KR20150050440A - 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 일정량 이상의 Ag를 함유하는 금속 분말, 예를 들어 Sn-Ag계 및 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 분말, 특히 Sn-3Ag-0.5Cu계 땜납 합금 분말이나 일정량의 Ag 분말을 포함하는 금속 혼합 분말 등을 사용한 경우에도, 리플로우시에 있어서의 금속간 화합물의 조대화와 이에 따른 이형 범프 및 이형 필릿의 발생을 억제할 수 있는 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결수단은, (a) 베이스 수지와 (b) 용제와 (c) 활성제와 (d) 증점제를 포함하고, 상기 베이스 수지 (a)는 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)과 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)를 포함하고, 상기 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 5중량％ 이하인 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트용 플럭스에 관한 것이다.

Description

솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트{FLUX FOR SOLDER PASTE AND SOLDER PASTE}
본 발명은, 프린트 기판과 전자 부품 등을 범프(bump)에 의해 접합할 때에 사용되는 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트에 관한 것이다.
구체적으로는, 일정량 이상의 Ag를 함유하는 금속 분말, 예를 들어 Sn-Ag계 및 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 분말, 특히 Sn-3Ag-0.5Cu계 땜납 합금 분말을 사용한 경우에도, 리플로우시에 있어서의 금속간 화합물의 조대화와, 이에 따른 이형(異形) 범프 및 이형 필릿(fillet)의 발생을 억제할 수 있는 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트에 관한 것이다.
솔더 페이스트 사용 방법의 하나로서, 기판 상에 전극이 되는 범프를 형성하는 방법을 들 수 있다. 또한, 다른 사용 방법으로서, 솔더 페이스트를 기판 상에 도포하고, 그의 점착성을 이용하여 전자 부품 등을 탑재하고, 리플로우의 가열에 의해 땜납을 용융시켜서 필릿을 형성하고, 전자 부품을 접합하는 방법을 들 수 있다. 이들 용도에 사용되는 솔더 페이스트는 플럭스와 땜납 합금 분말을 혼합하여 얻어지는 것이 일반적이다. 그리고 전자 부품, 기판과 땜납과의 접합 상태를 장기간에 걸쳐 유지하기 위해서, 상기 범프 및 필릿에는 양호한 강도가 특히 요구된다. 이 특성을 만족시키기 위해, 상기 땜납 합금 분말에는, 이전에는 주로 Pb를 포함하는 땜납 합금이 사용되고 있었다.
그러나, 근년에는 Pb가 초래하는 환경 오염을 감안하여, Pb를 사용하지 않는 소위 무연 땜납 합금이며, 양호한 강도를 갖는 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금, 특히 Sn-3Ag-0.5Cu계 땜납 합금이 땜납 합금 분말로서 널리 사용되도록 되고 있다. 이러한 땜납 합금은 양호한 강도를 갖지만, 고온 하에 노출되면 금속간 화합물인 Ag3Sn 결정이 조대화하기 쉬워진다고 하는 성질을 갖는다.
그리고 이 Sn-3Ag-0.5Cu계 땜납 합금 분말을 사용한 솔더 페이스트에 의해 기판 상에 범프나 필릿을 형성할 때, 그의 리플로우 피크 온도는 240℃ 내지 260℃로 하는 것이 일반적이었다. 그러나 근년에는 박형·소형화가 진행하여 기판이나 부품에 가해지는 열 부하를 저감시키는 등의 목적으로, 이 피크 온도를 비교적 저온(예를 들어 230℃ 내지 240℃)으로 하는 것이 늘어나고 있다.
여기서, 일반적으로 사용되고 있는 플럭스와 Sn-3Ag-0.5Cu계 땜납 합금 분말을 혼련한 솔더 페이스트를 사용하여, 상기와 같은 저온의 피크 온도 조건 하에서 범프나 필릿 형성을 행하면, 바늘상의 또는 판상의 금속간 화합물이 돌출된, 소위 이형 범프나 이형 필릿이 발생하기 쉬워진다.
