KR100601478B1 - 비쥬얼 체크포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 솔더링 보존제 기판에 관한 것으로서, 특히 비쥬얼 체크 포인트를 삽입하여 외부환경에 따른 변화를 색변화와 특성의 상관관계에 의하여 정량적인 검사가 가능하도록 하는 비쥬얼 체크포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 유기 솔더링 보존제 기판의 솔더면의 더미 부분에 유기 솔더링 보존제에 의해 코팅된 솔더 패드의 산화 상태를 보여주는 비쥬얼 체크포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판이 제공된다.
비쥬얼 체크 포인트, 유기 솔더링 보존제, OSP, 피니쉬
Description
도 1은 본 발명이 적용되는 BGA 패키지의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비쥬얼 체크 포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판의 평면도이다.
도 3은 상대 레드 컬러 분율과 산소 함유량의 상관도이다.
도 4a는 온도 및 시간증가에 따른 체크 포인트의 색변화를 보여주는 도면이고, 도 4b는 비쥬얼 체크 포인트의 상대 레드 분율의 누적분포도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20a~20d : 비쥬얼 체크 포인트
22 : 유기 솔더링 보존제 기판
24 : 외곽더미
본 발명은 유기 솔더링 보존제 기판에 관한 것으로서, 특히 비쥬얼 체크 포인트를 삽입하여 외부환경에 따른 변화를 색변화와 특성의 상관관계에 의하여 정량적인 검사가 가능하도록 하는 비쥬얼 체크포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB) 제조 공정은 향상된 성능을 필요로 함에 따라 빠른 속도로 변하고 있다. 더 높은 회로 집적도와, 회로판의 복잡성 증가 및 환경 적응에 대한 비용이 증가함으로 인해 향상된 성능이 요구되었다.
최종 피니쉬(final finish) 선택은 일반적으로 기판이 최종 충족되어야하는 요구에 의존한다. PCB 상의 표면 회로는 조립시 다른 디바이스들과의 양호한 기계적 또는 전기적 접촉을 제공하기 위해 코팅된 구리 및 구리합금을 통상적으로 포함한다.
일반적으로 회로상의 코팅은 표면 피니쉬(surface finish)로 불린다. 이 회로들은 비-접촉 영역과 접촉 영역을 포함한다. 비-접촉 영역에 적용된 피니쉬는 비-접촉 피니쉬라 칭하며, 접촉 영역에 적용된 피니쉬는 접촉 피니쉬라 칭한다.
비-접촉 영역은 와이어본딩 영역, 칩 부착 영역, 솔더링 영역(soldering area) 및 그 밖의 비-접촉 영역을 포함한다. 비-접촉 및 접촉 피니쉬들은 임의의 다른 요건을 충족한다. 비-접촉 피니쉬 요건은 양호한 솔더링 성능, 양호한 와이어본딩 성능(애플리케이션에 의존하여 임의의 PCB에 대해) 및 높은 내식성을 포함한 다.
한편, 접촉 피니쉬 요건은 고전도성, 높은 내마모성 및 높은 내식성을 포함한다. 이러한 다른 요건을 충족시키기 위해, 비-접촉 피니쉬와 접촉 피니쉬에 대해 다른 코팅이 사용된다.
어떤 전형적인 비-접촉 피니쉬들은 핫 에어 솔더 레벨(hot air solder lever;HASL) 코팅, 상부에 침지 금(immersion gold;EN/IAu)으로된 무전해 니켈/금 코팅(electroless nikel coation) 등의 금속질 및 솔더링 보존제(OSP(Organic solderability preservative)/Ag)등의 유기질을 포함한다.
일반적인 접촉 피니쉬는 전기 하드 금 층(금-니켈 또는 니켈 또는 0.3wt % 미만의 코발트로 이루어진 금-코발트 합금)으로된 전해 니켈/금 코팅(electrolytic nikel coating)을 포함한다.
상술한 비-접촉 피니쉬를 회로상에 코팅하고, 접촉 영역상에 피니쉬를 코팅하기 위해서는 중요한 처리 단계와 많은 시간 및, 생산품 감소와 비용증가를 필요로 한다.
대부분의 인쇄회로 기판내에서 통상의 비-접촉 피니쉬 처리는 HASL 로 이루어진다. 최근 몇 년동안 HASL의 사용은 극단적으로 감소되었다. 이것은 HASL이 아닌 표면 마운트 기술등을 포함하는 복합 기술을 적용하기에 적절한 보드에 대한 요구가 증가하였기 때문이다.
