(57)【要約】【課題】錫と亜鉛を主成分とするはんだを用いてフローはんだ付けを行なう際にフラックスとして用いた場合に、はんだ付けする時に基板表面のフラックス残渣層中にクモの巣状のはんだ付着物の残留がなく、はんだ付けしたのちもはんだ接合部の高温高湿条件下での酸化劣化が抑制され、接合信頼性の高いはんだ付け用フラックス組成物を提供する。【解決手段】ベース樹脂、活性剤、溶剤、および他の添加剤からなるフラックス組成物において、メルカプト基含有ベンゾチアゾール化合物、メルカプト基含有チアジアゾール化合物、タンニン酸からなる群より選択される有機キレート化剤を添加することによって、酸化劣化を防止する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線基板を錫と亜鉛を主成分とするはんだの噴流波に接触させてはんだ付けする際に用いるフラックスが、メルカプト基含有ベンゾチアゾール化合物、メルカプト基含有チアジアゾール化合物、タンニン酸からなる群より選択される有機キレート化剤を含むことを特徴とするはんだ付け用フラックス組成物。
【請求項２】
前記有機キレート化剤の配合割合が、フラックス組成物全体の０．０１〜５重量％の範囲であることを特徴とする請求項１記載のはんだ付け用フラックス組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉛系はんだ、特に錫と亜鉛を主成分とするはんだを用いてフローはんだ付けする際に用いるはんだ付け用フラックス組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある物体とその物体よりも融点の低い物質を用いた接合技術としてのはんだ接合は古くから使用されており、電子機器の接合においても、マイクロプロセッサ、メモリ、抵抗、およびコンデンサなどの半導体素子や電子部品と実装基板との接合をはじめとして幅広く用いられている。はんだ接合は、部品を基板に固定するだけでなく、導電性を有する金属をはんだに含有させることにより電気的接合も兼ね備えている点に特長を有する。今日、パーソナルコンピュータ、携帯電話などに代表されるパーソナル機器の急激な普及が進むにつれ、電子部品の実装技術におけるはんだ接合はますますその重要性が増大している。
【０００３】
従来、最も多く用いられているはんだは、錫・鉛系共晶はんだであった。この錫・鉛系共晶はんだは、銅板に対するぬれ性が優れ、しかも融点が１８３℃と低く、実用に極めて適している。しかし、錫・鉛系共晶はんだに含まれる鉛は、人体に対し有害であることが知られるようになり、錫・鉛系共晶はんだに代わる、鉛を含まない、いわゆる鉛フリーはんだの開発が急務とされている。
【０００４】
現在、鉛フリーはんだとしては、錫・銀系合金、錫・亜鉛系合金等が主に検討されている。いずれの合金も従来の錫・鉛系共晶はんだに較べ融点が高いが、特に錫・銀系合金は、共晶点が２２１℃と高く、接合の際のはんだ付け温度により、電子部品の熱損傷の問題が発生する恐れがある。これに対して錫・亜鉛系合金の共晶点は１９９℃であり、錫・銀系合金に比較するとはんだ付け温度を低く設定でき、電子部品の熱損傷の発生を防止できる。また、コスト的にも優れている。
【０００５】
しかし、亜鉛は活性な金属種であることから酸化し易く、錫・亜鉛系合金を用いてフローはんだ付けする場合には酸素濃度を低く抑えた窒素雰囲気ではんだ付けする必要がある。また、フローはんだ付けしたのちの基板のはんだ接合部が高温高湿条件下において酸化が進み易く、それにより接合信頼性が低下するという問題が生じている。従って、錫・亜鉛系合金を用いてフローはんだ付けを行なう場合には、はんだ付けした後のはんだ接合部の金属腐食を抑制するための手段が必要となり、この腐食抑制のために例えば、フローはんだ付けに用いるフラックス組成の改良などが考えられる。
【０００６】
はんだ付け用フラックスは、はんだ付けを行なう際に、はんだ付け部分の酸化を防止し、金属表面の酸化物を除去してはんだ付けを促進する働きをする。また、はんだ付けしたのちのフラックス残渣の特性としては、はんだ付け部の金属を腐食させないこと及び絶縁不良等を起こさず電気的信頼性が高いことが要求されている。
