KR100201769B1

KR100201769B1 - 납땜질용 용융제 조성물

Info

Publication number: KR100201769B1
Application number: KR1019910021763A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 다께모도; 다쓰지 오오니시; 마사미 아이하라
Original assignee: 하세가와 요시히로; 하리마 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1999-06-15
Also published as: EP0488398A3; KR920009500A; JPH058085A; US5211763A; EP0488398A2

Abstract

(1) 비닐 그룹 함유 화합물, 가르복실 그룹 함유 화합물 및 에폭시 그룹 함유 화합물로 된 군으로부터 선택한 화합물 한가지 이상과 (2) 활성 수소를 가진 아민 화합물을 반응시켜 제조한 개질 아민 화합물을 용융제 기재 수지로 함유하는 납땜질용 용융제 조성물.

Description

납땜질용 용융제 조성물

본 발명은 납땜질 등에 사용하기에 적합한 납땜질용 용융제(flux) 조성물에 관한 것이다.

종래의 납땜질용 용융제에 있어서, 프레온 같은 것을 세척용 용매로 사용하여 땜질후에 잔존하는 용융제를 세척하고 있으나 지금은 프레온에 의한 환경파괴가 심각한 문제로 되고 있어 그 해결책이 시급이 요청되고 있다.

그 한가지 해결책으로 고려되고 있는 것은 프레온에 의한 세척 방법 대신 물에 의한 세척 방법을 사용하여 잔존하는 용융제를 제거한다는 것인데 최근에 와서는 수용성 용융제에 대한 연구가 수행되고 있다.

수용성 용융제로서는 염화아연, 염산 등으로 된 무기염형 용융제와 아민의 할로겐화 수소산염과 글리세롤, 폴리에틸렌 글리콜 등으로 된 유기염형 용융제를 사용하고 있다. 그러나 이들 종래의 용융제는 금속표면에 있는 산화물을 제거하는 활성이 극히 강력하여 세척이 철저히 되지 못하면 부식이 발생한다는 결점을 가지고 있다. 더욱이 이들 종래의 용융제를 납땜 페이스트(solder paste)용으로 사용하게 되면 점도가 극히 작아져서 양호한 프린팅(printing)을 할 수 없다. 따라서 신규의 수용성 용융제의 개발이 시급히 요청되고 있다. 그러므로 본 발명의 목적은 위와 같은 종래의 결점을 해소하고 물 세척에 대한 양호한 적합성(또는 양호한 물 세척성)을 가지며 용융제를 납땜 페이스트에 적용할 경우 우수한 프린팅성(printability)을 나타내는 납땜질용 용융제 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 기타 목적과 장점에 대해서는 아래에 나오는 설명으로부터 명백히 알 수 있다.

본 발명에 따라 (1) 비닐 그룹 함유 화합물, 카르복실 그룹 함유 화합물 및 에폭시 그룹 함유 화합물로 된 군으로부터 선택한 화합물 한가지 이상과 (2) 활성수소를 가진 아민 화합물을 반응시켜 제조한 개질(改質) 아민 화합물을 용융제 기재(基材) 수지로 함유하는 납땜질용 용융제 조성물을 제공한다.

활성수소를 가지며 본 발명에서 개질 아민 화합물 제조시에 사용할 수 있는 아민 화합물의 예로서는 메틸아민, 에틸아민, n-프로필아민, 이소부틸아민, n-헥실아민, n-옥틸아민, 노닐아민, 2-에틸헥실아민, 데실아민, 스테아릴아민, 시클로헥실아민, 알릴아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디이소프로필아민, 에틸렌디아민, 트리메틸렌 디아민, 헥사메틸렌 디아민, 톨루엔 디아민, 크실렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타아민, 펜타에틸렌 헥사아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 페닐렌 디아민 및 디아미노디페닐 메탄등이 있다.

본 발명에서 개질 아민 화합물 제조시에 사용되는 비닐 그룹 함유 화합물의 예로서는 각종 (메타) 아크릴산 에스테르(예 : 메틸 에스테르, 에틸 에스테르, 부틸 에스테르, 2-에틸헥실, 2-히드록시에틸 에스테르, 히드록시 프로필 에스테르), 염화 비닐, 비닐 아세테이트, 비닐피롤리돈, 비닐톨루엔, 스티렌, α-메틸스티렌, (메타) 아크릴로 니트릴, (메타) 아크릴 아미도, 말레산 에스테르, 푸마르산 에스테르, 이타콘산 에스테르 등이 있다.

