(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロジンまたは／および変性ロジンと活性剤を含有し、更にメルトフロ−レ−ト５００g／10min以上のエチレン・酢酸ビニル共重合体を１〜５０重量％含有することを特徴とするフラックス。
【請求項２】
脂肪酸アミドまたは／および脂肪酸ビスアミドを５〜３０重量％含有する請求項１記載のフラックス。
【請求項３】
請求項１または２記載のフラックスの溶剤希釈液と粉末はんだを混合して成るはんだペ−スト。
【請求項４】
請求項１または２記載のフラックスを用いてはんだ付けを行い、はんだ付け後のフラックス残渣を絶縁皮膜として残すことを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項５】
請求項３記載のはんだペ−ストを用いてはんだ付けを行い、はんだ付け後のフラックス残渣を絶縁皮膜として残すことを特徴とするはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はフラックス及びそのフラックスを使用したはんだペ−スト並びにそのフラックス等を用いてはんだ付けする方法に関し、特に、回路基板への電子部品のはんだ付けをフラックス残渣無洗浄で行うのに有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
はんだ付けにおいてフラックスは不可欠であり、母材表面の酸化膜を除去して清浄にし、母材表面やはんだ表面に空気遮断膜を形成して酸化を防止し、はんだの界面張力を減少して濡れ性を高める等の作用を呈する。
【０００３】
このフラックスの主成分にはロジンが使用されているが、ロジンのみでは、活性力が弱く、上記の作用を充分に達成し難いので、有機アミンのハロゲン化水素酸塩、有機酸、有機酸と有機アミンの塩等の活性剤を添加している。
【０００４】
しかし、活性剤添加のもとでは、はんだ付け後のフラックス残渣と母材との錯化物生成反応による導体の侵食が避けられないので、旧来では、フラックス残渣をフロン系洗浄液で洗浄除去していた。
【０００５】
而るに、近来、フロン化合物のオゾン層破壊による地球環境破壊が地球規模のもとで問題視されるに至り、代替洗浄液としてアルコ−ル（主にイソプロピルアルコ−ル）、水（水溶性フラックスの使用またはケン化剤の添加が必要となる）、準水系洗浄液、分子中に水素原子を含む代替フロン（例えば、ＨＣＦＣ−２２５）等の使用が検討されているが、アルコ−ルでは引火点が低く危険であり、水または準水系ではやっかいな排液処理を必要とし、また、微細部分の乾燥が容易ではなく、更に、高コストの特殊な洗浄装置（例えば、超音波洗浄装置）を必要とし、代替フロンでは、オゾン破壊係数及び地球温暖化係数が０乃至僅小であることが要求され高価である等の問題がある。
【０００６】
而して、無洗浄フラックスの実用化が検討されつつあり、フラックス残渣による母材（導体）の腐食を防止し得る耐腐食性フラックスの提案（特開平３−２３８１９５号公報、特公４−３３５５７号公報等）、インサ−キットテスタのプロ−ブピン接触不良回避のための低固形分化フラックスの提案等がなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等においては、無洗浄フラックスの実用化にあたって解決しなければならない課題として、回路基板使用中でのヒ−トサイクルに基づくフラックス残渣のクラックに起因して発生するマイグレ−ションがあることを知った。
【０００８】
