KR20020081592A - 땜납 분말, 플럭스, 땜납 페이스트, 납땜 방법, 납땜된회로기판, 및 납땜된 접합물 - Google Patents

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Abstract

각기 우수한 저장 안정성 및 리플로우 특성을 갖고 사용될 수 있는 플럭스, 땜납 페이스트, 및 땜납 분말과, 더 나아가 미세 피치 처리와 다양화된 부품 쪽으로의 경향에 부응하는 납땜 방법, 납땜된 회로기판, 및 회로기판과 전자부품용 접합물이 제공된다. 산소함량이 500 ppm 이하인 땜납 분말은 20 ㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 입자의 수가 30 % 이하인 분포를 갖는 땜납 입자를 구비한다. 땜납 페이스트용 플럭스는 유기산 에스테르 및 에스테르 분해 촉매로 이루어지는 유기산 성분, 유기 할로겐 화합물, 환원제, 및 pH 조절제를 구비한다. 함수량이 0.5 중량 % 이하인 땜납 페이스트는 주로 플럭스와 땜납 분말을 구비한다.

Description

땜납 분말, 플럭스, 땜납 페이스트, 납땜 방법, 납땜된 회로기판, 및 납땜된 접합물{SOLDER POWDER, FLUX, SOLDER PASTE, SOLDERING METHOD, SOLDERED CIRCUIT BOARD, AND SOLDERED JOINT PRODUCT}
본 발명은 우수한 저장 안정성을 가지며 리플로우 동안 및 그 후에 우수한 특성을 보장하는 땜납 분말, 플럭스, 및 땜납 페이스트에 관한 것이고; 더 나아가 상기 땜납 페이스트를 사용하는 납땜 방법; 납땜된 회로기판, 및 납땜된 전자 부품용 접합물에 관한 것이다.
본 출원은 참조를 위해 여기에 병합된 일본국 특개평 10-161854, 10-336898, 11-26472, 및 11-888935에 기초한 것이다.
땜납 페이스트는 전자산업에서 전자부품의 표면실장에 사용된다. 땜납 페이스트는 그것의 인쇄 적응성과 접착성 때문에 자동화에 적당하므로, 그 사용된 양은 최근에 증가되고 있다.
전자산업에서, 땜납 페이스트는 케이스에 따라 스크린 인쇄 또는 디스펜서에 의해서 인쇄기판위에 코팅되며, 이어 전자부품이 그위에 실장되고 그 후에, 기판은 전자부품을 고정하기 위해서 리플로우된다. "리플로우(Reflow)"는 전자부품이 실장되는 기판이 예열된 다음에 땜납 페이스트가 부품을 용접하기 위해서 그것의 용융점보다 높은 온도로 가열되는 일련의 동작을 의미한다.
한편, 최근 전자 물품의 소형화가 진행되고 있으며 0.3 mm 피치 QFP(쿼드 플랫 패키지)식 LSI 또는 평평한 CSP(칩 사이즈 패키지)와 같은 많은 종류의 미세피치 부품이 사용된다. 이런 경향에 뒤떨어지지 않기 위해서, 땜납 페이스트는 매우 미세한 피치 인쇄 기능을 가져야 한다. 이 요건은 땜납 금속 입자의 평균 입자 크기를 감소시킴으로써 충족된다. 그러나, 이 기술은 전체적으로 입자의 특정표면적이 증가되고 땜납 금속 입자와 플럭스 사이의 반응이 촉진되어, 그결과, 땜납 페이스트의 저장 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.
땜납 페이스트의 저장 안정성 감소의 가장 큰 원인중 하나는 땜납 분말이 저장 동안에 우선적으로 플럭스와 반응하여 산화가 진행하고 활성제가 소비되며, 이것에 의해 플럭스의 활성이 감소하고, 반응물에 기인하여, 땜납 페이스트의 점도가 증가한다는 것이다. 이 때문에, 땜납 페이스트는 적절한 인쇄 특성을 유지할 수 없고 리플로우시에 녹지 않는다.
땜납 페이스트의 안정성을 향상시키기 위해서, 땜납 금속 입자의 표면을 보호함으로써 금속의 반응성을 감소시키려는 노력이 지금까지 시도되어져 왔다.
예를 들면, 땜납 분말을 글리세린으로 덮는 방법(일본국 특공평 제 5-26598호) 및 땜납 분말을 땜납 페이스트의 용매에 불용성이거나 거의 용해되지 않는 코팅제를 코팅하는 방법(일본국 특개평 제 1-113197호)이 공지되어 있다. 후자의 경우, 코팅제의 적당한 예는 실리콘유, 실리콘계 고분자량 화합물, 플로오르화 실리콘유, 플루오로실리콘 수지 및 플루오르화 탄화수소계 폴리머 화합물을 포함한다.
게다가, 땜납 분말을 로진계 혼합물, 즉, 주로 로진을 포함하며, 상온에서 플럭스와 비혼화성이지만 납땜 온도에서는 플럭스와 혼화성인 수지로 코팅하는 방법이 공지되어 있다(일본국 특개평 제 3-184698호 및 일본국 특개평 제 4-251691호).
상기 방법에 따르면, 비교적 많은 양으로 코팅제를 덮는 것이 땜납 분말의 산화를 억제하는데 효과적이지만, 많은 양의 도료는 땜납 페이스트의 리플로우에 다소 불리하고 많은 땜납볼이 발생될 수 있다. 또한, 물리적 피복만이 행해져서 부착이 매우 약하게 되기 때문에, 땜납 페이스트의 생성에서 사용시에 반죽중 또는 운송, 인쇄 등과 같은 처리에 의해서 코팅제가 벗겨지는 큰 문제점이 있다. 또한, 전술한 코팅제, 즉, 주로 로진을 포함하는 수지는 그것만으로 많은 반응성 유기산을 포함하여 금속 분말을 잘 보호할 수 없다.
이들 방법외에, 땜납 페이스트용 활성제 및 불연성 또는 산인산 에스테르와 호환성을 갖는 불용성 또는 방염성 낮은 휘발성 희석제로서 산인산 에스테르를 사용하는 방법(일본국 특개소 제 63-90390호), 페놀-, 인- 또는 황계 산화방지제를 첨가하는 방법(일본국 특공소 제 59-22632호 및 일본국 특개평 제 3-124092호), 또는 비표면활성제를 사용하는 방법(일본국 특개평 제 2-147194호)이 제안된다. 그러나, 이들 방법을 사용할때, 땜납 페이스트의 저장 안정성은 만족할만하지 못하다.
