(57)【要約】【課題】ノンハロゲンでありながら活性が高く、経時変化が起こりにくく、大気中のリフローはんだ付けにおいてもはんだ付けが良好な亜鉛系のフラックス及びはんだペーストを提供する。【解決手段】２，４−ジエチルグルタル酸を含むことを特徴とするはんだ付け用フラックス。前記のはんだ付け用フラックスとはんだ粉末とを含有することを特徴とするはんだペースト。はんだ粉末が鉛フリーはんだ合金の粉末である前記のはんだペースト。鉛フリーはんだ合金が、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金である前記のはんだペースト。鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けする際に、前記のはんだ付け用フラックスを使用することを特徴とするはんだ付け方法。前記のはんだペーストを使用してはんだ付けすることを特徴とするはんだ付け方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２，４−ジエチルグルタル酸を含む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に記載のはんだ付け用フラックスとはんだ粉末とを含有することを特徴とするはんだペースト。
【請求項３】
はんだ粉末が鉛フリーはんだ合金の粉末である２記載のはんだペースト。
【請求項４】
鉛フリーはんだ合金が、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金である請求項３記載のはんだペースト。
【請求項５】
鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けする際に請求項１記載のはんだ付け用フラックスを使用することを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のはんだペーストを使用してはんだ付けすることを特徴とするはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛フリーのはんだ付け用フラックス及びはんだペースト、特にＳｎ−Ｚｎ系鉛フリーはんだ合金を使用する際のはんだ付け用フラックス及び前記のフラックスを用いたＳｎ−Ｚｎ系鉛フリーはんだペーストに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器のはんだ付けに用いられるはんだ合金としては、Ｓｎ−Ｐｂ合金が一般的であり、古来より長い間使用されてきた。Ｓｎ−Ｐｂ合金は共晶組成（６３％Ｓｎ−残部Ｐｂ）の融点が１８３℃という低いものであり、そのはんだ付け温度は２２０〜２３０℃という熱に弱い電子部品に対しては熱損傷を与えることが少ない温度である。しかもＳｎ−Ｐｂ合金は、はんだ付け性が極めて良好であるとともに、液相線温度と固相線温度の温度差がなく、はんだ付け時にすぐに凝固して、はんだ付け部に振動や衝撃が加わってもひび割れや剥離を起こさないという優れた特徴も有している。しかしながら、鉛は人体にとって有害であり、廃棄の際の環境への汚染の点から、近年でははんだ金属の鉛フリー化が進められている。
【０００３】
従来、鉛フリーはんだ合金としてＳｎ−Ａｇ系合金やＳｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金等があった。
Ｓｎ−Ａｇ系合金は、共晶点がＳｎ−３．５Ａｇ、共晶温度は２２１℃である。このＳｎ−Ａｇ系のはんだ付け温度は２５０〜２７０℃と高温であるため、熱に弱い電子部品は熱損傷を受けて機能劣化や破壊等を起こしやすい。
Ｓｎ−Ｓｂ合金は最も溶融温度の低い組成がＳｎ−５．０Ｓｂであるが、このＳｎ−Ｓｂ合金ははんだ付け温度がＳｎ−３．５Ａｇよりもさらに高い２８０〜３００℃であり、やはり熱に弱い電子部品を熱損傷させてしまう。
一方、Ｓｎ−Ｂｉ合金は、共晶点がＳｎ−４２Ｂｉであり、共晶温度は１３９℃である。この温度はＳｎ−Ｐｂ合金はんだの共晶点よりかなり低い温度であり、はんだ付け後にはんだ付け部を共晶点以上の温度雰囲気に曝さない限り充分に使用可能なものである。しかしながら、Ｓｎ−Ｂｉ合金は固くて脆いため、引張り強度や伸び等の機械的特性が満足されない。
ところで、Ｓｎ−Ｚｎ合金は共晶点がＳｎ−９Ｚｎであり、共晶温度は１９９℃であり、従来のＳｎ−Ｐｂ合金はんだの共晶温度に最も近いという点で従来の設備がそのまま使用でき、設備の変更などを要しない優位性を示している。また、Ｓｎ−Ｚｎ合金はＳｎ−Ｐｂ合金はんだよりも機械的強度に優れている。しかしながら、Ｓｎ−Ｚｎ合金は、はんだ付け性があまり良くない。そのため、Ｓｎ−Ｚｎ合金に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｎｉ等を添加したＳｎ−Ｚｎ系合金が多数提案されている。（特開平６−３４４１８０号公報、特開平７−５１８８３号公報、特開平７−１５５９８４号公報等）。
【０００４】
しかしながら、Ｓｎ−Ｚｎ系合金は、はんだ濡れが極端に悪いために、フラックスとしてハロゲン化物を含有する強い活性剤を使用しなければならない。これら活性剤は、残渣として残ると接合の信頼性が損なわれるため、例えば洗浄用として溶剤を大量に使用するため問題がある。また、はんだペーストとした場合には経時変化が大きく、また大気中でのリフローは大量の酸化物が発生するため、はんだ付け性が悪いという問題があった。
