KR100952271B1 - 납땜 방법 - Google Patents

Abstract

납땜 랜드 및 도금된 관통 구멍을 포함하는 인쇄 회로 기판 상으로 전자 소자의 표면 상에 형성된 팔라듐 또는 팔라듐 합금층과 납땜 리드 단자를 포함하는 전자 소자를 납땜하기 위한 납땜 방법에서, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납층이 HAL 처리에 의해 랜드 관통 구멍의 표면 상에 형성된다. 리드 단자는 관통 구멍에 삽입되어 장착된다. 인쇄 회로 기판은 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납의 분류 유동과 접촉함으로써 랜드 및 관통 구멍에 땜납을 공급한다.

납땜 랜드, 관통 구멍, 인쇄 회로 기판, 팔라듐 합금층, 납땜 리드 단자, HAL 처리

Description

납땜 방법{SOLDERING METHOD}

본 발명은 무연 금속으로 도금된 납땜된 리드 단자의 전자 소자를 납땜하는 방법과, 납땜 이음 부재에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 대향하는 양 면에 납땜될 부분을 포함하는 인쇄 회로 기판을 납땜하는 방법으로서, 하나의 표면을 리플로우(reflow) 납땜하는 단계와 이어서 다른 표면을 플로우(flow) 납땜하는 단계를 포함하는 납땜 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 플로우 납땜시 리플로우 납땜된 부분에서 필렛 박피(회로 분리)가 발생되는 것이 방지되는 상술한 과정의 납땜 작업을 수행하기 위한 납땜 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 심지어 저온에서도 도금된 관통 구멍에서 땜납 습윤/확산과 땜납 습윤/상승이 뛰어난 주석-아연 땜납(주로 주석과 아연을 함유한 땜납)에 의한 플로우 납땜 방법에 관한 것이다.

(제1 관련 기술)

납-함유 땜납에 의한 도금에 대한 대용물로서, 팔라듐이나 팔라듐 합금층이 반도체 소자의 리드 프레임 표면 상에 형성된다. 그러나, 팔라듐은 종래 사용된 주석-납 땜납이나, 주석-은-구리 계열의 땜납 및 주석-구리 계열의 땜납과 같은 무연 땜납의 잠재적 후보들에 대해 습윤성이 나쁘다는 문제가 있다. 또한, 땜납이 인쇄 회로 기판의 구리 랜드(land)로부터 뜨는 리프트-오프(lift-off) 문제도 있다. 이하에서는 이와 같은 관련 기술과 문제들에 대해 상세히 설명하기로 한다.

상술한 바와 같이, 무연 전자 소자를 위한 기술로서, 도금에 의해 반도체 소자의 리드 프레임의 표면 상에 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 형성하는 방법이 수행되어 왔다. 이는 팔라듐이 다이 접합중에 왁스 재료(은 왁스)나 금의 접합 와이어에 대해 습윤성이 뛰어나기 때문이다.

때로는 단지 팔라듐이나 팔라듐 합금층의 리드 프레임에 녹이 발생된다는 점도 주의해야 한다. 따라서, 하부층으로서 일반적으로 니켈층이 형성된다.

도 1은 반도체 소자의 리드 프레임(납땜 리드)의 단면을 도시한 도면이다. 쉽게 관찰하기 위해 조금 두터운 도금층을 도시하였다.

즉, 납땜 리드(30)에서, 예컨대 철-니켈 합금(31)과 같은 리드 프레임 재료의 표면이 일단 니켈층(32)을 포함하는 하부층으로 피복되고 팔라듐층(33)(또는 팔라듐 합금층)으로 된 상부층으로 추가 피복된다.

인쇄 회로 기판 상에 반도체 소자와 같은 전자 소자를 장착하고 플로우 납땜 방법에 의해 전자 소자를 실제로 납땜하기 위해, 방법은 인쇄 회로 기판의 관통 구멍에 납땜 리드 단자를 삽입하는 단계와, 전자 소자를 납땜하기 위해 용융 땜납의 분류 유동에 관통 구멍 둘레에 형성된 납땜 랜드 및 납땜 리드 단자를 접촉시키는 단계를 포함한다. 이런 환경에서, 관통 구멍은 신뢰도가 높은 납땜/장착을 수행하 기 위해 도금된 관통 구멍을 형성하도록 구리로 도금된다.

도 2는 반도체 소자의 납땜 리드 단자가 인쇄 회로 기판의 도금된 관통 구멍으로 삽입되는 것을 도시한 관통 구멍의 종단면도이다.

특히, 납땜 랜드(41)가 인쇄 회로 기판(40)의 상부면 및 하부면 상에 배치되며, 이들 납땜 랜드(41)는 도금된 관통 구멍(42)을 거쳐 서로 연결된다. 반도체 장치의 납땜 리드 단자(43)는 관통 구멍(42)으로 삽입되며, 납땜될 부분(44)은 랜드(41)와 도금된 관통 구멍(42)과 납땜 리드 단자(43) 사이에 구성된다.

이런 조건에서, 용융 땜납의 분류 유동이 플로우 납땜을 수행하기 위해 도 2의 아래로부터 인쇄 회로 기판(40)의 하부면, 즉 기판의 하부면의 납땜될 부분(44)과 접촉하게 된다.

납땜/장착 중에는, 만족스러운 습윤성이 얻어지도록 납땜될 부분(44)에 충분한 용융 상태의 땜납을 공급하는 것이 필요하다. 즉, 이런 조건은 납땜될 부분(44)에 대한 만족스러운 전기 접속과 충분한 기계적 강도/연결을 만족시키기 위해 필요하다. 또한, 도금된 관통 구멍(42)을 포함하는 인쇄 회로 기판(40)은 관통 구멍(42) 내의 땜납으로 충분히 충전되어야 하고 상승 습윤되어야 한다.

관련 기술에서, 전자 소자는 인쇄 회로 기판 상으로 납땜되며, 액체 플럭스는 일반적으로 땜납 성질을 확보하기 위해 인가된다. 액체 플럭스는 침지, 브러싱, 분무 및 발포와 같은 방법에 의해 인가된다. 전자 산업에 사용하기 위한 포스트 플럭스(post flux)는 일반적으로 기지 수지로서 로진(rosin)을 혼합하고 용융시킴으로써 얻어진 주 성분과, 이소프로필(isopropyl) 알콜과 같은 저가 알콜계 유기 용매에서의 활성제로서 아민의 하이드로할리드(hydrohalide)로 구성된다.

그러나, 리드 프레임의 온도가 반도체 소자의 제조중에 다이 접합이나 와이어 접합 단계에서 상승하기 때문에, 접합성이 뛰어난 팔라듐이나 팔라듐 합금이라도 인쇄 회로 기판 상으로 납땜/장착하는 동안 리드 프레임의 땜납 습윤성이 악화된다는 문제가 있다. 즉, 반도체 소자의 납땜 리드 단자의 땜납 습윤성이 악화된다.

도 3은 습윤성이 악화된 납땜 리드 단자의 납땜 상태를 도시한 관통 구멍의 종단면도이다.

특히, 납땜 리드 단자(53)의 습윤성의 악화되면 도금된 관통 구멍(52) 내로 땜납이 상승 습윤(wet-up)되지 않게 되며, 인쇄 회로 기판(50)의 상부면 상에 배치된 납땜 랜드(51)는 충분히 상승 습윤되지 않는다. 이와 같은 땜납(54)의 상승 습윤 결함은 종래의 주석-납 땜납이나 주석-은-구리 계열의 땜납 및 주석-구리 계열의 땜납과 같은 무연 땜납의 잠재적 후보들에서도 마찬가지로 발생된다.

한편, 무연 땜납용 기술로서, 주석-은-구리 계열의 땜납은 잠재적 후보이다. 이 땜납은 다양한 종류의 도금을 받는 전자 소자의 납땜 리드 단자를 마련하는 데 사용되고, 이 단자는 납을 함유하지 않은 인쇄 회로 기판 표면 처리를 위한 잠재적 후보로서의 사전플럭스로 도금된 인쇄 회로 기판에 삽입된다. 주석-은-구리 계열의 땜납이 소자를 납땜하는 데 사용될 때, 리프트-오프로 지칭되는 단점이 발생된다고 알려져 있다. 즉, 땜납은 인쇄 회로 기판의 구리 랜드로부터 뜬다. 도 4a 및 도 4b는 무연 땜납에서 발생된 리드-오프에 대한 조감도이다.

상술한 바와 같이, 용융 상태의 땜납은 도금된 관통 구멍 내에 충분히 충전 또는 상승 습윤되지 않거나, 리프트-오프가 발생된다. 그러면, 인쇄 회로 기판이 전자 장치에 장착되어 사용될 때, 인가된 응력(예컨대, 온도 변화, 진동, 가속, 인쇄 회로 기판의 휘어짐에 의한 변형 등)이나 시간에 따른 변화 때문에, 납땜 랜드, 즉 인쇄 회로 기판의 하부면 및 상부면 상에 배치된 인쇄 배선은 서로 분리된다. 다르게는, 땜납 접합이 떨어져서 분리가 일어나기 쉽다는 문제가 있다. 즉, 인쇄 회로 기판이 장착되는 전자 장치의 신뢰도가 크게 약화된다.

(제2 관련 기술)

도 5는 인쇄 회로 기판(60)의 일 표면이 리플로우 납땜되고 다른 표면이 관련 기술 방법에 의해 플로우 납땜되는 납땜 과정의 예에 대한 설명도이다. 본 관련 기술의 예는 도금된 관통 구멍(61)을 포함하는 인쇄 회로 기판(60)의 일 예를 도시하며 원 내의 숫자 1 내지 9는 단계 번호를 나타낸다.

특히, 제1 단계(1)에서, 플로우 납땜될 전자 소자(12)(예컨대, 칩 소자와 같은 SMD)를 접합하기 위한 접착제(63)가 도포되며, 이어서 단계(2)에서, 대응하는 전자 소자가 장착된다. 그 후, 단계(3)에서, 단계(1)에서 도포된 접착제(63)는 경화되며, 전자 소자(12)는 랜드(64)(회로 패턴) 상으로 고정된다.

다음으로, 단계(4)에서, 인쇄 회로 기판(60)이 뒤집어지고, 리플로우-납땜될 전자 소자(62, 66)의 납땜 단자가 놓일 랜드(64) 상으로 크림 땜납과 같은 땜납(65)이 미리 공급된다. 다음으로, 단계(5)에서, 칩 소자 및 QFP IC와 같은 전자 소자(62, 66)가 장착된다.

그 후, 단계(6)에서, 리플로우 납땜이 리플로우 납땜 장치에 의해 수행된다. 특히, 단계(4)에서 공급된 땜납(65)은 가열 용융되며, 납땜 단자(67)와 랜드(64) 사이의 칩 소자 및 QPF IC와 같은 전자 소자의 납땜될 부분들이 납땜된다.

리플로우 납땜이 완료된 후, 단계(7)에서, 예컨대 커넥터와 같은 삽입식 전자 소자(68)(이하, 삽입 소자)의 리드 단자(69)가 인쇄 회로 기판의 리플로우 납땜된 표면측 상의 관통 구멍(61)으로 삽입된다. 단계(8)에서, 플로우 납땜이 플로우 납땜 장치에 의해 수행된다.

특히, 랜드(64)와 단계(3)에서 랜드(64)에 고정된 전자 소자 사이에 형성된 납땜될 부분과, 도금된 관통 구멍(61)을 포함하는 랜드(69)와 단계(7)에서 관통 구멍(61)에 삽입된 삽입 소자(68)의 리드 단자(69) 사이에 형성된 납땜될 부분은 용융 상태의 땜납의 분류 유동과 접촉하게 된다. 땜납은 납땜될 이들 부분들로 공급되며, 플로우 납땜이 수행된다.

여기에서, 전자 소자(12)나 삽입 소자(68)를 인쇄 회로 기판(60) 상으로 플로우 납땜할 때 납땜 성질을 확보하기 위해 액체 플럭스를 인가하는 것이 일반적이다. 이런 액체 플럭스는 침지, 브러싱, 분무 및 발포와 같은 방법에 의해 인가된다. 전자 산업에 사용하기 위한 포스트 플럭스는 일반적으로 기지 수지로서 로진을 혼합하고 용융시킴으로써 얻어진 주 성분과, 이소프로필 알콜과 같은 저가 알콜계 유기 용매에서의 활성제로서 아민의 하이드로할리드로 구성된다.

상술한 과정에 의해, 인쇄 회로 기판(60)은 도 5의 단계(9)에서와 같이 냉각되며, 기판의 대향하는 양 면에 납땜될 부분을 납땜하는 것이 완료되며, 땜납의 필 렛(600)이 SMD(전자 소자, 12) 및 삽입 소자(68)의 납땜될 부분 상에 형성된다.

이 경우, 인쇄 회로 기판(60)의 일 표면 상에 배치된 랜드(64)가 관통 구멍(61)을 거쳐 다른 표면 상에 배치된 랜드(64)에 연결되는 경우, 플로우 납땜 단계(8)에서, 땜납(65)은 도금된 관통 구멍(61)의 내측을 상승 습윤하고 대향하는 랜드(64)들 위에서 습윤-확산되야만 한다. 또한, 삽입 소자(68)의 리드 단자(69)가 도 9에 도시된 바와 같이 도금된 관통 구멍(61)에 삽입되는 경우, 땜납은 필렛(600)을 형성하기 위해 대향하는 랜드(64)들 위에서 습윤-확산되어야 한다.

이로 인해 도금된 관통 구멍(61)은 균열되지 않으며, 전자 장치 상에 인쇄 회로 기판(60)을 장착할 때 열 응력, 가속 및 진동과 같은 응력에 의한 회로 분리가 발생되지 않는다. 따라서, 인쇄 회로 기판(60)에 의한 전자 장치 작동의 신뢰도가 손상되는 것이 방지된다.

또한, 가장 중요한 점은 단계(6)에서 리플로우 납땜된 부분의 땜납이 플로우 납땜 단계(8)에서 재용융되는 것을 방지한다는 점이다. 즉, 리플로우 납땜된 부분의 온도는 플로우 납땜시 인쇄 회로 기판(60)과 접촉하게 된 납땜의 분류 유동에 의해 전도된 열에 의해 상승한다.

리플로우 납땜된 부분의 땜납이 플로우 납땜중에 재용융될 때, 리플로우 납땜된 전자 소자(62)의 위치는 플로우 납땜중에 이동하며 납땜 결함이 발생된다. 마지막에는, 전자 소자(62)은 납땜될 부분을 구성하는 랜드(64)로부터 분리되어 이동되며, 회로 기능 결함이 야기된다. 재용융이 단순히 발생할 때에도, 땜납 습윤 결함이 발생하고 납땜 강도가 떨어진다.

문제를 해결하기 위해, 다양한 납땜 방법이 제안되어 왔다.

예컨대, 일 예가 일본 특허 공개(JP-A) 제2001-358456호(이하, 특허 문서 1로도 지칭)에 개시된다. 즉, 본 관련 기술의 예에서, 주석-은-비스무스(bismuth) 계열의 무연 땜납과 주석-아연-비스무스 계열의 무연 땜납이 사용된다. 본 기술에서, "각 땜납의 용융 범위는 변할 수 있으며, 이로써 플로우 납땜시 제2 표면 플로우 또는 제1 표면 리플로우에 의해 연결된 소자의 분리 또는 연결 강도 하락은 억제된다"(특허 문서 1의 관련 기술 예의 문단[0009] 참조).

관련 기술의 예에 개시된 기술에서, 비스무스는 주로 융점 조절제로서 사용되며, 땜납에서의 비스무스 함량은 땜납의 용융 범위를 조절하도록 제어된다. 그러나, 땜납이 비스무스를 함유할 때, 납땜될 부분의 땜납은 쉽게 취화된다. 땜납 강도가 납땜될 부분에 주어진 주기적 응력에 대한 급속하고 쉽게 강하한다는 문제가 있다. 즉, 강인성이 없다.

또한, 관련 기술의 예에서는, "소자가 성분 종류에 의존하는 땜납과 함께 기판 상의 전극으로부터 박피되는 현상"이 설명된다.(관련 기술예 문단[0005] 참조) 그러나, 현상을 발생시키는 기구는 명백하지 않다. 따라서, 이 문제는 이론적으로 적절한 기술에 의해 해결되지 않았다. 즉, 비스무스가 무연 땜납에 포함되며, 이로써 융점이 떨어지게 되고, 플로우 납땜중에 온도 상승의 영향은 기술에서 가능하다면 최소화된다.

본 출원인은 "소자가 땜납과 함께 기판 상의 전극으로부터 박피되는 현상", 즉 랜드로부터의 필렛 박피는 주석-은-x(다른 원소) 계열의 무연 땜납을 사용하는 납땜중에 주석-납 땜납으로 피복된 또는, 예컨대 도금된 납땜 단자를 포함하는 전자 소자에 대해서만 발생한다고 주목하였으며, 전자 현미경을 사용해서 박피된 부분을 관찰하였다. 결국, 납의 격리가 박피된 부분에서 관찰되었다. 특히, 주석-은-납의 미세한 3원 공융 합금 조성이 랜드 및 필렛의 계면에 형성되고 융점은 178 ℃로 낮음이 밝혀졌다(논문명: 제15차 전자 소자 장착 학술 강연 일반 회의 수집 논문에서, 카즈히코 타나베(Kazuhiko Tanabe), 유 사이토(Yu Saito)의 "무연 땜납의 SMT 필렛 박피에 관련한 실험적 고찰" 참조).

