KR100321352B1 - 납땜또는주석도금전의금속표면에건식플럭스를도포하는방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합금으로 납땜 또는 주석 도포 하기전에 금속 표면에 건식 용제 도포 하는 방법 및 그 디바이스(device)에 관한 것으로서, 대기압에 가까운 압력에서 주 가스(primary gas) 혼합물(8) 또는, 선택적으로 근접 가스(adjacent gas) 혼합물(9,10)로 부터 얻어지는 실질적으로 하전된 종류(species)가 없는 여기된 또는 불안정한 종류로 구성된 가스 처리 분위기로 용제 도포될 표면을 처리하는 것이며, 불활성 가스 및/또는 환원 가스 및/또는 산화 가스로 구성된 초기 가스 혼합물이 변환되는 여기된 또는 불안정한 가스 종류를 생성하는 적어도 하나의 장치(11,4,12)의 가스 배출부에서 주 가스 혼합물이 얻어지며, 근접 가스 혼합물은 그 장치를 통과하지 않는다.

Description

납땜 또는 주석 도금 전의 금속 표면에 건식 플럭스를 도포하는 방법 및 장치
본 발명은 전자 공학 분야에 있어서 납땜(soldering) 또는 주석 도금(tinning)을 실시하기 전에 금속 표면에 플럭스를 도포(fluxing)하는 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 다음의 작업을 실시하기 전에 관련된 플럭스 도포에 특히 적용된다.
회로에 구성 부품을 납땜하는 작업(삽입식 구성 부품과 표면 장착식 구성 부품의 모든 경우).
전자(電子) 기판 위에 접촉 스트립(contact strip)을 납땜하여 상기 스트립을 다른 스트립에 접속 가능하게 하는 작업(이들 접촉부를 이용하여 인쇄 회로에 삽입시킬 혼합 회로 또는 인쇄 회로, 또는 접속 연부를 이용하여 접속기 내에 접속시킬 수 있는 혼합 회로 또는 인쇄 회로의 한 예를 들 수도 있다).
패키지(package)의 바닥 내에 회로를 납땜하는 작업[그러한 회로의 봉입 과정에 관련됨].
패키지 덮개의 밀봉 공정 중에 관련된 납땜 작업.
베어 칩(bare chips)을 인쇄 회로, 혼합 회로 또는 MCM(multi-chip modules)으로 통칭되는 기판 등의 복수 층으로 된 상호 접속 기판과 같은 지지판 위에 납땜하는 작업.
전자 구성 부품의 단자에 주석을 도금하는 작업.
이 때, 플럭스 도포의 역할은 납땜 또는 주석 도금할 금속 표면을 깨끗하게 하는 것[(흡착층의 탈지(脫脂), 탈산(脫酸), 오염물 제거 등]인데, 이것은 금속 표면이 금속 땜납에 의하여 쉽게 젖도록 하려는 목적이다.
이 플럭스 도포 작업은 종종 수지 기재(resin bases)로부터 얻는 것으로서, 특히 산성 화합물이 추가된 화학 플럭스를 이용하여 수행하는 것이 가장 보편적이다. 납땜 후 플럭스 잔류물이 물품 표면에 남게 되는 수가 있고, 이렇게 되면 제조업자들로 하여금 염소화 용매를 사용하여 세척 작업을 실시해야 할 필요가 생기게 하는데, 그러한 세척 작업은 아주 취약한 노출된 칩의 경우에 특히 문제가 되는 것으로 판명되었으며, 그러한 용매의 사용을 엄격하게 규제하는 "몬트리올 의정서"(Montreal Protocol) 또는 나라에 따라서는 그러한 용매를 완전히 금지하는 경우에 있어서 커다란 논란이 되었다.
납땜 작업을 수행하는 데 사용되는 가장 일반적인 2 가지 방법은 "파동식 납땜법(wave soldering)"과 "역류식 납땜법(reflow soldering)"이다.
첫 번째의 경우(파동식 납땜 장치)에 있어서, 이들 장치는 납땜 또는 주석 도금할 물품이 노즐(nozzle)을 통해 용기 내에 수용된 땜납통(solder bath)의 순환에 의해 얻는 땜납액의 1개 이상의 파동과 접촉하도록 고안된다.
물품(예를 들어, 구성 부품이 부착되어 있는 회로 또는 주석 도금할 구성 부품)은 일반적으로 상기 장치의 상향류 지역 내에서 플럭스 분무 또는 플럭스 거품(flux foam)으로 플럭스 도포되어 왔는데, 이 플럭스 도포 작업은 회로에 미리침착(沈着)시킨 플럭스를 활성화시켜 이들 플럭스가 고온의 납땜 영역에 도달하기 전에 회로 또는 구성 부품을 예열하기 위하여 수행하는 소위 예열 작업을 수반한다. 상기 장치의 한 영역에서 다른 영역으로 물품을 이동시키는 이송 계통이 존재한다.
이들 장치는 전통적으로 대기 분위기에 노출된다.
