KR102006982B1 - 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 볼 그리드 어레이용 플럭스 조성물에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 저점도 및 고칙소성을 가져 젯팅밸브 토출용으로 사용이 적합한 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 용매, 에폭시계 수지, 경화제, 활성제 및 칙소제를 포함하는 조성물로서, 점도가 10 ~ 5000 cps이고, 칙소값이 0.01 ~ 0.5인 것을 특징으로 한다.

Description

젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물{SOLDER FLUX COMPOSITION FOR JETTING TYPE}
본 발명은 볼 그리드 어레이용 플럭스 조성물에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 저점도 및 고칙소성을 가져 젯팅밸브 토출용으로 사용이 적합한 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물에 관한 것이다.
최근 전자 기기의 소형화 및 고기능화에 따라 반도체 등의 고밀도화가 요구되고 있으며, 이에 반도체 칩 자체의 고집적화뿐만 아니라, 반도체 패키지의 소형화에 대한 요구도 커지고 있다. 이와 관련하여 솔더링 공정은 필수적인 접합 기술이 되었다. 납땜이라고도 알려져 있는 솔더링 공정은 450℃ 이하의 온도에서 2개의 이종 재료 사이에 저융점의 금속을 용융시켜 접합하는 방식으로, 최근 솔더볼(solder ball)을 사용하여 최종 칩과 회로 기판 간의 전기 및 기계적 연결을 하는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array; BGA) 패키지를 사용하는 방향으로 발전되고 있다.
한편 솔더링 공정 수행 시 접합하고자 하는 금속부재의 표면에 산화막이 형성되어있으면, 접합용 용융금속이 순수금속을 적시지 못하게 방해하여 접합이 이루어지지 않는다. 이를 방지하기 위하여 통상의 접합 작업에서는 플럭스(flux)를 사용하고 있다. 플럭스는 땜납 표면의 산화층을 파괴하고, 접합 도중에 금속 표면이 대기와 접촉하여 산화층이 생성되는 것을 방지함으로써 결합이 쉽게 이루어지도록 한다.
플럭스의 형성은 플럭스 도팅(flux dotting) 장비를 이용하여 이루어지며, 종래에는 복수개의 핀(Pin)을 포함하는 장치를 이용하여 플럭스를 형성하는 Pin dotting이 주로 이루어지고 있다. Pin dotting은 핀 하단부에 플럭스 조성물을 묻힌 후 반도체 패키지의 솔더 볼 형성 위치에 수직방향으로 접촉시키고 압력을 가하여 플럭스를 형성하는 방식이다.
그러나 상기의 경우 이와 같은 과정에서 반도체 패키지가 휘어지는 경우가 발생하며, 이에 플럭스의 형성을 방해하는 문제점이 있어 최근 유체 공급 장치를 통해 적정량의 플럭스 조성물을 각각의 솔더볼에 정확하게 공급할 수 있는 젯팅(jetting) 방식이 개발되고 있다.
한편, 기존의 볼 그리드 어레이용 플럭스 조성물은 점도가 높아 젯팅 장치를 통해서는 플럭스 조성물을 고르게 토출하는데 어려움이 있다. 이에 본 발명자들은 저점도를 가지며 칙소성 또한 우수한 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물을 개발하게 되었다.
대한민국 공개특허 제10-2005-0012506호 (발명의 명칭 : 플럭스 도팅 장치, 출원인 : 삼성전자주식회사, 공개일 : 2005년02월02일)
본 발명의 목적은 저점도 및 고칙소성을 가져 젯팅밸브 토출용으로 사용이 적합한 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명은 용매, 에폭시계 수지, 경화제, 활성제 및 칙소제를 포함하는 조성물로서, 점도가 10 ~ 5000 cps이고, 칙소값이 0.01 ~ 0.5인 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물에 관한 것이다.
상기 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물은 용매 100 중량부를 기준으로 에폭시계 수지 5 ~ 15 중량부, 경화제 0.01 ~ 0.1 중량부, 활성제 30 ~ 60 중량부 및 칙소제 3 ~ 35 중량부가 함유되는 것을 특징으로 한다.
