KR101133960B1 - 납땜용 플럭스 및 땜납 페이스트 조성물 - Google Patents

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Abstract

플럭스 잔사의 점착성을 억제하고 높은 신뢰성을 확보하면서, 리플로우시의 휘발량을 저감하여 환경부하가 적은 납땜을 가능하게 하는 납땜용 플럭스와 이들을 이용한 땜납 페이스트 조성물을 제공하는 것을 과제로 한다. 이러한 과제를 해결하는 수단으로서, 본 발명의 납땜용 플럭스는 베이스 수지, 활성제 및 용제를 함유하는 납땜용 플럭스이고, 상기 용제로서 요오드가가 120～170인 오일성분을 함유한다. 바람직하게는, 상기 오일성분의 함유량은 플럭스 총량에 대하여 22～80중량%이다. 또한, 바람직하게는, 상기 오일성분은 건성유 및 반건성유 중 적어도 하나를 포함하고, 보다 바람직하게는 동유, 양귀비유, 호두유, 홍화유, 해바라기유 및 대두유로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다. 본 발명의 땜납 페이스트 조성물은 상기 납땜용 플럭스와 땜납 합금 분말을 함유한다.

Description

납땜용 플럭스 및 땜납 페이스트 조성물{FLUX FOR SOLDERING AND SOLDERING PASTE COMPOSITION}
본 발명은 예컨대, 회로 기판에 대하여 회로부품 등을 땜납 접속할 때에 사용되는 납땜용 플럭스 및 땜납 페이스트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 땜납 페이스트 조성물은 로진류 등의 베이스 수지, 용제, 활성제, 틱소제(thixotropic agent) 등으로 이루어지는 플럭스 및 땜납 분말 등으로 구성되어 있다. 여기서, 플럭스에 이용되는 용제로는 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(부틸카르비톨)나 디에틸렌글리콜모노-n-헥실에테르(헥실카르비톨)로 대표되는 휘발성 유기 화합물(이하, VOC라고 함)이 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 용제가 사용되는 이유는 플럭스 성분의 용해성이 우수함과 아울러, 연속 인쇄시의 점도 안정성을 확보하는 것이 용이하고, 또한 땜납 용융시에는 휘발하기 때문에 전기 절연 저항을 손상시키지 않는다는 우수한 특성을 갖는 것에 있다.
그렇지만, VOC는 광화학 옥시던트의 원인 물질이 될 수 있기 때문에, 최근, 지구환경에 대한 배려로부터 그 사용을 제한하는 대책(VOC대책)이 요망되고 있다.
여기서, VOC대책으로서, 예컨대, 플럭스 성분으로서 수용성 물질을 사용함으로써, 용제를 물로 치환한 수용성 땜납 페이스트(특허문헌 1 참조)나, 물을 용제로 하여 종래의 소수성 베이스 수지를 분산시킨 납땜용 플럭스(특허문헌 2 참조)가 제안되고 있다.
그렇지만, 특허문헌 1의 수용성 땜납 페이스트를 이용하면, 물세정 공정이나 물헹굼 공정 등이 필요하기 때문에 공정수가 증가하고, 전자부품 등의 제품 가격이 상승한다는 문제가 발생함과 아울러, 세정이나 헹굼 공정 등으로 발생하는 폐액의 처리를 필요로 하는 문제도 있었다. 한편, 특허문헌 2의 납땜용 플럭스는 비수용성의 수지를 유화 분산시키고 있기 때문에 사용시나 보관시의 안정성이 걱정됨과 아울러, 땜납 분말과 혼련하여 땜납 페이스트로 할 때에도, 분산 입자의 안정을 유지하는 것이 매우 곤란하다는 문제가 있다.
그 때문에, 납땜용 플럭스에 있어서의 VOC대책으로는 물 이외의 용제이고, 또한 리플로우시에도 거의 휘발하지 않는 고비점의 유기 용제를 이용한 대책이 유망시되고 있다. 그러나, 고비점의 유기 용제를 통상량 함유하는 플럭스에는 건조성이 나빠져 납땜 후에 플럭스 잔사의 점착성이 높아진다고 하는 문제나, 마이그레이션이 발생하는 등에 의해 신뢰성이 저하된다는 문제가 발생한다. 따라서, 고비점의 유기 용제를 이용하는 경우, 플럭스 중의 용제의 함유율을 어느 정도 낮게 설계할 필요가 있다. 그러나, 용제의 함유율을 낮추면, 땜납 페이스트로 할 때의 점도가 높아져 작업성이 현저하게 저하된다.