HASL을 사용하는 PCB 제조시에, 포토레지스트 층은 베이스 구리 적층 기판상에 배치되고, 자외선광에 노출되어, 소망의 회로를 위한 패턴을 성장시킨다. 그 다 음, 포토래지스트가 세척되고, 구리 적층물상의 회로 패턴에 UV 광으로부터 차폐된 영역내에 개구를 형성한다. 전기 구리를 제공한 이후, 조석 또는 주석-납 층이 에칭 레지스트로 동작하도록 회로상에 패턴 도금된다. 잔재하는 포토레지스트 재료는 기판으로부터 제거되어 베이스 구리 적층물을 노출시킨다. 그뒤 베이스 구리 적층물이 제거되어 베어 기판(bare substrate;통상적으로 유리 강화 플라스틱)이 노출된다. 이점에서, HASL 처리시, 구리 회로 배선상에 도금된 에칭 레지스트 재료를 제외하고는 아무것도 기판상에 남지 않는다.
이러한 처리의 단점 중 하나는 여분의 처리 단계가 적용되어야 한다는 것이다. 에칭 레지스트 재료가 먼저 제공되고 그 뒤 제거되어야 하며, 일반적으로 HASL 피니쉬 이전에 적용된 솔더 마스크(SM;solder mask)가 동반될 수 있다. 더욱이, HASL 코팅은 복합 기술을 적용하는 경우에는 사용할 수 없는데, 이는 HASL 코팅이 기판 동일 평면성 및 와이어 본딩 요구를 충족할 수 없기 때문이다. HASL 피니쉬는 노동적이며 지속적인 강한 처리이고, 이것이 납을 함유하고 있기 때문에 많은 환경 문제를 일으킨다.
EN/Au 처리는 HASL 처리와 비슷하게, 주석 또는 주석-납의 제거를 통해 SM을 공급하는 동일한 단계를 필수적으로 필요로한다. 그 뒤, 용매제를 적용하고 HASL을 착수하는 대신에, 무전극 니켈 및 침지 금의 도금이 회로 상에 실행된다. HASL 처리와 마찬가지로, EN/Au 처리 또한 많은 단점을 갖는다. 높은 다공성, 많은 처리 단계, 솔더링 온도에 노출될때의 기능 저하 및 높은 가격등의 단점을 갖는다.
많은 다른 경쟁적인 기술들이 적용되고 있지만, 이들 모두는 먼저 적용되어 제거되어야할 에칭 레지스트를 필요로하여 많은 처리 단계를 요구한다.
유기 솔더링 보존제(OSP; Organic solderability preservative)는 구리 회로 표면에 직접적으로 코팅함으로써 비교적 낮은 생산단가와 높은 솔더계면특성을 구현할 수 있는 기술이다.
그러나, 유기 솔더링 보존제(OSP; Organic solderability preservative) 피니쉬 기판은 온도 및 시간에 따라 유기 솔더링 보존제 표면의 변색이 발생함에 따라 제품의 우수한 품질을 고객에게 설득하기가 어렵다. 또한 기판을 개발하는 업체에서도 OSP 피니쉬 기판의 명확한 검사기준을 제시하지 못함에 따라 제품의 품질이 어떤 상태인지를 보증하기가 어렵다.
여기에서, 유기 솔더링 보존제 표면의 변색은 유기 솔더링 보존제가 변색되어서 발생하는 것이 아니라 유기 솔더링 보존제에 의해 코팅된 구리 패드가 변색되어서 발생하는 것이다.
즉, 유기 솔더링 보존제의 기능이 Cu 패드의 산화를 방지하는 것이 목적이나 완벽하게 방지되지 않기 때문에 Cu 패드가 산화되어-이때 Cu2O가 생성됨-그것이 나타나는 것이다.
이때, 생성되는 Cu2O의 색은 Red 계열로 이 Red의 진한 정도를 측정하면 산화정도를 알 수 있다.
여기에서, 유기 솔더링 보존제 표면의 변색은 유기 솔더링 보존제가 변색되어서 발생하는 것이 아니라 유기 솔더링 보존제에 의해 코팅된 구리 패드가 변색되어서 발생하는 것이다.
즉, 유기 솔더링 보존제의 기능이 Cu 패드의 산화를 방지하는 것이 목적이나 완벽하게 방지되지 않기 때문에 Cu 패드가 산화되어-이때 Cu2O가 생성됨-그것이 나타나는 것이다.
