KR101209517B1 - 솔더 페이스트용 플럭스, 솔더 페이스트 및 솔더 범프, 그리고 이들의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 솔더 페이스트용 플럭스는, 수지, 가소제, 용제 및 활성제를 포함한다. 상기 가소제가 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP), 벤질부틸프탈레이트(benzylbutylphthalate, BBP), 디옥틸프탈레이트(dioctylphthalate, DOP), 디옥틸세바케이트(dioctyl sebacate, DOS) 및 디옥틸아제레이트(dioctyl azelate, DOZ)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함한다.

Description

솔더 페이스트용 플럭스, 솔더 페이스트 및 솔더 범프, 그리고 이들의 제조 방법{FLUX FOR SOLDER PASTE, SOLDER PASTE, AND SOLDER BUMP, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 솔더 페이스트용 플럭스, 이를 포함하는 솔더 페이스트, 이를 이용하여 제조된 솔더 범프와, 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
집적 회로 기술 분야에서는 인쇄회로기판(PCB) 등의 기판에 솔더 범프를 형성하여 이를 외부 접속 단자로 사용하고 있다.
이러한 솔더 범프는 일반적으로 제판을 이용하는 스크린 인쇄에 의하여 형성된다. 그런데, 스크린 인쇄를 이용하면 제판을 기판에 정렬한 상태에서 인쇄를 하여야 하므로, 생산성이 떨어지고 솔더 범프의 정렬 특성이 낮은 문제가 있다.
이에 패턴을 가지는 필름을 기판에 형성하여 솔더 범프를 형성하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법에 의하면 솔더 페이스트에 의하여 필름이 화학적으로 충격을 받아 필름의 구성 물질이 기판에 잔존할 수 있고, 이에 의하여 기판이 오염될 수 있다. 또한, 아웃 가스로 인하여 솔더 범프 내부에 공동(void)이 많이 발생할 수 있다. 이에 의하여 솔더 범프의 특성이 저하되고 불량률이 높아질 수 있다.
본 발명은 불량률이 낮고 우수한 특성을 가지는 솔더 범프 및 이의 제조 방법, 이에 적용되는 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트, 그리고 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 솔더 페이스트용 플럭스는, 수지, 가소제, 용제 및 활성제를 포함한다. 상기 가소제가 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP), 벤질부틸프탈레이트(benzylbutylphthalate, BBP), 디옥틸프탈레이트(dioctylphthalate, DOP), 디옥틸세바케이트(dioctyl sebacate, DOS) 및 디옥틸아제레이트(dioctyl azelate, DOZ)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함한다.
상기 용제는 글리콜에테르류, 글리세린류 및 알코올류로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 알코올류는 n-헥사놀(n-hexanol), n-데칸올(n-decanol), n-도데칸올(n-dodecanol), 트리메틸노닐알코올로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 활성제는 산을 포함하는 제1 활성제를 포함할 수 있다.
상기 제1 활성제는 숙신산(succinic acid), 아디핀산(adipic acid), 팔미트산(palmitic acid), 테트라데칸산(tetradecanoic acid) 및 다이메티롤프로피온산(dimethylolpropionic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 활성제는 할로겐계 물질을 포함하는 제2 활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 활성제는, 3-불화붕소에틸아미드착물, 부틸아민브롬화수소산염, 부틸아민염화수소산염, 에틸아민브롬화수소산염, 피리딘브롬화수소산염, 시클로헥실아민브롬화수소산염, 에틸아민염화수소산염, 1,3-디페닐구아니딘브롬화수소산염 및 2,3-디브로모-1-프로판올로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 수지가 말레익 로진(rosin maleic resin) 및 수소 첨가 로진 에스테르(hydrogenated rosin ester)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 솔더 페이스트용 플럭스 전체 100 중량부에 대하여, 상기 수지가 15~25 중량부, 상기 가소제가 15~40 중량부, 상기 용제가 20~40 중량부, 상기 활성제가 1~4 중량부만큼 포함될 수 있다.
상기 솔더 페이스트용 플럭스는 칙소제 및 분산제 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 솔더 페이스트는, 솔더 페이스트용 플럭스; 및 솔더 파우더를 포함한다.
상기 솔더 페이스트 전체 100 중량부에 대하여, 상기 솔더 페이스트용 플럭스가 8~15 중량부만큼 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법은, 수지, 가소제, 용제 및 활성제를 혼합하여 솔더 페이스트용 플럭스를 제조한다. 이때, 상기 가소제가 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP), 벤질부틸프탈레이트(benzylbutylphthalate, BBP), 디옥틸프탈레이트(dioctylphthalate, DOP), 디옥틸세바케이트(dioctyl sebacate, DOS) 및 디옥틸아제레이트(dioctyl azelate, DOZ)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 용제는 글리콜에테르류, 글리세린류 및 알코올류로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 활성제는 산을 포함하는 제1 활성제를 포함할 수 있다.
