KR100253527B1 - 납땜 공정 - Google Patents

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KR100253527B1
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에드윈 엘. 브래들리, Iii
킹슈크 배너지
바히드 카젬-가우다르지
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비센트 비.인그라시아
모토로라 인코포레이티드
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Abstract

2개 이상의 다른땜납 합금을 사용하는 납땜 공정이 개시된다. 제1온도에서 고체에서 액체로 전이하는 제1 저온 땜납(115)은 프린트 회로 보드(100)의 납땜 가능한 표면 상에 피막된다(20). 제 1온도보다 높은 제2온도에서 고체 상태에서 액체 상태로 전이하는 납땜 페이스트(120)는 피막된 납땜가능한 부분 상에 용착되고 제1온도보다 높으나 제2온도보다 낮은온도로가열된다. 이 시간 중에, 제1땜납합금은 액체화되고, 페이스트 내의땜납 입자는 그렇지 않는다. 제1땜납 합금은 납땜 페이스트 내의 개개의 입자 내로 습윤되고 프린트 회로 보드 상의 납땜가능한 표면 및땜납 입자와 합금된다. 납땜 결합물은 다음에 제1땜납 물질을 고체화시키도록 냉각되어(40), 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분 상에 평탄한 고체 피막이 형성된다.

Description

[발명의 명칭]
납땜 공정
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 1994년 5월 2일자 출원되고 Motorola, Inc.에 양도된 Vahid Kazem-Goudarzi, Henry F. Liebman, Kingshuk Banerji, Edwin L. Bradley, III 및 William B. Mullen, III에 의한 "Soldering Process"라고 하는 미국 특허 출원 제 08/236, 611호의 관련 출원이다.
[기술분야]
본 발명은 일반적으로 납땜 방법에 관한 것으로, 특히 하나 이상의 용융온도를 갖는 땜납 물질들을 이용하는 납땜 방법에 관한 것이다.
[배경기술]
연질땜납(soft solder)은 전형적으로 주석 및 납을 포함하는 가용성 합금으로 이들의 용융점보다 낮은온도에서 2가지 이상의 물질을 함께 결합하기 위한 목적으로 사용된다. 주석 및 납 외에도, 땜납은 보통 합금의 물리적 성질을 변화시키기 위한 목적으로 첨가되는 안티몬(antimony), 비스무트(bismuth), 카드뮴, 인듐 또는 은과 같은 다른 물질들을 그 양을 변화하여 포함할 수 있다. 그러나, 많은땜납에 있어서, 이들 성분들 중 몇몇은, 특히 안티몬은 불순물로 제공될 뿐이다.땜납은 프린트 회로 보드에 전기 소자를 부착하기 위해 전자 산업에서 널리 이용되고 있다.
프린트 회로 보드는 전형적으로 패턴을 형성하기 위해 에칭 처리된, 얇은 금속 시트로 이루어진 전기 도전체 패턴을 갖는다. 프린트 회로 보드에 전기 소자를 성공적으로 부착시키기 위해서는, 함께 납땜하고자 하는 2개의 물질들 간에 야금학적 친화력이 있어야 하고, 이 물질들은 오염되지 않아야 하며, 땜납과 납땜될 금속 사이에 완전하고 적절한 금속 접촉이 있어야 하고, 금속을 충분히 합금하는데 적합한온도가 되어야 한다.땜납은 납땜온도에서 발생하는 금속 간 용해에 의해 접착을 제공한다.
전자 조립품을 조립하는데 이용되는 한가지 기술은 보드 상으로 (플럭스, 용제, 및 합금으로 이루어진) 납땜 페이스트(solder paste)를 스크린 프린트하고, 소자를 습윤 납땜 페이스트에 놓고, 그 다음에 납땜 페이스트를 리플로우하여 PCB에 소자를 접합시킨다. 그러나, 스크린 프린팅은 최근의 주문 생산 조립 공장에서 요구되는 유연성이 결여되고 있고, 리플로우 후에땜납 공극이 생겨서땜납의 결합 강도가 저하된다.
