(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リノール酸、およびオレイン酸から成る群から選ばれた１種の有機酸と、ブタンジオール、グリセロール、およびポリグリセロールから成る群から選ばれた１種の多価アルコールとのエステルを５０％以上含有する、成形はんだを用いるリフローはんだ付け用水溶性フラックス。
【請求項２】
請求項１記載のフラックスであって、さらに活性剤および溶剤を加えて粘度を調整した液状あるいはペースト状の、成形はんだを用いるリフローはんだ付け用水溶性フラックス。
【請求項３】
前記エステルが、ラウリン酸ポリグリセロールエステルまたはオレイン酸グリセロールエステルである、請求項１または２記載のはんだ付け用水溶性フラックス。
【請求項４】
前記活性剤が、カルボン酸および／またはアミンおよび／またはアミンハロゲン化水素酸塩である請求項２または３に記載のはんだ付け用水溶性フラックス。
【請求項５】
成形はんだを用いて電子部品をプリント基板に面実装する際に、または電子部品に放熱金属板を接合する際に、前記成形はんだに塗布する請求項１ないし４のいずれかに記載のはんだ付け用水溶性フラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ付け用フラックス、特に電子部品をプリント基板に実装する際にまたは電子部品に放熱金属板を接合する際に用いるフラックスであって、ワッシャーやペレット形状の成形はんだを介在させて面接合を行っても、ボイド発生を少なくすることのできる水溶性フラックスに関する。
【０００２】
すなわち、本発明は、フラックスを用いて上述の成形はんだをサンドイッチ状態でリフローする場合、ボイド発生の少ないはんだ接合を得ることのできる水溶性フラックスに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、ロジンを主成分とするフラックスが、電気・電子の種々の分野でのはんだ接合に利用されてきており、はんだ接合後に無洗浄で使用できる電子機器等では今も多用されている。しかし、電子部品内等の微細な部分に対してはんだ付けを行う場合には、はんだ接合後に有機溶剤による洗浄を行い、はんだ付け部の信頼性や外観を確保している。
【０００４】
ところで、近年、この有機溶剤による洗浄は、安全衛生面や地球環境面から避けなければならない工法となっている。このため、現在最も安全な溶剤である水を用いた洗浄が取り上げられるようになっている。
【０００５】
一方、ロジンを主成分とするフラックスで、はんだシートやペレットあるいはリボンといった成形はんだを部品と部品の間に挟み、サンドイッチ状態でリフローした場合、不可避的にガスが発生する。サンドイッチ状態で加熱するため発生するガスも、ボイドを発生させてしまう。また、フラックスの清浄化作用不足に起因するヌレ不良によっても不可避的にボイドが発生する。このようなボイドがはんだに対してある比率で増大すると接合部の信頼性に大きく影響して問題となっていた。
【０００６】
このようなボイド発生を防止するため、特にガス発生を防止するため、ロジンの精製時に低沸点成分を除去したものや溶剤を高沸点にしたもの等を検討してきたが、満足するものが得られていない。また、一旦発生したガスをすみやかに除去するため振動や減圧といった技術も導入されているが、確実ではなく生産性が悪く装置が高価であるという問題がある。
【０００７】
しかも、前述のように、ロジンを使用したフラックスは、有機溶剤洗浄を行わなければならないため、今日的要望に合ったフラックスとは言えない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来のロジン主成分のフラックスには、水洗浄ができないという問題と、特に、成形はんだを用いた面実装の際または放熱板接合の際のはんだ付けの場合、サンドイッチ状態でのリフロー時にボイド発生が多いという問題とがあり、本発明は、かかる問題を解決するはんだ付け用のフラックスを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
フラックスは、その基本的機能として、酸化膜を除去して界面張力を低下させ、はんだを濡れ広ろがらせる活性を有していなければならない。被はんだ付け材の表面は、必ず酸化されており、その酸化の程度如何にかかわらず確実に酸化膜を除去しうる活性力が必要となる。従来、このような活性力は、フラックスの主成分であるロジン等に有機酸やアミンあるいはアミンのハロゲン化水素酸塩等を添加することで得ていた。
【００１０】
