KR960010513B1 - 광에 의해 발생되는 산화물 제거제를 포함하는 땜납 용제 - Google Patents

광에 의해 발생되는 산화물 제거제를 포함하는 땜납 용제 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
광에 의해 발생되는 산화물 제거제를 포함하는 땜납 용제
[발명의 상세한 설명]
[발명의 분야]
본 발명은 땜납 용제 제형(solder flux formulation)에 관한 것이며, 하나의 양태로, 보다 특히 납땜시에 반응하여 유용한 휘발성 화합물을 발생시키는 물질이 혼입된 땜납 용제 제형에 관한 것이다.
[발명의 배경]
땜납 크림 또는 땜납 페이스트(paste)로도 공지된 땜납 제형은 통상적으로 용제 조성물 또는 용제를 함유하는 액체 매질 속에 분산된 분말 형태의 연질 땜납 합금, 유기 용매 및 땜납 제형에 바람직한 점도 또는 페이스트형 조도를 제공하는 증점제의 균질한 블렌드이다. 이러한 땜납 제형은, 다수의 다양한 방법으로 예를 들어 스크린 인쇄에 의해 또는 주입기와 같은 디스펜저(dispenser)를 사용함으로써 또는 땜납 페이스트 제형에 납땜할 부위를 단순히 침지시킴으로써, 납땜을 필요로 하는 표면 또는 장소에 도포하여 점성 페이스트가 전자 부품납과 같은 부위에 점착될 수 있도록 한다.
최근에, 땜납 페이스트 제형은 전자 공업, 특히 인쇄 회로의 자동화 제조(예를 들어 스크린 인쇄에 의해 땜납 페이스트 제형이 이미 도포된 인쇄 회로판(PCB)에 직렬 소형 전자 부품이 표면장착됨)에서 사용이 증가되어 왔다. 상기 인쇄 회로판을, 예를 들어 가열된 콘베이어 벨트를 사용하여 충분히 높은 온도에 적용시킴으로써 땜납 페이스트 제형 중의 용제 및 땜납 합금을 액화시켜 전자 부품 납과 접촉하게 한 다음, 인쇄회로판을 냉각시키면 전자 부품이 인쇄 회로판 상에 현장 납땜된 상태로 유지된다.
전자 산업에서의 몇몇 용도를 위해, 땜납 제형에 대한 용제 조성물로서, 비부식성이면서 가열 및 냉각 단계후의 용제 잔류물 자체가 비부식성 및 비전도성을 띠는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 표면 장착 전자 부품 제조에 사용하기 위해 특별히 제조되는 시판 땜납 페이스트 제형에 로진계 용제 조성물이 널리 사용된다.
또는 부식성 잔류물, 전도성 잔류물, 또는 부식성 및 전도성 잔류물을 남기는 보다 반응성인 용제 조성물을 사용할 수 있다. 금속 표면위에 형성된 산화물을 제거함으로써 후속적으로 형성되는 납땜 결합이 물리적 및 전기적으로 보다 강해지도록 하기 위해 다소 부식성인 용제 조성물이 종종 바람직하다. 그러나, 생성된 납땜된 회로가 비부식성이 되도록 하기 위해 수성 용매계 또는 유기 용매계를 사용하여 잔류물을 제거하는 것이 필요하다.
이러한 로진계 용제 또는 보다 반응성인 용제를 함유하는 땜납 페스트 제형의 사용은 다수의 불이익을 유발시킨다.
첫째로, 비부식성 잔류물이 점착되는 경향이 있으므로, 이 잔류물이 회로의 반복적인 자동 시험을 방해한다. 또한, 이러한 잔류물은 눈에 거슬리므로, 보기에 좋지 않은 부식성 용제 잔류물을 제거할 필요가 있다. 제거 단계는 추가의 생산 장비, 시간 및 물질을 필요로 한다.
둘째, 용제 잔사는 흡습성이고, 이로 인해 스패터링(spattering)을 일으킬 수 있다.
세째로, 몇몇 용제는 페이스트 중의 땜납 입자를 납땜 부위로 부터 이동시켜 납땜 이음부위 주위에 다수의 분리된 작은 볼(ball)형태의 연질 땜납을 형성시키며, 이는 전기적 단막을 일으킬 수 있다.
이를 및 다른 단점으로 인해, 사양서에 맞추고 용제 잔류물과 땜납 볼을 가능한 한 많이 제거하는 것이 바람직하며, 이는 종종 필수적이다. 그러나, 종종 이들의 제거 특히 전자 부품 아래의 인쇄 회로판 영역으로 부터의 제거는 어렵거나 불가능하다.
