(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース材として水に不溶な樹脂を６５〜９４質量％含み、少なくともアミンを３〜２２質量％、アミンと酸が反応して生成されるアミンフッ化物塩を１〜３０質量％含む
ことを特徴とするフラックス組成物。
【請求項２】
アミンは、構造上に芳香環を有した芳香族アミンである
ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス組成物。
【請求項３】
アミンとしてグアニジン骨格を有する化合物を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス組成物。
【請求項４】
アミンとして、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピコペリンの何れかを少なくとも１種類以上含む
ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス組成物。
【請求項５】
アミンフッ化物塩として、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピコペリンの何れかのアミン化合物と、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロケイ酸の何れかの酸によって生成される塩、または、アミン三フッ化ホウ素錯体の何れかを少なくとも１種類以上含む
ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス組成物。
【請求項６】
ピリジン誘導体として、４−ベンジルピリジン、４−フェニルピリジン、４−（３−フェニルプロピル）ピリジンの何れかを含み、イミダゾール誘導体として、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾールの何れかを含み、グアニジン誘導体として、１，３−ジフェニルグアニジン、１，３−ジ−o−トリルグアニジン、１−o−トリルビグアニドを含む
ことを特徴とする請求項４または請求項５の何れか１項に記載のフラックス組成物。
【請求項７】
樹脂として、重合ロジン、水添ロジン、酸変性ロジンの何れかを少なくとも１種類以上含む
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のフラックス組成物。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のフラックス組成物を溶剤で溶かした
ことを特徴とする液状フラックス。
【請求項９】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のフラックス組成物からなるフラックスを、はんだ内に封入した
ことを特徴とするやに入りはんだ。
【請求項１０】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のフラックス組成物に、チキソ剤、溶剤及びはんだ粉末を加えた
ことを特徴とするソルダペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ及びはんだ付け対象の金属の表面に存在する金属酸化物を除去するフラックス組成物に関し、特に、はんだ付け対象の金属としてアルミニウムの酸化膜の除去が可能なフラックス組成物、このフラックス組成物を溶剤で溶かした液状フラックス、このフラックス組成物からなるフラックスをはんだ内に封入したやに入りはんだ及びこのフラックス組成物にチキソ剤、溶剤、はんだ粉末を加えたソルダペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
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つ。【０００３】
近年、銅(Cu)による配線に代えて、アルミニウム(Al)あるいはアルミニウム合金による配線が提案されている。アルミニウムに対するはんだ付けは、アルミニウムの表面に形成される酸化膜の除去が困難であることが知られており、活性力が強いフラックスが使用されていた。【０００４】
しかし、フラックスの活性力が強すぎると、母材を腐食するので、はんだ付け後の信頼性を確保できない。また、フラックス組成物には、はんだ付け時の加熱温度で分解、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としてはんだ付け部の周辺に残留する。活性力の強いフラックスは、水溶性のベース材が使用されているものが多く、フラックス残渣が水に可溶な成分であると、電子部品や基板等、はんだ付け後の製品において、フラックス残渣の吸湿によりはんだ付け部等で腐食が進行する虞がある。このため、フラックス残渣となる成分が水に可溶であると、フラックス残渣の洗浄が必要である。【０００５】
