JPH0741434B2 - 水溶性半田ペースト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面実装部品の半田付
けプロセスに使用される、環境的に安全なフラックスを
含有する新規半田ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】軍用
ハードウエアのような電子回路の製造に工業的に使用さ
れているほとんどのフラックスおよび脱フラックス薬品
は、大気圏のオゾン破壊の一因となるか、ロスアンジェ
ルスベースンの大気品質管理管区のような地方環境当局
により、環境汚染質であるか、健康に有害であるとみな
されている。例えば、ロジンフラックスが用いられた場
合半田付け部品を清浄化するために蒸気脱脂に用いられ
ているＣＦＣ（クロロフルオロ炭化水素）は、大気中に
放出されると、オゾン破壊物質としてほぼ１００年間に
わたってそこに残存することが報告されている。ロジン
フラックス、アルコール等の他の薬品は、健康危険およ
び廃棄の問題を工業に課す。

【０００３】この大きな問題に対する簡単な解決は、水
溶性フラックスである。しかしながら、ほとんどの水溶
性フラックスは、塩酸および複雑なグリコールのような
苛烈な活性剤を用いて調製され、これが、印刷回路板お
よびその上の電子回路部品に対する清浄および残さとい
う大きな問題を提起し、かつ半田付けしようとする金属
を激しく腐食させあるいは誘電体を汚染し、エレクトロ
マイグレーションを誘起するという傾向を示す。他の水
溶性フラックスは、イソ−プロパノールおよび／または
可塑剤を用いて調製されているが、これは、廃棄および
健康問題を提起する。

【０００４】水溶性半田ペーストは、典型的には粉末の
形態にある半田合金を水溶性有機活性剤および水溶性有
機ベヒクルと組み合わせた配合物である（例えば、米国
特許第４，８７２，９２８号参照）。クエン酸が活性剤
として作用する有機酸として挙げられているが、このペ
ーストは、ポリエチレングリコールのような環境的に望
ましくない他の物質をも含んでいる。

【０００５】高い金属光沢と優れた品質の半田接合をも
たらすところの、簡単で、非毒性、非腐食性の、環境的
に安全な液状半田ペーストが望まれているのである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、粒状半
田合金およびチキソトロピー性フラックスベースを包含
する新規半田ペーストが提供される。このチキソトロピ
ー性フラックスベースは、それ自体新規なものであり、
（ａ）植物油、（ｂ）増粘剤、および（ｃ）少なくとも
２つのカルボン酸基を有する水溶性有機酸を包含する。

【０００７】本発明のペーストは、ロジン系フラック
ス、フラックスシンナー（例えば、イソ−プロパノー
ル）、および関連する脱フラックス溶媒（例えば、ＣＦ
Ｃ）に通常付随する有害な環境放出を排除する。本発明
のペーストは、環境的に安全であり、非毒性であり、使
用が容易である。半田付け時間および脱フラックス（清
浄化）時間の双方が、例えばロジン系フラックスに要す
る時間よりも有意に減少する。半田付けされたアッセン
ブリーは、脱イオン化水で清浄化でき、かくして蒸気脱
脂装置に関連する高い投資費用は不要となる。得られた
半田接合は、高い金属光沢と、優れた電気的品質を示
す。

【０００８】本発明の半田ペーストは、粒状半田合金お
よびチキソトロピー性フラックスベースを包含する。チ
キソトロピー性フラックスベースは、（ａ）植物油、
（ｂ）増粘剤の水系エマルジョン、および（ｃ）少なく
とも２つのカルボン酸基を有する水溶性有機酸を包含す
る。好適な有機酸の例を挙げると、クエン酸、リンゴ
酸、酒石酸、グルタミン酸、フタル酸、コハク酸等であ
る。

【０００９】しかしながら、最も良好な結果は、クエン
酸を用いて得られており、したがって、上記の有機酸の
他のクラスも有用であるが、以下の記述は、部品の半田
付けに用いられる半田ペーストにおいて、フラックスと
してクエン酸を用いることに向けられている。

【００１０】どのような特定の理論に拘束されるもので
はないが、クエン酸は、半田付けされる金属自体ではな
く、基材金属上の酸化物をキレート化するようである。
その結果、本発明のフラックスによる基材金属の腐食
は、ほとんどまたは全く生じない。こうして、有機酸の
上記クラスの他のものが、クエン酸と同様の挙動を示す
という程度において、当該他の有機酸も本発明の範囲内
に含まれる。

