KR20140133512A - 플럭스, 땜납 조성물 및 전자 회로 실장 기판의 제조 방법 - Google Patents

플럭스, 땜납 조성물 및 전자 회로 실장 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

하기 식 1로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물 및 하기 식 2로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물과, 수소 첨가된 다이머산이 포함되어 있는 플럭스.
Figure pct00014

Description

플럭스, 땜납 조성물 및 전자 회로 실장 기판의 제조 방법{FLUX, SOLDER COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING ELECTRONIC CIRCUIT MOUNTING SUBSTRATE}
본원은, 일본 특원 2012-054833호의 우선권을 주장하고, 인용에 의해 본원 명세서의 기재에 포함된다.
본 발명은, 전자 부품의 납땜에 사용되는 플럭스, 땜납 조성물 및 이들 땜납 조성물을 사용한 전자 회로 실장(實裝) 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
프린트 배선판 등의 전자 회로 기판에 전자 부품을 실장하기 위해 사용하는 땜납으로서는, 땜납 합금 분말과 플럭스를 혼합한 이른바 솔더(solder) 페이스트 등의 땜납 조성물이나, 선형 땜납 합금의 내부에 플럭스를 충전한 이른바 플럭스 포함 땜납 등이 있다. 이들 땜납에 사용되는 플럭스로서는, 통상, 합성 수지나 로진계 수지 등을 수지 성분으로서 포함하는 수지계 플럭스가 널리 사용되고 있다.
상기 플럭스는, 프린트 배선판의 표면 도전부의 금속 산화물을 제거하거나, 납땜 시에는 땜납 합금이 다시 산화하는 것을 방지하거나, 또는 땜납의 표면 장력을 저하시켜, 납땜성을 향상시키기 위해서 땜납 조성물 등에 배합된다.
한편, 상기 플럭스를 사용한 땜납을 사용하여 납땜을 하면, 납땜을 행한 후의 전자 회로 실장 기판에, 상기 플럭스 중의 수지 성분에 기인하는 플럭스 잔사(殘渣)로 불리는 피막 부분이 남는다. 이러한 플럭스 잔사에는, 냉열 사이클 등의 온도 변화 등에 의해 균열(크랙)이 발생할 우려가 있으며, 상기 크랙으로부터 수분이 플럭스 잔사 내부에 침투한 경우에는, 리드 사이의 절연 저하가 발생하는 등의 불량의 원인이 될 우려가 있다.
특히, 자동차 등의 엔진부에 사용되는 전자 회로 실장 기판과 같이, 온도차가 큰 부분에서 사용되는 전자 회로 실장 기판에 있어서는, 상기 플럭스 잔사에서의 크랙이 발생하기 쉽고, 크랙 발생 억제가 요구된다.
이와 같은 크랙을 억제하기 위하여 다양한 기술이 존재한다.
예를 들면, 특허 문헌 1 및 2에는, 유리 전이 온도가 낮은 아크릴계 수지를 포함하는 플럭스에 대하여 기재되어 있다.
특허 문헌 3에는, 수소 첨가 1,2-폴리부타디엔 등을 수지 성분으로서 포함하는 플럭스에 대하여 기재되어 있다.
특허 문헌 4에는, 다이머산과 디아민과의 축합 반응으로 얻어지는, 연화점(軟化点)이 80∼150 ℃인 폴리아미드 수지를 포함하는 플럭스에 대하여 기재되어 있다.
특허 문헌 5에는, 로진 및 활성제를 포함하는 플럭스에 있어서, 에틸렌아세트산 비닐 공중합체를 더 포함하는 플럭스에 대하여 기재되어 있다.
특허 문헌 6에는, 어택틱 1,2 폴리부타디엔 또는 그 수소화물의 분자 말단에 아크릴기 또는 메타크릴기가 결합한 것을 수지 성분으로서 포함하는 플럭스에 대하여 기재되어 있다.
그러나, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 플럭스는, 플럭스 잔사가 끈적거리고, 먼지 등에 의한 오염이 생기기 쉬운 문제가 있다. 특허 문헌 3 내지 6에 기재된 플럭스는 160℃ 이하의 저온 예비 가열(pre-heat) 조건 하에서는, 어느 정도의 땜납 젖음성을 얻을 수 있지만, 무연 땜납 등에 필요로 하는 160℃를 초과하는 고온 예비 가열 조건 하에서는 충분한 땜납 젖음성을 얻지 못하고, 디웨팅(dewetting)이 생길 우려가 있는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 1 내지 6에 기재된 플럭스는, 모두, 공기 분위기 중에서의 리플로우(reflow) 가열에서는, 땜납 젖음성을 충분히 발휘할 수 없으므로, 질소 분위기 중에서의 리플로우 밖에 행할 수 없는 문제가 있었다.
