(57)【要約】【課題】  固体であり、粘着性があり、自己形状保持が可能でありながら、各種加工に耐えられる弾性を兼ね備えたはんだ付け用フラックスを提供すること、また、その特殊物性により、従来のフラックスでは成し得なかった製品形態、およびその製品の特長を生かしたはんだ付け方法も合わせて提供するものである。【解決手段】  ロジンまたはその誘導体と分子量４００以上２０００以下のポリブデンとワックス及び活性剤からなるはんだ付け用フラックスにおいて、前記ロジンまたはその誘導体の体積（ａ）と前記ワックスの体積（ｂ）との合計（ａ＋ｂ）と前記ポリブデンの体積（ｃ）との比（（ａ＋ｂ）／ｃ）が１．１〜３．９であることを特徴とするはんだ付け用フラックス。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロジンまたはその誘導体と分子量４００以上２０００以下のポリブデンとワックス及び活性剤からなるはんだ付け用フラックスにおいて、前記ロジンまたはその誘導体の体積（ａ）と前記ワックスの体積（ｂ）との合計（ａ＋ｂ）と前記ポリブデンの体積（ｃ）との比（（ａ＋ｂ）／ｃ）が１．１〜３．９であることを特徴とするはんだ付け用フラックス。
【請求項２】
請求項１に記載のフラックスを予め、はんだメッキした部品または基板に塗布し、その基板を４０℃〜１００℃に加熱し、その後はんだ付け対象部品を前記加熱された基板に搭載し、さらに、はんだ融点まで加熱してはんだ付けすることを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項３】
請求項１に記載のフラックスをはんだに塗布することを特徴とするはんだ。
【請求項４】
請求項３のはんだが、ボール状であることを特徴とするはんだ。
【請求項５】
請求項３のはんだが箔または板状であることを特徴とするはんだ。
【請求項６】
請求項１に記載のフラックスをはんだ内に充填したことを特徴とするはんだ。
【請求項７】
請求項６のはんだが線状であることを特徴とするはんだ。
【請求項８】
請求項７のはんだに長さ方向に切れ込み、または穴溝を施したはんだ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、特に電子工業分野に用いられるはんだ接合する際に求められるフラックスに関するものであるとともに、そのフラックスを用いたはんだ付け材料の形態および、そのフラックスが持つ特徴を利用したはんだ付け方法である。
【背景技術】
【０００２】  近時の電子部品は多機能化されており、多種多様のはんだ付けに関する作業の要求がある。しかし従来の発想のフラックスは固体、液体、ペースト状に分類されるものであった。【０００３】  それゆえに、はんだ付け材料における製品形態は固体フラックスをはんだ線の中に入れるやに入りはんだ。液体フラックスははんだ付け基板に塗布して、その後に溶融はんだ金属に接触させ、はんだ付けをおこなうポストフラックスである。ペースト状フラックスはそれを、はんだ粉と混ぜ合わせ、インク状に加工し、それを印刷法で基板に印刷成形し、部品を搭載してはんだ付けするソルダーペースト。またはペースト状のフラックスをそのまま基板に塗布してその上にはんだボールを載せ、ボールの位置ずれを防止するとともに、そのまま加熱によりはんだ付け行う製品となっている。【０００４】  はんだ付け作業者はこの製品群の中から各自で有効と思われる製品を選択してはんだ付けを行ってきた。昨今の電子機器の多機能化、小型化にともない上記製品群からの選択では使用者の要求が満たされない実例が多くなってきている。【０００５】  近年の環境配慮によりはんだ材料も変革され、鉛フリーはんだが主流になっている。鉛フリーはんだは、従来はんだよりも融点が約４０℃上がるために、その融点に耐えられるフラックスとしてポリブデンが使用された先行技術がある。（特許文献１）
この先行技術はフラックスにポリブデンを入れることにより１７０℃以上の予備加熱温度において良好な濡れ性、広がり性を有し、且つ保存時に安定性に優れた高融点はんだ用フラックスを提供することを目的としたものであり、固体フラックスとしての粘弾性を取り上げているものではない。使用方法としてはソルダーペーストという製品形態を想定したものである。