복수의 기법을 포함하고 있는 제2의 방법의 경우(역류식 납땜법)에 있어서, 액상의 땜납통이 이용되는 것이 아니라 지지체(구성 부품 부착 전의 회로, 밀봉시킬 패키지의 연부 또는 패키지 바닥) 위에 부착되는 땜납 합금을 함유하는 납땜 페이스트(paste)가 이용되는데, 상기 땜납 합금에는 일정한 열량을 가함으로써 그 금속 합금을 용융시킬 수 있다. 이러한 열 전달은 대개 연속식 오븐에서 수행된다.
어떤 경우(파동식 또는 역류식)에도, 납땜 후에는 몬트리올 의정서 및 그 개정안에 의해 강력히 규제 받는 염소화 용매를 주로 사용하는 전술한 세척 작업상의 문제가 발생한다.
그러므로, 이러한 문제는 이들 화합물을 대체할 해결점을 제공하기 위한 노력으로서 수년 이상 전세계에 걸쳐 다수의 연구 노력을 위한 동기를 부여하여 왔다.
예상되었던 해결 방안들 중에, 납땜 전에 프라즈마(plasma) 세척하고, 이에 의하여 화학 플럭스를 이용함으로써 이에 따른 하향류 세척 작업의 실질적인 필요성을 회피하는 방법을 들 수 있다. 관련된 혼합물들은 특히 수소를 이용하였다.
이 분야에 있어서, 공정 가스의 프라즈마를 이용하여 납땜할 조립 부품을 처리할 것을 제안하고 있는 EP-A-0,427,020을 들 수 있는데, 이 문헌은 "조립 부품에 대한 가열 손상을 피하기 위한 목적으로" 상기 처리 시에는 저압을 이용할 것을 권고하고 있다. 첨부 도면을 참조하여 기재된 모든 실시예는 30 내지 100 Pa의 범위에서 변화하는 압력 조건에 관한 것이다.
EP-A-0,371,693에도 동일한 내용이 기재되어 있는데, 이 문헌은 수소를 함유하는 극초단파(microwave) 프라즈마를 이용하여 납땜 전에 금속 표면을 세척하는 방법에 관한 것이다. 이 문헌도 역시 "프라즈마 내의 잔류 산소량을 제한할 수 있게 하기 위하여 저압을 이용할 것을 권고하고 있다 (그러고, 실시예를 통하여 예시하고 있다).
특히, 그러한 압력을 얻기 위한 비용 또는 생산 라인에 상응하는 기본 설비를 설치하는 어려움과 관련된 결점에도 불구하고, 이들 프라즈마 세척 작업을 수행하기 위한 저압 조건의 이용에 대한 의견 일치는, 당연히 일반적으로 저압에서 얻게되는 프라즈마와 비견할 수 있는 기능을 발휘하는 프라즈마를 대기압에서 얻는 것의 공업적 및 기술적 난이성에 관련되어 있다.
이와 관련하여, 본 명세서에 참고로 언급하고 있는 FR-A-2,697,456에서 출원인은 최근에 프라즈마를 만들기 위해 극초단파원(microwave source) 또는 처리할 물품 상에 위치하는 유전체층 내에 적절하게 배치된 슬롯(slot)을 통하여 전달되는 코로나(corona) 방전을 이용하여 대기압에서 납땜 전에 금속 표면에 프라즈마 플럭스를 도포하는 방법을 제안하였다. 이 출원은 당해 문제에 유리한 해결 방안을 제공하고 있지만, 그 출원인은 상기 제안된 방법이 개선될 수 있다는 사실, 특히 다음과 같은 사실을 설명하였다.
그의 효율[프라즈마 생성을 위한 전력 입력에 대한 피처리 지지체와 실질적으로 상호 작용하는 생성종(生成種)의 밀도에 대한 프라즈마의 비] 또는 얻게 되는 출력 밀도(코로나 방전의 경우에, 유전체의 단위 표면적당 수 와트(W)에 도달할 뿐임)는 이들이 개선되기만 하면 처리 시간을 더 단축시켜 준다.
또한, 전극 시험편의 거리는 코로나 방전의 경우에는 매우 결정적이며 아주 작게 유지되어야 하며, 상대적으로 복잡한 표면 구조를 가지는 기판의 경우에 문제를 일으킬 수 있고, 극초단파 방전의 경우에는 그 거리가 프라즈마원(plasma source)에 의해 제한되는 크기를 한정하는 프라즈마 발생 점의 형성을 일으키는 것과 같이 "기하학적" 인자를 제한한다.
더욱이, 이 문헌에서 생성된 프라즈마의 정의에 의하면, 전자 부품에 사용하기 여전히 어려운 이온종(ionic species) 및 전자 하전종(荷電種)을 당연히 함유한다.
이와 병행하여, 본 명세서에서 참고로 인용하는 FR-A-2,692,730에서, 출원인 회사는 실질적으로 대기압에서 작용하며 개선된 에너지 밀도를 제공하는 여기된 가스 분자 또는 불안정한 가스 분자를 생성하기 위한 장치를 제안하였다.
