KR100725075B1 - Method of protective coating bga solder alloy spheres - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저점도의 유기 물질과 표면 활성제와 같은 적어도 1종(種)의 용질을 포함하는 용매계 코팅액을 사용하여, 증착 과정에 의해 솔더 합금 스피어의 표면을 효율적으로 코팅하는 방법을 제공한다. 이 방법은 표면 실장 용례에 사용하기 전에, 스피어 표면에의 물리적 손상 및 화학적 손상을 최소화 또는 제거하기 위하여 솔더 합금 스피어를 코팅한다.The present invention provides a method for efficiently coating the surface of a solder alloy sphere by a deposition process using a solvent-based coating solution containing at least one solute such as a low viscosity organic material and a surface active agent. This method coats the solder alloy spheres to minimize or eliminate physical and chemical damage to the sphere surface prior to use in surface mount applications.
Description
본 발명은 코팅된 스피어(coated sphere) 및 이 스피어의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기상 증착 공정을 통해 보호 코팅을 솔더 합금 스피어에 도포하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to coated spheres and methods of making the spheres. More specifically, the present invention relates to a method of applying a protective coating to a solder alloy sphere through a vapor deposition process.
레지스터, 커패시터, 인덕터, 트랜지스터, 집적 회로, 칩 캐리어 등과 같은 전기 부품은 통상적으로, 전자 어셈블리 산업에서 공지되어 있는 2가지 방법 중 하나에 의해 회로판 및 다른 전자 기판에 실장된다. 제1 방법은 상기 부품을 회로판의 제1 측면에 실장하는 것을 포함한다. 상기 부품으로부터의 도선은 회로판에 형성된 구멍을 통해 연장되고 회로판의 반대쪽에 납땜된다. 제2 방법은 부품이 실장되는 인쇄 회로 기판의 동일한 측면에 부품을 납땜하는 것을 포함한다. 이들 후자의 부품들은 회로판에 "표면 실장"된다고 한다.Electrical components such as resistors, capacitors, inductors, transistors, integrated circuits, chip carriers, and the like are typically mounted on circuit boards and other electronic substrates by one of two methods known in the electronic assembly industry. The first method includes mounting the component to the first side of the circuit board. Leads from the component extend through holes formed in the circuit board and are soldered to opposite sides of the circuit board. The second method involves soldering the component to the same side of the printed circuit board on which the component is mounted. These latter parts are said to be "surface mounted" on the circuit board.
회로판 및 다른 전자 기판에 전자 부품을 표면 실장하는 방법은 매우 작은 회로 구조를 성형하는 데에 이용할 수 있는 바람직한 방법이다. 또한, 표면 실장은 그 자체를 자동화 처리할 수 있다. 고밀도의 전자 제조 프로세스에서, 표면 실장 가능한 마이크로 전자 소자는 솔더 리플로 프로세스(solder reflow process)를 통해 기판에 접합된다. 흔히 "플립 칩"이라고 부르는 한 가지 형태의 표면 실장 가능한 소자는 집적 회로 소자를 포함하는데, 이 소자에는 소자의 하측면에 실장된 패드에 부착되는 수 많은 연결 도선이 구비되어 있다. 플립 칩을 사용함에 있어서, 회로판 또는 칩에 작은 범프, 즉 솔더볼(이하, "스피어" 또는 "솔더 스피어"라고 부른다)이 제공되는데, 이들은 칩의 하측면 및 회로판의 표면에 실장된 패드에 대응하는 위치에 배치된다. 상기 솔더 스피어는, 마스크를 통한 증착, 전기 도금, 픽 앤드 플레이스(pick-and-place), 증발, 스퍼터링, 스크린 프린팅을 비롯한 여러 가지 종래의 기술을 이용하여, 상기 리플로 프로세스 이전에 형성된다.Surface mounting of electronic components on circuit boards and other electronic substrates is a preferred method that can be used to form very small circuit structures. The surface mount can also automate itself. In a high density electronic manufacturing process, surface mountable microelectronic devices are bonded to a substrate via a solder reflow process. One type of surface mountable device, commonly referred to as a "flip chip," includes an integrated circuit device, which has a number of connecting leads attached to pads mounted on the bottom side of the device. In the use of flip chips, circuit boards or chips are provided with small bumps, or solder balls (hereinafter referred to as "spheres" or "solder spheres"), which correspond to pads mounted on the underside of the chip and the surface of the circuit board. Is placed in position. The solder spheres are formed prior to the reflow process using various conventional techniques, including deposition through a mask, electroplating, pick-and-place, evaporation, sputtering, screen printing, and the like.