도 6a 및 도 6b는 필렛 박피를 보여주는 납땜될 부분의 단부면에 대한 개략도로서, 도 6a는 정상 납땜 상태의 설명도이고, 도 6b는 박피된 필렛(600)의 상태에 대한 설명도이다. 도면에서, 박피된 부분(70)이 용이한 관찰을 위해 확대되어 도시되었다. 따라서, 필렛 박피는 랜드(64)와 땜납의 계면으로부터 박피된 방식으로 발생된다.

상술한 관련 기술 예에서, "Sn-Ag-Bi 및 Sn-Zn-Bi 계열의 땜납과 같은 3 원소 계열의 땜납이 Sn-Pb 계열의 땜납을 대체하는 무연 땜납 합금의 잠재적 후보로서 상세한 방식으로 주목되고 있다"는 것을 주의해야 한다. "Sn-9 중량% Zn(융점 199 ℃)은 사실상 적절한 융점을 갖지만, 땜납 표면은 대기에서의 납땜시 크게 산화되며, 땜납은 용이하게 사용되지 않는다."(제1 관련 기술 예의 문단 [0003] 참조) 이는 본 발명의 범위의 경계점에서 무시된다.

특히, 관련 기술 예의 출원시, 주석-9 아연 땜납(주석-9 중량% 아연 땜납: 이하 원소의 앞에 사용된 숫자는 이하 중량%를 나타내기로 함)을 사용하는 인쇄 회 로 기판의 플로우 납땜 기술은 달성되지 않았었다. 이후, 주석-9 아연 땜납을 사용하는 인쇄 회로 기판의 플로우 납땜 기술은 특허 문서 2로서 일본 특허 공개(JP-A) 제2001-293559호에 의해 공개되었고, 기술적 달성이 공지되어 있다.

(제3 관련 기술)

자연 환경에 대한 납 독성의 확산과 인체에 대한 납의 영향이 문제를 일으켜 왔으며, 전자 장치와 인쇄 회로 기판에 대한 납땜은 납을 사용하지 않은 무연 땜납에 의해 수행되었다. 그러나, 대부분의 현재 사용된 무연 땜납은 그 융점이 약 220 ℃로 높은 무연 땜납이다. 최적 납땜 온도는 종래에 사용되어온 주석-납 땜납의 납땜 온도(약 240 ℃ 내지 250 ℃)보다 약 10 ℃ 내지 15 ℃만큼 높으며 약 250 ℃ 내지 255 ℃의 범위에 있다.

전자 소자가 장착되는 인쇄 회로 기판, 즉 납땜될 작업물을 플로우-납땜하기 위해, 인쇄 회로 기판과 전자 소자 상에는 열 응력이 가해진다. 특히, 납땜될 부분, 즉 인쇄 회로 기판의 납땜될 표면을 용융 상태의 땜납과 접촉시키고 이 부분을 납땜하는 것이 필요하다.

또한, 현재 사용되는 고융점 무연 땜납의 열 응력은 종래보다 크게 되며, 따라서 전자 장치의 수명이 종래보다 짧아진다는 문제가 있다. 대응 방안으로서, 전자 소자의 열 저항을 개선하기 위한 개발과 저온 땜납을 사용한 플로우 납땜을 실현시키기 위한 개발이 수행되었다.

열 응력은 전자 소자의 수명에 큰 영향을 미친다. 특히, 플로우 납땜이 저온 땜납을 사용해서 수행될 때, 수명이 긴 전자 장치가 실현될 수 있다. 또한, 종 래의 주석-납 땜납의 납땜 온도보다 낮은 최적의 납땜 온도를 갖는 땜납이 사용되면, 수명이 긴 전자 장치가 실현될 수 있다.

상술한 바와 같이, 플로우 납땜중 땜납의 온도는 전자 장치로부터는 외관상으로는 판단되지 않는 신뢰도차로서 나타난다. 따라서, 사용자에게 높은 신뢰도의 전자 소자를 공급하는 중요한 지수로서, 최적 납땜 온도가 낮은 땜납을 사용하는 플로우 납땜 기술이 주목되어 왔다.

주석-아연 땜납의 융점(예컨대, 주석-9 아연 땜납의 융점)은 약 199 ℃이고 다른 무염 땜납(예컨대, 약 220 ℃)의 융점과 비교할 때 낮다. 인쇄 회로 기판이나 전자 소자 상으로 가해지는 열 응력을 플로우 납땜중에 낮출 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 습윤성과 같은 납땜 성질은 양호하지 않기 때문에 주석-아연 땜납을 사용해서 인쇄 회로 기판을 플로우-납땜하는 것은 불가능하다고 여겨진다.

이미 일본 특허 출원 제2002-4185호에서, 본 발명자들은, 기판의 표면 상에 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납층을 형성하기 위해 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드 또는 도금된 관통 구멍을 주석-아연 땜납에 의한 고온 에어 레블러(HAL)와 같은 레블러 처리하는 것을 포함하는 기술에 대한 특허를 출원하였다. 이로써, 팔라듐 또는 팔라듐 합금층이 전자 소자의 납땜 리드 단자의 표면 상에 형성되는 전자 소자는 뛰어난 습윤성을 갖고 납땜될 수 있으며, 납땜될 부분의 연결 신뢰도도 높다.

이로써, 종래의 온도와 유사하거나 낮은 온도를 갖는 땜납을 사용해서 플로우 납땜을 수행할 수 있게 된다. 팔라듐 또는 팔라듐 합금층은 종래에 널리 사용 된 주석-아연 땜납을 대체하는 무연 부재로서 사용됐다.

여기에서, HAL 처리는 기판을 평탄화시키기 위해 용융 상태의 땜납 또는 금속에 인쇄 회로 기판을 침지하는 단계와 이어서 용융 상태의 땜납으로부터 인쇄 회로 기판을 인출하는 단계와 기판에 공기나 비활성 가스를 분무하는 단계를 포함하는 처리이다.

많은 다양한 전자 소자가 장착된 그리고 납땜될 많은 부분들을 포함하는 인쇄 회로 기판에 있어서, 납땜될 각각의 부분을 집합적으로 플로우 납땜하기 위해, 땜납의 습윤성 및 상승 습윤성과 같은 납땜 성질에 영향을 미치는 주요 인자가 제어된다. 이로써, 납땜 성질에 대한 다른 부인자의 영향은 무시될 수 있다. 이로써 납땜될 많은 부분들의 납땜 품질은 개선되며 균일하게 된다. 또한, 대량 생산된 인쇄 회로 기판의 납땜 품질을 개선하고 안정화시키는 것이 필요하다.

따라서, 주석-아연 땜납을 사용하는 플로우 납땜 방법에서, 본 발명자들은 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드와 도금된 관통 구멍에서의 주석-아연 땜납의 습윤성 및 상승 습윤성을 개선하기 위해 인쇄 회로 기판의 주요 인자들을 특화시켰다. 납땜 품질이 안정적인 주석-아연 땜납을 사용하는 플로우 납땜을 수행하기 위한 조건을 밝히는 것이 기술적인 문제로 고려되었으며, 플로우 납땜 방법이 개발되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 땜납 습윤성이 뛰어난 납땜/장착이 가능한 납땜 방법과, 제1 관련 기술의 문제를 해결하기 위해 습윤성이 뛰어난 납땜 이음 부재를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 반도체 소자의 패키징 기술을 포함하는 전체적인 신뢰도가 뛰어난 인쇄 회로 기판을 실현하고, 이로써 전자 소자를 포함하는 전체 장치로서 신뢰도가 높은 전자 장치를 실현하는 것이다(제1 목적).

또한, 본 발명은 제2 관련 기술의 문제를 고려하여 개발되었으며, 본 발명의 목적은 무연 땜납을 사용하는 동안 랜드 박피를 확실히 방지하고 납땜 성질 및 신뢰도가 뛰어난 인쇄 회로 기판의 납땜/패키징을 가능하게 하는 것이다(제2 목적).

또한, 본 발명은 제3 관련 기술의 문제를 고려하여 개발되었으며, 본 발명의 목적은 납땜될 부분에서의 땜납의 습윤성과 도금된 관통 구멍의 땜납의 상승 습윤성이 뛰어난 인쇄 회로 기판의 조건이 특화되는 주석-아연 땜납을 사용하는 플로우 납땜 방법을 제공하는 것이고, 이로써 저온 땜납은 납땜 성질 및 신뢰도가 뛰어난 인쇄 회로 기판의 납땜/패키징을 가능하게 하도록 사용된다(제3 목적).

(본 발명의 제1 태양)

제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 납땜 랜드 및 도금된 관통 구멍을 포함하는 인쇄 회로 기판에 표면 상에 형성된 팔라듐 또는 팔라듐 합금층과 납땜 리드 단자도 포함하는 전자 소자를 납땜하기 위한 납땜 방법으로서, HAL 처리에 의해 랜드 및 관통 구멍의 표면 상에 주 성분으로 주석 및 아연을 함유하는 땜납층을 형성하는 단계와, 관통 구멍에 리드 단자를 삽입해서 장착하는 단계와, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납의 분류 유동에 인쇄 회로 기판을 접촉시키는 단계와, 이로써 랜드 및 관통 구멍에 땜납을 공급하는 단계를 포함하는 납땜 방법이 마련된다.

여기에서, 상술한 바와 같이, HAL 처리는 전자 회로 기판의 납땜 성질을 개선하기 위해 땜납을 사용해서 기판을 피복하고 피복 상에 전자 구성 요소를 납땜하는 방법에서 기판을 평탄화하기 위해 용융 땜납의 욕에 침지된 기판에 가열된 공기를 분무하는 처리이다.

이런 환경에서, 인쇄 회로 기판이 땜납의 분류 유동과 접촉하게 될 때, 땜납은 리드 단자를 습윤하고 관통 구멍의 내측을 거쳐 랜드의 상부면에 도달하도록 상향 습윤한다.

여기에서, 땜납을 사용해서 리드 단자를 납땜하는 데 사용하기 위한 플럭스는 양호하게는 로진의 아크릴산 부가물과 살코신(sarcosine) 골격을 포함하는 활성제를 함유한다.

또한, 본 발명에 따르면, 도금된 관통 구멍을 포함하는 인쇄 회로 기판에 원하는 바와 같이 도금된 납땜 리드 단자를 포함하는 전자 소자를 납땜하기 위한 납땜 방법으로서, HAL 처리에 의해 관통 구멍의 표면 상에 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납층을 형성하는 단계와, 관통 구멍에 리드 단자를 삽입해서 장착하는 단계와, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납의 분류 유동에 인쇄 회로 기판을 접촉시키는 단계와, 이로써 리프트-오프가 저감되거나 방지되도록 관통 구멍에 땜납을 공급하는 단계를 포함하는 납땜 방법이 마련된다.

이런 환경에서, 인쇄 회로 기판이 땜납의 분류 유동과 접촉하게 될 때, 땜납은 리드 단자를 습윤하고 관통 구멍의 내측을 거쳐 랜드의 상향 습윤한다.

여기서, 땜납을 사용해서 리드 단자를 납땜하는 데 사용하기 위한 플럭스는 양호하게는 로진의 아크릴산 부가물과 살코신(sarcosine) 골격을 포함하는 활성제를 함유한다.

또한, 본 발명에 따르면, 인쇄 회로 기판에 반도체 소자를 납땜하기 위한 납땜 이음 부재가 마련된다. 반도체 소자는 단자의 표면 상에 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 형성함으로써 얻어진 납땜 리드 단자를 포함하며, 인쇄 회로 기판은 납땜 랜드 또는 구리로 형성된 납땜 관통 구멍을 포함하며, 반도체 소자는 주 성분으로 주석 및 아연을 포함하는 땜납층을 거쳐 랜드나 관통 구멍에 이어진다.

여기에서, 반도체 소자는, 예컨대 리드 프레임을 포함한다.

또한, 땜납을 사용해서 리드 단자를 납땜하는데 사용하기 위한 플럭스는 양호하게는 로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제를 함유한다.

또한, 본 발명에 따르면, 인쇄 회로 기판에 전자 소자를 납땜하기 위한 납땜 이음 부재가 마련된다. 전자 소자는 원하는 바와 같이 도금된 납땜 리드 단자를 포함하며, 인쇄 회로 기판은 HAL 처리에 의해 구멍의 표면 상에 형성된 주 성분으로 주석 및 아연을 포함하는 제1 땜납층을 포함하는 납땜 관통 구멍을 포함한다. 리드 단자는 관통 구멍에 삽입되어 장착되며, 주 성분으로 주석 및 아연을 주로 함유하고 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납의 분류 유동에 인쇄 회로 기판을 접촉시킴으로써 형성된 제2 땜납층을 포함한다. 전자 소자는 제2 땜납층을 거쳐 관통 구멍에 이어진다.

이런 구성 하에서, 제2 땜납층에 의한 이음은 리프트-오프를 줄이거나 방지하기 위해 수행된다.

또한, 땜납을 사용해서 리드 단자를 납땜하는데 사용하기 위한 플럭스는 양호하게는 로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제를 함유한다.

본 발명에 따른 납땜 방법 및 땜납 이음 부재는 팔라듐 또는 팔라듐 합금층에 대한 습윤성이 뛰어난 땜납이 구리로 형성된 관통 구멍과 납땜 랜드 사이에 뛰어난 납땜 상태를 형성하기 위해 사용될 수 있는 구성을 특징으로 한다.

(1) 즉, 납땜 랜드와 도금된 관통 구멍을 포함하며 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납층이 HAL 처리에 의해 납땜 랜드와 도금된 관통 구멍의 표면 상에 형성된 인쇄 회로 기판의 관통 구멍에 그 표면 상에 형성된 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 포함하는 전자 소자의 납땜 리드 단자를 삽입하고 장착하는 단계와, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납의 분류 유동에 인쇄 회로 기판을 접촉시키는 단계와, 이로써 전자 소자를 납땜하기 위해 랜드 및 도금된 관통 구멍에 땜납을 공급하는 단계를 포함하는 방법이 마련된다.

팔라듐 또는 팔라듐 합금은 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 납땜에 대해 만족스러운 습윤성을 보인다. 또한, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유하고 충분히 습윤되는 주석-아연 땜납의 층은 HAL 처리에 의해 구리로 형성된 도금된 관통 구멍의 표면과 납땜 랜드 상에 형성된다.

따라서, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납층이 형성된 납땜 랜드와 도금된 관통 구멍과, 도금된 관통 구멍과, 관통 구멍에 삽입되고 단자의 표면 상에 형성된 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 포함하는 전자 소자의 납땜 리드 단자는 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납의 분류 유동과 접촉하게 된다. 그 후, 땜납은 납땜 리드 단자를 습윤하며 도금된 관통 구멍의 내측에서 상향으로 설정되며, 습윤성이 뛰어난 만족스럽게 납땜된 상태가 얻어질 수 있다.

(2) 또한, 리드 프레임을 포함하며 팔라듐 또는 팔라듐 합금층이 반도체 소자의 납땜 리드 단자의 표면 상에 형성된 반도체 소자를 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납을 거쳐 구리로 형성된 인쇄 회로 기판의 납땜된 관통 구멍 또는 납땜 랜드에 잇도록 구성된 납땜 이음 부재가 마련된다.

주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납은 적절한 경도와 뛰어난 연신 특성을 갖는다. 예컨대, 125 ℃에서의 고온 연신율은 주석과 37 중량% 납을 함유한 종래의 땜납에 대해 66 %를 나타내며, 주석과 9 중량% 아연을 함유한 땜납에 대해 67 % 이상을 나타내며, 주석, 3 중량% 은 및 0.5 중량% 구리를 함유한 땜납에 대해서는 단지 12 %만을 나타낸다. 즉, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납에 의한 이음에 의해, 인성이 있는 땜납 이음 부재가 얻어질 수 있다.

또한, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납은 팔라듐 또는 팔라듐 합금에 대해서 그리고 구리에 대해서도 뛰어난 습윤성을 갖는다.

(3) 또한, 로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제가 플럭스 조성에 사용되고 이로써 더욱 만족스러운 땜납 습윤성이 달성되었다. 본 발명은 완료되었다.

따라서, 본 발명의 땜납 이음 부재에 따르면, 땜납 이음은 팔라듐이 리드 프레임의 도금에 사용되는 신뢰도가 높은 무연 반도체 소자와, 인쇄 회로 기판 상에 무연 반도체 소자를 납땜/장착에서 인성이 있다. 기계적 연결뿐 아니라 전기 접속도 뛰어나다. 인쇄 회로 기판 상에 이들 전자 소자를 납땜/장착함에 있어서의 땜납 이음 부재로부터, 신뢰도가 뛰어난 전자 장치가 실현될 수 있다.

(본 발명의 제2 태양)

제2 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 대향하는 양 표면 상에 납땜될 부분들을 갖는 인쇄 회로 기판에 대한 납땜을 위한 납땜 방법으로서, 적어도 주석, 은 및 구리를 함유한 무연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판의 일 표면에 전자 소자를 리플로우 납땜하는 단계와, 이어서 주석-9 아연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판의 다른 표면 상에 형성된 납땜될 부분의 납땜을 220 ℃ 내지 230 ℃의 온도 범위에서 제어하는 단계와, 플로우 납땜을 수행하기 위해 납땜될 리플로우 납땜된 부분의 온도를 178 ℃ 이하로 유지하는 단계를 포함하는 방법이 마련된다.

여기에서, 전자 소자는 주석-납 땜납으로 피복된 납땜 단자를 포함한다.

