KR101168959B1 - 솔더 제품 및 솔더 제품의 표면처리 방법과 이러한방법으로 표면처리된 솔더 분말 - Google Patents
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Abstract
분말 상태의 솔더와 플럭스를 포함하는 솔더 제품으로서, 제품의 특성이 오랜 기간 동안 열화되지 않고 보관상의 제약도 없으며 대기 시간도 필요없고, 고품질로 보관성이나 사용성이 우수한 솔더 제품 및 솔더 분말 표면처리 방법을 제공한다. 본 발명의 솔더 제품은 솔더 분말과 플럭스를 포함하며, 솔더 분말과 플럭스는 별도로 분리되어 제공되고, 사용할 때에는 솔더 분말과 플럭스가 혼합되어 혼합물이 형성된다. 솔더 분말은 화학식 R-SH로 된 분자 구조를 갖는 세정 코팅제로 표면처리되어 있는데, 여기서 R은 비극성 탄화수소기이고 SH는 극성 술포히드릴기이다. 이러한 세정 코팅제로 솔더 분말을 상온에서 표면처리하면, 솔더 분말의 표면을 세정할 수 있고 그 표면에 코팅층을 형성할 수 있다.
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 솔더 제품의 보관과 사용 상태를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 솔더 제품을 별개로 분리된 상태로 제공하는 예를 설명하기 위한 개략도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 의한 솔더 제품과 종래 솔더 제품을 비교한 시험 데이터를 보여주는 표와 그래프.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 솔더 분말의 표면처리 방법을 설명하기 위한 개략도.
도 8은 본 발명에 따라 솔더 분말 표면에 형성된 코팅층을 보여주는 개략도.
본 발명은 반도체 기판 등을 솔더링 접합하는 데에 사용되는 솔더 제품과 이 솔더 제품의 표면처리 방법 및 이러한 표면처리 방법으로 처리된 솔더 분말에 관한 것이다.
종래의 인쇄용 솔더 제품 또는 도포용 솔더 제품은 제조자가 플럭스와 솔더 분말을 혼합한 페이스트 형태로 사용자에게 제공하여 왔다. 종래 솔더 페이스트는 예컨대, 1994년 8월 16일 공개된 일본 특허공개공보 제6-226488호 '솔더 페이스트'에 공개되어 있다.
종래의 페이스트 솔더는 솔더 분말을 로진류, 활성제, 용제 및 적당한 점도 조절제와 기타 첨가제를 포함하는 플럭스에 분산시킨 페이스트 상태의 솔더이다. 이러한 페이스트 상태의 솔더는 주로 접합하여야 하는 금속 기재상에 페이스트 상태 그대로 도포하거나 인쇄하여 사용한다.
이와 같이 종래의 페이스트 솔더는 제조자가 플럭스와 솔더 분말을 섞어 페이스트 상태로 한 다음, 이 페이스트 상태의 제품을 사용자에게 제공하여 왔다. 이러한 형태로는 금속의 표면적이 비교적 큰 분말(솔더 분말)이, 활성 성분을 많이 포함하고 있는 플럭스와 접촉하기 때문에, 화학적 반응이 촉진되고 사용시 솔더 제품의 특성을 유지하기 어렵다는 문제점이 있다.
이 때문에, 종래의 페이스트 솔더에 대한 대책으로서, 화학반응의 촉진을 억제하기 위하여 페이스트 솔더를 운반하거나 보관할 때에 반드시 냉동 보관하거나 냉장 보관하여야 한다. 또한, 종래의 페이스트 솔더는 이것을 사용할 때에는 상온으로 돌아올 때까지 30분 내지 1시간 정도 자연방치하지 않으면 사용할 수 없다는 불편함도 있다.
본 발명은 분말 상태의 솔더와 플럭스를 포함하는 솔더 제품에 관한 것으로서, 솔더 제품의 특성이 장기간 열악해지지 않고 보관상의 제한이 없으며 사용할 때에도 대기시간 등이 필요 없는, 고품질이면서도 보관성과 사용성이 뛰어난 솔더 제품 및 이러한 솔더 제품의 표면처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 높은 고온에서 처리할 필요없이 상온에서 솔더 분말의 표면처리가 가능하도록 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 수단을 사용한다.
