KR19990036355A - 에폭시 수지 기재 땜납 페이스트 - Google Patents

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Abstract

플럭스로 또한 작용하는 열경화성 수지와 교차결합 작용제를 함유하는 고착제를 가지는 땜납 페이스트를 사용하여 표면 설치 리플로 개요 조건에서 작은 또는 큰 중량의 조립 부품을 생산하는 방법이 기재된다. 특정 고착제와 성분을 선택하는 방법이, 주석 옥토에이트와 같은 촉매를 사용한 고착제를 포함하여 또한 기재된다. 사용된 고착제는 땜납 분말의 융점 이상에서, 가장 바람직하게는 이러한 융점을 초과하여 겔 포인트를 가진다.

Description

에폭시 수지 기재 땜납 페이스트
이 출원은 1995년 8월 11일에 출원된 출원 번호 08/514,049호의 일부계속출원이고, 그 상세한 설명이 여기에 기재된다.
땜납 페이스트(또한 크림 땜납이라 함)는 페이스트상이고, 리플로 노와 같은 대기-가열 수단을 사용하여 많은 소자를 동시에 납땜하는 것에 사용될 수 있는, 분말 땜납과 페이스트상 플럭스의 균일한 혼합물이다. 이러한 특성에 의해서, 땜납 페이스트는 인쇄 회로기판 제조의 표면 설치 기술의 향상에 기여해 왔다.
예를 들어, 땜납 페이스트를 사용한 납땜은 스텐슬과 고무롤러를 사용하는 인쇄에 의한 회로기판 표면의 납땜될 부분에 땜납 페이스트를 가함으로써 수행된다. 다음에, IC 모듈, 칩 콘덴서, 칩 저항 등, 회로기판의 표면에 설치될 하나 이상의 전기 소자는 인쇄된 땜납 페이스트에 위치되고 땜납 페이스트의 접합력에 의해서 일시적으로 고정된다. 그 후에, 땜납은 리플로 노와 같은 가열 장치에서 가열되어 융해됨으로써, 전기 소자를 회로기판에 납땜하여 전기 장치를 제작한다.
종래에 사용되었던 땜납 페이스트는, 중량비에서 약 85% - 92%의 분말 땜납과 약 8% - 15%의 플럭스(또한 고착제라고 한다)로 이루어져 있다. 일반적으로 플럭스는 다음의 성분을 함유한다 :
50 - 70 중량비의 로진 또는 그 파생물,
2 - 7 중량비의 틱소트로픽(Thixotropic) 작용제,
0.1 - 5 중량비의 활성화 작용제, 그리고
30 - 45 중량비의 용매.
로진 또는 로진 파생물은 플럭스의 주요한 플럭싱제이다.
땜납 페이스트에 사용된 분말 땜납은 그 적용과 타겟 리플로 온도를 기초로 한다. 분말의 형상과 크기는 결정적이지 않고, 땜납 페이스트가 사용될 적용을 기초로 다시 선택될 수 있다. 예를 들어 전기 도선간에 좁은 피치 간격으로 표면 설치를 할 경우, 250 내지 400mesh의 구상 분말 땜납 입자가 전기 도선간의 브리징을 막기 위해 바람직하다.
종래 기술에 기재된 땜납 페이스트는 주석, 납, 비스무트, 카드뮴, 아연, 인듐, 안티몬, 은, 구리와 주석과 납, 주석과 비스무트(납이 없는 합금이 필요하다), 주석과 납과 은의 공융합금을 함유하는 땜납 분말을 포함한다.
대부분의 땜납은 주석과 납의 합금이다. 순수한 납은 327℃에서 융해되고 순수한 주석은 232℃에서 융해된다. 이러한 두 금속이 합금될 경우, 그 합금은 각 성분중의 낮은 융점을 가지게 된다. 주석과 납의 조성비에 따라서, 융점은 변화된다. 하지만, 공융 조성으로 공지되어 있는, 가능한 모든 혼합물중 가장 낮은 융점(183℃)을 가지는 조성은, 그 조성비가 63%의 주석과 37%의 납으로 되어 있다. 이러한 공융 조성에서는 정확히 이 온도에서 선명한 별개의 융점을 가지는 특성이 있다. 즉, 땜납 합금은 공융점에서 고상에서 액상으로 상변화를 한다. 공융점 이외의 주석과 납의 모든 다른 조성은 어떤 한 온도에서 뚜렷한 융점을 가지지 않는 혼합물이지만, 액상에서 고상으로 냉각될 경우 가소성의 중간 영역을 통과한다.
많은 땜납 합금이 순수 융점이 아닌 융해 범위를 가지므로, 땜납의 융점을 정확히 결정하기 위해서는 상당한 혼란이 존재한다. 본 발명의 목적을 위해, 땜납의 융점이 고상에서 액상 또는 소성형 조성으로의 합금 전이가 일어나는 온도로 결정되고, 그 융점은 융해 영역의 하부 단 또는 고상화 점과 같도록 결정될 수 있다.
땜납 페이스트에서 땜납 합금은 세밀하게 구분된 입자(구상 또는 부정형 입자 등)의 형태이고, 본 발명에 따라서 그 입자는 약 20 내지 약 45 미크론의 크기 분포를 가진다. 바람직하게는 약 20 내지 35 미크론의 분포이다. 이러한 입자는 종종 "땜납 분말"로 언급된다. 인쇄와 리플로 공정을 촉진하기 위해서, 분말은 일반적으로 용액과 플럭스 작용제의 고착제 매트릭스에 부유된다.
납땜 플럭스 작용제와 함께 열경화성 중합체 합성 수지를 사용하는 것은 미국 특허 3,791,207호(1974.2.12)에 기재되어 있다. 여기서 에폭시드 수지 조성은 납땜 접합을 강화하기 위해서 플럭스 작용제가 에폭시드 수지와 반응하도록 되어 있다.
땜납 분말의 전도성 접합 조성, 플럭스 성질을 가지는 화학적으로 보호된 교차결합 작용제와 활성 단위체 또는 중합체는(에폭시 수지를 포함하여) 미국 특허 5,376,403호(1994.12.27)에 기재되어 있다.
카르복실기를 가지고 플럭스와 경화제 양쪽으로 작용하는 중합체 또는 저중합체는 최근 기술인 미국 특허 5,439,164호(1995.8.8)에 기재되어 있다. 여기에는 구리 또는 구리 합금을 다층 인쇄 회로기판의 제작을 위해 특히 개조된 표면에 접촉시키는 확산 결합 방법이 기재되어 있다.
전기적 연결 소자를 위한 다양한 납땜 방법이 계속해서 사용되어 오고 있다. 땜납 페이스트를 사용하는 표면 설치는 더욱 정확하고 간단한 방법으로 전기 소자의 납땜을 용이하게 한다.
다양한 땜납 페이스트의 적용에 대한 리플로 납땜 개요는 소자 또는 기판의 속박이 수반되는 온도에 기초하여 일반적으로 선택되는 땜납 페이스트와 함께 종래기술에 기재되어 있다. 이것에 관해서는, 적외선(IR) 가열을 사용하는 리플로 납땜 방법이 기재되어 있는 미국 특허 5,250,843을 보면 된다. 이 특허의 방법에서, 바람직한 실시를 위해 선택된 땜납 페이스트는 N.J. 저지시 알파메탈사에 의해 제조된 알파 WS-601 땜납 페이스트이다. 이 바람직한 페이스트는 약 900kcps의 점도를 가지는 90% 금속 물질이다.
상기한 페이스트의 땜납 조성은, 기재된 발명의 방법에서 요구되는 스텐슬의 더 작은 틈 때문에 45미크론 이하의 직경을 가지는 구상 입자로 형성되며, 주석과 납의 조성비가 63:37인 공융 합금이다. 이러한 땜납은 183℃ 범위 안에서 리플로 온도를 가진다. 상기한 특허에 기재된 또다른 땜납 페이스트는, 그 땜납 조성이 주석과 납과 은이 65:35:2의 비율인 공융 합금이고, 45미크론 이하의 직경을 가지는 구상 입자로 형성되고, 700kcps의 점도를 가지는 90% 금속 혼합물이다. 이러한 땜납은 183℃ 범위 안에서 리플로 온도를 가진다.
종래 특허에 공지된 바와 같이, 기재된 저온 땜납 혼합물은, 그 리플로가, 표준 소자가 리플로 공정을 견딜 수 있을 만큼의, 적은 열변형력을 전기 소자에 야기하므로 다양한 전기 소자에 사용될 수 있어서 유리하다.
전기화학 출판사에서 1995년에 발행된 R.K. 와싱크와 M.F. 버글드의 "표면 설치 조립부품의 제조 기술(Manufacturing techniches for surface mounted assemblies)"에 공지된 바와 같이, 납땜 방법(그리고 장치)은 다양한 적외선 납땜 방법에서 하나의 주요한 방법, 즉 고온대류(hot-convection) 납땜으로 집중되었다. 이 방법 이외의 다른 방법도 있지만, 탭(TAB)의 외부 납 결합과 얇은 금속 조각의 납땜을 위한 저항 납땜과 같은 특별한 경우에만 사용된다.
와싱크 등의 저서 275, 276 페이지에는, 리플로 납땜의 일반적인 개요가 기재되어 있다. 온도가 각각 조절될 수 있는 복수개의 구역을 가지는 고온 공기 대류 오븐이, 전체 오븐의 길이를 따라서 희망된 온도 개요를 달성하기 위해서 사용된다. 이러한 개요는 모든 결합 부분이 다른 열 중량으로 소자의 결합 부분간에 제한 온도차이로 납땜 온도에 도달하도록 해준다.
와싱크 등의 저서에 다중 고온 공기 대류 오븐을 사용하는 리플로 납땜에 자주 사용된 종래 기술의 일반적인 3단계 가열 접근법이 기재된다.
또한 와싱크 등의 저서에 기재된 바와 같은, 3 단계는 다음과 같다 :
(i) 열을 생산물에 가하는 급격한 가열로 시작한다(이것은 오븐의 길이를 감소시킨다).
(ii) 두 번째 단계는 온도의 균등한 조절에 관한 것이다. 즉, 온도 차이를 감소시키는 것이다. 가장 고온인 부분에 대한 온도의 평탄화가 일반적으로 수행되고 가장 저온인 부분의 온도 상승이 비교적 느리게 진행된다. 이 단계의 효과는 다음 단계로 들어가기 직전의 조립 부품에 존재하는 온도 차이에 의해 쉽게 평가될 수 있다.
(iii) 끝으로 급격히 가열한 이후 냉각시킨다.
