(57)【要約】  保管中におけるソルダペーストの粘度の上昇を抑えると共に、はんだ合金の溶融性を向上させることが可能なフラックスを提供する。  活性剤と溶剤を含み、粒状のはんだ合金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、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれるフラックスである。モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールであることが好ましい。また、モノアルキルプロピレングリコール系溶剤の含有量は、全溶剤の含有量に対して７５％以上１００％以下であることが好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性剤と溶剤を含み、粒状のはんだ合金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、
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれる
ことを特徴とするフラックス。
【請求項２】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールである
ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス。
【請求項３】
モノアルキルプロピレングリコール系溶剤の含有量は、全溶剤の含有量に対して７５％以上１００％以下とした
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラックス。
【請求項４】
活性剤と溶剤を含むフラックスと、粒状のはんだ合金と混合されたソルダペーストにおいて、
前記フラックスは、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれる
ことを特徴とするソルダペースト。
【請求項５】
はんだ合金は、Inを含む
ことを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載のソルダペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒状のはんだ合金と混合されてソルダペーストを生成するフラックス及びソルダペーストに関し、特に、保管中におけるソルダペーストの増粘防止効果と、はんだ付け時に溶融しないはんだによるはんだボールの発生防止効果を持つフラックス及び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つ。【０００３】
ソルダペーストは、粒状のはんだ合金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。【０００４】
近年、環境問題から鉛（Pb）を含まない鉛フリーはんだが使用されている。鉛フリーはんだとしてSn，Ag，Cuで組成されたはんだ合金が使用されるソルダペーストでは、Sn，Ag，CuがInと比較して、イオン化エネルギーが高く反応性が低いため、ソルダペーストの保管時には、はんだ合金とフラックス中の活性剤成分との反応が抑制される。このため、ソルダペーストの保管時に粘度が上昇するといった経時変化が抑えられる。【０００５】
これに対して、鉛フリーはんだにInを添加することにより、はんだの強度及びヒートサイクル性が向上することが判ってきた。そのため、Inを含むはんだを用いて実装した場合、従来のはんだに比べて接合寿命を延ばすことができるので、Inを添加したはんだ材料の開発が進んでいる。【０００６】
しかし、鉛フリーはんだとしてInが添加されたはんだ合金が使用されるソルダペーストでは、Inのイオン化エネルギーがSn，Ag，Cuに比較して低く反応性が高いため、ソルダペーストの保管時でも、はんだ合金とフラックス中の活性剤成分との反応が進行する。このため、ソルダペーストの保管時に、粘度上昇するといった経時変化が起こり、ソルダペーストの劣化が激しい。【０００７】
通常、In等の反応性の高い金属元素が添加されたはんだ合金と混合されるフラックスでは、活性剤の活性力を落とすことで、はんだ合金とフラックス中の活性剤との反応を抑えるという対策が考えられる。【０００８】
一方、Inは酸化しやすく、ソルダペーストの印刷作業時のようなハンダ合金が酸素と接触する環境下でははんだ合金の酸化が進行し、作業時間を経るごとにはんだの溶融性が低下し、チップ部品を実装する際に溶融しないはんだがボール状に残存するはんだボールの増加による実装品質が低下する。【０００９】
通常、酸化しやすい金属元素が添加されたはんだ合金と混合されるフラックスでは、活性剤の活性力を上げることで、金属酸化膜の除去能力を向上させる対策が取られている。【００１０】
しかし、In等の反応性の高い金属元素が添加されたはんだ合金と混合されるフラックスで、活性剤の活性力を上げると、はんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が促進され、ソルダペーストの劣化を抑えることができない。一方、はんだ合金とフラックス中の活性剤との反応を抑えられるようにするため、活性剤の活性力を落とすと、金属酸化物の除去能力が低下するため、溶融性が悪化する。【００１１】
このように、In等の反応性の高い金属元素が添加されたはんだ合金と混合されるフラックスでは、相反する課題を解決する必要があった。【００１２】
従来、このような反応性の高い金属元素の添加によるソルダペーストの劣化及びはんだの溶融性の低下によるはんだボールの発生を抑えられるようにするため、フラックス中に添加物を加える技術が提案され、例えば、非イオン性有機ハロゲン化合物を添加したフラックスが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、フラックス中にはんだ合金と活性剤成分との反応を抑える働きをする添加物を加えて活性剤の成分を変更すると、ソルダペーストとして使用される際の印刷時やはんだ付け時に必要とされる活性剤の能力を低下させる虞がある。【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、活性剤の成分を変更することなしに、保管中におけるソルダペーストの粘度の上昇を抑えると共に、はんだ合金の溶融性を向上させることが可能なフラックス及び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】
【００１６】
本願の発明者らは、フラックスの成分に含まれる固形分を溶かしてはんだ合金と混合させると共に、はんだ付け時の加熱で揮発する溶剤に着目し、活性剤の成分ではなく、溶剤にはんだ合金と活性剤との反応を抑えられる成分を見出した。【００１７】
本発明は、活性剤と溶剤を含み、粒状のはんだ合金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、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれるフラックスである。【００１８】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールであることが好ましい。また、モノアルキルプロピレングリコール系溶剤の含有量は、全溶剤の含有量に対して７５％以上１００％以下であることが好ましい。【００１９】
また、本発明は、活性剤と溶剤を含むフラックスと、粒状のはんだ合金と混合されたソルダペーストにおいて、フラックスは、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれるソルダペーストである。はんだ合金は、Inを含むことが好ましい。【００２０】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、溶剤分子の主鎖に対して側鎖に１個以上のメチル基を持つため、溶剤１分子に占める空間が、従来から使用されている溶剤の溶剤分子に比べてより大きい。また、溶剤分子が電離した有機酸と配向し得るＯＨ基が、一方の末端にのみ存在する。【００２１】