【特許文献１】  特開２００４−２３７３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  そのような状況を鑑み、本発明の目的は粘弾性、粘着性及び、自己形状保持を有し、各種加工に耐えられる固形状の弾性を兼ね備えたフラックスを提供するものである。また、その特殊物性により、従来のフラックスでは成し得なかった製品形態、およびその製品の特徴を生かしたはんだ付け方法も合わせて提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明はフラックスに粘弾性を持たせるために、ロジンまたはその誘導体とワックス、ポリブデンの３種類を一定量の法則で混合することにより、求めている粘弾性の性能が発揮されることを見出したものである。
すなわち、
（１）ロジンまたはその誘導体と分子量４００以上２０００以下のポリブデンとワックス及び活性剤からなるはんだ付け用フラックスにおいて、前記ロジンまたはその誘導体の体積（ａ）と前記ワックスの体積（ｂ）との合計（ａ＋ｂ）と前記ポリブデンの体積（ｃ）との比（（ａ＋ｂ）／ｃ）が１．１〜３．９であることを特徴とするはんだ付け用フラックス。
（２）請求項１に記載のフラックスを予め、はんだメッキした部品または基板に塗布し、その基板を４０℃〜１００℃に加熱し、その後はんだ付け対象部品を前記加熱された基板に搭載し、さらに、はんだ融点まで加熱してはんだ付けすることを特徴とするはんだ付け方法。
（３）請求項１に記載のフラックスをはんだに塗布することを特徴とするはんだ。
（４）請求項３のはんだが、ボール状であることを特徴とするはんだ。
（５）請求項３のはんだが箔または板状であることを特徴とするはんだ。
（６）請求項１に記載のフラックスをはんだ内に充填したことを特徴とするはんだ。
（７）請求項６のはんだが線状であることを特徴とするはんだ。
（８）請求項７のはんだに長さ方向に切れ込み、または穴溝を施したはんだ。
によって上記課題を解決した。
【発明の効果】
【０００８】  本発明のフラックスは従来のフラックスと違う物性である粘弾性を持った固体のフラックスである。それは、従来にない物性であるために、現存する製品形態では不可能な形態が作成可能となり、例えば飛び散り防止のための切れ込み、または穴溝を入れたやに入りはんだ線、または圧延打ち抜き加工が可能なためにできるやに入り成形はんだ、さらに、はんだボール表面をフラックスで覆うフラックス付きはんだボールなどの利用が可能で、今後の電子機器の実装技術におけるはんだ付けの作業性、信頼性、さらには安全性などの向上に大きく貢献できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  ロジンまたはその誘導体とワックスの２種類と混合すると硬くて割れが生じる形態となる。ロジンとポリブデンの２種類では粘着性が強く、また、糸引きが大きいためにはんだ付けには不向きな形態となる。本発明はこの３種の適量の混合物が、粘弾性という新たな物性を持たせたフラックスと成り、その適量の配合比率は様々な配合を検討した結果、ロジンとワックスの合計体積とポリブデンの体積との比が１．１〜３．９が適していることを見出したものである。【００１０】  フラックスの主体を構成する成分の一つであるロジン及びその誘導体としては、ガムロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン及びその他の各種ロジン誘導体が挙げられる。【００１１】  ワックスは幅が広く、天然ワックス、合成ワックスと大別できる。天然ワックスの代表品種はパラフィンであり、合成ワックスの中では、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、水素硬化油などがある。ワックスの機能はロジンの粘着性とポリブデンの粘着性を抑え、糸引きを防止する働きのため、ロジンとポリブデンに溶解が可能であれば品種は限定しない。【００１２】  使用するポリブデンの分子量は４００以上２０００以下が望ましい。ポリブデンの分子量が４００未満を使用すると、貯蔵弾性率、損失弾性率が低下し、通常の生活環境温度内で、フラックスの形状を保持することが困難な特性を持ってしまう。また、分子量が２０００以上では、貯蔵弾性率、損失弾性率が上昇し、フラックスの、割れ欠けが発生してしまう。