KR20160042173A - 무세정형 솔더페이스트용 플럭스 - Google Patents

무세정형 솔더페이스트용 플럭스 Download PDF

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KR20160042173A
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다이스케 미나쿠치
다츠야 스기우라
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센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 플럭스 잔사가 형성된 납땜부에서, 마이그레이션의 발생을 확실하게 억제할 수 있도록 하는 플럭스를 제공한다. 땜납 분말과 혼합되어 솔더페이스트를 생성하는 플럭스에 있어서, 납땜시에 납땜부의 표면에 흡착되어, 소수성을 갖는 피막을 형성하는 양의 포스폰산에스테르가 포함된다. 포스폰산에스테르의 첨가량은 10질량％ 이상 내지 30질량％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 포스폰산에스테르는 디에틸벤질포스포네이트, 디에틸알릴포스포네이트, 디에틸(p-메틸벤질)포스포네이트, 또는 (2-에틸헥실)-2-에틸헥실포스포네이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

Description

무세정형 솔더페이스트용 플럭스 {NO-CLEAN FLUX FOR SOLDER PASTE}
본 발명은 땜납 분말과 혼합되는 무세정형 솔더페이스트용 플럭스에 관한 것이고, 특히 납땜 후 마이그레이션의 발생 방지 효과를 갖는 무세정형 솔더페이스트용 플럭스에 관한 것이다.
전자 부품이 실장되는 인쇄 기판 등의 기판에서는, 전자 부품의 리드 등의 단자에 맞춰 전극이 형성되어 있다. 전자 부품과 기판의 고정 및 전기적 접속은, 주로 납땜으로 행해진다. 이러한 기판에서는, 전자 부품의 단자와 기판의 전극과의 납땜부에서, 직류 전압이 가해지는 전극 사이에 물방울이 부착되는 등의 원인에 의해, 이온 마이그레이션(일렉트로 케미컬 마이그레이션)이 발생할 가능성이 있다.
이온 마이그레이션(이하, 마이그레이션이라 칭함)이란, 직류 전압이 가해지는 전극 사이에서, 양극으로부터 용출된 금속 이온이 음극으로 전자를 교환하고, 음극으로부터 환원된 금속이 성장하여, 양극까지 연장된 환원 금속에 의해 양극이 쇼트하는 현상이다. 이와 같이 마이그레이션이 발생하면, 전극 사이에서 쇼트가 발생하기 때문에, 기판으로서의 기능이 상실된다.
그런데 일반적으로 납땜에 이용되는 플럭스는, 땜납이 용해되는 온도에서 땜납 및 납땜 대상의 금속 표면에 존재하는 금속 산화물을 화학적으로 제거하고, 양자의 경계에서 금속 원소의 이동을 가능하게 하는 효능을 가지며, 플럭스를 사용함으로써 땜납과 납땜 대상의 금속 표면 사이에 금속간 화합물을 형성시켜, 견고한 접합이 얻어지게 된다.
솔더페이스트는 땜납 분말과 플럭스를 혼합시켜 얻어진 복합 재료이다. 솔더페이스트는 인쇄 기판 등의 기판의 전극이나 단자 등의 납땜부에, 인쇄법이나 토출법에 의해 도포된다. 솔더페이스트가 도포된 납땜부에는 부품이 탑재되고, 리플로우로라 불리는 가열로에서 기판을 가열하여 땜납을 용융시켜 납땜이 행해진다.
플럭스에는 납땜의 가열에 의해 분해, 증발하지 않는 성분도 포함되며, 납땜 후에 플럭스 잔사로서 납땜부의 주변에 잔류한다. 상술한 마이그레이션이 발생하는 원인 중 하나로, 전극 사이에의 물방울의 부착을 들 수 있다. 플럭스에 주성분으로서 포함되는 로진(송진)에는 발수성이 있기 때문에, 로진을 주성분으로 하는 플럭스 잔사가 납땜부에 형성되어 있으면, 플럭스 잔사 위에 물방울이 부착되어도, 로진의 발수 효과에 의해서 즉시 마이그레이션이 발생하는 것은 아니다.
단, 플럭스 잔사에 균열이 발생하면, 플럭스 잔사의 갈라진 부분으로부터 수분이 플럭스 잔사 속에 침입하여, 이 수분이 마이그레이션을 유발시키는 요인이 된다.
따라서, 물방울 등에 의해서 발생하는 마이그레이션의 대책은, 종래부터 기판의 구조를 납땜면에 물방울이 부착되지 않는 구조로 함으로써 행해지고 있었다. 또한, 납땜면에 방습 코팅을 실시함으로써 행해지고 있었다.
