KR930007663B1 - 수용성 납땜 융제 조성물 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

수용성 납땜 융제 조성물
본 발명은 액체 웨이브 납땜에 사용되는 신규한 납땜 융제(soldering flux)에 관한 것이다.
군용 하드웨어 등의 전자회로를 제조하는 데 공업적으로 사용되는 대부분의 융제 및 융제 제거용 화학 물질은 대기의 오존층을 파괴시키는 물질들이거나 또는 로스엔젤리스 분지에 있는 Air Quality Management District와 같은 지방 환경 기관에 의해 환경 오염물질 또는 건강상 위험물질로서 간주되고 있는 화학 물질들이다. 예를 들면, 송진 융제(rosin flux)를 사용한 납땜 부분을 세척하기 위해 증기 그리스 제거 공정(vapor degreasing)에서 사용되는 CFC(클로로플루오로히드로카본)가 대기 중으로 방출될 경우, 이 CFC는 거의 100년 동안 오존층 파괴물(depletant)로 잔류하게 된다는 것이 보고되어 있다. 송진 융제, 알콜 등의 기타 화학 물질은 건강상의 위험과 산업상의 폐기 문제를 일으키고 있다.
수용성 융제는 이러한 중요한 문제를 간단히 해결할 수 있다. 그러나, 대부분의 수용성 융제는 염산 및 복합 글리콜 등의 조야한 활성제와 함께 제조되므로 인쇄회로기판 및 이 기판 상의 전기회로에 대한 중요한 세척 문제 및 잔류 문제가 발생하여 납땜되어 있는 금속을 심하게 부식시키거나 유전체를 오염시켜 전자 전이의 현상이 일어나게 한다.
다른 수용성 용제들은 이소프로판올 및(또는) 가소제와 함께 제조되어 폐기 및 건강 문제를 야기시킨다.
따라서, 납땜 방법(수동, 웨이브, 드래그법 등)에 무관하게 금속 광택 및 질이 우수한 땜납 접합부를 형성하는 간단하고, 무동성이며, 비부식성인 액상 납땜 융제가 요망된다.
본 발명은 2개 이상의 카르복실산기를 갖는 수용성 유기산, 및 물, 알콜, 글리콜 및 테르펜으로 이루어지는 군으로 부터 선택된 1개 이상의 담체로 이루어지는 납땜 융제를 제공한다.
본 발명의 융제는 송진 기재 융제, 융제 신나(예, 이소프로판올) 및 관련된 융제 제거 용매(예, CFC)와 통상적으로 관련된 유해한 환경 배출물을 제거한다. 본 발명의 융제는 환경적으로 안전하고, 무독성이며, 사용하기가 용이하다. 또한, 납땜 시간이 절반으로 감소되고, 융제 제거(세척) 시간(송진 기재 융제 세척에 필요한 시간)이 10 내지 15분에서 약 3분으로 감소된다. 납땜된 어셈블리는 탈이온수로 세척할 수 있기 때문에, 증기 그리스 제거 장치와 관련된 많은 비용을 절감하게 된다. 생성되는 땜납 접합부는 금속 광택 및 전기적 성질이 우수하다.
본 발명의 융제는 (a) 2개 이상의 카르복실산기를 갖는 수용성 유기산 및 (b) 수용성 담체로 이루어진다. 적합한 유기산의 예로서는 시트르산, 말산, 타르타르산, 글루탐산, 프탈산 및 숙신산 등이 있다.
그러나, 시트르산을 사용하여 가장 바람직한 결과를 얻었으며, 상기 유기산 군이 유용한 반면에, 하기 설명되는 나머지 부분은 액체 웨이브 납땜시 납땜 융제로서의 시트르산 수용액의 용도에 관한 것이다.
