(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロジンと、前記ロジンを鹸化するアミン化合物と、活性剤と、水又は水を主体とする溶媒とを含む水系のはんだ付け用フラックスであって、
前記活性剤として共有結合性有機ハロゲン化合物を用い、さらに界面活性剤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】
前記界面活性剤は、フッ素系界面活性剤である請求項１記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項３】
前記有機ハロゲン化合物は、ジブロモコハク酸、ジブロモブテンジオール、５−ブロモ安息香酸、５−ブロモニコチン酸、５−ブロモフタル酸から選ばれる１種または２種以上である請求項１記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項４】
前記界面活性剤は、フラックスの０．５重量％以下添加されることを特徴とする請求項１ないし３記載のはんだ付け用フラックス。
【請求項５】
前記水を主体とする溶媒として、ブタノールを含有することを特徴とする請求項１ないし４記載のはんだ付け用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、はんだ付け用フラックスに関し、特にロジン系フラックス剤を用いた水系のはんだ付け用フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子部品などをプリント配線板にはんだ付け実装するときに、はんだ付けを確実に行うためにフラックスが用いられている。フラックスは、はんだ付けの際に金属表面の酸化物を除去し、金属表面の再酸化を防止する機能を有し、その特性として１）基板に塗布したときに濡れ性があること、２）はんだ付けの温度で高い活性が得られること、３）はんだ付け後には絶縁性を有することが求められる。
【０００３】
このようなはんだ付け用フラックスには、主として樹脂成分を含有するフラックスと樹脂を含有しないレジンフリーフラックスがあり、樹脂含有フラックスとしてロジンを主成分としたフラックスが多用されている。ロジンとしては天然ロジンの他、重合ロジンや水添ロジン、酸変性ロジンのようなロジン誘導体が使用される。フラックスには通常これらロジンの他に、活性剤として、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機酸、有機アミンなどが添加され、これらをイソプロピルアルコールのような有機溶剤で希釈して液状としている。
【０００４】
しかし近年環境保護の観点から揮発性有機溶剤（VOC）の使用を削減することが要請されており、この要請に応えるものとして、フラックスについてもイソプロピルアルコール等有機溶剤を使用しない水系のフラックスが開発されている（特開平８−１３２２８２号、特開平９−１３８７号、特開平９−１９２８８２号、特開平１１−１０３８８号）。
【０００５】
これら水系のフラックスでは、ロジンまたは変性ロジンをアミンまたはアンモニアで鹸化（中和）したロジンを使用することにより、水または水を主体とする水系溶剤の使用を可能にしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水系フラックスでは、溶剤を除いた成分が水溶性であるため、はんだ付け後に基板上に残ったフラックス成分の防水性が悪く、結果としてイオンマイグレーションを生じ絶縁性が悪くなるという問題がある。この問題は、特に、活性剤としてジカルボン酸やアミンのハロゲン化水素酸のようなイオン結合性活性剤を用いている場合に顕著となる。
【０００７】
またロジン又はその誘導体をアミンでアルカリ化した場合、フラックスに添加したアミン成分に起因してはんだ付け時に悪臭が発生するという問題もある。
【０００８】
