KR20070110908A - 솔더 회로 기판의 제조방법 - Google Patents

솔더 회로 기판의 제조방법 Download PDF

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KR20070110908A
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타카시 소지
타케카즈 사카이
테츠오 쿠보타
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 인쇄 배선판 상에 형성된 도전성 회로 전극의 표면에 점착성을 부여하여 점착성-부여 부분을 형성하고, 상기 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키고, 상기 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시킴으로써 솔더 회로를 형성하는 단계를 포함하는 솔더 회로 기판의 제조방법에 관한 것이다. 상기 솔더 분말은 용기에 위치된다. 표면에 점착성이 부여된 전극을 갖는 인쇄 배선판은 용기에 위치된다. 상기 용기를 기울여서 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시킨다.
솔더 회로 기판

Description

솔더 회로 기판의 제조방법{PRODUCTION METHOD OF SOLDER CIRCUIT BOARD}
(관련출원의 상호참조)
본 출원은 35 U.S.C. §111(b)에 따라 2005년 4월 6일에 출원된 미국 가출원 제60/668,611호 및 2005년 3월 29일에 출원된 일본특허출원 제2005-094622호의 출원일의 35 U.S.C. §119(e)(1)에 따른 이익을 주장하는 35 U.S.C. §111(a)의 규정하에 출원된 출원이다.
본 발명은 솔더 회로 기판의 제조방법에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 인쇄 배선판 상에 형성된 도전성 회로 마이크로 전극에 솔더층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근, 플라스틱 기판, 세라믹 기판 또는 그 위에 플라스틱 등으로 형성된 코팅층을 갖는 도포된 금속 기판 등의 절연 기판 상에 회로 패턴이 형성된 인쇄 배선판이 개발되었다. 이러한 인쇄 배선판으로부터의 전자회로의 형성은 통상적으로 회로 패턴 상에 IC소자, 반도체칩, 저항기 및 콘덴서 등의 전자부품을 납땜하는 기술을 사용한다.
이러한 기술을 사용하는 경우, 전자부품의 리드단자를 회로 패턴의 소정의 부분에 접합시키는 공정은 통상적으로 하기와 같이 진행된다: 기판 상에 형성된 도 전성 회로 전극의 표면에 미리 솔더 박층을 형성하고; 솔더 페이스트 또는 플럭스를 인쇄를 통해 도포하고; 목적한 전자부품을 배치 및 배열하고; 또한 솔더 박층, 또는 솔더 박층과 솔더 페이스트 모두를 리플로우한다.
최근 전자제품의 소형화의 추세에 있어서, 솔더 회로 기판의 미세 피치 패터닝에 대한 요구가 생기고 있다. 이러한 솔더 회로 기판 상에, 0.3mm 피치 QFP(Quad Flat Package)형 LSI와 CSP(Chip Size Package) 및 0.15mm 피치 FC(Flip Chip) 등의 미세 피치 부품이 설치된다. 따라서, 솔더 회로 기판은 미세 피치 설치를 가능하게 하는 정밀한 솔더 회로 패턴을 가질 것이 요구된다.
인쇄 배선판에 솔더 필름을 사용하여 솔더 회로를 형성하는 경우, 도금, 핫 에어 레벨러(HAL)법 또는 솔더 분말 페이스트의 인쇄 및 리플로우의 조합 등의 방법을 사용한다. 그러나, 도금은 두꺼운 솔더층을 형성하기 어렵다는 단점이 있고, HAL법 및 솔더 페이스트의 인쇄는 미세 피치 패턴의 제조가 곤란하게 된다.
상술한 결함을 극복하기 위해서, 회로 패턴의 배치 등의 번거로운 조작을 필요로 하지 않고 솔더 회로를 형성하는 방법이 개시되었다(예를 들면, 일본특허공개 평7-7244호 공보 참조). 이 방법에서는, 인쇄 배선판 상에 형성된 도전성 회로 전극의 표면을 점착성-부여 화합물과 반응시켜서 표면에 점착성을 부여하고, 이렇게 하여 형성된 점착부에 솔더 분말을 부착시키고, 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시켜서 솔더 회로를 형성한다.