すなわち、回路基板使用中でのヒ−トサイクルによりフラックス残渣に熱応力クラックが発生し、このクラックで吸湿水分とフラックス残渣からの溶出イオン（例えば、ハロゲンイオン）のために電解質溶液が生成され、回路基板の電圧印加下、この電解質溶液に微弱電流が流れ、その結果、陽極側の導体が電気分解反応により溶出され、この溶出導体材イオンが陰極側導体において放電し析出し、この導体材原子が陽極側に向い樹枝状に成長し、遂には、両導体間が短絡するに至る場合があり、現に、間隔が０．５ｍｍの厚膜法による銀電極間に、通常のリフロ−用フラックス（後述の比較例２）を塗布乾燥し、電極間に跨ってクラックを形成し、温度４０℃、相対湿度９２％のもとで、直流電圧１００ボルトを１０００時間印加後観察したところ、マイグレ−ションが発生していた。
【０００９】
そこで、本発明者等においては、かかるフラックス残渣のヒ−トサイクル下でのクラックの発生を防止するための手段を鋭意究明した結果、メルトフロ−レ−トが５００g／10min以上のエチレン・酢酸ビニル共重合体をフラックスに含有させることが有効であることを知った。
【００１０】
従来、メルトフロ−レ−トが低い高分子量のエチレン・酢酸ビニル共重合体をフラックスの一成分として使用することは公知である。
例えば、特開昭５８−７７７９１号公報には「フラックス組成物を支持体フィルム上に塗布形成し、熱圧によりこの塗布フラックスを回路基板上に転写し、更に配線基板にその転写フラックスを固定剤として電子部品を仮固定し、ついでフロ−法により電子部品のはんだ付けを行う方法において、フラックスにエチレン・酢酸ビニル共重合体を添加すること」が開示されている。
【００１１】
また、特開昭５５−５４２９８号公報及び特開昭５６−６７９８号公報には、「やに入りはんだ（フラックス内蔵線状はんだ）のフラックスの熱膨張による爆裂飛散を防止するためにフラックス層をはんだ表面に被覆したフラックス被覆線状はんだにおいて、フラックスにエチレン・酢酸ビニル共重合体を添加すること」が開示されている。
【００１２】
しかしながら、前者（特開昭５８−７７７９１号）においては、転写時にフラックスの凝集力を高めてフラックスの回路基板側への転移を確実に行わせるように、エチレン・酢酸ビニル共重合体にはある程度分子量の高いものを使用しなければならず、メルトフロ−レ−トが５００g/10min以上の超低分子量のエチレン・酢酸ビニル共重合体は不適当である。
また、後者（特開昭５５−５４２９８号及び特開昭５６−６７９８号）においては、フラックス被覆線状はんだにある程度の耐接触摩耗性を付与する必要があり、メルトフロ−レ−トが５００g/10min以上の超低分子量の低強度のエチレン・酢酸ビニル共重合体では機械的強度が貧弱であり不適当である。
【００１３】
ところが、本発明者においてはメルトフロ−レ−トが５００g/10min以上のエチレン・酢酸ビニル共重合体を通常のフラックスに添加すれば、上記フラックス残渣のヒ−トサイクルによるクラックの発生を充分に防止し得てマイグレ−ションを排除でき、しかもフラックス残渣をその絶縁性を安定に維持させ得て有効な絶縁皮膜として利用できること知った。
【００１４】
本発明の目的は、かかる知見を基礎とし、無洗浄で使用するフラックスにおいてマイグレ−ションを充分に防止でき、かつフラックス残渣を絶縁皮膜として有効に利用できるフラックス及びそのフラックスを使用したはんだペ−スト並びにそのフラックス等を使用してのはんだ付け方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るフラックスは、ロジンまたは／および変性ロジンと活性剤とを少なくとも含有し、更にメルトフロ−レ−トが５００g／10min以上のエチレン・酢酸ビニル共重合体を１〜５０重量％含有することを特徴とする構成であり、脂肪酸アミドまたは／および脂肪酸ビスアミドを５〜３０重量％含有させることができる。
【００１６】
本発明に係るはんだ付け方法は、上記のフラックスまたはそのフラックスを用いたはんだペ−ストを使用してはんだ付けを行い、はんだ付け後のフラックス残渣を絶縁皮膜として残すことを特徴とする構成である。
【００１７】