전자 조립품을 조립하는 다른 방법은 땜납 피복(solder cladding) 또는 고체땜납 용착이라고 공지된 공정에 의한 것이다. 이것은 프린트 회로 기판(PCB) 제조중에 PCB의 납땜가능한 표면 상에 납땜 페이스트를 스크린 프린팅 및 리플로우함으로써 행해진다. 이 방법의 장점은 전자 소자가 납땜 페이스트를 프린트할 필요없이, PCB 상에 직접 배치될 수 있다는 것이다. 이 방법의 단점들 중의 하나는 PCB 상에 피복되는 땜납이땜납 패드 상에 높은 반구형 표면을 발생시켜 소자 배치의 정확도를 저하시킨다는 것이다. 부품과 플럭스는 이들이 배치될 때와, 회로 보드가 보다 빠르게 조립 라인으로 이용하는 동안 반구형 표면에서 미끄러지는 경향이 있다. 결국, 땜납 패드 상의땜납 피복의 양을 감소시킴으로써 반구형 표면의 만곡을 감소시켜 이 문제를 해결하려는 시도가 있어 왔다. 그러나, 땜납의 체적을 감소시키면땜납의 전체 습윤력(wetting forces)이 감소되고, 조립 리플로우 동작 중에 소자가 자기 중심(self-center)으로 가려는 경향이 감소된다. 이 자기 중심 경향은 정확한 정렬 및 고수율 납땜을 확실히 행하는데 매우 중요하다. 또한, 소자와 PCB사이에 완전한땜납 필렛(solder fillet)을 생성하기 위해서 피복 공정 중에 보드 상에 용착된땜납의 양을 최대화시키는 것이 바람직하다. 또한 DuPont사에 의해 개발된 OPTIMASK방법 및 Siemens AG사에 의해 개발된 SIPAD 공정에서와 같이, 땜납이 용착된 후에 패드를 납작하게 함으로써 반구형으로 된 패드를 제거하는 시도가 있어 왔다. 두가지 모두의 경우에, 반구형으로 된 패드를 납작하게 하는 추가 단계들이 요구된다.
분명히, 땜납 피복 및땜납 프린팅 둘다의 장점을 포함하면서 두가지 공정의 단점을 없앤 납땜 방법이 고안된다면 전자 산업에 이득이 될 것이다.
[발명의 요약]
요약하면, 본 발명에 따르면, 2개 이상의 다른땜납 합금들을 사용하는 납땜 공정이 개시된다. 제1온도에서 고체에서 액체로 전이하는 제1땜납 합금은 프린트 회로 보드의 납땜가능한 표면 상에 피막된다. 제1온도보다 높은 제2온도에서 고체 상태에서 액체 상태로 전이하는 땜납 입자로 이루어진 납땜 페이스트는 피막된 납땜가능한 부분 상에 용착되고, 제1온도보다 높으나 제2온도보다 낮은온도로 가열된다. 이 시간 중에, 제1땜납 합금은 액체화되지만, 페이스트 내의땜납 입자는 그렇지 않다. 제1땜납 합금은 납땜 페이스트 내의 개개의 입자 내로 습윤되고 프린트 회로 보드 상의 납땜가능한 표면 및땜납 입자와 합금된다. 그 다음은, 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분 상에서, 납땜 결합물이 제1땜납 물질을 고체화하기 위해서 냉각되어, 평탄한 고체 피막(coating)을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 부품 또는 전자 소자가 고체화된 평탄한땜납피막에 부가되고, 땜납 물질이가열되어 전체땜납 용착물을 용융시키고 부품과 야금학적 결합을 하게 된다.
또 다른 실시예에서, 플럭스가 부품을 보드에 납땜하는 공정 중에 사용된다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따른 납땜 공정에 포함된 단계들을 도시한 플로우 차트.
제2도는 본 발명에 따른, 가열 전의 회로 지지 기판의 단면도.
