(57)【要約】本発明は、水溶性のバインダー並びにスルホン酸化合物、硫酸化合物、スルファミン酸化合物、多価カルボン酸化合物および過硫酸化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物からなる活性剤を含有してなる水溶性フラックス組成物、並びに該水溶性フラックス組成物を使用することを特徴とする電子機器及びＩＣ部品又は電子部品等のハンダ付部品の製造方法を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性のバインダー並びにスルホン酸化合物、硫酸化合物、スルファミン酸化合物、多価カルボン酸化合物および過硫酸化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物からなる活性剤を含有してなる水溶性フラックス組成物。
【請求項２】
水溶性フラックス組成物の全量のうち５０〜９９重量％が水溶性のバインダーである請求の範囲第１項記載の水溶性フラックス組成物。
【請求項３】
水溶性フラックス組成物の全量のうち１〜５０重量％が活性剤である請求の範囲第１項又は第２項に記載の水溶性フラックス組成物。
【請求項４】
プリント配線板に電子部品を実装する時に、部品端子の少なくとも一つに請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の水溶性フラックス組成物を塗布し、次いでハンダ付けすることを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項５】
ＩＣ部品又は電子部品の部品端子の少なくとも一つに、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記載の水溶性フラックス組成物を塗布し、次いでハンダ付けすることを特徴とするＩＣ部品及び電子部品の製造方法。
【請求項６】
ハンダがＰｂを含まないものである請求の範囲第５項記載のＩＣ部品又は電子部品の製造方法。
【請求項７】
ハンダがＳｎ−Ｃｕハンダである請求の範囲第５項記載のＩＣ部品又は電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は水溶性フラックス組成物並びに電子機器及びＩＣ部品又は電子部品等のハンダ付部品の製造方法に関するものである。
背景技術
プリント配線板にＩＣやダイオード等の電気部品、電子部品を搭載してハンダで接合する場合、金属表面の酸化膜を取り除くために前処理剤としてフラックスが使用されている。フラックスには従来、ロジン系のフラックスが多量に使用されている。フラックスの作用は、ハンダ接合時の被接合体（金属）の表面の酸化物を除去し、金属同士の接合を固定し、接続信頼性を増すことにある。そのためフラックスの残さが、ハンダ接続信頼性に悪影響を及ぼさないために十分に洗浄することが要求されている。洗浄方法としては、フロン系溶剤が使用されていたが、オゾン層破壊、環境への問題があることから無洗浄あるいは水溶性フラックスが好まれるようになった。無洗浄フラックスとしては、ロジン系（アスコルビン酸を主成分とする）が主流であるが、溶媒にイソプロピルアルコールを使用しているため、作業環境でＶＯＣ（揮発性有機化合物：Ｖｏｌａｔｉｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を多量に発生する。そこで、ハンダ付け後にフラックス残さを水で容易に洗浄できる水溶性のフラックスが望まれている。たとえば、特開平３−９４９９５号公報では、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸もしくはアスコルビン酸の有機酸をグリセリンおよびエチレングリコール、イソプロピルアルコールなどの低級グリコールに溶解、添加した組成の水溶性フラックスが示されている。
プリント配線板に搭載される挿入部品であるＩＣ部品の製造方法は、所定の形状の銅フレームに半導体チップを搭載、接合し、樹脂で封止（モールド）した後、銅のリード部を折り曲げて製品としてきた。一般にこのリード部を部品端子として利用している。
