WO2013108663A1 - やに入りはんだ用フラックス及びやに入りはんだ - Google Patents

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soldering
solder
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halide
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隆生 杉浦
陽子 東村
基泰 鬼塚
宏 川中子
鶴田　加一
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千住金属工業株式会社
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    • H05K3/3489—Composition of fluxes; Methods of application thereof; Other methods of activating the contact surfaces

Definitions

  • the present invention relates to flux used for flux cored solder and flux cored solder.
  • Electrodes are formed in accordance with terminals such as pins of the electronic components.
  • the electronic component and the substrate are fixed and electrically connected by soldering.
  • ion migration electrochemical migration
  • Ion migration (hereinafter referred to as migration) is a reduction in which metal ions dissolved from the anode transfer electrons between the electrodes to which a DC voltage is applied, and the metal reduced from the cathode grows and extends to the anode. This is a phenomenon in which both electrodes are short-circuited by metal. Thus, when migration occurs due to adhesion of water droplets or the like, a short circuit occurs between the electrodes, so that the function as a substrate is lost.
  • the flux used for soldering removes the metal oxides present on the surface of the solder and the metal to be soldered chemically at the temperature at which the solder melts, By having the effect of enabling movement and using flux, an intermetallic compound is formed between the solder and the base material, and a strong bond can be obtained.
  • the flux cored solder is a material in which flux is sealed in linear solder, and soldering is performed by melting the solder with a soldering iron or a laser.
  • the flux also includes components that do not decompose or evaporate due to the heating of soldering, and remain around the soldered part as a flux residue after soldering. Since rosin (pine resin) contained as a main component in the flux has water repellency, if a flux residue mainly composed of rosin is formed on the soldered portion, even if water droplets adhere to the flux residue, Migration does not occur immediately due to the water repellent effect of rosin.
  • FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 1C, and FIG. 1D are explanatory diagrams showing the process of migration due to the occurrence of cracks.
  • FIG. 1A schematically shows a state where a soldering portion 20 in which solder 2 is joined to an electrode 10 formed on a substrate 1 by soldering is covered with a flux residue 3.
  • the flux residue is formed by curing the flux spreading on the surface of the soldering part during soldering, but the flux does not spread over the entire surface of the soldering part, and the soldering part is covered with the flux residue. A part and a part which is not covered may occur. In the part where the soldering part is not covered with the flux residue, the above-mentioned migration occurs.
  • the solder cutting performance deteriorates when soldering using a soldering iron.
  • FIGS. 3A, 3B, and 3C are explanatory diagrams showing an outline of the solder cutting property.
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C the phenomenon that the solder cutting property is good is shown.
  • FIGS. 3A, 3B, and 3C describe an event in which the solderability is poor.
  • the soldering portion 5 corresponds to the through hole 51 penetrating the substrate 50 on the surface which is one surface of the substrate 50.
  • a land 52 is formed, and a pin 6 of an electronic component (not shown) is inserted into the land 52.
  • the substrate 50 is arranged such that a plurality of through holes 51 and lands 52 are arranged in parallel and the soldering portions 5 are arranged in a line in accordance with the arrangement of the pins 6 of the electronic component (not shown).
  • the soldering iron 7 that is a heating means has a groove 70 through which the pin 6 can pass.
  • soldering is continuously performed on the plurality of soldering portions 5.
  • the heated solder iron 7 is moved in the direction of arrow a as shown in FIG. Passes through the pin 6 to be soldered, so that the solder 8 melts and the land 52 and the pin 6 are joined with the melted solder.
  • the flux sealed in the flux cored solder 8 contains components that are not decomposed or evaporated by heating during soldering, and the surface of the solder 80 melted during soldering is covered with the flux 81.
  • solder with good cutting ability when the heated soldering iron 7 is moved in the direction of arrow a as shown in FIG. 2A, the entire surface of the solder 80 is covered with the flux 81 during soldering as shown in FIG. 2B. Thus, oxidation of the surface of the solder 80 is prevented.
  • the heated soldering iron 7 is moved to move away from the soldering part 5 by the operation of continuously soldering the soldering parts 5. Factors that obstruct the cutting of the solder 80a that follows the soldering iron 7 and the solder 80b that remains at the soldering portion 5 are eliminated.
  • solder 80 a that follows the soldering iron 7 and the solder 80 b that remains on the soldering part 5 are easily moved by the movement of the soldering iron 7 that is separated from the soldered portion 5 where the soldering is performed. It is cut, so-called solder cutting performance is improved, and generation of a bridge where the solder 80 is connected between the adjacent soldering portions 5 is suppressed.
  • the oxide film 82 formed on the surface of the melted solder 80 was soldered in the operation of moving the heated soldering iron 7 and continuously soldering to the plurality of soldering portions 5. The movement of the soldering iron 7 away from the soldering part 5 is difficult to cut.
  • the solder 80a that follows the soldering iron 7 that is separated from the soldering part 5 and the solder 80b that remains on the soldering part 5 are less likely to be cut.
  • the connecting bridge 83 is likely to occur.
  • the flux described in Patent Document 1 is used for a solder paste, and soldering is performed in a reflow furnace or the like. Therefore, when the soldering iron is used for soldering, consideration is given to solder breakability. There is no need.
