KR100488222B1

KR100488222B1 - 실장 구조체의 제조 방법, 실장 구조체, 및 금속 마스크

Info

Publication number: KR100488222B1
Application number: KR10-2002-0030400A
Authority: KR
Inventors: 사까이히로시; 스즈끼모또지; 이가라시마꼬또; 다나까아끼히로
Original assignee: 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2005-05-10
Also published as: US20020179322A1; US7013557B2; TW535477B; EP1263270A3; CN1392760A; EP1263270A2; JP2002359461A; KR20020092222A

Abstract

전극을 갖는 전자 부품이 그 전극에 대응하는 배치 패턴으로 랜드가 형성된 인쇄회로기판 상에 전극을 랜드 상에 솔더링함으로서 실장된다. 솔더 페이스트는 솔더 페이스트의 에지가 랜드의 에지 내에 위치하는 형상으로 랜드에 인쇄된다. 그 후, 전극은 솔더 페이스트 상에 위치되고, 솔더 페이스트를 리플로우시킴으로써, 전극과 랜드를 솔더링한다.

Description

실장 구조체의 제조 방법, 실장 구조체, 및 금속 마스크{A METHOD OF FABRICATING PACKAGED CONSTRUCTION, PACKAGED CONSTRUCTION, AND METAL MASK}

본 발명은 솔더링과 같은 수단에 의해 인쇄회로기판 (Printed Circuit Board; PCB) 에 다양한 종류의 전자 부품을 실장하는 방법에 관한 것으로, 특히, 리플로우 솔더링법을 이용하여 인쇄회로기판 상에 전자 부품을 실장하는 방법에 관한 것이다.

종래, 인쇄회로기판 상에 전자 부품을 실장하는 방법으로 솔더링을 이용하고 있다. 솔더링을 사용하는 전자 부품을 실장하는 방법의 일예를 도 1을 참조하여 설명한다. 여기서는, 인쇄회로기판의 양면에 전자 부품을 솔더링하는 양면 리플로우를 예로서 설명한다.

먼저, 인쇄회로기판에 구비된 랜드에 솔더 페이스트를 인쇄한다 (단계 101). 이 인쇄공정의 개요가 도 2a 내지 2c에 도시되어 있다.

이 공정에서, 먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판 (15) 상에 금속 마스크 (13) 를 정렬한다. 금속 마스크 (13) 에는, 인쇄회로기판 상에 제공된 랜드 (14) 의 배치 패턴과 대응되는 배치 패턴으로, 랜드 (14) 와 동일한 면적의 개구부 (12) 가 형성되어 있다. 그 후, 금속 마스크 (13) 를, 금속 마스크 (13) 의 개구부 (12) 가 각각 인쇄회로기판 (15) 의 랜드 (14) 와 대응하여 위치하도록 배치한다.

그 후, 도 2b에 도시된 바와 같이, 금속 마스크 (13) 상에서 솔더 (11) 를 인쇄 스퀴즈 (10) 방법으로 롤 (roll) 시켜, 솔더 (11) 를 금속 마스크 (13) 의 개구부 (12) 로 충진시킨다. 솔더 (11) 로 개구부 (12) 를 충진시킨 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판 (15) 으로부터 금속 마스크 (13)를 제거한다. 이와 같이, 랜드 (14) 상에 솔더 페이스트가 인쇄된다.

다음으로, 인쇄된 솔더 페이스트 상에 칩 부품, 예를 들면, QFP (Quad Flat Package) 또는 SOP (Small Outline Package) 와 같은 표면 실장 부품을 배치한다 (단계 102). 표면 실장 부품이 실장된 인쇄회로기판을 고온 리플로우 로에 통과시킴으로써, 솔더 페이스트를 용융시켜 표면 실장 부품의 리드와 인쇄회로기판의 랜드를 서로 접합시킨다 (단계 103). 이 공정에서, 인쇄회로기판의 일면의 실장이 완료된다. 그 후, 인쇄회로기판을 부품이 미실장된 표면이 상방을 향하도록 반전시킨다 (단계 104).

그 후, 단계 101 및 102와 같이, 솔더 페이스트를 인쇄하고 (단계 105) 부품을 실장한다 (단계 106). 그 후, 인쇄회로기판에 형성된 T/H에, 리드에 통과시켜 실장되도록 구성된 관통홀 (T/H) 부품을 실장한다 (단계 107). 그 후, 단계 103과 같이 인쇄회로기판을 리플로우 로에 통과시켜, 부품을 솔더링한다 (단계 108). 마지막으로, 리플로우 로의 고온에 견디지 못하는 부품들을 수작업으로 솔더링한다 (단계 109). 이렇게 전자 부품들의 인쇄회로기판으로의 실장이 완료된다.