しかし、酸化膜を除去した結果、還元水を多く生成するようなものは、ガス発生が多くなりボイドも多くなった。また、加熱中にガスを発生するような、蒸気圧の高い成分や熱分解性の成分を含むフラックスを用いる場合、はんだ付けの際の加熱によって、多くのボイドが発生してしまう。
【００１１】
以上の点を総合的に判断して、本発明の課題達成には、フラックスとして、水溶性成分でリフロー加熱温度の230 ℃程度でガス化しないもので、酸化膜の除去が穏やかな成分を用いるが適当であることが分かった。
【００１２】
そこで更に検討した結果、有機酸と多価アルコールとのエステルが、水溶性であって、230 ℃程度に加熱してもガス化もせず、半導体関係の電子部品のはんだ付け、特に成形はんだを用いた面実装の際のはんだ付けに十分使用できることが分かり、本発明を完成した。
【００１３】
ここに、本発明は次の通りである。
【００１４】
（１）カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リノール酸、およびオレイン酸から成る群から選ばれた１種の有機酸と、ブタンジオール、グリセロール、およびポリグリセロールから成る群から選ばれた１種の多価アルコールとのエステルを５０％以上含有する、成形はんだを用いるリフローはんだ付け用水溶性フラックス。
【００１５】
（２）上記（１）記載のフラックスであって、さらに活性剤および溶剤を加えて粘度を調整した液状あるいはペースト状の、成形はんだを用いるリフローはんだ付け用水溶性フラックス。
【００１７】
（３）前記エステルが、ラウリン酸ポリグリセロールエステルまたはオレイン酸グリセロールエステルである、上記（１）または（２）記載のはんだ付け用水溶性フラックス。
【００１８】
（４）前記活性剤が、カルボン酸および／またはアミンおよび／またはアミンハロゲン化水素酸塩である上記（２）または（３）に記載のはんだ付け用水溶性フラックス。
【００１９】
（５）成形はんだを用いて電子部品をプリント基板に面実装する際に、または電子部品に放熱金属板を接合する際に、前記成形はんだに塗布する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のはんだ付け用水溶性フラックス。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明するが、以下の説明において「％」はいずれも特に指示がなければ「重量％」である。
【００２１】
本発明は、例えば、電子部品をプリント基板に面実装する場合のように、あるいは電子部品に放熱金属板を接合する場合のように、成形はんだを介在させてはんだ接合すべき面同士を対向した状態でリフロー処理を行うときに、成形はんだと接合すべき面とに適用する水溶性フラックスである。このようなフラックスの適用は、成形はんだをフラックス中に直接に浸漬して、あるいはスプレー、はけ等で塗布して、行うことができる。
【００２２】
フラックス適用後は、例えば従来法にしたがって、リフロー処理を行うことではんだ付けを完了させればよい。はんだ接合後は、水洗により残渣フラックス等を洗い流せばよい。もちろん、はんだ付け残渣の残留が問題のない電子部品の場合にはそのままとしてもよい。
【００２３】
従来にあっても、本発明におけるような有機酸と多価アルコールとのエステルを含有するフラックスの例はあるが、その場合のエステルは、粘度調整のために少量添加されるのであって、本発明のように主成分として、つまり配合成分のうちで最大割合を占める成分として、例えば50％以上の割合でもって用いる例はなく、しかも成形はんだを用いた面実装の際のボイド生成の防止を図ることについては何等の示唆もない。
【００２４】
本発明の好適態様によれば、上記有機酸には、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リノール酸、オレイン酸等が有効である。
また、上記多価アルコールには、ブタンジオール、グリセロール、さらにジグリセロール、トリグリセロールなどのポリグリセロール等が有効である。
【００２５】
したがって、本発明において用いる有機酸多価アルコールエステルとしては、上記有機酸と多価アルコールとのエステルであれば特に制限はないが、好適例としては、ラウリン酸ポリグリセリンエステル、オレイン酸グリセリンエステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステルが例示される。
【００２６】
さらに、酸化した部品をはんだ付けする場合は、上記有機酸多価アルコールエステルに、活性剤として例えばＣ5 〜Ｃ15までのカルボン酸( 例: セバシン酸、クエン酸、酒石酸、ソルビン酸) やアミン (例：トリエタノールアミン) 、アミンハロゲン化水素酸塩 (例: 臭化水素プロピルアミン、グルタミン酸HCl)等を10％以下、好ましくは 0.5〜３％添加してはんだの濡れ広がりを良くすることが好ましい。