이와 같이, 양호한 작업성을 확보할 수 있는 통상량의 용제를 이용하면서 플럭스 잔사의 점착성을 억제하고, 또한 높은 신뢰성으로 납땜을 가능하게 하는 VOC대책은 확립되어 있지 않는 것이 현재의 상황이었다.
특허문헌 1: 일본특허공개 평10-85985호 공보
특허문헌 2: 일본특허공개 2007-144446호 공보
본 발명은 플럭스 잔사의 점착성을 억제하고 높은 신뢰성을 확보하면서, 리플로우시의 휘발량을 저감하여 환경부하가 적은 납땜을 가능하게 하는 납땜용 플럭스와 이를 이용한 땜납 페이스트 조성물을 제공한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의연구를 거듭했다. 그 결과, 플럭스 중의 용제로서 요요드가가 120～170인 오일성분을 이용하면, 리플로우시에 산소와 반응하고 산화 중합에 의해 경화되기 때문에, 리플로우시의 휘발량을 대폭 저감할 수 있음과 동시에, 플럭스 잔사에 있어서의 액상물질의 잔류도 억제할 수 있고, 잔사의 점착성 증대나 신뢰성 저하라고 하는 문제도 해결하는 것이 가능하다는 새로운 사실을 견출하여 본 발명을 완성하는데 이르렀다.
즉, 본 발명의 납땜용 플럭스는 베이스 수지, 활성제 및 용제를 함유하는 납땜용 플럭스이고, 상기 용제로서 요오드가가 120～170인 오일성분을 함유하는 것을 특징으로 한다. 상기 구성에 있어서, 상기 오일성분의 함유량은 플럭스 총량에 대하여 22～80중량%인 것이 바람직하다. 또한, 상기 구성에 있어서, 상기 오일성분은 건성유 및 반건성유 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 동유, 양귀비유, 호두유, 홍화유, 해바라기유 및 대두유로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 땜납 페이스트 조성물은 상기 본 발명의 납땜용 플럭스와 땜납 합금 분말을 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 플럭스 중에 포함되는 용제로서 요오드가가 120～170인 오일성분을 이용함으로써, 리플로우시에 산화 중합에 의한 경화를 일으키고, 그 결과, 플럭스 잔사의 점착성을 억제하고 높은 신뢰성을 확보하면서, 리플로우시의 휘발량을 대폭 저감하여 환경부하가 적은 납땜을 행할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 납땜용 플럭스(이하, 단지 「플럭스」라고 함)는 용제로서 특정 오일성분을 함유한다. 여기서, 오일성분이란 1종의 오일 또는 2종 이상의 오일의 혼합물을 의미하는 것이다. 오일은 통상, 상온(실온)에서 액상이다. 이 때문에, 오일성분을 용제로서 이용함으로써, 땜납 페이스트 조성물로서 납땜에 제공될 때에는 액상인 채로 용제로서 기능하여 양호한 작업성을 확보함과 아울러, 리플로우시에 공기 중의 산소와 반응하여 산화 중합을 일으켜서 경화되고, 그 결과, 리플로우시의 휘발량을 대폭 저감할 수 있음과 동시에, 플럭스 잔사에 있어서의 액상물질의 잔류도 억제할 수 있고, 잔사의 점착성 증대나 신뢰성 저하라는 문제를 회피할 수 있다.
상기 오일성분의 요오드가는 120～170인 것이 중요하다. 바람직하게는 125～165인 것이 좋다. 상기 오일성분의 요오드가가 120 미만이면, 리플로우시의 산화 중합에 의한 막의 경화가 불충분하고, 잔사의 끈적거림이나 신뢰성의 저하를 초래하게 되고, 한편, 요오드가가 170을 초과하면, 플럭스 또는 땜납 페이스트 조성물의 보관시나 작업시에 과잉한 산화 중합 반응이 진행되고, 그 결과, 점도가 상승하여 안정성이 열화되어 작업성을 손상시키게 된다.
