JPH091387A - フラックス材料及びはんだ付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 水と、水に対して相溶性があって沸点が 100
℃以下の（揮発性）有機化合物とを主成分とした混合溶
媒を含有することを特徴とするフラックス材料と、この
フラックス材料を用いるはんだ付け方法。 【効果】 乾燥性及び濡れ性が良好であり、電子部品等
の実装状態での電気的信頼性が向上し、フラックス作用
が十分となり、かつ、環境に及ぼす悪影響が小さくて環
境保全のための規制に対応することができるフラックス
材料と、このフラックス材料を用いるはんだ付け方法を
提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフラックス材料（例え
ば、プリント配線板に電子部品等を実装する際のはんだ
付けに用いるフラックス材料としての液状フラックス用
の溶媒又はその液状フラックス）及びはんだ付け方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板に電子部品を実装するに
際して、例えばディッピング（浸漬）によるはんだ付け
が行われている。こうしたはんだ付けにおいては従来か
ら、液状フラックスの溶媒として、水、或いはイソプロ
ピルアルコール等の揮発性有機化合物のうち、いずれか
１種類の単一成分からなるものが用いられていた。

【０００３】しかしながら、近年、環境保全のための規
制が強まる中で、上記の如き揮発性有機化合物の使用は
制限される傾向にあり〔安藤、“地球環境保全と化学技
術（５）−米国の大気汚染法の改定と影響−”、化学経
済、1991年８月号、p.76参照〕、揮発性有機化合物のみ
からなる溶媒の使用は、困難になりつつある。

【０００４】一方、水のみからなる溶媒は環境に与える
影響はないものの、沸点が高いために乾燥性が悪く、部
品とプリント配線板との間に残留して絶縁劣化や腐蝕が
生じ易い。しかも、表面張力が高いためにプリント配線
板への濡れ性が悪く、フラックスの塗布にむらが生じ易
いため、十分なフラックス作用が得られ難いという問題
があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、乾燥
性及び濡れ性が良好であり、電子部品等の実装状態での
電気的信頼性が向上し、フラックス作用が十分となり、
かつ、環境に及ぼす悪影響が小さくて環境保全のための
規制に対応することができるフラックス材料と、このフ
ラックス材料を用いるはんだ付け方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、水と、
水に対して相溶性があって沸点が 100℃以下の（揮発
性）有機化合物とを主成分とした混合溶媒を含有するこ
とを特徴とするフラックス材料と、このフラックス材料
を用いるはんだ付け方法に係るものである。

【０００７】本発明のフラックス材料及びはんだ付け方
法によれば、溶媒が水と揮発性有機化合物（揮発性有機
溶媒）とを主成分としているので、従来のように水のみ
を溶媒として使用した場合に比べ、フラックス塗布後の
乾燥性が良好であって絶縁性の保持及び腐蝕防止を図
れ、電子部品等を実装した基板（プリント配線板等）の
電気的信頼性が向上し、かつ、表面張力が低くて濡れ性
が良く、フラックスの塗布性が向上してフラックス作用
が増大する。しかも、水を主成分とする混合溶媒である
ために、揮発性有機化合物のみの溶媒に比べ、環境に及
ぼす悪影響が小さく、環境保全上の規制に対応すること
が可能である。

【０００８】このように、本発明のフラックス材料及び
はんだ付け方法は、水と揮発性有機化合物とを主成分と
した混合溶媒に特徴を有している。本発明は、水と揮発
性有機化合物との混合溶媒自体を対象としてよいし、或
いは、水と揮発性有機化合物とフラックス剤とを主成分
とした液状フラックスを対象としてもよい。

【０００９】ここで、フラックス材料が上記混合溶媒自
体である場合には、フラックス剤を更に含有させて液状
フラックスに調製したときに、上記揮発性有機化合物が
液状フラックスの１〜20重量％を占めることが、上記し
た本発明の目的を達成する上で望ましい。従って、フラ
ックス材料が上記液状フラックスである場合には、上記
揮発性有機化合物が液状フラックスの１〜20重量％を占
めることが望ましい。

【００１０】即ち、上記揮発性有機化合物の割合が液状
フラックスの１重量％未満であると、溶媒の乾燥性及び
濡れ性が低下し易く、また20重量％を超えると、環境に
悪影響を及ぼし、環境保全上の規制に対応できなくな
り、混合溶媒としての効果もそれ程向上しなくなる。

【００１１】従って、上記揮発性有機化合物の割合は、
液状フラックス全量の１〜20重量％とするのが望まし
い。この割合は更に、15〜20重量％とするのが一層望ま
しい。

