本発明は、はんだ付けに用いるフラックスに関し、とりわけ、リフローはんだ付けに用いるのに適したフラックスに関する。

近年、電子部品の表面実装等においては、あらかじめ常温で塗布又は接着しておいたはんだを、後から加熱溶融してはんだ付けする、リフローはんだ付けが行われている。 はんだペーストを用いたリフローはんだ付けの場合、はんだペーストは、主に、はんだ粉末と、樹脂成分、溶剤及び各種添加剤を含むフラックスとからなり、これをスクリーン印刷等によって接合予定部分に塗布、加熱することによってはんだ付けが行われる。 ところで、フラックスに添加される添加剤の中には有機酸等の揮発成分も含まれるところ、揮発成分ははんだ付けの際の加熱によりガス化する。また、無鉛系はんだを用いる場合にははんだ付け温度が高温となるため、揮発成分以外のフラックス成分も分解することがある。そのため、リフローはんだ付けにおいては、このような揮発ガスや分解ガスに起因するボイドがはんだ付け部に発生するという問題がある。 この点、特許文献1には、低分子二塩基酸ジアルキルエステル化合物を添加してフラックスの分解を防ぐことによってボイドの発生を低減することが開示されている(特許文献1)。

特開2007−136491号公報

しかしながら、低分子二塩基酸ジアルキルエステル化合物は、フラックスに一般に使用されているロジン樹脂やグリコール系溶剤との相溶性が高いとは言えない。そのため、低分子二塩基酸ジアルキルエステル化合物をフラックスに添加すると、フラックスやはんだペーストを製造する際の混合効率が低下する。また、長期保存の際にフラックスが相分離するおそれもある。

そこで、本発明は、製造効率や保存安定性を損なうことなく、ボイドの発生の少ないはんだ付けを実現できるはんだ付け用フラックスやはんだペーストを提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、はんだ付け時におけるフラックスの溶融粘度が低ければ、仮に揮発ガスや分解ガスが発生したとしても樹脂成分が固化する前に速やかにはんだ付け部から抜け出すことができ、ボイドとして残存することがないことに気が付いた。 そして、はんだ付け時のフラックスの溶融粘度は、フラックス中に存在している溶剤の量と関係があり、はんだ付けの際(接合時)の加熱により揮発するなどして溶剤量が減ると溶融粘度は上昇するが、溶剤が十分な量残存していれば溶融粘度は低く、その結果、はんだ付け時に揮発ガスや分解ガスが発生してもはんだ付け部から抜けきることが判明した。

もっとも、はんだ付け時にフラックス中に溶剤が十分な量残存するよう、溶剤として低揮発性のものを用いると、はんだ付け時における溶融粘度を低くすることはできるが、今度は、接合時に加熱をしても十分に乾燥させることができず、はんだ付け部表面がべたつき、ごみ等が付着するという別の問題が生じる。 そこで、接合後の乾燥性にも留意しながら、さらなる研究を重ねた結果、溶剤としてグリコール系溶剤と炭素数が16〜18の一価のアルコールとを併用した場合には、乾燥性及びはんだ付け時における低溶融粘度という相反する要求を両立するフラックスとすることができ、ボイド発生の問題を解決できることを見出した。 しかも、炭素数が16〜18の一価のアルコールは、アルコールであるためグリコール系溶剤やロジン樹脂等の一般的なフラックスの主成分との相溶性も良好であるため、フラックスに添加しても、その製造効率や保存安定性を損なうこともない。