일본특허공개 평7-7244호 공보에 개시된 방법을 사용하면 간단한 조작으로 정밀한 솔더 회로 패턴을 형성하여, 높은 신뢰성을 지닌 회로 기판을 제공할 수 있 다. 그러나, 이 방법은 건조 조건하에서 솔더 분말을 회로 기판에 부착시키는 것을 포함하므로, 정전기에 의해 솔더 분말이 원하지 않는 부분에 부착되거나 비산할 수 있어, 미세 피치 회로 기판의 형성을 방해하고, 또한 솔더 분말을 효과적으로 사용할 수 없어 문제가 된다. 이들 문제점은 특히 솔더 마이크로 분말을 사용하는 경우에 더욱 불리하다.
상술한 문제를 해결하기 위한 시도에 있어서, 본 발명의 목적은 인쇄 배선판 상에 형성된 도전성 회로 전극의 표면을 점착성-부여 화합물과 반응켜서서 표면에 점착성을 부여하고, 이렇게 하여 형성된 점착부에 솔더 분말을 부착시키고, 또한 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시켜서 솔더 회로를 형성하는, 일본특허공개 평7-7244호 공보에 개시된 솔더 회로 기판의 제조방법을 기초로 하여, 더욱 정밀한 회로 패턴을 실현할 수 있는 솔더 회로 기판의 제조방법을 제공하는 것이다. 다른 목적은 정밀한 회로 패턴 및 높은 신뢰성을 갖는 솔더 회로 기판을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 높은 신뢰성 및 고밀도 설치를 실현하는 전자부품이 설치된 전자회로 소자를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상술한 문제를 해결하기 위해서 예의 연구를 행하여, 본 발명을 완성하였다. 따라서, 본 발명자들은 하기 기술을 개발하여, 상기 문제를 해결하였다.
본 발명은 인쇄 배선판 상에 형성된 도전성 회로 전극의 표면에 점착성을 부여하여 점착성-부여 부분을 형성하는 단계, 상기 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키는 단계, 및 상기 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시켜서 솔더 회로를 형성하는 단계를 포함하는 솔더 회로 기판의 제조방법으로서, 상기 솔더 분말을 용기 내에 넣고, 표면에 점착성이 부여된 전극을 갖는 인쇄 배선판을 상기 용기 내에 넣고, 또한 상기 용기를 기울여서 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키는 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서, 용기를 좌우로 기울여서 솔더 분말을 인쇄 배선판의 양쪽 표면에 접촉시킴으로써 솔더 분말을 점착성-부여 부분에 부착시킨다.
또한, 본 발명은 인쇄 배선판 상에 형성된 도전성 회로 전극의 표면에 점착성을 부여하여 점착성 부여-부분을 형성하는 단계, 상기 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키는 단계, 및 상기 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시킴으로써 솔더 회로를 형성하는 단계를 포함하는 솔더 회로 기판의 제조방법으로서, 상기 솔더 분말을 용기 내에 넣고, 표면에 점착성이 부여된 전극을 갖는 인쇄 배선판을 상기 용기 내에 넣고, 또한 상기 용기를 진동시켜서 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키는 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법을 제공한다.
상술한 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서, 상기 용기를 진동시켜서 솔더 분말을 인쇄 배선판의 양쪽 표면에 접촉시킴으로써 솔더 분말을 점착성-부여 부분에 부착시킨다.
상기 솔더 회로 기판의 제조방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 용기는 밀봉가능한 용기이다.
상기 솔더 회로 기판의 제조방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 솔더 분말은 용기에서 액체에 분산되어 있다.
상기 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서, 상기 액체는 탈산소 액체이다.
상기 솔더 회로 기판의 제조방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 솔더 분말 부착 장치를 사용한다; 상기 장치는 솔더 분말 및 인쇄 배선판을 수용하는 용기, 용기 내에 인쇄 배선판을 도입하는 투입구, 용기에 배선판을 도입하는 동안 용기를 기울여서 배선판과 솔더 분말 사이의 접촉을 방지하는 기구, 및 밀봉 또는 밀봉하지 않은 상태에서 용기를 기울이거나 진동시키는 기구를 포함하고; 상기 솔더 분말 부착 장치에는 인쇄 배선판이 직립 형태로 고정되어 소정 간격을 두고 서로 평행하게 배열되어 있고, 또한 용기를 기울여서 솔더 분말과 배선판 사이의 접촉을 방지하고, 용기의 기울임을 반전시켜서 솔더 분말을 배선판과 접촉시키고, 용기를 기울이거나 진동시킨다.
