KR20170071671A - 연성인쇄회로기판(ｆｐｃｂ)의 땜납 플럭스 세정제 조성물 및 세정 방법 - Google Patents

연성인쇄회로기판(ｆｐｃｂ)의 땜납 플럭스 세정제 조성물 및 세정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알코올계 화합물; 유기아민 화합물; 글리콜 에테르계 화합물; 및 황 화합물을 포함하는 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물 및 이를 이용하는 땜납 플러스 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 자이로 센서의 손상 없이 자이로 센서가 적용된 연성인쇄회로기판의 땜납 플럭스를 세정할 수 있으며, 연성회로기판에 장착된 반도체에 부착된 블랙 쉴드(Black shield)와 언더필(Underfill)을 손상하지 않으며 땜납 플럭스를 세정할 수 있다.

Description

연성인쇄회로기판(ＦＰＣＢ)의 땜납 플럭스 세정제 조성물 및 세정 방법{Composition for cleaning solder flux remaining in FPCB and cleaning method using the same}
본 발명은 땜납 플럭스 제거용 세정제 및 땜납 플럭스의 세정방법에 관한 것으로, 특히, 블랙 쉴드(Black shield) 및 언더필(Underfill)에 손상을 주지 않고 무연 땜납용 플럭스나 고융점 땜납용 플럭스 등을 딥(Dip) 공정에 의해 세정하기 위한 땜납용 플럭스의 세정제 및 땜납용 플럭스의 세정방법에 관한 것이다.
전자기기에는 어디나 연성인쇄회로기판(FPCB)이 사용되고 있으며, 이의 제조를 위해 땜납을 필수적으로 하게 되는데, 땜납 후에는 후속 공정을 원활히 하고 사용시 전기적 오작동을 방지하기 위해 포함되어 있던 플럭스를 제거해야만 한다. 도 1은 땜납 후 플럭스 사진이다.
최근 프린트 배선판이나 세라믹 기판에 대한 전자 부품의 실장에 있어서, 저소비 전력 및 고속 처리와 같은 관점에서, 부품이 소형화되어 땜납 플럭스의 세정에 있어서는 세정해야 할 간극이 좁아지고 있다.
또한 최근에 위치 측정과 방향 설정의 용도로 스마트폰, 리모컨, 비행기나 위성의 자세 제어장치 등에 광범위하게 사용되고 있는 자이로 센서(Gyro sensor)와 같이 공정 중에 손상받기 쉬운 부품들이 FPCB에 적용되고 있다. 현재 이와 같은 자이로 센서는 거의 모든 고급 휴대폰인 스마트폰에 적용되고 있다.
상용적으로 FPCB의 플럭스 세정은 특별한 세정장비가 없을 경우에 프레온(CFC) 또는 그 대체품인 HCFC로 세정하고 프레온과 HCFC의 휘발성을 이용하여 건조하고 있다. 그러나 프레온과 HCFC는 대기의 오존을 파괴하는 물질이므로 규제가 진행되고 있어 이를 대체하는 세정 물질 및 세정 방법의 개발이 진행되고 있다.
한편, 현재 세정 장비를 이용한 방법으로는 투자비용이 많이 드는 스프레이 방식보다는, 보다 경제적인 초음파를 적용한 딥(Dip) 방식이 널리 사용되고 있다. 도 1은 기존의 초음파 방식의 세정 프로세스 플로우를 나타낸 것이다. 그러나, 초음파 방식의 세정 프로세스를 자이로 센서와 같은 부품이 사용된 FPCB에 적용할 경우 초음파로 인해 자이로 센서의 불량이 발생하고 이로 인해 완제품의 불량률이 증가하는 문제점이 있다.
따라서 초음파 사용 없이 저온과 짧은 처리 시간으로 향상된 세정성, 린스성 및 생산성을 나타내되, FPCB에 장착된 자이로 센서에 손상을 주지 않고 FPCB에 장착된 반도체에 부착된 블랙 쉴드(Black shield)와 언더필(Underfill)에 손상을 주지 않는 땜납용 플럭스 제거용 세정제 조성물 및 세정 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 초음파 사용 없이 향상된 세정성, 린스성 및 생산성을 나타낼 수 있는 땜납용 플럭스 제거용 세정제 조성물 및 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1양태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 73 내지 99.5 중량%; 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.1 내지 2.0 중량%; 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0 내지 20.0 중량%; 및 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 0 내지 5 중량%를 포함하는 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물을 제공한다.
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R1, R2, R4, 및 R5는 각각 수소 원자 또는 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이고, R3는 수소 원자, 탄소수가 1 내지 5인 알킬기 또는 탄소수가 1 내지 5인 알콕시기이며,
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, R6 및 R7은 수소 원자, 탄소수 1 내지 5인 직쇄의 알킬기 또는 하이드록시 에틸기이며, R8은 수소 원자, 탄소수 1 내지 5인 직쇄의 알킬기, 카르보닐기, 하이드록시 에틸기 또는 하이드록시이소프로필기이며,
Figure pat00003