어떤 특별한 이론으로 증명되는 바는 아니지만, 시트르산은 기개 금속이 아니라 산화물을 킬레이트화시키는 것으로 나타났다. 결과적으로 본 발명의 융제에 의해서 기재 금속은 거의 또는 전혀 부식되지 않는다. 상기 유기산 군의 성분들은 시트르산과 유사한 정도로 작용하기 때문에 이들 성분들도 또한 본 발명의 범위내에 포함된다.
물 중의 시트르산 농도 범위는 약 0.5 내지 99.5중량%이다. 약 5중량% 이상의 농도는 납땜 결과를 현저하게 개선시키는 반면에, 약 40중량% 이상의 농도는 납땜 결과를 더 이상 개선시키지 못하기 때문에 이 범위가 바람직하다. 약 20중량% 이상의 농도에서는 이상적이지 못한 납땜 표면에 대해서 조차도 납땜 결과가 일정하게 개선되기 때문에 약 20 내지 40중량%의 범위가 가장 바람직하다.
사용된 수질 및 시트르산의 등급은 본 발명의 실시에 있어서 중요하지는 않지만, 극히 예민한 전기 회로일 경우 증류수 또는 탈이온수 및 상당히 고등급의 시트르산을 사용하는 것이 바람직하다. 시트르산의 원천 역시 중요하지 않은데, 예를 들면, 시판되는 분말 또는 결정질 또는 심지어는 오렌지 쥬스, 레몬 쥬스, 라임 쥬스, 자몽 쥬스, 파인애플 쥬스, 토마토 쥬스 등과 같은 과일 쥬스 또는 과일 쥬스 농축액이 사용될 수 있다. 마지막으로 융제는 첨가제가 납땜 결과에 부작용을 일으키지 않는 한 우연으로든 또는 계획적이로든 불순물 등의 다른 성분을 함유할 수 있다.
물이 바람직한 담체이기는 하지만, 물 담체의 일부 또는 전부를 다른 수용성 담체, 예를 들어, 알콜 글리콜 및(또는)테르펜으로 대체할 수 있다. 적합한 알콜류의 예로서는, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올 및 임의의 부탄올을 들 수가 있다. 글리콜류의 예로서는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 및 임의의 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 글리콜을 들 수가 있다.
중심 땜납 내부에 융제를 포함시키기 위하여 융제에 점증제를 첨가할 수도 있다. 적합한 점증제의 예로서는, 옥수수 전분, 주석 도금유, 젤라틴, 유화제 및 폴리비닐 화합물이 있다. 이러한 점증제는 당 업계에 공지된 바와 같이 필요 점도를 갖는 융제를 제공하기 위해 첨가하는 것이다.
또한 본 발명의 융제는 땜납 입자 및 적절한 시약과 혼합하여 땜납 페이스트를 형성할 수도 있다.
특별한 목적으로 첨가제를 융제에 첨가하기도 한다. 예를 들어, 동록유(冬綠油), 스피아민트유 또는 페퍼민트유 등의 착향제를 융제에 첨가하여 사용자에게 상쾌한 향을 제공할 수 있다. 이러한 착향제는 통상적으로 약 1 내지 30ppm의 양으로 첨가한다.
사용자가 무색인 융제를 알아볼 수 있도록 하기 위하여 시각 효과의 목적으로 착색제를 첨가할 수도 있다. 착색제는 적어도 1종 이상의 식품 착색제를 1 내지 30ppm의 양으로 첨가할 수 있다.
세척 공정을 개선시키기 위해 계면활성제를 첨가할 수도 있다. 롬 엔드 하스사(Rohm ＆ Haas ; California 주 Los Angeles 소재)가 Trition X-100의 상품명으로 시판하는 에톡실화 알콜 등의 비이온성 습윤제를 융제의 약 10% 이하로 첨가할 수 있다.