上記メルトフロ−レ−トは、ＪＩＳＫ７２１０−１９７６に基づき測定され、内径φ９．５０±．０３ｍｍの貫通孔を有し、その孔の下端に内径φ２．０９５±０．００５ｍｍのダイを装着したヒ−タ付きシリンダ−の孔に試料を充填し、上端に錘を取り付けたピストンの下端部を上記の孔に挿入する試験装置にを使用して、錘の重量３２５ｇｆ｛３．１８５N｝とし、試験温度を１２５℃としたときの１０分間におけ押出量Ｘ（ｇ）を測定し、Ｘｇ／１０分から求められる。
【００１８】
上記の脂肪酸アミド／脂肪酸ビスアミドは、フラックスの粘着性を抑制し、特にソルダ−ペ−ストのフラックスとして使用する場合は分離防止のために、またやに入りはんだのフラックスとして使用する場合はフラックス切れ防止のために用いられ、例えば、ステアリン酸アミド／ステアリン酸ビスアミド、パルミチン酸アミド等の一種または二種以上を使用できる。
【００１９】
上記ロジンまたは／および変性ロジンには、天然ロジン、重合ロジン、フェノ−ル変性ロジン、マレイン化ロジン、水素添加ロジン等を使用できる。
【００２０】
上記活性剤としては、有機アミンのハロゲン化水素酸塩、有機酸、有機酸と有機アミンの塩等を使用できる。例えば、ジエチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、ジオクチルアミン塩酸塩、プロピルアミン塩酸塩、ジエチルアミン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジオクチルアミン臭化水素酸塩、プロピルアミン臭化水素酸塩、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、メチルマレイン酸、アジピン酸シクロヘキシルアミン塩等を使用できる。
【００２１】
本発明にかかわるフラックスには、フラックス残渣による導体腐食を抑制するための腐食抑制剤（例えば、フタル酸、ベンゾトリアゾ−ル化合物、没食子酸エステル例えば没食子酸ｎ−プロピル等）を添加することもできる。
【００２２】
本発明に係るフラックスの配合割合は、通常ロジンまたは／および変性ロジンが９８〜４９重量％好ましくは９３〜６５重量％、活性剤が１〜１０重量％好ましくは２〜５重量％、メルトフロ−レ−ト５００g／10min以上のエチレン・酢酸ビニル共重合体が１〜５０重量％好ましくは５〜３０重量％とされる。
【００２３】
本発明に係るフラックスは溶剤により希釈して用途に応じた所定の粘度で使用される。
例えば、リフロ−法に使用するソルダ−ペ−スト（ペ−スト状フラックスと粉末はんだとの混合物）のペ−スト状フラックスとして用いる場合は、ヘキシレングリコ−ル、オクチレングリコ−ル、ブチルカルビト−ル、ジブチルカルビト−ル、ブチルカルビト−ルアセテ−ト等の高沸点溶剤が使用され、フロ−法でのフラックス浴に使用する液状フラックスの溶剤としては、キシレン、トルエン等の比較的低沸点の溶剤が使用される
【００２４】
本発明に係るはんだ付け方法によれば、本発明に係るフラックスを用いて回路基板に電子部品をリフロ−法によりはんだ付けし、フラックス残渣を洗浄除去することなく残存させ絶縁皮膜として使用することができる。すなわち、本発明に係る上記のペ−スト状フラックスと粉末はんだを混合して成るはんだペ−ストを回路基板にメッシュスクリ−ンにより所定の印刷パタ−ンで塗布し、この塗布したはんだペ−ストを粘着剤として電子部品を仮固定し、更に加熱炉に通してたはんだペ−ストを溶融凝固させ、フラックス残渣を洗浄することなく絶縁皮膜として残しておく。
【００２５】
また、本発明に係るはんだ付け方法はフロ−法により実施することもできる。すなわち、回路基板の孔に電子部品のリ−ド線を挿入支持し、更に、本発明に係る上記の液状フラックスを槽内において多孔セラミックス管や焼結金属管等の多孔質管からの噴出エア−により発泡させつつ、その発泡液面上に回路基板を通過させて当該フラックスを塗布し、次いで、この回路基板を予熱のうえ、噴流はんだ浴または静止はんだ浴に浸漬して電子部品のリ−ド線を回路基板の導体にはんだ付けし、フラックス残渣を洗浄することなく絶縁皮膜として残しておく。
