KR102202937B1 - 실링성이 우수한 에폭시 플럭스 페이스트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에폭시계 수지, 경화제, 환원제, 계면활성제, 촉매제, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트, 디하이드록시 페닐알라닌 및 비수계 실리콘 소포제를 포함하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 나아가 기판과 부품과의 우수한 접합성능을 발현시킬 수 있고 또한 솔더링을 통해 형성된 금속 접합부분의 부식을 억제하기 위해 접합부분을 완전히 커버할 수 있는 실링성이 우수한 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 제공하는 장점이 있다.
나아가 본 발명은 솔더볼이 접속된 기판을 에폭시 플럭스 페이스 조성물에 침지시켜 솔더볼에 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 보다 쉽고 균일하게 도포하여 표장 실장을 안정적으로 수행할 수 있다는 점에서 반도체 분야에서의 자동화 공정에 기여할 수 있다.

Description

실링성이 우수한 에폭시 플럭스 페이스트 조성물 {Composition for the epoxy flux paste having excellent sealing for the solder}
본 발명은 솔더링을 통한 접합부분의 실링성이 우수한 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 솔더링을 위해 표면 실장시 솔더를 통해 형성된 접합부분을 완전하게 커버하여 동공(pore) 등이 없이 실링성이 우수한 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 관한 것이다.
표면 실장 기술(Surface Mounted Technology : SMT)은 표면 실장형 전자 부품을 인쇄회로기판(PCB) 표면에 장착하고 이를 솔더링(Soldering) 하는 기술이다.표면 실장 기술은 전자 부품의 간격을 조밀하게 할 수 있고, 기판의 양면을 사용할 수 있으며, 인쇄회로기판의 면적을 축소할 수 있는 여러 가지 장점을 가지고 있어 오늘날 폭 넓게 이용되고 있다.
리플로우 솔더링은 플리칩의 랜드(Land)의 솔더(Solder)를 용융시켜 표면 실장형 인쇄회로기판상의 리드와 접합하는 것으로, 솔더링 공정후 접합하고자 하는 솔더볼과 리드 등의 금속부재의 표면에 산화막이 형성되는 것을 방지하기 위해 언더필 공정이 추가적으로 수행되었으나, 최근에는 언더필 공정 없이 솔더링을 통한 접합공정과 동시에 에폭시 플럭스(flux)를 사용하고 있다. 플럭스는 땜납 표면의 산화층을 파괴하고, 접합도중에 금속 표면이 대기와 접촉하여 산화층이 생성되는 것을 방지할 뿐만 아니라 에폭시에 의해 접착력 상승으로 결합을 더욱 강화시킬 수 있다.
이를 위해 일반적으로 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 솔더볼이 형성된 기판에 도포한 후 솔더링을 수행하는 방법이 적용되고 있다. 이 경우 발생하는 플럭스 조성물의 잔사를 억제하거나 젯팅 장치를 통해 각각의 솔더볼에 플럭스를 도팅(dotting)할 시 전자기기의 소형화로 인하여 각각의 솔더볼에 플럭스가 균일하게 도포되지 않는 문제를 발생하여, 최근에는 통상의 도포방법이 아닌 에폭시 플럭스 페이스트 조성물이 담긴 수용조에 솔더볼이 접속된 소자기판을 일부 침지시켜 솔더볼에 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 도포하는 방법(도 1 참조)이 적용되고 있다.
그러나, 이 경우에 기판의 솔더볼을 용융시켜 표면 실장형 부품의 리드와의 접합부분에 에폭시 플럭스 페이스트가 완전히 실링되지 않거나, 실링 내부에 동공이 형성하는 등의 문제가 발생되어 접합부분의 금속의 산화를 방지하는 못하는 경우가 발생한다. 나아가 리플로우 공정에서 가해지는 열에 의해 에폭시 플럭스 페이스트 자체에서 기포가 발생하여 솔더링 이후 접합부분을 에폭시로 완전히 커버하지 못하고 동공을 형성시키는 문제를 일으키고 있다.