또한, 도금된 관통 구멍이 인쇄 회로 기판에 형성되며, 인쇄 회로 기판은 주석-아연 땜납에 의해 HAL 처리를 받게 된다. 여기에서, HAL 처리는 전자 회로 기판에서의 납땜 성질을 개선하기 위해 땜납으로 기판을 피복하고 피복 상에 전자 소 자를 납땜하는 방법에서 기판을 평탄화시키기 위해 용융 땜납의 욕에 침지된 기판에 가열된 가스(공기)를 분무하기 위한 처리이다.

또한, 플로우 납땜에 사용하기 위한 플럭스는 양호하게는 로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제를 함유한다.

이 경우, 땜납은 비스무스를 함유하지 않는다.

본 발명의 납땜 방법은 리플로우 납땜된 표면 상의 납땜될 부분의 온도가 주석-은-납의 3원 공융 합금의 융점으로서 178 ℃를 넘는 것을 방지하도록 플로우 납땜이 수행된다는 것을 특징으로 한다.

(1) 특히, 적어도 주석, 은 및 구리를 함유한 무연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판의 일 표면에 주석-납 땜납으로 피복된 납땜 단자를 포함하는 전자 소자를 리플로우 납땜하는 단계와, 이어서 주석-9 아연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판의 다른 표면 상에 형성된 납땜될 부분의 납땜을 220 ℃ 내지 230 ℃의 온도 범위에서 제어하는 단계와, 플로우 납땜을 수행하기 위해 납땜될 리플로우 납땜된 부분의 온도를 178 ℃ 이하로 유지하는 단계를 포함하는 납땜 방법이 마련된다.

주석-9 아연 땜납의 온도가 플로우 납땜을 수행하기 위해 220 ℃ 내지 230 ℃의 온도 범위에서 제어될 때, 납땜될 리플로우 납땜된 부분의 온도는 주석-은-납의 3원 공융 합금의 융점으로서 178 ℃ 이하에서 유지된다.

따라서, 필렛과 랜드의 계면에 형성된 주석-은-납의 3원 공융 합금은 용융되지 않으며, 필렛 박피는 용해된다.

또한, 땜납 합금은 비스무스를 함유하지 않으며, 납땜될 부분의 땜납은 취화 되지 않는다.

(2) 또한, 상술한 납땜 방법(1)에서, 도금된 관통 구멍을 포함하는 인쇄 회로 기판이 사용될 때, 주석-아연 땜납에 의해 HAL 처리를 받는 인쇄 회로 기판이 사용된다.

주석-아연 땜납에 의해 HAL 처리를 받는 인쇄 회로 기판이 사용될 때, 주석-9 아연 땜납에 의한 플로우 납땜중에, 주석-9 아연 땜납은 도금된 관통 구멍에 용이하게 상승 습윤될 수 있고, 주석-9 아연 땜납은 플로우 납땜된 표면의 랜드 위에서 뿐만 아니라 리플로우 납땜된 표면의 랜드 위에서도 습윤/확산된다. 따라서, 납땜 품질이 뛰어난 납땜이 수행될 수 있다.

(3) 플로우 납땜에 사용하기 위한 플럭스는 로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제를 함유한다. 로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제가 플럭스 조성에 사용될 때, 조성은 주석-9 아연 땜납에 의해 플로우 납땜중에 관통 구멍에서 용이하게 상승 습윤될 수 있고, 납땜 품질이 뛰어난 납땜이 수행될 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 납땜될 부분은 인쇄 회로 기판의 대향하는 양 표면에 존재하며, 납땜은 리플로우 납땜 방법에 의해 하나의 표면측 상에 수행되고 플로우 납땜 방법에 의해 다른 표면측 상에 수행된다. 랜드 박피에 대한 원인으로서 주석-은-납의 미세한 3원 공융 합금이 리플로우 납땜에 위해 납땜될 부분의 계면에 형성될 때에도, 비스무스를 함유하지 않은 무연 땜납은 주석-은-납의 3원 공융 합금의 융점을 초과하지 않고도 다른 표면측을 플로우 납땜하는 데 사용될 수 있다. 본 납땜 방법이 달성되기 때문에, 무연 땜납을 사용하는 랜드 박피가 확실히 방지되고, 납땜 품질과 신뢰도가 뛰어난 인쇄 회로 기판의 납땜/장착이 가능하다.

(본 발명의 제3 태양)

발명의 제3 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 납땜을 수행하기 위해 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납, 즉 주석-아연 땜납의 분류 유동에 전자 소자가 장착된 인쇄 회로 기판을 접촉시키기 위한 플로우 납땜 방법으로서, 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드와 도금된 관통 구멍의 표면 상에 비스무스와 납을 함유하지 않은 주석 다량 함유 땜납의 층 또는 주석층을 미리 형성하는 단계와, 그 후 전자 소자를 장착하는 단계와, 이어서 기판을 납땜하기 위해 주석-아연 땜납의 분류 유동에 인쇄 회로 기판을 접촉시키는 단계를 포함하는 방법이 마련된다.

특히, 주석 다량 함유 땜납층 또는 주석층이 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드와 도금된 관통 구멍의 표면 상에 형성됨으로써, 주석-아연 땜납의 습윤성과 도금된 관통 구멍에서의 상승 습윤성이 개선되며, 만족스러운 땜납 품질이 얻어진다.

비스무스를 함유한 주석 다량 함유 땜납은 사용되지 않는다. 이는 납땜후 땜납이 취화되고 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납의 뛰어난 인성이 방해되기 때문이다. 물론, 납은 무연 땜납에 사용되지 않는다.

상술한 플로우 납땜 방법에 사용하기 위한 비스무스와 납을 함유하지 않은 주석 다량 함유 땜납은 주 성분으로 주석, 은 및 구리를 함유한 땜납, 즉 주석-은-구리 계열의 땜납과, 주 성분으로 주석과 은을 함유한 땜납, 즉 주석-은 계열의 땜납과, 주 성분으로 주석과 구리를 함유한 땜납, 즉 주석-구리 계열의 땜납중 어느 하나이다. 땜납에서 주석의 함유량은 90 중량% 이상이다.

특히, 주석-은-구리 계열의 땜납, 주석-은 계열의 땜납 또는 주석-구리 계열의 땜납이 사용되고, 주석의 함유량이 90 중량% 이상이면, 납땜될 랜드에서 주석-아연 땜납의 만족스러운 습윤-확산성이 얻어진다. 또한, 도금된 관통 구멍에서의 주석-아연 땜납의 만족스러운 상승 습윤성이 얻어진다.

또한, 주석-은-구리 계열의 땜납, 주석-은 계열의 땜납 또는 주석-구리 계열의 땜납은 무연 땜납으로서도 널리 사용되기 때문에, 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드와 도금된 관통 구멍 상에 랜드를 용이하게 형성하기 위해 기존의 레블러(leveler) 장치가 사용될 수 있다.

플로우 납땜 방법에서, 팔라듐 또는 팔라듐 합금층이 인쇄 회로 기판 상에 장착될 전자 소자의 납땜 단자의 표면 상에 형성된다.

즉, 납땜 단자 표면 상의 팔라듐 또는 팔라듐 합금층은 주석-아연 땜납에 대해 뛰어난 습윤성을 보인다. 또한, 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드와 도금된 관통 구멍 상에 형성된 주석 다량 함유 땜납층 또는 주석층은 주석-아연 땜납의 습윤-확산이나 상승 습윤에서도 뛰어나다. 따라서, 납땜 품질이 뛰어난 인쇄 회로 기판이 얻어진다.

플로우 납땜 방법에서, 인쇄 회로 기판 상에 장착될 전자 소자는 리드 단자를 포함하고, 팔라듐 또는 팔라듐 합금층은 리드 단자 표면에 형성되고, 리드 단자는 도금된 관통 구멍에 삽입되어 장착된다.

이러한 플로우 납땜 방법에서, 주석 다량 함유 땜납층 또는 주석층은 도금된 관통 구멍 내벽 상에 배치되고, 팔라듐 또는 팔라듐 합금층은 도금된 관통 구멍에 삽입된 전자 소자의 리드 단자 표면 상에 형성된다. 따라서, 주석-아연 땜납은 전자 소자의 리드 단자 및 도금된 관통 구멍 내벽에 대해 뛰어난 습윤성을 나타낸다. 주석-아연 땜납의 분류 유동과의 접촉시, 주석-아연 땜납은 도금된 관통 구멍에서 신속하게 상승 습윤되며, 만족스러운 납땜이 수행될 수 있다.

플로우 납땜 방법에서, 주석-아연 땜납의 분류 유동의 온도는 220 ℃ 내지 250 ℃의 범위에 있다.

다른 무연 땜납 또는 관련 기술의 주석-납 땜납이 만족스러운 습윤성을 얻기 위해 융점보다 40 ℃ 이상 높은 온도에서 플로우 납땜 작업을 수행하는 것이 필요했다. 그러나, 주석-아연 땜납은 융점보다 40 ℃ 이상 높은 온도에서 만족스러운 습윤성 및 상승 습윤 성질을 얻을 수 있다. 따라서, 땜납의 분류 유동의 온도가 약 220 ℃에서 낮더라도, 만족스러운 습윤성이 얻어질 수 있다. 또한, 220 ℃ 이상에서, 온도에 의한 습윤성의 우수성의 차이는 거의 없다.

따라서, 관련 기술의 땜납의 온도보다 낮은 220 ℃ 내지 250 ℃ 범위의 온도에서, 만족스러운 땜납 작업이 얻어질 수 있다.

플로우 납땜에서 사용하기 위한 플럭스는 로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제를 함유한다.

이로써, 플럭스의 내열성이 개선되며, 이에 따라 지속적인 습윤성이 개선될 수 있다. 인쇄 회로 기판과 주석-아연 땜납의 분류 유동과의 접촉시, 납땜되는 랜드에서의 주석-아연 땜납의 상승 습윤 확산과 도금된 관통 구멍에서의 주석-아연 땜납의 상승 습윤이 확보된다.

본 발명에 따르면, 랜드 박피가 플로우 납땜중에 발생하는 조건에 있는 전자 소자 또는 무연 땜납(주석-납 땜납 도금의 납땜 단자와 주석-은-구리 계열의 무연 땜납)이 인쇄 회로 기판을 리플로우 납땜하는 데 사용된다. 그 후, 리플로우 납땜된 표면에 대향하는 표면은 220 ℃ 내지 230 ℃의 제어된 온도 범위에서 주석-9 아연 땜납을 사용해서 플로우 납땜된다. 이로써, 리플로우 납땜된 부분의 온도를 주석-은-납 3원 공융 합금의 융점인 178 ℃ 이하로 유지할 수 있으며, 랜드 박피가 플로우 납땜중에 발생하는 것이 방지된다.

또한, 땜납은 비스무스를 함유하지 않기 때문에, 납땜 강도는 인성이 있고 주기적 응력에 대해 강한 납땜이 수행될 수 있다.

또한, 주석-아연 땜납에 의해 HAL 처리된 인쇄 회로 기판을 사용함으로써, 비록 플로우 납땜에 사용하기 위한 주석-9 아연 땜납의 온도가 낮더라도, 주석-9 아연 땜납은 도금된 관통 구멍 및 연결된 랜드 위에서 빠르게 습윤-확산되고, 확실하고 만족스러운 납땜이 관통 구멍에서도 수행될 수 있다.

또한, 용이하게 산화된 주석-아연 땜납에 잘 맞는 플럭스가 사용되고, 그에 따라 우수한 땜납 습윤성으로 납땜이 수행될 수 있다.

그 결과, 무연 땜납의 사용으로 랜드 박피는 안전하게 차단되고, 납땜 품질과 신뢰도가 뛰어나게 인쇄 회로 기판을 납땜/장착할 수 있다.

비록 본 발명은 여러 개의 실시예와 함께 설명되었지만, 기술 분야의 당업자 는 다양한 다른 방식으로 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

(제1 실시예)

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따르는 납땜 방법 및 땜납 이음 부재에 대해 설명하기로 한다.

우선, 도 7을 참조하여 납땜 장치의 구성에 대해 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 납땜 방법을 실현한 납땜 장치의 일 예를 도시한 종단면도이다. 질소 가스 공급 시스템은 기호로서 도시되어 있다.

처음에는, 인쇄 회로 기판의 랜드와 관통 구멍이 HAL 처리에 의해 주석-아연 땜납(주석-9 중량% 땜납)으로 피복된다. 인쇄 회로 기판 상에 (주석-아연 땜납에 의해) HAL 처리를 수행하는 방법은 공지되어 있고 따라서 도면에서는 생략하기로 한다. 예컨대, HAL 처리를 수행하는 방법은 일본 특허 공개(JP-A) 제2001-168513호에 개시되어 있다.

여기에서는, 상술한 바와 같이, HAL 처리는 예컨대 전자 회로 기판의 납땜 성질을 개선하기 위해 땜납으로 기판을 피복하고 피복 상에 전자 소자를 납땜하는 방법에서 기판을 평탄화하기 위해 용융 땜납의 욕에 침지된 기판에 가열된 공기를 분무하는 처리이다.

이어서, 팔라듐 또는 팔라듐 합금으로 도금된 납땜 리드 단자를 포함하는 전자 소자(예컨대, 리드 단자식 납땜 단자를 갖는 반도체 소자)는 인쇄 회로 기판의 관통 구멍에 삽입되어 장착되며(도 2 참조), 납땜될 작업물이 형성된다.

한편, 납땜될 작업물, 즉 팔라듐으로 도금된 납땜 리드 단자를 포함하는 전자 소자가 장착된 인쇄 회로 기판에 있어서, 플럭스가 일반적인 플럭스 인가 장치(도시 안됨)에 의해 납땜될 표면에 인가된 후, 납땜이 도 7에 도시된 납땜 장치(100)에 의해 수행된다.

도 7에 도시된 납땜 장치(100)는 비활성 가스, 즉 산소 농도가 낮은 질소 가스 대기에서 납땜 작업을 수행하도록 구성된다.

특히, 납땜될 작업물, 즉 인쇄 회로 기판(101)을 이송하기 위한 컨베이어는 고도각 이송(고도각(θ1))을 위한 제1 컨베이어(102)와 부각 이송(부각(θ2))을 위한 제2 컨베이어(103)으로 구성된다. 터널 형상 챔버(104)가 이들 컨베이어를 덮도록 배치된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 터널 형상 챔버(104)의 종단면은 뒤집혀진 V형상이며, 진입 이송 포트(105) 및 배출 이송 포트(106)는 수평면에서 동일한 높이에 있도록 구성된다. 진입 이송 포트(105)의 높이는 배출 이송 포트(106)의 높이와 동일하도록 구성되기 때문에, 다른 장치에 납땜 장치(100)를 연결해서 라인에서 이 장치를 이용하기가 용이하다. 또한, 챔버내 대기 온도를 챔버(104) 외측 대기의 온도보다 높게 용이하게 유지하는 것이 가장 중요하며, 성분(예컨대, 산소 농도)들이 안정적인 대기가 형성될 수 있다.

제1 및 제2 컨베이어(102, 103)는 인쇄 회로 기판(101)의 대향하는 양 측단부들을 유지하기 위한 유지 클로를 포함하며, 각각의 컨베이어는 대향하는 양 측단부 상에 배치되고 서로 평행한 두 개의 컨베이어 프레임을 포함한다. 또한, 하나 의 컨베이어 프레임은 일반적으로 인쇄 회로 기판(101)의 폭 방향으로 이동/조절 가능하게 구성되어서, 서로 다른 폭들을 갖는 인쇄 회로 기판(101)이 유지될 수 있다. 도시된 화살표 A는 인쇄 회로 기판(101)의 이송 방향을 도시한다.

또한, 인쇄 회로 기판(101)을 예열하기 위한 예열기(107)와 납땜 단계를 수행하기 위한 땜납 탱크(108)가 터널 형상 챔버(104)의 제1 컨베이어(102)를 따라 배치된다.

예열 단계의 예열기(107)는 플럭스가 미리 인가된 인쇄 회로 기판(101)을 가열하고 플럭스의 사전 활성화와 인쇄 회로 기판(101) 및 장착된 전자 소자에 주어진 열충격을 저감시키기 위해 미리 배치된다.

또한, 납땜 단계의 땜납 탱크(108)는 히터(도시 안됨)에 의해 가열되고 용융 상태에 있는 주석-아연 땜납(109)(주석-9 아연 땜납)을 함유한다. 본 용융 땜납(109)은 제1 분류 유동(112)을 형성하기 위해 제1 펌프(110)에 의해 제1 분무 노즐(111)로 보내진다. 또한, 제2 펌프(113)는 제2 분류 유동(115)을 형성하기 위해 제2 분무 노즐(114)로 보내진다.

이어서, 이들 분류 유동(112, 115)은 인쇄 회로 기판(101)의 하부면, 즉 전자 소자의 랜드(41)와 관통 구멍(42)과 납땜 리드 단자(43)를 포함하는 납땜될 부분(44)이 도 2에 도시된 바와 같이 존재하는 납땜될 표면과 접촉된다. 이로써, 용융 땜납은 이 부분을 납땜하기 위해 납땜될 부분(44)으로 공급된다.

예열기(107)는 터널 형상 챔버(104)에 배치된다. 그러나, 땜납 탱크(108)는 개구(116)가 터널 형상 챔버(104)에 배치되고 제1 및 제2 분류 유동(112, 115)이 개구(116)를 통해 터널 형상 챔버(104)에 위치되도록 구성된다. 이런 구조로 인해, 스커트(117)가 터널 형상 챔버(104)의 실링을 유지하기 위해 터널 형상 챔버(104)에 형성된 개구(116)에 배치된다. 스커트(117)는 완전한 실링을 실현하기 위해 땜납 탱크(108)의 용융 땜납에 침지된다.