또한, 상기 오일성분이 2종 이상의 오일로 이루어지는 경우에는 오일성분 전체의 요오드가가 120～170이 되면 좋다.
상기 오일성분은 건성유 및 반건성유 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 오일성분은 요오드가가 120～170인 건성유 및 요오드가가 120～170인 반건성유 중 적어도 하나를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 요오드가가 120～170인 건성유로는 예컨대, 동유, 양귀비유, 호두유, 홍화유 등이 열거되고, 요오드가가 120～170인 반건성유로는 예컨대, 해바라기유, 대두유 등이 열거된다.
상기 오일성분이 2종 이상의 오일로 이루어지는 경우, 상기 오일성분은 건성유 및 반건성유 중 적어도 하나만으로 이루어지는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 요오드가가 120～170인 건성유 및 요오드가가 120～170인 반건성유 중 적어도 하나만으로 이루어지는 것이 좋다. 단, 혼합한 오일성분 전체의 요오드가가 120～170이 되도록 각 오일의 배합 비율이 조정되어 있으면, 상기 오일성분은 요오드가가 120 미만의 오일이나 요오드가가 170을 초과하는 오일을 함유하고 있어도 좋다. 요오드가가 120 미만의 오일로는 예컨대, 호호바유, 피마자유, 야자유, 참기름 등이 열거되고, 요오드가가 170을 초과하는 오일로는 아마인유, 차조기유 등이 열거된다.
상기 오일성분의 함유량(2종 이상의 오일의 혼합물일 경우에, 그들의 합계 함유량)은 플럭스 총량에 대하여 22～80중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 35～65중량%인 것이 좋다. 오일성분의 함유량이 22중량% 미만이면, 플럭스 중의 액상 성분이 적어지기 때문에 플럭스가 고점도화되어 작업성이 현저하게 저하될 우려가 있고, 한편, 80중량%를 초과하면, 땜납 금속을 청정화하는 성분이 적어지기 때문에 충분한 납땜성이 얻어지지 않을 우려가 있음과 아울러, 플럭스의 저점도화에 의해 작업성이 저하될 우려도 있다.
본 발명의 플럭스에는 상술한 오일성분 이외의 용제로서, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 예컨대, 다가 알콜계 용제, 에테르계 용제, 에스테르계 용제 등과 같은 종래부터 일반적으로 플럭스에 이용되고 있는 고비점 용제를 함유시킬 수 있다. 그 경우, 본 발명의 목적을 고려하면, 베이스 수지나 활성제 등의 플럭스 성분을 용해시킬 수 있는 극성 용제이고, 또한 비점이 400℃ 이상인 용제를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 고비점 용제로는 예컨대, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리글리세린 등의 다가 알콜이나 이들의 에테르 화합물 또는 에스테르 화합물 외, 트리메리트산 에스테르, 프탈산 에스테르, 소르비톨 에테르 등이 열거된다. 이들 고비점 용제의 함유량은 통상, 플럭스 총량에 대하여 30중량% 이하인 것이 좋다.
본 발명의 플럭스는 용제 이외에, 베이스 수지 및 활성제를 함유하고, 필요에 따라서, 틱소제, 그 밖의 첨가제 등을 더 함유하는 경우도 있다.
상기 베이스 수지로는 종래부터 일반적으로 플럭스에 이용되고 있는 통상의 로진 및 그 유도체나, 종래부터 일반적으로 플럭스에 이용되고 있는 합성 수지가 열거된다. 로진으로는 예컨대, 검 로진, 톨유 로진, 우드 로진 등이 열거되고, 로진 유도체로는 예컨대, 중합 로진, 아크릴화 로진, 수소첨가 로진, 포르밀화 로진, 로진 에스테르, 로진 변성 말레인산 수지, 로진 변성 페놀 수지, 로진 변성 알키드 수지 등이 열거되고, 합성 수지로는 예컨대, 스티렌-말레인산 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 등이 열거된다. 베이스 수지의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 플럭스 총량에 대하여 5～75중량%인 것이 좋다.
