(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロジンまたはその誘導体のアルカリ塩をベース樹脂として用い、これにエポキシ化合物にジアルキルアミンを付加させ、さらに当該付加物をジクロロ酢酸塩としたものを活性剤として用いることを特徴とする水系ポストフラックス組成物。
【請求項２】
ロジンまたはその誘導体のアルカリ塩がアンモニウム塩または低級アミン塩あるいはそれらの混合塩であるものをベース樹脂として用いることを特徴とする請求項１に記載の水系ポストフラックス組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品などをプリント配線板に半田付けする際に用いられる水系ポストフラックス組成物に関する。更に詳しくは、揮発性有機化合物（VOC）を含まない（ノンVOC）か、含んでもVOC含有量が少ない（低VOC）水系ポスト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半田付け実装するときに、半田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、半田付けの際の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役割を果たしている。
【０００３】
フラックスの主成分は、ベース樹脂と活性剤であり、通常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、
１）これを電子部品等を搭載したプリント配線板に発泡またはスプレーで塗布し、乾燥してから半田と接触させることによって半田を付ける方法（以下、フロー半田付けと言う。）
２）半田付け部分に刷毛やディスペンサーで塗布し、糸半田や半田プリホームをそこに接触させながら半田コテやレーザーによって半田付けを行う方法（以下、手半田付けと言う。）
などで適用される。
【０００４】
フラックスには、
ａ）不濡れ（未半田）、ツララ、ブリッジ、半田ボールなどの半田付け不良がでないこと
ｂ）半田付け後のフラックス残渣ができるだけ少なく、残っていてもベタつきがないこと
ｃ）半田付けの後、高い電気絶縁性を有し、加湿状態で電圧がかかってもマイグレーションなどが発生しないこと
などを含めて多くの要求特性がある。
【０００５】
従来、フラックスのベース樹脂としては、ガムロジン、ウッドロジン、トールロジンなどのロジン、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などのロジン変性誘導体、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、スチレン・マレイン酸樹脂、アクリル樹脂などの合成樹脂が用いられている。また、活性剤としては、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機酸、有機アミンが用いられている。また、溶剤としては、通常イソプロピルアルコールのような低級アルコール類が主に用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、液状ポストフラックスは、用いるベース樹脂、活性剤の種類によって異なるが、一般にベース樹脂１〜３５重量部、活性剤０．１〜５重量部、有機溶剤６５〜９８重量部の範囲で構成され、有機溶剤としてはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を主成分とするアルコール系有機溶剤が用いられてきた。この構成から明らかなように、従来の液状ポストフラックスでは、フラックス全体の重量のうち２／３以上が揮発性有機溶剤（ＶＯＣ）である。
【０００７】
近年、アメリカを中心に地球環境の保護保全の観点から、ＶＯＣの削減が叫ばれ、塗料関係を中心に一定の進展を見ている。このＶＯＣ削減の要求が、フラックスにも及んできている。
また、ＶＯＣの問題以外に、従来のフラックスでは、溶剤のＩＰＡが皮膚や粘膜を刺激したり麻酔性がある。又、労働安全衛生法施行令別表１危険物（引火性のもの）、消防法上の第４類アルコール類に該当する引火性液体であるので、その取扱や保管上さまざまな規制を受ける。
【０００８】
