KR102551417B1 - 플럭스, 땜납 페이스트 및 납땜 제품의 제조 방법 - Google Patents

플럭스, 땜납 페이스트 및 납땜 제품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

납땜용의 플럭스는, 10∼40wt%의 쿠마린과, 5∼30wt%의 모노아마이드계 칙소제와, 40∼80wt%의 용제를 포함한다. 땜납 페이스트는, 이 플럭스와, 땜납 분말을 포함한다. 납땜 제품의 제조 방법은, 이 땜납 페이스트를, 전자 회로 기판의 납땜 부위에 공급하는 스텝과, 납땜 부위에 전자 부품을 실장하는 스텝과, 환원 가스를 포함하는 환원 분위기하, 땜납 분말이 용융하는 온도까지 납땜 부위를 가열하여 전자 부품 및 전자 회로 기판을 접합하는 스텝을 포함한다.

Description

플럭스, 땜납 페이스트 및 납땜 제품의 제조 방법
본 발명은, 납땜에 이용되는 플럭스, 이 플럭스를 이용한 땜납 페이스트, 및 이 땜납 페이스트를 이용한 납땜 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 전자 부품의 실장에 있어서는, 상온에서 전자 회로 기판에 도포 또는 접착한 땜납을, 나중에 가열하여 납땜하는 리플로 납땜이 행해지고 있다. 땜납 페이스트를 이용한 리플로 납땜의 경우, 땜납 분말 및 플럭스를 포함하는 땜납 페이스트가 납땜 부위에 도포되고, 이 납땜 부위의 가열에 의해 땜납 분말을 용융시킨다.
땜납 페이스트에 포함되는 플럭스의 성분으로서는, 베이스 수지, 첨가제 및 용제가 예시된다. 베이스 수지는, 납땜 후의 대상물을 전자 회로 기판에 고정하고, 또한 절연체로서 기능한다. 첨가물로서는, 환원제, 활성제 및 칙소제가 예시된다. 환원제는, 땜납 분말의 표면이나 납땜의 대상물의 표면의 산화막을 제거한다. 활성제는, 산화막을 제거하거나, 또는 환원제에 의한 환원성이나 용융 땜납의 젖음성을 향상시킨다. 칙소제는, 플럭스 및 땜납 페이스트에 칙소성을 부여한다.
본원에 관련되는 문헌으로서, 특허문헌 1 및 2가 예시된다. 특허문헌 1은, 베이스 수지와, 활성제와, 쿠마린 유도체와, 용제를 포함하는 플럭스를 개시한다. 쿠마린 유도체는, 발광 특성을 갖는 쿠마린을 기본 골격으로서 갖고 있고, 용제에 용해됨으로써 우수한 발광 특성을 갖는다. 이 뒷받침으로서, 특허문헌 1에는, 플럭스의 성분에서 유래하는 잔사(플럭스 잔사)를 구별할 수 있는지 여부를 평가한 시험이 개시되어 있다.
이 시험의 결과에 의하면, 쿠마린 유도체가 첨가된 플럭스를 포함하는 땜납 페이스트(실시예 4)는, 쿠마린이 첨가된 플럭스를 포함하는 그것(비교예 2)에 비해, 플럭스 잔사를 용이하게 구별할 수 있었다는 취지의 보고가 이루어져 있다. 한편, 실시예 4에서는, 쿠마린 유도체로서, 7-다이에틸아미노-4-메틸쿠마린이 사용되고 있다.
특허문헌 2는, 쿠마린 유도체가 첨가된 플럭스를 포함하는 땜납 페이스트를 개시한다. 이 쿠마린 유도체는, 특허문헌 1의 실시예 4에서 사용된 쿠마린 유도체와 동일한 화합물이다. 그 때문에, 특허문헌 2의 땜납 페이스트를 이용한 리플로 납땜에 의하면, 특허문헌 1의 실시예 4와 동등한 평가 결과가 얻어질 것으로 예상된다.
일본 특허공개 2017-64730호 공보 미국 특허 제4670298호 명세서
특허문헌 1 및 2의 기술은, 전자 회로 기판 상의 플럭스 잔사를 특정하는 것이다. 그런데, 리플로 납땜에 있어서는, 플럭스 잔사가 절연 신뢰성을 저하시킨다는 문제가 있다. 플럭스 잔사는, 또한, 리플로 납땜 후의 공정(예를 들면, 몰딩 공정)에 있어서 전자 회로 기판으로부터 박리되어, 각종 단점을 야기한다는 문제가 있다.
본 발명자들은, 플럭스 잔사를 저감한다는 관점에서, 쿠마린을 포함하는 플럭스를 검토했다. 쿠마린은, 상온에서 고체인 화합물이지만 승화성이 높다. 그 때문에, 쿠마린이 첨가된 플럭스를 포함하는 땜납 페이스트는, 플럭스 잔사를 저감할 것으로 기대되었다.