  • flux cored solder is used not only for soldering using a soldering iron but also for laser soldering. With flux used for soldering iron, in addition to the cutting ability of soldering with a soldering iron, laser It is also necessary to consider the flux scattering, which seems to be caused by the rapid heating by the laser.
  • the flux used for the solder paste is in the form of a paste, and a solvent is added to make the flux into a paste.
  • the flux used for the solder core is solid, so the flux for the solder paste Cannot be used directly as flux for solder.
  • the present invention has been made in order to solve such a problem.
  • the flux residue is made soft, and the soldering ability is improved during soldering using a soldering iron, and a laser is used.
  • the purpose is to provide flux for flux cored solder that can be used regardless of the soldering method, and flux solder, by suppressing flux scattering even by rapid heating with laser .
  • the flux residue can be made soft by adding a polymer compound. Furthermore, soldering with a soldering iron with a combination of a high molecular compound that suppresses an increase in the melt viscosity of the flux and a halide, while giving the flux residue softness, improves the solder cutting performance and reduces the laser power. In the soldering used, it was found that the scattering of the flux can be suppressed even by rapid heating with a laser.
  • the present invention suppresses an increase in the melt viscosity of the rosin, flux, and a polymer compound that imparts softness to the flux residue after heating by soldering, and suppresses an increase in the melt viscosity of the flux, and after heating by soldering
  • a flux for solder that contains a halide that coats the surface of the solder melted during heating by soldering in combination with a polymer compound that makes the flux residue soft.
  • the polymer compound is polyethylene wax, polyolefin resin, ethylene acrylic acid copolymer, polyamide resin, polyimide resin, ethylene-vinyl acetate copolymer, polypropylene, polyisopropylene, polybutadiene, acrylic resin, or a combination thereof. Preferably there is.
  • the halides are 2,2,2-tribromoethanol, tetrabromoethane, tetrabromobutane, dibromopropanol, n-2,3 dibromo-2 butane-1,4 diol, tra-2,3 dibromo-2
  • butene-1,4diol, tris (2,3dibromopropyl) isocyanurate, or a combination thereof is preferable.
  • the halide is contained in an amount of 2 to 4% by weight and the polymer compound is contained in an amount of 40 to 60% by weight.
  • the present invention is a cored solder in which a flux is sealed in a linear solder, and the flux suppresses an increase in the melt viscosity of rosin and the flux and is also applied to a flux residue after heating by soldering.
  • the surface of the solder that is melted during heating by soldering in combination with a polymer compound that imparts softness and a polymer compound that suppresses the increase in melt viscosity of the flux and softens the flux residue after heating by soldering It is a cored solder containing a halide that coats with a flux.
  • the flux residue is soft, the occurrence of cracks in the flux residue is suppressed even when the flux residue is used in an environment where the temperature changes severely or in an environment where vibration is applied. Thereby, the penetration
  • soldering using a soldering iron as a heating means the soldering iron moves away from the soldered part where the soldering was performed, and the solder that follows the soldering iron and the solder that remains on the soldering part are easily cut. As a result, the breakability of the solder is improved, and the occurrence of a bridge where the solder is connected between the adjacent soldering portions can be suppressed. Furthermore, by using a combination of a polymer compound and a halide, soldering using a laser as a heating means can suppress flux scattering even by rapid heating with a laser.
  • the flux for solder flux is rosin, a polymer compound that suppresses an increase in the melt viscosity of the flux and imparts softness to the flux residue after heating by soldering, and an increase in the melt viscosity of the flux.
  • a halide that coats the surface of the solder melted during heating by soldering with a flux by a combination with the above-described polymer compound that imparts softness to the flux residue after heating by soldering is included.
  • polymer compound examples include polyethylene wax, polyolefin resin, ethylene acrylic acid copolymer, polyamide resin, polyimide resin, ethylene-vinyl acetate copolymer, polypropylene, polyisopropylene, polybutadiene, acrylic resin, or a combination thereof. It is preferable that
  • Halides include 2,2,2-tribromoethanol, tetrabromoethane, tetrabromobutane, dibromopropanol, n-2,3 dibromo-2 butane-1,4 diol, tra-2,3 dibromo-2 butene It is preferably any of -1,4 diol, tris (2,3 dibromopropyl) isocyanurate, or a combination thereof.
  • the flux residue formed on the surface of the soldered portion is softened by the addition of the polymer compound.
  • the generation of cracks due to holding, temperature cycling, vibration, or the like is suppressed, the contact between water droplets and metal is inhibited, and the occurrence of migration is suppressed.
  • a combination of a halide that functions as an activator and a polymer compound that suppresses an increase in the melt viscosity of the flux and softens the flux residue after heating by soldering makes it possible to solder during soldering. By spreading the flux on the material, the entire surface of the solder during soldering is covered with the flux, and oxidation of the solder surface is prevented.
  • the soldering operation is performed by melting the solder by heating with a soldering iron, which is a heating means, and the soldering iron moves away from the soldering part in relation to the movement of the soldering iron away from the soldering part.
  • the solder that follows the soldering iron and the solder that remains on the soldering part are easily cut, and the occurrence of a bridge in which the solder is connected between adjacent soldering parts is suppressed.
  • the scattering of the flux is suppressed even by the rapid heating by the laser.