상기 활성제는 할로겐계 물질을 포함하는 제2 활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 수지가 말레익 로진(rosin maleic resin) 및 수소 첨가 로진 에스테르(hydrogenated rosin ester)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법은, 상기 가소제 및 상기 용제를 혼합하는 단계; 상기 활성제를 첨가하여 혼합하는 단계; 및 상기 수지를 첨가하여 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 솔더 페이스트의 제조 방법은, 상술한 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법에 따라 제조된 솔더 페이스트용 플럭스를 준비하는 단계; 및 상기 솔더 페이스트용 플럭스와 솔더 파우더를 혼합하는 단계를 포함한다.
상기 솔더 파우더는 주석을 포함하는 무연 솔더 파우더일 수 있다.
본 발명에 따른 솔더 범프의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 개구부를 가지는 드라이 필름을 형성하는 단계; 상기 개구부에 솔더 페이스트를 충진하는 단계; 상기 솔더 페이스트를 리플로우하는 단계; 및 상기 드라이 필름을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 드라이 필름이 아크릴계 물질을 포함하며, 상기 솔더 페이스트가, 수지, 가소제, 용제 및 활성제를 포함하는 플럭스와, 솔더 파우더를 포함한다. 상기 가소제가 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP), 벤질부틸프탈레이트(benzylbutylphthalate, BBP), 디옥틸프탈레이트(dioctylphthalate, DOP), 디옥틸세바케이트(dioctyl sebacate, DOS) 및 디옥틸아제레이트(dioctyl azelate, DOZ)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함한다.
상기 용제는 글리콜에테르류, 글리세린류 및 알코올류로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 활성제는 산을 포함하는 제1 활성제를 포함할 수 있다.
상기 활성제는 할로겐계 물질을 포함하는 제2 활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 수지가 말레익 로진(rosin maleic resin) 및 수소 첨가 로진 에스테르(hydrogenated rosin ester)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 솔더 범프는, 상술한 솔더 범프의 제조 방법에 의하여 제조된다.
본 발명에서는 아크릴계 물질을 포함하는 드라이 필름에 화학적 충격을 줄 수 있는 물질의 사용을 배제하고, 아크릴계 물질을 포함하는 드라이 필름에 화학적 충격을 주지 않는 물질을 사용한다. 이에 따라 솔더 범프의 제조 시에 드라이 필름의 구성 물질이 잔류하여 기판이 오염되는 것을 방지할 수 있으며, 결과적으로 불량률을 저감할 수 있다.
그리고 활성력은 산을 포함하는 제1 활성제에 의하여 보완하여 솔더 범프가 우수한 특성으로 제조될 수 있도록 한다. 이때, 할로겐 물질을 포함하는 제2 활성제를 함께 사용하면 활성력을 향상할 수 있다. 즉, 환경적으로 문제가 없는 제1 활성제와 활성력이 뛰어난 제2 활성제를 함께 사용하면, 제2 활성제의 사용을 최대한 억제하여 환경을 보호하면서도 활성력을 최대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 솔더 범프 형성 시 솔더 범프 내부에 형성될 수 있는 공동(void)을 줄일 수 있다. 일례로, 본 발명에 따르면 공동이 25㎛ 미만의 입경을 가지며 공동의 체적이 10% 미만일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 범프의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 범프의 제조 방법의 단계들을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 3은 제조예 및 비교예의 솔더 범프를 형성하는 공정에서, 드라이 필름을 제거하기 전의 사진들이다.
도 4는 제조예 및 비교예의 솔더 범프를 형성하는 공정에서, 드라이 필름을 제거한 후의 사진들이다.
도 5는 제조예 및 비교예에 의해 제조된 솔더 범프의 사진들이다.
본 발명에 따른 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트는 드라이 필름을 이용한 솔더 범프의 제조 방법에 적용될 수 있다. 이하에서는 솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트, 그리고 이들의 제조 방법을 먼저 설명한 후에, 솔더 범프 및 이의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
<솔더 페이스트용 플럭스>
본 발명에 따른 솔더 페이스트용 플럭스는 수지, 가소제, 용제 및 활성제를 포함하며, 칙소제, 분산제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
바인더 역할을 하는 수지는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 예를 들어 로진(rosin)을 사용할 수 있다. 이때, 로진으로 수소를 첨가하여 내화학성이 우수한 로진을 사용할 수 있는데, 말레익 로진(rosin maleic resin) 또는 수소 첨가 로진 에스테르(hydrogenated rosin ester)를 사용할 수 있다. 일례로, 로진으로 테트라하이드로-아베이트산(tetrahydro-abietic acid, 또는 tetradecahydro-7-isopropyl-1,4a-dimethyl-7-isopropyl phenanthrene-1-carboxylic acid) 등을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 수지로 다양한 물질을 사용할 수 있음은 물론이다.
