KR20160026688A - 납땜용 플럭스 및 솔더 페이스트 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 리플로우 공정 시의 가열 늘어짐 억제 및 양호한 침지 세정성을 양립시킬 수 있고, 또한 양호한 인쇄성과 함께 이형 범프 발생 억제 효과를 갖는 납땜용 플럭스, 및 이것을 사용한 솔더 페이스트를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결 수단은 로진계 수지와, 용제와, 활성제와, 틱소제를 포함하는 납땜용 플럭스로서, 상기 틱소제는 경화 피마자유와 디벤질리덴소르비톨 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜용 플럭스이다.

Description

납땜용 플럭스 및 솔더 페이스트{SOLDERING FLUX AND SOLDER PASTE}
본 발명은 리플로우 공정 시의 가열 늘어짐 방지 및 세정 공정 시의 양호한 침지 세정성을 양립시킬 수 있고, 또한 양호한 인쇄성과 함께 이형(異形) 범프 발생 억제 효과를 갖는 납땜용 플럭스, 및 이것을 사용한 솔더 페이스트에 관한 것이다.
전자 부품을 기판에 실장할 때에 사용되는 솔더 페이스트는, 납땜용 플럭스와 땜납 합금 분말을 혼합하여 제작된다. 일반적으로, 상기 납땜용 플럭스에는 베이스 수지, 활성제 및 용제가 포함되어 있다. 이 베이스 수지로서는, 종래부터 로진계 수지가 사용되고 있다.
최근의 전자 제품의 고성능화, 고밀도화 등에 수반하여, 기판 상에 형성되는 패턴 및 전극도 고정밀화되고 있다. 그로 인해, 전극 상에 인쇄되는 솔더 페이스트도 이 고정밀화에 대응할 필요가 있다.
그러나, 종래의 납땜용 플럭스를 사용한 솔더 페이스트의 경우, 전극 상에 인쇄된 후의 리플로우 공정 시에 가열 늘어짐이 발생하여, 전극 주변에 이 플럭스가 유출되어 버린다는 문제가 있었다. 특히 상술한 바와 같은 고정밀화된 패턴을 갖는 기판의 경우, 플럭스의 가열 늘어짐에 의해, 불필요한 개소에 플럭스 잔사가 형성되어 절연 불량을 야기하기 쉽다.
이러한 문제를 해결하는 방법으로서, 예를 들어 틱소제로서 디벤질리덴소르비톨류를 포함하는 납땜용 플럭스가 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2006-75875호 공보
상기 디벤질리덴소르비톨류를 틱소제로서 포함하는 납땜용 플럭스는, 확실히 리플로우 시의 플럭스의 가열 늘어짐을 억제할 수 있다. 그러나 한편, 이러한 플럭스는, 리플로우 공정 후에 플럭스 잔사를 세정하는 경우에 있어서, 그의 침지 세정성을 저해한다는 문제가 있다.
또한, 상기 디벤질리덴소르비톨류를 틱소제로서 포함하는 납땜용 플럭스는, 이것을 사용한 솔더 페이스트의 인쇄성이 저해된다는 문제도 있다.
본 발명의 목적은, 리플로우 공정 시의 가열 늘어짐 억제 및 양호한 침지 세정성을 양립시킬 수 있고, 또한 양호한 인쇄성과 함께 이형 범프 발생 억제 효과를 갖는 납땜용 플럭스, 및 이것을 사용한 솔더 페이스트를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 이하의 구성을 포함하는 것을 그의 특징으로 한다.
(1) 본 발명의 납땜용 플럭스는 로진계 수지와, 용제와, 활성제와, 틱소제를 포함하고, 상기 틱소제는 경화 피마자유와 디벤질리덴소르비톨 화합물을 포함하는 것을 그의 특징으로 한다.
(2) 상기 (1)의 구성에 있어서, 상기 경화 피마자유의 배합량은 납땜용 플럭스 전량에 대하여 1중량％ 내지 10중량％이며, 상기 디벤질리덴소르비톨 화합물의 배합량은 납땜용 플럭스 전량에 대하여 0.5중량％ 내지 4.5중량％인 것을 그의 특징으로 한다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서, 상기 디벤질리덴소르비톨 화합물은 디벤질리덴소르비톨인 것을 그의 특징으로 한다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 틱소제는 비스아마이드계 틱소제를 더 포함하는 것을 그의 특징으로 한다.
