KR960002115B1 - 수용성 땜납 페이스트 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수용성 땜납 페이스트

본 발명은 표면 장착 성분의 납땜 방법에 사용되는 환경상 안전한 융제를 함유하는 신규한 땜납 페이스트(soldering paste)에 관한 것이다.

군용 하드웨어 등의 전자 회로를 제조하는데 공업적으로 사용되는 대부분의 융제(flux) 및 융제제거용 화학 물질은 대기의 오존층을 파괴시키는 물질이거나, 또는 로스앤젤리스 분지에 소재하는 에어 퀼리티 매니지먼트 디스트릭트(Air Quality Management District)와 같은 지방 환경 기관에 의해서는 환경 오염 물질 또는 건강상 위험 물질로서 간주되고 있다. 예를 들면, 로진 융제(rosin flux)를 사용한 납땜 부분을 세척하기 위해 증기 그리스 제거(vapor degreasing)에 사용되는 CFC류(클로로플루오로 히드로카본)가 대기중으로 방출될 경우 , 이 CFC류는 거의 100년 동안 오존층 파괴물(depletant)로 잔류하게 된다는 것이 보고되어 있다.

로진 융제및 알코올 등의 기타 화학 물질은 건강상의 위험과 산업폐기 문제를 야기하고 있다.

수용성 융제는 이러한 주요 문제의 간단한 해결책이 될 수 있다. 그러나, 대부분의 수용성 융제는 염산 및 복합 글리콜 등의 거친 활성제를 사용하여 제조되는데, 이들은 인쇄 회로 기판 및 이 기판 위에 있는 전기 회로에 대한 세척 문제및 잔류 문제가 발생하고 납땜되어 있는 금속을 심하게 부식시키거나 유전체를 오염시켜 전자 이동 현상을 야기시킨다. 기타 수용성 융제들은 이소프로판올 및 (또는) 가소제를 사용하여 제조되는데, 이들은 폐기 및 건강 문제를 야기시킨다.

수용성 땜납 페이스트는 일반적으로 분말 형태인 땜납 합금을 수용성 유기 활성제및 수용성 유기 담체와 혼합시킨 제형(劑形)이다 (미합중국 특허 제4,872,928호 참조). 활성제로서 작용하는 유기산의 예로서는 시트르산이 있으나, 상기 페이스트는 폴리에틸렌 글리콜 등의 환경상 바람직하지 않은 다른 종류의 물질도 역시 함유한다.

바람직한 것은 금속 광택 및 품질이 우수한 땜납 접합부를 생성하는 간단하고, 비독성이며, 비부식성이고, 환경상 안정한 액체 땜납 페이스트이다.

본 발명에 의하면, 미립자상 땜납 합금 및 틱소트로픽(thixoitropic) 융제기재(基材)로 이루어진 새로운 땜납 페이스트가 제공된다. 이 틱소트로픽 융제기재 그 자체도 신규한 것으로서 , (a)식물성유 ,(b) 증점제(增粘劑) 및 (c) 카르복 실산기가 2개 이상인 수용성 유기산으로 이루어진다.

본 발명의 페이스트는 로진 기재 융제, 융제신나(예, 이소-프로판올) 및 관련된 융제제거 용매(예, CFC류)와 통상적으로 관련된 유해한 환경 배출물을 제거한다. 본 발명의 페이스트는 환경상 안전하고 ,비독성이며, 사용하기가 용이하다. 예를 들면, 납땜시간 및 융제제거(세척) 시간은 로진 융제사용시 필용한 납땜 시간 및 융제제거(세척) 시간에 비하여 현저히 단축되다. 납땜된 어셈블리(조립품)는 탈이온수로 세척할 수 있기 때문에, 증기 그리스 제거 장치와 관련된 많은 비용을 절감하게 된다. 그 결과 생기는 땜납 접하부는 금속 광택과 전기적 성질이 우수하다.

본 발명의 땜납 페이스트는 미립자상 땜납 합금 및 틱소트로픽 융제기재로 이루어진다. 이 틱소트로픽 융제기재는 (a) 식물성유, (b) 수성 에멀젼상의 증점제및 (c) 카르복실산기가 2개 이상인 수용성 유기산으로 이루어진다. 적합한 유기산의 예로서는 시트르산, 말산, 타르타르산, 클루탐산, 프탈산 및 숙신산 등이 있다.

그러나, 시트르산을 상용하여 가장 바람직한 결과를 얻게 되었으며, 상기 유기산류가 유용한 반면에 아래에 설명하는 본 명세서의 나머지 설명 부분은 땜납 성분에 사용되는 땜납 페이스트중의 융제로서의 시트르산의 용도에 관한 것이다.