수지는 솔더 페이스트용 플럭스 전체 100 중량부에 대하여 15~25 중량부만큼 포함될 수 있다. 수지가 15 중량부 미만이면, 표면 장력이 증가하여 퍼짐성과 젖음성이 저감되어 솔더링 부위의 고른 융착이 어려울 수 있으며 쇼트 등의 불량이 발생할 수 있다. 수지가 25 중량부를 초과하면, 절연 저항 특성이 좋지 않을 수 있다.
가소제는 로진을 유연하게 개질하기 위하여 첨가되는 것으로, 드라이 필름(일례로, 아크릴계 물질을 포함함)에 화학적 충격을 주지 않는 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 가소제로 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP), 벤질부틸프탈레이트(benzylbutylphthalate, BBP), 디옥틸프탈레이트(dioctylphthalate, DOP), 디옥틸세바케이트(dioctyl sebacate, DOS) 및 디옥틸아제레이트(dioctyl azelate, DOZ) 등을 사용할 수 있다.
가소제는 솔더 페이스트용 플럭스 전체 100 중량부에 대하여 15~40 중량부 만큼 포함될 수 있다. 가소제가 15 중량부 미만이면, 수지의 유동성이 부족하여 솔더 페이스트를 인쇄할 때 드라이 필름에 잔사할 수 있어, 오염 불량을 일으킬 수 있으며 드라이 필름에 충격을 줄 수 있다. 가소제가 40 중량부를 초과하면, 상대적으로 용제의 양이 적어져서 용해력이 저하될 수 있고, 이에 의하여 활성제 등의 분말 첨가제의 용해력에 문제가 있다.
용제는 점도를 조절하기 위한 것으로, 드라이 필름(일례로, 아크릴계 물질을 포함함)에 화학적 충격을 주지 않는 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 용제로 글리콜에테르류, 글리세린류, 알코올류 등을 사용할 수 있으며, 이 중 알코올류로는 n-헥사놀(n-hexanol), n-데칸올(n-decanol), n-도데칸올(n-dodecanol), 트리메틸노닐알코올(trimethylnonyl alcohol) 등을 사용할 수 있다. 트리메틸노닐알코올로는, 트리메틸노닐 테트라데칸올(trimethylnonyl tetradecanal), 트리메틸노닐 헵타데칸올(trimethylnonyl heptadecanol), 트리메틸노닐 시클로헥사놀(trimethylnonyl cyclohexanol) 등을 사용할 수 있다.
용제는 솔더 페이스트용 플럭스 전체 100 중량부에 대하여 20~40 중량부 만큼 포함될 수 있다. 용제가 20 중량부 미만이면, 용해력이 약하여 활성제 등의 분말 첨가제의 용해에 문제가 있다. 용제가 40 중량부를 초과하면, 드라이 필름에 충격을 줄 수 있으며 이에 따른 잔사에 의하여 기판이 오염되거나 솔더 페이스트가 오염되는 등의 문제가 있다.
활성제는 솔더 범프 형성 시 발생할 수 있는 기판의 산화물(일례로, 인쇄회로기판(PCB)의 구리 산화 피막)을 제거하여 솔더 범프의 접합력을 상승시키고, 솔더 페이스트 내의 솔더 파우더가 원활하게 용융될 수 있도록 한다.
이러한 활성제는 산 물질인 제1 활성제를 포함할 수 있는데, 일례로, 숙신산(succinic acid), 아디핀산(adipic acid), 팔미트산(palmitic acid) 테트라데칸산(tetradecanoic acid), 다이메티롤프로피온산(dimethylolpropionic acid) 등을 포함할 수 있다. 이와 함께, 활성제는 할로겐계 물질인 제2 활성제를 포함할 수 있다. 일례로, 제2 활성제는 3-불화붕소에틸아미드착물, 부틸아민브롬화수소산염, 부틸아민염화수소산염, 에틸아민브롬화수소산염, 피리딘브롬화수소산염, 시클로헥실아민브롬화수소산염, 에틸아민염화수소산염, 1,3-디페닐구아니딘브롬화수소산염, 2,3-디브로모-1-프로판올 등을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 환경적인 문제가 없으며 우수한 활성력을 가지는 제1 활성제와, 활성력이 뛰어난 할로겐계 물질인 제2 활성제를 함께 사용하여 활성력을 향상시키면서도 환경 문제를 최소화할 수 있다.
