KR0177185B1 - 브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법 - Google Patents

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Abstract

유동납땜 혹은 재유동 납땜을 수행하기 위한 방법은 약 10부피% 정도의 산소를 함유하는 희석가스의 분위기에서 인을 0.001 내지 0.1중량% 정도 함유하는 용융납땜과 기판을 접촉시킴으로써 이루어진다. 브리지의 발생 및 다른 납땜의 결함은 감소된다.

Description

브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법
본 발명은 납으로 기판을 결합시키거나 피복시키는 방법에 관한 것이며, 특히 인쇄 배선판상에 기판을 결합시키거나 피복시키는 방법에 관한 것이다.
전자산업에서 인쇄 배선판은 널리 사용된다. 기판과 배선판상의 리이드 부품은 빠르고 자동화된 대량 생산공정에서 납에 의해서 피복 및/또는 결합된다. 매 결합부에 대한 철저한 검사는 높은 신뢰성과 품질 및 결함의 제거가 요구되기 때문에 쉬운 일은 아니다.
계속적인 소형화 추세를 만족시키기 위하여 기판과 배선판상의 결합부의 근접도는 증가한다. 이것은 기판과 결합부 사이의 불필요한 접점 혹은 브리지(bridges)의 형성에 대한 경향을 증가시킨다. 그래서, 전자산업은 이러한 특별한 결함의 형성을 감소시키는 방법을 추구하였으며, 이러한 방법중 대량생산이 가능한 납땜 방법, 즉 파형 납땜 방법(wave soldering)이 널리 이용되고 있다.
다음으로 가장 널리 보급된 납땜방법, 즉 재유동 납땜(reflow soldering)은 브리지 결함 이외에 그 자체에 독특한 결함, 즉 납땜에 의한 기판의 습윤성 상실, 배선판의 퇴색 및 배선판의 백색화 현상이 나타난다. 납땜에 의한 기판의 습윤성 상실은 기판의 납땜에 의한 불연속의 피복, 기판에 땜납의 불완전한 부착 및 결론적으로 결합력이 약화되어 신뢰성이 낮아진다. 재유동 납땜에 의한 퇴색현상은 같은 방식의 손상을 입게 한다. 손상의 방식이 명확하지 않기 때문에, 퇴색현상은 큰 영향을 미친다. 납땜동안에 배선판상에서 발생하는 백색무늬는 퇴색현상의 특별한 현상이다. 납땜처리된 회로판을 보호하기 위하여 사용된 많은 피복물은 배선판상의 백색무늬 구역에 잘 부착되지 않는다.
브리지 결합 및 드로스 발생(dross generation)을 감소시키는 개선된 파형 납땜 공정과 납땜에 의한 습윤성 이탈과 배선판상의 백색무늬 및 배선판상의 퇴색현상을 감소시키기 위한 개선된 재유동 납땜방법은 노보타루스키에게 1991년 12월 10일에 허여된 조절된 산화능력을 가진 분위기를 이용한 결합/피복시키기 위한 방법이라는 제목의 미합중국 특허 제5,041,058호에 소개되어 있다. 상기 특허문헌에 소개된 방법에서, 납땜은 약 0.001부피% 내지 10부피%의 산소농도를 가진 조절된 산화성 분위기에서 수행된다. 또한, 종래의 플럭스 및 땜납이 사용되며 첨가물은 기재되어 있지 않다.
상기 문헌에 기재된 방법은 브리지 현상을 포함한 많은 결함의 발생을 감소시키지만, 본 발명은 이러한 결함의 발생을 더욱 감소시키고자 하는 것이다.
본 발명은 인쇄 배선판상에 전형적으로 발견되는 적어도 두 개의 기판을 땜납으로 결합시키거나 기판을 피복시키는 개선된 방법을 제공한다. 본 발명은 파형 납땜 혹은 재유동 납땜공정에 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 약 0.1 내지 10부피%의 산소를 함유하는 분위기에서, 인, 칼슘, 은, 비스무스, 구리, 금, 수은, 바륨, 리듐, 나트륨, 텔륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 그리고 안티몬 혹은 안티몬과 아연 및/혹은 카드뮴과 결합한 알루미늄으로 구성되는 단체로부터 선별된 적어도 하나의 재료를 약 0.0001 내지 1중량% 함유하는 용융 땜납과 상기 기판 혹은 기판들을 접촉시킴으로서 수행된다.
파형 납땜에서, 본 발명은 브리지 현상의 발생을 감소시킨다. 재유동 납땜에서, 본 발명에 의한 방법을 이용하면, 브리지 현상, 기판의 습윤성 상실, 배선판의 탈색현상 그리고 배선판의 백색무늬의 발생이 감소된다.
본 발명은 특별히 유용한 응용, 즉 배선판의 파형 납땜에 사용될 수 있다. 피복처리되거나 결합되어질 기판(부품 리이드를 포함)을 가진 배선판은 플럭스, 바람직하게는 4% 이하의 고체를 포함하는 수지 플럭스와 같은 고체 함량이 낮은 플럭스로 얇게 피복처리되거나 혹은 청정되지 않은 플럭스로 얇게 피복처리된다. 땜납과의 접촉후 청정되지 않은 플럭스는 작은 양의 비부식성 및 비전도성인 잔류물을 남겨 놓는다.
땜납의 파형은 용융땜납을 포함하는 땜납 포트내에 형성된다. 보호성 가스 분위기는 상기 땜납의 파형 주위에, 바람직하게는 상기 땜납 포트내 용융 땜납의 노출된 전체 표면주위에 제공된다. 그러나, 상기 보호성 분위기는 플러스 처리되는 배선판 혹은 예열처리된 배선판과 같이 파형 납땜 공정이 수행되는 다른 부분에도 제공된다.
상기 보호성 분위기는 희석가스를 포함하고 약 10부피%의 산소, 바람직하게는 0.1 내지 10부피%의 산소, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3부피%의 산소를 포함할 수 있다. 이와같이, 보호성 분위기에 함유된 상기 범위의 낮은 산소함량은 일시적으로 보호 분위기 내측으로 침투할 수 있고 또한, 보호성 분위기내의 산소함량을 증가시킬 수 있는 돌발적인 주변 공기유동을 방지할 수 있으므로 브리지 현상을 유발하는 정도까지의 산소함량을 증가시키지 않는다는 점에서 바람직하다. 예를들어, 희석가스는 질소, 아르곤, 이산화탄소, 헬륨, 수소, 수증기 혹은 이들의 혼합물과 같은 비산화성 가스 혹은 약산화성 가스이고 가스상태의 아디프산과 포름산을 포함할 수 있다.
