JPH07106468B2 - 水溶性発泡性融剤および自動はんだ付け方法 - Google Patents
水溶性発泡性融剤および自動はんだ付け方法Info
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- JPH07106468B2 JPH07106468B2 JP4283277A JP28327792A JPH07106468B2 JP H07106468 B2 JPH07106468 B2 JP H07106468B2 JP 4283277 A JP4283277 A JP 4283277A JP 28327792 A JP28327792 A JP 28327792A JP H07106468 B2 JPH07106468 B2 JP H07106468B2
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Description
使用される新規な発泡性はんだ付け融剤に関する。
ーを製造するために工業上使用されるほとんどの融剤お
よび脱融剤化学製品は、大気中のオゾンの減少に寄与す
るか、またはロサンゼルス港(basin) の大気品質管理区
域(Air Quality Management District)のような地方環
境庁によって、環境汚染物質あるいは健康阻害物と考え
られている。例えば、はんだ付けされた部分をきれいに
するために、蒸気脱グリースにおいて使用されるCFC
(クロロフルオロハイドロカーボン)であって、ロジン
融剤を使用するものが大気へ放出されると、これらは、
約100年間オゾン減少剤として大気中に残ることが報
告されている。ロジン融剤、アルコール等のような他の
化学製品には、健康上の危険および産業上の廃棄物処理
問題がある。
することができる。しかし、ほとんどの水溶性融剤は、
塩酸や複合グリコール(complex glycols)のような苛酷
な活性化剤と共に処方される。これらの活性化剤は、主
に、印刷回路基盤およびその上の電子回路に関して洗浄
および残留の問題を生じさせ、更に、これらの活性化剤
は、はんだ付けされた金属を激しく腐食したり、あるい
は誘電体を汚染して、エレクトロマイグレーションの傾
向を生じる。他の、水溶性融剤は、イソプロパノールお
よび/または可塑剤と共に処方され、これらは、廃棄物
処理、および健康上の問題を生じさせる。
使用されたとき、高い金属光沢で、しかもすばらしい品
質のはんだ付け箇所を提供する、簡単で、毒性がなく、
腐食性のない発泡性はんだ付け融剤が望まれている。
ボキシル基を有する少なくとも1つの水溶性有機酸、
水、および少なくとも1つの発泡剤を具備する発泡性は
んだ付け融剤が提供される。本発明の融剤は、通気によ
って連続的なフォームヘッドを生じ、これによって、通
常市販の融剤中に見い出されるグリコール/アルコール
タイプの液体融剤の代わりに水ベースの融剤を使用した
自動はんだ付けを可能にする。独特な処方の結果とし
て、環境に安全な水ベースの融剤を使用して自動はんだ
付けを行ない得る。更に、この融剤は、高価で環境に有
害な、クロロフルオロカーボンおよび/または揮発性有
機溶媒(VOC)を含有した脱融剤溶媒を必要としな
い。本融剤は、水および界面活性剤を使用して、はんだ
付けされた回路カードアセンブリ(circuit card assem
blies)から容易に除去される。生じたはんだ付け接合部
は、高い金属光沢およびすばらしい電気特性を示す。
ステム10を図1に示す。外側のハウジング、即ち融剤
タンク12は、液体融剤14を含有する(図2で見るこ
とができる)。通気石(aerating stone)16が融剤チム
ニー(flux chimney) 内に置かれ、次に、該チムニーは
融剤タンク12内に配置され、融剤タンク中の液体融剤
が要求に従って融剤チムニー内に一定に流される。空気
源(固定せず)に接続され(図示せず)、制御手段(図
示せず)によって制御された圧力まで高圧にされたエア