本発明は、半田付け性能や接合信頼性を確保しながら、作業上火災の危険がないか極めて少なく、労働衛生的に優れ、地球環境に悪影響を与えない安全な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】
本発明は、上記の目的を達成するために、フラックス組成物において、ベース樹脂として特定のロジン誘導体を、活性剤として特定の構造を有するものを用いることによって達成されることを見出して本発明を完成するに至った。
具体的には、特定のロジン誘導体からなるベース樹脂、活性剤および溶剤を主成分としてなるフラックス組成物において、溶剤として水単独または水と少量の親水性溶剤の混合物を用いることによってノンＶＯＣまたは低ＶＯＣフラックスが得られる。
【００１０】
ここで、キーマテリアルになるのがベース樹脂である。本発明者らは、従来からフラックスのベース樹脂として多用されてきたロジンおよびその誘導体を本目的にも使用すべく鋭意検討を進めた結果、ロジンおよびその誘導体を水溶性にするには、有機または無機アルカリによって中和塩とすることによって容易に達成できるが、このようにして得られた水溶性ロジン（以下、水溶性になったロジンおよびその誘導体を言う。）がすべてフラックスのベース樹脂として適している訳ではないことを見出し本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、例えば、ロジンを苛性ソーダで中和したロジンのソーダ石鹸は非常に優れた水溶性を有するが、これをベース樹脂にして作成したフラックスは半田付け性が悪く、かつ半田付け残渣の電気絶縁性が悪く使用できない。ここでこのフラックスの半田付け性が悪いのは、半田付け温度においてカルボン酸ソーダが熱解離しないためロジンのフラックス効果が発現しないためと考えられる。また、半田付け残渣の電気絶縁性が悪いのは、半田付けの熱によってロジンのソーダ石鹸が分解せずそのまま水溶性のロジンとして残留するためと考えられる。
【００１２】
また、低級アミンを付加させることによってもロジンは水溶性にすることができる。例えば、モノエチルアミンで中和したロジンを用いて作成したフラックスでは、半田付け性が良好なフラックスとなる。しかしながら、このフラックッスでも半田付け残渣の電気絶縁性が十分に良好とは言えない。それは、半田付けの熱によってロジンのアミン塩が完全に分解せず一部水溶性のロジンとして残留するためと考えられる。
このようにロジンおよびその誘導体をアルカリで中和して水溶性ロジンをうることは容易であるが、そのような手段で得られた水溶性ロジンがすべてフラックスのベース樹脂として有効であるとは言えないことが明らかとなった。
【００１３】
本発明においては、ロジンおよびその誘導体をアンモニアガスとの反応またはアンモニア水を用いた中和反応でロジンまたはその誘導体のアンモニウム塩としたものを主たるベース樹脂として用いてフラックス組成物を作成する。ここで、ロジンまたはその誘導体のカルボン酸のうち１００〜７５モル％がアンモニアで中和されたものをベース樹脂としたものが、水溶性、半田付け性および信頼性などで特に優れていることを見出した。但し、本発明の水系フラックスにおいては、水溶性ロジンおよびその誘導体として主成分をアンモニウム塩とするが、少量の低級アミン塩を含むこともできる。ここで、低級アミンとしては、アルキル基（Ｒ）として炭素数が１〜８、好ましくは１〜４のものが使用できる。
【００１４】
ロジンおよびその誘導体のアンモニウム塩とロジンおよびその誘導体の低級アミン塩との割合は、使用するロジンおよびその誘導体の種類や低級アミンの種類によって異なるが、一般に重量比で１００／０〜５０／５０の範囲で混合して使用することができる
【００１５】
本発明に使用されるロジンおよびその誘導体としては、従来ＶＯＣタイプのフラックスで使用されてきたガムロジン、ウッドロジン、トールロジンなどのロジン、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などのロジン変性誘導体が例示できる。
【００１６】