지시한 바와 같이, 통상의 방법은 용제 잔류물의 제거에 수성 용매 또는 유기 용매를 사용한다. 물이 자신의 바람직하지 않은 잔류물을 남기지 않을 것이므로 바람직할지라도, 다수의 용제 잔류물이 물에는 약간만 용해되므로 물은 통상적으로 효과가 없는 용매이다. 유기 용매가 보다 효과적이나, 보다 비싸고, 특히 처분하기가 보다 곤란하므로 덜 바람직하다. 폭넓은 용도를 지녔던 유기 용매의 특정 부류는 할로카본, 예를 들어 클로로플루오로카본(CFC)이며, 이는 이들이 세정 후에 휘발하기 때문이다. 그러나, 이들 물질은 현저히 불활성이고, 이의 종국의 분해는 바람직하지 않은 대기 오존의 감소와 연관될 것으로 생각된다.
따라서, 상기한 이유 및 기타의 이유로 선행 기술의 땜납 용제 조성물은 덜 바람직하므로, 상기한 단점들중 하나 이상을 피하는 신규한 용제 조성물을 발견하는 것이 이로울 것이다.
[발명의 요약]
따라서, 본 발명의 목적은 납땜 과정중에 산화물 제거제를 용이하고 조절가능하게 생성시키는 땜납 용제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 용이하게 휘발되거나 물로 용이하게 제거되는 산화물 제거제를 발생시키는 신규한 용제를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 환경상의 문제점을 전혀 또는 거의 지니지 않는 용제 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 상기 목적 및 기타 목적을 성취하기 위해, 하나의 형태로서, 광 노출시 산화물 제거제를 방출시키는 화합물을 포함하는 땜납 제형용 용제 조성물을 제공한다.
[발명의 상세한 설명]
광에 또는 광과 열에 노출시에 산화물 제거제를 방출하거나 발생시키는 화합물을 혼입시킴으로써 탁월한 용제 조성물이 제공될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 착상을 성취하기 위해, 다수의 방법이 있음이 또한 밝혀졌다. 산화물 제거제는, 산, 특히 광산(photoacid), 즉 광에 또는 광과 열에 노출시 특정한 화합물에 의해 발생되거나 생성되는 산일 수 있다.
오늄염은 땜납 용제 조성물에 혼입되어 산 생성을 광개시킬 수 있는 화합물이다. 지적한 바와 같이, 형성된 산은 제거되지 않을 경우 효과적인 땜납 재유동(reflow) 조작을 방해하는 산화물을 제거하는 작용을 한다. 오늄염은 양이온/음이온 쌍이다. 오늄염에 대해 적합한 양이온은 아릴디아조늄(ArN2 +), 디아릴요오디늄(Ar2I+), 트리아릴설포늄(Ar3S+), 디아릴알킬설포늄(Ar2RS+)(여기서, Ar은 아릴 그룹이다.), 펜아릴설포늄 및 이들의 혼합물을 포함하나 이로써 제한되지는 않는다. 음이온은 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 헥사플루오로포스테이트(PF6 -), 헥사플루오로아세네이트(AsF6 -), 헥사플루오로안티모네이트(SbF6 -) 및 이들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되나 이로써 제한되지는 않는다.
상기한 양이온/음이온 쌍에 의해 생성된 염은 광, 특히 자외선에 노출될 때 HX(여기서, X는 상기한 음이온들 중 하낭이다) 형태의 산을 생성시킨다. 몇몇의 화합물에 대해, 열이 또한 요구될 수 있으나, 나머지 화합물에 대해서는 필수적인 것은 아니다. 물론, 화합물은 납땜 단계 중에 가열될 것이다. 비금속성 오늄염 및 비이온성 광산 발생제가 또한 유용한 것으로 생각된다. 어러한 물질에는 -니트로벤질 알콜 설포네이트, 옥심 설포네이트, 나프토퀴논디아지드-4-설포네이트, 트리클로로메틸-치환된 s-트리아진, o,o'-디할로겐화 페놀, 디니트로벤질에스테르 및 이들의 혼합물을 포함하나 이로써 제공되지 않는 몇몇 할로겐화 탄화수소 및 방향족화합물이 포함되나 이로 제한되지는 않는다. 유기 중합체성 물질도 사용할 수 있다.