또한, 많은 플레이트 부재, 즉 억제 플레이트(118)가 터널의 종방향을 따라, 즉 터널 형상 챔버(104)에서 컨베이어의 이송 방향을 따라 배치된다. 또한, 억제 플레이트(118)는 플레이트 표면이 컨베이어의 이송 방향에 직교하도록 배치된다. 특히, 억제 플레이트(118)는 터널 형상 챔버(104)에서 미로 시일을 형성하며 터널 형상 챔버(104)에 불필요한 대기 유동이 일어나는 것을 방지하도록 구성된다.

이 경우, 억제 플레이트(118)는 터널 형상 챔버(104)의 상부벽으로부터 컨베이어로 하향 배치되고 터널 형상 챔버(104)의 하부벽으로부터 컨베이어로 상향 배치된다.

터널 형상 챔버(104) 내에 비활성 가스인 질소 가스를 공급하기 위한 배출 포트(119)가 이송 방향에서 볼 때 땜납 탱크(118) 뒤에 배치된 억제 플레이트(118)를 따라 배치되며, 목표 질소 가스 공급 유속은 유속 조절 밸브(120)와 유속계(121)에 의해 조절될 수 있다. 질소 가스는 봄베형 또는 PSA형의 질소 가스 공급 장치(122)로부터 공급되며, 개폐 밸브(123), 불순물 제거용 필터(124) 및 공급 압력을 목표치로 조절하기 위한 압력 제어 밸브(125)를 거쳐 유속 조절 밸브로 공급된다. 압력계(126)가 압력을 점검하기 위해 배치된다.

질소 가스 공급 유속에서, 터널 형상 챔버(104)에서의 산소 농도는 산소 농 도계(도시 안됨)에 의해 측정되며, 예컨대 인쇄 회로 기판(101)이 용융 땜납(109)의 분류 유동과 접촉하는 영역으로서 납땜 단계의 대기가 견본 추출되고, 견본 추출된 영역의 유속이 측정된다. 유속 조절 밸브(120)는 목표 산소 농도를 얻기 위해 조절되며, 유속이 설정된다.

또한, 필요한 경우, 파선으로 도시된 구성에 있어서, 질소 가스 공급을 위한 배출 포트(119)가 예열 단계의 예열기(107)의 근처에 마찬가지로 배치되며, 예열기(107) 근처 대기의 산소 농도도 산소 농도계에 의해 측정될 수 있다.

다음으로, 도 9에 도시된 납땜 장치(100)의 작업에 대해 설명하기로 한다.

플럭스가 납땜될 부분을 포함하는 인쇄 회로 기판(101)의 하부면, 즉 납땜될 표면에 미리 인가된 인쇄 회로 기판(101)은 도 7에 도시된 납땜 장치(100)의 진입 이송 포트(105)를 거쳐 이송된다. 그 후, 기판의 대향하는 양 측단부들은 제1 컨베이어(102)의 유지 클로에 의해 유지되며, 이송 고도각(θ1)으로 화살표 A 방향으로 이송된다.

이어서, 예컨대, 납땜될 부분은 예열기(107)에 의해 약 100 ℃에서 예열된다. 이어서, 인쇄 회로 기판(101)의 하부면, 즉 납땜될 표면은 예컨대 250 ℃의 온도에서 제1 및 제2 분류 유동(112, 115)과 접촉하게 되고, 용융 땜납(109)은 부분을 납땜하기 위해 납땜될 부분으로 공급된다.

그 후, 인쇄 회로 기판(101)은 터널 형상 챔버(104)의 정점에서 제2 컨베이어(103)로 전달되고, 이송 부각(θ2)으로 이송되며, 납땜을 완료하기 위해 배출 이송 포트(106)로부터 이송 배출된다.

이러한 일련의 납땜 작업은 산소 농도가 낮은 질소 가스 대기에서 수행된다. 특히, 터널 형상 챔버(104)의 내측은 질소 가스 공급을 위한 배출 포트(119)로부터 공급된 질소 가스에 의해 산소 농도가 낮은 질소 가스 대기로 바뀐다.

상술한 바와 같이 구성된 일련의 납땜 작업에 의해, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납의 분류 유동으로부터의 용융 땜납은 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납층이 형성된 납땜 랜드와 도금된 관통 구멍으로 공급된다. 땜납은 마찬가지로 관통 구멍에 삽입되고 단자의 표면 상에 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 포함하는 전자 소자의 납땜 리드 단자로 공급된다. 이로써, 주석-아연 땜납은 납땜 리드 단자를 습윤하고 도금된 관통 구멍에서 상승 습윤되며, 납땜도 필렛(도 3의 55 참조)을 형성하도록 소자 삽입 표면(도 2 및 도 3에 도시된 인쇄 회로 기판의 상부면) 상에 배치된 랜드 위에 습윤-확산된다. 습윤성이 뛰어난 만족스러운 땜납 이음 부재가 얻어질 수 있다.

즉, 팔라듐 또는 팔라듐 합금은 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납에 대해 만족스러운 습윤성을 보인다. 구리로 형성된 납땜 랜드와 도금된 관통 구멍의 표면 상에는, 주 성분으로 주석 및 아연을 함유한 땜납이 충분히 습윤되어 있는 주석-아연 땜납층이 HAL 처리에 의해 형성된다.

[제1 실시예]

도 8a 및 도 8b는 납땜 성질의 비교 결과를 도시한 개략도/표로서, 도 8a는 비교 결과를 집합적으로 보여주는 표이다. 도 8b는 용융 땜납이 납땜될 부분의 관통 구멍에 상승 습윤되고 충전되는 정도를 나타내는 평가 기준(수준)을 보여주는 납땜될 부분에 대한 종단면도이다.

우선, 납땜 성질을 평가하기 위해, 평가 기준이 결정된다. 특히, 도 8b에 도시된 바와 같이, "○"은 땜납이 관통 구멍(22)에서 상승 습윤되고 땜납 필렛이 인쇄 회로 기판(20)의 하부면 및 상부면 상의 랜드(21) 위에 형성되는 만족스러운 납땜 상태를 나타낸다. 땜납 필렛(24)은 인쇄 회로 기판(20)의 하부면의 랜드(21) 상에 형성되며 땜납은 관통 구멍(21)에서 상승 습윤된다. 그러나, 땜납은 인쇄 회로 기판(20)의 상부 랜드(21) 위에서 습윤-확산될 수 없으며 필렛(24)은 형성되지 않는다. 이 상태는 "△"에 의해 조금 불충분한 납땜 상태로서 지시된다. 땜납 필렛(24)은 인쇄 회로 기판(20)의 하부면의 랜드(21) 상에 형성되지만, 땜납은 관통 구멍(22)에서 충분히 상승 습윤되지 않는다. 따라서, 땜납은 인쇄 회로 기판(20)의 상부 랜드(21) 위를 습윤-확산할 수 없으며 필렛(24)은 형성되지 않는다. 이 상태는 "X"에 의해 불충분한 납땜 상태로서 지시된다.

한편, 납땜 성질을 비교하기 위해, 납땜될 부분의 구성으로서, 납땜 리드 단자의 표면 처리된 상태를 갖는 세 종류가 마련되었다. 특히, 종래의 납을 함유한 주석-10 중량% 납 땜납으로 도금된 납땜 리드 단자와, 금 도금된 납땜 리드 단자와, 하부층으로서의 니켈층과 니켈층 상에 형성된 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 포함하는 땜납 리드 단자가 마련되었다.

한편, 납땜될 부분의 다른 구성 요소로서 인쇄 회로 기판의 랜드 및 관통 구멍이 표면 처리된 상태로서, 네 종류가 마련되었다. 특히, 다음이 마련되었다. 즉, a. 배선 패턴 또는 랜드로서 사용된 구리가 노출된 인쇄 회로 기판, b. 주석- 37 중량% 납 땜납으로 HAL 처리된 구리 랜드 및 관통 구멍을 포함하는 인쇄 회로 기판, c. 주석-9 중량% 아연 땜납으로 HAL 처리된 구리 랜드 및 관통 구멍을 포함하는 인쇄 회로 기판 및 d. 주석-9 중량% 아연 땜납으로 인쇄 회로 기판의 표면을 HAL 처리하고 표면에 녹 방지제를 추가로 인가함으로써 얻어진 인쇄 회로 기판이 마련되었다.

또한, 납땜 단계에서 분류 유동으로부터 납땜될 부분에 공급될 땜납의 종류로서, 다음이 마련되었다. 즉, a. 이전에 사용된 주석-37 중량% 납 땜납, b. 무연 땜납의 잠재적 후보로서 주석-3 중량% 은-0.5 중량% 구리 땜납, c. 주석-0.7 중량% 구리 땜납, d. 주석-9 중량% 아연 땜납이 마련되었다. 땜납의 온도는 250 ℃의 일반적으로 사용되는 땜납 온도로 설정되었다.

또한, 도 8a의 표에는 이들 납땜 리드 단자와 인쇄 회로 기판(a 내지 d)과 땜납(a 내지 d) 사이에서 납땜 성질의 관계가 집합적으로 도시된다.

특히, 주석-37 중량% 아연 땜납과 금으로 도금된 납땜 리드 단자에 있어서, 랜드와 관통 구멍에 대한 표면 처리와 땜납의 종류에 관계없이 만족스러운 납땜 성질이 얻어졌다. 그러나, 환경 문제로 인한 무연 구성에 대한 요구로 인해, 주석-10 중량% 납 땜납의 도금 처리는 미래의 전자 소자의 납땜 리드 단자에 대한 표면 처리로서 계속될 수 없다. 또한, 금은 너무 고가이고, 따라서 비용이 문제되지 않는 특별한 목적에서만 사용되고, 대부분 사용되는 일반적 목적의 전기 소자에는 사용되지 않는다.

한편, 납땜 리드 단자가 팔라듐 도금된 상태로 랜드 및 관통 구멍이 주석-9 중량% 아연 땜납에 의해 HAL 처리된 인쇄 회로 기판이 사용되며, 땜납은 주석-9 중량% 아연 땜납의 분류 유동으로부터 공급된다. 만족스러운 납땜 성질은 이 경우에만 얻어진다.

즉, 반도체 소자를 제조하고 인쇄 회로 기판에 소자를 납땜/장착하는 일련의 모든 장착 단계의 관점에서 이들 모든 장착 작업에 의해 제조된 전자 소자의 장착 신뢰도를 고려하면, 팔라듐 도금된 리드 프레임에 있어서, 은 왁스에 의한 다이 접합성과 금 와이어에 의한 와이어 접합성은 뛰어나다. 납땜/장착중에, 소자는 주석-아연 땜납에 의해 HAL 처리된 인쇄 회로 기판 상에 장착되고, 용융 땜납은 소자를 납땜하기 위해 주석-아연 땜납의 분류 유동으로부터 공급된다. 가장 뛰어난 장착 부재가 이 경우 형성될 수 있다.

그 결과, 리프트-오프 발생율을 비교하기 위해, 세 종류가 전자 소자 납땜 리드 단자부의 도금 처리로서 마련되었다. 특히, (1) 종래의 납을 함유한 주석-10 중량% 납 땜납으로 도금된 납땜 리드 단자와, (2) 하부층으로서 니켈층과 니켈층의 상부층 상의 금 도금을 포함하는 납땜 리드 단자와, (3) 토대부로서의 니켈층과 니켈층 상에 형성된 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 포함하는 납땜 리드 단자가 마련되었다. 한편, 납땜될 부분의 다른 구성 요소로서 인쇄 회로 기판의 관통 구멍이 표면 처리된 상태로서, 두 종류가 마련되었다.

특히, a) 배선 패턴으로서 사용된 구리 상에 항산화제로서 사전플럭스가 인가된 인쇄 회로 기판과, b) 관통 구멍이 주석-9 중량% 아연 땜납으로 HAL 처리되고 두께가 1.6 ㎜인 인쇄 회로 기판이 마련되었다. 또한, 인쇄 회로 기판의 관통 구 멍과 랜드에 대한 설계로서, 아홉 종류가 마련되었다.

즉, 1) 직경이 0.8 ㎜인 관통 구멍, 직경이 1.1 ㎜인 랜드, 2) 직경이 0.8 ㎜인 관통 구멍, 직경이 1.4 ㎜인 랜드, 3) 직경이 0.8 ㎜인 관통 구멍, 직경이 1.7 ㎜인 랜드, 4) 직경이 1.0 ㎜인 관통 구멍, 직경이 1.3 ㎜인 랜드, 5) 직경이 1.0 ㎜인 관통 구멍, 직경이 1.6 ㎜인 랜드, 6) 직경이 1.0 ㎜인 관통 구멍, 직경이 1.9 ㎜인 랜드, 7) 직경이 1.2 ㎜인 관통 구멍, 직경이 1.5 ㎜인 랜드, 8) 직경이 1.2 ㎜인 관통 구멍, 직경이 1.8 ㎜인 랜드, 9) 직경이 1.2 ㎜인 관통 구멍, 직경이 2.1 ㎜인 랜드가 마련되었다.

또한, 납땜 단계에서 분류 유동으로부터 납땜될 부분으로 공급될 땜납의 종류로서, a) 무연 땜납의 잠재적 후보로서 주석-3 중량% 은-0.5 중량% 구리 땜납과, b) 주석-9 중량% 아연 땜납이 마련되었다. 땜납의 온도는 250 ℃의 일반적으로 사용되는 땜납 온도로 설정되었다.

도 9 내지 도 11의 표에는 이들 납땜 리드 단자(1 내지 3)와, 인쇄 회로 기판(a, b)과, 땜납(a, b) 사이에서 리프트 오프 발생율의 관계가 집합적으로 도시된다. 이들 개략도에서 T/H 직경은 관통 구멍 직경을 나타내며 Land 직경은 랜드 직경을 나타낸다.

특히, 도 9에 도시된 바와 같이, (1) 종래의 납을 포함하는 주석-10 중량% 납 땜납으로 도금된 납땜 리드 단자에서, 사전플럭스가 인가된 인쇄 회로 기판과 무연 땜납의 잠재적 후보로서 주석-3 중량% 은-0.5 중량% 구리 땜납에 있어서, 리프트-오프 발생율은 50 %였다. 관통 구멍이 주석-9 중량% 아연 땜납으로 HAL 처리 된 인쇄 회로 기판은 리프트-오프 발생율이 50 % 이하였다. 저감 효과가 인식되었다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 하부층으로서 니켈층과 니켈층의 상부층에 형성된 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 포함하는 납땜 리드 단자에서, 무연 땜납의 잠재적 후보로서 주석-3 중량% 은-0.5 중량% 구리 땜납과 주석-9 중량% 아연 땜납은 동일하게 0의 리프트-오프 발생율을 가졌다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 토대부로서의 니켈층과 니켈층의 금 도금된 상부면을 포함하는 납땜 리드 단자에 있어서, 관통 구멍과 랜드 직경의 여러 결합에서, 리프트-오프가 주석-3 중량% 은-0.5 중량% 구리 땜납에서 발생되는 것으로 인식되었다. 그러나, 주석-9 중량% 아연 땜납의 리프트-오프 발생율은 0이었다. 생성이 완전 방지된다.

한편, 종래의 주석-납 땜납과 비교해 볼 때, 주석과 아연이 주 성분이기 때문에, 무연 땜납으로서 주석-아연 계열의 땜납은 융점이 높고 습윤성이 나쁘다. 따라서, 종래의 포스트 플럭스가 사용될 때, 충분한 습윤성과 이음 신뢰도가 용이하게 확보될 수 없다.

따라서, 본 발명에서, 포스트 플럭스의 내열성 개선과 땜납 습윤성 개선이라는 관점에서, 종래 포스트 플럭스의 수지 성분으로서 검 로진(gum rosin) 대신, 내열성이 높은 아크릴산 부가물이 선택적으로 사용되었다.

본 발명에 따르면, 주석-아연 계열의 땜납에 사용하기 위한 포스트 플럭스의 획득 능력으로서 지속적인 습윤성이 확보되어야 한다는 관점에서, 혼합될 활성제가 주목되었으며, 이로써 지속적인 습윤성이 가능하도록 살코신 골격을 포함하는 활성 제가 선택적으로 사용되었다. 본 발명에 사용하기 위한 로진의 아크릴산 부가물은 아크릴산의 첨가 반응물과 수소 첨가 반응되는 로진 또는 로진 유도체를 포함한다. 로진의 예는 검 로진과, 우드 로진과, 주 성분으로서 아비에틱산, 팔루스트린산, 네오아비에틱산, 피마릭산(pimaric acid), 이소피마릭산 및 디하이드로아비에틱산과 같은 수지산을 함유한 톨 오일(tall oil) 로진을 포함한다.

본 발명에 사용하기 위한 살코신 골격을 포함하는 활성제의 예는 올레일(oleyl) 살코신, 라우로일(lauroyl) 살코신 및 야자유 지방산 살코신을 포함한다. 또한, 상술한 특별한 구성의 성분 이외에도, 본 발명의 플럭스와 함께, 수지, 활성제, 용매, 항산화제, 디루스터런트(delusterant) 및 다른 부가물과 같은 종래의 플럭스를 사용하기 위한 다양한 성분도 사용될 수 있다. 종래의 플럭스에 사용하기 위한 수지 성분의 예는 검 로진, 중합화 로진, 탈비율화 로진 및 수소 첨가 로진과 같은 다양한 로진 유도체와, 폴리아미드 수지 및 테르펜 수지와 같은 합성 수지를 포함한다.