제3도는 본 발명에 따른, 제1가열 단계후의 회로 지지 기판의 단면도.
제4도는 본 발명에 따른, 제2가열 단계후의 회로 지지 기판의 단면도.
제5도는 본 발명에 따른, 가열전의 회로 지지 기판의 다른 실시예의 단면도.
[양호한 실시예의 상세한 설명]
본 명세서는 신규한 것으로 간주되는 본 발명의 특징을 정의하는 특허 청구의 범위를 한정하였지만, 본 발명은 첨부 도면과 관련한 다음 설명을 고려한다면 보다 잘 이해될 것이다.
대부분의 땜납들은 주석과 납의 합금이다. 순수한 납은 327℃에서 용융되고 순수한 주석은 232 ℃에서 용융된다. 이들 2개의 금속들이 합금될 때, 합금은 각각의 성분들중 어느 것보다도 낮은 용융점을 갖는다. 이 용융점은 주석과 납의 백분율 조성에 따라 변화할 것이다. 그러나, 가능한 혼합물들중 어느 것 중에서도 가장 낮은 용융점(183 ℃)을 갖는, 공융 조성으로 공지된 63% 주석 및 37% 납의 조성을 갖는 하나의 합금이 있다. 이 공융 조성은 이온도에서 정확하게 급격하고 뚜렷한 용융점을 갖는 특성을 갖는다. 즉, 땜납 합금은 이 점에서 고체에서 액체로의 상태 변화를 겪는다. 공융 이외의 주석 및 납의 모든 다른 조성물은 어느 한온도에서 급격히 용융되지는 않지만, 액체에서 고체로의 냉각될 때 가소성의 중간 범위를 통과하는 혼합물이다.
가소성의 중간 범위를 통과하는 이들 다양한 합금은 용융 범위를 갖는다고 알려졌다. 용융 범위 이상의온도에서, 합금은 액체 상태이다. 용융 범위 아래에서는 이 합금은 고체 상태이다. 그러나, 용융 범위 내의온도에서는, 액체 또는 고체라고 확실히 정의 될 수 없는 가소성형 물질이다. 용융 범위보다 낮은온도는 고체화(solidus)온도로 공지되어 있고, 용융 범위보다 높은온도는 액체화(liquidus)온도로 공지되어 있다. 고체화온도보다 낮은온도에서, 합금은 고체 상태이고, 액체화온도보다 높은온도에서, 합금은 액체 상태이다. 주석과 납 이외의 물질들을 이 합금에 첨가하여도 유사한 형태의 작용을 할 것이다. 몇 가지 물질의 예로서 알루미늄, 안티몬, 비소, 비스무트, 카드뮴, 구리, 인듐, 철, 니켈, 은, 및 아연이 이용될 수 있다. 많은땜납 합금에서 순수한 용융점 이외의 용융 범위가 존재하기 때문에, 어떤 용융점이 정확히땜납의 용융점으로 고려될 수 있는지에 대해 많은 논란이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 합금이 고체에서 액체 또는 가소성형 조성으로 전이하는 점을땜납의 용융점으로 간주할 수 있는데, 즉, 용융점은 용융 범위의 하한이나 고체화 점과 등가인 것으로 간주할 수 있다.