이와 관련하여, 본 발명의 목적은 납땜 또는 주석 도금 전에 금속 표면에 건식 플럭스를 도포하는 개선된 방법을 제공하기 위한 것으로서, 이 방법에 의하면 다음 사항이 가능해진다.
실질적으로 대기압에서 작업하는 것.
처리할 대상물과 이 처리의 실시에 이용되는 장치 사이의 거리에 상당한 신축성을 제공하는 것.
물품과 하전종과의 접촉을 피하는 것.
출력 밀도를 개선하여 처리 속도의 증대를 달성 가능하게 하는 것.
이를 위해, 합금을 이용하여 납땜하거나 또는 주석 도금하기 전에 금속 표면에 건식 플럭스를 도포하는 본 발명의 방법은 여기 가스종 또는 불안정 가스종으로 구성되고, 실질적으로 하전종이 없는 가스 처리 분위기로 된 대기압에 가까운 압력하에 플럭스를 도포할 표면을 처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, "금속 표면"이라는 용어는, 예를 들어 강(鋼), 구리, 알루미늄, 주석, 납, 주석/납, 주석/납/은, 또는 코바르(Kovar)와 같은 합금 등을 납땜하거나 주석 도금을 하는 작업에 포함될 수 있는 모든 형태의 금속 표면을 의미하는데, 상기 열거된 것은 단순히 예시적인 것으로서 제한하려는 것은 물론 아니다.
본 발명에 따른 납땜 또는 주석 도금 "합금"은 그러한 작업(예를 들어, 역류식 납땜 장치 또는 파동식 납땜 장치에서의 작업 또는 그 밖의 파동식 주석 도금작업)에 예상될 수 있는 조성, 예를 들어 주석-납,주석-납-은, 주석-인듐 등으로 구성된다.
본 발명에 있어서, "대기압에 가까운 압력"이란 용어는 0.1×105Pa 내지 3×105Pa의 유리한 상태의 압력을 의미한다.
본 발명에 있어서, "하전종"이라는 용어는 이온 또는 전자를 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 처리 분위기는 하전종, 즉 이온이나 전자가 거의 없다는 점에서 전통적인 프라즈마 분위기와 구별된다.
상기 처리 분위기는 1차 가스 혼합물 또는 선택적으로 인접 가스 혼합물로부터 얻는 것이 유리한데, 상기 1차 가스 혼합물은 불활성 가스 및/또는 환원 가스 및 /또는 산화 가스를 포함하는 초기 가스 혼합물이 전환되는 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 적어도 1개 이상의 장치에 있는 가스 배출구에서 얻게 되며, 상기 인접 가스 혼합물은 상기 장치를 통과하지 아니한 것이다.
이러한 구성은 "후방전(後放電; post-discharge)"이라고 정의되는데, 그 이유는 여기 가스종 또는 불안정 가스종으로 이루어지는 처리 분위기의 1차 성분이 이 1차 성분 중에 하전종이 실질적으로 존재하지 않도록 보장하는 장치의 배출구에서 얻어지기 때문이다. 장치를 통과하지 않는 처리 분위기의 인접 성분에는 그러한 종이 전혀 없다.
더욱이, 이러한 구성은 처리 분위기의 1차 성분이 생성되는 곳과 그것이 사용되는 곳이 분명하게 분리되게 하는 것을 가능하게 하며, 그 분리는 장치의 오염과 관련하여 상당한 장점이 있다(표면에 플럭스를 도포하는 작업에 의해 생기는 각종 방출물이 상기 장치의 내부, 예를 들어 그 장치의 전극을 오염시키는 것을 방지한다). 마지막으로, 상기 장치 내(예를 들어, 전극간의 방전 내에서)에서 처리되지 않은 물품은 전술한 "거리"의 면에서 융통성이 더욱 양호하므로 유리하다.
예를 들어, 불활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 또는 이러한 불활성 가스의혼합물로 구성된다. 환원 가스는, 예를 들어 수소, CH4또는 암모니아 또는 이러한 환원 가스의 혼합물로 구성될 수 있다 산화 가스는, 예를 들어 그 일부가 산소 또는 CO2또는 N2O, H2O 또는 이러한 산화 가스의 혼합물로 구성될 수 있다. 물론, 각 가스의 예는 단지 예시적인 것이지 제한적인 것은 아니다.
본 발명에 따른 장치는 이 장치의 가스 배출구애서 불안정 가스종 또는 여기 가스종을 포함하는 하전종이 실질적으로 없는 또 하나의 가스 혼합물을 얻기 위하여 초기 가스 혼합물을 "여기"시키는 것이 가능한 소자로 구성된다. 예를 들어, 그러한 여기는 코로나 방전 형태의 전기 방전에 의해 얻을 수도 있다.
당업자에게 충분히 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 플럭스 도포 방법은 하나의 장치 또는 피처리 물품의 폭 위에 평행하게 배치된 복수 개의 장치의 가스배출구에서 얻어지는 주혼합물을 이용하여 처리할 수 있거나 직렬로 배치된 복수개의 장치의 가스 배출구에서 얻는 주혼합물을 이용하여 연속식으로 처리할 수 있게 한다.