어떤 특별한 이론으로 증명되는 바는 아니지만, 시트르산은 금속 그 자체가 아니라 납땜할 기재 금속의 산화물을 킬레이트화시키는 것으로 보인다. 그 결과로, 본 발명의 융제에 의한 기재 금속의 부식은 거의 또는 전혀 일어나지 않는다.

상기 유기산류의 성분들은 시트르산과 유사한 정도로 작용을 하기 때문에, 이들 성분들도 역시 본 발명의 범위 내에 포함된다.

미립자상 땜납은 메쉬 크기의 땜납 볼(soldering ball) 및 땜납 페이스트에 통상적으로 사용되는 조성물로 이루어질 수 있다. 예컨대, 땜납 볼은 -325 내지 +메쉬, 바람직하게는 -200 내지 +325메쉬의 크기를 갖는데, 더 큰 메쉬 크기도 사용될 수 있다. 통상, 페이스트 중의 미립자상 땜납의 농도는 약 80내지 90중량%이며, 잔량부는 융제기재이다.

미립자상 땜납은 주석/납 60/40, 주석/은/납 62/2/36, 주석/납 63/37 및 주석/은 96/4와 같은 통상적으로 사용되는 납땜 합금들중의 하나로 이루어질 수 있다. 주석/납 60/40 및 주석/납 63/37 땜납이 통상적으로 사용된다.

위에 지적한 바와 같이, 틱소트로픽 기재는 (a) 식물성유 ,(b) 수성 증점제및 (c) 수용성 유기산으로 이루어진다. 틱소트로픽 융제기재를 미립자상 땜납과 혼합시키면 본 발명의 땜납 페이스트를 형성할 수 있다. 이와 달리, 틱소트로픽 융제기재는 납땜 작업에 사용하기 위한 페이스트로서 별도로 제조할 수 있다.

증점제는 옥수수 전분, 감자 전분, 지의류(地衣類) 식물 및 갈분 등, 식품 가공시에 통상적으로 사용되는 증점제중의 하나로 이루어질 수있다. 에톡실화 선형 알코올도 본 발명의 실시에 있어서 증점제로서 역할을 할 수 있다. 증점제를 첨가시킨 후에, 본 발명의 실시에 사용하려면, 융제기재의 최소 점도는 실온에서 200,000센티포아즈[centipoise(cp)] 이상이어야만 한다. 이러한 최소 점도는 옥수수 전분에 대하여 물중의 농도가 170g/ℓ 이어야만 한다. 에톡실화 선형 알콜올을 사용하는 경우에는 , 알코올과 물의 비율은 1 : 1 이상이어야 한다.

극히 예민한 전자 회로일 경우, 증류수가 사용될 수 있지만, 본 발명의 실시에 있어서는 탈이온수를 사용하는 것이 유리하다.

식물성유는 납땜을 균일하게 하고, 납땜하는 동안에 스플래터링(splattering)을 최소화하고 , 페이스트의 건조를 방지하는 역할을 한다. 적합한 식물성유의 예로는 호호바유(jojoba oil), 팜유(palm oil) 및 땅콩유가 있다. 바람직한 조성물에 대하여는 후술하는 바와 같이 비교적 소량의 오일이 필요하다.

동물성 지방유는 용이하게 제거되지 않으며, 본 발명의 실시에서는 사용하지 않는 것이 좋다.

융제지개중의 시트르산의 농도 범위는 보오드 땜납(board solder) 을 활성화 시키는 데 충분하여야만 한다 (페이스트중의 미립자상 땜납을 활성화시키는 것은 필요하지 않다). 따라서, 시트르산의 농도는 약 3중량%이상이어야 하고, 최대 융제기재의 포화 농도까지 사용할 수 있다. 필요한 경우에는 유리수를 결합시키는 비독성 매질을 낮은 농도의 시트르산과 함께 사용할 수 있다.

유기산은 결정 또는 분말 형태로 상용할 수있다. 극히 예민한 전기 회로에 대하여는, 비교적 고급의 시트르산을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

융제에는 우연히 또는 의도적으로 불순물 등의 다른 성분이 함유될 수 있지만, 이러한 첨가물이 납땜 결과에 심각한 악영향을 미치지 않는 한 이들이 함유되어도 좋다.

방향제를 임의로 첨가시킬 수 있다. 사용자에게 상쾌한 향을 제공하는 것이 목적인 이러한 방향제의 예로는 동록유(冬錄油) 스피아민트유 및 페퍼민트유가 있다. 방향제의 농도는 약 1 내지 30ppm 이다.