따라서 표면 실장 기술에서의 기판의 솔더볼과 부품의 리드와의 접착과정을 원활하게 수행될 수 있고, 특히 기판과 부품과의 우수한 접합성능을 발현시킬 수 있고 또한 솔더링을 통해 형성된 금속 접합부분의 부식을 억제하기 위해 접합부분을 완전히 커버할 수 있는 실링성이 우수한 에폭시 플럭스 페이스트 조성물이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1732965호 (발명의 명칭 : 고방열 LED용 전도성 접착제 무용제형 실버 페이스트, 출원인 : 주식회사 에프피, 등록일 : 2017년04월27일) 대한민국 등록특허 제10-1826950호 (발명의 명칭 : 솔더 페이스트를 통해 접착된 발광 다이오드를 갖는 발광 다이오드 모듈 및 발광 다이오드, 출원인 : 서울바이오시스 주식회사, 등록일 : 2018년02월01일) 대한민국 등록특허 제10-1163172호 (발명의 명칭 : 방열성 에폭시 솔더링 플럭스 및 이를 이용한 반도체 소자 실장 방법, 출원인 : (주)덕산테코피아, 등록일 : 2012년06월29일) 대한민국 등록특허 제10-1219754호 (발명의 명칭 : 다기능 솔더링용 플럭스 및 이를 포함하는 솔더링 페이스트, 출원인 : (청솔화학환경(주), 등록일 : 2013년01월02일) 미국 등록특허 제5128746호 (발명의 명칭 : Adhesive and encapsulant material with fluxing properties, 출원인 : Motorola, Inc., 등록일 : 1992년 07월 07일) 미국 공개특허 제2002-0190370호 (발명의 명칭 : Siloxirane based no-flow underfill material, 발명자 : Song-Hua Shi 외 1인, 공개일 : 2002년 12월 19일) 미국 공개특허 제2003-0096452호 (발명의 명칭 : Method of applying no-flow underfill, 발명자 : Wusheng Yin 등, 공개일 : 2003년 05월 22일) 미국 공개특허 제2005-0028361호 (발명의 명칭 : Integrated underfill process for bumped chip assembly, 발명자 : Wushing Yin 등, 공개일 : 2005년 02월 10일) 미국 공개특허 제2006-0060987호 (발명의 명칭 : High performance amine based no-flow underfill materials for flip chip applications, 발명자 : Tian-An Chen 등, 공개일 : 2006년 03월 23일) 미국 공개특허 제2012-0002386호 (발명의 명칭 : Method and Apparatus for Improving the Reliability of Solder Joints, 발명자 : Lasse Juhani Pykari 등, 공개일 : 2012년 01월 05일)
본 발명의 목적은 솔더링 이후 솔더볼과 리드의 접합부분의 실링성이 우수하면서, 접합성능도 우수한 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 제공하는 데에 있다.
본 발명은 에폭시계 수지, 경화제, 환원제, 계면활성제, 촉매제, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트, 디하이드록시 페닐알라닌 및 비수계 실리콘 소포제를 포함하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 상기 조성물은 점도가 20,000 ~ 40,000 cps인 것일 수 있다.
상기 조성물에는 칙소제 또는 희석제가 더 포함될 수 있다.
상기 에폭시계 수지는 2관능성 에폭시, 3관능성 에폭시 및 4관능성 에폭시로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 경화제는 아민 계열(amine family) 물질 및 안하이드라이드 계열(anhydride family)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 환원제는 글루타르산(glutaric acid), 말레산(malic acid), 아젤라인산(azelaic acid), 아비에트산(abietic acid), 아디프산(adipic acid), 아스코르빈산(ascorbic acid), 아크릴산(acrylic acid) 및 시트르산(citric acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제, 불소계 계면활성제, 퍼플루오로알킬폴리옥시에틸렌에탄올, 플루오르화 알킬 에스테르, 퍼플루오로알칼아민 옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 촉매제는 벤질 디메틸 아민(BDMA:Benzyl DiMethly Amine), BF3-모노 에틸 아민(BF3-MEA:BF3-Mono Ethyl Amine), 트리스(디메틸아미노메틸)페놀(DMP-30:tris(dimethylaminomethyl)phenol), 디메틸벤즈안트라센(DMBA:DiMethylBenzAnthracene) 및 메틸이미다졸(MI:MethylImidazole)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 비수계 실리콘 소포제는 25℃ 동점도가 200~1500cst인 디메틸실리콘오일인 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 함유되는 각 성분은, 경화제 100 중량부 기준으로 환원제 20 ~ 25 중량부, 계면활성제 20 ~ 25 중량부, 촉매제 10 ~ 15 중량부, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트 5~10 중량부 및 디하이드록시 페닐알라닌 10~20 중량부, 비수계 실리콘 소포제 3 ~ 7 중량부가 포함되고, 상기 경화제가 에폭시계 수지 대비 0.3 ~ 0.5 당량비로 포함되는 것이 바람직하다.