최근에, 환경문제에 기인하여, 납을 포함하지 않는 땜납 페이스트, 소위 Pb가 없는 땜납 페이스트가 추천되고, 이에 대처하기 위해서, 땜납 페이스트를 Pb가 없는 땜납 페이스트를 만들기 위해 개발이 추진되고 있다. 가장 효과적인 Pb가 없는 땜납 페이스트로서, Sn-Zn계 땜납 페이스트가 주위를 끄나, 통상의 Pb계 땜납 페이스트와 비교할때 저장 안정성이 상당히 나빠, 예를 들면, 땜납 분말에서 Zn 의 산화가 진행되거나 또는 Zn 과 플럭스 사이에 반응이 상온에서 발생하여 페이스트의 점도가 시간이 경과함에 따라 증가한다. 특히, 상온에서 플럭스에 유기 할로겐 화합물의 용해에 의해서 발생된 할로겐과 반응한다는 것이 발견되었다. 또한, 플럭스에 할로겐 화합물과 땜납 분말에 Zn은 소량의 할로겐 가스를 발생시키기 위해서 반응하고, 발생된 소량의 할로겐은 땜납 필릿(fillet)에 가스로서 감금되어, 신뢰성에 심각한 문제를 야기시킨다.
본 발명의 목적은 리플로우시에 땜납볼의 발생을 방지하도록 사용될 수 있으며, 각기 결합되는 금속에 대해 뛰어난 저장 안정성, 리플로우 특성, 습윤성, 및 인쇄 특성을 갖는 플럭스, 땜납 페이스트, 및 땜납 분말을 제공하는 것이고, 더 나아가 땜납 페이스트를 사용하여 미세 피치 처리와 다양화된 부품쪽으로의 경향에 부응하는 납땜 방법, 납땜된 회로기판, 및 회로기판 및 전자부품용 접합물을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 얻기 위한 광범위한 연구의 결과로서, 본 발명자는 본 발명을 성취하였다.
본 발명은 다음과 같은 내용을 제공한다;
(1) 20 ㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 입자의 수가 30% 이하인 분포를 갖는 땜납 입자를 포함하는 땜납 분말.
(2) 500 ppm 이하의 산소함량을 포함하는 (1)에 따른 땜납 분말.
(3) Sn 및 Zn, 또는 Sn 및 Ag 를 포함하는 (1) 또는 (2)에 따른 땜납 분말.
(4) 유기산 에스테르 및 에스테르 분해 촉매로 구성되는 유기산 성분, 유기 할로겐 화합물, 및 플럭스 성분용 환원제를 포함하는 땜납 페이스트용 플럭스.
(5) 에스테르 분해 촉매는 유기 염기 하이드로할로겐화 산염인, (4)에 따른 땜납 페이스트용 플럭스.
(6) 유기화합물은 10개 이상의 탄소수로 알킬쇄를 갖는 치환체를 포함하는 벤진화합물의 브로마이드, 및 폴리브로마이드이 하나의 분자에 4개 이상의 브롬 원자를 포함하며, 10개 이상의 탄소수로 지방산 또는 지환족 화합물을 포함하는 폴리브로마이드 화합물을 적어도 하나 구비하는, (4) 또는 (5)에 따른 땜납 페이스트용 플럭스.
(7) 환원제는 적어도 페놀 화합물, 인 화합물, 황 화합물, 토코페롤, 토코페롤 유도체, L-아스코르브산 및 L-아스코르브산 유도체로 구성되는 군으로부터 적어도 하나 선택되는, (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 땜납 페이스트용 플럭스.
(8) 환원제는 적어도 하나의 토코페롤 및 토코페롤 유도체를 적어도 하나의 L-아스코르브산 및 L-아스코르브산 유도체와 조합한, (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 땜납 페이스트용 플럭스.
(9) 플럭스의 총량에 기준하여 0.01 내지 20 중량 % 의 유기산 성분, 0.02 내지 20 중량 % 의 유기 할로겐 화합물, 0.05 내지 20 중량 % 의 환원제를 포함하는, (4) 내지 (8) 중 어느 하나에 따른 땜납 페이스트용 플럭스.
(10) pH 조절제를 구비하고, 50 ml의 톨루엔, 49.5 ml의 이소프로필 알콜, 및 0.5 ml의 물의 혼합물에 pH 조절제를 구비하는 4g의 플럭스를 용해함으로써 제조된 용액은 pH 측정기로 측정될때 4 내지 9의 값을 갖는, (4) 내지 (9) 중 어느 하나에 따른 땜납 페이스트용 플럭스.
(11) 플럭스의 총량에 기준하여 0.01 내지 20 중량 % 의 유기산 성분, 0.02 내지 20 중량 % 의 유기 할로겐 화합물, 0.05 내지 20 중량 % 의 환원제, 및 0.05 내지 20 중량 % 의 pH 조절제를 포함하는, (10)에 따른 땜납 페이스트용 플럭스.
(12) pH 조절제가 알칸올아민, 지방족 1차, 2차, 또는 3차 아민, 지방족 불포화 아민, 지환족 아민, 및 방향족 아민으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 아민을 포함하는, (10) 또는 (11)에 따른 땜납 페이스트용 플럭스.
(13) 함수량이 0.5 중량 % 이하인, 주로 플럭스와 땜납 분말을 구비한 땜납 페이스트.
(14) (10)에 설명된 방법에 의해서 측정된 4 내지 9의 pH 값을 가지는 pH 조절제를 구비하는 (13)에 따른 땜납 페이스트.
(15) pH 조절제가 알칸올아민, 지방족 1차, 2차 또는 3차 아민, 지방족 불포화 아민, 지환족 아민, 및 방향족 아민으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 아민을 구비하는 (14)에 따른 땜납 페이스트.
(16) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 땜납 분말의 혼합물 및 플럭스를 구비하는 땜납 페이스트.
(17) 주로 플럭스 및 땜납 분말을 구비하는 땜납페이스트에 있어서, 땜납 페이스트의 총량에 기준하여 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 86 내지 92 중량 % 의 땜납 분말, 및 (4) 내지 (12) 중 어느 하나에 따른 8 내지 14 중량 % 의 땜납 페이스트용 플럭스를 구비하는 땜납 페이스트.
(18) 함수량이 5 중량 % 이하인 (17)에 따른 땜납 페이스트.
(19) (13) 내지 (18) 중 어느 하나에 따른 땜납 페이스트를 회로기판에 부착시키는 단계 및 회로기판에 부착된 땜납 페이스트를 리플로우시키는 단계를 구비하는 회로기판용 납땜 방법.
(20) 회로기판위에 전자부품을 놓는 단계를 구비하고, 리플로우되는 땜납 페이스트의 일부 또는 전부가 회로기판과 전자부품을 함께 접합시키는데 사용되는, (19)에 따른 회로기판용 납땜 방법.
(21) (19)에 따른 회로기판용 납땜 방법에 의해서 생성된 회로기판.
(22) (19)에 따른 회로기판용 납땜 방법에 의해서 생성된 접합물.
본 발명의 땜납 페이스트에 사용될 수 있는 땜납 분말용 금속조성의 예는 Sn-Pb계, Sn-Pb-Ag계, Sn-Pb-Bi계, Sn-Pb-Bi-Ag계 및 Sn-Pb-Cd계를 포함한다. 게다가, 최근의 Pb를 제거하는 관점으로부터, Sn-In계, Sn-Bi계, In-Ag계, In-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Ag계, Sn-Cu계, Sn-Sb계, Sn-Au계, Sn-Bi-Ag-Cu계, Sn-Ge계, Sn-Bi-Cu계, Sn-Cu-Sb-Ag계, Sn-Ag-Zn계, Sn-Cu-Ag계, Sn-Bi-Sb계, Sn-Bi-Sb-Zn계, Sn-Bi-Cu-Zn계, Sn-Ag-Sb계, Sn-Ag-Sb-Zn계, Sn-Ag-Cu-Zn계 및 Sn-Zn-Bi계와 같은 Pb가 없는 계가 사용될 수 있다.