ー連結部20により、図2でより明確に示されるよう
に、液体融剤が通気され、フォームヘッド22を与え
る。フォームヘッド22の高さは、融剤チムニー18の
頂部18a以上に広がることが望ましい。望ましくは、
図3に示したウェーブはんだ付けシステムと合わせて使
用されたとき、フォームヘッド22の高さが、“A”で
示された約0.5インチとなる。しかし、他のはんだ付
けシステムについては、この高さは異なる。
因子には、発泡性融剤に使用される発泡剤の成分、発泡
剤の濃度、通気石に加えられる空気圧、および石自身の
物理構造が含まれる。本発明の融剤は、 (a)少なくとも2つのカルボン酸基を含有する少なく
とも1つの水溶性有機酸、 例えば、クエン酸 (b)水、および (c)少なくとも1つの発泡剤を含有する。
酸、酒石酸、グルタミン酸、フタル酸等が含まれる。し
かし、最良の結果は、クエン酸で得られる。また、上で
示された有機酸の群が有効であるが、以下の説明の残り
の部分は、発泡はんだ付けに於けるはんだ付け融剤とし
て、クエン酸の水溶液を使用することに向けられる。い
ずれの特定の理論に基づくものではないが、クエン酸
は、酸化物をキレートし、ベース金属をキレートしない
ようである。結果として、本発明の融剤によって、ベー
ス金属の腐食は僅かであるか、または全く起こらない。
従って、上記の有機酸の群のメンバーがクエン酸と同様
に挙動する限り、上述のメンバーも本発明の範囲内に含
まれる。
99.5パーセント(重量で)の範囲にありうる。少な
くとも5wt% の濃度が、顕著に改善されたはんだ付けの
結果を与える。一方、約50wt% 以上の濃度は、追加の
改善を与えない。従って、この範囲が好ましい。少なく
とも約20wt% の濃度で、全く理想的でないはんだ付け
表面でさえも一貫して、改善されたはんだ付けの結果が
保証される。従って、約20から50wt% の範囲が最も
好ましい。
エン酸のグレードは、本発明の実施には重要ではない
が、非常に敏感な電子回路に対しては、蒸留し、脱イオ
ン化した水、および十分に高いグレードのクエン酸を使
用することが望まれ得る。
りよい結果となる。
致して、クエン酸の出所も重要ではなく、しかもこの出
所は、例えば商業的に生産された粉末あるいは結晶、ま
たは、オレンジ、レモン、ライム、グレープフルーツ、
パイナップル、トマト等のジュースのようなフルーツジ
ュースあるいはフルーツジュースの濃縮物を包含し得
る。最後に、融剤は他の成分、例えば上述の添加剤が、
はんだ付けの結果に反対の効果を持たない限り、不純物
を偶然かあるいは故意に含んでもよい。
された発泡剤の組み合わせに依存して、約0.0001
から5wt% の範囲にある。好ましくは、約0.0002
から0.04wt% の範囲である。
チのフォームヘッドを与えるように選択しなければなら
ない。濃度が高すぎると泡が多くなり過ぎ、フォームの
高さが高くなり過ぎる。濃度が低すぎると、フォームヘ
ッド22を形成するのに十分な泡にならない。
は、アニオン性、非イオン性、カチオン性、および両性
の界面活性剤から選択される。アニオン性界面活性剤の
例には、ラウリル硫酸塩およびラウリルエーテル硫酸塩
のような硫酸塩、およびこれらのナトリウム塩およびア
ンモニウム塩;ドデシルベンゼンスルホネート、α−オ
レフィンスルホネート、キシレンスルホネートのような
スルホネート、および、これらのナトリウム塩、アンモ
ニウム塩およびカリウム塩;並びにラウリルサルコシネ
ートのようなサルコシネート、およびこれらのナトリウ
ム塩、アンモニウム塩、およびカリウム塩が含まれる。
非イオン性界面活性剤の例には、約6から30モルがエ
トキシル化されたノニルフェノールエトキシレート;約
4.5から30モルがエトキシル化されたオクチルフェ
ノールエトキシレート;約6から30モルがエトキシル
化された直鎖アルコールエトキシレート;ココナッツお
よびラウリリックをベースとしたようなアミド;ココナ
ッツ、ラウリリック、アミドプロピル、およびアルキル