또한 상기 조성물에 경화제 100 중량부 대비 희석제 50 ~ 60 중량부가 더 포함되거나 칙소제 5 ~ 15 중량부가 더 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 (A단계) 경화제와 에폭시계 수지를 혼합하여 반응시키는 단계;
(B단계) 촉매제, 비수계 실리콘 소포제, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트, 디하이드록시 페닐알라닌을 첨가하고 혼합하는 단계;
(C단계) 환원제를 첨가하고 혼합하는 단계; 및,
(D단계) 계면활성제를 첨가하고 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 A단계에서 경화제에 희석제와 칙소제가 더 첨가될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명에서는,
(제1단계) 상기 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 준비하는 단계;
(제2단계) 상기 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 솔더볼이 접속된 기판을 수직하강시켜 솔더볼을 침지시키는 단계,
(3단계) 상기 기판을 상승시켜 솔더볼에 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 도포하는 단계,
(제4단계) 상기 기판에 접속된 솔더볼을 부품의 리드전극에 접촉하는 단계;
(제5단계) 상기 솔더볼과 리드전극을 접촉시킨 후 리플로우 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 반도체 소재의 실장방법을 제공할 수 있다.
상기 리플로우 공정은 적외선 레이저 공정을 통해 80~200℃에서 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서 요구되는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 점도는 20,000~40,000 cps가 적절한데, 점도가 20,000 이하로 낮으면 흐름성이 높아서 접합부분이 형성하면서, 상기 접합부분 외부로 코팅층이 형성될 때 상기 접합부분 외부를 코팅층이 균일하게 감싸 주지 못하며, 점도가 40,000 이상으로 높으면 실제 공정에서 빠짐성이 좋지 않아서 균일한 양이 기판에 형성되지 못할 수 있고, 외부 충격시 상기 코팅층에 균열이 생성될 수 있다.
본 발명의 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 포함되는 에폭시계 수지로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 2관능성 에폭시(DGEBA:DiGlycidylEther of Bisphenol of A), 3관능성 에폭시(TGAP:Tri-Glycidyl p-Aminophenol) 및 4관능성 에폭시(TGDDM:TetraGlycidyl Diamine Diphenyl Methane)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 경화제로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 아민 계열(amine family) 물질 및 안하이드라이드 계열(anhydride family)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 아민 계열 물질은 메타-페닐렌디아민(MPDA:Meta-PhenyleneDiAmine), 디아미노 디페닐 메탄(DDM:Diamino Diphenyl Methane) 및 디아미노디페닐 설폰(DDS:DiaminoDiphenyl Sulfone)로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, 상기 안하이드라이드 계열 물질은 2-메틸-4-니트로아닐린(MNA:2-Methyl-4-NitroAniline), 도데세닐 숙신 안하이드라이드(DDSA:DoDecenly Succinic Anhydride), 말레익 안하이드라이드(MA:Maleic Anhydride), 숙신 안하이드라이드(SA:Succinic Anhydride), 메틸테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드(MTHPA:MethylTetraHydroPhthalic Anhydride), 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드(HHPA:HexaHydro Phthalic Anhydride), 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드(THPA:Tetrahydrophthalic Anhydride) 및 피로멜리틱 안하이드라이드(PMDA:PyroMellitic DiAnhydride)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화제는 에폭시계 수지 대비 0.3 ~ 0.5 당량비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 경화제가 에폭시계 수지 대비 0.3 당량비 미만이면 에폭시계 수지의 경화가 원활하지 않으며, 0.5 당량비를 초과하면 에폭시계 수지가 경화된 후 고온고습에 견딜 수 있는 특성이 저하되어 바람직하지 않다.
