JPWO2007086433A1 - 水分散型フラックス組成物、電子部品付き電子回路基板、およびそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2006年1月26日に出願された特願2006−017350号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
はんだ付けの方法としては、以下の方法等が挙げられる。
・電子部品等を搭載した電子回路基板にフラックスを発泡またはスプレーで塗布し、乾燥させてから、はんだ付け部分にはんだを接触させ、電子部品を電子回路基板にはんだ付けする方法。
・はんだ付け部分に刷毛またはディスペンサーでフラックスを塗布し、はんだ付け部分に糸はんだまたははんだプリホームを接触させながら、はんだコテまたはレーザーによって電子部品を電子回路基板にはんだ付けする方法。
・不濡れ(未はんだ)、ツララ、ブリッジ、はんだボール等のはんだ付け不良が発生しないこと。
・はんだ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。
・はんだ付けの後、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等が発生しないこと。
近年、地球環境の保護保全の観点からVOCの削減が要求されており、該要求は、フラックスにも及んできている。また、IPAには、皮膚・粘膜への刺激性、麻酔性があり、また、IPAは、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。そのため、IPAは、取扱上および保管上さまざまな規制を受ける。
(1)酸価を有するロジンまたは変性ロジンにアンモニアまたはアミンを添加して、水に可溶なロジンアンモニウム塩またはアミン塩とし、これを水に溶解させた水系のはんだ付け用フラックス(特許文献1)。
(2)高酸価のロジン変性樹脂を、アンモニア等の揮発性塩基性剤を含有する水に溶解させたフラックス(特許文献2)。
(3)ロジンとロジンを鹸化するアミンと活性剤と水および少量の有機溶剤とを含む水系のはんだ付け用フラックスに、共有結合性有機ハロゲン化物とフッ素系界面活性剤とを添加したフラックス(特許文献3)。
(4)ロジンを水に懸濁または乳濁させ、これに活性剤を加えてなる水分散型フラックス、または、ロジンに活性剤を添加して得た相溶混合物を水に懸濁または乳濁させてなる水分散型フラックス(特許文献4)。
(5)ロジン系樹脂、ゴム系樹脂、アクリル系樹脂から選ばれた少なくとも1種のラテックスレジンを、水または水と親水性溶剤との混合物に分散させたフラックス(特許文献5)。
(a)ノニオン系界面活性剤として、下記式(1)で表されるポリオキシアルキレン多環アリールエーテル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシアルキレンソルビタンアルキレート、ポリアルキレングリコール脂肪酸エステル、
(b)アニオン系界面活性剤として、リン酸エステル塩、硫酸エステル塩、
(c)カチオン系界面活性剤として四級アンモニウム塩、
(d)高分子化合物として、ポリアクリル酸塩、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、
(e)層状粘土鉱物として、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト、バーミキュライト、
(f)シリカ系化合物として、コロイダルシリカ。
本発明の電子部品付き電子回路基板は、電子回路基板上に、本発明の水分散型フラックス組成物からなるフラックス膜およびはんだ付けされた電子部品を有することを特徴とする。
本発明の電子部品付き電子回路基板の製造方法は、本発明の水分散型フラックス組成物を電子回路基板に塗布した後、電子部品を電子回路基板にはんだ付けすることを特徴とする。
本発明のはんだ付け方法は、本発明の水分散型フラックス組成物を用いることを特徴とする。
本発明の水分散型フラックス組成物の製造方法によれば、揮発性有機溶剤および揮発性塩基性化合物を実質的に含まず、長期間にわたり液安定性に優れ、はんだ付け不良の発生しにくく、はんだ付け後の絶縁不良およびマイグレーションの発生が抑えられる水分散型フラックス組成物を、容易に製造できる。