한편, 플럭스 잔사에 의해서 마이그레이션의 발생을 억제하는 기술로, 플럭스 중에 지방산 에스테르를 첨가하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 (평)11-077376호 공보
플럭스 중에 글리세린의 지방산 에스테르를 첨가하면, 플럭스 잔사에 연성을 갖게 할 수 있고, 납땜 후에 납땜부가 열악한 환경에 노출되는 경우에 플럭스 잔사의 균열의 발생을 억제할 수 있다.
그러나, 플럭스 잔사에 연성을 갖게 하는 것만으로는, 잔사가 갈라지는 것에 따른 수분의 침입 이외의 원인에 의한 마이그레이션의 발생을 억제하는 것은 불가능하다. 즉, 마이그레이션이 발생하는 다른 원인으로서, 고온·고습의 상황하에서 플럭스 잔사의 흡습에 의한 잔사의 절연 저항의 저하나, 흡습한 수분의 전극 사이에 대한 부착을 들 수 있다.
플럭스 잔사에 연성을 갖게 하여 플럭스 잔사가 갈라지는 것에 따른 수분의 침입을 방지하여도, 이러한 고온·고습의 상황하에서의 플럭스 잔사의 흡습에 의한 절연 저항의 저하나, 플럭스 잔사의 흡습에 의한 전극에 대한 수분의 부착 등에 의한 마이그레이션의 발생을 억제하는 것은 불가능하다. 이 때문에, 플럭스 잔사가 납땜부에 형성되어 납땜부가 덮여 있어도, 확실하게 마이그레이션의 발생을 억제하는 것은 불가능하다.
또한, 마이그레이션의 발생을 억제하는 대책으로서, 기판을 물방울의 부착이 방지되는 구조로 하는 것이나 방습 코팅을 실시하는 것은, 기판의 조립에서의 비용을 상승시키는 원인이 되고 있다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 플럭스 잔사가 형성된 납땜부에서, 플럭스 잔사에 의해 납땜부가 덮이는 것에 관계없이, 확실하게 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있도록 한 무세정형 솔더페이스트용 플럭스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 포스폰산에스테르의 금속에 대한 흡착성에 주목하여, 땜납 분말과 혼합되어 솔더페이스트를 생성하는 플럭스에 포스폰산에스테르를 첨가함으로써, 납땜 중에 포스폰산에스테르가 땜납 등의 금속의 표면에 흡착하여, 소수성이 있는 피막을 형성하는 것을 발견하였다.
본 발명은 로진과, 용제와, 활성제와, 점도 조정제를 포함하고, 땜납 분말과 혼합되어 솔더페이스트를 생성하는 플럭스에 있어서, 금속 표면에 흡착하는 포스폰산에스테르를 10질량％ 이상 내지 30질량％ 미만 포함하고, 납땜시에 납땜부의 금속 표면에 포스폰산에스테르를 흡착시켜서 소수성을 갖는 피막을 형성시키고, 피막을 납땜 후에 잔류시키는 무세정형 솔더페이스트용 플럭스이다.
또한, ％는 특별히 지정하지 않는 한 질량％이다. 또한, 포스폰산에스테르는 디에틸벤질포스포네이트, 디에틸알릴포스포네이트, 디에틸(p-메틸벤질)포스포네이트, 또는 (2-에틸헥실)-2-에틸헥실포스포네이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 무세정형 솔더페이스트용 플럭스에서는, 금속에 대한 흡착성을 갖는 포스폰산에스테르가 첨가됨으로써, 본 발명의 무세정형 솔더페이스트용 플럭스를 땜납 분말과 혼합하여 솔더페이스트를 생성하고, 이 솔더페이스트를 이용하여 납땜이 행해져 플럭스 잔사가 형성되면, 플럭스 잔사가 형성된 납땜부의 금속 표면에 포스폰산에스테르가 흡착하고, 소수성의 피막이 형성된다.
이에 따라, 납땜부에 흡착된 소수성의 포스폰산에스테르의 피막에 의해서, 플럭스 잔사가 형성된 납땜부에 물방울 등이 부착하는 것이 억제되고, 납땜부가 열악한 환경에 노출되어 플럭스 잔사에 균열이 발생하는 경우에도, 납땜부에 물방울 등이 부착하는 것이 억제되어, 물방울 등의 부착에 의한 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 고온·고습의 상황하에서 플럭스 잔사가 흡습하여, 플럭스 잔사의 절연 저항이 저하되는 경우, 또한 플럭스 잔사의 흡습에 의해 수분이 전극에 부착되는 경우에도, 납땜부에 흡착된 소수성의 포스폰산에스테르의 피막에 의해서 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 무세정형 솔더페이스트용 플럭스가 혼합된 솔더페이스트를 이용하여 납땜이 행해진 기판 및 이 기판이 실장된 전자 기기는 높은 신뢰성을 실현할 수 있다.