활성제는 솔더 페이스트용 플럭스 전체 100 중량부에 대하여 1~4 중량부만큼 포함될 수 있다. 활성제가 1 중량부 미만이면, 솔더링 공정에서 표면 장력이 커서 퍼짐성과 젖음성이 좋지 않고 기판의 산화 피막을 제거하지 못하여 접합성이 좋지 않을수 있다. 활성제가 4 중량부를 초과하면 표면 장력이 지나치게 낮아져 브릿지(합선) 또는 맨하탄 현상 등이 발생할 수 있다. 그리고 제1 활성제 : 제2 활성제의 중량비는 1:2 ~ 1:9일 수 있다. 상술한 제1 활성제 : 제2 활성제의 비율 범위는 환경적인 측면과 활성력 측면을 모두 고려하여 적절하게 결정된 것이다.
칙소제는 솔더 페이스트의 인쇄성을 향상하기 위하여 첨가되는 것이다. 일례로, 이러한 칙소제로 수소 첨가 캐스터 왁스(hydrogenated castor wax)(예를 들어, 상품명 칙소트롤(thixotrol), 카나우바 왁스(carnauba wax) 등 등 중에서 하나를 선택하여 또는 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 칙소제로 다양한 물질을 사용할 수 있음은 물론이다.
칙소제는 솔더 페이스트용 플럭스 전체 100 중량부에 대하여 5~10 중량부만큼 포함될 수 있다. 칙소제가 5 중량부 미만이면, 유동성이 저하되어 인쇄 시 드라이 필름을 오염시켜 솔더 범프 형성 후 드라이 필름을 제거할 때 잔사가 발생할 수 있어, 불량이 발생할 수 있다. 칙소제가 10 중량부를 초과하면, 점도가 상승하고, 요변성(칙소성)이 높아서 인쇄 시 스퀴지에서 분리될 때 택(tack) 특성(점착성)이 높아서 솔더 범프의 높이가 필요 이상으로 높아질 수 있다. 그러면, 솔더링 시 절연 거리를 유지하지 못하여 브릿지 현상이 발생할 수 있다.
분산제는 솔더 페이스트용 플럭스 내의 다양한 물질들이 고르게 분산되도록 하기 위한 것이다. 일례로, 분산제로 소듐디옥틸설포석시네이트(sodium dioctyl sulfosuccinate) 등을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 분산제로 다양한 물질을 사용할 수 있음은 물론이다.
분산제는 솔더 페이스트용 플럭스 전체 100 중량부에 대하여 3~7 중량부만큼 포함될 수 있다. 분산제가 3 중량부 미만이면, 인쇄 불량, 저장 안전성 저하 등이 발생할 수 있다. 분산제가 7 중량부를 초과하면, 절연 저항 특성이 우수하지 않을 수 있다.
본 발명에서는 아크릴계 물질을 포함하는 드라이 필름에 화학적 충격을 줄 수 있는 아민류(특히, 트리에탄올아민)의 사용을 배제하고, 아크릴계 물질을 포함하는 드라이 필름에 화학적 충격을 주지 않는 물질을 가소제, 용제 등으로 사용한다. 그리고 활성력은 산을 포함하는 활성제에 의하여 보완한다. 이때, 할로겐 물질을 포함하는 제2 활성제를 함께 사용하면 활성력을 향상할 수 있다. 즉, 환경적으로 문제가 없는 제1 활성제와 활성력이 뛰어난 제2 활성제를 함께 사용하면, 제2 활성제의 사용을 최대한 억제하여 환경을 보호하면서도 활성력을 최대화할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 솔더 페이스트용 플럭스를 사용하면 아크릴계 물질을 포함하는 드라이 필름에 화학적 충격을 주지 않으면서도 우수한 특성을 가지는 솔더 범프를 형성할 수 있다. 특히, 드라이 필름의 아크릴 성분이 화학적 충격 등에 의하여 기판에 잔존하는 것을 방지할 수 있어, 드라이 필름 제거 전에 검은 얼룩이 발생하거나 드라이 필름 제거 후에 띠가 형성되는 등의 불량을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 솔더 페이스트용 플럭스를 사용하면 우수한 특성의 솔더 범프를 낮은 불량률로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 솔더 페이스트용 플럭스를 사용하면 솔더 범프 형성 시 솔더 범프 내부에 형성될 수 있는 공동(void)을 줄일 수 있다. 종래에는 드라이 필름의 손상을 방지하기 위하여 수지, 용제, 가소제 등으로 끓는 점이 높고 화학적으로 유순한 물질을 사용하였는데, 이러한 물질은 솔더 범프 형성 후에도 잔류하거나 습도가 높기 때문에 솔더 범프 내에 많은 공동이 존재한다. 반면, 본 발명에서는 이러한 문제가 발생하지 않는 물질을 수지, 용제, 가소제 등으로 사용하여 솔더 범프 내의 공동을 효과적으로 줄일 수 있다.