이 이형 범프 및 이형 필릿 발생의 요인은 이하와 같다고 추측된다. 즉, 종래의 플럭스는 230℃ 내지 240℃의 온도 하에서는 유동성이 나빠지는 경향이 있다. 그로 인해, 이러한 플럭스를 사용한 솔더 페이스트의 경우, 상기 저온의 피크 온도 조건 하에서는 플럭스 잔사가 용융된 땜납 위에 덮이는 것과 같은 상태가 되기 쉽다. 그로 인해, 용융된 땜납의 냉각이 방해를 받아 땜납 자체의 고온 상태가 계속되고, 이것이 Ag3Sn 결정의 조대화를 촉진하는 것이라고 생각된다.
이형 범프 및 이형 필릿은 정상적인 것과 비교하여 조대화된 Ag3Sn이 접합을 저해하여 접합 신뢰성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 성장한 Ag3Sn이 인접하는 땜납 범프나 필릿과의 단락을 일으킨다는 문제가 있다. 또한 전자 제품의 고성능화 및 고밀도화 등에 따라 범프 및 부품 실장의 고밀도화 및 미세화가 요구되고 있는 경우도 있어, 이형 범프 및 이형 필릿의 억제는 납땜에 있어서 중요한 과제의 하나가 되고 있다.
이러한 Ag3Sn 결정의 조대화를 억제하는 방법으로서는, 예를 들어 Ag의 함유량을 일정량 이하로 한 무연 땜납이 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).
국제 공개 제2009-051240호
특허문헌 1에 개시되는 바와 같이 땜납 합금의 Ag 함유량을 저감시킴으로써 Ag3Sn 결정의 조대화를 방지할 경우, Ag 함유량의 저감에 의한 땜납 접합부의 강도 저하를 보충하기 위해서, 예를 들어 Zn과 같은 조성을 땜납 합금에 추가로 함유시키지 않으면 안된다. 그로 인해, 예를 들어 추가하는 조성의 종류나 함유량에 따라서는, 강도 이외의 땜납 접합부의 특성이 억제되거나, 또는 저해될 우려도 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로, 일정량 이상의 Ag를 함유하는 금속 분말, 예를 들어 Sn-Ag계 및 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 분말, 특히 Sn-3Ag-0.5Cu계 땜납 합금 분말을 사용한 경우에도, 리플로우시에 있어서의 금속간 화합물의 조대화와, 이에 따른 이형 범프 및 이형 필릿의 발생을 억제할 수 있는 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트를 제공하는 것을 그의 목적으로 한다.
본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트는, 이하의 구성을 포함하는 것을 그의 특징으로 한다.
(1) 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스는, (a) 베이스 수지와 (b) 용제와 (c) 활성제와 (d) 증점제를 포함하고, 상기 베이스 수지 (a)는 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)과 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)를 포함하고, 상기 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 5중량％ 이하인 것을 그의 특징으로 한다. 또한, 상기 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 25중량％ 내지 50중량％인 것이 바람직하다.
(2) 상기 (1)의 구성에 있어서, 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스는 상기 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)로서, 그의 산가가 300mgKOH/g를 초과하는 수지 (a-2')이 포함되는 것을 그의 특징으로 한다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서, 상기 연화점이 130℃ 이하이며 산가가 300mgKOH/g를 초과하는 수지 (a-2')의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 5중량％ 내지 15중량％인 것을 그의 특징으로 한다.
(4) 본 발명의 솔더 페이스트는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 솔더 페이스트용 플럭스와 금속 분말을 포함하는 솔더 페이스트이며, 상기 금속 분말은, 적어도 Sn과 Ag를 포함하는 땜납 합금 분말, Sn 분말과 Ag 분말을 포함하는 금속 혼합 분말, 또는 상기 땜납 합금 분말과 상기 Sn 분말 및 상기 Ag 분말 중 적어도 한쪽의 혼합물이고, 상기 금속 분말에 포함되는 Ag의 총 함유량은 상기 금속 분말 전량에 대하여 1중량％ 이상인 것을 그의 특징으로 한다.
(5) 상기 (4)의 구성에 있어서, 상기 금속 분말은, 적어도 Sn과 Ag를 포함하는 땜납 합금 분말, Sn 분말과 Ag 분말을 포함하는 금속 혼합 분말, 또는 상기 땜납 합금 분말과 상기 Sn 분말 및 상기 Ag 분말 중 적어도 한쪽의 혼합물이며, 상기 금속 분말에 포함되는 Ag의 총 함유량은 상기 금속 분말 전량에 대하여 2.7중량％ 초과인 것을 그의 특징으로 한다.