광분해는 화합물은 카보닐 그룹을 함유하는 푸릴 화합물이다. 이러한 화합물은 하기 일반식을 갖는다:
상기 식에서, R은 카보닐 그룹을 함유하는 치환체, 예를 들면, 잔기-COOH 또는 -CH=CH-COOH이다. 특정 푸릴 화합물에는 2-푸르산, 푸릴아크릴산, 푸로일아크롤레인, 푸릴아세테이트, 푸릴아세토페논, 푸릴아세트산, 푸릴벤조산, 푸릴카복실산, 푸릴글리옥실산 및 이들의 혼합물이 포함되나 이로써 제한되지는 않는다. 이 경우에 활성 화합물들은 상기한 푸릴 화합물들이고, 이들 화합물은 광에 의해 저분자량 성분으로 분해되며, 당해 저분자량 성분은 인쇄회로판으로부터 산화물을 세정한 후에 용이하게 휘발된다. 통상적으로, 분해 생성물은 푸란 및 저분자량 산이고, 또한 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포함할 수 있다. 즉, 땜납 용제 성분들의 광휘발화는, 용제 조성물 잔류물의 형성을 방지하는데, 그렇지 않을 경우 비가교결합성 화합물과 함께 사용될때 당해 화합물 단편과 용제 조성물 잔류물이 반응할 수 있다. 이러한 휘발화는 또한 땜납 재유동 후에 오존-소모성 CFC로 판을 세정할 필요성도 감소시키거나 배제시킨다. 승은(땜납 재유동시에 접하게 되는 온도와 같은)에서 자외선-개시된 노리쉬 개열 반응(Norrish cleavage reaction)은 판을 세정한 후 휘발되는 잔류물형성 땜납 용제 성분들은 개열시켜 판을 잔류물이 거의 또는 전혀 남지 않게 한다.
비록 시스템을 어떠한 특정 파장 범위에도 반응하도록 고안할 수 있으나, 특히 유용한 영역은 자외선(UV)이다. 이 특정 파장 범위는 광개시가 너무 일찍 또는 너무 늦게 일어날 수 없도록 조절할 수 있도록 한다. 또한, UV 광원은 용이하게 구입할 수 있다.
본 발명의 화합물 및 방법을 사용할 때, 기계 재정비는 기존의 어셈블리 라인에 단지 UV선 투과창 및 UV선 노출 도구만 설치하면 된다. 납땜, 또는 납땜 후, 또는 납땜 전과 후에 UV선에 땜납 제형을 노출시키면 다소이득을 얻을 수 있으며 가장 큰 이득은 땜납 재유동 조작시에 어셈블리를 UV선으로 블랭킷팅(blanketing) 함으로써 얻을 수 있다고 생각된다. 약간의 잔류물이 이들 시스템의 특정 부위에 남아 있을 경우, 이들은 비교적 저분자량의 잔류물일 것이고, 대부분의 경우(모든 경우는 아니나), 물로 세척제거될 수 있다고 생각된다. 금속 오늄염의 경우에, 몇몇의 금속은 물에 포획될 수 있고, 이들 금속은 제거되어야 할 수도 있다. 비금속성 화합물로 부터의 정밀한 유기물 단편에 따라서는 이들을 세정할 물 또한 처리할 필요가 있을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 염려는 CFC 약품의 경우보다는 분명히 덜하다.
하나의 양태로, 산화물 제거제 생성 화합물의 비율은 전체 용제 조성물의 1중량% 이상이어야 한다. 이 화합물 비율은 3중량% 이상인 것이 바람직하다. 전체 땜납 제형을 기준으로 한 비율로서의 상기 화합물의 비율은 특정 제형에 따라 다양할 것이라고 생각된다. 용제 조성물의 나머지 성분은 담체 물질로서도 사용될 수 있는 통상의 물질, 예를 들면, 플로필렌 카보네이트일 수 있다. 비록 기타의 통상의 물질, 예를 들면, 로진을 본 발명의 화합물과 함께 사용할 수 있으나, 이들 통상의 물질 중 몇몇은 용제 잔류물을 생성시키므로, 잔류물이 약간만 생성되거나 전혀 생성되지 않는 본 발명의 용제 조성물에 의한 잇점을 누리기 위해서는 이들을 사용해서는 안될 것으로 생각된다.
본원에 기술된 용제 조성물은 땜납 분말, 예를 들어 납/주석 분말, 용매 및 중점제와 통상의 방식으로 완전히 혼합될 수 있으며, 또한 용제 조성물은 재유동 전에 땜납 표면상에 단순히 피복시킴에 의해 효과를 나타낼 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 용제 조성물은 또한 자외선 감광제를 포함할 수 있다. 자외선 3중항 감광제(tripletphotosensitizer)가 특히 바람직하다. 이 3중항 감광제는 UV 방사선에 대한 최적 파장을 가장 보편적인 Hg-Xe 노출원에 의해 제공되는 영역으로 이동(shift)시키기 위해 사용된다. 이들 감광제는 UV 에너지를 용이하게 흡수하여 이들 감광제의 전자쌍을 단일항(singlet) 전자 상태로 부터 3중항 전자 상태로 여기시키는 화합물이다.