  • the properties of the flux change depending on the amount of the polymer compound added. For example, if the amount of polyethylene wax added is small, the melt viscosity of the flux increases and the fluidity of the flux deteriorates. On the other hand, when the addition amount of polyethylene wax is increased, deterioration of flux fluidity can be suppressed, but the oxide film on the surface of the base material to be soldered cannot be sufficiently removed, and wettability is lowered.
  • the properties of the flux change depending on the component and amount of the polymer compound to be added. Therefore, the addition of the polymer compound imparts softness to the flux residue and the oxidation required for the flux during soldering. It is preferable that the polymer compound is selected in consideration of the combination with the halide while ensuring functions such as film removal, and the addition amount of the polymer compound is preferably 40% or more and 60% or less by weight%.
  • the addition amount of the halide is preferably 2% or more and 4% or less, and more preferably 1.4% or more and 1.9% or less by weight.
  • Solder breakability was evaluated by the number of bridges when soldering was performed continuously in the air on a plurality of soldered portions arranged in parallel, in this example, 20 pins arranged in parallel in the air. Corrosivity was evaluated by a copper plate corrosion test.
  • the cutting property and the corrosion property of the solder were evaluated by changing the addition amount of the halide without adding the polymer compound.
  • the evaluation was performed by changing the addition amount of the halide by 1% stepwise between 1 to 5%.
  • the fluxes of Examples 1 to 21 were evaluated by adding the polymer compound and changing the addition amount of the halide between 2 and 4% in steps of 1%. In the fluxes of Examples 1 to 21, no bridges were observed and no corrosion was observed.
  • the flux of an Example and a comparative example was prepared with the composition shown in the following Table 2, and the wire solder was created using the flux of an Example and a comparative example.
  • the composition ratio in Table 2 is% by weight.
  • the addition amount of the halide mentioned above was made constant, and the presence or absence of the addition amount of the polymer compound, the hardness of the flux residue depending on the addition amount, and the crackability of the flux residue were evaluated.
  • the flux scattering during laser soldering and the presence or absence of defects in through-hole (TH) rising during laser soldering were evaluated.
  • the hardness of the flux residue is measured by the pencil scratch method of JIS-K5400 after forming the flux residue by wetting and spreading the cored solder on the copper plate for 5 seconds and storing it at room temperature for 1 hour. did.
  • the hardness in the pencil scratching method is evaluated by the hardness of the pencil core.
  • the hardness of the flux residue is “ ⁇ ” when the hardness of the flux residue is 5B or more. Was evaluated as “x”.
  • the cracking property of the flux residue in the cooling and heating cycle is a test that repeats the process of holding the flux residue formed on the copper plate at ⁇ 30 ° C. and + 110 ° C. for 30 minutes each for 200 minutes.
  • the cracking property of the flux residue at the time of cycling was evaluated.
  • “ ⁇ ” indicates that no cracks are observed
  • “ ⁇ ” indicates that cracks are partially observed
  • cracks are generally observed. The case was evaluated as “ ⁇ ”.
  • the number of splashes in laser soldering is determined when soldering is performed with laser soldering on a plurality of soldered portions arranged in parallel, in this example, 20 pins arranged in parallel.
  • the number of flux scattering on the substrate was evaluated.
  • the evaluation of the number of splashes in laser soldering in Table 2 is “ ⁇ ” when the number of splashes is less than 3, “ ⁇ ” when the number of splashes is 3 or more and less than 8, and the number of splashes is 8 or more.
  • the case was evaluated as “x”. Note that the flux scattered on the soldered portion was mixed with the flux residue and could not be observed, so it was excluded from the evaluation.
  • the addition of the polymer compound can impart softness to the flux residue, and the addition amount of the polymer compound can impart softness to the flux residue, and laser soldering can be performed by laser. It has been found that there is a range in which the flux can be prevented from scattering even by rapid heating, and further, the occurrence of defects in the through-hole rising by laser soldering can be suppressed.
  • the fluxes of Examples 1 to 3 were evaluated by changing the addition amount of the polymer compound from 40 to 60% in steps of 10%. In all of the fluxes of Examples 1 to 3, the hardness of the flux residue became the desired softness, and no cracks were observed due to the temperature cycle. In addition, it was found that, by laser soldering, flux scattering can be suppressed even by rapid heating by a laser, and further, the occurrence of through-hole rising defects during laser soldering can be suppressed.
  • the polymer compound is 40% by weight. It has been found that it is preferable to add at 60% or less, and to add halide at 2% to 4% by weight, preferably 1.4% to 1.9%.
  • the flux of the present invention can also be applied to electronic devices used in environments that may be affected by temperature changes, vibrations, and water and dust, such as electronic devices mounted on automobiles.

