JPS6390390A - 半田付け用フラツクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、半田付は用フラックスに係り、特にフラック
スを加熱して被半田付は基板の被半田付は面に接触させ
ることによりフラックスの塗布と被半田付は基板の予備
加熱とを同時に行うことができるように、高温に加熱し
得、しかも半田付は性の良好な半田付は用フラックスに
関する。

従来技術 従来、主としてプリント配線基板（プリント基板）の半
田付はプロセスは、フラックス塗布、予備加熱、半田付
け、冷却の順に行っていた。

ここにフラックスとしては、主に松やに系の樹脂にエチ
ルアミンのような低級アミンの塩酸塩のような活性剤を
加え、イソプロピルアルコール（ＩＰ＾）のような溶剤
に溶解した液状のものが用いられていた。

フラックスの作用は、主として活性剤によるプリント基
板の金属回路表面及び半田付けされるべき電子部品の金
属表面の酸化物の除去効果と、主として松やに等の樹脂
成分による半田の表面張力低下効果と金属の酸化防止効
果とからなることが知られている。また液状フラックス
に用いられるイソプロピルアルコールは、上記活性剤や
樹脂成分の溶解剤であるばかりではなく、プリント基板
への均一なぬれ性の付与と、フラックスの付着量をコン
トロールするための希釈剤としての作用を持っている。

そしてこのフラックスは、通常発泡状態でプリント基板
に接触させて塗布されていたが、常に常温でしか用いら
れていなかった。

次に予備加熱は、上記液状フラックス中の溶剤の除去と
活性剤の活性化、更にプリント基板の予熱とを目的とし
て行われる。即ち、予備加熱によって液体フラックス中
の溶剤を十分に揮発させることにより次工程の半田付は
時に高温の半田と接触して溶剤が爆発的に揮発し、半田
の均一なぬれ性を妨げることを防ぐこと、活性剤の活性
化をその加熱により進行させること、更にプリント基板
それ自体の温度を上昇させ、半田温度との温度差を少な
くすることにより熱ショックを緩和することができるの
で、予備加熱条件は、−ｉにプリント基板が４０〜１２
０度Ｃとなるように設定される。

しかし、このようにフラックス塗布装置において常温の
フラックスを被半田付は基板に塗布して、別途予備加熱
装置により被半田付は基板を加熱するようにした従来の
自動半田付は方法においては、以下のような欠点があっ
た。

（１１引火性の高い有機溶剤を含むフラックスを泡立て
て塗布する工程と、その溶剤を加熱して除去する工程と
が連続して行われることから、引火物と高温部との接近
は避けられず、火災等の危険が高かった。

（２）有機溶剤の蒸発に多くの熱量を必要とするばかり
でなく、被半田付は基板を加熱するにも多大なエネルギ
を必要とするが、ヒータにより途中の空気層を介して加
熱する方法では、空気は熱伝導率が小さく、密度が非常
に小さいため熱容量が小さいので、熱効率が低く、従っ
てヒータの出力を上げたり、ヒータの数を増やしたり、
またヒータによる加熱時間を長くしたりする必要があり
、この予備加熱のために大電力を必要とし、予備加熱装
置は、設備としてもかなり大規模なものとなり、自動半
田付は装置全体の長さの約２０％を占めていた。

（３）被半田付は基板で、特に熱容量の大きいもの、例
えば多層の大型プリント基板等や、熱伝導性の悪いもの
、例えばセラミックス基板等においては、短時間で被半
田付は基板を均一に加熱することが極めて困難又は不可
能であり、半田付は不良の生じるおそれが非常に大きい
。

そしてこれらの欠点は、従来の半田付は用フラックスは
有機溶剤を含むために長時間高温に加熱できないことに
起因するものである。

そこで本願出願人は、特願昭６０−８５２６６において
、リン酸を活性剤として含み高温に耐え得る半田付は用
フラックスを提案したが、リン酸には以下のような若干
の問題点が残されている。

＋１１　　無機酸のため不燃性希釈剤に対する溶解性が
低い。

（２）無機酸のため半田付は後の洗浄に用いる溶剤（一
般にはトリクロロトリフロロエタン／エタノール）に溶
けにくいため、プリント基板上にリン酸が残り、腐食の
原因となるおそれがある。