본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스는, 베이스 수지 (a)로서 사용되는 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)과 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)의 배합량을 조정함으로써, 일정량 이상의 Ag를 함유하는 금속 분말, 예를 들어 Sn-Ag계 및 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 분말, 특히 Sn-3Ag-0.5Cu계 땜납 합금 분말과 혼합하여 솔더 페이스트로 한 경우에도, 그의 리플로우시에 있어서의 금속간 화합물의 조대화와, 이에 따른 이형 범프 및 이형 필릿의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트는, 연화점이 130℃ 이하이며 산가가 300mgKOH/g를 초과하는 수지 (a-2')을 일정량 배합함으로써, 솔더 페이스트의 용융성, 땜납 습윤성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트는, 이형 범프 및 이형 필릿의 발생을 억제하면서 일정량 이상의 Ag를 함유하는 금속 분말, 예를 들어 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 분말을 사용할 수 있다. 그로 인해, 이것을 사용하여 형성한 범프 및 필릿은 특히 양호한 강도를 유지할 수 있고, 땜납 접합 신뢰성이 우수한 범프 및 필릿을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 및 비교예에 관한 솔더 페이스트의 이형 범프 발생 평가에 있어서 FR 기판 상에 인쇄한 각 솔더 페이스트를 가열 용융시켰을 때의 열 프로파일을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명이 상기 실시 형태로 한정되지 않는 것은 물론이다.
1. 솔더 페이스트용 플럭스
(a) 베이스 수지
본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에 사용하는 베이스 수지 (a)는, 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)과 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)를 포함한다. 그리고 상기 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 5중량％ 이하(0을 포함함)이다.
또한, 상기 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 25중량％ 내지 50중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 그의 배합량은, 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 35중량％ 내지 45중량％이다.
이와 같이, 상기 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)과 상기 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)의 배합량을 조정한 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스는, 예를 들어 230℃ 내지 240℃와 같은 비교적 저온의 리플로우 피크 온도 조건 하에서도 양호한 유동성을 갖기 때문에, 용융된 땜납의 냉각을 저해하기 어려운 것으로 추측된다.
이상으로부터, 이러한 솔더 페이스트용 플럭스를 사용한 솔더 페이스트는, 일정량 이상의 Ag를 함유하는 금속 분말, 예를 들어 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 분말이나 일정량의 Ag 분말을 포함하는 금속 혼합 분말 등을 사용한 경우에도 Ag3Sn 결정의 조대화, 및 이형 범프 및 이형 필릿의 발생을 억제할 수 있는 것으로 생각된다.
또한 솔더 페이스트의 용융성, 땜납 습윤성을 향상시키기 위해서, 상기 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)로서, 그의 산가가 300mgKOH/g를 초과하는 수지 (a-2')을 사용할 수 있다.
상기 연화점이 130℃ 이하이며 산가가 300mgKOH/g를 초과하는 수지 (a-2')의 배합량은, 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 5중량％ 내지 15중량％인 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스 수지 (a)의 배합량은, 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 30중량％ 내지 50중량％인 것이 바람직하다. 또한 보다 바람직한 그의 배합량은, 40중량％ 내지 45중량％이다.
또한, 상기 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)과 상기 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)의 연화점은, 환구법(ring and ball method)을 사용하여 계측할 수 있다.
그리고 이러한 수지로서, 예를 들어 이하에 예를 드는 수지를 사용할 수 있다. 이들은 그의 연화점에 따라, 상기 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)과 상기 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)로 구분된다.
<로진>
상기 베이스 수지 (a)로서 사용되는 로진으로서는, 예를 들어 톨유 로진, 검 로진, 우드 로진 등의 로진; 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균일화 로진, 아크릴산 변성 로진, 말레산 변성 로진 등의 로진 유도체 등을 들 수 있다.