와싱크 등의 저서에 더 기재된 바와 같이, 상기한 각 개요의 제한은 납땜될 조립 부품 한 부분의 허용 가능한 최대의 열부담에 의해 결정된다.
최대의(peak) 온도는 인쇄 기판의 기본 재료에 의해 결정된다. 280℃ 이상의 온도는 얇은 조각으로 갈라지게 한다. (대부분의 경우 인쇄 기판이 가장 고온인 소자이다)
최소의(peak) 납땜 온도는 소자 금속화의 습윤에 의해 결정된다.
최대 시간과 동일한 온도 영역은 땜납 페이스트에 의해 결정된다. 열처리를 너무 심하게 했을 경우에, 땜납 페이스트에서 활성제(플럭스)는 공정의 이 단계에서 이미 소모될 것이다.
땜납이 융해된 단계(최대 온도)는 납땜 내부의 중간 금속층의 형성에 의해 제한된다. 이러한 층은 납땜된 결합을 약하게 만든다.
상기한 제한 경계의 특정한 값은 소자와 기판에 사용된 재료를 토대로 결정된다.
63% 주석과 37% 납의 땜납에 대한 일반적인 영역을 설명하는 표면 설치 리플로 개요는 도 1에 도시된다.
미국 특허 3,791,027호("안젤로") 에서는, 여기에 플럭스 작용제로 작용되는 중합체와 아미드, 아미노기, 카르복실기, 이미노기와 메르캅탄과 같은 화학적 기능을 가지는 다른 물질을 화합시키는 것이 기재되어 있다. 납땜 금속의 경우, 열경화성 중합체를 생산하기 위해서, 이러한 물질들은 다른 기능을 가지는 에폭시드와 이소시안산염과 같은 다른 기능을 가지는 물질과 화합될 수 있다. 또한, 그 발명에는 다음의 세가지 카테고리가 기재되어 있다.
1. 홀로 사용되었을 경우, 경화시키지 않고 용매로 쉽게 제거되는 화학적 기능을 가지는, 카르복시 말단 폴리부타디엔과 폴리이소부틸렌등의 물질은 종래 납땜 플럭스에서의 동일한 화학적 기능을 포함하는 본질적인 플럭스이다.
2. 교차결합되지 않고 가열로 인해 연화 또는 융해될 수 없는 것이 공식화 된다. "안젤로"에서 인용된 예는 베르사리드(Versarid) 712와 아크리로이다트(Acryloidat) 70을 포함한다. 교차결합이 발생하지 않으므로, 이러한 공식화는 아미노기, 카르복실기, 아미드 등의 화학적 기능을 가지는 리플로 납땜에 자주 사용되는 표준 로진 또는 수지 기재 플럭스와 유사하다. 따라서, 종래 로진과 수지 플럭스와, 화학적으로 교차결합하여 열경화성 중합체를 형성하지 않고 따라서 용매를 사용하여 제거될 수 있는 또는 재가열되고 재융해될 수 있어 납땜 접합의 재납땜을 가능하게 하는 "안젤로"에 인용된 예에서, 동일한 화학적 기능이 존재한다.
3. 카르복실기, 아미노기 등과, 화학적으로 반응하여 열경화성 중합체를 형성하여 용매의 사용 또는 재가열과 재융해에 의해 쉽게 제거되지 않는 물질과 같은, 납땜 습윤을 촉진하기 위해 필요한 화학적 기능을 가지는 물질이 화합된다. 특히, "안젤로"에는, 에폭시 수지 물질로, 가열되었을 경우 교차결합된 네트워크를 형성하여 쉽게 제거되거나 재융해되지 않는, 화학적 기능을 가지는 물질을 화합한 예가 기재되어 있다. "안젤로"에는, 이러한 화합이, 납땜 접합이 재납땜될 필요가 적을 경우에, 납땜 접합의 강도를 강화하는 그 능력에서, 유용하다는 것이 기재되어 있다.
페니시 등의 미국 특허 5,128,746호에는, 플럭스로 작용한다고 공지되고, 가열되었을 경우 화학적으로 반응하여 교차결합된 중합체를 형성하여 납땜 접합을 강화시키고 쉽게 제거되지 않는 에폭시 수지와 같은, 화학적 기능을 가지는 물질의 화합이 사용되는 것이 또한 기재되어 있다. 페니시는 플립 칩에 주위의 보호를 제공하는 것으로서 에폭시 열경화성 중합체의 기능을 기재하고 있지만, 페니시가 기재한 에폭시 봉합이 약한 납땜 접합을 강화시키는 것이 또한 공지되어 있다. 페니시는 금속 산화물을 제거하고 납땜 습윤을 촉진하는 사과산 또는 디카르복실산과 같은 플럭스 작용제를 기재하고 있다. 본질적으로, 납땜 습윤을 촉진하는 것으로 공지된, 카르복실기를 포함하는 사과산은 교차결합된 열경화성 중합체를 형성하는 에폭시 수지와 화합된다.
세 번째 예에서, 카포우트의 미국 특허 5,376,403호에 기재된, 납땜 습윤을 촉진하는 것으로 공지된 카르복실기와 같은 화학적 기능을 가지는 물질이, 고융점 금속으로 저융점 합금 분말을 융합하고 합력 금속 네트워크를 기판에 접합시키는 것에 촉진하는 잉크(ink) 시스템에 사용되는 교차결합된 열경화성 중합체를 형성하는 물질과 화합된다.
각 경우에(안젤로, 페니시, 카포우트), 납땜 습윤을 촉진하는 것으로 공지된, 화학적 기능을 가지는 물질은, 열경화성 중합체를 형성하는 에폭시 수지와 같은 물질과 화합하는 것과, 조립 부품이 땜납의 융점 이상으로 급격히 가열되는 가열 방법이 기재되어 있다. 표면 금속의 습윤을 위해 땜납이 액상화 되어야 하므로, 땜납의 융점 183℃ 이상의 온도는 필수적이다.
열경화성 중합체는 교차결합 반응을 촉진하기 위해서 가열에 의해 착수되므로, 선택된 물질 화합의 경화에 포함된 경화 동력학을 이해하는 것이 필요하다. 교차결합 물질의 화합을 화학적으로 보호함으로써, 카포우트는, 그의 발명에 기재된 급속 가열 공정동안 교차결합 반응이 지연되고 적절하다는 것을 확고히 한다.
유사한 가열 방법이, 납땜 공정 동안 빠르고 신속한 가열을 기재한, 안젤로와 페니시의 특허에 기재되어 있다. 이전에 와싱크 등의 특허에 기재된 바와 같이, 3 단계의 가열 개요는 일반적으로 기판에 전기 소자를 납땜하는 것에 사용된다. 안젤로, 페니시와 카포우트가 정의한 바와 같이, 급속 가열은 납땜중에 조립 부품에 불리하게 작용할 것이다. 이것은 높은 열진폭비에서 소자에의 손실을 포함한다.
따라서, 다중 구역 오븐을 사용하여 실행될 가열 단계가 열쇼크와 그에 따른 손실을 감소하기 위해서 상온 이상 땜납의 융점(183℃)이하인 온도에서 조립 부품의 재료가 열적 평형에 도달하도록 하는 것을 자주 발견할 수 있다. SMT 에서는, 이러한 가열 공정이 표면 설치 리플로 개요로 공지되어 있다.
그러므로, 안젤로, 페니시와 카포우트의 특허에 기재된 바와 같이, 화합의 사용에 있어서, 땜납 습윤을 촉진하는 것으로 공지된 카르복실기와 아미노기 같은 화학적 기능을 가지는 물질은, 가열을 통해 교차결합 열경화성 중합체를 형성하는 물질과 화합되고, 가열 공정이, 납땜 온도로의 급속 가열 속도를 수반하지 않지만 대신에 마지막 조립 부품에 사용될 물질이 상온 이상 납땜 온도 이하에서 열적 평형에 도달하도록 사용된다. 땜납 융점에 도달하기 이전에 화합의 현저한 교차결합을 막기 위해 필요한 비급속 가열 개요의 관점에서, 열경화성 물질 화합의 경화 동력학을 이해하는 것이 필요하다.
(본발명)
본 발명은 열경화성 수지와 특히 에폭시 수지에 대해 플럭스와 경화제로 기능하는 조성의 사용과, 소자와 결합 부위의 구성과 조성에 대해 적절한 표면 설치 리플로 납땜 개요와 부합되는 조건하에서 전기적 납땜 연결로 싸여진 열경화성 중합체 잔류물을 제공하기 위해서 첫 번째 전기소자의 금속 결합 부위를 두 번째 기판의 금속 결합 부위에 전기적으로 연결하는 것에 사용하기 위해서 적용되고 채택된 땜납 페이스트 공식화에서 선택된 수지를 함유한다. 본 발명의 땜납 페이스트 조성은 이러한 땜납 페이스트의 사용을 위해 선택된 리플로 온도 개요와 땜납 분말 성분을 토대로 공식화된다.
따라서, 본 발명에 의하여, 이러한 예에서 납땜 개요는 높은 열진폭비에서 손상될 수 있는 조립 부품의 손상을 막기 위해 납땜 온도 이하의 온도로 조립 부품 소자를 가열하는 것을 포함한다. 이러한 가열 단계는 크기, 중량과 조립 부품에 사용된 재료에 좌우되고 침투 또는 개요의 평형 단계와 같은 기술과 관련된다. 컴퓨터 머더보드, 원격통신 장치와 소형 조립 부품의 패널에 연결되어, 침투 단계의 끝에서의 타겟 온도는 바람직하게 땜납의 융점에 가까워지고 페이스트에서 땜납 분말의 융점의 20℃ 아래로부터 융점 온도까지의 범위에 걸친다. 타겟 평형 온도를 얻기 위해 가열 시간은 일반적으로 변화되고 대형 표면 설치 조립 부품에 대해 약 30 내지 120초가 될 수 있다. 만곡(ramp) 단계라고 하는 온도의 급속한 증가는 침투 단계에 우선하고, 온도의 증가율은 미소 균열, 뒤틀림 등의 손상이 없이 최대의 열을 받기 위해 선택되고 내재된 구조와 재료에 좌우된다. 일반적인 대형 표면 처리 조립 부품의 경우에 온도의 증가는 침투 이전에 초당 약 1℃ 내지 4℃가 표준이다. 마지막 단계는 조립 부품 소자간의 금속 상호 연결을 형성하기 위해서 땜납 분말의 융점 이상의 온도로 신속히 가열되는 침투 이후의 급속 가열 단계이다. 일반적으로 조립 부품의 한 소자는 실장된 또는 실장되지 않은 집적 회로와 같은 전기 소자이고, 다른 소자는 금속 결합 부위가 위치되는 마이크로 전자회로용 기판이다. 기술적으로 이 단계는 일반적으로 약 30 내지 90초 동안 융점 이상의 온도가 되는 스파이크(spike) 단계로 관련된다. 조립 부품의 어떤 위치에서 최대(peak) 온도는 바람직하게 205℃ 내지 235℃ 범위이다.
