KR101621091B1 - 땜납용 플럭스 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a)검로진, 불균화로진, 중합로진, 텔펜 페놀공중합 수지, 수소첨가 초담색 로진, 말레산 변성수지 및 아크릴 변성 수소첨가 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 로진; (b)카르복실산계 활성화제: 및 (c)글리콜 에테르 에스테르계 화합물, 글리콜 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 케톤계 화합물 및 시클릭 에스테르계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 제1 유기용매 및 상기 제1 유기용매와 비중 및 끓는점이 다른 제2 유기용매를 포함하는 용매를 포함하는 납땜 플럭스 조성물에 관한 것이다.
땜납, 플럭스, 유기용매, 플립 칩

Description

땜납용 플럭스 조성물{FLUXA COMPOSITION FOR SOLDER}
본 발명은 납땜 전처리시 사용되는 플럭스(flux) 조성물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 용제로서 사용되는 휘발성 유기화합물질(VOC)의 대체물질을 포함하는 납땜 플럭스 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 인쇄회로기판 등의 납땜공정(soldering)에 있어서, 납땜하고자 하는 금속상의 오염물질이나 산화물 등 납땜 작업을 방해하는 물질을 제거하고, 납땜시 표면장력을 감소시킴으로써 납땜하고자 하는 금속에 땜납의 확산이 잘 되게 하고, 젖음성(wetting)을 개선하기 위해 기판을 플럭스로 전처리한다. 상기 전처리에 사용되는 플럭스는 일반적으로 용제, 로진(Rosin), 활성제 및 기타 첨가제로 구성되며, 용제로는 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol, IPA), 메칠알콜(Methyl Alcohol, MA), 에칠알콜(Ethyl Alcohol, EA)이 사용되고 있다. 그러나, 이들 알코올 화합물들은 대기환경 보전법에 의거하여 휘발성 유기화합물질(Volatile Organic Compound, 이하 'VOC' 로 칭한다)로 규정되어 있어 이를 계속하여 사용할 경우 VOC 배출억제를 위한 별도의 조처를 하여야 한다. 즉, 이소프로필 알코올(IPA), 메칠알콜(MA), 에칠알콜(EA) 같은 비균질 탄화수소계는 휘발성 유기화학물질로서 증기압 이 높아 대기중으로 쉽게 증발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존시 태양광의 작용에 의한 광화학 반응에 의해 오존 및 PAN(Peroxyacetyl Nitrate) 등 2차 오염물을 생성하고 광화학 스모그를 유발한다. 따라서 이러한 물질들을 용제로 사용할 경우 배출억제, 회수 및 방지시설을 별도로 설치하여야 하므로 과다한 설비투자비가 소요되고, 작업안전성의 확보가 용이하지 않은 점 등 여러 가지 문제가 발생한다. 또한, 이소프로필 알코올(IPA)을 플럭스 용제로 사용하는 경우, 이소프로필 알코올은 인화성 및 폭발성이 강해서 화재 등 보관상의 문제도 발생된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 이소프로필 알코올(IPA), 메칠알콜(MA), 에칠알콜(EA) 등을 용제로 사용하는 플럭스에 대한 대체 플럭스로서 물을 용제로 사용하는 플럭스가 개발되었다. 그러나 이러한 플럭스 조성물의 일성분인 로진은 용제인 물에 용해되지 않기 때문에, 물에 알카리를 로진양의 40-50% 정도로 첨가하여 물을 알카리성 용매로 변형시킨 후 알칼리와 로진의 반응에 의해 로진을 비누화시킴으로써 로진을 물에 용해시켜 사용하고 있다.
