KR20170097764A - 급가열 공법용 플럭스 및 급가열 공법용 솔더 페이스트 - Google Patents

급가열 공법용 플럭스 및 급가열 공법용 솔더 페이스트 Download PDF

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Abstract

땜납 합금의 비산을 억제하는 것이 가능한 레이저 리플로우 등의 급가열 공법으로 사용되는 급가열 공법용 플럭스 및 급가열 공법용 솔더 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 하고, 로진과, 글리콜에테르계의 용제와, 유기산과, 틱소제를 포함하며, 용제는, 비점이 200℃ 이하의 글리콜계의 저비점 용제이며, 저비점 용제의 함유량을 20중량％ 이상 40중량％ 이하로 한 급가열 공법용 플럭스 및 이 플럭스와 땜납 합금의 분말을 혼합한 급가열 공법용 솔더 페이스트이다. 비점이 200℃를 초과하는 고비점 용제를 더 함유하는 경우, 용제 전체 중 저비점 용제의 함유량을 60중량％ 이상으로 한다.

Description

급가열 공법용 플럭스 및 급가열 공법용 솔더 페이스트
본 발명은 레이저 리플로우 등의 급가열 공법으로 사용되는 급가열 공법용 플럭스, 및, 급가열 공법용 솔더 페이스트에 관한 것이다.
솔더 페이스트는, 땜납 합금의 분말과 플럭스가 혼합되어 생성된다. 종래, 솔더 페이스트를 사용한 납땜은, 리플로우 로라 불리는 가열로가 사용되어 왔다.
리플로우 로를 사용한 납땜은, 솔더 페이스트가 도포되어, 전자 부품 등의 접합 대상물이 솔더 페이스트에 적재된 기판을, 몇 분 정도의 시간으로 땜납 합금이 용융하는 온도역까지 가열하여, 땜납 합금을 용융시키고 있었다.
이에 대하여, 접합 대상물이 적재된 솔더 페이스트에 레이저를 조사하여 땜납 합금을 용융시키는 레이저 리플로우라고 칭하는 기술이 제안되어 있다. 레이저 리플로우에서는, 국소적인 가열을 행할 수 있는 점에서, 리플로우 로와 비교하여, 전자 부품 전체에 열을 가하지 않고 실장이 가능하다.
레이저 리플로우는, 가열 개소가 몇 초 정도의 시간으로 땜납 합금의 용융 온도역까지 급가열된다. 이러한 급가열이 행해짐으로써, 플럭스의 비산 발생이 일어나기 쉽고, 그로 인하여, 용융된 땜납의 비산 발생도 현저했다.
따라서, 땜납 합금의 융점보다도 비점이 높은 용제를 함유시킨 플럭스가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2014-100737호 공보
땜납 합금의 융점보다 비점이 높은 용제를 함유시킨 플럭스와, 땜납 합금이 혼합된 솔더 페이스트에서는, 솔더 페이스트에 레이저가 조사되어 땜납 합금이 용융하는 온도역까지 가열된 경우, 플럭스 중의 용제의 휘발이 억제된다.
그러나, 용융된 솔더 페이스트 중에 휘발하지 않고 잔류한 용제가 급가열에 의해 돌비하여, 용융된 땜납 합금이 비산될 가능성이 있었다. 용융된 땜납 합금이 비산되면, 접합 대상물의 주위에 땜납 합금이 부착될 가능성이 있었다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 땜납 합금의 비산을 억제할 수 있는 급가열 공법으로 사용되는 급가열 공법용 플럭스 및 급가열 공법용 솔더 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명자들은, 땜납 합금을 용융시키는 온도역에서 휘발하는 낮은 비점을 갖는 용제를 함유시킨 플럭스를 사용한 솔더 페이스트에서는, 레이저 리플로우와 같은 급가열을 행해도, 땜납 합금의 비산이 억제되는 것을 알아내었다.