전자쌍이 단일항 상태로 되돌아 갈때 에너지가 이들 감광제 화합물에게로 방출됨으로써 이들 화합물이 개열되어 산화물 세정제가 방출된다. 3중항 감광제는 용제 조성물이 UV 에너지를 흡수하여 당해 UV 에너지를 당해 감광제 화합물로 이동시켜 사용하게 하는 것을 돕는 특히 분자이다. 감광제는 최적 3중항 여기 상태 수명 및 시스템간 교차 효율에 근거하여 선택한다. 외관상으로 관련성이 있어 보이는 몇몇 화합물은 에너지를 너무 빠르게 또는 불안정한 형태로 방출하므로 부적합하다.
허용 가능한 3중항 감광제에는 아세토페논, 벤조페논, 미흘러 케톤(Michler's Ketone : 테트라메틸디아미노벤조페논), 트리페닐렌, 나프탈렌, 아세토페논 유도체, 2-페닐아세토페논 및 이의 유도체, 케토쿠마린, 티옥산톤 및 이들의 혼합물이 포함되나 이로써 제한되지는 않는다. 아세토페논 3중항 감광제를 사용하는 땜납 용제 조성물은 땜납 페이스트 제형 속에서 매우 효율적인 3중항 에너지 이동제로서 작용하는 것으로 밝혀졌다. 용제 조성물 중의 감광제의 비율은 약 30중량% 이하, 예를 들면, 0.1 내지 약 30중량% 이어야 하며, 하나의 양태로서 약 3 내지 약 10중량%이다. 본 발명은 하기의 예시적 실시예에 의해 더욱 상세히 기술될 것이다.
[실시예 1 내지 11]
[광산 발생제로서의 오늄염의 사용]
표 I에 기재된 조성을 갖는 용제 조성물을 제조하고 230oC에서 재유동시킨다. 용매로서 성분을 사용하고, 이를 기록한다. 실시예 5,9 및 10을 제외한 모든 실시예에서 오늄염 시스템은 (C6H5)3S+/AsF6-이다. 비교 실시예 5,9 및 10은 오늄염을 사용하지 않는다. 각각의 실시예에 대한 잔류물의 양을 표기한다. 이들 실시예 각각에서, UV선은 재유동 전 및 재유동 중에 존재한다. 이들 동일한 물질에 대해 UV선을 사용하지 않을 때에는 일단 재유동이 일어나면 훨씬 더 많은 잔류물이 기록된다. 잔류물에 대한 상대적 표기는 산함량이 재유동을 촉진하기에 불충분할 때 관찰된 최대 잔류물을 기존으로 한다. 오늄염을 사용한 실시예 4 및 7의 제형은 보다 소량의 잔류물을 남기는 것을 알 수 있다.
OS=오늄염, DQ=디아조퀴논, nBA=n-부틸 아세테이트, EA=에틸 아세테이트, AA=아크릴산, FF=파라-포름알데하이드
[실시예 11 내지 15]
[광산 발생제로서의 푸릴 화합물의 사용]
이들 실시예는 실시예 1 내지 10과 유사하게 수행하여 결과를 기록한다. 놀랍게도, 푸릴 화합물의 경우에, UV선을 사용할 경우에는 UV선의 도움을 받지 않을 경우와 비교한 실시예 11에 비해 잔류물이 거의 또는 전형없다.
UV선의 도움을 받지 않음.
[실시예 16]
[3중항 감광제로서의 아세토페논의 사용]
구리 테이프를 말산에 침지시킨 후, 타이온(DI) 수중에서 세정한다. 에틸렌 카보네이트(275.2+344.2)619.4㎎, 아세토페논 267.6㎎ 및 푸릴아크릴산 35㎎으로 이루어진 용제 조성물을 제조한다. 이 조성물에서의 비율은 이루어진 용제 조성물을 제조한다. 이 조성물에서의 비율은 에틸렌 카보네이트 67중량%, 아세토페논 29% 및 푸릴아크릴산 4중량%이다. 3개의 땜납 볼을 테이프 위에 위치시키고, 용제 조성물로 피복한다. 테이프위에서 용제 조성물의 245 C에서의 50초 동안의 재유동(이는 40초의 UV선 처리를 포함한다)은 세척전에 조차도 거의 잔류물이 없이 결합된 땜납 볼을 생성한다. 따라서, 당해 실험은 3중항 감광제가 에너지 이동을 크게 도음으로써 광개시에 의한 산 생성이 보다 효율적으로 되게 하며, 또한 용제 조성물과 땜납을 완전히 혼합하는 대신에 용제 조성물을 땜납에 국소적으로 가할 수 있음을 나타낸다.