낮은 열 중량 조립 부품, 즉 두께가 .062 인치 이하인 조립 부품 및/또는 일반적으로 10 제곱 인치 이하의 넓이를 가지는 조립 부품에 대해서, 열 입력은 일반적으로 초당 1℃ 내지 4℃의 비율로 단계가 없이 부드럽게 만곡하게 이루어진다. 땜납의 융해는 일반적으로 1분 이하에서 약 3분까지의 시간 프레임에서 낮은 열 중량 조립 부품에 대해서 이루어진다.
조립 부품의 열 중량이 증가할수록, 가열 속도는 느려지고 이러한 조립 부품을 리플로 이전에 열적 평형에 도달시키기 위해서 단계별 공정이 사용된다.
선택 기준과 겔 포인트 이전에 필요한 땜납의 융해를 이루기 위해서 열경화성 수지와 교차결합 작용제(촉매 등이 존재하는 경우에)와의 화합은, 시차 스캐닝 열량 측정법(differential scanning calorimetry)(이하 DSC라 함)을 사용하여 가열된 경우 주석과 납의 공융 혼합물에 대해 약 140℃ 내지 180℃ 범위의 발열 반응의 초기를 나타내는 열경화성 수지와 교차결합 작용제의 화합을 선택하는 것에 존재하게 된다. DSC를 사용하여 측정된 발열 활동도는 교차결합 활동도와 관련된다. 상기한 발열량의 피크는 겔 형성을 나타내는 교차결합 정도와 차례로 관련된다.
특정한 화합에 대한 겔 형성의 마지막 분석은 경험적으로 결정되고 예외가 발생하지만, 일반적으로 적용할 수 있는 선택 기준은, DSC를 사용하여 측정된 발열 활동도가 바람직하게는 땜납의 융점 아래인 40℃ 이하에서 시작되고, 측정된 발열 활동도의 피크는 땜납의 융점 이상에서 생긴다.
매우 활성적인 폴리앤하이드라이드를 특히 포함하는 앤하이드라이드는 바람직한 이중 작용 교차결합물과 본 발명의 에폭시 수지 땜납 페이스트용의 플럭스 작용제이다.
또한, 본 발명에 의해서, 땜납 페이스트는 납땜 결합(전기적 연결)의 완전도를 측정하기 위해서 리플로 납땜 이후에 탐침될 수 있는 납땜 결합을 제공하도록 공식화될 수 있다.
상기한 앤하이드라이드 이외에, 같은 성능을 가질 필요는 없지만 본 발명에서 사용하기에 적합한 다른 교차결합 작용제에는, 안젤로의 특허에 기재된 바와 같이, 교차결합 작용제 뿐만 아니라 플럭스 작용제로 고유하게 작용하는 카르복실기, 아미노기, 이미노기, 아미드, 그리고 메르캅탄과 같은 화학적 성질을 가지는 물질이 포함된다.
다음에, 이러한 물질들이 선택되어 중합반응을 지연시키는 것에 결정적인 기여를 하게 되어서 수지 겔 포인트는 땜납 융해 이후에 도달된다.
에이피큐어 --LX-1(일본 도쿄의 아지노모토 주식회사에서 제조됨)과 같은, 67 동가의 활성 수소를 가지는 이종환식의 디아민인 필요한 잠복기(땜납 분말의 융점 이상의 겔 포인트)를 제공하는 아민 교차결합 작용제가 사용될 수 있다.
멜라민, 디시안디아미드, 이미드아졸, 히드라지드, 요소 등의 다른 공지된 질소 함유 경화제와 아미드가 교차결합 작용제로 또한 사용될 수 있다.
또한, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아크롤레인, 글리옥살, 벤즈알데히드, 나프탈데히드와 히드록시벤즈알데히드 같은 알데히드 또는 시클로헥사논과 아세트페논 같은 케톤을 가지는, 페놀, 여러 가지 알킬페놀과 나프톨 같은 하나이상의 페놀의 축중합체인 공지된 폴리드릭 페놀과, 원발명의 폴리하이드릭 페놀, 폴리비닐페놀과 폴리이소프로페닐페놀과 같은 비닐기 중합형 폴리하이드릭 페놀과, 다음의 식(1)으로 표현되는 것과 :
다음의 식(2)에 표현된 디알콕시(dialkoxy) 화합물 :
또는, 다음의 식(3)으로 표현되는 디할로겐 같은 디올과 페놀의 프리델-크라프츠형 반응 생산물과 디시클로펜타디엔과 디이소프로페닐벤젠과 같은 디올레핀과 페놀의 프리델-크라프츠형 반응 생산물도 교차결합 작용제로서 유용하다.
식(3) :
교차결합 작용제의 고유의 플럭싱 능력이 적절한 금속 납땜 접합에 충분하지 못한 조립 부품에 있어서는 공식화에 플럭싱 능력을 증가시키기 위해서 추가적인 플럭스 작용제를 추가하는 것이 필요할 수도 있다.
교차결합 작용제가, 일정량 사용될 경우, 필요한 수준으로 산화물을 제거하기 위해 플럭스로서 적합한 활동도를 가지지 못할 경우에, 추가된 플럭스 작용제가 필요할 수도 있다.
바람직한 추가물은 중합체 매트릭스에 화학적으로 교차결합 또는 결합하고 결과적인 중합체 네트워크의 물리적 성질을 저해하지 않는 것이다. 이러한 목적을 위하여 카르복시 말단 폴리에스테르가 적합한 플럭스 추가물로 사용되어 왔다.
본 발명에 의해서, 땜납 분말 성분용 열경화성 고착 수지는, 납땜 플럭스로 작용하고 그 조성에서 표면 설치 리플로 개요 조건에서 납땜을 저해하지 않는 온도에서 고착 수지의 교차 결합에 영향을 미치는 교차결합 작용제와 결합된다.
본 발명은 땜납 페이스트와 그것으로 납땜하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 땜납이 사용된 일반적인 범위를 도시하는 63% 주석 / 37% 납 땜납의 표면 설치 리플로 개요이다.
도 2는 실시예 1에 관한 특정한 개요이다.
도 3은 실시예 1에 기재된 고착제의 온도에 대한 열 교환의 챠트를 그래프로 표현한 것이다.
도 4는 실시예 4에 기재된 고착제의 온도에 대한 열 교환의 챠트를 그래프로 표현한 것이다.
본 발명은, 표면 설치 리플로 개요 조건에서 사용하기에 적합한 땜납 페이스트와, 표면 설치 리플로 개요 조건에서 상기한 전기 소자의 말단에 부합되는 복수개의 금속 결합 부위를 가지는 기판을 지지하는 소자에 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 전기 소자를 전기적으로 연결하는 방법에 관한 것이다. 사용된 땜납 페이스트는 (1) 20 내지 45 미크론의 입자 크기 분포를 가지고, 땜납 페이스트 전체 중량에 대해서 약 65% 내지 95%의 중량비이고, 땜납의 융점을 가지는 땜납 분말과, (2) 땜납의 융점 아래에서, 상기한 땜납의 융점까지 가열된 경우에 상기한 전기 소자와 기판을 지지하는 소자의 금속 결합 부위의 표면과 땜납 분말의 표면으로부터 산화막을 제거하는 플럭스 작용제로 작용하는 열경화성 수지와 교차결합 작용제를 포함한 고착제를 함유한다. 표면 설치 리플로 개요에서 사용될 경우, 열경화성 수지와 교차결합 작용제의 혼합물은 상기한 땜납의 융점 이상에서 겔 포인트를 가지고, 바람직하게는 땜납의 융점 보다 높아야 한다. 방법은 다음의 단계를 함유한다 : a) 상기한 고착제가 액상인 상태에서, 금속 결합 부위와 상기한 땜납 분말의 표면으로부터 산화막을 제거하고, b) 상기한 고착제가 액상 형태이고 상기한 고착제가 겔 포인트에 도달하기 전에, 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 전기 소자를 상기한 전기 소자의 말단에 부합되는 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 기판을 지지하는 소자에 전기적으로 연결하기 위해서 땜납을 융해하고, 다음에 c) 겔 포인트에 도달하는, 즉 고착제 겔을 형성한다. 그 후에 겔은 경화되어 고착제 잔류물을 형성하여 전기적 납땜 연결을 봉합하여 기계적 연결을 보호하고 강화한다.
전체 땜납 페이스트의 중량에 대한 땜납 분말의 중량은 바람직하게 85% 내지 92%이고, 모든 중량비는 로진 페이스트의 전체 중량과 비례한다.
열경화성 수지는 바람직하게는 에폭시드이다. 바람직한 교차결합 작용제는 폴리앤하이드라이드와 카르복시 말단 폴리에스테르이다.
본 발명의 또다른 면은 탄력적인 고착제 잔류물을 형성하고, 다음에 상기한 연결의 완전도를 체크하기 위해서 상기한 전기적 연결과 접촉하도록 상기한 탄력적인 고착제 잔류물에 탐침을 삽입하고, 다음에, 탐침을 제거하고, 다음에, 선택적으로 상기한 고착제 잔류물을 경화하고, 연결의 완전도를 확인하는 것에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 (1) 20 내지 45 미크론의 입자 크기 분포를 가지고, 땜납 페이스트 전체 중량에 대해서 약 65% 내지 95%의 중량비이고, 땜납의 융점을 가지는 땜납 분말과, (2) 열경화성 수지와, 땜납의 융점 아래에서, 상기한 전기 소자와 기판을 지지하는 소자의 금속 결합 부위의 표면과 상기한 땜납의 융점까지 가열된 경우의 땜납 분말의 표면으로부터 산화막을 제거하는 플럭스 작용제로 작용하는 교차결합 작용제를 함유한 고착제를 구비하는 땜납 페이스트를 사용하여 상기한 전기 소자의 말단에 부합되는 복수개의 금속 결합 부위를 가지는 기판을 지지하는 소자에 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 전기 소자를 전기적으로 연결하여 낮은 열 중량 조립 부품을 생산하는 방법에 관한 것이다. 열경화성 수지와 교차결합 작용제의 화합은, 표면 설치 리플로 개요에서 사용되었을 경우, 상기한 융점 이상에서, 바람직하게는 초과하여 겔 포인트를 가진다. 이 방법에서 낮은 열 중량 조립 부품은 땜납의 융해와 전기적 상호연결을 얻기 위해서 충분한 초당 약 1℃ 내지 약 4℃의 비율로 만곡된다. 만곡되는 동안 연속하여 다음의 단계가 발생한다 :
1. 상기한 고착제가 액상인 상태에서, 금속 결합 부위와 상기한 땜납 분말의 표면으로부터 산화막을 제거하고,
2. 땜납이, 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 전기 소자를 상기한 전기 소자의 말단에 부합되는 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 기판을 지지하는 소자에 전기적으로 연결하기 위해서 융해되고(이 단계에서 고착제는 액상 형태이고 땜납의 융해는 고착제가 겔 포인트에 도달하기 전에 일어남), 다음에,
3. 겔 포인트에서 고착제 겔이 형성된다. 그 후에 겔은 경화되어 고착제 잔류물을 형성하여 전기적 납땜 연결을 봉합한다. 땜납 페이스트 전체 중량에 대한 땜납 분말의 중량비는 바람직하게 85% 이상에서 92%이다. 바람직한 열경화성 수지는 에폭시드이다. 바람직한 교차결합 작용제는 폴리앤하이드라이드와 카르복시 말단 폴리에스테르이다.