상술한 전자 부품을 실장하는 종래의 방법에서는, 솔더 (11) 로서 일반적으로 주석-납 (Sn-Pb) 솔더를 이용한다. 그러나, 주석-납 솔더는 유해성 중금속 납 (Pb) 을 함유한다. 납의 사용은, 사용한 전자 기기의 부적절한 폐기로 인해 지구 환경을 파괴하는 문제를 야기시킨다. 이러한 문제의 해결책으로서, 최근에는, 납이 함유되지 않은 무연 솔더를 사용하여 환경 오염을 방지하는 것이 선호되고 있다.

그와 같은 무연 (lead-free) 솔더로 주석-은 (Sn-Ag) 솔더가 잘 알려져 있다. 주석-은 솔더는 은의 안정적인 특성 때문에, 전자 부품 실장용 주석-납 솔더를 대신하여 전자 부품 실장용으로 사용함으로써, 종래 기술과 동일한 수준의 신뢰성을 유지시킬 수 있다. 그러나, 주석-은 솔더의 용융점은 약 220℃으로, 주석-납 솔더의 용융점인 약 183℃보다 높다. 이러한 이유로, 주석-납 솔더를 사용하여 수행되는 실장시에, 주석-납 솔더를 주석-은 솔더로 단순히 교체할 때 문제가 발생한다. 또한, 주석-납 솔더의 실장을 수행하는데 사용한 장치를 개조하지 않고 주석-은 솔더를 사용하여 실장을 수행하는데 사용할 때, 문제가 발생한다. 특히, 220℃의 용융점을 갖는 주석-은 솔더를 리플로우 로에서 용융시켜 솔더링할 때, 일부의 경우, 전자 부품이 240℃를 초과하는 온도까지 도달할 수 있다. 일반적인 전자 부품의 내열온도는 약 230℃이다. 따라서, 전자 부품을 실장하기 위해 주석-은 솔더를 사용할 때, 사용되는 다양한 전자 부품들의 내열온도를 상승시켜야 하는 문제가 발생한다.

또한 무연 솔더로서, 고 용융점을 갖는 주석-은 솔더 이외에도, 주석-아연 (Sn-Zn) 솔더가 알려져 있다. 이 주석-아연 솔더의 용융점은 약 197℃이므로, 종래 기술의 장치를 개조하지 않고, 종래 기술의 전자 부품을 실장하는데 주석-아연 솔더를 사용할 수 있다.

여기서, 인쇄회로기판에, 전자 부품으로서, 탄탈륨 캐패시터와 같은 L-형 리드를 갖는 소자 또는 1608 사이즈 (0.8㎜×1.6㎜) ~ 5750 사이즈 (5.7㎜×5㎜) 범위의 리드리스 (leadless) 칩 부품을 실장하는 경우를 고려한다.

상술한 바와 같이, 금속 마스크 (13) 의 개구부 (12) 는 통상 랜드 (14) 와 동일한 면적을 갖는다. 이와 같은 금속 마스크 (13) 를 사용하여 인쇄회로기판 (15) 상에 솔더 페이스트를 인쇄한 후, 상대적으로 넓은 면적의 랜드 (14) 를 차지하는 전극을 갖는 L-형 리드를 갖는 소자 또는 리드리스 칩을 인쇄회로기판 (15) 에 실장하면, 랜드 (14) 에 인쇄되어진 솔더 (11) 일부가 몇몇 경우 오버플로우 영역으로 밀려나간다. 이와 같은 방법으로 랜드 (14) 로부터 밀어나간 솔더 (11) 일부분은 리플로우 공정에서 랜드 (14) 상의 솔더에 의해 흡수되지만, 솔더 일부분은 랜드 (14) 외측 영역에 솔더 볼을 형성한다. 이러한 솔더 볼이 형성되면, 인쇄회로기판 (15) 의 파손을 초래하게 된다.

특히, 상술한 무연 주석-아연 (Sn-Zn) 솔더의 흡습성은 납을 함유하는 솔더 페이스트보다 불량하기 때문에, 무연 솔더의 사용은 상술한 솔더 볼 형성을 초래하는 경향이 있다. 그 결과, 무연 주석-아연 솔더를 사용하는 경우에는, 솔더 볼 발생을 방지하기 위한 방안이 더욱 필요하다.

