JPH0569189A - クリームハンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンダボールの発生および吸湿が少なく、か
つ水洗浄性が良好なクリームハンダを提供する。 【構成】 粉末ハンダと液状またはペースト状フラック
スとを混和してなるクリームハンダにおいて、該フラッ
クス中に５−ナトリウムスルホイソフタル酸またはその
エステル形成性誘導体と特定のグリコールまたはそのエ
ステル形成性誘導体との反応によって得られるエステル
化合物を含有せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微小回路などのハンダづ
けにおいて用いるためのクリームハンダに関するもので
あり、さらに詳しくはハンダづけ後水のみで洗浄が可能
な水溶性フラックスを含むクリームハンダに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来からプリント基板に電子素子を実装
する等の際には、ハンダづけが多用されてきた。該ハン
ダづけにおいて、より信頼性の高いハンダづけとするた
めに、被接合金属表面を液体フラックスや高粘度フラッ
クスで清浄してからハンダづけする方法や、あるいはハ
ンダ微粒子とフラックスを混合したいわゆるクリームハ
ンダを使用する方法等の方法が広く行われている。

【０００３】上記液状フラックスやクリームハンダ用フ
ラックスは、製品の品質や信頼性を高く保つために、
（１）高絶縁性、（２）非腐食性、（３）長期安定性、
（４）他部品の材質変化を生じないこと等が要求され、
またハンダづけ作業面からは（１）有害ガスを発生しな
い、（２）ハンダづけ性が良い（金属表面にある酸化物
を溶解除去し、この金属表面を包み込む作用を有し、さ
らに溶融ハンダのもつ表面張力を低下させるもの）、
（３）べとつき性がない、（４）洗浄する場合には容易
に洗浄できること等が要求されている。

【０００４】一般にクリームハンダは、粉末ハンダ微粒
子と液状またはペースト状フラックスとを混和して適度
に粘稠性のあるクリーム状としたものである。該フラッ
クスは一般に、基剤としてロジンを使用し、溶剤、活性
剤およびチクソ剤等が配合されている。これらの配合剤
の種類および配合比によって得られるクリームハンダの
特性が微妙に変ってくるため、フラックスの組成は非常
に重要である。このようなクリームハンダをプリント基
盤の導体面に、印刷塗布することによって、ハンダを配
置することができ、しかもクリームハンダの粘着性によ
って導体面に電子部品を接着保持できるので、クリーム
ハンダは溶液フラックス等に比べて非常に重用である。

【０００５】クリームハンダは溶液フラックス等に比べ
て上述のような長所を有するものの、ハンダ微粒子の比
表面積が大きいため、表面の酸化物の量が多くなり、フ
ラックスは比較的つよい活性剤を使用する必要がある。
そのため多くの場合フラックスはハンダづけ後フッ素系
溶剤や塩素系溶剤等で洗浄除去されている。しかしフッ
素系溶剤や塩素系溶剤は公害問題が指摘されており、だ
んだん使用しにくくなってきている。また炭化水素系溶
剤やアルコール系溶剤は毒性、引火性等の問題がある。
そのため、洗浄用溶剤としては毒性、引火性等の問題が
まったくない水がもっとも好ましいものと考えられる。

【０００６】洗浄剤として水を使用する場合、ハンダづ
けの際に揮発してしまうもの以外のフラックス成分は水
溶性である必要がある。なお、溶剤もリフロー時に一部
残ることがあるので水溶性であることが好ましい。その
ため、一般に前記ロジン系フラックスを水溶性クリーム
ハンダ用途には使用することは困難である。水溶性フラ
ックスを製造するには、すでに述べたようにその揮発性
成分以外は水溶性成分を使用する必要がある。

【０００７】フラックス中のリフロー時不揮発性成分の
うち最も量が多いのは基材である。これは油溶性フラッ
クスにおけるロジンに相当するもので、水溶性フラック
スでは当然水溶性が求められる。一般に水溶性フラック
スにおいては、基材としてポリエチレングリコールを用
いることはよく知られている。しかしながら、ポリエチ
レングリコール自身は水によく溶解するものの、リフロ
ー中に生成した金属化合物が基盤に沈着しやすくなるた
めか、ハンダづけ後の洗浄性が悪いという問題点があっ
た。また水溶性クリームハンダの基材成分としてグリセ
リンを使用することもよく知られている。しかしながら
グリセリンはポリエチレングリコールに比べて水洗浄性
は確かに向上するものの、その著しい吸湿性のため、グ
リセリンを使用したクリームハンダは印刷後３０分程度
放置すると吸湿するという問題点があった。またグリセ
リンを使用したクリームでは吸湿によるものか、ハンダ
ボールが発生しやすいという問題点もあった。さらに、
グリセリンは常温で液体であるため、リフロー後べとつ
きやすいという問題点もあった。以上のような背景から
ハンダボールの発生および吸湿が少なく、かつ水洗浄性
が良好な水溶性クリームハンダが強く望まれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上述し
た従来技術の欠点を解決せんとするものであり、ハンダ
ボールの発生および吸湿が少なく、かつ水洗浄性が良好
なクリームハンダを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記した本発明の目的
は、粉末ハンダと液状またはペースト状フラックスとを
混和してなるクリームハンダにおいて、該フラックス中
に５−ナトリウムスルホイソフタル酸またはそのエステ
ル形成性誘導体とエチレングリコール、１，２−プロパ
ンジオール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタ
ンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキ
サンジオール、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またはそれらのエス
テル形成性誘導体との反応によって得られる少なくとも
一種のエステル化合物を含有することを特徴とするクリ
ームハンダによって達成される。