이때, 생성되는 Cu2O의 색은 Red 계열로 이 Red의 진한 정도를 측정하면 산화정도를 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 비쥬얼 체크 포인트(visual check point)를 기판에 삽입하여 RGB 신호에 의한 수치적인 접근이 가능하도록 하여 제품의 신뢰도 향상은 물론 대량생산시에 신속한 검사수행도 가능하도록 하는 비쥬얼 체크포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유기 솔더링 보존제 기판의 솔더면의 더미 부분에 유기 솔더링 보존제에 의해 코팅된 솔더 패드의 산화 상태를 보여주는 비쥬얼 체크 포인트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이제, 도 1 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 BGA 패키지의 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명이 적용되는 BGA 패키지의 구성을 간단하게 설명하면, 칩(1)의 활성면의 중앙부근에 칩패드(미도시)가 형성되고 비활성면에는 접착제(7)가 도포되어 있으며, 이 접착제(7)를 매개로 칩(1)과 기판(2)이 접착되어 있다.
기판(2)의 상면(컴포넌트면)에는 기판패드(9)가 형성되고 하면(솔더면)에는 복수의 솔더패드(8a)가 형성되고, 솔더패드(8a)를 제외한 하면 전체에 포토솔더레지스터가 도포되어 있으며, 복수의 솔더패드(8a)를 통해 복수의 솔더볼(5)들이 기판(2)에 부착되어 있다.
여기에 더하여, 칩패드(미도시)와 기판패드(9) 사이에는 본딩 와이어(4)가 접합 되어 있어 칩(1)과 기판(2)간을 전기적으로 연결하고 있으며, 기판(2)의 칩(1)과 본딩 와이어(4)를 감싸 외부환경으로부터 이들을 보호하도록 성형수지(6)가 형성되어 있다.
그리고, 기판(2)의 상면과 하면의 전기적 접속을 제공하기 위한 접지 및 열통로 비아(10)과 접지 및 신호용 비아(11)이 구비되어 있다.
여기에서 솔더패드(8a)는 확대도를 참고하여 살펴보면, 구리로된 솔더패드(8a)에 계면 특성을 향상시키기 위해 유기 솔더링 보존제(OSP;(Organic solderability preservative)(8b)가 코팅되어 있음을 알 수 있다.
즉, 구리로된 솔더패드(8a)의 표면을 산화로부터 보호하고 납땜성 증진을 위하여 유기 솔더링 보존제(OSP) 일반적으로 트리아졸, 이미다졸 또는 벤즈이미다졸 또는 이들의 유도체를 코팅한다.
이때, 유기물인 유기 솔더링 보존제의 표면은 외부환경에 따라 쉽게 변색되는 특성이 있으므로 OSP 피니쉬 기판의 외관검사는 매우 중요한 항목이다. 물론 엄밀히 말하면 유기 솔더링 보존제의 표면의 변색은 유기 솔더링 보존제의 변색에 의해 발생하는 것이 아니라 솔더 패드(8a)의 산화에 의한 변색에 의해 발생하는 것이다. 즉, 유기 솔더링 보존제의 기능이 솔더 패드의 산화를 방지하는 것이 목적이나 완벽하게 방지되지 않기 때문에 솔더 패드의 산화가 발생하는 것이며 그에 따라 마치 유기 솔더링 보존제 자체가 변색된 것처럼 보이는 것이다. 이때, 솔더 패드(8a)가 산화되면 Cu2O가 생성되며 이 구성물의 색은 Red 계열의 색을 나타낸다. 따라서, RGB 신호로 Red 계열을 인식하므로써 산화정도를 판단할 수 있다.
제품의 표면상태를 분석하는 종래의 방법은 작업자의 시각에 의존하는 경우가 대부분이다. 작업자의 시각은 작업자, 주위밝기, 시간 등에 외부변수에 매우 민감하고 또한 정략적인 분석이 불가능하다.
반면에 본 발명에서 채택한 제품의 더미 부분에 비쥬얼 체크 포인트를 삽입하여 RGB 신호에 의한 수치적인 접근이 가능하게 하여 제품의 신뢰도 향상은 물론 대량 생산시의 신속한 검사수행도 가능할 것으로 기대된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비쥬얼 체크 포인트가 삽입된 유기 솔더링 예방제 피니쉬 기판의 평면도이다.
도면을 참조하면, 더미부분(24)에 OSP 표면 상태를 나타낼 수 있는 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)가 삽입되어 있으며 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)를 통해 제품의 스토리지 데이(storage day), 기판(22)의 상태, 온도 및 습도의 영향을 확인할 수 있다.