(1) 분말 상태의 솔더와 플럭스를 포함하는 솔더 제품으로서, 상기 솔더 분말과 상기 플럭스는 별도로 분리되어 제공되고, 사용할 때에는 상기 솔더 분말과 상기 플럭스가 혼합되어 혼합물이 형성되며, 상기 별도로 분리되어 제공되는 솔더 분말은 화학식 R-SH로 된 분자 구조를 갖는 세정 코팅제로 표면처리되고, 상기 R은 비극성 탄화수소기이고 SH는 극성 술포히드릴기인 것을 특징으로 하는 솔더 제품.
(2) 상기 (1)의 솔더 제품은 대상물에 대해 인쇄용 또는 도포용으로 적용되는 것. 여기서 도포용으로는 예컨대 상기 솔더 제품을 주사기(syringe)에 충전하고 압출하여 목적 대상물에 상기 솔더를 바르는 방식을 사용할 수도 있다. 한편, 인쇄용으로는 예컨대, 페이스트 솔더를 금속 마스크를 이용하여 도포 대상물인 기판의 목적 부분에 인쇄법으로 바라는 것과 같은 방식을 이용할 수도 있다.
(3) 분말 상태의 솔더를 세정하고 그 표면에 코팅층을 형성하는 솔더 분말의 표면처리 방법으로서, R을 비극성 탄화수소기, SH를 극성 술포히드릴기라고 할 때, 화학식 R-SH로 된 분자 구조를 갖는 세정 코팅제로 상기 솔더 분말을 상온에서 표면처리함으로써 솔더 분말의 표면을 세정하고 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 솔더 분말의 표면처리 방법.
실시예
이하 첨부 도면 도 1 내지 도 3을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 솔더 제품의 일례를 나타내며, 도 2는 본 발명에 따른 솔더 제품의 다른 예를 나타낸다. 이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1에는 본 발명에 관한 솔더 제품(솔더 페이스트)가 들어 있는 용기(10)가 도시되어 있다. 도 1a에 나타낸 용기(10)는 보관 상태를 나타내는데, 바닥이 있는 원기둥 컵 모양의 2개의 용기를 상하 2분할 상태로 서로 겹치게 하여, 위에 배치되어 있는 제1 용기(20)에는 솔더 분말을 넣고 아래에 배치되어 있는 제2 용기(30)에는 플럭스를 넣어 둔다. 제1 용기(20)의 바닥측의 바깥 둘레에는 외주 끼움결합부(21)를 설치하고, 이 외주 끼움결합부(21)는 제2 용기(30)의 개구측의 안쪽 둘레에 설치된 내주 끼움결합부(31)와 동일 원주형상으로 끼움결합된다. 제1 용기(20)에 들어 있는 솔더 분말은 아래에서 설명되는 바와 같은 세정 코팅제로 표면처리되어 있다.
분말이 들어 있는 제1 용기(20)는 위쪽이 개방되어 있기 때문에, 뚜껑(40)으로 덮어서 보관하면 좋고 뚜껑(40)의 개구측의 안쪽 둘레에 배치된 내주 끼움결합부(41)와 제1 용기(20)의 개구측의 바깥 둘레에 배치된 외주 끼움결합부(22)가 동일 원주형상으로 끼움결합되도록 설계되어 있다.
제1 용기(20)의 배치 이동을 알기 쉽게 하기 위하여 제1 용기(20)의 개구쪽(위쪽) 위치에는 ① 표시를 하고 바닥쪽(아래쪽) 위치에는 ② 표시를 하였다.
이와 같이 본 발명에서는 도 1a와 같이 솔더 분말과 플럭스가 제1 용기(20)와 제2 용기(30)로 나누어져 들어 있고, 분리된 상태 그대로 보관되기 때문에 솔더 분말은 플럭스의 활성 성분과 혼합되지 않아 양자에 의한 반응을 막는 것이 가능하다.