目　　的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされ
たものであって、その目的とするところは、フラックス
自体を高温、例えば１００〜１５０度Ｃに加熱し、これ
を基板に接触させて該基板を予備加熱できるようにする
ため、活性剤としては１５０度Ｃ付近までの温度で長時
間加熱しても、分解したり変質したすせず、活性が低下
しないで半田付は温度において活性を有し、半田付は性
の良好なものを用い、また該活性剤の希釈剤としては、
活性剤を熔解し、１５０度Ｃ付近までの温度において長
時間加熱しても、分解したり変質したすせず、毒性がな
く洗浄性がよく、かつ半田付は性がよいものを用いるこ
とによって、高温に加熱しておいて基板に塗布すること
でフラックスの塗布と該基板の予備加熱が同時に完了し
、かつ半田付は性が良好な半田付は用フラックスを提供
することである。また他の目的は、活性剤として酸性リ
ン酸エステルを用いることによって、希釈剤や洗浄剤に
対する相溶性が大きく、腐食性が小さい半田付は用フラ
ックスを提供することである。更に他の目的は、フラッ
クスを従来の有機溶剤を用いたものに代えて、不燃性又
は低引火性で低蒸発性の希釈溶剤（希釈剤）に活性化温
度が該フラックスの加熱温度よりも高く、該フラックス
の加熱温度では安定な活性剤と、希釈剤や活性剤との相
溶性のよい添加成分とを溶解又は混合したものを用い、
フラックス塗布装置にフラックス加熱用のヒータを設け
、該ヒータによりフラックスを加熱し、該加熱されたフ
ラックスを被半田付は基板の被半田付は面に接触させ、
フラックスの塗布と被半田付は基板の予備加熱とを同時
に行って半田付けすることによって、従来大電力を必要
としていた予備加熱装置を不要化又は小規模化すること
を可能とし、電力消費の大幅な低減と自動半田付は装置
の長さの短縮化を図ることである。また他の目的は、加
熱媒体として空気を用いず、空気よりははるかに密度及
び熱容量の大きい液体フラックスを加熱媒体として用い
ることによって、被半田付は基板を加熱する際の熱効率
を大幅に向上させ、少ないエネルギで短時間にかつ均一
に被半田付は基板を所望の温度に加熱できるようにする
ことである。更に他の目的は、フラックスに揮発性の高
い有機溶剤を用いないことによって、該有機溶剤を蒸発
させる必要性をな（し、気化熱によるエネルギ損失をな
くすと共に、公害の発生を防止し、また火災発生の危険
性をなくすことである。

また他の目的は、加熱されたフラックスによって効率よ
く被半田付は基板が加熱されるようにすることにより、
熱容量の大きい多層の大型プリント基板や、熱伝導性の
悪いセラミックス基板等もその板厚全体にわたって短時
間にかつ均一に加熱できるようにすることであり、また
これによって半田付は工程における半田のぬれ性を向上
させ、これらの大型基板等の半田付は性能を飛躍的に向
上させることである。

構成 要するに本発明（特定発明）は、 （ＲＯ）ｘＰ（０）　（ＯＨ）ｘ−ｘ ｘ＝１又は２ ｐ＝アルキル基　Ｃｎ１Ｌｚ＋＋＋＋でｎ＝３．４，８
．１０．１３で示される酸性リン酸エステルの１種又は
これらの混合物を活性剤として含み、該酸性リン酸エス
テルと相溶性を有し半田付は効果を低下させない不燃性
又は難燃性の低揮発性希釈剤で希釈したことを特徴とす
るものであ。

また本発明（第２発明）は、酸性リン酸エステルを活性
剤として含み、トリブトキシエチルフォスフェート、ト
リクレジルフォスフェート及びクレジルジフェニルフォ
スフェート等の正リン酸エステル系の溶媒から選ばれた
１種又は２種以上の混合物で前記酸性リン酸エステルを
希釈したことを特徴とするものである。

また本発明（第３発明）は、酸性リン酸エステルを活性
剤として含み、該酸性リン酸エステルと相溶性を有し該
酸性リン酸エステルの半田付は効果を低下させない不燃
性の液体で該酸性リン酸エステルを希釈し、かつこれら
と相溶して半田付は性を向上させるためのロジン、フェ
ノール樹脂変性ロジン及び半田のぬれ拡がり速度を向上
させるための２．３ジブロムプロパノールから選ばれた
少なくとも１種のものを添加したことを特徴とするもの
である。

また本発明（第４発明）は、酸性リン酸エステルを活性
剤として含み、該酸性リン酸エステルと相溶性を有する
不燃性液体で希釈した半田付は用フラックスであって、 Ｒｓ−ｙ　Ｎ１１ｙ−ＨＸ ｙ＝０＋Ｌ２ Ｒ，アルキル基　Ｃｎ１ｌｚｎ−＋　’７：　ｎ　＝　
１乃至１２１１Ｘ＝Ｈ（ｌ又はＨＢｒ で示されるアルキルアミンのハロゲン化水素酸塩を含む
ことを特徴とするものである。