본 발명의 융제는 인쇄회로기판에 전자부품을 전기적으로 납땜시키는 데 가장 유리하게 사용된다. 이러한 인쇄회로기판에는 관통 개구를 둘러싸고 있는 구리 도금선이 있는데, 이 구리 도금선은 주석-납으로 코팅되어 있고, 이 인쇄회로기판이 관통 개구를 통해 부품의 리드가 연장된다. 부품을 납땜하는 동안 사용되는 땜납은 통상적으로 주석-납 땜납이며, 본 발명의 융제는 60-40, 63-37 및 96-4의 주석-납 땜납을 성공적으로 사용하였다. 대부분의 경우에, 63-37의 주석-납 땜납을 사용한다.
본 발명의 융제는 다양한 기술로 적용될 수 있다. 그러나, 웨이브 납땜 동안에 존재하는 물로 인해 발생하는 스플래터링(splattering)을 최소화하기 위하여 융제를 도포하는 바람직한 방법은 무화 시스템(fogging system)을 사용한 유무 분무법(mist-spraying)이다. 유무 분무법은 융제 방울의 과도한 적하를 피하는 방법으로 기판을 가습시킴으로써 웨이브 납땜 동안의 스플래터링을 피할 수 있게 한다. 유무 분산법에 사용되는 기술 및 장치에 관한 좀 더 상세한 내용은 동일자로 출원되어 본 발명과 동일한 양수인에게 양도된 1990년 10월 31일자 미합중국 특허 출원 제608,042호(PD-90458) 동반 출원에 기재되어 있다.
본 발명의 융제는 다음과 같은 잇점을 제공한다.
1. 본 발명의 융제는 송진 기재 융제, 융제 신나(예, 이소프로필 알콜) 및 관련된 융제 제거제(예, 1, 1, 1-트리클로로에탄)와 통상적으로 관련된 유해한 환경 배출물을 제거한다. 융제의 세척은 온수 또는 고온수로 간단하게 행해진다. 따라서, 신규한 융제는 환경적으로 안전하다.
2. 본 발명의 융제는 납땜하는 사람에게 무독성이고, 극히 안전하며, 매우 효과적인 융제이다.
3. 실질적인 납땜 시간을 대략 50% 단축시킨다. 이것은 액체 웨이브 납땜을 사용하는 자동 납땜을 가능하게 하여 송진 기재 납땜에 비해 속도가 2배 빨라지므로 아주 짧은 시간에 전자부품을 납땜 온도까지 가열시킬 수 있게 한다.
4. 융제 제거(세척) 시간이 단위 당 10 내지 15분(CFC 그리스 제거제 사용 시)에서 약 1분으로 단축된다(고온수 이용 시).
5. 웨이브 납땜된 어셈블리는 탈이온수로 세척이 가능하기 때문에 증기 그리스 제거 장치에 소요되는 고가의 비용를 절감할 수 있다. 용매의 재생 비용 및 재증류에 드는 비용 또한 절감된다.
6. 본 발명의 융제를 사용함으로써 용매 사용 및 지방 환경기관(예, 로스앤젤리스 분지에 있는 AQMD)에 의해 요구되는 장치의 허용치를 조정하는 데 소요되는 비용을 절감해 준다.
7. 본 발명의 융제가 생분해성 및 수용성이기 때문에 이 용제를 사용함으로써 잔여물 폐기 및 잔여 폐액처리 비용을 현저하게 절감해 준다.
8. 본 발명의 융제를 사용함으로써 금속 광택 및 전기적 특성이 우수한 땜납 접합부를 얻을 수 있다.
본 발명의 납땜 융제는 상업적인 수동 및 자동 액체 납땜 작업, 특히 회로기판에 전자부품을 납땜하는 작업에의 이용이 기대된다.
