JP2008030104A - クリームはんだ用フラックスおよびクリームはんだ - Google Patents

Abstract

【課題】はんだボールの発生が少なくて保存時や印刷時の安定性が良好なクリームはんだを提供すること。
【解決手段】フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有してなる液状またはペースト状のクリームはんだ用フラックスにおいて、活性剤として、カルボキシル基を少なくとも２つ以上ならびに分岐構造および不飽和結合を有していても良いアルキル基またはポリアルキレンオキシド基であって炭素数が４以上のものを少なくとも１つ以上有する化合物を使用することを特徴とするクリームはんだ用フラックスを用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、クリームはんだ用フラックスおよびクリームはんだに関する。

電子部品の表面実装では、フラックスとはんだ粉末を混練した、いわゆるクリームはんだを、プリント基板にメタルマスク等を用いて塗布・印刷し、部品を搭載した後リフロー炉等を用いて加熱溶融させて部品を接続する方法が採られている。このようなクリームはんだに用いられるフラックスは、一般的にロジン類、溶剤、活性剤、チキソ剤等により構成されている。

従来、リフロー炉においてクリームはんだを加熱溶融して部品を接続する際に接合に関与しなかったはんだが、はんだボールとして存在することがあった。はんだボールはリード間を短絡させたり、リード間の絶縁抵抗を低下させて電子機器の機能を劣化させたりする等の悪影響を与えるものであるため、はんだボールの発生を抑制することが検討されている。

はんだボールの発生を抑制する方法としては、例えば、活性力の強い活性剤を用いることによりはんだボールを抑制することが知られている（例えば、特許文献１参照）が、活性力の強い活性剤は、クリームはんだの保管中にもはんだ粉末と反応を起こしてしまうため、活性力の向上に伴い、クリームはんだの粘度が変化したり、クリームはんだ表面が皮を張ったように硬くなったり、クリームはんだ全体の粘調性が失われる等の経時変化を生じるという問題があった。また、連続的に印刷して使われる場合においても、印刷機に充填されたクリームはんだが全量印刷されるまでには数時間から十数時間要する場合もあり、この間に同様の経時変化が生じ、はんだ粉末のぬれ不良等を生じ、基板と部品との接続不良を生じる場合があった。

なお、本出願人らは、先にポリエーテルエステルアミド樹脂、溶剤、活性剤およびチキソ剤
からなるクリームはんだ付け用フラックス組成物を提案している（特許文献２）。当該フラックスは、残さ膜でのクラックの発生を抑制できるものであったが、近年、はんだボールの発生をより抑制できるフラックス組成物等の開発が切望されていた。

特開２００５−７４４４９号公報（第２−３頁） 特開２００４−２３０４２６号公報

本発明は、はんだボールの発生が少なくて保存時や印刷時の安定性が良好なクリームはんだを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ね、活性剤とはんだ粉末の酸化膜が反応して生成する金属塩が、はんだ粉末表面に沈着し、はんだ粉末同士の合体を阻害することが、はんだボール発生の原因となっていること、生成する金属塩をフラックスに溶解しやすくする特定の活性剤を用いることで、はんだ粉末同士の合体を阻害する要因を取り除き、ぬれ性を向上させ、はんだボールの発生を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有してなる液状またはペースト状のクリームはんだ用フラックスにおいて、活性剤として、カルボキシル基を少なくとも２つ以上ならびに分岐構造および不飽和結合を有していても良いアルキル基またはポリアルキレンオキシド基であって炭素数が４以上のものを少なくとも１つ以上有する化合物を使用することを特徴とするクリームはんだ用フラックス；はんだ粉末および前記液状またはクリームはんだ用フラックスを含有するクリームはんだに関する。

本発明によれば、各種はんだ粉末を使用した場合にも、はんだボールの発生が少なく、また、保存時や印刷時の安定性が良好なクリームはんだを提供することができる。

本発明のクリームはんだ用フラックスは、フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有してなるものである。

フラックスベースとしては、特に限定されず公知のものを用いることができる。具体的には、例えば、ガムロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、変性ロジン（例えば、アクリル酸変性ロジン等）、ロジンエステル類、その他各種ロジン誘導体や、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂等の合成樹脂等があげられる。