이들 로진은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
<아크릴 수지>
상기 베이스 수지 (a)로서 사용되는 아크릴 수지로서는, 예를 들어 (메트)아크릴산, 이타콘산, 말레산, 크로톤산 등의 카르복실기를 갖는 단량체; (메트)아크릴산 옥틸, (메트)아크릴산 노닐, (메트)아크릴산 데실, (메트)아크릴산 운데실, (메트)아크릴산 도데실, (메트)아크릴산 트리데실, (메트)아크릴산 테트라데실, (메트)아크릴산 라우릴, (메트)아크릴산 스테아릴, 및 이들의 이소(iso)체 등, (메트)아크릴산 메틸, (메트)아크릴산 에틸, (메트)아크릴산 부틸, (메트)아크릴산 헥실, (메트)아크릴산 프로필 등의 단량체를 단독으로 또는 복수종으로 중합·공중합시킴으로써 얻어진다. 상기 아크릴 수지의 연화점 및 산가는 단량체의 배합비, 배합량 및 중합·공중합시의 조건 등에 의해 적절히 조정할 수 있다.
<기타 수지>
상기 베이스 수지 (a)로서 사용되는 기타 수지로서는, 예를 들어 스티렌-말레산 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지 등을 들 수 있다.
상술한 각 수지는 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에 사용할 수 있는 수지는, 이들로 한정되는 것은 아니다.
(b) 용제
본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에 사용하는 용제 (b)로서는, 예를 들어 이소프로필알코올, 에탄올, 아세톤, 톨루엔, 크실렌, 아세트산에틸, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 글리콜에테르, 헥실디글리콜, (2-에틸헥실)디글리콜, 페닐글리콜, 부틸카르비톨, 옥탄디올, α-테르피네올, β-테르피네올, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리멜리트산트리스(2-에틸헥실), 세바스산비스(2-에틸헥실) 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에 사용할 수 있는 용제 (b)는 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 용제 (b)의 배합량은, 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 30중량％ 내지 65중량％인 것이 바람직하다. 또한 보다 바람직한 그의 배합량은 40중량％ 내지 60중량％이고, 더욱 바람직한 그의 배합량은 40중량％ 내지 50중량％이다.
(c) 활성제
본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에 사용하는 활성제 (c)로서는, 예를 들어 카르복실산류 및 할로겐을 포함하는 화합물을 들 수 있다.
상기 카르복실산류로서는, 예를 들어 모노카르복실산, 디카르복실산 등 이외에, 기타 유기산을 들 수 있다. 이 카르복실산류는 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 모노카르복실산으로서는, 예를 들어 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 에난트산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 펜타데실산, 팔미트산, 마르가르산, 스테아르산, 투베르쿨로스테아르산, 아라키드산, 베헨산, 리그노세르산, 글리콜산 등을 들 수 있다. 디카르복실산으로서는, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 푸마르산, 말레산, 타르타르산, 디글리콜산 등을 들 수 있다.
상기 기타 유기산으로서는 이량체산, 레불린산, 락트산, 아크릴산, 벤조산, 살리실산, 아니스산, 시트르산, 피콜린산 등을 들 수 있다.
상기 활성제 (c)로서 상기 카르복실산류를 배합하는 경우, 그의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 0.1중량％ 내지 5중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 그의 배합량은 0.3중량％ 내지 2중량％이다.
또한 상기 할로겐을 포함하는 화합물로서는, 예를 들어 비해리성의 할로겐화 화합물(비해리형 활성제)과 해리형의 할로겐 함유 화합물(해리형 활성제)을 들 수 있다.
상기 비해리성의 할로겐화 화합물로서는, 할로겐 원자가 공유 결합에 의해 결합된 비염계의 유기 화합물을 들 수 있다. 또한 할로겐화 화합물로서는 염소화물, 브롬화물, 불화물과 같은 염소, 브롬, 불소의 각 단독 원소의 공유 결합에 의한 화합물일 수도 있고, 이 3개의 원소의 임의의 2개 또는 전부의 각각의 공유 결합을 갖는 화합물일 수도 있다.
이들 화합물은 수성 용매에 대한 용해성을 향상시키기 위해서, 예를 들어 할로겐화 알코올과 같이 수산기 등의 극성기를 갖는 것이 바람직하다. 할로겐화 알코올로서는, 예를 들어 2,3-디브로모프로판올, 2,3-디브로모부탄디올, 1,4-디브로모-2-부탄올, 트리브로모네오펜틸알코올 등의 브롬화 알코올; 1,3-디클로로-2-프로판올, 1,4-디클로로-2-부탄올 등의 염소화 알코올; 3-플루오로카테콜 등의 불소화 알코올; 기타 이들과 유사한 화합물을 들 수 있다.
