JPH09239585A

JPH09239585A - はんだ付け用フラックスおよびそれを用いたクリームはんだ

Info

Publication number: JPH09239585A
Application number: JP5341896A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hamamoto; 弘浜本; Motoyasu Sugiura; 元保杉浦; Eiichi Sudo; 栄一須藤; Kenichi Suzuki; 憲一鈴木; Hideki Ishida; 英樹石田; Yutaka Sawada; 豊澤田; Hiroshi Nagata; 浩永田; Mitsuo Nakamura; 充男中村; Yasuhisa Tanaka; 靖久田中; Yoshihiro Kaku; 芳弘賀来
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Solder Coat Co Ltd; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Solder Coat Co Ltd; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1997-09-16

Abstract

(57)【要約】【課題】接触するはんだ材料と化学反応を促進すること
がなく、大気開放下での経時劣化を長期的に防止でき、
無洗浄とした場合でも電気絶縁性に優れたはんだ付け用
フラックス。【解決手段】樹脂、溶剤、活性剤を主成分とするはんだ
付け用フラックスであって、ｎ−ブチルアミン、２−エ
チルヘキシルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミ
ン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチ
ルアミン、Ｎ，Ｎ−ジイソブチルエチルアミン、ベンジ
ルアミンから選ばれる少なくとも一種のｐＨ調整剤でｐ
Ｈが８〜１１に調整されていることを特徴とするはんだ
付け用フラックス。該ｐＨ調整剤には、さらにｎ−ヘキ
シルアミンを添加することでフラックスのアミン臭を低
減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路基板など
をはんだ付けする際に使用することができる、はんだ付
け用フラックスおよびそれを用いたクリームはんだに関
する。

【０００２】

【従来の技術】はんだ付け用フラックスとしては、基本
的には樹脂、溶剤および活性剤で構成される。このうち
樹脂は有機酸の誘導体であるロジンなどの天然樹脂が一
般に用いられている。また活性剤には各種酸類が用いら
れる。酸類としては、塩酸、臭化水素酸などの無機酸あ
るいは各種の有機酸類を使用することが知られている。
これらの酸類は、たとえば塩酸などのハロゲン化水素酸
の場合はアミンで中和して塩を形成させてこれを活性剤
とする方法がよくおこなわれている。しかしこの場合で
も、たとえば、特公昭６３−１７０３９号公報、特開平
４−２２８２８９号公報、特開平４−３７４９７号公
報、あるいは特公平５−２０１９７号公報に記載されて
いるように、フラックスのｐＨは３〜８に調整しており
弱酸性からほぼ中性の領域のフラックスを使用すること
が開示されている。

【０００３】電子回路基板などのはんだ付けでは、フラ
ックスを予めはんだ粉末に混練したクリームはんだの使
用が増えている。しかし一般にフラックスは上記の酸性
の活性物質を含むため、大気開放下でははんだ表面の酸
化反応を促進して経時劣化を起こしやすい。クリームは
んだの経時劣化は、スクリーン印刷などでははんだの供
給作業の障害を招いたり、所望のはんだ付けができない
ことがある。

【０００４】この解決策として、たとえば、特開昭６３
−１２３５９２号公報では、塩酸系活性剤を含むフラッ
クスをゾル状とし、はんだ粉末に活性剤が接触するのを
抑制する提案がなされている。しかし、この方法では遊
離活性剤によるはんだ表面の化学反応を充分には防止で
きないという問題があった。また、特開平２−１７５０
９４号公報では、クリームはんだに脂肪酸とアミンとの
化合物（塩）を添加することにより、印刷後に大気中に
放置されてもはんだ付け性が確保できる旨の開示がなさ
れている。しかし。このクリームはんだを印刷に使用す
るまでの間大気中に放置した場合には、短時間でクリー
ムが固化し、正常な印刷が出来ないという問題があっ
た。