[실시예]
[실시예 1]
융제 활성 시험
본 발명의 융제(시트르산 용액)을 선행 기술의 융제(RMA Alpha 857, Kester 2224)와 비교하는 융제활성 시험은 5.08cm×5.08cm(2inch×2inch)의 구리 판넬에 각종 융제를 도포시키고 110℃(230°F)에서 1시간 동안 건조시킴으로써 행하였다. 이 융제 표본을 세척한 후 평가하였다. 융제 조성물 및 그의 외관을 다음 표 1에 나타내었다. RMA는 활성이 약한 Kester 185 송진을 의미하며, Alpha 857 및 Kester 2224는 수용성 융제이다. 사용된 시트르산 농도는 물 1리터 당 시트르산 분말 400g이었다. 본 발명의 융제는 맑은 액상이었다.
[표 1]
본 발명의 융제는 RMA와 비교할 만한 정도였지만, 시판되는 두가지 수용성 융제는 구리에 대한 침식제로서 나타났다. 상기 시험으로써 본 발명의 융제가 시판되는 수용성 융제의 범주에 속하지 않는 뛰어난 융제라는 것이 명확하게 나타났다.
어떤 특별한 이론으로 증명하지 않아도, 본 발명의 융제는 기재 물질을 침식하지 않고 산화물을 공격하는 킬레이트화제로서 작용한다는 것이밝혀졌다.
[실시예 2]
땜납 산포 시험
본 발명 융제를 사용한 땜납 산포성이 송진 "RMA"융제의 산포성과 비교할 만한 지를 비교하기 위하여 산포 시험을 행하였다. 직경이 0.16cm(0.062inch)인 땜납 와이어로 0.95cm(3/ 8inch) 직경의 땜납 고리들을 형성하여 5.08cm×5.08cm(2inch×2inch)의 구리 판넬의 중심에 놓았다. 융제 세방울을 각 고리 중심에 적하시켰다. 이어서 모든 판넬에서 동시에 증기상이 다시 흘러나왔다. 본 발명의 융제를 사용한 땜납 산포면적은 RMA 융제 면적의 2배 이상이 되는 것으로 다시 밝혀졌다. 또한 본 발명의 융제는 RMA 융제에 비해 기판의 광택이 양호하며, 습윤성이 더욱 양호한 것으로 나타났다.
상기한 바로 부터, 본 발명의 융제는 RMA 융제 보다 훨씬 우수하다는 것이 명확하게 밝혀졌다. 또한 구리 기재 금속이 RMA 융제 또는 본 발명의 융제에 의해 침식되지 않음을 주목할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 융제는 전자부품 납땜용으로 적합한 무독성이며, 비부식성인 액상 납땜 융제임이 밝혀진 것이다. 당업계의 숙련된 사람은 본 발명의 명백한 특성에 있어서 다양한 변화 및 변형이 가능하며, 이러한 변화 및 변형은 첨부되는 특허 청구 범위에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명 영역 내에 속하는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. (a) 2개 이상의 카르복실산기를 갖는 수용성 유기산 및 (b) 물, 알콜, 글리콜, 테르펜 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 무독성 담체로 이루어진 납땜 융제 조성물
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기산이 시트르산, 말산, 타르타르산, 글루탐산, 프탈산 및 숙신산으로 이루어지는 군으로 부터 선택된 것이 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기산이 주로 시트르산으로 이루어진 것인 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 시트르산 종도가 0.5 내지 99.5중량%의 범위인 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 농도 범위가 20 내지 40중량%인 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 알콜이 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소부탄올 및 t-부탄올로 이루어지는 군으로 부터 선택된 것이 조성물.
  7. 제1에 있어서, 상기 글리콜이 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜로 이루어지는 군으로 부터 선택된 것인 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 테르펜이 주로 L-리모넨으로 이루어진 것인 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 구리 표면에 주석-납 땜납으로 납땜하는 데 사용되는 것인 조성물,
  10. 제1항에 있어서, (a) 동록유(冬綠油), 스피아민트유 및 페퍼민트유로 이루어지는 군으로 부터 선택된 착향제 1 내지 30ppm, (b) 1개 이상의 식용 색소 1 내지 30ppm 또는 (c) 이들의 혼합물을 더 함유하는 조성물.
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