KR101935758B1 - 플럭스 - Google Patents

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센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
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Abstract

종래의 플럭스에서는, 땜납 브리지가 발생해버릴 만큼 협소한 피치의 전극에 대해서도, 브리지를 억제할 수 있는 플럭스를 제공한다. 플럭스는, 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민을 15질량％ 이상 35질량％ 이하, 유기산을 2질량％ 이상 15질량％ 이하, 베이스재를 10질량％ 이상 30질량％ 이하, 아민을 3질량％ 이상 30질량％ 이하, 용제를 20질량％ 이상 40질량％ 이하 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

플럭스
본 발명은 계면 활성제를 함유하는 플럭스에 관한 것이다.
일반적으로, 납땜에 사용되는 플럭스는, 땜납 합금 및 납땜의 대상이 되는 접합 대상물의 금속 표면에 존재하는 금속 산화물을 화학적으로 제거하고, 양자의 경계에서 금속 원소의 이동을 가능하게 하는 효능을 갖는다. 이로 인해, 플럭스를 사용하여 납땜을 행함으로써, 땜납 합금과 접합 대상물의 금속 표면 사이에 금속간 화합물을 형성할 수 있게 되어, 강고한 접합이 얻어진다.
근년, 플럭스를 사용하여 납땜되는 전자 부품의 소형화에 의해, 전자 부품의 납땜 부위인 전극 피치의 협소화가 진행되고 있다. 전극에 플럭스를 도포하고, 땜납으로 Cu 등의 금속 핵을 피복한 핵 볼이나 땜납 볼을 탑재한 것을 가열하여 땜납 범프를 만들 경우, 전극 피치가 협소화하면, 피치 사이에서 땜납 브리지가 발생되기 쉬워진다. 땜납 브리지는, 납땜의 신뢰성을 손상시키는 원인이 된다.
땜납 브리지는, 플럭스의 표면 장력이 높으면 발생되기 쉽다. 표면 장력이 높은 플럭스는, 기판에 대해 수평인 방향으로 퍼지기 어렵고, 땜납 용융 시에 전극 사이에 머무르기 쉬워진다. 인접하는 용융 땜납이, 전극 사이의 플럭스에 의해 가까이 끌어 당겨져, 땜납끼리 달라 붙으면 브리지가 된다.
플럭스의 표면 장력을 약화시켜 땜납 브리지를 억제하기 위해서, 계면 활성제를 함유하는 플럭스가 알려져 있다. 계면 활성제를 함유하는 플럭스의 예로서, 특허문헌 1에는, 로진 에스테르계 계면 활성제 또는 아미드계 계면 활성제를 함유하는 플럭스 조성물이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 양이온성 계면 활성제 및 비이온성 계면 활성제를 포함하는 납접용 플럭스가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 (평) 05-42389호 공보 일본 특허 공개 제2004-501765호 공보
종래의 플럭스에서는, 예를 들어 계면 활성제를 함유하고 있어도, 전극 피치가 더 협소해지면, 땜납 브리지를 완전히 억제할 수 없게 되어, 브리지가 발생해 버리는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 과제를 해결한 것으로, 종래의 플럭스에서는 땜납 브리지가 생겨 버릴 정도로 협소한 피치의 전극에 대해서도, 브리지를 억제할 수 있는 플럭스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해서 채용한 본 발명의 기술 수단은, 다음과 같다.
(1) 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민을 15질량％ 이상 35질량％ 이하, 유기산을 2질량％ 이상 15질량％ 이하, 베이스재를 10질량％ 이상 30질량％ 이하, 아민을 3질량％ 이상 30질량％ 이하, 용제를 20질량％ 이상 40질량％ 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 플럭스.
(2) 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민은 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민, 폴리옥시에틸렌에틸렌디아민, 폴리옥시메틸에틸렌에틸렌디아민, 또는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 중 적어도 어느 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 플럭스.
본 발명에 관한 플럭스에 의하면, 협소한 피치의 전극에 대해 납땜되는 땜납 브리지를 억제할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 납땜 후의 플럭스 잔사의 확대 사진이다.
도 2는 비교예 1의 납땜 후의 플럭스 잔사의 확대 사진이다.
도 3은 비교예 3의 납땜 후의 플럭스 잔사의 확대 사진이다.
도 4a는 비교예 1의 브리지 발생과 정도를 나타내는 설명도이다.
