KR20150111403A - 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스 및 페이스트, 이를 이용하여 납땜하는 방법 - Google Patents

전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스 및 페이스트, 이를 이용하여 납땜하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자부품 납땜 시 용융온도를 손쉽게 제어할 수 있는 무연땜납용 합금분말과 이에 혼합되는 수지 50~80 wt%, 첨가제 5~30 wt%, 용제 1~20 wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자부품 실장용 무연땜납 플럭스와 페이스트를 제공하여 납땜이 불규칙하게 발생하는 현상을 방지하는 동시에 이러한 무연땜납용 합금분말과 적절하게 결합하여 신뢰성을 높일 수 있는 플럭스 조성물을 제공하는 동시에 양호한 작업성을 확보할 수 있다. 이와 더불어 전기적 접합강도 특성이 매우 우수하고 플럭스 잔사가 경화되어 납땜 후의 접합강도도 상승시킬 수 있어 그 특성이 향상된 페이스트를 제공할 수 있는 것이다.

Description

전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스 및 페이스트, 이를 이용하여 납땜하는 방법 {A Pb FREE SOLDERING FLUX AND PASTE FOR ELECTRONIC COMPONENT, AND A SOLDERING METHOD USING THE SAME MATERIALS}
본 발명은 전기, 전자기기의 배선이나 접점 재료를 접합할 때, 납땜용 분말과 섞어서 사용하기에 적합한 플럭스 조성물과 이러한 플럭스 조성물을 납땜용 합금분말과 혼합하여 제조한 페이스트로서, 좀 더 상세하게는 양호한 작업성을 확보하는 동시에 높은 신뢰성과 접착강도를 갖는 무연납땜용 플럭스와 페이스트를 제공하고자 하는 것이다.
일반적으로 전자제품을 실장하거나 납땜하는 공정에서 전자부품 단자와 전극을 접합하기 위하여, 납땜용 페이스트를 사용하는 경우가 많다. 납땜 소재는 용융하는 온도에 따라 납(Pb)의 용융 온도보다 낮은 온도에서 용융되는 연납과, 용융온도가 450℃ 이상인 경납으로 크게 대별되고 있다. 낮은 융점의 연납은 낮은 융점을 갖는 금속인 주석(Sn)과 납(Pb)으로 이루어진 것으로 이들의 젖음성, 융점, 기계적 강도 등 여러 면에서 뛰어난 점을 이용하여 오래 전부터 사용되던 접합재료 중의 하나이다. 하지만 납(Pb)이 환경 및 인체에 미치는 영향이 문제시되어 요즈음 들어 납이 포함되지 않는 무연납땜용 합금이 연구되어 실용화되고 있으며, 이러한 무연 납땜 합금 개발과 더불어 이들 납땜용 합금분말과 혼련하여 사용하고 있는 플럭스에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
한편, 최근에는 전자제품의 소형화 및 고성능화에 따라서, 납땜 접합부의 미세화가 진행되고 있다. 이러한 전자부품은 낙하 및 반복적인 사용에 의해 충격을 받는 경우, 충격에 의해 접합부위가 손상을 받을 우려가 있다. 특히, 접합부위가 미세할수록 충격을 받은 경우에 그 영향이 매우 크기 때문에 접합 신뢰성의 저하가 우려되고 있다. 또한, 미세화 기술의 확립과 병행하여 환경부하의 경감에 대하여도 연구를 하고 있으며, 이에 대한 해결책으로 저융점 땜납을 사용한 저온 접합 프로세스에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.(특허문헌 1 참조)
그러나 Sn-Bi계 땜납은 기계적 강도가 충분하지 않다. 이 때문에 Sn-Bi계 땜납을 사용하여 미세한 접합부를 형성하는 경우에는 접합부가 충격을 받았을 경우뿐만 아니라, 전자제품이 가혹한 조건에서 사용되었을 때도 접합 강도가 저하될 우려가 있다. 이러한 접합강도를 향상시키기 위하여, 납땜용 합금분말과 열경화성 수지류를 포함하는 납땜용 플럭스를 접합재료로 사용하는 방법이 제안되고 있다. 이러한 납땜용 페이스트를 사용한 접합부는 땜납 층 주위에 경화 수지막이 형성되기 때문에 강도가 향상된다고 생각되며, 경화 수지막이 전자부품과 회로기판의 간극을 충진하여 밀착성을 보강하여 강도 향상에 기여하는 것으로 판단되는 것이다. (특허문헌 2, 3 참조)
이와 더불어 솔더 페이스트를 사용한 접합방법이나 전자기기의 제조방법(특허문헌 4 참조)이 제시되고 있다. 특허문헌 2는 솔더 페이스트를 가열함으로써 고융점 금속과 저융점 금속이 금속간 화합물을 생성시키도록 하고 있지만, Cu와 Sn의 조합에서는 확산속도가 느리기 때문에 저융점 금속인 Sn이 잔류하게 되고 잔류된 Sn은 납땜 공정에서 용융하여 유출될 우려가 있어 신뢰성이 낮다는 문제점이 있다.