낮은 열 중량 조립 부품에 적용될 수 있는 또다른 방법의 관점은 탄력적인 고착제 잔류물을 형성하여, 다음에, 그 연결의 완전도를 체크하기 위하여 상기한 전기적 연결과 접촉하도록 상기한 탄력적인 고착제 잔류물에 탐침을 삽입하고, 다음에, 상기한 탐침을 제거하는 것에 관한 것이다.
게다가 본 발명의 또다른 관점은 첫 번째 전기 소자의 금속 결합 부위를 두 번째 전기 소자의 금속 결합 부위에 전기적으로 연결하고 납땜 리플로 조건에서 상기한 첫 번째와 두 번째 소자 사이에 전기적 납땜을 봉하는 납땜 잔류물을 형성하는 땜납 페이스트에 관한 것이다. 땜납 페이스트는 땜납 페이스트 전체 중량에 대해서 약 65% 내지 95%의 중량비이고, 땜납의 융점을 가지는 땜납 분말과, 에폭시 수지와, 상기한 땜납의 땜납 융점 아래에서 첫 번째 및 두 번째 전기 소자와 땜납 분말의 표면에서 산화막을 제거하는 플럭스 작용제로 또한 작용하는 수지용 교차결합 작용제와, 그리고 분당 10℃의 만곡비에서 DSC를 사용하여 측정된 촉매와, 에폭시 수지와, 교차 결합 작용제의 상기한 혼합물의 피크 발열이 땜납의 융점 이상이 되어, 상기한 교차 결합 에폭시 수지의 겔 포인트가 땜납의 융해 이후에 도달되며, 상기한 에폭시 수지와 상기한 교차결합 작용제의 교차결합을 촉진하는 촉매를 함유한다. 바람직한 촉매는 주석 옥토에이트이다. 바람직한 교차결합 작용제는 폴리앤하이드라이드이다.
땜납 페이스트는 탄력적이고, 납땜 잔류물을 통해 상기한 납땜 잔류물에 의해 봉해진 납땜 연결에 접촉하는 탐침이 가능한 납땜 잔류물을 제공하도록 공식화될 수 있다. 땜납 페이스트는 리플로 납땜후 납땜 잔류물에 탄력성을 주는 비활성 탄력제를 함유할 수 있다. 탄력제는 활성이 될 수 있고 리플로 납땜후 교차결합 에폭시 수지의 뼈대에 결합되는 에폭시 기능 부위를 구비할 수 있다.
본 발명은 또다른 관점은 표면 설치 리플로 개요에 따라서 봉합된 전기적 상호연결에 유용한 땜납 페이스트의 고착제 성분의 성분을 선택하는 방법에 관한 것이다. 여기서 고착제는 열경화성 수지와, 플럭스로 작용하는 교차결합 작용제와 선택적으로, 선택적으로 교차결합 효소를 함유한다. 방법은 다음을 단계를 구비한다 : a) 땜납 분말의 융점을 확인하고, b) 고착제를 땜납의 융점을 초과한 온도로 가열하고, c) 단계 b)의 가열중에 고착제의 발열 활동도를 측정하고, d) 피크 발열 활동도가 발생하는 온도를 확인하고, 그리고 e) 상기한 땜납 페이스트의 고착제로서 땜납의 융점 이상에서 피크 발열 활동도를 나타내는 고착제를 선택한다.
적합한 선택 방법은 발열 활동도 개시의 확인과 열 반응 개시에 또한 기초한 고착제의 선택을 또한 함유한다. 선택된 고착제는 발열 활동도의 개시가 땜납의 융점 아래에서, 40℃보다 낮지 않고, 바람직하게는 30℃보다 낮지 않은 온도에서 일어나는 것이다.
본 발명의 하나의 실시예는 촉매를 함유하는 땜납 페이스트에 관한 것이다. 땜납 페이스트는 (1) 땜납 분말과, 본 발명에 의해서 (2) 열경화성 수지, 바람직하게는 에폭시 수지를 함유하는 일반적으로 기술상 고착제라고 하는 것과, (3) 리플로 납땜 중에 플럭스 작용제로 또한 작용하는, 이러한 수지에 대한 교차결합 작용제와, 그리고 (4) 촉매를 함유한다. 땜납 페이스트 고착제의 성분은 선택되고 결합되어 납땜 온도 이상에서 겔 포인트를 가지는 합성물을 형성하여 표면 설치 리플로 개요에서 사용된 경우에 납땜 이전에 겔화되어 납땜이 억제되지 않는다. 여기서 사용된 바와 같이, 겔 포인트는 합성물이 더 이상 유동하지 않고, 융해된 땜납에 의해 치환될 수 없는 상태이다. 간단히 말해서, 본 발명의 공정은, 땜납의 융해 이전에, 또는 땜납의 융점에서 일어나더라도, 에폭시 수지 시스템의 겔 포인트에 도달하는 경우에는, 만족할만한 전기적 연결을 생산할 수 없을 것이다. 교차결합 작용제는 납땜 단계 중에 땜납 분말과 땜납에 의해 전기적으로 연결된 접촉 부위에 대해 플럭스로 작용한다. 교차결합 작용제는 수지를 경화하고 교차결합 활동을 촉진하고 납땜 온도 이상에서 겔 형성을 야기하는 촉매와 더불어 이러한 후자의 기능을 수행한다. 다른 목적과 이익은 다음의 발명의 상세한 설명의 개관으로부터 당업자에 있어서 분명해질 것이다.
본 발명의 시스템에 있어서, 단일 축을 따르는 전기적 연결이 수반되고 표면 설치 리플로 납땜은 액상 에폭시 수지 시스템에서 납땜 분말의 융해에 영향을 받으며, 리플로 납땜에 관하여 교차결합의 단계를 정리하는 것은 필수적이다.
시스템의 겔 포인트가 액상 땜납(용융 땜납)에 의한 표면 설치 리플로 납땜 온도에서의 연결의 형성 이전에 도달되지 않는 것은 필수적이다. 겔 포인트가 땜납의 융해 이전에 도달되지 않는 경우에, 땜납은 습윤되지 않고, 땜납의 유동이 제한되기 때문에 땜납 플럭스의 땜납 분말 성분에 의해 전기적으로 연결되기 위해서 반대 위치에 효과적으로 제한되지 않는다는 점이 관찰되었다.
본 발명의 시스템에 있어서 이러한 필요의 중요성은 겔 포인트가 도달된 수지 시스템에서 땜납 유동의 무능으로부터 도출된다고 여겨진다. 땜납 분말을 지지/고착시키고 그로부터 생산된 땜납 융해물을 봉하는 수지 시스템이 액상인 경우와, 심지어 그 점도가 큰 경우에도, 융해물을 형성하는 땜납 입자의 효과적인 플럭싱이 발생한다. 실제로, 혼합된 상이 존재할 경우, 습윤과, 결합과 플럭싱이 발생하고, 하지만, 일단 겔 포인트에 도달하면 겔 포인트에 도달된 이후 융해 형성이 발생하고, 경화된 생산물의 고찰은 성공적인 연결이 되지 않았음을 설명한다. 따라서, 적절한 융해물의 형성, 습윤과 유동은 실패한다.
본 발명의 한 관점은 특정한 적용에 대해 표면 설치 리플로 개요를 따르는 표면 설치에 유용한 땜납 페이스트용의 에폭시 수지 기재 고착제의 선택과 사용에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 있어서 고착제는 앤하이드라이드 에폭시 수지 시스템을 함유한다. 본 발명의 땜납 페이스트는 에폭시 수지를 함유한 고착제에서 분말 땜납과, 리플로 납땜 조건에서 플럭스 작용제로 또한 작용하는 수지용 앤하이드라이드 교차결합 작용제와, 교차결합 작용제와 더불어 교차결합을 촉진하고 땜납의 융해후 고착 수지를 겔로 변화시키는 촉매를 함유한다. 땜납 분말 고착제를 함유하는 혼합물의 화합은 땜납의 융해 이전에 겔 포인트에 도달하지 않는 에폭시 기재 고착제와 표면 설치 리플로 납땜 조건에서 상기한 땜납의 융해물에 의한 전기적 연결의 형성을 제공하기 위해 선택된다.
(주어진 리플로 개요에 대한 고착제 시스템 성분의 선택)
여기에 주지된 바와 같이, 본 발명은 땜납 페이스트의 공식화와 소형 또는 대형 조립 부품의 생산에 사용된 리플로 개요 조건에서 보호적으로 봉합된 등방성 전기적 상호연결을 형성하도록 특별히 채택된 그 사용 방법에 관한 것이다. 이러한 리플로 개요 조건은 장시간의 가열을 필요로 하고 고착제 공식화는 결합 부위에 전기적 상호연결과 만족스러운 봉합 / 기계적 결합을 제공하기 위해서 만족스러운 습윤과 땜납 융해물을 얻는데 결정적이다.
본 발명에 사용된 땜납 페이스트용 고착제의 선택에 있어서, 본 발명에서 요구되는 이중 기능을 가지는 열경화성 수지와 교차결합 작용제의 선택은 전기 결합 부위에서 만족스러운 전기적 및 기계적 결합이 일어나는 것을 가능하게 하기 위해서 중요하다. 고착제의 필요와 선택은 아래에 기재된다.