以下本発明を実施例に基いて説明する。本発明に係る半
田付は用フラックスは、フランクス自体を高温、例えば
１００〜１５０度Ｃに加熱し、これを基板に接触させる
ことから、次のような特性を具備することが要求される
。

（１）活性剤としては、１５０度Ｃ付近までの温度で長
時間加熱しても分解したり、変質したすせず、活性が低
下しないで半田付は温度において活性を有し、半田付は
性が良好であること。

（２）　　活性剤の希釈剤としては、活性剤を溶解し、
１５０度Ｃ付近までの温度において長時間加熱しても分
解したり変質したすせず、半田付は性が良好で、毒性が
なく、洗浄性がよいこと。

本発明半田付は用フラックスにおいて、活性剤としては
上記ｆｌ）の条件を満足するものとして酸性リン酸エス
テルを選定した。酸性リン酸エステルは、 （ＲＯ）ｘＰ　（ＯＨ）３−ｘｘ＝１ 又は２ Ｒ＝アルキル基　Ｃｎ１ｚｎ＊＋でｎ＝３．４．８．１
０．１３で示されるものの１種又はこれらの混合物が好
ましい。

例えば、 ＲＯ−Ｐ　（Ｏｉｌ）　ｚ （ＲＯ）　２　Ｐ　−Ｏｉｌ の単独又は混合物が使用可能である。

また上記酸性リン酸エステルの市販品としては、以下の
ものがある。

（Ｃ，１１９０）　Ｐ（０１１）２　　　　　・−−一
−−−−−−−路称ＭＰ−４（Ｃ，Ｈ２Ｏ）　ｚ　Ｐ　
（ｏｎ）　　　　　　・−−−−−−−−−−〃ＤＰ−
４門Ｐ−４　とＤＰ−４の混合物　　・・−−−−−−
〃ＡＰ−４（ＣｓＨ＋　Ｊ）　Ｒ（ＯＨ）　２　　　　
　　・−−−−−−−−−−、＃　門Ｐ−８（Ｃｓｌｌ
　＋　Ｊ）　ｚ　Ｐ　（Ｏｔｌ）　　　　　　−・・−
−−−−〃ＤＰ−８ＭＰ−８　とＤＰ−８の混合物　　
　−−−−−−ｍ−・−〃ＡＰ−８（Ｃ，。ＩＩ　２１
０）　Ｐ　（０１１）　２　　　　−−−−一〜−−−
−〃　門Ｐ−１０一方希釈剤としては、活性剤を溶解し
、半田付は性の良好な酸性リン酸エステル混合液を作る
耐熱性媒体であることが要求される。本発明で検討した
希釈剤は、フタル酸エステル系、脂肪酸エステル系、マ
レイン酸及びフマル酸エステル系、正リン酸エステル系
の耐熱性（難燃性）可塑剤である。

そしてこれらの酸性リン酸エステル溶解性（希釈剤１０
０重量部に酸性リン酸エステル４重量部を添加し、１２
０度Ｃにて１時間加熱後の相溶性）及びこの混合物の数
滴を３０Ｘ３０ｍｍの銅板上で２５０■の半田塊と共に
置き、２５０度Ｃの半田浴上で３０秒間加熱したときの
半田のぬれ拡がり面積から半田のぬれ性を評価した。

その結果から正リン酸エステル系のものがらはトリブト
キシエチルフォスフェート（ＴＢＸＰ）、トリクレジル
フォスフニー）（ＴＣＰ）　、クレジルジフェニルフォ
スフェート（ＣＤＰ）が、マレイン酸エステル系のもの
からはジブチルマレニー）　（ＤＢＭ）が、脂肪酸エス
テル系のものからはジブチルアジペート（ＤＢ八）、シ
フ′チルジグリコールアジペート等が夫々選定された。

正リン酸エステル系の希釈剤は、酸性リン酸エステルと
の相溶性もよく、酸性リン酸エステルの活性作用を妨害
しにくいことがわかったので、前述したトリブトキシエ
チルフォスフェート、トリクレジルフォスフェート、ク
レジルジフェニルフォスフェート以外に、トリスジクロ
ロプロピルフォスフェート（ＣＲＰ）と含ハロゲン縮合
リン酸エステルについて、１８０度Ｃにて１時間（１２
０度Ｃ６４時間の加熱に相当する）の熱処理を行い、色
調と粘度変化を調べた。この結果、トリブトキシエチル
フォスフェート、トリクレジルフォスフェート及びクレ
ジルジフェニルフォスフェートはわずかに黄色に変化し
た以外は粘度変化もなかったのに対し、ハロゲンを含む
正リン酸エステルは液が褐色化し、著しい粘度上昇が認
められた。