상기 계의 구체적인 예는 63 중량 %의 Sn과 37 중량 %의 Pb(이하 63Sn/37Pb라 함), 62Sn/36Pb/2Ag, 62.6Sn/37Pb/0.4Ag, 60Sn/40Pb, 50Sn/50Pb, 30Sn/70Pb, 25Sn/75Pb, 10Sn/88Pb/2Ag, 46Sn/8Bi/46Pb, 57Sn/3Bi/40Pb, 42Sn/42Pb/14Bi/2Ag, 45Sn/40Pb/15Bi, 50Sn/32Pb/18Cd, 48Sn/52In, 43Sn/57Bi, 97In/3Ag, 58Sn/42In, 95In/5Bi, 60Sn/40Bi, 91Sn/9Zn, 96.5Sn/3.5Ag, 99.3Sn/0.7Cu, 95Sn/5Sb, 20Sn/80Au, 90Sn/10Ag, Sn90/Bi7.5/Ag2/Cu0.5, 97Sn/3Cu, 99Sn/1Ge, 92Sn/7.5Bi/0.5Cu, 97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag, 95.5Sn/3.5Ag/1Zn, 95.5Sn/4Cu/0.5Ag, 52Sn/45Bi/3Sb, 51Sn/45Bi/3Sb/1Zn, 85Sn/10Bi/5Sb, 84Sn/10Bi/5Sb/1Zn, 88.2Sn/10Bi/0.8Cu/1Zn, 89Sn/4Ag/7Sb, 88Sn/4Ag/7Sb/1Zn, 98Sn/1Ag/1Sb, 97Sn/1Ag/1Sb/1Zn, 91.2Sn/2Ag/0.8Cu/6Zn, 89Sn/8Zn/3Bi, 86Sn/8Zn/6Bi, 및 89.1Sn/2Ag/0.9Cu/8Zn을 구비하는 공정땜납을 포함한다. 또한, 본 발명의 땜납 분말로서, 다른 금속조성을 갖는 2가지 이상의 땜납 분말의 혼합물은 각각 사용될 수 있다.
이들 중, 양호하게 납이 없는 땜납, Sn 및 Zn 또는 Sn 및 Ag 를 포함하는 모든 땜납으로 구성된 군으로부터 선택된 합금조성은 본 발명의 땜납 페이스트 제조에 사용된다. 이러한 땜납 페이스트는 실장부분이 긴 수명을 갖고 변화될 수 있도록 Sn-Pb계 땜납의 리플로우 온도와 동일한 낮은 리플로우 온도를 가질 수 있다.
땜납 분말은 체가름방법(sieving method)에 따라서, JIS에 명기된 63 내지22㎛, 45 내지 22㎛, 38 내지 22㎛, 등의 입자크기 표준을 가진다. 땜납 분말의 입자 크기 분포는 일반적으로 JIS에 의해서 명기된 표준체 및 저울을 사용하는 방법으로 결정된다. 그러나, 땜납 분말에서 땜납 미립자는 종종 정전기 등에 기인한 땜납 분말의 표면에 부착되고 미세 입자가 상기 방법에 의해서 땜납 분말의 표면으로부터 효율적으로 분리될 수 없으므로, 이 방식에서 검출된 땜납 분말에서 땜납 미립자의 양은 땜납 분말에서 땜납 미립자의 실제량보다 적다. 예를 들면, JIS에 명기된 입자 크기 분포 측정에 따른 땜납 분말을 채로친 후에 현미경을 통해서 땜납 분말이 관찰될때, 땜납의 많은 미립자가 큰 땜납 입자의 표면에 부착되는 것이 발견된다. 땜납 미분에서 이들 미립자의 양이 증가함에 따라, 땜납 분말은 산화되는 경향이 있어 땜납 페이스트의 저장 안정성과 리플로우 특성이 저하된다.
또한, JIS에 명기된 측정방법으로 땜납 분말에서 수에 의한 미립자의 분포를 사용하는 입자 크기 분포측정을 위해서, 땜납 분말이 뛰어난 특성을 가지는 것이 발견되었다.
땜납 분말의 미립자함량은 현미경을 사용하는 이미지 분석을 수행하고 일렉트로존 방법을 사용하는 쿨터계수기에 의해서 결정함으로써 얻어질 수 있다. 쿨터계수기의 원리는 "Funtai Kogaku Binran"(분말공학의 핸드북), 제 2 판, 19-20 페이지(펀타이 고가쿠 가이에 의해서 편집됨)에 설명된다. 더욱 자세하게는, 그 가운데에 분산된 분말을 갖는 용액은 칸막이벽에 구멍을 낸 슬릿을 통과하고 슬릿의 양측에서의 전기저항 변화는 미분의 입도분포를 결정하기 위해서 측정되어, 분말의 입자수비가 재현성 좋게 측정될 수 있다.
땜납 분말의 입도분포를 결정하기 위해서 상기 방법을 사용할때, 용액에 땜납 분말을 분산시키는 것은 땜납 입자에 부착된 미립자 성분을 땜납 분말로부터 분리하게 하므로, 종래의 체질방법에 의해서 중량분포 또는 체적분포의 측정에서 알려질 수 없는 땜납입자에 부착한 미립자 성분이 측정될 수 있다.
현미경을 사용하는 이미지 분석 또는 쿨터계수기에 의한 어느 한 방법에서, 측정될 수 있는 하한치는 대략 1 ㎛ 이다. 1 ㎛ 보다 작은 미립자의 경우에는, 미립자에 의한 혼합량이 양방법에 의해서 결정될 수 없으나, 통상의 애터마이징 방법에 의해서 제조된 미립자는 크기가 1 ㎛ 보다 작은 입자를 거의 포함하는 않는다. 그러므로, 상기 방법들에 의해서 땜납 분말의 미립자의 수 측정에 의한 미립자의 분포에 대해서, 미립자는 1 ㎛ 이상 크기로 한정될 수 있다.
수에 의한 미립자의 분포는 땜납 분말에서 20 ㎛ 이하의 입자크기를 갖는 땜납 입자의 함량이 30 수 % 이하이고, 양호하게는 20 수 % 이하가 되도록 양호하게 제어된다. 땜납 분말에서 20 ㎛ 이하의 입자크기를 갖는 땜납 입자의 함량이 30 수량 % 이하를 초과할때, 단위 중량당 땜납 표면적이 증가하여 산화가 쉽게 일어나, 땜납 페이스트를 제조할때 리플로우중 땜납 분말의 용융 성질에 악영향을 준다. 또한, 땜납 분말은 플럭스와 쉽게 반응하기 때문에, 저장 안정성이 짧아지고 접착성이 감소된다.