Abstract

　フラックス残渣に軟性を持たせ、かつ、はんだ付けの工法によらず使用することが可能なやに入りはんだ用フラックスを提供する。　ロジンと、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物と、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物との組み合わせで、はんだ付けによる加熱時に溶融したはんだの表面をフラックスで被覆させるハロゲン化物とを含むやに入りはんだ用フラックスである。

Description

やに入りはんだ用フラックス及びやに入りはんだ
　本発明は、やに入りはんだに使用されるフラックス、及びやに入りはんだに関する。
　電子部品が実装されるプリント基板等の基板では、電子部品のピン等の端子にあわせて電極が形成されている。電子部品と基板の固定及び電気的接続は、はんだ付けで行われる。このような基板では、電子部品の端子と基板の電極とのはんだ付け部で、直流電圧がかかる電極間に水滴が付着すると、イオンマイグレーション（エレクトロケミカルマイグレーション）が発生する可能性がある。
　イオンマイグレーション（以下、マイグレーションと称す）とは、直流電圧がかかる電極間で、陽極から溶け出た金属イオンが陰極で電子を授受し、陰極から還元された金属が成長し、陽極まで延びた還元金属によって、両極がショートする現象である。このように、水滴等の付着でマイグレーションが発生すると、電極間でショートが発生するので、基板としての機能が失われる。
　さて、一般的に、はんだ付けに用いられるフラックスは、はんだが溶解する温度にて、はんだ及びはんだ付け対象の金属表面に存在する金属酸化物を化学的に除去し、両者の境界で金属元素の移動を可能にする効能を持ち、フラックスを使用することで、はんだと母材との間に金属間化合物を形成させて、強固な接合が得られるようになる。
　やに入りはんだは、線状のはんだにフラックスが封止された材料で、はんだコテあるいはレーザー等ではんだを溶融させてはんだ付けが行われる。
　フラックスには、はんだ付けの加熱によって分解、蒸発しない成分も含まれ、はんだ付け後にフラックス残渣としてはんだ付け部の周辺に残留する。フラックスに主成分として含まれるロジン（松脂）には撥水性があるため、ロジンを主成分とするフラックス残渣がはんだ付け部に形成されていれば、フラックス残渣の上に水滴が付着しても、ロジンの撥水効果によって直ちにマイグレーションが発生することはない。
　但し、フラックス残渣にクラックが発生すると、クラックから水分がはんだ付け部に浸入し、マイグレーションの発生の要因となる。特に、振動が加わるような環境下、あるいは、温度変化の激しい環境下では、フラックス残渣にクラックが発生しやすい。
　図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄは、クラックの発生によるマイグレーションの発生過程を示す説明図である。図１Ａは、基板１に形成された電極１０にはんだ付けではんだ２が接合されたはんだ付け部２０が、フラックス残渣３で被覆された状態を模式的に示す。
　図１Ｂに示すように、所定の高温下と低温下に晒される温度サイクル等で、フラックス残渣３にクラック３０が発生したはんだ付け部２０に、水滴が付着すると、図１Ｃに示すように、クラック３０が水路となって、はんだ付け部２０に水４が浸入する。
　クラック３０がはんだ２まで到達して、直流電圧がかかる電極１０－１０間に水滴が付着すると、図１Ｄに示すように、直流電圧がかかる電極１０－１０間でマイグレーションが発生する。すなわち、陽極から溶け出た金属イオンが陰極で電子を授受し、陰極から還元された金属が成長し、陽極まで延びた還元金属４０によって、両極がショートする。
　また、フラックス残渣は、はんだ付け中にはんだ付け部の表面に広がったフラックスが硬化することで形成されるが、フラックスがはんだ付け部の表面全体に広がらず、フラックス残渣によってはんだ付け部が覆われる部位と覆われない部位が発生する場合がある。はんだ付け部がフラックス残渣で覆われていない部位では、上述したマイグレーションの発生要因となる。
　更に、はんだ付け中に、はんだ付け部の表面がフラックスで被覆されないと、はんだコテを使用してのはんだ付け時にはんだの切れ性が悪化する。
　図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃと、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、はんだの切れ性の概要を示す説明図で、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃでは、はんだの切れ性が良い事象について説明し、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃでは、はんだの切れ性が悪い事象について説明している。
　はんだの切れ性が課題となるはんだ付け部の概要について説明すると、はんだ付け部５は、本例では、基板５０の一の面である表面に、基板５０を貫通したスルーホール５１に対応してランド５２が形成され、ランド５２に図示しない電子部品のピン６が挿入された形態である。基板５０は、図示しない電子部品のピン６の配置に合わせて、複数のスルーホール５１及びランド５２が並列され、はんだ付け部５が一列に並ぶ配置となっている。
　加熱手段であるはんだコテ７は、ピン６が通過できる溝７０が先端部に形成され、はんだコテ７を、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃと、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、ピン６の配置に沿って矢印ａ方向に移動させることで、複数のはんだ付け部５に連続してはんだ付けが行われる。