본 발명은 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분 상에 상당히 납작한땜납 표면을 제공하며, 단측 및 양측 프린트 회로 조립품 모두에 사용될 수 있다. 이것은 자동 배치 시스템을 사용하여 만들어진 전자 조립품의 품질을 개선시킨다. 전형적으로, 인쇄 회로 보드의 제조업자는 제조 공정 중에 프린트되고 에칭 처리된 보드에땜납을 부가한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 납땜 방법은 프린트 회로 보드의 납땜가능한 표면에 가해진땜납 피막(solder coating), 및땜납 피막 상에 프린트된 납땜 페이스트를 사용한다. 각각의 합금은 다른 것과 구분되는 용융점 또는 그 범위를 갖는다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 납땜 페이스트의 금속 부분은 주석-납-은 합금(용융점 179 - 181 ℃)으로 이루어지고, 땜납 피막은 주석-납-비스무트 합금(용융 범위 144 ℃- 163 ℃)이다. 주석-납-은 합금은 62% 주석, 36% 납, 및 2% 은을 함유하고 있고, 주석-납-비스무트 합금은 43% 주석, 43% 납, 및 14% 비스무트를 함유하고 있다. 납땜 페이스트 내의땜납 합금은 미세하게 나누어진 입자들(예를 들어 구형 또는 불규칙한 형상의 입자들)의 형태로 되어 있고, 전형적으로 200 - 500 메시(mesh)의 크기 범위 내에 있다. 이들 입자들은 흔히 '땜납 파우더'라고 한다. 파우더는 전형적으로 부형제(vehicle) 및 플럭싱제의 매트릭스 내에 부유되어, 프린팅 및 리플로우 공정에 도움을 준다. 주석-납-비스무트의땜납 합금은 저온 합금이라 하고, 주석-납-은 합금은 고온 합금이라 하는데, 왜냐하면, 이 용융 범위는 다른 용융 범위보다 높기 때문이다. 양호한 실시예는 2개의땜납 합금을 사용하지만, 예를 들어 3개 이상의 다른 금속이 사용될 수 있고 여전히 본 발명의 기술 정신 및 기술 범위 내에 드는 것으로 고려된다. 또한, 각각의 합금의 비 또는 양은 각 물질의 야금학적 조성에 따라 변경될 수도 있고, 순수 형태의 금속이 합금 대신에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 주석, 납, 비스무트, 인듐, 구리, 안티몬, 카드뮴, 비소, 알루미늄, 갈륨, 금, 은과 같은 원소들의 합금이 또한 사용될 수 있다.
이제부터 제1도의 공정 흐름도, 및 제2도의 프린트 회로 기판의 단면도가 동시에 참조된다. 납땜가능한 표면(105)을 갖는 프린트 회로 보드(100)(PCB)와 같은 절연 기판이 단계 10에 도시한 바와 같이 제공된다. 프린드 회로 보드(100)는 다음에, 단계 20에 도시한 바와 같이, 저온 땜납으로 피막된다. 피막 공정은 본 기술에 숙련된 자들에게 익숙한 몇 가지 다른 방식으로 수행될 수 있다. 이들은 열품땜납 레벨링(HASL; Hot Air Solder Leveling)에 의한 피막, 무전해 도금, 전기 도금, 증착, 스퍼터링, 또는 다른 기술을 포함한다. 고온 땜납 입자(120) 및 플럭스 또는 부형제와 같은 부가적 성분(118)을 포함하는 땜납 페이스트는 저온 땜납층 상에 용착된다. 양호한 실시예에서, 적절히 배치된 개구(112)를 갖는 마스크(110)는 저온 땜납(115)이 노출되도록 PCB(100) 상에 배치된다. 마스크(110)는 프린팅 납땜 페이스트에 전형적으로 사용되는 스텐실 또는 스크린 메쉬와 같이 임시적이다. 페이스트는 스퀴즈를 사용하여 마스크 내의 개구(112)를 통해 프린트된다. 프린팅 이후에, 마스크(110)는 제거되고 저온 땜납 피막이 리플로우되어(단계 30), 제3도에 도시된 것과 같은 구조가 생성된다. 