상기 용매는 점도를 조절하기 위한 것으로 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 글리세린, n-헥사놀, n-데칸올, n-도데칸올, 트리메틸노닐 테트라데칸올, 트리메틸노닐 헵타데칸올 및 트리메틸노닐 시클로헥산올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 에폭시계 수지는 플럭스 조성물의 기판표면에서의 접착력을 향상시키기 위한 것으로, 에폭시계 수지로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 아민형 에폭시 수지, 헤테로시클릭 에폭시 수지 및 지환식 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한 상기 에폭시계 수지는 용매 100 중량부를 기준으로 5 ~ 15 중량부가 함유되는 것이 바람직하다. 에폭시계 수지의 함량이 용매 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만일 경우 충분한 접착력을 얻을 수 없으며, 15 중량부를 초과하는 경우 점도가 높아져 젯팅 장치를 통해 플럭스 조성물이 고르게 토출되지 못하므로 바람직하지 않다.
상기 경화제로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 아민 계열 물질 및 안하이드라이드 계열로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
이때 상기 아민 계열 물질은 메타-페닐렌디아민, 디아미노 디페닐 메탄 및 디아미노디페닐 설폰으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, 상기 안하이드라이드 계열 물질은 2-메틸-4-니트로아닐린, 도데세닐 숙신 안하이드라이드, 말레익 안하이드라이드, 숙신 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드 및 피로멜리틱 안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한 상기 경화제는 용매 100 중량부를 기준으로 0.01 ~ 0.1 중량부가 함유되는 것이 바람직하다. 경화제의 함량이 용매 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 미만일 경우 에폭시 수지의 경화가 원활하지 않으며, 0.1 중량부를 초과하는 경우 에폭시계 수지가 경화된 후 고온고습에 견딜 수 있는 특성이 저하되어 바람직하지 않다.
상기 활성제는 플럭스의 활성력 및 산화막을 제거하기 위한 것으로 스테아린산, 아디핀산, 팔미트산, 숙신산, 아민 하이드로클로라이드, 아민 하이드로브로마이드 및 트리에탄올아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한 상기 활성제는 용매 100 중량부 기준으로 30 ~ 60 중량부가 함유되는 것이 더욱 바람직하다. 활성제의 함량이 용매 100 중량부에 대하여 30 중량부 미만일 경우 솔더 냉납 및 함몰 범프(shrinkage)가 발생할 수 있고, 또한 충분한 플럭싱 효과를 제공할 수 없으며, 60 중량부를 초과하는 경우 점도가 높아져 젯팅 장치를 통해 플럭스 조성물이 고르게 토출되지 못하므로 바람직하지 않다.
상기 칙소제는 분말과 플럭스의 분리 방지 및 인쇄 후 형상 유지 능력을 부여함으로써 브리지(bridge) 발생을 제어하기 위한 것으로, 캐스터오일/왁스(caster oil/wax), 지방족 아미드 및 알킬에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
이때, 상기 지방족 아미드는 스테아르산 아미드, 히드록시스테아르산 비스아미드, m-크실릴렌 비스스테아르산 아미드, N,N'-디스테아릴이소프탈산 아미드, 에틸렌비스스테아르산 아미드 및 메틸렌비스스테아르산 아미드 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 상기 알킬에테르는 다이메틸에테르, 다이에틸에테르, 에틸에테르 및 메틸에틸에테르 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 상기 칙소제는 용매 100 중량부 기준으로 3 ~ 35 중량부가 함유되는 것이 더욱 바람직하다. 칙소제의 함량이 용매 100 중량부에 대하여 3 중량부 미만일 경우 충분한 칙소성을 얻을 수 없어 흐름현상(sagging)이 발생할 수 있으며, 35 중량부를 초과하는 경우 점도 및 칙소성이 지나치게 높아져 젯팅 장치를 통해 플럭스 조성물이 고르게 토출되지 못하며, 도포 불량이 발생되기 쉬워 바람직하지 않다.
본 발명의 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물의 점도는 10 ~ 5000 cps인 것이 바람직하다. 상기 점도가 10 cps 미만일 경우 흐름성이 높아 솔더볼 주위를 균일하게 감싸 주지 못하며, 5000 cps를 초과하는 경우 점도가 높아 젯팅 장치를 통해 플럭스 조성물이 고르게 토출되지 못하므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 제공하는 플럭스 조성물의 저점도 및 고칙소성을 통해 젯팅 밸브에 적용할 수 있으며, 이에 플럭스를 솔더볼에 정확히 형성할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 플럭스 조성물을 도포한 어레이의 일부 지점을 측정한 사진이다.
도 2는 비교예 1의 플럭스 조성물을 도포한 어레이의 일부 지점을 측정한 사진이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해지도록, 당업자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제공하는 것이다.