땜납은 63 대 37의 중량비로 구성된 주석과 납같은 공지된 성분으로 구성되고 다른 재료, 가장 바람직하게는 인을 약 3중량%까지 포함한다. 인은 브리지 현상 즉, 땜납에 의한 불필요한 연결부가 배선판상에 형성되는 것을 감소시킨다. 인은 또한 용융땜납에 형성되는 드로스의 양을 감소시켜서 유지비를 감소시키고, 장비에 의해 드로스를 제거하고 드로스에 의해서 소모된 땜납을 보출하기 위하여 사용되는 비용을 감소시킨다.
이러한 장점들 이외에도, 인은 특정된 보호성 분위기하에서 존재하는 용융땜납의 표면장력을 감소시킴으로써 브리지 현상의 발생을 감소시킨다. 용융땜납의 표면장력을 감소시키고 브리지 현상의 발생을 감소시키는 본 발명에 사용될 수 있는 다른 재료로는 칼슘, 은, 비스무스, 구리, 금, 수은, 바륨, 리듐, 나트륨, 텔륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 그리고 안티몬 혹은 안티몬과 아연 및/혹은 카드뮴과 결합한 알루미늄이다. 또한 바람직하게는 상기 언급된 재료의 혼합물에 인이 첨가되는 것이다. 상기 단체중 더욱 바람직한 재료로는 칼슘, 은, 비스무스, 구리, 금 그리고 안티몬 혹은 안티몬과 아연 및/또는 카드뮴과 결합한 알루미늄이다. 가장 바람직한 재료로는 브리지 현상의 발생과 드로스의 발생을 감소시키는 인이다.
표면장력을 낮추는 재료의 사용가능한 함량범위는 약 0.0001 내지 약 1중량%이다. 바람직한 범위는 약 0.001 내지 0.1중량%이고, 가장 바람직한 범위는 약 0.002 내지 약 0.01중량%이다.
표면장력을 감소시키는 인 혹은 다른 재료가 땜납성분의 일부로서 첨가되거나, 땜납 포트중의 땜납에 혹은 기판에 적용되는 플럭스에 혹은 플럭스 비이클(vehicle)(경화제, 바인더 등)에 첨가될 수 있다. 인은, 예를들면 인화 주석과 같은 형태 혹은 아인산 디옥틸, 아인산 디페닐, 아인산 부틸페닐, 그리고 아인산 옥틸페닐과 같은 유기 화합물의 형태로 유입될 수 있다.
인쇄 배선판은 보호성 분위기하에서 상기 땜납의 파형과 접촉되고 상기 보호성 분위기하에서 상기 땜납에서 떨어진다. 상기 땜납파형을 형성하고 배선판을 상기 파형에 접촉시키기 위한 장치는 대기중에서 납땜을 수행하기 위한 통상적인 장치라도 적합하다. 드로스의 효과를 감소시키기 위하여 대기 중에서 납땜을 수행하는 것처럼 배선판을 땜납 파형의 정점 근처의 땜납 표면상에 먼저 접촉시키고, 땜납 산화층을 파괴시키며, 상기 배선판이 상기 파형과 접촉하는 중에 상기 파형의 정점 위의 땜납 표면상에 형성된 땜납 산화물을 운반하거나 누르게 된다.
본 발명은 또한 침지식(dip) 납땜공정 혹은 견인식(drag) 납땜공정에 사용될 수 있다. 게다가, 용융땜납을 진동시키거나 혹은 동요시킴은 인쇄배선판을 관통하는 판형상의 구멍을 땜납으로 피복시키거나 채우는 것을 향상시킨다.
본 발명은 또한 재유동 납땜에 적용될 수 있다. 재유동 납땜에서, 기판은 플럭스로 피복처리되며 또한, 땜납이 분말 혹은 가루반죽 형태로 되어 있다는 것을 제외하고는 전술한 바와 같은 조성의 땜납으로 피복처리된다. 준비된 기판은 땜납이 용해될 때까지 전술한 바와 같은 보호성 분위기에서 가열된다. 그래서, 상기 기판과 용해된 땜납은 상기 땜납이 적어도 응고될 때까지 보호성 분위기하에서 냉각된다. 상기 재유동 납땜방법은 브리지 현상과 습윤성 상실의 발생을 감소시킨다.
[실시예]
16개의 인쇄 배선판을 본 발명과 관련된 다양한 조건하에서 파형 납땜방법에 의해 준비한다. 상기 16개의 인쇄배선판을 4그룹으로 나눈다. 상기 그룹 각각은 본 발명이 속하는 분야에서 전형적으로 사용된 4가지 종류의 배선판으로 구성된다. 상기 16개 배선판의 각 그룹은 납땜되어질 11,000개의 결합부를 갖는다. 모든 배선판은 2% 이하의 고체를 함유하는 비청정 플럭스로 피복시키고 63 대 37의 중량비를 갖는 주석과 납으로 구성된 땜납의 파형과 접촉시킨다. 인을 함유하지 않은 땜납 및 0.002중량%의 인을 함유하는 유동땜납과 접촉시킨 11,000개의 결합부당 발생하는 브리지의 수를, 상기 땜납파형의 주위를 감싸고 있는 분위기 내의 산소농도의 변화에 따른 결과를 다음 표 1에 나타냈다.
상기 데이타는 인을 함유하는 땜납을 사용할 때, 브리지의 생성경향은 최고 5부피% 산소 범위까지 낮다는 것을 나타낸다. 인을 함유하는 땜납을 사용할 때, 브리지의 생성수는 0.5 내지 3부피%의 산소농도 범위에서 눈의 띄게 작다. 0부피%의 산소농도를 제외한 모든 산소농도에서, 인을 함유하는 땜납을 사용할 때, 브리지의 생성수는 인을 함유하지 않은 땜납을 사용할 때와 비교하여 현저히 감소된다. 0.5 내지 3부피%의 산소농도 이상에서 인을 함유하는 땜납을 사용할 때, 브리지의 생성수는 인을 함유하지 않은 땜납을 사용할 때와 비교해서 상대적으로 감소된다. 인을 함유하지 않는 땜납을 사용할 때와 비교하여 인을 함유하는 땜납을 사용할 때의 특별한 잇점은 산소농도가 높은 경우에 브리지의 생성수가 작다는 것이다. 이것은 납땜공정에 더욱 저렴한 보호성 분위기의 사용이 가능하다는 것이다. 이러한 결과의 모든 것은 비예측적이며, 기대하지 못한 것이다.
비록 본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 기재되어 있지만, 본 발명의 요지내에서 다양한 변경이 가능하다.

