KR100669061B1 - 리플로 납땜 방법 - Google Patents

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Abstract

납땜 방법은, 부재상에서 땜납 분말 및 플럭스를 포함하는 땜납 페이스트를 자유기 가스에 노출시키는 단계, 및 땜납 페이스트를 리플로시켜 땜납 페이스트의 작용 요소를 증발시키기 위해 땜납 페이스트를 가열하는 단계를 포함한다. 플럭스 잔류물은 작용 요소가 없는 잔류물이므로, 플럭스 잔류물을 제거하기 위해 납땜 후에 세척을 실시할 필요가 없다.

Description

리플로 납땜 방법{REFLOW SOLDERING METHOD}
도 1은 본 발명에서 사용하기에 적절한 플라스마를 채용하는 리플로 납땜 장치의 계략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에서 리플로되는 8-인치 웨이퍼의 개략적인 평면도.
도 3은 도 2의 웨이퍼상에 형성된 칩 패턴의 전체 확대도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 마이크로파 12 : 마이크로파 가이드 14 : 슬롯 안테나
16 : 수정창 18 : 진공실 22 : 플라스마 발생부
24 : 실드 30 : 부재 32 : 히터 36 : 컨베이어 암
50 : 웨이퍼 52 : 패드
본 발명은 리플로 납땜 방법에 관한 것이고, 더 자세히는 납땜 후에 플럭스 잔류물(flux residue)의 제거를 필요로 하지 않는 땜납 페이스트(solder paste)를 채용하는 리플로 납땜 방법에 관한 것이다.
전자 제품의 크기 및 중량을 감소시키기 위한 소비자의 끊임없는 요구가 있 다. 이러한 요구에 부응하기 위해, 전자 제품에 포함된 전자 부품의 크기를 감소시키고 전자 부품의 포장 밀도를 증가시키는 것이 필요하다. 이러한 이유로, 전자 부품을 설치하기 위한 플립 칩 기술(flip chip technology)에 다시 관심을 갖게 되었다.
제일 먼저 1960 년대에 개발된 플립 칩 기술에 있어서, 기판(프린트 회로판)에는 반도체 칩이 면하여 위치되고, 칩의 하부 표면상의 말단은 기판의 상부 표면에 전기적으로 연결되어 있다. 플립 칩을 기판에 전기적으로 연결하는데 일반적으로 사용된 방법은, 칩상에 땜납 범프(solder bump)를 형성하여 땜납을 리플로시켜 칩을 기판에 결합하는 방법이다.
과거에는, 전기 도금에 의해 땜납 범프가 제조되었다. 그러나, 땜납 범프의 크기가 감소함에 따라, 특히 무연 (lead-free) 땜납으로, 전기 도금의 높은 비용, 및 전기 도금에 의한 균일한 합금 조성을 갖는 다수의 땜납 범프를 형성하는데 있어서 어려움으로 인해 산업적인 규모로 전기 도금에 의해 땜납 범프를 형성하는 것은 어렵다.
전기 도금에 대한 바람직한 대안은, 프린팅에 의해 땜납 페이스트를 부재에 도포시켜 땝납 페이스트를 리플로시키고, 그리고 나서 땜납 페이스트를 땜납 범프로 형성하는 것이다. 프린팅은 경제적이고, 이러한 프린팅에 의해 우수한 균일성을 갖는 범프가 형성될 수 있다.
프린팅에 사용되는 일반적인 땜납 페이스트는 땜납 분말 및 플럭스를 포함한다. 플럭스는 땜납 페이스트에 인쇄적성(printability)을 제공하고, 이러한 플 럭스는 땜납의 표면 또는 납땜되는 부재상에서 산화물을 감소시키고 땜납의 습윤성(wettability) 및 전개성(spreadability)을 증가시키기 위한 하나 이상의 작용 성분(작용제)을 함유한다.