상기 화학식 3에서, R9는 수소 원자, 또는 탄소수가 1 내지 5인 직쇄 또는 분자쇄의 알킬기이고, R10은 수소 원자, 또는 탄소수가 1 내지 5인 직쇄의 알킬기이며 n은 1 내지 3이며,
Figure pat00004
상기 화학식 4에서, R11 및 R12는 탄소수가 1 내지 5인 직쇄의 알킬기이다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 알코올계 화합물로서, 땜납 플럭스와의 친화성이 높아 땜납 플럭스의 팽윤을 용이하게 하며 용해된 플럭스를 안정시켜 주는 역할을 한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 73 내지 99.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 화합물의 함량이 99.5 중량%를 초과하면 경제성에서 문제가 될 수 있고, 73 중량% 미만이면 세정성이 떨어질 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물로 3-메톡시-3-메틸-1-부탄올(MMB) 또는 헥실렌 글리콜이 바람직하다. 상기 화합물은 플럭스 용해 및 세정성이 우수하고 린스능이 좋으며 상업적으로 구하기 쉽고 가격이 비교적 싸다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 유기아민 화합물로서, 땜납 플럭스에 포함된 유기물의 탄소 결합을 끊는 역할을 한다. 화학식 2의 염기성을 갖는 N 부분이 땜납 플럭스의 주성분인 산성계 로진과 산-염기 반응을 일으켜 땜납 플럭스의 점착력을 약화시킬 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 2.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만이면 땜납 플럭스 등에 포함되는 산성 물질과의 반응성이 떨어져 세정 효과가 불충분할 수 있고, 2.0 중량%를 초과하면 염기의 활동도가 과다하게 증가되어 블랙 쉴드(Black shield)와 언더필(Underfill)에 손상을 줄 수 있을 뿐만 아니라 제거된 플럭스 성분이 재부착될 수도 있다.
바람직하게, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로필아민 또는 디메틸아세트아미드일 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 글리콜 에테르계 화합물로서, 땜납 플럭스와의 친화성이 높고 세정제의 표면 장력을 낮추어 땜납 플럭스가 잘 팽윤되어 용해되도록 하고, 린스 공정에서 물에 대한 플럭스의 용해성을 향상시켜 세정제에 의해 제거된 플럭스의 재부착을 방지하는 작용을 한다.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 화합물의 함량이 20.0 중량%를 초과하면 세정성이 떨어질 수 있고 종류에 따라 함량에 따라 블랙 쉴드(Black shield)와 언더필(Underfill)에 손상을 줄 수 있으며, 0.1 중량% 미만이면 세정성이 떨어질 수 있다.
바람직하게, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 디에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 또는 이들의 조합일 수 있다. 더욱 바람직하게는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 또는 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르일 수 있다.
상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 황 화합물로서, 땜납 플럭스와의 친화성이 높아 땜납 플럭스의 팽윤을 용이하게 하며 용해된 플럭스를 안정시켜 주는 역할을 한다. 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 화합물의 함량이 5 중량%를 초과하면 블랙 쉴드(Black shield)와 언더필(Underfill)에 손상을 줄 수 있으며, 0.1 중량% 미만이면 세정성이 떨어질 수 있다.
바람직하게, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 디메틸설폭시드일 수 있다. 특별히 유기물의 용해력이 좋아 플럭스 용해 및 세정성이 우수하고 린스능이 좋으며 상업적으로 구하기 쉽고 가격이 싸다는 장점이 있다.
일 례로, 상기 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 조성물일 수 있다.
다르게는, 상기 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물에, 화학식 3로 표시되는 화합물, 화학식 4로 표시되는 화합물 또는 둘 다를 추가로 포함하여 성능간의 상호 보완에 의해 더 우수한 성능(세정성, 블랙쉴드 및 언더필 손상 방지성)을 나타낼 수 있다.
상기 조성물은 비이온 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 비이온 계면활성제는 세정제의 표면장력을 낮추어 세정제가 땜납과 플럭스의 계면에 잘 침투되도록 도와주어 미세패턴의 경우에도 플럭스가 잘 세정되도록 도와주며, 또한 린스 공정에서 플럭스 및 기타 피세정 성분의 재부착을 방지하는 역할을 한다.
상기 비이온 계면활성제는 조성물의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 비이온 계면활성제의 함량이 0.5 중량%를 초과하면 거품이 많이 발생하여 공정 진행에 방해가 될 수 있다.