일본공개특허 2001-150184호 일본공개특허 2008-62252호 일본공개특허 평9-24488호 일본공개특허 평11-77377호 일본공개특허 2000-52088호 일본공개특허 평11-179589호
본 발명은, 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 플럭스 잔사에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있고, 또한 고온에서의 납땜에 있어서도 땜납 젖음성이 양호한 플럭스, 땜납 조성물 및 전자 회로 실장 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 플럭스는, 하기 식 1로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물 및 하기 식 2로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물과, 수소 첨가된 다이머산이 포함되어 있다.
[화학식 1]
Figure pct00001
[화학식 2]
Figure pct00002
본 발명은, 상기 다이머산이, 하기 식 3으로 표시되는 다이머산 및 하기 식 4로 표시되는 다이머산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개라도 된다.
[화학식 3]
Figure pct00003
(단, R1과 R2는, 동일하거나 상이한 알킬기이며, 또한 식중의 전체 탄소수가 36이다.)
[화학식 4]
Figure pct00004
(단, R3과 R4는, 동일하거나 상이한 알킬기이며, 또한 식중의 전체 탄소수가 36이다.)
본 발명은, 로진, 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균화 로진 및 아크릴산 변성 로진으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 로진계 수지가, 더 포함되어 있어도 된다.
본 발명은, 상기 플럭스 중 적어도 1종을 포함한다.
본 발명은, 무연 땜납 합금을 포함할 수도 있다.
본 발명의 전자 회로 실장 기판의 제조 방법은, 땜납 조성물을 인쇄하여 땜납 인쇄 패턴을 형성하는 공정과, 상기 땜납 인쇄 패턴 상에 전자 부품을 탑재하는 공정과, 상기 전자 부품이 탑재된 전자 회로 기판을 공기 분위기 중에서 150℃ 이상 200℃ 이하에서 예비 가열한 후, 본 가열하는 리플로우를 행하는 공정을 포함한다.
이하에서, 본 발명에 따른 플럭스, 땜납 조성물 및 전자 회로 실장 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 본 실시형태의 플럭스는, 하기 식 5로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물 및 하기 식 6으로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물과, 수소 첨가된 다이머산이 포함되어 있다.
[화학식 5]
Figure pct00005
[화학식 6]
Figure pct00006
상기 식 5로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물로서는, 예를 들면, 일본 소다사에서 제조한 상품명 「NISSO-PB TEA-1000」 등을 들 수 있다.
상기 식 6으로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물은, 상기 식 5로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물의 폴리부타디엔의 불포화 부분에 수소가 첨가되어 포화 결합이 된 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물이다. 상기 식 6으로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물로서는, 예를 들면, 일본 소다사에서 제조한 상품명 「NISSO-PB TEAI-1000」등을 들 수 있다.
본 실시형태에서 사용하는 상기 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물은, 상기 식 5 또는 식 6으로 표시되는 것으로서, 중합체 쇄를 구성하는 전체 부타디엔 단위 중 85 질량% 이상이 1,2-비닐형 결합(1,2-구조)인 부타디엔이면서, 또한 식 중의 n=7∼77, 평균 분자량 1200∼5000 정도인 것이 바람직하다.
상기 1,2-비닐형 결합의 부타디엔의 함유율은, 푸리에 변환 적외 분광 광도계(액(液)셀법)에 의해 구한 값이며, 상세하게는, 후술하는 방법에 의해 측정된 값을 의미한다.
상기 평균 분자량은, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 구한 값이며, 상세하게는, 후술하는 분자량 측정 방법에 의해 측정된 값을 의미한다. 상기 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물은, 1종류를 단독으로 사용할 수도 있고, 복수 종류를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물은 냉열 사이클성의 관점에서, 수소 첨가형을 사용하는 것이 바람직하다.
(1,2-비닐형 결합의 부타디엔의 함유율의 측정 방법)
상기 함유율의 측정 방법은, 푸리에 변환 적외 분광 광도계(액셀법)에 의해 구한 값이며, 상세하게는, 이하의 방법에 의해 측정된 값을 말한다. 즉, 측정기로서는 「시마즈 제작소사에서 제조한 FTIR-8400」을 사용하여, 적외선 흡수스펙트럼을 측정하고, 910 cm-1 부근(1,2-비닐) 및 970 cm-1 부근(1,4-트랜스)의 흡광도의 측정에 의해 정량(定量)을 행한다.
(분자량 측정 방법)
상기 평균 분자량은, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 구한 값이며, 상세하게는, 이하의 방법에 의해 측정된 값을 말한다. 즉, GPC 장치로서는, 워터즈사에서 제조한 「GPC」를 사용하고, 컬럼으로서는, 쇼와전공사에서 제조한 「KF-803, KF-802, KF-801」을 사용하고, 용리액로서는, THF(테트라하이드로퓨란) 용액을 사용하고, 검출기로서는 워터즈사에서 제조한 「UV245㎚ RI」를 사용하여 검출을 행하였다. 또한, 표준 분자량 물질로서, 폴리스티렌의 표준 샘플을 사용하고, 측정한 결과에 기초하여 검량선을 작성하고, 이 검량선으로부터 평균 분자량을 구하였다. 그리고, 평균 분자량은, 중량 평균 분자량(Mw)의 값이다.