本発明の電子部品付き電子回路基板の製造方法によれば、絶縁不良およびマイグレーションの発生が抑えられ、はんだ付け不良が格段に少なく、残存するフラックス膜のベタつきもほとんどない電子部品付き電子回路基板を得ることができ、製造の際に有機溶剤および塩基性化合物の揮発がほとんどない。
本発明のはんだ付け方法によれば、はんだ付けの際に有機溶剤および塩基性化合物の揮発がほとんどない。
本発明の水分散型フラックス組成物は、固体微粒子、活性剤、分散剤、および水を含有する。
固体微粒子は、カルボキシル基含有樹脂を主成分とする固体状の微粒子である。本発明の効果を損なわない範囲で、他の樹脂、各種添加剤等が含まれていてもよい。
カルボキシル基含有樹脂としては、カルボキシル基を有する樹脂であればよく、例えば、ガムロジン、ウッドロジン、トールロジン、精製ロジン等のロジン類;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、アクリル酸変性ロジン、フマル酸変性ロジン、マレイン酸変性ロジン等のロジン変性誘導体;スチレン・マレイン酸樹脂、アクリル樹脂等の合成樹脂等が挙げられる。カルボキシル基含有樹脂としては、ロジン類、ロジン変性誘導体が特に好ましい。
カルボキシル基含有樹脂の軟化点は、50〜200℃が好ましく、60〜180℃がより好ましく、70〜150℃が特に好ましい。
カルボキシル基含有樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
カルボキシル基含有樹脂の含有量は、水分散型フラックス組成物(100質量%)中、0.5〜50質量%が好ましく、1〜40質量%がより好ましく、2〜30質量%が特に好ましい。
固体微粒子の粒子径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(日機装 MT−3300EXII)を用い、下記測定条件にて測定する。
測定条件:水屈折率=1.333
固体微粒子屈折率=1.55
測定温度=室温
分散剤は、固体微粒子を長期間にわたり安定的に分散させ、フラックスに要求される特性を向上させる成分である。
分散剤としては、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、高分子化合物、層状粘土鉱物、シリカ系化合物等が挙げられる。
(a)ノニオン系界面活性剤として、下記式(1)で表されるポリオキシアルキレン多環アリールエーテル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシアルキレンソルビタンアルキレート、ポリアルキレングリコール脂肪酸エステル。
(b)アニオン系界面活性剤として、リン酸エステル塩、硫酸エステル塩。
(c)カチオン系界面活性剤として四級アンモニウム塩。
(d)高分子化合物として、ポリアクリル酸塩、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド。
(e)層状粘土鉱物として、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト、バーミキュライト。
(f)シリカ系化合物として、コロイダルシリカ。
式(1)で表されるポリオキシアルキレン多環アリールエーテルとしては、HLB(親水性親油性バランス)=14〜18のものが特に好ましい。
ポリオキシアルキレンソルビタンアルキレートとしては、ポリオキシエチレンソルビタンモノ(またはジ、トリ)ラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノ(またはジ、トリ)ステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノ(またはジ、トリ)オレエート等が挙げられる。
ポリアルキレングリコール脂肪酸エステルとしては、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノステアレート、ポリオキシエチレンモノオレエート等が挙げられる。
硫酸エステル塩としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられる。
四級アンモニウム塩としては、塩化アルキルベンジルアンモニウム塩、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、アルキルアンモニウムハイドロオキサイド等が挙げられる。
分散剤の添加量は、固体微粒子100質量部に対して、1〜40質量部が好ましく、3〜35質量部がより好ましく、5〜30質量部が特に好ましい。