그런데, 쿠마린의 첨가 비율에 따라서는, 땜납 페이스트에 있어서 플럭스와 땜납 분말의 분리가 일어나기 쉬운 것이 판명되었다. 분리가 일단 일어나 버리면, 리플로 납땜 시의 땜납 페이스트의 공급성이 저하되어 버린다. 따라서, 쿠마린이 첨가된 플럭스는, 땜납 페이스트의 공급 안정성의 관점에 있어서 개량의 여지가 있었다.
본 발명의 하나의 목적은, 플럭스 잔사를 저감하고, 또한 땜납 페이스트의 공급 안정성의 저하를 억제하는 것이 가능한 납땜용의 플럭스, 땜납 페이스트, 및 납땜 제품의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 쿠마린에 모노아마이드계 칙소제를 조합하면, 땜납 페이스트에 있어서 분리가 일어나는 것을 억제할 수 있다는 지견을 얻었다. 그래서, 추가적인 검토를 거듭한 바, 쿠마린, 모노아마이드계 칙소제, 및 용제의 함유 비율이 각각 적절한 범위에 있으면, 분리가 일어나는 것을 억제하고, 또한 플럭스 잔사가 충분히 저감되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
제 1 발명은, 다음의 특징을 갖는 납땜용의 플럭스이다.
상기 플럭스는, 10∼40wt%의 쿠마린과, 5∼30wt%의 모노아마이드계 칙소제와, 40∼80wt%의 용제를 포함한다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 쿠마린의 함유 비율의 하한이 15wt%이다.
제 3 발명은, 제 1 또는 2 발명에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 쿠마린의 함유 비율의 상한이 25wt%이다.
제 4 발명은, 제 1∼3 발명 중 어느 하나에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율의 하한이 15wt%이다.
제 5 발명은, 제 1∼4 발명 중 어느 하나에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율의 상한이 25wt%이다.
제 6 발명은, 제 1∼5 발명 중 어느 하나에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 모노아마이드계 칙소제에 대한 상기 쿠마린의 함유비가 0.4∼8.0이다.
제 7 발명은, 제 1∼6 발명 중 어느 하나에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 플럭스는, 0wt%보다도 많고 5wt% 이하의 활성제를 추가로 포함한다.
제 8 발명은, 제 1∼6 발명 중 어느 하나에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 플럭스는, 활성제를 포함하지 않는다.
제 9 발명은, 제 1∼8 발명 중 어느 하나에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 플럭스는, 0wt%보다도 많고 5wt% 이하의 로진을 추가로 포함한다.
제 10 발명은, 제 1∼8 발명 중 어느 하나에 있어서 추가로 다음의 특징을 갖는다.
상기 플럭스는, 로진을 포함하지 않는다.
제 11 발명은, 다음의 특징을 갖는 땜납 페이스트이다.
상기 땜납 페이스트는, 제 1∼제 10 발명 중 어느 하나의 플럭스와, 땜납 분말을 포함한다.
제 12 발명은, 다음의 특징을 갖는 납땜 제품의 제조 방법이다.
상기 제조 방법은, 제 11 발명에 있어서의 땜납 페이스트를, 전자 회로 기판의 납땜 부위에 공급하는 스텝과, 상기 납땜 부위에 전자 부품을 실장하는 스텝과, 환원 가스를 포함하는 환원 분위기하, 상기 땜납 분말이 용융하는 온도까지 상기 납땜 부위를 가열하여 상기 전자 부품 및 상기 전자 회로 기판을 접합하는 스텝을 포함한다.
도 1은 실시형태에 따른 납땜 제품의 제조 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시형태를 이하에 상세하게 설명한다. 한편, 본 명세서에 있어서, 「wt%」란 「질량%」를 의미한다. 또한, 플럭스를 구성하는 성분의 wt%는, 플럭스 전체의 질량을 기준으로 한다. 또한, 「∼」를 이용하여 수치 범위가 표시되는 경우, 그 범위는 양단의 수치를 포함하는 것으로 한다.
1. 플럭스
실시형태에 따른 플럭스는, 납땜용의 플럭스이다. 실시형태에 따른 플럭스는, 적합하게는, 환원 가스를 포함하는 분위기하에서 행해지는 리플로 납땜에 이용된다. 이 리플로 납땜의 상세에 대해서는, 「3. 납땜 제품의 제조 방법」에 있어서 설명된다. 실시형태에 따른 플럭스는, 쿠마린과, 모노아마이드계 칙소제와, 용제를 필수 성분으로서 포함한다. 이하, 필수 성분 및 이들의 함유 비율(함유량)에 대하여 설명한다.
1-1. 쿠마린
쿠마린은, 하기 일반식(I)로 표시되는 상온(25℃)에서 고체인 화합물이다. 쿠마린은, 땜납 페이스트의 상태를 안정화하고, 또한 리플로 납땜 시의 플럭스의 휘발성을 담보하기 위해서 첨가된다.