본 실시형태의 플럭스에 있어서, 상기 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물 농도는, 3 질량% 이상 40 질량% 이하, 바람직하게는 5 질량% 이상 25 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 16 질량% 이상 23 질량% 이하 정도인 것이 바람직하다.
전술한 농도 범위에서, 플럭스 잔사에 크랙이 생기는 것을 억제하면서, 땜납 퍼짐성 및 땜납 젖음성이 양호하다. 또한, 전술한 농도 범위에서, 땜납 조성물에 배합했을 때, 적절한 유동성을 부여할 수 있으므로, 디웨팅의 발생을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 수소 첨가 다이머산은, 하기 식 7로 표시되는 다이머산 및 하기 식 8로 표시되는 다이머산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 다이머산이다.
[화학식 7]
Figure pct00007
(단, R1과 R2는, 동일하거나 상이한 알킬기이며, 또한 식중의 전체 탄소수가 36이다.)
[화학식 8]
Figure pct00008
(단, R3와 R4는, 동일하거나 상이한 알킬기이며, 또한 식중의 전체 탄소수가 36이다.)
상기 다이머산은, 불포화 지방산의 2량체로서, 상기 2량체의 불포화 이중 결합을 수소화한 수소 첨가 다이머산이며, 그 중에서도, 탄소수 18의 불포화 지방산을 2량화하고, 또한 수소 첨가한 것으로서, 전체 탄소수가 36인 다이머산이 바람직하다.
본 실시형태에서 사용되는 수소 첨가 다이머산 중 상기 식 7로 표시되는 다이머산은, 식 7 중의 R1, R2가 모두 노닐기로서, n=7 및 m=7인 다이머산이 바람직하다.
상기 식 7로 표시되는 수소 첨가 다이머산으로서는, 예를 들면, 코그니스재팬사에서 제조한 상품명 「EMPOL1008」등을 들 수 있다.
본 실시형태에서 사용되는 수소 첨가 다이머산 중 상기 식 8로 표시되는 다이머산은, 식 8 중의 R3, R4가 모두 헥실기로서, q=7 및 r=8의 다이머산이 바람직하다.
상기 식 8로 표시되는 수소 첨가 다이머산로서는, 예를 들면, 구로다재팬사에서 제조한 상품명 「PRIPOL1010」등을 들 수 있다.
본 실시형태의 플럭스에 있어서, 상기 다이머산은, 1 종류를 단독으로 사용할 수도 있고, 복수 종류를 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 실시형태에 있어서, 상기 다이머산의 농도는, 3 질량% 이상 30 질량% 이하, 바람직하게는 5 질량% 이상 25 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 9 질량% 이상 16 질량% 이하 정도인 것이 바람직하다.
전술한 농도 범위에서는, 플럭스 잔사의 끈적거림을 억제하여 먼지 등에 의한 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 디웨팅의 발생을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 플럭스에는, 수지 성분으로서 상기 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물과, 상기 다이머산이 포함되어 있지만, 수지 성분으로서, 다른 합성 수지, 혹은 로진계 수지가 더욱 포함되어 있어도 된다.
특히, 로진 및 상기 로진의 유도체인 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균화 로진, 아크릴산 변성 로진으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 로진계 수지가 수지 성분으로서 더욱 포함되어 있는 것이 납땜성의 관점에서 바람직하다.
상기 로진계 수지 중에서도, 수소 첨가 로진이 냉열 사이클성의 관점에서 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 로진계 수지의 농도는, 5 질량% 이상 40 질량% 이하, 바람직하게는 20 질량% 이상 35 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 25 질량% 이상 30 질량% 이하 정도인 것이 땜납 볼의 발생을 저감시키는 관점에서 바람직하다.
본 실시형태의 플럭스에는, 상기 수지 성분에 더하여, 나아가서는 활성화제, 용매, 점탄성 조절제(thixotropic agent) 등의 통상적으로 플럭스에 포함되는 성분이 배합되어 있어도 된다.
상기 활성화제로서는, 예를 들면, 아민-할로겐화 수소산염, 유기산 등을 사용할 수 있다. 아민-할로겐화 수소산 염로서는, 예를 들면, 디에틸아민 브롬화 수소산염, 시클로헥실아민브롬화 수소산염 등을 들 수 있다.
유기산으로서는, 예를 들면, 글루타르산, 아디프산, 아젤라산, 세바스산, 스테아르산, 벤조산 등을 들 수 있다.
상기 활성화제는, 1 종류를 단독으로 사용할 수도 있고, 복수 종류를 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 활성화제 중에서도, 글루타르산, 아디프산, 아젤라산, 세바스산 등의 유기산을 사용하는 것이 솔더 페이스트의 점도 안정성의 관점에서 바람직하다.