상기 활성제 (c)로서 상기 비해리성의 할로겐화 화합물을 배합하는 경우, 그의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 0.5중량％ 내지 5중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 그의 배합량은 1중량％ 내지 3중량％이다.
상기 해리형의 할로겐 함유 화합물(해리형 활성제)로서는, 예를 들어 아민, 이미다졸 등의 염기의 염화수소산염 및 브롬화수소산염을 들 수 있다. 염화수소산 및 브롬화수소산의 염의 일례로서는 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, n-프로필아민, 디-n-프로필아민, 트리-n-프로필아민, 이소프로필아민, 디이소프로필아민, 부틸아민, 디부틸아민, 트리부틸아민, 시클로헥실아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 비교적 탄소수가 작은 아민; 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-메틸-4-메틸이미다졸, 2-메틸-4-에틸이미다졸, 2-에틸-4-에틸이미다졸, 2-프로필이미다졸, 2-프로필-4-프로필이미다졸 등의 염화수소산염 및 브롬화수소산염 등을 들 수 있다.
상기 활성제 (c)로서 상기 해리형의 할로겐 함유 화합물을 배합하는 경우, 그의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 0.1중량％ 내지 3중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 그의 배합량은 0.3중량％ 내지 1중량％이다.
나아가, 상기 활성제 (c)로서, 상기 아민류 및 상기 이미다졸류를 단체(單體)로 사용할 수도 있다. 그 경우의 상기 아민류 및 상기 이미다졸류의 배합량은, 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 0.1중량％ 내지 5중량％인 것이 바람직하다. 더 바람직한 그의 배합량은 0.5중량％ 내지 3중량％이다.
(d) 증점제
본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에 사용하는 증점제 (d)로서는, 예를 들어 틱소제(thixotropic agent) 및 당의 지방산 에스테르 등을 들 수 있다.
상기 틱소제로서는, 예를 들어 경화 피마자유, 수소 첨가 피마자유, 포화 지방산 아미드, 포화 지방산 비스아미드류, 옥시 지방산류 및 디벤질리덴소르비톨류 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 납땜용 플럭스에 사용할 수 있는 틱소제는 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 당의 지방산 에스테르 당으로서는, 예를 들어 덱스트린 및 이눌린 중 적어도 한쪽이 사용된다. 또한 상기 당의 지방산 에스테르 지방산으로서는, 팔미트산, 스테아르산, 2-에틸헥산산 및 미리스트산으로부터 선택되는 적어도 어느 한쪽이 사용된다.
상기 증점제 (d)로서 상기 틱소제를 사용하는 경우, 그의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 3중량％ 내지 15중량％인 것이 바람직하다.
상기 증점제 (d)로서 상기 당의 지방산 에스테르를 사용하는 경우, 그의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 0.1중량％ 내지 5중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 그의 배합량은 0.5중량％ 내지 2중량％이다.
또한 상기 증점제 (d)로서 상기 틱소제와 상기 당의 지방산 에스테르를 병용하는 경우, 그의 배합량은 총량으로 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 3중량％ 내지 10중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 그의 배합량은 총량으로 5중량％ 내지 8중량％이다.
(e) 그 밖의 성분
본 발명의 솔더 페이스트용 플럭스에는, 상기 성분의 이외에 추가로 산화 방지제, 및 할로겐, 소광제 및 소포제 등의 첨가제를 첨가할 수도 있다.
상기 산화 방지제로서는, 예를 들어 힌더드 페놀계 산화 방지제, 페놀계 산화 방지제, 비스페놀계 산화 방지제, 중합체형 산화 방지제 등을 들 수 있다. 그중에서도 특히 힌더드 페놀계 산화제가 바람직하게 사용된다. 또한 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
또한 상기 산화 방지제 및 상기 첨가제의 배합량은, 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 총량으로 3중량％ 내지 20중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 그의 배합량은 5중량％ 내지 15중량％이다.
