KR101436714B1 - 납프리 솔더 페이스트 - Google Patents

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KR101436714B1
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요시타카 토요다
후미히로 이마이
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센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
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Abstract

전자 기기의 소형화에 수반하여, 세정 불가능한 프린트 기판이 출현해 납프리 솔더 페이스트의 무세정화가 필요하고 있다. 솔더 페이스트의 무세정화에는, 잔사의 색조가 투명인 것 및 잔사가 끈적이지 않는 것이 필요하지만, 무세정에 적절한 로진인 말레인화 로진은, 산가가 높고, 납프리 땜납의 플럭스에는 적합하지 않았다. 말레인화 로진을 함유하는 플럭스와 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 분말과의 반응 억제 수단으로서 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금에 Sb를 1~8질량% 첨가한 Sn-Ag-Cu-Sb계의 땜납 합금 분말로 한다. 이것에 의해, 솔더 페이스트의 경시 변화가 일어나기 어렵고, 포트 라이프가 길다고 하는 뛰어난 효과의 솔더 페이스트를 제공할 수 있다.

Description

납프리 솔더 페이스트{NO-CLEAN LEAD-FREE SOLDER PASTE}
본 발명은, 전자 기기의 납땜에 사용하는 솔더 페이스트, 특히 Sn-Ag-Cu계 납프리 솔더 페이스트에 관한 것이다.
전자 부품의 납땜 방법으로서는, 인두질법, 플로우법, 리플로우법, 등이 있다.
인두질법이란, 수지입 땜납선(flux cored wire solder)을 납땜부에 할당하여, 상기 땜납선을 땜납 인두로 가열 용융함으로써, 납땜을 실시하는 방법이다. 이 인두질법은, 납땜부 1개소 마다 남땜질을 실시하기 때문에 생산성에 문제가 있어, 대량 생산에는 적합하지 않다.
플로우법은, 프린트 기판의 납땜 면을 용융 땜납에 접촉시켜 남땜을 실시하는 것이고, 1회의 작업으로 프린트 기판 전체의 납땜이 생긴다는 생산성이 뛰어난 납땜 방법이다. 그렇지만, 이 플로우법은, 피치 사이가 좁은 전자 부품에 대해서는, 땜납이 걸쳐 부착한다고 하는 브릿지를 형성하거나 혹은 열에 약한 전자 부품에 대해서는 용융 땜납이 직접 전자 부품에 접촉하기 때문에 전자 부품이 열 손실되어 기능 열화를 일으키거나 하는 일이 있었다. 또 프린트 기판의 납땜 면에 커넥터와 같은 접속 부품이 탑재되고 있으면, 용융 땜납이 커넥터의 구멍(hole) 중에 침입하여 사용할 수 없게 된다고 하는 문제도 있다.
리플로우법은, 땜납 가루와 플럭스로 이루어진 솔더 페이스트를 프린트 기판의 필요 개소에만 인쇄법이나 토출법으로 도포해, 상기 도포부에 전자 부품을 탑재하고 나서 리플로우로와 같은 가열장치로 솔더 페이스트를 용융시켜 전자 부품과 프린트 기판을 납땜하는 방법이다. 이 리플로우법은, 한 번의 작업으로 다수 개소의 납땜이 생길 뿐만이 아니라, 좁은 피치의 전자 부품에 대해서도 브릿지의 발생이 없고, 또한 불필요한 개소에는 땜납이 부착하지 않는다고 하는 생산성과 신뢰성이 뛰어난 납땜을 실시할 수 있는 것이다.
특히, 최근 전자 기기의 소형화가 진행되어, 그 프린트 기판에 탑재되는 전자 부품도 소형화하고 있다. 그 때문에, 플로우법에서는 너무 미세해 납땜을 할 수 없는 프린트 기판이 증가하고 있어, 종래의 플로우법으로부터 리플로우법으로의 시프트가 진행되고 있다.