【００１０】以下本発明を詳細に説明する。本発明にお
ける５−ナトリウムスルホイソフタル酸とは、下記式

【００１１】

【化１】

【００１２】の構造式を有するものである。本発明にお
ける５−ナトリウムスルホイソフタル酸またはそのエス
テル形成性誘導体とはグリコールと反応して本発明のエ
ステル化合物を合成できるものであればいづれでもよ
く、誘導体の種類は特に限定されない。たとえば、その
一例として５−ナトリウムスルホイソフタル酸、５−ナ
トリウムスルホイソフタル酸ジメチル（以後ＭＳＳＩと
略す）、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジエチル、
５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジ−ｎ−プロピル、
５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジフェニル、５−ナ
トリウムスルホイソフタル酸ジクロリド等があげられる
が、これらの中では反応性、価格などの面でＭＳＳＩが
特に好ましい。本発明におけるエステル化合物を得るた
めの原料グリコール成分はエチレングリコール（以後Ｅ
Ｇと略す）、１，２−プロパンジオール、１，３−プロ
パンジオール（以後ＰＧと略す）、１，４−ブタンジオ
ール（以後ＢＧと略す）、１，５−ペンタンジオール、
１，６−ヘキサンジオール（以後ＨＧと略す）、ジエチ
レングリコール（以後ＤＥＧと略す）、ジプロピレング
リコール（以後ＤＰＧと略す）、トリエチレングリコー
ルまたはそれらのエステル形成性誘導体である。またこ
れらの混合物であっても差支えない。これらの中ではＥ
Ｇ、ＰＧ、ＤＥＧおよびＤＰＧが特に好ましい。

【００１３】本発明におけるエステル化合物とは上記Ｓ
ＳＩＡまたはそのエステル形成性誘導体と上記グリコー
ルまたはそのエステル形成性誘導体との反応生成物であ
る。なお、通常化学的な反応生成物といえば精製された
比較的純度の高い単品を意味する場合が多いが、本発明
におけるエステル化合物は精製して使用する必要はな
く、若干の未反応原料や反応の中間体等を含んでいても
よい。さらに原料のＳＳＩＡまたはそのエステル形成性
誘導体およびグリコールまたはそのエステル形成性誘導
体が二官能化合物のため、得られるエステルの重合度は
一定ではなく、重合度の異なるエステルの混合物になっ
ていることが多いが、この様な混合物であっても差支え
ない。

【００１４】本発明におけるエステル化合物はＳＳＩＡ
またはそのエステル形成性誘導体と本発明におけるグリ
コールとを従来公知の方法で反応させて合成できる。た
とえば、ＭＳＳＩとＤＥＧをモル比１：２で攪拌機、精
溜塔、温度計を装備した反応器内に仕込み、触媒として
水酸化リチウムをＭＳＳＩに対して０．５重量％添加
し、系内がスラリー化して攪拌できるようになるまで加
熱する。次いで攪拌しながら徐々に昇温し、精溜塔を通
して留出するメチルアルコールを反応系内から追い出し
ながら反応させる。なお、追い出したメチルアルコール
は冷却して留出量を測定する。系内の温度が２４０℃〜
２５０℃に達し、ほぼ所定量のメチルアルコールが留出
したら反応を終了し適当な容器（小スケールの場合はス
テンレススチール製平バット等）に吐出する。なお、い
うまでもなく上述の製造方法は一例であり、本発明をい
ささかも制限するものではない。

【００１５】本発明におけるエステル化合物中のＳＳＩ
Ａまたはそのエステル形成性誘導体とグリコールまたは
そのエステル形成性誘導体のモル比は特に限定されない
が、１：１．５〜１：２が好ましい。１：１．５未満で
はグリコール成分の量が少ないため反応性が低下する傾
向があり、また１：２を越えるモル比では反応後未反応
のグリコール成分が多くなるため、リフロー後べとつき
やすくなる傾向がある。