또한, 무세정형 솔더페이스트용 플럭스에 첨가한 포스폰산에스테르로 마이그레이션의 발생 방지 효과가 얻어지기 때문에, 종래 기판에서 필요하다고 여겨지던 물방울 부착 방지 구조나 방습 코팅이 불필요해져, 조립에 요하는 비용을 줄일 수 있다.
본 실시 형태의 무세정형 솔더페이스트용 플럭스는, 땜납 분말과 혼합되어 솔더페이스트를 생성한다. 본 실시 형태의 무세정형 솔더페이스트용 플럭스는, 납땜 중에 땜납 등의 금속의 표면에 흡착되는 포스폰산에스테르를 포함한다. 포스폰산에스테르로는 디에틸벤질포스포네이트, 디에틸알릴포스포네이트, 디에틸(p-메틸벤질)포스포네이트, 또는 (2-에틸헥실)-2-에틸헥실포스포네이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
플럭스에는, 납땜의 가열에 의해서 분해, 증발하지 않는 성분이 포함되고, 납땜 후에 플럭스 잔사가 납땜부를 덮도록 형성된다. 또한, 플럭스에 소정량의 포스폰산에스테르를 첨가한 본 실시 형태의 플럭스를 포함하는 솔더페이스트에서는, 포스폰산에스테르가 납땜시의 가열 온도에서 증발하지 않고, 땜납 및 땜납에서 접합되는 전극 등의 금속의 표면에 흡착하여, 납땜부의 표면에 소수성의 피막이 형성된다.
이 피막이 물방울과 금속의 접촉을 저해시킴으로써, 마이그레이션의 발생이 억제된다. 납땜부에 플럭스 잔사가 있는 상태에서, 온도 변화가 큰 환경, 온도 변화를 반복하는 환경, 충격이 가해지는 환경 등, 납땜부가 열악한 환경에 노출되는 경우, 플럭스 잔사가 갈라져서 수분이 침입하여도, 납땜부의 표면은 소수성의 피막으로 덮여 있기 때문에, 수분이 납땜부의 금속 부분에 직접 접촉하는 것이 방지된다.
또한, 고온·고습의 상황하에서 플럭스 잔사가 흡습하여 플럭스 잔사의 절연 저항이 저하되는 경우, 또는 플럭스 잔사의 흡습에 의해 수분이 전극에 부착되는 경우에도, 납땜부의 표면은 소수성의 피막으로 덮여 있기 때문에, 수분이 납땜부의 금속 부분에 직접 접촉하는 것이 방지된다. 이에 따라, 마이그레이션의 발생이 억제된다.
여기서 포스폰산에스테르를 첨가하는 양에 따라 플럭스 잔사의 성상이 변화하여, 포스폰산에스테르의 첨가량을 늘리면, 플럭스 잔사가 액상화된다. 이 때문에, 납땜 후 플럭스 잔사의 성상을 고려하여, 포스폰산에스테르의 첨가량은 질량％로 10％ 이상 내지 30％ 미만인 것이 바람직하다.
[실시예]
이하의 표에 나타내는 조성으로 실시예와 비교예의 플럭스를 조합하고, 실시예 및 비교예의 플럭스를 사용하여 솔더페이스트를 조합하고, 포스폰산에스테르의 첨가의 유무에 의한 마이그레이션의 발생 방지 효과에 대해서 비교하였다. 또한, 포스폰산에스테르를 첨가하는 양과 플럭스 잔사의 성상의 관계에 대해서 비교하였다.
(1) 플럭스의 조성
이하의 표 1에 나타내는 조성으로 실시예와 비교예의 플럭스를 조합하고, 땜납 분말(조성: Sn-3Ag-0.5Cu 입도: 25 내지 36㎛)이 질량％로 89％가 되도록 솔더페이스트를 조합하였다. 또한, 하기 표 1에 있어서의 조성률은 질량％이다.
Figure pat00001
표 1 중에서, 디에틸벤질포스포네이트, 디에틸알릴포스포네이트, 디에틸(p-메틸벤질)포스포네이트, (2-에틸헥실)-2-에틸헥실포스포네이트는 포스폰산에스테르의 일례이고, 각 실시예에서 선택적으로 첨가하였다. 또한, 비교예 1에서는 포스폰산에스테르의 첨가량과 플럭스 잔사의 성상의 관계를 비교하기 때문에, 포스폰산에스테르의 일례로서 디에틸벤질포스포네이트를 첨가하였다. 비교예 2는 포스폰산에스테르를 무첨가로 하였다.