[화학식 1]
Figure 112022076552306-pct00001
플럭스 전체에 대한 쿠마린의 함유 비율은, 10∼40wt%이다. 쿠마린의 함유 비율이 적으면, 땜납 페이스트의 보관 중에 플럭스와 땜납 분말의 분리가 일어나기 쉽다. 땜납 페이스트의 분리가 일단 일어나 버리면, 땜납 페이스트의 상태가 불안정해지므로, 땜납 페이스트의 전자 회로 기판으로의 공급이 어려워진다. 따라서, 이 관점에서 보면, 쿠마린의 함유 비율의 하한은 15wt%인 것이 바람직하다. 또한, 쿠마린의 함유 비율이 많아지면 땜납 페이스트의 점도가 높아져, 땜납 페이스트의 전자 회로 기판으로의 공급이 어려워진다. 따라서, 쿠마린의 함유 비율의 상한은 25wt%인 것이 바람직하다.
1-2. 모노아마이드계 칙소제
모노아마이드계 칙소제는, 쿠마린을 포함하는 플럭스에 칙소성을 부여하여, 땜납 페이스트의 상태를 안정화하기 위해서 첨가된다. 모노아마이드계 칙소제로서는, 지방산 아마이드 및 방향족 아마이드가 예시된다. 모노아마이드계 칙소제는, 단독으로 이용되거나, 또는 복수 종류를 혼합하여 이용된다.
지방족 아마이드로서는, 아세트아마이드, 프로피온산 아마이드, 뷰탄산 아마이드, 아이소뷰탄산 아마이드, 헥산산 아마이드, 옥탄산 아마이드, 2-에틸헥산산 아마이드, 올레산 아마이드, 스테아르산 아마이드, 라우르산 아마이드, 베헨산 아마이드, 팔미트산 아마이드, 에루크산 아마이드 및 하이드록시스테아르산 아마이드가 예시된다. 방향족 아마이드로서는, 벤즈아마이드, 2-페닐아세트아마이드 및 4-메틸벤즈아마이드(p-톨루아마이드)가 예시된다.
플럭스 전체에 대한 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율(복수 종류의 모노아마이드계 칙소제를 혼합하여 이용하는 경우는, 이들 칙소제의 총 함유 비율)은, 5∼30wt%이다. 땜납 페이스트의 분리를 충분히 억제하는 관점에서 보면, 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율의 하한은 15wt%인 것이 바람직하다. 한편, 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율이 많아지면, 리플로 납땜 시에 완전히 휘발될 수 없게 된다. 휘발되지 않은 모노아마이드계 칙소제는, 플럭스 잔사나 보이드의 발생의 원인이 된다. 이 관점에서 보면, 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율의 상한은, 25wt%인 것이 바람직하다.
1-3. 용제
쿠마린 및 모노아마이드계 칙소제를 포함하는 플럭스에 첨가되는 용제로서는, 액체 용제 및 고형 용제가 예시된다. 액체 용제는, 단독으로 이용되거나, 또는 복수 종류를 혼합하여 이용된다. 고형 용제는, 액체 용제와 혼합하여 이용된다.
액체 용제로서는, 알코올계 용제 및 글라이콜계 용제가 예시된다. 알코올계 용제로서는, 아이소프로필 알코올, 터피네올, 아이소보닐 사이클로헥산올, 아이소헥사데칸올, 아이소헵타데칸올, 아이소옥타데칸올, 아이소노나데칸올, 아이소에이코산올 및 다이하이드로터피네올 등이 예시된다.
글라이콜계 용제로서는, 에틸렌 글라이콜, 다이에틸렌 글라이콜, 트라이에틸렌 글라이콜, 테트라에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜, 다이프로필렌 글라이콜, 트라이프로필렌 글라이콜, 테트라프로필렌 글라이콜, 1,3-프로페인다이올, 1,2-뷰테인다이올, 1,3-뷰테인다이올, 1,4-뷰테인다이올, 2-메틸-1,3-프로페인다이올, 1,2-펜테인다이올, 1,3-펜테인다이올, 1,4-펜테인다이올, 1,5-펜테인다이올 및 네오펜틸 글라이콜이 예시된다.
고형 용제로서는, 상온(25℃)에서 고체이고, 155∼270℃의 비점을 갖는 하이드록시 화합물이 예시된다. 이와 같은 하이드록시 화합물로서는, 2-에틸-2-하이드록시메틸-1,3-프로페인다이올(별명: 트라이메틸올프로페인), 2-에틸-2-메틸-1,3-프로페인다이올, 2-뷰틸-2-에틸-1,3-프로페인다이올, 2-에틸-2-프로필-1,3-프로페인다이올, 2,2-다이메틸-1,3-프로페인다이올 및 2,5-다이메틸헥세인-2,5-다이올이 예시된다.
1-4. 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율에 대한 쿠마린의 함유 비율의 비 RT
실시형태에 따른 플럭스에 있어서, 쿠마린의 함유 비율과 모노아마이드계 칙소제의 그것에 대해서는 전술한 바와 같다. 단, 후술하는 실시예의 결과로부터, 이들의 함유 비율의 관계는, 하기 (1)식을 만족시키고 있는 것이 바람직하다.