비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)는 일예로 도면에서는 각각의 모서리 부분에 각 하나씩 구비하도록 되어 있으나 위치와 개수는 여러개로 할 수 있다. 그리고, 그 모양도 원형이 일예로 도시되어 있지만 여러 모양으로 할 수 있으며, 원형인 경우에 그 직경은 일예로 300㎛ 이상이 될 수 있다.
일반적으로 OSP는 이미다졸, Cu 이온 및 첨가제로 이루어진 유기물로서 온도 및 습도 등의 외부조건에 관해서 매우 민감하여 OSP 피니쉬 기판(22)에서는 Cu 패드가 노랑색, 빨간색 및 검정색의 순서로 변화한다.
따라서, RGB 신호에 의해서 구별되는 이미지에 따라 OSP 피니쉬 기판(22)의 스트리지 데이, 기판의 상태, 온도 및 습도의 영향을 확인할 수 있다.
여기서, RGB 신호는 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)에 포함되어 있는 레드 신호(red signal), 그린 신호(green signal) 및 블루 신호(blue signal)의 강도값에 대응하여 각각의 신호에 대하여 0 에서 255범위까지 설정할 수 있다.
즉, RGB 신호는 0 에서 255 레벨을 갖는 256가지의 강도레벨로 나타낼수 있으며 실제로 표현할 수 있는 색의 종류는 2563(red*green*blue=16,777,216)개이다. 예를 들면 검은색(black)은 (0,0,0), 밝은 붉은색(bright red)은 (255,0,0), 밝은 녹색(bright green)은 (0,255,0)이며, 노란색(yellow)은 (255,255,0), 청록색(cyan)은 (0,255,255), 자홍색(magenta)은 (255,0,255), 흰색(white)은 (255,255,255) 등으로서 레드 신호(red signal), 그린 신호(green signal) 및 블루 신호(blue signal)의 강도를 일정값으로 조합함으로써 다양한 색의 종류를 나타낼 수 있다.
본 발명에 이용되는 데이터베이스에는 아래의 표 1에 도시된 바와 같이, 일정조건, 예를 들면 85℃/60%RH, 168h 등의 일정조건하에서 흡습실험을 거친 인쇄회로기판(22)의 금속 표면에 대한 레드(R) 신호 분율(%)을 상온에서 흡습실험을 거치 지 않은 일반 인쇄회로기판의 레드(R) 신호 분율(%)로 나누어서 형성된 상대값 및 레드(R) 신호 분율(%)을 입력받아 이를 저장한다.
또한, 데이터베이스는, 아래의 표 2에 도시된 바와 같이, 표 1에 기재된 조건보다 가혹조건인 85℃/85%RH, 168h조건으로 흡습실험을 거친 인쇄회로기판(22)의 금속 표면에 대한 레드(R) 신호를 상온에서 흡습실험을 거치지 않은 일반 인쇄회로 기판의 레드(R) 신호로 나누어서 형성된 상대값 및 레드(R) 신호 분율(%)을 입력받아 이를 저장한다.
이하, 표 1 및 표 2를 참조하여 소정 시간의 경과에 따른 인쇄회로기판(22)의 금속 표면에 대한 표면 상태 및 레드(R) 신호 분율(%)의 경과 데이터를 상세하게 설명한다.
표 1에 도시된 바와 같이, 일예로 85℃/60%RH, 168h 등이 일정조건하의 흡습실험이 진행될 수록 인쇄회로기판(22)의 금속 표면에 대한 산화정도를 나타내는 레드(R) 신호 분율(%)은 약 22% 내지 67%의 레드(R) 신호 분율(%)의 분포를 나타내고 있으며, 상기 레드(R) 신호 분율(%)에 대응하는 상대값(relative value)은 약 1.00 내지 약 3.01를 나타내고 있다.
즉, 0h에서 168h로 소정 시간의 경과에 따른 흡습이 진행되는 경우 72h 이후부터 120h까지 레드 신호 분율(%)이 급속하게 증가하는 경향을 보이는데, 이는 인쇄회로기판(22)의 금속 표면의 산화가 진행될 수록 금속 표면의 산소(oxygen)의 두께 또는 분포도가 급속하게 증가하기 때문이다.
여기서, 120h이후에는 레드(R) 신호 분율(%)이 일정하게 되는 경향을 나타내고 있는데, 이는 인쇄회로기판(22)의 금속 표면의 산소(oxygen)의 두께 또는 분포도가 매우 증가하여 반사된 가시광선의 산란량이 증가하므로 레드(R) 신호가 일정하게 유지되기 때문이다.
