KR101886085B1 - 카본 성분을 포함하는 플럭스 조성물, 이를 포함하는 솔더 페이스트 및 솔더링 방법 - Google Patents

카본 성분을 포함하는 플럭스 조성물, 이를 포함하는 솔더 페이스트 및 솔더링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 솔더용 플럭스 조성물은 수지, 용매 및 탄소 입자를 포함한다.

Description

카본 성분을 포함하는 플럭스 조성물, 이를 포함하는 솔더 페이스트 및 솔더링 방법{FLUX COMPOSITON COMPRISING CARBON COMPONENT, SOLDER PASTE COMPRISING THE SAME AND METHOD OF SOLDERING}
카본 성분을 포함하는 플럭스 조성물, 이를 포함하는 솔더 페이스트 및 솔더링 방법에 관한 것이다.
솔더링용 재료는 납땜을 주로 사용하였으나 최근 환경 규제에 의하여 전자제품에의 납땜 사용이 금지되었으며, 자동차 분야에서도 2016년부터 차량 내 납 성분 사용을 엄격하게 금지할 예정이다. 이에 따라 기존에 사용되던 납 성분 기반의 솔더 재료는 다양한 종류의 금속 합금으로 대체하여 사용되고 있다.
하지만 무연솔더 재료는 기존의 납 합금 계열에 비해 강도가 떨어지고 부식에 약하며, 이온마이그레이션 현상 유발이 쉬운 단점을 가지고 있다
신규 무연솔더 적용 및 사용량의 확대에 따라 신뢰성 향상에 대한 연구가 다각적으로 진행되고 있다. 무연솔더의 신뢰성 향상을 위한 방법으로는
1) 열 피로 (Thermal Fatigue)에 의한 솔더 합금의 결정립계 성장을 억제하는 방법
2) 솔더 표면의 부식을 억제하는 방법
3) 기판과 솔더 사이에 형성되는 금속간 화합물 (Intermetallic Compound)의 성장을 억제하는 방법
4) 고용강화를 통하여 솔더의 강도를 향상시키는 방법 등이 시도되고 있다.
기존의 기술 중 가장 기본적으로 사용되는 방법으로는 합금상의 조절을 통하여 강도 및 열 피로에 대한 신뢰성을 강화하는 방법이 있다. 이 방법을 통하여 솔더 합금의 고용강화, 결정립계 미세화, 녹는점 변화 등 다양한 장점을 구현할 수 있다.
이러한 솔더 합금 설계 과정은 최종 제품의 물리적 특성을 향상시킬 수 있다는 점에 있어서 솔더 제조시 기본적으로 사용되는 방법이다.
하지만 이와 같이 합금을 설계하더라도, 현재까지는 납 성분이 포함된 솔더 재료의 성능을 따라잡지 못하고 있으며 이의 주요 원인은 솔더 합금 강도 저하와 부식, 이온마이그레이션 현상을 억제하는 기술의 부족에 있다고 할 수 있다.
또 다른 방법으로 솔더 합금 내에 나노 사이즈의 입자를 첨가하는 방법이 시도되고 있으며 이를 통해 솔더의 강도, 금속간 화합물의 성장 억제 등 솔더의 물리적 특성을 향상시킬 수 있는 기술이 개발되고 있다.
하지만 상기의 방법으로 제조된 솔더의 경우, 나노입자를 분산시키는 방법이 매우 어려우며 분산된 나노 입자가 솔더 가공시 (열처리를 통한 솔더링) 분산성을 유지하지 못하는 단점을 가진다.
종래 방법으로서, 볼밀기를 이용하여 솔더 내에 탄소나노튜브를 분산시키는 방법이 제안되었다. 구체적으로 초음파 분산기를 이용하여 솔더 용액에 탄소나노튜브를 첨가시켜 카본 성분 (탄소나노튜브)이 분산된 솔더를 얻는 방법을 제시한다.
하지만 솔더와 탄소나노튜브를 혼합할 경우 비중 차이에 의해 분산이 매우 어렵고, 가공 중에 탄소나노튜브와 솔더 간 상 분리가 일어나 원하는 성능을 기대할 수 없다.