땜납 분말에서 미립자에 의한 혼합량을 감소시키기 위해서, 분류는 목표 입자 크기보다 높은 레벨에서 땜납 분말에 대한 분류포인트를 설정, 땜납 분말에서 미립자에 의한 혼합량이 소정 레벨이하를 얻을 때까지 땜납 분말의 공기 분류 및체질을 반복, 쉽게 미립자를 제거하기 위해서 분말공급율을 감소, 또는 물을 제외한 용매로 습윤분류의 사용에 의해서 수행될 수 있다.
본 발명에서 사용된 땜납 분말에서, 체질에 의해서 입자 크기의 상한을 명기하기 위한 체눈과 같거나 또는 작은 입자 크기를 갖는 땜납 분말은 무게분포에서 90% 이상을 차지하고, 양호하게는 95% 이상을 차지한다.
본 발명에서 사용된 땜납 분말에서 산소함량은 양호하게 가능한한 작고 양호하게 500 ppm 이하로 조정되고, 더욱 양호하게는 300 ppm 이하로 조정되며, 따라서 땜납 페이스트의 저장 안정성과 리플로우 특성이 향상된다. 땜납 분말에서 산소함량을 감소시키기 위해서, 땜납 분말의 산화가 매우 늦고 제조된 땜납 분말이 매우 늦은 산화의 상태하에서 처리되도록 하는 상태하에서 땜납 분말을 제조하기 위한 애터마이징 단계가 수행되는 것이 효과적이다. 특별히, 상기 단계는 양호하게 질소 가스 또는 불활성 가스하에서 수행된다.
함수량이 0.5 중량 % 이하인 땜납 페이스트는 땜납 페이스트의 플럭스와 땜납 분말을 구비한다. 플럭스는 수지 성분, 유기산 성분, 환원제, 유기 할로겐 화합물, 용액, 틱소트로피제, 등을 구비한다.
본 발명의 플럭스 성분에서 유기산 에스테르 및 에스테르 분해 촉매로 구성되는 유기산 성분은 리플로우 공정중에 회로기판의 금속표면의 산화물 및 땜납 분말의 산화물을 제거하는데 효과적이다.
그러나, 많은 양의 플럭스가 많은 양의 산화물 등을 제거하도록 첨가되더라도, 과도한 플럭스는 저장중 땜납 분말과 반응하고, 동시에 플럭스에서 나머지 효과적인 성분인 유기 할로겐화 화합물의 분해를 가속화시켜 땜납 페이스트의 질이 나빠진다.
본 발명자의 광대한 연구의 결과로서, 본 발명의 땜납 페이스트는 환원제 및 유기 할로겐 화합물을 유기산 성분으로서 유기산 에스테르가 저장중 에스테르 형태로 안정하게 유지되는 유기산 에스테 및 에스테르 분해 촉매의 조합을 구비한 플럭스에 첨가함으로써 우수한 저장 안정성과 리플로우 특성이 특히 발전된다. 또한, 납땜용 땜납 페이스트를 사용하는 것은 미세 피치 회로기판 및 부품의 다양성에 부응하는 것을 가능하게 만들고, 땜납 페이스트용 납땜방법, 납땜된 회로기판, 및 납땜된 전자부품용 접합물을 제공하는 것을 가능하게 만들므로써, 본 발명이 성취되었다.
본 발명에서, 리플로우 온도에서 유기산을 발생시키는 화합물로서 유기산 에스테를의 예에는 각종 지방족 카르복실산 에스테르, 방향족 카르복실산 에스테르, 지방족 술폰산 에스테르, 및 방향족 술폰산 에스테르를 포함한다.
이들 유기산 에스테르중, 이들 에스테르의 알콜 잔류물로서, 알킬기와 아릴기가 양호하고, 에스테르의 분해를 용이하게 하는 tert-부틸기, 이소프로필기 및 이소부틸기가 특히 양호하다. 화합물은 할로겐을 포함할 수 있다.
화합물의 구체적인 예에는 n-프로필 파라톨루엔술폰네이트, 이소프로필 파라톨루엔술폰산네이트, 이소부틸 파라톨루엔술포네이트, n-부틸 파라톨루엔술포네이트, n-프로필 벤젠술포네이트, 이소프로필 벤젠술포네이트, 이소부틸 벤젠술폰네이트, n-프로필 살리실레이트, 이소프로필 살리실레이트, 이소부틸 살리실레이트, n-부틸 살리실레이트, 이소프로필 4-니트로벤조에이트, tert-부틸 4-니트로벤조에이트, tert-부틸 메타크릴레이트, tert-부틸 아크릴레이트, tert-부틸 말로네이트, 및 tert-부틸 브로모아세테이트를 포함한다.
이들중, n-프로필 파라톨루엔술포네이트, 이소부틸 살리실레이트, 및 tert-부틸 브로모아세테이트가 특히 좋다. 첨가된 화합물의 양은 전체로서 플럭스에 기준하여 0.01 내지 20 중량 %이고, 양호하게 0.05 내지 5 중량 %이다.
상기 분해가능한 유기산 에스테르는 리플로우 온도에서도 그자체로 낮은 분해능력을 나타내므로, 분해를 촉진하기 위해서 소량의 에스테르 분해 촉매를 첨가하는 것이 효과적이다. 에스테르 분해 촉매로서, 유기산을 발생시키기 위한 리플로우 온도에서 분해를 촉진시키는한 어떠한 분해가능 유기산 에스테르라도 효과적이고, 특히 유기 염기의 하이트로젠화 산염이 효과적이다.
유기 염기의 하이드로할로겐화 산염의 구체적인 예에는 이소프로필아민 하이드로브로마이드, 브틸아민 하이드로클로라이드, 시클로헥산아민 하이드로브로마이드, 및 1,3-디페닐구아니딘 하이드로브로마이드를 포함한다.
본 발명의 플럭스 및 땜납 페이스트에 관해서, 땜납 페이스트의 저장 안정성은 상술한 유기산 성분과 조합하여 안정제로서 환원제를 사용함으로써 상당히 향상될 수 있다.
환원제의 예에는 용매에 용해될 수 있고 일반적으로 수지용 산화방지제 등에 사용되는 페놀계 화합물, 인계 화합물, 황계 화합물, 토코페롤 또는 그 유도체, 및 L-아스코르브산 또는 그 유도체를 포함한다.
페놀 화합물의 구체적인 예에는 하이드로퀴논, 카테콜, 2,6-디-tert-부틸-p-크레졸, 부틸 하이드록시아니솔, 2,2'-메틸렌 비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀) 등을 포함한다.
인 화합물의 구체적인 예에는 트리페닐 포스파이트, 트리옥타데실 포스파이트, 트리데실 포스파이트 등을 포함한다.
황화합물의 구체적인 예에는 디라우릴-3,3'-티오디프로피오네이트, 디스테아릴-3,3'-티오디프로피오네이트, 디미리스틸-3,3'-티오디프로피오네이트 등을 포함한다.