본 발명의 목적은 리플로우 공정에서 솔더 볼의 형성을 억제 할 수 있는 전자 부품을 실장하는 방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 솔더 페이스트 인쇄용 개구부 중 하나 이상이 개구부의 에지 일부분이 인쇄회로기판상의 랜드의 에지 내부에 위치되는 형상으로 형성된 금속 마스크를 사용한다. 이 방법을 이용함으로써, 전자 부품이 인쇄된 솔더 페이스트 상에 위치될 때, 랜드로부터 밀려나오는 솔더를 감소시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 전자 부품을 실장하는 방법에 따르면, 불량한 흡습성을 갖는 솔더를 사용하더라도 리플로우 공정 시에 솔더 볼 형성을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 전자 부품을 실장하는 방법에서는, 개구부의 에지를 전극이 실장되는 영역에 있는 랜드의 에지 내에 위치되는 형상으로 형성함으로써, 랜드로부터 솔더의 돌출을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 전극이 위치되는 영역에서만 개구부의 에지가 랜드의 에지 내에 위치되도록 형성함으로써, 랜드에 인쇄되는 솔더 페이스트 양을 크게 감소시키지 않으므로, 솔더링 강도가 적절한 수준으로 유지될 수 있다.

따라서, 본 발명은 불량한 흡습성을 갖는 솔더를 사용하더라도 전자 부품의 효과적인 실장이 가능하므로, 특히, 납이 부족하여 불량한 흡습성을 갖는 주석-아연 솔더를 사용할 때, 전자 부품을 실장하는 방법으로서 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 솔더가 랜드로부터 밀려나가기 쉬운 리드리스 칩 또는 L-형 리드를 갖는 소자를 실장하는 방법으로서 적용할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 장점을 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 통하여 설명한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 전자 부품의 실장 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 3을 참조하면, 이 실시예에서는, 인쇄회로기판 (15) 에 전자 부품으로서 리드리스 칩 부품을 실장한다. 전자 부품 (1) 에는 그 측면들 상에 전극 (2) 을 제공하고, 그 전극 (2) 을 인쇄회로기판 (15) 의 랜드 (14) 에 솔더링함으로서 전자 부품 (1) 을 실장한다. 인쇄회로기판 (15) 에는, 랜드 (14) 가 전극 (2) 과 대응되는 배치 패턴으로 제공된다. 도 3의 실시예에서, 랜드 (14) 는 직사각형 형상이다.

이 실장 공정에서는, 먼저, 랜드와 대응되는 배치 패턴으로 개구부가 형성된 금속 마스크를 이용하여, 인쇄회로기판 (15) 에 솔더 페이스트를 인쇄한다. 이 경우, 솔더 페이스트로서는 무연 주석-아연 (Sn-Zn) 솔더를 사용한다.

도 3에 도시된 랜드 (14) 상의 솔더 (11) 의 인쇄 형상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 금속 마스크는 개구부의 에지가 랜드 (14) 의 에지 내에 위치하는 것을 사용한다. 특히, 개구부의 에지는, 전자 부품 (1) 의 전극 (2) 이 위치되어지는 전자 부품 (1) 과 근접하는 랜드 (14) 상의 영역에서, 랜드 (14) 의 에지보다 내측에 위치된다. 전자 부품 (1) 의 외측 영역에서는, 개구부의 에지와 랜드 (14) 의 에지가 일치된다. 따라서, 금속 마스크의 개구부의 에지는, 전자 부품 (1) 의 외측 영역에서 랜드 (14) 와 겹쳐지는 직사각형 형상이지만, 전자 부품 (1) 과 근접한 영역에서는, 전자 부품 (1) 을 향해 돌출하는 정점을 갖는 삼각형 형상이 되어, 개구부의 전체 형상은 홈 플레이트 (home plate) 형상으로 형성된다.

그 후, 이와 같은 방법으로 솔더 (11) 를 인쇄한 인쇄회로기판 (15) 상에 전자 부품 (1) 을 실장하고, 그 어셈블리를 리플로우 로에 통과시켜, 인쇄회로기판 (15) 에 전자 부품 (1) 을 솔더링시킴으로서, 도 3에 도시된 실장 구조체가 획득된다.