ジメチルをベースとしたようなアミンオキシド;シリコ
ーングリコール共重合体、並びにリン酸エステルが含ま
れる。カチオン性界面活性剤の例には、塩化アルキルジ
メチルベンジルアンモニウムのような四級アンモニウム
化合物が含まれる。両性界面活性剤の例には、ココナッ
ツおよびラウリリックをベースとしたようなイミダゾリ
ン;並びにココアミドおよびスルホをベースとしたよう
なベタインが含まれる。
泡剤の好ましい例および濃度には、 (a)約0.0315から0.0385wt% の範囲にあ
り得、好ましくは、約0.035wt% であるナトリウム
アルキルスルホネート (b)約0.0018から0.003wt% の範囲にあ
り、好ましくは、約0. 0024wt% であり得るポリオ
キシアルキレングリコール (c)約0.0030から0.0043wt% の範囲にあ
り、好ましくは、約0.0036wt% であり得るオクチ
ルフェノキシポリエトキシエタノール (d)約0.0024から0.0037wt% の範囲にあ
り、好ましくは、約0.0030wt% であり得るエトキ
シル化されたアルコール(e)約0.0020から0.0030wt% の範囲にあ
り、好ましくは約0.0025wt% であり得るN−オク
チル−2−ピロリドンのようなアミド、及び (f)約0.0002から0.0004wt% の範囲にあ
り、好ましくは約0.0003wt% であり得るフルオロ
アルキルスルホネートのようなスルホネート が含まれ
る。発泡剤の特に好ましい組み合わせは、約0.002
2から0.0032wt% 、好ましくは約0.0027wt
% のナトリウム1−オクタンスルホネート、約0.00
20から0.0030wt% 、好ましくは約0.0025
wt% のN−オクチル−2−ピロリドン、および約0.0
002から0.0004wt% 、好ましくは約0.000
3wt% のフルオロアルキルスルホネートを含有する。
る。例えば、冬緑油、みどりハッカ油またはペパーミン
ト油のような芳香剤が融剤に添加され、ユーザーに快適
な香を与え得る。このような芳香剤は、典型的には、約
1から30ppmの量で添加され得る。
これはオペレーターが、他の場合ならば無色である融剤
を見ることを可能にする。これに関連して、約1から3
0ppmの少なくとも1つの着色剤(または酸に安定な
光に反応しない色素)が添加され得る。
子部品の電気的な接続をするはんだ付けにおいて最も有
利に使用される。このような印刷回路基板は、典型的に
は、バイアオープニング(vir opening)を取り囲んだ銅
メッキをした配線を具備し、これに、銅メッキをし、次
いで銅の上にスズ−鉛コーティングをして、PCBにお
いて、部品のリードがそこを通って延設されている。部
品をはんだ付けする間に使用されるはんだは、典型的に
は、スズ−鉛のはんだであり、本発明の融剤は、60−
40、63−37、および96−4のスズ−鉛はんだと
好結果で使用される。ほとんどの用途で、63−37の
スズ−鉛はんだが使用される。
刷回路基板をはんだ付けするために一般に使用される装
置24を描いたものである。装置は、発泡融剤ユニット
10およびはんだ付けウェーブユニット28の上部の所
望の高さで、印刷回路基板(図示せず)を運搬する輸送
レール26を包含することが分かる。発泡融剤ユニット
10上を通した後、はんだウェーブ36に接触する前に
PCBを、PCBアセンブリから過剰の融剤を吹き飛ば
すための融剤エアーナイフ30、任意の補助加熱器3
2、および融剤の状態まで基板を加熱し、基板とその上
の部品に対する熱ショックを減少するための予備加熱器
34にさらす。操作のいろいろな側面が制御パネル38
から制御される。はんだポット28の温度も温度コント
ローラー40で制御される。
はんだ付け工程で用いるような発泡操作で使用すること
を目的としているが、この融剤は、またウェーブ、スプ
レー、またはディッピング法(dipping techniques)のよ
うな種々の技術に適用し得る。 本発明の融剤は、0.