0.4≤비 RT≤8.0 ···(1)
쿠마린의 함유 비율과 모노아마이드계 칙소제의 그것이 전술한 범위 내에 있고, 또한 상기 (1)식을 만족시키는 플럭스는, 땜납 페이스트의 공급 안정성 및 플럭스의 휘발성을 담보하는 관점에서 바람직하다. 공급 안정성 및 휘발성을 향상시키는 관점에서 보면, 비 RT는, 하기 (2)식을 만족시키고 있는 것이 보다 바람직하다.
0.7≤비 RT≤1.0 ···(2)
1-5. 활성제
실시형태에 따른 플럭스는, 활성제를 포함해도 된다. 즉, 실시형태에 따른 플럭스는, 활성제를 임의 성분으로서 포함한다. 활성제로서는, 유기산, 아민, 유기 할로젠 화합물 및 아민 할로젠화 수소산염이 예시된다. 활성제는, 단독으로 이용되거나, 또는 복수 종류를 혼합하여 이용된다.
유기산으로서는, 글루타르산, 아디프산, 아젤라산, 에이코세인이산, 시트르산, 글라이콜산, 락트산, 석신산, 살리실산, 다이글라이콜산, 다이피콜린산, 다이뷰틸아닐린 다이글라이콜산, 수베르산, 세바스산, 싸이오글라이콜산, 프탈산, 아이소프탈산, 테레프탈산, 도데케인이산, 파라하이드록시페닐아세트산, 피콜린산, 페닐석신산, 푸마르산, 말레산, 말론산, 라우르산, 벤조산, 타타르산, 아이소사이아누르산 트리스(2-카복시에틸), 글리신, 1,3-사이클로헥세인다이카복실산, 2,2-비스(하이드록시메틸)프로피온산, 2,2-비스(하이드록시메틸)뷰탄산, 4-tert-뷰틸벤조산, 2,3-다이하이드록시벤조산, 2,4-다이에틸글루타르산, 2-퀴놀린카복실산, 3-하이드록시벤조산, 말산, p-아니스산, 팔미트산, 스테아르산, 12-하이드록시스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산 등이 예시된다. 유기산으로서는, 또한, 올레산과 리놀레산의 반응물인 다이머산, 이 다이머산에 수소를 첨가한 수첨 다이머산, 올레산과 리놀레산의 반응물인 트라이머산, 이 트라이머산에 수소를 첨가한 수첨 트라이머산 등이 예시된다. 유기산으로서는, 추가로, 올레산과 리놀레산의 반응물 이외의 다이머산, 이 다이머산에 수소를 첨가한 수첨 다이머산, 올레산과 리놀레산의 반응물 이외의 트라이머산, 이 트라이머산에 수소를 첨가한 수첨 트라이머산 등도 예시된다.
아민으로서는, 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류가 예시된다. 아민으로서는, 또한, 메틸아민, 에틸아민, 다이메틸아민, 1-아미노프로페인, 아이소프로필아민, 트라이메틸아민, n-에틸메틸아민, 알릴아민, n-뷰틸아민, 다이에틸아민, sec-뷰틸아민, tert-뷰틸아민, N,N-다이메틸에틸아민, 아이소뷰틸아민, 피롤리딘, 3-피롤린, n-펜틸아민, 다이메틸아미노프로페인, 1-아미노헥세인, 트라이에틸아민, 다이아이소프로필아민, 다이프로필아민, 헥사메틸렌이민, 1-메틸피페리딘, 2-메틸피페리딘, 4-메틸피페리딘, 사이클로헥실아민, 다이알릴아민, n-옥틸아민, 아미노메틸사이클로헥세인, 2-에틸헥실아민, 다이뷰틸아민, 다이아이소뷰틸아민, 1,1,3,3-테트라메틸뷰틸아민, 1-사이클로헥실에틸아민, N,N-다이메틸사이클로헥실아민 등의 지방족 아민이 예시된다. 아민으로서는, 추가로, 아닐린, 다이에틸아닐린, 피리딘, 다이페닐구아니딘, 다이톨릴구아니딘 등의 방향족 아민이 예시된다. 아민으로서는, 추가로, 2-에틸아미노에탄올, 다이에탄올아민, 다이아이소프로판올아민, N-뷰틸다이에탄올아민, 트라이아이소프로판올아민, N,N-비스(2-하이드록시에틸)-N-사이클로헥실아민, 트라이에탄올아민 등의 아미노알코올이 예시된다. 아민으로서는, 추가로, 폴리옥시알킬렌 알킬아민, 폴리옥시알킬렌 에틸렌다이아민, 폴리옥시알킬렌 다이에틸렌트라이아민 등의 폴리옥시알킬렌형 알킬아민이 예시된다. 아민으로서는, 추가로, 말단 아미노폴리에틸렌 글라이콜-폴리프로필렌 글라이콜 코폴리머(말단 아미노 PEG-PPG 코폴리머) 등의 말단 아민 폴리옥시알킬렌이 예시된다.