많은 플럭스에 의해, 납땜의 완료시에 납땜되는 부재상에 플럭스 잔류물이 남게 된다. 플럭스 잔류물의 작용 성분이 종종 부식성이 있기 때문에, 납땜되는 부재에 손상을 끼치는 것을 방지하기 위해 플럭스 잔류물을 세척하는 것이 필요하다. 과거에는, 클로로플루오로카본-함유 용매를 포함하는 세척 유체를 사용하여 플럭스 잔류물을 자주 세척하였지만, 현재는 오존층에 대한 상기 용매의 역효과로 인해 이러한 용매를 사용하는 것이 상당히 금지되었다. 따라서, 플럭스 잔류물을 제거하는 것은 과거보다 더 어렵게 되었다. 더욱이, 어떠한 종류의 세척 유체가 채용되는지 고려하지 않으면, 기판상에 납땜된 전자 부품 사이의 간격 및 전자 부품과 기판 사이의 간격이 매우 작은 경우, 즉 플립 칩에 있어서 자주 발생하는 경우에 기판으로부터 플럭스 잔류물을 완전히 제거하는 것을 어려울 수 있다.
따라서, 플립 칩과 경제적으로 사용되고 산업적인 규모로 사용되는 땜납 범프를 형성하기 위해, 땜납 페이스트가 리플로 납땜 후에 플럭스 잔류물을 남기는 일이 없이, 프린팅에 의해 땜납 페이스트를 부재에 도포시킬 수 있는 것이 중요하다. 이러한 이유로, 플럭스 없는 납땜, 즉 플럭스를 채용하지 않는 납땜에 대한 연구가 현재 실시되고 있다.
제안된 플럭스 없는 납땜의 한가지 방법은, 도금 또는 증기 증착에 의해 플럭스 없는 땜납을 기판에 도포하는 단계, 및 수소 플라스마와 같은 플라스마에 땜납을 노출시키면서 땜납을 범프로 형성하기 위해 땜납을 리플로시키는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 예를 들어 일본공개 특허출원 제 11-163036 호에 개시되어 있다. 플라스마의 자유기는 땜납의 산화물에 대해 환원 작용을 발생시키고, 따라서 종래 플럭스의 작용 성분의 목적을 만족시킨다. 땜납이 플럭스를 함유하지 않기 때문에, 플럭스 잔류물이 형성되지 않으므로, 플럭스 잔류물을 제거하기 위해 납땜 후에 세척을 실시할 필요가 없다. 그러나, 도금 또는 증기 증착에 의해 땜납을 도포할 필요성은, 납땜 방법을 비경제적으로 만들고, 땜납을 균일하게 도포하는 것을 어렵게 만들므로, 산업 방법으로서 실제로 실용적이지 않다. 따라서, 도포되는 땜납을 프린팅에 의해 표면에 도포하는 것을 허용하면서 플라스마의 사용을 채용하는 방법은 제안되지 않았다.
본 발명자들은, 땜납 페이스트에 인쇄적성을 제공하는 플럭스로부터 땜납 페이스트를 형성하고, 플럭스에 의해 통상적으로 실시되는 환원 작용을 수행하기 위해 자유기 가스를 사용하여 리플로 납땜을 실시함으로써, 해로운 플럭스 잔류물을 형성하지 않고서 리플로 납땜을 실시할 수 있고, 동시에 프린팅에 의해 땜납 페이스트를 부재에 도포할 수 있음을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 플럭스 잔류물을 남기지 않고서 땜납 범프를 형성하기 위한 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 플럭스 잔류물을 남기지 않고서 회로판상에 전자 부품을 설치하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 납땜 방법은, 땜납 분말 및 플럭스를 포함하는 땜납 페이스트를 부재에 도포하는 단계, 및 비산화 분위기, 바람직하게 환원 분위기에서 땜납 페이스트를 리플로시켜 적어도 땜납 페이스트의 플럭스의 작용 성분을 증발시키기 위해 부재상에서 땜납 페이스트를 가열하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 땜납 페이스트는 자유기 가스에 노출되면서 가열된다.