溶剤としては、特に限定されず公知のものを使用することができる。具体的には、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、イソブタノール等のアルコール類、ブチルカルビトール、ヘキシルカルビトール等のグリコールエーテル類、酢酸イソプロピル、プロピオン酸エチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル等のエステル類、ｎ−ヘキサン、ドデカン、テトラデセン等の炭化水素類等があげられる。

チキソ剤としては、フラックスの製造に用いられるチキソ剤であれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、硬化ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックス、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド等を使用することができる。

本発明では、活性剤として、カルボキシル基を少なくとも２つ以上ならびに分岐構造および不飽和結合を有していても良いアルキル基またはポリアルキレンオキシド基であって炭素数が４以上のものを少なくとも１つ以上有する化合物を使用することを特徴とする。

当該化合物は、カルボキシル基を少なくとも２つ以上ならびに分岐構造および不飽和結合を有していても良いアルキレン基であって炭素数が４以上のものまたは分岐構造とおよび不飽和結合を有していても良いポリアルキレンオキシド基であって炭素数が４以上のものを少なくとも１つ以上有する化合物であれば特に限定されず、公知のものを使用することができ、具体的には、例えば、一般式（１）：

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は、Ｈ、Ｂｒ、ＯＨ、分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基またはＯＲ（式中、Ｒは、分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基を表す。）で表される官能基、ｐ、ｒは、０〜２の整数、ｑは０または１の整数を表す。Ｒ^１〜Ｒ^４はそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、少なくとも１つは分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基またはＯＲ（式中、Ｒは、分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基を表す。）で表される官能基であり、また、ｐ、ｒがともに０になることはない。）で表される化合物が挙げられる。これらの中では、特に、下記一般式（２）〜（１３）

で表されるもの（式中、Ｒは分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基、Ｒ´は、分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数８〜３０のアルキル基を表す。）が好ましい。なお、本発明の効果に影響を与えない程度であれば、その他の活性剤を併用してもよい。その他の活性剤と併用する場合には、本発明の活性剤１００重量部に対し、その他の活性剤１００重量部以下とすることが好ましい。

これら各成分の使用量は用途に応じて適宜調節すればよいが、通常、フラックスベース３０〜７５重量部程度、溶剤２０〜６０重量部程度、チキソ剤１〜１０重量部程度、活性剤０．１〜２０部程度である。なお、本発明のクリームはんだ用フラックス中には、必要に応じて酸化防止剤、防黴剤、艶消し剤等の添加剤を含有させることができる。

本発明の、クリームはんだは、はんだ粉末および前記クリームはんだ用フラックスを含有するものである。

本発明のはんだ粉末の合金組成は特に限定されず、各種公知のものを使用できる。たとえば、はんだ合金としては、従来公知の錫−鉛合金や、鉛フリーはんだとして開発されている錫−銀合金、錫−亜鉛系合金等のはんだ合金組成；さらには前記はんだ合金に、銅、ビスマス、インジウム、アンチモン等を添加したもの等を使用できる。

また、はんだ粉末の形状も特に限定されるものではなく、真球、不定形及び両者の混合等、いずれの形状も使用できる。

各成分の使用量は、用途等に応じて適宜決定すれば良いが、通常は、はんだ粉末が８０〜９５重量部程度、クリームはんだ用フラックスが５〜２０重量部程度である。また、必要に応じて、各種公知の添加剤を添加してもよい。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

実施例１〜４および比較例１〜２
表１に示した各成分を用い、下記方法により、クリームはんだ用フラックス、クリームはんだを調製し、下記評価を行った。なお、表中の各成分の使用量は重量部で示している。結果を表１に示す。

（１）フラックスの調製
表１に示したフラックスの各成分を容器に仕込み、１８０℃に加熱溶解後、冷却してクリームはんだ用フラックスを得た。

（２）クリームはんだの調製
はんだ粉末（粒径２０〜４０μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕの含有量は、９６．５重量％／３重量％／０．５重量％である。）８９重量％と前記方法により調製した各フラックス組成物１１重量％とを容器に取り、撹拌してクリームはんだ組成物を調製した。