종래의 플럭스에 사용하기 위한 활성제의 예는 아민의 하이드로할라이드와, 유기산과, 유기 아민과 유기 할라이드를 포함한다. 아민의 하이드로할라이드의 구체적인 예는 디에틸아민 염산염 및 시클로헥실아민 브롬화 수소를 포함한다. 유기산의 구체적인 예는 아디핀산(adipic acid), 스테아린산(stearic acid) 및 안식향산을 포함한다. 유기 아민의 구체적인 예는 헥실아민, 디부틸아민 및 트리에틸아민을 포함한다. 유기 할라이드의 구체적인 예는 2,3-디부로모-1-프로판올 및 2,3-디부로모-2-부텐-1,4-디올을 포함한다. 용매의 구체적인 예는 이소프로필 알콜, 아세틱 에테르 및 톨루엔을 포함한다. 또한, 항산화제, 딜루서터런트 및 다른 부가물은 특별히 제한되지 않으며, 다양한 공지된 작용제가 적절히 선택되어 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 대해 예를 들어 상세히 설명하기로 한다. 예 1 내지 4와 비교예 1 내지 3을 포함하는 액체 플럭스 조성이 마련되었으며, 전자 소자가 장착된 인쇄 회로 기판에 분무-인가되었고, 소자는 자동 납땜 장치에 의해 납땜되었다. 납땜된 상태가 관찰되었으며, 납땜 성질은 "○", "△" 및 "X"로 평가되었다. 이래의 표에는 평가 결과가 나타나 있다.

(예 1)

아디핀산 1.0 중량%

디부틸 아민 1.0 중량%

시클로헥실아민 브롬화 수소 0.2 중량%

올레일 살코신 1.0 중량%

로진의 아크릴산 부가물 7.0 중량%

수소 첨가 로진 7.0 중량%

이소프로필 알콜 82.8 중량%

(예 2)

세바신산(sebacic acid) 1.0 중량%

2,3-디부로모-1-프로판올 0.5 중량%

디에틸아민 염산염 0.2 중량%

라우로일 살코신 1.0 중량%

로진의 아크릴산 부가물 10.0 중량%

검 로진 5.0 중량%

이소프로필 알콜 82.3 중량%

(예 3)

옥틸산(octyl acid) 1.0 중량%

안식향산 1.0 중량%

디페닐구아니딘(diphenylguanidine) 브롬화 수소 0.2 중량%

야자유 지방산 살코신 1.0 중량%

로진의 아크릴산 부가물 20.0 중량%

이소프로필 알콜 77.8 중량%

(예 4)

글루타르산 1.0 중량%

2,3-디부로모-1-프로판올 0.5 중량%

시클로헥실아민 브롬화 수소 0.2 중량%

올레일(oleyl) 살코신 1.0 중량%

로진의 아크릴산 부가물 7.0 중량%

탈비율화 로진 7.0 중량%

이소프로필 알콜 83.3 중량%

(비교예 1)

아디핀산 1.0 중량%

디부틸 아민 1.0 중량%

시클로헥실아민 브롬화 수소 0.2 중량%

검 로진 15.0 중량%

이소프로필 알콜 82.8 중량%

(비교예 2)

세바신산 1.0 중량%

2,3-디부로모-1-프로판올 0.5 중량%

디에틸아민 염산염 0.2 중량%

라우로일 살코신 1.0 중량%

검 로진 15.0 중량%

이소프로필 알콜 82.3 중량%

(비교예 3)

옥틸산 1.0 중량%

안식향산 1.0 중량%

디페닐구아니딘 브롬화 수소 0.2 중량%

로진의 아크릴산 부가물 10.0 중량%

수소 첨가 로진 10.0 중량%

이소프로필 알콜 77.8 중량%

[표1]

	예 1	예 2	예 3	예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3
평가 결과	○	○	○	○	X	△	△

즉, 표1에 도시된 바와 같이, 예 1, 예 2 및 예 3에서는 만족스러운 납땜 성질이 얻어진다. 상술한 바와 같이, 만족스러운 전기 접속과 기본 납땜 이음 조건으로서 충분한 강도를 갖는 기계적 연결이 본 발명의 납땜 방법과 땜납 이음 부재에서 얻어진다. 또한, 주석-아연 땜납은 적절한 경도와 뛰어난 연신 특성을 갖는다. 예컨대, 관련 기술의 주석-37 중량% 납 땜납은 125 ℃에서 66 %의 고온 연신율을 가지며, 주석-9 중량% 아연 땜납은 동일하거나 높은 값인 67 %의 연신율을 갖는다. 한편, 주석-3 중량% 은-0.5 중량% 구리 땜납은 단지 12 %의 연신율을 갖는다.

따라서, 팔라듐 또는 팔라듐 합금층이 프레임의 표면 상에 형성된 리드 프레임을 포함하는 반도체 소자를 인쇄 회로 기판 상에 납땜/장착하기 위해, 본 발명의 납땜 방법에 의해 만족스러운 납땜 성질을 얻을 수 있다. 인성이 있고 기계적 및 전기적 연결이 뛰어나고 장기 신뢰도를 갖는 납땜 이음 부재를 얻을 수 있다.

(제2 실시예)

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명하기로 한다.

(1) 납땜 과정

이하에서는 도 12를 참조로 본 발명의 납땜 방법을 실현하기 위한 납땜 과정에 대해 설명하기로 한다. 단계(1) 내지 단계(9)의 순서는 도 5의 순서와 사실상 동일하지만, 각각의 단계에서의 성분은 도 5의 성분과 다르다.

우선 단계(1)에서, 주석-아연 땜납에 의해 HAL 처리된 인쇄 회로 기판(10)이 마련되며, 플로우 납땜될 전자 소자(SMD)(12)를 접합하기 위한 접착제(13)가 인가된다. 이어, 단계(2)에서, 대응하는 전자 소자(12)가 장착된다. 그 후, 단계(3)에서, 단계(1)에서 인가된 접착제(13)가 경화되고, 전자 소자(12)가 랜드(14) 상에 고정된다.

여기에서, 상술한 바와 같이, HAL 처리는 예컨대 전자 회로 기판의 납땜 성질을 개선하기 위해 땜납으로 기판을 피복하고 피복 상으로 전자 소자를 납땜하는 방법에서 기판을 평탄화하기 위해 용융 땜납의 욕에 침지된 기판에 가열된 가스(공기)를 분무하는 처리이다.

다음으로, 단계(4)에서 인쇄 회로 기판(10)이 뒤집혀지고, 리플로우 납땜될 전자 소자(12)의 납땜 단자가 놓이는 랜드(14) 상으로 주석-3 은-0.5 구리의 크림 땜납(15)(217 ℃의 고상선, 220 ℃의 액상선) 또는 주석-3.5 은-0.75 구리의 크림 땜납(15)(217 ℃의 고상선, 219 ℃의 액상선)이 미리 공급된다. 이어서, 단계(5)에서, 그 납땜 단자가 피복된, 예컨대 주석-아연 땜납으로 도금된 칩 소자(62)와 QFP IC와 같은 전자 소자(16)가 랜드(14) 상에 장착된다. 물론, 다른 종류의 도금을 포함하는 전자 소자도 포함될 수 있다.

그 후, 단계(6)에서, 리플로우 납땜이 리플로우 납땜 장치에 의해 수행된다. 특히, 상술한 단계에서 공급된 땜납이 가열되어 용융되며, 납땜 단자(17)(리드 단자부)와 랜드(14) 사이의 칩 소자(62)와 QFP IC와 같은 전자 소자(16)의 납땜될 부분이 납땜된다.

리플로우 납땜 완료후, 단계(7)에서, 예컨대 커넥터와 같은 삽입 소자(18)의 리드 단자(19)가 인쇄 회로 기판(10)의 리플로우 납땜된 표면의 측면 상의 관통 구멍(11)에 삽입된다. 또한, 단계(8)에서, 온도가 단계(8)의 온도 제어 장치에 의해 220 ℃ 내지 230 ℃의 범위에서 제어되는 용융 주석-9 아연 땜납의 분류 유동이 인쇄 회로 기판(10)의 플로우 납땜될 표면과 접촉하게 되어 표면을 플로우 납땜한다.

즉, 단계(3)에서 랜드(14)와 랜드(14) 상에 고정된 전자 소자(12) 사이에 형성된 납땜될 부분과, 단계(7)에서 도금된 관통 구멍(11)을 포함하는 랜드(14)와 관통 구멍(11)에 삽입된 삽입 소자(18)의 리드 단자(19) 사이에 형성된 납땜될 부분은 용융 주석-9 아연 땜납의 분류 유동과 접촉하게 된다. 주석-9 아연 땜납은 납땜될 이들 부분으로 공급되어서 부분들을 플로우 납땜한다.

부분들은 플로우 납땜 단계(8)에서 주석-9 아연에 의해 플로우 납땜되기 때문에, 온도는 220 ℃ 내지 230 ℃로 낮다. 특히, 부분들은 관련 기술의 주석-37 아연 땜납에서 적절한 것으로 여겨지는 245 ℃ 내지 250 ℃의 온도, 또는 주석-3 은-0.5 구리나 주석-3.5 은-0.75 구리의 무연 땜납(15)에서 적절한 것으로 여겨지는 250 ℃ 내지 255 ℃의 온도와 비교할 때 아주 저온에서 플로우 납땜될 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(10)은 주석-아연 땜납에 의해 HAL 처리되기 때문에, 도금된 관통 구멍(11)에서의 주석-아연 땜납의 상승 습윤도 아주 만족스럽다.

플로우 납땜 단계(8)에서, 납땜될 리플로우 납땜된 부분의 땜납, 상세하게는 소자(16, 62)가 장착된 랜드(14)와 필렛(150) 사이에 형성된 주석-은-납의 미세한 3원 공융 합금은 178 ℃의 융점을 넘는 온도로 가열되지 않으며, 필렛 박피가 발생 하지 않는다.

결국, 단계(9)에서 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판(10)의 대향하는 양 표면 상에 존재하는 납땜될 부분들은 냉각되어서 완전히 납땜된다. 필렛 박피가 없고 이음 상태가 만족스러운 땜납의 필렛(150)이 SMD 및 삽입 소자(18)의 납땜될 부분 상에 형성되며, 납땜 품질이 뛰어난 인쇄 회로 기판(10)이 완성된다.

또한, 플로우 납땜은 주석-9 아연 땜납에 의해 수행되기 때문에, 플로우 납땜중에 발생된 리프트-오프 현상은 다른 무연 땜납에서 보다 방지되거나 저감될 수 있다. 또한, 비스무스를 함유하지 않은 무연 땜납이 사용되기 때문에, 납땜될 부분의 땜납은 취화되지 않는다. 열주기 응력과, 반복 인가되는 가속에 의한 응력과, 진동 응력에 대해 인성을 갖는 납땜/장착을 수행할 수 있다.

로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제가 플로우 납땜중 인가될 플럭스 조성에 사용되기 때문에, 관통 구멍(11)에서의 주석-9 아연 땜납의 상승 습윤은 더욱 개선될 수 있다.

본 발명에서, 포스트 플럭스의 내열성을 개선한다는 관점에서, 관련 기술의 포스트 플럭스의 수지 성분으로서 검 로진 대신, 내열성이 높은 로진의 아크릴산 부가물이 선택적으로 사용된다.

또한, 본 발명에 따르면, 주석-아연 땜납에 사용하기 위한 포스트 플럭스의 획득 능력으로서 지속적인 습윤성이 확보되어야 한다는 관점에서, 혼합될 활성제가 주목된다. 살코신 골격을 포함하는 활성제가 선택적으로 사용됨으로서, 지속적인 습윤성이 가능하다.

본 발명에 사용하기 위한 로진의 아크릴산 부가물은 아크릴산의 첨가 반응물과, 수소 첨가 반응되는 로진 또는 로진 유도체를 포함한다. 로진의 예는 검 로진과, 우드 로진과, 주 성분으로서 아비에틱산, 팔루스트린산, 네오아비에틱산, 피마릭산, 이소피마릭산 및 디하이드로아비에틱산과 같은 수지산을 함유한 톨 오일 로진을 포함한다. 또한, 본 발명에 사용하기 위한 살코신 골격을 포함하는 활성제의 예는 올레일 살코신, 라우로일 살코신 및 야자유 지방산 살코신을 포함한다.

또한, 상술한 특별한 구성의 성분 이외에도, 본 발명의 플럭스와 함께, 수지, 활성제, 용매, 항산화제, 디루스터런트 및 다른 부가물과 같은 종래의 플럭스에 사용하기 위한 다양한 성분도 사용될 수 있다.

종래의 플럭스에 사용하기 위한 수지 성분의 예는 검 로진, 중합화 로진, 탈비율화 로진 및 수소 첨가 로진과 같은 다양한 로진 유도체와, 폴리아미드 수지 및 테르펜 수지와 같은 합성 수지를 포함한다. 종래의 플럭스에 사용하기 위한 활성제의 예는 아민의 하이드로할라이드와, 유기산과, 유기 아민과, 유기 할라이드를 포함한다. 아민의 하이드로할라이드의 구체적인 예는 디에틸아민 염산염과, 시클로헥실아민 브롬화 수소를 포함한다. 유기산의 구체적인 예는 아디핀산, 스테아린산 및 안식향산을 포함한다. 유기 아민의 구체적인 예는 헥실아민, 디부틸아민 및 트리에틸아민을 포함한다. 유기 할라이드의 구체적인 예는 2,3-디부로모-1-프로판올 및 2,3-디부로모-2-부텐-1,4-디올을 포함한다. 용매의 구체적인 예는 이소프로필 알콜, 아세틱 에테르 및 톨루엔을 포함한다.

또한, 항산화제, 딜루서터런트 및 다른 부가물은 특별히 제한되지 않으며, 다양한 공지된 작용제가 적절히 선택되어 사용될 수 있다.

(2) 납땜 장치의 구성

다음으로 도 13을 참조로 리플로우 납땜 장치의 구성예 및 작업에 대해 설명하기로 한다.

리플로우 납땜 장치는 땜납을 용융시키기 위해 땜납이 미리 공급되는 납땜될 부분을 가열하며, 인쇄 회로 기판 상에 형성된 랜드와 회로 패턴을 전자 소자에 납땜한다.

리플로우 납땜 장치의 가열 방법의예는 적외선에 의한 고온 와이어 가열, 고온 공기 가열, 스팀 가열, 열전달 가열 및 결합된 가열을 포함한다. 임의의 방법에서, 인쇄 회로 기판은 고온 대기를 유지하기 위해 챔버형 가열로에서 가열되고 리플로우 납땜된다. 또한, 기판은 질소 가스와 같은 비활성 가스가 공급되는 산소 농도가 낮은 대기에서 가열되기도 한다.

도 13은 리플로우 납땜 장치(200)의 일 예를 도시한 측단면도, 즉 종단면도이다. 질소 가스 공급 시스템은 기호 개략도로 도시된다.

본 예에서, 리플로우 납땜 장치는 가열로, 즉 용해로 부재(216)가 일곱 영역으로 분할된 소위 일곱 영역 구성을 갖는다. 가열 수단(203)을 포함하는 가열 챔버(204)가 수직 방향으로 대칭되게 배치되며, 여기에서 가열 수단(203)은 경계부인 인쇄 회로 기판(201)을 이송하기 위한 컨베이어(202)를 거쳐 배치되고 14개의 가열 챔버(204)가 배치된다. 또한, 제1 및 제2 영역은 인쇄 회로 기판(201)의 이송 방향(A)을 따라 온도 상승부 가열 챔버에 대응하고, 제3 내지 제5 영역은 유지 가열 챔버에 대응하고, 제6 및 제7 영역은 리플로우부 가열 챔버에 대응한다.

가열 수단(203)인 공지된 고온 공기 가열 수단 및 적외선 가열 수단이 사용된다. 또한, 이들 가열 수단(203)은 결합되어 사용된다. 인쇄 회로 기판(201)으로의 공급 열량에 있어서, 고온 공기 가열 수단에서 최종 공급 열량은 고온 온도에 의해 결정되며, 단위 시간당 공급 열량은 고온 공기 속도에 의해 결정된다.

또한, 적외선 가열 수단에서, 공급 열량은 적외선의 표면 온도의 사실상 제4 전력에 비례해서 증가될 수 있다. 또한, 고온 공기 온도, 고온 공기 속도 및 적외선 히터의 표면 온도가 조절되어서 인쇄 회로 기판(201)의 가열 온도를 조절함으로써, 목표 가열 온도 프로파일이 얻어진다.

컨베이어(202)에 대해서는 상세히 도시하지 않기로 하며, 컨베이어는 일반적으로 두 개의 평행한 이송 체인에 의해 대향하는 양 측단부에 의해 인쇄 회로 기판(201)을 유지하고 이송하는 데 사용된다. 여기에서, 미로부, 즉 입구 미로부(207)와 출구 미로부(208)는 진입 이송 포트(205) 및 배출 이송 포트(206)에서 평행하게 배치된 억제 플레이트에 의해 구성된다. 가열 챔버(204) 내외측과 용해로 챔버(216) 외측의 실링 성질이 확보된다.

한편, 질소 가스는 땜납이 용융된 리플로우부 가열 챔버로 공급되며, 산소 농도가 가장 낮은 질소 가스 대기가 리플로우부 가열 챔버에 형성된다. 특히, 불필요한 재료가 봄베형 또는 PSA형의 질속 가스 공급 장치(209)로부터 개폐 밸브(210)를 거쳐 필렛(211)에 의해 제거된 후, 목표 압력은 압력 제어 밸브(212)에 의해 유지된다. 목표 유속은 유속 조절 밸브(213)와 유속계(214)에 의해 조절되 며, 가스가 공급된다. 압력계(215)는 압력 점검을 위한 것이다.