상기 칩은 (a) 회로판 상의 패드와 칩 상의 대응 패드 사이에 솔더 스피어가 개재되어 어셈블리를 형성하도록 칩을 회로판과 접촉 상태로 배치하고, (b) 상기 어셈블리를 상기 솔더가 리플로하는 온도까지 가열하며, (c) 그 어셈블리를 냉각함으로써 회로판 또는 다른 전자 기판에 실장된다. 냉각하면, 상기 솔더는 경화되어 플립 칩이 회로판의 표면에 실장된다.The chip is placed in contact with the circuit board such that (a) a solder sphere is interposed between the pad on the circuit board and the corresponding pad on the chip to form an assembly, and (b) the assembly is heated to a temperature at which the solder reflows. And (c) is mounted on a circuit board or other electronic substrate by cooling the assembly. Upon cooling, the solder hardens so that the flip chip is mounted on the surface of the circuit board.
칩과 회로판 사이의 간격 뿐만 아니라 개개의 소자 사이의 간격은 통상적으로 매우 작기 때문에, 플립 칩 기술을 이용하는 소자에서의 공차는 중요하다. 예를 들면, 이러한 칩이 회로판 표면으로부터 떨어진 간격은 통상 0.5 밀(mil) 내지 3.0 밀의 범위에 있고, 가까운 장래에는 미크론 간격에 접근할 것으로 예상된다.Since the spacing between individual devices as well as the spacing between chips and circuit boards is typically very small, tolerances in devices using flip chip technology are important. For example, the spacing of such chips from the circuit board surface is typically in the range of 0.5 mils to 3.0 mils, and is expected to approach micron spacing in the near future.
예컨대, BGA(ball grid array) 패키지에서의 전기 접속은 직경을 정밀하게 제어하고 표면에 흠이 없는 솔더 스피어를 회로 패드 사이에 배치함으로써 이루어진다. 다음에, 솔더 스피어를 솔더 합금의 액상선 온도 이상으로 가열하여 용융시 키는데, 솔더 스피어는 습윤되고 두 컨택트 패드 상으로 유동하여 기계적 및 전기적 컨택트를 형성한다.For example, electrical connection in a ball grid array (BGA) package is achieved by precisely controlling the diameter and placing a solder-free solder sphere between the circuit pads. Next, the solder spheres are heated to melt above the liquidus temperature of the solder alloy, where the solder spheres are wetted and flow onto both contact pads to form mechanical and electrical contacts.
흔히 사용되는 솔더 합금은 기계적 교반에 의해 쉽게 손상될 수 있는 알루미늄 또는 구리와 같은 비교적 연질의 비(卑)금속으로 이루어진다. 상기 손상으로 인하여, 예컨대 편평한 표면에 크랙 및 크레바스가 형성될 수 있고, 솔더 스피어의 일부가 입자 또는 플레이크로서 쪼개질 수 있으며, 스피어의 밝은 반사면이 소실될 수 있고, 스피어의 전기 컨택트 및 벌크 저항이 증대될 수 있으며, 스피어 표면에서 비금속의 산화가 악화될 수 있다.Commonly used solder alloys consist of relatively soft base metals, such as aluminum or copper, which can be easily damaged by mechanical agitation. Due to this damage, for example, cracks and crevasses may form on flat surfaces, a portion of the solder spheres may split as particles or flakes, the bright reflective surfaces of the spheres may be lost, electrical contact and bulk resistance of the spheres This can be increased and the oxidation of the base metal at the sphere surface can be worsened.
솔더 스피어의 표면이 손상되면 상당한 결과가 초래될 수도 있다. 예를 들면, 자동화 시각 시스템 어셈블리 하드웨어는 솔더 스피어의 반사율이 줄어들면 솔더 스피어를 배경과 구별하지 못할 것이다. 또한, 물리적 표면 손상은 대부분의 자동화된 BGA 어셈블리 하드웨어가 개개의 스피어를 집어 올려 배치하는(픽 앤드 플레이스) 능력을 방해한다. 또한, 솔더 스피어 상에 외부 입자가 존재하면, BGA 어셈블리 하드웨어의 기계적 기능이 손상되고, 저항이 손상된다든지 마이크로 전자 패키지 상의 컨택트 패드 사이에 전기적 단락이 야기될 수 있으며, BGA 연결이 일단 이루어지면 전기적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 중요하게도, 솔더 스피어 표면에 존재하는 과잉의 산소는, 필요에 따라 솔더 스피어가 적절히 습윤되어 컨택트 패드 내로 유동하여 적절한 기계적 연결 및 전기적 접속을 형성하는 것을 손상시킬 수 있다.Damage to the surface of the solder spheres can have significant consequences. For example, automated visual system assembly hardware will not distinguish the solder spheres from the background if the reflectance of the solder spheres decreases. In addition, physical surface damage prevents most automated BGA assembly hardware from picking up and placing individual spheres (pick and place). In addition, the presence of extraneous particles on the solder spheres can damage the mechanical functionality of the BGA assembly hardware, compromise resistance, or cause electrical shorts between contact pads on the microelectronic package, and once the BGA connection is made, electrical performance Can affect. Importantly, excess oxygen present on the surface of the solder spheres may damage the solder spheres as appropriately wetted as needed and flow into the contact pads to form proper mechanical and electrical connections.