토코페롤 또는 그 유도체, 또는 L-아스코르브산 또는 그 유도체는 용매에서 환원특성과 용해도를 가지는 한은 어떠한 화합물, 예를 들면, 이들 에스테르,일 수 있다. 특히, 좋은 결과는 토코페롤 또는 그 유도체, 또는 L-아스코르브산 또는 그 유도체를 조합하여 사용될때 얻어질 수 있다. 그 사이에 혼합비는 0.5 : 1 내지 1 : 0.5(중량)이고, 양호하게는 거의 1:1(중량)이다.
이들 환원제는 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 첨가된 환원제의 양은 땜납 페이스트의 저장 안정성을 보장할 정도로 크면 충분하나(특히, Pb가 없는 땜납에서 할로겐과 Zn의 반응을 방지하기 위해서), 환원제는 일반적으로 플럭스의 총량에 기준하여 0.005 내지 20 중량 %의 양이 사용되고, 양호하게는 0.01 내지 10 중량 % 가 사용된다. 첨가된 양이 너무 작으면, 안정화 효과가 얻어지지 않는 반면에 첨가된 양이 20 중량 %보다 많으면, 증가된 농도에 대응하는 향상된 효과가 얻어질 수 없으므로, 너무 적거나 또는 너무 많은 양은 바람직하지 않다.
환원제 작용의 메커니즘은 완전히 명료하게될 수는 없지만, 환원제는 땜납 페이스트에서 Zn의 산화를 억제하고 또한 할로겐 포함성분으로부터 분리된 자유 할로겐의 억셉터로서 작용하고, 분리된 할로겐은 땜납 분말과, 특히 땜납 분말에서 Zn과 반응을 효과적으로 방지한다고 생각된다. Pb 포함 땜납의 경우에, 환원제에 의해서 동일한 효과가 또한 초래된다고 생각된다.
본 발명에서, 유기 할로겐 화합물은 플럭스 및 땜납 페이스트에 사용된다. 땜납 플럭스로서 통상적으로 사용되는 유기 할로겐 화합물이 사용될 수 있고, 땜납 페이스트의 땜납성과 습윤성을 더욱 향상시키기 위해서, 땜납 페이스트의 저장중 유기 할로겐 화합물로서 안정하게 존재하나 리플로우 온도에서 분해하여 활성화되는 유기 할로겐 화합물이 양호하게 사용되고, 특히 유기 브롬 화합물이 더욱 양호하게 사용된다.
이러한 기능을 갖는 유기 브롬 화합물의 예에는 10개 이상의 탄소원자를 갖는 알킬쇄를 포함하는 치환체를 갖는 벤질 화합물의 브로마이드, 및 10개 이상의 탄소 원자를 갖는 지방족 또는 지환족 화합물의 한 분자안에 4개 이상의 브롬을 포함하는 폴리브로마이드 화합물을 포함한다. 이들 화합물은 조합하여 사용될 수 있다.
10개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬쇄를 포함하는 벤질 브로마이드 화합물은 알킬쇄와 벤질 할로겐나이드 사이의 결합이 화학적으로 안정한 브롬 화합물인한 어떠한 화합물이라도 될 수 있다.
벤질 브로마이드 화합물의 구체적인 예에는 4- 스테아롤옥시벤질 브로마이드, 4-스테아릴옥시벤질 브로마이드, 4-스테아릴벤질 브로마이드, 4-브로모메틸벤질 스테아릴레이트, 4-스테아롤아미노벤질 브로마이드, 및 2,4-비스브로모메틸벤질 스테어레이트와 같은 화합물을 포함한다. 다른 예에는 4-팔미톨옥시벤질 브로마이드, 4-미리스톨옥시벤질 브로마이드, 4-라우롤옥시벤질 브로마이드, 및 4-언데카놀옥시벤질 브로마이드를 포함한다.
폴리브로마이드 화합물은 카르복실기. 에스테르기, 알콜기, 에테르기, 및 케톤기와 같은 화학적으로 안정한 작용기를 가질 수 있다. 폴리브로마이드는 4개 이상의 브롬 원자가 결합되는 화합물이다.
이들 화합물의 구체적인 예에는 9,10,12,13,15,16-헥사브로모스테아르산, 메틸 9,10,12,13,15,16-헥사브로모스테어레이트, 에틸 9,10,12,13,15,16-헥사브로모스테어레이트, 9,10,12,13-테트라브로모스테아르산, 메틸 9,10,12,13-테트라브로모스테어레이트, 에틸 9,10,12,13-테트라브로모스테어레이트, 9,10,12,13,15,16-헥사브로모스테아릴 알콜, 9,10,12,13-테트라브로모스테아릴 알코올, 및 1,2,5,6,9,10-헥사브로모시클로도데칸을 포함한다. 이들 화합물중, 헥사브로모스테아르산 및 헥사브로모시클로데칸이 양호하다.
다른 예는 1-브로모-2-2부탄올, 1-브로모-2-프로판올, 3-브로모-1-프로판올, 3-브로모-1,2-프로판디올, 1,4-디브로모-2-부탄올, 1,3-디브로모-2-프로판올, 2,3-디브로모-1-프로판올, 1,4-디브로모-2,3-브탄디올, 2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올, 1-브로모-3-1-부텐, 1,4-디브로모부텐, 1-브로모-1-프로펜, 2,3-디브로모프로펜, 에틸 브로모아세테이트, 에틸 α-브로모카프릴레이트, 에틸 α-브로모프로피오네이트, 에틸 β-브로모프로피오네이트, 에틸 α-브로모아세테이트, 2,3-디브로모숙신산, 2-브로모숙신산, 2,2-브로모아디프산, 2,4-디브로모아세토페논, 1,1-디브로모테트라클로로에탄, 1,2-디브로모-1-페닐에탄 및 1,2-디브로모스틸렌, 및 염소와 요오드에 의해서 이들 화합물에서 브롬의 치환으로부터 기인한 화합물과 같은 브로마이드를 포함하나, 본 발명은 결코 이들예에 한정되지 않는다.
첨가된 유기 할로겐 화합물의 양은 플럭스의 총량에 기준하여 적당하게 0.02 내지 20 중량 %이고, 양호하게 0.05 내지 5 중량 %이다.
본 발명의 플럭스와 땜납 페이스트에 혼합된 수지성분으로서, 플럭스 및 땜납에서 천연 로진, 불균등화 로진, 중합 로진 또는 변형 로진, 폴리에스테르와 같은 합성 수지, 폴리우레탄 및 아크릴 수지와 같이 플럭스 및 땜납에서 혼합된 종래에 잘 알려진 수지가 사용될 수 있다.
용매로서, 종래의 땜납 플럭스 및 땜납 페이스트에서와 같이 알콜, 에테르, 에스테르, 또는 방향족 용매가 사용될 수 있다. 그 예에는 벤질 알콜, 부탄올, 에틸 셀로솔브, 부틸 셀로솔브, 부틸 카비톨, 디에틸렌 글리콜 모노헥실에테르, 프로필렌글리콜 모노페닐에테르, 디옥틸 프탈레이트 및 크실렌을 포함한다. 이들 용매는 개별적으로 또는 그 혼합물로서 사용될 수 있다.