5インチ以上の自由高さ(free height) の融剤フォーム
の頭部を生成するのに充分な力で、融剤チムニー18を
通して上昇することが出来る融剤フォームの迅速な移動
(頂部チムニー表面18aに立ち昇る細い長方形の穴を
通したフォームの迅速な移動)を生じるように処方さ
れ、しかも、フォームが減少するにつれて、適切なとき
に融剤フォームが収集され、融剤支持皿12(これは、
融剤14、融剤チムニー18、および通気石16を収容
してある)の外側へ流れることを防止するのに充分なフ
ォームの気泡の崩壊が起こらなければならない。このよ
うな適当なときの崩壊は、実質的にはすぐであり、“速
い破れ(fast-breaking) ”と呼ばれている。驚くこと
に、速く破れる気泡は、溶媒ベースの融剤として知られ
ているが、このような気泡は、水をベースとした融剤で
は一般に知られていない。
を使用して容易に除去することができる。このシステム
は、所望であれば洗浄性を上昇させるために界面活性剤
を含有し得る。Rohm & Haas (Los Angeles, CA) からト
リトン(Triton)X−100の商品名で利用できる、エト
キシル化されたアルコールのような非イオン性湿潤剤
を、クリーニング溶液の約0.1wt% まで添加し得る。
ユーザーのクリーニングの要求に幾分依存する。トリト
ンX−100のようなエトキシル化されたアルコール
を、水中で約0.007wt% の量で使用するときは、オ
メガメーター、モデル200(ケンコ工業Inc.、アトラ
ンタ、GA、から入手可能)で測定した場合、約7.5
から20megohm/cm の間の清浄性を与えた。これらの値
は、本質的に厳密ではないが、この個々の試験システム
に関する清浄性の要件について、軍の明細に対応するた
めのガイドラインとなる。
数週間の使用を行なうことによってどのような顕著な分
解も起こさずに、良好な融剤フォームのヘッドを生じ
る。本発明の融剤は、グリコール、アルコール、または
商業的に利用可能な液体融剤として一般に見い出される
他の揮発性有機化合物(VOCs)のような成分の使用
を回避する。
剤、融剤シンナー(例えばイソプロピルアルコール)に
関連し、また脱融剤(例えば、1,1,1−トリクロロ
エタン)に関連した通常有害な環境排気を除去できる。
実際は、融剤のクリーニングが、温水あるいは熱水、お
よび界面活性剤(必要であれば)中で簡単に行なわれ
る。従って、新しい融剤は、環境にとって安全である。
職員に、使用するのに無毒で、非常に安全で、非常に効
果的な融剤を提供する。
まで実際のはんだ付け時間を短縮する。 これは、発
泡融剤はんだ付けを用いる自動化されたはんだ付けを、
ロジンベ ースの融剤の通常2倍の速度で進行させる
ことにより、電子部品をはんだの 熱にさらす時間を
著しく短くすることを可能にする。
は、脱イオン水で清浄にされ得、従って、蒸気脱グリー
ス器の高い資本費用がいらない。脱融剤の再生コストお
よび蒸留に関連したコストも必要ない。
リースが不要であるので全クリーニング時間が約10か
ら15分近く短縮される。
を使用することによる費用のかかる制御の必要性、およ
び地方環境庁によって求められる装置の許可の必要性が
ない。
および廃棄物管理の費用が十分に減少する。
およびすらしい電気特性を示すはんだ付けジョイントが
提供される。
の、および軍事用の発泡性自動はんだ付け操作、特に、
回路基板中の電子部品のはんだ付けに使用されることが
期待される。
wt%になるように調製した。この溶液に以下の発泡剤を
加えた。0.00274wt% のナトリウム1−オクタン
スルホネート、 0.00249wt% のN−オクチル−2
−ピロリドンおよび0.00032wt% のフルオロアル
キルスルホネート(ナトリウム塩)。
以下の発泡剤を加えた。0.035wt% のナトリウムア
ルキルスルホネート。
以下の発泡剤を加えた。0.0024wt% のポリオキシ
アルキレングリコール。
以下の発泡剤を加えた。0.0036wt% のオクチルフ
ェノキシポリエトキシエタノール。
以下の発泡剤を加えた。0.0030wt% のエトキシル
化されたアルコール。
ムの気泡が壊れる状態、寿命、およびクリーニングのレ
ベルによって評価した。結果を以下の表1として一覧表
にした。
しない場合ではんだ付け融剤の製法を比較することによ
り行なった(発泡剤を使用しないはんだ付け融剤は、関
連出願に体する交互参照文献において先に記載した、他
の特許出願の主題である)。はんだの展性が発泡性の添
加剤によって影響されるかどうかを決定するために比較
を行なった。融剤の組み合わせには、例1−5で説明し
た5つの組み合わせと水中の46%クエン酸顆粒が含ま
れていた。
0.060インチ)上に60/40の固体はんだのワイ
ヤーリング(wire rings)(3/8インチの内径)を0.
