KR100776114B1 - 땜납 접합용 페이스트 및 이를 이용한 땜납 접합 방법 - Google Patents

땜납 접합용 페이스트 및 이를 이용한 땜납 접합 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 땜납 접합에 의한 전자 부품 실장시, 범프와 회로 전극 사이에 개재시켜 이용하는 금속 분말 함유 플럭스를 제공한다. 금속 분말은 주석 및 아연 등의 금속으로 형성된 코어 금속과 이 코어 금속의 표면을 피복하는 금 및 은 등을 포함하는 표면 금속을 갖는다. 이에 의해, 리플로우 후에 금속 분말이 마이그레이션을 일으키기 쉬운 상태의 잔사로서 잔류함이 없이, 땜납 접합성과 절연성의 확보를 양립시킬 수 있다.

Description

땜납 접합용 페이스트 및 이를 이용한 땜납 접합 방법{PASTE FOR SOLDERING AND SOLDERING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 땜납 접합에 사용되는 땜납 접합용 페이스트 및 이를 이용한 땜납 접합 방법에 관한 것이다.
전자 부품을 기판에 실장(實裝)할 때의 접합 방법으로서, 종래부터 땜납 접합이 널리 사용되고 있다. 납땜의 형태로서는, 전자 부품에 설치된 접합용 전극으로서의 금속 범프를 땜납에 의해 형성하는 방법 및 기판의 전극 표면에 땜납 층을 형성하는 땜납 프리코트(precoat) 등 각종 방법이 사용된다. 최근, 환경 보호 관점에서, 전술한 납땜에 있어서 유해한 납을 거의 포함하지 않는 이른바 무연 땜납이 채택되어지고 있다.
무연 땜납은 종래 사용되던 납계 땜납과는 성분 조성이 크게 다르기 때문에, 땜납 접합 과정에서 사용되는 플럭스에 관해서도, 종래 일반적으로 사용되던 것을 그대로 사용할 수 없다. 즉, 종래의 플럭스에서는 활성 작용이 부족하여 땜납 표면의 산화막 제거가 불충분하고 우수한 땜납 젖음성이 확보되기 어렵다. 이러한 땜납 젖음성이 불량한 땜납을 대상으로 하여, 플럭스 성분 중에 은 등 땜납 젖음성이 우수한 금속으로 이루어지는 금속 분말을 혼입한 조성의 플럭스가 일본 특허공개 2000-31210호 공보에 개시되어 있다. 이러한 플럭스를 사용함으로써, 리플로우 과정에서 용융된 땜납이 플럭스 중의 금속 분말의 표면을 따라 젖고 확산되어, 용융된 땜납을 접합 대상의 전극까지 이르게 할 수 있다. 그러나, 상기 플럭스에는, 금속 분말의 함유 비율에 따라서는 하기와 같은 문제를 발생시키는 경우가 있었다.
최근, 땜납 접합 후에 플럭스 성분 제거를 위한 세정을 생략한 무세정 공법(이하, 무세정 공법이라 함)이 주류로 되고 있기 때문에, 리플로우 후에는 플럭스 성분은 땜납 접합부의 주위에 잔사로서 부착된 채로 잔류하고, 플럭스 중에 함유된 금속 분말도 땜납 접합부의 주위에 잔류한다.
이 때, 금속 분말의 잔류량이 많은 경우에는, 마이그레이션에 의한 절연 불량을 발생시킬 가능성이 있다. 그리고, 이 절연 불량을 방지하기 위해 금속 분말의 함유량을 적게 하면, 리플로우시에 금속 분말에 의해 용융 땜납을 이끄는 효과가 저하되고, 땜납 접합성의 저하를 초래한다. 이와 같이, 금속 분말을 함유한 플럭스 등의 종래의 땜납 접합용 페이스트에는, 땜납 접합성의 유지와 절연성의 확보를 양립시키는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
발명의 개시
본 발명의 땜납 접합용 페이스트는 땜납부가 형성된 제 1 전극을 제 2 전극에 납땜할 때 땜납부와 제 2 전극 사이에 개재시키는 땜납 접합용 페이스트로서, 수지 성분으로 이루어지는 액상의 기제(基劑), 땜납부의 표면에 생성된 산화막을 제거하는 활성제, 및 코어 금속과 이 코어 금속의 표면을 덮는 표면 금속을 함유하는 금속 분말을 갖고, 표면 금속은 땜납부를 형성하는 땜납에 대한 젖음성이 우수한 금속으로 형성되고, 코어 금속은 리플로우에 의한 가열에 의해 표면 금속을 고용(固溶)시켜 내부로 취입하는 것이 가능한 금속으로 형성된다.