리플로 개요 중에, 중합체는 융해된 땜납이 결합 표면을 습윤하기 위해 중합체와 치환되어야 하므로 피크 납땜 온도 이전에 겔 포인트에 도달해서는 안된다. 중합체가 겔 포인트에 너무 일찍 도달한 경우에, 중합체 장벽이 금속 표면 사이에 형성된다. 이러한 겔화는 땜납이 기판의 금속 결합 부위를 습윤하는 것을 억제하므로, 납땜의 효과를 이해하기 위하여 경화 기구와 중합체의 동력학을 이해하는 것은 필수적이다.
열경화성 중합체에 있어서, 가열로 인해 에폭시 수지와 교차결합 작용제간에 비가역반응이 개시된다. 경화 공정 동안 에폭시 수지 분자는 교차결합 분자와 반응하여 점도가 증가하면서 긴 중합체 사슬과 네트워크를 형성한다. 네트워크가 성장하면서, 무한한 점도는 이른바 겔 포인트에 도달한다. 이 포인트에서 중합체는 정성 액상에서 유동하지 않는 고상으로 변화한다.
열경화성 수지의 겔 시점은 일반적으로 등온 과정하에서 발견된다. 예를 들어, 에폭시 샘플은 고정된 온도에서 가열되고 겔 시점을 찾기 위해 점성도법으로 시험될 수 있다. 이러한 방법의 한 예는 에폭시 수지를 샘플 팬에서 가열하여 유동의 저항도를 측정하는 것이다.
본 발명에 기재된 공정 중의 가열 방법은 등온적이지 않고 오히려 샘플을 납땜 온도로 서서히 가열하는 것을 수반하므로, 경화 동력학을 고찰하여 중합체의 겔화를 대신 추정하는 것이 중요하다.
몇 가지 방법이 열경화성 중합체의 경화 동력학을 고찰하는 것에 사용된다. 이러한 한 방법은 기계적 에너지를 축적 및 소실시키는 중합체의 능력을 측정하는 동적 기계 분석(DMA)이다. 또다른 일반적인 방법은 열적 변화를 측정하는 시차 스캐닝 열량측정법(DSC)을 사용하는 것이다.
중합 반응 중에 열경화성 수지의 화학 반응은 발열 반응이므로, 이러한 열적 변화는 DSC를 사용하여 측정될 수 있고 화학 반응의 정도에 관계한다. 마르셀 데커의 저서 "에폭시 수지, 화학과 기술"(1988.5)의 1130p에서 하다드(Hadad)가 기재한 바와 같이, 경화 공정 중에 방출되는 열의 양은 화학 반응의 정도에 비례한다는 가설이 만들어진다. 하다드에 의해 기재된 기술을 사용하여 중합 반응의 개시에 필요한 반응 활성화 에너지를 추정하는 것이 가능하다. 이러한 한 방법은 ASTM 방법 E 698-79에 기재된 바와 같이 다른 가열 비율을 사용하는 제너레이팅 DSC 스캔을 수반한다. 하지만, 본 발명에 기재된 바와 같이, 적절한 납땜 간섭을 막기 위해서 결정적인 겔화 포인트는 경험적으로 결정되어야 하므로, DSC는 납땜 공정이 범위로서 이전에 기재된 바와 같이 적절한 물질 화합에 대한 길잡이로만 소용이 될 것이다. 그러므로, 단일한 가열 비율에서 단일 DSC 스캔은 열경화성 중합체의 경화 동력학과 본 발명에 기재된 방법에 사용을 위한 그 응용 사이의 관계를 보이는 것에 사용된다.
다음의 실시예는 땜납 페이스트 고착제 성분의 선택을 구비하는 본 발명을 실시하는 형태를 나타낸다.
(실시예 1)
일반적으로 DMP-30(론자(Lonza) AC-30) 이라고 하는 비스페놀 A 에폭시 수지와(쉘 에폰(Shell Epon) 828), 메틸 테트라하이드로프탈릭 앤하이드라이드(MTHPA)(론자 AC220J)와 촉매 트리스(디메틸아미노메틸)-페놀의 혼합물은 화학 공급원으로부터 유효한 문헌에 기재된 바와 같이 다음의 공식화에 따라 작성되었다 :
에폰 828 55%
MTHPA 43%
DMP-30 2%
결과물은 안젤로의 미국 특허 3,791,027호에 기재된 바와 같은 방법에 따르고 페니시의 미국 특허 5,128,746호와 카포우트의 미국 특허 5,376,403호에 기재된 바와 같이 급속하게 가열되어 63% 주석/37% 납의 땜납 슬러그로 250℃로 가열된 구리 위를 따라서 펴진다. 표면이 깨끗한 앤하이드라이드(MTPHA)는 땜납이 구리 위로 습윤되어 금속적 상호연결을 형성하도록 하는 금속 표면으로부터 산화되는 것이 관찰 되었다.
다음에, 이러한 동일한 혼합물은 63% 주석/37% 납의 땜납 슬러그로 구리를 따라서 평평한 FR-4 유리 기판의 금속 표면 위로 펴졌다. 에폭시 혼합물과 땜납 슬러그를 구비하는 기판은 다중 가열 구역으로 적외선 리플로 오븐에 위치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 그 구역의 온도와 오븐의 구역 속도는 기판 표면 온도 개요를 산출하도록 이전에 개요화 되었다.
이러한 온도 개요를 사용하여 땜납 슬러그는 FR-4에서 구리 표면을 습윤하지 않고 금속적 연결을 형성하였다. 대신에 땜납 슬러그는 원래의 형태로 남아서 경화 에폭시에서 봉합되었다.
상기에 기재된 경험적 납땜 테스트 이외에, DSC가 상기 에폭시의 경화 동력학을 고찰하기 위해 사용되었다. 50mg의 샘플과 10℃/분의 가열 비율을 사용하여, 50℃ 내지 230℃ 범위에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 경화 발열의 개시는 100℃에서 관찰되었고 피크 발열은 130℃에서 관찰되었다. 그러므로, 10℃/분의 가열 비율을 사용하여, 경화 반응의 피크 발열은 땜납의 융점 50℃ 아래에서 발생하였다.
(실시예 2)
실시예 1에서와 동일한 수지와 앤하이드라이드 혼합물을 사용하고, 론자 ACPI(전용 이미드아졸)가 촉매로 사용되었다.
에폰 828 55%
MTHPA 43%
DMP-30 2%
이 혼합물은 급속히 가열된 땜납 슬러그와 함께 구리 위에 사용되었다. 앤하이드라이드는 금속 산화물을 제거하고 땜납은 구리 표면에 습윤되어 펴졌다. 이 혼합물이 FR-4 유기적 기판 위로 구리에 펴지고 다중 구역 가열 오븐에서 가열될 경우에도, 그 결과는 도 1에 도시된 바와 같다. 땜납은 형태가 변하지 않고 금속 표면으로 펴지지 않는다.
50mg 샘플에서 분당 10℃의 비율로 50℃에서 230℃까지의 DSC 스캔은 발열 개시가 100℃에서 시작하고 130℃에서 피크를 나타냄을 보였다. 다시, 혼합물의 급속 가열이 땜납이 구리에 펴지도록 하지만, 다중 구역 오븐을 사용하여 땜납의 융점까지 서서히 가열될 경우에, 기재된 에폭시 시스템이 납땜 이전에 액상으로 남기 위해 필요한 잠복기를 가지지 않았다.
에폰 828과 MTHPA 혼합물이 디메틸아미노메틸페놀(론자 AC-10), 아연 옥토에이트(Octoate)(셰퍼드(shepard) 화학), 벤질디메틸아민(론자 BDMA), 디아자비시클로운디센(Air products amicure DBU-E), 디아자비시클로운디센의 2-에틸헥사노익산염(Air products amicure SA-102), 2-헵타데시리미드아졸(Air products curezol 2MA-OK), 2-헵타데시리미드아졸(Air products C17Z), 2,4-디아미노-6(2 메틸리미드아조릴-(1 ))에틸-s-tri(Air products 2MZ Azine)을 포함하여 몇 개의 다른 앤하이드라이드 경화된 에폭시 촉매와 함께 사용되는 경우에, 유사한 결과가 관찰되었다.
각 경우에 촉매는 수지의 중량에 대해 80%의 쉘 에폰 828과 메틸테트라히드로프탈릭 앤하이드라이드와 같은 비스페놀 A 수지(EEW 190)와 함께 사용되었다. 수지의 중량에 대해 1-5% 이상의 촉매를 사용하는 경우에, 도 1에 도시된 바와 같이, 혼합물이 급속히 가열되었을 경우에 금속 산화물을 제거하고 63% 주석/37% 납의 땜납이 구리에 펴지는 것을 촉진하지만, 컨베이어 벨트가 설치된 다중 구역 가열 오븐에서 서서히 가열될 경우 너무 급속히 경화되어 납땜을 저해하는 것이 발견되었다.
(실시예 3)
주석 옥토에이트(Ferro Bedford Catachek 860)가 실시예 1에 기재된 바와 같은 비스페놀 A 수지와 MTHPA 혼합물의 촉매로 선택되었다.
에폰 828 55%
MTHPA 43%
DMP-30 2%
이 혼합물은 급속히 가열된 땜납 슬러그와 함께 구리에 사용되었다. 앤하이드라이드는 금속 산화막을 제거하였고 땜납은 구리 표면에 습윤되어 펴졌다. 혼합물이 FR-4 유기적 기판에 펴지고 다중 구역 가열 오븐에서 가열된 경우에, 땜납은 구리 표면에 펴지고 에폭시는 부분적으로 겔화된다. 따라서, 이러한 수지와 교차결합 작용제의 혼합물에 대한 촉매의 선택은 납땜후에 발생하는 겔화에 대한 잠복기를 제공하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 50mg 샘플에서 분당 10℃의 비율로 50℃에서 230℃까지의 DSC 스캔은 발열 개시가 150℃에서 시작하고 200℃ 이상에서 피크를 나타냄을 보였다. 따라서, 잠복기를 예측하는 것에 사용되는 피크 발열은 땜납의 융점 183℃ 이상에서 발생한다.
(실시예 4)
MTHPA와 N,N,N',N'-테트라글리시덜-4,4'-메틸렌비스벤젠아민(Civa Geigy MY 720)의 혼합물에 주석 옥토에이트를 촉매로 사용하였다. 이 테트라-기능의 수지는 비스페놀 A에 기초한 것보다 높은 반응성을 가진다. 화학량론적 비율에서 90%인 MTHPA와 MY720의 혼합물이 촉매로 사용되고 수지의 중량에 대해 1% 추가된 주석 옥토에이트와 함께 작성되었다.
