JPH1110388A - 水系フラックス組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、半田付け性能や接合信頼性を確保
しながら、作業上火災の危険がないか極めて少なく、労
働衛生的に優れ、地球環境に悪影響を与えない安全なフ
ラックスを提供しようとするものである。 【解決手段】 ロジンまたはその誘導体のアルカリ塩を
ベース樹脂として用い、これにエポキシ化合物にジアル
キルアミンを付加させ、さらに当該付加物をジクロロ酢
酸塩としたものを活性剤として用いることを特徴とする
水系フラックス組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品などをプ
リント配線板に半田付けする際に用いられるポストフラ
ックス組成物に関する。更に詳しくは、揮発性有機化合
物（ＶＯＣ）を含まない（ノンＶＯＣ）か、含んでもＶ
ＯＣ含有量が少ない（低ＶＯＣ）水系ポストフラックス
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子部品などをプリント配線板
に半田付け実装するときに、半田付けを確実に行うため
にフラックスが用いられている。フラックスは、半田付
けの際の金属表面の酸化物を除去し、金属表面の再酸化
を防止する役割を果たしている。

【０００３】フラックスの主成分は、ベース樹脂と活性
剤であり、通常これらをイソプロピルアルコールのよう
な有機溶剤で希釈して液状とし、 １）これを電子部品等を搭載したプリント配線板に発泡
またはスプレーで塗布し、乾燥してから半田と接触させ
ることによって半田を付ける方法（以下、フロー半田付
けと言う。） ２）半田付け部分に刷毛やディスペンサーで塗布し、糸
半田や半田プリホームをそこに接触させながら半田コテ
やレーザーによって半田付けを行う方法（以下、手半田
付けと言う。）などで適用される。

【０００４】フラックスには、 ａ）不濡れ（未半田）、ツララ、ブリッジ、半田ボール
などの半田付け不良がでないこと ｂ）半田付け後のフラックス残渣ができるだけ少なく、
残っていてもベタつきがないこと ｃ）半田付けの後、高い電気絶縁性を有し、加湿状態で
電圧がかかってもマイグレーションなどが発生しないこ
となどを含めて多くの要求特性がある。

【０００５】従来、フラックスのベース樹脂としては、
ガムロジン、ウッドロジン、トールロジンなどのロジ
ン、重合ロジン、不均化ロジン、水添ロジン、フェノー
ル変性ロジン、マレイン酸変性ロジンなどのロジン変性
誘導体、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、スチ
レン・マレイン酸樹脂、アクリル樹脂などの合成樹脂が
用いられている。また、活性剤としては、アミンのハロ
ゲン化水素酸塩、有機酸、有機アミンが用いられてい
る。また、溶剤としては、通常イソプロピルアルコール
のような低級アルコール類が主に用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、液状ポストフラ
ックスは、用いるベース樹脂、活性剤の種類によって異
なるが、一般にベース樹脂１〜３５重量部、活性剤０．
１〜５重量部、有機溶剤６５〜９８重量部の範囲で構成
され、有機溶剤としてはイソプロピルアルコール（ＩＰ
Ａ）を主成分とするアルコール系有機溶剤が用いられて
きた。この構成から明らかなように、従来の液状ポスト
フラックスでは、フラックス全体の重量のうち２／３以
上が揮発性有機溶剤（ＶＯＣ）である。

【０００７】近年、アメリカを中心に地球環境の保護保
全の観点から、ＶＯＣの削減が叫ばれ、塗料関係を中心
に一定の進展を見ている。このＶＯＣ削減の要求が、フ
ラックスにも及んできている。また、ＶＯＣの問題以外
に、従来のフラックスでは、溶剤のＩＰＡが皮膚や粘膜
を刺激したり麻酔性がある。又、労働安全衛生法施行令
別表１危険物（引火性のもの）、消防法上の第４類アル
コール類に該当する引火性液体であるので、その取扱や
保管上さまざまな規制を受ける。

【０００８】本発明は、半田付け性能や接合信頼性を確
保しながら、作業上火災の危険がないか極めて少なく、
労働衛生的に優れ、地球環境に悪影響を与えない安全な
フラックスを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、フラックス組成物において、ベース樹
脂として特定のロジン誘導体を、活性剤として特定の構
造を有するものを用いることによって達成されることを
見出して本発明を完成するに至った。具体的には、特定
のロジン誘導体からなるベース樹脂、活性剤および溶剤
を主成分としてなるフラックス組成物において、溶剤と
して水単独または水と少量の親水性溶剤の混合物を用い
ることによってノンＶＯＣまたは低ＶＯＣフラックスが
得られる。