본 실시형태의 플럭스에 있어서, 상기 활성화제의 농도는, 1 질량% 이상 10 질량% 이하, 바람직하게는 2 질량% 이상 6 질량% 이하 정도인 것이 바람직하다.
전술한 농도 범위에서는, 땜납 젖음성과 전기 절연성을 적절한 범위로 유지할 수 있으므로 바람직하다.
상기 용매로서는, 예를 들면, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르(헥실디글리콜), 디에틸렌글리콜디부틸에테르(디부틸디글리콜), 디에틸렌글리콜모노2-에틸헥실에테르(2에틸헥실디글리콜), 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(부틸디글리콜) 등의 글리콜 에테르류; n-헥산, 이소헥산, n-헵탄 등의 지방족계 화합물; 아세트산 이소프로필, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 에스테르류; 메틸에틸케톤, 메틸-n-프로필케톤, 디에틸케톤 등의 케톤류; 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 이소부탄올 등의 알코올류 등을 들 수 있다.
상기 용매는, 단독으로 사용할 수도 있고, 복수 종류를 혼합하여 사용할 수도 있다. 솔더 페이스트용의 플럭스로서 사용하는 경우, 상기 용매 중에서도, 비점(沸点) 200℃ 이상 300℃ 이하의 범위를 가지는 디에틸렌글리콜헥실에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 상기 글리콜에테르류를 사용하는 것이 최적 연속 인쇄성을 확보할 수 있는 관점에서 바람직하다.
본 실시형태의 플럭스에 있어서, 상기 용매의 농도는, 20 질량% 이상 50 질량% 이하, 바람직하게는 25 질량% 이상 40 질량% 이하 정도인 것이 바람직하다.
전술한 농도 범위에서는, 상기 수지 성분을 충분히 용해시킬 수 있고, 또한 적절한 점도를 플럭스에 부여할 수 있으므로 바람직하다.
상기 점탄성 조절제로서는, 예를 들면, 경화 피마자유, 밀랍, 카르나바 왁스, 스테아르산 아미드 등의 고급 지방산 아미드 등을 들 수 있다. 상기 점탄성 조절제는, 단독으로 사용할 수도 있고, 복수 종류를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 점탄성 조절제 중에서도, 경화 피마자유나 고급 지방산 아미드 등을 사용하는 것이 인쇄 시의 솔더 페이스트에 양호한 틱소트로피성을 유지시킬 수 있으므로, 바람직하다.
그리고, 본 실시형태의 플럭스는, 후술하는 바와 같이 땜납 합금 분말과 혼합하여 솔더 페이스트 등의 땜납 조성물의 성분으로서 사용할 수도 있지만, 그 외에, 상기 플럭스를 땜납 합금의 선형 부재의 내부에 충전하여, 플럭스 땜납의 재료로서 사용할 수도 있다. 또는, 상기 플럭스를, 플로우 납땜 방법에서납땜할 때의 플럭스로서 사용할 수도 있다.
다음으로, 전술한 바와 같은 본 실시형태의 플럭스를 사용한 땜납 조성물에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 땜납 조성물은, 상기 플럭스와 땜납 합금 분말이 포함되어 있다.
상기 땜납 합금 분말로서는, 공지의 땜납 합금 분말을 사용할 수 있지만, 그 중에서도, 무연 땜납으로서 사용되고 있는 Sn-Ag계 땜납, Sn-Ag-Cu계 땜납, Sn-Ag-Cu-Bi계 땜납, Sn-Ag-In-Bi계 땜납, Sn-Cu계 땜납, Sn-Zn계 땜납, Sn-Bi계 땜납 등의 무연 땜납 합금의 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 실시형태에서의 무연 땜납이란, JIS Z 3282에서 정한 무연 땜납을 말한다.
본 실시형태의 땜납 조성물은, 상기 플럭스 8 질량% 이상 20 질량% 이하, 바람직하게는 10 질량% 이상 15 질량% 이하에, 상기 땜납 합금 분말을 80 질량% 이상 92 질량% 이하, 바람직하게는 85 질량% 이상 90 질량% 이하를 혼합하여, 페이스트상(狀)으로 만든 솔더 페이스트인 것이 바람직하다.
상기 무연 땜납 합금을 사용한 땜납 조성물은, 전자 부품을 리플로우법으로 실장하는 경우에, 종래의 Sn-Pb계 등의 유연 땜납 조성물에 비해 고온인 200℃ 전후의 예비 가열을 행할 필요가 있다. 또한, 무연 땜납 조성물을 사용한 경우, 유연 땜납 조성물에 비해, 땜납 젖음성을 얻기 어렵기 때문에, 상기 예비 가열을, 질소 가스를 충전함으로써 산소 농도 500 ppm 이하의 초저산소 분위기 중에서 행하고 있다.
나아가서는, 기판에 특수한 처리를 행하는 등, 무연 땜납 대응 기판을 사용함으로써, 땜납 젖음성을 확보하고 있다.