이와 마찬가지로, 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은, 사용자가 표명하는 요구에 따라 피처리 물품의 단일면만을 처리하는 경우와, 상기 물품의 양면에 용제 도포할 필요가 있는 경우에도 다 같이 적용될 수 있다. 양면을 처리하는 경우에 있어서, 상기 물품의 각 면의 전방에 필요한 장치를 배열하는 것이 적합하게 된다.
본 발명에 따른 인접 혼합물은, 필요하다면 시험편 주위에 보호 분위기를 유지하는 것을 가능하게 하는 가스 또는 가스 혼합물, 예를 들어 불활성 가스 또는 불활성 가스의 혼합물이나 그 밖에 환원 가스 또는 산화 가스 또는 이들 3종의 가스 중의 어느 하나에 속하는 가스의 혼합물로 구성되어도 좋다.
본 발명의 하나의 특징에 의하면, 인접 혼합물에는 실란(silane)(SiH4)이 함유되어 있다. 실란이 함유되어 있는 그러한 인접 혼합물의 존재는 피처리 물품의 표면에 존재하는 임의의 금속 산화물에 대한 환원 작용을 일으키기 위한 목적과, 그리고 피처리 물품에 존재하는 분위기 중의 잔류 산소와의 상호 작용 중에서 사용된 초기 가스 혼합물에 따라 산소 "제거제(scavenger)" (또는 탈산소제)로서, 즉 잔류 산소를 최소한으로 줄이기 위한 목적상 유리하게 이용될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 피처리 표면은 상온(常溫) 및 후속되는 납땜 또는 주석 도금 작업에 이용되는 합금의 용융 온도 사이의 온도로 가열된다. 따라서, 이 상한(上限) 온도는 사용되는 합금에 좌우되는데, 예를 들어 통상적으로 이용되는 Sn63-Pb37 또는 Sn62-Pb36-Ag2 합금의 경우에는 상기 상한 온도가 180℃ 근처로 된다.
본 발명의 하나의 특징에 의하면, 피처리 금속 표면(들)이 있는 물품은 덮개 구조물(예를 들어, 터널 또는 1조의 기본 후드)에 의해 구획된 내부 공간을 통과하는 이송 계통에 의해 장치의 가스 배출구 전면에, 필요하다면 상기 물품의 폭 위로 평행하게 배치된 복수 개의 장치의 가스 배출구 전면 및/또는 직렬 배치된 복수 개의 장치의 가스 배출구의 전면으로 연속식으로 이송되어, 주변 분위기로부터 격리되는데, 상기 덮개 구조물은 상기 장치에 밀봉식으로 연결되거나 상기 장치를 포함한다.
전술한 설명은 양면 처리에도 적용될 수 있다(여기서, 물품의 각 면의 전방에 필요한 수효 및 배열의 장치를 사용하기에 역시 충분하다).
본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 초기 가스 혼합물이 변환되는 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에서 전기 방전이 생성되는 곳이며, 유전체 재료층은 다른쪽 전극에 면하고 있는 1개 이상의 전극 표면에 배치되고, 초기 가스 혼합물은 전극을 가로질러 방전부를 통과한다.
상기 장치에 이용되는 유전체의 단위 면적당의 양으로 표준화된 전력은 1 W/㎠ 이상인 것이 유리한데, 10 W/㎠ 이상인 것이 좋다.
본 발명의 한 가지 실시예에 의하면, 이송 장치를 따라 피처리 물품과 연속적으로 마주치는 처리 분위기는 다음 영역으로 나누어진다.
a) 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 1개 이상의 장치가 상기 덮개 구조물 내에서 선행하는 장치에 의해 변환되는 것과 상이한 초기 가스로 변환시키는 영역 및/또는,
b) 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 하나 이상의 장치에 사용되는 인접 가스 혼합물이 상기 덮개 구조물 내의 선행하는 장치에서 사용-되는 가스와 상이한 영역.
본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 상기 a) 및 b) 영역은 동일한 장치에 관련될 수도 있다.
따라서, 예를 들어 환원력이 하나의 장치로부터 다른 장치로 증가되는 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 하나의 특징에 의하면, 상기 구조물을 떠날 때, 상기 물품은 납땜 또는 주석 도금 작업을 수행하는 장치에 도입되며, 필요하다면 상기 구조물의 출구와 상기 장치의 입구 사이에 있는 보호 분위기 하에서 상기 물품이 유지된다. 이 경우, 상기 보호 분위기라는 용어는 잔류 산소 농도가 수 백 ppm, 또는 평균 100 ppm을 초과하지 않는 불활성 분위기를 주로 의미하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 납땜 또는 주석 도금 작업은 사실상상기 장치의 하향류에 있는 덮개 구조물(예를 들어, 터널) 내에서 수행된다.