또한 솔더 제조 시 액상의 솔더와 탄소나노튜브가 접촉하여 혼합되는 결과를 기대할 수 있으나 제조가 매우 까다롭고 확률적으로 탄소나노튜브와 솔더가 만나야 부착이 되는 방식으로, 실제 부착되지 않은 탄소나노튜브가 대량으로 응집될 가능성이 매우 높다.
본 발명의 일 실시예는 솔더 페이스트 또는 솔더 와이어 제조 시 첨가되는 플럭스 조성물에 탄소 입자를 첨가함으로써 솔더의 기계적/전기적 특성을 향상시키는 솔더용 플럭스 조성물을 제공한다.
본 발명의 또다른 일 실시예는 전술한 솔더용 플럭스 조성물을 포함하는 솔더 페이스트 또는 솔더 와이어를 제공한다.
본 발명의 또다른 일 실시예는 전술한 솔더 페이스트를 이용한 솔더링 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔더용 플럭스 조성물은 수지, 용매 및 탄소 입자를 포함한다.
수지는 로진, 로진 유도체, 아크릴 수지, 스티렌-말레산 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리 비닐 알코올 수지, 폴리 염화 비닐 리덴 수지 또는 이들의 조합일 수 있다.
수지는 톨유 로진, 검 로진, 우드 로진 또는 이들의 조합일 수 있다.
수지는 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균일화 로진, 아크릴산 변성 로진, 말레산 변성 로진 또는 이들의 조합일 수 있다.
수지는 (메트)아크릴산, 이타콘산, 말레산, 크로톤산, (메트)아크릴산 옥틸, (메트)아크릴산 노닐, (메트)아크릴산 데실, (메트)아크릴산 운데실, (메트)아크릴산 도데실, (메트)아크릴산 트리데실, (메트)아크릴산 테트라데실, (메트)아크릴산 라우릴, (메트)아크릴산 스테아릴, (메트)아크릴산 메틸, (메트)아크릴산 에틸, (메트)아크릴산 부틸, (메트)아크릴산 헥실 및 (메트)아크릴산 프로필로부터 선택되는 단량체의 중합 또는 공중합체일 수 있다.
용매는 이소프로필알코올, 에탄올, 아세톤, 톨루엔, 크실렌, 아세트산에틸, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 글리콜에테르, 헥실디글리콜, (2-에틸헥실)디글리콜, 페닐글리콜, 부틸카르비톨, 옥탄디올, α-테르피네올, β-테르피네올, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리멜리트산트리스(2-에틸헥실), 세바스산비스(2-에틸헥실) 또는 이들의 조합일 수 있다.
탄소 입자는 탄소나노튜브, 그래핀, 풀러린, 나노다이아몬드, 카본블랙 또는 이들의 조합일 수 있다.
수지 30 내지 50 중량%, 탄소 입자 0.5 내지 30 중량% 및 잔부 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔더용 플럭스 조성물 제조 방법은 플럭스를 용매와 혼합하여 액상형태의 혼합물로 제조하는 단계; 표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계; 및 액상형태의 혼합물에 상기 탄소 입자를 분산시키는 단계를 포함한다.
표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계는 탄소 입자의 표면을 자외선 또는 방사선에 노출시키는 것을 포함할 수 있다.
표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계는 탄소 입자의 표면을 산처리하는 것을 포함할 수 있다.
표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계는 탄소 입자의 표면을 초음파 처리하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔더 혼합물은 전술한 플럭스 조성물 및 솔더를 포함한다.
솔더 혼합물은 솔더 페이스트 또는 솔더 와이어일 수 있다.
솔더는 주석-은-구리, 주석-은, 주석-구리, 주석-안티몬, 주석-비스무스 또는 주석-인듐 합금일 수 있다.