도 4b는 비교예 1의 브리지 발생과 정도를 나타내는 설명도이다.
도 4c는 비교예 1의 브리지 발생과 정도를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명에 관한 실시 형태로서의 플럭스에 대해 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 구체예에 한정되는 것은 아니다.
[플럭스의 조성예]
본 실시 형태의 플럭스는, 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민, 유기산, 베이스재, 아민 및 용제를 함유한다.
폴리옥시알킬렌에틸렌디아민은, 계면 활성제이다. 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민은, 하기의 화학식으로 표현된다.
Figure 112018091111635-pct00001
R1 내지 R4는, 측쇄를 나타낸다. 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민은, 에틸렌디아민의 양단의 N 원자에 각각 2개의 폴리옥시알킬렌기가 결합한다.
본 실시 형태에서 사용하는 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민은, 15질량％ 이상 35질량％ 이하 첨가되고, 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민으로서는, 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민, 폴리옥시에틸렌에틸렌디아민, 폴리옥시메틸에틸렌에틸렌디아민, 또는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 중 적어도 어느 것이 바람직하다.
폴리옥시프로필렌에틸렌디아민은, 에틸렌디아민의 양단의 N 원자에 각각 2개의 폴리옥시프로필렌기가 결합한다. 폴리옥시에틸렌에틸렌디아민은, 에틸렌디아민의 양단의 N 원자에 각각 2개의 폴리옥시에틸렌기가 결합한다. 폴리옥시메틸에틸렌에틸렌디아민은, 에틸렌디아민의 양단의 N 원자에 각각 2개의 폴리옥시메틸에틸렌기가 결합한다.
폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민은, 에틸렌디아민에 결합하는 4개의 측쇄(R1 내지 R4)에 폴리옥시프로필렌기와 폴리옥시에틸렌기가 적어도 하나씩, 합계 4개 결합한다.
유기산은 플럭스에 있어서의 활성제 성분으로서 2질량％ 이상 15질량％ 이하 첨가된다. 유기산으로서는, 글루타르산, 숙신산, 아디프산, 아젤라산, 글리콜산, 디글리콜산, 티오글리콜산, 티오디글리콜산, 말산, 타르타르산 등이 사용된다.
베이스재는, 10질량％ 이상 30질량％ 이하 첨가되고, 베이스재로서는, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌 공중합체 등이 사용된다.
아민은 플럭스에 있어서의 활성제 성분으로서 3질량％ 이상 30질량％ 이하 첨가된다. 아민으로서는, 예를 들어 폴리옥시에틸렌디아민, 폴리옥시프로필렌디아민, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌디아민 등의 폴리옥시알킬렌디아민, 폴리옥시프로필렌글리콜 트리아민, N,N,N',N'-테트라키스(2-히드록시프로필)에틸렌디아민, N,N',N'-폴리옥시에틸렌-타로-1,3-디아미노프로판, N,N',N'-폴리옥시에틸렌-알킬-1,3-디아미노프로판, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민 등을 들 수 있다.
용제는, 20질량％ 이상 40질량％ 이하 첨가되고, 플럭스 중의 고형분을 녹인다. 용제로서는, 일반적으로 알려져 있는 글리콜에테르계의 화합물로부터 선택된다. 용제는, 활성제의 작용을 효율적으로 도입하기 위해, 120℃ 내지 150℃의 저온 영역에서 휘발하지 않는 것이 바람직하다. 용제가 휘발해 버리면 플럭스의 유동성이 나빠져서, 플럭스가 접합 개소에 젖어 퍼지는 것이 어려워진다. 그 때문에, 용제의 비점은 200℃ 이상인 것이 바람직하다. 용제로서는, 헥실렌글리콜, 2-에틸헥실디글리콜, 페닐글리콜, 부틸트리글리콜 등이 사용된다.
상술한 플럭스에 대한 그밖의 첨가제로서, 예를 들어 레진, 틱소제, 착색제 등을 플럭스의 성능을 손상시키지 않는 범위에서 적절히 첨가해도 된다.
실시예
[표 1에 대해서]
본 예에서는, 플럭스에 포함되는 각 조성의 배합량을 판별하기 위해, 이하의 표에 나타내는 조성으로 실시예와 비교예의 플럭스를 조합하여, 다음과 같이 브리지 억제 평가를 행했다.