솔더 스피어 표면을 산화로부터 보호하기 위하여, 솔더 스피어를 솔더 또는 플럭스와 같은 저융점 재료로 코팅한 것이 미국 특허 제5,872,400호 및 제5,736,074호에 개시되어 있다.In order to protect the solder sphere surface from oxidation, the coating of the solder spheres with a low melting point material such as solder or flux is disclosed in US Pat. Nos. 5,872,400 and 5,736,074.
그러나, 표면 실장 기술을 이용하기 전에 솔더 합금 스피어를 기계적 손상으로부터 물리적으로 보호하는 신속하고도 효율적인 방법에 대한 요구가 남아 있다. 본 발명은 솔더 합금 스피어를 코팅하여 기계적 표면 손상 및 합금 금속의 표면 산화를 방지하는 신속하고도 효율적인 방법을 제공한다.However, there remains a need for a fast and efficient method of physically protecting solder alloy spheres from mechanical damage prior to using surface mount technology. The present invention provides a fast and efficient method of coating solder alloy spheres to prevent mechanical surface damage and surface oxidation of alloy metals.
본 발명은 솔더 합금 스피어의 표면에 화학적 코팅을 도포하여, 솔더 합금 스피어가 다른 솔더 스피어와 접촉하고 충돌한다든지 솔더 합금 스피어를 저장하고 운반하는 데에 사용되는 용기의 측벽과 접촉하고 충돌하여 생기는 기계적 손상을 개선하거나 제거하는 방법을 제공한다. 또한, 솔더 합금 스피어의 표면을 화학적으로 코팅하여 솔더 스피어의 표면을 비롯한 금속 합금의 산화를 개선 또는 제거한다.The present invention applies a chemical coating to the surface of a solder alloy sphere so that the solder alloy sphere is in contact with and collided with another solder sphere, or the mechanical resulting from contacting and colliding with a side wall of a container used to store and transport the solder alloy sphere. It provides a way to ameliorate or eliminate damage. In addition, the surface of the solder alloy sphere is chemically coated to improve or remove oxidation of the metal alloy, including the surface of the solder sphere.
본 발명의 방법은 본 명세서에서 설명한 것과 같이 조제하고, 저점도의 유기 물질 및 표면 활성제와 같은 적어도 1종(種)의 용질 및 휘발성 유기 용매를 포함하는 코팅액이 들어 있는 제1 기밀성(氣密性) 챔버를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 복수 개의 솔더 스피어가 들어 있는 제2 챔버를 제공하고, 이 제2 챔버를 상기 제1 기밀성 챔버에 들어 있는 코팅액에 담그는(침지하는) 단계를 포함한다. 상기 솔더 스피어는 제2 챔버에 형성된 복수 개의 구멍 또는 관통공에 의해 코팅액과 유체 연통된다. 상기 솔더 스피어는 미리 정해진 원하는 잔류 시간 동안 코팅액 내에 침지된다. 한 가지 실시 형태에 있어서, 상기 잔류 시간이 만료된 후에, 솔더 스피어가 들어 있는 제2 챔버를 제1 기밀성 챔버로부터 분리하여 제2 기밀성 챔버 내에 놓는다. 상기 제2 기밀성 챔버는 코팅액에 사용된 용매의 비등점 이상의 온도로 가열 장치에 의해 가열되어, 솔더 스피어의 표면에 고착되지 않은 잔류 용매를 증발시킨다. 또한, 제2 기밀성 챔버의 압력을 감소시킴으로써, 과잉 용매를 증발시킬 수도 있다. 상기 제2 기밀성 챔버를 미리 정해진 원하는 시간 동안 가열한 후에, 상기 솔더 스피어가 들어 있는 제2 챔버를 제거한다.The method of the present invention is prepared as described herein, and includes a first hermetic seal containing a coating liquid containing at least one solute and a volatile organic solvent such as a low viscosity organic material and a surface active agent. ) Providing a chamber. The method includes providing a second chamber containing a plurality of solder spheres, and immersing (immersing) the second chamber in a coating liquid contained in the first hermetic chamber. The solder sphere is in fluid communication with the coating liquid by a plurality of holes or through holes formed in the second chamber. The solder spheres are immersed in the coating liquid for a predetermined desired residence time. In one embodiment, after the residence time has expired, the second chamber containing the solder spheres is separated from the first hermetic chamber and placed in the second hermetic chamber. The second hermetic chamber is heated by a heating apparatus to a temperature above the boiling point of the solvent used in the coating liquid to evaporate the remaining solvent which is not adhered to the surface of the solder sphere. It is also possible to evaporate excess solvent by reducing the pressure in the second hermetic chamber. After heating the second hermetic chamber for a predetermined desired time, the second chamber containing the solder spheres is removed.