　まず、はんだの切れ性が良い事象について、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照して説明すると、加熱されたはんだコテ７を、図２Ａに示すように矢印ａ方向に移動させ、はんだコテ７がはんだ付け対象のピン６を通過することで、やに入りはんだ８が溶融し、溶融したはんだでランド５２とピン６が接合される。
　やに入りはんだ８に封止されたフラックスには、はんだ付けの加熱によって分解、蒸発しない成分が含まれ、はんだ付け中に溶融したはんだ８０の表面が、フラックス８１により被覆される。
　切れ性の良いはんだでは、加熱されたはんだコテ７を、図２Ａに示すように矢印ａ方向に移動させると、図２Ｂに示すように、はんだ付け中にはんだ８０の表面全体がフラックス８１で被覆され、はんだ８０の表面の酸化が防止される。
　はんだ付け中におけるはんだ８０の表面の酸化が抑制されることで、加熱されたはんだコテ７を移動させて複数のはんだ付け部５に連続してはんだ付けを行う動作によって、はんだ付け部５から離れるはんだコテ７に追従するはんだ８０ａと、はんだ付け部５に留まるはんだ８０ｂの切断を阻害する要因が排除される。
　これにより、図２Ｃに示すように、はんだ付けが行われたはんだ付け部５から離れるはんだコテ７の動きで、はんだコテ７に追従するはんだ８０ａと、はんだ付け部５に留まるはんだ８０ｂが容易に切断され、所謂はんだの切れ性が向上して、隣接するはんだ付け部５の間ではんだ８０が繋がるブリッヂの発生が抑制される。
　切れ性の悪いはんだでは、加熱されたはんだコテ７を、図３Ａに示すように矢印ａ方向に移動させると、図３Ｂに示すように、はんだ付け中にはんだ８０の表面全体がフラックス８１で被覆されず、はんだ８０の表面のフラックス８１で被覆されない部位が酸化して酸化被膜８２が形成される。
　溶融しているはんだ８０の表面に形成された酸化被膜８２は、加熱されたはんだコテ７を移動させて複数のはんだ付け部５に連続してはんだ付けを行う動作において、はんだ付けが行われたはんだ付け部５から離れるはんだコテ７の動きでは、切断されにくい。
　これにより、図３Ｃに示すように、はんだ付け部５から離れるはんだコテ７に追従するはんだ８０ａと、はんだ付け部５に留まるはんだ８０ｂが切断されにくくなり、隣接するはんだ付け部５の間ではんだが繋がるブリッヂ８３が発生しやすくなる。
　さて、マイグレーションの発生を抑制するため、フラックス残渣にクラックを発生させないようにする技術が提案されており、フラックス残渣にクラックを発生させない技術として、フラックス残渣が軟性を持つようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特表２０１０－５１５５７６号公報
　特許文献１に記載されたフラックスは、ソルダーペーストに用いられるもので、はんだ付けがリフロー炉等で行われるので、はんだ付けではんだコテが使用される場合において課題となるはんだの切れ性について考慮する必要はない。一方、やに入りはんだは、はんだコテによるはんだ付け以外に、レーザーによるはんだ付けにも使用され、やに入りはんだに使用されるフラックスでは、はんだコテによるはんだ付けでの切れ性に加えて、レーザーによるはんだ付けで、レーザーによる急加熱が原因と思われるフラックスの飛散等についても考慮する必要がある。
　また、ソルダーペーストに用いられるフラックスはペースト状で、フラックスをペースト状とするため溶剤が添加されているのに対して、やに入りはんだに用いられるフラックスは固体であるので、ソルダーペースト用のフラックスを、やに入りはんだ用のフラックスとしてそのまま使うことはできない。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、フラックス残渣に軟性を持たせ、かつ、はんだコテを使用したはんだ付け時におけるはんだの切れ性を向上させると共に、レーザーを使用したはんだ付け時には、レーザーによる急加熱によってもフラックスの飛散を抑えて、はんだ付けの工法によらず使用することが可能なやに入りはんだ用フラックス、及びやに入りはんだを提供することを目的とする。
　本発明者らは、高分子化合物の添加によりフラックス残渣に軟性を持たせることができることを見出した。更に、フラックス残渣に軟性を持たせると共に、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えた高分子化合物と、ハロゲン化物の組み合わせで、はんだコテを使用したはんだ付けでは、はんだの切れ性を向上させ、レーザーを使用したはんだ付けでは、レーザーによる急加熱によってもフラックスの飛散を抑えることができることを見出した。
　本発明は、ロジンと、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物と、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物との組み合わせで、はんだ付けによる加熱時に溶融したはんだの表面をフラックスで被覆させるハロゲン化物とを含むやに入りはんだ用フラックスである。
　高分子化合物は、ポリエチレンワックス、ポリオレフィン系樹脂、エチレンアクリル酸コポリマー、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エチレン－酢酸ビニル共重合物、ポリプロピレン、ポリイソプロピレン、ポリブタジエン、アクリル樹脂の何れか、あるいはこれらの組み合わせであることが好ましい。
　また、ハロゲン化物は、2,2,2-トリブロモエタノール、テトラブロモエタン、テトラブロモブタン、ジブロモプロパノール、n-2,3ジブロモ-2ブタン-1,4ジオール、tra-2,3ジブロモ-2ブテン-1,4ジオール、トリス(2,3ジブロモプロピル)イソシアヌレートの何れか、あるいはこれらの組み合わせであることが好ましい。