活性剤としては、公知のフラックスに用いられる活性剤が挙げられ、例えば、有機酸、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機酸とアミンとの複塩、有機ハロゲン系化合物、リン酸アルキルエステル類等が挙げられる。活性剤としては、有機酸、アミンのハロゲン化水素酸塩が好ましい。
有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、グリコール酸、グルコン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ピコリン酸が挙げられる。
有機ハロゲン系化合物としては、モノクロル酢酸、ジクロロ酢酸、ブロモエタノール、ブロモプロパノール、ブロモブタノール、ブロモプロパンジオール、ジブロモエタノール、ジブロモプロパノール、ジブロモブタノール、ジブロモプロパンジオール、ジブロモブテンジオール、ブロモ酢酸エチル、ブロモコハク酸、ジブロモコハク酸等が挙げられる。
リン酸アルキルエステル類としては、ジイソデシルホスフェート、2−エチルヘキシル−2−エチルヘキシルホスホネート、2−エチルヘキシルアシッドホスフェート、イソデシルホスフェート、ラウリルホスフェート、トリデシルホスフェート、ステアリルホスフェート、オレイルアシッドホスフェート、ビス(2−エチルヘキシル)ホスフェート等が挙げられる。
活性剤の含有量は、水分散型フラックス組成物(100質量%)中、0.05〜10質量%が好ましく、0.1〜5質量%がより好ましく、0.2〜3質量%が特に好ましい。
水としては、フラックスに要求される各種特性(電気特性、はんだ付け性、液安定性等)に影響を与えるものでなければよく、イオン交換水、蒸留水、超純水、RO水、水道水等が挙げられる。
水の含有量は、固体微粒子、分散剤、活性剤、後述の他の成分を除いた残部である。
本発明の水分散型フラックス組成物には、公知のフラックスに用いられる、他の活性剤、ツララ防止剤、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、蒸発速度制御剤等の他の添加剤を添加してもよい。
また、本発明の水分散型フラックス組成物には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、有機溶剤を適宜添加してもよい。有機溶剤としては、アルコール類、グリコール類、グリコールエーテル類、エステル類、アミド類、ケトン類、エーテル類、炭化水素類等が挙げられる。
・地球環境および人体への悪影響が格段に小さく、かつ引火の危険性がなく、フラックス塗布装置、はんだ付け装置の非防爆化が可能となり、さらに運搬、保管等が容易となる。また、有機溶剤の揮発によるフラックス組成の変化がほとんどなく、組成安定性に優れる。
・はんだ付けの際にアンモニア、アミン等の塩基性化合物に由来する悪臭がなく人体への影響が格段に小さい。
・塩基性化合物に由来するはんだ付け後の絶縁不良およびマイグレーションの発生が抑えられる。
本発明の水分散型フラックス組成物の製造方法は、溶融状態または溶液状態ではなく、固体状態のカルボキシル基含有樹脂および活性剤を、水および分散剤からなる媒体に加え、カルボキシル基含有樹脂を固体状態のまま微粒子化し、媒体中に分散させる方法である。
(i)固体状態のカルボキシル基含有樹脂を、水および分散剤からなる媒体に加え、ミル、ナノマイザー、高速ミキサー、ホモジナイザー、超音波装置等の手段によりカルボキシル基含有樹脂を固体状態のまま微粒子化し、媒体中に均一に分散させる方法。
(ii)固体状態のカルボキシル基含有樹脂をあらかじめミル等により微粒子化した後、該固体微粒子を媒体に分散させる方法。
固体微粒子の安定性、フラックスに要求される各種特性の点から、(i)の方法が好ましい。
(iii)媒体に分散させる前に、あらかじめカルボキシル基含有樹脂と活性剤とを混練する方法。
(iv)カルボキシル基含有樹脂を微粒子化し、媒体に均一分散させた後、該分散液に添加する方法。
カルボキシル基含有樹脂と活性剤との混合状態の点から、(iii)の方法が好ましい。
(v)カルボキシル基含有樹脂と活性剤とを融点以上まで加温し、溶融混練する方法。
(vi)カルボキシル基含有樹脂と活性剤とをあらかじめ溶剤に溶解させた後、溶剤を減圧留去する、または溶剤をスプレードライヤーで除去する方法。
(vii)カルボキシル基含有樹脂と活性剤とを、ミル、加圧押出機、2軸型混練機等でメカニカル的に混練する方法。