そこで本発明は、はんだ付け後のマイグレーションによる絶縁破壊の問題がない水系フラックスを提供することを目的とする。また本発明は、はんだ付け時のＶＯＣの発散や悪臭の発生を防止することを可能にした水系フラックスを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らは水系のはんだ付け用フラックスに添加する活性剤及び添加剤について鋭意研究した結果、活性剤として有機結合性（共有結合性）のハロゲン化物を界面活性剤とともに用いることにより、はんだ付け時の濡れ性及び活性に優れ、しかもはんだ付け後において防湿の問題がなく絶縁性に優れた水系フラックスが得られることを見出した。またロジンとして、特定のロジンを組み合わせて用いたときに、特に絶縁性が優れることを見出した。
【００１０】
即ち、本発明のはんだ付け用フラックスは、ロジンと、前記ロジンを鹸化するアミン化合物と、活性剤と、水又は水を主体とする溶媒とを含む水系のはんだ付け用フラックスであって、活性剤として共有結合性有機ハロゲン化合物を用い、さらに界面活性剤を添加したことを特徴とする。
なお、本発明のフラックスにおける「水系」の意味は、水又は水を主体とする溶媒を除いた残り成分の全体が水溶性である、と言うことである。
【００１１】
以下、本発明のはんだ付け用フラックスについて詳細に説明する。
本発明のフラックスは、鹸化ロジンを樹脂成分として含有する。鹸化前のロジンとしては、重合ロジン、不均化ロジン、水添ロジン、フェノール変性ロジン、マレイン酸変性ロジン、フマル酸変性等のロジン変性誘導体を用いることができ、これらは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。水ぬけ性及び絶縁性を考慮して２種以上を組み合わせることが好ましい。
【００１２】
また一般に軟化点の低いロジンを使用した場合には、はんだ付け後のフラックス残渣がベタ付き、作業上問題になり、軟化点の高いロジンを使用した場合には、フラックス残渣が割れやすいという問題があるので、軟化点の異なるロジンを組み合わせて用いることが好ましい。
【００１３】
本発明のフラックスにおいて最も好ましい組み合わせとして、共に絶縁性が高く、比較的低い軟化点（７０℃程度）の水添ロジンと高い軟化点（１４０℃）のフマル酸変性ロジンとの組み合わせが挙げられる。
【００１４】
上記ロジンは、フラックス中に含有されるアミン化合物によって鹸化され、鹸化ロジンとしてはんだ付けに供される。
【００１５】
上記ロジンを鹸化するアミン化合物としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリイソプロピルアミン等の炭素１〜９のアルキルアミンを用いることができ、好ましくはトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミンのような三級アミン、より好ましくはトリエチルアミンを用いる。
【００１６】
上述したようにアミン化合物は、ロジンを鹸化するために添加されるが、ロジンの鹸化に用いられなかった過剰のアミンがフラックス中に存在すると、それらがはんだ付けの際に分解し、環境汚染及び悪臭の原因となる。従ってアミン化合物の含有量は、ロジンを１００％鹸化する量を上限とすることが好ましい。ロジンの鹸化度は１００％以下でもよく、ロジンが水溶性となる程度に鹸化されていればよい。アミン化合物の含有量は、ロジンの酸価によっても異なるが、環境面及び臭いの問題を考慮し、３〜６重量％、好ましくは４〜５重量％とする。
【００１７】
本発明において活性剤としては、共有結合性の有機ハロゲン化合物を使用する。ここで共有結合性の有機ハロゲン化合物とは、ハロゲン元素が有機化合物中に共有結合によって導入されている化合物を意味する。このような有機ハロゲン化合物の使用は、有機溶剤系のフラックスにおいて提案されているが（特開平１０−１２８５７３号）、これらは通常、水又は水を主体とする溶剤には溶解しにくく、またはんだ付け時に高い活性を得ることが困難であるが、本発明においては特定の有機ハロゲン化合物を用いるとともに界面活性剤を併用することによって、高い活性と、水系溶剤への溶解性を得ることができる。
【００１８】