자유기 가스는, 납땜되는 부재 및 땜납 페이스트상에서 환원 작용을 작용할 수 있는 자유기를 함유하는 가스이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 자유기 가스는 수소 플라스마로부터 얻어진 수소기 가스를 포함한다.
땜납 분말은 특정한 종류에 제한되지 않지만, 무연 땜납 분말이 바람직하다.
바람직한 실시형태에 있어서, 땜납 페이스트는 프린팅에 의해 부재에 도포된다.
부재에 도포된 땜납 페이스트의 리플로는 부재를 다른 부재에 결합시키지 않고서 부재상에서 땜납 페이스트를 범프로 형성할 수 있고, 또는 리플로는 땜납에 의해 부재를 또 다른 부재에 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 리플로는 전자 부품을 기판상에 설치하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 납땜 방법에 사용되는 땜납 페이스트는 땜납 분말 및 플럭스를 포함한다. 본 발명에 있어서, 플럭스의 주 목적은 땜납 페이스트에 인쇄적성을 제공하는 것이고, 종래에 땜납 페이스트용 플럭스의 작용 성분에 의해 주어지는 환원 작용은 가스 플라스마로부터 형성된 자유기 가스에 의해 기본적으로 부여된다. 따라서, 플럭스는 땜납 페이스트에 인쇄적성을 제공하기 위한 하나 이상의 요소를 포함할 것이지만, 환원 작용을 발생시키는 작용 성분(작용제)을 플럭스가 포함할 필요는 없다. 그러나, 자유기 가스의 환원 작용이 충분하지 않는 경우에, 플럭스는, 땜납 페이스트의 땜납 분말의 리플로 온도에서 실질적으로 전부 증발되는 1종 이상의 환원제 작용 성분(작용제)을 포함할 수 있지만, 플럭스 요소가 해로운 플럭스 잔류물을 형성하지 않고 자유기 가스의 환원 작용을 방해하지 않는 다면, 납땝 후에 적은 양의 플럭스 요소, 예를 들어 0.5% 미만의 플럭스의 틱소트로픽 작용제(thixotropic agent)가 남을 수 있다.
실질적으로 플럭스의 모든 성분은 땜납 페이스트의 납땜 분말의 리플로 온도에서 증발한다.
리플로 온도에서 증발하고 본 발명에 사용하기에 적절한 땜납 페이스트에 인쇄적성을 제공하기 위한 성분의 예는, 분리 억제제로서 작용할 수 있는 모든 종류의 틱소트로픽 작용제이다. 적절한 틱소트로픽 작용제의 구체적인 예는 경화성 피마자유(castor oil), 스테아르아미드(stearamide), 및 비스-피-메틸벤질리덴-소르비톨(bis-p-methylbenzylidene-sorbitol)이다.
리플로 온도에서 증발하고 따라서 본 발명에서 사용되는 플럭스에 포함될 수 있는 작용 성분(작용제)의 몇몇 예는, 부틸안식향산(butylbenzoic acid) 및 아디픽산(adipic acid)과 같은 유기산, 및 호박산 모노에탄올아민 염(succinic acid monoethanolamine salt)과 같은 아민 염이다.
본 발명에 따른 땜납 페이스트는 용매도 포함할 수 있다. 종래의 땜납 페이스트처럼, 리플로중에 용매가 쉽게 증발할 것이다. 종래의 땜납 페이스트에 채용된 몇몇 종류의 용매는 본 발명에서 사용될 수 있다. 우수한 인쇄적성을 얻기 위한 관점에서, 높은 점성을 갖고 플럭스의 어떠한 작용 성분도 쉽게 용해시킬 수 있는 용매가 바람직하다. 바람직한 용매의 예는, 트리메틸롤프로판(trimethylolpropane),이소보르닐시클로헥사놀(isobornylcyclohexanol), 및 테트라에틸렌글리콜(tetraethyleneglycol)과 같은 알콜이다. 디에틸렌글리콜-모노부틸에테르 및 테트라에틸렌글리콜 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 사용된 땜납 페이스트의 땜납 분말의 조성에 있어서 특별한 제한은 없다. 건강 및 환경적인 관점에서, 무연 땜납 분말이 바람직하지만, 납 함유 땜납 분말도 가능하다. 땜납 분말은 1종 이상의 금속 원소 분말, 1종 이상의 땜납 합금 분말, 또는 원소 분말과 합금 분말의 혼합물을 포함할 수 있다. 땜납 분말의 입자 크기 및 다른 특성은 땜납 페이스트의 의도된 용도, 원하는 납땜 온도, 및 다른 필요 조건에 따라 선택될 수 있다.