以上のような背景から、ハロゲンを含まず、活性が高く、経時変化が起こりにくく、大気中のリフローはんだ付けにおいてもはんだ付けが良好なフラックス及びはんだペーストが強く求められていた。
【０００５】
一方、はんだ用のフラックス等に使用される化合物としては、アビエチン酸、ロジン酸、アジピン酸、セバシン酸、コハク酸、マレイン酸、クエン酸等が知られている（特表平１０−５０５００６号等）。しかしながら、２，４−ジエチルグルタル酸をフラックス剤として使用すること、特に、Ｓｎ―Ｚｎ系の鉛フリ−のはんだ付けのフラックス剤として好適なことは知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、特定な化合物を用いる、鉛フリーはんだ用フラックス及びはんだペースト、特に亜鉛系のはんだ付け用に好適なフラックス及び亜鉛系のはんだペーストを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定のジカルボン酸を含有するフラックス及びはんだペーストがその目的を達成しうることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、次の［１］〜［６］である。
［１］　　２，４−ジエチルグルタル酸を含むことを特徴とするはんだ付け用フラックス。
［２］　　　［１］に記載のはんだ付け用フラックスとはんだ粉末を含有するはんだペースト
［３］　　　はんだ粉末が鉛フリーはんだ合金の粉末である前記［２］記載のはんだペースト。
［４］　鉛フリーはんだ合金がＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金である前記［３］記載のはんだペースト。
［５］　鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けする際に、前記［１］記載のはんだ付け用フラックスを使用することを特徴とするはんだ付け方法。
［６］　前記［３］または［４］記載のはんだペーストを使用してはんだ付けすることを特徴とするはんだ付け方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。本発明のはんだ付け用フラックス及びはんだペーストは、２，４−ジエチルグルタル酸を含有することを特徴とする。
本発明に用いる２，４−ジエチルグルタル酸は、高純度のものが好ましいが、特にその他の成分が入っていても本発明の効果を損なわない範囲であれば構わない。例えば、協和発酵工業（株）開発品純度９５％品が挙げられる。
本発明のはんだ付け用フラックス及びはんだペーストは、前記の２，４−グルタル酸を使用する以外は通常のフラックス及びはんだペーストと同様の組成で作製することができ、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の材料配合することができる。その他の材料としては、例えば、樹脂、溶媒、チキソトロピー性付与剤等通常使用されるものも同様に使用できる。
【０００９】
前記のフラックスに配合される樹脂としては、天然の樹脂、および合成の樹脂が挙げられ、天然の樹脂としては、天然ロジン、不均化ロジン、重合ロジンが挙げられる。またさらに、前記の合成樹脂としては、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル系樹脂等が用いられる。これらの樹脂は、１種または２種以上を配合することができる。前記の樹脂の配合量は、特に限定されないが、通常、フラックス中１００重量部対して、１０〜７０重量部が使用される。
【００１０】
溶剤としては、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類；エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル等の水酸基含有エーテル類；ターピネオール、トルエン、キシレン、テトラリン等の炭化水素系溶剤；等が挙げられる、これらの溶剤は、１種または２種以上を混合して用いられる。
前記の溶剤の配合量は、特に限定されないが、通常、フラックス中１００重量部対して、１０〜７０重量部が使用される。
【００１１】
さらに、はんだペーストの印刷性を改善するために使用されるチクソトロピー性付与剤としては、カスターワックス（硬化ひまし油＝水添ヒマシ油）、蜜ロウ、カルナウバロウ、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸ビスアミド等が挙げられる。前記のチクソトロピー性付与剤の配合量は、特に限定されないが、通常、フラックス中１００重量部対して、０．１〜１０重量部が使用される。
【００１２】
本発明のフラックスにおいては、本発明の効果を損なわない範囲において、必要に応じて、さらに、酸化防止剤、つや消し剤、着色剤、消泡剤、分散安定剤などを添加してもよい。
前記の酸化防止剤としては、例えば、ベンズトリアゾール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ＢＨＴ、トリフェニルホスファイト、ジラウリルチオプロピオネート等の酸化防止剤が挙げられる。
本発明のフラックスの製造方法は、前記の２，４−グルタル酸とそれ以外に、例えば、樹脂、溶剤、チキソトロピー性付与剤等通常使用されるものを所定量均一に配合できる方法であればよい。
