JPS6344479B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、特に金属部材を相互にろう付けする
ための方法に於て用いられるろう付け用フラツク
ス組成物に係る。本発明のフラツクス組成物は、
集積回路モジユールの形成の如き超小型電子技術
の分野に於て用いられるために特に適している。

〔従来技術〕

集積回路モジユールの形成に於て、入出力ピン
が基板中に挿入される。それらの入出力ピンは、
後に上記基板即ち支持体に接続される集積回路チ
ツプに必要な電気的接続を設ける。上記モジユー
ルがろう付け方法によりプリント回路板に接続さ
れるとき、ろう付け用フラツクス組成物が上記ピ
ンに付着される。フラツクス組成物は、上記ピン
から酸化物を除きそしてろう付けのために高温に
さらされたときに上記ピンの酸化を防ぐために用
いられて、それらのピンの導電性を保つ様に働
く。ろうが付着された後、それりのピン及び基板
上に残されているすべてのフラツクス組成物又は
その残渣（例えば、重合された種）は、可能な限
り清浄な基板が得られる様に除去されねばならな
い。更に、上記基板は通常、該基板上に所望のパ
ターンが設けられる様に、予め選択された領域
に、銅及び／若しくはクロムの如き或る種の金属
を有している。

集積回路チツプは、一般にチツプ・パツド領域
と呼ばれている基板上の予め選択された領域にろ
うを付着することにより、集積回路基板即ち支持
体に取付けられる。その様な領域は、例えばろう
を受取る様に露出されている、銅の如き金属の予
め選択された領域を設けることによつて限定され
る。更に、ラツクス組成物は通常、上記チツプ・
パツド領域へのろうの付着を容易にするために、
上記基板に付着される。ろうが上記チツプ・パツ
ド領域に付着された後、すべてのフラツクス及
び／若しくはフラツクス残渣は、可能な限り清浄
なモジユールが得られる様に、集積回路チツプが
取付けられる前に除去されねばならない。

集積回路の支持体を処理するとき、フラツクス
残渣を完全に除去出来ることは、不可決ではない
が、極めて望ましいことである。しかしながら、
それらのフラツクスの多くは、ある程度腐食性で
ある。超小型電子技術に於ては、残留フラツクス
による腐食は極めて高価な電子素子をだめにして
しまう。実際に於て、水溶性有機フラツクスの多
くは、ハロゲン化物の如き腐食性の材料を含む。
遊離したハロゲンを含むフラツクス組成物は、ろ
う付け温度に於て加水分解により、水素酸及び対
応するハロゲン化物イオンへの変換を生じる。水
素酸は更に、フラツクス中に存在する有機材料、
例えばフラツクス中にしばしば存在するくえん酸
及び酒石酸の如き有機酸と反応して、遊離したハ
ロゲン化物イオンを生じる。従つて、フラツクス
残渣が完全に除去されていない場合には、ろう付
けされた部分が腐食されることになる。

多くの従来技術による活性ロジン・フラツクス
の残渣に関して本来的に存在する問題は、腐食性
の薬剤又は活性剤の適切な除去が難しいことであ
る。例えば、多くの従来技術によるフラツクス残
渣を除去するためには、熱湯による洗浄を中和と
組合せて用いたり、２％の塩酸溶液による洗浄を
熱湯による洗浄及び中和と組合せて用いたり、又
は多くの特別な水を基材とする洗浄剤を用いるこ
とが必要である。これは主として、従来技術によ
る種々のフラツクスが２つの型の残渣、即ち有機
溶剤に可溶なロジン残渣及び水溶性の活性剤残渣
を有することによる。

従来、プリント回路板の如き超小型電子技術に
於けるろう付けは、完全に非腐食性且つ非導電性
の残渣を生じる、非活性ロジン・フラツクスを用
いている。しかしながら、純粋なロジンだけで
は、酸化物を除去する能力に於て限定されてお
り、通常は良好な製品の歩留りを得るためにろう
付けの再処理を必要とする。