상기 환원제로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 글루타르산(glutaric acid), 말레산(malic acid), 아젤라인산(azelaic acid), 아비에트산(abietic acid), 아디프산(adipic acid), 아스코르빈산(ascorbic acid), 아크릴산(acrylic acid) 및 시트르산(citric acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 환원제는 경화제 100 중량부 대비 20 ~ 25 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 환원제가 경화제 100 중량부 대비 20 중량부 미만이거나, 25 중량부를 초과하면, 기판의 솔더볼과 부품의 리드가 결합되어 형성된 금속 접합부분인 전극 표면에 산화가 진행되어 바람직하지 않다.
상기 계면활성제로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 비이온성 계면활성제, 불소계 계면활성제, 퍼플루오로알킬폴리옥시에틸렌에탄올, 플루오르화 알킬 에스테르, 퍼플루오로알칼아민 옥사이드, 불소 함유 오가노실록산 시스템 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 계면활성제는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 접착성을 향상시키며, 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 계면 장력을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 계면활성제는 경화제 100 중량부 대비 20 ~ 25 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 계면활성제가 경화제 100 중량부 대비 20 중량부 미만이면 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 접착성이 낮아질 수 있고, 25 중량부를 초과하면 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 흐름성이 높아져 기판의 솔더볼과 부품의 리드가 결합되어 형성된 금속 접합부분 표면을 균일하게 실링되지 않아 바람직하지 않다.
본 발명에서 요구되는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 점도의 제어는 조성물에 첨가되는 계면활성제의 함량뿐만 아니라, 계면활성제를 혼합하는 공정제어도 중요하다. 요구하는 접착성을 달성하기 위해서 계면활성제 첨가 전의 조성물을 25 ~ 50 rpm의 속도로 교반하면서 계면활성제를 20 ~ 40 g/min의 속도로 적가하여 혼합 조성물을 제조하는 것을 특징으로 한다. 상기 교반 속도 또는 적가 속도가 너무 느리거나 빠르면 본 발명에서 요구되는 조성물의 점도 및 접착성을 달성할 수 없는 문제가 발생한다.
상기 촉매제로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 벤질 디메틸 아민(BDMA:Benzyl DiMethly Amine), BF3-모노 에틸 아민(BF3-MEA:BF3-Mono Ethyl Amine), 트리스(디메틸아미노메틸)페놀(DMP-30:tris(dimethylaminomethyl)phenol), 디메틸벤즈안트라센(DMBA:DiMethylBenzAnthracene) 및 메틸이미다졸(MI:MethylImidazole)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 촉매제는 경화제 100 중량부 대비 10 ~ 15 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 촉매제가 경화제 100 중량부 대비 10 중량부 미만이거나 15 중량부를 초과하면, 가열 공정을 통해 기판의 솔더볼과 부품의 리드가 결합되어 형성된 금속 접합부분인 전극에 실링층이 형성될 때에 기포가 형성될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 비수계 실리콘 소포제는 경화제 100 중량부 대비 3 ~ 7 중량부가 포함될 수 있다. 상기 비수계 실리콘 소포제는 경화제 100 중량부 대비 3 중량부 미만이면 기포 억제 효과가 불충분하고, 7 중량부를 초과하면 에폭시 페이스트 조성물의 점도가 낮아져 솔더볼이 접속된 기판을 침지하여 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 도포시, 솔더볼에 균일하게 에폭시 페이스트 조성물을 도포할 수 없다. 특히, 기포의 발생을 줄이기 위해 상기 비수계 실리콘 소포제는 소포성을 갖는 주성분으로 분자간의 낮은 인력과 표면의 발수성 및 비접촉성으로 인해 표면장력을 낮추어 기포의 안정성을 낮추어 파괴시키는 역할을 하여 소포성능을 발휘하는 역할을 한다.