본 발명에서 개질 아민 화합물 제조시에 사용되는 카르복실기 함유 화합물의 예로서는 아세트산, 벤조산, 숙신산, 말레산, 아디프산, 락트산, 히드록시피발산, 디메틸롤프로피온산, 시트르산, 말산, 글리세르산, 옥틸산, 동물성 및 식물성 지방산, 옥살산, 푸마르산, 세바스산, 이량체 산(dimer acid), C₁₂-C₂₈이염기산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 트리멜리트산, 피로멜리트산, 퀸산, 글리콜산 및 타르타르산 등이 있다.

본 발명에서 개질 아민 화합물 제조시 사용되는 에폭시 그룹 함유 화합물의 예로서는 메틸글리시딜 에테르, 부틸글리시딜 에테르, 페닐글리시딜 에테르, 글리시돌, 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜 에테르, 트리메틸롤프로판, 트리글리시딜 에테르, 글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 소르비톨 폴리글리시딜 에테르, 비스페놀형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 글리시딜 베르사테이트, 디글리시딜 프탈레이트, 산화 스티렌, 2-에틸헥실 글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, C₁₂-C₂₈이염기산의 디글리시딜 에스테르 및 (폴리) 프로필렌 글리콜 디글리시딜 에테르 등이 있다.

본 발명에서 사용되는 개질 아민 화합물은 활성수소 함유 아민 화합물과 비닐그룹 함유 화합물과의 부가반응, 활성 수소 원자 함유 아민 화합물과 카르복실 그룹 함유 화합물과의 축합 반응 또는 활성 수소 함유 아민 화합물과 비닐 그룹함유 화합물과의 부가반응, 또는 위에 나온 반응중 두가지 이상의 조합에 의해 쉽사리 합성할 수 있다.

이러한 개질 아민 화합물은 아민 활성을 가지고 있다.

물 세척성을 향상시키자면 개질 아민 화합물 1분자당 히드록실 그룹 같은 친수성 그룹 두개 이상을 결합시키는 것이 바람직하다. 이 용융제를 납땜페이스트 용융제를 사용하여 프린트성을 향상시키고자 할 경우에는 개질아민 화합물을 분자량이 최소한 200인 점성 물질형태로 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 개질 아민 화합물은 ⓛ 비닐 그룹 함유 화합물, 카르복실 그룹함유 화합물 및 에폭시 그룹 함유 화합물로 된 군으로부터 선택한 화합물 한가지 이상과 ② 활성수소를 가진 아민 화합물을 ⓛ/②=0.03-0.1, 바람직하게는 0.05-0.9의 당량비로 반응시켜 제조하는 것이 바람직하다.

당량비가 0.03 미만이면 아민은 만족스럽게 개질되지 못하여 점성과 물 세척성이 불충분하게 된다. 역으로 당량비가 1.0를 초과하면 아민 화합물의 활성수소의 량이 불충분하여 그 이상의 반응이 일어나지 않는다.

본 발명에 의한 납땜질용 용융제 조성물중에는 용융제 총중량에 대하여 용융제 기재 수지로서 위에 나온 개질 아민 화합물을 1∼80wt.%보다 바람직하게는 10∼60wt.%함유한다.

납땜질용 용융제 조성물중에서의 개질 아민 화합물의 함유량이 1wt.% 미만이면 수득한 용융제 조성물의 점성과 물 세척성이 불량하게 된다. 역으로 개질아민 화합물의 함유량이 80wt.%을 초과하면 점성이 크므로 인하여 용융제를 제조하기가 어렵게 된다.

본 발명의 납땜질용 용융제 조성물에는 추가로 공지의 활성제를 함유하여도 좋다. 이러한 활성제로는 아민의 할로겐화 수소산염, 유기산 및 아민을 사용할 수 있다.

이러한 활성제의 예로서는 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 아닐린 등의 아민의 할로겐화 수소산염과, 벤조산, 숙신산, 말레산, 아디프산, 락트산, 히드록시피발산, 디메틸롤프로피온산, 시트르산, 말산 및 글리세르산 등의 유기산과, 디페닐구아니딘 및 트리에탄올아민 등의 아민이 있다.