このため、活性剤を構成する有機酸が電離しても溶剤分子が配向し難く、溶媒和され難いため、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤中では活性剤の反応が阻害され、ソルダペーストが非加熱の保管状態では、はんだ合金と活性剤との反応が抑制される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤中では活性剤の反応が抑えられ、ソルダペーストが非加熱の保管状態では、はんだ合金と活性剤との反応が抑制される。これにより、ソルダペーストの保管中の粘度上昇を抑えることができ、ソルダペーストの使用期間を延長することができる。【００２３】
また、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が抑えられることに加え、活性剤が持つ金属酸化膜の除去能力が残存されることで、はんだ合金の溶融性を維持することができる。【００２４】
これにより、ソルダペーストの印刷時等、ソルダペーストが酸素と接する環境下で、作業時間を経てもはんだの溶融性を維持でき、はんだボールの発生を抑えて実装品質を向上させ、かつ、作業時間を延長することができる。【００２５】
本発明では、フラックス中の活性剤成分を変えることなく、ソルダペーストの保管状態では、はんだ合金と活性剤との反応を抑制することができるととともに、加熱時にははんだの溶融性を維持することができる。従って、活性剤としては、ソルダペーストとして使用される際の印刷時やはんだ付け時に必要とされる金属酸化膜の除去能力等を備えるものを、はんだ合金の組成に合わせて任意に選定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】溶剤の分子構造例を示す模式図である。
【図１Ｂ】溶剤の分子構造例を示す模式図である。
【図２Ａ】溶剤の分子構造例を示す模式図である。
【図２Ｂ】溶剤の分子構造例を示す模式図である。
【図３Ａ】有機酸イオンの溶媒和モデルを示す模式図である。
【図３Ｂ】有機酸イオンの溶媒和モデルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本実施の形態のフラックスは、固形分であるロジン、チキソ剤、活性剤と溶剤等で組成され、粒状のはんだ合金と混合されてソルダペーストを生成する。本実施の形態のフラックスは、溶剤の分子構造に着目して、ソルダペーストの保管時に活性剤の反応を抑えられるようにしたもので、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤を含む。
【００２８】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ソルダペーストの保管時には、活性剤に含まれる有機酸の電離を、溶剤分子の分子構造によって抑制して、はんだ合金と活性剤との反応を抑える。また、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、はんだ付け時の加熱温度で揮発し、はんだ付け時には、活性剤の能力を阻害しない。モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤としては、沸点を考慮して、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールであることが好ましい。
【００２９】
従来、ソルダペーストでは、はんだ合金に対する活性力が高い活性剤が添加されたフラックスが使用されることで、金属酸化膜の除去能力が向上し、はんだ合金の溶融性が向上する。はんだ合金の溶融性が向上することで、はんだ付け時に溶融しないはんだ合金がはんだ付け箇所に残るはんだボールの発生を抑えることができる。
【００３０】
その一方、はんだ合金に対する活性力が高い活性剤が添加されたフラックスが使用されることで、ソルダペーストの保管中にはんだ合金とフラックス中の活性剤とが反応し、ソルダペーストが増粘するといった経時変化を起こし易くなる。また、はんだ合金に含まれる金属の反応性が高い場合も、ソルダペーストの保管中にはんだ合金とフラックス中の活性剤とが反応しソルダペーストが経時変化を起こし易くなる。
【００３１】
また、ソルダペーストの保管中にはんだ合金とフラックス中の活性剤とが反応すると、活性剤が持つ金属酸化膜の除去能力が低下し、はんだ合金の溶融性が低下するので、はんだボールの発生を抑えることができない。
【００３２】
以下に、保管中のソルダペーストが増粘するメカニズムの概要を説明する。
【００３３】
ソルダペーストの増粘は、活性剤に含まれる有機酸と、はんだ合金に含まれる金属が反応して金属塩が生成されることにより起こると考えられる。
【００３４】
金属塩の生成は、以下の（１）式で示される。ここで、Ｍは、はんだ合金に含まれる金属、ＲＣＯＯＨは、活性剤に含まれる有機酸、（ＲＣＯＯ）２Ｍは、生成された金属塩である。
【００３５】
【数１】
2013150635.tif 000002
【００３６】
但し、（１）式の反応で金属塩が生成されるためには、以下の（２）式に示されるように、有機酸が電離しなければならない
【００３７】
【数２】
2013150635.tif 000003
【００３８】
有機酸が電離するには、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和される必要がある。溶媒和とは、エネルギー的に不安定である正電荷あるいは負電荷の単独のイオンの電荷を打ち消すように、負電荷あるいは正電荷に偏った溶剤分子がイオンの周りに配向することである。溶媒和されたイオンは、単独のイオンに比べると比較的安定となるため、電荷を持った状態が維持される。
【００３９】
溶剤分子は末端にＯＨ基（ヒドロキシ基）を持ち、ＯＨ基のＨが正電荷に偏っている。この溶剤分子のＯＨ基が、負電荷に偏った有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）に配向することで溶媒和される。
【００４０】
有機酸（ＲＣＯＯＨ）の電離は可逆反応で、有機酸（ＲＣＯＯＨ）がそれぞれ単独の有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）と水素イオン（Ｈ＋）に電離しても、イオンが溶媒和されなければ、再び有機酸（ＲＣＯＯＨ）に戻る。よって、溶媒和されにくい環境では金属塩の生成は抑えられる。
【００４１】
しかし、溶媒和されやすい環境では、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）に溶剤分子が配向し、電荷を持った状態が維持される。このとき、はんだ合金にInのようなイオン化エネルギーの低い金属元素が存在すると、イオン化された金属（Ｍ＋）と有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）との反応が起き易くなり、金属塩の生成を抑えることができない。
【００４２】
図１Ａ及び図１Ｂと、図２Ａ及び図２Ｂは、溶剤の分子構造例を示す模式図、図３Ａ及び図３Ｂは、有機酸イオンの溶媒和モデルを示す模式図である。フラックスでは従来からグリコール系の溶剤が使用されているが、従来から使用されているジエチレングリコール系溶剤は、図２Ａに示すように、長鎖状で末端にＯＨ基１０１を持つ分子構造で、溶剤１分子に示す空間が比較的小さい。
【００４３】
このため、図３Ｂに示すように、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）に溶剤分子１００が配向しようとする際に、溶剤分子１００の距離Ｌ２が長いので、溶剤分子１００同士の反発力が小さくなる。これにより、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し易い状態となる。
【００４４】
有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し易い状態では、有機酸（ＲＣＯＯＨ）が電離し易く、金属塩の生成を抑えることができないので、ソルダペーストが増粘すると考えられる。
【００４５】