땜납 분말 및 플럭스는 표준 기술에 의해 혼합되어 원하는 점성을 갖는 땜납 페이스트로 형성될 수 있다. 그리고 나서 땜납 페이스트는 땜납 페이스트가 리플로되는 부재에 표준 프린팅 기술에 의해 도포될 수 있다.
본 발명에 따른 리플로 납땜 방법은, 땜납 페이스트를 갖는 부재를 자유기 가스에 노출시킬 수 있고 또한 상기 부재 및 땜납 페이스트를 리플로 온도로 가열할 수 있는 어떠한 장치를 사용하여 실시될 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적절한 리플로 납땜 장치의 일예는, 일본공개 특허출원 제 2001-58259 호에 개시되고 도 1의 단면도에 개략적으로 도시된 장치이다. 상기 특허출원에 장치가 더 상세히 개시되어 있기 때문에, 이하에서는 간략하게만 설명할 것이다.
도 1에 도시된 장치에서, 마그네트론(도시되지 않음)에 의해 발생되거나 또는 마이크로파(microwave)를 발생시키기 위한 다른 적절한 장치에 의해 발생되는 2.45 GHz의 마이크로파(10)는, 직사각형 마이크로파 가이드(12)를 통과하여 슬롯 안테나(14) 및 수정창(16; quartz window)을 통과한 후에 진공실(18)속으로 진입한다.
수소 가스의 형태인 공정 가스는 공정 가스 발생장치(도시되지 않음)로부터 진공실(18)의 플라스마 발생부(22)속으로 유입될 수 있다. 플라스마 발생 부(22)의 수소 가스에 입사되는 마이크로파는 표면파 플라스마를 발생시킨다.
도시된 장치에서, 마이크로파의 최대 동력은 일반적으로 3 kw이고, 진공실(18)내의 50 - 250 Pa의 가스 압력에서, 안정된 고밀도의 플라스마가 얻어진다.
플라스마 발생부(22)속으로 유입되는 수소의 유량은 10 ml/분 - 500 ml/분의 범위가 되도록 일반적으로 조절된다. 진공실(18)내의 압력은, 유입된 수소의 유량 및 진공 펌프(도시되지 않음)에 연결된 배출 밸브(38)를 조정함으로써 조정될 수 있다.
진공실(18)은 하부에서 히터(32)를 포함하는데, 이 히터(32)상에는 리플로 납땜중에 리플로 납땜을 겪는 부재(30)가 위치될 수 있다. 부재(30)는 컨베이 어 암(36; conveyor arm)에 의해 하중 록(load lock)(도시되지 않음)으로부터 진공실(18)속으로 삽입될 수 있고, 부재(30)는 다수의 리프트 핀(34)에 의해 히터(32) 상에 하강 또는 그 위로 상승할 수 있다.