또한, 본 발명의 땜납 접합 방법은 땜납부가 형성된 제 1 전극을 제 2 전극에 땜납 접합하는 땜납 접합 방법으로서, 수지 성분으로 이루어지는 액상의 기제, 땜납부의 표면에 생성된 산화막을 제거하는 활성제, 및 코어 금속과 이 코어 금속의 표면을 덮는 표면 금속을 함유하는 금속 분말을 갖는 땜납 접합용 페이스트를 땜납부와 제 2 전극 중의 적어도 한쪽에 도포하는 공정, 제 1 전극과 제 2 전극을 위치시킴으로써 땜납 접합용 페이스트를 땜납부와 제 2 전극 사이에 개재시키는 공정, 가열에 의해 땜납을 용융시켜 금속 분말의 표면을 따라 적시고 확산시킴으로써 용융된 땜납을 제 1 전극과 제 2 전극에 접촉시킴과 동시에, 표면 금속을 코어 금속의 내부로 확산시켜 취입하는 공정, 및 용융된 땜납을 제 1 전극과 제 2 전극에 접촉시킨 후에, 용융된 땜납을 고화시키는 공정을 갖는다.
본 발명에 의하면, 리플로우시에 있어서 용융 땜납을 이끄는 효과를 목적으로 하여 혼입되는 금속 분말은 코어 금속과 이 코어 금속의 표면을 덮는 표면 금속을 함유하고, 상기 표면 금속은 땜납과의 젖음성이 우수한 금속으로 형성되고, 상기 코어 금속은 리플로우에 의한 가열에 의해 상기 표면 금속을 내부로 취입하는 것이 가능한 금속으로 형성된다. 이렇게 하여, 리플로우 후에 금속 분말이 마이그 레이션을 일으키기 쉬운 상태로 잔사로서 잔류함이 없고, 땜납 접합성과 절연성의 확보를 양립시킬 수 있다.
도 1A는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장의 공정을 설명하는 도면이다.
도 1B는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장의 공정을 설명하는 도면이다.
도 1C는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장의 공정을 설명하는 도면이다.
도 2A는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장의 공정을 설명하는 도면이다.
도 2B는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장의 공정을 설명하는 도면이다.
도 2C는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장의 공정을 설명하는 도면이다.
도 3A는 본 발명의 1 실시형태의 땜납 접합용 페이스트를 이용한 땜납 접합 과정을 설명하는 도면이다.
도 3B는 본 발명의 1 실시형태의 땜납 접합용 페이스트를 이용한 땜납 접합 과정을 설명하는 도면이다.
도 3C는 본 발명의 1 실시형태의 땜납 접합용 페이스트를 이용한 땜납 접합 과정을 설명하는 도면이다.
도 4A는 본 발명의 1 실시형태의 땜납 접합용 페이스트에 혼입되는 금속 분말의 단면도이다.
도 4B는 본 발명의 1 실시형태의 땜납 접합용 페이스트에 혼입되는 금속 분말의 단면도이다.
도 4C는 본 발명의 1 실시형태의 땜납 접합용 페이스트에 혼입되는 금속 분말의 단면도이다.
도 5A는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장에 있어서의 땜납 접합용 페이스트의 공급 방법을 설명하는 도면이다.
도 5B는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장에 있어서의 땜납 접합용 페이스트의 공급 방법을 설명하는 도면이다.
도 5C는 본 발명의 1 실시형태의 전자 부품 실장에 있어서의 땜납 접합용 페이스트의 공급 방법을 설명하는 도면이다.
부호의 설명
1: 기판
2: 회로 전극
3: 플럭스
4: 전자 부품
4B: 외부 접속용 전극
6, 6Z: 범프
8: 금속 분말
8A: 코어 금속
8B: 표면 금속
다음으로, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 도면은 모식도이고, 각 위치를 치수적으로 정확하게 나타내는 것은 아니다.
(실시형태)
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 땜납 접합용 페이스트를 이용한 땜납 접합에 의한 전자 부품 실장에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 상면에 회로 전극(2)(제 2 전극)이 형성된 기판(1)에 전자 부품(4)을 땜납 접합에 의해 실장한다. 도 1A에 나타낸 바와 같이, 전자 부품(4)은 상면에 부품 실장부(5)가 설치된 수지 기판(4A)의 하면에 외부 접속용 전극(4B)(제 1 전극)을 설치하고, 추가로 외부 접속용 전극(4B)에 땜납부로서의 범프(6)를 형성한 구성으로 되어 있다. 범프(6)는 미세 입상의 땜납 볼을 외부 접속용 전극(4B)에 땜납 접합하여 형성된다. 또한, 땜납이란, 저융점의 금속(예컨대, 주석) 또는 복수 종류의 금속 합금(예컨대, 은·주석 합금)을 말한다. 본 실시형태에서는, 이들 금속이나 합금 중에 납을 거의 포함하지 않는 무연 땜납을 땜납 재료로서 이용한다.
