(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロジンと、溶剤と、活性剤と、粘度調整剤を含み、はんだ粉末と混合されてソルダペーストを生成するフラックスにおいて、
金属表面に吸着するホスホン酸エステルを1質量％以上〜30質量％未満（但し、1質量％以上〜4質量％以下の範囲は除く）含み、はんだ付け時にはんだ付け部の金属表面にホスホン酸エステルを吸着させて疎水性を持つ被膜を形成させ、前記被膜をはんだ付け後に残留させる
ことを特徴とする無洗浄型ソルダペースト用フラックス。
【請求項２】
ホスホン酸エステルで前記被膜が形成されたはんだ付け部が、はんだ付け後に残留させるフラックス残渣で覆われる
ことを特徴とする請求項１記載の無洗浄型ソルダペースト用フラックス。
【請求項３】
前記ホスホン酸エステルは、ジエチルベンジルホスホネート、ジエチルアリルホスホネート、ジエチル（ｐ−メチルベンジル）ホスホネート、あるいは（２−エチルヘキシル）−２−エチルヘキシルホスホネートの何れかである
ことを特徴とする請求項１または２記載の無洗浄型ソルダペースト用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ粉末と混合される無洗浄型ソルダペースト用フラックスに関し、特に、はんだ付け後のマイグレーションの発生防止効果を持つ無洗浄型ソルダペースト用フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品が実装されるプリント基板等の基板では、電子部品のリード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、主に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等の原因により、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。【０００３】
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、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。【０００４】
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、はんだとはんだ付け対象の金属表面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。【０００５】
ソルダペーストは、はんだ粉末とフラックスとを混合させて得られた複合材料である。ソルダペーストは、プリント基板などの基板の電極や端子等のはんだ付け部に、印刷法や吐出法により塗布される。ソルダペーストが塗布されたはんだ付け部には部品が搭載され、リフロー炉と称される加熱炉で基板を加熱してはんだを溶融させて、はんだ付けが行われる。【０００６】
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。上述したマイグレーションが発生する原因のひとつに、電極間への水滴の付着が挙げられる。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。
【０００７】
但し、フラックス残渣に割れが生じると、フラックス残渣の割れた部分から水分がフラックス残渣中に浸入して、この水分がマイグレーションを誘発させる要因となる。【０００８】
そこで、水滴等によって発生するマイグレーションの対策は、従来から、基板の構造を、はんだ付け面に水滴が付着しない構造とすることで行われていた。また、はんだ付け面に防湿コートを施すことで行われていた。【０００９】
一方、フラックス残渣によってマイグレーションの発生を抑制する技術で、フラックス中に脂肪酸エステルを添加する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−０７７３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
フラックス中にグリセリンの脂肪酸エステルを添加すると、フラックス残渣に延性を持たせることができ、はんだ付け後にはんだ付け部が劣悪な環境に晒されるような場合に、フラックス残渣の割れの発生を抑制することができる。【００１２】
しかし、フラックス残渣に延性を持たせるだけでは、残渣が割れることによる水分の浸入以外の原因によるマイグレーションの発生を抑制することはできない。すなわち、マイグレーションが発生する他の原因として、高温・高湿の状況下において、フラックス残渣の吸湿による残渣の絶縁抵抗の低下や、吸湿した水分の電極間への付着が挙げられる。【００１３】
フラックス残渣に延性を持たせてフラックス残渣が割れることによる水分の浸入を防いでも、このような高温・高湿の状況下でのフラックス残渣の吸湿による絶縁抵抗の低下や、フラックス残渣の吸湿による電極への水分の付着等によるマイグレーションの発生を抑制することはできない。このため、フラックス残渣がはんだ付け部に形成されてはんだ付け部が覆われていても、確実にマイグレーションの発生を抑制することはできない。【００１４】