【０００７】
一般に、フローはんだ付けに用いられるフラックス組成物は、基本としてベース樹脂と活性剤から構成されている。ベース樹脂としては、ロジンが用いられる。活性剤としては、有機アミンのハロゲン化水素酸塩または有機酸が用いられる。これらの成分の中には、はんだ付けしたのちも残留してはんだ付け部の金属を腐食させるものがあるため、はんだ付け用フラックスに金属の腐食抑制剤を添加したものが提案されている。
【０００８】
従来、フラックス中に２位にアルキル基を有するベンズイミダゾール化合物を活性剤として添加することにより、優れたはんだ付け性を維持しながらはんだ付け部の金属（銅電極など）の腐食を防止することが知られている（特許文献１参照）。
また、フラックス中にベンズイミダゾール化合物、イミダゾールチオール化合物、トリアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、ベンゾオキサゾール化合物などの腐食抑制剤を添加することにより、優れたはんだ付け性を維持しながらはんだ付け部の金属（銅電極など）の腐食を防止することが知られている（特許文献２参照）。ただし、銅に対する腐食抑制効果が著しく高いベンゾトリアゾール化合物は、はんだ付け性を阻害するという理由から除外されている。
また、フラックス中にベンゾトリアゾールのマレイン酸付加物を含むことにより、銅に対する腐食防止と優れたはんだ付け性の両立を図ることが知られている（特許文献３参照）。マレイン酸付加物を使用する理由は、ベンゾトリアゾールの添加によってはんだ付け性が著しく低下するのを防ぐためである。これらの腐食抑制剤は銅に対しては優れた腐食抑制効果を発揮することが知られている。しかし、はんだ付けしたのちの錫・亜鉛系はんだによる接合部の高温高湿条件下での酸化劣化もしくは腐食を抑制するには効果が不十分であるという問題がある。
【０００９】
錫・亜鉛系はんだ合金において高温高湿条件下で酸化劣化が進み易いのは、錫に比べてより活性な金属種である亜鉛相の部分である。従来から亜鉛の腐食防止技術としては、クロム酸を含む化合物を用いた表面処理であるクロメート処理が知られている。しかし、近年の環境問題からクロムに関する規制が大幅に強化されつつあり、クロムを用いない材料が種々検討されている。この点に関して、亜鉛の白錆防止を目的とする腐食抑制剤としてチオ尿素化合物、チオグリコール酸化合物等が有効であることが知られている（非特許文献１参照）。これらは亜鉛の腐食抑制剤としてクロム酸塩の代替品として有望であるが、非常に活性が高く金属との反応性に富んでいる。そのため、錫・亜鉛系はんだを用いてフローはんだ付けを行なう際に用いられるフラックスの成分として添加した場合、フローはんだ付けする時にこれらの物質とはんだの飛沫とが反応して有機金属錯体を形成し、基板表面に残存するベース樹脂を主体としたフラックス残渣層に取り込まれてクモの巣状のはんだ付着物として残留する恐れがある。このクモの巣状のはんだ付着物は、はんだ付けした基板の外観を損なうばかりではなく、基板に搭載している電子回路の短絡を引き起こす恐れも大きく、電子機器誤動作の原因ともなる。
【特許文献１】特開平５−２３７６８８号公報
【特許文献２】特開平６−１５４８３号公報
【特許文献３】特開平６−２４６４８１号公報
【非特許文献１】Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，３４（３），ｐｐ９８（１９７８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、錫と亜鉛を主成分とするはんだを用いてフローはんだ付けを行なう際に、はんだ付け時に基板表面のフラックス残渣層中にクモの巣状のはんだ付着物の残留がなく、はんだ付けした後もはんだ接合部の高温高湿条件下での酸化劣化を抑制し、接合信頼性の高いはんだ接合を実現するフローはんだ付け用フラックス組成物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】
【００１１】