従って、希釈剤としては、酸性リン酸エステルとの相溶
性及び耐熱性の見地からトリブトキシエチルフォスフェ
ート（ＴＢＸＰ）、トリクレジルフォスフェート（ＴＣ
Ｐ）及びクレジルジフェニルフォスフェート（ＣＤＰ）
が良好なものとして選定された。

次に活性剤としての酸性リン酸エステルと希釈剤として
の正リン酸エステルとの比は、用いられる夫々・のもの
の構造によっても異なるが、ＭＰ−１０とＣＤＰについ
て重量比１／１００〜１００１０で検討した結果、銅へ
の半田の拡がり性は、第１表に示す如くであった。

第１表に示す結果では、重量比５／９５〜１００１０の
範囲で半田付は性には大きな差はなかったが、−般には
経済的な理由や混合物の粘性から１０／９０〜８０／２
０の範囲が好ましい。

また酸性リン酸エステルと上記希釈剤以外に、各種の添
加物について検討したところ、２，３ジブロムプロパノ
ールは半田付は温度で分解し、ガスを発生することによ
り、半田付はフラックスに攪拌効果を付与し、結果とし
て半田のぬれ性及びぬれ速度を高める作用を有し、第２
表に示す如く添加物として使用できることがわかった。

第３表 またロジンの添加は、半田のぬれ性を若干向上させ、第
３表に示す如く添加物として使用できることがわかった
。

次に、アミンのハロゲン化水素酸塩の添加効果を調べた
ところ、 ＭＰ−１０／ＣＤＰ／ジブロムプロパノール＝２０／８
０／２０（重量比）に対して第４表に示す化合物を２重
量部添加した場合の、銅及びニッケルへの半田のぬれ性
は同表に示す如くであった。

第４表 作用 本発明は、上記のように構成されており、以下その作用
について説明する。本発明に係る上記の半田付は用フラ
ックスは、イソプロピルアルコール等の可燃性で揮発性
の有機溶剤を含まず、また耐熱性の大きい酸性リン酸エ
ステル及び同様な希釈剤からなるため、自動半田付は装
置のフラクサタンクの底部にヒータを設けてフラックス
を高温、例えば１００〜１５０度Ｃに加熱しておいて、
基板に該フラックスを塗布すると同時にこれを所望の温
度に速かに、例えば従来のプレヒータによる予熱に比べ
て１７４〜１７６の時間で加熱することができ、しかも
基板が相当板厚の大きい場合であっても各部が均一に加
熱される。この場合において、フラックスは変色、分解
、変質したすせず、悪臭や有毒蒸気を発生することもな
く、また発火による火災発生の危険性もない。また半田
付けにおいては、基板の各部が十分にかつ均一に加熱さ
れているので、半田付は性が良好で、特に半田のぬれ性
が優れている。

効果 本発明は、上記のようにフラックス自体を高温、例えば
１００〜１５０度Ｃに加熱し、これを基板に接触させて
該基板を予備加熱できるようにするため、活性剤として
は、１５０度Ｃ付近までの温度で長時間加熱しても、分
解したり変質したすせず、活性が低下しないで半田付は
温度において活性を有し、半田付は性が良好なものを用
い、また該活性剤の希釈剤としては、活性剤を溶解し、
１５０度Ｃ付近までの温度において長時間加熱しても、
分解したり変質したすせず、毒性がなく洗浄性がよく、
かつ半田付は性がよいものを用いたので、長時間高温に
加熱しておいて基板に塗布することでフラックスの塗布
と該基板の予備加熱が同時に完了し、かつ半田付は性が
良好な半田付は用フラックスを提供し得る効果がある。

また活性剤として酸性リン酸エステルを用いたので、希
釈剤や洗浄剤に対する相溶性が大きく、腐食性が小さい
半田付は用フラックスを提供できる効果がある。

更にはフラックスを従来の有機溶剤を用いたものに代え
て、不燃性又は低引火性で低蒸発性の溶剤に活性化温度
が該フラックスの加熱温度よりも高く、該フラックスの
加熱温度では安定な活性剤と溶剤や活性剤との相溶性の
よい添加成分とを溶解又は混合したものを用い、フラッ
クス塗布装置にフラックス加熱用のヒータを設け、該ヒ
ータによりフラックスを加熱し、該加熱されたフラック
スを被半田付は基板の被半田付は面に接触させ、フラッ
クスの塗布と被半田付は基板の予備加熱とを同時に行っ
て半田付けすることができるようになるため、従来大電
力を必要としていた予備加熱装置を不要化又は小規模化
することを可能とし、電力消費の大幅な低減と自動半田
付は装置の長さの短縮化を図ることができる効果がある
。また加熱媒体として空気を用いず、空気よりはるかに
密度及び熱容量の大きい液体フラックスを加熱媒体とし
て用いることができるので、被半田付は基板を加熱する
際の熱効率を大幅に向上させ、少ないエネルギで短時間
にかつ均一に被半田付は基板を所望の温度に加熱できる
という効果が得られる。