(5) 본 발명의 솔더 페이스트는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성을 갖는 납땜용 플럭스와, 땜납 합금 분말을 포함하는 것을 그의 특징으로 한다.
본 발명의 납땜용 플럭스 및 이것을 사용한 솔더 페이스트는 리플로우 공정 시의 가열 늘어짐 억제 및 양호한 침지 세정성을 양립시킬 수 있고, 또한 양호한 인쇄성과 함께 이형 범프 발생 억제 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 실시예 및 비교예에 관한 솔더 페이스트의 이형 범프 발생 평가에 있어서 FR 기판 상에 인쇄된 각 솔더 페이스트를 가열 용융할 때의 열 프로파일을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 납땜용 플럭스 및 솔더 페이스트의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명이 당해 실시 형태에 한정되지 않는 것은 물론이다.
1. 납땜용 플럭스
본 실시 형태의 납땜용 플럭스는 로진계 수지와, 용제와, 활성제와, 틱소제를 포함한다.
<로진계 수지>
상기 로진계 수지로서는, 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.
상기 로진계 수지의 배합량은, 납땜용 플럭스 전량에 대하여 35중량％ 내지 50중량％인 것이 바람직하다.
<용제>
상기 용제로서는, 예를 들어 이소프로필알코올계, 에탄올계, 아세톤계, 톨루엔계, 크실렌계, 아세트산에틸계, 에틸셀로솔브계, 부틸셀로솔브계, 글리콜에테르계 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 용제의 배합량은, 납땜용 플럭스 전량에 대하여 20중량％ 내지 50중량％인 것이 바람직하다.
<활성제>
상기 활성제로서는, 예를 들어 유기 아민의 할로겐화수소염 등의 아민염(무기산염이나 유기산염), 유기산, 유기산염, 유기 아민염 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 디페닐구아니딘브롬화수소산염, 시클로헥실아민브롬화수소산염, 디에틸아민염, 산염, 숙신산, 아디프산, 세박산 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 활성제의 배합량은, 납땜용 플럭스 전량에 대하여 5중량％ 내지 15중량％인 것이 바람직하다.
<틱소제>
본 실시 형태의 납땜용 플럭스는, 상기 틱소제로서 경화 피마자유와 디벤질리덴소르비톨 화합물을 병용한다.
상기 디벤질리덴소르비톨 화합물로서는, 예를 들어 디벤질리덴소르비톨, 모노메틸디벤질리덴소르비톨, 디메틸디벤질리덴소르비톨 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 특히 디벤질리덴소르비톨 및 디메틸디벤질리덴소르비톨이 바람직하게 사용된다. 또한 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 디벤질리덴소르비톨 화합물로서 디메틸디벤질리덴소르비톨을 사용하는 경우, 활성제로서 트리스(2,3-디브로모프로필)이소시아누레이트를 병용하면, 솔더 페이스트를 사용하여 납땜을 할 때 이형 범프의 발생을 억제할 수 있다.
상기 디벤질리덴소르비톨 화합물의 배합량은 납땜용 플럭스 전량에 대하여 0.5중량％ 내지 4.5중량％인 것이 바람직하다. 당해 배합량이 0.5중량％보다 적으면 납땜용 플럭스는 가열 늘어짐 억제 효과를 발휘하기 어려워지고, 또한 당해 배합량이 4.5중량％보다 많으면 솔더 페이스트의 인쇄성이 저해될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 상기 경화 피마자유의 배합량은 납땜용 플럭스 전량에 대하여 1중량％ 내지 10중량％인 것이 바람직하다. 당해 배합량이 1중량％보다 적으면 솔더 페이스트는 양호한 침지 세정성을 발휘하는 것이 어려워지고, 또한 당해 배합량이 10중량％보다 많으면 납땜용 플럭스의 가열 늘어짐 억제 효과가 저해될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
상기 틱소제에는, 솔더 페이스트의 인쇄성을 더욱 향상시킬 목적으로 비스아마이드계 틱소제를 배합할 수 있다. 상기 비스아마이드계 틱소제로서는, 예를 들어 메틸렌비스스테아르산 아마이드, 에틸렌비스라우르산 아마이드, 에틸렌비스히드록시스테아르산 아마이드 등의 포화 지방산 비스아마이드; 메틸렌비스올레산 아마이드 등의 불포화 지방산 비스아마이드; m-크실릴렌비스스테아르산 아마이드 등의 방향족 비스아마이드 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 특히 포화 지방산 비스아마이드가 바람직하게 사용된다. 또한 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 비스아마이드계 틱소제의 배합량은 납땜용 플럭스 전량에 대하여 0.1중량％ 내지 5중량％인 것이 바람직하다. 당해 배합량이 5중량％보다 많으면 솔더 페이스트가 양호한 침지 세정성을 발휘하는 것이 어려워지기 때문에 바람직하지 않다.