これに対して、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、末端にＯＨ基１１を持つと共に、側鎖に１個以上のメチル基（ＣＨ３−）１２を持つ分子構造であるため、溶剤１分子に占める空間が、ジエチレングリコール系溶剤に比べて大きい。モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤として、ブチルプロピレントリグリコールは、図１Ａに示すように３個のメチル基１２を持ち、ブチルプロピレンジグリコールは、図１Ｂに示すように２個のメチル基１２を持つ。
【００４６】
このため、図３Ａに示すように、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）にモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤分子１０が配向しようとしても、溶剤１分子に占める空間が大きく溶剤分子１０の距離Ｌ１が短いので、溶剤分子１０同士の反発力が大きくなる。これにより、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し難い状態となる。
【００４７】
有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し難い状態では、有機酸（ＲＣＯＯＨ）が電離し難く、金属塩の生成を抑えることができる。このように、溶剤分子１０の分子構造によって、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応を抑えることができるので、ソルダペーストの増粘を抑える効果を得ることができる。
【００４８】
また、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が抑えられることと、活性剤が持つ金属酸化膜の除去能力が残存されることで、はんだ合金の溶融性を維持することができる。これにより、溶剤分子１０の分子構造によって、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応を抑えることで、はんだボールの発生を抑えることもできる。
【００４９】
なお、メチル基１０２を持つ溶剤としては、プロピレングリコールの使用も考えられる。しかし、プロピレングリコールは、図２Ｂに示すように、溶剤分子が電離した有機酸と配向し得るＯＨ基１０１が、両方の末端に存在する分子構造であるので、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し易い状態となり、ソルダペーストの増粘を抑制する効果が十分に得られない。
【００５０】
これに対して、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、溶剤分子が電離した有機酸と配向し得るＯＨ基１１が、一方の末端にのみ存在する。
【００５１】
このため、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し難い状態となり、ＯＨ基の配置によっても、ソルダペーストの増粘を抑制する効果が得られる。
【００５２】
ここで、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤として、ブチルプロピレン（モノ）グリコールの使用も考えられる。ブチルプロピレングリコールを溶剤とした使用したフラックスでも、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が抑えられる。
【００５３】
但し、ブチルプロピレングリコールは、ブチルプロピレンジグリコール及びブチルプロピレントリグリコールと比較して沸点が低く、溶剤成分の揮発によりソルダペーストの粘度変化が発生する可能性がある。このため、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤としては、ブチルプロピレンジグリコールあるいはブチルプロピレントリグリコールであることが好ましい。
【００５４】
ここで、フラックス中の溶剤の全量をモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤としても良いが、フラックス中の溶剤の全量をモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤としなくても、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が抑えられる。
【００５５】
但し、従来成分の溶剤と、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤の比率により、ソルダペーストの増粘率及びはんだボールの発生の有無に変化が見られる。このため、フラックス中の全溶剤に対するモノアルキルプロピレングリコール系溶剤の比率は、質量％で75％以上100％以下であることが好ましい。
【実施例】
【００５６】
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、保管中におけるソルダペーストの増粘防止効果と、はんだ付け時のはんだボールの発生防止効果について比較した。【００５７】
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た。表１における組成率は質量％である。表１に示す組成で調合した実施例と比較例のフラックスを、所定の粒径の粒状のはんだ合金（組成:Sn-3Ag-3Bi-3In）と混合してソルダペーストを調合した。なお、Sn-3Ag-3Bi-3Inと記載されるはんだ合金の組成は、質量％でAg (銀)が3％、Bi (ビスマス)が3％、In (インジウム)が3％、残部がSn（錫）である。【００５８】
【表１】
2013150635.tif 000004
【００５９】
表１に示すフラックス中の溶剤を、ブチルプロピレントリグリコール、ブチルプロピレンジグリコール、ブチルトリグリコール、及びヘキシルジグリコールとした場合の増粘率の変化を、以下の表２に示す。増粘率は、以下の（３）式で求められる。【００６０】
【表２】
2013150635.tif 000005
【００６１】
【数３】
2013150635.tif 000006
【００６２】
ここで、粘度の測定は、マルコム社製ＰＣＵ−２０５の粘度計を使用した。測定法は、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８４に準拠する。【００６３】
また、表１に示すフラックス中の溶剤を、ブチルプロピレントリグリコール、ブチルプロピレンジグリコール、ブチルトリグリコール、及びヘキシルジグリコールとした場合のソルダペーストを使用したリフロー時のはんだボールの発生数を、以下の表３に示す。リフローの条件は、大気リフローで、予備加熱の温度を１７５℃、予備加熱の時間を９０秒、本加熱の温度を２２０℃以上でピーク温度を２４５℃、本加熱の時間を２５秒とした場合にチップコンデンサの周囲に発生するはんだボールの数を計数した。【００６４】
【表３】
2013150635.tif 000007
【００６５】
ソルダペーストの増粘率に着目すると、表２の結果から、Inが添加されたはんだ合金に対してフラックス中の溶剤としてブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールを使用した場合は、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した場合でも、３０日間冷蔵保管した場合でも、増粘率が５％未満の低い値に抑えられることが判る。【００６６】
一方、溶剤としてブチルトリグリコールあるいはヘキシルジグリコールを使用した場合は、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した段階で、増粘率が１０％程度と高くなり、ソルダペーストを３０日間冷蔵保管した段階では、増粘率が２０％程度まで高くなることが判る。【００６７】
はんだボールの発生数に着目しても、表３の結果から、溶剤としてブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールを使用した場合は、ソルダペーストの製造初期でも、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後でも、はんだボールの数は最大で５個程度で、ソルダペーストの印刷を繰り返した後でも、はんだボールの数の増加が５個未満の低い値に抑えられることが判る。【００６８】