[특허문헌 1] 미국특허공보 5,393,489호 [특허문헌 2] 일본 특허공개공보 2006-334669호 공보 [특허문헌 3] 일본 특허공개공보 2002-224885호 공보 [특허문헌 4] 일본 특허공개공보 2002-254194호 공보
본 발명은 전자기기 부품 등을 납땜할 때, 납땜용 합금분말과 적절하게 결합하여 납땜 특성을 높일 수 있는 플럭스 조성물을 제공하고, 납땜용 합금분말과 플럭스를 혼합하여 사용할 때, 양호한 작업성을 확보할 수 있고 높은 신뢰성과 접합강도를 유지할 수 있는 납땜용 페이스트를 제공하고자 하는 것이다.
위에서 설명된 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 예시의 목적을 위하여 개시된 것이고, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능한 것으로 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 융점이 낮은 합금분말과 융점이 높은 합금분말 즉, 융점이 서로 다른 무연납땜용 합금분말들과 혼합되는 플럭스에 있어서, 상기 플럭스는 수지 50~80 wt%, 첨가제 5~30 wt%, 용제 1~20 wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스를 특징으로 할 수 있다.
또한 구체적으로는, 상기 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지 또는 그 변성 수지, 아크릴 수지로 이루어지는 열경화성 수지군 또는 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리메타크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스 수지로 이루어지는 열가소성 수지 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스인 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 첨가제는 활성제, 칙소제, 경화제, 산화방지제와 점도 안정도를 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스인 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 용제는 알코올, 글리콜에테르, 글리시딜 에테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스인 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 활성제는 아민계 염산염, 아민계 브롬염, 유기카르복실산, 유기산 할로겐염으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스인 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 칙소제는 오일, 왁스로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스인 것이다.
또한 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트에 있어서, 상기 페이스트가 무연납땜용 합금분말 85~90 wt%와 잔부가 위에 기재된 것 중 하나의 플럭스로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트에 관한 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 무연납땜용 합금분말은 저융점 무연땜납 합금분말과 고융점 무연땜납 합금분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트인 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 고융점 무연납땜용 합금분말의 융점은 215℃ 이상인 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트인 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 저융점 무연납땜용 합금분말의 융점은 215℃ 이하인 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트인 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 고융점 무연납땜용 합금분말은 Ag: 0 초과 5.0 wt% 이하, Cu: 0 초과 1 wt% 이하, 잔부 Sn으로 이루어진, 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트인 것이다.
또한 구체적으로는, 상기 저융점 무연납땜용 합금분말은 Bi: 50~60 wt%, Ag: 1.0 wt% 이하, 잔부 Sn으로 이루어진, 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트인 것이다.