【００１３】  本発明のフラックスの粘弾性の値は、動的粘弾性測定を採用した。動的粘弾性測定は一定条件下での測定結果の対比は、試料の特性比較には有効であり、本発明の測定条件は、測定時温度２５℃、振幅２０μｍ、５Ｈｚ、プローブ径φ３．００、プローブ沈み込み深さ３ｍｍ、沈み込み荷重３０ｇとした。【００１４】  この測定条件下での有効物性範囲は、貯蔵弾性率が５０００以上２００００以下であり、損失弾性率は２７０００以上４００００以下である。貯蔵弾性率はおもに弾性成分を表し、損失弾性率はおもに粘性成分を表す値で単位はＫＰａとなる。また、分子を損失弾性率、分母を貯蔵弾性率とした値は、損失正接Ｔａｎδで表現され、Ｔａｎδが大きいほど柔らかく粘着性のある特性であることを表現している。【００１５】  本発明のフラックスは粘弾性特性に着目して開発されたものであるため、その特長を活かした新たな製品形態、はんだ付け方法の提供が可能になる。【００１６】  基板に搭載される電子部品の電極及び、基板にはんだメッキを施しておく。そのメッキ部分を覆うように、このフラックスを電子部品作成終了後すぐに塗布する。この作業により電子部品のはんだ付け箇所の酸化防止の働きもする。さらに、このフラックスの塗布後にフラックスの表面にワックス成分を振り掛けることによりすべり性を上げることも効果的である。【００１７】  その後４０℃以上１００℃以下に予め加熱しておいた基板にこの電子部品を搭載する。このフラックスはこの温度で粘着性が高まるため、搭載電子部品の移動落下が防止できる。搭載後にはんだ溶融温度まで加熱することよりはんだ付けが終了するというシステムが可能となる。【００１８】  従来��術では基板に部品を搭載する前に、基板を加熱するという着目点はなく、また、その熱を利用して粘着性を発揮させるフラックスも設計されていなかった。そのために、電子部品を基板にはんだ付けするときは、基板にソルダーペーストを印刷により基板に成形し、その後電子部品を搭載して加熱溶解しはんだ付けを終了する。本発明を使用することにより基板へのソルダーペーストの印刷工程が省略できる。【００１９】  また、半導体製造時などに多く使用されるはんだボールにおいて、本発明のフラックスをはんだボールに予め塗布しておくことが可能となる。フラックスを塗布されたはんだボールは４０℃以上１００℃以下に加熱済みの基板に搭載するだけで位置安定性を出し、はんだボールの落下、位置ずれを防止できる。その後、従来通り加熱することによりはんだ付けが終了する。この工程での利点はボール搭載前のフラックスまたは、ソルダーペーストの印刷、塗布が省略でき、フラックスの塗布量も従来技術より安定する。【００２０】  本発明のフラックスは、粘弾性の特長を持っているためにはんだ線に付着した後はフラックスが割れ欠けなどでの脱落を防止しできるので、やに入りはんだ製造段階ではんだ線の長さ方向に切れ込み、または穴溝をフラックスまで入れた製品の提供が可能となる。この切れ込み、または穴溝より、はんだ溶解時に発生するフラックスのガス成分が抜けることにより、はんだ、フラックスの飛び散りが防止できる。【００２１】  はんだ付け時のフラックスの飛散、はんだの飛散を防止する従来技術は、フラックスの揮発成分を減らすなどして飛び散りの発生要因を減少させる方法、または、はんだ溶解接合する直前にはんだ線に切れ込み、または穴をあけることにより、フラックスの揮発成分を逃がす形状的方法により飛び散りの防止を実施してきた。本発明のフラックスを使用することにより、フラックスの飛散および、はんだの飛散を形状的方法で防止することができ、さらに、従来技術と大きく異なる点は、やに入りはんだ製品の製造段階で、はんだ線に切れ込み、または穴溝を入れることが可能になることである。
本発明のフラックスは特長である粘弾性があるため、やに入りはんだの製造段階で切れ込み、穴溝を施してもフラックスの割れ、脱落が発生せず、また、使用時にはんだ線を引き回しても、フラックスの割れ、脱落が発生しないためである。【００２２】  本発明フラックスは圧延打ち抜き加工が可能である。したがって、従来のはんだ付け形態である成形はんだのやに入りはんだが可能となる。成形はんだははんだ箔を作成し、はんだ付け部分の形にプレス打ち抜きなどで成形して供給するものである。従来の接合では、はんだ付け個所に、液体フラックスを塗布し、その後、成形はんだを置き、加熱溶解にてはんだ付けを行う工程であった。本発明のフラックスを使用することにより１工程で接合が可能となる。