本発明は、プリント配線基板を錫と亜鉛を主成分とするはんだの噴流波に接触させてはんだ付けする際に用いるフラックスが、メルカプト基含有ベンゾチアゾール化合物、メルカプト基含有チアジアゾール化合物、タンニン酸からなる群より選択される有機キレート化剤を含む組成物であることを特徴としている。
【００１２】
また、前記発明において前記有機キレート化剤の配合量は、フラックス組成物全体に対して、０．０１〜５重量％の範囲とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るはんだ付け用フラックス組成物を錫と亜鉛を主成分とするはんだを用いてフローはんだ付けを行なう際に用いるフラックスとして用いた場合、はんだ付けする時に基板表面のフラックス残渣層中にクモの巣状のはんだ付着物の残留がなく良好なはんだ付け性が得られるとともに、はんだ付けした後もはんだ接合部の高温高湿条件下での酸化劣化が抑制されるので接合信頼性の低下がなく、優れた信頼性を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らが鋭意検討した結果、錫と亜鉛を主成分とするはんだを用いてフローはんだ付けする際に用いるはんだ付け用フラックスに、メルカプト基含有ベンゾチアゾール化合物、メルカプト基含有チアジアゾール化合物、タンニン酸からなる群より選択される有機キレート化剤をフラックス成分として添加することにより、はんだ付けする時に基板表面のフラックス残渣層中にクモの巣状のはんだ付着物の残留がなく、はんだ付けしたのちもはんだ接合部の高温高湿条件下での酸化劣化が抑制され、優れた接合信頼性を保持できることを見出した。以下、実施の形態を挙げて本発明を説明する。
【００１５】
本発明において用いられる有機キレート化剤は、メルカプト基含有ベンゾチアゾール化合物、メルカプト基含有チアジアゾール化合物、タンニン酸からなる群より選択される有機キレート化剤である。
【００１６】
メルカプト基を含有するベンゾチアゾール化合物もしくはチアジアゾール化合物としては、２−メルカプトベンゾチアゾール、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール等が挙げられる。これらの化合物は錫・亜鉛系はんだによる接合部の高温高湿条件下での酸化劣化もしくは腐食を抑制する効果があり、また、はんだ付けする時に基板表面のフラックス残渣層中にクモの巣状のはんだ付着物を残留させないので好適に使用することができる。
【００１７】
メルカプト基を含有するアゾール化合物であっても、２−メルカプトベンズイミダゾール、２−メルカプト−１−メチルイミダゾール、３−アミノ−５−メルカプトトリアゾール、２−メルカプトベンゾオキサゾール等の有機キレート化剤は、はんだ付けしたのちの錫・亜鉛系はんだによる接合部の高温高湿条件下での酸化劣化もしくは腐食を抑制する効果が不十分なので好ましくない。
【００１８】
本発明において用いられるタンニン酸とは、没食子酸のデプシド（フェノール酸の分子間エステル化合物、ｍ−ガロイル没食子酸ともいう）を主成分とするピロガロール系のタンニン物質である。タンニン酸としては、デプシド、中国産タンニン酸、トルコ産タンニン酸等が挙げられる。タンニン酸は皮膜形成能に優れ、錫・亜鉛系はんだに対する腐食を抑制する効果を有する。しかも、はんだ付けする時に基板表面のフラックス残渣層中にクモの巣状のはんだ付着物を残留させない。
【００１９】
同じタンニン物質であっても、カテコール系の縮合型タンニン（ケプラッチョなど）や没食子酸等は、錫・亜鉛系はんだに対する腐食抑制効果が不十分なので好ましくない。
【００２０】
本発明のはんだ付け用フラックス組成物は、一般的なフラックスと同様に、ベース樹脂、活性剤及び溶剤を用いてその主体を構成することができ、このようなフラックス主体に前記のメルカプト基含有ベンゾチアゾール化合物、メルカプト基含有チアジアゾール化合物、タンニン酸からなる群より選択される有機キレート化剤を配合したものである。
【００２１】