용융제 조성물 중의 활성제의 함유량에 대해서는 특별한 제한은 없으나 그 함유량이 0.1wt.%∼30wt.%인 것이 바람직하다.

더욱이 용매로 사용될 수 있는 것은 알코올 화합물, 에스테르 화합물, 에테르 화합물, 케톤 화합물, 탄화수소 화합물 중 최소한 한가지 화합물이다.

이러한 용매의 예로서는 알코올(예 : 이소프로필 알코올, 부틸카르비톨), 에스테르(예 : 에틸 아세테이트), 탄화수소(예 : 톨루엔) 및 케톤(예 : 메틸 에텔 케톤)등이 있다.

용융제 조성물중에서의 용매의 함유량에 대해서는 특별한 제한은 없으나 5wt.%∼98wt.%인 것이 바람직하다.

통상적으로 사용되는 기타 첨가제도 본 발명에 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면 납땜질 단계에서 가열후에도 양호한 수용성을 유지하고 쉽게 물에 용해하는 개질 아민 화합물을 기재 수지로 사용하기 때문에 용융제의 물세척성도 개선할 수 있다.

더욱이 개질 아민 화합물의 분자량을 쉽사리 크게 할 수 있기 때문에 점성도 크게 할 수 있다. 따라서 본 발명의 용융제를 예컨대 납땜 페이스트 용융제에 적용한다 하더라도 점성을 충분히 증가시키기 때문에 양호한 프린트성을 얻을 수 있다.

본 발명의 용융제를 실제로 사용할 경우에는 물 세척성이 우수하고 납땜 페이스트에 사용하더라도 프린트성이 우수한 땜질이 가능하다. 본 발명을 실시예에 따라 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

배수용 튜우브가 달린 1ℓ들이 4구(4-neck) 플라스크에 활성수소함유 아민 화합물로서 트리에틸렌테트라아민 215g을 가하고 질소 분위기에서 교반 가열하면서 온도를 100℃로 올린 다음 카브록실 그룹 함유 화합물로서 숙신산 87g과 디메틸롤프로피온산 198g을 열발생을 관찰하면서 몇번 나누어 가하였다.

온도를 220℃로 올려 반응에서 생성되는 물을 제거하면서 이 온도 수준으로서 가열하면서 유지하였다. 3시간 후에 산값(acid value)이 1이하가 되었을때 반응을 중지시키고 반응 혼합물을 냉각한 다음 부틸 카르비톨 298g으로 희석함으로써 고형분 함유량이 60%인 점성의 용융제 기재 수지로서의 개질 아민 용액을 얻었다.

4구 플라스크에 위에서 수득한 개질 아민 용액 55g, 디메틸롤프로피온산 10g, 비이온 계면 활성제(일본국 Nippon Fatty Acid 사제의 S-40) 15g 및 부틸카르비톨 20g을 가하고 140℃에서 교반 가열하면서 용해시켜 실시예 1의 용융제를 얻었다.

이어서 입자크기가 45∼63㎛인 63Sn-37Pb 땜납 분말을 위에서 수득한 용융제 10.0wt.%와 교반 혼합하여 납땜 페이스트를 제조하고 이것을 사용하여 아래의 프린트성 시험을 하였다. 즉, 프린트성 시험에 있어서 실시예 1의 납땜 페이스트를 두께가 0.2mm인 금속 마스크를 통해 유리-에폭시 프린트 와이어 보오드(print wired board)(즉. PWB)(크기 150mm×160mm×1.5mm) 50개에 연속적으로 프린트한 다음 로울링성(rolling property)과 프린트 결함을 체크하였다.

땜납 볼(solder ball)의 존재 여부를 다음 방법으로 체크하였다. 즉, 두께가 0.2mm인 금속 마스크를 통해 실시예 1의 납땜 페이스트를 피치(pitch)가 0.8mm인 QFP위에 프린트하고 리플로잉(reflowing)(150℃∼160℃에서 60초 동안 IR 리플로잉 한 다음 200∼230℃에서 30초 동안 리플로잉 하였음)한 후 패드(pad) 10개에 있는 땜납 볼의 수를 세었다.

물 세척성 시험에서 실시예 1의 납땜 페이스트로 땜질한 PWB를 60℃의 증류수에 60초 동안 침지한 다음 실온에서 물속에 30초 동안 침지하여 세척하였다. 세척된 PWB의 상태를 현미경으로 육안 검사하였다.