다음으로 도 1b는 사용시의 도면으로서, 솔더 분말이 들어 있는 제1 용기(20)와 플럭스가 들어 있는 제2 용기(30) 2개의 용기가 분리되어 있는 상태를 보여준다.
그 다음 도 1c는 솔더 분말이 들어 있는 제1 용기(20)와 플럭스가 들어 있는 제2 용기(30) 양자의 개구측을 겹쳐서 내용물을 혼합하는 모습을 보여준다. 여기서는 제2 용기(30)는 그대로 두고 제1 용기(20)의 분말을 제2 용기(30) 속으로 섞어 넣어 최종적으로는 분말이 모두 투입되도록 설정하기 위해, 제1 용기(20)를 거꾸로 뒤집어 제2 용기(30)에 붙인다. 이 때, 제1 용기(20)의 개구측의 바깥 둘레에 배치되어 있는 외주 끼움결합부(22)가, 제2 용기(30)의 개구측의 안쪽 둘레에 있는 내주 끼움결합부(31)과 동일 원주형상으로 끼움결합되도록 설정되어 있다. 그 다음, 솔더 분말과 플럭스를 흔들어 섞어서 페이스트 상태의 혼합물이 되게 하여 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 솔더 제품을 제공하는 다른 예로서, 별개로 분리된 상태로 솔더 분말과 플럭스를 제공하는 경우의 일례를 보여주는 도면이다. 이 예에서는 용기(50)에 일정한 양의 솔더 분말이 들어있고, 별도의 용기(60)에 일정한 양의 플럭스가 들어 있다. 용기(50)의 뚜껑(51)을 열어 개봉하고 용기(60)의 플럭스를 전부 짜내서 솔더 분말이 들어 있는 용기(50) 안에 집어 넣어 솔더 분말과 플럭스를 혼합한다. 그 다음 휘저어 섞어 페이스트 상태의 혼합물로 만들어 사용한다. 이것은 본 발명에 의한 솔더 제품 중 한 가지인 솔더 페이스트이다.
다음으로, 본 발명에 따른 솔더 제품과 종래 기술에 따른 동일 제품을 비교하여 시험한 결과를 설명한다.
아래의 표 1은 종래 기술에 따른 통상의 솔더 제품 '솔더 페이스트'를 통상의 환경에 방치한 때의 시간 경과에 따른 변화와, 본 발명에 따른 동일한 제품을 동일한 환경에 방치한 경우를 비교 확인한 시험 조건과 내용이다.
| 시험품 번호 | 시험품의 내용 | 이력 |
| A | 통상의 솔더 페이스트 (종래품) | 종래의 방법으로 제조한 솔더 페이스트를 통상의 환경에 방치 |
| B | 본 발명의 솔더 페이스트 (본 발명품) | 본 발명에 의한 솔더 분말과 플럭스를 나누어서 용기에 넣고 통상의 환경에 방치 |
| C | 통상의 솔더 페이스트 (냉장 보관한 종래품) | 통상의 보관 방법으로 냉장 보관한 것 |
위 시험에 대한 보충 설명
- 종래품인 시험품 A와 C는 같은 솔더 페이스트로 측정하였다.
- 본 발명의 제품인 시험품 B는 측정(사용)하기 직전에 본 발명에 의한 방법으로 솔더 페이스트를 만들었다.
- 시험품 A, B, C는 모두 동일한 플럭스와 동일한 분말을 사용하였다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 의한 솔더 제품과 종래 솔더 제품을 비교한 시험 데이터이다.
도 3a는 종래품 A, 본 발명품 B, 냉장 보관한 종래품 C 각각의 솔더 제품에 대해서, 시간축을 '제조 직후 - 1주일 후 - 2 주일 후 - 1 개월 후'로 하고 그 때의 점도치(Pa.S)와 요변치(搖變値, thixotropy value)를 측정하여 얻은 데이터이다.