리플로우 중에, PCB 및 납땜 페이스트는 저온 땜납(115)은 용융 또는 액화되지만, 고온 땜납(120)은 원래의 용융되지 않은 고체 상태로 남도록 하는온도로가열된다. 저온 땜납(115)의 피막이 플로우되어땜납 입자에 습식 처리되고 더 이상 균일한 층으로 되지 않는 점에 주목한다. 양호한 실시예에서 피크 리플로우(peak reflow)온도는 약 165 ℃이다. 이온도에서, 저온 땜납 만이 액화된다. 고온 땜납 구형체는 원상 그대로 남고, 이 용융온도 이하에서 냉각(단계 40)될 때, 저온 땜납은 고체화된다. 혼합물을 부분적으로 용융시키는 이 공정은 납작하고 촘촘한 표면을 갖는 고체땜납 덩어리를 생성한다. 이 방법의 최종 제품이 프린트 회로 기판일 때, 동작을 완료한다(단계 50 및 60). 이 시점에서, PCB(100)는 땜납 패드(105) 상에땜납(150)의 두껍지만 균일하고 납작한 층으로 피복된다. 이땜납층(150)은 리플로우되거나 또는 용융된 저온 땜납(115)의 매트릭스 내에 분포된 리플로우되지 않은 한 덩어리의 고온 땜납 입자들(120)로 된 구성된다. 저온 땜납(115)은 용융되지 않은 고온 땜납 입자들(120)와 함께 "결합"되어 하나의 덩어리를 만든다. 실제로, 냉각시에 약간의 공극 또는 빈 공간(117)이땜납 덩어리 내에 형성될 수 있다. 이들 공극(117)은가열 공정 중에 플럭스 및 부형제로부터 발생하는 땜납 입자 및/또는 휘발성 입자의 팩킹(packing)으로 인한 비효율성의 결과이다.
리플로우 공정 중에 일어나는 정확한 메카니즘을 완전히 이해할 수는 없는지라도, 저온 물질이 PCB 및 고온 땜납에 습식 처리 및 합금되어, 야금학적 결합을 형성하므로, 이에 의해서 기계적으로 완전한 상태의 최종땜납 덩어리를 얻을 수 있다고 가정할 수 있다. 야금학적 결합은 리플로우 동안 용해된 금속 합금과 고체 물질 사이의 확산에 의해 형성된다고 생각된다.
다른 동작이땜납이 피복된 PCB에서 행해질 수 있다. 예를 들어, 종래의 피복 고체땜납 용착 프린트 회로 보드에 사용되는 것과 유사한 조립 공정을 사용할 수 있다. 즉, 단계 70에 도시한 바와 같이 표면을 플럭스 처리하고, 표면 장착 소자 또는 부품들을 프린트 회로 보드 상의 리플로우된 납땜 결합물과 결합하도록 부품의 납땜가능한 부분을 갖는 소정의 위치에 배치시킨다(단계 80). 회로 보드 상에 부품을 배치하기 전에, 땜납 플럭스 또는 택킹제가 선택적으로 사용될 수 있다. 이땜납 플럭스 또는 택킹제는 전형적으로 전자 소자들의 고정에 도움을 주고 또한땜납 표면으로부터의 산화물의 제거에 도움을 주기 위해서 선택된 위치에 제공된다.
리플로우된 납땜 결합물의 거칠고 납작한 표면은 플럭스가 패드로부터 확산하는 것을 방지하는데 도움이 되고, 또한 부품들을 패드 상의 올바른 위치에 배치하는데도 도움이 된다. 플럭스 인가 단계 70은 본 기술 분아에 통상의 지식을 가진자들에게 모두 공지되어 있는 스르레잉(spraying), 롤러 피막, 시린지 디스펜싱(syringe dispensing), 핀 트랜스터 메카니즘 등과 같은 여러가지 방법 중 하나를 이용하여 행할 수 있다. 단계 80에 도시된 바와 같이, 부품들이 배치되고, 조립품은 저온 땜납 및 고온 땜납 모두를 리플로우하는데 충분한온도에서 리플로우된다. 이것은 소자의 납땜가능한 부분과 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분 사이에땜납 필렛을 형성한다. 이 리플로우 단계는 단계 30으로 표시된다.온도가 144 ℃ 이상으로 올라가면, 저온 합금이 용융되고, 온도가 180 ℃를 초과하면, 고온 땜납이 또한 용융된다.
액체 합금은 상당한 표면 장력을 생성하여 표면 장착 소자를 자기 중심적으로 제공한다. 이 시점에서, 단측 조립이 완성될 것이다.