상기 활성제로는 특별히 한정되지 않지만, VOC대책으로 하는 본 발명의 목적을 고려하면 저휘발성인 것이 바람직하고, 예컨대, 에틸아민, 프로필아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민, 아닐린 등의 할로겐화 수소산염, 락트산, 시트르산, 스테아르산, 아디프산, 트리데칸 2산, 도데칸 2산 등의 유기 카르복실산 등이 열거된다. 활성제의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 플럭스 총량에 대하여 0.1～20중량%인 것이 좋다. 활성제가 0.1중량% 미만이면 활성력이 부족하고, 납땜성이 저하될 우려가 있고, 한편, 20중량%를 초과하면 플럭스의 피막성이 저하되고 친수성이 높아지므로 부식성 및 절연성이 저하될 우려가 있다.
상기 틱소제로는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 경화 피마자유, 밀랍, 카르나바왁스, 스테아르산 아미드, 히드록시 스테아르산 에틸렌비스아미도 등이 열거된다. 틱소제의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 플럭스 총량에 대하여 0.5～25중량%인 것이 좋다.
상기 기타 첨가제로는 예컨대, 산화 방지제, 방청제, 킬레이트제 등이 열거된다. 이들 기타 첨가제의 함유량은 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위 내에서 적당히 설정하면 좋다.
본 발명의 땜납 페이스트 조성물은 상술한 본 발명의 납땜용 플럭스와 땜납 합금 분말을 함유한다.
상기 땜납 합금 분말로는 특별한 제한은 없고, 일반적으로 이용되고 있는 주석-납 합금, 또는 은, 비스무트 또는 인듐 등을 첨가한 주석-납 합금 등을 이용할 수 있다. 또한, 주석-은계, 주석-구리계, 주석-은-구리계 등의 납 프리 합금을 이용하여도 좋다. 또한, 땜납 합금 분말의 입경은 5～50㎛ 정도인 것이 좋다.
본 발명의 땜납 페이스트 조성물에 있어서의 플럭스와 땜납 합금 분말의 비율은 소망되는 땜납 페이스트의 용도나 기능에 따라서 적당히 설정하면 좋고, 특별히 제한되지 않지만, 플럭스:땜납 합금 분말(중량비)=5:95～20:80 정도인 것이 좋다.
본 발명의 땜납 페이스트 조성물은 전자기기부품 등을 땜납 접속할 때에, 디스펜서나 스크린 인쇄 등에 의해 기판 상에 도포된다. 그리고, 도포 후, 예컨대, 150～200℃ 정도로 예열을 행하고, 최고 온도 170～250℃ 정도에서 리플로우를 행한다.
(실시예)
이하, 실시예 및 비교예를 열거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1～6 및 비교예 1～3)
표 1에 나타낸 플럭스의 각각 성분을 표 1에 나타낸 배합 조성으로 용기에 채우고, 가열하여 용해시킨 후에 냉각하여 플럭스를 각각 얻었다.
이어서, 용기에 얻어진 각각의 플럭스와 Sn-Ag-Cu 합금(Sn:Ag:Cu(중량비)=96.5:3.0:0.5)으로 이루어지는 땜납 합금 분말(융점 219℃, 입경 30～20㎛)을 플럭스:땜납 합금 분말(중량비)=11:89의 비율로 혼합 교반하여 땜납 페이스트 조성물을 각각 얻었다.
얻어진 각각의 땜납 페이스트 조성물은 이하의 방법에 의해 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<플럭스의 휘발성>
동판(80mm×40mm×0.3mm) 상에, 10mm×10mm의 개구부를 10개 갖는 두께 150㎛의 메탈마스크를 이용하여 땜납 페이스트 조성물을 인쇄했다. 이 때, 인쇄 직후의 동판의 중량(a)을 측정하고, 인쇄 전후의 동판의 중량차로부터 인쇄된 땜납 페이스트 조성물의 중량(A)을 구했다. 인쇄 후 30분 이내에, 대기하에 있어서 175±5℃에서 80±5초간 예열을 행하고, 최고온도 235±5℃에서 리플로우를 행했다. 리플로우 후의 동판의 중량(b)을 측정하고, 리플로우 전후의 중량차(a-b)와 플럭스 함유율(즉, 11중량%)로부터 하기 식에 기초로 하여 플럭스의 휘발률(%)을 산출했다.
