JP4322948B2 - ハンダ付け用フラックス、クリームハンダ、ハンダ付け方法、食品用容器および電子部品 - Google Patents
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Description
特許文献2の液状フラックスは、水溶性ベース材(例、ポリエチレングリコール、マンニトール、ソルビトール)とアクチベータ(クエン酸、りんご酸、マロン酸、乳酸等の有機酸;アミンの塩酸塩)と界面活性剤(例、非イオン系界面活性剤、イオン系界面活性剤、ヒドロキシセルロール、アルギン酸ナトリウム、アラビアゴム)とからなる。
特許文献1のフラックス、特許文献3と特許文献4のクリームハンダ中のフラックスは、いずれも鉛を主成分とするハンダ用を意図しており、特許文献2の液状フラックスは、いかなるハンダに適しているか言及していない。しかし、いずれも無鉛ハンダ、鉛フリーハンダに応用すると、リフロー時の固着力が不十分という問題がある。
本発明の目的は、(1)無鉛ハンダによるハンダ付け時に有毒ガスや臭気が殆んど発生せず、リフロー時の固着性が優れ、フラックス残渣の水洗性に優れ、その排水が下水処理場や河川、港湾に流れ込んでも微生物により速やかに分解して自然環境を汚さないフラックス、(2)ハンダ付け時に有毒ガスや臭気が殆んど発生せず、リフロー時の固着性が優れ、フラックス残渣の水洗性に優れ、その排水が下水処理場や河川、港湾に流れ込んでも微生物により速やかに分解して自然環境を汚さず鉛害のないクリームハンダとハンダ付け方法、および(3)ハンダ付け部分の固着力が優れ鉛害のない食品用容器および電子部品を提供することを目的とする。
[1](A)水と、(B)(b1) 水溶性かつ生物易分解性であり炭素原子、水素原子および酸素原子からなる還元性有機化合物もしくはフェノール系抗酸化剤または(b2) 水溶性かつ生物易分解性であり炭素原子、水素原子および酸素原子からなる還元性有機酸のアルカリ金属塩と、(C)水溶性かつ生物易分解性のチクソ剤とからなることを特徴とするハンダ付け用フラックス。
[2]成分(b1)がアスコルビン酸、ソルビン酸、エリソルビン酸、クエン酸、グルコン酸、還元糖または水溶性フェノール系抗酸化剤であり、成分(b2)がアスコルビン酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウムまたはエリソルビン酸ナトリウムであり、成分(C)が増粘多糖類であることを特徴とする[1]記載のハンダ付け用フラックス。
[3]成分(A)100重量部に対して成分(B)が0.5〜500重量部であり、成分(C)が0.2〜20重量部であることを特徴とする[1]または[2]記載のハンダ付け用フラックス。
[4](D)無鉛ハンダ粒子と、[1]または[2]記載のハンダ付け用フラックスとからなることを特徴とするクリームハンダ。
[5](D)無鉛ハンダ粒子100重量部と[3]記載のハンダ付け用フラックス3〜30重量部とからなることを特徴とするクリームハンダ。
[6]ハンダ付けすべき金属製部材間に[4]または[5]記載のクリームハンダを所在させ、加熱して無鉛ハンダ粒子をリフローすることを特徴とする金属製部材のハンダ付け方法。
[7][4]または[5]記載のクリームハンダを使用してハンダ付けされた金属製部材を有する食品用容器または電子部品。
本発明のクリームハンダは、ハンダ付け時に有毒ガスや臭気が殆んど発生せず、リフロー時の固着性が優れ、フラックス残渣の水洗性に優れ、その排水が下水処理場や河川、港湾に流れ込んでも微生物により速やかに分解して自然環境を汚さない。
本発明のハンダ付け方法は、ハンダ付け時に有毒ガスや臭気が殆んど発生せず、リフロー時の固着性が優れ、フラックス残渣の水洗性に優れ、その排水が下水処理場や河川、港湾に流れ込んでも微生物により速やかに分解して自然環境を汚さない。
本発明の食品用容器および電子部品は、ハンダ付け部分の固着力が優れ鉛害がない。
1 ガラス繊維強化エポキシ樹脂基板
2 チップコンデンサ
3 チップコンデンサの端子電極
4 基板ランド(パット)部
5 無鉛ハンダ
水は純水が好ましく、その電気伝導度は100μS/cm以下が好ましく、10μS/cm以下、さらには3μS/cm以下がより好ましい。純水の製造方法は通常の方法で良く、イオン交換法、逆浸透法、蒸留法などが例示される。清浄でありミネラル分が少なければ井戸水、ミネラルウオーター、渓谷水も使用可能である。
ここで、本発明における生物易分解性とは、化学物質等の審査及び製造等の規制に関する法律第4条第1項の規定に基づき、同項第5号に該当する(いわゆる白物質)と判定されるものであることをいう。上記(B)(b1)成分、(B)(b2)成分は2種以上を併用してもよい。