인쇄특성을 향상시키기 위해서 첨가된 틱소트로피제는 미세한 실리카 입자 또는 카올린 입자와 같은 무기 화합물, 또는 수소화 피자마유 또는 아미드 화합물과 같은 유기 화합물일 수 있다.
본 발명의 플럭스는 플럭스의 총량에 기준하여 20 내지 60 중량 %의 수지 성분, 0.04 내지 20 중량 %의 틱소트로피제, 0.02 내지 20 중량 %의 유기 할로겐 화합물, 0.05 내지 20 중량 %의 환원제, 및 잔류부로서 용매로 구성될 수 있다. 본 발명의 땜납 페이스트는 땜납 페이스트의 총량에 기준하여 8 내지 14 중량 %의 플럭스에 86 내지 92 중량 %의 땜납 분말을 혼합함으로써 얻어진다. 혼합은 플래너터리 혼합기(planetary mixer)와 같은 알려진 기구를 사용하여 수행된다.
혼합된 물질의 제조와 반죽에서, 플럭스의 습기 또는 대기에서 습도는 땜납 페이스트의 함수량이 양호하게 0.5 중량 % 이하이고, 더욱 양호하게 0.3 중량 % 이하가 되도록 제어된다. 땜납 페이스트에서 함수량이 0.5 중량 %를 초과하면, 유기 염기 하이드로할로겐화 산염으로부터 할로겐의 해리가 가속화될 수 있고 발생된 할로겐은 땜납 금속 분말과 반응하므로, 함수량은 양호하게 0.5 중량 % 이하이다.
땜납 페이스트의 pH는 땜납 분말과 플럭스의 반응을 억제하도록 4 내지 9의 소정범위로 조절되고, 양호하게 6 내지 8 로 조절된다. 이경우, 알칸올아민, 지방족 1차, 2차, 또는 3차 아민, 지방족 불포화 아민, 지환족 아민, 및 방향족 아민이 pH 조절제로서 사용될 수 있다.
아민 화합물의 구체적인 예에는 에탄올아민, 부틸아민, 아미노프로판올, 폴리옥시에틸렌 오렐아민, 폴리옥시에틸렌 라우릴아민, 폴리옥시에틸렌 스테아릴아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 메톡시프로필아민, 디메틸아미노프로필아민, 디부틸아미노프로필아민, 에틸헥실아민, 에톡시프로필아민, 에틸헥실옥시프로필아민, 비스프로필아민, 이소프로필아민, 및 디이소프로필아민을 포함한다.
사용된 아민 화합물의 양은 땜납 페이스트에서 플럭스의 총량에 기준하여 양호하게 0.05 내지 20 중량 %이다. 사용된 양이 0.05 중량 % 보다 작으면, pH 조절제로서 효과는 만족할만하지 못하고, 반면에 20 중량 %를 초과하면, pH는 일반적으로 9를 초과하여 알카리측으로 이동되며, 게다가, 땜납 페이스트가 습기차기 쉽게되는 문제가 발생한다.
회로구리에서 부식을 방지하기 위해서, 벤조트리아졸레, 벤지미드아졸레, 및 토릴트리아졸레와 같은 아졸레(azole)가 플럭스에 더 첨가될 수 있다. 부식 억제제의 양은 플럭스의 총량에 기초하여 양호하게 0.05 내지 20 중량 %가 첨가된다.
플럭스는 플로우용 액체 플럭스에 대해서 또는 플럭스 코어드 땜납(flux-cored solder)으로서 적용될 수 있다. 액체 플럭스로서 사용될때, 플럭스는 용매로서 이소프로필 알콜을 사용하여 이것을 40 내지 70 중량 %로 묽게 한후에 사용될 수 있다. 플럭스 코어드 땜납으로서 사용될때, 용매는 사용되지 않고 재료(용매 제외)는 로진의 연화점보다 높은 온도에서 혼합된 다음에 상온에서 응고됨으로써, 플럭스 코어드 땜납으로서 사용할 수 있게 한다.
본 발명의 플럭스 및 땜납 페이스트는 접합물과 같은 기판이 인쇄 배선판과 전자부품을 접속함으로써 제조될때 적절하게 사용된다. 본 발명의 플럭스 및 땜납 페이스트를 사용하는 방법에서와 전자부품용 접합물의 제조방법에 있어서는, 예를 들면, 땜납 페이스트의 경우, 땜납 페이스트는 납땜되는 부분에 인쇄 방법 등에 의해서 코팅되고, 전자부품이 그위에 놓여지고, 땜납 입자를 녹이기 위해서 전체 조립체가 가열된 다음에 응고됨으로써, 전자부품이 기판에 납땜된다.
기판과 전자부품에 대한 접속방법(또는 실장방법)으로서, 예를 들면, SMT(표면 실장 기술)가 사용될 수 있다. 실장방법에서, 땜납 페이스트는 납땜되는 배선판과 같은 기판의 부분에 인쇄 방법에 의해서 코팅되고, 팁부품과 QFP와 같은 전자부품이 그위에 놓여짐으로써, 전자부품이 기판에 납땜되는 것이다. 리플로우 열원은 열풍로, 적외선로, 납땜용 냉각장치, 광속 납땜용 장치 등을 포함한다.
본 발명의 리플로우 공정은 땜납 합금 조성에 따라서 수행되고, 91Sn/9Zn, 89Sn/8Zn/3Bi, 또는 86Sn/8Zn/6Bi와 같은 Sn-Zn계의 경우, 예열과 리플로우의 두단계 공정이 양호하게 된다. 예열 온도는 130 내지 180℃, 양호하게 130 내지 150℃ 이고; 예열시간은 60 내지 120초, 양호하게 60 내지 90초 이고; 리플로우 온도는 210 내지 230℃, 양호하게 210 내지 220℃ 이고; 리플로우 시간은 30 내지 60초, 양호하게 30 내지 40초이다. 또한, 다른 합금 조성에서 리플로우 온도는 사용된 합금의 용융점에 기준하여 +20 내지 +50℃ 이고, 양호하게 +20 내지 +30℃ 이고, 예열 온도, 예열 시간, 및 리플로우 시간은 상기 범위 내에서 양호하게 한정된다.
본 발명의 땜납 페이스트를 사용함으로써, 상기 리플로우 공정은 질소 또는 공기 하에서 수행될 수 있다. 질소하에서 리플로우가 수행될때, 공기하에 리플로우와 비해 배선판과 같은 기판에 땜납의 습윤성을 향상시키고 납땜볼의 발생을 방지하도록 산소 농도는 5 체적 % 이하이며, 양호하게 0.5 체적 % 이고, 그것에 의해서 땜납 페이스트는 안정한 상태하에서 처리될 수 있다.
표면실장은 상술된 기판을 냉각함으로써 마무리된다. 실장방법에 의해서 기판에 납땜한 전자부품의 제조방법에서, 전자부품은 인쇄 배선판과 같은 기판의 양측에 납땜될 수 있다. 본 발명의 땜납 페이스트와 사용될 수 있는 전자부품은LSI, 저항기, 캐패시터, 트랜스(trance), 인덕턴스, 필터, 오실레이터 등이나, 본 발명은 결코 이들 예에 한정되지 않는다.