このようにして、本発明者らは、製造効率や保存安定性を損なうことなく、ボイドの発生の少ないはんだ付けを実現できるはんだ付け用フラックスやはんだペーストを提供することを実現した。 すなわち、本発明は以下の通りである。 [1]樹脂、グリコール系溶剤及び炭素数が16〜18の一価のアルコールを含む、はんだ付け用フラックス。 [2]さらに、有機酸を含む、[1]に記載のはんだ付け用フラックス。 [3]さらに、活性剤を含む、[1]に記載のはんだ付け用フラックス。 [4]炭素数が16〜18の一価のアルコールの含有量が0質量%超20質量%以下である、[1]−[3]いずれかに記載のはんだ付け用フラックス。 [5]炭素数が16〜18の一価のアルコールの含有量が5−15質量%の範囲内である、[4]に記載のはんだ付け用フラックス。 [6]グリコール系溶剤の含有量(質量%)に対する炭素数が16〜18の一価のアルコールの含有量(質量%)の比(炭素数が16〜18の一価のアルコール含有量/グリコール系溶剤の含有量)が、0.01−1.25である、[1]−[5]いずれかに記載のはんだ付け用フラックス。 [7]グリコール系溶剤の含有量(質量%)に対する炭素数が16〜18の一価のアルコールの含有量(質量%)の比(炭素数が16〜18の一価のアルコール含有量/グリコール系溶剤の含有量)が、0.15−0.72である、[6]に記載のはんだ付け用フラックス。 [8]ロジン系樹脂を30−60質量%、グリコール系溶剤を20−45質量%、炭素数が16〜18の一価のアルコールを5−20質量%、及び、有機酸を1−15質量%の範囲内で含む、はんだ付け用フラックス。 [9]さらに、チキソ剤及び/又は酸化防止剤を含む、[1]−[8]いずれかに記載のはんだ付け用フラックス。 [10]前記16〜18の一価のアルコールが、炭素数16の一価のアルコールである、[1]−[9]いずれかに記載のはんだ付け用フラックス。 [11]前記炭素数16の一価のアルコールが、2−ヘキシルデカノールである、[10]に記載のはんだ付け用フラックス。 [12][1]−[11]いずれかに記載のはんだ付け用フラックスとはんだ粉末を含む、はんだペースト。

本発明によれば、ボイドの発生の少ないはんだ付けを実現できるはんだ付け用フラックスやはんだペーストを、その製造効率や保存安定性を損なうことなく、また、乾燥不良等別の問題を引き起こすこともなく、提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

本実施形態のはんだ付け用フラックスは、樹脂(ベース樹脂)及び溶剤と、必要に応じて各種添加剤を含むものであって、溶剤として、少なくともグリコール系溶剤及び炭素数16〜18の一価のアルコールを含む。

樹脂としては、従来はんだ付け用フラックスに使用されている各種樹脂を使用することができる。このような樹脂としては、例えば、ロジン系樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、スチレン−マレイン酸共重合体、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、及び、これらの混合物が挙げられ、この中でも、ロジン系樹脂が一般的によく用いられている。 ロジン系樹脂としては、例えば、ガムロジン、ウッドロジン等の天然ロジンや、その誘導体(重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、酸変性ロジン、ロジンエステル等)が挙げられる。 フラックス中の樹脂の含有量に限定はなく、例えば、10−80質量%の範囲内とすることができ、20−70質量%の範囲内としてもよいし、30−60質量%の範囲内としてもよい。

本実施形態においては、溶剤として、少なくともグリコール系溶剤及び炭素数16〜18の一価のアルコールを用いる。このような炭素数の一価のアルコールは沸点が適度な範囲にあり、一般的なはんだ付けで採用される接合温度においては、接合初期にはフラックス中に残存してフラックスの溶融粘度を低く保ち、分解ガス等の解放を容易にしつつ、接合後期にはある程度揮発する。 ここで、グリコール系溶剤とは、グリコール(脂肪族又は脂環式炭化水素の2つの相異なる炭素原子に1つずつ水酸基が結合している構造を有する化合物)又はその誘導体からなる溶剤をいう。本実施形態において、グリコール系溶剤の種類に限定はなく、例えば、はんだ付け用フラックスに一般的に使用されているものを用いることができ、具体例としては、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、フェニルグリコール、ヘキシルジグリコール、2−エチルヘキシルジグリコールに加え、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルカルビトール)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メチルカルビトール)、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(ヘキシルカルビトール)、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコールエーテル類が挙げられる。これらのうち、炭素数2〜24のアルコールのグリコールエーテル(具体的には、モノグリコールエーテル(炭素数:4〜26)、ジグリコールエーテル(炭素数:6〜28)、オリゴグリコールエーテル(炭素数:2+2×n〜24+2×n))が好ましく、炭素数4〜16のアルコールのグリコールエーテルがより好ましく、炭素数6〜8のアルコールのグリコールエーテルが特に好ましい。 グリコール系溶剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。

フラックス中のグリコール系溶剤の含有量(複数種類のグリコール系溶剤を用いる場合はその総含有量)にも限定はなく、例えば、10−60質量%の範囲内としてもよいし、15−50質量%の範囲内としてもよいし、20−45質量%の範囲内としてもよい。