これらのアンモニウム塩は、アンモニアガスまたはアンモニア水で中和し、単独または混合して用いられる。また、低級アミン塩も同様にして中和反応でえられる。ここで、中和が１００モル％（完全中和）でなくとも、水溶性が発現する中和度にして使用することができる。後述するように、水溶性がある範囲で中和度の低い方が半田付け後のフラックス残渣の電気絶縁性が良好な傾向があり好ましい。水溶性がえられる中和度の下限は、用いるロジンおよびその誘導体の種類、アルカリの種類などによって異なるが、ロジンではロジン由来のカルボン酸の７５モル％程度、ロジン誘導体では８０モル％程度が限界であった。
【００１７】
本発明においては、予めロジンおよびその誘導体のアルカリ塩を作成してからこれを水で希釈し、これに活性剤、ツララ防止剤、酸化防止剤、艶消し剤などを順次溶解してフラックスとすることができる。また、ロジンおよび／またはその誘導体、中和剤（アルカリ化合物）、活性剤、ツララ防止剤、酸化防止剤、艶消し剤、希釈剤（水またはアルコール／水）などを混合した状態で中和反応させてフラックスとする方法も採用できる。
【００１８】
本発明に使用される活性剤としては、上記ベース樹脂の存在下で下記の溶剤に溶解するものであって、エポキシ化合物（１）にジアルキルアミン（２）を付加させた化合物（３）に、さらにジクロロ酢酸（４）を反応させて塩としたもの（５）が用いられる。
【００１９】
0003758821.tif 000002
【００２０】
【化１】
0003758821.tif 000003
【００２１】
ここで、本発明に用いられるエポキシ化合物（１）としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、１、６ーヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２ーエチルヘキシルグリシジルエーテル、高級アルコールのグリシジルエーテル、高級アルコールＥＯ付加物のグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、フェノールＥＯ付加物のグリシジルエーテル、レゾルシンジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、アジピン酸グリシジルテーテルなどがある。
【００２２】
ジアルキルアミン（２）としては、アルキル基（Ｒ2）として炭素数が１〜８、好ましくは１〜４のものが使用できる。
また、溶剤として水単独（この場合はノンＶＯＣフラックスになる）または必要に応じて水に適量の親水性有機溶剤（アルコール類など）を混合（この場合は低ＶＯＣフラックスになる）して用いることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例で説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるものではなく、以下の実施例に記載されていなくても一般にフラックスに配合されるような他のフラックス活性剤、艶消し剤、難燃剤、酸化防止剤、消泡剤、防かび剤、チクソトロピー性付与剤、蒸発速度制御剤などと組み合せることもできるのは言うまでもない。
【００２４】
実施例１（活性剤の合成例１）
攪拌機、冷却器、分注器付き１リットルのセパラブルフラスコを１０℃以下に冷却しながら、ポリプロピレングリコール＃４００ジグリシジルエーテル３４０ｇとジエチルアミン７３ｇ、エタノール４１３ｇを加えた。攪拌を行いつつ反応させると発熱し、４０℃まで上昇した。このまま攪拌を８時間行った。反応終了後、反応物を冷却してから、ジクロロ酢酸１２９ｇをエタノール１２９ｇで希釈したものを滴下して反応させた。反応熱で４０℃に上昇したが、攪拌を２時間続けた。
このようにして有効成分５０ｗｔ％の活性剤（ａ−１）をえた。
【００２５】
実施例２（活性剤の合成例２）
攪拌機、冷却器、分注器付き５００ｍｌのセパラブルフラスコを１０℃以下に冷却しながら、フェニルグリシジルエーテル１５４ｇとジメチルアミン４５ｇ、イソプロピルアルコール１９９ｇを加えた。攪拌を行いつつ反応させると発熱し、９０℃まで上昇した。このまま攪拌を１時間行った。反応終了後、反応物を室温まで冷却してから、ジクロロ酢酸１２９ｇをエタノール１２９ｇで希釈したものを滴下して反応させた。反応熱で約７０℃に上昇したが、攪拌を４時間続けた。
このようにして有効成分５０ｗｔ％の活性剤（ａ−２）をえた。
【００２６】
実施例３（フラックス調製例１）