상기 비이온 계면활성제에는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
Figure pat00005
상기 화학식 5에서, R13은 탄소수가 12 내지 18인 직쇄 또는 분자쇄의 알킬기이고, n은 7 내지 12이다.
상기 땜납 플럭스는 무연 땜납용 플럭스, 고융점 땜납용 플럭스 등일 수 있다.
본 발명의 제2양태는 본 발명의 세정제 조성물에 기판을 70 내지 90℃에서 5 내지 10분 동안 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 플럭스 세정 방법을 제공한다.
상기 기판은 전자부품이 적용된 연성인쇄회로기판(FPCB)일 수 있다. 바람직한 구체예로, 자이로 센서가 적용된 연성인쇄회로기판(FPCB)일 수 있다.
본 발명의 땜납 플럭스 세정 방법은 초음파 사용 없이 본 발명의 세정제 조성물을 이용하여 딥(dip) 방식으로 땜납 플럭스를 세정하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 세정 방법은 종래의 초음파 방식에 의해 자이로 센서가 손상되는 문제점을 해결할 수 있어 자이로 센서가 적용된 연성회로기판(FPCB)의 땜납 플럭스의 세정에 특히 유리하다.
또한, 본 발명의 땜납 플럭스 세정 방법은 70 내지 90℃의 저온 하에서 5 내지 10분의 짧은 시간 동안 진행되므로 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 연성인쇄회로기판(FPCB)에 장착된 반도체에 부착된 블랙 쉴드(Black shield)와 언더필(Underfill)을 손상시키지 않을 수 있다.
본 발명에 의하면 초음파 사용 없이도 저온과 짧은 처리 시간의 조건하에서 향상된 세정성, 린스성 및 생산성을 나타낼 수 있는 연성인쇄회로기판의 땜납 플럭스 세정제 조성물이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면 자이로 센서의 손상 없이 자이로 센서가 적용된 연성인쇄회로기판의 땜납 플럭스를 세정할 수 있다.
본 발명에 따르면 연성회로기판에 장착된 반도체에 부착된 블랙 쉴드(Black shield)와 언더필(Underfill)을 손상하지 않으며 땜납 플럭스를 세정할 수 있다.
도 1은 기존의 초음파 방식의 세정 프로세스 플로우를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 딥(dip) 방식의 세정 프로세스 플로우를 나타낸 개념도이다.
도 3은 땜납후 기판에 플럭스가 잔존한 상태의 사진이다.
도 4a는 도 3의 기판을 실시예 6의 세정제 조성물로 세정한 후 플럭스가 완전히 제거된 상태의 사진이다.
도 4b는 도 3의 기판을 비교예 11의 세정제 조성물로 세정한 후 플럭스가 완전히 제거되지 않아 백화현상이 발생한 상태의 사진이다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 하기 실시예 및 실험예 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 및 비교예>
하기 표 1 및 표 2에 기재된 조성으로 실시예 1 내지 15, 및 비교예 1 내지 14의 세정제 조성물을 제조하였다.
<실험예>
휴대폰용 전면 카메라 모듈의 땜납 기판을 75℃로 승온된 실시예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 14의 세정제 조성물에 6분간 침적시킨 후, 기판을 꺼내어 50℃로 승온된 물을 이용한 린스 공정을 3분간 수행하였다.
린스 공정이 끝난 땜납 기판을 현미경을 이용하여 (1) 플럭스 세정성, (2) 블랙 쉴드(Black shield) 손상 정도 및 (3) 언더필(Underfill) 손상 정도를 다음의 기준에 따라 평가하였다. 그 결과는 하기 표 1과 표 2에 나타내었다.
Figure pat00006
Figure pat00007
(1) 플럭스 세정성
○ : 플럭스가 완전히 제거됨
△ : 플럭스 잔사 잔존
Ｘ : 백화 현상
(2) Gyro sensor 손상 정도
○ : 손상없음(불량율 1% 이하)
△ : 불량률 1 ~ 5%
Ｘ : 불량률 5% 이상
(3) Black shield 손상 정도
○ : 20% 이하 손상
△ : 20 ~ 30% 손상
Ｘ : 30% 이상 손상
(4) Underfill 손상
○ : 30% 이하 손상
△ : 30 ~ 40% 손상
Ｘ : 40% 이상 손상
상기 표 1 및 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 15 의 세정제 조성물은 비교예 1 내지 14 의 세정제 조성물과 비교하여 75℃에서 6분 만에 우수한 플럭스 세정성을 나타내었으며 블랙 쉴드(Black shield)뿐만 아니라 언더필(Underfill)에 손상을 주지 않는 우수한 결과를 나타내었다.
도 4a는 실시예 6의 세정제 조성물을 사용하여 땜납 플럭스가 완전히 제거된 것을 촬영한 사진이며, 도 4b는 비교예 11의 세정제 조성물을 사용하여 땜납 플럭스가 완전히 제거되지 않아 백화현상이 발생한 것을 촬영한 사진이다.
상기 표 1 및 2에는 나타나 있지 않지만 종래 방식대로 초음파 방식의 세정조에서 버블링(bubbling) 방식을 적용한 경우 세정제에 의한 다량의 거품 발생으로 세정 공정을 진행할 수 없었다. 본 발명은 세정조에서 버블링(bubbling) 방식이 아닌 초음파 사용 없는 딥(Dip) 방식을 적용하고 린스 조에서 버블링(bubbling) 방식을 도입함으로써 거품 발생과 플럭스의 재부착을 방지할 수 있었다.