【００２７】
このように活性剤として10％以下のカルボン酸やアミンやアミンハロゲン化水素酸塩を添加したものは、はんだ付け性が良くなる反面、ボイドの発生も添加量に比例して増加傾向にある。したがって、この場合、はんだ付け性を改善するとともに、ボイドの発生の少なくなるようにその比率を選択する必要がある。
このように本発明によれば、ボイドの少なくなる技術的なメカニズムとしては、以下のことが考えられる。
【００２８】
すなわち、有機酸多価アルコールエステルが比較的すぐれたはんだ付け性を有している一方、ボイドの発生が少ないのは、酸化膜を過剰に取りすぎないことと酸化膜を除去する際に発生した水が、有機酸多価アルコールエステルを加水分解し高沸点の酸とアルコールを生成するためである。加水分解した有機酸や多価アルコールは、ガス化するようなものでないため、つまりガス化成分の発生なしに、はんだ付けを完了できるのである。このとき生成した有機酸やアルコールは、はんだの流れとともに外に流れ出し良好なはんだ付け結果を得ることができる。
【００２９】
さらに、リフロー後のフラックス残渣は液状であり、もとの水に対する溶解性に変化がないため、水での洗浄性も優れている。
本発明において用いるフラックスは、そのままでも、あるいは適宜溶剤に添加されて用いられるが、そのときの溶剤は、フラックス自体が水溶性であることから、最も一般的には水であって、その他、準水系溶剤 (例: 水−アルコール、リモネン−水、グリコールエーテル−水) などであってもよい。
【００３０】
かかる溶剤に対する上述の有機酸多価アルコールエステルの添加量は、溶解度の制限がない限り、その添加量は任意である。塗布効率などを考慮すれば、40〜80％、好ましくは50〜80％である。
【００３１】
【実施例】
次に、実施例によって、本発明の効果をさらに具体的に説明する。
表１に示す組成配合のエステル、活性剤を配合して、水溶性フラックスを得た。このフラックスを溶剤としてフェニルグリコールを用い、70％溶液とした。
【００３２】
このようにして得たはんだ付け用フラックスに成形はんだを浸漬してから、接合領域300mm2の接合面にこの成形はんだを介在させてサンドイッチ状態でのリフローの要領ではんだ付けを行い、下記項目について試験を行った。
【００３３】
なお、はんだ広がり試験は、はんだ付け試料の表面に上記はんだ付け用フラックスを塗布してから溶融はんだを載せて、その広がり面積を元の面積に対する割合で算出する。
【００３４】
結果は表２にまとめて示す。
本例におけるボイド発生の評価、はんだ付け状態の判定、水洗浄性、そしてはんだ広がりの特性評価は次の通りにして行った。
【００３５】
ボイド発生の評価
はんだ接合部のＸ線写真をとり、目視によってボイド発生の有無に基づき、次の３段階評価でボイド発生を判定した。判定結果の○、△を合格とした。
【００３６】
リフロー後のボイド状態
○  大きさ１mm以下、約５個以下
△  大きさ１〜３mm、約５〜20個以下
×  大きさ３mm以上、約20個以上
はんだ付け状態の判定
サンドイッチ状態でのはんだの広がり状態
○  全面に広がっている
△  一部欠けがある
水洗浄性の評価
洗浄後の外観の光沢とシミ
○  光沢、シミとも良好
△  シミが残る
×  多くの残渣が残り、水洗不可。
【００３７】
はんだ広がりの特性評価
JIS Z 3197に準拠して、鋼板上ではんだを溶解してその広がり率でもって評価した。
表２からも分かるように、例No.1は、従来のロジンタイプのもので活性のものである。はんだ付けは良好であるが、大きなボイドがかなり出てくる。もちろん、水での洗浄は不可である。
【００３８】
例No.2は、高沸点のガス化成分の少ないものであるが、ボイドの発生はかなり多い。
例No.3〜７が、本発明にかかるはんだ付け用フラックスを用いた例であるが、ボイドの発生については良好な結果となっている。しかし、例No.7のように添加活性成分がガス化しやすいものや反応性の強いものである場合は、ボイドの発生が多くなる。このことから、ガス化しない酸化膜除去能力の穏やかな成分を選択する必要があることが分かる。
例No.5、６は今回満足のいく結果を得ている。
【００３９】
【表１】
0003750359.tif 000002
【００４０】
【表２】
0003750359.tif 000003
【００４１】
【発明の効果】
本発明による水溶性はんだ付け用フラックスは、ボイドの発生を減らすとともにはんだ付け状態も満足いく結果を得た。さらに、水での洗浄も容易で、はんだ光沢の良い残留イオンの少ない洗浄結果を得ることができる。