１０ＳＩＲ値を示す。従って、市販の水溶性フラックス
を凌駕する優れた改善を示す。表１の実施例と比較され
るように、表２の殆どの実施例、特に、不活性油を含有
する実施例は洗浄剤による洗浄の後でも残留物が存在す
ることが確認された。審美的外観からすれば、このよう
な残留物は望ましくない。ＩＧＥＰＡＬおよびＰＬＵＲ
ＡＣＯＬは、米国、ニュージャージ州のプリンストンに
所在のローヌプーラン社および米国、ニュージャージ州
のパルシパニーに所在のＢＡＳＦ社からそれぞれ市販さ
れているポリグリコールの商品名である。

【００３１】本発明のフラックスは、ＨＡＳＬ法または
回路板へハンダを電気メッキする方法などにより回路板
上のメタライズ領域にハンダを塗布することからなる前
記の塗布方法で使用するのに特に適している。本発明の
フラックスは光画成可能層のパターン付け後でハンダの
リフロー前に回路板へ塗布される。ハンダ付け操作が終
了した後、回路板を水および／または洗浄剤で洗浄し、
回路板上に残っている全ての残留物を除去することがで
きる。本発明のフラックス中に疎水性界面活性剤が存在
することにより、ビヒクルのポリグリコール分子は、た
とえ存在したとしても、回路板中に殆ど取り込まれない
。

【００３２】更に、本発明のフラックスは回路板へ部品
をハンダ接続する際にも使用できる。一般的に、この方
法は、最初に各部品のリードを回路板中の金属メッキス
ルーホール中へ挿入し、次いで、回路板をハンダ付け操
作（リフローまたは超音波溶着）にかけることにより行
われる。本発明のフラックスは一般的に、部品挿入後で
ハンダ付け前にフラックスを回路板に刷毛塗り、吹付け
または発泡させることにより塗布される。ハンダ付け後
、一般的に、回路板は水および／または洗浄剤により洗
浄され、フラックス残留物を除去する。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のフラック
スは、水溶性ビヒクルを含有するので水または洗浄剤に
より回路板から容易に洗浄除去することができる。また
、好都合なことに、回路板表面により優先的に吸着され
、表面を疎水性にする疎水性界面活性剤がフラックス中
に配合されているので、本発明のフラックスは回路板の
ＳＩＲを殆ど劣化しない。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回路板などに塗布された場合、ハンダ
   付けおよびその後の回路板洗浄後も回路板の表面絶縁抵
   抗を劣化しない水溶性ハンダ付用フラックスであって、
   水溶性ビヒクル；活性剤；およびビヒクルおよび活性剤
   よりも優先的に回路板表面により吸着され、該表面を概
   ね疎水性にする疎水性界面活性剤；からなることを特徴
   とする水溶性ハンダ付用フラックス。
2. 【請求項２】　　回路板のハンダ付け後の疎水性を高め
   る不活性油を更に含有する請求項１のフラックス。
3. 【請求項３】　　活性剤、ビヒクルおよび疎水性界面活
   性剤は溶剤に溶解されている請求項１のフラックス。
4. 【請求項４】　　溶剤はイソプロピルアルコールからな
   る請求項３のフラックス。
5. 【請求項５】　　不活性油はタル油および鉱物油からな
   る群から選択される請求項２のフラックス。
6. 【請求項６】　　不活性油は、フラックスの重量を基準
   にして１ｗｔ％未満の量のロジンからなる請求項２のフ
   ラックス。
7. 【請求項７】　　疎水性界面活性剤はモノ−，ジ−，ト
   リ−アルキルおよび−アリールホスフェートエステル類
   およびこれらの混合物からなる群から選択される請求項
   １のフラックス。
8. 【請求項８】　　疎水性界面活性剤は、アルキル鎖の分
   子量が４８超であるアルキル基を含有する直鎖または分
   枝鎖炭素鎖からなる群から選択される請求項７のフラッ
   クス。
9. 【請求項９】　　疎水性界面活性剤は、アリール鎖の分
   子量が１８９超であるアリール基を含有する直鎖または
   分枝鎖炭素鎖からなる群から選択される請求項８のフラ
   ックス。
10. 【請求項１０】　　疎水性界面活性剤は、炭素鎖がポリ
    プロピレンおよびポリエチレンオキサイドからなる群か
    ら選択される１個のオキサイドによりホスフェート基に
    結合されている、アルキル基および／またはアリール基
    含有直鎖または分枝鎖炭素鎖からなる群から選択される
    請求項８のフラックス。
11. 【請求項１１】　　疎水性界面活性剤はフラックスの重
    量を基準にして、０．５〜７．１ｗｔ％配合されている
    請求項８のフラックス。
12. 【請求項１２】　　活性剤は有機酸、金属錯生成剤およ
    び有機アミンハロゲン化水素酸塩からなる群から選択さ
    れる請求項１のフラックス。
13. 【請求項１３】　　少なくとも一方の主要面上にメタラ
    イズ領域を有する回路板の製造方法において、少なくと
    も１個のメタライズ領域を有する回路板上の主要面に光
    画成可能な層を相似形的に塗布し；光リソグラフ法によ
    り前記層をパターン付けしてメタライズ領域の少なくと
    も一部分を露出させ；水溶性ビヒクル、活性剤および疎
    水性界面活性剤からなる水溶性フラックスを塗布し、前
    記疎水性界面活性剤はビヒクルおよび活性剤よりも優先
    的に回路板の表面に吸着されてメタライズ領域の露出部
    分を湿潤および洗浄し、同時に、疎水性界面活性剤の回
    路板表面による優先吸着により回路板表面を概ね疎水性
    にする；メタライズ領域の露出されたフラックス塗布部
    分にハンダを塗布し；そして、回路板を水洗し、フラッ
    クス残留物を除去する；工程からなることを特徴とする
    回路板の製造方法。