【００１１】粒状半田は、半田ペーストに典型的に用い
られてるメッシュサイズおよび組成を有する半田ボール
を包含し得る。例として、半田ボールは、−３２５ない
し＋４００メッシュ、好ましくは、−２００ないし＋３
２５メッシュに渡り得、より大きなメッシュサイズのも
のも使用できる。典型的に、ペースト中の粒状半田の濃
度は、約８０ないし９０重量％であり、残りは、フラッ
クスベースである。

【００１２】粒状半田は、６０／４０ Ｓｎ／Ｐｂ、６
２／２／３６ Ｓｎ／Ａｇ／Ｐｂ、６３／３７ Ｓｎ／
Ｐｂ、９６／４ Ｓｎ／Ａｇ等の、普通に用いられてい
る半田合金のいずれからなるものでもよい。典型的に、
６０／４０および６３／３７半田が用いられる。

【００１３】上に指摘したように、チキソトロピー性ベ
ースは、（ａ）植物油、（ｂ）水中の増粘剤、および
（ｃ）上記水溶性有機酸を包含する。チキソトロピー性
フラックスベースは、粒状半田と組み合わせて本発明の
半田ペーストを作ることができる。あるいは、チキソト
ロピー性フラックスベースは、半田付け操作に使用する
ためのペーストとして別途調製してもよい。

【００１４】増粘剤は、コーンスターチ、ポテトスター
チ、リケン(lichen)、くず粉等の、食品加工に普通に用
いられている増粘剤のいずれからなるものでもよい。エ
トキシル化線状アルコールも、本発明において増粘剤と
して作用する。増粘剤を添加した後のフラックスベース
の最小粘度は、本発明で使用するためには、室温で少な
くとも２００，０００センチポアズ（ｃｐ）でなければ
ならない。コーンスターチについては、そのためには、
水中１７０グラム／リットルの最小濃度が必要である。
エトキシル化線状アルコールを用いた場合、少なくとも
１：１のアルコール対水比が使用される。

【００１５】脱イオン化水は、本発明の実施に有利に使
用されるが、非常に感受性の高い電子回路には、蒸留水
が使用できる。

【００１６】植物油は、半田を均展化し、半田付けプロ
セス中の飛散を最小限にし、かつペーストの乾燥を防ぐ
ように作用する。好適な植物油の例を挙げると、ホホバ
(jojoba)油、パーム油、およびピーナツ油である。好ま
しい組成について以下に示すように、比較的小量の油が
必要とされる。動物油は、容易には清浄化されず、本発
明には、避けるべきである。

【００１７】フラックス中のクエン酸の濃度範囲は、基
板半田を活性化するに充分なものでなければならない
（ペースト中の粒状半田を活性化する必要はない）。し
たがって、クエン酸の最小濃度は、少なくとも３重量％
でなければならず、フラックスベースの飽和濃度にまで
渡り得る。必要ならば、より低濃度のクエン酸ととも
に、遊離水を拘束する非毒性媒体を使用することができ
る。

【００１８】有機酸は、結晶または粉末の形態で用いる
ことができる。非常に感受性の高い電気回路に対して
は、相当高い品質のクエン酸を用いることが望ましいで
あろう。

【００１９】フラックスは、偶発的にあるいは意図的
に、不純物のような他の成分を、それらが半田付けの結
果に悪影響を及ぼさない限り、含んでいてもよい。

【００２０】場合に応じて、着臭剤を添加してもよい。
使用者に芳香を与えるために意図されたそのような着臭
剤の例を挙げると、ウインターグリーン油、スペアミン
ト油、およびペパーミント油である。着臭剤の濃度は、
約１ないし３０ｐｐｍである。

【００２１】特に好ましい組成は、約８０ないし９０重
量％の粒状半田（−２００メッシュないし＋３２５メッ
シュ）、並びに残部として、（１）約１ないし５重量％
の植物油、（２）約４７．５ないし４９．５重量％の増
粘剤（例えば、水中１７０ｇ／リットル濃度のコーンス
ターチ、または水中１：１濃度のエトキシル化線状アル
コール）、および（３）約４７．５ないし４９．５重量
％のクエン酸溶液（３％ないし飽和）から実質的になる
チキソトロピー性フラックスベースから実質的になる。