본 발명에서, 보다 우수한 납땜특성은 화학반응에 의해서 기판의 소정표면에만 점착 필름(tacky film)를 형성하는 단계(예를 들면, 인쇄기판의 금속회로의 소정표면), 땜납 분말을 점착 필름에 부착시키는 단계, 그 위에 플럭스를 입히는 단계, 땜납의 용융온도에서 이것을 가열함으로써 리플로우하게 하는 단계, 및 회로기판위에 땜납 범프를 형성하는 단계후에 본 발명의 땜납 페이스트가 SMT에 의해서 회로기판상에 실장될때(일본국 특개평 제 7-7244호) 얻어진다.
플럭스 및 플럭스를 구비하는 땜납 페이스트를 사용함으로써, 본 발명은 리플로우 특성, 땜납성, 금속에 용접되는 습윤성, 및 인쇄 특성과 같은 특성을 향상시킬 수 있고; 리플로우에서 납땜볼의 발생은 감소되고; 플럭스 및 땜납 페이스트는 Pb가 없는 땜납 합금에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 폐기물에 의한 환경오염을 감소시키기 위해서 Pb가 없는 땜납 합금을 사용함으로써, 전자부품용 미세 피치 접합물, 예를 들면, 미세 피치 실장 배선판을 얻을 수 있고; 부품의 다양화에 부응함으로써; 뛰어난 수명을 가지는 부품의 배선판을 제공하는 것이다.
본 발명은 실시예를 참조함으로써 아래에 매우 자세하게 설명되었으나, 본 발명은 결코 이들 예에 한정되지 않는다.
실시예
(1) 땜납 분말에서 수량에 의한 미립자의 분포
쿨터 주식회사에 의해서 제조된 쿨터계수기(멀티-사이저 Ⅱ 타입)는 땜납 분말에서 수량에 의한 미립자의 분포를 결정하는데 사용된다. 분산제는 1g의 땜납 분말을 100 ml의 NaCl에 분산시킴으로써 제조된 다음에, 크기가 400 ㎛ 포어(pore)의 검출기 튜브와 검출기에 놓여지고, 땜납 분말에서 수에 의한 1 ㎛ 이상 크기를 가지는 미립자의 분포가 결정된다.
(2) 산소 농도
레코사(Reco co.)에 의해서 제조된 산소 분석기(적외선흡수 분석방법)가 산소 농도 측정에 사용된다.
(3) 수분
땜납 페이스트를 제조한 후에, 페이스트에서의 수분은 칼피셔의 방법을 사용하여 측정된다. 더욱 자세히는, 페이스트가 수분 증발기(ADP-351, 교토 덴시 고교 가부시키가이샤에 의해서 제조된)에 놓여지고, 150℃에서 가열에 의해서 증발되고, 캐리어 가스로서 질소를 사용하는 칼피셔의 수분측정기(MKC-210, 교토 덴시 고교 가부시키가이샤에 의해서 제조된)에 투입된다. 그 다음에, 증기에서 수분이 측정된다.
(4) pH
용액은 4g의 플럭스를 50 ml의 톨루엔, 49.5 ml의 이소프로필알콜, 및 0.5 ml의 물의 혼합물에 용해시킴으로써 제조된 다음에 pH 측정기를 사용하여 pH 가 측정된다. 땜납 페이스트의 경우, 4g의 플럭스에 대응하는 땜납 페이스트가 측정된다.
(5) 땜납 페이스트의 저장 안정성
저장 안정성은 땜납 페이스트가 제조되고 나서 25℃에서 7일동안 저장되도록 가속시험을 수행한 다음에 땜납 페이스트의 제조후 즉시 유기 할로겐 화합물의 분해율과 발생된 수소의 양을 측정함으로써 평가된다. 이 평가에서 가속시험조건은 개략적으로 5℃에서 3달동안 냉각 저장에 해당한다.
유기 할로겐 화합물의 분해율은 1g의 페이스트를 5 ml의 클로로포롬과 저어서 섞은 다음에 10 ml의 순수로 플럭스로부터 할로겐 이온을 추출한 후에 이온 크로마토그래피에 의해서 측정된다.
발생된 수소의 양은 제조된 50g의 땜납 페이스트를 100 ml 체적 시험튜브에 충진하고, 시험튜브를 실리콘 고무마개로 봉하여, 25℃에서 7일동안 저장하고, 고무마개를 통해서 증기의 시료를 추출한 다음에, 이것을 기체 크로마토그래피 측정한다. 그 다음에 수소농도가 측정된다.
(6) 보이드의 관찰(땜납성)
150 ㎛ 두께의 금속 마스크가 60 ㎜ 평방 구리판에 적용되고, 6 ㎜(직경)×6 패턴이 그위에 인쇄되고, 판이 대기에서 리플로우에 의해서 처리되고, 구리판이 절단기에 의해서 땜납과 함께 얇은 조각으로 만들어진다. 땜납 부분은 현미경을 통해서 관찰되고 보이드 발생 상태가 검사된다. 6 패턴에서, 크기가 10 ㎛ 이상의 보이드가 관찰된다, 한 패턴당 크기가 10 ㎛ 이상의 보이드의 평균수가 2이면, 시료는 불합격된다.
(7) 인쇄 특성
인쇄 특성은 JIS Z-3284의 부록 5의 M3(패턴 배치:포어폭 0.25 ㎜, 길이 2.0㎜, 피치 0.50 ㎜)를 사용하여 측정되고 이것을 스테레오마이크로스코프를 통해서 관찰함으로써 평가된다. 얇음 또는 패드 파손이 발생될때, 이것이 하나의 패드라도 시료는 불합격된다.
(8) 접착성
접착성은 말콤식 접착성 시험기에 의해서 결정된다. 접착성은 6.5 ㎜의 직경과 0.2 ㎜의 두께를 갖는 5개의 원형 패턴을 형성하도록 금속 마스크를 사용하여 유리판위에 땜납 페이스트를 인쇄함으로써 결정된다. 패턴을 25℃와 50 % 습도에서 3시간 동안 견디게 한후에, 측정 프로브를 하나의 패턴에 달아, 50 g까지의 압력이 2 ㎜/sec의 속도로 인가된 다음에, 10 ㎜/sec의 속도로 0.2초안에 패턴을 끌어당기고/벗기기 위해 요구된 하중이 측정된다. 100g 이상의 이 방법을 사용하여 만든 5개 측정의 평균하중은 만족스러운 것으로 간주된다.
(9) 땜납볼
이것은 JIS Z-3284에 따라서 평가된다. 땜납 페이스트는 6.5 ㎜의 직경과 0.2 ㎜의 두께를 갖는 4개의 원형 패턴을 형성하도록 금속 마스크를 사용하여 알루미나 시험 패널에 인쇄된다. 알루미나 시험 패널은 150℃에서 1분 동안 건조되고, 패널에 땜납을 녹이도록 235℃까지 가열되고, 그후에 기판은 5초안에 수평으로 끌어 당겨진다. 기판은 기판위에 땜납이 응고될때까지 수평상태로 납고, 그후에, 땜납의 모습이 20×배율을 통해서 관찰되고 외주에 땜납입자(땜납볼)의 발생은 50×배율을 통해서 검사된다. 땜납볼의 이 발생상태는 JIS 규격에 따라서 결정되고, 3개 이하는 불합격품으로서 간주된다.