솔더는 탄소를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔더링 방법은 회로 기판에 전술한 솔더 혼합물을 인쇄하는 단계; 솔더 혼합물을 경화시키는 단계; 경화된 솔더 혼합물의 표면에 전해질 수지를 코팅하는 단계; 및 경화된 솔더 혼합물을 열처리하는 단계를 포함한다.
솔더 혼합물을 경화시키는 단계에서 200 내지 250℃의 온도로 5시간 내지 6시간 동안 경화시킬 수 있다.
전해질 수지를 코팅하는 단계에서 전해질 수지는 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드) [Poly(diallyldimethylammonium chloride)], 폴리(알릴아민)[(Poly(allyamine)), 폴리(에틸렌이민)[Poly(ethyleneimine)], 또는 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디메틸암모늄)[Poly(acrylamide-co-Diallyldimethylammonium]일 수 있다.
전해질 수지를 코팅하는 단계에서 상기 전해질 수지를 100 내지 500㎛ 두께로 코팅할 수 있다.
전해질 수지를 코팅하는 단계 이후, 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열처리하는 단계는 50 내지 100℃의 온도로 10 분 내지 3 시간 동안 열처리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 솔더용 플럭스 조성물은 플럭스 조성물 내에 포함된 탄소 입자가 솔더를 이루는 금속 합금과 혼합되어 피닝 효과에 의해 솔더의 기계적 강도를 강화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 솔더용 플럭스 조성물은 금속의 결정립계에 잔류하고 있는 탄소 입자가 열에 의한 결정립의 성장을 방해하여, 금속의 열 피로에 의한 강도 저하가 저감되는 효과가 있다. 즉, 내구성 향상 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 솔더용 플럭스 조성물은 경화된 솔더 혼합물의 표면에 존재하고 있는 탄소 입자에 의해, 금속의 표면에 피막을 형성하여 솔더의 산화 및 부식을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 솔더용 플럭스 조성물은 경화된 솔더 혼합물의 표면에 탄소 입자 분포로 인한 금속의 확산이나 이온의 이동이 제한되어, 솔더 간 마이그레이션 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플럭스 조성물을 포함하는 솔더 페이스트의 솔더링 전후의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플럭스 조성물을 포함하는 솔더 페이스트의 솔더링 전후의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 솔더링 방법 중 전해질 수지를 코팅하는 단계의 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔더용 플럭스 조성물은 수지, 용매 및 탄소 입자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 솔더용 플럭스 조성물은 플럭스 조성물 내에 포함된 탄소 입자가 포함됨으로써, 솔더의 결정립계 성장을 억제시키고, 표면의 부식을 억제하며 탄소 입자의 피닝현상을 이용한 강도 향상을 이룰 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더용 플럭스 조성물을 포함하는 솔더 페이스트의 솔더링 전후의 계략적인 상태를 나타내는 도면이다. 솔더링 전, 솔더 페이스트 내에 플럭스(10), 솔더(20) 및 탄소 입자(30)가 분산되어 있다. 솔더링에 의해 솔더(20)는 용해되어 형상을 이루고 플럭스(10)는 기화하게 된다. 이 때 잔류한 탄소 입자(30)가 솔더(20)의 내부에 분산되게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더용 플럭스 조성물을 포함하는 솔더 페이스트의 솔더링 전후의 계략적인 상태를 나타내는 도면이다. 도 1과 유사하게 솔더링 전, 솔더 페이스트 내에 플럭스(10), 솔더(20) 및 탄소 입자(30)가 분산되어 있다. 솔더링에 의해 솔더(20)는 용해되어 형상을 이루고 플럭스(10)는 기화하게 된다. 이 때, 탄소 입자(30) 중 일부는 솔더의 내부에 분산되고, 또 다른 일부는 플럭스(10)의 유동에 의해 솔더(20)의 표면으로 떠오르게 되어 솔더(20)의 표면에 형성된다. 솔더(20) 합금 내 존재하는 탄소 입자(30)는 합금의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 하며, 솔더(20) 표면에 존재하는 탄소 입자(30)는 산화 및 부식을 억제하고, 마이그레이션 발생을 억제하는 역할을 한다.