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 73 내지 99.5 중량%; 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 0.1 내지 2.0 중량%; 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 0 내지 20.0 중량%; 및 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 0 내지 5 중량%를 포함하는 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물:
    [화학식 1]

    상기 화학식 1에서, R1, R2, R4, 및 R5는 각각 수소 원자 또는 탄소수가 1 내지 5인 알킬기이고, R3는 수소 원자, 탄소수가 1 내지 5인 알킬기 또는 탄소수가 1 내지 5인 알콕시기이며,
    [화학식 2]
    Figure pat00009

    상기 화학식 2에서, R6 및 R7은 수소 원자, 탄소수 1 내지 5인 직쇄의 알킬기 또는 하이드록시 에틸기이며, R8은 수소 원자, 탄소수 1 내지 5인 직쇄의 알킬기, 카르보닐기, 하이드록시 에틸기 또는 하이드록시이소프로필기이며,
    [화학식 3]
    Figure pat00010

    상기 화학식 3에서, R9는 수소 원자, 또는 탄소수가 1 내지 5인 직쇄 또는 분자쇄의 알킬기이고, R10은 수소 원자, 또는 탄소수가 1 내지 5인 직쇄의 알킬기이며 n은 1 내지 3이며,
    [ 화학식 4 ]
    Figure pat00011

    상기 화학식 4에서, R11 및 R12는 탄소수가 1 내지 5인 직쇄의 알킬기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물로 3-메톡시-3-메틸-1-부탄올(MMB) 또는 헥실렌 글리콜인 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로필아민 또는 디메틸아세트아미드인 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20.0 중량%로 포함되는 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 디에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 또는 이들의 조합인 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 디메틸설폭시드인 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    비이온 계면활성제를 더 포함하는 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비이온 계면활성제는 조성물의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 0.5 중량%로 포함되는 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 비이온 계면활성제는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물인 것인 땜납 플럭스 제거용 세정제 조성물:
    [ 화학식 5 ]
    Figure pat00012

    상기 화학식 5에서, R13은 탄소수가 12 내지 18인 직쇄 또는 분자쇄의 알킬기이고, n은 7 내지 12이다.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 세정제 조성물에 기판을 70 내지 90℃에서 5 내지 10분 동안 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 플럭스 세정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판은 자이로 센서가 적용된 연성인쇄회로기판(FPCB)인 것인 땜납 플럭스 세정 방법.
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