(10) 습윤 퍼짐 특성
습윤 퍼짐 특성은 JIS Z-3284에 따라서 결정된다. 땜납 페이스트는 6.5 ㎜의 직경과 0.2 ㎜의 두께를 갖는 4개의 원형 패턴을 형성하도록 금속 마스크를 사용하여 구리 또는 황동 시험 패널에 인쇄된다. 구리 또는 황동 시험 패널은 150℃에서 1분 동안 건조되고, 패널에 땜납을 녹이도록 235℃까지 가열되고, 그후에 기판은 5초안에 수평으로 끌어 당겨진다. 기판은 상기 기판위에 땜납이 응고될때까지 수평상태로 남은 후에, 땜납의 습윤 퍼짐 특성이 관찰된다. 습윤 퍼짐 특성은 JIS Z-3284에 따라서 결정되고, 3개 이하는 불합격품으로서 간주된다.
(실시예 1 내지 17, 비교예 1 내지 4)
플럭스 및 땜납 페이스트의 제조
플럭스는 수지성분으로서 17.5 중량 %의 중합 로진 및 27.5 중량 %의 불균등화 로진; 틱소트로피제로서 6 중량 %의 하이드로화 피마자유; 유기산 에스테르로서 0.5 중량 %의 t-부틸 아세테이트, t-부틸 말로네이트, i-부틸 벤조에이트, n-프로필 파라톨루엔술포네이트, i-부틸 살리실레이트, i-부틸 라우레이트 및 t-부틸 브로모아세테이트, 에스테르 분해 촉매로서 0.08 중량 %의 시클로헥실아민 하이드로브로마이드 또는 1,3-디페닐구아니딘 하이드로브로마이드; 유기 할로겐 화합물로서 3.5 중량 %의 헥사브로모시클로도데칸, 헥사브로모스테아린산, 테트라브로모스테아린산, 2,2-디브로모아디프산, t-부틸 브로모아세테이트 또는 2,3-디브로모숙신산, 환원제로서 1.0 중량 %의 하이드로퀴논, 트리페닐포스파이트, 토코페롤, L-아스코르빌-2,6-디팔미테이트, 트리옥타데실포스파이트, 디스테아릭3,3'-트리오디프로피오네이트, 또는 토코페롤과 L-아스코르빌-2,6-디팔미테이트의 1:1(중량)혼합물; pH 조절제로서 2 중량 %의 트리에틸아민; 부식억제제로서 1 중량 %의 토릴트리아졸레; 및 100 중량 %를 만들기 위해서 첨가된 용매로서 프로필렌 글리콜 모노페닐에테르를 혼합함으로써 제조된다.
각 플럭스의 11 중량 %에 대해서, 20 내지 45 ㎛(45 ㎛ 이하의 입자의 함량:97 중량 %)의 입자크기를 갖고 표 2에 도시된 수에 의한 미립자의 분포를 갖는 Pb가 없는 89 중량 %의 89Sn/8Zn/3Bi 땜납 분말은 3 kg의 땜납 페이스트를 제조하기 위해서 플래너터리 혼합기에 첨가되어 반죽된다. 혼합된 성분은 표 1에 도시되고, 사용된 땜납 분말에서 수에 의한 미립자의 분포, 땜납 분말에서 산소농도, 땜납 페이스트에서 수분, 및 플럭스의 결정된 pH 값은 표 2에 도시된다.
회로기판과 전자부품의 접합의 제조
SMT는 실장방법에 사용된다. 실시예 1 내지 17 및 비교예 1 내지 4의 조성물을 갖는 땜납 페이스트는 회로기판의 하나의 쉬트에 인쇄되고, LSI, 칩 저항기 및 칩 캐패시터는 땜납 페이스트위에 놓여지고 리플로우 열원에 의해서 조립체를 가열함으로써 납땜된다. 열풍로는 리플로우 열원으로서 사용된다.
리플로우는 예열온도가 130℃, 예열시간이 80초, 리플로우 피크 온도가 220℃ 및 200℃이상에서 리플로우 시간이 50초인 상태하에서 수행된다.
제조된 인쇄 배선판과 사용된 땜납 페이스트의 특성은 상술된 측정방법에 의해서 결정된다. 측정결과는 표 3에 도시된다.
실시예 1 내지 17에서, 혼합된 유기 할로겐 화합물의 양이 플럭스의 총량에기준하여 3.5 중량 %에 고정되고 첨가된 환원제의 양이 1.0 %로 변화될때, 수소의 발생은 3 % 이하로 억제될 수 있고 보이드의 발생은 매우 크게 방지될 수 있다.
또한, 플럭스와 땜납 페이스트는 91Sn/9Zn 또는 86Sn/8Zn/6Bi의 조성을 갖는 Pb가 없는 땜납 분말을 사용함으로써 제조되고 그 특성은 동일한 결과가 얻어지도록 동일한 방법에 의해서 결정된다.
실시예 1 내지 17의 리플로우 후에 땜납 합금 조성과 종래의 Sn-Pb계 땜납 페이스트의 땜납 합금조성이 비교된다. 그 결과, Sn-Pb계의 경우, 매우 굵은 결정이 고온환경에서 성장되는 반면에, 본 발명의 플럭스와 Sn-Pb계 합금이 사용될때 굵은 결정의 성장은 감소된다. 이것으로부터, 땜납의 기계적 특성이 향상되고 실장 배선판의 수명특성이 향상된다.
본 발명에서 땜납 분말 및 플럭스를 사용함으로써, 땜납분말과 플럭스의 반응은 매우 억제되어 뛰어난 저장 안정성이 성공적으로 개발될 수 있다. 특히, 본 발명의 땜납 페이스트는 지금까지 저장 안정성이 나쁘다고 여겨져왔던 Pb가 없는 땜납 페이스트에서도 저장 안정성을 매우 향상시킬 수 있고, 이것의 효과가 밝혀졌다.
또한, 본 발명의 땜납 페이스트의 개발에 의해서 미세 피치 배선판, 각종 부품에 대응하는 회로기판용 납땜 방법, 회로기판 및 전자부품을 함께 접합하는 납땜방법, 및 접합물을 제공될 수 있다.
표 1
표 2
표 3

Claims (3)

  1. 땜납 분말에 있어서,
    20 ㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 입자의 수가 30 % 이하인 분포를 갖는 땜납 입자를 구비하는 것을 특징으로 하는 땜납 분말.
  2. 제 1 항에 있어서,
    산소함량은 500 ppm 이하인 것을 특징으로 하는 땜납 분말.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Sn 및 Zn, 또는 Sn 및 Ag를 구비하는 것을 특징으로 하는 땜납 분말.
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