一方、フラックスの活性力が弱いと、酸化膜の除去が十分に行えないことから、濡れ性が悪く、はんだ付け性能が劣る。【０００６】
そこで、従来、フラックス中にアルコールアミンを添加したフラックスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−５９２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のフラックスでは、水溶性のアルコールアミンが主成分として添加されているため、フラックス残渣の洗浄が必要であった。【０００９】
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、アルミニウムの表面に形成される酸化膜を除去でき、かつフラックス残渣の洗浄が不要なフラックス組成物、このフラックス組成物を溶剤で溶かした液状フラックス、このフラックス組成物からなるフラックスをはんだ内に封入したやに入りはんだ及びこのフラックス組成物にチキソ剤、溶剤、はんだ粉末を加えたソルダペースト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】
【００１０】
本願の発明者らは、ベース剤として水に不溶な樹脂を用い、フラックス組成物として、アミンとフッ素系活性剤を添加することで、アルミニウムの表面に形成される酸化膜を除去でき、かつフラックス残渣の洗浄が不要となる成分を見出した。【００１１】
本発明は、ベース材として水に不溶な樹脂を６５〜９４質量％含み、少なくともアミンを３〜２２質量％、フッ素系活性剤としてアミンと酸が反応して生成されるアミンフッ化物塩を１〜３０質量％含むフラックス組成物である。【００１２】
アミンは、構造上に芳香環を有した芳香族アミンであることが好ましい。または、アミンとしてグアニジン骨格を有する化合物を含むことが好ましい。あるいは、アミンとしてエチルアミンであることが好ましい。【００１３】
アミンは、上述した芳香族アミン、グアニジン骨格を有する化合物、エチルアミンの何れかを少なくとも１種類以上含むことが好ましく、このようなアミンとしては、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピコペリンの何れかを少なくとも１種類以上含むことが好ましい。【００１４】
アミンフッ化物塩としては、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピコペリンの何れかのアミン化合物と、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロケイ酸の何れかの酸によって生成される塩、または、アミン三フッ化ホウ素錯体の何れかを少なくとも１種類以上含むことが好ましい。【００１５】
ピリジン誘導体としては、４−ベンジルピリジン、４−フェニルピリジン、４−（３−フェニルプロピル）ピリジンの何れかを含み、イミダゾール誘導体としては、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾールの何れかを含み、グアニジン誘導体としては、１，３−ジフェニルグアニジン、１，３−ジ−o−トリルグアニジン、１−o−トリルビグアニドを含むことが好ましい。【００１６】
樹脂としては、重合ロジン、水添ロジン、酸変性ロジンの何れかを少なくとも１種類以上含むことが好ましい。【００１７】
また、本発明は、上述したフラックス組成物を溶剤で溶かした液状フラックス、このフラックス組成物からなるフラックスをはんだ内に封入したやに入りはんだ及びこのフラックス組成物にチキソ剤、溶剤、はんだ粉末を加えたソルダペーストである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、フラックス組成物中のアミンとアミンフッ化物塩の組み合わせにより、アルミニウムの表面に形成される酸化膜を除去することができる。これにより、本発明のフラックス組成物で構成されるフラックスが使用されるはんだでは、はんだ付け時のぬれ性が向上し、はんだ付け性を向上させることができる。【００１９】
また、本発明では、水に不溶な樹脂をベース材として使用しているので、フラックス残渣の吸湿を抑制し、はんだ付け部の腐食を抑制することができる。更に、ベース材に樹脂を使用することで、フラックス残渣中にアミンフッ化物塩等の活性剤成分を閉じ込めた状態で保持でき、はんだ付け部と活性剤成分との反応を抑制することができる。【００２０】
本発明のフラックス組成物、このフラックス組成物を溶剤で溶かした液状フラックス、このフラックス組成物からなるフラックスをはんだ内に封入したやに入りはんだ、このフラックス組成物にチキソ剤、溶剤、はんだ粉末を加えたソルダペーストは、はんだ付け時のぬれ性が向上し、はんだ付け性を向上させることができる。また、フラックス残渣の吸湿及びフラックス残渣中の活性剤成分とはんだ付け部との反応を抑制して、はんだ付け部の腐食を抑制することができる。このように、フラックス残渣によるはんだ付け部の腐食が抑えられることから、フラックス残渣を無洗浄で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】アミンフッ化物塩の添加量とぬれ速度の関係を示すグラフである。