부품 실장부(5)는 수지 기판(4A)의 상면에 실장된 반도체 소자(도시하지 않음)를 수지 밀봉하여 형성된다. 이 수지 밀봉 공정에서는 용융 상태의 고온 수지를 몰드 캐비티에 주입하고, 수지를 열경화시켜 수지 몰드를 형성한 후, 수지 몰드를 몰드 캐비티로부터 떼어 대기 중에서 냉각한다. 이 냉각 과정에서는, 기판(2)과 수지 몰드의 열팽창 계수의 차이에 의해 수지 기판(4A)의 상면측의 부품 실장부(5)가 수지 기판(4A)보다도 크게 수축한다. 그 결과, 전자 부품(4) 전체는 수지 기판(4A)의 단부가 부품 실장부(5)측으로 휨을 발생시키는 형태로 변형된다.
이 때문에, 전자 부품(4)의 하면측에 형성된 복수의 범프(6) 중 외연부에 위치하는 범프(6Z)의 하단부는 내측에 위치하는 범프(6)의 하단부보다도 휨 변형에 의해 변위 D만큼 위쪽에 위치하고 있다. 따라서, 각 범프(6)의 하단부의 높이는 동일 평면상은 아니고, 후술한 바와 같이 전자 부품(4)을 기판에 탑재한 상태에서, 범프(6Z)와 회로 전극 사이에는 간극이 생기는 경향이 있다. 범프(6)에는, 이하에 설명하는 땜납 접합용 페이스트인 플럭스(3)가 전사에 의해 도포된다. 즉, 전자 부품(4)을 플럭스(3)의 도막이 형성된 전사 테이블(7) 상에 대하여 승강시킴으로써, 도 1B에 나타낸 바와 같이 범프(6)의 하단부에는 플럭스(3)가 전사 도포된다. 플럭스(3)는 전자 부품(4)을 이하에 설명하는 기판(1)에 실장하기 위한 땜납 접합에 있어서, 땜납 접합성을 향상시키기 위해 범프(6)와 회로 전극(2) 사이에 개재시켜 사용된다.
여기서, 플럭스(3)의 조성에 대하여 설명한다. 플럭스(3)는 로진 등의 수지 성분을 용제에 용해시킨 점도가 높은 액상의 기제에, 첨가 성분으로서 활성제와 금속 분말(8)을 혼합한 것이다. 활성제는 범프(6)의 표면에 생성된 땜납의 산화막을 제거할 목적으로 첨가되는 것이고, 이러한 산화막 제거 능력을 갖는 유기산 등이 사용된다. 또한, 여기서는 활성제로서, 땜납 접합 후의 세정을 필요로 하지 않는 저활성인 것(N(2-하이드록시에틸)이미노다이아세트산, m-하이드록시벤조산, L-페닐알라닌, 메사콘산 등)이 사용된다.
금속 분말(8)로서는, 도 4A에 나타낸 바와 같이, 중핵체로 되는 코어 금속(8A) 및 코어 금속(8A)의 표면을 덮는 표면 금속(8B)을 갖는 구성의 것이 사용된다. 이 구성에 있어서는, 코어 금속(8A)으로서 사용되는 금속 종을 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb) 및 인듐(In)으로부터 선택하고, 이 금속 종에 의해 박편상의 금속 박을 형성한다. 그리고, 이 금속 박의 표면에 표면 금속(8B)의 피막을 전기 도금 등의 방법으로 형성한다.
여기서, 표면 금속(8B)의 금속 종으로서는, 범프(6)에 사용되는 땜납의 융점보다도 높은 융점을 갖고, 게다가 대기 중에서 금속 분말(8)의 표면에 산화막을 생성시키지 않는 것으로서, 더욱이 범프(6)를 형성하는 땜납에 대한 젖음성이 우수하며, 범프(6)가 용융된 유동 상태의 땜납이 표면을 따라 젖고 확산되기 쉬운 재료가 선정된다. 예컨대, 순도 90% 이상의 금(Au), 은(Ag) 등의 귀금속이 바람직하다. 그리고, 플럭스(3)에의 첨가량은 금속 분말(8)을 1 내지 20부피% 범위의 비율로 기제 중에 혼합함으로써 행한다.