이하에서는 각 구성별로 솔더용 플럭스 조성물에 대해 설명한다.
먼저 수지는 일반적인 플럭스 조성물에 사용되는 수지를 사용할 수 있다. 구체적으로 로진계 또는 수지계를 사용할 수 있다.
로진계로서는 로진, 로진 유도체가 있으며, 수지계로는 아크릴 수지, 스티렌-말레산 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지 등이 있다.
더욱 구체적으로 로진은 톨유 로진, 검 로진, 우드 로진 등을 사용할 수 있으며, 로진 유도체는 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균일화 로진, 아크릴산 변성 로진, 말레산 변성 로진 등이 있다. 아크릴 수지로는 (메트)아크릴산, 이타콘산, 말레산, 크로톤산, (메트)아크릴산 옥틸, (메트)아크릴산 노닐, (메트)아크릴산 데실, (메트)아크릴산 운데실, (메트)아크릴산 도데실, (메트)아크릴산 트리데실, (메트)아크릴산 테트라데실, (메트)아크릴산 라우릴, (메트)아크릴산 스테아릴, (메트)아크릴산 메틸, (메트)아크릴산 에틸, (메트)아크릴산 부틸, (메트)아크릴산 헥실 및 (메트)아크릴산 프로필로부터 선택되는 단량체의 중합 또는 공중합체가 있을 수 있다.
탄소 입자는 솔더의 결정립계 성장을 억제시키고, 표면의 부식을 억제하며 피닝현상을 이용하여 강도 향상을 얻을 수 있다. 탄소 입자는 분말의 형태를 가지는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 탄소나노튜브, 그래핀, 풀러린, 나노다이아몬드, 카본블랙 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 산화 그래핀(Graphene Oxide, GO)을 사용할 수 있다.
용매는 플럭스 및 탄소 입자를 균일하게 분산시킬 수 있는 것이라면 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로 이소프로필알코올, 에탄올, 아세톤, 톨루엔, 크실렌, 아세트산에틸, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 글리콜에테르, 헥실디글리콜, (2-에틸헥실)디글리콜, 페닐글리콜, 부틸카르비톨, 옥탄디올, α-테르피네올, β-테르피네올, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리멜리트산트리스(2-에틸헥실), 세바스산비스(2-에틸헥실) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 플럭스 조성물은 수지 30 내지 50 중량%, 탄소 입자 0.5 내지 30 중량% 및 잔부 용매를 포함할 수 있다. 전술한 범위에서 탄소 입자의 첨가에 의한 기계적/전기적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로 플럭스 조성물은 수지 30 내지 40 중량%, 탄소 입자 1 내지 30 중량% 및 잔부 용매를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 플럭스 조성물은 수지 30 내지 40 중량%, 탄소 입자 10 내지 30 중량% 및 잔부 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔더용 플럭스 조성물 제조 방법은 플럭스를 용매와 혼합하여 액상형태의 혼합물로 제조하는 단계; 표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계; 및 액상형태의 혼합물에 상기 탄소 입자를 분산시키는 단계를 포함한다.
플럭스, 용매 및 탄소 입자에 대한 구체적인 설명은 전술한 것과 동일하므로, 반복되는 설명을 생략한다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 플럭스를 용매와 혼합하여 액상형태의 혼합물로 제조한다.
다음으로, 표면이 활성화된 탄소 입자를 준비한다. 탄소 입자의 분산성을 향상시키기 위해서 탄소 입자의 표면을 활성화한다. 이 때, 탄소 입자의 표면을 활성화하는 구체적인 방법으로는 탄소 입자의 표면을 자외선 또는 방사선에 노출시키는 것, 탄소 입자의 표면을 산처리하는 것 또는 탄소 입자의 표면을 초음파 처리하는 것이 될 수 있다.
다음으로, 액상형태의 혼합물에 상기 탄소 입자를 분산시킨다.
분산 방법으로는 밀링 공정을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔더 혼합물은 전술한 플럭스 조성물 및 솔더를 포함한다.