(A) 평가 방법
전극 직경이 180㎛, 전극간이 300㎛ 피치의 기판에, 이하의 표에 나타내는 각 실시예 및 비교예의 비율로 조합한 플럭스를 도포했다(플럭스 조성 중의 숫자는 질량％를 나타냄). 또한, 본 실시예에 있어서, 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민으로서 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 또는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을 선택하여 첨가했다. 각 실시예 및 비교예의 플럭스가 도포된 기판에, 합금 조성이 Sn-3Ag-0.5Cu의 땜납을 사용한 직경 250㎛의 땜납 볼을 탑재하고, 피크 온도 240℃에서 납땜했다. 실시예 및 비교예의 플럭스를 도포된 후에 납땜된 각 기판에 대해, 브리지가 발생했는지 여부를 평가했다.
(B) 판정 기준
○: 전극에 브리지가 발생하지 않음
×: 전극에 브리지가 1군데 이상 발생함
Figure 112018091111635-pct00002
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 8은 모두, 베이스재를 10질량％ 이상 30질량％ 이하, 유기산을 2질량％ 이상 15질량％ 이하, 아민을 3질량％ 이상 30질량％ 이하, 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을 15질량％ 이상 35질량％ 이하, 용제를 20질량％ 이상 40질량％ 이하의 범위로 함유한다. 실시예 9는, 베이스재를 20질량％, 유기산을 5질량％, 아민을 10질량％, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을 30질량％, 용제를 35질량％ 함유한다. 실시예 1 내지 실시예 9는 모두, 전극간의 브리지가 억제되어 있었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서, 상술한 바와 같이, 납땜한 후에 전극간의 브리지가 억제되어 있었다.
리플로우 전의 공정에 있어서, 땜납 볼이 기판(3) 상에 탑재되고, 실시예 1의 플럭스가 도포된다. 리플로우 시의 가열에서 실시예 1의 플럭스는, 액상화하여, 표면 장력이 낮은 상태가 된다. 가열을 더욱 계속하면, 플럭스는 더욱 퍼진다. 플럭스가 얇게 퍼지기 때문에, 용융된 땜납은, 서로 가까워지거나, 달라 붙거나 하지 않는다. 그 때문에, 용융한 후에 응고된 땜납(11B)은, 브리지가 되지 않는다.
실시예 2 내지 실시예 9도 실시예 1과 동일하게 브리지가 억제된다. 실시예 1 내지 9에서 브리지가 억제된 것은, 실시예 1 내지 9의 플럭스가 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 또는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을 상술한 범위로 함유하기 때문에, 리플로우 시에 액상화된 플럭스가 얇게 퍼졌기 때문이라고 추측된다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1은, 폴리옥시에틸렌옥타데실아민에테르를 함유하고 있고, 전극간에서 브리지가 발생했다. 비교예 2는, 폴리옥시에틸렌스테아릴아미드를 함유하고 있고, 전극간에서 브리지가 발생했다. 비교예 3은, 계면 활성제를 포함하고 있지 않고, 전극간에서 브리지가 발생했다.
비교예 1의 플럭스(22)를 도포한 기판(3A)에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 납땜한 후에 전극간에 땜납 브리지(21C)가 발생했다. 또한, 땜납 브리지(21C)가 발생하지 않은 개소도, 용융한 후에 응고된 인접하는 땜납(21B) 사이에는, 후술하는 플럭스 체류부(22A)의 잔사(22B)가 남았다. 비교예 2에서도, 동일한 땜납 브리지(21C)가 발생했다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비교예 3의 플럭스를 도포한 기판(3B)에서도, 납땜한 후에 전극간에 땜납 브리지(31C)가 발생했다. 또한, 땜납 브리지(31C)가 발생되지 않은 개소도, 용융한 후에 응고된 인접하는 땜납(31B) 사이에는 후술하는 플럭스 체류부의 잔사(32B)가 남았다.
도 4a 내지 도 4c는, 비교예 1의 브리지 발생과 정도를 나타내고 있다. 도 4a에 나타내는 바와 같이, 리플로우 전의 공정에서, 기판(3A) 상에 땜납 볼(21)이 탑재되고, 비교예 1의 플럭스(22)가 도포된다.