이와 더불어, 전자부품을 무연 땜납 솔더 페이스트로 접합하는 방법에 있어서, 전자부품을 준비하는 단계; 페이스트가 무연납땜용 합금 분말 85~90 wt%와 잔부 수지 50~80 wt%, 첨가제 5~30 wt%, 용제 1~20 wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자부품 실장용 무연땜납 페이스트를 부착하는 단계, 250℃까지 가열하여 무연 납땜용 솔더 페이스트를 용융시켜 접합하는 단계로 이루어진 전자부품을 납땜하는 방법에 관한 것이다.
또한, 구체적으로는, 가열하는 상기 온도는 150~250℃인 것에 특징이 있는 전자부품을 납땜하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 무연납땜용 페이스트 내에 있는 저융점 납땜용 합금분말이 먼저 용융된 후 액상의 저융점 납땜용 합금분말이 고융점의 납땜용 합금분말로 서로 확산 및 용융이 일어나게 되어 전자부품의 접착 강도뿐만 아니라, 낮은 온도에서 납땜 공정을 수행할 수 있는 것은 물론, 양호한 작업성을 확보하는 동시에 높은 신뢰성을 갖는 무연납땜용 플럭스를 제공하고자 하는 것이다. 또한, 에폭시 수지를 함유한 페이스트로 납땜 후 플럭스 잔사가 경화되어 부품의 접착강도가 상승되는 효과를 가지고 있어 우수한 품질의 전자부품을 얻을 수 있는 것이다.
도 1은 전자부품 접합방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 Sn-Bi-Ag의 융점과 관련된 상평형도이다.
도 3은 Sn-Ag-Cu계의 융점과 관련된 상평형도이다.
도 4는 실시예 2와 비교예의 2000 사이클까지 접합강도를 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 5의 (a)는 비교예로 납땜된 전자부품을 히트사이클 조에 2000회 침지한 후 접착면의 단면의 사진이고, (b)는 실시예로 납땜된 전자부품을 히트 사이클 조에 2000회 침지한 후 접착면의 단면의 사진인 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 바탕으로 설명함으로써 본 발명을 상술하고자 한다. 도면들 중 본 발명의 요지를 불필요하게 할 수 있는 공지의 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 고융점 및 저융점 무연납땜용 합금분말들에 플럭스를 혼련한 납땜용 페이스트가 가열에 의해 접합되는 과정을 순차적으로 도시한 순서도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 도 1의 (a)는 접합될 전자부품이 준비되고 전자부품 표면(11a, 11b)에 납땜용 페이스트(10)를 주입한 상태를 도시한 도면이다. 전자부품 표면 사이에는 납땜용 페이스트(10)가 주입되어 있으며, 플럭스와 혼련된 고융점 무연납땜용 합금분말(2)과 저융점 무연납땜용 합금분말(1)이 별개의 분말입자들로 존재하고 있다. 도1의 (b)는 전자부품사이에 납땜 페이스트 주입이 완료되면 열처리로에서 예비가열 및 본 가열을 하게 된다. 열처리로에서 가열을 하면 초기에는 저융점 무연납땜용 합금분말(1)이 용융되고 점차적으로 고융점 무연납땜용 합금분말(2)도 용융하게 된다. 용융된 저융점 무연납땜용 합금분말과 고융점 무연납땜용 합금분말이 서로 확산되는 동시에 고융점 무연납땜용 합금분말 표면에서도 용융이 일어나게 되어 최종적으로는, 도1의 (c)와 같이 저융점 합금분말과 고융점 합금분말이 서로 납땜 합금 층(3)을 형성하여, 보다 강도가 높은 납땜 접합 구조를 실현할 수 있게 된다. 여기서 도면부호 4는 납땜 합금 층(3) 표면을 나타낸다.