바람직하게 상기 비수계 실리콘 소포제는 25℃ 동점도가 200~1500cst인 디메틸실리콘오일일 수 있다. 점도가 200 cst 미만인 경우 에폭시 조성물 자체의 점도 조절이 어려워 솔더볼에 에폭시 도포가 불리하고, 1500 cst 초과되는 경우 에폭시 플럭스 페이스트 조성물과의 혼화성이 떨어져 파포성도 떨어진다.
본 발명의 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에는 경화제 100 중량부 대비 아이소보르닐(메트)아크릴레이트 5~10 중량부 및 디하이드록시 페닐알라닌 10~20 중량부가 포함될 수 있다. 상기 아이소보르닐(메트)아크릴레이트 및 디하이드록시 페닐알라닌은 접착효율향상제로서, 솔더링 이후 기판과 부품과의 접착성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 접착효율향상제가 각각 필요조건을 초과하여 포함된다 하여도 접착효율이 더 증대될 수 있으나, 솔더볼의 표면을 에폭시가 완전하게 커버하여 실링하지 못하는 문제를 야기한다. 또한 아이소보르닐(메트)아크릴레이트와 디하이드록시 페닐알라닌은 서로 대체 사용되지 않으며 각각의 특성상 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 반드시 포함되어야만 한다.
본 발명의 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 제조 시 칙소제 또는 희석제를 더 포함할 수 있다. 상기 칙소제로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 수소 첨가 캐스터 왁스(hydrogenated castor wax), 카나우바 왁스(carnauba wax), 에틸렌글리콜(ethyleneglycol), 폴리글리콜(polyglycols), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 아크릴레이트 올리고머(acrylate oligomer), 글리세라이드(glycerides), 시메티콘(simethicone), 트리부틸 포스페이트(tributyl phosphate) 및 실리카계 화합물(Silica compounds)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 희석제로서 사용될 수 있는 것들은 특별히 제한되지는 않으나, 브롬화 디페닐에테르(BDE:Brominated Diphenyl Ethers)와 같은 유기용매가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 희석제는 경화제 100 중량부 대비 50 ~ 60 중량부가 포함될 수 있고, 칙소제는 경화제 100 중량부 대비 5 ~ 15 중량부가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 조성물은 커플링제 및 도막 평활제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 커플링제 또는 도막 평활제 각각 경화제 100 중량부 대비 1 ~ 15 중량부가 포함될 수 있다.
또한 유동개질제, 증점제 등과 같은 보조 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 상기 유동개질제 또는 증점제는 공지된 것이라면 그 종류가 제한되지 않으며, 예를 들어 아크릴레이트 고분자 화합물, 변성 셀룰로오스 등이 있다. 또한 본 발명의 에폭시 플럭스 페이스트 조성물은 CNT-Cu(Carbon Nano Tube-Copper)를 더 포함할 수도 있다. 상기 유동개질제, 증점제, CNT-Cu도 각각 경화제 100 중량부 대비 1 ~ 15 중량부가 포함될 수 있다.
본 발명의 에폭시 플럭스 페이스트 조성물은 가열을 통해 적절한 온도에서 응집 및 기판에 접속된 솔더볼은 용융되어 부품의 리드와 결합되어 금속 접합부분이 형성되게 하며, 에폭시 페이스 조성물은 상기 형성된 금속 접합부분인 전극의 표면에 실링층을 형성할 수 있다. 이러한 접합부분 형성을 통해 인쇄회로기판이 연결되어 전류가 흐를 수 있게 되고, 상기 실링층 형성 과정을 통해 본 발명의 조성물이 반도체 기판과 부품사이의 금속 접합부분의 표면을 감싸 커버함으로써 충격이나 부식 등에 저항성을 가지게 된다. 이때의 모든 가열 공정은 대기 중에서 행해도 좋고 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 기체 분위기 중에서 행해도 좋다. 한편, 상기 가열 단계는 에폭시가 가경화 단계를 거침으로서 최소한의 유동성을 가지는 온도 적정 범위인 80~200℃에서 수행될 수 있다. 이를 초과할 경우, 실링과정이 진행되기 전에 경화가 더 빨리 진행되어 실링층 형성이 잘 되지 않으며 기포(void)가 발생하여 실리층내의 동공이 형성되어 자연스러운 실링공정이 진행되지 못할 수 있다.