2. 금속 분말
본 발명의 솔더 페이스트에 사용하는 금속 분말으로서는, 예를 들어 적어도 Sn과 Ag를 포함하는 땜납 합금 분말, Sn 분말과 Ag 분말을 포함하는 금속 혼합 분말, 또는 상기 땜납 합금 분말과 상기 Sn 분말 및 상기 Ag 분말 중 적어도 한쪽의 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 Sn-Ag계 땜납 합금 분말, Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 분말, Ag 분말과 Sn 분말의 금속 혼합 분말, Ag 분말과 Sn 분말과 Cu분의 금속 혼합 분말, Sn-Ag계 땜납 합금 분말과 Ag 분말의 혼합물, Sn-Ag계 땜납 합금 분말과 Sn 분말의 혼합물 등을 들 수 있다.
이러한 금속 분말에 포함되는 Ag의 총 함유량은, 상기 금속 분말 전량에 대하여 1중량％ 이상인 것이 바람직하고, 2.7중량％ 초과인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 금속 분말을 사용한 솔더 페이스트는 양호한 강도를 갖는 땜납 접합부를 형성할 수 있다.
상기 땜납 합금 분말로서는, 특히 Sn-3Ag-0.5Cu계로 대표되는 Ag의 함유량이 2.7중량％ 초과인 땜납 합금 분말이 바람직하게 사용된다.
이러한 땜납 합금 분말에는 Sn 및 Ag 이외에, 예를 들어 Cu, Bi, Zn, In, Ga, Sb, Au, Pd, Ge, Ni, Cr, Al, P 및 In 등을 단독으로 또는 복수 조합하여 함유시킬 수 있다.
또한 상기 금속 혼합 분말 또는 상기 혼합물에는, Sn 분말 및 Ag 분말 이외에, 예를 들어 Cu 분말, Bi 분말, Zn 분말, In 분말, Ga 분말, Sb 분말, Au 분말, Pd 분말, Ge 분말, Ni 분말, Cr 분말, Al 분말, P 분말 및 In 분말 등을 단독으로 또는 복수 조합하여 배합할 수 있다.
상기 금속 분말의 배합량은, 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 65중량％ 내지 95중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 그의 배합량은 85중량％ 내지 93중량％이고, 특히 바람직한 그의 배합량은 89중량％ 내지 92중량％이다.
상기 금속 분말의 배합량이 65중량％ 미만인 경우에는, 얻어지는 솔더 페이스트를 사용한 경우에 충분한 땜납 접합이 형성되기 어려워지는 경향이 있다. 한편 상기 금속 분말의 함유량이 95중량％를 초과하는 경우에는 바인더로서의 솔더 페이스트용 플럭스가 부족하기 때문에, 솔더 페이스트용 플럭스와 금속 분말을 혼합하기 어려워지는 경향이 있다.
3. 솔더 페이스트
본 발명의 솔더 페이스트는, 상기 솔더 페이스트용 플럭스와 상기 금속 분말을 공지된 방법으로 혼합함으로써 제작된다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<아크릴 수지의 생성>
하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물 40중량％와, 하기 화학식 (2)로 표시되는 화합물 60중량％를 혼합한 용액 1을 제작하였다.
Figure pat00001
Figure pat00002
교반기, 환류관과 질소 도입관을 구비한 500ml의 4구 플라스크에 디에틸헥실글리콜을 200g 투입하고, 이것을 110℃로 가열하였다. 그 후, 용액 1(합계 300g)에, 아조계 라디칼 개시제(디메틸2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 상품명: V-601, 와꼬 쥰야꾸(주) 제조)를 0.2중량 내지 5중량％ 가하여 용해시켰다. 이 용액을 1.5시간에 걸쳐 적하하고, 적하 후 110℃에서 1시간 교반 후, 반응을 종료하여 아크릴 수지를 얻었다. 아크릴 수지의 중량 평균 분자량은 15,000, 산가는 0mgKOH/g이었다.
<각 솔더 페이스트의 제작>
표 1에 기재된 조성 및 배합량으로 실시예 1 내지 10, 및 표 2에 기재된 조성 및 배합량으로 비교예 1 내지 7에 관한 각 솔더 페이스트용 플럭스를 제작하였다.
즉, 표 1 및 표 2의 기재에 기초하여, 각 베이스 수지와 각 용제를 용액에 투입하고, 이것을 가열 용해시켰다. 계속하여 이것에 표 1 및 표 2에 기재된 각 증점제를 첨가하여 용해시키고, 추가로 각 활성제와 각 첨가제를 첨가하여 이것을 용해시킨 후에 용액을 냉각시켜, 각 솔더 페이스트용 플럭스를 얻었다. 또한, 표 1 및 표 2 중, 조성을 표시하는 것에 관한 수치의 단위는 특별한 언급이 없는 한 중량％이다.