도 3b는 도 3a에 기초하여 시간축에 대한 점도치(Pa.S) 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3c는 시간축에 대한 요변치 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3b에서 보는 것처럼, 종래품 A는 시간 경과에 따라 점차 점도치(Pa.S)가 증가해 가는 것에 비해, 본 발명품 B는 점도치(Pa.S)가 시간 경과에도 낮은 값을 유지하여 안정되어 있으며 큰 변화가 생기지 않는다. 한편, 냉장 보관한 종래품 C와 비교하더라도 본 발명품은 손색이 없는 시험 데이터를 얻을 수 있다.
솔더 분말의 코팅
본 발명에 따른 솔더 분말은 보관 상태일 때, 세정 코팅제로 코팅되어 있다. 솔더 분말의 세정 코팅제는 지방산으로 되어 있다. 지방산의 구조는 분자의 탄소수 12～18의 탄소 원자가 긴 고리 상태로 연결된 친유성(親油性)의 알킬(alkyl)기 (비극성 탄화수소기)와, 술프히드릴기(-SH, 극성기)로 이루어져 있다. 이러한 비극성 탄화수소기와 극성기로 된 세정 코팅제의 분자 구조는 아래의 화학식 1로 구성되는 것이 바람직하다.
위 화학식 1에서 R은 비극성 탄화수소기로서, 예컨대 복수의 탄화수소가 단일 결합된 비극성 탄화수소기이며, SH는 술포히드릴기(극성기)이다.
이러한 세정 코팅제를 이용하여 솔더 분말을 표면처리하는 과정을 도 4～도 7을 참조로 설명한다.
도 4에서는 본 발명에 사용되는 솔더 분말의 세정 코팅제의 분자 구조를 예컨대 하나의 성냥에 비유하여 나타낸 것인데, 예를 들면 성냥개비(70)의 머리 부분(72)은 극성기이고 축 부분(74)은 친유성 비극성 탄화수소기에 해당한다. 이러한 세정 코팅제를 이용하면 상온에서 솔더 분말을 표면처리할 수 있는데, 세정 코팅제의 침투 작용으로 인해 솔더 분말(80)의 표면에 형성되어 있는 오염물(82)과 산화물(84)에 세정 코팅제의 극성기(72)가 오염물(82)과 산화물(84)에 흡착된다.
이렇게 되면, 솔더 분말 표면의 오염물(82)과 산화물(84)의 계면 에너지가 감소되어 오염물(82), 산화물(84)과 솔더 분말(80)의 부착력이 감소하고, 도 5와 도 6에 나타낸 것처럼 오염물(82)과 산화물(84)이 솔더 분말(80)로부터 이탈되어 솔더 분말(80)의 표면이 깨끗하게 세정된다.
솔더 분말(80)의 표면이 세정된 다음에는 세정 코팅제 분자가 솔더 분말(80)의 표면에 차례로 부착된다. 표면 오염이 제거된 솔더 분말의 표면에는 도 7에 나타낸 것처럼 세정 코팅제 분자가 차례로 배향 배열되면서 부착된다. 그리고 도 8에 나타낸 것과 같이, 솔더 분말 표면에 전역에 걸쳐 세정 코팅제 분자(70)에 의한 코팅층(90)이 형성된다. 이 코팅층(90)으로 인해, 솔더 분말(80)의 표면에는 오염물이 다시 부착될 수 없을 뿐만 아니라, 솔더 분말의 표면도 보호되어 솔더 분말에 포함된 성분 등이 밖으로 빠져나가는 것을 방지할 수도 있다.
도 8에 나타낸 코팅층(90)이 형성되는 보호층 형성 단계에서는 세정 코팅제의 다수 분자가 같은 방향을 향하도록 배열된 구조로 되고, 분자의 머리 부분은 대상물(솔더 분말) 표면에 붙어서 표면에 수직 방향으로 다수개가 배향하여 집합 배열되고 대상물의 표면 전체를 피복하는 것처럼 코팅층(표면 박막층)을 형성한다. 또한, 도 8에 나타낸 구조에서는 대상물 표면에서 세정 코팅제가 화학흡착된 상태로 세정 코팅제의 단분자막이 형성된 것으로 되어 있다. 이 코팅층(90)의 두께는 지방산 등의 계면활성물질의 단일 분자의 두께와 거의 같은데, 예컨대 약 26Å(옴스트롱)이다.