一方、溶剤としてブチルトリグリコールあるいはヘキシルジグリコールを使用した場合は、ソルダペーストの製造初期では、はんだボールの数は５個未満に抑えられるが、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後では、はんだボールの数が大幅に増加することが判る。【００６９】
以上の結果から、保管中におけるソルダペーストの増粘防止効果と、はんだ付け時のはんだボールの発生防止効果に対して有効な成分を持つ溶剤としてブチルプロピレントリグリコールを選択し、従来溶剤としてヘキシルジグリコールを選択して、有効溶剤と従来溶剤の比率を変えた場合の増粘率の変化を、以下の表４に示す。表４では、増粘率の変化が５％未満のものを良いと判定して評価を「○」とし、５〜１０％までのものをやや良いと判定して評価を「△」とし、１０％を越えるものを悪いと判定して評価を「×」とした。【００７０】
また、上述した有効溶剤と従来溶剤の比率を変えた場合のはんだボールの発生数を、以下の表５に示す。表５では、はんだボールの発生数が＋１０個未満のものを良いと判定して評価を「○」とし、＋１０個を越えるものを悪いと判定して評価を「×」とした。表４及び表５における溶剤比率は質量％である。【００７１】
【表４】
2013150635.tif 000008
【００７２】
【表５】
2013150635.tif 000009
【００７３】
ソルダペーストの増粘率に着目すると、表４の実施例１に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率が１００％であると、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した場合でも、３０日間冷蔵保管した場合でも、増粘率が３％未満の低い値に抑えられることが判る。【００７４】
また、表４の実施例２に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を７５％とし、従来溶剤であるヘキシルジグリコールの比率を２５％とすると、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した場合でも、３０日間冷蔵保管した場合でも、増粘率が２％未満の更に低い値に抑えられることが判る。【００７５】
一方、表４の比較例１に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を５０％とし、従来溶剤であるヘキシルジグリコールの比率を５０％とすると、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した場合では、増粘率が低く抑えられるが、３０日間冷蔵保管した場合では、増粘率が上昇する傾向が見られる。【００７６】
以下、表４の比較例２及び比較例３に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を減らすと、増粘率が１０％を超えることが判り、経時変化が起こることが確認された。【００７７】
はんだボールの発生数に着目すると、表５の実施例１に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率が１００％であると、ソルダペーストの製造初期でも、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後でも、はんだボールの発生は見られなかった。【００７８】
また、表５の実施例２に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を７５％とし、従来溶剤であるヘキシルジグリコールの比率を２５％とすると、ソルダペーストの製造初期では、はんだボールの数は２個程度と少なく、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後でも、はんだボールの数は９個程度と、ソルダペーストの印刷を繰り返した後でも、はんだボールの数の増加は１０個未満に抑えられることが判る。【００７９】
一方、表５の比較例１に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を５０％とし、従来溶剤であるヘキシルジグリコールの比率を５０％とすると、ソルダペーストの製造初期では、はんだボールの数は少ないが、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後では、はんだボールの数が大幅に増加することが判る。【００８０】
以下、表５の比較例２及び比較例３に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を減らすと、ソルダペーストの印刷を繰り返した後では、はんだボールの数が大幅に増加することが判る。【００８１】
このため、ソルダペーストの増粘率に着目すると、フラックス中の全溶剤に対するモノアルキルプロピレングリコール系溶剤の比率は、質量％で50％以上100％以下であることが好ましく、ソルダペーストの増粘率に加えて、ソルダペーストの印刷を繰り返した後でのはんだボールの数に着目すると、フラックス中の全溶剤に対するモノアルキルプロピレングリコール系溶剤の比率は、質量％で75％以上100％以下であることが好ましいことが判る。【００８２】
フラックス中の全溶剤に対するモノアルキルプロピレングリコール系溶剤の比率を75％以上100％以下とすれば、ソルダペーストを３０日間冷蔵保管した場合でも、粘度の上昇が抑えられ、ソルダペーストの使用期間を延長することができることが判る。【００８３】
また、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後でも、はんだの溶融性が低下せずはんだボールの発生が抑えられることから、実装品質を向上させ、かつ、作業時間を延長することができることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、In,Bi,Zn等の反応性の高い金属元素が添加されたはんだ合金と混合されてソルダペーストを生成するフラックスに適用して好適である。
【図１Ａ】
2013150635.tif 000010
【図１Ｂ】
2013150635.tif 000011
【図２Ａ】
2013150635.tif 000012
【図２Ｂ】
2013150635.tif 000013
【図３Ａ】
2013150635.tif 000014
【図３Ｂ】
2013150635.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月20日(2013.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性剤と溶剤を含み、粒状のはんだ合金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、
活性剤とはんだ合金に含まれる金属の反応を抑制して金属塩の生成を抑制するモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれる
ことを特徴とするフラックス。
【請求項２】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールである
ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス。
【請求項３】
モノアルキルプロピレングリコール系溶剤の含有量は、全溶剤の含有量に対して７５％以上１００％以下とした
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラックス。
【請求項４】
活性剤と溶剤を含むフラックスと、粒状のはんだ合金と混合されたソルダペーストにおいて、
前記フラックスは、活性剤とはんだ合金に含まれる金属の反応を抑制して金属塩の生成を抑制するモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれる
ことを特徴とするソルダペースト。