계속하여 상기 각 솔더 페이스트용 플럭스 12중량％와 96.5Sn-3Ag-0.5Cu 땜납 합금 분말(평균 입경 2㎛ 내지 6㎛) 88중량％를 공지된 방법으로 혼련하여, 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 7에 관한 각 솔더 페이스트를 얻었다.
Figure pat00003
Figure pat00004
*1 아라까와 가가꾸 고교(주) 제조 수소 첨가 산 변성 로진 연화점: 134℃, 산가: 245
*2 피노바. 인크.(Pinova. Inc.) 제조 완전 수소 첨가 로진 연화점: 88℃, 산가 173
*3 하리마 가세이(주) 로진 변성 특수 합성 수지 연화점: 95℃, 산가: 160
*4 아라까와 가가꾸 고교(주) 제조 산 변성 로진 연화점: 120℃, 산가: 320
*5 아라까와 가가꾸 고교(주) 제조 로진 에스테르 연화점: 104℃, 산가: 24
*6 아라까와 가가꾸 고교(주) 제조 로진 연화점: 94℃, 산가: 180
*7 아라까와 가가꾸 고교(주) 제조 로진 함유 디올 연화점: 99℃, 산가: 1 이하
*8 닛본 테르펜 가가꾸(주) 제조 α-테르피네올
*9 닛본 가세이(주) 제조 헥사메틸렌히드록시스테아르산아미드
*10 치바 세이분(주) 제조 팔미트산덱스트린 화합물
*11 유니다임(Unidym) 제조 이량체산
*12 바스프(BASF) 재팬 제조 힌더드페놀
*13 니찌유(주) 제조 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌글리콜
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 7의 각 솔더 페이스트에 대하여 이하와 같이 측정 및 평가를 행하였다. 그의 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다.
<이형 범프 발생>
FR 기판(Cu-OSP 처리/50mm×50mm×1.6mm/SRO 100㎛) 및 에디티브(additive) 가공 스텐실 마스크((주)프로세스·래보·마이크론 제조, 205mm×245mm 프레임, 50㎛t/MMO 100㎛/피치 사이즈 400㎛)를 준비하였다. 상기 마스크를 사용하여, 각 솔더 페이스트를 스텐실 스퀴지(stencil squeegee)로 상기 FR 기판 상에 손으로 인쇄하였다.
계속하여 인쇄 후의 각 FR 기판을 리플로우 오븐(제품명: TNP25-538EM, (주)타무라 세이사꾸쇼 제조)에 넣고, 질소 분위기(산소 농도 100ppm) 하에서, 도 1에 나타내는 열 프로파일 조건 하에서 FR 기판 상의 솔더 페이스트를 가열 용융시켰다. 그 후, 가열한 각 FR 기판을 실온까지 냉각시켜서 현미경을 사용하여 그의 용융 상태를 관찰하고, 형성된 범프로부터 바늘상 또는 판상의 돌기물이 나오고 있는지 여부를 이하의 기준으로 평가하였다.
◎: 바늘상 또는 판상의 돌기물이 발생하고 있지 않음
○: 바늘상 또는 판상의 돌기물이 발생하고 있지만, 이것이 범프 윤곽의 원을 초과하여 성장하고 있지 않음
△: 바늘상 또는 판상의 돌기물이 발생하고 있고, 이것이 상면으로부터 관찰한 경우에 범프 윤곽의 원을 초과하여 성장하고 있음
×: 바늘상 또는 판상의 돌기물이 발생하고 있고, 이것이 인접 범프와 브릿지되는 크기로 성장하고 있음
<용융성>
상기 이형 범프 발생 시험을 행한 각 FR 기판에 대하여 관찰하고, 이하의 기준으로 평가하였다.