本実施形態においては、溶剤として、上記グリコール系溶剤に加えて炭素数16〜18の一価のアルコールを併用する。これにより、はんだ付け時において溶融粘度の低いフラックスを実現することができる。 炭素数16〜18の一価のアルコールとしては、1−ヘキサデカノール(炭素数16)、2−ヘキシルデカノール(炭素数16)、イソヘキサデカノール(炭素数16)、1−ヘプタデカノール(炭素数17)、1−オクタデカノール(炭素数18)、イソステアリルアルコール(炭素数18)等が挙げられ、一種のみ用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。 この中でも、炭素数16のものが好ましく、とりわけ、2−ヘキシルデカノール(CAS番号:2425−77−6)は、ベタツキが少なく好ましい。2−ヘキシルデカノールとしては、例えば、ファインオキソコール1600(日産化学工業株式会社製、登録商標)などを使用することができる。

フラックス中の炭素数16〜18の一価のアルコールの含有量に限定はなく、炭素数16〜18の一価のアルコールが含まれていればよい。フラックスやはんだペーストのはんだ付け時の溶融粘度を低くするという点からは、含有量は多い方が好ましく、例えば、0.5質量%以上としてもよいし、1質量%以上としてもよいし、5質量%以上とすることもできる。一方、フラックスやはんだペーストの乾燥不良をなくし、べたつきを抑えるという点からは、含有量は少ない方が好ましく例えば、30質量%以下としてもよいし、20質量%以下としてもよいし、15質量%以下とすることもできる。

また、グリコール系溶剤の含有量(質量%)に対する炭素数16〜18の一価のアルコールの含有量(質量%)(複数種類用いる場合はその総量)の比(炭素数16〜18の一価のアルコール含有量/グリコール系溶剤の含有量)にも限定はないが、ボイド発生の防止と乾燥のバランスの点からは、0.01−1.25であることが好ましく、0.15−1.25であることがより好ましく、0.15−0.72であることがさらに好ましい。

本実施形態においては、グリコール系溶剤及び炭素数16〜18の一価のアルコールに加えてさらに、他の公知の溶剤を併用することもできる。このような溶剤としては、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、1,5−ペンタンジオール、オクタンジオール、テルピネオール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のアルコール類;トルエン、キシレン、n−ヘキサン等の炭化水素類;酢酸イソプロピル、安息香酸ブチル等のエステル類が挙げられ、これらの一種又は二種以上用いることができる。

本実施形態のフラックスは、樹脂及び溶剤に加えて、活性剤、チキソ剤(チキソトロピック剤)及び酸化防止剤や、防錆剤、消泡剤、つや消し剤、界面活性剤、着色剤等のフラックスに添加されることのある各種添加剤を含有することができる。

活性剤としては、例えば、有機酸類、アミン類、有機ハロゲン化合物類、アミンハロゲン化水素酸塩類、ホスホン酸類、燐酸エステル類等のフラックスにおいて一般に使用されているものを、一種又は二種以上を組合せて用いることができる。 フラックス中の活性剤の含有量に限定はなく、例えば、0−30質量%の範囲内であってもよいし、0−20質量%の範囲内であってもよい。

このうち、有機酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、安息香酸、グリコール酸等のモノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、ピメリン酸、ジグリコール酸等のジカルボン酸又はその無水物;乳酸、クエン酸、酒石酸等のオキシ酸;ダイマー酸、水添ダイマー酸、トリマー酸、水添トリマー酸、ピコリン酸等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を用いることができる。また、炭素数8以上の高級飽和又は不飽和脂肪酸等も使用できる。 これらの有機酸の中には揮発性のものや、その沸点がはんだ付け温度よりも低いものも多く含まれるところ、そのようなものははんだ付けの際にボイドの原因となるガスを発生しやすい。しかし、本実施形態においては、ガスが発生したとしてもボイドとしてはんだ付け部に残存することがないので、本実施形態はフラックスが揮発性や沸点の低い有機酸を含む場合に特に有効である。 フラックス中の有機酸の含有量に限定はなく、例えば、1−15質量%の範囲内であってもよく、3−10質量%の範囲内であってもよい。

アミンとしては、例えば、ジフェニルグアニジン、ジトリルグアニジン、ナフチルアミン、トリエタノールアミンや、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられる。 フラックス中のアミンの含有量に限定はなく、例えば、0−10質量%の範囲内であってもよく、0−5質量%の範囲内であってもよい。