납땜 작업은 인쇄 회로 기판(201)이 컨베이어(202)에 의해 이송되는 동안 수행된다. 특히, 진입 이송 포트(205)를 거쳐 공급된 인쇄 회로 기판(201)은 화살표 방향 A으로 이송된다. 기판은 온도 상승부 → 유지부 → 리플로우부의 순서로 각각의 가열 챔버(204)을 거쳐 통과되어 가열된다. 완전히 납땜된 인쇄 회로 기판(201)은 배출 이송 포트(206)을 거쳐 이송 배출된다.

각각의 가열 챔버(204)에서 인쇄 회로 기판(201)의 가열 도달 온도는 각각의 가열 챔버(204)의 가열 수단(203)으로부터 인쇄 회로 기판(201)으로 공급된 열량에 의해 조절되며, 고온 공기 온도와 고온 공기 속도와 적외선 히터의 표면 온도에 의해 추가로 조절된다. 이로써, 인쇄 회로 기판(201)은 목표된 소정의 가열 온도 프로파일로 가열되고 리플로우 납땜된다.

예컨대, 본 실시예에 사용하기 위한 주석-은-구리 계열의 무연 땜납, 즉 주석-3 은-0.5 구리 또는 주석-3.5 은-0.75 구리의 크림 땜납에서, 리플로우부의 납땜될 부분의 온도를 약 230 ℃ 내지 240 ℃의 온도 범위에서 조절하고 납땜을 수행하는 것은 일반적이다.

또한, 리플로우 납땜은 주석-은-구리 계열의 무연 땜납의 리플로우 납땜 작업중에 가열 챔버(204) 내로 질소 가스를 공급하지 않고도 대기에서 수행될 수도 있다. 또한, 리플로우 납땜이 산소 농도가 낮은 질소 가스 대기에서 수행될 때, 인쇄 회로 기판(201)의 납땜될 부분 또는 땜납이 산화되는 것이 방지된다. 납땜은 대기에서 보다 습윤성이 만족스럽게 수행될 수 있다.

다음으로, 도 14를 참조해서 플로우 납땜 장치의 구성예 및 작업에 대해 설명하기로 한다. 여기에서, 도 14는 플로우 납땜 장치의 일 예를 도시한 종단면도이고, 질소 가스 공급 시스템은 기호 개략도로 도시된다.

플로우 납땜 장치(300)는 비활성 가스, 즉 산소 농도가 낮은 질소 가스의 대기에서 납땜 작업을 수행하도록 구성된다. 도 14의 플로우 납땜 장치의 구성은 도 7의 플로우 납땜 장치의 구성과 유사하다.

특히, 납땜될 작업물, 즉 인쇄 회로 기판(301)을 이송하기 위한 컨베이어는 고도각 이송(고도각(θ1))을 위한 제1 컨베이어(302)와 부각 이송(부각(θ2))을 위한 제2 컨베이어(303)으로 구성된다. 터널 형상 챔버(304)가 이들 컨베이어를 덮도록 배치된다.

도 14에 도시된 바와 같이, 터널 형상 챔버(304)의 종단면은 뒤집혀진 V형상이며, 진입 이송 포트(305) 및 배출 이송 포트(306)는 수평면에서 동일한 높이에 있도록 구성된다. 이로써, 챔버내 대기 온도를 챔버(104) 외부 대기 온도보다 높게 유지하는 것이 용이하며, 성분(예컨대, 산소 농도)들이 안정적인 대기가 형성될 수 있다.

제1 및 제2 컨베이어(302, 303)는 인쇄 회로 기판(301)의 대향하는 양 측단부들을 유지하기 위한 유지 클로를 포함하며, 각각의 컨베이어는 대향하는 양 측단부 상에 배치되고 서로 평행한 두 개의 컨베이어 프레임을 포함한다. 또한, 인쇄 회로 기판(301)의 예열 단계를 구성하는 예열기(307)와 납땜 단계를 구성하는 땜납 탱크(308)은 터널 형상 챔버(304)에서 제1 컨베이어(302)를 따라 배치된다. 도시 된 화살표 A는 인쇄 회로 기판(301)의 이송 방향을 지시한다.

또한, 납땜 단계의 땜납 탱크(308)는 주석-9 아연 땜납(309)을 함유하며, 땜납(309)은 히터, 온도 센서 및 온도 제어 장치(도시 안됨)에 의해 가열되고 용융 상태에 있다. 온도는 미리 지시된 온도로 제어된다. 또한, 본 용융 땜납(309)은 제1 분류 유동(312)을 형성하기 위해 제1 펌프(310)에 의해 제1 분무 노즐(311)로 보내진다. 또한, 제2 펌프(313)는 제2 분류 유동(315)을 형성하기 위해 제2 분무 노즐(314)로 보내진다.

이어서, 이들 분류 유동(312, 315)은 인쇄 회로 기판(301)의 하부면, 즉 랜드(14) 및 관통 구멍(11)을 포함하는 납땜될 부분(44)이 존재하는 인쇄 회로 기판(10)의 하부면의 플로우 납땜될 표면과, 도 12의 단계(7)에 도시된 바와 같은 전자 소자(12)의 납땜 및 리드 단자에 접촉된다. 이로써, 용융 땜납(309)은 이 부분을 납땜하기 위해 납땜될 부분으로 공급되어 이 부분을 납땜한다.

예열기(307)는 터널 형상 챔버(304)에 배치된다. 그러나, 땜납 탱크(308)는 개구(316)가 터널 형상 챔버(304)에 배치되고 제1 및 제2 분류 유동(312, 315)이 개구(316)를 통해 터널 형상 챔버(304)에 위치되도록 구성된다. 스커트(317)가 개구(316)에 배치된다. 스커트(317)는 완전한 실링을 실현하기 위해 땜납 탱크(308)의 용융 땜납(309)에 침지된다.

또한, 많은 플레이트 부재, 즉 억제 플레이트(318)가 터널의 종방향을 따라, 즉 터널 형상 챔버(304)에서 컨베이어(302, 303)의 이송 방향을 따라 배치된다. 플레이트는 미로 시일을 형성하며, 터널 형상 챔버(304)에 불필요한 대기 유동이 일어나는 것을 방지하도록 구성된다.

터널 형상 챔버(304) 내로 비활성 가스로서 질소 가스를 공급하기 위한 배출 포트(319)가 이송 방향에서 볼 때 땜납 탱크(308) 뒤에 배치된 억제 플레이트(318) 사이에 배치되며, 목표 질소 가스 공급 유속은 유속 조절 밸브(320)와 유속계(321)에 의해 조절될 수 있다. 질소 가스는 봄베형 또는 PSA형의 질속 가스 공급 장치(322)로부터 공급되며, 개폐 밸브(323), 불순물 제거용 필터(324) 및 공급 압력을 목표치로 조절하기 위한 압력 제어 밸브(325)를 거쳐 유속 조절 밸브로 공급된다. 압력계(326)가 압력을 점검하기 위해 배치된다.

질소 가스 공급 유속에서, 터널 형상 챔버(304)의 산소 농도는 산소 농도계(도시 안됨)에 의해 측정되며, 예컨대 인쇄 회로 기판(301)이 용융 땜납(309)의 분류 유동과 접촉하는 영역으로서 납땜 단계의 대기가 견본 추출되고, 유속이 측정된다. 유속 조절 밸브(320)는 목표 산소 농도를 얻기 위해 조절되며, 유속이 설정된다.

또한, 필요한 경우, 파선으로 도시된 구성에 있어서, 질소 가스 공급을 위한 배출 포트(319)가 예열 단계의 예열기(307)의 근처에 마찬가지로 배치되며, 예열기(307) 근처 대기의 산소 농도도 산소 농도계에 의해 측정될 수 있다. 이런 구성에서, 예열 단계와 납땜 단계의 산소 농도가 개별적으로 조절/제어될 수 있다.

납땜 작업은 인쇄 회로 기판(301)이 컨베이어(302, 303)에 의해 이송되는 동안 수행된다. 특히, 진입 이송 포트(305)를 거쳐 공급된 인쇄 회로 기판(301)이 화살표 A 방향으로 이송된다. 기판은 예열 단계 → 납땜 단계의 순서로 이송되며, 용융 땜납(309)은 납땜 단계에서 분류 유동(312, 315)에 의해 인쇄 회로 기판(301)의 납땜될 부분으로 공급되고, 완전히 납땜된 인쇄 회로 기판(301)이 배출 이송 포트(306)를 거쳐 이송 배출된다.

플로우 납땜 작업은 인쇄 회로 기판(301)의 납땜될 부분의 온도가 80 ℃ 내지 150 ℃의 소정의 목표 온도 범위를 지시하는 동안 예열 단계에서 수행된다. 주석-9 아연 땜납의 온도가 220 ℃ 내지 230 ℃의 소정의 목표 온도 범위를 지시하는 동안, 작업은 납땜 단계에서 수행된다.

일본 특허 공개(JP-A) 제2001-293559호에 개시된 바와 같이, 예열 단계의 산소 농도는 1000 ppm 이하로 제어되고, 납땜 단계의 산소 농도는 500 ppm 이하로 제어되고, 주석-9 아연 땜납에 의한 인쇄 회로 기판(301)은 습윤성이 만족스럽게 플로우 납땜될 수 있다.

[제2 실시예]

본 발명자들에 의해 명백하게 된 바와 같이, 전자 소자의 납땜 단자가 주석-납 땜납으로 피복될 때, 그리고 리플로우 납땜이 주석-은-구리 계열의 무납 땜납으로 수행될 때, 융점이 178 ℃인 주석-은-납의 미세한 3원 공융 합금이 납땜될 부분의 랜드의 필렛 계면에 형성된다. 이로 인해 후속 수행된 플로우 납땜에서 필렛 박피가 발생된다.

그 후, 본 발명자들은 인쇄 회로 기판의 실제 납땜 작업에서 이런 사실을 확인했다. 도 15a, 도 15b 및 도 15c는 필렛 박피의 발생 조건에 대한 확인 결과를 보여주는 표로서, 도 15a는 땜납 종류, 전자 소자의 도금 종류 및 박피가 발생하는 납땜 과정 단계에 대한 분석 결과를 보여주며, 도 15b는 플러우 납땜 동안에 리플로우 납땜에 의해 완전히 납땜된 납땜될 부분의 온도 측정 결과를 보여주며, 도 15c는 플로우 납땜전에 QFP IC로 리플로우 납땜된 표면에 대향하는 플로우 납땜될 표면에 열전도 방지용 열절연 테이프가 부착된 것을 도시한 개략도이다.

분석을 수행하기 위해, 리플로우 납땜 작업에서, 납땜될 부분의 납땜 단자(리드 단자) 또는 땜납의 온도는 230 ℃로 설정되었으며, 플로우 납땜 작업에서, 땜납의 온도는 250 ℃가 되도록 제어되었다. 또한, 도 15a에서, ○ 표시는 필렛 박피가 발생하지 않았음을 나타내고, X는 필렛 박피가 발생했음을 나타낸다.

도 15a에 도시된 바와 같이, 주석-37 납 땜납, 주석-3 은-0.5 구리 땜납 및 주석-3.5 은-0.75 구리 땜납중 어느 하나에서도, 소자의 납땜 단자의 도금 종류에 관계없이, 즉 주석-납 땜납 도금 또는 주석-비스무스 땜납 도금인지에 관계없이, 제1 표면에 대한 리플로우 납땜 작업만으로는 필렛 박피가 발생하지 않는다.

그러나, 제2 표면이 연속해서 플로우 납땜될 때, 제1 표면에 대한 리플로우 납땜중에 주석-3 은-0.5 구리 땜납과 주석-3.5 은-0.75 구리 땜납을 사용한 경우이며 또한 주석-납 땜납으로 도금된 소자의 경우에만 필렛 박피가 발생한다. 플로우 납땜에서 사용된 땜납은 리플로우 납땜에서 사용된 땜납의 조성과 사실상 동일한 조성을 갖는다.

또한, 도 15c에 도시된 바와 같이, QFP IC(16)(240 핀 QFP IC)의 납땜 단자의 온도 상승을 억제하기 위한 열 절연 테이프(40)가 부착되며 필렛 박피는 플로우 납땜에 의해서도 발생하지 않는다.

도 15b에 도시된 바와 같이, 플로우 납땜중에 리플로우 납땜된 부분의 온도는 열 절연 테이프(40)가 없는 일반 땜납 상태에서 182 ℃이고, 열 절연 테이프(40)가 부착될 때 122 ℃로 상승한다. 이 경우, 인쇄 회로 기판(100의 제1 표면, 즉 리플로우 납땜 표면의 온도는 201 ℃ 및 133 ℃였다.

이들 분석 결과로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 주석-납 땜납으로 도금된 납땜 단자를 포함하는 전자 소자(12)가 주석-은-구리 계열의 무연 땜납으로 리플로우 납땜되는 납땜된 부분에서만, 연속 수행된 플로우 납땜에 의해서 필렛 박피가 발생한다. 플로우 납땜중에, 납땜 부분의 온도는 주석-은-납 3원 공융 합금의 융점인 178 ℃를 넘어선 182 ℃까지 상승하고, 이는 원인으로서 특정될 수 있다.

다음으로, 필렛 박피의 유무가 본 발명의 땜납 방법을 사용해서 점검되었다. 도 16a 및 도 16b는 점검 결과를 도시한 표로서, 도 16a는 인자들인 리플로우 납땜용 땜납의 종류, 전자 소자의 도금 종류 및 플로우 납땜용 주석-9 아연 땜납의 온도와, 필렛 박피의 유무를 집합적으로 도시한 표이다. 도 16b는 땜납의 종류에서 플로우 납땜중 부분들의 온도와 납땜에 사용하기 위한 적절한 땜납 온도를 비교하는 표이다.

특히, 도 16a에 도시된 바와 같이, 상술한 예에서와 마찬가지로, 주석-3 은-0.5 구리 땜납 및 주석-3.5 은-0.75 구리 땜납이 리플로우 납땜중에 땜납으로서 사용되며, 주석-9 아연 땜납은 플로우 납땜을 수행하기 위한 땜납에서 사용되며, 온도는 220 ℃ 및 230 ℃이다. 본 경우가 연구되었다. 결국, 어떤 경우에도, 필렛 박피가 발생하지 않았다.

물론, 주석-9 아연 땜납은 도금된 관통 구멍에서도 충분히 상승 습윤되며, 랜드 위에서 충분히 습윤-확산한다(도 12의 단계(9)에 도시된 상태). 또한, 인쇄 회로 기판이 주석-아연 땜납에 의해 HAL 처리될 때, 또는 로진의 아크릴 산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제가 플럭스 조성에 사용될 때, 220 ℃ 내지 230 ℃의 땜납의 아주 낮은 온도에서도, 주석-9 아연 땜납의 상승 습윤 속도는 아주 높고, 필렛은 아주 안정적으로 형성된다.

한편, 도 16b에 도시된 바와 같이, 주석-9 아연 땜납의 온도가 220 ℃일 때, 플로우 납땜에서 240 핀 QFP IC의 리드 단자 부분, 즉 납땜 단자의 온도는 151 ℃이다. 주석-9 아연 땜납의 온도가 230 ℃일 때, 단자 온도는 160 ℃이다. 온도는 178 ℃인 주석-은-납 3원 공융 합금의 융점보다 훨씬 낮다. 즉, 플로우 납땜에서의 납땜의 온도가 저감될 수 있을 때, 리플로우 납땜된 부분의 온도 상승도 저감된다.

또한, 250 ℃의 적절한 플로우 납땜 온도에서 주석-37 납 땜납, 주석-3 은-0.5 구리 땜납 및 주석-3.5 은-0.75 구리 땜납을 사용하는 플로우 납땜에서, 단자 온도는 상술한 바와 같이 182 ℃이다.

특히, 220 ℃ 내지 230 ℃의 제어된 온도로 주석-9 아연 땜납을 사용하는 플로우 납땜으로 인해, 리플로우 납땜된 부분의 계면에 존재하는 미세한 주석-아연-납 3원 공융 합금은 용융되는 것이 중단되며, 필렛 박피가 확실히 방지될 수 있다.

도 15a, 도 15b, 도 15c 및 도 16a, 도 16b에 도시된 바와 같이 실험에서 사용된 인쇄 회로 기판은 ASTM/NEMA 기준을 갖는 1.6 ㎜ 두께의 가장 일반적으로 사 용된 글래스 에폭시로 된 기지 재료를 사용하는 FR-4 재료이다.

[제3 실시예]

본 발명의 제3 실시예의 플로우 납땜 방법은 다음과 같이 수행될 수 있다.

(1) 플로우 납땜 장치의 구성

우선, 본 발명의 플로우 납땜 방법이 수행될 수 있는 플로우 납땜 장치의 구성예에 대해 설명하기로 한다. 도 18은 플로우 납땜 장치의 일 예를 도시한 종단면도이고, 질소 가스 공급 시스템은 기호 그림으로 도시되어 있다. 특히, 플로우 납땜 장치는 산소 농도가 낮은 비활성 가스, 즉 질소 가스 대기에서 납땜 작업을 수행하도록 구성된다. 도 18의 플로우 납땜 장치는 도 7 및 도 14에 도시된 플로우 납땜 장치의 구성과 유사한 구성을 갖는다.