그런데 종래의 리플로우법으로 이용되고 있던 솔더 페이스트는, 땜납 가루가 Pb-Sn 합금이었다. 이 Pb-Sn 합금은, 공정조성(共晶組成)(Pb-63Sn)에서는 융점이 183℃이며, 열에 약한 전자 부품에 대해서도 열 영향이 적고, 또는 납땜성이 우수하기 때문에 미땜납이나 디웨트 등의 납땜 불량의 발생도 적다고 하는 특징을 가지고 있다. 이 Pb-Sn 합금을 이용한 솔더 페이스트에 납땜된 전자 기기가 오래되거나 고장나거나 했을 경우, 기능 개선이나 수리를 하지 않고 폐기 처분되고 있었다. 프린트 기판을 폐기하는 경우, 소각 처분이 아니고 매립 처분을 하고 있었지만, 매립 처분을 하는 것은, 프린트 기판의 동박에 땜납이 금속적으로 부착하고 있어, 동박과 땜납을 분리하여 재사용할 수 없기 때문이다. 이 매립 처분된 프린트 기판에 산성비가 접촉하면, 땜납 중 Pb가 용출해, 그것이 지하수를 오염시키게 된다. 그리고 Pb를 포함한 지하수를 오랜 세월에 걸쳐서 사람이나 가축이 음용 하면 Pb 중독을 일으키는 것이 염려되고 있다. 그래서 전자 기기 업계에서는 Pb를 포함하지 않는 소위 「납프리 땜납」이 강하게 요구되고 있다.
납프리 땜납은, Sn을 주성분으로 한 것이고, 현재 사용되고 있는 납프리 땜납은, Sn-3.5Ag(융점：221℃), Sn-0.7Cu(융점：227℃), Sn-9Zn(융점：199℃), Sn-58Bi(융점：139℃) 등의 이원(二元) 합금 외, 이들에 Ag, Cu, Zn, Al, Bi, In, Sb, Ni, Cr, Co, Fe, Mn, P, Ge, Ga 등의 제3 원소를 적당히 첨가한 것이다. 또한 본 발명에서 말하는 「계」란, 합금 자체, 혹은 이원 합금을 기본으로 제3 원소를 1종 이상 첨가한 합금이다. 예를 들면 Sn-Zn계란, Sn-Zn 합금 자체, 혹은 Sn-Zn에 상술한 제3 원소를 1종 이상 첨가한 합금이고, Sn-Ag계란 Sn-Ag 합금 자체, 혹은 Sn-Ag에 상술한 제3 원소를 1종 이상 첨가한 합금이다.
이러한 납프리 땜납에서 Sn-Ag계의 땜납 조성, 그 중에서도 Sn-Ag계의 땜납 조성에 0.5~1.0%의 Cu를 첨가한 Sn-Ag-Cu계의 땜납 조성이, 땜납의 용융 온도의 면 및 땜납의 온도 사이클 등의 신뢰성의 면에서 사용하기 편리하고, 현재 가장 많이 사용되고 있다. 본 출원인은, Ag 3.0% 초과 5.0 중량% 이하, Cu 0.5~3.0 중량%, 및 잔부 Sn의 조성을 가지는 합금으로 완성되는, 내열 피로 특성이 뛰어난 납땜부를 형성하는 Sn-Ag-Cu계의 납프리 땜납, 및 Sb를 5질량% 이하를 더 함유하는 Sn-Ag-Cu-Sb계의 납프리 땜납을 개시하고 있다(일본 특허공개 평 5-50286, 특허문헌 1). 그러나, Sn-Ag-Cu계의 납프리 땜납 등의 납프리 땜납은, 종래의 Sn-Pb 납땜과 달라 플럭스 성분과의 반응성이 낮은 Pb를 함유하지 않기 때문에 플럭스 성분과의 반응성이 높다. 따라서, 납프리 땜납의 솔더 페이스트에는, 땜납 분말과의 반응성이 낮은 납프리 땜납 전용의 플럭스가 필요하다.