MY720 45%
MTHPA 54%
주석 옥토에이트 1%
실시예 1에 기재된 급속 가열 방법에서 이 혼합물은 사용하여 땜납이 펴져서 구리에 금속적 연결을 형성하였다. 하지만, 다중 구역 오븐을 구비하는 가열 방법을 사용할 경우에 땜납은 펴지거나 또는 구리에 습윤되지 않았다. 주석 옥토에이트를 제거하고 기재된 MY70/MTHPA를 사용하는 것은 같은 결과를 나타낸다. 땜납은 다중 구역 오븐에서 샘플을 가열할 경우에 구리에 습윤되는 것이 억제된다.
3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산 카르복실레이트(Union Carbide ERL-4221)와 MTHPA와 결합되어 사용된 것과 같은 시클로앨리패틱 수지가 촉매를 주석 옥토에이트로 하여 사용된 경우에 납땜 결과는 실시예 1에서와 유사하게 관찰된다. 혼합물은 땜납의 융점 이전에 경화되고 땜납이 구리로 펴지는 것을 억제한다.
다음의 성분비에서 DSC 스캔은 :
ERL-4221 49%
MTHPA 49%
주석 옥토에이트 2%
10℃/분의 가열 비율에서 90℃에서의 발열 개시와 155℃에서의 피크 발열을 나타내었다. 따라서, 화학 반응 속도와 관계하는 피크 발열은 땜납 합금의 융점보다 낮다.
에폭시 수지 에폰 828과 ERL 4221은 MTHPA와 혼합되었고 촉매로 주석 옥토에이트가 사용되었다.
ERL 4221 24.5%
에폰 828 24.5%
MTHPA 49%
주석 옥토에이트 2%
이 시스템의 땜납으로 다중 구역 가열 오븐을 사용하지 않고 급속 가열하여 63% 주석/37% 납의 합금을 구리에 납땜하였다. DSC 개시 온도는 시클로앨리패틱 수지(ERL 4221)만을 사용한 혼합물에 비하여 높은 온도인 120℃에서 시작하였다. 피크 발열이 단일 수지 시스템과 온도에서 거의 동일하지만, 발열의 높이는, 적은 열을 방출하여 낮은 화학 활동도를 가지는 수지 혼합 시스템보다 낮다. 따라서, 시클로앨리패틱 수지와 MTHPA의 혼합물은 매우 반응성이 커서 필요한 잠복기를 제공하지 않는다.
(실시예 5)
비스페놀 A 시스템과, MTHPA와 디시안디아미드식 촉매(Ajinomoto Ajicure AH-150)의 혼합물이 다양한 촉매 정도에서 사용되었다.
에폰 828 52-56%
MTHPA 40-43%
DMP-30 1-8%
수지의 중량에 대해 1-2% 수준의 촉매의 사용은 급속한 가열과 다중 구역 오븐을 사용하여 63% 주석/37% 납 합금의 납땜을 하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 수지의 중량에 대해 3%이상의 농도에서 사용하면, 그 혼합물은 다중 구역 가열 개요를 사용하여 납땜이 펴지지 않도록 하였다. 따라서, 그 촉매 수준은 반응의 속도에 결정적이다. DSC발열은 촉매 농도가 증가함에 따라 더 낮은 온도에서 피크 발열의 개시가 일어난다는 것이 밝혀졌다.
(리플로 개요)
교차결합 촉매(촉진제)의 선택은 납땜 과정 동안 겔화를 억제해야 하는 필요성에 기초하였다. 본 발명의 가장 중요한 실시예는 리플로 납땜으로 공지되어, 땜납 페이스트와 함게 사용되는 납땜 방법을 포함한다. 리플로 납땜에서, 땜납 페이스트는 회로 기판 또는 기판의 금속 결합 부위에 스크린 인쇄 또는 스텐슬 인쇄되거나 또는 분배된다. PCB 또는 기판은 다른 가열 구역을 보유하는 오븐을 통해 통과된다. 세 구역은 일반적이다. 첫 번째 구역, 또는 가열 단계는 일반적으로 만곡단계라고 한다. 이 구역에서, 기판의 표면 온도는 급속히 상승하여 기판과 소자의 재료를 가열한다. 침투 단계라고 하는 두 번째 구역에서, 기판의 온도는, 기판의 표면과 소자의 온도차를 감소시키기 위해 짧은 기간(1-3분) 정도의 시간 동안 이 온도 영역에서 균일하게 된다. 침투 시간은 기판의 형태와 사용된 땜납과 소자에 따라서 결정된다. 세 번째 단계는 땜납의 융점을 초과하기 위한 급속 온도 스파이크를 포함한다. 그러므로, 땜납의 융점은 그 구역의 온도를 규정한다. 63% 주석/37% 납의 용융점이 183℃이기 때문에, 침투 온도는 일반적으로 120-160℃이다. 리플로에서 피크 온도는 일반적으로 200-300℃이다.
폴리세베이직 폴리앤하이드라이드(PSPA)와, 폴리아디픽 폴리앤하이드라이드(PADA)와, 폴리아제라익 폴리앤하이드라이드(PAPA)와 같은 폴리앤하이드라이드는 메틸테트라히드로프탈릭 앤하이드라이드와 같은 프탈릭 앤하이드라이드의 파생물에 비하여 높은 플럭스 활동도를 가진다는 것이 관찰되었다. 그러므로, 본 발명에 따라서, 땜납 페이스트 혼합물용 플럭스 작용제로서 앨리패틱 폴리앤하이드라이드를 사용하는 것이 바람직하다.
(촉매)
촉매의 선택은 결정적이고, 리플로 납땜을 억제하지 않으면서, 리플로 과정 동안 또는 이후에 겔화 포인트(겔 포인트)로의 교차 결합을 촉진하기 위한 에폭시 시스템에서의 촉매의 능력에 기초한다.
설명하자면, MTHPA와 같은 프탈릭 앤하이드라이드 파생물과 결합된 비스페놀 A 수지의 촉매를 사용하지 않은 혼합물은, 리플로 납땜 과정에서 사용되는 경우에, 납땜을 억제하지는 않지만, 리플로 과정동안 겔 포인트에 또한 도달하지 않을 것이다. 이러한 시스템은, 겔화와 완전한 교차결합에 도달하기 위해 납땜 온도(일반적으로 150℃) 이하에서 6-48시간의 지연-경화를 필요로 할 것이다. 그러므로, 촉매는 이러한 시스템의 총 경화시간을 감소시키기 위하여 필요하다. 하지만, 너무 활성의 촉매가 선택되면, 시스템은 납땜 온도 이하에서 겔화에 도달하여, 땜납과 타겟 금속 사이에 물리적인 장애물을 형성하여 납땜 과정을 억제한다는 것이 관찰되었다.
아민 형태의 앤하이드라이드 촉매는 이러한 불리한 현상을 나타내었다. 사용될 수 없는 촉매의 예는, 벤질디메틸아민 디메틸아미노 메틸 페놀, 트리스(디메틸아미노 메틸) 페놀, 트리에탄올아민 그리고, 모노에탄올아민이다. 이러한 아민이 쉘 에폰 828과 같은 비스페놀 A 에폭시 수지와, 표준 리플로 프로토콜을 사용하는 MTHPA와 같은 프탈릭앤하이드라이드 파생물과 함께 촉매로서 사용되었을 경우에, 조급한 겔화가 이루어져 적절한 납땜을 방해한다.
실시예 2에 상세히 기재된 바와 같이, 비스페놀 A수지와 MTHPA의 혼합물을 사용할 경우에, 다른 일반적인 앤하이드라이드 경화된 에폭시 촉매는 납땜에 불리하다는 것이 관찰되었다.
이러한 시스템을 위해 선택된 촉매인 주석 옥토에이트는 주석과 2-에틸헥소익 산의 금속염이다. 결합되기를 원하지 않았지만, 촉매의 활동도는 Sn+2내지 Sn+4의 주석의 산화와 2-에틸헥소익 산으로부터의 주석의 해리에 의해 상승된다는 것을 알 수 있다. 주석 옥토에이트가 시차 스캐닝 열량 측정법을 이용하여 시험되는 경우에, 발열은 185-190℃에서 관찰된다. 결합되기를 원하지 않았지만, 그것이 관찰되었고, 따라서 발열이 발생하는 온도는 교차결합의 촉매 작용이 발생하는 온도와 서로 관련이 있음을 알 수 있다. 따라서, 평가된 촉매의 촉매 작용 기구가 주석 옥토에이트와 일치하는 촉매의 활동도의 개시를 평가하는 한 방법은 교차결합의 촉매작용이 발생하는 온도와 촉매의 발열을 연관시키는 것이다.
본 발명에서, 땜납 페이스트는 땜납 분말을 많이 포함하고 납땜 플럭스는 땜납과 기판 금속으로부터 금속 산화물을 제거하여야 한다. 땜납 와이어 또는 바에 비하여, 땜납 분말은 땜납 표면적의 증가에 의하여 실질적으로 많은 땜납 금속 산화물을 가진다. 그러므로, 땜납 분말을 함유하는 땜납 페이스트에 있어서, 다른 땜납 매개물에 사용된 플럭스에서 보다 높은 플럭스 활동도가 요구된다.
MTHPA와 비스페놀 A 수지와의 혼합물이 사용된 경우에, 주석 옥토에이트는 납땜 전에 복합체의 조급한 겔화를 막기 위해서 필요한 잠복기를 효과적으로 제공하는 것이 관찰되었다.
다음은 본 발명의 땜납 페이스트의 실시예이다.
(실시예 6)
다음의 성분비를 가지는 에폭시 수지와, 앤하이드라이드 경화제와 촉매의 혼합물이 혼합되었다 :
에폰 828 59%
PAPA 39%
주석 옥토에이트 2%
이 혼합물은 63% 주석/37% 납의 땜납 분말과 결합되어 혼합물의 금속 성분은 땜납 페이스트 전체 중량에 대해 90%의 중량비를 가진다.
이 혼합물은 실시예 1에 상세히 기재된 바와 같이 FR-4 기판의 구리 위로 펴지고 가열되었다. 폴리앤하이드라이드는 금속의 표면 산화물을 제거하고 땜납 분말을 습윤하고 구리 위로 펴지도록 하였다.