　更に、ハロゲン化物が、2重量％以上4重量％以下で含まれ、高分子化合物が、40重量％以上60重量％以下で含まれることが好ましい。
　また、本発明は、線状のはんだにフラックスが封止されたやに入りはんだであって、フラックスは、ロジンと、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物と、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物との組み合わせで、はんだ付けによる加熱時に溶融したはんだの表面をフラックスで被覆させるハロゲン化物とを含むやに入りはんだである。
　本発明では、フラックス残渣が軟性を持つことで、温度変化の激しい環境下、振動の加わる環境下で使用されても、フラックス残渣のクラックの発生が抑制される。これにより、はんだ付け部への水分の浸入が防止され、マイグレーションの発生を抑制することができる。
　また、フラックス残渣に軟性を持たせ、かつ、フラックスの溶融粘度の上昇が抑えられる高分子化合物と、ハロゲン化物との組み合わせによって、はんだ付け中の溶融したはんだ表面の全体がフラックスで被覆される。これにより、加熱手段としてはんだコテを使用したはんだ付けでは、はんだ付けが行われたはんだ付け部から離れるはんだコテの動きで、はんだコテに追従するはんだと、はんだ付け部に留まるはんだが容易に切断され、はんだの切れ性が向上して、隣接するはんだ付け部の間ではんだが繋がるブリッヂの発生を抑制することができる。更に、高分子化合物とハロゲン化物の組み合わせによって、加熱手段としてレーザーを使用したはんだ付けでは、レーザーによる急加熱によってもフラックスの飛散を抑制することができる。
クラックの発生によるマイグレーションの発生過程を示す説明図である。 クラックの発生によるマイグレーションの発生過程を示す説明図である。 クラックの発生によるマイグレーションの発生過程を示す説明図である。 クラックの発生によるマイグレーションの発生過程を示す説明図である。 はんだの切れ性の概要を示す説明図である。 はんだの切れ性の概要を示す説明図である。 はんだの切れ性の概要を示す説明図である。 はんだの切れ性の概要を示す説明図である。 はんだの切れ性の概要を示す説明図である。 はんだの切れ性の概要を示す説明図である。
　本実施の形態のやに入りはんだ用フラックスは、ロジンと、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を付与する高分子化合物と、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる上述した高分子化合物との組み合わせにより、はんだ付けによる加熱時に溶融したはんだの表面をフラックスで被覆させるハロゲン化物を含む。
　高分子化合物としては、ポリエチレンワックス、ポリオレフィン系樹脂、エチレンアクリル酸コポリマー、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エチレン－酢酸ビニル共重合物、ポリプロピレン、ポリイソプロピレン、ポリブタジエン、アクリル樹脂の何れか、あるいはこれらの組み合わせであることが好ましい。
　ハロゲン化物としては、2,2,2-トリブロモエタノール、テトラブロモエタン、テトラブロモブタン、ジブロモプロパノール、n-2,3ジブロモ-2ブタン-1,4ジオール、tra-2,3ジブロモ-2ブテン-1,4ジオール、トリス(2,3ジブロモプロピル)イソシアヌレートの何れか、あるいはこれらの組み合わせであることが好ましい。
　上述したように、撥水性を持つロジンを主成分としたフラックス残渣がはんだ付け部に形成されていれば、フラックス残渣の上に水滴が付着しても、ロジンの撥水効果によって直ちにマイグレーションが発生することはない。
　フラックスに所定の組み合わせで所定量の高分子化合物とハロゲン化物を添加した本実施の形態のやに入りはんだでは、高分子化合物の添加によって、はんだ付け部の表面に形成されるフラックス残渣が軟性を持ち、温度サイクル、あるいは振動等によるクラックの発生が抑制されて、水滴と金属の接触が阻害され、マイグレーションの発生が抑制される。
　また、活性剤として機能するハロゲン化物と、フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物との組み合わせにより、はんだ付け中にはんだ付けしたい母材にフラックスが広がることで、はんだ付け中のはんだの表面全体がフラックスで被覆され、はんだ表面の酸化が防止される。
　はんだ表面の酸化が抑制されることで、加熱手段であるはんだコテによる加熱ではんだを溶融させてはんだ付けを行う動作で、はんだ付け部から離れるはんだコテの動きに対して、はんだ付け部から離れるはんだコテに追従するはんだと、はんだ付け部に留まるはんだが容易に切断され、隣接するはんだ付け部の間ではんだが繋がるブリッヂの発生が抑制される。更に、高分子化合物とハロゲン化物の組み合わせにより、加熱手段であるレーザーによる加熱ではんだを溶融させてはんだ付けを行う動作では、レーザーによる急加熱によってもフラックスの飛散が抑制される。
　ここで、高分子化合物を添加する量により、フラックスの性状が変化し、例えば、ポリエチレンワックスの添加量が少ないと、フラックスの溶融粘度が高くなり、フラックスの流動性が悪化する。これに対して、ポリエチレンワックスの添加量を増やすと、フラックスの流動性の悪化は抑えられるが、はんだ付けしたい母材表面の酸化膜を十分に除去できなくなり、濡れ性が低下する。
　一方、エチレンアクリル酸コポリマーの添加量が少ないと、濡れ性が低下し、エチレンアクリル酸コポリマーの添加量を増やすと、濡れ性は向上するが、フラックスの流動性が悪化する。