【００１６】本発明におけるエステル化合物合成の際の
ＳＳＩＡまたはそのエステル形成性誘導体とグリコール
またはそのエステル形成性誘導体との反応率も特に限定
されないが、好ましくは６０％以上であり、さらに好ま
しくは９０％以上である。６０％未満では得られるエス
テル化合物の軟化温度が低下し、リフロー後べとつき易
くなる。驚くべきことに、上述のように反応率が低く目
標とすべき完全な形のエステルになっていなくても、適
度に反応していれば本発明の目標とするフラックス用基
材として十分使用できるのである。なお、本発明におけ
る反応率は反応中に留出するヒドロキシ化合物の量から
算出したものである。従って、ヒドロキシ化合物が発生
しないような反応によって合成する場合には他の方法で
算出する必要がある。

【００１７】本発明におけるエステル化合物の組成は上
述の通りであるが、本発明の目的を阻害しない範囲内で
他のジカルボン酸や他のグリコールを併用してもよい。
たとえば併用し得るジカルボン酸の一例としてはイソフ
タル酸、テレフタル酸、１，４−シクロヘキサンジカル
ボン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸
またはそれらのエステル形成性誘導体等がある。また併
用し得るグリコールの一例としては１，３−ブタンジオ
ール、１，４−ペンタンジオール、１，４−シクロヘキ
サンジメタノール、ｐ−キシリレングリコールまたはそ
れらのエステル形成性誘導体等があげられる。

【００１８】本発明におけるエステル化合物のフラック
ス中における含有率は特に限定されないが２０重量％〜
７０重量％が好ましい。また、本発明におけるエステル
化合物は単独で基材として好ましく使用できるものの、
場合によっては他の水溶性基材と混合して使用すること
も可能である。その場合全基材に対するエステル化合物
の量は５０重量％以上であることが好ましい。

【００１９】本発明におけるフラックスに用いられる溶
剤は特に限定されないが、沸点１７０℃以上の水溶性溶
剤が好ましい。これらの溶剤の一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、１，５−ペンタンジ
オール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール等が
あげられる。

【００２０】本発明におけるフラックスに用いられるチ
クソ剤も特に限定されないが、数平均分子量４０００〜
２００００のポリエチレングリコール、ヒドロキシエチ
ルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等が好ま
しく使用される。

【００２１】本発明におけるフラックスに用いられる活
性剤も特に限定されないが、塩化水素酸および臭化水素
酸のアミン塩、水溶性ジカルボン酸およびそのアミン塩
等が好ましく使用される。これらの一例としてはメチル
アミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルア
ミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ｎ−プロピ
ルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリ−ｎ−プロピ
ルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミ
ン、トリイソプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチル
アミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、
トリエタノールアミン等の比較的炭素数の小さいアミン
の塩化水素酸もしくは臭化水素酸塩、マロン酸、コハク
酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、乳酸、ジグリ
コール酸またはそれらのアミン塩等があげられる。これ
らの活性剤の含有率も特に限定されないが２〜１０重量
％が好ましい。

【００２２】本発明におけるハンダ粉末も特に限定され
ない。形状は真球、不定形いずれでもよい。またハンダ
粉末の粒径は一般に使用されているものであればいずれ
でもよいが、真球の場合直径２０〜６０μｍのものが特
に好ましい。さらにハンダ合金の組成も特に限定されな
いが、Ｓｎ−Ｐｂ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系合金、Ｓ
ｎ−Ｐｂ−Ａｇ系合金等が好ましく使用できる。本発明
におけるクリームハンダ中のフラックスの含有率は特に
限定されないが９重量％〜１５重量％が好ましい。

【００２３】

【実施例】以下に実施例をあげて本発明を詳細に説明す
る。なお、実施例中の各特性値の判定は次の基準にした
がって実施した。 ◎：非常に良好。 ○：良好。 △：使用可能。 ×：不良。 なお、クリームハンダの吸湿性は一定条件下で相対的に
吸湿しにくいものを良好とし、洗浄性は洗浄後残渣の少
ないものを良好とした。