◎: 이형 범프도 땜납 볼의 발생도 없음
○: 이형 범프의 발생은 없지만 솔더 볼(solder ball)(세정하여 떨어지는 것)이 발생하고 있음
△: 범프는 형성되어 있지만 이형 범프가 발생하고 있음
×: 미용융 또는 미싱 범프(missing bump)가 발생하고 있음
<세정성>
세정액으로서 크린쓰루 750K((주)카오 제조)를 준비하였다. 300cc의 비이커에 상기 세정액을 250cc 내지 300cc 넣고, 이것을 교반 장치가 구비된 핫 플레이트 상에서 교반 및 가온하였다. 또한, 교반에는 30mmφ의 크로스헤드 교반자를 사용하였다.
상기 용융성 시험 후의 각 FR 기판을 상기 세정액이 들어간 비이커에 잠기도록 달아매고, 소정의 시간과 회전수로 이것을 세정하였다. 세정 후, 각 FR 기판을 순수(純水)로 린스하였다. 린스 후의 각 FR 기판에 대하여 금속 현미경을 사용하여 리플로우 잔사의 세정 찌꺼기의 유무를 관찰하고, 이하의 기준으로 평가하였다.
◎: 세정액 온도 50℃/교반 없음/세정 시간 60초로 세정할 수 있음
○: 세정액 온도 50℃/회전 수 300rpm/세정 시간 60초로 세정할 수 있음
△: 세정액 온도 60℃/회전 수 400rpm/세정 시간 120초로 세정할 수 있음
×: 세정액 온도 60℃/회전 수 400rpm/세정 시간 120초로 세정할 수 없음
Figure pat00005
Figure pat00006
이상, 실시예에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 솔더 페이스트는, 베이스 수지로서 사용되는 연화점이 130℃를 초과하는 수지와 연화점이 130℃ 이하인 수지의 배합량을 조정함으로써, Sn-3Ag-0.5Cu 땜납 합금 분말을 사용한 경우에도 리플로우시에 있어서의 금속간 화합물의 조대화와, 이에 따른 이형 범프의 발생을 억제할 수 있는 것이라고 생각된다. 또한 이들 솔더 페이스트는 양호한 용융성과 세정성을 갖고 있다.
또한 연화점이 130℃ 이하이며 산가가 300mgKOH/g를 초과하는 수지인 KE-120을 일정량 배합한 실시예 3, 8 및 9는, 그의 용융성이 특히 우수한 것을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 실시예의 솔더 페이스트를 사용하여 형성된 범프는 이형 범프의 발생이 억제되어 있고, 또한 일정량 이상의 Ag를 함유하는 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금을 포함하는 점에서 양호한 강도를 유지할 수 있어, 이에 의해 우수한 땜납 접합 신뢰성을 실현할 수 있다.

Claims (5)

  1. (a) 베이스 수지와 (b) 용제와 (c) 활성제와 (d) 증점제를 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스이며,
    상기 베이스 수지 (a)는 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)과 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)를 포함하고,
    상기 연화점이 130℃를 초과하는 수지 (a-1)의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 5중량％ 이하인 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연화점이 130℃ 이하인 수지 (a-2)로서, 그의 산가가 300mgKOH/g를 초과하는 수지 (a-2')이 포함되는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연화점이 130℃ 이하이며 산가가 300mgKOH/g를 초과하는 수지 (a-2')의 배합량은 솔더 페이스트용 플럭스 전량에 대하여 5중량％ 내지 15중량％인 것을 특징으로 솔더 페이스트용 플럭스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 솔더 페이스트용 플럭스와 금속 분말을 포함하는 솔더 페이스트이며,
    상기 금속 분말은, 적어도 Sn과 Ag를 포함하는 땜납 합금 분말, Sn 분말과 Ag 분말을 포함하는 금속 혼합 분말, 또는 상기 땜납 합금 분말과 상기 Sn 분말 및 상기 Ag 분말 중 적어도 한쪽의 혼합물이고,
    상기 금속 분말에 포함되는 Ag의 총 함유량은 상기 금속 분말 전량에 대하여 1중량％ 이상인 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속 분말은, 적어도 Sn과 Ag를 포함하는 땜납 합금 분말, Sn 분말과 Ag 분말을 포함하는 금속 혼합 분말, 또는 상기 땜납 합금 분말과 상기 Sn 분말 및 상기 Ag 분말 중 적어도 한쪽의 혼합물이고,
    상기 금속 분말에 포함되는 Ag의 총 함유량은 상기 금속 분말 전량에 대하여 2.7중량％ 초과인 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
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