그러나, 로진의 종류에 따라, 이러한 방법으로 용해되지 않는 것도 있고, 로진을 물에 용해시키는데 장시간이 소요되며, 로진의 비누성으로 인하여 도포 후 기포가 잔존하므로 분무식으로 발포할 수밖에 없는 단점이 있다. 분무식으로 플럭스를 적용하는 경우에는 기포 소멸까지 장시간이 소요되므로 바람직하지 않다. 또한, 물을 용제로 사용하기 때문에 표면장력이 커지고 젖음성이 저하되며, 코팅성이 좋지 않아 기판 등에 균일하게 적용하기 어려운 단점도 있다.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종래에 용매로 사용되던 휘발성유기물질(VOC)의 대체물질을 개발하여 환경친화적이고 인체에 무해하며 폭발의 위험이 없는 납땜 플럭스 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판에 부착되어 있는 각종 산화물 및 오염물질의 용해성 및 제거성, 코팅성, 젖음성, 납땜성, 및 납땜의 신뢰성이 우수한 플럭스 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 (a)검로진, 불균화로진, 중합로진, 텔펜 페놀공중합 수지, 수소첨가 초담색 로진, 말레산 변성수지 및 아크릴 변성 수소첨가 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 로진; (b)카르복실산계 활성화제: 및 (c)글리콜 에테르 에스테르계 화합물, 글리콜 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 케톤계 화합물 및 시클릭 에스테르계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 제1 유기용매 및 상기 제1 유기용매와 비중 및 끓는점이 다른 제2 유기용매를 포함하는 용매를 포함하는 납땜 플럭스 조성물을 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 플럭스 조성물은 종래에 용제로 사용되던 휘발성유기물질(VOC)을 비휘발성유기물질로 대체함으로써, 환경친화적이고 인체에 무해하며, 인화성 및 폭발성이 없어서 경제적이고, 작업안전성이 뛰어나다.
또한, 본 발명의 플럭스 조성물은 기판에 부착되어 있는 각종 산화물 및 오염물질의 제거능력이 뛰어나고, 도포도 고르게 이루어지며, 납땜시 미납(젖음불량) 및 브릿지 등의 불량 발생률이 적을 뿐만 아니라, 플럭스 조성물 중의 용제가 빨리 증발되고 납땜시 대부분의 플럭스가 환원작용후 씻겨져 버리기 때문에 기판에 잔존하는 잔사를 최소화시키는 효과를 제공한다.
또한, 금속과의 화학반응을 하지 않기 때문에 절연성이 우수하며, 우수한 납땜 신뢰성을 제공한다.
본 발명은 (a)검로진, 불균화로진, 중합로진, 텔펜 페놀공중합 수지, 수소첨가 초담색 로진, 말레산 변성수지 및 아크릴 변성 수소첨가 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 로진; (b)카르복실산계 활성화제: 및 (c)글리콜 에테르 에스테르계 화합물, 글리콜 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 케톤계 화합물 및 시클릭 에스테르계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 제1 유기용매, 상기 제1 유기용매와 비중 및 끓는점이 다른 제2 유기용매를 포함하는 용매를 포함하는 납땜 플럭스 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 납땜 플럭스 조성물에 포함되는 (a)로진으로는 천연로진 혹은 합성수지가 사용될 수 있으며, 납땜하고자 하는 금속표면에서 산화피막을 제거하고 땜납에 대한 표면장력을 감소시키고 융점을 저하시키는 한편, 금속 표면의 재산화를 방지하는 작용을 한다. 로진은 모재의 종류에 따라, 검로진, 불균화로진, 중합로진, 텔펜 페놀공중합 수지, 수소첨가 초담색 로진, 말레산 변성수지 및 아크릴 변성 수소첨가 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는1종 이상의 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 납땜 플럭스 조성물에 포함되는 (b)카르복실산계 첨가제는, 화학적 활성이 약하여 실제 납땜 작업시 젖음성이나 유동성이 다소 저조한 로진의 특성을 보완하기 위한 활성화제로 사용된다. 활성화제로서 카르복실산계 첨가제를 사용함으로써 납땜성이 개선되고 플럭스 조성물이 이온화되는 것을 방지한다.
상기 (b)카르복실산계 첨가제로는 숙신산, 디브로모숙신산, 아디프산, 이타콘산, 말론산, 옥살산, 글루타르산 등의 모노-, 디- 또는 트리 카르복실산을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 납땜 플럭스 조성물은 활성화제로서 상기 카르복실산계 첨가제와 함께 비이온성 공유 결합 유기 할로겐화물 활성화제를 더 포함할 수 있다. 특히 브롬화물 활성화제, 예컨대 트랜스-2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올(DBD), 이브롬화스티렌 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
활성화제는 납땜하고자 하는 표면으로부터 산화물을 화학적으로 제거하는 역할을 수행한다.
상기 (b)카르복실산계 첨가제는 상기 (a)로진 고형분 100 중량부를 기준으로 3 내지 12 중량부(고형분 기준)로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 (b)카르복실산계 첨가제가 상기의 범위로 포함되면 광택효과 저하, 납땜시 고드름(icicle) 발생 등의 염려가 없으며, 함량 초과로 인한 잔상 및 끈적임 증대의 염려가 최소화된다.