또한, 본 발명은 특히 본 발명에 따른 방법을 실시하기에 적합한 것으로서, 납땜 또는 주석 도금 전에 금속 표면에 건식 플럭스를 도포하기 위한 장치에 관한 것이다, 이 장치는 플럭스를 도포시킬 금속 표면이 있는 물품을 이송하는 수단이 통과하는 내부 공간을 형성하고, 주위 분위기로부터 격리되며, 직렬 및/또는 병렬 장착되는 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 한 개 이상의 가스 생성 장치를 포함하는 덮개 구조물을 구비하는데, 이 가스 생성 장치에는 하나의 축이 있고, 외측 전극 및 내측 전극 사이에 형성된 관상(管狀)의 가스 통로가 적어도 한 개 마련되는데, 상기 전극 중 적어도 다른 전극에 면하는 한 개에는 유전체가 피복되어 있고, 이들 전극은 고압원 및 고주파원에 연결되어 있다. 외측 전극은 상기 유전체를 둘러싸고 있으며, 축방향으로 평행하게 연장되어 실질적으로 서로 직경의 반대쪽에 위치하는 주가스용 배출구와 초기 가스용 흡입구를 구비하고 있다. 상기 가스 배출구는 그 장치(들)를 통과하지 않는 소위 인접 가스를 주입하기 위한 적어도 하나의 수단을 임의로 갖추고 있는 덮개 구조물의 내부에 도출되어 있다. 필요하다면, 본 발명의 장치에는 피처리 물품을 가열하는 수단이 더 구비된다.
본 발명의 그 밖의 특징과 이점들은 첨부 도면을 참조하여 후술하는 실시예의 설명에 의해 명백하게 된다. 이들 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 단지 예시하기 위한 것이다.
제1도는 플럭스를 도포하려는 금속 표면이 있는 물품(1)을 이송 벨트(2)를 이용하여 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 장치(4)의 가스 배출구(6)의 전방에 이송시킨 상태를 도시하고 있다.
이송 시스템(2)은 누설 방지 방식으로 장치(4)에 유리하게 연결되는 덮개 구조물, 즉 터널(3)에 의해 구획되는 내부 공간(31)을 통과한다.
참조 부호 8은 장치의 배출부(6)에서 얻어지는 주가스 혼합물을 도식적으로 나타낸 것이다. 주가스 혼합물(8)은 가스 흡입구(5)를 통해 장치에 도입되는 초기 가스 혼합물(7)로부터 얻어진다.
제1도에 도시된 실시예에는 인접 가스 혼합물용 흡입구(9, 10)도 역시 도시되어 있다. 인접 가스 혼합물(9, 10)과 주가스 혼합물(8)로부터 얻게 되는 가스 분위기는 본 발명에 따른 처리 분위기(30)를 구성한다.
제1도에 도시된 실시예에는 여기 가스종 또는 불안정 가스종(도시되지 않음)을 생성하며, 지점(11 및 12)에서 제1 장치(4)와 연속되고 물품(1)과 연속적으로 만나는 추가의 장치가 있다.
참조 부호 13 및 29로 표시되는 것과 같은 그 밖의 인접 가스 혼합물 흡입구를 설치하면 제작이 완료된다.
만약, 필요하다면 제1도에 도시되지는 않았지만 물품(1)을 가열하는 수단이 추가로 구비될 수도 있다. 이러한 가열 수단으로서, 예를 들어, 터널에 있는 적외선 램프 또는 대류 가열기(고온의 터널 댁) 내부 또는 가열 기판 보유기 위에 물품을 배치하는 것을 생각할 수 있다.
제2도의 실시예에 나타난 바와 같이, 이 실시예를 위한 장치는 원주형 구조로 되어 있으며, 예를 들어 금속 블록(15)의 내면에 의해 형성되는 제1 관상 전극(14)을 포함한다. 유전체 관 표면에 금속화에 의해 부착되는 것으로서, 명확성을 위해 제2도에서 두께가 과장되어 도시된 제2 전극(17)을 구비하며, 제1 관상 전극(14)에는, 예를 들어 관상의 세라믹과 같은 유전체층(16)이 구비된 조립체가 동심을 이루어 위치하고 있다.
따라서, 유전체층(16)과 제2 전극(17)으로 구성된 조림체는 제1 전극(14)과 함께 관상의 가스 통로(18)를 형성하며, 내부에는 냉각제, 양호하게는 프레온(freon)이 그의 전기 음성(electronegative) 특징 때문에 순환되거나, 이온이 제거된 물이 순환되는 내부 공간(19)이 형성되어 있다. 내부 가스 통로는 축방향 길이가 1 m 이하, 통상적으로는 50 cm 이하이며, 반경 방향 두께(e)는 3mm를 넘지 않으며, 통상적으로 는 2.5 mm보다 작다.
블럭(15)에는 서로 직경 방향의 반대쪽에 위치하는 2개의 길이 방향 슬롯(20, 21)이 포함되어 있는데, 이 슬롯에는 각각 가스 통로(18) 내에서 여기되는 초기 가스용 흡입구와 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 함유하는 주가스 유동용 배출구가 형성되어 있다.