납땜될 작업물, 즉 인쇄 회로 기판(401)을 이송하기 위한 컨베이너는 고도각 이송(고도각(θ1))을 위한 제1 컨베이어(402)와 부각 이송(부각(θ2))을 위한 제2 컨베이어(403)로 구성된다. 터널 형상 챔버(404)가 이들 컨베이어를 덮도록 배치된다.

도 18에 도시된 바와 같이, 터널 형상 챔버(404)의 종단면은 뒤집혀진 V형상이며, 진입 이송 포트(405) 및 배출 이송 포트(406)는 수평면에서 동일한 높이에 있도록 구성된다. 이로써, 챔버내 대기의 온도를 챔버(404) 외부 대기의 온도보다 높게 유지하는 것이 용이하며, 성분(예컨대, 산소 농도)들이 안정적인 대기가 형성될 수 있다.

제1 및 제2 컨베이어(402, 403)는 인쇄 회로 기판(401)의 대향하는 양 측단 부들을 유지하기 위한 유지 클로를 포함하며, 각각의 컨베이어는 대향하는 양 측단부 상에 배치되고 서로 평행한 두 개의 컨베이어 프레임을 포함한다. 또한, 인쇄 회로 기판(401)의 예열 단계를 구성하는 예열기(407)와, 납땜 단계를 구성하는 땜납 탱크(408)은 터널 형상 챔버(404)에서 제1 컨베이어(402)를 따라 배치된다. 도시된 화살표 A는 인쇄 회로 기판(401)의 이송 방향을 지시한다.

납땜 단계의 땜납 탱크(408)는 주석-9 아연 땜납(409)을 함유하며, 땜납(409)은 히터, 온도 센서 및 온도 제어 장치(도시 안됨)에 의해 가열되고 용융 상태에 있다. 온도는 소정 온도로 제어된다. 이 용융 땜납(409)은 제1 분류 유동(412)을 형성하기 위해 제1 펌프(410)에 의해 제1 분무 노즐(411)로 보내진다. 또한, 제2 펌프(413)는 제2 분류 유동(415)을 형성하기 위해 제2 분무 노즐(414)로 보내진다.

이어서, 이들 분류 유동(412, 415)은 인쇄 회로 기판(401)의 하부면, 즉 랜드(14) 및 관통 구멍(11)을 포함하는 납땜될 부분이 존재하는 인쇄 회로 기판(10)의 하부면의 플로우 납땜될 표면과, 도 12의 단계(7)에 도시된 바와 같이 전자 소자(12)의 납땜 및 리드 단자에 접촉된다. 이로써, 용융 땜납(409)은 납땜될 부분으로 공급되어 이 부분을 납땜한다.

또한, 예열기(407)는 터널 형상 챔버(404)에 배치된다. 그러나, 땜납 탱크(408)는 개구(416)가 터널 형상 챔버(404)에 배치되고 제1 및 제2 분류 유동(412, 415)이 개구(416)를 통해 터널 형상 챔버(404)에 위치되도록 구성된다. 이런 구조로 인해, 스커트(417)는 개구(416)에 배치된다. 스커트(417)는 완전한 실링을 실현하기 위해 땜납 탱크(408)의 용융 땜납(409)에 침지된다.

또한, 많은 플레이트 부재, 즉 억제 플레이트(418)가 터널의 종방향을 따라, 즉 터널 형상 챔버(404)에서 컨베이어(402, 403)의 이송 방향을 따라 배치된다. 플레이트는 미로 시일을 형성하며, 터널 형상 챔버(404)에 불필요한 대기 유동이 일어나는 것을 방지하도록 구성된다.

터널 형상 챔버(404) 내로 비활성 가스인 질소 가스를 공급하기 위한 배출 포트(419)가 이송 방향에서 볼 때 땜납 탱크(408) 뒤에 배치된 억제 플레이트(418) 사이에 배치되며, 목표 질소 가스 공급 유속은 유속 조절 밸브(420)와 유속계(421)에 의해 조절될 수 있다. 질소 가스는 봄베형 또는 PSA형의 질속 가스 공급 장치(422)로부터 공급되며, 개폐 밸브(423), 불순물 제거용 필터(424) 및 공급 압력을 목표치로 조절하기 위한 압력 제어 밸브(425)를 거쳐 유속 조절 밸브로 공급된다. 압력계(426)가 압력을 점검하기 위해 배치된다.

질소 가스 공급 유속에서, 터널 형상 챔버(404)의 산소 농도는 산소 농도계(도시 안됨)에 의해 측정되며, 예컨대 인쇄 회로 기판(401)이 용융 땜납(409)의 분류 유동(412, 415)과 접촉하는 영역으로서 납땜 단계의 대기가 견본 추출되고, 유속이 측정된다. 유속 조절 밸브(420)는 목표 산소 농도를 얻기 위해 조절되며, 유속이 설정된다.

필요한 경우, 파선으로 도시된 구성에 있어서, 질소 가스 공급을 위한 배출 포트(419)가 예열 단계의 예열기(407)의 근처에 마찬가지로 배치되며, 예열기(407) 근처 대기의 산소 농도도 산소 농도계에 의해 측정될 수 있다. 이런 구성에서, 예 열 단계와 납땜 단계의 산소 농도가 개별적으로 조절/제어될 수 있다.

납땜 작업은 인쇄 회로 기판(401)이 컨베이어(402, 403)에 의해 이송되는 동안 수행된다. 특히, 진입 이송 포트(405)를 거쳐 공급된 인쇄 회로 기판(401)이 화살표 A 방향으로 이송된다. 기판은 예열 단계 → 납땜 단계의 순서로 이송되며, 용융 땜납(409)은 납땜 단계의 분류 유동(412, 415)에 의해 인쇄 회로 기판(401)의 납땜될 부분으로 공급되고, 완전히 납땜된 인쇄 회로 기판(401)이 배출 이송 포트(406)를 거쳐 이송 배출된다.

플로우 납땜 작업은 인쇄 회로 기판(401)의 납땜될 부분의 온도가 80 ℃ 내지 150 ℃의 소정의 목표 온도 범위를 지시하는 동안 예열 단계에서 수행된다. 주석-9 아연 땜납의 온도가 220 ℃ 내지 230 ℃의 소정의 목표 온도 범위를 지시하는 동안, 작업은 납땜 단계에서 수행된다.

일 예에서, 인쇄 회로 기판의 납땜될 표면의 온도가 약 120 ℃에서 예열된 후, 표면은 플로우 납땜을 수행하기 위해 220 ℃에서 주석-9 아연 땜납의 분류 유동과 접촉하게 된다.

(2) 납땜 과정

도 17a 내지 도 17e는 본 발명의 플로우 납땜 방법을 실현하기 위한 과정의 설명도로서, 인쇄 회로 기판 및 각 과정에서 장착된 전자 소자의 상태를 도시한 종단면도이다. 여기에서, 상기 (1)의 플로우 납땜 장치는 도 17e의 단계에서 사용된다.

(과정 1)

도 17a에 도시된 바와 같이 납땜될 부분을 구성하는 구리 랜드(171)와 구리 관통 구멍(172)을 포함하는 인쇄 회로 기판(170)과 관련해서, 주석-은-구리 계열의 땜납(예컨대, 주석-3.5 은-0.75 구리 땜납, 주석-3 은-0.5 구리 땜납), 주석-은 계열의 땜납(예컨대, 주석-3.5 은 땜납), 주석-구리 계열의 땜납(예컨대, 주석-0.75 구리 땜납) 또는 주석(100 주석)을 사용해서 공지된 HAL 처리가 수행된다. 상술한 땜납 또는 주석의 층(173)이 구리 랜드(171)와 구리 관통 구멍(172)(구리 도금 관통 구멍)(도 17b) 상에 형성된다. 땜납층 또는 주석층은 도금과 같은 다른 공지된 방법에 의해 사용될 수 있다.

이 경우, 주석 다량 함유 무연 땜납이 땜납에 사용된다. 특히, 주석의 함량이 90 % 이상인 무연 땜납이 선호될 수 있다. 예에서 후술하는 바와 같이, 랜드(171) 위에서의 주석-아연 땜납의 습윤-확산 또는 도금된 관통 구멍(172)에서의 주석-아연 땜납의 상승 습윤은 만족스러운 상태로 개선된다.

이 경우, 주석 다량 함유 무연 땜납은 비스무스를 함유하지 않은 땜납으로 제한된다. 비스무스가 함유될 때, 납땜될 부분의 땜납은 납땜후 취화된다. 점착성이 높은 주석-아연 땜납의 초기 특성은 소실되며 납땜된 부분의 연결 강도는 주기 응력에 대해 약해진다.

(과정 2)

땜납층 또는 주석층이 접착제(174)에 의해 도 17b에 도시된 바와 같이 배치된 인쇄 회로 기판(170) 상에는 전자 소자(175)(예컨대, SOP IC)이 도 17c에 도시된 바와 같이 고정되어 장착된다. 또한, 도 17d에 도시된 바와 같은, 삽입식 리드 단자(176)를 포함하는 전자 소자(175)에 있어서, 인쇄 회로 기판(170)이 도 17d에 도시된 바와 같이 뒤집힌 후, 대응하는 전자 소자(175)(예컨대, DIP IC, SIP IC, ZIP IC)의 리드 단자(176)는 소자를 장착하기 위해 관통 구멍(172)으로 삽입된다. 물론, 도 17c 또는 도 17d에서 장착된 전자 소자(175)은 일 예이다.

무연 금속 도금 또는 피복 처리되는 단자는 전자 소자(176)의 납땜 단자 또는 납땜 리드 단자(176)에 사용된다. 도금 또는 피복 처리에 사용하기 위한 금속은 전자 소자(175)의 종류 또는 제작자에 따라 다르다. 레지스턴스와 캐패시터와 같은 수동 소자에 대해서, 납땜에 사용되는 것과 유사한 땜납이 주로 사용된다. 그러나, 리드 프레임 다이 접합에서의 습윤이 IC와 같은 반도체 소자에서도 고려되며, 팔라듐 또는 팔라듐 합금은 일 예로서 사용된다.

(과정 3)

인쇄 회로 기판(170) 상에 전자 소자(175)를 장착하는 것이 과정 2에서 완료될 때, 인쇄 회로 기판(170)은 상기(1)에서 설명된 플로우 납땜 장치에 의해 납땜된다. 특히, 도 17e에 도시된 납땜될 표면(도시된 하부면)은 주석-아연 땜납(예컨대, 주석-9 아연 땜납)의 분류 유동과 접촉하게 되며, 주석-아연 땜납은 납땜될 부분(177)을 습윤하도록 공급되며 주석-아연 땜납은 도금된 관통 구멍(172)을 상승 습윤시킨다.

이 경우, 주석 다량 함유 무연 땜납 또는 주석의 층이 과정 1에 의해 인쇄 회로 기판(170)의 랜드 및 도금된 관통 구멍의 표면 상에 형성되며, 따라서 랜드(171)에서의 주석-아연 땜납의 습윤-확산 및 도금된 관통 구멍(172)에서의 상승 습윤이 개선된다.

팔라듐 또는 팔라듐 합금층이 랜드(171) 상에 장착된 전자 소자(175)의 납땜 단자의 표면 또는 관통 구멍(172)에 삽입된 전자 소자(175)의 납땜 리드 단자(176)의 표면 상에 배치될 때에도, 주석-아연 땜납은 팔라듐 또는 팔라듐 합금층 위에서 잘 습윤-확산된다. 따라서, 뛰어난 납땜 성질이 얻어진다. 한편, 주석-아연 땜납의 뛰어난 습윤-확산 또는 상승 습윤은 다른 무연 땜납에서 얻어질 수 없다.

한편, 인쇄 회로 기판의 플로우 납땜중에, 포스트 플럭스는 일반적으로 산화를 방지하고 습윤성을 개선하기 위해 예열 단계전에 인가된다. 그러나, 로진의 아크릴산 부가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제가 플럭스 조성에 사용될 때, 습윤성은 분류 유동과의 접촉시에 지속적으로 개선된다. 보다 만족스러운 습윤성이 특히 주석-아연 땜납에서 얻어진다.

[제3 실시예]

(1) 확산비 방법에 의한 납땜 성질 평가

땜납의 확산비 시험이 JIS-Z-3184에 맞게 수행되었으며, 납땜 성질이 평가되었다.

우선, 인 탈산(phosphor deoxidized) 구리판(JIS C-2100 50×50×0.3 ㎜)이 용융 주석(100 주석), 주석-0.75 구리 땜납, 주석-3 은-0.5 구리 땜납, 주석-3.5 은 땜납 및 주석-3.5 은-0.75 구리 땜납으로 도금(레블러 처리)되어서 각각에 대해 세 개의 시험편을 마련하였다. 도금/처리되지 않은 인 탈산 구리판의 세 개의 시편이 마련되었다.

다음으로, 주석-9 아연 땜납 반죽이 각각의 시편 상에 인쇄되었다. 다음으로, 시편은 산소 농도가 500 ppm인 질소 가스 대기가 형성된 리플로우 용해로 내로 도입되었으며, 최고 온도가 220 ℃이고 유지 시간이 200 ℃ 이상에서 60초인 가열 조건에서 납땜되었다.

그 후, 각각의 납땜된 시편은 실온에서 냉각되었다. 그 후, 각각의 시편 상에 잔류하는 플럭스는 알콜로 세척/제거되었다. 이어서, 각각의 시편 상의 땜납의 높이가 측정되었으며, 각각의 확산비인 S(%)가 다음 수학식 1에서 얻어졌다.

S = (D-H)/D × 100 (%)

본 식에서, H는 확산 땜납의 높이(㎜)를 지시하고, D는 볼로서 여겨지는 인쇄 땜납의 용적의 직경(㎜)을 지시한다.

D = 1.24V^{1 /3}

V = 인쇄된 땜납의 질량/인쇄된 땜납의 비중

여기에서, H와 D의 의미는 도 19에 설명되어 있다.

이들 측정 결과는 도 20a 및 도 20b의 개략도/그래프의 표에 집합적으로 도시된다. 도 20a는 사진으로 주석-아연 땜납의 확산 상태와 확산비(S(%))의 각각의 중심값을 도시한 개략도/표이다. 도 20b는 편차를 포함하는 확산비(S(%))를 도시 한 개략도이다. 각각의 원소는 도 20a 및 도 20b에서 원소 기호로서 도시되어 있다.

특히, 구리 랜드와 관통 구멍이 형성된 인쇄 회로 기판에 대응하는 100 구리에서, 주석-9 아연 땜납의 습윤-확산비는 82.3 %이다. 반면에, 레블러 처리된 인쇄 회로 기판에 대응하는 융용 도금 처리에서, 비율은 90.9 %이다. 습윤-확산비는 주석-0.75 구리 땜납에서 91.4 %이고, 주석-3 은-0.5 구리 땜납에서 90.3 %이고, 주석-3.5 은 땜납에서 89.4 %이고, 주석-3.5 은-0.75 구리 땜납에서 89.3 %이다.

도 20b로부터 알 수 있는 바와 같이, 레블러 처리의 보다 많은 함량의 주석을 사용하면, 주석-아연 땜납의 습윤-확산은 비례해서 개선된다.

또한, 본 개략도/표로부터 결론지을 수 있는 바와 같이, 레블러 처리는 90 중량% 이상의 주석 성분을 함유하는 주석 또는 주석을 다량 함유한 땜납에 의해 수행되며, 약 85 % 이상의 만족스러운 습윤-확산비가 얻어질 수 있다.

(2) 플로우 납땜에 의한 평가

다음으로, 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드와 도금된 관통 구멍이 다양하게 레블러 처리되었으며, 주석층 또는 주석 다량 함유 땜납층이 형성된 인쇄 회로 기판이 주석-9 아연 땜납에 의해 플로우 납땜되었으며, 납땜 성질이 평가되었다. 납땜시, 땜납 또는 분류 유동의 온도는 220 ℃로 낮았다.

도 21a 및 도 21b는 다양한 레블러 처리를 받은 인쇄 회로 기판의 주석-아연 땜납에 의한플로우 납땜의 결과를 도시한 개략도/표이다. 도 21a는 표에서 납땜 결과를 도시한 개략도(원소 기호는 각각의 원소를 보이기 위해 사용됨)이다. 도 21b는 납땜 성질의 평가 기준을 도시한 납땜될 부분의 수직 단면도이다. 플로우 납땜에서 가장 어려운 도금된 관통 구멍에 삽입된 전자 소자의 리드 단자에 대한 도 21b의 평가 기준이 도시된다.

특히, 도 21a 및 도 21b를 참조하면, 인쇄 회로 기판에서, 주석층(100 주석), 주석-1.2 은-0.75 구리 땜납층, 주석-3 은-0.5 구리 땜납층, 주석-3.5 은-0.75 구리 땜납층 또는 주석-9 아연 땜납층이 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드와 도금된 관통 구멍 상에 형성된다. 인쇄 회로 기판에서도, 구리 랜드 또는 관통 구멍은 니켈 도금되며 그 토대부는 금 도금된다. 또한, 구리 랜드 또는 관통 구멍은 구리 인쇄 회로 기판에서 처리되지 않는다. 각각의 기판에 대해, 주석-9 아연 땜납에 의한 납땜 성질이 평가되고 그 결과가 도시된다.

이런 평가를 수행하기 위해, 주석-아연 땜납의 층이 납땜 리드 단자 상에 형성된 전자 소자가 관통 구멍에 삽입되어 장착된다. 전자 소자는 관통 구멍에 삽입되어 장착되며, 여기에서 납땜 리드 단자는 니켈 도금되고, 하부층은 팔라듐 도금되고, 팔라듐 층은 납땜 리드 단자의 표면 상에 형성된다. 또한, 사용된 전자 소자는 DIP IC이다.

