JP5553181B2 - 無洗浄鉛フリーソルダペースト - Google Patents
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Description
特に、近年は電子機器の小型化が進み、そのプリント基板に搭載される電子部品も小型化している。そのために、フロー法では微細すぎてはんだ付けできないプリント基板が増加しており、従来のフロー法からリフロー法へのシフトが進んでいる。
プリント基板実装の無洗浄化に伴い、ソルダペーストに要求される項目として、3つ考えられる。
1つ目は、リフロー後のフラックス残渣がべたつかず、さらっとしている事である。もし、リフロー後のプリント基板のフラックス残渣がべた付くと、空気中のほこりやちりなどがフラックス残渣に付着してしまい、リークなどの絶縁不良を起こしてしまうことがあるからである。
2つ目は、リフロー後のプリント基板上のフラックス残渣の色調が薄く、目立たない事である。2つ目のリフロー後のフラックス残渣の色調が薄く、透明に近いことが要求される理由は、最終工程ではんだ付け箇所の目視検査が行われており、フラックス残渣の色調が濃いと検査ミスを起こし易いからであり、修理等でプリント基板が消費者の目にさらされたときに、色調が余りにも濃いとイメージが悪いという面もある。
3つ目は、電装品などのプリント基板ではシリコン樹脂やアクリル樹脂でコンフォーマルコーティングが行われているが、それらのシリコン樹脂やアクリル樹脂との密着性が良いことである。
本発明が解決しようとする課題は、ソルダペーストのフラックスの主たる樹脂として、リフロー後の残渣の色調が透明であり、軟化点が高く、リフロー後のフラックス残渣がべたつかず、さらっとしているソルダペーストとなるマレイン化ロジンを用いたフラックスを用いても、はんだ粉末との経時変化が少ないソルダペースト用のはんだ粉末を見いだすことである。
ロジンは、松などの樹液から取った天然樹脂で、主に製紙のサイズ用、塗料や印刷インキの原料用などに用いられている。天然ロジンは、アビエチン酸などの有機酸混合体ですが、製紙のサイズ用や塗料、印刷インキの原料用に用いるときは、樹脂のべたつきを抑えるために、アビエチン酸などの有機酸に含まれる2重結合を水素や他の成分に置き換えて、松脂のべたつきを防止している。このようなロジンを合成ロジンと呼んでいる。
合成ロジンには、重合ロジン、フェノール変性ロジン、マレイン化ロジン、水素添加ロジンなどがあり、マレイン化ロジン、水素添加ロジンなどは外観が透明に近い色であるという特長がある。
合成ロジンの中でも、水素添加ロジンは外観が透明であり、べたつきは無いので、無洗浄タイプソルダペーストの要求項目である「リフロー後のフラックス残渣の色調が薄く、透明に近い」及び「リフロー後のフラックス残渣がべたつかず、さらっとしている」の2項目を満たしているが、ロジン中のアビエチン酸などの有機酸に含まれる2重結合を水素に置き換えてしまっているので、アルコール溶剤、グリコールエーテル系溶剤などに対する溶解性が悪く、ソルダペースト用フラックスに大量に添加すると、ソルダペーストから水素添加ロジンが析出してしまい、経時変化を引き起こし易い。したがって、水素添加ロジンの添加は、ソルダペースト用フラックス中の20質量%以下にする必要がある。この場合でも、水素添加ロジンの添加は外観上の改善をもたらすが、一方ではんだ付け性の低下をもたらすので、より好ましくは5質量%以下が望ましい。
はんだ付け性も良い。また、重合ロジンの軟化点約80℃に比較して、マレイン化ロジンは軟化点が130℃と高いので、リフロー後の残渣のべたつきもなく、さらっとしている。
しかし問題なのは、合成ロジンとしての酸価が高いことで、一般的にソルダペーストのフラックスのロジン成分として使用されている重合ロジンの酸価が160(mg KOH/g)前後であるのに対して、マレイン化ロジンは230(mg KOH/g)前後であるので、はんだ粉末と反応し易いという欠点を有している。ちなみに、同じ透明なロジンでも水素添ロジンは、10(mg KOH/g)と酸価値が低く、はんだ粉末との反応性は低いが、はんだ付け性が悪いという問題点を有している。このように酸価が高いことが、マレイン化ロジンが外観が透明であり、べたつきは無いので、無洗浄タイプソルダペーストの要求項目である「リフロー後のフラックス残渣の色調が薄く、透明に近い」及び「リフロー後のフラックス残渣がべたつかず、さらっとしている」の2項目を満たしているが、鉛フリーはんだ用のフラックスとして用いるには、マレイン化ロジンの量を多く添加できない欠点の原因となっていた。