슬롯(20, 21)은 공동(空洞)(18)의 축방향의 전체 길이에 걸쳐 연장되며, 제2도에 도시된 실시예의 경우에는 높이가 두께를 초과하지 않고, 통상적으로는 그 두께와 거의 같다. 본체(15)에는 제1 전극(14) 둘레에 물과 같은 냉각제 통로용으로 복수 개의 덕트(ducts)(22)가 마련되어 있는 것이 좋다. 가스 흡입구(20)는 블록(15)애 부착된 케이싱(casing)(24) 내에 형성된 균질화 챔버 또는 공간(plenum)(23)과 연통되며, 이 케이싱에는 초기 가스 공급원(26)으로부터 0.1×105Pa 내지 3×105Pa의 압력으로 공급되는 초기 가스용 도관(25)이 구비되어 있다 전극(14, 17)은 15 kHz 이상의 고주파수에서 작동하고 10 kW 정도의 전력을 공급하는 고압 및 고주파 발전기 (27)에 연결되는 것이다. 발전기로부터 공급되는 전력을 유전체의 단위 면적당의 값으로 표준화하여 표현하는 것이 더욱 유리하다.
가스 배출구(21)에서 이용 가능하며, 여기 가스를 함유하는 가스 플럭스는 금속 표면을 플럭스 도포하는 곳과 같은 사용자 위치(28)로 이송된다.
제2도에 따라 설명한 바와 같은 단일 장치(4)가 들어 있는 제1도의 설비는 2가지 비교예에 의하여 이하에서 보충 설명하는 본 발명의 4 가지 실시예를 수행하는 데 이용되었다.
제1 실시예에서는, 크기가 0.3×50×50 mm인 전자 공학적 등급의 구리 시편을 가열 산화(200℃의 공기 중에서 5분간 가열하는 것)시키기 전에 먼저 20%의 질산용액으로 산세(酸洗) 처리하였다. 이 산화 처리에 의해 구리 시편 표면이 보라색으로 바뀐 층이 뚜렷하게 나타나게 되는데, 산화 전의 기판은 보통 "연어(salmon)색깔" 이었다.
이어서, 상기 시편을 다음 조건하에 전술한 설비를 사용하여 처리하였다.
동작 전력(발전기애 의해 공급): 유전체의 15 W/㎠의 전력애 상응하는 1000 W
질소 중에 수소 65%가 들어 있는 초기 가스 혼합물 (유속이 10 ㎥/h인 질소와 유속이 18 ㎥/h인 수소를 이용하여 얻음)
인접 가스 혼합물: 터널 내부의 산소의 분압(分壓)을 20 ppm 이하로 유지시킬 수 있는 질소
150℃로 가열된 시편
단일 통과시의 처리: 이송 장치(2)에 의해 2 mm/s의 속도로 이동하는 시편
실질적으로 대기압에서 실시되는 처리
피처리 시편과 장치의 가스 배출구 사이의 거리: 10 mm
이러한 공정에 따라 처리한 시편들을 관찰하면, 이들 시편은 이들의 특징적인 초기의 연어 색깔로 되돌아간 우수한 표면 상태를 나타내었다.
제2의 비교예에서는, 전술한 본 출원인 명의의 FR-A-2,697,456에 기재되어 있는 극초단파 방전 프라즈마 플럭스 도포 설비를 이용하였다. 크기가 0.3×20×20 mm인 동급(同級)의 구리 시편들을 질산 중에서 세척하고 가열 예비 산화시킨 후에 10ℓ/min으로 주입된 H2가 3% 함유된 아르곤 혼합물을 이용하여 제1 실시예에서와 같은 조건하에서 극초단파 프라즈마 방전 처리하였다. 각 시편은 150℃의 온도로 가열되었고, 프라즈마를 생성하는 데 사용된 전력은 200 W이었다. 각 시편을 산세처리하는 시간은 2분 정도인 반면, 더 작은 시편에 대한 처리 시간은 제1 실시예의 경우보다 더 걸렸다. 이 극초단파 프라즈마법은 (그 이름이 의미하는 바와 같이) 프라즈마에 따라서 하전종을 이용하는 단점, 즉 민감한 전자 구성 부품이 존재할 경우 문제를 일으킬 수 있다.
제3 실시예용으로서는, 시편을 예비 산화시키는 단계를 제외하고는, 제1 실시예와 동일한 방법을 수행하였다. 이 때, 산화는 (질산에 의한) 화학적 산세 처리 후에 기판을 비등수(沸騰水)에 10분간 침지시키는 소위 "비등수"법을 이용하여, 전자공학 분야에서의 통상적인 회로 오염 기준에 따라 실시하였다. 이 산화는 가열 산화법보다 더 "온화하며" 납땜 또는 주석 도금 전에 전기 회로에서 일반적으로 직면하게 되는 산화 수준이다.
여기서, 처리 후의 시편을 다시 관찰하여 보면, 시편은 초기의 연어 색깔로 다시 되돌아간 우수한 표면 상태를 나타내었다.
제4 실시예용으로서는, 제3 실시예에서 얻은 구리 시편(질산 세척, 비등수 예비 산화, 본 발명에 따른 처리)은 이것을 파동식 주석 도금 형식의 기계에서 주석-납의 땜납을 사용하는 습윤 공정(wetting process)에 부침으로써 평가하였다. 상기 기계의 도입부에서의 통상 존재하는 화학적 예비 플럭스 도포는 일부러 생략하였다.