특히 바람직한 조성물은 주성분으로서 약 80 내지 90중량%의 미립자상 땜납(-200 내지 +325메쉬)과 ,그 잔부로서(1) 약 1 내지 5중량%의 식물성유, (2) 약 47.5 내지 49.5중량%의 증점제, 즉 물중의 옥수수 전분(170 g/ℓ) 또는 물중의 에톡실화 선형 알코올 (1 : 1) 및 (3) 약 47.5 내지 49.5중량%의 시트르산 용액(3% 내지 포화 농도)을 함유하는 틱소트로픽 융제기재로 이루어진다.

전술한 바와 같이, 방향 목적을 위하여 동록유 등의 방향제약 1 내지 30ppm을 상기 페이스트에 첨가시킬 수있다.

상기 페이스트는 표면 장착 성분 납땜 방법에서 가장 유리하게 사용된다. 본 발명의 수용성 땜납 페이스트는 클로로플루오로카본형 융제제거제의 사용을 요하는, 로진 기재 땜납 페이스트의 사용이 필요하기 않으며, 오히려 본 발명의 페이스트는 탈이온수를 사용하여 용이하게 융제를 제거할 수 있다.

본 발명의 페이스트는 다음과 같은 장점을 제공한다.

1. 본 발명의 페이스트는 로진 기재 융제, 융제신나(예, 이소프로필 알코올) 및 관련된 융제제거제(예,1,1,1,-트리클로로에탄)와 관련한 유해한 환경 배출물을 제거한다. 페이스트의 세척은 온수 또는 고온수로 간단하게 수행된다. 따라서, 상기 신규한 페이스트는 환경상 안전하다.

2. 본 발명의 페이스트는 납땜하는 사람에게 사용상 비독성이고, 극히 안전하며, 매우 효율적인 땜납 페이스트를 제공한다.

3. 본 발명의 페이스트를 사용하면, 실제적인 납땜 시간을 대략 59% 단축시킨다.

이것은 로진 기재 땜납에 비해 훨씬 빠른 속도로 납땜을 가능하게 하고, 아주 짧은 시간에 땜납 온도에서 전자 부품을 납땜할 수 있게 한다.

4. 본 발명의 페이스트는 로진이 함침된 땜납 페이스트에 비하여, 우수한 습윤성과 관련된 더욱 우수한 금속 광택을 나타내고 , 땜납 결합을 80% 감소시키는 것으로 평가되는 땜납 접합부를 제공한다.

본 발명의 땜납 페이스트는 상업적 납땜 방법, 특히 회로판중의 전자 부품을 납땜하는 방법에서 사용하는 것으로 기대된다.

따라서, 본 발명은 전자 부품을 납땜하는 데 사용하기에 적합한 비독성 ,비부식성, 경 안전성 및 수용성을 가진 땜납 페이스트에 관한 것이다. 본 발명의 본질의 대한 다양한 수정 및 변형은 당업자에게는 자명하게 되며, 이러한 모든 수정 및 변형은 첨부된 청구 범위에 의하여 정의된 것과 같이, 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

1. (a) 메쉬 크기가 -325 내지 +400메쉬 범위인 80중량% 이상의 미립자상 땜납과, 잔부로서 (b)(1) 식물성유, (2) 수성 에멀젼상의 증점제및 (3) 카르복실산기가 2개 이상인 수용성 유기산을 함유하고, 점도가 200,000cp 이상인 틱소트로픽 융제기재로 이루어진 것이 특징인 수용성 땜납 페이스트 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 땜납은 주석 기재 땜납으로 이루어진 것이 특징인 페이스트 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 증점제는 1종 이상의 식품용 증점제및 에톡실화 선형 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 성분으로 이루어진 것이 특징인 페이스트 조성물.
4. 제3항에 있어서, 상기 식품용 증점제는 옥수수 전분, 감자 전분, 지의류(地依類) 식물 및 갈분으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 특징인 페이스트 조성물.
5. 제4항에 있어서, 상기 증점제는 물1ℓ중에 옥수수 전분 170g(170g/ℓ)으로 이루어진 것이 특징인 페이스트 조성물.
6. 제3항에 있어서, 상기 증점제는 1 : 1 이상의 비율의 물중의 에톡실화선형 알코올로 이루어진 것이 특징인 페이스트 조성물.
7. 제1항에 있어서, 상기 식물성유는 호호바유(jojoba oil) ,팜유(palm oil) 및 땅콩유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 오일로 이루어진 것이 특징인 페이스트 조성물.
8. 제1항에 있어서, 상기 유기상은 시트르산, 말산, 타르타르산, 글루탐삼, 프탈산 및 속신산으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 특징인 페이스트 조성물.
9. 제8항에 있어서, 상기 유기산은 시트르산인 것이 특징인 페이스트 조성물.
10. 제1항에 있어서 , 동록유(冬綠油), 스피아민트유 및 페퍼민트유로 이루어진 군으로부터 선택된, 방향 제1 내지 30ppm을 추가로 함유하는 것이 특징인 페이스트 조성물.