【００１２】本発明のフラックス材料及びはんだ付け方
法において、上記揮発性有機化合物は少なくとも１種類
からなり、例えばイソプロピルアルコール又は２−ブタ
ノールからなっていてよく、或いは、イソプロピルアル
コール、２−ブタノール、エタノール、アセトン、メチ
ルエチルケトン及びテトラヒドロフランからなる群より
選ばれた少なくとも２種からなっていてよい。

【００１３】また、上記フラックス剤は、少なくともロ
ジン系化合物又は有機酸系化合物からなっていてよい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。但し、以
下の実施例は本発明を限定するものではなく、その技術
的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００１５】まず、液状フラックスを調製するために用
いる溶媒として、下記の表１に示す種々の組成の混合溶
媒を作成する。

【００１６】

【００１７】表１に示した溶媒（混合溶媒）はいずれ
も、水が78重量％以上と主成分となっているため、揮発
性有機溶媒のみからなる溶媒に比べて周囲環境に与える
悪影響は小さい。

【００１８】これらの混合溶媒について、次に述べるよ
うな各種テストを行った。

【００１９】（１）溶媒の揮発速度 溶媒を所定量ビーカーにとり、 100℃に設定されたオー
ブンに入れ、５分ごとにオーブンから取り出して重量変
化を測定した。このことにより、後述する実装後の基板
への溶媒の残留度合いを評価した。図１に、これら溶媒
の加熱に伴う重量変化について示す（但し、図１（Ａ）
はサンプル量約10ｇ、図１（Ｂ）はサンプル量約５
ｇ）。

【００２０】これによれば、本発明に基づく混合溶媒は
いずれも、同一時間の加熱後における重量減少が水より
大きい。即ち、水よりも良好な乾燥性を有していること
が分かる。従って、実装後の基板上に溶媒が残留し難く
なるため、絶縁信頼性が向上する。

【００２１】（２）耐熱プリフラックス処理基板への濡
れ性 表１に示した溶媒について、後述する耐熱プリフラック
ス処理基板への接触角を測定した。図２に示すように、
２μｌの溶媒１を耐熱プリフラックス処理基板２に滴下
し、滴下直後の状態を側面より写真撮影する。この写真
から、図２のように液滴１の端から液面に対する接線３
を引き、基板２との角度θを測定することにより、接触
角を求めた。このことにより、溶媒の基板への溶媒の濡
れ性を評価した。結果を下記の表２に示す。

【００２２】

【００２３】この結果によれば、本発明に基づく溶媒の
接触角は水に比べてかなり小さくなっており、基板に対
して良好な濡れ性を有している。このことにより、フラ
ックスや洗浄液が部品、基板に均一に塗布されるため、
フラックス作用が増大する。

【００２４】ここで、水に添加する揮発性有機化合物の
量は、フラックス剤を更に添加した液状フラックスに対
して１〜20重量％とすることが望ましい。この理由は、
１重量％未満では乾燥性の向上、濡れ性の向上について
の効果が弱く、また20重量％を超えると環境保全に悪影
響を及ぼし易くなるからである。なお、揮発性有機化合
物の量は、上記の溶媒 No.１〜 No.９については13.5重
量％、No.10 は20重量％（いずれも後記のフラックスＡ
に使用）、No.11 は15重量％（後記のフラックスＢに使
用）。

【００２５】次に、本発明に基づく溶媒を含むフラック
スを使用した例を説明する。

【００２６】図３は、フラックスを使用したはんだ付け
工程を示すものである。まず、図３（Ａ）のように、プ
リント配線板の絶縁基板２にスルーホール４を形成した
後、スルーホールめっきによってスルーホール４を通じ
て基板２の表、裏に導電層（例えば銅パターン）５を形
成する。

【００２７】次いで、図３（Ｂ）のように、銅パターン
５の周囲にはんだレジスト６を印刷で被着し、更に銅パ
ターン５の酸化防止のためにプリフラックス７を塗布す
る。ここでは、基板２の裏面（電子部品のマウント面と
は反対側）について説明するが、基板２の表面側も同様
である（但し、図示は省略）。

【００２８】次いで、図３（Ｃ）のように、基板２の裏
面においてプリフラックス７上に、本発明に基づく液状
フラックス８を塗布する。

【００２９】次いで、図３（Ｄ）のように、抵抗やコン
デンサ等の電子部品９のリード10を基板２の表側からス
ルーホール４に挿入し、基板２の裏側へ貫通させる。そ
して、この状態で溶融はんだにディッピングし、はんだ
11によってリード10をスルーホール４内に完全に固定
し、電子部品９を基板２上にマウントする。

【００３０】このとき、レジスト６が存在しない領域で
は、はんだ11が銅パターン５と十分に合金化すると共
に、レジスト６の領域ではフラックス中のフラックス剤
12のみが部分的に残存する。