【００２２】上に述べたように、ウインターグリーン油
のような着臭剤を芳香付与の目的で約１ないし３０ｐｐ
ｍの割合でペーストに添加してもよい。

【００２３】本発明のペーストは、表面実装部品の半田
付けプロセスに最も有利に用いられる。本発明の水溶性
半田ペーストは、クロロフルオロカーボンタイプの脱フ
ラックス剤の使用を必要とするロジン系半田ペーストの
使用を回避する。むしろ、本発明のペーストは、脱イオ
ン化水を用いて容易に脱フラックスされる。

【００２４】

【発明の効果】本発明のペーストは、以下の利点をもた
らす。

【００２５】１．ロジン系フラックス、フラックスシン
ナー（イソ−プロピルアルコール等）、および関連する
脱フラックス剤（１，１，１，−トリクロロエタン等）
に通常付随する有害な環境放出を排除する。実際、本発
明のペーストの清浄化は、温水または熱水中で簡単にお
こなえる。従って、本新規ペーストは、環境的に安全で
ある。

【００２６】２．半田付け作業者に、使用した場合に非
毒性で、高度に安全で、非常に効果的な半田ペーストを
与える。

【００２７】３．その使用は、実際の半田付け時間を約
５０％も短縮させる。これにより、ロジン系半田による
よりもかなり高い速度で半田付けをおこなうことがで
き、電子部品を熱に供する時間がかなり短時間ですむ。

【００２８】４．その使用は、ロジン含浸半田ペースト
に比べて、優れた湿潤性を有し、半田欠陥の８０％の減
少が見積られるより光沢に富む接続が提供される。

【００２９】本発明の半田ペーストは、商業的半田操
作、特に回路板の電子部品の半田付けに有用である。

【００３０】以上、電気部品の半田付けに用いて好適
な、非毒性、非腐食性で、環境的に安全な水溶性半田ペ
ーストを開示してきたが、自明の性質の変更および改変
は、当業者に明らかであり、そのような変更および改変
は、特許請求の範囲で規定した本発明の範囲内のもので
ある。

フロントページの続き (72)発明者 カーク・イー・ジョンソン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91765、ダイアモンド・バー、ユニット・ ジー、ノース・ゴールデン・スプリング ス・ドライブ 900 (72)発明者 ラリー・エル・キメル アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92645、ガーデン・グローブ、トリネッ テ・アベニュー 6532

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）−３２５ないし＋４００メッシュ
   のメッシュサイズを有する粒状半田を少なくとも８０重
   量％と、 （ｂ）残部として、少なくとも２００，０００ｃｐの粘
   度を有し、 （１）植物油、 （２）増粘剤の水系エマルジョン、および （３）少なくとも２つのカルボン酸基を有する水溶性有
   機酸を包含するチキソトロピー性フラックスベースと を包含する水溶性半田ペースト。
2. 【請求項２】 半田が、スズ系半田である請求項１記載
   のペースト。
3. 【請求項３】 増粘剤が、少なくとも１種の食品増粘
   剤、およびエトキシル化線状アルコールからなる群の中
   から選ばれる少なくとも１種を含む請求項１記載のペー
   スト。
4. 【請求項４】 食品増粘剤が、コーンスターチ、ポテト
   スターチ、リケン、およびくず粉からなる群の中から選
   ばれる請求項３記載のペースト。
5. 【請求項５】 増粘剤が、水中１７０グラム／リットル
   のコーンスターチを含む請求項４記載のペースト。
6. 【請求項６】 増粘剤が、少なくとも１：１の比の水中
   エトキシル化線状アルコールを含む請求項３記載のペー
   スト。
7. 【請求項７】 植物油が、ホホバ油、パーム油、および
   ピーナツ油からなる群の中から選ばれた少なくとも１種
   の油を包含する請求項１記載のペースト。
8. 【請求項８】 有機酸が、クエン酸、リンゴ酸、酒石
   酸、グルタミン酸、フタル酸、およびコハク酸からなる
   群の中から選ばれる請求項１記載のペースト。
9. 【請求項９】 有機酸が、クエン酸を含む請求項８記載
   のペースト。
10. 【請求項１０】 １ないし３０ｐｐｍの芳香着臭剤をさ
    らに含み、該着臭剤が、ウインターグリーン油、スペア
    ミント油およびペパーミント油からなる群の中から選ば
    れる請求項１記載のペースト。