本発明に係る有機キレート化物剤の配合割合は、フラックス組成物全体の０．０１〜５重量％の範囲が適切であり、さらに好ましくは０．１〜２重量％の範囲である。０．０１重量％未満では錫・亜鉛系はんだに対する腐食抑制効果が不十分であり、５重量％を越えると、はんだの濡れ性が低下する恐れがある。
【００２２】
フラックスの主体を構成する成分の一つであるベース樹脂としては、ガムロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン及びその他の各種ロジン誘導体や、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂等の合成樹脂が挙げられる。ベース樹脂の配合割合は、概して、フラックス全体の５〜３０重量％とするのが好ましい。
【００２３】
フラックスの主体を構成する成分の一つである活性剤としては、ヘキシルアミン、ジオクチルアミン、トリエチルアミン等の有機アミン類、ギ酸、酢酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸、安息香酸等の有機モノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、フマール酸、マレイン酸等の有機ジカルボン酸及びその無水物、アニリン臭化水素酸塩、イソプロピルアミン塩酸塩、エチルアミン塩酸塩、ジエチルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩等のアミンハロゲン化水素酸塩、及びハロゲン化炭化水素などが挙げられる。活性剤の配合割合は、概して、フラックス全体の０．００１〜１０重量％とするのが好ましい。
【００２４】
フラックスの主体を構成する成分の一つである溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、芳香族系の溶剤が使用でき、例えば、ベンジルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール、テルピネオール、トルエン、キシレン、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、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等を使用することができる。溶剤の配合割合は、フラックス全体の６０〜９５重量％とするのが好ましい。
【００２５】
なお、本発明のはんだ付け用フラックス組成物には、必要に応じて艶消し剤、界面活性剤、酸化防止剤、難燃剤、あるいはプリント配線基板に黴の発生を防止するための防黴剤等を配合しても差し支えない。
【００２６】
本発明で用いられる錫と亜鉛を主成分とするはんだの合金組成は、錫及び亜鉛の含有量について特に限定されるものではなく、はんだとしての適切な特性を有するものであればよい。また、錫及び亜鉛以外の他の金属（銀、銅、アルミニウム、ビスマス、インジウム、ニッケル等）を適宜添加してもよく、その種類及び量についても、何ら限定されるものではない。例えば、錫−亜鉛二元合金、錫−亜鉛−ビスマス合金、錫−亜鉛−アルミニウム合金等の三元合金、錫−亜鉛−ビスマス−インジウム合金等の四元合金を本発明に係るはんだとして好適に使用することができる。これらの錫・亜鉛系はんだの中でも、錫−亜鉛共晶はんだ合金が特に好ましく使用することができる。二元合金のためフローはんだ槽内のはんだ合金組成を管理し易いためである。
【００２７】
本発明のフラックス組成物は、フローはんだ付けに用いるフラックスだけでなく、例えば鏝付け法に用いる脂入り糸はんだのフラックス、リフロー法に用いるはんだペーストのフラックスなどにも使用可能である。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。なお、本発明は、下記実施例に制限されるものではない。
【００２９】
（実施例１〜３、比較例１〜４）
［フラックスの調製］
表１に示す配合割合（重量％）に従って、以下に示す各成分をフラックスの原料として配合して容器に仕込み、均一に攪拌混合して、実施例１〜３、比較例１〜４のはんだ付け用フラックス組成物を調製した。