절연 저항 시험에서 실시예 1의 납땜 페이스트를 JIS C 6480에 따른 빗살 무늬형 2PWB에 코우팅하고 위에 나온 리플로잉한 후 PWB를 물로 세척하여 시험편을 만들었다. 이어서 온도 40℃, 상대습도 95%로 유지된 분위기에서 이 시험편에 20V의 전압을 100시간 동안 인가한 다음 동일한 분위기에서 100V의 전압을 인가하여 절연저항을 측정하였다. 위에 나온 시험의 결과는 표 1에 나와 있다.

[실시예 2]

1ℓ들이 4구 플라스크에 용매인 부틸카르비톨 333g, 활성 수소 함유 아민 화합물인 트리에틸렌테트라아민 181g 및 히드로퀴논 0.5g을 가하고 공기 분위기에서 교반 가열하면서 온도를 100℃로 올렸다. 온도를 100∼120℃로 유지하면서 비닐 그룹 함유 화합물인 히드록시에틸 아크릴레이트 144g을 열 발생을 관찰하면서 1시간 동안 방울씩 가한 다음, 비닐 그룹 함유 화합물인 아크릴아미드 176g을 1시간 동안 나누어 첨가하였다.

온도를 동일한 수준에서 5시간 유지하여 반응을 완료시킨 다음 반응 혼합물을 냉각하여 고형분 함량이 60%인 용융제 기재수지로서의 점성의 개질아민용액을 얻었다.

이어서 4구 플라스크에 위에서 수득한 개질 아민 용액 55g, 디메틸롤프로피온산 10g, S-40 15g 및 부틸카르비톨 20g을 가한 다음 140℃에서 교반 가열하여 용해시켜 실시예 2의 용융제를 얻었다.

실시예 1에 나온 바와 동일한 방법으로 실시예 2의 용융제를 사용하여 실시예 2의 납땜 페이스트를 제조하고 실시예 1에 나온 바와 동일한 방법으로 이 납땜 페이스트의 땜질 성능을 시험하였다. 그 결과는 표 1에 나와있다.

[실시예 3]

1ℓ들이 4구 플라스크에 용매인 부틸카르비톨 333g 활성 수소 함유 아민 화합물인 트리에틸렌테트라아민 198g을 가하고 질소 분위기에서 교반 가열하면서 온도를 100℃로 올렸다.

온도를 100∼120℃로 유지하면서 에폭시 그룹 함유 화합물인 글리시돌 302g을 열 발생을 관찰하면서 2시간 동안 방울씩 가하였다. 동일한 온도를 2시간 유지하여 반응을 완료시키고 반응 혼합물을 냉각하여 고형분 함량이 60%인 용융제 기재 수지로서의 점성의 개질 수지용액을 얻었다.

4구 플라스크에 위에서 얻은 개질 아민 용액 60g, 디메틸롤프로피온산 10g, S-40 15g 및 부틸카르비톨 15g을 가하고 140℃에서 교반 가열하여 용해시켜 실시예 3의 용융제를 제조하였다.

실시예 1에 나온 바와 마찬가지 방법으로 실시예 3의 용융제를 사용하여 실시예 3의 납땜 페이스트를 제조하고 실시예 1의 방법에 따라 땜질 성능을 시험하였다. 그 결과는 표 1에 나와 있다.

[실시예 4]

1ℓ들이 4구 플라스크에 용매인 부틸카르비톨 333g과 활성 수소 함유 아민 화합물인 모노에탄올 아민 34g 및 디에탄올아민 118g을 가하고 질소 분위기에서 교반 가열하면서 온도를 100℃로 올렸다. 온도를 100∼120℃로 유지하면서 에폭시 그룹 함유 화합물인 글리세롤디글리시딜 에테르 348g을 열 발생을 관찰하면서 2시간 동안 방울씩 가하였다.

온도를 동일한 수준에서 3시간 유지하여 반응을 완료시키고 반응 혼합물을 냉각하여 고형분 함량이 60%인 용융제 기재수지로서의 점성의 개질 아민용액을 얻었다.

4구 플라스크에 위에서 수득한 아민 용액 55g, 디메틸롤프로피온산 10g, S-40 15g 및 부틸카르비톨 20g을 가하고 140℃에서 교반 가열하여 용해시켜 실시예 4의 용융제를 제조하였다.