成分(C)の代表例は、増粘多糖類であり、例えば、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天、キサンタンガム、グアーガム、ローカストビーンガム、トラガントガム、アラビアガム、タマリンドシードガム、ジェランガム、サイリウムシードガム、ペクチン等の、海藻、種子、樹皮、微生物等由来の天然ガム類、植物由来のでんぷんを挙げることができる、さらには動物のコラーゲン由来のたんぱく質であるゼラチンを挙げることができる。本発明の目的を達成するものであれば特に制限はなく、これらの1種または2種以上を併用して使用することができる。成分(C)は、水溶性であり、ハンダ付け後にその残渣が水洗されて下水処理場や河川、港湾に流れ込んでも微生物により速やかに分解して無害な物質に変わる。かかる成分(C)は、元来植物、微生物または動物由来の天然物質であり人畜に対する安全性に優れている。
成分(D)無鉛ハンダ粒子は、Pbを含まないことを特徴としており、Sn−In系、Sn−Bi系、In−Ag系、In−Bi系、Sn−Zn系、Sn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−Sb系、Sn−Au系、Sn−Bi−Ag−Cu系、Sn−Ge系、Sn−Bi−Cu系、Sn−Cu−Sb−Ag系、Sn−Ag−Zn系、Sn−Cu−Ag系、Sn−Bi−Sb系、Sn−Bi−Sb−Zn系、Sn−Bi−Cu−Zn系、Sn−Ag−Sb系、Sn−Ag−Sb−Zn系、Sn−Ag−Cu−Zn系、Sn−Zn−Bi系が例示される。
本発明に用いる無鉛ハンダ粒子は、ふるい分けによりハンダ粒径の上限を規定するふるいの目開き以下の粒度の無鉛ハンダ粒子が、重量分布で90%以上、好ましくは95%以上とするのがよい。また、本発明で用いられる無鉛ハンダ粒子の酸素原子含有量は、低いほどよく、500ppm以下が好ましく、300ppm以下がより好ましい。そうするとクリームハンダの保存安定性やリフロー特性が向上する。無鉛ハンダ粒子中の酸素原子含有量を低下させるためには、無鉛ハンダ粒子を作製するアトマイズ工程を無鉛ハンダ粒子が酸化されにくい雰囲気中としたり、製造された無鉛ハンダ粒子を酸化されにくい環境中で扱うことが有効である。具体的には上記工程を、窒素ガスや不活性ガス中で行うことが好ましい。
なお、本発明のクリームハンダによりハンダ付けした後は、水で洗浄することによりフラックス残渣を容易に速やかに洗い流すことができる。水で洗浄することができるので、アルコール等の有機溶媒による洗浄の場合のようなVOC発生の問題がない。
実施例と比較例中のハンダ付け用フラックスおよびクリームハンダの特性は下記の方法により測定した。
東機産業株式会社製の回転式粘度計TV−20を用い、温度25℃、ロータの回転数4rpmで測定した。
幅100mm×長さ40mmのガラス繊維強化エポキシ樹脂基板1上に、1mmの間隔をおいて設けられた2つの0.8mm×1.2mmのランド(パッド)部4(銀メッキ仕上げ)に、150μm厚のメタルマスクを用いて、クリームハンダを塗布し(塗布面積:0.6mm×1.0mm)、チップマウンタにより2012チップコンデンサの端子電極3を該ランド(パッド)部4(銀メッキ仕上げ)に搭載後、強制循環式オーブン内で200℃で30分間、または、250℃で30秒間のリフローによりハンダ付けを行うことにより、固着強度測定用試験体を作製した。かくして得られた固着強度測定用試験体であるチップコンデンサ2の側面を固着強度試験機により押厚速度23mm/分で押圧し、ハンダ付け部がせん断破壊したときの荷重をもって固着強度(単位;kgf)とした。なお、固着強度試験の回数は5回であり、5回の平均値を固着強度とした。
超音波洗浄機(株式会社エスエヌディ製USM型)を用いて、固着強度測定用の試験体と同一の試験体を、25℃の純水中で2分間超音波洗浄し、試験体を引き上げてハンダ付け部分におけるフラックス残渣の付着状態を目視で観察した。
撹拌器付き容器に、市販の蒸留水とL−アスコルビン酸(和光純薬工業株式会社製、試薬特級)を投入し撹拌することにより、L−アスコルビン酸の15重量%水溶液を調製した。この水溶液100重量部に、3重量部のアルギン酸類(共立食品株式会社製、商品名「アガー」)を添加し、加熱下で撹拌して増粘多糖類を溶解することにより、ハンダ付け用フラックス(粘度150mPa・s)を調製した。
ミキサー内で、スズ41重量%、ビスマス58重量%、銀1重量%からなり、平均粒径35μm、融点が136℃である無鉛ハンダ粒子(ニホンハンダ株式会社製のPF141粒子)100重量部と、上記ハンダ付け用フラックス9重量部とを混合することにより、クリームハンダを調製した。
このクリームハンダの粘度は、25Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であり、固着強度は4.0kgfであった。水洗後にフラックスの残渣は認められなかった。