그러나, 회로 보드 상에 추가 부품들을 배치할 필요가 있다면, 회로 보드의 동일측 또는 대향측 상에서 다른 조립 동작을 행하게 된다. 이 경우 또 다른 결합물을 갖는 납땜 페이스트를 사용할 수 있다. 이 경우, 땜납 합금은 다른 용융 범위를 갖게 될 것이다. 양호하게는, 합금(들)은 제1리플로우 동작에서 사용된 것보다 높은 용융 범위 또는 용융온도를 가질 것이다. 이 납땜 결합물은 종래의 납땜 공정에서 사용되는 것과 같이 단일 합금일 수 있고, 또는 상술한 것과 동일한 개념을 이용하는 이중 합금의 혼합물일 수도 있다. 부품 배치를 위한 리플로우 단계 30 이후에, 보드는 다시 냉각되고(단계 40), 납땜 플럭스 또는 택킹제가 인가된다(단계 70). 부품은 수동으로 또는 로보트 또는 자동 배치 머신에 의해 종래의 방식으로 배치되고(단계 80), 조립품은 다시 리플로우된다. 현재의 고밀도의 복잡한 전자 조립품에서는 다중 리플로우가 공동으로 행해진다. 이제 제4도를 참조하면, 고온 리플로우 중에, 저온 물질과 고온 물질들이 용융되어 전체에 걸쳐 매우 균일한 제3합금(200)을 형성한다.
플럭스와 같은 부형제 및 기타 다른 성분을 갖는 납땜 페이스트를 사용하는 것은 물론, 납땜가능한 패드(105) 상에땜납 입자들을 간단히 용착시킬 수 있다. 제5도에 도시한 바와 같이, 고온 땜납 입자들(120) 만으로 이루어진 혼합물이 마스크(110)의 개구 내에 용착된다. 이것은 값비싼 납땜 페이스트의 필요성을 없애주어, 땜납 파우더를 사용할 수 있게 한다. 용착 공정은 스프레잉, 커튼 피막 또는 다른 방법들에 의해 행해질 수 있으며, 마스크(10)의 표면에서 과잉물을 쉽게 제거할 수 있다. 저온 땜납(115)이 용융되기 전에, 임의의 산화물을 제거하는데 도움을 주고 습식 처리를 촉진시키기 위해 용착된땜납 파우더에 플럭싱제(130)를 가한다. 저온 물질만이 용융되는 리플로우 단계 후에, 최종 구조는 제3도에 도시된 것과 유사하다.
분명히, 본 발명은 리플로우된 저용융 합금 내에 용해되지 않은땜납 입자들의 존재로 인해 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분 상에 납작하고 균일하게 울퉁불퉁한 표면을 생성한다는 장점을 제공한다는 것을 알 수 있다. 이는 , 종래의땜납 피복된 또는 리플로우된 PCB 상에 나타나는 반구형 표면이 이를 롤링 또는 플로잉 오프(flowing off)시킴으로써 플럭스 손실을 일으키는 경향이 있는 반면, 패드 상에 분산된 어떤 플럭스 또는 택킹제를 보유하는데 매우 적합한 표면을 생성한다. 또한, 땜납의 납작한 표면은 납작한땜납 패드에서 소자가 미끄러지지 않기 때문에, 표면 장착 소자 배치 공정에서 보다 우수한 품질을 제공한다. 리플로우 동작 중에 제공되는 표면 장력은 또한 패드 상의 부품을 자기 중심적으로 맞추는데 도움이 된다.