즉, 일반적으로 무연 땜납은, 유연 땜납 조성물을 사용한 경우에 비해 비용이 들고, 품이 드는 문제점이 있다.
한편, 본 실시형태의 땜납 조성물은, 땜납 합금 분말로서 무연 땜납 합금 분말을 사용해도, 땜납 젖음성이 양호하며, 예를 들면, 공기 분위기 하에서의 고온 예비 가열을 행해도, 땜납 젖음성을 유지할 수 있다.
또한, 납땜 후, 플럭스 잔사에 크랙이 쉽게 생기지 않고, 신뢰성이 높은 실장 기판을 얻을 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 땜납 조성물을 사용하여, 전자 회로 기판에 전자 부품을 실장하여 전자 회로 실장 기판을 제조하는 방법을 설명한다.
본 실시형태의 전자 회로 실장 기판의 제조 방법은,
땜납 조성물을 인쇄하여 땜납 인쇄 패턴을 형성하는 공정과,
상기 땜납 인쇄 패턴 상에 전자 부품을 탑재하는 공정과,
상기 전자 부품이 탑재된 전자 회로 기판을 공기 분위기 중에서 150℃ 이상 200℃ 이하에서 예비 가열한 후, 본 가열하는 리플로우를 행하는 공정
을 포함한다.
먼저, 본 실시형태의 상기 무연 땜납 합금 분말을 포함하는 땜납 조성물을, 전자 회로 기판으로서의 프린트 배선판의 표면의 도체부에 인쇄하여 땜납 인쇄 패턴을 형성하는 것이 행해진다.
상기 도체부로서는, 솔더 레지스트 등의 절연층에 피복되지 않고 상기 프린트 배선판의 표면에 노출되어 있는 동박부(銅箔部)나 스루홀(through hole) 개구부 등, 전자 부품을 실장하는 부분을 예로 들 수 있다.
상기 도체부에, 땜납 인쇄 패턴을 형성하기 위해서는, 공지의 땜납 인쇄 방법이 채용될 수 있지만, 예를 들면, 상기 도체부가 노출되는 개구가 형성된 마스크를 사용하여 스퀴지(squeegee) 등으로 땜납 조성물을 상기 도체부 상에 인쇄하는 방법을 들 수 있다.
그리고, 본 실시형태의 땜납의 인쇄 방법으로서는, 공지의 땜납 인쇄 장치를 사용하여 자동적으로 행하는 것을 예로 들 수 있다.
다음으로, 상기 땜납 인쇄 패턴 상에 실장되는 전자 부품이 탑재된다.
상기 전자 부품은, 필요에 따라 접착제 등을 사용하여 상기 프린트 배선판 상에 가고정(假固定)되는 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시형태의 부품의 탑재 방법으로서는, 공지의 부품 탑재 장치 등을 사용하여 자동적으로 행하는 것을 예로 들 수 있다.
또한, 상기 전자 부품이 탑재된 프린트 배선판을 공기 분위기 중에서 150℃ 이상 200℃ 이하에서 예비 가열한 후, 본 가열하는 리플로우가 실시된다.
그리고, 이 경우에, 상기 예비 가열을, 60초간 이상 180초간 이하 행해도 된다.
리플로우 조건으로서는, 구체적으로는, 다음과 같은 리플로우 조건이 바람직하다.
먼저, 온도 프로파일은, 예비 가열로서, 온도 150℃ 이상 200℃ 이하, 60초 이상 180초간 이하, 공기 분위기 중에서 가열한다.
또한, 그 후, 본가열로서, 피크 온도 180℃ 이상 250℃ 이하, 20초 이상 60초간 이하, 공기 분위기 중에서 가열한다.
그 후, 자연 냉각 또는 쿨러 등의 냉각 장치를 사용하여 기판을 냉각하고, 전자 부품을 실장함으로써, 전자 회로 실장 기판이 제조된다.
본 실시형태의 제조 방법으로 제조된 전자 회로 실장 기판은, 전술한 바와 같이 공기 분위기 중에서의 고온 예비 가열 조건 하에서 리플로우 납땜을 행해도, 충분히 땜납 젖음성을 발휘할 수 있고, 디웨팅 등의 불량이 쉽게 생기지 않는다.
또한, 리플로우 후의 전자 회로 실장 기판 상에 존재하는 플럭스 잔사는 내크랙성이 양호하며, 특히, 냉열 사이클 등의 온도 변화가 급격한 조건 하에서 사용되어도, 크랙이 쉽게 생기지 않고, 기판의 신뢰성을 유지할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 제조 방법으로 제조된 전자 회로 실장 기판은, 예를 들면, 자동차의 엔진 부분 용 등의 전자 회로 실장 기판으로서 최적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 플럭스는, 납땜 후의 잔사 플럭스에 크랙이 쉽게 생기지 않고, 또한 고온 예비 가열 하에서의 리플로우 가열을 행해도 양호한 땜납 젖음성을 발휘할 수 있다.