리플로우 시의 가열로, 비교예 1의 플럭스(22)가 도 4b에 나타내는 바와 같이, 액상화한다. 기판(3A)이 협 피치이며, 또한 액상화된 플럭스(22)가 표면 장력이 높은 상태 때문에, 플럭스(22)는 서로 모여서 기판(3A) 상에서 융기되어, 플럭스 체류부(22A)이 된다. 플럭스 체류부(22A)이 생긴 것에 의해, 용융된 땜납(21A)이 플럭스 체류부(22A)에 가까이 끌어당겨진다. 땜납(21A)이 가까이 끌어당겨지는 것에 의해, 인접하는 땜납(21A)끼리 가까워진다.
더욱 가열을 계속하면, 인접하고 있던 땜납(21A)끼리 달라 붙어, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 땜납 브리지(21C)가 된다. 기판(3A) 상에는, 잔사(22B)가 남는다. 비교예 2 및 비교예 3도 비교예 1과 동일하게 하여 플럭스 체류부(22A)이 생기기 때문에, 땜납 브리지(21C, 31C)가 발생함과 함께 잔사(22B, 32B)가 남는다.
실시예 3, 9, 비교예 1, 2는 모두 베이스재, 유기산, 아민 및 용제의 조성비가 동일한 데다가, 모두 계면 활성제를 30질량％ 함유함에도 불구하고, 실시예 3, 9에서는 브리지를 억제할 수 있었지만, 비교예 1, 2에서는 브리지를 억제할 수 없었다. 실시예 3, 9, 비교예 1, 2는 각각이 함유하는 계면 활성제의 종류가 상이하다. 실시예 3은, 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을, 실시예 9는, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을, 비교예 1은 폴리옥시에틸렌옥타데실아민에테르를, 비교예 2는 폴리옥시에틸렌스테아릴아미드를 각각 함유한다. 이러한 점에서, 계면 활성제 중에서도, 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 및 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민이, 보다 우수한 브리지 억제 효과가 있다고 할 수 있다. 즉, 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 또는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을 함유하는 플럭스는, 브리지를 억제하는 효과가 높다.
본 실시 형태에서는, 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민의 일례로서, 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 또는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을 사용했지만, 다른 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민에서도 마찬가지로 브리지 억제를 할 수 있다.
예를 들어, 실시예 9의 플럭스 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민을 폴리옥시에틸렌에틸렌디아민 또는 폴리옥시메틸에틸렌에틸렌디아민으로 바꾼 플럭스는, 실시예 9의 플럭스와 같은 결과가 되었다.
또한, 본 실시예에 있어서, 베이스재, 유기산, 아민, 용제의 함유량은 상기 기재된 양에 한정되지 않는다. 또한, 본 실시예에서 땜납 볼을 사용했지만, 이에 한정되지 않고, Cu 등의 금속을 핵으로 한 핵 볼을 사용해도 된다.
표 1의 결과로부터, 다음의 것을 알 수 있다.
(i) 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민을 15질량％ 이상 35질량％ 이하, 유기산을 2질량％ 이상 15질량％ 이하, 베이스재를 10질량％ 이상 30질량％ 이하, 아민을 3질량％ 이상 30질량％ 이하, 용제를 20질량％ 이상 40질량％ 이하 함유하는 플럭스는, 종래의 플럭스에서는 땜납 브리지가 생겨 버릴 정도로 협소한 피치의 전극에 대해서도, 브리지를 억제할 수 있다.
(ⅱ) 상술한 (i)의 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민이, 폴리옥시프로필렌에틸렌디아민, 폴리옥시에틸렌에틸렌디아민, 폴리옥시메틸에틸렌에틸렌디아민, 또는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 중 적어도 어느 것인 플럭스는, 특히, 협소한 피치의 전극에 적용하여 바람직한 플럭스이다.
<산업상 이용가능성>
본 발명은 납땜에 사용되는 플럭스에 적용된다.
3, 3A, 3B: 기판
21C, 31C: 땜납 브리지
22A: 플럭스 체류부

Claims (2)

  1. 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민을 15질량％ 이상 35질량％ 이하, 유기산을 2질량％ 이상 15질량％ 이하, 베이스재를 10질량％ 이상 30질량％ 이하, 아민을 3질량％ 이상 30질량％ 이하, 용제를 20질량％ 이상 40질량％ 이하 함유하는
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리옥시알킬렌에틸렌디아민은,
    폴리옥시프로필렌에틸렌디아민, 폴리옥시에틸렌에틸렌디아민, 폴리옥시메틸에틸렌에틸렌디아민, 또는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌에틸렌디아민 중 적어도 어느 것을 특징으로 하는 플럭스.
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