【０００５】さらに、特開平３−９４９９４号公報で
は、クリームはんだフラックスに特定のアミンを添加し
てｐＨを６．１〜６．５とする提案がなされている。し
かし、この方法では、密封容器中での経時劣化は防止で
きても、大気開放下に経時劣化は容易に進行するという
問題があった。さらに、特開平７−５１８８９号ではｐ
Ｈ調整剤によりｐＨを８〜１１に調整することが開示さ
れており、これによりはんだ付け性や経時劣化が大幅に
改善された。このフラックスは無洗浄タイプとしても優
れた特性を有するが、無洗浄としたときの電気絶縁性や
はんだボール抑制効果のさらなる向上が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、その目的は接触するはんだ材料
と化学反応を促進することがなく、大気開放下での経時
劣化を長期的に防止できるはんだ付け用フラックスであ
って、特に無洗浄とした場合でも電気絶縁性に優れたは
んだ付け用フラックスを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のはんだ付
け用フラックスは、樹脂、溶剤、活性剤を主成分とする
はんだ付け用フラックスであって、ｎ−ブチルアミン、
２−エチルヘキシルアミン、ジエチルアミン、ジプロピ
ルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、ト
リブチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジイソブチルエチルアミン、
ベンジルアミンから選ばれる少なくとも一種のｐＨ調整
剤でｐＨが８〜１１に調整されていることを特徴とす
る。

【０００８】本発明の第２のはんだ付け用フラックス
は、樹脂、溶剤、活性剤を主成分とするはんだ付け用フ
ラックスであって、ｎ−ブチルアミン、ジエチルアミ
ン、ジプロピルアミン、トリエチルアミン、トリプロピ
ルアミン、ベンジルアミンから選ばれる少なくとも一種
のｐＨ調整剤でｐＨが８〜１１に調整されていることを
特徴とする。

【０００９】該ｐＨ調整剤には、ｎ−ヘキシルアミンが
添加されていることが好ましい。本発明のクリームはん
だは、上記の第１の発明または第２の発明のはんだ付け
用フラックスとはんだ粉末とからなることを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のはんだ付け用フラックス
は、通常のものと同様に樹脂、溶剤、活性剤を主成分と
して形成されている。ここで使用される活性剤は、活性
を保持するため酸性物質の使用が不可欠であり、中和さ
れた酸であってもその活性を保持するために通常ｐＨ８
以下の領域で使用されている。このためはんだ合金とフ
ラックスとの接触時間が長いクリームはんだでは、はん
だ合金の腐食が避けられず、経時変化が起きやすい。

【００１１】そこで本発明では作製されたフラックスに
塩基性成分を用いてｐＨを８〜１１以下の領域の弱アル
カリ性に調整することにより、活性剤の活性を低下させ
ることなくはんだ合金の腐食を抑制して、はんだ付けを
容易におこなうことができる。これによりクリームはん
だでは、経時変化が抑制できる。フラックスのｐＨを調
整して８以上とするとｐＨが８未満の場合に比べて大気
開放下での腐食反応を著しく抑制することができる。ま
たｐＨを１１以下とすることによりフラックスの活性を
保持してはんだ付け性を確保することができる。

【００１２】これらアミン類の添加によりフラックスの
ｐＨを本発明の範囲内に調節するためには、ｐＨ調節剤
の添加量は１０重量％を超える添加が好ましい。しか
し、添加アミンの量が増えると、相対的に活性剤の存在
比率が低下してはんだの広がり性に支障をきたすように
なるため、できるかぎり少ない量のアミン添加でｐＨを
上昇できることが望ましい。この観点から使用するアミ
ンの種類は塩基性度が高い脂肪族アミンが好ましい。

【００１３】本発明のｐＨ範囲は、８から１１である
が、ｐＨが８未満の領域でははんだ合金の腐食抑制作用
が多少低く大気下でわずかに腐食がおきる。ｐＨが１１
を超えるとフラックスの活性や広がり性が低下する。一
方ｐＨ１０．６を超えるとはんだ合金の腐食抑制効果は
低下することはないが、塩基性物質の量が多くなるため
相対的に活性剤の存在比率が低下してはんだの広がり性
に支障が出る場合がある。したがって、より好ましいｐ
Ｈの範囲は８．１以上１０．６以下である。この領域に
おいては腐食抑制作用とはんだの広がり性が両立した実
用的なフラックス組成となる。