수소 플라스마는 수소기 및 수소 이온을 함유한다. 증기 증착에 의해 형성된 Ni 막을 갖는 기판을 수소 이온에 아주 짧은 기간(예를 들어 1분)동안이라도 노출시키게 되면, Ni 막은 벗겨질 수 있다. 따라서, 히터(32)상에 배치된 부재(30)에 플라스마의 수소 이온이 도달하는 것을 방지하기 위해, 다공성 금속판, 금속 메시(metal mesh), 또는 다른 적절한 구조물을 포함하는 전기적으로 접지된 실드(24)는 플라스마 발생부(22)와 부재(30) 사이에서 진공실(18)을 가로질러 배치된다. 실드(24)가 전기적으로 접지되어 있기 때문에, 플라스마에서 형성되는 수소 이온은 실드(24)에 의해 막혀서 부재(30)에 도달할 수 없는 반면에, 수소 분자 및 수소기는 실드(24)를 통과하여 부재(30)를 둘러싸는 공간속으로 유입될 수 있다. 실드가 제공되는 경우, 그 위에 형성된 Ni 막을 갖는 부재가 20분동안 히터(32)상에 배치되는 동안 플라스마가 플라스마 발생부(22)에서 형성되는 경우라도, 부재(30)상의 Ni 막에서는 어떠한 변화도 관찰되지 않는다.
본 발명에 따른 리플로 납땜 방법은 어떠한 특정 자유기 가스를 채용하는 것에 제한되지 않지만, 수소 플라스마로부터 형성된 수소기 가스가 부식성이 없기 때문에 바람직하다. 플라스마를 형성하기 위해 진공실(18)에 공급되는 공정 가스는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라스마 발생부(22)에서 형성된 플라스마가 수소 플라스마인 경우, 공정 가스는 수소 외에 불활성 가스를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 리플로 방법의 단계는, 상술한 일본공개 특허출원 제 2001-58259 호에 개시된 방법과 같이 부재가 자유기 가스에 노출되는 종래 리플로 납땜 방법의 단계와 유사할 수 있다. 도 1의 장치를 사용하여 본 발명에 따른 리플로 방법을 실시하기 위한 공정의 실시예는 이하에서 간략히 설명된다.
진공 펌프(도시되지 않음)의 작동에 의해 진공실(18)이 진공 상태로 된 후에, 수소 가스는 진공실(18)속으로 유입되고, 진공실(18)내의 가스 압력은 예를 들어 50 - 250 Pa 범위의 값으로 조정된다. 히터(32)는, 처리되는 부재(30)의 온도를 상기 압력에 대응하는 온도, 예를 들어 225 - 230 ℃로 유지하도록 작동된다.
땜납 페이스트가 도포된 부재(30)는 컨베이어 암(36)에 의해 하중 록(도시되지 않음)으로부터 진공실(18)속으로 삽입되어 리프트 핀(34)의 꼭대기에 놓이는데, 땜납 페이스트가 도포된 부재(30)의 표면은 상부로 향한다.
부재(30)는 이 부재가 히터(32)의 꼭대기에 놓일 때까지 리프트 핀(34)에 의해 하강한다. 부재(30)의 상부 표면의 온도가 충분히 높아지면, 플라스마 발생 부(22)의 수소 가스는 마이크로파 가이드(12)로부터의 마이크로파에 의해 조사되어 플라스마가 발생하기 시작한다. 상술한 시간이 지나면, 마이크로파에 의한 조사 및 플라스마 발생부(22)로의 수소 공급은 플라스마의 발생을 종료시키기 위해 정지되고, 부재(30)의 냉각이 시작된다. 이 때에, 부재(30)를 히터(32)로부터 분리시키기 위해 리프트 핀(34)이 상승되고, 부재(30)는 컨베이어 암(36)으로 이송되고, 부재(30)의 냉각은 컨베이어 암(36)에 의해 지지된 부재(30)와 함께 실시된다.