본 발명은 에폭시계 수지, 경화제, 환원제, 계면활성제, 촉매제, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트, 디하이드록시 페닐알라닌 및 비수계 실리콘 소포제를 포함하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 나아가 기판과 부품과의 우수한 접합성능을 발현시킬 수 있고 또한 솔더링을 통해 형성된 금속 접합부분의 부식을 억제하기 위해 접합부분을 완전히 커버할 수 있는 실링성이 우수한 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 제공하는 장점이 있다.
나아가 본 발명은 솔더볼이 접속된 기판을 에폭시 플럭스 페이스 조성물에 침지시켜 솔더볼에 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 보다 쉽고 균일하게 도포하여 표장 실장을 안정적으로 수행할 수 있다는 점에서 반도체 분야에서의 자동화 공정에 기여할 수 있다.
도 1은 솔더볼이 접속된 기판을 에폭시 플럭스 페이스 조성물에 침지시켜 솔더볼에 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 도포한 후 상기 조성물이 도포된 솔더볼이 부품에 접촉되는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 2의 솔더링을 통한 금속 접합부분 형성 및 상기 접합부분의 에폭시 커버를 통한 실링 형성상태를 나타낸다(왼쪽:불량, 오른쪽:양호).
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 1~3 및 비교예 1~9. 에폭시 플럭스 페이스트 조성물의 제조>
에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 제조하기 위해 에폭시계 수지로는 2관능성 에폭시 수지(DGEBA:DiGlycidylEther of Bisphenol of A), 경화제로는 디아미노디페닐 설폰(DDS:DiaminoDiphenyl Sulfone), 환원제로는 말레산, 계면활성제로는 플로라드 FC-4430(스미모토쓰리엠(주)제), 촉매제로는 BF3-모노 에틸 아민(BF3-MEA:BF3-Mono Ethyl Amine), 칙소제로는 시메티콘, 희석제로는 브롬화 디페닐 에테르(BDE:Brominated Diphenyl Ethers)를 사용하였고, 비수계 실리콘 소포제로는 디메틸실리콘오일을 사용하였다. 이 외 아이소보르닐(메트)아크릴레이트와 디하이드록시 페닐알라닌을 준비하였다.
실시예 1
경화제인 디아미노디페닐 설폰 100g을 희석제인 브롬화 디페닐 에테르 60g과 칙소제인 시메티콘 10g에 첨가하고 상기 디아미노디페닐 설폰이 모두 용해될 때까지 130℃에서 20분간 혼합하였다. 이렇게 제조된 용액에 2관능성 에폭시 수지를 첨가하고 균일하게 혼합되도록 상온인 25℃에서 20분간 혼합하였다. 이 때 에폭시계 수지 대비 경화제가 0.4 당량비로 포함되게 하였다. 2관능성 에폭시 수지가 포함된 혼합물에 상온에서 촉매제인 BF3-모노 에틸 아민 10g, 비수계 실리콘 소포제인 디메틸실리콘오일 3g, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트 5g, 디하이드록시 페닐알라닌 15g을 첨가하고 5분간 혼합하였다. 이후, 상기 촉매제를 포함하는 혼합물에 환원제인 말레산 20g을 첨가하여 5분간 혼합한 후, 말레산이 첨가된 혼합물을 30 rpm의 속도로 교반하면서 계면활성제인 플로라드 FC-4430 20g을 30 g/min의 속도로 적가하여 최종적으로 본 발명의 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 제조하였다.
실시예 2 및 3과 비교예 1 내지 11
실시예 1과 동일한 방법으로 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 제조하되, 각 구성성분의 중량, 계면활성제 적가속도와 교반속도는 표 1을 참고하여 첨가하였다.