攪拌機、冷却管、分注器付き１０００ｍｌの反応容器に、超淡色ロジンＫＥ６０４（荒川化学工業株式会社製品、酸価２４２ｍｇＫＯＨ／ｇ）９０ｇ、デヒドロアビエチン酸を主成分として含むＤＩＰＲＯＳＩＮ  Ａー１００（東邦化学工業株式会社製品、酸価１５８ｍｇＫＯＨ／ｇ）３０ｇ、活性剤（ａー２）２０ｇ、２９％アンモニア水３０ｇ、ツララ防止剤３ｇ、艶消し剤２０ｇ、純水８０７ｇを混合し８５℃で５時間反応させ、淡黄色透明のフラックスをえた。
【００２７】
実施例４（フラックス調製例２）
実施例３と同様な装置を用い、純水８７８．２ｇ中に微粉末化した天然ロジン１００ｇを分散させ、これに７０％モノエチルアミン２１．８ｇを滴下させて反応させ、固形分１０％のロジン・モノエチルアミン塩を作った。
実施例３と同様の装置を用いて、このロジン・モノエチルアミン塩（固形分含有率が１０％のもの）１００ｇ、超淡色ロジンＫＥ６０４（荒川化学工業株式会社製品、酸価２４２ｍｇＫＯＨ／ｇ）９０ｇ、活性剤（ａー１）２０ｇ、アンモニア水３１ｇ、ツララ防止剤４ｇ、艶消し剤１５ｇ、水７４０ｇを混合し９０℃で２時間反応させ、淡黄色透明のフラックスをえた。
【００２８】
実施例５
実施例３および４で得られた低ＶＯＣフラックスを、従来のＶＯＣタイプの市販フラックス（アサヒ化学研究所製、スピーディーフラックスＡＧＦ−２００Ｊ−３、これを比較例１と呼ぶ）と特性比較を行った。
フラックスを１ｍｌ／１２０ｃｍ2の割合で実装基板（半田付け箇所  ８９０点）に塗布し、噴流式自動半田付け装置で以下の条件で半田付けを行ったところ、表１に示す結果がえられた。
コンベア速度           ０．８５ｍ／ｍｉｎ
プレヒート温度         １０５〜１１５℃
半田付け温度           ２５０℃
【００２９】
0003758821.tif 000004
【００３０】
従来のＶＯＣタイプのフラックスに対し遜色のないレベルで、未半田（半田不濡れ）、ツララ、ブリッジがいずれも発生せず、フラックス残渣の粘着性も全くなかった。
また、このフラックスの絶縁抵抗試験をＪＩＳ  Ｚ  ３１９７に準拠して２形くし形電極で試験を行った結果、初期値で１．８×１０13Ω、９６時間後１．０×１０13Ωであった。
【００３１】
実施例６
実施例２と同様にして、攪拌機、冷却器、分注器付きの５００ｍｌのセパラブルフラスコを１０℃以下に冷却しながら、フェニルグリシジルエーテル１５４ｇとジブチルアミン１２９ｇ、イソプロピルアルコール２８３ｇを加えた。攪拌を行いつつ反応させると発熱し、９０℃まで上昇した。このまま攪拌を１時間行った。反応終了後、反応物を室温まで冷却してから、ジクロロ酢酸１２９ｇをイソプロピルアルコール１２９ｇで希釈したものを滴下して反応させた。反応熱で約７０℃に上昇したが、攪拌を４時間続けて有効成分５０ｗｔ％の活性剤を得た。ロータリーエバポレーターを用いて、この活性剤溶液のＶＯＣ成分であるイソプロピルアルコールを除去してＶＯＣを含まない活性剤（ａー３）を得た。さらに実施例３と同様にして、攪拌機、冷却管、分注器付き１０００ｍｌの反応容器に、超淡色ロジンＫＥ６０４（荒川化学工業株式会社製品、酸価２４２ｍｇＫＯＨ／ｇ）９０ｇ、デヒドロアビエチン酸を主成分として含むＤＩＰＲＯＳＩＮ  Ａ−１００（東邦化学工業株式会社製品、酸価１５８ｍｇＫＯＨ／ｇ）３０ｇ、活性剤（ａ―３）２０ｇ、２９％アンモニア水３０ｇ、ツララ防止剤３ｇ、艶消し剤２０ｇ、純水８０７ｇを混合し８５℃で５時間反応させ、淡黄色透明のフラックスを得た。このノンＶＯＣフラックスを実施例５と同様の半田付け条件で半田付けを行ったところ、未半田（半田不濡れ）、ツララ、ブリッジがいずれも発生せず、フラックス残さの粘着性も全くなかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によってえられる液状フラックスは、特定の水溶性ロジンをベース樹脂に採用しているので、低ＶＯＣまたは非ＶＯＣのフラックスが提供でき、優れた半田付け性、信頼性が確保される。また、引火性を持たないので労働安全衛生法施行令別表１危険物（引火性のもの）から除外され、消防法上の第４類アルコール類に該当しなくなって、その取扱や保管上様々な利点が生じる。
本発明によっては、半田付け性能や接合信頼性を確保しながら、作業上火災の危険がないか極めて少なく、労働衛生的に優れ、地球環境に悪影響を与えない安全なフラックスが提供される。