전자 기기의 소형화에 수반하여, 프린트 기판의 납땜 개소가 미세해지고 있지만, 실장 기판은 틈새가 적어지고 있어 프린트 기판의 세정이 곤란해지고 있다. 따라서, 솔더 페이스트에 의한 프린트 기판의 실장은, 세정이 반드시 필요한 수용성 솔더 페이스트의 사용을 없애고, 무세정 타입의 솔더 페이스트가 이용되는 일이 많다.
프린트 기판 실장의 무세정화에 수반하여, 솔더 페이스트에 요구되는 항목으로서 3가지를 생각할 수 있다.
첫번째는, 리플로우 후의 플럭스 잔사가 끈적이지 않고, 산뜻하게 있는 일이다. 만약, 리플로우 후의 프린트 기판의 플럭스 잔사가 붙으면, 공기 중의 먼지나 티끌 등이 플럭스 잔사에 부착되어 버려, 리크 등의 절연 불량을 일으켜 버릴 수 있기 때문이다.
두번째는, 리플로우 후의 프린트 기판 상의 플럭스 잔사의 색조가 연하고, 눈에 띄지 않는 것이다. 2번째의 리플로우 후의 플럭스 잔사의 색조가 연하고, 투명에 가까운 것이 요구되는 이유는, 최종 공정에서 납땜 개소의 목시 검사를 하고 있어 플럭스 잔사의 색조가 진하면 검사 미스를 일으키기 쉽기 때문이고, 수리 등으로 프린트 기판이 소비자의 눈에 노출되었을 때에, 색조가 너무도 진하면 이미지가 나쁘다고 하는 면도 있다.
세번째는, 전장품 등의 프린트 기판에서는 실리콘 수지나 아크릴 수지로 컨 포멀 코팅을 하고 있지만, 그러한 실리콘 수지나 아크릴 수지와의 밀착성이 좋은 것이다.
리플로우 후의 플럭스 잔사의 색조가 연하고, 투명에 가까운 솔더 페이스트의 플럭스로서 로진인 말레인화 로진이나 수소 첨가 로진을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 솔더 페이스트의 플럭스로서 말레인화 로진이나 수소 첨가 로진을 개시한 것으로서 일본 특허공개 평 9-52191호 공보, 특허문헌 2가 개시되고 있다. 이러한 선행 문헌은, 모두 땜납 분말의 반응성이 낮은 Sn-Pb 땜납 분말을 사용한 솔더 페이스트에 붙어 있는 납프리 땜납과의 조합은 없었다.
일본 특허공개 평 5-50286호 공보 일본 특허공개 평 9-52191호 공보
그런데, Sn-Ag-Cu계의 납프리 땜납 등의 납프리 땜납은, 종래의 Sn-Pb 납땜과는 달라 플럭스 성분과의 반응성이 낮은 Pb를 함유하지 않기 때문에 플럭스 성분과의 반응성이 높다. 따라서, 납프리 땜납의 솔더 페이스트에는, 땜납 분말과의 반응성이 낮은 납프리 땜납 전용의 플럭스가 필요하고 있다. 색조가 투명한 로진인 말레인화 로진은, 연화점이 높고, 리플로우 후의 플럭스 잔사가 끈적이지 않고, 산뜻하게 있다고 하는 뛰어난 특성을 가지고 있지만, 산가가 높고, 납프리 땜납 플럭스에 이용하면, 땜납 분말과 수지가 반응하여 솔더 페이스트가 경시 변화를 일으키고, 점도가 상승하기 쉽고, 솔더 페이스트의 포트 라이프(pot life)가 짧다고 하는 결점을 가지고 있었다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 솔더 페이스트의 플럭스의 주된 수지로서 리플로우 후의 잔사의 색조가 투명이고, 연화점이 높고, 리플로우 후의 플럭스 잔사가 끈적이지 않고, 산뜻하게 있는 솔더 페이스트가 되는 말레인화 로진을 이용한 플럭스를 이용해도, 땜납 분말과의 경시 변화가 적은 솔더 페이스트용 땜납 분말을 찾아내는 것이다.