（３）クリームはんだの評価
・はんだ付け性（初期値）
（２）で調整したクリームはんだを「ＪＩＳ Ｚ ３２８４ 付属書１０ ぬれ効力及びディウェッティング試験」に準拠して評価した。判定基準は広がり度合いの区分に従う。
○：広がり度合いの区分２以上、×：広がり度合いの区分３以下

・はんだボール（初期値）
（２）で調整したクリームはんだを、ガラスエポキシ基板上に設けたＱＦＰパターン上に厚さ１８０μｍのメタルマスクを用いて印刷し、４５３２チップコンデンサを搭載してリフローした後、Ｘ線顕微鏡を用いてはんだボールの発生状況を観察して評価した。
○：はんだボール発生なし、×：はんだボール発生あり

・皮張り
（２）で調整したクリームはんだを、容器中で２５℃で１５日間保存した後、ガラス棒でクリームはんだ表面に触れてみて、クリームはんだ表面の皮張りの有無を評価した。
○：皮張りなし、×：皮張りあり

・ぼそつき
皮張りの評価に使用したクリームはんだをガラス棒で攪拌し、ぼそつきの有無を評価した。
○：ぼそつきなし、×：ぼそつきあり

・粘度
（２）で調整したクリームはんだの初期状態と、保存後のぼそつき評価に使用したクリームはんだの粘度を測定した。粘度はスパイラル型粘度計（マルコム社製、ＰＣＵ−２０５）を使用して、２５℃、１０ｒｐｍで測定した。

・印刷性
２５℃で１５日間保存したクリームはんだをメタルマスクを用いて、銅張り積層板上に印刷し、ローリング性、かすれ等を評価した。
○：印刷性良好、×：印刷性不良

・はんだ付け性（保存後）
２５℃で１５日間保存したクリームはんだのはんだ付け性を「ＪＩＳ Ｚ ３２８４ 付属書１０ ぬれ効力及びディウェッティング試験」に準拠して評価した。判定基準は広がり度合いの区分に従う。
○：広がり度合いの区分２以上、×：広がり度合いの区分３以下

・はんだボール（保存後）
２５℃で１５日間保存したクリームはんだを、ガラスエポキシ基板上に設けたＱＦＰパターン上に厚さ１８０μｍのメタルマスクを用いて印刷し、４５３２チップコンデンサを搭載してリフローした後、Ｘ線顕微鏡を用いてはんだボールの発生状況を観察して評価した。
○：はんだボール発生なし、×：はんだボール発生あり

表中、水添ロジンは、荒川化学工業（株）製、商品名「ＫＲ−６１４」、重合ロジンは、荒川化学工業（株）製、商品名「中国重合ロジン１４０」、ヘキシルカルビトールは日本乳化剤（株）製、硬化ひまし油は、豊国製油（株）製、商品名「カスターワックス」を用いた。

Claims (3)

1. フラックスベース、溶剤、チキソ剤および活性剤を含有してなる液状またはペースト状のクリームはんだ用フラックスにおいて、活性剤として、カルボキシル基を少なくとも２つ以上ならびに分岐構造および不飽和結合を有していても良いアルキル基またはポリアルキレンオキシド基であって炭素数が４以上のものを少なくとも１つ以上有する化合物を使用することを特徴とするクリームはんだ用フラックス。
2. カルボキシル基を少なくとも２つ以上ならびに分岐構造および不飽和結合を有していても良いアルキル基またはポリアルキレンオキシド基であって炭素数が４以上のものを少なくとも１つ以上有する化合物が、一般式（１）：
   

   

   （式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は、Ｈ、Ｂｒ、ＯＨ、分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基またはＯＲ（式中、Ｒは、分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基を表す。）で表される官能基、ｐ、ｒは、０〜２の整数、ｑは０または１の整数を表す。Ｒ^１〜Ｒ^４はそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、少なくとも１つは分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基またはＯＲ（式中、Ｒは、分岐構造、不飽和結合を有していてもよい炭素数４〜５０のアルキル基を表す。）で表される官能基であり、また、ｐ、ｒがともに０になることはない。）で表される化合物である請求項１に記載のクリームはんだ用フラックス。
3. はんだ粉末および請求項１または２に記載のクリームはんだ用フラックスを含有するクリームはんだ。