【００１０】ここで、キーマテリアルになるのがベース
樹脂である。本発明者らは、従来からフラックスのベー
ス樹脂として多用されてきたロジンおよびその誘導体を
本目的にも使用すべく鋭意検討を進めた結果、ロジンお
よびその誘導体を水溶性にするには、有機または無機ア
ルカリによって中和塩とすることによって容易に達成で
きるが、このようにして得られた水溶性ロジン（以下、
水溶性になったロジンおよびその誘導体を言う。）がす
べてフラックスのベース樹脂として適している訳ではな
いことを見出し本発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち、例えば、ロジンを苛性ソーダで
中和したロジンのソーダ石鹸は非常に優れた水溶性を有
するが、これをベース樹脂にして作成したフラックスは
半田付け性が悪く、かつ半田付け残渣の電気絶縁性が悪
く使用できない。ここでこのフラックスの半田付け性が
悪いのは、半田付け温度においてカルボン酸ソーダが熱
解離しないためロジンのフラックス効果が発現しないた
めと考えられる。また、半田付け残渣の電気絶縁性が悪
いのは、半田付けの熱によってロジンのソーダ石鹸が分
解せずそのまま水溶性のロジンとして残留するためと考
えられる。

【００１２】また、低級アミンを付加させることによっ
てもロジンは水溶性にすることができる。例えば、モノ
エチルアミンで中和したロジンを用いて作成したフラッ
クスでは、半田付け性が良好なフラックスとなる。しか
しながら、このフラックッスでも半田付け残渣の電気絶
縁性が十分に良好とは言えない。それは、半田付けの熱
によってロジンのアミン塩が完全に分解せず一部水溶性
のロジンとして残留するためと考えられる。このように
ロジンおよびその誘導体をアルカリで中和して水溶性ロ
ジンをうることは容易であるが、そのような手段で得ら
れた水溶性ロジンがすべてフラックスのベース樹脂とし
て有効であるとは言えないことが明らかとなった。

【００１３】本発明においては、ロジンおよびその誘導
体をアンモニアガスとの反応またはアンモニア水を用い
た中和反応でロジンまたはその誘導体のアンモニウム塩
としたものを主たるベース樹脂として用いてフラックス
組成物を作成する。ここで、ロジンまたはその誘導体の
カルボン酸のうち１００〜７５モル％がアンモニアで中
和されたものをベース樹脂としたものが、水溶性、半田
付け性および信頼性などで特に優れていることを見出し
た。但し、本発明の水系フラックスにおいては、水溶性
ロジンおよびその誘導体として主成分をアンモニウム塩
とするが、少量の低級アミン塩を含むこともできる。こ
こで、低級アミンとしては、アルキル基（Ｒ）として炭
素数が１〜８、好ましくは１〜４のものが使用できる。

【００１４】ロジンおよびその誘導体のアンモニウム塩
とロジンおよびその誘導体の低級アミン塩との割合は、
使用するロジンおよびその誘導体の種類や低級アミンの
種類によって異なるが、一般に重量比で１００／０〜５
０／５０の範囲で混合して使用することができる

【００１５】本発明に使用されるロジンおよびその誘導
体としては、従来ＶＯＣタイプのフラックスで使用され
てきたガムロジン、ウッドロジン、トールロジンなどの
ロジン、重合ロジン、不均化ロジン、水添ロジン、フェ
ノール変性ロジン、マレイン酸変性ロジンなどのロジン
変性誘導体が例示できる。

【００１６】これらのアンモニウム塩は、アンモニアガ
スまたはアンモニア水で中和し、単独または混合して用
いられる。また、低級アミン塩も同様にして中和反応で
えられる。ここで、中和が１００モル％（完全中和）で
なくとも、水溶性が発現する中和度にして使用すること
ができる。後述するように、水溶性がある範囲で中和度
の低い方が半田付け後のフラックス残渣の電気絶縁性が
良好な傾向があり好ましい。水溶性がえられる中和度の
下限は、用いるロジンおよびその誘導体の種類、アルカ
リの種類などによって異なるが、ロジンではロジン由来
のカルボン酸の７５モル％程度、ロジン誘導体では８０
％程度が限界であった。

【００１７】本発明においては、予めロジンおよびその
誘導体のアルカリ塩を作成してからこれを水で希釈し、
これに活性剤、ツララ防止剤、酸化防止剤、艶消し剤な
どを順次溶解してフラックスとすることができる。ま
た、ロジンおよび／またはその誘導体、中和剤（アルカ
リ化合物）、活性剤、ツララ防止剤、酸化防止剤、艶消
し剤、希釈剤（水またはアルコール／水）などを混合し
た状態で中和反応させてフラックスとする方法も採用で
きる。