본 발명자 등은, 솔더 페이스트용 플럭스로서 말레인화 로진이 플럭스 중에 5질량% 이상 함유하는 플럭스와 Sn-Ag-Cu계의 납프리 땜납 분말을 혼화한 솔더 페이스트에 있어서, 땜납 분말의 Sn-Ag-Cu계의 납프리 땜납 합금에 Sb를 1~8질량% 첨가하는 것에 의해서, 땜납 분말과 말레인화 로진을 함유하는 플럭스와의 반응을 억제하고, 솔더 페이스트의 포트 라이프를 길게 하는 것을 찾아내어 본 발명을 완성시켰다.
리플로우 솔더링에 이용하는 솔더 페이스트는, 땜납 분말과 솔더 페이스트용 플럭스를 거의 동체적씩 혼화한 것으로, 솔더 페이스트용 플럭스의 주제(主劑)를 로진 등의 수지를 이용한 것을 로진계 솔더 페이스트, 수용성 수지를 이용한 것을 수용성 솔더 페이스트라고 불러 구별하고 있다. 수용성 솔더 페이스트는, 리플로우 후의 잔사를 세정하지 않으면 잔사가 수분을 흡습하기 쉽고, 잔사 중의 활성 성분이 물과 반응해 이온화하여 프린트 기판의 부식이나 절연 저항의 저하를 가져온다. 그에 비해 로진계 플럭스는, 리플로우 후의 잔사에 포함되는 로진이 수분의 흡습을 방지하고, 잔사 중의 활성 성분과 반응할 일도 없다. 따라서, 로진계 솔더 페이스트는 무세정에도 프린트 기판의 부식이나 절연 저항의 저하를 가져올 일은 없다.
로진계 솔더 페이스트의 잔사의 특성은, 솔더 페이스트용 플럭스의 고형분에서 제일 큰 비율을 나타내는 로진 성분에 인한 것이 크다.
로진은, 소나무 등의 수액으로부터 취한 천연 수지로, 주로 제지의 사이즈용, 도료나 인쇄잉크의 원료용 등에 이용되고 있다. 천연 로진은, 아비에틴산 등의 유기산 혼합체나, 제지의 사이즈용이나 도료, 인쇄 잉크의 재료용으로 이용할 때는, 수지의 끈적임을 억제하기 위해서, 아비에틴산 등의 유기산에 포함되는 2중 결합을 수소나 다른 성분으로 치환하여, 송지(松脂)의 끈적임을 방지하고 있다. 이러한 로진을 합성 로진이라고 부르고 있다.
합성 로진에는, 중합 로진, 페놀 변성 로진, 말레인화 로진, 수소 첨가 로진등이 있고, 말레인화 로진, 수소 첨가 로진 등은 외관이 투명에 가까운 색이라고 하는 특징이 있다.
그러나, 로진을 납땜의 플럭스 성분으로서 이용할 때는, 끈적임을 방지하는 목적으로 아비에틴산 등의 유기산에 포함되는 2중 결합을 모두 수소나 다른 성분으로 치환해 버리면, 로진 자체가 갖는 납땜성이 없어져 버린다. 또, 로진 중의 아비에틴산 등의 유기산에 포함되는 2중 결합을 모두 수소나 다른 성분으로 치환해 버리면, 솔더 페이스트용 플럭스에 이용되는 알코올 용제, 글리콜에테르계 용제 등에 용융할 수 없게 되어, 로진이 석출하고, 도저히 페이스트상은 되지 않는다. 페이스트가 아니고, 퍼석퍼석한 고체가 되어 버린다. 따라서, 로진을 납땜의 플럭스 성분으로서 이용할 때는, 로진 중의 아비에틴산 등의 유기산에 포함되는 2중 결합을 모두 치환하지 않고, 일부만은 남겨 둘 필요가 있다.