한 가지 실시 형태에 있어서, 상기 제2 기밀성 챔버의 온도는 열 센서에 의해 제어할 수도 있다. 다른 실시 형태에 있어서, 상기 제2 기밀성 챔버에는 과잉의 용매 증기를 응축시키는 응축기와, 응축된 용매 증기를 재사용하기 위해 수집하는 수집 기구가 추가적으로 장착될 수도 있다.In one embodiment, the temperature of the second hermetic chamber may be controlled by a thermal sensor. In another embodiment, the second hermetic chamber may be further equipped with a condenser for condensing excess solvent vapor and a collecting mechanism for collecting the condensed solvent vapor for reuse.
상기 코팅액은 아세톤, 이소프로필 알코올, 변성된 에탄올(denatured ethanol), n-프로필 브로마이드, 트리클로로에틸렌, Genesolve 2000™, Ensolv™, Asahi AK-225™, Vaporedge 1000™으로 구성되는 군(群)으로부터 선택하는 휘발성 유기 용매를 포함할 수도 있다.The coating solution was selected from the group consisting of acetone, isopropyl alcohol, denatured ethanol, n-propyl bromide, trichloroethylene, Genesolve 2000 ™, Ensolv ™, Asahi AK-225 ™, and Vaporedge 1000 ™. It may also contain a volatile organic solvent of choice.
또한, 상기 코팅액은 파라핀 오일, 미네랄 오일, 이소스테아르산, 폴리올레핀 오일, 아디프산(adipic acid), 실리콘 오일, 석유, 주석 스테아르산염(tin stearate), 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택할 수도 있는 저점도의 유기 물질을 함유한다. 상기 저점도 물질은 약 0.05 중량% 내지 5.0 중량%의 농도로 존재한다.In addition, the coating solution may be selected from the group consisting of paraffin oil, mineral oil, isostearic acid, polyolefin oil, adipic acid, silicone oil, petroleum, tin stearate, and combinations thereof It contains the organic material of FIG. The low viscosity material is present at a concentration of about 0.05% to 5.0% by weight.
상기 코팅액의 표면 활성제는 시메티콘(simethicone), 사이클로메티콘(cyclomethicone),데카메틸사이클로펜타실옥산(decamethylcyclopenta-siloxane), 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택할 수도 있다. 표면 활성제는 약 0.01 중량% 내지 약 1.0 중량%의 농도로 존재한다.The surface active agent of the coating solution may be selected from the group consisting of simethicone, cyclomethicone, decamethylcyclopenta-siloxane, and combinations thereof. The surface active agent is present at a concentration of about 0.01% to about 1.0% by weight.
상기 코팅액은 플루오르(fluor)로서 당업계에 공지되어 있고, 용매에 용해 가능한 UV 형광성 염료(fluorescent dye)를 더 포함할 수도 있다. 플루오르를 함유하고 있는 코팅액은 솔더 스피어의 표면에 UV 형광성 적층물을 남겨 두는데, 이는 솔더 스피어의 위치를 광학적으로 찾아내는 것을 도와준다. 상기 UV 형광성 염료는 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 농도로 존재한다.The coating solution is known in the art as fluorine, and may further include a UV fluorescent dye which is soluble in a solvent. Fluorine-containing coatings leave a UV fluorescent laminate on the surface of the solder sphere, which helps optically locate the solder sphere. The UV fluorescent dye is present at a concentration of about 0.01% to about 0.1% by weight.
상기 코팅액은 용매에 용해 가능한 극성 또는 비극성의 솔더 플럭스도 역시 포함할 수 있는데, 이는 표면 실장의 리플로 단계 중에, 솔더 스피어의 표면에 액체 플럭스 또는 플럭스 페이스트를 별도로 적층할 필요성을 최소화하거나 제거해 준다. 상기 솔더 플럭스는 약 0.5 중량% 내지 약 1.0 중량%의 농도로 존재한다.The coating solution may also contain polar or nonpolar solder flux soluble in a solvent, which minimizes or eliminates the need to separately deposit liquid flux or flux paste on the surface of the solder sphere during the reflow step of surface mount. The solder flux is present at a concentration of about 0.5% to about 1.0% by weight.