【００１８】本発明に使用される活性剤としては、上記
ベース樹脂の存在下で下記の溶剤に溶解するものであっ
て、エポキシ化合物（１）にジアルキルアミン（２）を
付加させた化合物（３）に、さらにジクロロ酢酸（４）
を反応させて塩としたもの（５）が用いられる。

【００１９】

【００２０】

【化１】

【００２１】ここで、本発明に用いられるエポキシ化合
物（１）としては、エチレングリコールジグリシジルエ
ーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテ
ル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリ
プロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロ
ールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリ
シジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエー
テル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、
トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ネオ
ペンチルグリコールジグリシジルエーテル、１、６ーヘ
キサンジオールジグリシジルエーテル、ソルビトールポ
リグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２
ーエチルヘキシルグリシジルエーテル、高級アルコール
のグリシジルエーテル、高級アルコールＥＯ付加物のグ
リシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、フェ
ノールＥＯ付加物のグリシジルエーテル、レゾルシンジ
グリシジルエーテル、水添ビスフェノールＡジグリシジ
ルエーテル、アジピン酸グリシジルテーテルなどがあ
る。

【００２２】ジアルキルアミン（２）としては、アルキ
ル基（Ｒ₂）として炭素数が１〜８、好ましくは１〜４
のものが使用できる。また、溶剤として水単独（この場
合はノンＶＯＣフラックスになる）または必要に応じて
水に適量の親水性有機溶剤（アルコール類など）を混合
（この場合は低ＶＯＣフラックスになる）して用いるこ
とができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例で説明するが、本発明
が以下の実施例に限定されるものではなく、以下の実施
例に記載されていなくても一般にフラックスに配合され
るような他のフラックス活性剤、艶消し剤、難燃剤、酸
化防止剤、消泡剤、防かび剤、チクソトロピー性付与
剤、蒸発速度制御剤などと組み合せることもできるのは
言うまでもない。

【００２４】実施例１（活性剤の合成例１） 攪拌機、冷却器、分注器付き１リットルのセパラブルフ
ラスコを１０℃以下に冷却しながら、ポリプロピレング
リコール＃４００ジグリシジルエーテル３４０ｇとジエ
チルアミン７３ｇ、エタノール４１３ｇを加えた。攪拌
を行いつつ反応させると発熱し、４０℃まで上昇した。
このまま攪拌を８時間行った。反応終了後、反応物を冷
却してから、ジクロロ酢酸１２９ｇをエタノール１２９
ｇで希釈したものを滴下して反応させた。反応熱で４０
℃に上昇したが、攪拌を２時間続けた。このようにして
有効成分５０ｗｔ％の活性剤（ａ−１）をえた。

【００２５】実施例２（活性剤の合成例２） 攪拌機、冷却器、分注器付き５００ｍｌのセパラブルフ
ラスコを１０℃以下に冷却しながら、フェニルグリシジ
ルエーテル１５４ｇとジメチルアミン４５ｇ、イソプロ
ピルアルコール１９９ｇを加えた。攪拌を行いつつ反応
させると発熱し、９０℃まで上昇した。このまま攪拌を
１時間行った。反応終了後、反応物を室温まで冷却して
から、ジクロロ酢酸１２９ｇをエタノール１２９ｇで希
釈したものを滴下して反応させた。反応熱で約７０℃に
上昇したが、攪拌を４時間続けた。このようにして有効
成分５０ｗｔ％の活性剤（ａ−２）をえた。

【００２６】実施例３（フラックス調製例１） 攪拌機、冷却管、分注器付き１０００ｍｌの反応容器
に、超淡色ロジンＫＥ６０４（荒川化学工業株式会社製
品、酸価２４２ｍｇＫＯＨ／ｇ）９０ｇ、デヒドロアビ
エチン酸を主成分として含むＤＩＰＲＯＳＩＮ Ａー１
００（東邦化学工業株式会社製品、酸価１５８ｍｇＫＯ
Ｈ／ｇ）３０ｇ、活性剤（ａー２）２０ｇ、２９％アン
モニア水３０ｇ、ツララ防止剤３ｇ、艶消し剤２０ｇ、
純水８０７ｇを混合し８５℃で５時間反応させ、淡黄色
透明のフラックスをえた。

【００２７】実施例４（フラックス調製例２） 実施例３と同様な装置を用い、純水８７８．２ｇ中に微
粉末化した天然ロジン１００ｇを分散させ、これに７０
％モノエチルアミン２１．８ｇを滴下させて反応させ、
固形分１０％のロジン・モノエチルアミン塩を作った。
実施例３と同様の装置を用いて、このロジン・モノエチ
ルアミン塩（固形分含有率が１０％のもの）１００ｇ、
超淡色ロジンＫＥ６０４（荒川化学工業株式会社製品、
酸価２４２ｍｇＫＯＨ／ｇ）９０ｇ、活性剤（ａー１）
２０ｇ、アンモニア水３１ｇ、ツララ防止剤４ｇ、艶消
し剤１５ｇ、水７４０ｇを混合し９０℃で２時間反応さ
せ、淡黄色透明のフラックスをえた。