ロジン・フラツクスの酸化物を除去する能力を
増すために、活性剤がフラツクス組成物に加えら
れる。

その様なフラツクス組成物に含まれる典型的な
活性剤は、酸、塩基及び塩である。しかしなが
ら、それらの活性剤は、完全に除去されない場合
には、潜在的な腐食の源となる。

米国特許第2715084号、第3478414号及び第
4168996号の明細書は、ロジンを含むフラツクス
組成物を開示している。

最近に於て、非活性ロジン組成物を基材とする
著しく改良されたフラツクス組成物が開発されて
おり、例えば米国特許第3730782号明細書に開示
されている。

〔発明の概要〕

本発明のフラツクス組成物により、改良された
酸化物の除去、従つてろう付けに於ける欠陥の減
少及び再処理サイクルの減少が実現される。本発
明のフラツクス組成物からの残渣は、洗浄工程中
に容易に除去される。本発明のフラツクス組成物
は、銅金属表面の湿潤性を増加させる。

本発明のろう付け用フラツクス組成物は、約40
乃至約60重量％のロジンと、約0.1乃至約１重量
％のイオン性フルオルカーボン（fluorocarbon）
表面活性剤と、約１乃至約10重量％のエチレンジ
アミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸のナトリ
ウム塩、ジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレ
ントリアミン五酢酸のナトリウム塩、及びそれら
の混合物より成る群から選択された少くとも１つ
の化合物と、残量（例えば、約39乃至約59重量
％）の少くとも１つの水溶性有機希釈剤とを含
む。

〔実施例〕

本発明のフラツクス組成物は、非活性ロジン・
フラツクス組成物である。本発明の説明に於て、
“非活性”とは、フラツクスが、ロジン残渣と同
様に、非腐食性且つ非導電性であることを意味す
る。典型的には、非活性フラツクスは、読取−書
込のリード線組立体のろう付けに用いられる。約
230乃至約320℃のろう付け温度が、何ら洗浄を必
要とせずに、用いられる。

更に、非活性フラツクスは、フラツクス残渣を
完全に除去することが不可能な、多層電子回路板
の組立体の形成に於ても用いられる。この種の処
理に於ては、炉によるろう付けが用いられ、洗浄
され得る部分がフレオン−イソプロピル・アルコ
ール洗浄液中で洗浄される。

非活性フラツクスは更に、残渣が完全に除去さ
れることが望ましく、信頼性が主要な要素であ
る、素子のチツプのろう付けに於て、特に用いら
れる。熱されたガス・オーブンによるろう付けが
用いられ、脂肪族アルコールとクロロテンとのア
ゼオトロープ中で洗浄される。

本発明のフラツクス組成物に於て用いられるロ
ジンは、水白色ロジン（water−whiterosin）で
あることが好ましい。水白色ロジンは、周知の材
料であり、幾つかの化合物の混合物である。用い
られる個々のロジンの特定の組成は原料の源に応
じて変化するが、水白色ロジンは概してジテルペ
ン酸の異性体の混合物として特性付けられる。そ
の主な３つの構成成分は、アビエチン酸、Ｄ−ピ
マル酸、及びＬ−ピマル酸である。平均的なロジ
ンは、最高約80乃至90重量％のアビエチン酸を、
約10乃至15重量％のピマル酸とともに含んでい
る。“水白色ロジン”とは、比色法によつて決定
されたロジンのグレードを云う。これらについて
は、ASTM Designation D509−55を参照され
たい。水白色ロジンの特性については、
McGraw−Hill社出版のH.Mankoによる
“Solders and Soldering”と題する文献に於て
論じられている。一般に入手される代表的な水白
色ロジンは、Filtered Rosin Products社（N.
WG及びWWガム・ロジン）及びTaylor−
Lowenstein社（N.WG及びWWガム・ロジン）
から市販されている。