カルボキシル基含有樹脂と活性剤との混合状態の点から、(v)の方法が好ましい。
本発明の電子部品付き電子回路基板は、電子回路基板上に、本発明の水分散型フラックス組成物からなるフラックス膜およびはんだ付けされた電子部品を有するものである。
該電子部品付き電子回路基板は、本発明の水分散型フラックス組成物を電子回路基板に塗布した後、電子部品を電子回路基板にはんだ付けすることにより製造される。
・電子部品を搭載した電子回路基板に水分散型フラックス組成物を塗布し、乾燥させてから、はんだ付け部分にはんだを接触させる方法。
・はんだ付け部分に刷毛またはディスペンサーで水分散型フラックス組成物を塗布し、はんだ付け部分に糸はんだまたははんだプリホームを接触させる方法。
水分散型フラックス組成物を乾燥させる方法としては、フラックス膜が電子回路基板上に形成されればよく、常温で放置する方法、加温して乾燥させる方法等が挙げられる。
はんだを接触させる方法としては、噴流はんだ付け法;リフローはんだ付け法;糸はんだまたははんだプリホームをはんだ付け部分に接触させながら、はんだコテまたはレーザーによってはんだ付けする方法等が挙げられる。
・引火の危険性がなく、フラックス塗布装置、はんだ付け装置の非防爆化が可能となる。
・はんだ付けの際にアンモニア、アミン等の塩基性化合物に由来する悪臭がなく人体への影響が格段に小さい。
・塩基性化合物に由来するはんだ付け後の絶縁不良およびマイグレーションの発生が抑えられる。
各種測定、評価は以下のように行った。
フラックス中の固体微粒子の粒子径を、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(日機装 MT−3300EXII)を用い、下記測定条件にて測定し、全ての固体微粒子の粒子径の範囲および粒子径0.03〜10μmの固体微粒子の割合を求めた。
測定条件:水屈折率=1.333
固体微粒子屈折率=1.55
測定温度=室温
フラックスを0.1ml/16cm2 の割合で実装基板(はんだ付け箇所=200点)に塗布し、噴流式自動はんだ付け装置を用い、下記条件にてはんだ付けを行った。未はんだ(はんだ不濡れ)、ツララ、ブリッジ、はんだボール、ブローボール等のはんだ付け不良が発生した箇所の数を数えた。また、はんだ付けの際の臭気の有無を確認した。
はんだ付け条件:コンベア速度=0.64m/分
プレヒート温度=105〜115℃
はんだ付け温度=250℃
フラックスの絶縁抵抗試験を、JIS Z3197に準拠し、2形くし形電極を用いて行った。
(はんだ広がり率)
フラックスのはんだ広がり率を、JIS Z3197に準拠して評価した。具体的には、酸洗浄した30mm角の銅板の中央に、はんだ粒(Sn−3.0Ag−0.5Cu)0.3gを置き、これにフラックス0.05mlを滴下した後、100℃で、5分間乾燥し、255℃設定のソルダーバスにてはんだを溶融した後、30秒間放置した。
フラックス500mlをガラス容器に入れて密栓した後、25℃の恒温槽中に90日間保管し、フラックス成分の沈殿、凝集、分離等が発生するまでの日数を調べた。
(引火点)
フラックスの引火点を、タグ密閉式測定器およびクリーブランド開放式測定器にて測定した。
(カルボキシル基含有樹脂)
精製ロジン:荒川化学工業社製、白菊ロジン、酸価=200mgKOH/g、軟化点=120℃。
酸変性ロジン:荒川化学工業社製、KE−604、酸価=240mgKOH/g、軟化点=120℃。
アクリル酸樹脂:三菱レイヨン社製、ダイヤナール。
分散剤A:ポリオキシエチレンエチルナフチルエーテル、日本乳化剤社製、ニューコール、HLB=14.6。
分散剤B:ポリオキシエチレンスチリルメチルフェニルエーテル、日本乳化剤社製、ニューコール、HLB=16.6。
分散剤C:ポリオキシエチレンメチルビス(フェニルエチル)フェニルエーテル、日本乳化剤社製、ニューコール、HLB=16.6。
分散剤D:ポリオキシエチレンソルビタンラウレート、日本乳化剤社製、ニューコール。
分散剤E:ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、日本乳化剤社製、ニューコール。
分散剤F:ポリビニルピロリドン、BASF社製、Sokalan。
分散剤G:モンモリロナイト、ホージュン社製、ベンゲル。
分散剤H:コロイダルシリカ、日本アエロジル社製、アエロジル。
分散剤I:ポリオキシエチレンアルキルフェノール、日本乳化剤社製、ニューコール。