상술한 본 실시예의 전자 부품 실장 방법에서는, 금속 마스크는 개구부 (12) 의 에지가 랜드 (14) 의 에지 내부에 위치된 것을 사용한다. 이 방법을 채택함으로서, 전자 부품 (1) 을 실장할 때, 솔더가 랜드 (14) 의 영역 외측으로 밀려나는 것을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예의 전자 부품을 실장하는 방법은, 흡습성이 불량한 주석-아연 솔더를 사용하더라도, 후속 리플로우 공정 시에 솔더 볼의 형성을 억제 할 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 금속 마스크에서의 개구부의 에지는 전자 부품 (1) 의 전극 (2) 이 위치되는 영역에서만 랜드 (14) 의 에지 내측에 위치된다. 전자 부품 (1) 의 전극 (2) 이 위치되는 영역에서, 랜드 (14) 의 에지 내측에 금속 마스크의 개구부의 에지를 위치시킴으로써, 전자 부품 (1) 을 실장할 때, 랜드 (14) 로부터 밀려나오는 솔더 페이스트의 양을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 전자 부품 (1) 외측의 영역에서 금속 마스크의 개구부의 에지와 랜드 (14) 의 에지를 일치시킴으로서, 솔더 페이스트의 총량이 현저하게 감소되지 않는다. 따라서, 본 실시예의 전자 부품을 실장하는 방법은, 불량한 흡습성을 갖는 주석-아연을 사용하더라도, 솔더링 강도를 충분히 높게 유지시키는 반면, 리플로우 공정에서 솔더 볼의 형성을 억제시킬 수 있다.

비록, 본 실시예에 따른 전자 부품을 실장하는 방법에서는, 금속 마스크의 개구부를 "홈 플레이트" 형상으로 형성하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 형상에만 제한하지 않으며, 금속 마스크의 개구부의 형상은, 금속 마스크의 개구부의 에지가 그 랜드의 에지 내부에 위치되는 것이면, 어떠한 형상으로도 형성할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 전자 부품 (1) 으로서 리드리스 칩을 실장하는 예를 설명하였지만, 전자 부품의 실장 방법은, 탄탈륨 캐패시터와 같이 L-형 리드를 갖는 전자 소자를 실장하는 경우에도 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 일 실시예는, 비록 본 실시예에 따른 전자 부품을 실장하는 방법으로서, 주석-아연 솔더를 솔더 페이스트로서 사용한 것을 설명하였지만, 본 발명은 이러한 형상으로 한하지 않고, 다른 솔더 페이스트를 사용하는 경우에도 적용할 수 있으며, 특히, 본 발명은 불량한 흡습성을 갖는 솔더 페이스트를 사용할 때 효과적이다.

이상 본 발명의 실시예를 특정 용어를 사용하여 설명하였으나, 이는 단지 예시의 목적으로, 다음의 청구 범위의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양하게 변형 및 변화를 가할 수 있는 것으로 이해하여야 한다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 전자 부품의 실장 방법에서는, 메모리 마스크의 개구부의 에지가 랜드의 에지보다 내측이 되도록 개구부를 위치시킨다. 이로 인해, 전자부품을 탑재할 때, 랜드로부터 솔더가 밀려나가지 않도록 한다. 따라서, 본 실시예 형태의 전자부품의 실장방법에서는 리플로우 공정에 의한 솔더 볼의 발생을 억제시킬 수 있다.

또한, 전극의 하측에 있는 개구부의 에지만을 랜드의 에지보다 내측이 되도록 함으로써, 솔더 페이스트의 총량을 현저하게 감소시키지 않고도, 부품을 탑재하는 단계에서 랜드로부터 밀려나가는 솔더의 양은 감소된다. 따라서, 본 발명의 전자 부품의 실장 방법에서는, 흡습성이 불량한 솔더를 사용하더라도, 솔더 부착 강도를 확보한 상태로, 리플로우 공정에 의한 솔더 볼의 발생을 억제시킬 수 있다.

도 1은 솔더를 사용하여 전자 부품을 실장하는 전자 부품 실장 방법의 실시예를 도시하는 플로우차트.