그러한 조건하에서 수행된 땜납의 침착을 관찰하여 보면, (작은 접촉각으로 알 수 있는) 구리 침착에 대한 우수한 습윤 결과, 양호한 침착 연속성 및 침착의 양호한 (거울 현상으로 나타나는) 표면 성질을 나타내었다.
따라서, 이 제4 실시예는 납땜 후에 산세 작업의 속행을 필요로 하는 종래의 예비 플럭스 도포용 화학 물질을 이용하는 일이 없이 (납땜 또는 주석 도금 작업이 포함되는가의 여부에 관계없이) 그러한 땜납 침착의 가능성을 보여주었다.
제5 비교예를 위해서는, 제3 실시예의 시편을 더 이상 본 발명에 의한 방법에 따라 처리하지 않고 20% 질산 용액을 이용하여 세척하기만 하였다. 이 세척은 비등수 예비 산화 단계 후 및 주석 도금에 의한 이들 시편의 평가 진에 행하였다.
여기서 얻은 결과는 덜 좋았다. 주석-납 침착이 불연속적[아일렌드(island)가 존재함]이며, 접촉각은 앞서의 경우보다 더 컸는데, 이 결과는 본 발명에 따른 제4 실시예에서 얻은 것보다 질산에 의한 세척이 비효율적이라는 것을 나타내었다.
본 발명의 제6 실시예에 있어서는, 에폭시 인쇄 회로형 회로를 이용하였다. 이들 회로의 도전 궤도(conducting tracks)는 예비 주석 도금되고, [저항성과 용량성이 있는 SOT 23 및 SO 형식의] 전자 부품들은 적량(適量)의 접착제를 이용하여 상기 회로의 적절한 도전 궤도 위에 고정시켰다.
상기 회로는 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 우선 본 발명에 따른 플럭스도포 처리를 거치는데, 여기서 불안정 가스종 또는 여기 가스종을 생생하는 장치의 가스 배출구와 회로 사이의 거리는 약 10 mm이었다. 본 발명에 따라 수행되는 플럭스 도포 작업은 종래의 파동식 납땜 기계를 통해 회로를 통과시켜 구성 부품을 납땜하는 (그에 따라 전기적으로 접촉하게 하는) 작업에 의해 평가되며, 그 기계의 도입부에서의 화학 플럭스 예비 도포 단계는 일부러 생략하였다. 상기 기계에서 나오는 납땜 접촉부를 관찰하면,우수한 습윤성을 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 후속 공정에서 납땜 후에 잔류 플럭스를 제거하기 위해 회로를 산세 처리하는 작업을 필요로 하는 화학적 수단에 의한 종래의 플럭스 도포 작업을 이용하지 않고도 본 발명에 따라 건식 플럭스 도포를 실시할 수 있다는 사실이 확인되었다.
비록 본 발명은 특정의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 결코 제한되지 않으며, 첨부하는 특허 청구의 범위에 속한다고 당업자에게 인식되는 변형 및 수정까지 포함한다.
제1도는 본 발명에 따른 방법의 실시에 적합한 장치의 도식적인 도면이고,
제2도는 본 방법에 따른 발명의 실시애 적합한 여기(勵起) 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하기 위한 장치의 한 가지 예를 도식적으로 도시한 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 물품
2 : 이송 시스템
3 : 덮개 구조물(터널)
4, 11, 12 : 여기 가스종 또는 불안정 가스종 생성 장치
5 : 흡입구
6 : 배출구
7 : 초기 가스 혼합물
8 : 주가스 혼합물
14 : 제1 전극
16 : 유전체
17 : 제2 전극
20, 21 : 슬롯(slot)

Claims (15)

  1. 합금을 이용하여 납땜 또는 주석 도금을 하기 전의 금속 표면에 건식 플럭스를 도포하는 방법에 있어서,
    a) 불활성 가스 및/또는 환원 가스 및/또는 산화 가스로 이루어진 초기 가스혼합물(7)을 여기(勵起) 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 한 개 이상의 가스 생성 장치(11, 4, 12)에 통과시켜 상기 가스 생성 장치의 가스 배출구에서 주가스 혼합물(8)을 얻고,
    b) 플럭스를 도포할 표면을 상기 여기 가스종 또는 불안정 가스종으로 이루어지고 상기 주가스 혼합물로부터 얻은 하전종(荷電種)이 실질적으로 없는 가스 처리 분위기에 의하여 대기압에 가까운 압력에서 처리하는 것을 특징으로 하는 납땜 또는 주석 도금 전의 금속 표면에 건식 플럭스를 도포하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 처리 분위기는 상기 주가스 혼합물 및 상기 가스 생성 장치를 통과하지 않은 인접 가스 혼합물(9, 10)로부터 얻게 되는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인접 혼합물은 실란(SiH4)을 함유하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    피처리 금속 표면이 있는 물품(1)은 주위 분위기로부터 격리된 차폐 구조물(30)에 의해 둘러싸인 내부 공간(31)을 통과하는 이송 시스템(2)에 의해 상기 가스 생성 장치(4)의 가스 배출구(6)의 전방으로 이송되며, 상기 덮개 구조물은 상기 가스 생성 장치에 밀봉식으로 연결되거나 상기 가스 생성 장치를 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서.