本発明において用いられる有機ハロゲン化合物としては、カルボキシル基、水酸基等の親水基を有する炭素数８以下のハロゲン化合物であって、ハロゲンが塩素又は臭素、好ましくは臭素であるものが挙げられる。具体的には、１−ブロモ−ブタノール、１−ブロモ−２−プロパノール、３−ブロモ−１−プロパノール、３−ブロモ−１,２−プロパンジオール、１，４−ブロモ−２−ブタノール、１，３−ジブロモ−２−プロパノール、２，３−ジブロモ−１−プロパノール、１，４−ジブロモ−２，３−ブタンジオール、２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４，−ジオール、１−ブロモ−３−メチル−１−ブテン、１，４−ジブロモブテン、１−ブロモ−１−プロペン、２，３−ブロモプロペン、ブロモ酢酸エチル、２，３−ジブロモコハク酸、２−ブロモコハク酸、５−ブロモサリチル酸、５−ブロモニコチン酸、４−ブロモ無水フタル酸等の臭化物、或いは臭素が塩素に置き換わったものが挙げられる。
【００１９】
これらは１種または２種以上を混合して用いることができる。特に水酸基を２以上有する化合物とカルボキシル基を有する化合物を組み合わせて用いることが好ましい。このような組み合わせとして、例えばジブロモブテンジオールとジブロモコハク酸が挙げられる。
【００２０】
有機ハロゲン化合物は、フラックス中の含有量が多すぎるとはんだ付け時の熱で分解し、ハロゲンがイオン化するため絶縁性が低下し、また含有量が少なすぎるとはんだ付け性が低下する。従って、フラックス全量の０．０５〜５重量％、好ましくは０．１〜３重量％用いる。水酸基を２以上有する化合物とカルボキシル基を有する化合物を組み合わせて用いる場合、前者と後者との割合は、重量比で５０：１〜１：１、好ましくは２０：１〜５：１とする。
【００２１】
本発明において、界面活性剤は水系フラックスに濡れ性を付与するとともに、上述した共有結合性の有機ハロゲン化合物と併用することによってこれら有機ハロゲン化合物の水系フラックス中での活性を高めるもので、アニオン性、カチオン性、ノニオン性いずれの界面活性剤も使用可能であるが、特に疎水基がフッ素系であるノニオン性の界面活性剤が好ましい。
【００２２】
界面活性剤は、フラックス全量の０．０１〜１．０重量％添加することができる。好適には０．０５〜０．５重量％の範囲とする。
【００２３】
本発明のはんだ付け用フラックスは、上述したロジン、アミン化合物、活性剤としての有機ハロゲン化合物及び界面活性剤を、水を主体とする溶剤に溶解することによって得られ、この際、ロジンがアミン化合物によって鹸化される。
【００２４】
溶剤としては、水のみでもよいが、低級アルコール等沸点が１００℃以下の有機溶剤を加えてもよい。有機溶剤は、ロジンや活性剤の溶解補助剤として機能し、環境面、臭いの点からアミン化合物の添加量を最小とした場合にも、ロジンや活性剤が室温放置時に析出するのを防止することができる。
【００２５】
このような有機溶剤として、具体的にはエタノール、プロパノール、ブタノールが挙げられるが、特にブタノールが好ましい。上述したようにロジンの鹸化に用いられなかった過剰のアミンがフラックス中に存在すると、はんだ付けの際に悪臭が発生するという問題があるが、有機溶剤としてブタノールを用いることにより、悪臭を防止することができる。これは、ブタノールによってアミンに起因する臭いがマスクされるためと考えられる。
【００２６】
さらに本発明のはんだ付け用フラックスは、上述した成分の他、必要に応じてパルミチン酸等のつや消し剤などを添加することが可能である。
【００２７】
以上のように構成される本発明のはんだ付け用フラックスは、使用に際しては作業性のよい軟化性を示し、濡れ性が良好で、高い活性を有する。また悪臭の発生が極めて少なく、水系であるためＶＯＣ発散の問題もない。更にはんだ付け後には、高い絶縁性を維持することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明のはんだ付け用フラックスの実施例を説明する。
【００２９】
実施例１
溶媒として純水を用い、下記配合比で、原料を混合し、フラクッス試料を作成した。なおロジンは、水添ロジンとフマル酸変性ロジンとを混合して用いた。
純水                            82.3部
トリエチルアミン                 5.0 部
ロジン                           9.5 部
２，３−ジブロモブテンジオール   1.0 部
ジブロモコハク酸                 0.1 部
艶消し剤                         2.0 部
フッ素系界面活性剤               0.1 部
【００３０】