060インチの直径に配置することが含まれる。3滴の
融剤をそれぞれのリングの中心に置く。次ぎに、銅性の
サンプルをはんだの溶融温度以上にホットプレート上で
加熱した。サンプルをはんだが液化した時点で熱から除
き、クリーニングし、視覚的に試験した。
はんだの展性を、発泡性の添加物を使用しないクエン酸
融剤と比較した。
ときの使用に適した無毒で、非腐蝕性の発泡性はんだ付
け融剤が開示された。明らかな性質が種々変化され、変
更し得ることは、当分野において熟練した者には明らか
であるだろう。また、全てのこのような変化や変更は、
添付したクレームによって定義されるような、本発明の
範囲内にあると考えられる。
に分解された透視図である。
ある。
み込んだ従来のウェーブはんだ付けシステムの側面を持
ち上げた図である。
4…液体融剤、16…通気石、18…融剤チムニー、1
8a…融剤チムニーの頂部、20…エアー接続部、22
…フォームヘッド、24…印刷された回路基盤をはんだ
図けするために通常使用される装置、26…輸送レー
ル、28…はんだウェーブユニット(はんだポット)、
30…融剤エアーナイフ、32…任意の補助加熱器、3
4…前加熱器、36…はんだウェーブ、38…制御パネ
ル、40…温度コントローラー。
Claims (15)
- 【請求項1】 金属をはんだ付けするために、表面に発
泡性はんだ付け融剤を塗布すること、前記金属を所望の
はんだ付け温度に加熱すること、および前記表面にはん
だを塗布することを具備した方法であって、前記融剤
が、 (a)少なくとも2つのカルボン酸基を有する水溶性有
機酸、 (b)水、および (c)0.0022から0.0032wt%のナトリウ
ム1−オクタンスルホネート、0.0020から0.0
030wt%のN−オクチル−2−ピロリドン、および
0.0002から0.0004wt%のフルオロアルキ
ルスルホネートを含有する発泡剤の混合物を含有するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法であって、前記表
面が、銅またはスズ化された銅であり、前記はんだが、
スズ−鉛のはんだである方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の方法であって、前記有
機酸が、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グルタミン酸、
およびフタル酸より成る群から選択される方法。 - 【請求項4】 請求項3に記載の方法であって、前記有
機酸が、クエン酸からなる方法。 - 【請求項5】 請求項4に記載の方法であって、前記は
んだ付け融剤が、0.5から99.5wt%のクエン酸
を水中に含有する方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載の方法であって、クエン
酸の濃度が、少なくとも5wt%ある方法。 - 【請求項7】 請求項6に記載の方法であって、前記ク
エン酸の濃度が20から50wt%の範囲にある方法。 - 【請求項8】 請求項1に記載の方法であって、前記発
泡剤の混合物が、0.00274wt% のナトリウム1−
オクタンスルホネート、0.00249のN−オクチル
−2−ピリドン、および0.00032wt% のフルオロ
アルキルスルホネートを含有する方法。 - 【請求項9】 非腐蝕性で、非毒性で、ロジンを含まな
いはんだ付け融剤組成物であって、前記の融剤をはんだ
付けする組成物が、 (a)少なくとも2つのカルボン酸基を有する水溶性有
機酸、 (b)水、および (c)0.0022から0.0032wt%のナトリウ
ム1−オクタンスルホネート、0.0020から0.0
030wt%のN−オクチル−2−ピロリドン、および
0.0002から0.0004wt%のフルオロアルキ
ルスルホネートを含有する発泡剤の混合物を含有するこ
とを特徴とする融剤組成物。 - 【請求項10】 請求項9に記載の融剤組成物であっ
て、前記有機酸が、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グル
タミン酸、およびフタル酸より成る群から選択される融
剤組成物。 - 【請求項11】 請求項10に記載の融剤組成物であっ
て、前記有機酸が、クエン酸からなる融剤組成物。 - 【請求項12】 請求項11に記載の融剤組成物であっ
て、前記のはんだ付け融剤が、0.5から99.5wt
%のクエン酸を水中に含有する融剤組成物。 - 【請求項13】 請求項12に記載の組成物であって、
前記クエン酸が、少なくとも5wt%の量で存在する組
成物。 - 【請求項14】 請求項13に記載の組成物であって、
前記クエン酸が、20から50wt%の範囲の量で存在
する組成物。 - 【請求項15】 請求項9に記載の融剤組成物であっ
て、前記発泡剤の混合物が、0.00274wt% のナト
リウム1−オクタンスルホネート、0.00249のN
−オクチル−2−ピリドン、および0.00032wt%
のフルオロアルキルスルホネートを含有する融剤組成
物。
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