実施例1において、L−アスコルビン酸の15重量%水溶液の代わりに、市販の蒸留水100重量部をアルギン酸類(共立食品株式会社製、商品名「アガー」)3重量部と混合してなる水溶液を用いてハンダ付け用フラックス(粘度140mPa・s)を調製し、その他は同一条件でクリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は22Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であったが、リフローしても無鉛ハンダ粒子が溶融せずハンダ付けができなかった。
実施例1において、ハンダ付け用フラックスの代わりに、L−アスコルビン酸の15重量%水溶液にポリエーテル型非イオン系界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテル(ライオン株式会社製、商品名レオックスCC−50)を0.01重量%加えてハンダ付け用フラックス(粘度10mPa・s以下)を調製し、その他は同一条件でクリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は0.80Pa・sであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れがあり塗布性不良であった。
撹拌器付き容器に、市販の蒸留水とソルビン酸(和光純薬工業株式会社製、試薬特級)を投入し撹拌してソルビン酸の50重量%水溶液を調製した。この水溶液100重量部に、3重量部のアルギン酸類(共立食品株式会社製、商品名「アガー」)を添加し、加熱下で撹拌して増粘多糖類を溶解することにより、ハンダ付け用フラックス(粘度330mPa・s)を調製した。
ミキサー内で、スズ96重量%、銀3重量%、銅1重量%からなり、平均粒径35μm、融点が220℃である無鉛ハンダ粒子(ニホンハンダ株式会社製のPF305粒子)100重量部と、上記ハンダ付け用フラックス11重量部とを混合することによりクリームハンダを調製した。
このクリームハンダの粘度は32Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であり、固着強度は4.0kgfであった。水洗後にフラックスの残渣は認められなかった。
実施例2において、ソルビン酸の50重量%水溶液の代わりに、市販の蒸留水100重量部をアルギン酸類(共立食品株式会社製、商品名「アガー」)3重量部と混合してなる水溶液を用いてハンダ付け用フラックス(粘度140mPa・s)を調製し、その他は同一条件でクリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は23Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であったが、リフローしても無鉛ハンダ粒子が溶融せずハンダ付けができなかった。
撹拌器付き容器に、市販の蒸留水とD(+)グルコース(和光純薬工業株式会社製、試薬特級)を投入し撹拌してD(+)グルコースの50重量%水溶液を調製した。この水溶液100重量部に、3重量部のアルギン酸類(共立食品株式会社製、商品名「アガー」)を添加し、加熱下で撹拌して増粘多糖類を溶解することにより、ハンダ付け用フラックス(粘度420mPa・s)を調製した。
ミキサー内で、スズ41重量%、ビスマス58重量%、銀1重量%からなり、平均粒径35μm、融点が136℃である無鉛ハンダ粒子(ニホンハンダ株式会社製のPF141粒子)100重量部と、上記ハンダ付け用フラックス12重量部とを混合することにより、クリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は28Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であり、固着強度は1.8kgfであった。水洗後にフラックスの残渣は認められなかった。
実施例3において、D(+)グルコースの50重量%水溶液の代わりに、市販の蒸留水100重量部をアルギン酸類(共立食品株式会社製、商品名「アガー」)3重量部と混合してなる水溶液を用いてハンダ付け用フラックス(粘度140mPa・s)を調製し、その他は同一条件でクリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は22Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であったが、リフローしても無鉛ハンダ粒子が溶融せずハンダ付けができなかった。
撹拌器付き容器に、市販の蒸留水とL−アスコルビン酸(和光純薬工業株式会社製、試薬特級)を投入し撹拌してL−アスコルビン酸の15重量%水溶液を調製した。この水溶液100重量部に、3重量部のかんきつ類由来の増粘多糖類であるペクチン(和光純薬工業株式会社製)を添加し、加熱下で撹拌してペクチンを溶解することにより、ハンダ付け用フラックス(粘度850mPa・s)を調製した。