본 발명에서는 두 종류의 무연납땜용 합금분말을 혼합하고, 이들 납땜 합금분말의 조성을 제어함으로써, 납땜 시 용융온도를 보다 낮게 제어하여 실제의 용융온도보다 낮은 온도에서 납땜이 이루어지도록 하여 접합 불량이 발생하는 것을 해결하고자 하였다. 이와 더불어 송진을 함유한 레진을 혼합한 일반 솔더 크림을 이용하여 납땜을 한 후에 장시간 사용하면 열이 발생하고, 발생한 열에 의해 플럭스 잔사 내에 존재하는 활성물질이 금속물질과 반응하여 제품의 수명을 단축시키는 단점을 보완하고자 하였다.
이를 위하여 본 발명에서는 고융점 및 저융점 무연납땜용 합금분말을 각각 혼합하여 보다 낮은 온도에서 납땜이 이루어지도록 하였으며, 플럭스도 에폭시 수지를 함유한 무연납땜용 페이스트를 사용하도록 하였다.
이러한 저융점과 고융점 납땜 조성물에 착안하여 본 발명자들은 Sn-Ag-Cu계 합금 분말과 Sn-Bi-Ag계 합금분말을 일정함 범위로 혼합하여 무연납땜용 합금분말을 구성하게 되었다. 이와 같이 두 종류의 서로 다른 조성을 갖는 무연납땜용 합금분말을 일정한 범위로 혼합함으로써, 본 발명은 무연납땜용 합금분말이 용융되는 온도를 보다 낮게 할 수 있는 등 그 조건을 적절히 제어할 수 있다. 이러한 납땜용 합금에 있어서 고융점 납땜분말의 성분 중, Ag는 납땜의 유동성 개선과 납땜 융점을 낮추기 위하여 0 초과 5.0 wt% 이하로 첨가하였으며, Cu는 강도를 제어하기 위하여 0 초과 1.0 wt% 이하로 첨가하였다. 저융점 납땜분말은 Sn-Bi계에 선택적으로 1.0 wt% 이하의 Ag를 첨가하였다.
도 2는 저융점 납땜 합금인 Sn-Bi-Ag계를 Sn이 풍부한 부분의 영역을 중심으로 도시된 삼원계 상평형도로 용융온도와 연관되어 도시된 것이다. 도 2로부터 알 수 있듯이, Ag가 소량 첨가된 경우 Bi와 Sn의 공정온도(eutetic temperature)는 약 137℃이고, 공정조성(eutetic composition)은 Bi가 58% 부근인 것을 알 수 있다. 이와 같이 140℃ 부근의 매우 낮은 공정온도에서 Sn-Bi 합금이 용융되며, Ag는 Ag3Sn으로 미량 존재하여 용융온도에는 거의 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 따라서 융점이 높은 Ag를 1.0 wt% 이하로 첨가하면 Sn-Bi-Ag계의 용융되는 온도는 거의 변화가 없으며, Ag를 소량으로 첨가함으로써 납땜 시 그 유동성이 개선되고, 소폭이나마 용융온도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이러한 저융점 납땜합금은 대부분 융점이 190℃ 이하이며, 특히 130~180℃의 용융온도를 가지는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 130~150℃의 용융온도를 갖는 무연납땜용 합금분말이 더욱 바람직하다.