냉각의 결과로서, 리플로된 땜납은 부재(30)에 부착된 땜납 범프로서 응고된다. 땜납 페이스트가 프린팅에 의해 부재(30)에 도포되었기 때문에, 그 결과 땜남 범프는 매우 균일하고, 매우 정확한 치수를 갖는다. 그 후에, 땜납 범프는 리플로 납땜에 의해 부재(30)(또는 부재(30)의 일 부분)를 다른 부재에 결합하는데 사용될 수 있다. 부재(30)가 그 위에 형성된 집적 회로를 갖는 반도체 웨이퍼인 경우, 땜납 범프는 본 발명의 방법에 의해 집적 회로의 패드상에 일반적으로 형성될 것이다. 범프가 형성된 후에, 부재(30)는 그 위에 형성된 다수의 땜납 범프를 각각 구비하는 개개의 칩으로 절단될 수 있다. 그리고 나서 각 칩은 땜납 범프의 리플로 납땜에 의해 기판에 연결될 수 있다. 리플로 납땜은, 플럭스를 필요로 하지 않고 땜납 범프를 초기에 형성하는데 사용된 장치와 유사하고 자유기 가스를 채용하는 장치에서 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 리플로 납땜 방법은, 부재상에 땜납 범프를 먼저 형성하지 않고서 2개의 부재를 서로 결합시키는데 사용될 수도 있다. 본 발명의 이러한 형태에서, 프린팅에 의해 땜납 페이스트가 하나의 부재 또는 양쪽 부재에 도포되고, 그리고 나서, 2개의 부재 사이에 땜납 페이스트가 있도록 부재는 서로에 대해 배치된다. 그리고 나서 2개의 부재는 자유기 가스를 채용하는 리플로 납땜 장치에 위치되는데, 상기 장치는 땜납 범프를 형성하는데 사용된 리플로 납땜 장치와 동일한 구조를 가질 수 있다. 땜납 페이스트는 리플로 납땜 장치에서 리플로되도록 형성되고, 땜납 페이스트의 땜납 합금의 응고 후에, 2개의 부재는 땜납 합금 에 의해 서로 결합된다.
실시예
본 발명은 이하의 실시예에 의해 더 자세히 설명될 것이다.
실시예 1
리플로는 2개의 땜납 페이스트(페이스트 1 및 페이스트 2)를 사용하고 도 1에 도시된 리플로 납땜 장치로 실시되었다. 각 페이스트는 땜납 합금 입자 및 플럭스를 포함했다. 각 페이스트용 플럭스의 조성은 표 1에 도시되어 있다.
표 1
플럭스의 성분 성분의 조성 함량(질량%)
페이스트 1 페이스트 2
용매(알콜기 용매) 트리메틸롤프로판, 이소보르닐시클로헥사놀, 및 테트라에틸렌글리콜을 포함하는 혼합 용매 87.5% 83.8%
작용 성분 유기산: 부틸안식향산 10% -
유기산의 아민염(저온*): 호박산 모노에탄올아민 염 2% 6%
분리 억제제 틱소트로픽 작용제(고온*): 비스-피-메틸벤질리덴-소르비톨 0.5% 0.2%
틱소트로픽 작용제(저온*): 스테아르아미드 - 10%
* 고온 및 저온은, 각각 땜납 페이스트의 땜납 분말의 용융점보다 높거나 낮은 온도에서 기화하는 물질을 의미한다.
각 페이스트의 땜납 합금 입자는 5 - 15 ㎛의 직경 및 Sn-3.0 Ag-0.5 Cu(질량%)의 조성을 가졌다. 이러한 합금 조성은 강도 및 열 피로 특성면에서 있어서 Sn-Pb 땜납 합금보다 우수하다.
플럭스는 페이스트의 9.5 - 10.5 질량%(대략적으로 부피의 50%)로 구성되었다. 작용 성분으로서, 플럭스는 유기산의 아민염, 및 페이스트 1 경우에 있어서 유기산을 포함했고, 둘다 낮은 작용성을 가졌다.
위에 형성된 칩 패턴을 갖는 8 인치 웨이퍼(50)는 범프 형성용 기판으로서 사용되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 웨이퍼(50)는 9.6 x 9.6 mm의 치수를 갖는 104개의 칩 패턴을 가졌고, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 칩 패턴은 범프의 형성을 위한 18 x 18 = 324개의 패드(52)를 가졌다. 따라서, 각 웨이퍼(50)상에는 104 x 324 = 33696개의 범프가 형성될 수 있었다.