水白色ロジン以外に、水素化されたウツド・ロ
ジン及び二量重合されたロジンの如き他のロジン
も用いられるが、水白色のロジンが他のロジンよ
りも好ましい。

本発明のフラツクス組成物の形成に於て、幾つ
かの型のロジンは除かれるべきである。例えば、
他のフラツクス構成成分、即ち有機希釈剤又は陽
イオン性フルオルカーボン表面活性剤、又は金属
塩と適合しないロジンは除かれるべきである。更
に、ろう付け温度に於て不適当なロジンも勿論除
かれるべきである。その様な除かれるべきロジン
は、当業者によつて容易に決定される。

上記ロジンは、本発明の組成物中に、約40乃至
約60重量％の量で用いられる。本発明の組成物は
又、イオン性フルオルカーボン表面活性剤、好ま
しくは陽イオン性フルオルカーボン表面活性剤を
含む。米国特許第3730782号明細書に開示されて
いるイオン性フルオルカーボン表面活性剤が本発
明の組成物に於て適している。フルオルカーボン
表面活性剤は、その構造体に弗素元素及び可溶化
基（solubilizing group）を含む有機材料であ
る。“可溶化基”とは、表面活性剤に水溶性及
び／若しくは油溶性並びにイオン特性を与えるす
べての部分を云う。

本発明の組成物に於けるイオン性フルオルカー
ボン表面活性剤は、反復する単位（CF₂）を含
み、一般に次式で表わされる。

Ｙ（CF₂）pX 上記式に於て、Ｘは下記に定義される如き可溶
化基であり、ＹはＨ又はＦの如きフルオルカーボ
ン鎖を完成するために必要な部分であり、ｐは正
の整数である。

上記可溶化部分は、陰イオン特性又は好ましく
は陽イオン特性を有する任意の基より成る。“陽
イオン特性”とは、可溶化基が正の電荷を有して
いることを意味し、“陰イオン特性”とは、可溶
化基が負の電荷を有していることを意味する。従
つて、本発明に於て用いられるイオン性フルオル
カーボン表面活性剤は、一方の端部が可溶化官能
基であり、他方の端部が最低４個の炭素原子を含
むフルオルカーボン基より成る、分子として見做
すことが出来る。

上記資格を充たすイオン性フルオルカーボン表
面活性剤は、本発明の組成物に於て、異なる程度
の効果で用いられる。

一般的に、好ましい代表的な陽イオン性フルオ
ルカーボン表面活性剤は、第四アンモニウム・フ
ルオロカーボン化合物、フルオルカーボン酸アン
モニウム、及びペルフルオルカーボン酸である。

第四アンモニウムの陽イオン性フルオルカーボ
ン表面活性剤は次式で表わされる。

C_oF_2o+1CONHC₃H₆N（CH₃）_qC_rH_2r+1Ｘ 上記式に於て、ｎは好ましくは６乃至９であ
り、ｑは２乃至３であり、ｒは０乃至２であり、
Ｘはハロゲン化物である。上記クラスの材料の特
定の２つの例を以下に示す。

C₇H₁₅CONHC₃N₆（CH₃）₂C₂H₅Cl、及び 上記R_f即ちフルオルカーボン部分は、効果的
な表面処理のための所望の特性、即ちろう湿潤特
性を最適化するためのフラツクスの所望の表面張
力を与える様に選択されてもよい。

用いられた好ましい表面活性剤は、3M社製の
FC−134（商品名）である。その様な化合物は次
式で表わされる。

Ｆ（CF₂）₇CONHC₃H₆N（C₂H₅）₂CH₃I もう１つの群のイオン性フルオルカーボン表面
活性剤は、次式を有する、炭素数が９個及び11個
のフルオルカーボン酸アンモニウムである。