여기서, 코어 금속(8A)과 표면 금속(8B)에 사용되는 금속 종의 조합은 표면 금속(8B)으로부터 내부의 코어 금속(8A)으로의 확산(도 4B 참조)이 리플로우 과정에서의 가열에 의해 용이하게 발생되고, 리플로우 종료시에 있어서 표면 금속(8B)의 코어 금속(8A) 중으로의 확산이 완료되어 거의 코어 금속(8A) 중에 취입되는 바와 같은 확산 특성이 실현되는 조합이 바람직하다. 즉, 이 구성에 있어서는, 표면 금속(8B)은 땜납에 대한 젖음성이 우수한 금속으로 형성되고, 코어 금속(8A)은 리플로우에 의한 가열에 의해 표면 금속(8B)을 고용시켜 내부로 취입하는 것이 가능한 금속으로 형성되어 있다. 땜납 페이스트(3)에 혼입되는 금속 분말로서 이러한 구성을 채택함으로써, 무세정 방식에 의한 땜납 접합에 있어서 후술하는 바와 같은 우수한 효과가 얻어진다. 금속 분말로서는, 코어 금속(8A)이 주석 또는 주석을 주성분으로 하는 합금(Sn-Ag계, Sn-Ag-Cu계, Sn-Pb계, Sn-Pb-Ag계, Sn-Cu계, n-Bi계, Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Bi-In계, Sn-Sb계, Sn-In계, Sn-Zn계, Sn-Zn-Bi계, Sn-Zn-A1계 등)이고 표면 금속(8B)을 은으로 하는 조합이 가장 바람직하다.
이어서, 도 1C에 나타낸 바와 같이, 플럭스 전사 도포 후의 전자 부품(4)은 기판(1)에 실장된다. 전자 부품(4)의 기판(1)에의 실장은, 가열에 의해 범프(6)를 용융시켜 회로 전극(2)의 상면에 땜납 접합함으로써 행해진다. 이에 의해, 각각의 외부 접속용 전극(4B)이 대응하는 회로 전극(2)에 전기적으로 접속됨과 동시에, 전자 부품(4)은 용융 땜납이 고화하여 형성된 땜납 접합부에 의해 기판(1)에 고착된다.
이 실장 과정에 있어서는, 전자 부품(4)을 기판(1) 상에 위치시키고 범프(6)를 회로 전극(2)에 위치시켜 기판(1)에 대하여 하강시킨다. 그리고, 플럭스(3)가 도포된 범프(6)를 회로 전극(2)에 착지시켜 소정의 가압 하중에 의해 가압한다. 이에 의해, 범프(6) 중 하단부가 평균적인 높이 위치에 있는 범프(6)는 범프 높이에 다소의 차이가 있더라도 높은 쪽의 범프(6)가 가압력에 의해 높이 방향으로 어느 정도 변형됨으로써, 하단부가 회로 전극(2)의 상면에 접촉한다. 이에 대해, 외연부에 위치하는 범프(6Z)는 다른 범프(6)가 어느 정도 변형되고 전자 부품(4) 전체가 그 만큼 하강하더라도, 하단부가 회로 전극(2)의 표면에 접촉하지 않고 범프 하면과 회로 전극(2) 사이에 간극이 생긴 상태가 된다.
다음으로, 범프(6)를 용융시켜 회로 전극(2)에 땜납 접합하는 땜납 접합 과정에 대하여 설명한다. 도 1C에 나타내는 부품 탑재 후의 기판(1)은 리플로우 노(reflow furnace)로 이송되어 가열된다. 이 때, 도 2A에 나타낸 바와 같이, 하단부의 높이가 평균적인 위치에 있는 중앙부 부근의 범프(6)에 있어서는 하단부가 회로 전극(2)에 접촉한 상태로, 또한 외연부에 위치하는 범프(6Z)에 있어서는 하단부와 회로 전극(2) 사이에 플럭스(3)가 개재한 상태로 가열이 행해진다.
그리고, 이 가열에 의해, 범프(6 및 6Z)도 회로 전극(2)에 땜납 접합되지만, 이 때의 땜납의 거동은 범프 하단부가 회로 전극(2)에 접촉되어 있는지 여부에 따라 다르게 된다. 즉, 도 2B에 나타낸 바와 같이, 하단부가 회로 전극(2)에 접촉하고 있는 범프(6)에서는, 범프(6)가 가열에 의해 용융되면, 용융 상태의 땜납(6A)은 즉시 땜납 젖음성이 우수한 재질의 회로 전극(2)의 표면을 따라 양호하게 젖고 확산되어, 땜납(6A)에 의해 외부 접속용 전극(4B)은 회로 전극(2)과 연결된다. 이 때, 플럭스(3) 중에 포함되는 활성제에 의해 범프(6) 표면의 산화막이 제거된다.