솔더 페이스트를 사용하여 납땜된 기판은, 이것이 내장되는 최종 제품의 성질 및 종류에 따라, 리플로우 공정 후에 이 기판 상에 형성된 플럭스 잔사의 세정이 요구된다. 이 세정 시에는, 상온의 세정액에 침지하여 플럭스 잔사를 용해시켜 세정하는 침지 세정법이 일반적으로 사용되고 있다. 그로 인해, 상술한 플럭스 잔사의 세정을 행하는 기판의 경우, 침지 세정성이 양호한 것이 요구된다.
틱소제로서 상기 디벤질리덴소르비톨 화합물을 배합한 납땜용 플럭스는, 리플로우 공정 시의 가열 늘어짐 억제 효과를 발휘할 수 있다. 그러나 한편, 이러한 납땜용 플럭스는, 그 후의 세정 시에 있어서의 침지 세정성이 저해되어 버린다는 문제가 발생한다. 즉, 가열 늘어짐 억제와 침지 세정성은 상반된 관계에 있다.
그러나 본 실시 형태의 납땜용 플럭스는, 상술한 바와 같이 상기 틱소제로서 경화 피마자유와 디벤질리덴소르비톨 화합물을 병용함으로써, 가열 늘어짐 억제와 양호한 침지 세정성의 양립을 가능하게 했다.
또한, 본 실시 형태의 납땜용 플럭스에는, 상기 가열 늘어짐 억제와 양호한 침지 세정성을 저해하지 않는 범위에서, 다른 틱소제를 배합할 수도 있다.
<기타>
본 실시 형태의 납땜용 플럭스에는, 로진계 수지 이외의 수지로서, 예를 들어 아크릴 수지, 스티렌-말레산 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지 등의 그 밖의 수지를 배합할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 그 밖의 수지의 배합량은, 납땜용 플럭스 전량에 대하여 35중량％ 내지 50중량％인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 납땜용 플럭스에는, 땜납 합금 분말의 산화를 억제할 목적으로 산화 방지제를 배합할 수 있다.
상기 산화 방지제로서는, 예를 들어 힌더드 페놀계 산화 방지제, 페놀계 산화 방지제, 비스페놀계 산화 방지제, 중합체형 산화 방지제 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 특히 힌더드 페놀계 산화 방지제가 바람직하게 사용된다.
상기 산화 방지제의 배합량은 특별히 한정되는 것은 아니다. 그의 일반적인 배합량은, 납땜용 플럭스 전량에 대하여 0.5중량％ 내지 5중량％ 정도이다.
본 실시 형태의 납땜용 플럭스에는, 할로겐, 소광제, 소포제 등의 첨가제를 더 첨가할 수도 있다. 상기 첨가제의 배합량은, 납땜용 플럭스 전량에 대하여 10중량％ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직한 배합량은 5중량％ 이하이다.
2. 솔더 페이스트
본 실시 형태의 솔더 페이스트는, 상기 납땜용 플럭스와 땜납 합금 분말을 공지의 방법으로 혼합하여 제작된다.
상기 땜납 합금 분말로서는, 예를 들어 Sn, Ag, Cu, Bi, Zn, In, Ga, Sb, Au, Pd, Ge, Ni, Cr, Al, P, In, Pb 등을 복수 조합한 것을 들 수 있다. 대표적인 땜납 합금 분말로서는 Sn-Ag-Cu나 Sn-Ag-Cu-In과 같은 납 프리 땜납 합금 분말이 사용되지만, 납 함유의 땜납 합금 분말을 사용할 수도 있다.