도 3은 Sn-Ag-Cu계의 Sn이 풍부한 부분의 영역을 중심으로 도시된 삼원계 상평형도로 용융온도와 연관되어 도시된 것이다. Sn-Ag-Cu 삼원계 합금의 경우, Ag와 Cu의 함량에 따라 용융이 시작되는 액상선이 변화하는데, Ag가 1 wt%, Cu가 0.5 wt% 첨가된 경우 액상선은 약 226℃이며, 도 3의 좌측 하단 박스 내의 Sn이 주성분인 영역에서는 Ag와 Cu의 첨가량이 증가됨에 따라 이들 납땜용 합금의 액상선 온도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 Sn-Ag-Cu계 삼원계 상평형도로부터 Ag와 Cu 함량이 각각 1 wt% 이하인 경우에는, 납땜 합금의 용융온도가 약 230℃ 부근으로 이러한 고융점 납땜 합금들은 190℃를 초과하는 용융온도를 가지고 있으며, 특히 200~250℃의 용융온도를 갖는 고융점 납땜합금이 바람직하다. 이러한 용융온도를 고려할 때, Ag는 0 초과 5.0 wt% 이하, Cu는 0 초과 1.0wt% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 도 2에서 도시된 Ag가 소량 첨가된 경우의 저융점 땜납인 Bi와 Sn의 공정온도(eutetic temperature) 137℃와 비교할 때, 저융점과 고융점 납땜 합금은 서로 용융온도가 약 90℃ 이상 차이가 나는 것으로, 이와 같은 온도 차이를 이용하여 납땜의 용융온도를 제어할 수 있으며, 특히 저융점과 고융점 납땜 합금분말의 혼합비율을 적절히 조절하여 용융온도 범위를 어려움 없이 제어할 수 있는 것이다.
이와 같이 Sn-Ag-Cu계 납땜용 합금분말과 Sn-Bi-Ag 납땜용 합금분말을 혼합하여 납땜을 할 경우, 납땜 온도가 높아짐에 따라 전체 조성 중 용융온도가 낮은 Sn-Bi-Ag 합금 분말들이 먼저 용융되기 시작하고 용융된 Sn-Bi-Ag 합금과 Sn-Ag-Cu계 합금 분말들이 서로 확산되어 고융점 납땜 합금의 용융온도보다 낮은 온도에서 전체 납땜용 합금분말들이 서서히 용융되기 시작한다. 납땜용 합금분말의 용융되는 온도나 속도는 Sn-Bi-Ag계 합금 분말과 Sn-Ag-Cu계 합금 분말의 양을 조절함으로써 급격한 용융이나 납땜용 합금의 일부분만 용융되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, Sn-Ag-Cu 합금분말에서 Ag와 Cu 첨가량을 더욱 감소시키면 용융 온도가 더욱 높아지게 되어 저융점 납땜용 합금분말인 Sn-Bi-Ag 합금과의 용융 온도차는 더욱 벌어지게 되므로, 보다 넓은 온도의 범위에서 용이하게 납땜 분말들의 용융 조건을 조절할 수 있게 된다.
이러한 조성을 갖는 저융점 및 고융점 납땜용 합금분말이 혼합된 납땜용 합금 분말 85~90 wt%에, 일정한 조성의 플럭스 조성물을 10~15 wt% 섞은 다음 교반시켜 납땜용 페이스트를 제조하게 된다. 플럭스로 첨가되는 조성물은 플럭스 총 중량을 100 wt%로 하였을 때, 에폭시 수지가 50~85 wt%, 첨가제 10~35 wt%, 에폭시 수지용 용제가 1~20 wt%가 되도록 조성물을 조절하여 혼합한다.
에폭시 수지는 납땜 시, 플럭스가 경화되어 거의 딱딱한 고체가 됨으로써 플럭스 내에 있는 활성물질이 금속과 반응하지 않게 된다. 이에, 납땜 신뢰성이 높아지게 되고 제품수명이 연장되는 것은 물론, 접합강도도 향상시키는 기능을 하는 것이다. 첨가되는 수지의 양이 50 wt% 이하에서는 경화되는 양이 적어 접합강도와 신뢰성이 낮게 나타나며, 85 wt% 이상에서는 첨가되는 양이 초과되어 납땜성에 영향을 미치게 됨으로써 납땜 특성이 악화되게 된다. 이러한 에폭시 수지는 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지 또는 그 변성 수지, 아크릴 수지의 열경화성 수지나, 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리메타크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스계 수지의 열가소성 수지로 대체되어 사용할 수 있다.