この時、折り曲げられたリード部は封止（モールド）工程でかなりの熱が加わるため、表面が著しく酸化してしまう。この状態のままでプリント配線板に搭載してハンダ付けを行っても良好なハンダ付けを行うことができず、ハンダ不濡れ現象が発生してしまう。そのため、ＩＣ部品等を製造する最終工程で部品リード部に予めハンダを被覆したものを製品としている。
ＩＣ部品のリード部にハンダを被覆する場合、まず酸化膜を除去し、ハンダ温度の熱衝撃を緩和するため約１００℃の予熱工程を経てハンダ槽でハンダ付けされる。その後、冷却、水洗、乾燥工程を経て製品としている。しかし、リード部の酸化が著しい場合やリードフレームの母材金属の種類（Ｎｉなど）などによっては、良好なハンダ付け性が得られない。これらの問題を解決するために２つの方法が採用されている。一つは酸化皮膜除去のため前処理として希硫酸に浸漬してから水溶性フラックスで処理しハンダ付けする方法である。この時、フラックスはハロゲンを含有しないもの、或いは低ハロゲンのいずれかで良いが、長く使用していると希硫酸による装置への腐蝕と酸の廃液問題が発生していた。もう一つは、希硫酸による前処理なしでハンダ付けする場合で、部品のリード部の酸化皮膜を除去するためには、高ハロゲン（ハロゲン量；５〜１５％）のフラックスの使用が不可欠であった。しかしこの場合もハロゲン含有量が高いため、製品に対する腐蝕や、水洗後の廃水処理等の環境問題をかかえていた。また希硫酸による前処理を要さず、ハロゲンを含有しない水溶性フラックスの要求があったが、リード部の酸化が著しいために十分な酸化皮膜除去ができずに部品のリード部でツララ、ブリッジ、ハンダ不濡れ、表面のザラツキといった不具合が発生していて、良好なハンダ付けを行うことができなかった。
また、最近、環境上の要求に対応して、ハンダの成分である鉛（Ｐｂ）を除去する動き（鉛フリー化）が活発になってきており、従来のＳｎ−Ｐｂ系のハンダからＰｂを除きＢｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎのいずれか１種または複数の元素を選択した鉛フリーのハンダが上市されてきている。この鉛フリーのハンダを用いた場合、ハンダのもつぬれにくいという性質等に起因して、従来の水溶性フラックスでは良好なハンダ付け性は得られていない。
前述のように、著しく酸化されたＩＣのリード部やぬれにくいリードフレーム母材金属に良好なハンダ付けをする場合、希硫酸による前処理と水溶性フラックスの併用または希硫酸による前処理なしでフラックス中のハロゲン含有率を高くする（ハロゲン量５〜１５％）こと等で対応してきたが、製品の品質低下および環境上の問題点をかかえている。
また、鉛フリー化に伴い鉛フリーのハンダに対しても良好なハンダ付け性が得られる水溶性フラックスはまだ見いだされていない。
本発明は、前処理工程の希硫酸処理を使用せず、フラックス中の成分にハロゲンを含まない配合とし、従来のＰｂハンダだけでなく各種の鉛フリーのハンダにも相性の良い水溶性フラックス組成物並びにそれを使用した電子機器及びＩＣ部品又は電子部品等のハンダ付部品の製造方法を提供することを目的とする。
発明の要旨
本発明は、つぎのものに関する。
１．　水溶性のバインダー並びにスルホン酸化合物、硫酸化合物、スルファミン酸化合物、多価カルボン酸化合物および過硫酸化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物からなる活性剤を含有してなる水溶性フラックス組成物。
２．　水溶性のバインダー５０〜９９重量％及び活性剤１〜５０重量％を含有する項１記載の水溶性フラックス組成物。
３．　プリント配線板に電子部品を実装する時に、部品端子の少なくとも一つに項１又は２記載の水溶性フラックス組成物を塗布し、次いでハンダ付けすることを特徴とする電子機器の製造方法。
４．　ＩＣ部品又は電子部品の部品端子の少なくとも一つに項１又は２記載の水溶性フラックス組成物を塗布し、次いでハンダ付けすることを特徴とするＩＣ部品又は電子部品の製造方法。
５．　ハンダがＰｂを含まないものである項４記載のＩＣ部品又は電子部品の製造方法。
６．　ハンダがＳｎ−Ｃｕハンダである項４記載のＩＣ部品又は電子部品の製造方法。
発明を実施するための最良の形態