<솔더 페이스트>
본 발명에 따른 솔더 페이스트는 상술한 솔더 페이스트용 플럭스와, 솔더 파우더를 포함한다.
솔더 파우더로는 솔더 범프의 형성에 적합한 다양한 종류의 솔더 파우더를 사용할 수 있다. 일례로, 솔더 파우더로는 주석(Sn)을 포함하는 무연 솔더 파우더를 사용할 수 있다. 이와 같이 납을 포함하지 않아 환경 오염, 인체에의 악영향 등을 방지할 수 있다.
이때, 주석(Sn)과 함께 은(Ag), 구리(Cu)를 포함하여 열충격 내성, 낙하 내성 및 리플로우성 등을 향상할 수 있다. 상술한 특성의 향상을 위하여 솔더 파우더는 0.1~5 중량%의 은, 0.1~1 중량% 구리, 나머지 주석을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 물질 및 조성을 가지는 솔더 파우더를 사용할 수 있음은 물론이다.
솔더 페이스트 전체 100 중량부에 대하여, 솔더 페이스트용 플럭스가 8~15 중량부만큼 포함되고, 나머지가 솔더 파우더일 수 있다. 이러한 범위 내에서 솔더 범프에 발생할 수 있는 공동을 좀더 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 솔더 페이스트는 분산제, 가소제 등으로 상술한 물질을 사용하여 로우 알파 솔더(low alpha solder)에 적용될 수 있다. 이에 따라 방사성 원소인 알파로 인한 전기장 및 자기장 방출을 억제할 수 있다. 이에 의하여 반도체 패키징 시에 반도체 내부의 메모리셀에서 데이터가 유실되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 하이 알파 솔더(high alpha solder)에 적용될 수도 있다.
<솔더 페이스트용 플럭스 및 솔더 페이스트의 제조 방법>
솔더 페이스트용 플럭스를 제조하는 방법을 먼저 설명한 후에, 솔더 페이스트용 플럭스와 솔더 파우더를 혼합하여 솔더 페이스트를 제조하는 방법을 설명한다. 명확한 설명을 위하여 상술한 설명에서 설명한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
솔더 페이스트용 플럭스를 제조하는 방법에서는 수지, 가소제, 용제, 활성제, 칙소제, 분산제 등을 혼합하여 솔더 페이스트용 플럭스를 제조한다. 이들을 혼합하는 순서는 모든 물질이 적절하게 혼합될 수 있다면 일정한 순서에 한정되는 것은 아니다.
다만, 일례로 가소제 및 용제를 먼저 혼합하고, 그 후에 활성제를 첨가하여 혼합하고, 그 후에 수지 및 분산제를 첨가하여 혼합하고, 마지막으로 칙소제 등을 첨가하여 혼합할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
핫 플레이트에 의하여 150~210℃의 온도로 유지된 상태에서 가소제와 용제를 잘 섞이도록 교반한다. 상술한 150~210℃의 온도는 혼합에 적합한 온도의 예시한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 활성제를 첨가한 후에 일례로 100~160rpm의 교반 속도로 5~35분 동안 교반하여 활성제를 용해한다. 상술한 교반 속도 및 교반 시간은 활성제의 용해에 적합한 속도 및 시간을 예시한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 활성제가 완전해 용해된 후에 수지와 분산제를 첨가하고 교반 없이 5~35분 동안 용해시킨 후, 200~400rpm의 교반 속도로 5~20분 동안 추가로 교반한다. 상술한 교반 방법은 수지 및 분산제의 용해에 적합한 방법을 예시한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
수지 및 분산제가 완전히 용해된 후에 칙소제 등을 투입하고 300~500 rpm의 교반 속도로 5~20분 동안 교반하여 용해시킨다. 상술한 교반 속도 및 교반 시간은 칙소제 등의 용해에 적합한 속도 및 시간을 예시한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
칙소제 등이 완전히 용해되면 핫 플레이트에서 분리하여 상온에서 안정화시켜 솔더 페이스트용 플럭스의 제조를 완료한다.
본 발명에 따른 솔더 페이스트는, 상술한 솔더 페이스트용 플럭스를 준비한 후에, 이를 솔더 파우더와 혼합하는 것에 의하여 제조된다.
일례로, 플레네터리 혼합기(planetary mixer)에 솔더 페이스트용 플럭스와 솔더 파우더를 투입한 후 혼합기를 이용하여 교반 속도 또는/및 교반 시간을 달리 한 복수의 단계에 의하여 교반을 할 수 있다. 이때, 상술한 복수의 단계에서는 교반 속도를 단계적으로 올릴 수 있다. 이에 의하여 솔더 페이스트용 플럭스와 솔더 파우더를 효과적으로 혼합할 수 있다.