본 발명의 다른 이점 및 특징은 첨부된 청구의 범위 및 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 통해 보다 쉽게 명확해질 것이다.Other advantages and features of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description taken in conjunction with the appended claims and the accompanying drawings.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여, 본 명세서에 통합되어 있는 도면을 참조한다.In order to better understand the present invention, reference is made to the drawings incorporated herein.
도 1은 본 발명에 따라 중실의 스피어를 코팅하는 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flow chart illustrating a method of coating a solid sphere in accordance with the present invention.
후술하는 본 발명의 실시 형태는 기상 증착 공정을 통해 솔더 합금 스피어를 코팅하는 방법을 제공한다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 방법은 솔더 합금 스피어를 보호식으로 코팅(보호 코팅)하고, 솔더 스피어의 표면에 가해지는 기계적 손상 및 그 표면의 산화를 개선 또는 제거한다. 그러나, 당업자라면 본 발명의 실시 형태가 솔더 합금 스피어를 코팅하는 데에 한정되지 않고, 기계적 및 화학적 표면 손상을 감소시키거나 방지하기 위하여 금속 물체를 코팅할 것이 요구되는 다른 용례에도 이용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.Embodiments of the present invention described below provide a method of coating a solder alloy sphere through a vapor deposition process. More specifically, the method protectively coats (protective coats) the solder alloy spheres and improves or eliminates mechanical damage and oxidation of the surface of the solder spheres. However, those skilled in the art will appreciate that embodiments of the present invention are not limited to coating solder alloy spheres, but may be used in other applications where it is desired to coat metal objects to reduce or prevent mechanical and chemical surface damage. You will be able to recognize it.
본 발명의 실시 형태를 도 1을 참조하여 설명한다. 도면은 본 발명의 실시 형태를 예시할 목적으로 주어진 것이고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되어서는 안된다.An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. The drawings are given for the purpose of illustrating embodiments of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.
본 발명의 솔더 스피어는 솔더 스피어로서 유용한 임의의 적당한 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 솔더 스피어는, 알루미늄, 납, 주석, 구리, 금, 니켈, 비스무쓰, 갈륨, 은, 코발트, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 게르마늄, 텔루르(tellurium), 인듐 및 혼합물, 이러한 금속 중 2개 이상의 용액 또는 합금과 같은 재료로 구성될 수도 있지만, 이러한 재료에 한정되는 것은 아니다.The solder spheres of the present invention may be any suitable material useful as solder spheres. For example, the solder spheres may be aluminum, lead, tin, copper, gold, nickel, bismuth, gallium, silver, cobalt, cadmium, antimony, silicon, germanium, tellurium, indium and mixtures of these metals. It may be composed of a material such as two or more solutions or alloys, but is not limited to such materials.
도 1에 나타낸 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서, 솔더 스피어를 보호 코팅하는 방법은, 기상 증착 공정 중에 솔더 스피어가 들어 있는 침지 가능한 용기에 복수 개의 구멍 또는 관통공을 형성하는 것을 포함한다(100). 상기 복수 개의 구멍 또는 관통공은 충분한 체적의 용매가 용기 내의 솔더 스피어와 접촉하도록 해준다. 상기 침지 가능한 천공된 용기는 본 발명에 따라 사용되는 휘발성 유기 용매, 코팅 용질 또는 저점도의 유기 코팅 물질과 반응하지 않는 재료로 구성된다. 또한, 상기 침지 가능한 용기는 기상 증착 공정에서 채용되는 상승 온도에서 안정적이다.In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the method of protective coating the solder sphere includes forming a plurality of holes or through holes in the immersable container containing the solder sphere during the vapor deposition process (100). ). The plurality of holes or through holes allow a sufficient volume of solvent to contact the solder spheres in the container. The immersable perforated container consists of a material that does not react with the volatile organic solvent, coating solute or low viscosity organic coating material used according to the invention. In addition, the immersable vessel is stable at elevated temperatures employed in vapor deposition processes.
상기 코팅 과정은 본 명세서에서 설명된 것과 같은 용매와 코팅 용질을 함유하는 코팅액을 준비하는 것을 포함한다(110). 상기 용매는 침지 가능한 용기를 비롯한 구성 요소에 대해 불활성인 휘발성 유기 용매, 예컨대 아세톤, 이소프로필 알코올, 변성된 에탄올, n-프로필 브로마이드, 트리클로로에틸렌, Genesolve 2000™, Ensolv™, Asahi AK-225™, Vaporedge 1000™을 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 코팅 과정에서 사용되는 용매는 적절한 증발시 솔더 스피어의 표면에 잔류물을 남겨 두지 않는다.The coating process includes preparing a coating solution containing a solvent and a coating solute as described herein (110). The solvent is a volatile organic solvent inert to components including immersable containers such as acetone, isopropyl alcohol, modified ethanol, n-propyl bromide, trichloroethylene, Genesolve 2000 ™, Ensolv ™, Asahi AK-225 ™ And Vaporedge 1000 ™, but are not limited to these. In addition, the solvent used in the coating process does not leave a residue on the surface of the solder sphere upon proper evaporation.