이처럼 본 발명의 세정 코팅제는 솔더 분말을 고온 표면처리를 하지 않고 상온에서 표면처리함으로써 솔더 분말의 표면을 세정하고 코팅막을 솔더 분말의 표면에 형성할 수 있다.
본 발명은 분말 상태의 솔더와 플럭스를 혼합하여 사용하는 솔더 제품 분야에 매우 유용하게 활용할 수 있다. 본 발명에 따른 솔더 제품은 그 특성이 장기간에 걸쳐 열악해지지 않고, 냉동 보관 등 보관상의 제한이 없고, 사용할 때에도 대기 시간이 필요 없다. 따라서 고품질이면서도 보관성과 사용성이 뛰어난 솔더 제품으로서 솔더링 기술에 관련되는 반도체 산업 등에 널리 활용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속과 활성 성분을 포함하고 있는 플럭스를 분리하여 이것을 솔더 분말과 별도로 보관함으로써, 사용할 때에 비로소 플럭스와 솔더 분말을 혼합하는 '솔더 제품'을 만들었다. 따라서, 솔더 제품의 특성을 변화시키는 화학 반응을 막을 수 있고, 보관 방법도 통상의 보관 방법을 사용할 수 있어서 냉동 등과 같은 특별한 보관 수단이 필요하지 않다. 따라서, 고품질이면서 보관성과 사용성이 뛰어난 솔더 제품 및 이 솔더 제품의 표면 처리 방법을 제공할 수 있다.
좀 더 구체적으로 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 솔더 분말을 산화되지 않게 보관할 수 있다.
(2) 플럭스의 흡습을 막으면서 보관할 수 있다.
(3) 간편한 방법으로 솔더 분말과 플럭스를 혼합할 수 있다.
(4) 상온에서 솔더 분말의 표면처리를 하여 솔더 분말의 표면을 세정하고 코팅막을 형성할 수 있다.
Claims (4)
- 분말 상태의 솔더와 플럭스를 포함하는 솔더 제품으로서,상기 솔더 분말과 상기 플럭스는 별도로 분리되어 제공되고, 사용할 때에는 상기 솔더 분말과 상기 플럭스가 혼합되어 혼합물이 형성되며,상기 별도로 분리되어 제공되는 솔더 분말은 화학식 R-SH로 된 분자 구조를 갖는 세정 코팅제로 표면처리되며, 여기서 상기 R은 탄소수 12~18의 탄소원자가 연결된 친유성의 알킬기로 이루어진 비극성 탄화수소기이고, SH는 극성 술포히드릴기인 것을 특징으로 하는 솔더 제품.
- 제1항에서,상기 솔더 제품은 대상물에 대해 인쇄용 또는 도포용으로 적용되는 것을 특징으로 하는 솔더 제품.
- 분말 상태의 솔더를 세정하고 그 표면에 코팅층을 형성하는 솔더 분말의 표면처리 방법으로서,R을 탄소수 12~18의 탄소원자가 연결된 친유성의 알킬기로 이루어진 비극성 탄화수소기, SH를 극성 술포히드릴기라고 할 때, 화학식 R-SH로 된 분자 구조를 갖는 세정 코팅제로 상기 솔더 분말을 상온에서 표면처리함으로써 솔더 분말의 표면을 세정하고 단분자막의 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 솔더 분말의 표면처리 방법.
- 제3항의 방법으로 표면처리된 솔더 분말로서, 세정 코팅제의 다수 분자가 같은 방향을 향하도록 배열된 구조로 된 코팅층이 그 표면에 형성되어 있는 솔더 분말.
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2005
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