합성 로진 중에서도, 수소 첨가 로진은 외관이 투명이고, 끈적임은 없기 때문에, 무세정 타이프 솔더 페이스트의 요구 항목인 「리플로우 후의 플럭스 잔사의 색조가 연하고, 투명에 가깝다」및 「리플로우 후의 플럭스 잔사가 끈적이지 않고, 산뜻하게 있다」의 2항목을 만족하고 있지만, 로진 중의 아비에틴산 등의 유기산에 포함되는 2중 결합을 수소로 치환하여 버리고 있으므로, 알코올 용제, 글리콜에테르계 용제 등에 대한 용융성이 나쁘고, 솔더 페이스트용 플럭스에 대량 첨가하면, 솔더 페이스트로부터 수소 첨가 로진이 석출해버려, 경시 변화를 일으키기 쉽다. 따라서, 수소 첨가 로진의 첨가는, 솔더 페이스트용 플럭스 중의 20질량% 이하로 할 필요가 있다. 이 경우에서도, 수소 첨가 로진의 첨가는 외관상의 개선을 가져오지만, 한편으로는 납땜성의 저하를 가져오므로, 보다 바람직하게는 5질량% 이하가 바람직하다.
그에 비해 말레인화 로진은, 로진과 무수 말레인산을 반응시킨 합성 로진으로, 로진 중의 아비에틴산 등의 유기산에 포함되는 2중 결합에, 무수 말레인산이 붙는 형태가 되므로, 모든 2중 결합에 무수 말레인산이 치환되지 않고, 아비에틴산 등의 유기산에 포함되는 2중 결합이 합성 후도 남는다. 따라서, 합성 로진으로서의 산가가 높고, 납땜성도 좋다. 또, 중합 로진의 연화점 약 80℃와 비교하여, 말레인화 로진은 연화점이 130℃으로 높기 때문에, 리플로우 후의 잔사의 끈적임도 없고, 산뜻하게 있다.
그러나 문제인 것은, 합성 로진으로서의 산가가 높은 것도, 일반적으로 솔더 페이스트의 플럭스의 로진 성분으로서 사용되고 있는 중합 로진의 산가가 160(mg KOH/g) 전후인데 비해, 말레인화 로진은 230(mg KOH/g) 전후이므로, 땜납 분말과 반응하기 쉽다고 하는 결점을 가지고 있다. 또한, 동일한 투명한 로진에서도 수소 첨가 로진은, 10(mg KOH/g)으로 산가가 낮고, 땜납 분말과의 반응성은 낮지만, 납땜성이 나쁘다고 하는 문제점을 가지고 있다. 이와 같이 산가가 높은 것이, 말레인화 로진이 외관이 투명이고, 끈적임이 없기 때문에, 무세정 타이프 솔더 페이스트의 요구 항목인 「리플로우 후의 플럭스 잔사의 색조가 연하고, 투명에 가깝다」및 「리플로우 후의 플럭스 잔사가 끈적이지 않고, 산뜻하게 있다」의 2항목을 만족하고 있지만, 납프리 땜납용 플럭스로서 이용하려면, 말레인화 로진의 양을 많이 첨가할 수 없는 결점의 원인이 되고 있었다.
본 발명은, 솔더 페이스트용 플럭스의 땜납 분말과의 반응성을 땜납 합금의 조성을 선택하는 것에 의해서, 땜납 분말과 솔더 페이스트용 플럭스와의 반응의 억제를 도모한 것으로, Sn-Ag계, 또는 Sn-Ag-Cu계의 땜납 분말과 말레인화 로진과의 반응으로 생성되는 Sn의 로진 염이, Sn-Ag계, 또는 Sn-Ag-Cu계의 땜납에 Sb를 2~10질량% 첨가하는 것에 의해서, 땜납 분말과 말레인화 로진을 함유하는 플럭스와의 반응이 억제된다.