유기 할로젠 화합물로서는, trans-2,3-다이브로모-1,4-뷰텐다이올, 트라이알릴 아이소사이아누레이트 6브로민화물, 1-브로모-2-뷰탄올, 1-브로모-2-프로판올, 3-브로모-1-프로판올, 3-브로모-1,2-프로페인다이올, 1,4-다이브로모-2-뷰탄올, 1,3-다이브로모-2-프로판올, 2,3-다이브로모-1-프로판올, 2,3-다이브로모-1,4-뷰테인다이올, 2,3-다이브로모-2-뷰텐-1,4-다이올, trans-2,3-다이브로모-2-뷰텐-1,4-다이올, cis-2,3-다이브로모-2-뷰텐-1,4-다이올, 테트라브로모프탈산, 브로모석신산, 2,2,2-트라이브로모에탄올 등의 유기 브로모 화합물이 예시된다. 유기 할로젠 화합물로서는, 또한, 클로로알케인, 염소화 지방산 에스터, 클로렌드산, 클로렌드산 무수물 등의 유기 클로로 화합물이 예시된다. 유기 할로젠 화합물로서는, 추가로, 불소계 계면활성제, 퍼플루오로알킬기를 갖는 계면활성제, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 유기 플루오로 화합물이 예시된다.
아민 할로젠화 수소산염은, 아민과 할로젠화 수소를 반응시킨 화합물이다. 아민 할로젠화 수소산염으로서는, 스테아릴아민 염산염, 다이에틸아닐린 염산염, 다이에탄올아민 염산염, 2-에틸헥실아민 브로민화 수소산염, 피리딘 브로민화 수소산염, 아이소프로필아민 브로민화 수소산염, 사이클로헥실아민 브로민화 수소산염, 다이에틸아민 브로민화 수소산염, 모노에틸아민 브로민화 수소산염, 1,3-다이페닐구아니딘 브로민화 수소산염, 다이메틸아민 브로민화 수소산염, 다이메틸아민 염산염, 로진 아민 브로민화 수소산염, 2-에틸헥실아민 염산염, 아이소프로필아민 염산염, 사이클로헥실아민 염산염, 2-피페콜린 브로민화 수소산염, 1,3-다이페닐구아니딘 염산염, 다이메틸벤질아민 염산염, 히드라진하이드레이트 브로민화 수소산염, 다이메틸사이클로헥실아민 염산염, 트라이노닐아민 브로민화 수소산염, 다이에틸아닐린 브로민화 수소산염, 2-다이에틸아미노에탄올 브로민화 수소산염, 2-다이에틸아미노에탄올 염산염, 염화 암모늄, 다이알릴아민 염산염, 다이알릴아민 브로민화 수소산염, 모노에틸아민 염산염, 모노에틸아민 브로민화 수소산염, 다이에틸아민 염산염, 트라이에틸아민 브로민화 수소산염, 트라이에틸아민 염산염, 하이드라진 일염산염, 하이드라진 이염산염, 하이드라진 일브로민화 수소산염, 하이드라진 이브로민화 수소산염, 피리딘 염산염, 아닐린 브로민화 수소산염, 뷰틸아민 염산염, 헥실아민 염산염, n-옥틸아민 염산염, 도데실아민 염산염, 다이메틸사이클로헥실아민 브로민화 수소산염, 에틸렌다이아민 이브로민화 수소산염, 로진 아민 브로민화 수소산염, 2-페닐이미다졸 브로민화 수소산염, 4-벤질피리딘 브로민화 수소산염, L-글루타민산 염산염, N-메틸모폴린 염산염, 베타인 염산염, 2-피페콜린 아이오딘화 수소산염, 사이클로헥실아민 아이오딘화 수소산염, 1,3-다이페닐구아니딘 불화 수소산염, 다이에틸아민 불화 수소산염, 2-에틸헥실아민 불화 수소산염, 사이클로헥실아민 불화 수소산염, 에틸아민 불화 수소산염, 로진 아민 불화 수소산염, 사이클로헥실아민 테트라플루오로붕산염, 다이사이클로헥실아민 테트라플루오로붕산염이 예시된다.
플럭스의 전체의 질량에 대한 활성제의 함유 비율(복수 종류의 활성제를 혼합하여 이용하는 경우는, 이들 활성제의 총 함유 비율)은, 0wt%보다도 많고 5wt% 이하인 것이 바람직하다. 활성제의 함유 비율이 이 수치 범위이면, 플럭스에 포함되는 활성제가 리플로 납땜 시에 완전히 휘발되지 않아 플럭스 잔사나 보이드의 발생의 원인이 되는 것을 억제할 수 있다. 한편, 활성제의 함유 비율이 0wt%인 경우, 즉, 플럭스가 활성제를 포함하지 않는 경우는, 전술한 영향을 고려할 필요가 없어지므로 바람직하다.