이에 대하여, 범프(6Z)에 있어서는, 회로 전극(2)과의 사이에 간극이 있기 때문에, 외부 접속용 전극(4B)과 회로 전극(2)의 땜납(6A)에 의한 연결은 도 3A 내지 3C에 나타내는 바와 같은 과정을 거쳐 실시된다.
도 3A는 리플로우 과정에 있어서의 가열 개시시의 상태를 나타내고 있다. 여기서, 범프(6Z)의 하단부와 회로 전극(2)의 표면(2A) 사이에 개재하는 플럭스(3) 중의 금속 분말(8)은 금속 플레이크상의 것을 포함하고 있다. 그 결과, 랜덤한 자세로 다수 존재하는 금속 분말(8)에 의해 범프(6Z)의 하단부와 회로 전극(2)의 표면(2A)을 맺는 금속 분말(8)의 브릿지가 높은 확률로 형성된다(도 3A 중의 화살표 A로 나타내는 부분 참조).
여기서, 브릿지란, 금속 분말(8)이 서로 근접한 상태로 연속적으로 쇄 관계가 되어 존재하는 상태를 말한다. 그리고, 근접한 상태란, 하나의 금속 분말(8)의 표면을 적셔 덮고 있는 유동 상태의 땜납이 표면 장력에 의해 특정 두께를 형성할 때에, 그 땜납 두께의 표면이 인접하는 다른 금속 분말(8)에 접촉하는 간격으로 복수의 금속 분말(8)이 존재하는 상태를 말한다.
즉, 다수의 금속 분말(8)이 이러한 근접 상태로 연속하여 존재함으로써 쇄 관계의 한쪽 측의 금속 분말(8)에 접촉한 땜납은, 땜납 젖음성이 우수한 금속을 포함하는 금속 분말(8)의 표면을 감싸 젖고 확산됨에 따라, 순차적으로 인접하는 금속 분말(8)에 접촉한다. 그리고, 이 젖음 및 확산에 의한 땜납의 유동이 쇄 관계의 다른 쪽 측까지 연속하여 생김으로써, 이들 쇄 관계의 금속 분말(8)은 도 3B에 나타낸 바와 같이, 범프(6Z)의 하단부와 회로 전극(2)의 표면(2A)을 맺어 땜납을 유동시키는 브릿지로서 기능한다.
이 때, 금속 분말(8)을 구성하는 표면 금속(8B)의 재질로서, 보통 사용되는 땜납의 융점보다도 융점이 높은 금 및 은 등의 귀금속을 이용하기 때문에, 땜납의 융점보다도 더욱 고온으로 가열된 경우에 있어서도, 표면 금속(8B)은 확실히 고체 상태로 존재한다. 즉, 플럭스(3) 중에 땜납 입자를 함유시킨 크림(cream) 땜납을 이용하는 땜납 접합 방법에서는, 리플로우시의 가열에 의해 크림 땜납 중의 땜납 입자도 동시에 용융되어 간극내에서 용융 땜납을 중개하는 브릿지 기능이 얻어지지 않는다. 한편, 본 실시형태의 플럭스(3)에서는 상술한 브릿지 기능을 확실히 얻을 수 있다.
그리고, 플럭스(3)에 사용되는 금속 분말(8)은 비싼 금 및 은 등의 귀금속을 저렴한 코어 금속(8A)의 표면을 덮는 표면 금속(8B)으로서 이용하도록 구성되어 있기 때문에, 종래의 금속 분말 함유 플럭스에 있어서 비싼 귀금속을 그대로 분체로 이용하는 방법과 비교하여 대폭적인 비용 저감이 가능해지고 있다. 한편, 코어 금속(8A)으로서 선택가능한 금속 종과 은의 합금으로 이루어지는 땜납(예컨대, Sn-Ag계 땜납)이 이미 존재하지만, 이러한 땜납과 본 실시형태에 있어서의 금속 분말(8)과는 금속 분말(8)에 의해서 얻어지는 작용 효과의 면에서 명확히 구별할 수 있다.