각 실시예 및 비교예의 플럭스를 구성하는 성분으로서, 로진은 주로 금속 표면의 산화물 제거 작용을 갖고, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르는 로진이나 다른 첨가제를 용해시키는 작용을 갖는다. 플럭스의 잔여 성분으로서, 경화 피마자유를 점도 조정제로서 첨가하고, 디에틸아민브롬화수소산염을 활성제로서 첨가하였다.
(2) 시험 방법
표 1에 나타내는 실시예와 비교예의 솔더페이스트를 기판에 0.5mm 피치로 형성된 전극에 인쇄 공급하고, 그 후 전극과 동일한 피치의 리드를 가진 부품을 기판에 탑재하여 리플로우로에 의해 납땜을 행하였다. 그리고, 가속 열화 시험을 행하기 위해서 납땜된 전극 사이에 이온 교환수를 적하하고, 리드 사이에 8V의 전압을 가하여, 실체 현미경으로 관찰하면서 마이그레이션의 발생 시간을 계측하였다.
(3) 결과
마이그레이션의 발생 시간을 이하의 표 2에 나타내었다.
Figure pat00002
실시예 1 내지 실시예 4에 나타낸 바와 같이, 포스폰산에스테르의 첨가량을 10％ 정도로 하면, 마이그레이션의 발생 시간은 충분히 길어져, 마이그레이션의 발생 방지 효과가 보다 향상되는 것을 알 수 있다.
이 때문에, 마이그레이션의 발생 방지 효과를 향상시키기 위해서는, 포스폰산에스테르의 첨가량을 10％ 정도로 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 1에 나타낸 바와 같이, 포스폰산에스테르의 첨가량을 질량％로 30％로 했을 때에는, 플럭스 잔사가 형성된 납땜부에 소수성을 갖는 피막이 형성되지만, 플럭스 잔사의 성상이 액상화한다. 플럭스 잔사가 액상화하여도, 마이그레이션의 발생 방지 효과는 유지되고 있다. 단, 납땜 후, 액상화한 플럭스 잔사가 형성된 납땜부 등에 먼지가 부착되어, 전극간의 절연 저항의 저하가 일어나, 회로의 전기적 신뢰성을 손상시키는 등의 우려가 발생한다.
이 때문에, 마이그레이션의 발생 방지 효과를 고려하면, 포스폰산에스테르의 첨가량은 질량％로 30％를 초과할 정도로 할 수도 있지만, 플럭스 잔사의 성상을 고려하면, 포스폰산에스테르의 첨가량을 30％ 미만으로 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 플럭스에 포스폰산에스테르를 첨가함으로써 마이그레이션의 발생 방지 효과를 발휘하며, 플럭스 잔사가 형성된 납땜부에 포스폰산에스테르에 의한 소수성을 갖는 피막을 형성하기 위해서는, 포스폰산에스테르를 질량％로 10％ 이상 내지 30％ 미만으로 첨가하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 플럭스에 포스폰산에스테르를 첨가하면, 활성제로서의 할로겐화물의 첨가를 줄여도, 습윤성을 향상시킬 수 있다는 것도 알 수 있었다.
본 발명의 플럭스는 자동차에 탑재되는 전자 기기 등, 물이나 먼지의 영향을 받을 가능성이 있는 환경에서 사용되는 전자 기기에도 적용 가능하다.

Claims (3)

  1. 로진과, 용제와, 활성제와, 점도 조정제를 포함하고, 땜납 분말과 혼합되어 솔더페이스트를 생성하는 플럭스에 있어서,
    전극 사이에 물방울이 부착한 경우, 전압이 걸리는 것으로써 발생하는 양극으로부터 용출된 금속 이온이 음극으로 전자를 교환하고, 음극으로부터 환원된 금속이 성장하여, 양극까지 연장된 환원 금속에 의해 양극(兩極)이 쇼트하는 현상을 억제하도록, 금속 표면에 흡착하는 포스폰산에스테르를 10질량％ 이상 내지 30질량％ 미만 포함하고, 납땜시에 납땜부의 금속 표면에 포스폰산에스테르를 흡착시켜서 소수성을 갖는 피막을 형성시키고, 상기 피막을 납땜 후에 잔류시키는
    것을 특징으로 하는 무세정형 솔더페이스트용 플럭스.
  2. 제1항에 있어서, 포스폰산에스테르로 상기 피막이 형성된 납땜부가 납땜 후에 잔류시키는 플럭스 잔사로 덮이는
    것을 특징으로 하는 무세정형 솔더페이스트용 플럭스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포스폰산에스테르가 디에틸벤질포스포네이트, 디에틸알릴포스포네이트, 디에틸(p-메틸벤질)포스포네이트, 또는 (2-에틸헥실)-2-에틸헥실포스포네이트 중 어느 하나인
    것을 특징으로 하는 무세정형 솔더페이스트용 플럭스.
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