1-6. 로진
실시형태에 따른 플럭스는, 로진을 포함해도 된다. 즉, 실시형태에 따른 플럭스는, 로진을 임의 성분으로서 포함한다. 로진은, 단독으로 이용되거나, 또는 복수 종류를 혼합하여 이용된다.
로진은, 소나무과 식물의 송진 등에 포함되는 불휘발성 성분이다. 로진은, 검 로진, 우드 로진, 톨유 로진 등의 원료 로진과, 원료 로진으로부터 얻어지는 유도체를 포함한다. 유도체로서는, 정제 로진, 수첨 로진, 불균화 로진, 중합 로진, α,β 불포화 카복실산 변성물(예를 들면, 아크릴산 변성 로진, 말레산 변성 로진, 푸마르산 변성 로진)이 예시된다. 유도체로서는, 또한, 중합 로진의 정제물, 수소화물 및 불균화물이 예시된다. 유도체로서는, 또한, α,β 불포화 카복실산 변성물의 정제물, 수소화물 및 불균화물이 예시된다.
플럭스의 전체의 질량에 대한 로진의 함유 비율(복수 종류의 로진을 혼합하여 이용하는 경우는, 이들 로진의 총 함유 비율)은, 0wt%보다도 많고 5wt% 이하인 것이 바람직하다. 로진의 함유 비율이 이 수치 범위이면, 플럭스에 포함되는 로진이 리플로 납땜 시에 완전히 휘발되지 않아 플럭스 잔사나 보이드의 발생의 원인이 되는 것을 억제할 수 있다. 한편, 로진의 함유 비율이 0wt%인 경우는, 즉, 플럭스가 로진을 포함하지 않는 경우는, 전술한 영향을 고려할 필요가 없어지므로 바람직하다.
1-7. 플럭스의 제조 방법
실시형태에 따른 플럭스의 제조 방법에 한정은 없고, 원료를 동시에 또는 순차적으로, 임의의 방법으로 혼합하는 것에 의해 제조된다. 플럭스의 제조에 있어서는, 최종적으로 플럭스의 모든 성분이 혼합되면 된다. 즉, 플럭스에 임의 성분이 포함되는 경우, 필수 성분이 미리 혼합되어 있어도 되고, 필수 성분의 일부가 임의 성분과 혼합된 후에, 필수 성분의 나머지가 추가로 혼합되어도 된다. 나아가서는, 플럭스의 모든 성분이 동시에 혼합되어도 된다.
2. 땜납 페이스트
실시형태에 따른 땜납 페이스트는, 전술한 플럭스와, 땜납 분말을 포함한다.
2-1. 땜납 분말
땜납 페이스트에 사용되는 땜납 분말의 조성은 특별히 한정되지 않고, 땜납 분말에는 각종 땜납 합금을 사용할 수 있다. 이와 같은 땜납 합금으로서는, 2원계 합금 및 3원계 이상의 다원계 합금이 예시된다. 2원계 합금으로서는, Sn-Sb계 합금, Sn-Pb계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Ag계 합금, Sn-Bi계 합금 및 Sn-In계 합금이 예시된다. 다원계 합금으로서는, Sn-Pb-M계 합금(M은, Bi, Cu, In, Sb 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 금속), Sn-Zn-M계 합금(M은, Bi, Cu, In, Sb 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 금속) 및 Sn-Ag-M계 합금(M은, Bi, Cu, In, Sb 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 금속)이 예시된다.
땜납 페이스트의 전체의 질량에 대한 땜납 분말 및 플럭스의 함유 비율에 한정은 없다. 예를 들면, 땜납 분말의 함유 비율은 5∼95질량%이고, 플럭스의 그것은 5∼95질량%이다.
2-2. 땜납 페이스트의 제조 방법
실시형태에 따른 땜납 페이스트의 제조 방법에 한정은 없고, 원료를 동시에 또는 순차적으로, 임의의 방법으로 혼합하는 것에 의해 제조된다. 땜납 페이스트의 제조에 있어서는, 최종적으로 플럭스의 모든 성분 및 땜납 분말이 혼합되면 된다. 즉, 미리 조제한 플럭스의 모든 성분에 땜납 분말이 혼합되어도 되고, 플럭스의 성분의 일부가 땜납 분말과 혼합된 후에, 플럭스의 나머지 성분이 추가로 혼합되어도 된다. 나아가서는, 땜납 페이스트의 모든 성분이 동시에 혼합되어도 된다.
3. 납땜 제품의 제조 방법
도 1은, 실시형태에 따른 납땜 제품의 제조 방법의 일례를 설명하는 도면이다. 도 1에는, 환원 가스를 포함하는 환원 분위기하에서 행해지는 리플로 납땜의 흐름이 나타나 있다. 환원 가스는, 땜납 페이스트(PST)를 구성하는 땜납 분말의 표면에 형성된 산화막, 및 전자 회로 기판(10)의 전극(11)의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 환원성 물질(예를 들면, 폼산, 수소)로 구성된다.