상기 땜납 합금 분말의 배합량은, 솔더 페이스트 전량에 대하여 65중량％ 내지 95중량％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 그의 배합량은 85중량％ 내지 93중량％이며, 특히 바람직한 그의 배합량은 89중량％ 내지 92중량％이다.
상기 땜납 합금 분말의 배합량이 65중량％ 미만인 솔더 페이스트는, 납땜 시에 충분한 땜납 접합이 형성되기 어려워지는 경향이 있다. 한편 땜납 합금 분말의 배합량이 95중량％를 초과하는 솔더 페이스트는 결합제로서의 납땜용 플럭스가 부족하기 때문에, 납땜용 플럭스와 땜납 합금 분말이 혼합되기 어려워지는 경향이 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
납땜용 플럭스의 제작
표 1 및 표 2에 나타내는 조성 및 배합으로 각 성분을 혼련하여, 각 납땜용 플럭스를 제작했다. 또한, 표 1 및 표 2 중, 조성을 나타내는 것에 관한 수치의 단위는, 특별히 언급하지 않는 한 중량％이다.
또한, 표 1 및 표 2에 각 납땜용 플럭스의 물성(점도 및 Ti)을 나타낸다.
계속하여 상기 각 납땜용 플럭스 12중량％와 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납 합금 분말 88중량％를 각각 혼합하여, 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 9에 관한 솔더 페이스트를 얻었다.
Figure pat00001
Figure pat00002
※1 포화 지방산 비스아마이드 닛본 가세이(주)제
※2 디벤질리덴소르비톨 신닛본 리카(주)제
※3 디메틸디벤질리덴소르비톨 신닛본 리카(주)제
※4 트리스(2,3-디브로모프로필)이소시아누레이트 닛본 가세이(주)제
※5 산 무수물: 오카무라 세이유(주)제
※6 힌더드 페놀계 산화 방지제 바스프(BASF) 재팬(주)제
※7 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜 블록 공중합체 니치유(주)제
<프리히트 늘어짐성>
FR4 기판(솔더 레지스트 개구 직경 200㎛)을 사용했다. 상기 FR4 기판에 대응하는 패턴을 갖는 메탈 마스크(두께 50㎛, 메탈 마스크 개구 직경 250㎛, 피치 사이즈 400㎛)를 사용하여 각 솔더 페이스트를 수작업으로 인쇄했다.
계속해서, 상기 각 기판을 리플로우 오븐(제품명: TNP25-538EM, (주) 다무라세이사쿠쇼제)을 사용하여, 질소 분위기(산소 농도 100ppm) 하에서 190℃, 90초의 조건 하에서 프리히트했다.
프리히트 전의 각 기판 상의 솔더 페이스트의 직경(D1)과, 프리히트 후의 각 기판 상의 솔더 페이스트의 직경(D2)을 금속 현미경을 사용하여 계측하여, D2의 값에서 D1의 값을 뺀 차를 산출했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<이형 범프 발생>
FR 기판(Cu-OSP 처리, 50㎜×50㎜×1.6㎜, 솔더 레지스트 개구 직경 200㎛) 및 에디티브 가공 스텐실 마스크((주) 프로세스·라보·미크론제, 205㎜×245㎜ 프레임, 두께 50㎛, 메탈 마스크 개구 직경 250㎛, 피치 사이즈 400㎛)를 준비했다. 상기 마스크를 사용하여, 각 솔더 페이스트를 스텐실 스퀴지로 상기 각 기판 상에 수작업으로 인쇄했다.