本発明では、活性剤としてスルホン酸化合物、硫酸化合物、スルファミン酸化合物、多価カルボン酸化合物および過硫酸化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物が使用される。従来、一般にフラックスの活性剤は無機酸、有機酸、アミン、アミノ酸およびそれらの塩酸塩が用いられている。無機酸のなかでも硫酸または塩酸を単独でフラックスに配合するとリード部への腐蝕の問題や廃液の処理の問題が発生する。また、有機酸またはアミンの活性剤は、活性効果が弱く、酸化劣化が著しいリード部の酸化皮膜除去は困難になる。更に、アミン塩酸塩にした活性剤でもハロゲン量が多いと腐蝕、酸廃液の処理の問題が、また、ハロゲン量が少ないとハンダ付け性に問題を起こすことが考えられる。
しかし、本発明で使用するスルホン酸化合物、硫酸化合物、スルファミン酸化合物、多価カルボン酸化合物および過硫酸化合物の活性剤は、部品への腐蝕の問題や酸廃液の問題等を解決することができる。
本発明において使用されるスルホン酸化合物としては、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ｏ−アミノベンゼンスルホン酸、メタニル酸、スルファニル酸、ｏ−フェノールスルホン酸，ｍ−フェノールスルホン酸，ｐ−フェノールスルホン酸等があり、スルファミン酸化合物としては、スルファミン酸、スルファミン酸アンモニウム、スルファミン酸グアニジン等がある。硫酸化合物としては、硫酸アンモニウム等の硫酸塩などがあり、過硫酸化合物としては、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩などを挙げることができる。多価カルボン酸化合物としては、マレイン酸、マロン酸、イタコン酸、フマル酸、コハク酸等の二価カルボン酸、１，２，３−プロパントリカルボン酸等の３価カルボン酸等が挙げられる。
本発明のフラックス組成物には、上記活性剤を均一に分散させるために水溶性のバインダーを配合している。
この水溶性バインダーとしては、ポリビニールアルコール、カルボキシセルロース、多価アルコール、脂肪族オキシ酸及び芳香族オキシ酸からなる群より選ばれる少なくとも１種類の化合物を使用することができる。
多価アルコール類としては、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類など２価のアルコール、グリセリン等の３価のアルコール、ジグリセリン等の４価のアルコール等が挙げられる。また、ポリオールのアルキレンオキシド付加物（特に、数平均分子量２００〜２０００のもの；例えば、ＨＫ−１１（商品名：三洋化成工業株式会社製、グリセリンのエチレンオキシド付加物））等も挙げられる。
脂肪族オキシ酸としてはグリコール酸、乳酸、グリセリン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸等があり、芳香族オキシ酸としてはサリチル酸等が挙げられる。
本発明の水溶性フラックス組成物は、前記の活性剤と水溶性バインダーを必須成分として含み、必要に応じて界面活性剤等が配合され、水および親水性の溶媒に溶解して使用に供されることが好ましい。
活性剤の配合量は、活性剤と水溶性バインダーの総量に対して、好ましくは１〜５０重量％であり、更に好ましくは５〜３０重量％である。活性剤の配合量が１重量％未満であると、部品のリード部での酸化皮膜除去が困難となりハンダ濡れ性が低下する。また、５０重量％を超えると強活性となりリード部の浸食が著しくなる可能性がある。
一方、活性剤を分散させる水溶性のバインダーの配合量は、活性剤と水溶性バインダーの総量に対して、好ましくは５０〜９９重量％であり、更に好ましくは７０〜９５重量％である。水溶性バインダーの配合量が５０重量％未満であると、活性剤の分散性が失われ、活性度が低下してハンダ不濡れやツララの要因となる可能性があり、また、配合量が９９重量％を超えると、粘性が高くなり作業性が悪いうえ、部品や部品を搭載している治具に対する汚れが著しくなって、水洗浄効率が悪くなる傾向がある。
また、溶媒の配合量は、活性剤と水溶性バインダーとの総量に対して１０〜８０重量％が好ましく、更に好ましくは３５〜６５重量％である。溶媒としては、水、アルコール類等がある。溶媒の配合量が１０重量％未満であるとフラックス組成物の粘性が大きくなり、作業性が悪くなる傾向があるだけでなく、部品や部品を搭載している治具に対する汚れが著しくなって、水洗浄効率が悪くなる傾向がある。溶媒の配合量が８０％重量を超えると、フラックス組成物自体の活性力が低下し、ハンダ濡れ性が悪くなる傾向がある。