에폭시 수지와 더불어 수지를 용해할 수 있는 용제를 1~20 wt% 첨가하게 되며, 첨가된 용제는 수지를 용해한 후, 적당한 온도에서 기화하는 것이 바람직하다. 용제로는 수지를 용해할 수 있는 것으로 글리콜에테르, 글리시딜 에테르를 사용할 수 있으며, 1 wt% 미만에서는 플럭스 중의 액상 성분이 적기 때문에 고점도화가 되어 작업성이 현저하게 저하될 우려가 있으며, 20 wt%를 초과하면 충분한 납땜성과 플럭스가 저점도화 되어 작업성이 저하될 우려가 있다.
첨가제는 10~35 wt%로 활성제, 칙소제, 경화제와 산화방지제, 점도 안정제를 포함하고 있다. 활성제는 납땜성과 피막성 향상을 위하여 첨가하는 것으로 아민계 염산염, 브롬염, 유기카르복실산, 유기산 할로겐 염 등이 첨가될 수 있으며, 칙소제는 페이스트의 점도와 젖음성에 연관된 것으로 오일과 왁스가 이용될 수 있다. 이외에도 산화방지제와 점도안정제가 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위 내에서 첨가제로 첨가될 수 있다.
[실시예]
아래 표 1은 본 실시예에서 제조된 납땜용 분말 플럭스 성분조성과 비교예로 제조된 플럭스 성분조성에 대한 납땜 특성을 나타내었다.
(wt%)
실시예 비교예
1 2 3
플럭스 에폭시 수지 60 70 80 송진 : 45
첨가제 30 23 15 25
용제 10 7 5 30
본 실시예에서 제조된 고융점 납땜합금은 Sn-0.3Ag-0.7Cu 이었으며, 저융점 땜납의 성분조성은 Sn-57Bi-1Ag로 각각 다음의 방법을 이용하여 제조하였다. 먼저 상용의 저융점 납땜 합금분말 Sn-57Bi-1Ag 100g과 상용의 고융점 납땜 합금분말 Sn-0.3Ag-0.7Cu 100g을 혼합하여 납땜용 합금분말을 제조하였다. 여기서 사용된 저융점 납땜 합금분말과 고융점 납땜 합금분말은 각각 그 크기가 10~500㎛ 범위의 크기인 분말을 사용하였다. 혼합된 납땜용 합금분말에 표1 조성의 실시예 1 내지 3과 같이 플럭스 25g을 각각에 대하여 혼합하여 납땜 페이스트를 제조하였다.
비교예로는 동일한 중량 및 성분조성을 갖는 저융점 및 고융점 납땜분말에 레진으로 송진이 45 wt%, 동일한 조성의 첨가제 25 wt%, 용제 30 wt%인 플럭스 25g을 혼합하여, 실시예와 같이 납땜 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 전자부품의 접합부위에 부착시킨 다음 230℃로 가열하여 납땜을 한 후, 각각의 납땜용 페이스트에 첨가된 플럭스 조성에 따른 특성을 측정하였다.
실시예 비교예
1 2 3
시험결과 부식성 ◎ ◎ ◎ ○
절연성 ◎ ◎ ◎ ○
납땜성 ◎○ ○ △ ◎
잔사부착성
(건조도)		 ◎ ◎ ◎ △
마이그레이션 ◎ ◎ ◎ △
◎ : 매우양호, ○ : 양호, △ : 보통, × : 안좋음
표 2의 각각의 납땜 페이스트에 대한 물리적 특성을 보면 부식성 및 절연성은 실시예 1 내지 3이 비교예에 비해 우수한 특성을 보였으며, 납땜성은 다소 미흡하였다. 다만, 에폭시 수지가 60 wt% 첨가된 실시예 1은 비교예와 거의 동등한 특성을 보인 것으로 나타났다. 잔사부착성과 마이그레이션은 레진을 첨가한 비교예에 비해 매우 우수한 특성을 보였는데, 이는 플럭스 잔사가 경화되어 플럭스 내에 있는 활성물질이 금속과 반응하지 않아 특성이 향상된 것으로 판단된다.