更には、フラックスに可燃性で揮発性の有機溶剤を用い
ないで済むので、該有機溶剤を蒸発させる必要性がなく
なり、気化熱によるエネルギ損失をなくすと共に、公害
の発生を防止し、また火災発生の危険性をなくすことが
できる効果がある。

また加熱されたフラックスによって効率よく被半田付は
基板が加熱されるようになるので、熱容量の大きい多層
の大型プリント基板や、熱伝導性の悪いセラミックス基
板等もその板厚全体にわたって短時間にかつ均一に加熱
できるようになり、またこの結果半田付は工程における
半田のぬれ性を向上させ、これらの大型基板等の半田付
は性能を飛躍的に向上させることができる効果がある。

実施例１ モノイソデシルフォスフェート（ＭＰ−１０）及びモノ
ブチルフォスフェート（ＭＰ−４）とを活性剤とし、こ
れをクレジルジフェニルフォスフェート（ＣＤＰ）で゛
希釈し、これに２．３ジブロムプロパノールと変性ロジ
ンを添加したフラックス８種を第５表のように配合し、
メニスコグラフにより銅に対する半田付けのフラックス
特性を評価した。その結果、市販フラックスに比べて遜
色のないフラックス組成物を提供できることが明らかと
なった。

☆相対付着力は、ぬれ付着力の相対値で、この値が大き
いほどぬれ付着が大きいことを示す。

全くぬれない場合には、この値は−（マイナス）になる
。

実施例２ モノイソデシルフォスフェート（ＭＰ−１０）とクレジ
ルジフェニルフォスフェート（ＣＤＰ）とを主組成物と
する第６表に示す３種のフラツクスを１００度Ｃに加熱
して１００時間の加熱処理を行い、この間定期的にサン
プリングを行い、外観観察、粘度、比重及び半田付は性
のテストを行った。

第６表 結果は、第７表に示す如くであり、外観かや一変色した
ものの実用上問題となる特性劣化は認められず、高温フ
ラックスとして所定の特性を長時間にわたって発揮した
。

第７表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ＲＯ）＿ｘＰ（Ｏ）（ＯＨ）＿３＿−＿ｘｘ＝１又
   は２ Ｒ＝アルキル基ＣｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿１でｎ＝３、４、
   ８、１０、１３で示される酸性リン酸エステルの１種又
   はこれらの混合物を活性剤として含み、該酸性リン酸エ
   ステルと相溶性を有し半田付け効果を低下させない不燃
   性又は難燃性の低揮発性希釈剤で希釈したことを特徴と
   する半田付け用フラックス。 ２　酸性リン酸エステルを活性剤として含み、トリブト
   キシエチルフォスフェート、トリクレジルフォスフェー
   ト及びクレジルジフェニルフォスフェート等の正リン酸
   エステル系の溶媒から選ばれた１種又は２種以上の混合
   物で前記酸性リン酸エステルを希釈したことを特徴とす
   る半田付け用フラックス。 ３　酸性リン酸エステルを活性剤として含み、該酸性リ
   ン酸エステルと相溶性を有し該酸性リン酸エステルの半
   田付け効果を低下させない不燃性の液体で該酸性リン酸
   エステルを希釈し、かつこれらと相溶して半田付け性を
   向上させるためのロジン、フェノール樹脂変性ロジン及
   び半田のぬれ拡がり速度を向上させるための２，３ジブ
   ロムプロパノールから選ばれた少なくとも１種のものを
   添加したことを特徴とする半田付け用フラックス。 ４　酸性リン酸エステルを活性剤として含み、該酸性リ
   ン酸エステルと相溶性を有する不燃性液体で希釈した半
   田付け用フラックスであって、Ｒ＿３＿−＿ｙＮＨ＿ｙ
   ・ＨＸ ｙ＝０、１、２ Ｒ＝アルキル基ＣｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿１でｎ＝１乃至１
   ２ＨＸ＝ＨＣｌ又はＨＢｒ で示されるアルキルアミンのハロゲン化水素酸塩を含む
   ことを特徴とする半田付け用フラックス。