플럭스 조성물 및 그 제조 방법에 대한 설명은 전술한 것과 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
솔더는 무연솔더로서 알려진 금속은 제한없이 사용할 수 잇다. 구체적으로 주석-은-구리, 주석-은, 주석-구리, 주석-비스무스 또는 주석-인듐 합금을 사용할 수 있다. 솔더는 탄소를 포함하지 않을 수 있다.
솔더 혼합물은 전술한 액상의 플럭스 조성물을 솔더 분말과 혼합하여 솔더 페이스트를 제조하거나 또는 액상의 플럭스 조성물을 건조하고, 솔더와 함께 압출하여 솔더 와이어의 형태로 만들 수 있다.
솔더와 탄소 입자는 비중 차이에 의해 분산이 매우 어렵고, 가공 중에 탄소 입자와 솔더 사이에 상 분리가 일어나게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의한 솔더 혼합물은 플럭스 조성물에 탄소 입자를 분산시켜 솔더와 혼합하여 솔더 혼합물을 제조하더라도 분산이 원활하게 일어나고, 탄소 입자와 솔더간 상 분리가 일어나지 않게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔더링 방법은 회로 기판에 전술한 솔더 혼합물을 인쇄하는 단계; 솔더 혼합물을 경화시키는 단계; 경화된 솔더 혼합물의 표면에 전해질 수지를 코팅하는 단계; 및 경화된 솔더 혼합물을 열처리하는 단계를 포함한다.
솔더 혼합물을 경화시키면, 플럭스 성분이 공기중으로 휘발되면서 탄소 입자가 솔더 외부로 빠져나가게 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 경화된 솔더 혼합물의 표면에 전해질 수지를 코팅함으로써 탄소 입자가 솔더 외부로 빠져나가는 것을 방지하게 된다.
도 3에는 이러한 원리에 대해 개략적으로 도시하였다. 솔더(20) 내부에서 솔더(20) 외부로 빠져나가고자 하는 탄소 입자(30)이 전해질 수지(40)에 의해 막혀 솔더(20) 내부에 잔존하게 된다. 특히 탄소 입자는 일반적으로 음(-) 전하를 띄는데, 전해질 수지가 양(+) 전하를 띄는 경우, 정전기적 인력에 의해 탄소 입자가 전해질 수지와 결합하게 되어, 솔더(20) 외부로 빠져나가는 탄소 입자(30)를 더욱 줄일 수 있다.
이하에서는 솔더링 방법에 대해 각 단계별로 설명한다.
먼저 회로 기판에 전술한 솔더 혼합물을 인쇄한다.
회로 기판은 특별히 한정하지 아니하며, 구체적으로 PCB 기판이 될 수 있다. 솔더 혼합물을 인쇄하는 방법도 일반적인 방법을 사용할 수 있다. 구체적으로 스크린 프린팅 공정을 사용할 수 있다. 솔더 혼합물을 인쇄한 후 전기적 결합 대상이 되는 물질 예컨데 칩 부품을 마운팅할 수 있다.
다음으로, 솔더 혼합물을 경화시킨다. 이 때, 200 내지 250℃의 온도로 5 내지 6시간 동안 경화시킬 수 있다. 전술한 범위에서 솔더 혼합물이 충분히 경화된다.
다음으로 경화된 솔더 혼합물의 표면에 전해질 수지를 코팅한다. 전해질 수지로는 양(+)전하를 띈 전해질 수지를 사용할 수 있다. 구체적으로 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드) [Poly(diallyldimethylammonium chloride)], 폴리(알릴아민)[(Poly(allyamine)), 폴리(에틸렌이민)[Poly(ethyleneimine)], 또는 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디메틸암모늄)[Poly(acrylamide-co-Diallyldimethylammonium]을 사용할 수 있다. 전해질 수지는 100 내지 500㎛ 두께로 코팅할 수 있다. 코팅 두께가 너무 얇으면, 탄소 입자가 솔더 외부로 빠져나갈 수 있다. 코팅 두께가 너무 두꺼우면, 솔더링 접합부의 전기적 성능이 저하될 수 있는 문제가 있다. 따라서 전술한 두께로 전해질 수지를 코팅할 수 있다.