その配合方法としては、均一に配合できるものであればよく、例えば、ホモミキサー、混練機、真空撹拌装置、プラネタリーミキサー等の公知の装置を用いて製造することができる。また、配合温度は特に限定されないが、用いる溶剤の沸点より低い温度で、加温して溶解し易くすることが好ましい。
【００１３】
本発明のはんだペーストに用いられるはんだ合金は、鉛フリーであれば良く、特に亜鉛（Ｚｎ）を０．１〜２０重量％、好ましくは０．５〜１０重量％含む亜鉛含有はんだである。このような亜鉛含有はんだには錫−亜鉛系（Ｓｎ−９Ｚｎ）、錫−亜鉛−ビスマス系（Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉ、Ｓｎ−８Ｚｎ−６Ｂｉ、Ｓｎ−１６Ｚｎ−６Ｂｉ、Ｓｎ−１２Ｚｎ−４Ｂｉ、Ｓｎ−１０Ｚｎ−５Ｂｉ、Ｓｎ−１０Ｚｎ−８Ｂｉ）、錫−銀−亜鉛系（Ｓｎ−３．５Ａｇ−１Ｚｎ）、錫−銀−ビスマス−亜鉛系（Ｓｎ−１．５Ａｇ−７Ｂｉ−２Ｚｎ）、錫−ビスマス−銀−インジウム−亜鉛系（Ｓｎ−２．６Ｂｉ−０．５Ａｇ−２Ｉｎ−８．６Ｚｎ）、錫−ビスマス−インジウム−亜鉛系（Ｓｎ−９Ｂｉ−２Ｉｎ−９Ｚｎ）、錫−インジウム−亜鉛系（Ｓｎ−１０Ｉｎ−９Ｚｎ）、錫−インジウム−アンチモン−亜鉛系（Ｓｎ−１０Ｉｎ−２Ｓｂ−８Ｚｎ）、錫−ビスマス−アンチモン−亜鉛系（Ｓｎ−１２Ｂｉ−４Ｓｂ−９Ｚｎ）などが挙げられる。なおここで数字は、金属の配合重量比を表す。これらのはんだ合金にさらに少量成分として、はんだ特性を調整するために、Ｇｅ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐ、Ｓｉ等を１０重量％以下の範囲で含んでいてもよい。
【００１４】
はんだ粉末の形状は、真球、不定形、いずれでも良い。
また、はんだ粉末の粒径は一般に使用されているものであればいずれでも良いが、真球の場合直径２０〜６０μｍのものが、例えば印刷適性等の物性の点から特に好ましい。
【００１５】
はんだペースト用フラックスの配合量は、通常、はんだペーストの全量中に対して、５〜２０重量％、好ましくは、５〜１５重量％である。フラックス含量が、５重量％未満の場合及び２０重量％を超える場合は、必要なはんだ印刷適性が十分満足することができないので、好ましくない。
本発明のはんだペーストの製造方法は、例えば所定量の前記のフラックス、およびはんだ粉末を公知の方法で配合する方法が挙げられる。
混合は、例えば、プラネタリーミキサー等の公知の装置を用いて行われる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のフラックスおよびはんだペーストは、特定のグルタル酸を含有するので、従来公知の技術に比べ、ノンハロゲンでありながら、はんだの高い濡れ性を示し、経時安定性が良く、大気リフロー中においても良好なはんだ付け性を示す。したがって、今後環境汚染に配慮したはんだ材料として好適に使用できる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を具体例を用いて説明する。
実施例１
水添ロジン５５重量部、２，４−ジエチルグルタル酸（協和発酵工業（株）社製開発品、純度９５重量％）０．５重量部、水添ヒマシ油１．０重量部、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、２．５重量部、ベンゾトリアゾール０．５重量部を配合してフラックスを得た。さらに、そのフラックスに、はんだ粉（Ｓｎ―８Ｚｎ−３Ｂｉ；三井金属工業（株）社製、平均粒径２５μｍ）９０重量部を配合して、はんだペーストを得た。
【００１８】
実施例２、比較例１および２
表１に示した組成で実施例１と同様に配合し、実施例２及び比較例１、２のはんだ用フラックスおよびはんだペーストを得た。配合組成および下記に示す評価方法により性能を評価した結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2004058104.tif 000002
【００２０】
用いた試験方法および評価基準は次のとおりである。
試験方法
１．［ぬれ広がり性］
ＪＩＳ　Ｚ　３２８４の附属書１０に準じた。
評価は、以下の１〜４の４段階の広がり度合いの区分表示に従って評価した。
１；はんだペーストから溶解したはんだが試験版をぬらし、ペーストを塗布した面積以上に広がった状態、
２；はんだペーストを塗布した部分はすべてはんだがぬれた状態、
３；はんだペーストを塗布した部分の大半は、はんだがぬれた状態、（ディウエッティングも含まれる。）
４；試験版ははんだがぬれた様子はなく、溶融したはんだは１つまたは複数のはんだボールとなった状態（ノンウエッティング）
２．［絶縁性］
はんだペーストはＪＩＳ　Ｚ　３２８４に基づき絶縁抵抗試験を行った。
○：１０１１Ω以上〜、
△：１０９　Ω以上〜１０１１Ω未満、
×：　　　　　　　　　　　　〜１０９　Ω未満。
３．［粘度の経時安定性］
２５℃で１週間保管したときの粘度と製造直後の粘度の比を指標とした。粘度の測定はＴＡインスツルメンタル社製レオメーター、ＡＲ−１０００を用いて測定した。測定は直径４ｃｍの平行円板を用い、ギャップを７００μｍとし、ずり速度１（ｓｅｃ−１）、温度２５℃で行った。
【００２１】
以上の結果からわかるように、本発明の実施例１、２のフラックス及びはんだペーストは従来のものである比較例１、２と比較して、Ｓｎ−Ｚｎ系のはんだについて高い濡れ性を示し、経時安定性も良く、大気リフロー中においても良好なはんだ付け性を示すことがわかる。