【００２４】実施例１ （１）エステル化合物の合成 攪拌機、温度計およびアリーン冷却器をつけた精溜塔を
装備した５００ｍｌ三つ口フラスコにＭＳＳＩ １４８
ｇ（０．５モル）、ＤＥＧ １０６ｇ（１モル）および
水酸化リチウム０．７３５ｇを仕込み、該三つ口フラス
コをマントルヒーターで加熱した。内容物がスラリー化
して、攪拌できるようになったら、モーターで攪拌を開
始した。次いでメチルアルコールをアリーン冷却器を通
して追い出しながら徐々に加熱し、４時間で２５０℃ま
で昇温した。この時までのメチルアルコールの全留出量
は３８ｍｌであり、反応率は９８％であった。次いでリ
ン酸トリメチル１．２５ｇを加えてさらに５分間加熱を
続行した後反応生成物をステンレス製平バットに吐出し
た。

【００２５】（２）フラックスの調製 （１）項で合成したエステル化合物５０部、ＤＰＧ ３
０部、ブチルカルビトール１０部、分子量６０００のポ
リエチレングリコール５部およびエチルブチルアミン・
塩酸塩５部を容器に仕込み、加熱溶解させた。

【００２６】（３）クリームハンダの調製 容器に３２５〜５００メッシュのＳｎ／Ｐｂ（６３ｗｔ
％／３７ｗｔ％）のハンダ粉末９０部および（２）項で
調製したフラックス１０部をとり、攪拌してクリーム状
物を得た。

【００２７】（４）クリームハンダの評価 （３）項で得たクリームハンダを常法にしたがって印刷
性（ガラエポ基板）、吸湿性（ガラエポ基板、印刷後２
５℃×７０％ＲＨ×２時間）、ハンダづけ性（ガラエポ
基板、２３５℃リフロー）、ハンダボール（Ａｌ_２Ｏ_３
板にクリームハンダを直径４ｍｍ、厚さ０．３ｍｍに印
刷し、２５℃×６０％ＲＨ×４時間放置後２３５℃にて
リフローし、実体顕微鏡で観察）および洗浄性（ガラエ
ポ基板、７０℃熱水、攪拌２分間）を評価した。ハンダ
づけ性および洗浄性は非常に良好であり、印刷性は良好
であった。またハンダボールは極めて少なく非常に良好
であり、吸湿性は小さく良好であった。

【００２８】実施例２ 実施例１−（１）において、ＤＥＧの代りに表１に示し
たようなグリコール（１モル）を使用し、かつ水酸化リ
チウム１．２５ｇの代りに水酸化リチウム１．０ｇ／テ
トラブチルチタネート０．１４７ｇを使用した以外は実
施例１と同様にしてクリームハンダを調製し、評価し
た。評価結果を表１に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１および実施例１から明らかなように本
発明の場合はいずれも総合的にバランスがとれており、
良好であり、グリコール成分がＥＧ、ＢＧ、ＤＥＧおよ
びＤＰＧの場合は特に良好である。一方、本発明の範囲
外である比較例１〜２の場合は洗浄性、吸湿性等が劣る
ため好ましくない。

【００３１】実施例３ 実施例１−（１）項においてＤＥＧ／ＭＳＳＩモル比を
表２のように変更した以外は実施例１と同様にしてクリ
ームハンダを調製して評価した。評価結果を表２に示し
た。

【００３２】

【表２】

【００３３】表２および実施例１から明らかなように、
ＤＥＧ／ＭＳＳＩモル比は１．５〜２．０が特に好まし
い。

【００３４】実施例４ 実施例１−（１）項において反応温度、反応時間等を変
更してエステル交換反応率を表３のように変更した以外
は実施例１と同様にしてクリームハンダを調製して評価
した。評価結果を表３に示した。

【００３５】

【表３】

【００３６】表３および実施例１から明らかなようにエ
ステル交換反応率は６０％以上が特に好ましい。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、従来公知の技術に比べ
てハンダボールが少なく、かつ水洗浄性が極めて良好な
クリームハンダを製造できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末ハンダと液状またはペースト状フラ
   ックスとを混和してなるクリムーハンダにおいて、該フ
   ラックス中に５−ナトリウムスルホイソフタル酸または
   そのエステル形成性誘導体とエチレングリコール、１，
   ２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、
   １，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、
   １，６−ヘキサンジオール、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または
   それらのエステル形成性誘導体との反応によって得られ
   る少なくとも一種のエステル化合物を含有することを特
   徴とするクリームハンダ。
2. 【請求項２】 請求項（１）記載のエステル化合物にお
   いて、そのグリコール成分がエチレングリコール、１，
   ４−ブタンジオール、ジエチレングリコール、またはジ
   プロピレングリコールであることを特徴とする請求項
   （１）記載のクリームハンダ。
3. 【請求項３】 請求項（１）または（２）記載のフラッ
   クスにおいて、エステル化合物の含有率が２０重量％〜
   ７０重量％であることを特徴とする請求項（１）または
   （２）記載のクリームハンダ。