分散剤J:ポリオキシエチレンラウリルエーテル、第一工業製薬社製、ノイゲンYX500。
カルボキシル基含有樹脂として精製ロジン400g、活性剤としてアジピン酸20gおよびジエチルアミン臭化水素塩32g、艶消し剤(ステアリン酸)40gをSUS製撹拌釜に入れ、150℃で5分間溶融混練し、混合物を得た。該混合物を冷却し、固体状態となったものを粉砕機にて粗粉砕した。該粗粉砕物、および分散剤A40gを純水3468gに入れ、撹拌機で5分間予備分散した後、ジルコニアビーズミル(ビーズ粒径0.3mm)で2時間処理し、乳白色の均一な水分散型フラックス組成物を得た。該水分散型フラックス組成物について、上述の各種測定、評価を行った。結果を表1に示す。
表1〜2に示す成分、配合量に変更した以外は、実施例1と同様にして水分散型フラックス組成物を得た。該水分散型フラックス組成物について、上述の各種測定、評価を行った。結果を表1〜2に示す。
95℃に加温した2質量%ポリビニルアルコール水溶液200gを乳化機で撹拌しながら、120℃に加温溶融した精製ロジン50gを注加し、さらに撹拌を続け、ロジン懸濁液を得た。該ロジン懸濁液に、シュウ酸アンモニウム2質量%およびフッ素系界面活性剤(パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノール)0.01質量%を添加し、懸濁状のフラックスを得た。該フラックスについて、上述の各種測定、評価を行った。結果を表3に示す。
表3に示す成分、配合量に変更した以外は、実施例1と同様にしてフラックスを得た。該フラックスについて、上述の各種測定、評価を行った。結果を表3に示す。
表3に示す成分、配合量にて、ジルコニアビーズミルでの処理時間を20分間とし、その他は実施例1と同様にしてフラックスを得た。該フラックスについて、上述の各種測定、評価を行った。結果を表3に示す。
表3に示す成分を撹拌混合し、溶液状フラックスを得た。該フラックスについて、上述の各種測定、評価を行った。結果を表3に示す。
Claims (6)
- カルボキシル基含有樹脂を含む固体微粒子、活性剤、分散剤、および水を含有し、
全ての固体微粒子が、粒子径0.03〜20μmの範囲にあり、かつ
粒子径0.03〜10μmの固体微粒子の割合が、全ての固体微粒子(100質量%)中、90質量%以上である、水分散型フラックス組成物。 - 分散剤が、下記(a)〜(f)に挙げられた化合物のうちの少なくとも1種である、請求項1記載の水分散型フラックス組成物。
(a)ノニオン系界面活性剤として、下記式(1)で表されるポリオキシアルキレン多環アリールエーテル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシアルキレンソルビタンアルキレート、ポリアルキレングリコール脂肪酸エステル、
(b)アニオン系界面活性剤として、リン酸エステル塩、硫酸エステル塩、
(c)カチオン系界面活性剤として四級アンモニウム塩、
(d)高分子化合物として、ポリアクリル酸塩、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、
(e)層状粘土鉱物として、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト、バーミキュライト、
(f)シリカ系化合物として、コロイダルシリカ。
- カルボキシル基含有樹脂を含む固体微粒子、活性剤、分散剤、および水を含有し、全ての固体微粒子が、粒子径0.03〜20μmの範囲にあり、かつ粒子径0.03〜10μmの固体微粒子の割合が、全ての固体微粒子(100質量%)中、90質量%以上である水分散型フラックス組成物を製造する方法であって、
固体状態のカルボキシル基含有樹脂および活性剤を、水および分散剤からなる媒体に加え、カルボキシル基含有樹脂を固体状態のまま微粒子化し、媒体中に分散させる、水分散型フラックス組成物の製造方法。 - 電子回路基板上に、請求項1または2に記載の水分散型フラックス組成物からなるフラックス膜およびはんだ付けされた電子部品を有する、電子部品付き電子回路基板。
- 請求項1または2に記載の水分散型フラックス組成物を電子回路基板に塗布した後、電子部品を電子回路基板にはんだ付けする、電子部品付き電子回路基板の製造方法。
- 請求項1または2に記載の水分散型フラックス組成物を用いる、はんだ付け方法。
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