また、界面活性剤としては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルフェニルエーテル（例えば、ＥＡ−１３０Ｔ；商品名、第一工業化学株式会社製）、ポリエチレングリコールアルキルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等がある。界面活性剤の配合量は、活性剤と水溶性バインダーとの総量に対して０．５〜５重量％が好ましく、１〜４重量％がさらに好ましい。界面活性剤の配合量が０．５重量％未満になるとハンダ付部品に対するフラックス組成物の濡れ性が低下する傾向があり、５重量％を超えるとフラックスの発泡が著しくなり、半田付けの作業性が低下する傾向がある。
本発明におけるフラックス組成物は、銅、ニッケル、鉄等の金属同士をハンダ付けするのに使用される。特に、配線板等の配線基板とＩＣ、トランジスタ、ダイオード、マイクロスイッチ、ボビン等のＩＣ部品又は電子部品を導通固定させるためのハンダ付けに使用される。このとき、異なる部品の少なくとも一方に本発明のフラックス組成物を塗布する。フラックス組成物の塗布方法、ハンダ付けの方法は、公知の方法を利用でき、フラックス組成物の塗布方法としては、静止槽式、噴流式、発泡式、スプレー式等が利用できる。ハンダ付け方法としては、静止槽（固定槽）式、噴流方式等の方法が利用できる。
ハンダ付けの方法としては、これらの中でも、多数のハンダ付け部（部品端子など）を一度にハンダ付けできることから、静止槽を使用した浸漬法が適し、生産性にも優れている。
以上において、本発明おけるフラックス組成物による処理は、１０〜５０℃のフラックス組成物溶液に浸漬するか、はけ塗り等により塗布することにより行うことができる。浸漬による場合、浸漬時間は５〜１２０秒が好ましい。
本発明におけるフラックス組成物は、また、銅フレームに搭載した半導体チップを樹脂で封止（モールド）したＩＣ部品のリード部にハンダを付ける際にその前処理として使用される。銅フレームであるＩＣのリード部は、樹脂封止（モールド）の時に著しく酸化されてしまう。このＩＣ部品のリード部にハンダ付けする際、１０〜５０℃のフラックス槽にＩＣ部品のリード部を１０〜１２０秒浸漬し酸化皮膜を除去する。次に、ハンダでの熱衝撃を緩和する目的で６０〜１５０℃の予熱処理を１〜４分実施した後、２３０〜３００℃の溶融ハンダ槽に１０秒〜１２０秒程度浸漬してハンダ付けを行う。その後、水、場合によっては有機溶剤を含んだ洗浄剤等でＩＣ部品を洗浄して、残留フラックスを除去し、８０〜１００℃での乾燥後、ピン差し込み型（ピン挿入型）のＩＣ部品を製造する。
本発明におけるフラックス組成物は、共晶ハンダ（鉛含有）だけでなく、鉛フリーのハンダでも良好なハンダ付け性が得られる。
共晶ハンダ（鉛含有）としては、Ｓｎ−Ｐｂ系ハンダが一般的である。鉛フリーのハンダとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系ハンダ、Ｓｎ−Ｂｉ系ハンダ、Ｓｎ−Ｚｎ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｎ系ハンダ、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダ等が挙げられる。
実施例
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
尚、以下の実施例においてフラックス組成物中のハロゲン含有量は電位差滴定法で測定した。電位差滴定法は、ＪＩＳ　Ｚ３１９７に準じて測定を行い、測定装置として京都電子工業（株）製の自動滴定装置を用いた。またハンダ濡れ性はタムラ製作所製のソルダーグラフ装置（デジタルソルダー）を用い、母材にＣｕ箔（ＴＳＴＯ箔３５μｍ；商品名、古河電工株式会社製）を用いて、メニスコグラフ法により、ハンダ温度２６０±５℃、浸漬深さ１ｍｍ、浸漬時間０．５秒の条件で測定した。ハンダ濡れ性は、５．４ｍＮ未満を不合格（×）、５．４ｍＮ以上を合格（○）とした。