    피처리 금속 표면이 있는 물품(1)은 주위 분위기로부터 격리된 덮개 구조물에 의해 둘러싸인 내부 공간(31)을 통과하는 이송 시스템(2)에 의해 물품의 폭 위에 평행하게 배치되는 복수 개의 가스 생성 장치의 가스 배출구의 전방 및/또는 직렬로 배치된 복수 개의 가스 생성 장치(11, 4, 12)의 가스 배출구의 전방으로 연속하여 이송되며, 상기 덮개 구조물은 상기 가스 생성 장치와 밀폐식으로 연결되거나 상기 가스 생성 장치를 포함하는 것인 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 초기 가스 혼합물이 변환되는 상기 가스 생성 장치는 제1 전극(14)과 제2 전극(17) 사이에서 형성되는 전기 방전이 이루어지는 곳이며, 유전체층(16)은 다른 쪽 전극에 면하고 있는 1개 이상의 전극(17) 표면에 배치되고, 상기 초기 가스 흔합물은 전극을 가로질러 방전부를 통과하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 생성 장치에 이용되며 유전체의 단위 면적당의 값으로 표준화된 전력이 1 W/㎠ 이상인 것인 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    이송 시스템을 따라 피처리 물품과 연속적으로 마주치는 처리 분위기는 여기 가스중 또는 불안정 가스종을 생성하는 한 개 이상의 가스 생성 장치(11, 4, 12)가 상기 구조물(3)내에서 상기 장치에 선행하는 장치에 의해 변환된 가스 혼합물로부터 상이한 초기 가스 혼합물(7)을 변화시키는 방식으로 형성되는 것인 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    이송 장치를 따라 피처리 물품과 연속적으로 마주치는 처리 분위기는,
    a) 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 하나 이상의 가스 생성 장치(11, 4, 12)에 의해 상기 덮개 구조물(3) 내에서 선행하는 가스 생성 장치에 의해 변환되는 것과 상이한 초기 가스 혼합물을 변환시키는 영역 및/또는 b) 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 하나 이상의 가스 생성 장치(11, 4, 12)에서 도입되는 인접 가스 혼합물(9, 10)이 상기 덮개 구조물(3) 내에서 선행하는 가스 생성 장치에서 사용되는 가스와 상이한 영역으로 나누어지는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    a) 영역 및 b) 영역이 하나의 동일한 가스 생성 장치 내에서 실시되는 것인 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    물품이 상기 덮개 구조물로부터 나와서 납땜 또는 주석 도금 작업 장치로 도입될 때, 상기 물품은 상기 구조물의 출구와 상기 장치의 입구 사이의 보호 분위기 하에 있는 것인 방법.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 납땜 또는 주석 도금 작업은 상기 가스 생성 장치의 하향류의 상기 구조물 내에서 수행되는 것인 방법.
  13. 납땜 또는 주석 도금을 하기 전에 금속 표면에 건식 플럭스를 도포하는 장치에 있어서,
    플럭스를 도포할 금속 표면이 있는 물품(1)을 이송하는 이송 시스템(2)이 통과하는 내부 공간(31)을 형성하고, 주위 분위기로부터 격리되며 직렬 및/또는 병렬 장착되는 여기 가스종 또는 불안정 가스종을 생성하는 하나 이상의 가스 생성 장치(4, 11, 12)를 밀봉식으로 둘러싸거나 이 가스 생긴 장치에 밀봉상태로 연결되는 덮개 구조물(30)이 구비하고, 상기 가스 생성 장치에는 축이 있고 외측 전극(14) 및 내측 전극(17) 사이에 형성된 관상의 가스 통로(18)가 적어도 1개 마련되며, 상기 전극 중 다른 전극에 면하는 적어도 1개의 전극에는 유전체 피복(16)이 마련되고, 이들 전극은 고압 및 고주파 전원에 연결되며, 상기 외측 전극(14)은 유전체(16)를 둘러싸고 있으며 축방향으로 평행하게 연장되어 실질적으로 서로 직경 방향의 반대쪽에 위치한 주가스 배출구(21)와 초기 가스 흡입구(20)가 마련되며, 상기 가스 배출구는 상기 덮개 구조물 내부에 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 납땜 또는 주석 도금 전의 금속 표면에 건식 플럭스를 도포하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 덮개 구조물은 상기 가스 생성 장치 또는 상기 가스 생성 장치들을 통과하지 않은 소위 인접 가스를 주입하는 한 개 이상의 수단(9, 10, 13)을 구비하고 있는 것인 장치.
  15. 제6항에 있어서, 상기 가스 생성 장치에 이용되며 유전체의 단위 면적당의 값으로 표준화된 전력이 10 W/㎠ 이상인 것인 방법.
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