실시예 1에 나온 바와 마찬가지 방법에 따라 실시예 4의 용융제를 사용하여 실시예 4의 땜납 페이스트를 제조하고 실시예 1의 방법에 따라 이 땜납 페이스트의 땜질 성능을 시험하였다. 그 결과는 표 1에 나와 있다.

[비교 실시예 1]

개질 아민 대신 개질 아민의 출발물질로 사용했던 트리에틸렌 테트라아민을 사용하였다. 보다 구체적으로는 4구 플라스크에 트리에틸렌테트라아민 75g, 디메틸롤프로피온산 10g 및 S-4 15g을 가하고 140℃에서 교반가열하여 용해시켜 비교 실시예 1의 용융제를 제조하였다.

실시예 1에 나온 바와 마찬가지 방법으로 비교 실시예 1의 용융제를 사용하여 비교 실시예 1의 땜납 페이스트를 제조하고 실시예 1의 방법으로 이 땜납 페이스트의 땜질 성능을 시험하였다. 그 결과는 표 1에 나와 있다.

[비교 실시예 2]

개질 아민 대신, 폴리에틸렌 글리콜 #600을 사용하였다.

보다 구체적으로는 4구 플라스크에 폴리에틸렌 글리콜 #600 75g, 디메틸 롤프로피온산 10g 및 S-40 15g을 가하고 교반 가열하여 용해시켜 비교실시예 2의 용융제를 제조하였다.

실시예 1에 나온 바와 마찬가지 방법으로 비교 실시예 2의 용융제를 시용하여 비교 실시예 2의 땜납 페이스트를 제조하고 실시예 1의 방법으로 이 땜납 페이스트의 땜질 성능을 시험하였다. 그 결과는 표 1에 나와 있다.

위에서 설명한 바로 부터 명백한 바와 같이 본 발명의 개질 아민 화합물을 용융제의 기재수지로 사용하면 프린트성과 세척성이 양호해지고 환경 파괴의 원인인 프레온 같은 것을 사용하지 않더라도 양호한 신뢰성을 가진 땜질을 할 수 있다.

위에 나온 각 실시예에서 땜납 페이스트를 본 발명의 용융제 기재수지로 제조하였으나, 본 발명의 기재 수지를 땜납 페이스트 이외의 기타 땜질용으로도 사용할 수 있다. 예를 들자면 기재 수지를 유동 땜질(flow soldering)의 후용융제(post flux)용으로 사용할 수도 있다.

본 발명의 용융제에 있어서, 개질 아민 화합물의 조성을 조절함으로써 물이외의 세척제로도 사용할 수도 있다.

Claims

(1) 비닐 그룹 함유 화합물, 카르복실 그룹 함유 화합물 및 에폭시 그룹함유 화합물로 된 군으로부터 선택한 화합물 한가지 이상과 (2) 활성수소를 가진 아민 화합물을 (1)/(2)=0.03∼1.0의 당량비로 반응시켜 제조한 개질 아민 화합물(A)을 용융제 기재 수지로 하여 용융제 조성물 총 중량에 대하여 1∼80wt.%와, 용매(B)를 함유하는 납땜질용 용융제 조성물.
(가) (1) 비닐 그룹 함유 화합물, 카르복실 그룹 함유 화합물 및 에폭시 그룹 함유 화합물로 된 군으로부터 선택한 화합물 한가지 이상과 (2) 활성수소를 가진 아민 화합물을 (1)/(2)=0.03∼1.0의 당량비로 반응시켜 제조한 개질 아민 화합물(A)을 용융제 기재 수지로 하여 1∼80wt.%와,

(나) 활성제(B)를 0.1∼30wt.% 및

(다) 용매(C)를 함유하는 납땜질용 용융제 조성물.
제1항에 있어서, (1)/(2)의 당량비가 0.05∼0.9인 납땜질용 용융제 조성물.
제1항에 있어서, 용융제 기재 수지의 함량이 10∼60 wt.%인 납땜질용 용융제 조성물.
제2항에 있어서, (1)/(2)의 당량비가 0.05∼0.9인 납땜질용 용융제 조성물.
제2항에 있어서, 용융제 기재 수지의 함량이 10∼60wt.%인 납땜질용 용융제 조성물.