【図２】アミン化合物の添加量とぬれ速度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施の形態のフラックス組成物は、水に不溶ではんだ付け時の加熱温度で可溶な樹脂をベース材とし、アミン化合物とフッ素系活性剤を含む。フッ素系活性剤は、塩としての添加が好ましく、アミン化合物と酸が反応して生成されるアミンフッ化物塩が添加される。本実施の形態の液状フラックスは、以下に示す実施の形態のフラックス組成物を、溶剤で溶かして構成される。本実施の形態のやに入りはんだは、以下に示す本実施の形態のフラックス組成物からなるフラックスを、線状のはんだ内に封入して構成される。本実施の形態のソルダペーストは、以下に示す実施の形態のフラックス組成物にチキソ剤、溶剤、はんだ粉末を加えて構成される。
【００２３】
フラックス組成物には、はんだ付け時の加熱温度で分解、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としてはんだ付け部の周辺に残留する。フラックス残渣が水に可溶な成分であると、電子部品や基板等、はんだ付け後の製品において、フラックス残渣の吸湿によりはんだ付け部等で腐食が進行する虞がある。このため、フラックス残渣となる成分が水に可溶であると、フラックス残渣の洗浄が必要である。
【００２４】
本実施の形態のフラックス組成物では、はんだ付け後の製品が、フラックス残渣を無洗浄で使用できるようにするため、フラックス組成物の主成分で残渣となるベース材は、水に溶けない成分であることが求められる。
【００２５】
また、本実施の形態のフラックス組成物では、活性剤成分が混合でき、はんだ付け時の加熱温度で揮発せず、活性剤成分を熱から保護できる耐熱性、及び、はんだ付け時の加熱温度で、活性剤成分がはんだ付けの対象となる金属と接触できるような可溶性が求められる。
【００２６】
そこで、本実施の形態のフラックス組成物では、水には不溶で有機溶剤には可溶、かつ、はんだ付け時の加熱温度で可溶な樹脂として、ロジンがベース材として使用される。ロジンとしては、重合ロジン、水添ロジン、酸変性ロジンの何れか、あるいはこれらの組み合わせであることが好ましい。
【００２７】
本実施の形態のフラックス組成物は、はんだ付けの対象となる金属がアルミニウム(Al)であり、アルミニウムの表面に形成される酸化膜を除去できる必要がある。本実施の形態のフラックス組成物は、アルミニウムの表面に形成される酸化膜である水酸化アルミニウム(AlOOH)と、酸化アルミニウム (Al2O3：アルミナ)を除去するため、アミン化合物とアミンフッ化物塩が添加される。
【００２８】
アルミニウムの表面に形成された酸化膜である水酸化アルミニウム(AlOOH)は、ｐＨ（水素イオン指数）が高い環境化では反応が促進される。
【００２９】
本実施の形態のフラックス組成物では、アミン化合物が添加されることで、はんだ付け時に、アミン化合物の塩基性によってアルミニウムの酸化膜の反応が促進され、酸化膜の表面に生じる生成物(AlOO-)とアミン化合物の成分が反応することで、酸化膜の形成が阻害される。
【００３０】
本実施の形態において、フラックス組成物に添加されるアミン化合物としては、アルミニウムの酸化膜の反応を促進し得る塩基性を持ち、かつ、残渣中に残る可能性があるため腐食性が低く、絶縁信頼性が高いものが望ましく、エチルアミン、構造上に芳香環を有した芳香族アミン、グアニジン骨格を有するアミン化合物であることが好ましい。
【００３１】
このようなアミン化合物としては、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、ピコペリンの何れかであることが好ましい。
【００３２】
ピリジン誘導体としては、４−ベンジルピリジン、４−フェニルピリジン、４−（３−フェニルプロピル）ピリジンの何れかであることが好ましい。
【００３３】
イミダゾール誘導体としては、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾールであることが好ましい。
【００３４】
グアニジン誘導体としては、１，３−ジフェニルグアニジン、１，３−ジ−o−トリルグアニジン、１−o−トリルビグアニドの何れかであることが好ましい。
【００３５】
アルミニウムの表面に形成された酸化膜である酸化アルミニウム(Al2O3)は、フッ素イオン(F-)により亀裂が発生し、亀裂が生じた部位でアルミニウムが露出して反応が促進される状態となる。
【００３６】
本実施の形態のフラックス組成物では、アミンフッ化物塩が添加されることで、アミンフッ化物塩を構成するフッ素(F)がイオン化され、はんだ付け時に、フッ素イオン(F-) によりアルミニウムの酸化膜に亀裂を発生させることができ、亀裂が生じた部位で酸化膜からアルミニウムが露出することで反応が促進されて、酸化膜が剥離される。