본 발명은 로진과, 글리콜에테르계의 용제와, 유기산과, 틱소제를 포함하며, 용제는, 비점이 200℃ 이하인 글리콜계의 저비점 용제이며, 저비점 용제의 함유량을 20중량％ 이상 40중량％ 이하로 하고, 저비점 용제를, 용제 전체 중 60중량％ 이상 함유한 급가열 공법용 플럭스이다.
또한, 저비점 용제는, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜모노알릴에테르, 에틸렌글리콜모노이소프로필에테르 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 땜납 합금과, 플럭스가 혼합되어, 플럭스는, 로진과, 글리콜에테르계의 용제와, 유기산과, 틱소제를 포함하며, 용제는, 비점이 200℃ 이하인 글리콜계의 저비점 용제이며, 저비점 용제의 함유량을 20중량％ 이상 40중량％ 이하로 하고, 저비점 용제를, 용제 전체 중 60중량％ 이상 함유한 급가열 공법용 솔더 페이스트이다.
본 발명의 플럭스에서는, 융점이 200℃를 초과하는 땜납 합금과 혼합된 솔더 페이스트로서 사용되는 경우, 땜납 합금을 용융시키는 온도역에서 플럭스 중의 용제가 휘발한다. 이에 의해, 용융된 상태의 땜납 합금 중에 용제가 잔류하지 않고, 레이저 리플로우 등의 급가열 공법으로 급가열을 행해도, 땜납 합금의 비산이 억제된다.
또한, 융점이 200℃ 이하의 땜납 합금과 혼합된 솔더 페이스트로서 사용되는 경우, 땜납 합금을 용융시키는 온도역에서 플럭스 중의 용제가 완전하게는 휘발하지 않지만, 용제는 용제의 비점보다 낮은 온도에서도 휘발이 시작되어, 잔류하는 용제의 양이 일정 값보다 적어짐으로써, 땜납 합금의 비산이 억제된다.
급가열 공법은 레이저 리플로우뿐만 아니라, 급가열을 행하는 방법이면 된다. 급가열에 의한 납땜 방법으로서, 레이저 리플로우, 할로겐 램프, 히트 건 등에 의한 열풍 가열, 기판의 이면측에서 납땜 인두에 의한 가열 등을 들 수 있다.
<본 실시 형태의 플럭스의 조성예>
본 실시 형태의 플럭스는, 로진과, 글리콜에테르계의 용제와, 유기산과, 틱소제를 포함한다. 본 실시 형태의 플럭스는, 땜납 합금의 분말과 혼합되어 솔더 페이스트가 생성된다.
용제는, 플럭스 중의 고형분을 녹인다. 용제는, 비점이 200℃ 이하의 글리콜계의 저비점 용제이며, 플럭스 중의 저비점 용제의 함유량을 20중량％ 이상 40중량％ 이하로 한다. 저비점 용제로서는, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜모노알릴에테르, 에틸렌글리콜모노이소프로필에테르 등을 들 수 있다.
또한, 용제는, 비점이 200℃를 초과하는 고비점 용제를 더 함유해도 된다. 고비점 용제를 함유하는 경우, 용제 전체 중 저비점 용제의 함유량을 60중량％ 이상으로 한다.
고비점 용제로서는, 에틸렌글리콜모노헥실 에테르, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노-2-에틸헥실에테르, 디에틸렌글리콜모노-2-에틸헥실에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르 등을 들 수 있다.
로진은, 유기산 등의 활성제 성분을 열로부터 보호하여, 활성제 성분의 휘발을 억제한다. 로진으로서는, 수소 첨가 로진, 산 변성 로진, 중합 로진, 로진 에스테르 등을 들 수 있다. 로진의 함유량은, 40중량％ 이상 60중량％ 이하로 했다.