이렇게 혼합된 솔더 페이스트는 포장 용기에 일정량으로 담은 후 탈포 및 출하 준비를 완료할 수 있다.
<솔더 범프 및 이의 제조 방법>
본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 범프의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 솔더 범프는 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 범프의 제조 방법의 흐름도이고, 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 범프의 제조 방법의 단계들을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 솔더 범프의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계(ST10), 드라이 필름에 패턴을 형성하는 단계(ST20), 솔더 페이스트를 충진하는 단계(ST30), 솔더 페이스트를 리플로우하는 단계(ST40) 및 드라이 필름을 제거하는 단계(ST50)를 포함한다. 이를 좀더 상세하게 살펴본다.
먼저, 기판을 준비하는 단계(ST10)에서는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 패드(20)가 형성된 기판(10)을 준비한다. 이때, 기판(10)에는 패드(20) 위에 패드(20)를 노출하는 개구부(32)를 가지는 절연층(30)이 형성될 수 있다. 이러한 패드(20), 절연층(30) 등이 형성된 기판(10)은 인쇄회로기판(PCB) 등일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 드라이 필름의 패턴을 형성하는 단계(ST20)에서는, 도 2b에 도시한 바와 같이, 개구부(42)를 가지는 드라이 필름(40)을 형성한다.
이러한 드라이 필름(40)은 아크릴계 물질를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아크릴계 물질로는 아크릴산계 다관능성 단량체 및 올리고머일 수 있고, 이외에도 공지된 다양한 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 아크릴계 물질 이외의 다양한 물질로 구성된 드라이 필름을 사용할 수 있음은 물론이다.
소정의 패턴이 형성된 마스크(도시하지 않음)를 드라이 필름(40) 상에 배치한 후에 드라이 필름(40)에 자외선(UV)를 조사하여 노광한 후에, 이를 현상하여 개구부(42)를 가지는 드라이 필름(40)을 형성할 수 있다. 도면에서는 개구부(42)가 테이퍼된 형태를 가지는 것을 예시하였으나, 다양한 노광 방법을 사용하여 다양한 형상의 개구부(42)를 형성할 수 있음은 물론이다. 또한, 노광 방법 이외의 다양한 방법으로 개구부(42)를 형성할 수 있음은 물론이다.
이어서, 솔더 페이스트를 충진하는 단계(ST30)에서는, 도 2c에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더 페이스트(50)를 절연층(30)과 드라이 필름(40) 상의 개구부(32, 42)에 충진한다. 이때, 인쇄에 의하여 솔더 페이스트(50)를 충진할 수 있다. 이와 같이 기존의 스크린 인쇄와 달리 별도의 제판 없이 직접 인쇄를 하면, 인쇄 속도를 향상하고 솔더 페이스트의 정렬(align) 특성이 향상되어 안정성을 향상할 수 있다. 일례로, 본 발명에 따르면 스크린 인쇄에 비하여 생산성이 5~10배 정도 향상될 수 있고, 이에 의하여 원가를 절감할 수 있다. 또한, 이러한 방법에 따르면 필요에 따라 솔더 파우더(도 2d의 참조부호 52)를 기존의 20~38㎛보다 미세한 입도, 예를 들어 2~8 ㎛로도 형성할 수 있다.
이어서, 솔더 페이스트를 리플로우하는 단계(ST40)에서는, 도 2d에 도시한 바와 같이, 솔더 페이스트(도 2c의 참조부호 50)를 리플로우하여 솔더 범프(52)를 형성한다. 이러한 리플로우 공정은 30~300℃에서 수행될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 솔더 페이스트(50)의 조성 및 다른 공정 조건 등에 의하여 리플로우 공정의 온도가 변할 수 있음은 물론이다.
이어서, 드라이 필름을 제거하는 단계(ST50)에서는, 도 2e에 도시한 바와 같이, 드라이 필름(40)을 제거한다. 이러한 드라이 필름(40)은 드라이 필름(40)의 제거에 적합한 특정 용제에 접촉하여 제거될 수 있다. 일례로, 솔더 범프(52)가 형성된 기판(10)을 특정 용제에 접촉하거나, 특정 용제를 솔더 범프(52)가 형성된 기판(10)에 분무하는 것에 의하여, 드라이 필름(40)을 제거할 수 있다. 이 외에도 다양한 방법에 의하여 드라이 필름(40)을 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 솔더 페이스트(50)는 아크릴계 물질을 포함하는 드라이 필름(40)에 화학적 충격을 주지 않는 물질로 구성되는바, 이를 이용하여 솔더 범프(52)를 제조하면 드라이 필름(40)의 아크릴 성분이 잔류하여 기판(10)이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 솔더 범프(52) 내부의 공동(void)을 줄일 수 있다. 일례로, 본 발명에 따르면 공동이 25㎛ 미만의 입경을 가지며 공동의 체적이 10% 미만일 수 있다.