【請求項５】
はんだ合金は、Ｉｎを含む
ことを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載のソルダペースト。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
特許文献
［００１３］
特許文献１：特開２００３−１４８７号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［００１４］
しかし、フラックス中にはんだ合金と活性剤成分との反応を抑える働きをする添加物を加えて活性剤の成分を変更すると、ソルダペーストとして使用される際の印刷時やはんだ付け時に必要とされる活性剤の能力を低下させる虞がある。
［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、活性剤の成分を変更することなしに、保管中におけるソルダペーストの粘度の上昇を抑えると共に、はんだ合金の溶融性を向上させることが可能なフラックス及び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
［００１６］
本願の発明者らは、フラックスの成分に含まれる固形分を溶かしてはんだ合金と混合させると共に、はんだ付け時の加熱で揮発する溶剤に着目し、活性剤の成分ではなく、溶剤にはんだ合金と活性剤との反応を抑えられる成分を見出した。
［００１７］
本発明は、活性剤と溶剤を含み、粒状のはんだ合金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、活性剤とはんだ合金に含まれる金属の反応を抑制して金属塩の生成を抑制するモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれるフラックスである。
［００１８］
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールであることが好ましい。また、モノアルキルプロピレングリコール系溶剤の含有量は、全溶剤の含有量に対して７５％以上１００％以下であることが好ましい。
［００１９］
また、本発明は、活性剤と溶剤を含むフラックスと、粒状のはんだ合金と混合されたソルダペーストにおいて、フラックスは、活性剤とはんだ合金に含まれる金属の反応を抑制して金属塩の生成を抑制するモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれるソルダペーストである。はんだ合金は、Ｉｎ
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月21日(2013.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性剤と溶剤を含み、粒状のはんだ合金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、
活性剤とはんだ合金に含まれる金属の反応を抑制して金属塩の生成を抑制するモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれる
ことを特徴とするフラックス。
【請求項２】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールである
ことを特徴とする請求項１に記載のフラックス。
【請求項３】
モノアルキルプロピレングリコール系溶剤の含有量は、全溶剤の含有量に対して７５％以上１００％以下とした
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラックス。
【請求項４】
活性剤と溶剤を含むフラックスと、粒状のはんだ合金と混合されたソルダペーストにおいて、
前記フラックスは、活性剤とはんだ合金に含まれる金属の反応を抑制して金属塩の生成を抑制するモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれる
ことを特徴とするソルダペースト。
【請求項５】
はんだ合金は、Inを含む
ことを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載のソルダペースト。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒状のはんだ合金と混合されてソルダペーストを生成するフラックス及びソルダペーストに関し、特に、保管中におけるソルダペーストの増粘防止効果と、はんだ付け時に溶融しないはんだによるはんだボールの発生防止効果を持つフラックス及び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つ。
【０００３】
ソルダペーストは、粒状のはんだ合金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。
【０００４】
近年、環境問題から鉛（Pb）を含まない鉛フリーはんだが使用されている。鉛フリーはんだとしてSn，Ag，Cuで組成されたはんだ合金が使用されるソルダペーストでは、Sn，Ag，CuがInと比較して、イオン化エネルギーが高く反応性が低いため、ソルダペーストの保管時には、はんだ合金とフラックス中の活性剤成分との反応が抑制される。このため、ソルダペーストの保管時に粘度が上昇するといった経時変化が抑えられる。
【０００５】
これに対して、鉛フリーはんだにInを添加することにより、はんだの強度及びヒートサイクル性が向上することが判ってきた。そのため、Inを含むはんだを用いて実装した場合、従来のはんだに比べて接合寿命を延ばすことができるので、Inを添加したはんだ材料の開発が進んでいる。
【０００６】
しかし、鉛フリーはんだとしてInが添加されたはんだ合金が使用されるソルダペーストでは、Inのイオン化エネルギーがSn，Ag，Cuに比較して低く反応性が高いため、ソルダペーストの保管時でも、はんだ合金とフラックス中の活性剤成分との反応が進行する。このため、ソルダペーストの保管時に、粘度上昇するといった経時変化が起こり、ソルダペーストの劣化が激しい。
【０００７】
通常、In等の反応性の高い金属元素が添加されたはんだ合金と混合されるフラックスでは、活性剤の活性力を落とすことで、はんだ合金とフラックス中の活性剤との反応を抑えるという対策が考えられる。
【０００８】
一方、Inは酸化しやすく、ソルダペーストの印刷作業時のようなハンダ合金が酸素と接触する環境下でははんだ合金の酸化が進行し、作業時間を経るごとにはんだの溶融性が低下し、チップ部品を実装する際に溶融しないはんだがボール状に残存するはんだボールの増加による実装品質が低下する。
【０００９】
通常、酸化しやすい金属元素が添加されたはんだ合金と混合されるフラックスでは、活性剤の活性力を上げることで、金属酸化膜の除去能力を向上させる対策が取られている。
【００１０】
しかし、In等の反応性の高い金属元素が添加されたはんだ合金と混合されるフラックスで、活性剤の活性力を上げると、はんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が促進され、ソルダペーストの劣化を抑えることができない。一方、はんだ合金とフラックス中の活性剤との反応を抑えられるようにするため、活性剤の活性力を落とすと、金属酸化物の除去能力が低下するため、溶融性が悪化する。
【００１１】
このように、In等の反応性の高い金属元素が添加されたはんだ合金と混合されるフラックスでは、相反する課題を解決する必要があった。
【００１２】
従来、このような反応性の高い金属元素の添加によるソルダペーストの劣化及びはんだの溶融性の低下によるはんだボールの発生を抑えられるようにするため、フラックス中に添加物を加える技術が提案され、例えば、非イオン性有機ハロゲン化合物を添加したフラックスが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、フラックス中にはんだ合金と活性剤成分との反応を抑える働きをする添加物を加えて活性剤の成分を変更すると、ソルダペーストとして使用される際の印刷時やはんだ付け時に必要とされる活性剤の能力を低下させる虞がある。