【００１４】フラックスに使用する活性剤の種類は特に
限定されないが、はんだ付け温度で活性剤が揮発して残
留しにくく、かつ多少残留しても電気絶縁性に悪影響を
及ぼさない有機酸またはその塩などが好ましい。たとえ
ば、芳香族カルボン酸、より具体的には安息香酸、サリ
チル酸、フタル酸、ジフェニル酢酸など、あるいは脂肪
族カルボン酸、より具体的にはセバシン酸などが利用で
きる。

【００１５】樹脂成分はロジン類で構成され、分子内に
カルボキシル基を有するものであればよく、たとえば、
天然ロジン、水添ロジン、重合ロジンなどが利用でき
る。溶剤としては、公知のグリコール類のジエチレング
リコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジ
エチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、イソプ
ロピルアルコールなどのアルコールが使用できる。

【００１６】さらに、クリームはんだの場合には、ひま
し油などの油脂、チクソ剤などを添加することができ
る。その配合割合は特に限定されるものでなく、フラッ
クスの使用形態によって、通常用いられる配合割合がそ
のまま適用できる。本発明のフラックスは、クリームは
んだ用フラックスとして好適であるが、一般の液状フラ
ックス、やにいりはんだ用フラックスとしても使用する
ことができる。また、使用できるはんだ合金は、Ｐｂ−
Ｓｎ系共晶合金をはじめ、それらにＡｇ、Ａｕ、Ｉｎ、
Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｔｅ、Ｚｒ、Ｇｅなどが添加さ
れた公知のはんだ合金に広く適用することができる。

【００１７】特にＡｇ、Ｉｎ、Ｓｂが添加されたはんだ
合金粉末では、腐食に伴う粉末の固着が起こり易いた
め、これと組み合わせて使用するフラックスはより高い
腐食抑制作用が必要である。本発明のフラックスはこの
種のはんだ合金との組合せにおいてその効果が大きい。
本発明のはんだ付け用フラックスは、ｐＨが８から１１
以下の範囲に調整されているので、はんだ合金と接触し
て大気下に放置されてもはんだ合金の腐食反応の進行が
抑制できる。特にクリームはんだなどのようにはんだ合
金とフラックスが接触している場合のはんだの経時変化
が抑制できる。その結果、腐食生成物によるクリームの
固化が防止され印刷性が低下するまでの時間を大幅にの
ばすことができる。また、フラックスに腐食性が無いの
でフラックス残渣の洗浄除去工程を省略することが可能
となる。

【００１８】電気絶縁性の効果からｐＨ調整剤として
は、ｎ−ブチルアミン、２−エチルヘキシルアミン、ジ
エチルアミン、ジプロピルアミン、トリエチルアミン、
トリプロピルアミン、トリブチルアミン、Ｎ、Ｎ−ジイ
ソブチルエチルアミン、ベンジルアミンから選ばれるす
くなくとも一種によってｐＨ８〜１１に調整されたはん
だ付け用フラックスが特に好適である。

【００１９】これらのアミンはフラックスの貯蔵環境が
高温に達した場合でもｐＨ調整剤として活性剤を十分に
マスキングすることができる。たとえば６０℃に達した
場合でも問題が生じない。一方前記のアミンは、はんだ
付け昇温時には蒸発しやすいため活性剤本来の働きを妨
害することが少なく、そのため他のアミンを使用した場
合に比べて活性剤の添加量を減らすことができる。これ
によりフラックス残渣中に残留する活性剤の量も少なく
なり、残渣を無洗浄とした時の電気絶縁性が向上する。