도 4는 본 발명의 실시예 1과 비교예 2를 시험기판에 0.15mm로 인쇄한 후 시험편을 -40℃에서 120℃로 30분간 히트사이클 조에 침지시킨 후 500사이클 마다 칩의 접합강도를 측정하여 표시한 그래프로 2000사이클까지는 실시예가 비교예에 비해 접합강도가 서서히 악화되는 것으로 매우 우수한 접합강도 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 도 5는 2000사이클에 도달하였을 때, 시험기판의 단면을 측정한 단면도로 도 5의 (b)인 실시예 1은 표면이나 내부 모두 거의 변화가 없었으나, 비교예인 도 5의 (A)는 상부에 크랙이 발생하였으며, 이에 따라 사용되는 전자부품의 칩에 불량이 발생하게 되었다.
따라서, 본 발명과 같이 서로 다른 융점의 납땜용 합금분말을 혼합하여 납땜이 불규칙하게 발생하는 현상을 방지하는 동시에, 이러한 납땜용 합금분말과 적절하게 결합하여 신뢰성을 높일 수 있는 플럭스 조성물을 제공하는 것으로 양호한 작업성을 확보할 수 있다. 이와 더불어 전기적 접합 강도 특성이 매우 우수하고 플럭스 잔사가 경화되어 납땜 후의 접합강도도 상승시킬 수 있어 그 특성이 향상된 무연납땜용 페이스트를 제공할 수 있는 것이다.
1 : 저융점 납땜용 분말
2 : 고융점 납땜용 분말
3 : 납땜 합금 층
4 : 납땜 합금 층 표면
10 : 납땜용 페이스트
11a, b : 전자부품 표면

Claims (14)

  1. 전자부품 무연납땜용 합금분말과 혼합되는 플럭스에 있어서,
    상기 플럭스는 수지 50~80 wt%, 첨가제 5~30 wt%, 용제 1~20 wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지 또는 그 변성 수지, 아크릴 수지로 이루어지는 열경화성 수지군 또는 폴리아미드 수디, 폴리스티렌 수지, 폴리메타크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스 수지로 이루어지는 열가소성 수지 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 첨가제는 활성제, 칙소제, 경화제, 산화방지제와 점도 안정도를 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 용제는 알코올, 글리콜에테르, 글리시딜 에테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 활성제는 아민계 염산염, 아민계 브롬염, 유기카르복실산, 유기산 할로겐염으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 칙소제는 오일, 왁스로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 플럭스.
  7. 전자부품용 무연땜납 페이스트에 있어서,
    상기 페이스트가 무연땜납용 합금분말 85~90 wt%와 잔부가 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 무연납땜용 플럭스로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 페이스트의 무연납땜용 합금분말은 저융점 무연납땜용 합금분말과 고융점 무연납땜용 합금분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 고융점 무연납땜용 합금분말의 융점은 215℃ 이상인 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 저융점 무연납땜용 합금분말의 융점은 215℃ 이하인 것을 특징으로 하는 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 고융점 무연납땜용 합금분말은 Ag: 0 초과 5.0 wt% 이하, Cu: 0 초과 1 wt% 이하, 잔부 Sn으로 이루어진 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 저융점 무연납땜용 합금분말은 Bi: 50~60 wt%, Ag: 1.0 wt% 이하, 잔부 Sn으로 이루어진, 전자부품을 접합하기 위한 무연납땜용 페이스트.
  13. 전자부품을 무연납땜용 페이스트로 접합하는 방법에 있어서,
    전자부품을 준비하는 단계;
    청구항 7로 이루어진 무연납땜용 페이스트를 납땜 부위에 부착하는 단계,
    일정 온도까지 가열하여 무연납땜용 페이스트를 용융시켜 접합하는 단계로 이루어진 전자부품을 납땜하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    가열하는 상기 온도는 150~250℃인 것에 특징이 있는 전자부품을 납땜하는 방법.
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