【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、活性剤の成分を変更することなしに、保管中におけるソルダペーストの粘度の上昇を抑えると共に、はんだ合金の溶融性を向上させることが可能なフラックス及び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】
【００１６】
本願の発明者らは、フラックスの成分に含まれる固形分を溶かしてはんだ合金と混合させると共に、はんだ付け時の加熱で揮発する溶剤に着目し、活性剤の成分ではなく、溶剤にはんだ合金と活性剤との反応を抑えられる成分を見出した。
【００１７】
本発明は、活性剤と溶剤を含み、粒状のはんだ合金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、活性剤とはんだ合金に含まれる金属の反応を抑制して金属塩の生成を抑制するモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれるフラックスである。
【００１８】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールであることが好ましい。また、モノアルキルプロピレングリコール系溶剤の含有量は、全溶剤の含有量に対して７５％以上１００％以下であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、活性剤と溶剤を含むフラックスと、粒状のはんだ合金と混合されたソルダペーストにおいて、フラックスは、活性剤とはんだ合金に含まれる金属の反応を抑制して金属塩の生成を抑制するモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤が含まれるソルダペーストである。はんだ合金は、Inを含むことが好ましい。
【００２０】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、溶剤分子の主鎖に対して側鎖に１個以上のメチル基を持つため、溶剤１分子に占める空間が、従来から使用されている溶剤の溶剤分子に比べてより大きい。また、溶剤分子が電離した有機酸と配向し得るＯＨ基が、一方の末端にのみ存在する。
【００２１】
このため、活性剤を構成する有機酸が電離しても溶剤分子が配向し難く、溶媒和され難いため、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤中では活性剤の反応が阻害され、ソルダペーストが非加熱の保管状態では、はんだ合金と活性剤との反応が抑制される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤中では活性剤の反応が抑えられ、ソルダペーストが非加熱の保管状態では、はんだ合金と活性剤との反応が抑制される。これにより、ソルダペーストの保管中の粘度上昇を抑えることができ、ソルダペーストの使用期間を延長することができる。
【００２３】
また、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が抑えられることに加え、活性剤が持つ金属酸化膜の除去能力が残存されることで、はんだ合金の溶融性を維持することができる。
【００２４】
これにより、ソルダペーストの印刷時等、ソルダペーストが酸素と接する環境下で、作業時間を経てもはんだの溶融性を維持でき、はんだボールの発生を抑えて実装品質を向上させ、かつ、作業時間を延長することができる。
【００２５】
本発明では、フラックス中の活性剤成分を変えることなく、ソルダペーストの保管状態では、はんだ合金と活性剤との反応を抑制することができるととともに、加熱時にははんだの溶融性を維持することができる。従って、活性剤としては、ソルダペーストとして使用される際の印刷時やはんだ付け時に必要とされる金属酸化膜の除去能力等を備えるものを、はんだ合金の組成に合わせて任意に選定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】溶剤の分子構造例を示す模式図である。
【図１Ｂ】溶剤の分子構造例を示す模式図である。
【図２Ａ】溶剤の分子構造例を示す模式図である。
【図２Ｂ】溶剤の分子構造例を示す模式図である。
【図３Ａ】有機酸イオンの溶媒和モデルを示す模式図である。
【図３Ｂ】有機酸イオンの溶媒和モデルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本実施の形態のフラックスは、固形分であるロジン、チキソ剤、活性剤と溶剤等で組成され、粒状のはんだ合金と混合されてソルダペーストを生成する。本実施の形態のフラックスは、溶剤の分子構造に着目して、ソルダペーストの保管時に活性剤の反応を抑えられるようにしたもので、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤を含む。
【００２８】
モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、ソルダペーストの保管時には、活性剤に含まれる有機酸の電離を、溶剤分子の分子構造によって抑制して、はんだ合金と活性剤との反応を抑える。また、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、はんだ付け時の加熱温度で揮発し、はんだ付け時には、活性剤の能力を阻害しない。モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤としては、沸点を考慮して、ブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールであることが好ましい。
【００２９】
従来、ソルダペーストでは、はんだ合金に対する活性力が高い活性剤が添加されたフラックスが使用されることで、金属酸化膜の除去能力が向上し、はんだ合金の溶融性が向上する。はんだ合金の溶融性が向上することで、はんだ付け時に溶融しないはんだ合金がはんだ付け箇所に残るはんだボールの発生を抑えることができる。
【００３０】
その一方、はんだ合金に対する活性力が高い活性剤が添加されたフラックスが使用されることで、ソルダペーストの保管中にはんだ合金とフラックス中の活性剤とが反応し、ソルダペーストが増粘するといった経時変化を起こし易くなる。また、はんだ合金に含まれる金属の反応性が高い場合も、ソルダペーストの保管中にはんだ合金とフラックス中の活性剤とが反応しソルダペーストが経時変化を起こし易くなる。
【００３１】
また、ソルダペーストの保管中にはんだ合金とフラックス中の活性剤とが反応すると、活性剤が持つ金属酸化膜の除去能力が低下し、はんだ合金の溶融性が低下するので、はんだボールの発生を抑えることができない。
【００３２】
以下に、保管中のソルダペーストが増粘するメカニズムの概要を説明する。
【００３３】
ソルダペーストの増粘は、活性剤に含まれる有機酸と、はんだ合金に含まれる金属が反応して金属塩が生成されることにより起こると考えられる。
【００３４】
金属塩の生成は、以下の（１）式で示される。ここで、Ｍは、はんだ合金に含まれる金属、ＲＣＯＯＨは、活性剤に含まれる有機酸、（ＲＣＯＯ）２Ｍは、生成された金属塩である。
【００３５】
【数１】
2013150635.tif 000016
【００３６】
但し、（１）式の反応で金属塩が生成されるためには、以下の（２）式に示されるように、有機酸が電離しなければならない
【００３７】
【数２】
2013150635.tif 000017
【００３８】
有機酸が電離するには、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和される必要がある。溶媒和とは、エネルギー的に不安定である正電荷あるいは負電荷の単独のイオンの電荷を打ち消すように、負電荷あるいは正電荷に偏った溶剤分子がイオンの周りに配向することである。溶媒和されたイオンは、単独のイオンに比べると比較的安定となるため、電荷を持った状態が維持される。
【００３９】
溶剤分子は末端にＯＨ基（ヒドロキシ基）を持ち、ＯＨ基のＨが正電荷に偏っている。この溶剤分子のＯＨ基が、負電荷に偏った有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）に配向することで溶媒和される。
【００４０】