또한, 표 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른예에 따른 가혹조건인 85℃/85%RH, 168h 등의 조건하에서 흡습실험이 진행된 경우에도 인쇄회로기판(22)의 금속 표면에 대한 산화정도를 나타내는 레드(R) 신호 분율(%)은 약 22% 내지 73%의 분포를 나타내고 있으며, 상기 레드(R) 신호 분율(%)에 대응하는 상대값(relative value)은 약 1.00 내지 3.2의 값을 나타내고 있는데, 이는 표 1에 도시된 레드(R) 신호 분율(%) 및 상대값(relative value)과 유사한 유형을 나타내고 있다.
즉, 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)에 포함되는 산소 함유량과 RGB 신호중, 특히 레드(R) 신호의 상대값과의 상관 관계는, 도 3에 도시된 바와 같이, 비쥬얼 체그 포인트(20a~20d)에 대한 레드(R) 신호 상대값과 산소 함유량(oxygen content)(%)이 72h 내지 120h에서 급속하게 변화한다는 사실을 알 수 있다.
한편, 도 4a는 온도 및 시간증가에 따른 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)의 색변화를 보여주는 도면이다. 도면을 참고하면 시간이 지남에 따라 Cu 패드가 노란색, 빨간색, 검정색의 순으로 변화하고 있음을 알 수 있다.
도 4b는 도 4a의 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)의 사진에서 레드 신호의 누적분포도를 나타내는 도면이다. 도면을 참고하면, 175℃에서 레드 신호 분율은 약 5%에서 45%를 나타내고 있으며, 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)의 레드 분율이 2h에서부터 5.5h사이에 급속하게 변화하고 있음을 알 수 있다.
그리고, (표 3)은 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)의 색변화와 볼 쉐어(ball shear)의 상관관계를 보여준다.
| 샘플(samples) | 볼 쉐어 명세(Spec. Range of ball Shear(gF) | 볼쉐어 측정값 (Measured ball Shear(gF)) |
| A | >250 | 300 |
| B | 301 | |
| C | 295 | |
| D | 290 | |
| E | 251 | |
| F | 230 | |
| G | 213 | |
| H | 212 |
일예로 14 mil 크기의 솔더볼의 볼쉐어 스펙 범위는 250gF이상이다. (표 3) 을 참조하면, 볼쉐어 측정값은 A 지점에서 300gF이고, B 지점에서 301gF이며, C 지점에서 295gF이고, D지점에서 290gF이며, E지점에서 251gF이고, F지점에서 230gF이며, G 지점에서 213gF이며, H 지점에서 212gF이다.
이처럼 상대 레드 픽셀이 약 45% 이상일 때 볼 쉐어가 감속하는 것으로 나타났으며, 비쥬얼 체크 포인트(20a~20d)에 의하여 검사기준을 약 45%이하의 상대 레드 분율로 정할 수 있다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 제품의 표면상태를 RGB 컬러로 분석하여 산화, 오염, 구조 등의 표면조건을 정략적으로 분석하는 것을 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제품의 표면상태에 대한 정략적인 분석이 가능함에 따라 매우 신속하고 용이하게 제품의 표면 상태의 분석을 가능하도록 하는 효과가 있다.
Claims (4)
- 유기 솔더링 보존제 기판의 솔더면 더미 부분에 유기 솔더링 보존제에 의해 코팅된 솔더 패드의 산화 상태를 보여주는 다수의 비쥬얼 체크 포인트가 구비된 유기솔더링 보존제 기판.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 비쥬얼 체크 포인트는 원형인 것을 특징으로 하는 유기 솔더링 보존제 기판.
- 제 3 항에 있어서,상기 비쥬얼 체크 포인트는 직경이 300㎛이상인 것을 특징으로 하는 유기 솔더링 보존제 기판.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040014643A KR100601478B1 (ko) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | 비쥬얼 체크포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040014643A KR100601478B1 (ko) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | 비쥬얼 체크포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050089308A KR20050089308A (ko) | 2005-09-08 |
| KR100601478B1 true KR100601478B1 (ko) | 2006-07-14 |
Family
ID=37271731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040014643A KR100601478B1 (ko) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | 비쥬얼 체크포인트가 구비된 유기 솔더링 보존제 기판 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100601478B1 (ko) |
-
2004
- 2004-03-04 KR KR1020040014643A patent/KR100601478B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20050089308A (ko) | 2005-09-08 |
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