Ｈ（CF₂）_oCOONH₄ 上記式に於て、ｎは８又は10である。

更にもう１つの群のイオン性フルオルカーボン
表面活性剤は、親油基の炭素数が１つの末端の水
素原子を除いて完全に弗素化されている、ペルフ
ルオルカーボン酸を含む。その様な化合物は次式
で表わされる。

HCF₂（CF₂）_sCOOH 上記式に於て、ｓは５乃至８である。更に、そ
の金属塩も用いられる。

上記イオン性表面活性剤は、本発明の組成物に
於て、約0.1乃至約１重量％の量で用いられる。

更に、本発明の組成物は、酸化物がより効果的
に除去される様に改良された銅の湿潤性、及びろ
う付け後により効果的な清浄化が行われる様に改
良されたフラツクス残渣の溶解度の如き、改良さ
れた特性を有する様に、エチレンジアミン四酢
酸、エチレンジアミン四酢酸のナトリウム塩、ジ
エチレントリアミン五酢酸、ジエチレントリアミ
ン五酢酸のナトリウム塩、及びそれらの混合物よ
り成る群から選択された少くとも１つの化合物を
含んでいなければならない。それらの化合物の適
当な例は、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウ
ム、エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム、エチ
レンジアミン四酢酸四ナトリウム、ジエチレント
リアミン五酢酸五ナトリウム、エチレンジアミン
四酢酸、及びジエチレントリアミン五酢酸であ
る。用いられた好ましい化合物は、エチレンジア
ミン四酢酸二ナトリウム及びジエチレントリアミ
ン五酢酸五ナトリウムである。

米国特許第4000016号明細書は、フラツクス構
成成分としてグリセロールを含むフラツクス組成
物中に上記化合物を用いることを提案している。
しかしながら、ロジン及びイオン性表面活性剤と
ともに用いられた場合には、それらの酢酸誘導体
は、グリセロールとともに用いられた場合とは全
く異なつた働きをする。更に、米国特許第
3740831号、第3814638号及び第3832242号の明細
書に於ては、本発明に於て必要とされる特定の化
合物以外の種々の“キレート”剤が、或る特定の
型のろう付け用フラツクス組成物に於て或る目的
で用いられている。

エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四
酢酸のナトリウム塩、ジエチレントリアミン五酢
酸、ジエチレントリアミン五酢酸のナトリウム
塩、及びそれらの混合物は、組成物の約１乃至約
10重量％の量で用いられる。

更に、所望であれば、本発明の組成物は、約15
重量％迄のグリセリンを含んでもよい。グリセリ
ンは、重合抑制剤として働き、フラツクスの分解
又は炭化を遅らせる。グリセリンが用いられる場
合には、約５乃至約10重量％の量で用いられるこ
とが好ましい。

更に、少量（約10重量％迄）の他の材料が組成
物中に含まれてもよい。それらの材料は例えば、
エチレングリコールの如きグリコール等である。

本発明の組成物の残量は、実質的に少くとも１
つの水溶性有機希釈剤である。好ましい希釈剤
は、１乃至４個の炭素原子を含む脂肪族アルコー
ル及び１乃至４個の炭素原子を含むセロソルブで
ある。適当なアルコール及びセロソルブの例は、
メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロ
ピルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソ
ブチルアルコール及びｎ−ブチルアルコールの如
き第一アルコール、並びにエチルセロソルブ（エ
チレングリコールモノエチルエーテル）、メチル
セロソルブ（エチレングリコールモノメチルエー
テル）及びブチルセロソルブ（エチレングリコー
ルモノブチルエーテル）の如きセロソルブであ
る。本発明の好実施例に於ては、上記希釈剤は、
少くとも１つのアルコールを含み、最も好ましく
は、アルコールとセロソルブとの混合物を含む。