有機酸（ＲＣＯＯＨ）の電離は可逆反応で、有機酸（ＲＣＯＯＨ）がそれぞれ単独の有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）と水素イオン（Ｈ＋）に電離しても、イオンが溶媒和されなければ、再び有機酸（ＲＣＯＯＨ）に戻る。よって、溶媒和されにくい環境では金属塩の生成は抑えられる。
【００４１】
しかし、溶媒和されやすい環境では、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）に溶剤分子が配向し、電荷を持った状態が維持される。このとき、はんだ合金にInのようなイオン化エネルギーの低い金属元素が存在すると、イオン化された金属（Ｍ＋）と有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）との反応が起き易くなり、金属塩の生成を抑えることができない。
【００４２】
図１Ａ及び図１Ｂと、図２Ａ及び図２Ｂは、溶剤の分子構造例を示す模式図、図３Ａ及び図３Ｂは、有機酸イオンの溶媒和モデルを示す模式図である。フラックスでは従来からグリコール系の溶剤が使用されているが、従来から使用されているジエチレングリコール系溶剤は、図２Ａに示すように、長鎖状で末端にＯＨ基１０１を持つ分子構造で、溶剤１分子に示す空間が比較的小さい。
【００４３】
このため、図３Ｂに示すように、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）に溶剤分子１００が配向しようとする際に、溶剤分子１００の距離Ｌ２が長いので、溶剤分子１００同士の反発力が小さくなる。これにより、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し易い状態となる。
【００４４】
有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し易い状態では、有機酸（ＲＣＯＯＨ）が電離し易く、金属塩の生成を抑えることができないので、ソルダペーストが増粘すると考えられる。
【００４５】
これに対して、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、末端にＯＨ基１１を持つと共に、側鎖に１個以上のメチル基（ＣＨ３−）１２を持つ分子構造であるため、溶剤１分子に占める空間が、ジエチレングリコール系溶剤に比べて大きい。モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤として、ブチルプロピレントリグリコールは、図１Ａに示すように３個のメチル基１２を持ち、ブチルプロピレンジグリコールは、図１Ｂに示すように２個のメチル基１２を持つ。
【００４６】
このため、図３Ａに示すように、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）にモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤分子１０が配向しようとしても、溶剤１分子に占める空間が大きく溶剤分子１０の距離Ｌ１が短いので、溶剤分子１０同士の反発力が大きくなる。これにより、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し難い状態となる。
【００４７】
有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し難い状態では、有機酸（ＲＣＯＯＨ）が電離し難く、金属塩の生成を抑えることができる。このように、溶剤分子１０の分子構造によって、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応を抑えることができるので、ソルダペーストの増粘を抑える効果を得ることができる。
【００４８】
また、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が抑えられることと、活性剤が持つ金属酸化膜の除去能力が残存されることで、はんだ合金の溶融性を維持することができる。これにより、溶剤分子１０の分子構造によって、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応を抑えることで、はんだボールの発生を抑えることもできる。
【００４９】
なお、メチル基１０２を持つ溶剤としては、プロピレングリコールの使用も考えられる。しかし、プロピレングリコールは、図２Ｂに示すように、溶剤分子が電離した有機酸と配向し得るＯＨ基１０１が、両方の末端に存在する分子構造であるので、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し易い状態となり、ソルダペーストの増粘を抑制する効果が十分に得られない。
【００５０】
これに対して、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、溶剤分子が電離した有機酸と配向し得るＯＨ基１１が、一方の末端にのみ存在する。
【００５１】
このため、有機酸イオン（ＲＣＯＯ−）が溶媒和し難い状態となり、ＯＨ基の配置によっても、ソルダペーストの増粘を抑制する効果が得られる。
【００５２】
ここで、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤として、ブチルプロピレン（モノ）グリコールの使用も考えられる。ブチルプロピレングリコールを溶剤とした使用したフラックスでも、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が抑えられる。
【００５３】
但し、ブチルプロピレングリコールは、ブチルプロピレンジグリコール及びブチルプロピレントリグリコールと比較して沸点が低く、溶剤成分の揮発によりソルダペーストの粘度変化が発生する可能性がある。このため、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤としては、ブチルプロピレンジグリコールあるいはブチルプロピレントリグリコールであることが好ましい。
【００５４】
ここで、フラックス中の溶剤の全量をモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤としても良いが、フラックス中の溶剤の全量をモノアルキルプロピレングリコール系の溶剤としなくても、ソルダペーストの保管中におけるはんだ合金とフラックス中の活性剤との反応が抑えられる。
【００５５】
但し、従来成分の溶剤と、モノアルキルプロピレングリコール系の溶剤の比率により、ソルダペーストの増粘率及びはんだボールの発生の有無に変化が見られる。このため、フラックス中の全溶剤に対するモノアルキルプロピレングリコール系溶剤の比率は、質量％で75％以上100％以下であることが好ましい。
【実施例】
【００５６】
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、保管中におけるソルダペーストの増粘防止効果と、はんだ付け時のはんだボールの発生防止効果について比較した。
【００５７】
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た。表１における組成率は質量％である。表１に示す組成で調合した実施例と比較例のフラックスを、所定の粒径の粒状のはんだ合金（組成:Sn-3Ag-3Bi-3In）と混合してソルダペーストを調合した。なお、Sn-3Ag-3Bi-3Inと記載されるはんだ合金の組成は、質量％でAg (銀)が3％、Bi (ビスマス)が3％、In (インジウム)が3％、残部がSn（錫）である。
【００５８】
【表１】
2013150635.tif 000018
【００５９】
表１に示すフラックス中の溶剤を、ブチルプロピレントリグリコール、ブチルプロピレンジグリコール、ブチルトリグリコール、及びヘキシルジグリコールとした場合の増粘率の変化を、以下の表２に示す。増粘率は、以下の（３）式で求められる。
【００６０】
【表２】
2013150635.tif 000019
【００６１】
【数３】
2013150635.tif 000020
【００６２】