또한, 상기 고온 예비 가열하에서의 리플로우 가열을 공기 분위기 중에서 행해도, 양호한 땜납 젖음성을 발휘할 수 있다.
본 발명의 플럭스는, 상기 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물 및 상기 다이머산을, 로진, 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균화 로진 및 아크릴산 변성 로진으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 로진계 수지와 함께 포함함으로써, 크랙의 발생을 억제함과 동시에, 고온 예비 가열에서의 리플로우를 행해도, 양호한 땜납 젖음성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 땜납 조성물은, 무연 땜납 합금이 용융되는 온도에서의 리플로우 가열을 공기 분위기 중에서 행해도, 충분한 땜납 젖음성을 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 회로 실장 기판의 제조 방법은, 전자 회로 기판의 표면에 노출되어 있는 도체부에, 상기 본 발명에 따른 땜납 조성물을 인쇄하여 땜납 인쇄 패턴을 형성하는 공정과, 상기 땜납 인쇄 패턴 상에 전자 부품을 탑재하는 공정과, 공기 분위기 중에서 150℃ 이상 200℃ 이하에서 예비 가열한 후, 본 가열하는 리플로우를 행하는 공정을 포함하므로 질소 가스 등을 사용하지 않고, 리플로우 가열해도, 납땜성이 양호하며, 플럭스 잔사부의 크랙이 쉽게 생기지 않는 전자 회로 실장 기판을 제조할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 플럭스 잔사의 크랙을 억제할 수 있고, 또한 고온에서의 납땜에 있어서도 땜납 젖음성이 양호한 플럭스, 땜납 조성물 및 전자 회로 실장 기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 실시형태에 따른 땜납 조성물용 플럭스, 땜납 조성물 및 전자 회로 실장 기판의 제조 방법은 전술한 바와 같지만, 금번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각해야만 한다. 본 발명의 범위는, 상기 설명이 아닌 특허 청구의 범위에 의해 나타내어지며, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것을 의도하고 있다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 비교예와 함께 설명한다. 그리고, 본 발명은 하기의 실시예로 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(플럭스의 제작)
이하의 재료를 표 1에 나타낸 배합으로 적당한 비커에 넣고, 유리 봉에 의해 교반 혼합하여, 플럭스를 제작하였다.
제조 온도로서는 로진, 점탄성 조절제, 활성제 등이 용매에 용해 가능한 온도, 예를 들면, 100℃에서 200℃의 온도로 적절하게 조정하고, 용해 시간으로서는 제조 온도나 플럭스 제조량에 따라 상이하지만, 예를 들면, 30분부터 3시간 정도로 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.
<<재료>>
수소 첨가 로진: 아라카와 화학공업사 제조, 상품명 「하이페일(HYPALE) CH」 1,2-비닐형폴리부타디엔아크릴레이트: 일본 소다사 제조, 상품명 「NISSO-PB TEA-1000」(1,2-비닐형이 85% 이상, 나머지 결합이 1,4-트랜스형(평균 분자량 2050)
수첨 1,2-비닐형 폴리부타디엔아크릴레이트: 일본 소다사 제조, 상품명 「NISSO-PB TEAI-1000」(1,2-비닐형이 85% 이상, 나머지 결합이 1,4-트랜스형(평균 분자량 2250)
수첨 액상(液狀) 다이머산(1): 코그니스재판사 제조, 상품명 「EMPOL1008」
수첨 액상 다이머산(2): 구로다재팬사 제조, 상품명 「PRIPOL1010」
C21 액상 다이머산: C21 이염기 지방산(미수첨물) 하리마화성사 제조, 「상품명 DIACID-1550」
1,2-비닐형 폴리부타디엔(액상): 일본 소다사 제조, 상품명 「NISSO-PB GI-1000」(1,2-비닐형이 85% 이상, 나머지 결합이 1,4-트랜스형, 분자량 1250)
아크릴 수지(1): 무관능기형 액상 아크릴계 폴리머, 도아 합성사 제조, 상품명 「ARUFON UP-1170」(유리 전이점 -57℃, 분자량 8000)
아크릴 수지(2): 무관능기형 액상 아크릴계 폴리머, 도아 합성사 제조, 상품명 「ARUFON UP-1080」(유리 전이점 -61℃, 분자량 6000)
폴리아미드 수지(1): 직쇄 디아민과 중합 지방산과의 반응 생성물, 헨켈재판사 제조, 상품명 「MACROMELT OM-673」(유리 전이점 -45℃, 연화점 185℃)
폴리아미드 수지(2): 직쇄 디아민과 중합 지방산과의 반응 생성물, 헨켈재판사 제조, 상품명 「MACROMELT OM-652」(유리 전이점 -38℃, 연화점 155℃)
에틸렌아세트산 비닐 공중합: 아세트산 비닐 함유량 28%(유리 전이점 -28℃, 멜트플로우레이트 800 g/10 min), 미쓰이·듀퐁 폴리 케미컬 제조, 상품명 「EVAFLEX EV205W」
글루타르산
디에틸아민 브롬화 수소산염
경화 피마자유
디에틸렌글리콜모노헥실에테르
(솔더 페이스트의 제작)
각각 조정한 표 1에 나타낸 플럭스 11 질량%와, 무연 땜납 합금 분말(Sn:Ag:Cu = 96.5:3.0:0.5(질량%)) 89 질량%를, 혼합하고 교반하여, 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 10의 땜납 조성물로서의 솔더 페이스트를 제작하였다.