도 2a 내지 2c는 인쇄회로기판에 구비된 랜드에 솔더 페이스트를 인쇄하는 공정을 도시하는 개략도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 부품 실장 방법에 의해 제조된 패키지 구조를 이 패키지 구조의 조립 공정에서 솔더 페이스트가 인쇄된 랜드 영역의 평면도와 함께 도시하는 단면도.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊

1 : 전자 부품

2 : 전극

10 : 인쇄 스퀴즈

11 : 솔더

12 : 개구부

13 : 금속 마스크

14 : 랜드

15 : 인쇄회로기판

101 ~ 109 : 단계

Claims

전극을 갖는 전자 부품을, 상기 전극과 대응되는 배치 패턴으로 랜드가 형성된 인쇄회로기판에, 상기 전극을 상기 랜드에 솔더링함으로써 실장하는 전자 부품의 실장하는, 실장 구조체의 제조 방법에 있어서,

상기 랜드와 대응되는 배치 패턴으로 개구부가 형성된 금속 마스크를 준비하는 단계;

상기 랜드 상에 상기 금속 마스크를 상기 개구부가 각각 대응하여 위치되도록 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치하는 단계;

상기 각각의 개구부를 솔더 페이스트로 충진하는 단계;

상기 금속 마스크를 제거하는 단계;

상기 인쇄회로기판 상에 상기 전극이 상기 솔더 페이스트 상에 각각 배치되도록 상기 전자 부품을 탑재하는 단계;

상기 솔더 페이스트를 리플로우시켜 상기 랜드에 상기 전극을 솔더링하는 단계를 포함하며,

상기 솔더 페이스트로는 납을 함유하지 않은 주석-아연계 솔더를 사용하고,

상기 금속 마스크의 개구부의 에지는, 상기 전자 부품의 전극이 위치되는 것보다 상기 전자 부품에서 멀어지는 측의 상기 랜드상의 영역에서는 상기 랜드와 겹쳐지는 직사각형 형상이고, 상기 전자 부품의 전극이 위치되는 상기 랜드상의 영역에서는 상기 랜드의 에지 내측에 위치하고 상기 전자 부품을 향해 돌출하는 정점을 갖는 삼각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 실장 구조체의 제조 방법.
삭제
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제 1항에 있어서, 상기 전자 부품은 리드리스 칩 (leadless chip) 인 것을 특징으로 하는 실장 구조체의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 전자 부품은 L-형 리드를 갖는 소자인 것을 특징으로 하는 실장 구조체의 제조 방법.
표면상에 랜드를 구비하고, 상기 랜드 상에 솔더 페이스트가 인쇄된 인쇄회로기판; 및

상기 솔더 페이스트에 의해 상기 인쇄 회로 기판의 상기 랜드에 솔더링되는 전극을 갖는 전자 부품을 구비하며,

상기 솔더 페이스트로는 납을 함유하지 않은 주석-아연계 솔더를 사용하는고,

상기 솔더 페이스트의 에지는 상기 전자 부품의 전극이 위치되는 것보다 상기 전자 부품에서 멀어지는 측의 상기 랜드상의 영역에서는 상기 랜드와 겹쳐지는 직사각형 형상이고, 상기 전자 부품의 전극이 위치되는 상기 랜드상의 영역에서는 상기 랜드의 에지 내측에 위치하고 상기 전자 부품을 향해 돌출하는 정점을 갖는 삼각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 실장 구조체.
삭제
삭제
제 6항에 있어서, 상기 전자 부품은 리드리스 칩인 것을 특징으로 하는 실장 구조체.
제 6항에 있어서, 상기 전자 부픔은 L-형 리드를 갖는 소자인 것을 특징으로 하는 실장 구조체.
상기 전극을 갖는 전자 부품을 상부에 그 전극과 대응하는 랜드를 구비한 인쇄회로기판 상에, 상기 전극을 상기 랜드에 솔더링함으로써 실장할 때, 솔더 페이스트를 상기 인쇄회로기판 상의 랜드와 대응하는 패턴으로 인쇄하는데 사용하는 금속 마스크로서,

상기 금속 마스크에는, 상기 금속 마스크를 상기 인쇄회로기판에 배치할 때, 상기 랜드를 상기 솔더 페이스트로 충진하기 위한 개구부가 형성되고;

상기 솔더 페이스트로는 납을 함유하지 않은 주석-아연계 솔더를 사용하고;

상기 금속 마스크의 개구부의 에지는, 상기 전자 부품의 전극이 위치되는 것보다 상기 전자 부품에서 멀어지는 측의 상기 랜드상의 영역에서는 상기 랜드와 겹쳐지는 직사각형 형상이고, 상기 전자 부품의 전극이 위치되는 상기 랜드상의 영역에서는 상기 랜드의 에지 내측에 위치하고 상기 전자 부품을 향해 돌출하는 정점을 갖는 삼각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 마스크.
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