틱소제는, 틱소트로픽성의 부여를 위하여 첨가되며, 솔더 페이스트에 점성을 부여한다. 틱소제로서는, 고급 지방산 아미드, 고급 지방산 에스테르, 피마자 경화유 등을 들 수 있다. 틱소제의 함유량은, 5중량％ 이상 10중량％ 이하로 했다.
유기산은, 땜납 합금 및 납땜하는 대상의 산화막을 제거하기 위하여, 플럭스에 있어서의 활성제 성분으로서 첨가된다. 유기산으로서는, 아디프산, 수베르산, 세바스산 등, 상온 고체의 유기산이 바람직하다. 유기산의 함유량은, 5중량％ 이상 15중량％ 이하로 했다.
본 실시 형태의 플럭스는, 다른 첨가제로서, 할로겐 등의 유기산 이외의 활성제, 산화 방지제, 계면 활성제, 소포제 등을 플럭스의 성능을 손상시키지 않는 범위로 적절히 첨가해도 된다.
본 실시 형태의 솔더 페이스트는, 상술한 조성의 플럭스와, 땜납 합금의 분말이 혼합되어 생성된다. 본 예에 있어서의 솔더 페이스트는, 땜납 합금의 조성이 Sn-3Ag-0.5Cu(각 수치는 중량％)인 땜납 합금의 분말과, 플럭스가 혼합되어 생성된다. Sn-3Ag-0.5Cu의 땜납 합금의 융점은 217℃이며, 저융점 용제의 비점보다 높다.
또한, 본 실시 형태의 솔더 페이스트는, 땜납 합금의 조성이 Sn-57Bi(각 수치는 중량％)인 땜납 합금의 분말과, 플럭스가 혼합되어 생성된다. Sn-57Bi의 땜납 합금의 융점은 139℃이며, 저융점 용제의 비점보다 낮다. 또한, 본 발명은 이 땜납 합금에 한정하는 것은 아니다.
실시예
이하의 표에 나타내는 조성으로 실시예와 비교예의 플럭스를 조합하고, 실시예 및 비교예의 플럭스를 사용하여 솔더 페이스트를 조합하고, 땜납 볼의 억제 효과에 대해 검증했다. 솔더 페이스트는, 땜납 분말과 플럭스의 비율을, 땜납 분말:플럭스=89:11로 혼합했다.
(a) 측정 방법
시험 장치: JAPAN UNIX(등록 상표) ULD-730
레이저 조사 직경: 0.8㎜
패드 사이즈: 0.8×0.8㎜ 재질: Cu
조사 조건: 조사 출력을 1W/sec의 비율로 1.5W까지 출력을 올리고, 조사 개시부터 3초 후에 정지.
솔더 페이스트를 0.1㎜ 두께의 마스크로 인쇄 공급했다.
측정 횟수는 N=4이고, 측정값의 평균으로 판정했다.
(b) 판정 기준
◎: 땜납 볼의 수가 0 내지 5개
○: 땜납 볼의 수가 6 내지 10개
×: 땜납 볼의 수가 11개 이상
조성의 함유량과 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
저비점 용제를 포함하며, 고비점 용제를 포함하지 않고, 플럭스 중에서의 저비점 용제의 함유율을 소정의 범위로 변화시킨 실시예 1 내지 실시예 6에서는, 땜납 합금의 조성이 Sn-3Ag-0.5Cu일 때, 땜납 볼의 발생 수는, 모두 0 내지 5개로 억제되었다.
이것은, 땜납 합금의 융점이 217℃이고, 땜납 합금을 용융시키는 온도역에서 플럭스 중의 용제가 휘발하며, 용융된 상태의 땜납 합금 중에 용제가 잔류하지 않고, 레이저 리플로우에서 급가열을 행해도, 땜납 합금의 비산이 억제되기 때문이라고 생각된다.
저비점 용제와 고비점 용제를 포함하여, 전체 용제 중에 있어서의 저비점 용제의 함유비를 소정값 이상으로 한 실시예 7 내지 실시예 9에서는, 땜납 합금의 조성이 Sn-3Ag-0.5Cu일 때, 땜납 볼의 발생 수는, 모두 0 내지 5개로 억제되었다.
용제에 고비점 용제를 포함하고 있는 경우, 땜납이 용융된 상태에서 용제가 잔류되어 있다고 생각할 수 있지만, 저비점 용제는 휘발함으로써 잔류하는 용제의 양이 적기 때문에, 비산을 야기하기 어렵게 되어 있다고 생각된다.