　このように、添加する高分子化合物の成分及び添加量の大小により、フラックスの性質が変化するので、高分子化合物の添加によりフラックス残渣に軟性を付与すると共に、はんだ付け時にフラックスに要求される酸化膜除去等の機能を確保し、かつ、ハロゲン化物との組み合わせを考慮して高分子化合物が選択され、高分子化合物の添加量は、重量％で40％以上60％以下であることが好ましい。
　また、ハロゲン化物の添加量が少ないと、はんだの切れ性が悪化するが、ハロゲン化物の添加量を増やすと、腐食が発生する。このため、ハロゲン化物の添加量は、重量％で2％以上4％以下、好ましくは1.4％以上1.9％以下であることが好ましい。
　＜ハロゲン化物の添加量について＞
　以下の表１に示す組成で実施例と比較例のフラックスを調合し、実施例と比較例のフラックスを使用して線はんだを作成した。なお、表１における組成率は重量％である。そして、高分子化合物とハロゲン化物の添加の有無及び添加量によるはんだの切れ性及び腐食性について評価した。
　はんだの切れ性は、並列された複数のはんだ付け部、本例では並列した２０本のピンに大気中で連続して引きはんだではんだ付けを行った際のブリッヂの数で評価した。腐食性は、銅版腐食試験で評価した。
　表１におけるはんだの切れ性の評価では、ブリッヂの数が０の場合を「○」、ブリッヂの数が２～１０箇所の場合を「△」、ブリッヂの数が１０以上の場合を「×」と評価した。また、表１における腐食性の評価では、腐食が見られない場合を「○」、若干の腐食が見られる場合を「△」、腐食が見られた場合を「×」と評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、高分子化合物を添加し、ハロゲン化物を添加しない比較例１のフラックスでは、はんだの切れ性が悪く、ブリッヂの発生が多く見られた。また、腐食の発生も見られた。
　比較例２～６のフラックスでは、高分子化合物を添加せず、ハロゲン化物の添加量を変化させてはんだの切れ性及び腐食性について評価した。本例では、ハロゲン化物の添加量を1～5％の間で段階的に1％ずつ変えて評価を行った。
　ハロゲン化物を添加し、高分子化合物を添加しない比較例２～６のフラックスでは、ハロゲン化物の添加量の増加に伴い、ブリッヂの数が低下する傾向が見られた。しかし、ハロゲン化物の添加量が増加すると、腐食が発生する傾向にあることが判った。
　比較例７～２０のフラックスでは、以上の比較例の評価を参照に、高分子化合物を添加すると共に、ハロゲン化物の添加量を1％または5％として評価を行った。比較例７～２０のフラックスでは、ハロゲン化物の添加量が1％であると、腐食は見られないが、ブリッジの発生が見られ、ハロゲン化物の添加量が5％であると、ブリッジの発生は見られないが腐食が見られた。また、高分子化合物の添加で、フラックス残渣に軟性が付与され、ハロゲン化物の添加で、フラックス残渣への軟性の付与が阻害されないことが判った。
　以上のことから、高分子化合物の添加と、ハロゲン化物の添加量の大小で、はんだの切れ性を向上させ、かつ、腐食の発生が抑えられる範囲があることが判った。
　そこで、実施例１～実施例２１のフラックスでは、高分子化合物を添加すると共に、ハロゲン化物の添加量を2～4％の間で段階的に1％ずつ変えて評価を行った。実施例１～実施例２１のフラックスでは、何れもブリッジの発生は見られず、また、腐食の発生も見られなかった。
　＜高分子化合物の添加量について＞
　以下の表２に示す組成で実施例と比較例のフラックスを調合し、実施例と比較例のフラックスを使用して線はんだを作成した。表２における組成率は重量％である。そして、上述したハロゲン化物の添加量を一定として、高分子化合物の添加量の有無及び添加量によるフラックス残渣の硬さ、フラックス残渣の割れ性を評価した。また、はんだコテによるはんだ付けのみならず、レーザーによるはんだ付けに適用するため、レーザーはんだ付けでのフラックスの飛散、及び、レーザーはんだ付けでのスルーホール（ＴＨ）上がりの不良の有無について評価した。
　フラックス残渣の硬さは、やに入りはんだを銅版上で５秒間ぬれ広がらせてフラックス残渣を形成し、１時間常温に保管した後、フラックス残渣の硬さをＪＩＳ－Ｋ５４００の鉛筆引っかき法で測定した。鉛筆引っかき法における硬さは、鉛筆の芯の硬さで評価され、表２におけるフラックス残渣の硬さの評価では、フラックス残渣の硬さが５Ｂ以上の場合を「○」、フラックス残渣の硬さが５Ｂ未満の場合を「×」と評価した。
　フラックス残渣の硬さに関連して、冷熱サイクルでのフラックス残渣の割れ性は、銅版上に形成されたフラックス残渣を、－３０℃と＋１１０℃でそれぞれ３０分ずつ保持する処理を繰り返す試験を２００サイクル行った際のフラックス残渣の割れ性を評価した。表２におけるフラックス残渣の割れ性の評価では、亀裂の発生が見られない場合を「○」、一部に亀裂の発生が見られた場合を「△」、全体的に亀裂の発生が見られた場合を「×」と評価した。
　高分子化合物の添加量を決める他の評価として、レーザーはんだ付けでの飛散数は、並列された複数のはんだ付け部、本例では並列した２０本のピンにレーザーはんだではんだ付けを行った際に発生する基板上でのフラックスの飛散数を評価した。表２におけるレーザーはんだ付けでの飛散数の評価は、飛散数が３個未満の場合を「○」、飛散数が３個以上８個未満の場合を「△」、飛散数が８個以上の場合を「×」と評価した。なお、はんだ付け部に飛散したフラックスは、フラックス残渣と混ざり合って観察が不可能になるので、評価の対象から除外した。