도 1에 나타나는 리플로 납땜에서는, 우선, 납땜 부위인 전극(11)의 표면에, 땜납 페이스트(PST)가 공급된다(스텝 S1). 땜납 페이스트의 PST의 공급은, 디스펜서, 제트 디스펜서, 스크린 인쇄기, 메탈 마스크 인쇄기 등을 이용하여 행해진다. 이에 의해, 전자 회로 기판(10) 상에 땜납 공급 패턴이 형성된다.
계속해서, 땜납 공급 패턴 상에 전자 부품(20 및 21)이 실장된다(스텝 S2). 전자 부품(20 및 21)으로서는, IC칩이 예시된다. 전자 부품(20 및 21)의 실장은, 마운터 등을 이용하여 행해진다. 이에 의해, 전자 부품(20)의 납땜 부위인 전극(22), 및 전자 부품(21)의 납땜 부위인 전극(23)이, 땜납 페이스트(PST)와 접촉한다.
계속해서, 챔버(도시하지 않음) 내에 전자 회로 기판(10)을 반입한다. 그리고, 챔버 내에 환원 가스(RDC)를 도입하면서 챔버 내의 온도를 상승시킨다(스텝 S3). 환원 가스(RDC)의 도입 전에, 챔버 내를 감압 흡인하면서 챔버 내의 공기를 불활성 가스로 치환하는 것이 바람직하다. 챔버 내를 감압하면서 챔버 내의 공기를 불활성 가스로 치환함으로써, 환원 가스(RDC)에 의한 산화막의 제거 후에 전극(11, 22 및 23)의 표면이 다시 산화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 환원 가스(RDC)와 산화막의 환원 반응에 의해 생긴 물자를 신속하게 챔버의 외부로 배출하는 것이 가능해진다.
땜납 페이스트(PST)의 주위에 도달한 환원 가스(RDC)에 의해 산화막이 제거되면, 금속 표면이 노출된다. 챔버 내의 온도가 땜납 페이스트(PST)를 구성하는 땜납 분말의 융점보다도 높은 온도에 도달하면, 땜납 페이스트(PST)에 포함되는 땜납 분말이 용융하여 용융 땜납이 된다. 용융 땜납은 금속 표면에 젖어 퍼지고, 이에 의해, 용융 땜납과 전극(즉, 전극(11, 22 및 23))이 접합된다. 그 후, 챔버 내의 온도가 융점보다도 낮은 온도까지 저하되면, 용융 땜납이 굳어져 땜납 접합부(BMP)가 된다. 이에 의해, 납땜 제품(PD)이 얻어진다.
4. 실시예
다음으로, 실시형태에 따른 플럭스 및 땜납 페이스트를, 실시예에 기초하여 상세하게 설명한다.
표 1에 나타내는 성분을 표 1에 나타내는 배합 비율로 혼합하여, 실시예 1∼24의 플럭스와, 비교예 1∼18의 플럭스를 조제했다. 한편, 비교예 17의 플럭스에는, 하기 일반식(II)로 표시되는 쿠마린 유도체를 사용했다. 비교예 18의 플럭스에는, 하기 일반식(III)으로 표시되는 쿠마린 유도체를 사용했다.
[화학식 2]
Figure 112022076552306-pct00002
[화학식 3]
Figure 112022076552306-pct00003
실시예 및 비교예의 플럭스를 땜납 분말과 혼합하여, 땜납 페이스트의 샘플을 제작했다. 구체적으로는, 실시예 및 비교예의 플럭스와, Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)의 조성을 갖는 땜납 분말을, 플럭스:땜납 분말=13:87의 질량비로 혼합하여, 땜납 페이스트를 제작했다. 이어서, 실시예 및 비교예의 플럭스에 대하여, 플럭스 잔사 및 석출물의 발생의 억제성의 관점에서 평가를 행했다. 또한, 땜납 페이스트의 각 샘플에 대하여, 보관 중의 분리의 발생의 억제성의 관점에서 평가를 행했다.
4-1. 플럭스 잔사의 발생의 억제성
실시예 및 비교예의 플럭스를 알루미늄 팬에 10mg 넣고, 시차 열 천칭(STA7200, 히타치 하이테크 사이언스사제)을 이용하여, 10℃/min의 승온 속도로 400℃까지 가열했다. 각 플럭스에 대하여 가열 전의 중량에 대한 250℃의 시점에서의 중량의 비율을 산출하고, 이것을 잔사율로 했다.
플럭스 잔사의 발생의 억제성의 평가 기준은 다음과 같다.
○: 잔사율이 1% 이하
×: 잔사율이 1% 초과
4-2. 보관 중의 분리의 발생의 억제성
땜납 페이스트의 각 샘플을 투명 시린지(PSY-10E, 무사시 엔지니어링사제)에 30∼40g 충전하여, 플런저, 캡, 덮개를 닫고 72시간 상온에서 보관했다. 그 후, 플런저 부근의 땜납 페이스트의 성상을 확인했다.