【００３７】
本実施の形態において、フラックス組成物に添加されるアミンフッ化物塩としては、上述したピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピコペリンの何れかのアミンと、フッ化水素酸(HF)、ホウフッ化水素酸(HBF4)、ヘキサフルオロケイ酸の何れかの酸によって生成される塩、または、アミン三フッ化ホウ素錯体の何れかを少なくとも１種類以上含むことが好ましい。
【００３８】
フラックス組成物に添加されるアミンフッ化物塩は、予め生成されたものをロジンに混合しても良い。また、ロジンに上述したアミン化合物と酸の何れか、あるいは組み合わせたものを混合し、ベース材中での反応でアミンフッ化物塩を生成するようにしても良い。
【実施例】
【００３９】
以下の各表に示す組成で実施例と比較例のフラックスを調合し、はんだ付け性、腐食性、ぬれ性について検証した。実施例及び比較例では、フラックス組成物を溶剤で溶かした液状フラックスを使用した。なお、各用における組成率は、フラックス組成物中の質量％である。まず、各検証の評価方法と条件について説明する。【００４０】
（１）はんだ付け性の検証について
（ａ）評価方法
アルミニウムの板にはんだリングを載せ、フラックスを塗布した後、はんだを加熱溶解しぬれ性を確認した。
（ｂ）評価条件
試験片：アルミニウム板（Ａ１０５０）
試験片サイズ：長さ30mm、幅5mm、厚さ0.3mm
フラックス塗布量：0.05ml
はんだ：Sn-3.0Ag-0.5Cu
はんだ付け温度：300℃
（ｃ）判定基準
◎：良好にはんだ付けされている
○：小さいがぬれ広がる
△：付いてはいるが広がっていない
×：はんだが付いていない【００４１】
（２）腐食性の検証について
（ａ）評価方法
はんだ付け後の試験片を温度40℃、湿度90％の環境下で６３時間放置し、はんだ付け後に腐食性を確認した。
（ｂ）判定基準
◎：腐食が見られなかった
○：一部に腐食が見られた
△：腐食が見られた
×：広範囲に腐食が見られた
−：不実施 【００４２】
（３）はんだのぬれ速度について
（ａ）評価方法
アルミ板にフラックスを浸漬塗布し、メニスコグラフ法によりはんだのぬれ時間を測定した。
（ｂ）評価条件
試験装置：ＲＨＥＳＣＡ製  ソルダーチェッカーＳＡＴ−５２００
はんだ：Sn-15Zn-0.03Ti-0.03Al
アルミニウム板：Ａ１０５０
試験片サイズ：長さ30mm、幅5mm、厚さ0.3mm
はんだ付け温度：300℃
浸漬速度：20min/sec
浸漬深さ：3mm
浸漬時間：10sec【００４３】
１．活性剤成分の検証
活性剤成分によるはんだ付け性と腐食性を検証するため、実施例と比較例のフラックスを表１に示す組成で調合して、上述した（１）、（２）で示す評価方法及び評価条件ではんだ付け性と腐食性を検証した。表１に示すフラックスの組成では、アミン化合物とフッ素系活性剤によるアミンフッ化物塩を実施例とし、アミン化合物と臭素系活性剤または塩素系活性剤による塩を比較例とした。また、アミンをピリジン誘導体とし、樹脂をロジンとした。【００４４】
【表１】
0005435186.tif 000002
【００４５】
表１の結果から、活性剤成分としてアミン化合物とフッ素系活性剤によるアミンフッ化物塩を添加した実施例のフラックスでは、良好なはんだ付け性が得られることが判った。また、はんだ付け後の腐食が抑えられることが判った。一方、活性剤成分としてアミン化合物と臭素系活性剤または塩素系活性剤による塩を添加した比較例のフラックスでは、何れもはんだが付いておらず、はんだ付け性が著しく悪いことが判った。【００４６】
ここで、表１の結果から、活性剤成分であるアミンフッ化物塩の添加量により、はんだ付け性に差異が見られた。そこで、上述した（３）で示す評価方法及び評価条件でアミンフッ化物塩の添加量とぬれ速度の関係を測定した、図１は、アミンフッ化物塩の添加量とぬれ速度の関係を示すグラフである。図１では、アミンフッ化物塩として、ジフェニルグアニジンとホウフッ化水素酸(HBF4)が反応して得られた塩について検証した結果を示す。【００４７】
図１に示すように、アミンフッ化物塩の添加量が１％以上であれば、はんだのぬれ速度が向上し、添加量が４％以上となると、濡れ速度が大きく変化せず、所望のぬれ速度が得られることが判った。これにより、フラックス中のアミンフッ化物塩の添加量としては、１％以上であることが好ましいことが判った。ここで、アミンフッ化物塩の添加量の上限値は、他の成分の添加量に合わせて決められる。【００４８】
２．アミン化合物の検証
アミン化合物によるはんだ付け性と腐食性を検討するため、実施例と比較例のフラックスを表２に示す組成で調合して、上述した（１）、（２）で示す評価方法及び評価条件ではんだ付け性と腐食性を検証した。【００４９】
【表２】
0005435186.tif 000003
【００５０】