有機ハロゲン化合物としては、例えば、臭素化された有機化合物が挙げられ、具体的には、1−ブロモ−2−ブタノール、1−ブロモ−2−プロパノール、3−ブロモ−1−プロパノール、3−ブロモ−1,2−プロパンジオール、1,4−ジブロモ−2−ブタノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノール、2,3−ジブロモ−1−プロパノール、2,3−ジブロモ−1,4−ブタンジオール、2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4ジオール等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を用いることができる。 フラックス中の有機ハロゲン化合物の含有量に限定はなく、例えば、0−10質量%の範囲内であってもよく、0−5質量%の範囲内であってもよい。

アミンハロゲン化水素酸塩類としては、例えば、臭化水素酸(HBr)、塩化水素酸(HCl)、フッ化水素酸(HF)等のハロゲン化水素酸と、アニリン、ジフェニルグアニジン、ジエチルアミン、イソプロピルアミン等のアミン化合物とを組合せた塩が挙げられる。また、アミンハロゲン化水素酸塩類同等物として、テトラフルオロホウ酸(HBF₄)と、アミン化合物とを組合せた塩も用いることができる。 フラックス中のアミンハロゲン化水素酸塩類等の含有量に限定はなく、例えば、0−5質量%の範囲内であってもよく、0−2質量%の範囲内であってもよい。

なお、本実施形態において、上述した有機酸類、アミン類、有機ハロゲン化合物類、アミンハロゲン化水素酸塩類や、ホスホン酸類、燐酸エステル類等は、活性剤として添加することができるが、それ以外の役割を果たすこともあり、そのような意図で添加してもよい。

チキソ剤はチキソ性の付与のために添加される添加剤であり、具体例としては、ステアリン酸アマイド、メチレンビスべヘン酸アマイド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアマイド等の脂肪酸アマイド、p−トルアミド等の芳香族アマイド、ひまし硬化油、カルナバワックス、蜜ろう等が挙げられ、これらの一種又は二種以上用いることができる。 フラックス中のチキソ剤の含有量に限定はなく、例えば、0−30質量%の範囲内であってもよいし、0−10質量%の範囲内であってもよい。

酸化防止剤としては、例えば、フラックス又はその他の各種分野で使用されているヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等を使用することができ、これらの一種又は二種以上用いることができる。 フラックス中の酸化防止剤の含有量に限定はなく、例えば、0−10質量%の範囲内であってもよいし、0−5質量%の範囲内であってもよい。

本実施形態のはんだ付け用フラックスの好ましい組成の一例としては、ロジン系樹脂を30−60質量%、グリコール系溶剤を20−45質量%、炭素数16〜18の一価のアルコールを5−20質量%、有機酸を1−15質量%の範囲内で含むものが挙げられる。

本実施形態のはんだ付け用フラックスは、例えば、はんだ粉末と混合してはんだハンダペーストとして使用したり、ボールアタッチ用或いはチップアタッチ用のフラックスとして使用することができる。

はんだペーストとする際に使用するはんだ粉末に限定はなく、従来使用されているあらゆるはんだ粉末を使用することができる。 はんだ粉末の組成については限定はなく、有鉛であってもよいし、無鉛であってもよい。具体的には、例えば、Sn−Pb系合金、Sn−Cu系合金、Sn−Ag系合金、Sn−Bi系合金、Sn−In系合金、Sn−Sb系合金や、Sn−Pb−M(Mは、Bi、Cu、In、Sb及びAgからなる群から選ばれる1種以上の金属)で表される三元系又はそれ以上の多元系合金、Sn−Zn−M(Mは、Bi、Cu、In、Sb及びAgからなる群から選ばれる1種以上の金属)で表される三元系又はそれ以上の多元系合金、Sn−Ag−M(Mは、Bi、Cu、In、Sb及びZnからなる群から選ばれる1種以上の金属)で表される三元系又はそれ以上の多元系合金等が挙げられる。 はんだ粉末の粒子形状や粒径についても限定はなく、形状については、例えば、球状、平板状、針状又は不定形状であってもよいし、粒径については、例えば、動的光散乱方式で測定される平均粒子径が1〜100μmであってもよいし、5〜50μmであってもよい。