<실시예 1>
에폭시계 수지인 비스페놀 A형 에폭시 수지(제품명:YD-014; 제조사:국도화학) 5g, 경화제인 디아미노디페닐 설폰 0.01g, 활성제인 아디핀산 60g 및 칙소제인 다이메틸에테르 5g을 용매인 글리세린 100g에 첨가하고 모두 용해될 때까지 200℃에서 교반 혼합한 후 25℃에서 5 ~ 10분간 냉각시켜 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물을 제조하였다.
<실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 7>
실시예 1과 동일한 방법으로 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물을 제조하되, 각 구성성분의 중량은 하기 표 1을 참고하여 제조하였다.
조건 용매(g) 에폭시계
수지(g)
경화제(g) 활성제(g) 칙소제(g)
실시예 1 100 5 0.01 60 5
실시예 2 100 10 0.05 45 15
실시예 3 100 15 0.1 30 20
비교예 1 100 1 0.01 45 15
비교예 2 100 25 0.1 45 15
비교예 3 100 10 0.05 25 20
비교예 4 100 10 0.05 80 20
비교예 5 100 10 0.05 45 1
비교예 6 100 10 0.05 45 40
<실험예 1. 플럭스 조성물의 토출 시험>
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에 따라 제조된 플럭스 조성물을 30℃, 1bar의 조건하에서 내경 50㎛의 tjfp-50T 노즐을 통해 도 1에 나타낸 바와 같이 50×50 array 위에 100mm/sec의 속도로 토출하였으며, 그 결과를 도 2 및 3과 표 2에 나타내었다.
토출 상태 도포 상태
실시예 1 양호 양호
실시예 2 양호 양호
실시예 3 양호 양호
비교예 1 양호 액 튐 현상 발생
비교예 2 불량 불량
비교예 3 양호 액 튐 현상 발생
비교예 4 불량 불량
비교예 5 양호 액 튐 현상 발생
비교예 6 불량 불량
표 2를 참고하여, 실시예 1 내지 3의 방법으로 제조된 플럭스 조성물의 경우 젯팅밸브에서 용이하게 토출되었으며, Dot missing 현상 및 액 튐 현상 없이 솔더볼에 고르게 도포됨을 확인할 수 있었다(도 2 참고).
반면, 비교예 1, 3 및 5의 경우 토출 시 액 튐 현상이 발생하였으며(도 3 참고), 비교예 2, 4 및 6의 경우는 젯팅밸브에서 제대로 토출되지 않아 솔더볼에 골고루 도포되지 않았다.
이때, 상기 실시예 1 내지 3의 플럭스 조성물의 점도는 10 ~ 5000 cps이며, 칙소값은 0.01 ~ 0.5인 것으로 확인되었다.

Claims (7)

  1. 용매 100중량부를 기준으로 에폭시계 수지 5~15중량부, 경화제 0.01~0.1중량부, 활성제 30~60중량부 및 칙소제 3~35중량부를 포함하는 조성물로서, 점도가 10 ~ 5000 cps이고, 칙소값이 0.01 ~ 0.5인 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    용매는 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 글리세린, n-헥사놀, n-데칸올, n-도데칸올, 트리메틸노닐 테트라데칸올, 트리메틸노닐 헵타데칸올 및 트리메틸노닐 시클로헥산올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 에폭시계 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 아민형 에폭시 수지, 헤테로시클릭 에폭시 수지 및 지환식 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 경화제는 아민 계열 물질 및 안하이드라이드 계열로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며, 상기 아민 계열 물질은 메타-페닐렌디아민, 디아미노 디페닐 메탄 및 디아미노디페닐 설폰으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 안하이드라이드 계열 물질은 2-메틸-4-니트로아닐린, 도데세닐 숙신 안하이드라이드, 말레익 안하이드라이드, 숙신 안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드 및 피로멜리틱 안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 활성제는 스테아린산, 아디핀산, 팔미트산, 숙신산, 아민 하이드로클로라이드, 아민 하이드로브로마이드 및 트리에탄올아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 칙소제는 캐스터오일/왁스(caster oil/wax), 지방족 아미드 및 알킬에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 지방족 아미드는 스테아르산 아미드, 히드록시스테아르산 비스아미드, m-크실릴렌 비스스테아르산 아미드, N,N'-디스테아릴이소프탈산 아미드, 에틸렌비스스테아르산 아미드 및 메틸렌비스스테아르산 아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며, 상기 알킬에테르는 다이메틸에테르, 다이에틸에테르, 에틸에테르 및 메틸에틸에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 젯팅타입용 솔더 플럭스 조성물.
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