表２の結果から、アミン化合物としてピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピコペリンの何れかを添加した実施例のフラックスでは、良好なはんだ付け性が得られることが判った。また、はんだ付け後の腐食が抑えられることが判った。一方、2-アミノプロピオン酸、アジピン酸アンモニウム、ステアリン酸アミドの何れかを添加した比較例のフラックスでは、何れもはんだが付いておらず、はんだ付け性が著しく悪いことが判った。【００５１】
ここで、表２の結果から、アミン化合物の添加量により、はんだ付け性に差異が見られた。そこで、上述した（３）で示す評価方法及び評価条件でアミン化合物の添加量とぬれ速度の関係を測定した、図２は、アミン化合物の添加量とぬれ速度の関係を示すグラフである。図２では、アミン化合物としてピリジン誘導体である4-ベンジルピリジンについて検証した結果を示す。【００５２】
図２に示すように、4-ベンジルピリジンの添加量が３％以上であれば、所望のぬれ速度が得られることがわかった。これにより、フラックス中のアミン化合物の添加量としては、３％以上であることが好ましいことが判った。ここで、アミン化合物の添加量の上限は、他の成分の添加量に応じて決められる。【００５３】
３．樹脂系フラックスと水溶性フラックスによるはんだ付け性と腐食性の検証
樹脂系フラックスと水溶性フラックスによるはんだ付け性と腐食性を検討するため、実施例と比較例のフラックスを表３に示す組成で調合して、上述した（１）、（２）で示す評価方法及び評価条件ではんだ付け性と腐食性を検討した。表３に示すフラックスの組成では、水に不溶な樹脂としてロジンをベース材とし、アミン化合物とアミンフッ化物を添加したフラックスを実施例とした。一方、水溶性のトリエタノールアミンをベース材とし、ホウフッ化金属塩を添加したフラックスを比較例とした。【００５４】
【表３】
0005435186.tif 000004
【００５５】
表３の結果から、ロジンをベース材とし、アミン化合物とアミンフッ化物を添加した実施例のフラックスでは、何れも良好なはんだ付け性が得られることが判った。また、はんだ付け後の腐食が抑えられることが判った。一方、トリエタノールアミンをベース材とし、ホウフッ化金属塩を添加した比較例のフラックスでは、はんだ付け性は得られるが、腐食が進行することが判った。【００５６】
４．検証結果
フラックス組成物のベース材となるロジンは、アミン及びアミンフッ化物塩を保持するためにフラックス組成物中に６５％程度必要であった。そこで、フラックス組成物中におけるロジンの添加量は、６５％〜９４％であることが好ましいことが判った。【００５７】
また、アミン化合物の添加量の下限は、上述したように３％以上であることが好ましく、ロジン及びアミンフッ化物等の他の成分の添加量を考慮して、アミン化合物の添加量の上限を決定すると、フラックス組成物中におけるアミン化合物の添加量は、３％〜２２％であることが好ましいことが判った。【００５８】
また、アミンフッ化物塩の添加量の下限は、上述したように１％以上であることが好ましく、ロジン及びアミン化合物等の他の成分の添加量を考慮して、アミンフッ化物塩の添加量の上限を決定すると、フラックス組成物中におけるアミンフッ化物塩の添加量は、１％〜３０％であることが好ましいことが判った。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、はんだ付けの対象となる金属が銅(Cu)等である場合に使用されるフラックスでは良好なはんだ付け性及び耐腐食性が得られないアルミニウム(Al)のはんだ付け時に使用されて、良好なはんだ付け性及び耐腐食性が得られるフラックスに適用して好適である。【００６０】
本発明の実施例として、本発明のフラックス組成物を溶剤で溶かした液状フラックスについて説明したが、本発明のフラックス組成物からなるフラックスをはんだ内に封入したやに入りはんだ、及び、本発明のフラックス組成物にチキソ剤、溶剤、はんだ粉末を加えたソルダペースト等に適用できる。
【要約】
アルミニウムの表面に形成される酸化膜を除去でき、かつフラックス残渣の洗浄が不要なフラックス組成物を提供する。
ベース材として水に不溶な樹脂を６５〜９４質量％含み、少なくともアミンを３〜２２質量％、フッ素系活性剤としてアミンと酸が反応して生成されるアミンフッ化物塩を１〜３０質量％含むフラックス組成物である。アミンは、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピコペリンの何れかを少なくとも１種類以上含むことが好ましい。アミンフッ化物塩としては、ピリジン誘導体、イミダゾール誘導体、グアニジン誘導体、エチルアミン、ピコペリンの何れかのアミン化合物と、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロケイ酸の何れかの酸によって生成される塩、または、アミン三フッ化ホウ素錯体の何れかを少なくとも１種類以上含むことが好ましい。【図１】
0005435186.tif 000005
【図２】
0005435186.tif 000006