【００３１】下記の表３には、使用したフラックスの配
合例を示す。フラックスＡは、フラックス剤として水溶
性ロジンを用いた樹脂含有タイプ（上記の表１に示した
溶媒No.10 を使用）、フラックスＢは、フラックス剤と
して有機酸ベースのレジンフリータイプ（上記の表１に
示した溶媒No.11 を使用）である。

【００３２】表３のフラックスＡ及びＢについて、下記
の項目についてフラックスの諸特性をそれぞれ測定し
た。また、比較のため、フラックスＡにおいて溶媒を水
のみとしたもの（これをフラックスＡ’とする。）につ
いても測定した。

【００３３】

【００３４】（１）耐熱プリフラックス処理基板への濡
れ性 ２μｌのフラックスＡを上記した耐熱プリフラックス処
理基板に滴下し、滴下直後の状態を側面より転写撮影す
る。この写真から、図２に示したように液滴１の端から
液面に対する接線３を引き、基板２との角度θを測定す
ることにより、接触角を求めた。このことにより、フラ
ックスの基板への濡れ性を評価した。結果を下記の表４
に示す。

【００３５】

【００３６】この結果から、本発明に基づく溶媒の効果
により、フラックスＡの接触角はフラックスＡ’に比べ
てかなり小さくなっており、基板に対して良好な濡れ性
を有している。このことにより、フラックスが部品、基
板に均一に塗布されるため、フラックス作用が増大す
る。

【００３７】（２）はんだ付け性 2295点のはんだ付け点数を有するリフローディップ用プ
リント配線板に電子部品を 147点マウントし、これにフ
ラックスＡ及びフラックスＡ’を塗布し、 250℃で４秒
間、ディッピングによるはんだ付けを行った。用いたは
んだは、Ｓｎ₆₀Ｐｂ₄₀はんだである。

【００３８】こうして得られた実装基板について、ブリ
ッジ、未はんだ、つららの発生数をカウントした。結果
を下記の表５に示す。ここで、図４に示すように（但
し、簡略化のためにフラックスやレジストは図示省
略）、基板２上の隣接する銅パターン５ａ及び５ｂ上に
それぞれはんだ11ａ及び11ｂを選択的に塗布した正常状
態に比べて、「ブリッジ」とは銅パターン５ａ及び５ｂ
間ではんだ11ａと11ｂが接し合ってブリッジ状のはんだ
11となること、「未はんだ」とは銅パターン５ａ、５ｂ
上にはんだが付かないこと、「つらら」とは塗布後には
んだ11ａ、11ｂがつらら状に付着することをそれぞれ意
味する。いずれも、フラックスの乾燥性及び濡れ性の悪
さが原因となり、はんだ−銅パターン間の接触が阻害さ
れること（特に、フラックス量が多いと、はんだがはじ
かれること）によって生じるものであり、実装後の製品
の品質を損なうものである。

【００３９】

【００４０】この結果によれば、フラックスＡの方がフ
ラックスＡ’よりも良好なはんだ付け品質を示してい
る。これは、本発明に基づいて、基板への濡れ性がより
良好な溶媒（上記の表２参照）をフラックスに用いたこ
とにより、フラックスが基板により均一に塗布されたた
めである。

【００４１】（３）溶媒の揮発速度 フラックスＡ又はフラックスＡ’を所定量ビーカーにと
り、 100℃に設定されたオーブンに入れ、５分ごとにオ
ーブンから取り出して重量変化を測定した。図５に、こ
れらのフラックスの加熱に伴う重量変化を示す。

【００４２】これによれば、本発明に基づく溶媒の効果
により、加熱による重量減少の速度は、フラックスＡの
方がフラックスＡ’より速い。従って、フラックスＡの
方が実装後の基板上に溶媒が残留し難くなるため、フラ
ックス残渣（フラックス剤）による絶縁信頼性が向上す
る。

【００４３】（４）表面絶縁抵抗 ＪＩＳ−Ｚ−3197に準じて表面絶縁抵抗値の初期値を測
定した。結果を下記の表６に示す。

【００４４】

【００４５】これは、フラックスＡの方がフラックス
Ａ’よりも高い絶縁抵抗値を示している。これは、本発
明に基づいて、乾燥性がより良好な溶媒（図１参照）を
フラックスに用いたことにより、フラックス溶媒が基板
上に残留し難くなった結果である。

【００４６】なお、上記のフラックスＢについても、フ
ラックスＡと同様に優れた濡れ性、はんだ付け性、乾燥
性、フラックス作用を示した。

【００４７】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可
能である。

【００４８】例えば、上述した揮発性有機化合物（溶
媒）の配合量は上述した範囲内で種々変化させてよく、
またその種類も上述したものに限定されるものではな
い。また、フラックス剤は有機酸系を用いるときには、
マレイン酸以外のカルボン酸であってよい。