이것은, Sn-Ag계, 또는 Sn-Ag-Cu계의 땜납 분말에 표면에 생성되고 있는 SnO2나 Ag3Sn 등이, Sb를 첨가하는 것에 의해서 반응성이 비교적 낮은 SbO2나 Ag3SnSb도 땜납 분말 표면에 생성하는 것에 의해서, 땜납 분말과 말레인화 로진과의 반응이 완만하게 진행하는 것이라고 생각할 수 있다.
종래의 납프리 솔더 페이스트에서는, 말레인화 로진을 납프리 땜납의 솔더 페이스트의 로진으로서 이용하려고 해도, 산가가 높기 때문에, 땜납 분말과 수지가 반응하여 솔더 페이스트가 경시 변화를 일으키고, 점도가 상승하기 쉬워 솔더 페이스트의 포트 라이프가 짧다고 하는 결점을 가지고 있었다.
본 발명의 솔더 페이스트를 이용함으로써, 리플로우 후의 프린트 기판 상의 플럭스 잔사의 색조가 투명해 눈에 띄지 않고, 리플로우 후의 플럭스 잔사가 끈적이지 않고, 산뜻하게 있다고 하는 뛰어난 특성의 플럭스 잔사를 얻을 수 있다.
또, 솔더 페이스트의 경시 변화가 일어나기 어렵고, 포트 라이프가 길다고 하는 뛰어난 효과를 가지고 있다.
본 발명의 Sn-Ag-Sb 합금 분말 및 Sn-Ag-Cu-Sb 합금 분말의 Sb량은, 1질량% 보다 적으면 말레인화 로진과의 반응 억제 효과가 없고, Sb가 8질량보다 많으면 Sn-Ag 땜납 및 Sn-Ag-Cu 땜납의 장점인 땜납 젖음성을 저해하여 버린다. 따라서, 본 발명의 Sn-Ag 땜납 분말 및 Sn-Ag-Cu 땜납 분말에 첨가하는 Sb의 양은, 1~8질량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2~5질량%일 때이다.
본 발명의 Sn-Ag-Sb 합금 분말 및 Sn-Ag-Cu-Sb 합금 분말의 Ag 및 Cu의 함유량과 말레인화 로진과의 반응성과는 직접 관계가 없다. 따라서, 본 발명의 Sn-Ag-Sb 합금 분말 및 Sn-Ag-Cu-Sb 합금 분말의 Ag 및 Cu의 함유량은 기술적으로 특별히 특정할 필요는 없지만, Sn-Ag-Cu-Sb 합금에 있어서, Ag는, 1.0~4.0질량%, Cu는 0.4~1.0질량%를 선택할 때가, 납땜의 인장 강도 및 클리프 특성에 대해 우수하다. 보다 바람직하게는, Ag는, 3.0~4.0질량%, Cu는 0.5~0.7질량%일 때이다. 게다가 Ni, Co, Fe 등의 철족의 천이금속을 1종 이상 합계로 0.5질량% 이하를 첨가하면, 땜납 합금 조성의 금속 강도의 향상을 볼 수 있다.