また、マイグレーションの発生を抑制する対策として、基板を水滴の付着が防止される構造にすることや防湿コートを施すことは、基板の組み立てにおけるコストを引き上げる原因になっている。【００１５】
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、フラックス残渣が形成されたはんだ付け部において、フラックス残渣によりはんだ付け部が覆われることのみによらず、確実にマイグレーションの発生を抑制可能にした無洗浄型ソルダペースト用フラックスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、ホスホン酸エステルの金属に対する吸着性に着目し、はんだ粉末と混合されてソルダペーストを生成するフラックスにホスホン酸エステルを添加することで、はんだ付け中にホスホン酸エステルがはんだ等の金属の表面に吸着して、疎水性のある被膜を形成することを見出した。【００１７】
本発明は、ロジンと、溶剤と、活性剤と、粘度調整剤を含み、はんだ粉末と混合されてソルダペーストを生成するフラックスにおいて、金属表面に吸着するホスホン酸エステルを1質量％以上〜30質量％未満（但し、1質量％以上〜4質量％以下の範囲は除く）含み、はんだ付け時にはんだ付け部の金属表面にホスホン酸エステルを吸着させて疎水性を持つ被膜を形成させ、被膜をはんだ付け後に残留させる無洗浄型ソルダペースト用フラックスである。
【００１８】
なお、％は、特に指定しない限り質量％である。また、ホスホン酸エステルは、ジエチルベンジルホスホネート、ジエチルアリルホスホネート、ジエチル（ｐ−メチルベンジル）ホスホネート、あるいは（２−エチルヘキシル）−２−エチルヘキシルホスホネートの何れかであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の無洗浄型ソルダペースト用フラックスでは、金属に対する吸着性を持つホスホン酸エステルが添加されることで、本発明の無洗浄型ソルダペースト用フラックスをはんだ粉末と混合してソルダペーストを生成し、このソルダペーストを用いてはんだ付けが行われ、フラックス残渣が形成されると、フラックス残渣が形成されたはんだ付け部の金属表面にホスホン酸エステルが吸着し、疎水性の被膜が形成される。
【００２０】
これにより、はんだ付け部に吸着した疎水性のホスホン酸エステルの被膜によって、フラックス残渣が形成されたはんだ付け部に水滴等が付着することが抑制され、はんだ付け部が劣悪な環境に晒されてフラックス残渣に割れが生じるような場合でも、はんだ付け部に水滴等が付着することが抑制されて、水滴等の付着によるマイグレーションの発生を抑制することができる。【００２１】
更に、高温・高湿の状況下でフラックス残渣が吸湿して、フラックス残渣の絶縁抵抗が低下するような場合、また、フラックス残渣の吸湿により水分が電極に付着するような場合であっても、はんだ付け部に吸着した疎水性のホスホン酸エステルの被膜によってマイグレーションの発生を抑制することができる。従って、本発明の無洗浄型ソルダペースト用フラックスが混合されたソルダペーストを用いてはんだ付けが行われた基板及びこの基板が実装された電子機器は、高い信頼性を実現することができる。
【００２２】
また、無洗浄型ソルダペースト用フラックスに添加したホスホン酸エステルでマイグレーションの発生防止効果が得られることから、従来、基板で必要とされていた水滴付着防止構造や防湿コートが不要となり、組み立てに要するコストを低減させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施の形態の無洗浄型ソルダペースト用フラックスは、はんだ粉末と混合されてソルダペーストを生成する。本実施の形態の無洗浄型ソルダペースト用フラックスは、はんだ付け中にはんだ等の金属の表面に吸着するホスホン酸エステルを含む。ホスホン酸エステルとしては、ジエチルベンジルホスホネート、ジエチルアリルホスホネート、ジエチル（ｐ−メチルベンジル）ホスホネート、あるいは（２−エチルヘキシル）−２−エチルヘキシルホスホネートの何れかであることが好ましい。
【００２４】
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、はんだ付け後にフラックス残渣がはんだ付け部を覆うように形成される。更に、フラックスに所定量のホスホン酸エステルを添加した本実施の形態のソルダペーストでは、ホスホン酸エステルがはんだ付け時の加熱温度で蒸発せずに、はんだ及びはんだで接合される電極等の金属の表面に吸着し、はんだ付け部の表面に疎水性の被膜が形成される。
【００２５】
この被膜が水滴と金属の接触を阻害することで、マイグレーションの発生が抑制される。はんだ付け部にフラックス残渣がある状態で、温度変化の大きい環境、温度変化を繰り返す環境、衝撃が加わる環境等、はんだ付け部が劣悪な環境に晒される場合に、フラックス残渣が割れて水分が浸入しても、はんだ付け部の表面は疎水性の被膜で覆われているため、水分がはんだ付け部の金属部分に直接接触することが防止される。
【００２６】