보관 중의 분리의 발생의 억제성의 평가 기준은 다음과 같다.
○: 균열이 생기고 있지 않다
×: 균열이 생기고 있다
4-3. 종합 평가
상기 2항목의 평가 결과를 이용하여, 실시예 및 비교예의 플럭스의 종합 평가를 행했다. 종합 평가의 판정 기준은 다음과 같다.
○: 상기 2항목의 평가가 모두 ○이다
×: 상기 2항목의 평가에 있어서 1개 이상의 ×가 있다
종합 평가의 결과를, 상기 2항목의 평가 결과와 함께 표 1∼4에 나타낸다.
Figure 112022076552306-pct00004
Figure 112022076552306-pct00005
Figure 112022076552306-pct00006
Figure 112022076552306-pct00007
표 1 및 2에 나타나는 바와 같이, 실시예 1∼24의 플럭스에 의하면, 분리 억제 및 잔사율의 관점에 있어서 우수한 결과가 얻어졌다.
한편, 표 3에 나타나는 바와 같이, 비교예 1∼5의 플럭스는, 분리 억제의 관점에 있어서 뒤떨어지는 것을 알 수 있었다. 이 이유는, 이들 플럭스에 모노아마이드계 칙소제가 첨가되어 있지 않은 것에 있다고 본 발명자들은 추찰하고 있다.
표 4에 나타나는 바와 같이, 비교예 6∼11의 플럭스는, 분리 억제 및 잔사율의 관점에 있어서 뒤떨어지는 것을 알 수 있었다. 분리가 발생한 이유는, 이들 플럭스에 쿠마린이 첨가되어 있지 않거나, 또는 쿠마린의 함유 비율이 지나치게 적은 것에 있다고 본 발명자들은 추찰하고 있다. 잔사율이 높아진 이유는, 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율이 지나치게 많은 것에 있다고 본 발명자들은 추찰하고 있다.
표 4에 나타나는 바와 같이, 비교예 12∼15의 플럭스는, 잔사율의 관점에 있어서 뒤떨어지는 것을 알 수 있었다. 이 이유는, 실시예 14∼17에 있어서의 활성제의 함유 비율에 비해, 비교예 12∼17에 있어서의 그것이 지나치게 많은 것에 있다고 본 발명자들은 추찰하고 있다.
표 4에 나타나는 바와 같이, 비교예 16의 플럭스는, 잔사율의 관점에 있어서 뒤떨어지는 것을 알 수 있었다. 이 이유는, 실시예 11에 있어서의 로진의 함유 비율에 비해, 비교예 16에 있어서의 그것이 지나치게 많은 것에 있다고 본 발명자들은 추찰하고 있다.
표 4에 나타나는 바와 같이, 비교예 17 및 18의 플럭스는, 잔사율의 관점에 있어서 뒤떨어지는 것을 알 수 있었다. 이 이유는, 쿠마린보다도 비점이 높은(즉, 쿠마린보다도 승화성이 낮은) 쿠마린 유도체가 첨가된 것에 있다고 본 발명자들은 추찰하고 있다.
10 전자 회로 기판
11, 22, 23 전극
20, 21 전자 부품
BMP 땜납 접합부
PD 납땜 제품
PST 땜납 페이스트
RDC 환원 가스

Claims (12)

  1. 납땜용의 플럭스로서,
    10∼40wt%의 쿠마린과,
    5∼30wt%의 모노아마이드계 칙소제와,
    40∼80wt%의 용제
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플럭스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿠마린의 함유 비율의 하한이 15wt%인
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿠마린의 함유 비율의 상한이 25wt%인
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율의 하한이 15wt%이고,
    상기 용제의 함유 비율의 상한이 75wt%인
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노아마이드계 칙소제의 함유 비율의 상한이 25wt%인
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노아마이드계 칙소제에 대한 상기 쿠마린의 함유비가 0.4∼8.0인
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    0wt%보다도 많고 5wt% 이하의 활성제를 추가로 포함하는
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    활성제를 포함하지 않는
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    0wt%보다도 많고 5wt% 이하의 로진을 추가로 포함하는
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    로진을 포함하지 않는
    것을 특징으로 하는 플럭스.
  11. 땜납 페이스트로서,
    제 1 항에 기재된 플럭스와,
    땜납 분말
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트.
  12. 납땜 제품의 제조 방법으로서,
    제 11 항에 기재된 땜납 페이스트를, 전자 회로 기판의 납땜 부위에 공급하는 스텝과,
    상기 납땜 부위에 전자 부품을 실장하는 스텝과,
    환원 가스를 포함하는 환원 분위기하, 상기 땜납 분말이 용융하는 온도까지 상기 납땜 부위를 가열하여 상기 전자 부품 및 상기 전자 회로 기판을 접합하는 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 제품의 제조 방법.
KR1020227025543A 2020-03-30 2021-03-22 플럭스, 땜납 페이스트 및 납땜 제품의 제조 방법 KR102551417B1 (ko)

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