これは、Sn−Ag系、又はSn−Ag−Cu系のはんだ粉末に表面に生成されているSnO2やAg3Snなどが、Sbを添加することによって反応性が比較的低いSbO2やAg3SnSbもはんだ粉末表面に生成することによって、はんだ粉末とマレイン化ロジンとの反応が緩やかに進行するものと考えられる。
本発明のソルダペーストを用いることにより、リフロー後のプリント基板上のフラックス残渣の色調が透明で目立たず、リフロー後のフラックス残渣がべた付かず、さらっとしているという優れた特性のフラックス残渣を得ることができる。
また、ソルダペーストの経時変化が起こり難く、ポットライフが長いという優れた効果を有している。
したがって、マレイン化ロジン以外にもはんだ粉末と反応性の高い要因は限定する必要がある。フラックス中のはんだ粉末と反応性の高い要因として、ジフェニルグアニジン・HBrなどのハロゲン化水素酸塩がある。本発明のソルダペースト用フラックスに含まれるハロゲン化水素酸塩は、フラックス中で2質量%未満が望ましい。フラックスに含まれるハロゲン化水素酸塩が2質量%以上では、Sbを添加しても合金粉末とフラックスの反応が進んでしまい、本願発明の効果が現れない。本発明では、補助的な活性剤としてヘキサブロモシクロドデカン、trans−2,3ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール、2,3−ジブロモ−1,4−ブタンジオール、2,3−ジブロモ−1−プロパノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノールなどの有機ハロゲン化合物を3質量%以下であれば、補助的な活性剤として添加して良い。
各ソルダペーストの常温放置後の1日後の粘度を測定した。また、各ソルダペーストを25℃に設定した定温保管庫で、60日保管してその粘度を測定した。粘度の測定方法は、JISZ 3284 付属書6に基づいて、マルコム社製 PCU−205を用いて測定した。結果を表2に示す。
各ソルダペーストの経時変化を比較して、ポットライフの長さを判定した。
ソルダペーストのぬれ性は、JISZ 3284 付属書10の方法で行った。
ただし、はんだバスの温度は、250±3℃として測定した。
ソルダペーストの残渣の色は、JISZ 3284 付属書10と同様に、5.0mm×5.0mm×0.5mmのタフピッチ銅板に厚さ0.2mm、直径6.5mmの穴のあいたメタルマスクを用いて、ソルダペーストを印刷後、250±3℃の温度のはんだバスを用いてリフローする。冷却後のフラックス残渣の色を比較する。結果は、表2に示す。
また、本発明のソルダペーストは、マレイン化ロジンの含有量が45質量%を越えてしまうと、Sbを添加してもソルダペーストの粘度変化を抑制できない。本発明のソルダペーストに適するマレイン化ロジンの量は、5質量%以上、45質量%以下の場合である。
Claims (3)
- Sn−Ag−Cu系はんだ合金粉末とマレイン化ロジンを5質量%以上、45質量%以下を含むフラックスを混和してなるソルダペーストであって、前記はんだ合金粉末が、1.0〜4.0質量%Ag−0.4〜1.0質量%Cu−1〜8質量%Sb、残部Snからなるはんだ合金粉末であることを特長とする鉛フリーソルダペースト。
- 前記はんだ合金粉末が、1.0〜4.0質量%Ag−0.4〜1.0質量%Cu−1〜8質量%Sb、さらに、Ni、Co、Feから選択される鉄族の遷移金属を1種以上合計で0.5質量%以下、残部Snからなるはんだ合金粉末であることを特長とする請求項1に記載の鉛フリーソルダペースト。
- 前記フラックスは、ハロゲン化水素酸塩を2質量%未満、有機ハロゲン化合物を3質量%以下含有することを特長とする請求項1または2に記載の鉛フリーソルダペースト。
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