一方ＩＣ部品のリード部へのハンダ付け性は、銅フレームに封止材をモールドした部品を試験サンプルとし、表１又は表２の各種フラックス組成物にそれぞれ浸漬して４種類のハンダ（Ｓｎ−３７Ｐｂ、Ｓｎ−０．８Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７Ｃｎ、Ｓｎ−２Ａｇ−２Ｂｉ−０．５Ｃｕ、数値は重量比でＪＩＳ　Ｚ３２８２に準じて各金属の配合割合を示し、以下においても同様である。ここで、Ｓｎ−３７Ｐｂとは、６３％の錫と３７％の鉛を含有するハンダを意味する。）でハンダ付けしたときの、ハンダ濡れ状態を観察した。ハンダ付け性の判定は、部品の有効リード部が良好なハンダ付け性を示しているものを○とし、つらら、ブリッジのあるものを△、ハンダ不濡れのものは×とした。
また、耐熱性試験は、上記で作製したＳｎ−Ｃｕ系ハンダでハンダ付けしたＩＣを用いて、１７５℃で３時間で加熱処理した。その後リード部にロジン系のフラックスを塗布して３種類のハンダ（Ｓｎ−３７Ｐｂ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７Ｃｎ、Ｓｎ−２Ａｇ−２Ｂｉ−０．５Ｃｕ）にそれぞれ浸漬して、その時のハンダ付け性を観察した。判定は上記と同じ手法で実施した。
実施例１〜４
表１に示す配合でハロゲンを含有しない水溶性フラックス組成物を作製し、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表１に示す。
実施例５〜８
表１に示す配合でハロゲンを含有しない水溶性フラックス組成物を作製し、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表１に示す。
実施例９〜１２
表１に示す配合でハロゲンを含有しない水溶性フラックス組成物を作製し、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表１に示す。
比較例１
表１に示す配合でハロゲンを含有しないフラックス組成物を作製し、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表１に示す。
比較例２
表１に示す配合で低ハロゲンのフラックス組成物を作製し、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表１に示す。
比較例３
表１に示す配合で高ハロゲンのフラックス組成物を作製し、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表１に示す。
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実施例１３〜１６
表２に示す配合でハロゲンを含有しない水溶性フラックス組成物を作製して、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表２に示す。
実施例１７〜２０
表２に示す配合でハロゲンを含有しない水溶性フラックス組成物を作製して、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表２に示す。
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実施例２１〜２８
表３に示す配合でハロゲンを含有しない水溶性フラックス組成物作製して、ハロゲン含有量、メニスコグラフによるハンダ濡れ力および初期と加熱後のＩＣリード部のハンダ付け性を評価した。結果は表３に示す。
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産業上の利用可能性
本発明の水溶性フラックス組成物は、ハロゲンを含む必要がなく、また、希硫酸による前処理を経ずに、酸化の著しいＩＣ部品のリード部へ十分なハンダ付けができる。このため本発明におけるＩＣ部品等のハンダ付部品の品質向上と環境問題の改善が図れる。
さらに、ハンダの鉛フリー化の流れに沿って、本発明における水溶性フラックス組成物は、鉛フリーのハンダにも十分な濡れ性を付与できることがわかり、今後ハンダの鉛フリー化が図れる。
【国際調査報告】
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