【００２８】実施例５ 実施例３および４で得られた低ＶＯＣフラックスを、従
来のＶＯＣタイプの市販フラックス（アサヒ化学研究所
製、スピーディーフラックスＡＧＦ−２００Ｊ−３、こ
れを比較例１と呼ぶ）と特性比較を行った。フラックス
を１ｍｌ／１２０ｃｍ²の割合で実装基板（半田付け箇
所 ８９０点）に塗布し、噴流式自動半田付け装置で以
下の条件で半田付けを行ったところ、表１に示す結果が
えられた。 コンベア速度 ０．８５ｍ／ｍｉｎ プレヒート温度 １０５〜１１５℃ 半田付け温度 ２５０℃

【００２９】（表１）

【００３０】従来のＶＯＣタイプのフラックスに対し遜
色のないレベルで、未半田（半田不濡れ）、ツララ、ブ
リッジがいずれも発生せず、フラックス残渣の粘着性も
全くなかった。また、このフラックスの絶縁抵抗試験を
ＪＩＳ Ｚ ３１９７に準拠して２形くし形電極で試験
を行った結果、初期値で１．８×１０¹³Ω、９６時間後
１．０×１０¹³Ωであった。

【００３１】実施例６ 実施例２と同様にして、攪拌機、冷却器、分注器付きの
５００ｍＩのセパラブルフラスコを１０℃以下に冷却し
ながら、フェニルグリシジルエーテル１５４ｇとジブチ
ルアミン１２９ｇ、イソプロピルアルコール２８３ｇを
加えた。攪拌を行いつつ反応させると発熱し、９０℃ま
で上昇した。このまま攪拌を１時間行った。反応終了
後、反応物を室温まで冷却してから、ジクロロ酢酸１２
９ｇをイソプロピルアルコール１２９ｇで希釈したもの
を滴下して反応させた。反応熱で約７０℃に上昇した
が、攪拌を４時間続けて有効成分５０ｗｔ％の活性剤を
得た。ロータリーエバポレーターを用いて、この活性剤
溶液のＶＯＣ成分であるイソプロピルアルコールを除去
してＶＯＣを含まない活性剤（ａー３）を得た。さらに
実施例３と同様にして、攪拌機、冷却管、分注器付き容
量１０００ｍＩの反応容器に、超淡色ロジンＫＥ６０４
（荒川化学工業株式会社製品、酸価２４２ｍｇＫＯＨ／
ｇ）９０ｇ、デヒドロアビエチン酸を主成分として含む
ＤＩＰＲＯＳＩＮ Ａー１００（東邦化学工業株式会社
製品、酸価１５８ｍｇＫＯＨ／ｇ）３０ｇ、活性剤（ａ
ー３）２０ｇ、２９％アンモニア水３０ｇ、ツララ防止
剤３ｇ、艶消し剤２０ｇ、純水８０７ｇを混合し８５℃
で５時間反応させ、淡黄色透明のノンＶＯＣフラックス
を得た。このノンＶＯＣフラックスを実施例４と同様の
半田付け条件で半田付けを行ったところ、未半田（半田
不濡れ）、ツララ、ブリッジがいずれも発生せず、フラ
ックス残さの粘着性も全くなかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明によってえられる液状フラックス
は、特定の水溶性ロジンをベース樹脂に採用しているの
で、低ＶＯＣまたは非ＶＯＣのフラックスが提供でき、
優れた半田付け性、信頼性が確保される。また、引火性
を持たないので労働安全衛生法施行令別表１危険物（引
火性のもの）から除外され、消防法上の第４類アルコー
ル類に該当しなくなって、その取扱や保管上様々な利点
が生じる。本発明によっては、半田付け性能や接合信頼
性を確保しながら、作業上火災の危険がないか極めて少
なく、労働衛生的に優れ、地球環境に悪影響を与えない
安全なフラックスが提供される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩佐 山大 東京都八王子市諏訪町251番地 株式会社 アサヒ化学研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロジンまたはその誘導体のアルカリ塩を
   ベース樹脂として用い、これにエポキシ化合物にジアル
   キルアミンを付加させ、さらに当該付加物をジクロロ酢
   酸塩としたものを活性剤として用いることを特徴とする
   水系フラックス組成物。
2. 【請求項２】 ロジンまたはその誘導体のアルカリ塩が
   アンモニウム塩または低級アミン塩あるいはそれらの混
   合塩であるものをベース樹脂として用いることを特徴と
   する請求項１に記載の水系フラックス組成物。