전술한 각각의 실시예 및 비교예의 솔더 페이스트를 사용하여, 리플로우 납땜 장치(장치명: APSR-257, 고키테크사 제조)를 사용하여 이하와 같은 각 시험을 행하였다.
그리고, 리플로우 조건은 하기와 같다.
<<리플로우 조건>>
예비 가열: 공기 분위기, 200℃, 120초
본가열: 공기 분위기, 피크 온도 230℃, 220℃ 이상, 가열 시간 50초
(납땜성 시험)
테스트 기판으로서, 두께 18㎛의 동박이 적층된 유리 에폭시 기재에, 직경 6 ㎜의 원형의 개구부를 가지는 두께 22㎛의 솔더 레지스트에 의한 절연층이 형성되고, 또한 동박 보호를 위해 프리 플럭스(상품명: 터프에이스 F2, 시코쿠화성공업 제조)가 코팅된 것을 준비하였다.
상기 테스트 기판 표면의 개구부로부터 노출된 동박 상에, 전술한 각각의 실시예 및 비교예의 솔더 페이스트를 180㎛의 두께(메탈 마스크 두께)로 인쇄했다.
솔더 페이스트가 인쇄된 기판을, 상기 리플로우 조건 하에서 가열한 후, 디웨팅의 유무를 확인하였다.
확인 방법은, 각각의 기판마다 임의의 6개의 땜납 부분을 육안으로 관찰하여, 베이스부의 동박이 땜납으로 완전히 젖고, 튀어오른 상태 등을 전혀 관찰할 수 없는 것을 디웨팅 없음, 조금이라도 튀어오른 상태 등을 확인할 수 있는 것을 디웨팅 있음으로 하고, 전혀 디웨팅이 없는 것을 양호, 하나라도 디웨팅 있음이 있는 것을 불량으로 하였다.
(냉열 사이클 시험)
상기 납땜 시험에서 사용한 시험 기판에 있어서, 상기 원형 개구부 대신, 0.5 ㎜ 피치의 QFP(Quad Flat Package) 패턴을 형성한 테스트 기판을 준비하였다. 이러한 기판의 상기 패턴 상에, 상기 각각의 실시예 및 비교예의 솔더 페이스트를 180㎛ 두께(메탈 마스크 두께)로 인쇄했다.
상기 납땜 시험과 마찬가지로 리플로우한 후의 기판을, 기상식 열충격 시험기(TS-100, 쿠스모토 화성사 제조)를 사용하여 -40℃, 30분, 및 125℃, 30분간을 1사이클로 하고, 1000 사이클의 냉열 사이클 환경 하에 두었다. 그 후의 기판의 크랙의 유무를 확인하였다.
확인 방법은, 각각의 기판마다 임의의 20개소의 플럭스 잔사를 40배로 확대할 수 있는 실체 현미경으로 관찰하여, 전체 플럭스 잔사에 전혀 크랙이 없는 것을 양호, 일부 플럭스 잔사에 미소한 크랙이 존재하지만, QFP 패턴 사이를 연결하는 크랙은 없어 사용 가능한 것에 대해서도 양호, 크랙이 플럭스 잔사의 상하에서 완전히 형성되어 베이스부까지 관통하고 있는 것이 1개소라도 있는 것을 불량으로 평가했다.
(전압 인가 시험)
테스트 기판으로서, JIS Z 3197(1999) 8.5.3(b)5)(도 9. 시험 기판)에 기재된 빗형 전극 기판을 준비하였다.
상기 기판의 패턴 상에, 상기 각각의 실시예 및 비교예의 솔더 페이스트를 100㎛ 두께(메탈 마스크 두께)로 인쇄했다. 상기 납땜 시험과 마찬가지로 리플로우한 후의 기판을, JIS Z 3197(1999)8.5.3에 규정되어 있는 절연 저항 시험에 준거하여 전압 인가 시험을 행하였다.
전압 인가 시험은, 시험 조건으로서, 온도 85℃, 상대 습도 85%에 있어서, 인가 전압 16 V로, 1000시간 가습 열화시킴으로써 행하였다.
평가는, 인가 초기로부터 1000시간 경과하는 동안, 항상 9Ω/square 이상의 저항값을 유지한 경우에는 양호, 도중에 한 번이라도 9Ω/square 미만의 저항값을 나타낸 경우에는 불량으로 하였다.