땜납 분말과 고착제로 구성된 적합한 땜납 페이스트의 또다른 예는, (1) 비스페놀 A의 디글리시덜 에테르와 185 - 192의 당량인 에폭시의 혼합물인 에폭시 수지와, (2) 폴리아제라익 폴리앤하이드라이드 교차결합 및 플럭스 작용제와 (3) 주석 옥토에이트 촉매와 땜납 분말을 구비하는 고착제를 함유한다. 교차결합 작용제는 플럭스 작용제로도 작용하는 앤하이드라이드 교차결합 작용제이다. PAPA 교차결합 작용제는 납땜 온도 이상에서 교차결합을 촉진하는 주석 옥토에이트 촉매와 함께 리플로 납땜에 의한 전기적 연결의 형성 이전에 너무 이른 겔 형성을 방지한다.
혼합물에서 촉매의 양은 바람직하게 고착제 중량에 대해 약 0.1 내지 약 5 범위의 중량비이다. 주석 옥토에이트의 경우에, 바람직한 양은 약 1.5 내지 2.5 중량비이고 최적의 양은 땜납 페이스트의 유기적 성분의 중량에 대해 약 2.0 중량비이다.
(탄력제)
탐침이 관통될 수 있는 에폭시 잔류물을 특히 구비하여, 탄력성 땜납 페이스트 열경화성 수지 잔류물을 제공하는 것은 본 발명의 한 관점이다. 탄력성은 활성 또는 비활성의 탄력제를 첨가함으로써 본 발명의 경화된 에폭시 수지 구조에 제공될 수 있다.
비활성 탄력제는 리플로 온도에서 휘발되지 않고, 에폭시 기능을 가지지 않않고 경화후에 반응되지 않고 잔류하는 긴사슬 분자를 함유한다. 선택된 탄력제가 리플로 납땜 조건 또는 수반된 경화의 온도 개요하에서 휘발되지 않으므로, 납땜 연결을 봉합하는 납땜 잔류물에서 탄력제로서의 기능이 리플로 납땜 이후에 유지된다. 따라서, 땜납의 융점 아래의 더 이상의 경화는, 납땜 결합의 탐침으로 만족스러운 연결의 성취를 확인한 이후에, 봉합 잔류물에 요구되는 경도를 얻는 것에 사용될 수 있다.
활성 탄력제는 경화 시스템의 뼈대에 결합되는 에폭시 기능 부위를 가진다. 본 발명의 땜납 페이스트 에폭시 잔류물에 탄력성을 제공하는 사용하기에 적합한 활성 탄력제의 예는, 쉘 화학사의 헬록시 변형제 17과 같은 이합체 산 또는 쉘 화학사의 헬록시 변형제 84와 같은, 앨리패틱 폴리올의 글리시덜 에테르를 함유한다. 활성 탄력제의 긴 앨리패틱 사슬은 교차결합 밀도를 낮춤으로써 경화된 에폭시에 탄력성을 제공한다. 맥그로우-힐, 1967, "에폭시 수지 핸드북(Handbook of epoxy resins)"의 4-6 페이지에 공지된 바와 같이, 교차결합 밀도는 재료의 단위 부피당 교차결합의 수에 관계된다. 비스 A 의 디글리시덜 에테르(DGEBA) 기재 수지는 7개의 단위 또는 방향족 고리에 의해 간격이 유지된다. 다른 수지는 에폭시기 사이에 30-40 단위를 함유할 수 있다. 간격이 길수록, 즉 교차결합 부위에 더많은 기가 포함될수록, 경화된 에폭시는 더 탄력적이다.
교차결합 에폭시 수지의 탄력성과 부합하는 탐침 능력은 수지의 선택에 의해 조정될 수 있다. 탄력성은, 활동을 억제하여 앨리패틱기 보다 더욱 탄력성을 감소시키는 경향이 있는 부피가 큰 방향족에 대해 이점을 가지고, 수지의 뼈대에서 방향족에 대하여 앨리패틱 곁기의 사용에 의해서 제공될 수 있다. 에폭시 수지의 뼈대에 치환기의 제공에 의한 탄력성의 조정은 단위 부피당 교차결합 부위의 수를 감소시키고 이러한 치환기의 선택은 선택의 문제로서 리플로 납땜 개요 조건에서 땜납의 융해 이후 땜납 페이스트 잔류물의 탐침 능력을 체크함으로써 쉽게 확인될 수 있다. 예를 들어, 카르복시 말단 부타디엔-아크릴로니트릴(CTBN) 엘라스토머는 본 발명의 에폭시 수지의 뼈대에 결합되어 교차결합 밀도를 낮출 수 있다. CTBN 변형제의 예는 BF 굿리치(Goodrich)의 HYCAR 1300X8과 HYCAR 1300X13이다.
본 발명의 앤하이드라이드 경화된 에폭시 수지에 있어서, 탄력성은 또한 앤하이드라이드의 각각의 카르복실기 사이의 간격을 넓힘으로써 제공될 수 있다. 폴리세베이직 폴리앤하이드라이드(PSPA)와, 폴리아제라익 폴리앤하이드라이드(PAPA)와, 폴리아디픽 폴리앤하이드라이드(PADA)와 같은 선형 앤하이드라이드는 본 발명의 경화 시스템의 탄력성을 강화하고 낮은 교차결합 밀도의 교차결합 에폭시 수지를 제공한다. 이에 대하여 프탈릭 앤하이드라이드 기반의 고리 고정 앤하이드라이드는 고리 구조에 의해 더욱 고정되어 단단한 시스템을 제공한다. 당업자에 의해 쉽게 인식될 수 있는 바와 같이, 사슬 치환은 교차결합 밀도를 감소시키고 탄력성을 제공하는 역할을 한다. 따라서, 예를 들어, 도데세닐썩시닉 앤하이드라이드는 그 긴 측기에 기인하여 낮은 열 만곡 온도와 그에 따른 탄력성을 제공하는 것이 관찰될 것이다.
(선택적 첨가물)
본 발명의 땜납 페이스트에 선택적이고 유리하게 함유될 수 있는 성분은 표면장력 감소제이다. 이것은 땜납 페이스트와 결합 표면의 접촉 각도를 줄이기 위해 사용된다. 표면장력 감소제는 계면활성제일 수 있다. 적당한 계면 활성제 중에는 델라웨어(Delaware), 윌밍턴(Wilmington)의 ICI, 포타슘 퍼플루로오알킬 서포네이트로부터 유용한 TWEEN(R)이 있다. 본 발명에서, 표면 장력 감소 첨가물은 땜납 페이스트의 유기적 성분의 전체 중량에 대하여 약 0.1 내지 약 1 중량비의 양이 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 땜납 페이스트 성분에 선택적으로 첨가되는 또다른 요소는 금속 결합에 에폭시를 강화할 수 있는 접합 촉진제이다. 적당한 접합 촉진제는 오르가노 시레인과 티타네이트이다. 적당한 오르가노시레인은 미시간(Michigan), 미들랜드(Midland)의 다우 코닝 주식회사(Dow Corning Corp.)의 6040,3-글리시독시-프로필트리메톡시시레인이다. 적당한 티탄산염은 뉴저지(New Jersey), 베이욘(Bayonne)의 켄리치 페트로 케미컬스 주식회사(Kenrich Petro Chemicals, Inc.)의 LICA 38, 네오펜틸(디알릴)옥시, 트리(디오옥틸)피로-포스파토티티네이트이다. 접합 촉진제는 땜납 페이스트의 유기적 성분의 전체 중량에 대하여 약 0.1내지 약 1 중량비의 양으로 첨가되는 것이 적당하다.
본 발명의 봉합 성분으로 선택적으로 사용될 수 있는 또 다른 성분은 로스 케미컬스(Ross Chemicals)의 지방 에스테르의 알콕시레이트인 FOAM BLASTTM1326과 같은 기포억제제이다. 기포억제제는 땜납 페이스트의 유기적 성분의 전체 중량에 대하여 약 0.1 내지 약 1 중량비의 양을 첨가하는 것이 적당하다.
(땜납 함유물)
본 발명의 땜납 페이스트의 땜납 분말은 종래 기술의 땜납 페이스트에서 사용된 광역 스펙트럼 땜납 분말을 함유한다. 적당하게 땜납 분말 함유물은 약 65% 내지 약 95%의 중량비 영역에 존재할 수 있고 바람직하게는 땜납 페이스트 전체 중량에 대해 약 85% 내지 92%의 범위이다.
탐침 가능하고 비점성의 잔류물을 남기는 리플 납땜에서 이후 사용되는 에폭시 기재 땜납 페이스트의 실시예가 다음에 기재된다.
(실시예 7)
탐침 가능하고 비점성의 잔류물을 형성하는 혼합물은 다음의 성분비를 가진다 :
성분 중량비 %
DGEBA 수지(WPE 180-190) 3.5
폴리아제라익 폴리앤하이드라이드 2.4
주석 옥토에이트 0.1
에어 프러덕츠 에포딜 L 희석제 6.0
63% 주석/37% 납-325 mesh 땜납 분말 88.0
땜납 분말의 중량비는 혼합물의 중량에 대해 88%이고 12%는 유기물이다. 이것은 일반적인 땜납 페이스트 금속 로딩 비율이다. 유기적 성분은 경화될 경우 낮은 교차결합 밀도를 제공하는 에폭시 공식화이다. 유기 중합체는 플럭스 작용제로 작용하는 고상 폴리앤하이드라이드로 구성되어 있다. 페이스트를 만들기 위해 유동을 제공하도록 조력하는 것은 상온에서 고상이다. 바람직한 폴리앤하이드라이드는 폴리아제라익 폴리앤하이드라이드(PAPA)와, 폴리아디픽 폴리앤하이드라이드(PADA)와, 폴리세베이직 폴리앤하이드라이드(PSPA)를 함유한다.
이것은 액상 수지와, 비스페놀 A 의 디글리시덜 에테르(DGEBA)와 혼합된다. 다른 수지는, 당업자에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 노보랙 수지와, 비스페놀 F 수지 등을 포함하여 사용될 수 있지만, 낮은 교차결합 밀도가, 바람직한 에폭시 수지중에서, DGEBA 수지에 의해 제공된다는 것이 공지되어 있다.
촉매/촉진제인, 주석 옥토에이트는 에폭시/앤하이드라이드 시스템의 경화에 잠복기를 제공한다. 그것은 특히 중합체의 현저한 겔화 이전에 리플로 오븐에서 납땜이 이루어지도록 선택된다.
에어 프러덕츠의 에포딜 L과 같은, 낮은 분자량을 가지고 액상인, 방향족 탄화수소 희석제는, 경화 생산물의 교차결합 밀도를 낮추고 에폭시를 희석하여 금속 로딩 정도를 높게 한다. 실시예 7의 공식화에서 희석제는 잔류물에 탐침이 관통되도록 하는 요소이다. 희석제가 없으면 리플로 납땜후의 잔류물은 너무 단단하여서 탐침이 관통될 수 없다. 희석제는 용매가 아니고, 리플로 오븐에서 휘발되지 않는다. 다른 활성(에폭시기 포함) 또는 비활성 희석제가 같은 효과를 가지도록 사용될 수 있다.