상기 코팅액은 저점도의 유기 물질(LVOM; low viscosity organic material) 및 표면 활성제를 포함한다. LVOM은 용액 내에 약 0.05 중량% 내지 약 5 중량%의 농도로 존재한다. 보다 바람직하게는, LVOM은 용액 내에 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%로 존재할 수 있고, 가장 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 1.0 중량%로 존재할 수 있다. 코팅액에 사용될 수 있는 LVOM의 예는 파라핀 오일, 미네랄 오일, 이소스테아르산, 폴리올레핀 오일, 아디프산, 실리콘 오일, 석유, 주석 스테아르산염(tin stearate)을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.The coating solution includes a low viscosity organic material (LVOM) and a surface active agent. LVOM is present in the solution at a concentration of about 0.05% to about 5% by weight. More preferably, LVOM may be present in the solution at about 0.5% to about 2% by weight, and most preferably at about 0.1% to about 1.0% by weight. Examples of LVOMs that may be used in the coating liquid may include, but are not limited to, paraffin oil, mineral oil, isostearic acid, polyolefin oil, adipic acid, silicone oil, petroleum, tin stearate. .
상기 표면 활성제는 용액 내에 약 0.01 중량% 내지 약 1.0 중량%의 농도로 존재한다. 보다 바람직하게는, 표면 활성제는 용액 내에 0.05 중량% 내지 약 0.75 중량%의 농도로 존재할 수 있고, 가장 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 코팅 과정에 사용하기에 적당한 표면 활성제는 시메티콘, 사이클로메티콘, 데카메틸사이클로펜타실옥산, 이들의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.The surface active agent is present in the solution at a concentration of about 0.01% to about 1.0% by weight. More preferably, the surface active agent may be present in the solution at a concentration of 0.05% to about 0.75% by weight, and most preferably at a concentration of about 0.1% to about 0.5% by weight. Suitable surface active agents for use in the coating process include, but are not limited to, simethicone, cyclomethicone, decamethylcyclopentasiloxane, and combinations thereof.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 코팅액은 코팅액 용매에서 용해 가능한 UV 형광성 염료(당업계에서 플로오르라고 알려져 있음)를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 설명한 코팅액에 플루오르를 사용하면 UV 형광성 적층물이 솔더 스피어의 표면에 남겨진다. 상기 UV 형광성 적층물은 솔더 스피어의 위치를 광학적으로 찾는 광학 특성 인식 시스템 또는 다른 시각 시스템을 이용하여 솔더 스피어가 기판 상에 있는 위치를 찾아내는 것을 도와준다. 또한, 자외선 자극시에 상이한 색깔로 형광 처리함으로써 상이한 색깔로 된 플루오르를 사용하여, 상이한 솔더 스피어 합금 조성을 구별할 수도 있다. 플로오르는 코팅액 내에 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 농도로 존재하는 것이 바람직하다.In another embodiment, the coating solution may comprise a UV fluorescent dye (known in the art as fluoro) that is soluble in the coating solution solvent. The use of fluorine in the coating solutions described herein leaves a UV fluorescent laminate on the surface of the solder spheres. The UV fluorescent laminate helps to locate the solder spheres on the substrate using an optical property recognition system or other vision system that optically locates the solder spheres. It is also possible to distinguish different solder sphere alloy compositions using fluorine of different colors by fluorescence with different colors upon ultraviolet stimulation. The flow is preferably present in the coating solution at a concentration of about 0.01% to about 0.1% by weight.
또 다른 실시 형태에 있어서, 상기 코팅액은 코팅액 용매에서 용해 가능한 극성 및 비극성의 플럭스를 더 포함할 수도 있다. 플러스를 코팅액에 첨가하면, 표면 실장의 리플로 과정 중에 솔더 스피어를 처리하는 것을 도와준다. 솔더 스피어의 표면에 고착되지 않은 과잉 용매가 제거된 후에 솔더 스피어의 표면에 플럭스 적층물이 남게 된다. 코팅액의 플럭스 성분은 리플로 과정 중에 플럭스 액체 또는 플럭스 페이스트를 별도로 첨가해야 하는 필요성을 개선하거나 제거해준다. 상기 플럭스는 코팅액 내에 약 0.5 중량% 내지 약 1.0 중량%의 농도로 존재할 수 있다.In yet another embodiment, the coating solution may further include polar and nonpolar fluxes soluble in the coating solution solvent. The addition of the plus to the coating solution helps to process the solder spheres during the surface mount reflow process. After the excess solvent that has not adhered to the surface of the solder spheres is removed, a flux stack remains on the surface of the solder spheres. The flux component of the coating solution improves or eliminates the need to separately add flux liquid or flux paste during the reflow process. The flux may be present in the coating solution at a concentration of about 0.5% to about 1.0% by weight.