ベース樹脂：ガムロジン
溶剤：イソプロピルアルコール
活性剤：ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、アジピン酸
有機キレート化剤Ａ：２−メルカプトベンゾチアゾール
有機キレート化剤Ｂ：２，５−ジメルカプト−１．３．４−チアジアゾール
有機キレート化剤Ｃ：タンニン酸
２−メルカプトベンズイミダゾール
タンニン（ケプラッチョ）
チオグリコール酸化合物：１，２，６−ヘキサントリオールトリチオグリコレート
【００３０】
［フラックスの評価］
このようにして調製した実施例１〜３、比較例１〜４のはんだ付け用フラックス組成物をスプレー塗布により、電子部品（ＤＩＰ、ＱＦＰなど）を搭載したプリント配線基板に塗布し、自動はんだ付け装置により錫−亜鉛共晶はんだを用いてフローはんだ付けを行なった。その後、はんだ付けしたのちのプリント配線基板を用いて下記のような評価試験を行なった。
（１）クモの巣状はんだ付着物の評価
はんだ付けしたのちの基板表面を観察し、フラックス残渣層中にクモの巣状のはんだ付着物が残留していなかった場合を「○」、残留していた場合を「×」で評価した。
（２）はんだ付け性の評価
ＤＩＰやＱＦＰのはんだ接合部のはんだ付け状態を観察し、フィレットの形状により「○」、「△」、「×」ではんだ付け性の評価を行なった。
（３）高温高湿試験後のはんだ接合部の酸化劣化の評価
はんだ付けしたのちの基板を用いて８５℃／８５％ＲＨの高温高湿試験を実施し、１０００時間後のＤＩＰの錫−亜鉛はんだ接合部をＳＥＭにより断面観察し、「○」、「△」、「×」で酸化劣化の進み具合を評価した。
（４）高温高湿試験後のはんだ接合強度の評価
８５℃／８５％ＲＨの高温高湿試験後及び試験前（初期状態）のＱＦＰのリード接合強度をリードプル試験法により測定し、高温高湿試験１０００時間経過後の接合強度の初期値に対する低下率を求めた。
【００３１】
得られた評価結果を、下記表１に示す。
【００３２】
【表１】
2007095939.tif 000002
【００３３】
表１に示されるように、実施例１〜３のはんだ付け用フラックスを用いた場合は、はんだ付けする時に基板表面のフラックス残渣層中にクモの巣状のはんだ付着物の残留がなく、はんだ付け性も良好であり、しかも、はんだ付けしたのちもはんだ接合部の高温高湿条件下での酸化劣化が抑制され、優れた接合信頼性が保持できることがわかる。
【００３４】
これに対して、有機キレート化剤を添加しない場合（比較例１）及び錫・亜鉛系はんだに対する腐食抑制効果の不十分な有機キレート化剤を添加した場合（比較例２、３）には、はんだ接合部の高温高湿条件下での酸化劣化が進み、接合強度が低下することがわかった。また、亜鉛に対する腐食抑制効果が非常に高いチオグリコール酸化合物を添加した場合（比較例４）には、クモの巣状のはんだ付着物が発生し易く、はんだ付け性も低下することがわかった。
【００３５】
（実施例４〜６、比較例５〜６）
［フラックスの調製］
有機キレート化剤の適正な配合量を検討するために、有機キレート化剤Ａの配合量を種々変更して上記実施例１と同様にフラックスの評価を行なった。すなわち、表２に示す配合割合（重量％）に従って、上記実施例１と同様にしてはんだ付け用フラックス組成物を調製した。このようにして調製したフラックス組成物をプリント配線基板に塗布して上記実施例１と同様にしてフローはんだ付けを行ない、はんだ接合部の評価を行なった。得られた評価結果を、下記表２に示す。
【００３６】
【表２】
2007095939.tif 000003
【００３７】
上記表２の結果から明らかなように、本発明のフラックス組成物における有機キレート化剤の配合量としては、０．０１〜５重量％の範囲が適切であることが判明した。
【００３８】
上記実施例４〜６においては、有機キレート化剤として、２−メルカプトベンゾチアゾールを用いた例を示したが、他の有機キレート化剤である２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、あるいはタンニン酸を用いてもほぼ同様の結果が得られた。