조건 에폭시계 수지 대비 경화제의 당량비 경화제 (g) 환원제 (g) 계면활성제 (g) 촉매제 (g) 희석제 (g) 칙소제
(g)		 비수계 실리콘 소포제
(g)		 아이소보르닐
(메트)
아크릴레이트
(g)		 디하이드록시 페닐알라닌
(g)		 교반속도
(rpm)		 계면활성제 적가
속도
(g/min)
실시예 1 0.4 100 20 20 10 60 10 3 5 15 30 30
실시예 2 0.4 100 25 20 10 55 10 5 10 10 30 30
실시예 3 0.4 100 20 25 15 50 10 7 7 13 30 30
비교예 1 0.4 100 30 30 10 40 10 2 5 15 30 30
비교예 2 0.4 100 25 25 25 35 10 10 5 15 30 30
비교예 3 0.2 100 20 20 10 60 10 5 5 15 30 30
비교예 4 0.6 100 20 20 10 60 10 5 5 15 30 30
비교예 5 0.4 100 10 15 5 80 10 5 5 15 30 30
비교예 6 0.4 100 20 0 10 80 0 5 5 15 30 30
비교예 7 0.4 100 25 20 0 75 10 5 15 5 30 30
비교예 8 0.4 100 0 50 0 60 10 5 20 0 30 30
비교예 9 0.4 100 0 20 10 60 20 5 0 20 30 30
비교예 10 0.4 100 20 20 10 60 10 5 5 15 10 10
비교예 11 0.4 100 20 20 10 60 10 5 5 15 60 50
<실험예 1. 접착성능 비교>
상기 표 1에 기재된 페이스트 플럭스 조성물의 접착성능 및 에폭시가 금속 접착부분을 커버하는 실링성을 비교하였다.
먼저 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 솔더볼이 접속된 기판을 수직하강시켜 솔더볼을 침지시킨 후 상기 기판을 수직승강시켜 솔더볼에 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 도포하였다. 이후 상기 기판에 접속된 솔더볼을 부품의 리드전극에 접촉시켜 리플로우 공정을 수행하였다. 리플로우 공정은 80~150℃ 범위에서 적외선 레이저 공정(레이저 소스 980 nm, 최대파워 280W)을 채택하였다. 리플로우 공정을 통해 솔더볼과 리드가 결합되되 금속 접합부분(300)이 형성되고 에폭시 플럭스 페이스트 조성물은 금속 접합부분을 전체적으로 커버하여 실링층(400)이 형성된다. 이 과정을 통해 에폭시 페이스 조성물은 기판과 부품과의 접착을 유도하면서 솔더링을 통해 형성된 금속 접합부분과, 상기 금속 접합부분 주위로 형성되는 에폭시 실링층의 상태를 각 확인방법을 통해 하기 표 2에 나타내었다.
금속 접합부분의 형성 정도는 솔더링 이후 기판과 부품이 결합되어 형성된 접합부분의 균일한 전류 통전성을 확인하여 체크하였다. 이 때, 기판과 부품이 결합되어 형성된 모든 접합부분 전류의 흐름이 좋아야만 양호하다고 표기하였다.
접합부분의 표면에 대한 에폭시의 커버성능은 에폭시의 실링층 형성이 잘 되지 않아 접합부분 표면에 산화가 진행되어 인쇄회로기판 수명을 단축시키기 때문에, 기판과 부품사이에 형성되어 있는지 또는 에폭시 조성물이 기판의 솔더볼과 부품의 리드가 결합된 접합부분 표면을 균일하게 커버하고 있는지를 현미경을 통해 확인하였다. 이 역시 대상 기판의 접합부분에 형성되 실링층이 형성된 모든 것에서 1개라도 양호하지 않은 것은 불량으로 체크하였다. 이러한 양호 또는 불량의 대상은 도 2에 사진으로 나타내었는데, 도 2의 오른쪽 사진에서 솔더링을 통해 형성된 금속 접합부분에 기포가 형성되지 않고 안정적으로 에폭시가 실링층을 형성하여 금속 접합부분인 전극을 완전하게 커버하고 있는 점을 그렇지 않은 점을 확인할 수 있으며, 왼쪽 사진에서는 기포 등으로 에폭시 실링층이 무너져내린 것들이 확인된다.