여기서, 금속 분말(8)의 형상으로서, 전술한 금속을 금속 플레이크상으로 가공한 것을 이용함으로써, 금속 플레이크상의 길이 방향을 간극의 가교 방향으로 향한 자세로 존재하는 금속 분말(8)에 의해 브릿지를 형성하기 쉽게 되어 비교적 낮은 함유율로 효율적으로 브릿지를 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 브릿지를 통해 땜납(6A)이 전극 표면(2A)에 일단 도달하면, 유동 상태의 땜납(6A)은 땜납 젖음성이 양호한 전극 표면(2A)을 따라 젖고 확산된다. 이 땜납(6A)의 젖음 및 확산에 의해, 전극 표면(2A) 근방의 플럭스(3)는 외측으로 가압되고, 당초 회로 전극(2)과의 사이에 간극을 발생시켰던 범프(6Z)에 있어서도, 외부 접속용 전극(4B)은 땜납(6A)에 의해 회로 전극(2)과 전면적으로 연결된다.
이 경우에 있어서도, 플럭스(3) 중에 포함되는 활성제에 의해 접합성이 향상되지만, 전술한 브릿지 형성 효과에 의해, 범프 표면의 산화막이 부분적으로만 제거되어 있는 경우에 있어서도 양호한 땜납 접합성이 확보된다. 그 결과, 플럭스(3) 중에 포함되는 활성제에는 강한 활성 작용은 요구되지 않는다. 환언하면, 금속 분말(8)의 첨가에 의해, 활성 작용이 약한 저활성 플럭스의 사용이 가능해지고, 땜납 접합 후에 플럭스(3)가 잔류한 상태에 있어서도 회로 전극(2)이 활성 성분에 의해 부식될 확률이 낮다. 따라서, 후술하는 금속 분말(8)의 특성에 의한 절연성 향상 효과와의 상승 효과에 의해서 무세정 공법에 있어서도 충분한 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 3C는 리플로우 공정에 있어서 소정의 가열 사이클을 종료하여 냉각된 상태를 나타내고 있다. 즉, 용융된 땜납(6A)이 냉각됨으로써 범프(6)가 고화되고, 이에 따라 외부 접속용 전극(4B)과 회로 전극(2)을 땜납 접합에 의해 연결하는 땜납 접합부(16)가 형성된다. 땜납 접합부(16)의 전극 표면(2A) 근방에는 납땜 과정에서 땜납 중에 취입된 금속 분말(8)이 합금 상태 또는 고용 상태로 존재하고 있다. 그리고, 전극 표면(2A) 및 회로 전극(2)의 주위에는 플럭스(3)로부터 용제 성분이 증발된 후의 잔사(수지 성분 또는 활성제)(3A)가 땜납 접합부(16) 중에 취입되지 않은 금속 분말(8)과 함께 잔류한다.
도 3C는 이렇게 하여 외부 접속용 전극(4B)과 회로 전극(2)을 연결하는 땜납 접합부(16)가 모든 외부 접속용 전극(4B)과 회로 전극(2)에 대하여 형성되고, 회로 전극(2)의 주변에 전술한 금속 분말(8)을 포함하는 잔사(3A)가 잔류 부착된 상태를 나타내고 있다. 이와 같이, 땜납 접합의 대상이 되는 외부 접속용 전극(4B)과 회로 전극(2)의 조합에 있어서, 외연부에 위치한 범프(6Z)에 관해서는 하단부와 회로 전극(2) 사이에 간극이 생긴 경우라도, 본 실시형태에 나타내는 땜납 접합용 페이스트로서의 플럭스(3) 및 땜납 접합 방법을 적용함으로써 양호한 땜납 접합성을 확보하는 것이 가능하다.
여기서, 전술한 리플로우 공정에 있어서의 금속 분말(8)의 변화에 대하여 설명한다. 각 금속 분말(8)에 있어서는, 가열이 계속됨으로써 도 4B에 나타낸 바와 같이, 표면 금속(8B)이 코어 금속(8A) 중에 확산에 의해 서서히 취입된다. 또한, 코어 금속(8A)의 금속 종 및 가열 온도에 따라서는, 표면 금속(8B)의 확산에는 액상의 코어 금속(8A)으로 확산하는 경우와 고상(固相)의 코어 금속(8A)으로 확산하는 경우가 있다. 어느 쪽의 경우도 표면 금속(8B)은 서서히 코어 금속(8A) 중에 취입된다. 그리고, 표면 금속(8B)이 완전히 취입된 코어 금속(8A)의 표면이 노출됨으로써, 도 4C에 나타낸 바와 같이, 금속 분말(8)의 표면에는 코어 금속(8A)이 가열에 의해 산화된 산화막(8C)이 형성된다. 그리고, 이 산화막(8C)은 이하에 설명한 바와 같이, 땜납 접합 후의 절연성을 향상시키는 효과를 갖는다.