본 발명의 제1 실시 형태에 있어서, 상기 코팅 처리는 본 명세서에 설명한 것과 같은 코팅액을 제1 기밀성 챔버 내에 놓는 것을 더 포함한다(115). 다음에, 상기 코팅 처리는 솔더 스피어가 들어 있는 천공된 용기를 상기 제1 기밀성 챔버에 들어 있는 코팅액에 미리 정해진 원하는 잔류 시간 동안 침지하는 것을 포함한다(120). 바람직한 잔류 시간은 약 30초 내지 약 12 시간이다. 보다 바람직하게는, 상기 잔류 시간은 약 30초 내지 약 10시간, 8시간, 6시간, 4시간 또는 2시간일 수 있고, 가장 바람직하게는 약 1분 내지 1시간이다. 솔더 스피어를 원하는 잔류 시간 동안 놓은 후에, 상기 천공된 용기를 제1 기밀성 챔버로부터 제거하고(140), 제2 기밀성 챔버 내에 놓는다(150). 상기 제2 기밀성 챔버에는 이 챔버를 가열할 수 있는 가열 부재가 장착되어 있다. 다른 실시 형태에 있어서, 상기 제2 기밀성 챔버에는 열 전극(thermal electrode)과 같이(그러나, 이에 제한되는 것은 아니다), 제2 기밀성 챔버의 온도를 모니터링하는 기구가 추가적으로 장착될 수도 있다.In a first embodiment of the present invention, the coating treatment further includes placing the coating liquid as described herein in the first hermetic chamber (115). Next, the coating process includes immersing the perforated container containing the solder spheres in the coating liquid contained in the first hermetic chamber for a predetermined desired residence time (120). Preferred residence time is from about 30 seconds to about 12 hours. More preferably, the residence time may be about 30 seconds to about 10 hours, 8 hours, 6 hours, 4 hours or 2 hours, most preferably about 1 minute to 1 hour. After placing the solder spheres for the desired residence time, the perforated container is removed from the first hermetic chamber (140) and placed in a second hermetic chamber (150). The second hermetic chamber is equipped with a heating member capable of heating the chamber. In another embodiment, the second hermetic chamber may be further equipped with a mechanism for monitoring the temperature of the second hermetic chamber, such as, but not limited to, a thermal electrode.
제1 실시 형태에 있어서, 상기 제2 기밀성 챔버는 과잉의 코팅액 용매를 증발시켜 제거하기 위하여, 코팅액에 사용된 용매의 비등점 이상의 온도까지 가열된다. 다른 실시 형태에 있어서, 상기 제2 기밀성 챔버는 약 54℃ 내지 약 121℃의 온도까지 가열된다. 상기 제2 기밀성 챔버는 약 5분 내지 약 10시간 동안 가열된다. 또한, 상기 제2 기밀성 챔버는 보다 바람직하게는, 약 10분 내지 약 5시간 동안 가열될 수 있고, 가장 바람직하게는 약 15분 내지 약 2시간 동안 가열된다. 가열 기간 중에, 솔더 스피어의 표면에 충분히 고착되지 않은 과잉 용매는 증발에 의해 표면 코팅물로부터 제거된다(170). 증발에 의해, 솔더 스피어는 코팅액에 존재하는 용질에 의해 보호 코팅된다. 가열 기간 후에, 상기 천공된 용기를 제2 기밀 성 챔버로부터 제거하고(180), 솔더 스피어는 즉시 사용할 수도 있고, 아니면 나중에 사용하기 위하여 저장할 수도 있다.In the first embodiment, the second hermetic chamber is heated to a temperature above the boiling point of the solvent used in the coating liquid in order to evaporate and remove the excess coating liquid solvent. In another embodiment, the second hermetic chamber is heated to a temperature of about 54 ° C to about 121 ° C. The second hermetic chamber is heated for about 5 minutes to about 10 hours. Further, the second hermetic chamber may more preferably be heated for about 10 minutes to about 5 hours, and most preferably for about 15 minutes to about 2 hours. During the heating period, excess solvent that has not sufficiently adhered to the surface of the solder spheres is removed 170 from the surface coating by evaporation. By evaporation, the solder spheres are protective coated by the solute present in the coating liquid. After the heating period, the perforated container is removed from the second
본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 솔더 스피어에 충분히 고착되지 않은 과잉 코팅액 용매는 제2 기밀성 챔버의 내부 압력을 감소시킴으로써 이루어지는 증발에 의해 표면 코팅물로부터 제거할 수도 있다. 본 발명의 또 다른 실시 형태에 있어서, 상기 제2 기밀성 챔버에는 솔더 스피어의 표면 코팅물을 가열하여 나오는 용매 증기를 응축시키는 기구가 추가적으로 장착될 수도 있다. 다른 실시 형태에 있어서, 상기 제2 기밀성 챔버에는 순환하는 용매 증기를 응축시키는 저온판 또는 다른 응축 기구와, 그 후에 상기 응축된 용매 증기를 재사용하기 위해 수집하는 수집 기구가 추가적으로 장착될 수도 있다.In another embodiment of the present invention, excess coating liquid solvent that is not sufficiently adhered to the solder spheres may be removed from the surface coating by evaporation by reducing the internal pressure of the second hermetic chamber. In still another embodiment of the present invention, the second hermetic chamber may be further equipped with a mechanism for condensing solvent vapor from heating the surface coating of the solder spheres. In another embodiment, the second hermetic chamber may be further equipped with a cold plate or other condensation mechanism for condensing circulating solvent vapor, and thereafter a collection mechanism for collecting the condensed solvent vapor for reuse.