また、高温・高湿の状況下でフラックス残渣が吸湿して、フラックス残渣の絶縁抵抗が低下するような場合、あるいは、フラックス残渣の吸湿により水分が電極に付着するような場合であっても、はんだ付け部の表面は疎水性の被膜で覆われているため、水分がはんだ付け部の金属部分に直接接触することが防止される。これにより、マイグレーションの発生が抑制される。
【００２７】
ここで、ホスホン酸エステルを添加する量により、フラックス残渣の性状が変化し、ホスホン酸エステルの添加量を増やすと、フラックス残渣が液状化する。このため、はんだ付け後のフラックス残渣の性状を考慮して、ホスホン酸エステルの添加量は、質量％で1％以上〜30％未満であることが好ましい。
【実施例】
【００２８】
以下の表に示す組成で実施例と比較例のフラックスを調合し、実施例及び比較例のフラックスを使用してソルダペーストを調合して、ホスホン酸エステルの添加の有無によるマイグレーションの発生防止効果について比較した。また、ホスホン酸エステルを添加する量とフラックス残渣の性状の関係について比較した。【００２９】
（１）フラックスの組成
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、はんだ粉末（組成:Sn-3Ag-0.5Cu 粒度:25〜36μｍ）が、質量％で89％になるようにソルダペーストを調合した。なお、表１における組成率は質量％である。【００３０】
【表１】
0005594431.tif 000002
【００３１】
表１中で、ジエチルベンジルホスホネート、ジエチルアリルホスホネート、ジエチル（ｐ−メチルベンジル）ホスホネート、（２−エチルヘキシル）−２−エチルヘキシルホスホネートは、ホスホン酸エステルの一例であり、各実施例で選択的に添加した。なお、比較例１では、ホスホン酸エステルの添加量とフラックス残渣の性状の関係を比較するため、ホスホン酸エステルの一例として、ジエチルベンジルホスホネートを添加した。比較例２は、ホスホン酸エステルを無添加とした。
【００３２】
各実施例及び比較例のフラックスを構成する成分として、ロジンは、主に金属表面の酸化物除去作用を持ち、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルは、ロジンや他の添加剤を溶解させる作用を持つ。フラックスの残成分として、硬化ヒマシ油を粘度調整剤として添加し、ジエチルアミン臭化水素酸塩を活性剤として添加した。【００３３】
（２）試験方法
表１に示す実施例と比較例のソルダペーストを、基板に0.5ｍｍピッチで形成された電極に印刷供給し、その後、電極と同ピッチのリードを有した部品を基板に搭載して、リフロー炉ではんだ付けを行った。そして、加速劣化試験を行うために、はんだ付けされた電極間にイオン交換水を滴下し、リード間に8Vの電圧をかけ、実体顕微鏡で観察しながら、マイグレーションの発生時間を計測した。【００３４】
（３）結果
マイグレーションの発生時間を以下の表２に示す。【００３５】
【表２】
0005594431.tif 000003
【００３６】
上述した表２の実施例５に示すように、ホスホン酸エステルを質量％で1％添加すると、比較例２に示すホスホン酸エステルが無添加の場合と比較してマイグレーションの発生時間は長くなり、ホスホン酸エステルの添加でマイグレーションの発生防止効果が発揮されることが判る。実施例１〜実施例４に示すように、ホスホン酸エステルの添加量を10％程度とすれば、マイグレーションの発生時間は十分に長くなり、マイグレーションの発生防止効果がより向上することが判る。【００３７】
このため、ホスホン酸エステルの添加量は、質量％で1％以上であれば良く、マイグレーションの発生防止効果を向上させるには、ホスホン酸エステルの添加量を10％程度とすることが好ましいことが判る。【００３８】
一方、比較例１に示すように、ホスホン酸エステルの添加量を質量％で30％にした時は、フラックス残渣が形成されたはんだ付け部に疎水性を持つ被膜が形成されるが、フラックス残渣の性状が液状化する。フラックス残渣が液状化しても、マイグレーションの発生防止効果は維持している。但し、はんだ付け後、液状化したフラックス残渣が形成されたはんだ付け部等にごみが付着し、電極間の絶縁抵抗の低下が起きて、回路の電気的信頼性を損なう等の恐れが生じる。
【００３９】
このため、マイグレーションの発生防止効果を考慮すると、ホスホン酸エステルの添加量は質量％で30％を超える程度としても良いが、フラックス残渣の性状を考慮すると、ホスホン酸エステルの添加量を30％未満とすることが好ましいことが判る。【００４０】
以上の結果から、フラックスにホスホン酸エステルを添加することでマイグレーションの発生防止効果を発揮し、かつ、フラックス残渣が形成されたはんだ付け部にホスホン酸エステルによる疎水性を持つ被膜を形成するためには、ホスホン酸エステルを質量％で1％以上〜30％未満で添加することが好ましいことが判った。なお、フラックスにホスホン酸エステルを添加すると、活性剤としてのハロゲン化物の添加を減らしても、濡れ性を向上させることができることも判った。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のフラックスは、自動車に搭載される電子機器等、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。