무세정 공법에 있어서는, 도 3C에 나타내는 잔사(3A) 및 금속 분말(8)은 그대로 회로 전극(2) 주위에 잔류한다. 금 및 은을 그대로 땜납 페이스트에 혼입하는 금속 분말로서 이용한 경우에는, 잔류량에 따라서는 회로 전극 사이를 전기적으로 부식시켜 절연성을 저하시키는 마이그레이션이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 종래는 절연성의 확보를 감안하여 금속 분말의 배합 비율을 낮게 억제할 필요가 있었고, 이 결과 리플로우 공정에 있어서 용융 땜납을 유도하는 땜납 젖음성 향상 효과가 충분히 실현되지 않는 사태가 발생하고 있었다.
이에 대하여, 본 발명의 금속 분말(8)을 이용함으로써, 땜납 접합 공정 후에 금속 분말(8)이 회로 전극(2) 주위에 상당량 잔류한 경우에도, 금속 분말(8)의 표면은 전기적으로 안정한 산화막(8C)으로 덮여져 있기 때문에, 마이그레이션의 발생이 없고, 양호한 절연성이 확보된다. 따라서, 본 발명의 금속 분말(8)을 이용함으로써, 땜납 페이스트 중에 충분한 양의 금속 분말을 혼입함으로써 땜납 접합성을 향상시킴과 동시에, 땜납 접합 후의 절연성을 확보하여 실장 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.
환언하면, 본 발명의 금속 분말(8)을 이용함으로써, 땜납 접합성과 절연성 어느 것이라도 우수한 무세정 타입의 플럭스(3)가 실현된다. 즉, 경도가 높아 범프가 변형되기 어려운 무연 땜납에 의해 범프가 형성된 전자 부품을 대상으로 하는 경우에 있어서, 전자 부품의 변형이나 범프 크기의 격차 등에 의해 범프와 기판의 회로 전극 사이에 간극이 생기는 상태에 있어서도, 이하의 효과를 발휘한다. 즉, 범프가 회로 전극과 정상으로 납땜되지 않는 실장 불량의 발생을 유효하게 방지할 수 있음과 동시에, 무세정 공법을 채택하는 경우에 있어서도 양호한 절연성을 확보할 수 있다.
전술한 전자 부품 실장에 있어서의 땜납 접합 방법은 땜납부로서의 범프(6)가 형성된 외부 접속용 전극(4B)을 회로 전극(2)에 땜납 접합하는 땜납 접합 방법으로서, 전술한 구성의 플럭스(3)를 범프(6)와 회로 전극(2) 중의 적어도 한쪽에 도포하는 공정, 범프(6)와 회로 전극(2)을 위치시킴으로써 플럭스(3)를 범프(6)와 회로 전극(2) 사이에 개재시키는 공정, 가열에 의해 범프(6)를 용융시켜 금속 분말(8)의 표면을 따라 적셔 확산시킴으로써 용융된 땜납을 회로 전극(2)에 접촉시킴과 동시에, 금속 분말(8)의 표면 금속(8B)을 코어 금속(8A)의 내부로 확산시켜 취입하는 공정, 및 용융된 땜납을 회로 전극(2)에 접촉시킨 후에, 용융된 땜납을 고화시키는 공정을 갖는다.
또한 전술한 예에서는, 플럭스(3)를 도포하는 공정에 있어서, 범프(6)에 플럭스(3)를 전사하여 도포하는 예를 개시하고 있지만, 그 외에도 각종 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 도 5A에 나타낸 바와 같이, 디스펜서(9)에 의해 플럭스(3)를 토출시킴으로써, 회로 전극(2)으로 공급하도록 할 수도 있다. 또한, 도 5B에 나타낸 바와 같이, 전사 핀(10)에 의해 플럭스(3)를 회로 전극(2) 상에 전사에 의해 공급할 수도 있다.
더욱이, 도 5C에 나타낸 바와 같이, 스크린 인쇄에 의해 회로 전극(2) 상에 플럭스(3)를 인쇄하도록 할 수도 있다. 즉, 기판(1) 상에 회로 전극(2)에 대응한 패턴 구멍(11A)이 설치된 마스크 플레이트(11)를 취입하고, 스퀴지(12)에 의해 패턴 구멍(11A) 내에 플럭스(3)를 충전하여 회로 전극(2)의 표면에 인쇄한다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 제 1 전극이 전자 부품(4)에 형성된 외부 접속용 전극(4B)이고, 땜납부가 외부 접속용 전극(4B)에 형성된 범프(6)이고, 범프(6)를 제 2 전극인 회로 전극(2)에 땜납 접합하는 예에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지는 않는다.