본 발명의 납땜 플럭스 조성물에 포함되는 (C)용매는 글리콜 에테르 에스테르계 화합물, 글리콜 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 케톤계 화합물 및 시클릭 에스테르계 화합물로이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 제1 유기용매, 상기 제1 유기용매와 비중 및 끓는점이 다른 제2 유기용매를 포함한다.
본 발명자들은 앞서 기술한 바와 같이, 종래의 플럭스 조성물용 용제로 사용되던 이소프로필알코올 등의 휘발성유기화합물(VOC)등이 갖는 대기오염문제 및 별도의 오염방지시설투자 비용 등의 문제를 해결하기 위하여 그 대체물질로써 VOC계가 아니며, 안전측면에서 비인화성, 비폭발성, 저독성이면서도 가격면에서 경쟁력이 있는 물질을 찾던 중 상기 제1 유기용매가 본 발명의 플럭스 조성물에 사용되는 용제시스템의 주성분으로 적합하다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다. 상기 제1 유기용매는 인화성 및 폭발의 위험이 없을 뿐만 아니라 땜납의 젖음성 등을 개선시킨다.
상기 제1 유기용매의 구체적인 예를 들면, 글리콜 에테르 에스테르계 화합물로는 에틸셀로솔브 아세테이트, 메틸셀로솔브 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 등을 들 수 있으며, 상기 글리콜 에테르계 화합물로는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 등을 들 수 있다. 또한 상기 에스테르계 화합물로는 에틸 락테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트 및 에틸 피루베이트 등을 들 수 있고, 상기 케톤계 화합물로는 아세톤, 메틸 이소부틸 케톤, 2-헵타논 및 시클로헥사논 등을 들 수 있고, 상기 시클릭 에스테르계 화합물로는 γ-부티로락톤 등을 들 수 있다.
본 발명에서 상기 제1 유기용매로는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 중에서 선택되는 1종 이상의 성분을 사용하거나, 상기 1종 이상의 성분과 부틸 아세테이트를 함께 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 제1 유기용매와 비중 및 끓는점이 다른 제2유기용매의 예로는 알코올 화합물을 들 수 있으며, 구체적으로는 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol, IPA), 메칠알콜(Methyl Alcohol, MA),에칠알콜(EthylAlcohol,EA), 3-메톡시-1-부탄올 등을 들 수 있다.
상기 (C)용매에 있어서 상기 제2 유기용매는 상기 제1 유기용매보다 끓는 점이 37℃ 내지 90℃ 낮은 것이 바람직하다. 상기와 같이 끓는점이 차이가 나는 제1 유기 용매 및 제 2 유기 용매를 혼합함으로써, 코팅성 및 젖음성이 향상되는 바람직한 효과를 나타낸다.
또한, 상기 제2 유기용매는 제1 유기 용매와 비중의 차이가 있는 경우에, 젖음성이 향상되는 효과를 나타낸다.
상기 (C)용매에서 상기 제1 유기용매와 상기 제2 유기용매의 질량비는 5:5 내지 9.5:0.5인 것이 바람직하다. 상기 제1 유기용매의 질량비가 5미만인 경우, 코팅성이 저하될 우려가 있으며, 9.5를 초과하면 로진의 용해성에 영향을 주어 본 발명에 의한 효과가 구현되기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 (c)용매는 상기 (a)로진 100 중량부(고형분 기준)를 기준으로 50 내지 500 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 (c)용매가 50 중량부 미만으로 포함되면, 코팅성에 문제를 발생시키며, 500 중량부를 초과하여 포함되면, 상기 (a)로진과 상기 (b)카르복실산계 첨가제가 너무 희석되어, 상기 (a)로진과 상기 (b)카르복실산계 첨가제가 제 기능을 수행하기 어려운 문제점이 발생한다.