이하 본 발명을 하기 제조예 및 비교예에 의해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 제조예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐 이들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
제조예
핫 플레이트를 180℃의 온도로 유지한 상태에서 400ml의 비커에 34.3 중량부의 디부틸 프탈레이트(가소제)와 28 중량부의 도데칸올(로릴알코올)(용제)를 투입하여 교반하였다.
이어서, 2.5 중량부의 아디핀산(제1 활성제)과 0.5 중량부의 부틸아민염화수소산염(제2 활성제)을 투입 한 후에 130rpm의 교반 속도로 20분 동안 교반하였다.
이어서, 21.5 중량부의 말레익 로진(수지)와 5 중량부의 소듐디옥틸설포석시네이트(sodium dioctyl sulfosuccinate)(분산제)를 첨가하였다. 그리고 교반 없이 20분 동안 용해시킨 후, 300rpm의 교반 속도로 10분 동안 추가로 교반하였다.
이어서, 칙소제로 5 중량부의 수소 첨가 캐스터 왁스, 2.5 중량부의 카나우바 왁스(타입 1), 0.7 중량부의 칙소트롤 ST(thixotrol ST)를 투입한 후에 400rpm의 교반 속도로 10분간 용해시켰다. 그리고 이를 핫 플레이트에서 분리하여 상온에서 안정화하여 솔더 페이스트용 플럭스를 제조하였다.
이렇게 제조된 솔더 페이스트용 플럭스 110g과 상품명 SAC 305(솔더 파우더) 890g을 1L 용기의 플레네터리 혼합기에 넣고 교반하여 솔더 페이스트를 제조하였다.
개구부를 가지는 드라이 필름이 형성된 기판을 준비하고, 인쇄에 의하여 솔더 페이스트를 개구부 내에 충진하고, 30~300℃의 온도에서 리플로우 한 후에 드라이 필름을 제거하여 솔더 범프를 제조하였다.
비교예
59.9 중량부의 부틸디글리콜(BDG)(용제)에 1.0 중량부의 부틸아민염화수소산염(활성제) 및 1.5 중량부의 트리에탄올아민(안정제)를 투입한 후 180℃로 셋팅된 핫 플레트에서 130rpm으로 20분간 교반 및 용해시켰다.
이어서, 활성제가 완전 용해된 후 25 중량부의 수소 첨가 로진을 투입한 후 교반 없이 20분간 용해시킨 후에 300rpm으로 10분간 추가 교반하였다.
이어서, 칙소제로 7 중량부의 수소 첨가 캐스터 왁스, 3.5 중량부의 카우나루바 왁스(타입 1), 2.5 중량부의 칙소트롤 ST(thixotrol ST)를 투입한 후에 400rpm의 교반 속도로 10분간 용해시켰다. 그리고 이를 핫 플레이트에서 분리하여 상온에서 안정화하여 솔더 페이스트용 플럭스를 제조하였다.
이 솔더 페이스트용 플럭스를 이용하여 제조예와 동일한 방법에 의하여 솔더 범프를 제조하였다.