はんだペースト中のはんだ粉末及びフラックスの含有量に限定はなく、例えば、はんだ粉末を5〜95質量%、フラックスを5〜95質量%とすることができる。

本実施形態のはんだ付け用フラックス及びはんだペーストの製造方法に限定はなく、原料を同時に又は順次、任意の方法で混合することにより製造することができる。 フラックスの製造にあたっては、最終的にフラックスの全成分が混合されればよく、グリコール系溶剤と炭素数が16〜18の一価のアルコールは予め混合して混合溶剤としておいてもよいし、別々のタイミングでフラックスの他の成分と混合してもよいし、グリコール系溶剤と炭素数が16〜18の一価のアルコールを含むフラックスの全成分を同時に混合してもよい。 また、はんだペーストの製造にあたっても、必ずしも、フラックスを予め調製して、これをはんだ粉末とを混合する必要はなく、最終的にフラックスの全成分、はんだ粉末及び必要に応じてはんだペーストに添加される添加剤とが混合されるのであれば混合の順番は問わず、フラックスの成分の一部とはんだ粉末とを混合した後、フラックスの残りの成分を添加するなどしてもよい。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

表1に示す原料を表1に示す配合で混合し、実施例1−28及び比較例1、2のフラックスを調製した。なお、各原料は相溶し、容易に混合することができた。

実施例、比較例のフラックスについて、その乾燥度、ボイド発生率及びはんだぬれ性を以下の手順で評価した。 (1)乾燥度 JIS Z 3197: 2012, 8.5.1乾燥度試験に準拠して、フラックスの乾燥度を評価した。 具体的には、各実施例、比較例のフラックスとSn−3.0Ag−0.5Cu(SAC305)組成のはんだ粉末(平均粒子径φ:21μm)をフラックス:はんだ粉末=11:89の質量比で混合したはんだペーストを作製した。次いで、上記JIS試験方法に従って試験片を作製し、試験を行い、フラックスの乾燥度(フラックスの乾燥のしやすさ、具体的にはフラックス残渣の粘着性)を、試験片上のフラックス残渣表面に振りかけた粉末タルクの付着度合いで評価した。 評価は、粉末タルクがブラッシングで除去できた場合を○、除去できなかった場合を×とした。

(2)ボイド発生率 (1)乾燥度試験と同様にしてはんだペーストを作製した。 次いで、ペーストを、8mm×8mmのCu−OSP電極(N=15)の上にメタルマスクを用いて120μm高さに印刷した。その後、大気雰囲気下にてリフローした。リフロープロファイルは、190℃で2分保持し、その後260℃まで1.5℃/秒で昇温、とした。 リフロー後のはんだ付け部(はんだバンプ)の透過画像をUNi−HiTE SYSTEM社製Microfocus X−ray System XVR−160を用いて観察し、ボイド発生率を求めた。具体的には、はんだバンプについて上部から下部に向かって透過観察を行い、円形のはんだバンプ透過画像を得、その色調のコントラストに基づき金属充填部とボイド部を識別して自動解析によりボイド面積率を算出し、これをボイド発生率とした。このようにして求めたボイド発生率を用いて、以下の基準でボイドの発生しにくさを評価した。 15個のはんだ付け部全てにおいてボイド発生率が15%以下である場合:○○ 15個のはんだ付け部中にボイド発生率が15%超のものが含まれるが、いずれも20%以下である場合:○ 15個のはんだ付け部中にボイド発生率が20%超のものが含まれる場合:×

(3)はんだぬれ性 JIS Z 3198−4に準じて、フラックスのはんだぬれ性を評価した。 具体的には、150℃で1時間焼成した幅5mm×長さ25mm×厚み0.5mmの銅板の表面の長さ方向の下端から3mmまでの部分に各実施例、比較例のフラックスを針先で塗布し、下記の条件ではんだ槽に浸せきし、ゼロクロスタイムを測定した。 <浸せき条件> はんだ組成:Sn−3.0Ag−0.5Cu はんだ槽温度:250℃ JIS Z 3198−4 浸せき速度:5mm/秒 JIS Z 3198−4 浸せき深さ:2mm JIS Z 3198−4 測定時間:10秒 JIS Z 3198−4 はんだぬれ性は以下の基準で評価した。 ゼロクロスタイムが5.5秒以下:○ ゼロクロスタイムが5.5秒超:×

結果を表1に示す。溶剤として2−ヘキシルデカノール(炭素数が16の一価のアルコール)とグリコール系溶剤を併用した実施例1−28のフラックスは、良好な乾燥性と低ボイド発生率を両立し、しかもはんだぬれ性も良好であった。

本発明のフラックスは、各種はんだ付けに用いることができ、特に、接合予定部分に塗布後に加熱を施すリフローはんだ付けに用いる、はんだペーストや各種フラックス用のフラックスに適している。