그래서, 실시예 1 내지 실시예 6의 플럭스와, 땜납 합금의 조성이 Sn-57Bi의 융점이 139℃인 땜납 합금을 혼합시킨 솔더 페이스트로 실시한 결과, 땜납 볼의 발생수는, 0 내지 5개, 혹은 6 내지 10개로 억제되었다. 이것은, 땜납 합금을 용융시키는 온도역에서 플럭스 중의 용제가 완전하게는 휘발하지 않지만, 용제는 용제의 비점보다 낮은 온도에서도 휘발이 시작되고, 잔류하는 용제의 양이 일정 값보다 적어짐으로써, 땜납 합금의 비산이 억제되기 때문이라고 생각된다.
또한, 실시예 7 내지 실시예 9에서는, 땜납 합금의 조성이 Sn-57Bi여도, 땜납 볼의 발생수는, 6 내지 10개로 억제되었다.
이에 대하여, 고비점 용제를 포함하며, 저비점 용제를 포함하지 않는 비교예 1 내지 비교예 3에서는, 땜납 합금의 조성이 Sn-3Ag-0.5Cu일 때, 땜납 볼의 발생 수는, 모두 11개 이상이였다.
이것은, 땜납 합금의 융점이 217℃이고, 땜납 합금을 용융시키는 온도역에서 플럭스 중의 용제가 휘발되지 않고, 용융된 상태의 땜납 합금 중에 용제가 잔류하여, 레이저 리플로우에서 급가열을 행하면, 땜납 합금이 비산되기 때문이라고 생각된다.
또한, 비교예 1 내지 비교예 3에서는, 땜납 합금의 조성이 Sn-57Bi여도, 땜납 볼의 발생수는, 모두 11개 이상이었다.
저비점 용제와 고비점 용제를 포함하지만, 전체 용제 중에서의 저비점 용제의 함유비를 소정값 미만으로 한 비교예 4에서는, 땜납 합금의 조성이 Sn-3Ag-0.5Cu일 때, 땜납 볼의 발생수는, 모두 11개 이상이었다. 또한, 비교예 4에서는, 땜납 합금의 조성이 Sn-57Bi여도, 땜납 볼의 발생 수는 11개 이상이었다.
이상의 결과로부터, 플럭스 중의 저비점 용제의 함유량을 20중량％ 이상 40중량％ 이하로 하면, 원하는 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 저비점 용제와 고비점 용제를 함유하는 경우, 용제 전체 중, 저비점 용제의 함유량을 60중량％ 이상으로 하면, 원하는 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다.
본 발명은 레이저 리플로우, 할로겐 램프, 히트 건 등에 의한 열풍 가열, 기판의 이면측으로부터 납땜 인두에 의한 가열 등의 급가열 공법을 적용한 전자 부품의 납땜에 적용된다.

Claims (3)

  1. 로진과, 글리콜에테르계의 용제와, 유기산과, 틱소제를 포함하며,
    상기 용제는, 비점이 200℃ 이하의 글리콜계의 저비점 용제이며, 상기 저비점 용제의 함유량을 20중량％ 이상 40중량％ 이하로 하며, 상기 저비점 용제를, 용제 전체 중 60중량％ 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 급가열 공법용 플럭스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저비점 용제는, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜모노알릴에테르, 에틸렌글리콜모노이소프로필에테르인 것을 특징으로 하는 급가열 공법용 플럭스.
  3. 땜납 합금과, 제1항 또는 제2항에 기재된 플럭스가 혼합되는 것을 특징으로 하는 급가열 공법용 솔더 페이스트.
KR1020177020529A 2014-12-26 2015-12-21 급가열 공법용 플럭스 및 급가열 공법용 솔더 페이스트 KR20170097764A (ko)

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