탐침 능력의 비결은 낮은 교차결합 밀도를 가진 탄력적 잔류물을 남기는 것이다.
촉진제(교차결합 촉매)로서 주석 옥토에이트의 선택은 63% 주석/37% 납의 땜납 또는 유사한 융점을 가진 합금에 대한 리플로 온도 개요를 사용하는 경우에 만곡과 침투 단계 중에 에폭시의 현저한 겔화를 방지하여 납땜이 이루어지도록 한다.
땜납 페이스트 또는 제품 리플로 납땜 방법 또는 땜납 페이스트 고착제와 여기에 기재된 특정 실시예에 대한 본 발명의 구성을 제한하는 것은 의도되지 않고, 다음의 특허 청구 범위에 기재된 바와 같은 발명의 범위와 정신에서 벗어나지 않는 한, 땜납과 그 융점과 땜납 융해의 조건, 넓이, 형태와 재료에서의 변형에 기반한 표면 설치 리플로 개요에서의 변화를 포함하여, 제한되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.

Claims (27)

  1. 전기 소자의 말단에 부합되는 복수개의 금속 결합 부위를 가지는 기판을 지지하는 소자에 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 전기 소자를 전기적으로 연결하는 방법에 있어서,
    (1) 20 내지 45 미크론의 입자 크기 분포를 가지고, 양적으로 땜납 페이스트 전체 중량에 대해서 약 65% 내지 95%의 중량비를 가지고, 땜납의 융점을 가지는 땜납 분말과, (2) 땜납의 융점 아래에서, 상기한 땜납의 융점까지 가열된 경우에 전기 소자와 기판을 지지하는 소자의 금속 결합 부위의 표면과 땜납 분말의 표면으로부터 산화막을 제거하는 플럭스 작용제로 작용하는, 열경화성 수지와 교차결합 작용제를 포함한 고착제를 함유하는 땜납 페이스트를 사용하고, 도 1에 도시된 바와 같은, 표면 설치 리플로 개요 조건에서, 상기한 열경화성 수지와 상기한 교차결합 작용제의 혼합물은 상기한 땜납의 융점 이상에서 겔 포인트를 가지고,
    a) 상기한 고착제가 액상인 상태에서, 금속 결합 부위와 상기한 땜납 분말의 표면으로부터 산화막을 제거하고,
    b) 상기한 고착제가 액상 형태이고 상기한 고착제가 겔 포인트에 도달하기 전에, 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 전기 소자를 상기한 전기 소자의 말단에 부합되는 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 기판을 지지하는 소자에 전기적으로 연결하기 위해서 땜납을 융해하고, 다음에
    c) 고착제 겔을 형성하고, 다음에
    d) 고착제 잔류물을 형성하여 전기적 납땜 연결을 봉합하도록 상기한 겔이 경화되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 소자를 전기적으로 연결하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 땜납 페이스트 전체 중량에 대하여, 땜납 분말의 중량비가 85% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 열경화성 수지가 에폭시드인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 열경화성 수지가 에폭시드인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 교차결합 작용제가 폴리앤하이드라이드 또는 카르복시 말단 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 교차결합 작용제가 폴리앤하이드라이드 또는 카르복시 말단 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제3항에 있어서, 교차결합 작용제가 폴리앤하이드라이드 또는 카르복시 말단 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 탄력적 고착제 잔류물을 형성하여, 다음에 상기한 고착제 잔류물에 탐침을 삽입하여 상기한 전기적 연결에 접촉시켜서 상기한 연결의 완전도를 체크한 다음, 상기한 탐침을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제3항에 있어서, 탄력적 고착제 잔류물을 형성하여, 다음에 상기한 고착제 잔류물에 탐침을 삽입하여 상기한 전기적 연결에 접촉시켜서 상기한 연결의 완전도를 체크한 다음, 상기한 탐침을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제5항에 있어서, 탄력적 고착제 잔류물을 형성하여, 다음에 상기한 고착제 잔류물에 탐침을 삽입하여 상기한 전기적 연결에 접촉시켜서 상기한 연결의 완전도를 체크한 다음, 상기한 탐침을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 탄력적 고착제 잔류물을 형성하여, 다음에 상기한 고착제 잔류물에 탐침을 삽입하여 상기한 전기적 연결에 접촉시켜서 상기한 연결의 완전도를 체크한 다음, 상기한 탐침을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 전기 소자의 말단에 부합되는 복수개의 금속 결합 부위를 가지는 기판을 지지하는 소자에 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 전기 소자를 전기적으로 연결하여 낮은 열 중량 조립 부품을 생산하는 방법에 있어서,
    (1) 20 내지 45 미크론의 입자 크기 분포를 가지고, 양적으로 땜납 페이스트 전체 중량에 대해서 약 65% 내지 95%의 중량비를 가지고, 땜납의 융점을 가지는 땜납 분말과, (2) 땜납의 융점 아래에서, 상기한 땜납의 융점까지 가열된 경우에 상기한 전기 소자와 상기한 기판을 지지하는 소자의 금속 결합 부위의 표면과 땜납 분말의 표면으로부터 산화막을 제거하는 플럭스 작용제로 작용하는, 열경화성 수지와 교차결합 작용제를 포함한 고착제를 함유하는 땜납 페이스트를 사용하고, 상기한 열경화성 수지와 상기한 교차결합 작용제의 혼합물은 상기한 땜납의 융점 이상에서 겔 포인트를 가지고, 땜납 융해물과 전기적 상호연결을 이루기에 충분한 시간을 위하여 낮은 열 중량 조립 부품을 초당 약 1℃ 내지 약 4℃의 비율로 만곡시키는 것을 포함하여, 상기한 만곡 효과 중에,
    a) 상기한 고착제가 액상인 상태에서, 금속 결합 부위와 상기한 땜납 분말의 표면으로부터 산화막을 제거하고,
    b) 상기한 고착제가 액상 형태이고 상기한 고착제가 겔 포인트에 도달하기 전에, 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 상기한 전기 소자를 상기한 전기 소자의 말단에 부합되는 복수개의 금속 결합 부위 말단을 가지는 기판을 지지하는 소자에 전기적으로 연결하기 위해서 땜납을 융해하고, 다음에
    c) 고착제 겔을 형성하고, 다음에
    d) 고착제 잔류물을 형성하여 상기한 전기적 납땜 연결을 봉합하도록 상기한 겔이 경화되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 소자를 전기적으로 연결하여 낮은 열 중량 조립 부품을 생산하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 땜납 페이스트 전체 중량에 대하여, 땜납 분말의 중량비가 85% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 열경화성 수지가 에폭시드인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 열경화성 수지가 에폭시드인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 교차결합 작용제가 폴리앤하이드라이드 또는 카르복시 말단 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 교차결합 작용제가 폴리앤하이드라이드 또는 카르복시 말단 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 교차결합 작용제가 폴리앤하이드라이드 또는 카르복시 말단 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제12항에 있어서, 탄력적 고착제 잔류물을 형성하여, 다음에 상기한 고착제 잔류물에 탐침을 삽입하여 상기한 전기적 연결에 접촉시켜서 상기한 연결의 완전도를 체크한 다음, 상기한 탐침을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 납땜 리플로 조건에서 첫 번째 전기 소자의 금속 결합 부위를 두 번째 전기 소자의 금속 결합 부위에 전기적으로 연결하고 상기한 첫 번째와 두 번째 소자 사이에 전기적 납땜을 봉하는 납땜 잔류물을 형성하는 땜납 페이스트에 있어서,
    a) 땜납 페이스트 전체 중량에 대해서 약 65% 내지 95%의 중량비이고, 땜납의 융점을 가지는 땜납 분말과,
    b) 에폭시 수지와,
    c) 상기한 땜납의 땜납 융점 아래에서 상기한 첫 번째 및 두 번째 전기 소자와 상기한 땜납 분말의 표면에서 산화막을 제거하는 플럭스 작용제로 또한 작용하는 상기한 수지용 교차결합 작용제와, 그리고
    d) 분당 10℃의 만곡비에서 DSC를 사용하여 측정된 바와 같은, 촉매와, 에폭시 수지와, 그리고 교차 결합 작용제의 상기한 혼합물의 피크 발열이 땜납의 융점 이상이 되어, 상기한 교차 결합 에폭시 수지의 겔 포인트가 땜납의 융해 이후에 도달되게 하는, 상기한 에폭시 수지와 상기한 교차결합 작용제의 교차결합을 촉진하는 촉매를 함유하는 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트.
  21. 제20항에 있어서, 촉매가 주석 옥토에이트인 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트.
  22. 제21항에 있어서, 교차결합 작용제가 폴리앤하이드라이드인 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트.
  23. 제20항에 있어서, 납땜 잔류물이 탄력적이어서, 탐침이 상기한 납땜 잔류물을 관통하여 상기한 고착제 잔류물에 의해 봉합된 납땜 연결에 접근될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트.
  24. 제23항에 있어서, 리플로 납땜 이후에 납땜 잔류물에 탄력성을 제공하는 비활성 탄력제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트.
  25. 제23항에 있어서, 에폭시 기능 부위를 포함하고, 리플로 납땜 이후에, 교차결합 에폭시 수지의 뼈대에 결합되는 활성 탄력제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트.
  26. 고착제가 열경화성 수지와, 플럭스로 작용하는 교차결합 작용제와 선택적으로 교차결합 촉매를 함유하는 표면 설치 리플로 개요에 따라서 봉합된 전기적 상호연결의 형성에 유용한 땜납 페이스트의 고착제 성분의 성분을 선택하는 방법에 있어서,
    a) 땜납 분말 성분의 융점을 확인하고,
    b) 고착제를 땜납의 융점을 초과한 온도로 가열하고,
    c) 가열 단계 b)에서 고착제의 발열 활동도를 측정하고, 그리고
    d) 피크 발열 활동도가 발생하는 온도를 확인하고, 그리고
    e) 상기한 땜납 페이스트의 고착제로서 땜납의 융점 이상에서 피크 발열 활동도를 나타내는 고착제를 선택하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트의 고착제 성분의 성분을 선택하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 발열 활동의 개시가 확인되고 고착제 선택의 기준이 또한 땜납의 융점 아래 40℃ 이하의 온도에서 열반응의 개시를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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