【００４９】また、上述した溶媒又はフラックス材料を
用いてはんだ付けを行う箇所やはんだ付け工程について
も様々に変更してよい。

【００５０】

【発明の作用効果】本発明のフラックス材料及びはんだ
付け方法によれば、溶媒が水と揮発性有機化合物（揮発
性有機溶媒）とを主成分としているので、従来のように
水のみを溶媒として使用した場合に比べ、フラックス塗
布後の乾燥性が良好であって絶縁性の保持及び腐蝕防止
を図れ、電子部品等を実装した基板（プリント配線板
等）の電気的信頼性が向上し、かつ、表面張力が低くて
濡れ性が良く、フラックスの塗布性が向上してフラック
ス作用が増大する。しかも、水を主成分とする混合溶媒
であるために、揮発性有機化合物のみの溶媒に比べ、環
境に及ぼす悪影響が小さく、環境保全上の規制に対応す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】各種フラックス用の溶媒の加熱時間による残留
重量の変化を比較して示すグラフである。

【図２】同溶媒の接触角の測定方法を説明するための概
略図である。

【図３】はんだ付け方法を主な工程順に示す断面図であ
る。

【図４】はんだ付け性を説明するための概略断面図であ
る。

【図５】フラックス用の溶媒の揮発性テストの結果を比
較して示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・溶媒 ２・・・基板 ４・・・スルーホール ５、５ａ、５ｂ・・・銅パターン ６・・・レジスト ７・・・プリフラックス ８・・・フラックス ９・・・電子部品 10・・・リード 11、11ａ、11ｂ・・・はんだ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水と、水に対して相溶性があって沸点が
   100℃以下の有機化合物とを主成分とした溶媒を含有す
   ることを特徴とするフラックス材料。
2. 【請求項２】 水と有機化合物とを主成分とした溶媒で
   ある、請求項１に記載したフラックス材料。
3. 【請求項３】 フラックス剤を更に含有させて液状フラ
   ックスに調製したときに、有機化合物が前記液状フラッ
   クスの１〜20重量％を占める、請求項２に記載したフラ
   ックス材料。
4. 【請求項４】 水と有機化合物とフラックス剤とを主成
   分とした液状フラックスである、請求項１に記載したフ
   ラックス材料。
5. 【請求項５】 有機化合物を１〜20重量％含有する、請
   求項４に記載したフラックス材料。
6. 【請求項６】 有機化合物が少なくとも１種類からな
   る、請求項１に記載したフラックス材料。
7. 【請求項７】 有機化合物がイソプロピルアルコール又
   は２−ブタノールからなる、請求項６に記載したフラッ
   クス材料。
8. 【請求項８】 有機化合物が、イソプロピルアルコー
   ル、２−ブタノール、エタノール、アセトン、メチルエ
   チルケトン及びテトラヒドロフランからなる群より選ば
   れた少なくとも２種からなる、請求項６に記載したフラ
   ックス材料。
9. 【請求項９】 フラックス剤が少なくともロジン系化合
   物又は有機酸系化合物からなる、請求項３又は４に記載
   したフラックス材料。
10. 【請求項10】 水と、水に対して相溶性があって沸点が
    100℃以下の有機化合物とを主成分とした溶媒を含有す
    るフラックス材料を用い、はんだ付けを行うことを特徴
    とするはんだ付け方法。
11. 【請求項11】 水と有機化合物とを主成分とした溶媒で
    あるフラックス材料を用いる、請求項10に記載したはん
    だ付け方法。
12. 【請求項12】 フラックス剤を更に含有させて液状フラ
    ックスを調製したときに、有機化合物が前記液状フラッ
    クスの１〜20重量％を占めるフラックス材料を用いる、
    請求項11に記載したはんだ付け方法。
13. 【請求項13】 水と有機化合物とフラックス剤とを主成
    分とした液状フラックスであるフラックス材料を用い
    る、請求項10に記載したはんだ付け方法。
14. 【請求項14】 有機化合物を１〜20重量％含有するフラ
    ックス材料を用いる、請求項10に記載したはんだ付け方
    法。
15. 【請求項15】 有機化合物が少なくとも１種類からなる
    フラックス材料を用いる、請求項10に記載したはんだ付
    け方法。
16. 【請求項16】 有機化合物がイソプロピルアルコール又
    は２−ブタノールからなるフラックス材料を用いる、請
    求項15に記載したはんだ付け方法。
17. 【請求項17】 有機化合物が、イソプロピルアルコー
    ル、２−ブタノール、エタノール、アセトン、メチルエ
    チルケトン及びテトラヒドロフランからなる群より選ば
    れた少なくとも２種からなるフラックス材料を用いる、
    請求項15に記載したはんだ付け方法。
18. 【請求項18】 フラックス剤が少なくともロジン系化合
    物又は有機酸系化合物からなるフラックス材料を用い
    る、請求項12又は13に記載したはんだ付け方法。