본 발명의 방법에 따라 상기 보호 코팅된 솔더 스피어는 많은 전자 용례에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 화학적으로 코팅된 솔더 스피어는 상호 접속 어레이(interconnect array), 솔더 페이스트, Z축 전도 접착제 등에 사용될 수 있다. 또한, 코팅된 솔더 스피어는 장래에 리플로를 위해 솔더에 손상을 가하는 일이 없이, 기판 위로 분출 또는 인쇄되고, 저장될 수도 있다. 또한, 상기 솔더 스피어의 코팅물은 솔더 스피어의 표면을 산소가 없는 상태로 유지하고, 상호 접속 연결이 형성될 때 솔더 스피어의 리플로를 위한 표면 활성화 작용을 제공한다. 상기 화학적으로 코팅된 솔더 스피어는 플립 칩, BGA, 미세한 피치의 표면 실장 용례에 대해서도 사용될 수 있다. 상기 화학적으로 코팅된 솔더 스피어는 솔더 페이스트 등을 생성하는 데에도 역시 사용될 수 있고, 또는 전자 소자 등의 습윤 가능한 금속 패드 위로 향해질 수도 있다.According to the method of the present invention, the protective coated solder spheres can be used in many electronic applications. For example, chemically coated solder spheres can be used in interconnect arrays, solder pastes, Z-axis conductive adhesives, and the like. In addition, the coated solder spheres may be ejected or printed onto a substrate and stored, without damaging the solder for reflow in the future. In addition, the coating of the solder spheres keeps the surface of the solder spheres free of oxygen and provides surface activation for reflow of the solder spheres when the interconnect is formed. The chemically coated solder spheres can also be used for flip chip, BGA, and fine pitch surface mount applications. The chemically coated solder spheres may also be used to produce solder pastes or the like, or may be directed onto wettable metal pads such as electronic devices.
이상, 본 발명의 여러 실시 형태를 상세하게 설명하였다. 전술한 것과 유사하거나 균등한 임의의 방법 및 물질을 본 발명의 실시 또는 시험시에 사용할 수 있지만, 바람직한 방법 및 물질을 설명한다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 상기 상세한 설명 및 청구의 범위로부터 명백하다. 상세한 설명 및 첨부된 청구의 범위에서, 다른 내용이 명백하게 언급되지 않는다면 단일의 형태들은 복수의 지시 대상을 포함한다. 달리 정의되지 않는다면, 본 명세서에 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 흔히 이해할 수 있는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 본 명세서에서 인용된 모든 특허 및 공개 문헌은 본 명세서에 참고로 통합된다.In the above, various embodiment of this invention was described in detail. Although any methods and materials similar or equivalent to those described above can be used in the practice or testing of the present invention, the preferred methods and materials are described. Other features, objects, and advantages of the invention are apparent from the above description and claims. In the description and the appended claims, the singular forms include plural referents unless the content clearly dictates otherwise. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. All patents and publications cited herein are hereby incorporated by reference.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시 형태를 설명하였지만, 당업자에게는 여러 가지 변형, 수정 및 개선 사항이 쉽게 나타날 수 있다. 이러한 모든 변형, 수정 및 개선 사항들은 본 발명의 범위 및 사상의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 내용은 단지 예시적인 것이며, 제한적인 것으로 의도되어서는 안된다.While at least one exemplary embodiment of the present invention has been described, various modifications, modifications, and improvements will readily occur to those skilled in the art. All such variations, modifications, and improvements are intended to fall within the scope and spirit of the invention. Accordingly, the foregoing is illustrative only and should not be intended to be limiting.
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