製品形態としては、はんだ箔とはんだ箔の間にフラクッスを挟みこみ圧延成形するか、または片面を剥離紙に置き換えて圧延成形することで完成する。これをはんだ付け個所の形状に打ち抜き、フラックス入り成型はんだとする。これをはんだ付け個所に設置し、加熱溶融させれば、はんだ付けが完成する。
【実施例】
【００２３】  以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。なお、本発明は、下記実施例に制限されるものではない。【００２４】（実施例１〜６、比較例１〜５）
［フラックスの調合］
［表１］に示す配合割合に従って、以下に示す各成分をフラックスの原料として配合して加熱し、均一に溶解したのち、常温まで冷却して、実施例１〜６、比較例１〜５のはんだ付け用フラックス組成物を調製した。
活性剤                  ：  ジエタノールアミン臭化水素酸塩
ロジンまたはその誘導体  ：  ガムロジン
ワックス                ：  硬化ひまし油、ステアリン酸
ポリブデン              ：  分子量３００、分子量４００、分子量１０００、
分子量２０００、分子量２５００【００２５】［フラックスの評価］
このように調製した実施例１〜６、比較例１〜５のはんだ付け用フラックス組成物を、測定時に必要な各形状にして下記のような評価試験を行った。
（１）体積比
（ロジンまたはその誘導体＋ワックス）÷ポリブデン  各体積値での計算結果
（２）動的粘弾性測定
貯蔵弾性率、損失弾性率ともに単位はＫＰａである。測定方法は動的粘弾性試験であり測定条件は、測定試料温度２５℃、試料重量０．５ｇ、震動条件２０μｍ、５Ｈｚ、プローブ径φ３．００、プローブ沈み込み深さ３ｍｍ、沈み込み荷重３０ｇでの結果である。
（３）割れ欠け
各実施例の試料を３０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍ  ｔの形状に成型し、平坦な鉄板の上に置き、高さ２００ｍｍより１０ｇの鉄球を自然落下させ、その時の試料の割れ欠けの有無を目視にて確認した。
（４）糸引き
１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの各実施例の試験片を作成し、平坦な鉄板の上に設置し、上からステンレスの端面が平坦なφ５ｍｍの丸棒を５ｇの荷重で押し付け、その後プローブを引き上げた時の糸引きの有無を目視にて確認した。【００２６】  得られた測定、観察結果を［表１］に示す。【００２７】  ［表１］に示すように、実施例１〜６は粘弾性を持ち、割れ欠け及び糸引きがないことはわかる。実施例４はワックスを変更したときの結果である。ステアリン酸はワックスの中では極性を有するものであるので、選択して掲載した。これにより、ワックスはロジンまたはその誘導体とポリブデンに溶解可能であれば種類を選ばないことがわかる。【００２８】  これに対して比較例１〜３は請求項１の配合比から逸脱した結果でありフラックスの糸引き、または割れ欠けが発生することがわかった。また、比較例４、５は使用するポリブデンの分子量を変化させた結果である。【００２９】  ［表１］の結果から明らかなように、本発明のフラックスの組成物は（ロジンまたはその誘導体＋ワックス）／ポリブデンの体積比が１．１〜３．９であり、使用するポリブデンの分子量は４００以上２０００以下であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  本発明のフラックスは従来のフラックスと違う物性である粘弾性を持った固体のフラックスである。それは、従来にない物性であるために、現存する製品形態では不可能な形態が作成可能となり、例えば飛び散り防止のための切れ込み、または穴溝を入れたやに入りはんだ線、または圧延打ち抜き加工が可能なためにできるやに入り成形はんだ、さらに、はんだボール表面をフラックスで覆うフラックス付きはんだボールなどの利用が可能で、今後の電子機器の実装技術におけるはんだ付けの作業性、信頼性、さらには安全性などの向上に大きく貢献できるものである。
【表１】
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