본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에 포함되는 말레인화 로진의 양은, 플럭스중에서 5질량% 이상, 45질량% 이하이다. 솔더 페이스트용 플럭스에 포함되는 말레인화 로진의 양이, 5질량% 미만이면 종래의 Sn-Ag 합금 분말이나 Sn-Ag-Cu 합금 분말에서도 솔더 페이스트의 경시 변화가 적고, 특히 Sb를 첨가할 필요가 없다. 또, 솔더 페이스트용 플럭스 중에 45질량%를 넘는 말레인화 로진을 첨가하면, 예로 Sn-Ag-Sb 합금 분말이나 Sn-Ag-Cu-Sb 합금 분말을 이용해도, 경시 변화를 억제할 수 없다. 따라서, 본 발명에 바람직한 솔더 페이스트용 플럭스에 포함되는 말레인화 로진의 양은, 5질량% 이상, 45질량% 이하이다. 보다 바람직하게는, 5질량% 이상, 20질량% 이하가 적합하다.
본 발명은, 종래의 Sn-Ag 합금 분말이나 Sn-Ag-Cu 합금 분말에, 말레인화 로진과 반응성이 낮은 Sb를 첨가하는 것에 의해서, 솔더 페이스트용 플럭스에 말레인화 로진이 포함되는 경우에서도, 경시 변화가 적은, 포트 라이프가 긴 솔더 페이스트를 실현시키는 것이다.
따라서, 말레인화 로진 이외에도 땜납 분말과 반응성이 높은 요인은 한정할 필요가 있다. 플럭스 중의 땜납 분말과 반응성이 높은 요인으로서 디페닐구아니딘·HBr 등의 할로겐화 수소산염이 있다. 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에 포함되는 할로겐화 수소산염은, 플럭스 중에서 2질량% 미만이 바람직하다. 플럭스에 포함되는 할로겐화 수소산염이 2질량% 이상에서는, Sb를 첨가해도 합금 분말과 플럭스의 반응이 진행되어 버려, 본원 발명의 효과가 나타나지 않는다. 본 발명에서는, 보조적인 활성제로서 헥사브로모 시클로도데칸, 트랜스-2, 3디브로모-2-부텐-1, 4-디올, 2,3-디브로모-1,4-부탄디올, 2,3-디브로모-1-프로판올, 1,3-디브로모-2-프로판올 등의 유기 할로겐 화합물을 3질량% 이하이면, 보조적인 활성제로서 첨가해도 좋다.
실시예 1
말레인화 로진, 중합 로진, 수소 첨가 로진, 페놀 변성 로진을 이용하여, 본 발명의 실시예 플럭스와 비교예 플럭스를 작성했다. 플럭스의 배합을 표 1에 나타낸다.
플럭스의 제조 방법은, 용제에 각 로진을 더하고, 가열하여 로진을 용해한 후에 가열을 멈추어 약 100℃ 자리(位)까지 냉각한다. 액체의 온도가 약 100℃이 되었다면, 칙소제(thixotropic agent)를 더해 용해하고, 그 후 활성제를 더해 교반하면서 용해한다. 모든 재료가 용해하면, 냉각수 등을 이용해 플럭스를 고체화할 때까지 냉각한다.
Figure 112012107287192-pct00001
실시예 2
Sn-Ag계의 땜납 분말과 실시예 1에서 제작한 플럭스를 표 2의 배합으로 혼화 하여 솔더 페이스트를 제작했다. 각 솔더 페이스트의 플럭스 함유량은, 10.5질량%를 표준으로 하여, 점도가 200 Pa·S 전후가 되도록, 플럭스 함유량을 조정했다.
각 솔더 페이스트의 상온 방치 후 1일 후의 점도를 측정했다. 또, 각 솔더 페이스트를 25℃로 설정한 정온 보관고에서 60일 보관해 그 점도를 측정했다. 점도의 측정 방법은, JISZ 3284 부속서 6에 근거하고, 말콤사(Malcom Co., Ltd.) 제품의 PCU-205를 이용하여 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
각 솔더 페이스트의 경시 변화를 비교하여 포트 라이프의 길이를 판정했다.
Figure 112012107287192-pct00002
실시예 3
실시예 2에서 제작한 솔더 페이스트의 습윤성과 잔사의 색을 비교했다. 솔더 페이스트의 젖음성은, JISZ 3284 부속서 10의 방법으로 행했다.