【００２０】また、基板に印刷したクリームはんだを加
熱した時、はんだが溶ける前にアミンが蒸発し、酸性の
活性剤が働けるようになるが、アミンの蒸発が急激に突
発的に起こると気泡によりクリームはんだ全体が崩れて
しまう。崩れて小さな島状に分断されたクリームはんだ
は、はんだが必要な場所とも異なる場所で溶融しはんだ
ボールとなる。

【００２１】はんだボール抑制効果の点からｐＨ調整剤
としては、ｎ−ブチルアミン、ジエチルアミン、ジプロ
ピルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、
ベンジルアミンから選ばれるすくなくとも一種によって
ｐＨ８〜１１に調整されたはんだ付け用フラックスが特
に好適である。本発明のアミンは昇温に伴う蒸発が穏や
かに進行するため沸騰気泡によるクリームはんだの分断
が少なくはんだボールの発生が抑制される。

【００２２】ｐＨ調整剤としてｎ−ヘキシルアミンを使
用した場合、フラックス残渣を無洗浄とした時の電気絶
縁性は、請求項１のアミンを使用した場合よりやや小さ
くなるという欠点を有している。しかし、反面アミン臭
気が弱く、これを取り扱う作業環境の面では特に好まし
い。そこで請求項１記載のアミンの一部をｎ−ヘキシル
アミンによって置き換えることによってフラックス残渣
の高絶縁性とフラックスの低臭気性を両立させることが
可能となる。

【００２３】本発明におけるｎ−ヘキシルアミンの添加
量は要求される絶縁抵抗により異なり一概には決まらな
いが、重量比で５０％までの置換添加であればフラック
スの活性度および残渣の電気絶縁性を大きく損なうこと
はない。

【００２４】

【実施例】以下実施例により具体的に説明する。ベ−ス
フラックスは以下の組成で作製した。樹脂として重合ロ
ジン２６重量部、溶剤としてジブチルカルビトール（ジ
エチレングリコールジブチルエーテル）１０重量部、活
性剤として有機酸（フタル酸、安息香酸、セバシン酸、
ジフェニル酢酸混合）２４重量部、油脂としてひまし油
２０重量部、および表１に示すアミン２０重量部をそれ
ぞれ混合した後、１５０℃で加熱溶解した。

【００２５】上記で作製した表１に示す組成比のフラッ
クス試料Ｎｏ．１〜２１を各１０重量％とはんだ粉末
（Ｓｎ６３−Ｐｂ３７の共晶はんだ合金）９０重量％と
を充分に混練して、クリームはんだを得た。試料Ｎｏ．
１〜９および１２〜２０が本発明に係るフラックスであ
り、試料Ｎｏ．１０、１１、２０、２１が比較例のフラ
ックスである。

【００２６】得られたクリームはんだの性状特性につい
て、ｐＨ、印刷性耐久性、はんだ付け性、絶縁性、はん
だボールについて調べた。その結果を表１に示す。フラ
ックスのｐＨの測定法は、ＪＩＳ−Ｋ２５０１「石油製
品の中和値試験方法の中に規定されている方法」に準拠
した。（具体的にはトルエン５０ｍｌ、イソプロピルア
ルコール４９．５ｍｌ、水０．５ｍｌかなる混合溶液
に、フラックス４ｇを溶解してｐＨ測定器で測定し
た。）印刷耐久性は、クリームはんだ製造後７日経過した後に
印刷性の試験を行って評価し、ローリング性とダレ性が
良好な場合を○とし、不良の場合を×とした。

【００２７】はんだ付け性は、加熱中にはんだ粉末や基
板の金属表面を清浄にして、はんだ粉末同士が溶融合体
し、金属表面と良くぬれてはんだ付けされることであ
り、特に、銅（Ｃｕ）系金属層（被接合基板）に溶けた
はんだを載せたときのぬれ角度（接触角）で、９０°よ
り小さい場合を○とした。×はぬれ角度が９０°以上の
場合である。