상기한 실시예에서 예시된 본 발명의 정확한 수행시에 있을 수 있는 변형은 본원에서 청구된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위에 여전히 속함을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 가공 조건, 용제 조성물의 첨가방식 또는 순서 및 용제 성분의 정확한 배합은 본 발명의 방법을 최적화하기 위해 당해 기술 분야의 숙련가에 의해 변형될 수 있음이 예상된다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 인쇄 회로판 표면에 장착된 장치들을 포함하는 인쇄 회로판을, CFC를 사용하지 않음과 동시에 세정 단계를 제거할 수 있음으로써 보다 경제적으로 조립할 수 있으리라고 기대할 수 있다.

Claims (18)

  1. 광 노출시 환원제를 방출하는 화합물을 포함하는 땜납 제형용 용제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 환원제 방출 화합물이 용제 조성물중에 1중량% 이상의 비율로 존재하는 용제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 환원제 방출 화합물이 오늄염인 용제 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 오늄염이 비금속성 유기 오늄염 및 비이온성 광산 발생제를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 용제 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 오늄염이 양이온과 음이온의 배합물이고, 양이온이 아릴디아조늄(ArN2 +), 디아릴요오디늄(Ar2I+), 트리아릴설포늄(Ar3S+), 디아릴알킬설포늄(Ar2RS+)(여기서, Ar은 아릴 그룹이고, R은 알킬 그룹이다.), 펜아릴설포늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로 부터 선택되고;음이온이 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 헥사플루오로포스테이트(PF6 -), 헥사플루오로아세네이트(AsF6 -), 헥사플루오로안티모네이트(SbF6 -) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로 부터 선택되며; 비이온성 광산 발생제가 -니트로벤질 알콜설포네이트, 옥심 설포네이트, 나프토퀴논 디아지드-4-설포네이트, 트리클로로메틸-치환된 s-트리아진, o,o'-디할로겐화 페놀, 디니트로벤질에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 용제 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 환원제 방출 화합물이 카보닐 그룹을 함유하는 푸릴 화합물인 용제 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 푸릴 화합물이 2-푸르산, 푸릴아크릴산, 푸로일아크롤레인, 푸릴아세테이트, 푸릴아세토페논 푸릴아세트산, 푸릴벤조산, 푸릴카복실산, 푸릴글리옥실산 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 용제 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 환원제 방출 화합물이 자외선 노출시 환원제를 방출하는 용제 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 추가로 자외선 감광제를 포함하는 용제 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 자외선 감광제가 아세토페논, 벤조페논, 미흘러 케톤(Michler's Ketone : 테트라메틸디아미노벤조페논), 트리페닐렌, 나프탈렌, 아세토페논 유도체, 2-페닐아세토페논 및 이의 유도체, 케토쿠마린, 티옥산톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 용제 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 자외선 감광제가 용제 조성물 중에 약 30중량% 이하의 양으로 존재하는 용제 조성물.
  12. 광 노출시_산화물 제거제를 방출하는 화합물을 1중량%이상의 비율로 포함하는 용제 조성물과 납/주석땜납 분말을 포함하는 땜납 제형.
  13. 제12항에 있어서, 용제 조성물 중의 산화물 제거제 방출 화합물이 오늄염이거나 카보닐 그룹 함유 푸릴 화합물인 땜납 제형.
  14. 납땜하고자 하는 금속들을 근접시키는 단계, 광 노출시-산화물 제거제를 방출하는 화합물을 1중량%이상의 비율로 포함하는 용제 조성물과 납/주석 땜납 분말을 포함하는 땜납 제형을 1개 이상의 금속에 도포하는 단계, 땜납 제형을 광 노출시켜 산화물 제거제를 방출시키는 단계 및 땜납 제형을 유동시켜 금속들과 접속시켜 납땜 결합을 형성시키는 단계를 효율적인 순서로 수행하여 2개 이상의 금속을 서로 납땜하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 용제 조성물 중의 산화물 제거제 방출 화합물이 오늄염인 방법.
  16. 제14항에 있어서, 용제 조성물 중의 산화물 제거제 방출 화합물이 카보닐 그룹 함유 푸릴 화합물인 방법.
  17. 제14항에 있어서, 산화물 제거제 방출 화합물이 자외선 산화물 제거제를 방출하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 할로카본에 의한 금속 또는 납땜 결합의 세정단계가 없는 방법.
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