【００２６】
さらに、中空のはんだロッドに本発明に係るフラックス（固形）を充填し、これを所定径に線引きしてやに入りはんだ線を作成し、このはんだ線で鏝を用いてはんだ付けすることによっても実施できる。
【００２７】
本発明に係るフラックスに添加しているメルトフロ−レ−ト５００g／10min以上のエチレン・酢酸ビニル共重合体は、分子量が極めて低いために機械的強度が極めて低いが、酢酸ビニル基のためにゴム弾性を呈して応力を吸収する機能を有するから、機械的強度が極めて低いにもかかわらず、応力に対し分子鎖が破断し難く、繰返し加熱に対しクラックの発生をよく防止できる。従って、ヒ−トサイクルに曝されても、フラックス残渣の熱応力クラックの発生を充分に防止でき、マイグレ−ションをよく排除できる。
【００２８】
本発明に使用するエチレン・酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含有量は２０〜４０％とすることが好ましい（２０％以下ではゴム的性質が不足しクラック発生防止に適合せず、４０％以上では粘着性が増してフラックス残渣に埃が付着し易くなる）。
【００２９】
本発明に係るフラックスにおいては、エチレン・酢酸ビニル共重合体を添加しているにもかかわらず、メルトフロ−レ−トが５００g／10min以上の流動性のエチレン・酢酸ビニル共重合体を使用しているから、はんだの濡れをよく促進でき、はんだ付けに要求される濡れ性も充分に保証できる。本発明において使用するエチレン・酢酸ビニル共重合体のメルトフロ−レ−トの好ましい範囲は、８００〜２０００g／10min以下である（２０００g／10min以上ではフラックス残渣に埃が付着し易くなる）。
【００３０】
本発明において、エチレン・酢酸ビニル共重合体の添加量は既述した通り１〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％であり、１％未満ではフラックス残渣のクラック発生防止を満足に達成し難く、５０重量％を越えるとフラックス残渣に埃が付着し易くこの付着埃の吸湿によるフラック残渣の表面抵抗の低下が問題となる。
【００３１】
本発明に係るフラックスの残渣は、ロジン等に較べて絶縁抵抗に優れたエチレン・酢酸ビニル共重合体を含有しているから、上記クラックレスのもとで充分に絶縁皮膜として機能させ得、はんだ付け部を電解腐食等の発生無く安定に保持できる。
従って、本発明によれば、フラックス残渣の無洗浄にもとづく洗浄液の不使用により環境保全に寄与し得るばかりか、フラックス残渣を絶縁皮膜として有効に使用してはんだ付けの信頼性を向上できる。
【００３２】
【実施例】
〔実施例１〕
ペ−スト状フラックスであり、その組成は重合ロジン２０重量％、水添ロジン２９重量％、ステアリン酸ビスアミド５重量％、カスタ−ワックス５重量％、メルトフロ−レ−ト１０００g／10minのエチレン・酢酸ビニル共重合体１０重量％、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩１重量％（活性剤）、ヘキシレングリコ−ル２０重量％、ブチルカルビト−ルアセテ−ト２０重量％とした。
【００３３】
〔比較例１〕
エチレン・酢酸ビニル共重合体としメルトフロ−レ−ト４００g/10minのものを使用した以外、実施例１に同じとした。
【００３４】
〔比較例２〕
実施例１に対し、重合ロジンの配合料を２５重量％、水添ロジンの配合料を３４重量％とし、エチレン・酢酸ビニル共重合体を無配合とした以外、実施例１に同じとした。
【００３５】