다만, 땜납 배스(solder bath)의 온도는, 250±3℃로 하여 측정했다.
솔더 페이스트의 잔사의 색은, JISZ 3284 부속서 10과 동일하게, 5.0mm×5.0mm×5.0mm의 터프 피치 구리판에 두께 0.2 mm, 직경 6.5 mm의 구멍이 있는 메탈 마스크를 이용하여 솔더 페이스트를 인쇄 후, 250±3℃의 온도의 땜납 배스를 이용하여 리플로우한다. 냉각 후의 플럭스 잔사의 색을 비교한다. 결과는, 표 2에 나타낸다.
정리로서, Sn-Ag 합금 또는 Sn-Ag-Cu 합금에 Sb를 1질량% 이상 첨가한 합금의 땜납 분말은, 말레인화 로진을 이용했을 때에 점도의 변화를 억제하는 효과가 있다. 그러나, Sb의 첨가가 1질량% 미만이면, 점도의 변화를 억제하지 못하고, Sb의 첨가가 8질량%를 넘으면, 솔더 페이스트의 젖음성을 저해하여 버린다.
또, 본 발명의 솔더 페이스트는, 말레인화 로진의 함유량이 45질량%를 넘어 버리면, Sb를 첨가해도 솔더 페이스트의 점도 변화를 억제할 수 없다. 본 발명의 솔더 페이스트에 적절한 말레인화 로진의 양은, 5질량% 이상, 45질량% 이하의 경우이다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 솔더 페이스트는, Sn-Ag 합금 또는 Sn-Ag-Cu 합금에 한정하지 않고, Sn-Ag 합금 또는 Sn-Ag-Cu 합금의 납프리 솔더 페이스트 뿐만 아니라, Sn-Ag 합금 또는 Sn-Ag-Cu 합금에 Bi나 In이 첨가되고 있는 계에도 응용 가능하다.

Claims (5)

  1. Sn-Ag계 땜납 분말 또는 Sn-Ag-Cu계 땜납 분말과 말레인화 로진을 5질량% 이상, 45질량% 이하를 포함한 플럭스를 혼화하여 이루어진 솔더 페이스트에 있어서, Sn-Ag계 땜납 분말 또는 Sn-Ag-Cu계 땜납 분말의 땜납 조성에 상기 땜납 분말을 기준으로 Sb를 1~8질량% 첨가한 것을 특징으로 하는 땜납 합금 분말을 이용한 납프리 솔더 페이스트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 땜납 합금 분말이, 상기 땜납 분말을 기준으로 1.0~4.0질량% Ag-0.4~1.0질량% Cu-1~8질량% Sb, 잔부 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어진 땜납 합금 분말과 플럭스를 혼화하여 이루어진 솔더 페이스트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 땜납 합금 분말이, 상기 땜납 분말을 기준으로 1.0~4.0질량% Ag-0.4~1.0질량% Cu-1~8질량% Sb, 잔부 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어진 땜납 합금 분말에 Ni, Co, Fe로부터 선택되는 철족의 천이금속을 상기 땜납 분말을 기준으로 합계로 0.5질량% 미만을 더 첨가함으로써 이루어진 분말과 플럭스를 혼화하여 이루어진 솔더 페이스트.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 땜납 합금 분말이, 상기 땜납 분말을 기준으로 1.0~4.0질량% Ag-0.4~1.0질량% Cu-1~8질량% Sb, 잔부 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어진 땜납 합금 분말에 Ni, Co, Fe로부터 선택되는 철족의 천이금속을 상기 땜납 분말을 기준으로 합계로 0.5질량% 미만을 더 첨가함으로써 이루어진 분말과 플럭스를 혼화하여 이루어진 솔더 페이스트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플럭스는, 할로겐화 수소산염을 2질량% 미만, 유기 할로겐 화합물을 3질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
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