　また、高分子化合物の添加量を決める更に他の評価として、レーザーはんだ付けでのスルーホール上がりの不良の有無は、上述したように、本例では並列した２０本のピンにレーザーはんだではんだ付けを行った際に発生するスルーホール上がりの不良箇所の数を評価した。表２におけるレーザーはんだ付けでのスルーホール上がりの不良数の評価は、スルーホール上がりの不良数が３個未満の場合を「○」、スルーホール上がりの不良数が３個以上６個未満の場合を「△」、スルーホール上がりの不良数が６個以上の場合を「×」と評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、高分子化合物の添加量を少なくした比較例１～４のフラックスでは、フラックス残渣の硬さが硬く、また、フラックス残渣の全体に亀裂の発生が見られた。また、フラックスの飛散が多く見られた。これに対して、高分子化合物の添加量を重量％で30％程度まで増やしていくと、フラックス残渣が柔らかくなる傾向が見られ、亀裂の発生も低減することが判った。また、フラックスの飛散数が低下する傾向が見られた。
　一方、高分子化合物の添加量を少なくした比較例１～４のフラックスでは、レーザーはんだ付けでのスルーホール上がりの不良は抑えられることが判った。
　表２に示すように、高分子化合物の添加量を多くした比較例５～８のフラックスでは、フラックス残渣の硬さが柔らかく、亀裂の発生が見られなかった。また、フラックスの飛散も見られなかった。しかし、高分子化合物の添加量を多くした比較例５～８のフラックスでは、レーザーはんだ付けでのスルーホール上がりの不良が多く見られた。
　以上のことから、高分子化合物の添加でフラックス残渣に軟性を付与することができると共に、高分子化合物の添加量の大小で、フラックス残渣に軟性を付与し、かつ、レーザーはんだ付けで、レーザーによる急加熱によってもフラックスの飛散を抑え、更に、レーザーはんだ付けでのスルーホール上がりの不良の発生が抑えられる範囲があることが判った。
　そこで、実施例１～実施例３のフラックスでは、高分子化合物の添加量を40～60％の間で段階的に10％ずつ変えて評価を行った。実施例１～実施例３のフラックスでは、何れもフラックス残渣の硬度が所望の軟性となり、温度サイクルによる亀裂の発生は見られなかった。また、レーザーはんだ付けで、レーザーによる急加熱によってもフラックスの飛散が抑えられ、更に、レーザーはんだ付けでのスルーホール上がりの不良の発生が抑えられることが判った。
　以上の結果から、フラックスに高分子化合物とハロゲン化物を添加することで、フラックス残渣に軟性を付与し、かつ、はんだコテでのはんだ付けでは、はんだの切れ性を向上させ、更に、ハロゲン化物の添加による腐食を抑制し、また、レーザーはんだ付けでは、レーザーによる急加熱によってもフラックスの飛散を抑え、更に、スルーホール上がりの不良の発生を抑えるためには、高分子化合物を重量％で40％以上60％以下で添加し、ハロゲン化物を重量％で2％以上4％以下、好ましくは1.4％以上1.9％以下で添加することが好ましいことが判った。
　本発明のフラックスは、自動車に搭載される電子機器等、温度変化、振動、及び水や埃の影響を受ける可能性のある環境で使用される電子機器にも適用可能である。
　１・・・基板、１０・・・電極、２・・・はんだ、２０・・・はんだ付け部、３・・・フラックス残渣、３０・・・クラック、４・・・水、５・・・はんだ付け部、５０・・・基板、５１・・・スルーホール、５２・・・ランド、６・・・ピン、７・・・はんだコテ、８・・・やに入りはんだ、８０・・・はんだ、８１・・・フラックス、８２・・・酸化被膜、８３・・・ブリッヂ

Claims (6)

  1. 　ロジンと、
    　フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物と、
    　フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる前記高分子化合物との組み合わせで、はんだ付けによる加熱時に溶融したはんだの表面をフラックスで被覆させるハロゲン化物とを含む
    　ことを特徴とするやに入りはんだ用フラックス。
  2. 　前記高分子化合物は、ポリエチレンワックス、ポリオレフィン系樹脂、エチレンアクリル酸コポリマー、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エチレン－酢酸ビニル共重合物、ポリプロピレン、ポリイソプロピレン、ポリブタジエン、アクリル樹脂の何れか、あるいはこれらの組み合わせである
    　ことを特徴とする請求項１に記載のやに入りはんだ用フラックス。
  3. 　前記ハロゲン化物は、2,2,2-トリブロモエタノール、テトラブロモエタン、テトラブロモブタン、ジブロモプロパノール、n-2,3ジブロモ-2ブタン-1,4ジオール、tra-2,3ジブロモ-2ブテン-1,4ジオール、トリス(2,3ジブロモプロピル)イソシアヌレートの何れか、あるいはこれらの組み合わせである
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のやに入りはんだ用フラックス。
  4. 　前記ハロゲン化物が、2重量％以上4重量％以下で含まれる
    　ことを特徴とする請求項１～請求項３の何れか１項に記載のやに入りはんだ用フラックス。
  5. 　前記高分子化合物が、40重量％以上60重量％以下で含まれる
    　ことを特徴とする請求項１～請求項４の何れか１項に記載のやに入りはんだ用フラックス。
  6. 　線状のはんだにフラックスが封止されたやに入りはんだであって、
    　前記フラックスは、
    　ロジンと、
    　フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる高分子化合物と、
    　フラックスの溶融粘度の上昇を抑えると共に、はんだ付けによる加熱後のフラックス残渣に軟性を持たせる前記高分子化合物との組み合わせで、はんだ付けによる加熱時に溶融したはんだの表面をフラックスで被覆させるハロゲン化物とを含む
    　ことを特徴とするやに入りはんだ。
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