플럭스의 휘발률(%)=[(a-b)/(A×0.11)]×100
<절연성>
JIS-Z-3197에 규정하는 빗형 기판(Ⅱ형)에, 동일한 패턴을 갖는 두께 100㎛의 메탈마스크를 이용하여 땜납 페이스트 조성물을 인쇄했다. 인쇄 후 10분 이내에, 대기하에 있어서 175±5℃에서 80±5초간 예열을 행하고, 최고온도 235±5℃에서 리플로우를 행했다. 리플로우 후의 기판을 온도 85℃, 습도 85%의 항온항습조 안에 방치하고, 1000시간 후의 저항치(Ω)를 측정함으로써 전기적인 신뢰성의 지표로서 절연성을 평가했다.
또한, 예컨대 실시예 1의 저항치는 6×109Ω이었지만, 이를 표 1 중에는 「6E9」라고 표기하도록 했다. 다른 저항치도 모두 동일하게 표기했다.
<부식성>
땜납 페이스트 조성물을 이용하여 JIS-Z-3284에서 규정하는 동판부식 시험편을 제작하고, 상기 시험편을 온도 40℃, 습도 85%의 항온항습조 안에 96시간 방치한 후, 육안 관찰에 의해 부식 발생의 유무를 확인했다.
<잔사의 점착성>
땜납 페이스트 조성물을 이용하여 JIS-Z-3284에서 규정하는 건조도 시험편을 제작하고, 상온까지 냉각한 시험편에 분말 탈크를 부착시킨 후, 부드러운 브러시로 표면을 가볍게 브로싱했다. 이 때, 분말 탈크의 부착의 유무를 육안 관찰에 의해 확인했다.
<점도 안정성>
땜납 페이스트 조성물을 이용하여 12시간 연속 인쇄를 행하고, 연속 인쇄 전후의 점도를 측정하여 그 차이를 점도 상승치(Pa. S)라 했다.
Figure 112010002912740-pct00001
표 1로부터, 플럭스 중의 용제로서 요오드가가 120～170인 오일성분을 이용한 실시예 1～6의 땜납 페이스트 조성물을 이용하면, 리플로우시(땜납의 가열 용융시)의 휘발물의 발생이 억제되고, 환경부하를 저감시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1～6의 땜납 페이스트 조성물을 이용하면, 연속 인쇄시에 점도가 상승하지 않고, 게다가, 오일성분의 산화 중합 반응에 의한 경화가 일어나기 때문에, 절연성의 저하, 부식 및 잔사의 점착성 발생이라는 불량의 발생이 없고, 높은 신뢰성과 양호한 작업성을 유지하는 것을 알 수 있다.
이것에 대하여, 플럭스 중의 용제로서 휘발성 유기 화합물인 헥실카르비톨을 이용한 비교예 1의 종래의 땜납 페이스트 조성물에서는 신뢰성은 높지만, 플럭스의 휘발성이 높고 환경부하가 크다는 문제가 있다. 또한, 플럭스 중의 용제로서 이용한 오일성분의 요오드가가 170을 초과하는 비교예 2의 땜납 페이스트 조성물에서는 휘발물의 발생을 억제하고 신뢰성을 확보하는데는 문제없지만, 연속 인쇄 후의 점도 상승이 크고 작업성을 손상시키는 것이 명확하다. 또한, 플럭스 중에 용제로서 이용한 오일성분의 요오드가가 120 미만인 비교예 3의 땜납 페이스트 조성물에서는 휘발물의 발생은 억제되지만, 절연성, 부식성 및 잔사의 점착성으로 한 특성 열화가 발생한다는 문제가 생기는 것은 명확하다.
이상, 본 발명에 따른 납땜용 플럭스 및 땜납 페이스트 조성물에 대해서 자세하게 설명했지만, 본 발명의 범위는 이들의 설명에 구속되지 않고, 본 발명의 취지를 손상시키지 않는 범위에서 적당히 변경 또는 개선할 수 있다.

Claims (5)

  1. 베이스 수지, 활성제 및 용제를 함유하는 납땜용 플럭스로서:
    상기 용제로서 요오드가가 120～170이며, 건성유 및 반건성유 중 적어도 하나를 포함하는 오일성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜용 플럭스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일성분의 함유량은 플럭스 총량에 대하여 22～80중량%인 것을 특징으로 하는 납땜용 플럭스.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일성분은 동유, 양귀비유, 호두유, 홍화유, 해바라기유 및 대두유로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜용 플럭스.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 납땜용 플럭스와 땜납 합금 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트 조성물.
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