또한, 본 발명의 플럭스 조성물에는 이 분야에서 통상적으로 사용되고 있는 부식 억제제, 염료, 발포제 및/또는 탈포제, 살생제, 증감제, 기타 수지, 계면활성제, 안정화제 등과 같은 다양한 첨가제가 더 포함될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하 기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1: 납땜 플럭스 조성물의 제조
표 1에 제시된 성분을 각각 제시된 양으로 칭량하여 혼용기에 투입하고 10∼40℃에서 1∼3시간 동안 교반하여 로진과 첨가제를 완전 히 용해시켜 납땜 플럭스 조성물을 제조하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1
로진 40 40 40 40 40 40
글루타르 산 10 10 10 10 10 10
IPA 14 21 42 14 21 140
PGME 126 119 98
PGMEA 126 119
주) 로진(Rosin): 로진, ㈜라톤 코리아 제
글루타르산(glutaric acid): Glutaric acid, 시그마알드리치 제
IPA: 아이소프로필알콜(Isopropyl alcohol)
PGME: 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Propylene glycol monomethyl ether)
GMEA: 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate)
시험예 1: 부식성 평가
본 시험예는 납땜후 플럭스 잔사성분이 일으킬 수 있는 부식의 유, 무를 알아보기 위한 시험으로 고온, 고습 조건하에서 납땜부의 부식성에 대하여 평가하였다. 먼저 산화피막이 제거된 동판에 땜납(Solder)을 올려놓고 땜납 중심부에 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1의 플럭스 조성물 약 0.1g을 도포한 다음 250℃의 납조에서 5초간 납땜한 후, 초기 동판과 비교하여 변색 또는 부식발생이 있는지 확인하였다. 그 후 상기 시편을 40±2℃, 90∼95% 상대습도의 항온항습조에 넣고 96시간이 경과한 후, 동판의 표면상태를 현미경으로 관찰하여 항온항습조 처리전의 시편과 비교하여 변색 또는 부식발생 유,무를 확인하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 부식성
실시예1 ◎
실시예2 ◎
실시예3 ◎
실시예4 ○
실시예5 ○
비교예1 X
[주] ◎: 부식이 없음
○: 약간의 부식이 발생함
X: 심한 부식이 발생함
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5의 플럭스 조성물을 도포하고 납땜 및 항온항습조 처리를 수행한 경우는 동판이 부식되지 않았으나, 비교예 1의 플럭스 조성물을 사용한 경우는 동판에 심한 부식이 발생하였다.
시험예2 : 퍼짐성 평가
본 시험예는 플럭스의 작업성을 평가하기 위한 시험으로서, 부품 및 기판 등에 납땜하는 경우, 플럭스의 활성력에 의한 땜납의 젖음성 및 퍼짐정도를 플럭스 조성물의 표면장력을 확인함으로써 평가하였다. 시험결과는 하기 표 3에 나타내었다.
구분 표면장력
실시예1 23.47
실시예2 23.85
실시예3 23.94
실시예4 25.12
실시예5 25.45
비교예1 39.12
상기의 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5의 플럭스 조성물은 비교예 1의 플럭스 조성물보다 표면장력이 현저히 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 결과로부터 본 발명의 플럭스 조성물은 젖음성 및 퍼짐성이 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. (a)검로진, 불균화로진, 중합로진, 텔펜 페놀공중합 수지, 수소첨가 초담색 로진, 말레산 변성수지 및 아크릴 변성 수소첨가 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 로진;
    (b)카르복실산계 활성화제: 및
    (c)프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 중에서 선택되는 1종 이상의 성분으로 구성되거나, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 중에서 선택되는 1종 이상의 성분과 부틸 아세테이트의 혼합물로 구성되는 제1 유기용매 및 상기 제1 유기용매와 비중이 다르며 끓는점이 37℃ 내지 90℃ 낮은 제2 유기용매를 포함하는 용매를 포함하는 납땜 플럭스 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 납땜 플럭스 조성물은 상기 (b)카르복실산 활성화제를 상기 (a)로진 고형분 100 중량부를 기준으로 3 내지 12 중량부(고형분 기준)로 포함하고, 상기 (c)용매를 (a)로진 고형분 100 중량부를 기준으로 50 내지 500 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 플럭스 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (b)카르복실산 활성화제는 숙신산, 디브로모숙신산, 아디프산, 이타콘산, 말론산, 옥살산 및 글루타르산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 납땜 플럭스 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 (b)카르복실산 활성화제는 비이온성 공유 결합 유기 할로겐화물 활성화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 플럭스 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 (C)용매 에 있어서, 상기 제1 유기용매 및 상기 제2 유기용매의 질량비는 5:5 내지 9.5:0.5인 것을 특징으로 하는 납땜 플럭스 조성물.
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KR100324084B1 (ko) * 1993-02-05 2002-07-03 크리스티나 스테파노프스키 잔유물이적고휘발성유기화합물이없는납땜용융제및제조방법
JP2007144446A (ja) 2005-11-25 2007-06-14 Arakawa Chem Ind Co Ltd ハンダ付けフラックス用樹脂エマルジョン、その製造法およびハンダ付けフラックス
KR100860556B1 (ko) 2007-06-20 2008-09-26 한국산업기술대학교산학협력단 스테인레스강과 탄소강 용접용 활성 플럭스 및 이의제조방법

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