これらの実施例及び比較例の各ペ−スト状フラックスにつき、粉末はんだ（Ｓｎ６３重量％−残部Ｐｂ、粒子径４５μｍ以下）９０重量％、ペ−スト状フラックス１０重量％の配合ではんだペ−ストを調製し、ＪＩＳ  Ｚ  ３１９７−１９８６はんだ付け用樹脂系フラックス試験方法  ６．１０広がり試験に基づき広がり率を測定したところ、実施例品１は９１％、比較例２は９２％、比較例１は８５％であり、実施例１ではフラックスにエチレン・酢酸ビニル共重合体を添加しているにもかかわらず、メルトフロ−レ−トを５００g／10min以上としているので、通常のフラックス（比較例２）使用の場合と同程度の優れた濡れ性を保証できる。
【００３６】
また、前記はんだペ−ストを回路基板にメタルマスクを用いて塗布し、赤外線加熱炉でリフロ−後、−３０℃３０分間，＋６０℃３０分間を１サイクルとするヒ−トサイクル試験を１０００回行ったところ（各試料数は２０個とした）、実施例１並びに比較例１のものではフラックス残渣にクラック発生が全く観察されなかったのに対し、比較例２のものでは多数のクラックの発生が観られた。
【００３７】
また、上記の実施例並びに比較例の各フラックスについて、フラックス残渣を付けたままでの温度４０℃×相対湿度９２％×２０００時間放置後の表面絶縁抵抗値を測定したところ、実施例１及び比較例１のものでは初期表面絶縁抵抗値に対し１桁以内の低下にとどまっていたが、比較例２のものでは３桁以上の低下であった。
【００３８】
〔実施例２〕
やに入りはんだ用のフラックスであり、その組成は天然ロジン２４重量％、水添ロジン２３重量％、ステアリン酸アミド３０重量％、メルトフロ−レ−ト１０００g／10minのエチレン・酢酸ビニル共重合体２０重量％、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩２重量％（活性剤）、ジブロモプロパノ−ル１重量％とした。
【００３９】
〔比較例３〕
エチレン・酢酸ビニル共重合体としメルトフロ−レ−ト４００g/10minのものを使用した以外、実施例２に同じとした。
【００４０】
〔比較例４〕
実施例２に対し、天然ロジンの配合料を３４重量％、水添ロジンの配合料を３３重量％とし、エチレン・酢酸ビニル共重合体を無配合とした以外、実施例２に同じとした。
【００４１】
これらの実施例及び比較例の各フラックスにつき、フラックス量２重量％内蔵のやに入りはんだ（Ｓｎ６３重量％−残部Ｐｂ）を製作し、ＪＩＳ  Ｚ  ３１９７−１９８６はんだ付け用樹脂系フラックス試験方法  ６．１０広がり試験に基づき広がり率を測定したところ、実施例品２は９２％、比較例４は９３％、比較例３は８７％であり、実施例２ではフラックスにエチレン・酢酸ビニル共重合体を添加しているにもかかわらず、メルトフロ−レ−トを５００g／10min以上としているので、通常のフラックス（比較例４）使用の場合と同程度の優れた濡れ性を保証できた。
【００４２】
また、上記やに入りはんだを用いて３５０℃のはんだ鏝で回路基板の銅ランド上にはんだ付けし、更に、−３０℃３０分間，＋６０℃３０分間を１サイクルとするヒ−トサイクル試験を１０００回行ったところ（各試料数は２０個とした）、実施例２並びに比較例３のものではフラックス残渣にクラック発生が全く観察されなかったのに対し、比較例４のものでは多数のクラックの発生が観られた。
【００４３】
また、上記の実施例２及び比較例３、４の各フラックスについて、上記と同様にしてフラックス残渣の表面絶縁抵抗値を測定したところ、実施例２及び比較例３のものでは初期表面絶縁抵抗値に対し１桁以内の低下にとどまっていたが、比較例４のものでは３桁以上の低下であった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、優れたフラックスの濡れ性のために濡れ不良なく良好にはんだ付けでき、また、はんだ付け後でのフラックス残渣がヒ−トサイクルに曝されても、その残渣のクラック発生を防止してマイグレ−ションを排除でき、しかもそのフラックス残渣の絶縁性を充分に保持させ、絶縁保護皮膜として有効に利用できるから、フラックス残渣の洗浄除去を行うことなく優れた作業性、安全性のもとで回路基板への回路素子の実装を行うことができる。