표 1의 땜납 페이스트는 일본의 타니 덴키 고교(Tani Denki Kougyou)에 의해 제조된 Model TD-4421 프린터를 사용하여 프린팅에 의해 웨이퍼에 도포되었다. 그리고 나서 웨이퍼는 이하의 공정에 의해 리플로되었다.
각 웨이퍼는 리프트 핀(34) 꼭대기의 리플로 장치의 진공실(18)의 내부에 위치되었고, 웨이퍼는 리프트 핀(34)에 의해 히터(32)의 꼭대기로 하강했다. 히터(32)는 225 - 230 ℃의 웨이퍼 온도를 유지하도록 작동되었고, 50 - 200 Pa의 수소 압력하에서 리플로가 실시되었다.
히터(32)에 웨이퍼(50)가 설치된 후 3분이 지났을 때, 2.5 kW의 마이크로파와 함께 수소 가스가 조사되어 표면파 플라스마를 형성했다.
플라스마 형성의 시작으로부터 15초 내지 1분이 경과한 후에, 수소기의 공급이 중단되었고, 리프트 핀(34)은 상승했고, 웨이퍼(50)는 컨베이어 암(36)으로 이송되어 냉각되었다.
비교예로서, 웨이퍼(50)는 수소기에 노출되지 않고서 수소 분위기에서 가열되었다.
본 발명의 실시예 및 비교예의 결과가 표 2에 도시되어 있다. 결과가 페이스트 1, 2 를 각각 사용한 땜납 페이스트와 실질적으로 동일하기 때문에, 표 2에는 페이스트 1을 사용한 땜납 페이스트의 결과만이 도시되어 있다. 표 2의 결과 칸에서, '우수(good)'는 명백한 플럭스 잔류물이 없이 웨이퍼의 모든 패드상에 범프가 형성되었다는 것을 나타내고, 반면에 '양호(fair)'는 웨이퍼의 패드의 일부에 불연속적으로 적은 개수의 범프가 형성되었다는 것을 나타낸다.
표 2
리플로 분위기 리플로중의 압력 웨이퍼 온도 가열 시간 플라스마 발생 시간 결과
수소기 가스 50 Pa 225 - 230 ℃ 3분 1분 우수
100 Pa
200 Pa
수소 가스 200 Pa 225 - 230 ℃ 15분 0분 양호
335 - 340 ℃ 양호
습윤성(wettability)을 평가하기 위해, 페이스트 2 를 사용하는 땜납 페이스트가 웨이퍼의 패드에 도포되었고, 각 범프에 대해 210 ㎛의 피치 및 160 ㎛의 직경을 갖는 범프의 10 x 10 배열을 형성하기 위해 리플로가 실시되었다. 리플로는 질소 분위기에서 가열 방법에 의해 실시되거나 또는 플라스마를 사용하는 본 발명에 따른 방법에 의해 실시되었다. 그 결과는, 표 3 에 도시되어 있다. '우수'는 땜납 페이스트에 의해 패드가 적절하게 습윤 상태가 되었다는 것을 나타내고, '불량(poor)'은 땜납 페이스트에 의한 패드의 습윤이 관찰되지 않았다는 것을 나타낸다.
표 3
리플로 분위기 리플로 분위기의 압력 웨이퍼 온도 가열 시간 플라스마 발생 시간 결과
질소 분위기 대기압 225 - 230 ℃ 5분 0분 불량
수소기 가스 200 Pa 225 - 230 ℃ 3분 1분 우수
본 발명의 방법에 의해 형성된 땜납 범프의 능력이 후속 리플로 작동에서 사용되는 것을 증명하기 위해, 6 mm의 측면 크기를 갖고 실시예 1에서 설명된 공정에 의해 형성된 땜납 범프를 갖는 반도체 칩은 도 1의 리플로 납땜 장치에서 리플로되었다. 장치내의 수소 대기의 압력은 200 Pa 이었고, 수소기는 1분 동안 수소 플라스마를 형성함으로써 칩에 공급되었다. 땜납 범프는 만족스러운 용융을 겪었다.