ミキサー内で、スズ41重量%、ビスマス58重量%、銀1重量%からなり、平均粒径35μm、融点が136℃である無鉛ハンダ粒子(ニホンハンダ株式会社製のPF141粒子)100重量部と、このハンダ付け用フラックス12重量部とを混合することにより、クリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は85Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であり、固着強度は3.7kgfであった。水洗後にフラックスの残渣は認められなかった。
実施例4において、L−アスコルビン酸の15重量%水溶液の代わりに、市販の蒸留水100重量部をペクチン3重量部と混合してなる水溶液を用いてハンダ付け用フラックス(粘度770mPa・s)を調製し、その他は同一条件でクリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は75Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であったが、リフローしても無鉛ハンダ粒子が溶融せずハンダ付けができなかった。
撹拌器付き容器に、市販の蒸留水と(+)カテキン(東京化成工業株式会社製。試薬)を投入し撹拌して(+)カテキンの5重量%水溶液を調製した。この水溶液100重量部に、3重量部のアルギン酸類(共立食品株式会社製、商品名「アガー」)を添加し、加熱下で撹拌して増粘多糖類を溶解することにより、ハンダ付け用フラックス(粘度200mPa・s)を調製した。
ミキサー内で、スズ41重量%、ビスマス58重量%、銀1重量%からなり、平均粒径35μm、融点が136℃である無鉛ハンダ粒子(ニホンハンダ株式会社製のPF141粒子)100部と、上記ハンダ付け用フラックス10重量部とを混合することにより、クリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は33Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であり、固着強度は2.9kgfであった。水洗後にフラックスの残渣は認められなかった。
実施例5において、(+)カテキンの5重量%水溶液10重量部の代わりに、JIS Z 3284の分類IIである活性度が中であるロジンフラックス溶液(固形分65重量%、塩素量0.06重量%、粘度6,000mPa・s)10重量部を使用してクリームハンダを調製した。このクリームハンダの粘度は150Pa・sであり、チキソトロピックであり、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な塗布性であり、固着力は4.0kgfであった。水洗後の残渣を目視で観察したところ、ガラス繊維エポキシ樹脂基板のハンダ付け部分に残渣が観察された。この残渣量は水洗前の残渣量の約半分であった。
本発明のクリームハンダは、ハンダ付け後にフラックス残渣を水洗して除去するハンダ付けに有用である。
本発明のハンダ付け方法は、金属製部材をハンダ付け後にフラックス残渣を水洗して除去するのに有用である。
本発明の食品用容器は、食品の保管や運搬に有用であり、本発明の電子部品は、電子機器に組み込むのに有用である。
Claims (7)
- (A)水と、(B)(b1) 水溶性かつ生物易分解性であり炭素原子、水素原子および酸素原子からなる還元性有機化合物もしくはフェノール系抗酸化剤または(b2) 水溶性かつ生物易分解性であり炭素原子、水素原子および酸素原子からなる還元性有機酸のアルカリ金属塩と、(C)水溶性かつ生物易分解性のチクソ剤とからなることを特徴とするハンダ付け用フラックス。
- 成分(b1)がアスコルビン酸、ソルビン酸、エリソルビン酸、クエン酸、グルコン酸、還元糖、水溶性フェノール系抗酸化剤またはヒドロキノンであり、成分(b2)がアスコルビン酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウムまたはエリソルビン酸ナトリウムであり、成分(C)が増粘多糖類であることを特徴とする請求項1記載のハンダ付け用フラックス。
- 成分(A)100重量部に対して成分(B)が0.5〜500重量部であり、成分(C)が0.2〜20重量部であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のハンダ付け用フラックス。
- (D)無鉛ハンダ粒子と、請求項1または請求項2記載のハンダ付け用フラックスとからなることを特徴とするクリームハンダ。
- (D)無鉛ハンダ粒子100重量部と請求項3記載のハンダ付け用フラックス3〜30重量部とからなることを特徴とするクリームハンダ。
- ハンダ付けすべき金属製部材間に請求項4または請求項5記載のクリームハンダを所在させ、加熱して無鉛ハンダ粒子をリフローすることを特徴とする金属製部材のハンダ付け方法。
- 請求項4または請求項5記載のクリームハンダを使用してハンダ付けされた金属製部材を有する食品用容器または電子部品。
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