実施例２
溶媒として純水とブチルアルコールを用い、下記配合比で、原料を混合し、フラクッス試料を作成した。ロジンは、実施例１と同様に水添ロジンとフマル酸変性ロジンとを混合して用いた。
純水                            79.3部
ブチルアルコール                 4.0 部
トリエチルアミン                 4.0 部
ロジン                           9.5 部
２，３−ジブロモブテンジオール   1.0 部
ジブロモコハク酸                 0.1 部
艶消し剤                         2.0 部
フッ素系界面活性剤               0.1 部
【００３１】
実施例３〜５
実施例２のジブロモコハク酸の代わりに、５−ブロモ安息香酸（実施例３）、５−ブロモニコチン酸（実施例４）、５−ブロモフタル酸（実施例５）をそれぞれ用い、それ以外は実施例２と同様にしてフラックス試料を得た。
【００３２】
比較例１
アミン化合物として実施例１のトリエチルアミン（５部）の代わりにモノエタノールアミン（６部）を用いて、その他の成分は実施例１と同様にしてフラックス試料を得た。
【００３３】
比較例２
ハロゲン化合物として実施例１の２．３ジブロモブテンジオール及びジブロモコハク酸（合計３．５部）の代わりにイオン結合性ハロゲン化合物であるブチルアミンＨＢｒを用いて、その他の成分は実施例１と同様にしてフラックス試料を得た。
【００３４】
比較例３
ハロゲン化合物を用いることなく、それ以外は実施例１と同様にしてフラックス試料を得た。
【００３５】
比較例４
界面活性剤を用いなかった以外は実施例１と同様にしてフラックス試料を得た。
【００３６】
実施例１〜５及び比較例１〜４で得たフラックス試料について次の項目を評価した。結果を表１に示す。
【００３７】
１）液の安定性
原料を溶媒に溶解した後、密封容器に移し、室温にて２４時間放置し、沈殿物や濁りがでたものを不合格とした。
２）濡れ性
JIS-Z-3197に準じたウェッティングバランス法により、フラックスが付着した試験片が溶融はんだ面に接したときから濡れ終了までの時間を測定し、濡れ終了時間（濡れ速度）が３秒以内を合格、３秒以上を不合格とした。
３）はんだ付け後の絶縁性
イソプロピルアルコールで表面を清浄にしたJIS-2櫛形電極上にフラックスを0.1ml滴下し、100℃に設定した電気オーブン中で5分間加熱したものを試験片とした。この試験片を25℃、70％RHに設定した恒温恒湿槽内に結線し、100VDCで絶縁抵抗値を測定した。測定値が１×1010Ω以上のものを合格とした。
４）臭い
臭いについては室温で刺激臭の有無を確認した。またはんだ付け工程における予熱部（加熱温度80〜90℃）において揮発した成分についても同様に刺激臭の有無を確認した。いずれの場合にも、刺激臭がないか、殆ど感じなかった場合を良（○）、それ以外を不良（△）とした。
【００３８】
【表１】
0004505125.tif 000002
【００３９】
表１に示す結果からもわかるように、アミン鹸化ロジンを用いたフラックス中に共有結合性ハロゲン化合物と界面活性剤を含有せしめることにより、すべての評価項目において優れた特性を有するフラックスを得ることができた。また溶媒として水に少量のブチルアルコールを加えることにより、アミン化合物に起因する臭いを効果的に防止することができた。
【００４０】
一方、アミン化合物として１級アミンを用いた場合や（比較例１）、イオン結合性ハロゲン化合物を用いた場合には（比較例２）、十分な絶縁性を得ることができなかった。またハロゲン化合物を添加しない場合には（比較例３）は絶縁性は得られたが、濡れ性が悪かった。また界面活性剤を用いなかった場合にも（比較例４）、十分な絶縁性を得ることができなかった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のはんだ付け用フラックスは、有機ハロゲン化合物と界面活性剤とを併用したことにより、フラックス塗布時の濡れ性に優れ、はんだ付け時に高い活性が得られる。またはんだ付け後には安定した防湿性及び絶縁性を保つことができる。さらに水系であるためＶＯＣ発散による環境汚染の問題が低減される。