조건 접합부분 형성 정도
(전류의 흐름)		 접합부분 표면을 감싸고 있는 실링층 형성 정도
실시예 1 양호 양호
실시예 2 양호 양호
실시예 3 양호 양호
비교예 1 불량 양호
비교예 2 양호 불량
비교예 3 양호 양호
비교예 4 불량 불량
비교예 5 양호 불량
비교예 6 불량 불량
비교예 7 양호 양호
비교예 8 불량 양호
비교예 9 양호 양호
비교예 10 양호 불량
비교예 11 불량 불량
표 2를 참고하면, 실시예 1~3의 모든 조성물은 도 2의 오른쪽 사진처럼 솔더링을 통한 금속 접합부분 형성 및 상기 접합부분의 에폭시 커버를 통한 실링 형성상태가 매우 우수한 것으로 확인된다.
반면, 비교예 1~11 조성물의 경우 도 2의 왼쪽 사진과 같이 기판과 부품 상이에 형성된 금속 접합부분은 전류의 흐름이 좋지 않거나, 접합부분의 표면에 실링층이 잘 형성되지 않거나 기포가 형성되어 인쇄회로기판의 안전적으로 형성되어서 제대로 기능할 수 없음을 보여주었다.
1 : 에폭시 플럭스 페이스트 조성물
2 : 솔더볼
3 : 기판
100 : 에폭시 플럭스 페이스트 조성물이 도포된 솔더볼
200 : 리드전극
300 : 솔더링을 통해 형성된 금속 접합부분
400 : 금속 접합부분 주위로 형성된 에폭시 실링층

Claims (13)

  1. 경화제 100 중량부 기준으로 환원제 20 ~ 25 중량부, 계면활성제 20 ~ 25 중량부, 촉매제 10 ~ 15 중량부, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트 5~10 중량부 및 디하이드록시 페닐알라닌 10~20 중량부, 비수계 실리콘 소포제 3 ~ 7 중량부가 포함되고, 상기 경화제가 에폭시계 수지 대비 0.3 ~ 0.5 당량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 점도가 20,000 ~ 40,000 cps인 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조성물에는 경화제 100 중량부 대비 희석제 50 ~ 60 중량부가 더 포함되거나 칙소제 5 ~ 15 중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시계 수지는 2관능성 에폭시, 3관능성 에폭시 및 4관능성 에폭시로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경화제는 아민 계열(amine family) 물질 및 안하이드라이드 계열(anhydride family)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는 글루타르산(glutaric acid), 말레산(malic acid), 아젤라인산(azelaic acid), 아비에트산(abietic acid), 아디프산(adipic acid), 아스코르빈산(ascorbic acid), 아크릴산(acrylic acid) 및 시트르산(citric acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제, 불소계 계면활성제, 퍼플루오로알킬폴리옥시에틸렌에탄올, 플루오르화 알킬 에스테르, 퍼플루오로알칼아민 옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촉매제는 벤질 디메틸 아민(BDMA:Benzyl DiMethly Amine), BF3-모노 에틸 아민(BF3-MEA:BF3-Mono Ethyl Amine), 트리스(디메틸아미노메틸)페놀(DMP-30:tris(dimethylaminomethyl)phenol), 디메틸벤즈안트라센(DMBA:DiMethylBenzAnthracene) 및 메틸이미다졸(MI:MethylImidazole)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 비수계 실리콘 소포제는 25℃ 동점도가 200~1500 cst인 디메틸실리콘오일인 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에폭시 플럭스 페이스트 조성물은 적외선 레이저 솔더링에 적합한 것을 특징으로 하는 에폭시 플럭스 페이스트 조성물.
  11. (제1단계) 제1항의 에폭시 플럭스 페이스트 조성물(1)을 준비하는 단계;
    (제2단계) 상기 에폭시 플럭스 페이스트 조성물에 솔더볼(2)이 접속된 기판(3)을 수직하강시켜 솔더볼을 침지시키는 단계,
    (3단계) 상기 기판을 상승시켜 솔더볼에 에폭시 플럭스 페이스트 조성물을 도포하는 단계,
    (제4단계) 상기 에폭시 플럭스 페이스트 조성물이 도포된 솔더볼(100)을 부품의 리드전극(200)에 접촉하는 단계;
    (제5단계) 상기 솔더볼과 리드전극을 접촉시킨 후 리플로우 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소재의 실장방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 리플로우 공정은 80~200℃에서 진행되는 것을 특징으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소재의 실장방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 리플로우 공정은 적외선 레이저 열원에서 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소재의 실장방법.
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