Claims (5)

  1. 두 개의 이상의 기판과 땜납의 결합시 브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법에 있어서, 인, 칼슘, 비스무스, 구리, 금, 수은, 바륨, 리듐, 나트륨, 텔륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 알루미늄, 아연 및 카드뮴으로 구성되는 단체로부터 선택된 하나 이상의 재료를 0.0001 내지 1중량% 함유하는 용융 땜납을 준비하는 단계, 및 상기 기판들을 0.1 내지 10부피% 산소를 함유하는 희석가스 분위기에서 상기 땜납과 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 재료를 함유하는 용융땜납을 준비하는 상기 단계는 용융땜납을 준비하는 단계와 상기 용융땜납과 상기 기판들을 접촉시키기 전에 상기 기판들을 상기 재료들을 함유하는 플럭스 혹은 플럭스 비이클과 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융땜납은 파형형태이며, 상기 기판들을 상기 파형으로부터 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분위기는 질소, 아르곤, 이산화탄소, 헬륨, 수소, 수증기, 포름산 및 아디프산으로 구성되는 단체중에서 선택된 가스중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판들을 상기 용융땜납과 접촉시키는 단계는 상기 기판들을 고체 혹은 반죽상태의 땜납과 접촉시키기 위하여 이동시키는 단계와 상기 고체 혹은 반죽상태의 땜납이 용해될 때까지 상기 기판들과 상기 고체 혹은 반죽상태의 땜납을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 땜납은 주석과 납 계열의 합금인 것을 특징으로 하는 브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법.
KR1019930011462A 1992-06-24 1993-06-23 브리지 발생을 감소시키기 위한 납땜방법 KR0177185B1 (ko)

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US7/903,450 1992-06-24

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