本発明のロジン・フラツクス組成物は、従来の
いずれの型のろう付け方法にも用いられることが
出来、ろう付けが約190乃至約320℃の温度で行わ
れることを可能にする。本発明のろう付け用フラ
ツクス組成物は特に、電子技術の分野に於て、任
意の周知のろうを用いた、めつきされた銅、浸漬
された錫、金及び銀のろう付けに用いられる。し
かしながら、それらの用途は単に例として示され
たものであつて、それらの分野に限定されること
はない。

本発明のフラツクス組成物は、ブラツシング、
浸漬又か噴霧の如き、任意の従来の方法によつて
付着される。

次に、本発明の実施例を幾つか示すが、本発明
がそれらに限定されることはない。

実施例 １ 次の組成を有する、本発明による非活性のろう
付け用フラツクス組成物が形成された。

水白色ロジン 約40重量％ フルオルカーボン表面活性剤（FC−134）
約0.1重量％ エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム ５重量％ 70重量％のC₁乃至C₄の脂肪族の一価の第一アル
コールと30重量％C₁乃至C₄のセロソルブとの混
合物 約54.9重量％ 上記組成物は、FC−134及びエチレンジアミン
四酢酸二ナトリウムが上記アルコール混合物に加
えられ、それから水白色ロジン粉末が加えられ、
それらの成分が均一な溶液が得られる迄室温で混
合されることにより、形成された。用いられたロ
ジンは、粒状で入手され、粉末の粘稠度迄粉砕さ
れた。

基板が、冷たいフラツクス中に浸漬されてか
ら、325乃至350℃の温度のろう付け槽に於ける
10／90のSnPbろう合金中に６乃至14秒間浸漬さ
れた。ろう付け処理の後、基板を３分の１の部分
のフラツクスと３分の２の部分のペルクロルエタ
ンとの混合物中に浸漬して焼入れすることによ
り、フラツクス残渣が除去された。それから、基
板がペルクロルエチレンを用いて最終的に清浄化
された。上記浸漬即ち焼入れ時間は約３乃至６秒
であつた。ろう付けの後、均一なろうの溶融が観
察され、良好なろう付け部分が腐食を生じずに形
成され、ろう付け中にスパツタリングが何ら観察
されなかつた。

殆ど又は全く再処理を必要としない、１回のろ
う付けによる製品の歩留りが著しく増加した。こ
れは、処理効率を増加させそして製造コストを低
下させるために重要なことである。

実施例 ２ 次の組成を有するフラツクス組成物が形成され
た他は、実施例１の場合と同じ工程が反復され
た。

水白色ロジン 約40重量％ FC−134 約0.1重量％ グリセリン 約10重量％ ジエチレントリアミン五酢酸五ナトリウム
約５重量％ 70重量％のC₁乃至C₄の脂肪族の一価の第一アル
コールと30重量％のC₁乃至C₄のセロソルブとの
混合物 約44.9重量％ 実施例１の場合と同様な結果が得られた。

実施例 ３ 次の組成を有するフラツクス組成物が形成され
た他は、実施例１の場合と同じ工程が反復され
た。

水白色ロジン 約40重量％ FC−134 約0.1重量％ グリセリン 約10重量％ ジエチレントリアミン五酢酸五ナトリウム
約５重量％ 70重量％のイソプロピルアルコールと30重量％の
メチルアルコールとの混合物 約20重量％ 約35重量％のエチレングリコールモノエチルエー
テルと約65重量％のエチレングリコールモノブチ
ルエーテルとの混合物 約24.9重量％ 実施例１の場合と同様な結果が得られた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 40乃至60重量％のロジンと、１乃至10重量％
   のエチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四
   酢酸のナトリウム塩、ジエチレントリアミン五酢
   酸、ジエチレントリアミン五酢酸のナトリウム
   塩、及びそれらの混合物より成る群から選択され
   た少くとも１つの化合物と、0.1乃至１重量％の
   イオン性フルオルカーボン表面活性剤と、残量の
   少くとも１つの水溶性有機希釈剤とを含む、ろう
   付け用フラツクス組成物。