제조예 및 비교예의 솔더 범프를 형성하는 공정에서, 드라이 필름을 제거하기 전의 사진을 도 3에 나타내고, 드라이 필름을 제거한 후에 사진을 도 4에 나타내었다. 그리고 제조예 및 비교예에 의해 제조된 솔더 범프의 사진을 도 5에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 비교예에서는 드라이 필름의 아크릴 성분이 잔존하여 드라이 필름 제거 전에 검은 얼룩이 발생한 반면, 제조예에서는 이러한 검은 얼룩이 발생하지 않은 것을 알 수 있다. 그리고 도 4를 참조하면, 비교예에서는 드라이 필름의 아크릴 성분이 잔존하여 드라이 필름 제거 후에 띠가 발생한 반면, 제조예에서는 이러한 띠가 발생하지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 비교예에서는 솔더 범프 내부에 공동이 많아 대략 공동이 12% 정도를 차지하는 반면, 제조예에서는 공동이 대략 5% 정도로 매우 낮은 수준으로 남는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 낮은 불량률로 우수한 솔더 범프를 형성할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (26)

  1. 수지, 가소제, 용제 및 활성제를 포함하고,
    상기 가소제가 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP), 벤질부틸프탈레이트(benzylbutylphthalate, BBP), 디옥틸프탈레이트(dioctylphthalate, DOP), 디옥틸세바케이트(dioctyl sebacate, DOS) 및 디옥틸아제레이트(dioctyl azelate, DOZ)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용제는 글리콜에테르류, 글리세린류 및 알코올류로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 알코올류는 n-헥사놀(n-hexanol), n-데칸올(n-decanol), n-도데칸올(n-dodecanol), 트리메틸노닐알코올로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성제는 산을 포함하는 제1 활성제를 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 활성제는 숙신산(succinic acid), 아디핀산(adipic acid), 팔미트산(palmitic acid), 테트라데칸산(tetradecanoic acid) 및 다이메티롤프로피온산(dimethylolpropionic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 활성제는 할로겐계 물질을 포함하는 제2 활성제를 더 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 활성제는, 3-불화붕소에틸아미드착물, 부틸아민브롬화수소산염, 부틸아민염화수소산염, 에틸아민브롬화수소산염, 피리딘브롬화수소산염, 시클로헥실아민브롬화수소산염, 에틸아민염화수소산염, 1,3-디페닐구아니딘브롬화수소산염 및 2,3-디브로모-1-프로판올로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수지가 말레익 로진(rosin maleic resin) 및 수소 첨가 로진 에스테르(hydrogenated rosin ester)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 솔더 페이스트용 플럭스 전체 100 중량부에 대하여, 상기 수지가 15~25 중량부, 상기 가소제가 15~40 중량부, 상기 용제가 20~40 중량부, 상기 활성제가 1~4 중량부만큼 포함되는 솔더 페이스트용 플럭스.
  10. 제1항에 있어서,
    칙소제 및 분산제 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 솔더 페이스트용 플럭스; 및
    솔더 파우더
    을 포함하는 솔더 페이스트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 솔더 페이스트 전체 100 중량부에 대하여, 상기 솔더 페이스트용 플럭스가 8~15 중량부만큼 포함되는 솔더 페이스트.
  13. 수지, 가소제, 용제 및 활성제를 혼합하여 솔더 페이스트용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 가소제가 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP), 벤질부틸프탈레이트(benzylbutylphthalate, BBP), 디옥틸프탈레이트(dioctylphthalate, DOP), 디옥틸세바케이트(dioctyl sebacate, DOS) 및 디옥틸아제레이트(dioctyl azelate, DOZ)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 용제는 글리콜에테르류, 글리세린류 및 알코올류로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 활성제는 산을 포함하는 제1 활성제를 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 활성제는 할로겐계 물질을 포함하는 제2 활성제를 더 포함하는 솔더 페이스트의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 수지가 말레익 로진(rosin maleic resin) 및 수소 첨가 로진 에스테르(hydrogenated rosin ester)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 페이스트의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법은,
    상기 가소제 및 상기 용제를 혼합하는 단계;
    상기 활성제를 첨가하여 혼합하는 단계; 및
    상기 수지를 첨가하여 혼합하는 단계
    를 포함하는 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항의 솔더 페이스트용 플럭스의 제조 방법에 따라 제조된 솔더 페이스트용 플럭스를 준비하는 단계; 및
    상기 솔더 페이스트용 플럭스와 솔더 파우더를 혼합하는 단계
    를 포함하는 솔더 페이스트의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 솔더 파우더는 주석을 포함하는 무연 솔더 파우더인 솔더 페이스트의 제조 방법.
  21. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 개구부를 가지는 드라이 필름을 형성하는 단계;
    상기 개구부에 솔더 페이스트를 충진하는 단계;
    상기 솔더 페이스트를 리플로우하는 단계; 및
    상기 드라이 필름을 제거하는 단계
    를 포함하고,
    상기 드라이 필름이 아크릴계 물질을 포함하며,
    상기 솔더 페이스트가, 수지, 가소제, 용제 및 활성제를 포함하는 플럭스와, 솔더 파우더를 포함하고,
    상기 가소제가 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP), 벤질부틸프탈레이트(benzylbutylphthalate, BBP), 디옥틸프탈레이트(dioctylphthalate, DOP), 디옥틸세바케이트(dioctyl sebacate, DOS) 및 디옥틸아제레이트(dioctyl azelate, DOZ)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 범프의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 용제는 글리콜에테르류, 글리세린류 및 알코올류로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 범프의 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 활성제는 산을 포함하는 제1 활성제를 포함하는 솔더 범프의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 활성제는 할로겐계 물질을 포함하는 제2 활성제를 더 포함하는 솔더 범프의 제조 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 수지가 말레익 로진(rosin maleic resin) 및 수소 첨가 로진 에스테르(hydrogenated rosin ester)로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 포함하는 솔더 범프의 제조 방법.
  26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항의 솔더 범프의 제조 방법에 의하여 제조된 솔더 범프.
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