(끈적거림 시험)
시험편으로서, 동판(50×25, 두께 0.5㎛)을 준비하고, 상기 시험편의 일면에 상기 각각의 실시예 및 비교예의 솔더 페이스트를 직경 6.5 ㎜의 사이즈로 200㎛ 두께(메탈 마스크 두께)로 도포했다.
상기 납땜 시험과 마찬가지의 조건 하에서 리플로우하고, 상온까지 냉각한 후의 상기 시험편을, JIS Z 3284(1994) 부속서 12에 규정되어 있는 리플로우 후의 솔더 페이스트 잔사의 점착성 시험에 준거하여, 분말 탈크(talc)를 뿌리고, 연모(軟毛) 브러시로 1회 신속하게 쓸어낸 후, 육안 관찰에 의해 상기 분말 탈크의 제거성을 관찰하여 평가했다.
분말 탈크가 브러시로 쓸어내어 용이하게 제거할 수 있으면 양호, 제거할 수없거나, 제거하는 것이 곤란하면 불량으로 하였다.
(땜납 볼 시험)
냉열 사이클 시험에서 사용한 시험 기판에 있어서, 상기 원형의 개구부 대신 6330칩 및 2012칩을 탑재할 수 있는 전극부의 동박부 상에 상기 각각의 실시예 및 비교예의 솔더 페이스트를 180㎛ 두께로 인쇄하고, 그 솔더 페이스트가 인쇄된 전극 상에 6330칩 7개 및 2012칩 20개 각각을 기판면까지 밀어넣어 탑재하고, 이 칩이 탑재된 기판을, 상기 리플로우 조건 하에서 가열한 후, 6330칩 및 2012칩의 각 사이드에 발생하는 사이드 볼의 발생의 유무를 15배로 확대할 수 있는 실체 현미경으로 확인하였다. 각각의 칩 전체에서의 사이드 볼 발생수가 기판 1장당 각각 5개 미만인 것을 양호로 하고, 이것을 초과하는 사이드 볼이 발생하는 것을 불량으로 하였다.
전술한 각각의 시험 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pct00009
표 1에 나타낸 바와 같이, 각각의 실시예는 납땜성(디웨팅 특성)이 모두 양호하며, 비교예는 모두 불량이었다.
수소 첨가되어 있지 않은 다이머산을 사용한 비교예 9 및 10에서는, 냉열 사이클 시험으로 크랙이 발생하였다.
또한, 수지 성분으로서 폴리아미드계의 수지를 사용한 비교예 5 내지 7에서는, 절연성이 양호하지 않았다. 이는, 땜납 조성물 중의 수지 성분이 흡습(吸濕) 열화를 일으켜, 절연 열화가 일어났기 때문인 것으로 여겨진다.
또한, 수지 성분으로서 아크릴 수지계의 수지를 사용한 비교예 1 내지 3에서는, 플럭스 잔사에 끈적거림이 생겼다.
비교예 1 내지 4 및 비교예 8에서는 땜납 볼의 발생이 현저했다.

Claims (7)

  1. 하기 식 1로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물 및 하기 식 2로 표시되는 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 폴리부타디엔(메타)아크릴레이트 화합물과, 수소 첨가된 다이머산이 포함되어 있는 플럭스:
    [화학식 1]
    Figure pct00010

    [화학식 2]
    Figure pct00011
    .
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이머산이, 하기 식 3으로 표시되는 다이머산 및 하기 식 4로 표시되는 다이머산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개인, 플럭스:
    [화학식 3]
    Figure pct00012

    (단, R1과 R2는, 동일하거나 상이한 알킬기이며, 또한 식중의 전체 탄소수가 36임)
    [화학식 4]
    Figure pct00013

    (단, R3와 R4는, 동일하거나 상이한 알킬기이며, 또한 식중의 전체 탄소수가 36임).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    로진, 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균화 로진 및 아크릴산 변성 로진으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 로진계 수지가, 더 포함되어 있는 플럭스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 플럭스를 포함하는 땜납 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    무연(無鉛: lead free) 땜납 합금이 포함되어 있는 땜납 조성물.
  6. 전자 회로 기판의 표면의 도체부에, 제4항 또는 제5항에 기재된 땜납 조성물을 인쇄하여 땜납 인쇄 패턴을 형성하는 공정;
    상기 땜납 인쇄 패턴 상에 전자 부품을 탑재하는 공정; 및
    상기 전자 부품이 탑재된 전자 회로 기판을 공기 분위기 중에서 150℃ 이상 200℃ 이하에서 예비 가열(pre-heat)한 후, 본 가열하는 리플로우(reflow)를 행하는 공정
    을 포함하는 전자 회로 실장(實裝) 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 예비 가열을, 60초 이상 180초 이하 동안 행하는, 전자 회로 실장 기판의 제조 방법.
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