이 경우, 주석-아연 땜납층이 형성된 납땜 리드 단자를 포함하는 전자 소자는 관통 구멍으로 삽입되어 장착되며, 이것은 납을 사용하는 관련 기술 예와 이것을 비교하기 위해 평가된다.

다음으로, 도 21b에 도시된 평가 기준에 대해 설명하기로 한다. 도시된 바와 같이, "○"은 땜납이 관통 구멍(22)에서 상승 습윤되고 땜납 필렛이 인쇄 회로 기판의 하부면 및 상부면 상의 랜드 위에 형성되는 만족스러운 납땜 상태를 나타낸다. 땜납 필렛은 인쇄 회로 기판의 하부면의 랜드 상에 형성되며 땜납은 관통 구멍에서도 상승 습윤된다. 그러나, 땜납은 인쇄 회로 기판의 상부 랜드 위에서 습윤-확산될 수 없으며 필렛은 형성되지 않는다. 이 상태는 "△"에 의해 조금 불충분한 납땜 상태로서 지시된다. 땜납 필렛은 인쇄 회로 기판의 하부면의 랜드 상에 형성되지만, 땜납은 관통 구멍에서 충분히 상승 습윤되지 않는다. 따라서, 땜납은 인쇄 회로 기판의 상부 랜드 위에서 습윤-확산될 수 없으며 필렛은 형성되지 않는다. 이 상태는 "X"에 의해 불충분한 납땜 상태로서 지시된다.

도 21a의 평가 결과로부터, 인쇄 회로 기판 상에 장착되고 무연 팔라듐층이 형성된 납땜 리드 단자를 포함하는 전자 소자는 니켈/금으로 도금된 인쇄 회로 기판이나 처리되지 않은 인쇄 회로 기판과 불충분하게 납땜된 상태에 있게 된다. 그러나, 주석층 또는 주석을 다량 함유한 땜납이 형성된 인쇄 회로 기판에서, 만족스러운 납땜 상태가 얻어진다.

납땜 단자 또는 리드 단자의 표면 상에 형성된 팔라듐 또는 팔라듐 합금층을 포함하는 전자 소자(특히, 리드 프레임을 포함하는 IC)는 일반적으로 무연 땜납에 대한 습윤성에 있어서 주석-납 땜납층을 포함하는 것보다 열악한 것으로 여겨진다. 그러나, 본 발명의 플로우 납땜 방법에 따르면, 만족스러운 납땜 상태가 얻어질 수 있다.

니켈/금 도금 처리된 인쇄 회로 기판에서, 관련 기술의 주석-아연 땜납층이 전자 소자 상에 형성될 때 뛰어난 습윤성과 납땜 성질이 얻어진다. 그러나, 불충 분한 납땜 상태가 전자 소자의 납땜 리드 단자 상에 형성된 팔라듐에서 얻어진다.

또한, 주석-아연 땜납은 플로우 납땜을 수행하기 위해 230 ℃ 및 250 ℃에서 상승되었지만, 유사한 평가 결과가 얻어진다. 땜납과 분류 유동의 온도에 의한 우수성의 차이는 인식되지 않았다.

이런 방식에서, 주석(100 주석) 또는 주석을 다량 함유한(90 중량% 이상의 주석 함량) 무연 땜납의 층이 인쇄 회로 기판의 납땜될 랜드의 표면 또는 도금된 관통 구멍에 미리 형성된다. 전자 소자는 인쇄 회로 기판 상에 장착되며 주석-아연 땜납에 의해 플로우 납땜되어서, 만족스러운 납땜 성질이 얻어진다.

특히, 주석-아연 땜납이 플로우 납땜을 수행하도록 사용될 때, 습윤성에 관련된 인쇄 회로 기판의 주 인자가 제어된다. 습윤성이 불량하고 플로우 납땜의 대상 땜납이 아닌 것으로 이전에 평가된 주석-아연 땜납을 사용하더라도, 뛰어난 납땜 성질을 갖는 인쇄 회로 기판을 안정적으로 대량 생산할 수 있다.

또한, 땜납 및 분류 유동의 온도가 220 ℃로 낮은 땜납을 사용하더라도, 만족스러운 습윤-확산 및 상승 습윤이 납땜될 랜드 및 도금된 관통 구멍에서 얻어진다. 이 온도는 관련 기술의 주석-납 땜납에 의한 플로우 납땜중의 온도(약 240 ℃ 내지 250 ℃) 또는 고융점 무연 땜납에 의한 플로우 납땜중의 온도(약 250 ℃ 내지 255 ℃)와 비교될 때 훨씬 낮은 온도이다.

결국, 전자 소자 상으로 가해진 열 응력은 납땜중에 저감되며, 이런 열 응력이 인자인 전자 소자의 수명은 관련 기술의 주석-납 땜납 또는 고융점 무연 땜납의 수명보다 훨씬 길다. 다른 인자에 의한 전자 소자의 열화만이 문제될 수 있다.

또한, 주석-아연 땜납은 어떤 다른 무연 땜납과 비교하더라도 강한 인성을 가지며, 적절한 경도와 뛰어난 연신 특성을 갖는다. 따라서, 주기적 응력에 대해 인성이 있도록 연결 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 많은 열 또는 가속 주기 응력을 갖는 장치(예컨대, 차량)에 사용됨으로서, 납땜될 부분의 연결 파손(분리)으로 인한 문제는 거의 일어나지 않으며, 뛰어난 신뢰도가 얻어질 수 있다.

(3) 지속적인 기능을 얻을 수 있는 플럭스

플로우 납땜에 의한 평가에 있어서, 일반적으로, 포스트 플럭스가 인쇄 회로 기판에 분무/인가되었다. 포스트 플럭스의 관련 기술 수지 성분인 검 로진 이외에도, 내열성이 높은 로진의 아크릴산 부가물이 플럭스에 선택적으로 사용된다. 또한, 지속적인 습윤성 향상을 확보한다는 관점에서, 살코신 골격을 포함하는 활성제가 혼합될 활성제에 선택적으로 사용된다. 로진의 아크릴산 부가물은 아크릴산의 첨가 반응물과 수소 첨가 반응되는 로진 또는 로진 유도체를 포함한다. 로진의 예는 검 로진과, 우드 로진과, 주 성분으로서 아비에틱산, 팔루스트린산, 네오아비에틱산, 피마릭산, 이소피마릭산 및 디하이드로아비에틱산과 같은 수지산을 함유한 톨 오일 로진을 포함한다. 또한, 살코신 골격을 포함하는 활성제의 예는 올레일 살코신, 라우로일 살코신 및 야자유 지방산 살코신을 포함한다.

상술한 특별한 구성 성분 이외에도, 수지, 활성제, 용매, 항산화제, 디루스터런트 및 다른 부가물과 같은 종래의 플럭스에 사용하기 위한 다양한 성분도 사용될 수 있다.

종래의 플럭스에 사용하기 위한 수지 성분의 예는 검 로진, 중합화 로진, 탈 비율화 로진 및 수소 첨가 로진과 같은 다양한 로진 유도체와, 폴리아미드 수지 및 테르펜 수지와 같은 합성 수지를 포함한다.

또한, 종래의 플럭스에 사용하기 위한 활성제의 예는 아민의 하이드로할라이드와, 유기산과, 유기 아민과 유기 할라이드를 포함한다. 아민의 하이드로할라이드의 구체적인 예는 디에틸아민 염산염 및 시클로헥실아민 브롬화 수소를 포함한다. 유기산의 구체적인 예는 아디핀산, 스테아린산 및 안식향산을 포함한다. 유기 아민의 구체적인 예는 헥실아민, 디부틸아민 및 트리에틸아민을 포함한다. 유기 할라이드의 구체적인 예는 2,3-디부로모-1-프로판올 및 2,3-디부로모-2-부텐-1,4-디올을 포함한다. 용매의 구체적인 예는 이소프로필 알콜, 아세틱 에테르 및 톨루엔을 포함한다.

또한, 항산화제, 딜루서터런트 및 다른 부가물은 특별히 제한되지 않으며, 다양한 공지된 작용제가 적절히 선택되어 사용될 수 있다.

다음으로, 플럭스의 예로서 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다. 예 5 내지 8과 비교예 4 내지 6을 포함하는 액체 플럭스 조성이 마련되었으며, 전자 소자가 장착된 인쇄 회로 기판에 분무-인가되었고, 소자는 자동 납땜 장치에 의해 납땜되었다.

도 22a는 예들을 사용하여 평가 결과를 도시한 개략도/표이다. 도 22b에 도시된 바와 같이, 평가 결과는 도 21b에 도시된 평가 기준 ○△X는 동일한 평가 기준에 의해 평가되었다.

(예 5)

아디핀산 1.0 중량%

디부틸 아민 1.0 중량%

시클로헥실아민 브롬화 수소 0.2 중량%

올레일 살코신 1.0 중량%

로진의 아크릴산 부가물 7.0 중량%

수소 첨가 로진 7.0 중량%

이소프로필 알콜 82.8 중량%

(예 6)

세바신산 1.0 중량%

2,3-디부로모-1-프로판올 0.5 중량%

디에틸아민 염산염 0.2 중량%

라우로일 살코신 1.0 중량%

로진의 아크릴산 부가물 10.0 중량%

검 로진 5.0 중량%

이소프로필 알콜 82.3 중량%

(예 7)

옥틸산 1.0 중량%

안식향산 1.0 중량%

디페닐구아니딘 브롬화 수소 0.2 중량%

야자유 지방산 살코신 1.0 중량%

로진의 아크릴산 부가물 20.0 중량%

이소프로필 알콜 77.8 중량%

(예 8)

글루타르산 1.0 중량%

2,3-디부로모-1-프로판올 0.5 중량%

시클로헥실아민 브롬화 수소 0.2 중량%

올레일 살코신 1.0 중량%

로진의 아크릴산 부가물 7.0 중량%

탈비율화 로진 7.0 중량%

이소프로필 알콜 83.3 중량%

(비교예 4)

아디핀산 1.0 중량%

디부틸 아민 1.0 중량%

시클로헥실아민 브롬화 수소 0.2 중량%

검 로진 15.0 중량%

이소프로필 알콜 82.8 중량%

(비교예 5)

*세바신산 1.0 중량%

2,3-디부로모-1-프로판올 0.5 중량%

디에틸아민 염산염 0.2 중량%

라우로일 살코신 1.0 중량%

검 로진 15.0 중량%

이소프로필 알콜 82.3 중량%

(비교예 6)

옥틸산 1.0 중량%

안식향산 1.0 중량%

디페닐구아니딘 브롬화 수소 0.2 중량%

로진의 아크릴산 부가물 10.0 중량%

수소 첨가 로진 10.0 중량%

이소프로필 알콜 77.8 중량%

즉, 도 22a 및 도 22b의 평가 결과에 도시된 바와 같이, 예 5, 예 6, 예 7 및 예 8에서는 만족스러운 납땜 성질이 얻어진다.

본 방식에서, 내열성이 뛰어나고 습유성이 개선된 본 발명의 플럭스 성분에 의해, 주석-아연 땜납의 분류 유동이 인쇄 회로 기판과 접촉할 때의 습윤성 개선과 같은 플럭스의 기능은 지속적으로 얻어진다. 주석-아연 땜납이 납땜될 랜드 위에서 습윤-확산될 때 또는 도금된 관통 구멍에서 상승 습윤될 때, 양호한 기능이 얻어진다.

도 1은 반도체 소자의 리드 프레임의 단면도.

도 2는 반도체 소자의 리드 단자가 도금된 관통 구멍을 포함하는 인쇄 회로 기판에 삽입된 것을 도시한 단면도.

도 3은 반도체가 하강한 납땜 리드 단자의 납땜 상태를 도시한 단면도.

도 4a 및 도 4b는 무연 땜납에서 발생된 리프트-오프에 대한 조감도.

도 5는 본 발명의 종래 납땜 방법을 도시한 납땜 과정의 개략도.

도 6a 및 도 6b는 필렛 박피를 도시한 납땜될 부분의 단부면에 대한 도면으로서, 도 6a는 정상 납땜 상태의 설명도이고, 도 6b는 박피된 부분의 용이한 관찰을 위해 확대 도시된 박피된 필렛(600)의 상태에 대한 설명도.

도 7은 본 발명의 납땜 방법을 실현한 납땜 장치의 일 예를 도시한 종단면도.

도 8a 및 도 8b는 다양한 땜납 및 도금에서의 납땜 성질의 비교 결과를 도시한 개략도.

도 9는 Sn-Pb 도금에서의 리프트-오프와 랜드 박피의 발생율 간의 관계를 도시한 개략도.

도 10은 Au 도금에서의 리프트-오프와 랜드 박피의 발생율 간의 관계를 도시한 개략도.

도 11은 Ni/Pd 도금에서의 리프트-오프와 랜드 박피의 발생율 간의 관계를 도시한 개략도.

도 12는 본 발명의 납땜 방법을 실현한 납땜 과정을 도시한 개략도.

도 13은 리플로우 납땜 장치의 일 예를 도시한 측단면도, 즉 종단면도.

도 14는 플로우 납땜 장치의 구성예를 도시한 개략도.

도 15a 내지 도 15c는 필렛 박피의 발생 조건에 대한 확인 결과를 보여주는 표로서, 도 15a는 땜납 종류, 전자 소자의 도금 종류 및 박피가 발생하는 납땜 과정 단계에 대한 분석 결과를 보여주며, 도 15b는 플러우 납땜 동안에 리플로우 납땜에 의해 완전히 납땜된 납땜될 부분의 온도 측정 결과를 보여주며, 도 15c는 플로우 납땜전에 QFP IC로 리플로우 납땜된 표면에 대향하는 플로우 납땜될 표면에 열전도 방지용 열절연 테이프가 부착된 것을 도시한 개략도.

도 16a 및 도 16b는 본 발명의 납땜 방법을 사용해서 필렛 박피의 유무를 점검한 결과를 도시한 표로서, 도 16a는 인자로서 리플로우 납땜용 땜납의 종류, 전자 소자의 도금 종류 및 플로우 납땜용 주석-9 아연 땜납의 온도와, 필렛 박피의 유무를 집합적으로 도시한 표이고, 도 16b는 땜납의 종류에서 플로우 납땜중 부분의 온도와 납땜에 사용하기 위한 적절한 땜납 온도를 비교하는 표.

도 17a 내지 도 17e는 본 발명의 플로우 납땜의 방법을 실현하기 위한 과정에 대한 설명도.

도 18은 플로우 납땜 장치의 일 예를 도시한 종단면도.

도 19는 JIS-Z-3184에 맞는 땜납의 확산비 시험에서 볼로서 여겨지는 인쇄된 땜납의 용적의 확산 땜납 높이(H) 및 직경(D)을 도시한 설명도.

도 20a 및 도 20b는 JIS-Z-3184에 맞는 땜납의 확산비 시험을 집합적으로 도 시한 개략도/표.

도 21a 및 도 21b는 다양한 레블러 처리를 받은 인쇄 회로 기판의 주석-아연 땜납에 의한 플로우 납땜 결과를 도시한 개략도/표.

도 22a 및 도 22b는 플럭스의 예와 비교예를 사용한 납땜 평가 결과를 도시한 개략도/표.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

101 : 인쇄 회로 기판

104 : 터널 형상 챔버

107 : 예열기

108 : 땜납 탱크

110 : 제1 펌프

111 : 제1 분무 노즐

112 : 제1 분류 유동

113 : 제2 펌프

114 : 제2 분무 노즐

115 : 제2 분류 유동

Claims (8)

1. 대향하는 양 표면 상에 납땜될 부분들을 포함하는 인쇄 회로 기판을 납땜하기 위한 납땜 방법이며,

   주석, 은 및 구리를 함유한 무연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판의 일 표면에 전자 소자를 리플로우 납땜하는 단계와,

   이어서 주석-9 아연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판의 다른 표면 상에 형성된 납땜될 부분의 땜납을 220 ℃ 내지 230 ℃의 온도 범위에서 제어하는 단계와,

   플로우 납땜을 수행하기 위해 납땜될 리플로우 납땜된 부분의 온도를 178 ℃ 이하로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
2. 제1항에 있어서, 전자 소자는 주석-아연 땜납으로 피복된 납땜 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
3. 제1항에 있어서,

   인쇄 회로 기판에 도금된 관통 구멍을 형성하는 단계와,

   주석-아연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판을 HAL 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
4. 제1항에 있어서, 플로우 납땜에 사용하기 위한 플럭스는 로진의 아크릴산 부 가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
5. 대향하는 양 표면 상에 납땜될 부분들을 포함하는 인쇄 회로 기판을 납땜하기 위한 방법이며,

   주석, 은 및 구리를 함유한 무연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판의 일 표면에 전자 소자를 리플로우 납땜하는 단계와,

   이어서 주석-9 아연 땜납에 의한 인쇄 회로 기판의 다른 표면 상에 형성된 납땜될 부분을 플로우 납땜하는 단계와,

   리플로우 납땜된 부분의 온도가 주석-은-납의 3원 공융 합금의 융점 이하가 되도록 플로우 납땜을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
6. 제5항에 있어서, 전자 소자는 주석-아연 땜납으로 피복된 납땜 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
7. 제5항에 있어서,

   인쇄 회로 기판에 도금된 관통 구멍을 형성하는 단계와,

   주석-아연 땜납에 의해 인쇄 회로 기판을 HAL 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
8. 제5항에 있어서, 플로우 납땜에 사용하기 위한 플럭스는 로진의 아크릴산 부 가물과 살코신 골격을 포함하는 활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.

Images