ここで、粘度の測定は、マルコム社製ＰＣＵ−２０５の粘度計を使用した。測定法は、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８４に準拠する。
【００６３】
また、表１に示すフラックス中の溶剤を、ブチルプロピレントリグリコール、ブチルプロピレンジグリコール、ブチルトリグリコール、及びヘキシルジグリコールとした場合のソルダペーストを使用したリフロー時のはんだボールの発生数を、以下の表３に示す。リフローの条件は、大気リフローで、予備加熱の温度を１７５℃、予備加熱の時間を９０秒、本加熱の温度を２２０℃以上でピーク温度を２４５℃、本加熱の時間を２５秒とした場合にチップコンデンサの周囲に発生するはんだボールの数を計数した。
【００６４】
【表３】
2013150635.tif 000021
【００６５】
ソルダペーストの増粘率に着目すると、表２の結果から、Inが添加されたはんだ合金に対してフラックス中の溶剤としてブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールを使用した場合は、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した場合でも、３０日間冷蔵保管した場合でも、増粘率が５％未満の低い値に抑えられることが判る。
【００６６】
一方、溶剤としてブチルトリグリコールあるいはヘキシルジグリコールを使用した場合は、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した段階で、増粘率が１０％程度と高くなり、ソルダペーストを３０日間冷蔵保管した段階では、増粘率が２０％程度まで高くなることが判る。
【００６７】
はんだボールの発生数に着目しても、表３の結果から、溶剤としてブチルプロピレントリグリコールあるいはブチルプロピレンジグリコールを使用した場合は、ソルダペーストの製造初期でも、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後でも、はんだボールの数は最大で５個程度で、ソルダペーストの印刷を繰り返した後でも、はんだボールの数の増加が５個未満の低い値に抑えられることが判る。
【００６８】
一方、溶剤としてブチルトリグリコールあるいはヘキシルジグリコールを使用した場合は、ソルダペーストの製造初期では、はんだボールの数は５個未満に抑えられるが、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後では、はんだボールの数が大幅に増加することが判る。
【００６９】
以上の結果から、保管中におけるソルダペーストの増粘防止効果と、はんだ付け時のはんだボールの発生防止効果に対して有効な成分を持つ溶剤としてブチルプロピレントリグリコールを選択し、従来溶剤としてヘキシルジグリコールを選択して、有効溶剤と従来溶剤の比率を変えた場合の増粘率の変化を、以下の表４に示す。表４では、増粘率の変化が５％未満のものを良いと判定して評価を「○」とし、５〜１０％までのものをやや良いと判定して評価を「△」とし、１０％を越えるものを悪いと判定して評価を「×」とした。
【００７０】
また、上述した有効溶剤と従来溶剤の比率を変えた場合のはんだボールの発生数を、以下の表５に示す。表５では、はんだボールの発生数が＋１０個未満のものを良いと判定して評価を「○」とし、＋１０個を越えるものを悪いと判定して評価を「×」とした。表４及び表５における溶剤比率は質量％である。
【００７１】
【表４】
2013150635.tif 000022
【００７２】
【表５】
2013150635.tif 000023
【００７３】
ソルダペーストの増粘率に着目すると、表４の実施例１に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率が１００％であると、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した場合でも、３０日間冷蔵保管した場合でも、増粘率が３％未満の低い値に抑えられることが判る。
【００７４】
また、表４の実施例２に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を７５％とし、従来溶剤であるヘキシルジグリコールの比率を２５％とすると、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した場合でも、３０日間冷蔵保管した場合でも、増粘率が２％未満の更に低い値に抑えられることが判る。
【００７５】
一方、表４の比較例１に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を５０％とし、従来溶剤であるヘキシルジグリコールの比率を５０％とすると、ソルダペーストを７日間冷蔵保管した場合では、増粘率が低く抑えられるが、３０日間冷蔵保管した場合では、増粘率が上昇する傾向が見られる。
【００７６】
以下、表４の比較例２及び比較例３に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を減らすと、増粘率が１０％を超えることが判り、経時変化が起こることが確認された。
【００７７】
はんだボールの発生数に着目すると、表５の実施例１に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率が１００％であると、ソルダペーストの製造初期でも、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後でも、はんだボールの発生は見られなかった。
【００７８】
また、表５の実施例２に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を７５％とし、従来溶剤であるヘキシルジグリコールの比率を２５％とすると、ソルダペーストの製造初期では、はんだボールの数は２個程度と少なく、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後でも、はんだボールの数は９個程度と、ソルダペーストの印刷を繰り返した後でも、はんだボールの数の増加は１０個未満に抑えられることが判る。
【００７９】
一方、表５の比較例１に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を５０％とし、従来溶剤であるヘキシルジグリコールの比率を５０％とすると、ソルダペーストの製造初期では、はんだボールの数は少ないが、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後では、はんだボールの数が大幅に増加することが判る。
【００８０】
以下、表５の比較例２及び比較例３に示すように、有効溶剤であるブチルプロピレントリグリコールの比率を減らすと、ソルダペーストの印刷を繰り返した後では、はんだボールの数が大幅に増加することが判る。
【００８１】
このため、ソルダペーストの増粘率に着目すると、フラックス中の全溶剤に対するモノアルキルプロピレングリコール系溶剤の比率は、質量％で50％以上100％以下であることが好ましく、ソルダペーストの増粘率に加えて、ソルダペーストの印刷を繰り返した後でのはんだボールの数に着目すると、フラックス中の全溶剤に対するモノアルキルプロピレングリコール系溶剤の比率は、質量％で75％以上100％以下であることが好ましいことが判る。
【００８２】
フラックス中の全溶剤に対するモノアルキルプロピレングリコール系溶剤の比率を75％以上100％以下とすれば、ソルダペーストを３０日間冷蔵保管した場合でも、粘度の上昇が抑えられ、ソルダペーストの使用期間を延長することができることが判る。
【００８３】
また、ソルダペーストの印刷を１２時間行った後でも、はんだの溶融性が低下せずはんだボールの発生が抑えられることから、実装品質を向上させ、かつ、作業時間を延長することができることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、In,Bi,Zn等の反応性の高い金属元素が添加されたはんだ合金と混合されてソルダペーストを生成するフラックスに適用して好適である。
【国際調査報告】
2013150635.tif 000024
2013150635.tif 000025