본 발명은땜납 피복 프린트 회로 보드 또는 다른 형태의 기판을 제공하는데 사용될 수 있고, 또한 전자 소자들을 보드에 납땜하여 결과적으로 프린트 회로 조립품을 생산하는 프린트 회로 조립품을 조립하고 납땜하는 조립 공정을 제공하는데 사용될 수 있다는 것도 알 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예가 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 납땜 결합물은 기판의 납땜불가능한 부분 상에 제공할 수 있어, 리플로우 이후에, 납땜 결합물(150)이 기판에 접착되지 않게 한다. 다양한 다른 수정, 변화, 변경, 대체 및 등가물이 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 정의된 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서 본 기술에 숙련된 자에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (8)

  1. (a) 프린트 회로 보드의 남땜가능한 부분 상에 액체화(liquidus)온도를 갖는 제1땜납 물질로 된 피막(coating)을 제공하는 단계, (b) 상기 제1땜납 물질의 액체화온도보다 높은 고체화(solidus)온도를 갖는 납땜 페이스트를 상기 제1땜납 물질 상에 용착하는 단계, (c) 상기 제1땜납 물질의 액체화온도보다 높고 상기 납땜 페이스트의 고체화온도보다 낮은온도로 상기 납땜 페이스트 및 상기 제1땜납 물질을가열하여, 상기 제1땜납 물질을 상기 납땜 페이스트 전체에 걸쳐 분산시키고 상기 제1땜납물질을 상기 납땜 페이스트 및 상기 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분과 합금시키는 단계, 및 (d) 상기 납땜 페이스트 및 상기 제1땜납 물질을 상기 제1땜납 물질의 액체화온도보다 낮은온도로 냉각시켜, 상기 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분상에 상기 납땜 페이스트 전체에 걸쳐 균일하게 분산된 상기 제1땜납 물질로 된 평탄한 고체 피막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 납땜 페이스트의 용착 단계는 주석, 납 및 은의 합금을 포함하고 약 180℃의 용융온도를 갖는 납땜 페이스트를 용착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피막 제공 단계는 180℃보다 낮은 용융온도를 갖는 땜납 합금을 용착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  4. 제1항에 있어서, (e) 상기 납땜 페이스트를 리플로우시키기에 충분한온도로, 상기 납땜가능한 표면 상의 평탄한 피막에 전자 소자를 납땜하는 최종 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소자를 납땜하기 전에 상기 평탄한 피막 상에 플럭스 (flux)를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피막 제공 단계는 인듐땜납 합금을 용착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피막 제공 단계는 상기 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분 상에 상기 제1땜납 물질을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 피막 제공 단계는 상기 프린트 회로 보드의 납땜가능한 부분 상에 상기 제1땜납 물질을 열풍 레벨링(hot air leveling)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5803340A (en) * 1995-09-29 1998-09-08 Delco Electronics Corporation Composite solder paste for flip chip bumping
JPH11514300A (ja) 1995-10-06 1999-12-07 ブラウン ユニバーシティ リサーチ ファウンデーション はんだ付けの方法及び配合物
US5839188A (en) 1996-01-05 1998-11-24 Alliedsignal Inc. Method of manufacturing a printed circuit assembly
US6147870A (en) * 1996-01-05 2000-11-14 Honeywell International Inc. Printed circuit assembly having locally enhanced wiring density
JP3220635B2 (ja) * 1996-02-09 2001-10-22 松下電器産業株式会社 はんだ合金及びクリームはんだ
TW369451B (en) * 1996-05-10 1999-09-11 Ford Motor Co Solder composition and method of using to interconnect electronic components to circuits on thermoplastic substrates
US5829668A (en) * 1996-09-03 1998-11-03 Motorola Corporation Method for forming solder bumps on bond pads
US5934545A (en) * 1997-02-21 1999-08-10 Gordon; Thomas A. Ball placement method and apparatus for forming a ball grid array
JP3410639B2 (ja) * 1997-07-23 2003-05-26 株式会社日立製作所 ペースト充填方法及びはんだ付け方法及びペースト印刷機
US6039805A (en) * 1998-01-12 2000-03-21 International Business Machines Corporation Transfer fluxing method and apparatus for component placement on substrate
US6076726A (en) 1998-07-01 2000-06-20 International Business Machines Corporation Pad-on-via assembly technique