실시예 2
실시예 1의 각각의 땜납 페이스트는 각각 패드, 반도체 칩 및 프린트 회로판의 패드 및 랜드(land)상에 프린트되었다. 칩은 프린트 회로판상에 위치되었고, 칩과 프린트 회로판 사이에 땜납 페이스트가 놓였다. 칩 및 프린트 회로판은, 도 1에 도시된 바와 같은 리플로 납땜 장치에 위치되었고, 수소기 가스에 노출되는 동안에 리플로 온도로 가열되었다. 비교를 위해, 동일한 방법으로 배치된 칩을 갖는 또 다른 프린트 회로판은, 수소 가스에 노출되는 동안 수소 플라스마를 형성시키지 않으면서 동일한 리플로 납땜 장치에서 리플로 온도로 가열되었다.
수소기 가스에 노출되는 동안에 땜납 페이스트가 가열되는 경우, 칩은 땜납에 의해 프린트 회로판에 확실히 결합되었다. 이와 대조적으로, 수소 가스 분위기에만 노출되는 동안에 땜납 페이스트가 가열되는 경우, 칩은 프린트 회로판에 확실히 결합될 수 없었다. 수소 플라스마가 장치에서 발생되는 경우, 플라스마의 수소 이온은 다공성 금속판(24)에 의해 땜납 페이스트에 도달되는 것이 방지되어서, 플라스마의 수소기에 의해 땜납 페이스트에 환원 작용이 작용한다는 것이 명백하다.
상술한 설명으로부터, 본 발명에 따른 리플로 납땜 방법이 미세한 범프를 형성할 수 있고 또는 유해한 플럭스 잔류물을 형성시키지 않으면서 기판에 전자 부품을 결합할 수 있어서, 플럭스 잔류물을 제거하기 위해 납땜 후에 세척을 실시할 필요가 없다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 방법에 따르면, 프린팅에 의해 땜납 페이스트가 부재에 도포될 수 있어서, 산업적인 규모로 사용되기에 적절할 수 있도록 높은 효율을 갖는다.

Claims (14)

  1. 땜납 분말 및 플럭스를 포함하는 땜납 페이스트를 부재에 도포하는 단계; 및
    이 땜납 페이스트를 리플로시키고 적어도 땜납 페이스트내의 플럭스의 작용 성분을 증발시키기 위해 자유기 가스에 땜납 페이스트를 노출시키는 동안에 상기 부재상의 땜납 페이스트를 가열하는 단계를 포함하는 납땜 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 자유기 가스는 수소기를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 가스 플라스마로부터 자유기 가스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 프린팅에 의해 부재에 땜납 페이스트를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 땜납 페이스를 리플로시킴으로써 부재상에 땜납 범프를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 땜납 페이스트를 리플로시킴으로써 부재를 다른 부재에 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 프린팅에 의해 땜납 페이스트를 전자 부품과 프린트 회로판중에 적어도 하나에 도포시키는 단계, 전자 부품과 프린트 회로판을 접촉시키는 단계, 및 전자 부품을 프린트 회로판에 결합시키기 위해 땜납 페이스트를 리플로시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 땜납 페이스트는 무연 땜납 페이스트인 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 플럭스는 작용 성분으로서 유기산을 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 유기산은 부틸안식향산 및 아디픽산으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 플럭스는 작용 성분으로서 아민 염을 함유하는 것을 특징 으로 하는 납땜 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 플럭스는 호박산 모노에탄올아민 염을 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 프린팅에 의해 땜납 페이스트를 플립 칩과 기판중에 적어도 하나에 도포시키는 단계, 플립 칩과 기판을 접촉시키는 단계, 및 플립 칩을 기판에 결합시키기 위해 땜납 페이스트를 리플로시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
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