전해질 수지를 코팅한 이후, 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 세정 과정을 통해 박막을 형성하지 못하고 남아있는 전해질 수지 잔사를 제거하기 위한 것이다. 전해질 수지 잔사가 제거되면, 탄소 입자와 미세전하를 통한 정전기에 의해 강력하게 결합된 전해질 수지 코팅층 만이 잔존하게 된다.
다음으로, 경화된 솔더 화합물을 열처리 한다. 구체적으로 50 내지 100℃의 온도로 10 분 내지 3 시간 동안 열처리할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 - 플럭스 조성물의 제조
제조예 1
수지로서 로진계 플럭스(MG CHEMICALS)을 5 g, 이소 프로필 알코올 5 g에 용해하여 액상화하였다. 산화 그래핀 0.1g을 자외선에 노출시켜 표현을 활성화하였다. 이를 로진, 이소 프로필 알코올에 분산시켜 플럭스 조성물을 제조하였다.
제조예 2
수지로서 아크릴산 변성 플럭스를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 제조하였다.
제조예 3
산화 그래핀 0.05 g을 분산시킨 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 제조하였다.
비교 제조예 1
산화 그래핀을 분산시키지 않은 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 - 솔더 페이스트의 제조 및 솔더링
실시예 1-3
전술한 제조예 1-3에서 제조한 각각의 플럭스 조성물 10 g에 SAC305 합금 솔더 40 g을 혼합하여 솔더 페이스트를 제조하였다.
이를 PCB 기판에 인쇄하고, 칩을 마운트 한 후, 솔더 혼합물을 경화시켰다. 경화된 솔더 혼합물의 표면에 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드) [Poly(diallyldimethylammonium chloride), PDDA]를 300 ㎛ 두께로 코팅하였다. 이후, 세정하고, 80℃에서 1시간 동안 열처리하였다.
솔더의 기계적 강도, 마이그레이션 발생 정도를 하기 방법으로 측정하여 하기 표 1에 정리하였다.
기계적 강도 측정 방법: 전용 솔더 접합강도 측정장비를 이용하여, 내구평가 전 대비 각각 1000 싸이클 및 1500 싸이클로 내구평가 실시 후의 솔더링 소자 전단 강도(shear strength)를 측정하는 방식으로 접합 강도 저하율을 측정하였다.
마이그레이션 발생 정도 : 전압 인가 조건에서의 고온고습 내구평가를 실시하여 솔더부 이온마이그레이션 발생 여부 및 절연 저항값을 평가하는 방법으로 측정하였다.
비교예 1
전술한 비교 제조예 1에서 제조한 플럭스 조성물을 사용한 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일하게 솔더링하였다.
비교예 2
전술한 제조예 1에서 제조한 각각의 플럭스 조성물 10g에 SAC305 합금 솔더 40g을 혼합하여 솔더 페이스트를 제조하였다.