계속하여 인쇄 후의 각 기판을 리플로우 오븐(제품명: TNP25-538EM, 다무라 세이사쿠쇼(주)제)에 넣고, 질소 분위기(산소 농도 100ppm) 하에서, 도 1에 도시하는 열 프로파일 조건 하에서 각 기판 상의 솔더 페이스트를 가열 용융시켰다. 그 후, 가열한 각 기판을 실온까지 냉각시켜 현미경을 사용하여 그의 용융 상태를 관찰하고, 형성된 범프로부터 침상 또는 판상의 돌기물이 나와 있는지의 여부를 이하의 기준으로 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
◎: 침상 또는 판상의 돌기물이 발생하고 있지 않음
○: 침상 또는 판상의 돌기물이 발생하고 있지만, 이것이 범프 윤곽의 원을 넘어 성장하고 있지 않음
△: 침상 또는 판상의 돌기물이 발생하고 있으면서, 또한 이것이 상면으로부터 관찰한 경우에 범프 윤곽의 원을 넘어 성장하고 있음
×: 침상 또는 판상의 돌기물이 발생하고 있으면서, 또한 이것이 인접 범프와 브릿지하는 사이즈로 성장하고 있음
<침지 세정성>
세정액으로서 클린스루 750K((주) 가오제)를 준비했다. 300cc의 비이커에 상기 세정액을 250cc 내지 300cc 넣고, 이것을 교반 장치가 구비된 핫 플레이트 상에서 교반 및 가온했다. 또한, 교반에는 직경 30㎜의 크로스 헤드 교반자를 사용했다.
상기 이형 범프 시험 후의 각 기판을 상기 세정액이 들어간 비이커에 잠기도록 달아매고, 소정의 시간과 회전수로 이것을 세정했다. 세정 후의 각 기판을 순수로 린스하고, 당해 각 기판에 대하여 금속 현미경(배율: 100배 내지 200배)을 사용하여, 각 기판 상에 형성된 범프의 주변의 플럭스 잔사의 유무를 관찰하여, 이하의 기준으로 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
◎: 세정액 온도 60℃/회전수 400rpm/세정 시간 120초로 세정할 수 있음
○: 세정액 온도 60℃/회전수 400rpm/세정 시간 300초로 세정할 수 있음
△: 세정액 온도 70℃/회전수 400rpm/세정 시간 120초로 세정할 수 있음
×: 세정액 온도 70℃/회전수 400rpm/세정 시간 120초로 세정할 수 없음
<인쇄성>
FR4 기판(솔더 레지스트 개구 직경 75㎛)과, 상기 FR4 기판에 대응하는 패턴을 갖는 메탈 마스크(두께 30㎛, 메탈 마스크 개구 직경 95㎛, 피치 사이즈 130㎛)를 사용했다. 상기 각 기판 상에 인쇄 장치(제품명: SP-060, 파나소닉 팩토리 솔루션즈(주)제)로 각 솔더 페이스트를 메탈 스퀴지로 인쇄했다.
인쇄 후의 각 기판을 금속 현미경을 사용하여 관찰하고 솔더 페이스트가 Cu 랜드 상(9,800개소)에 전사되어 있는 비율을 이하의 기준으로 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
◎: 100％ 전사되어 있음
○: 미전사율이 0.1％ 미만
△: 미전사율이 0.1％ 이상 0.5％ 미만
×: 미전사율이 0.5％ 이상
Figure pat00003
이상 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 솔더 페이스트는, 프리히트 늘어짐성과 양호한 침지 세정성을 양립시킬 수 있고, 또한 양호한 인쇄성과 함께 이형 범프 발생 억제 효과를 갖고 있는 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 로진계 수지와, 용제와, 활성제와, 틱소제를 포함하는 납땜용 플럭스로서,
    상기 틱소제는 경화 피마자유와 디벤질리덴소르비톨 화합물을 포함하며,
    상기 경화 피마자유의 배합량은 납땜용 플럭스 전량에 대하여 1중량％ 내지 10중량％이고, 상기 디벤질리덴소르비톨 화합물의 배합량은 납땜용 플럭스 전량에 대하여 0.5중량％ 내지 4.5중량％인 것을 특징으로 하는 납땜용 플럭스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디벤질리덴소르비톨 화합물은 디벤질리덴소르비톨인 것을 특징으로 하는 납땜용 플럭스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 틱소제로서 비스아마이드계 틱소제를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜용 플럭스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비스아마이드계 틱소제의 배합량은 납땜용 플럭스 전량에 대하여 0.1중량％ 내지 5중량％인 것을 특징으로 하는 납땜용 플럭스.
  5. 제1항 또는 제2항에 기재된 납땜용 플럭스와, 땜납 합금 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  6. 제3항에 기재된 납땜용 플럭스와, 땜납 합금 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  7. 제4항에 기재된 납땜용 플럭스와, 땜납 합금 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
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