CN1445049A (zh) * 2002-03-19 2003-10-01 日本胜利株式会社 焊锡膏、焊接成品及焊接方法
US20040167441A1 (en) * 2003-02-26 2004-08-26 Reynolds Brian R. Composite medical device
CN100533701C (zh) * 2005-03-16 2009-08-26 松下电器产业株式会社 使用了导电性粒子的倒装片安装方法
US7951700B2 (en) * 2005-04-06 2011-05-31 Panasonic Corporation Flip chip mounting method and bump forming method
DE102007038217A1 (de) * 2007-08-13 2009-02-19 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Beloten eines Werkstückes, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Werkstück, belotet nach dem Verfahren
DE102013218423A1 (de) 2012-10-01 2014-04-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung und Schaltungsbauteil
CN103170693A (zh) * 2013-03-27 2013-06-26 张家港市东大工业技术研究院 一种大面积平板无空隙对焊的工艺方法
US9272371B2 (en) 2013-05-30 2016-03-01 Agc Automotive Americas R&D, Inc. Solder joint for an electrical conductor and a window pane including same
DE102013218425B4 (de) 2013-09-13 2024-06-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung und Schaltungsbauteil
US10263362B2 (en) 2017-03-29 2019-04-16 Agc Automotive Americas R&D, Inc. Fluidically sealed enclosure for window electrical connections
US10849192B2 (en) 2017-04-26 2020-11-24 Agc Automotive Americas R&D, Inc. Enclosure assembly for window electrical connections
WO2020012226A1 (en) * 2018-07-10 2020-01-16 Bosch Car Multimedia Portugal, S.A. Additivated solder paste and process for applying a reactive additive element for selective control of soldering temperature on the reflow soldering method
US11581239B2 (en) 2019-01-18 2023-02-14 Indium Corporation Lead-free solder paste as thermal interface material

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2505367A1 (fr) * 1981-05-08 1982-11-12 Lignes Telegraph Telephon Procede d'etamage d'une couche conductrice disposee sur un dielectrique et son application a un circuit multicouches pour circuit hybride
SU1118494A1 (ru) * 1982-11-18 1984-10-15 Предприятие П/Я Р-6930 Способ пайки
SU1077727A1 (ru) * 1982-12-09 1984-03-07 Предприятие П/Я Р-6930 Способ пайки
JPH0191494A (ja) * 1987-10-02 1989-04-11 Fujitsu Ltd プリント基板への部品の半田付け方法
JPH01266987A (ja) * 1988-04-19 1989-10-24 Senju Metal Ind Co Ltd クリームはんだおよびクリームはんだのはんだ付け方法
JPH01271094A (ja) * 1988-04-20 1989-10-30 Aiwa Co Ltd ペースト状ハンダ
US5024372A (en) * 1989-01-03 1991-06-18 Motorola, Inc. Method of making high density solder bumps and a substrate socket for high density solder bumps
US5154341A (en) * 1990-12-06 1992-10-13 Motorola Inc. Noncollapsing multisolder interconnection
US5233504A (en) * 1990-12-06 1993-08-03 Motorola, Inc. Noncollapsing multisolder interconnection
JPH04343293A (ja) * 1991-05-20 1992-11-30 Fujitsu Ltd プリント配線板への部品のはんだ付け方法
US5229070A (en) * 1992-07-02 1993-07-20 Motorola, Inc. Low temperature-wetting tin-base solder paste
US5382300A (en) * 1994-03-22 1995-01-17 At&T Corp. Solder paste mixture

Also Published As

Publication number Publication date
MX9603213A (es) 1997-07-31
US5429293A (en) 1995-07-04
IL115748A0 (en) 1996-01-19
IL115748A (en) 2000-02-17
MY111857A (en) 2001-01-31
CA2181357A1 (en) 1996-06-27
WO1996019913A1 (en) 1996-06-27
EP0745315A4 (en) 1999-01-20
EP0745315A1 (en) 1996-12-04

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