이를 PCB 기판에 인쇄하고, 칩을 마운트 한 후, 솔더 혼합물을 경화시켰다. PDDA를 코팅하지 않고, 80℃에서 1시간 동안 열처리하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
접합 강도 저하율(%)
내구평가 1000 싸이클후		 -9% -12% -11% -14% -15%
접합 강도 저하율(%)
내구평가 1500 싸이클 후 		-20% -30% -28% -43% -41%
이온 마이그레이션 없음 없음 없음 없음 없음
절연 저항값(Ω) 1011 1010 1010 109 109
표 1에서 나타나듯이, 실시예 1 내지 3에서 기계적 내구 강도 및 솔더 이온 마이그레이션 억제 면에서 모두 우수함을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 플럭스, 20 : 솔더,
30 : 탄소 입자, 40 : 전해질 수지

Claims (22)

  1. 회로 기판에 수지, 용매 및 탄소 입자를 포함하는 솔더용 플럭스 조성물; 및 솔더;를 포함하는 솔더 혼합물을 인쇄하는 단계;
    상기 솔더 혼합물을 경화시키는 단계;
    상기 경화된 솔더 혼합물의 표면에 전해질 수지를 코팅하는 단계; 및
    경화된 솔더 혼합물을 열처리하는 단계;
    를 포함하는 솔더링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 솔더용 플럭스 조성물에 포함되는 수지는 로진, 로진 유도체, 아크릴 수지, 스티렌-말레산 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지 또는 이들의 조합인 솔더링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 솔더용 플럭스 조성물에 포함되는 수지는 톨유 로진, 검 로진, 우드 로진 또는 이들의 조합인 솔더링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 솔더용 플럭스 조성물에 포함되는 수지는 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균일화 로진, 아크릴산 변성 로진, 말레산 변성 로진 또는 이들의 조합인 솔더링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 솔더용 플럭스 조성물에 포함되는 수지는 (메트)아크릴산, 이타콘산, 말레산, 크로톤산, (메트)아크릴산 옥틸, (메트)아크릴산 노닐, (메트)아크릴산 데실, (메트)아크릴산 운데실, (메트)아크릴산 도데실, (메트)아크릴산 트리데실, (메트)아크릴산 테트라데실, (메트)아크릴산 라우릴, (메트)아크릴산 스테아릴, (메트)아크릴산 메틸, (메트)아크릴산 에틸, (메트)아크릴산 부틸, (메트)아크릴산 헥실 및 (메트)아크릴산 프로필로부터 선택되는 단량체의 중합 또는 공중합체인 솔더링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 이소프로필알코올, 에탄올, 아세톤, 톨루엔, 크실렌, 아세트산에틸, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 글리콜에테르, 헥실디글리콜, (2-에틸헥실)디글리콜, 페닐글리콜, 부틸카르비톨, 옥탄디올, α-테르피네올, β-테르피네올, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리멜리트산트리스(2-에틸헥실), 세바스산비스(2-에틸헥실) 또는 이들의 조합인 솔더링 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 입자는 탄소나노튜브, 그래핀, 풀러린, 나노다이아몬드, 카본블랙 또는 이들의 조합인 솔더링 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 솔더용 플럭스 조성물 100 중량%에 대하여, 상기 수지 30 내지 50 중량%, 상기 탄소 입자 0.5 내지 30 중량% 및 잔부 용매를 포함하는 솔더링 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 솔더용 플럭스 조성물은
    상기 수지를 용매와 혼합하여 액상형태의 혼합물로 제조하는 단계;
    표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계; 및
    상기 액상형태의 혼합물에 상기 탄소 입자를 분산시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 솔더링 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계는 탄소 입자의 표면을 자외선 또는 방사선에 노출시키는 것을 포함하는 솔더링 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계는 탄소 입자의 표면을 산처리하는 것을 포함하는 솔더링 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 표면이 활성화된 탄소 입자를 준비하는 단계는 탄소 입자의 표면을 초음파 처리하는 것을 포함하는 솔더링 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 솔더는 주석-은-구리, 주석-은, 주석-구리, 주석-비스무스 또는 주석-인듐 합금인 솔더링 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 솔더는 탄소를 포함하지 않는 솔더링 방법.
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 솔더 혼합물을 경화시키는 단계에서 200 내지 250℃의 온도로 5 내지 6 시간 동안 경화시키는 솔더링 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 수지를 코팅하는 단계에서 상기 전해질 수지는 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드) [Poly(diallyldimethylammonium chloride)], 폴리(알릴아민)[(Poly(allyamine)), 폴리(에틸렌이민)[Poly(ethyleneimine)], 또는 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디메틸암모늄)[Poly(acrylamide-co-Diallyldimethylammonium]인 솔더링 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 수지를 코팅하는 단계에서 상기 전해질 수지를 100 내지 500㎛ 두께로 코팅하는 솔더링 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 수지를 코팅하는 단계 이후, 세정하는 단계를 더 포함하는 솔더링 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 50 내지 100℃의 온도로 10 분 내지 3 시간 동안 열처리하는 솔더링 방법.
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