【００２８】絶縁性は、はんだ付け後のフラックス残渣
の絶縁であり、ＪＩＳ−Ｃ３１９７で規定されるくし歯
電極上ではんだ付けをおこない、その後に電気抵抗を測
定し１×１０⁷Ω以上を◎、１×１０⁶Ω以上を○、１
×１０⁶Ω未満を△とした。はんだボールは、プリント
基板にクリームはんだを印刷した後、チップ部品を搭載
してリフロー処理を行い、その後にチップ部品周辺部を
観察して、はんだボールが存在しない場合を○とした。
特にはんだボール抑制効果の大きかったものはＮｏ．
１、３、４、５、６、９、１０、１１、１２、１３、１
４、１５、１６、１８、１９であった。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１からわかるように、本発明に係るＮ
ｏ．１〜９のフラックスは、アミンを添加してｐＨを８
以上としたことで、印刷耐久性、絶縁性がいずれも良好
であり、中でもｎ−ブチルアミン、ジエチルアミン、ジ
プロピルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミ
ン、およびベンジルアミンを使用したフラックスでは顕
著なはんだボール抑制効果が認められた。

【００３１】比較例のアミンを添加しないＮｏ．１０は
ｐＨが低くなり印刷耐久性、はんだ付け性に劣る。また
Ｎｏ．１１のアミンを添加してもｐＨが７．１と８より
低いと印刷耐久性が不十分である。また、表２のＮｏ．
１２〜１９に示すようにアミンの種類を併用し一部をｎ
−ヘキシルアミンで最高５０％（Ｎｏ．１５）まで置換
しても上記特性を満足すると共に、アミン臭気を低減で
きることを確認した。

【００３２】

【表２】

【００３３】また、本発明のアミン類に代えてｎ−ヘキ
シルアミンのみを使用した試料Ｎｏ．２０では、はんだ
付け性が低下し、さらにその改善のために活性剤の添加
量を増加させた試料Ｎｏ．２１では充分な絶縁性が得ら
れなかった。

【００３４】

【効果】本発明によれば、樹脂、溶剤、活性剤を主成分
とするはんだ付け用フラックスに特定のアミンをｐＨ調
整剤として添加しｐＨを８〜１１に調整されることによ
り印刷耐久性、はんだ付け性、絶縁性、はんだボール抑
制などの特性向上する。また、アミンの一部をｎ−ヘキ
シルアミンで置換することでアミン臭を低減し、作業環
境を向上させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591283040 ソルダーコート株式会社愛知県名古屋市緑区鳴海町字長田75番地の１ (72)発明者浜本弘愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者杉浦元保愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者須藤栄一愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者鈴木憲一愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者石田英樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者澤田豊愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者永田浩愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者中村充男愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者田中靖久愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者賀来芳弘愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者横田雄司愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者成田雄彦愛知県名古屋市緑区鳴海町字長田75番地の１ソルダーコート株式会社内 (72)発明者小島広光愛知県名古屋市緑区鳴海町字長田75番地の１ソルダーコート株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂、溶剤、活性剤を主成分とするはんだ
付け用フラックスであって、ｎ−ブチルアミン、２−エ
チルヘキシルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミ
ン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチ
ルアミン、Ｎ，Ｎ−ジイソブチルエチルアミン、ベンジ
ルアミンから選ばれる少なくとも一種のｐＨ調整剤でｐ
Ｈが８〜１１に調整されていることを特徴とするはんだ
付け用フラックス。
【請求項２】樹脂、溶剤、活性剤を主成分とするはんだ
付け用フラックスであって、ｎ−ブチルアミン、ジエチ
ルアミン、ジプロピルアミン、トリエチルアミン、トリ
プロピルアミン、ベンジルアミンから選ばれる少なくと
も一種のｐＨ調整剤でｐＨが８〜１１に調整されている
ことを特徴とするはんだ付け用フラックス。
【請求項３】該ｐＨ調整剤には、ｎ−ヘキシルアミンが
添加されｐＨを８〜１１に調整されていることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載のはんだ付け用フラ
ックス。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれかに記載のは
んだ付け用フラックスとはんだ粉末とからなることを特
徴とするクリームはんだ。