예컨대, 제 1 전극이 기판에 형성된 회로 전극이고, 땜납부가 회로 전극에 형성된 땜납 프리코트인 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
더욱이, 본 실시형태에 나타내는 플럭스(3)에 땜납 입자를 혼입시켜 땜납 페이스트로서 이용하는 경우에 있어서도, 전술한 구성의 금속 분말(8)을 플럭스(3) 중에 혼입함으로써 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우에는, 리플로우 과정에서 금속 분말(8)은 땜납 페이스트 중에 분산 상태로 존재하는 땜납 입자가 용융될 때에, 용융 땜납을 응집시키기 위한 핵으로서 기능한다.
즉, 금속 분말(8)의 표면은 땜납의 젖음성이 양호하기 때문에, 금속 분말(8)에 접촉된 용융 땜납은 금속 분말(8)의 표면을 적시면서 표면 장력에 의해 금속 분말의 표면을 따라 이동하고, 이윽고 용융 땜납은 하나로 합쳐져 금속 분말(8)을 감싼다. 이 용융 땜납의 응집 효과에 의해, 무연 땜납으로서 젖음성이 불량한 땜납을 이용하는 경우에 있어서도, 양호한 땜납 접합성을 확보할 수 있다. 이 땜납 젖음성 향상 효과와 함께, 전술한 예와 같이 땜납 접합 후에는 금속 분말(8)의 표면에는 코어 금속이 산화된 전기적으로 안정한 산화막이 생성됨으로써, 땜납 접합 후의 마이그레이션의 발생을 방지하여 양호한 절연성이 확보된다.
본 발명은 접합 불량 및 절연성의 저하를 초래함이 없이 고품질의 땜납 접합부를 얻을 수 있는 땜납 접합용 페이스트를 제공한다. 그리고, 이 페이스트는 전자 부품을 무연 땜납에 의해 기판에 땜납 접합하는 땜납 접합 방법에 널리 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 땜납부가 형성된 제 1 전극을 제 2 전극에 납땜할 때 상기 땜납부와 상기 제 2 전극 사이에 개재시키는 땜납 접합용 페이스트로서,
    수지 성분으로 이루어지는 액상의 기제(基劑),
    상기 땜납부의 표면에 생성된 산화막을 제거하는 활성제, 및
    코어 금속과 상기 코어 금속의 표면을 덮는 표면 금속을 함유하는 금속 분말을 갖고,
    상기 표면 금속은 상기 땜납부를 형성하는 땜납에 대한 젖음성이 우수한 금속으로 구성되고, 상기 코어 금속은 리플로우에 의한 가열에 의해 상기 표면 금속을 고용(固溶)시켜 내부로 취입하는 것이 가능한 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 땜납 접합용 페이스트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 금속은 주석, 아연, 납 및 인듐으로부터 선택되고, 상기 표면 금속은 금과 은 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 접합용 페이스트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코어 금속은 주석 또는 주석을 주성분으로 하는 합금이고, 상기 표면 금속은 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 접합용 페이스트.
  4. 땜납부가 형성된 제 1 전극을 제 2 전극에 땜납 접합하는 땜납 접합 방법으로서,
    수지 성분으로 이루어지는 액상의 기제, 상기 땜납부의 표면에 생성된 산화막을 제거하는 활성제, 및 코어 금속과 상기 코어 금속의 표면을 덮는 표면 금속을 함유하는 금속 분말을 갖는 땜납 접합용 페이스트를 상기 땜납부와 상기 제 2 전극 중의 적어도 한쪽에 도포하는 공정,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극을 위치시킴으로써 상기 땜납 접합용 페이스트를 상기 땜납부와 상기 제 2 전극 사이에 개재시키는 공정,
    가열에 의해 상기 땜납을 용융시켜 상기 금속 분말의 표면을 따라 적시고 확산시킴으로써 용융된 땜납을 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 접촉시킴과 동시에, 상기 표면 금속을 상기 코어 금속의 내부로 확산시켜 취입하는 공정, 및
    용융된 땜납을 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 접촉시킨 후에, 상기 용융된 땜납을 고화시키는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 땜납 접합 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코어 금속은 주석, 아연, 납 및 인듐으로부터 선택되고, 상기 표면 금속은 금과 은 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 접합 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코어 금속은 주석 또는 주석을 주성분으로 하는 합금이고, 상기 표면 금속은 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 접합 방법.
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