또한, 본 발명은 상기 방법 중 어느 하나로 제조된 솔더 회로 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 인쇄 회로 기판에 상기 방법 중 어느 하나로 제조된 솔더 회로 기판을 조합시켜서 제조된 전자회로 소자를 제공한다.
더욱이, 본 발명은 솔더 분말 및 인쇄 배선판을 수용하는 용기, 이 용기에 인쇄 배선판을 수평방향으로 도입하는 투입구, 용기에 배선판을 도입하는 동안 용기를 기울여서 배선판과 솔더 분말 사이의 접촉을 방지하는 기구, 및 밀봉 또는 밀봉하지 않은 상태에서 용기를 기울이거나 진동시키는 기구를 포함하는, 상기 방법 중 어느 하나에 사용하기 위한 솔더 분말 부착 장치를 제공한다.
본 발명의 솔더 회로 기판 제조방법에 따르면, 간단한 조작으로 정밀한 솔더 회로 패턴을 형성할 수 있다. 특히, 정밀한 회로 패턴에서도 솔더 금속에 의해 초래될 수 있는 인접한 트레이스 사이에 단락을 효과적으로 방지할 수 있고, 이것에 의해 솔더 회로 기판의 신뢰성이 현저히 향상된다. 또한, 본 발명의 솔더 회로 기판의 제조방법은 전자부품이 설치된 소형, 고신뢰성 회로 기판 뿐만 아니라, 우수한 특성의 전자기기를 제공할 수 있다.
상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부하는 도면을 참조하여 이하에 나타낸 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 실시예 1에서 사용한 솔더 분말 부착 장치의 기울일 수 있는 용기의 단면이다.
본 발명에 따라 제조된 인쇄 배선판의 예로는 플라스틱 기판, 플라스틱 필름 기판, 유리천 기판, 에폭시-함침 종이 기판 또는 세라믹 기판에 적층된 금속판을 갖는 기판; 및 플라스틱 또는 세라믹 재료로 코팅된 금속 기재를 갖고, 금속 등의 도전성 물질을 사용하여 회로 패턴이 형성된 절연 기판이 열거된다. 패턴이 형성된 절연 기판의 구체예로는 단면 인쇄 배선판, 양면 인쇄 배선판, 다층 인쇄 배선판 및 플렉시블 인쇄 배선판 등이 열거된다. 본 발명은 IC 기판, 콘덴서, 저항기, 코일, 배리스터, 베어칩 및 웨이퍼에도 적용할 수 있다.
본 발명의 솔더 회로 기판의 제조방법에 따르면, 예를 들면 상술한 인쇄 배선판이 형성된 도전성 회로 전극의 표면을 점착성-부여 화합물과 반응시켜서 전극 표면에 점착성을 부여하고; 상기 점착부에 솔더 분말을 부착시키고; 또한 상기 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시켜서 솔더 회로를 형성한다.
회로를 형성하기 위해 본 발명에 사용되는 도전성 물질에는 특별한 제한을 부여하지 않고, 후술하는 점착성-부여 물질로부터 표면 점착성을 부여할 수 있는 물질이면 어느 도전성 물질을 사용해도 좋다. 일반적으로 구리가 사용된다. 도전성 물질의 예로는 Ni, Sn, Ni-Au 및 솔더 합금이 열거된다.
본 발명에 바람직하게 사용되는 점착성-부여 화합물의 예로는 나프토트리아졸 유도체, 벤조트리아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 메르캅토벤조티아졸 유도체 및 벤조티아졸-티오지방산이 열거된다. 이들 점착성-부여 화합물은 특히 구리에 대하여 효과적이다. 그러나, 이들은 다른 도전성 물질에 점착성을 부여할 수 있다.
본 발명에 있어서, 벤조트리아졸 유도체는 일반식(1)으로 표시된다:
Figure 112007072110798-PCT00001
(여기서, R1~R4는 각각 수소원자, C1~C16, 바람직하게는 C5~C16의 알킬 또는 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH기를 나타낸다).
나프토트리아졸 유도체는 일반식(2)으로 표시된다:
Figure 112007072110798-PCT00002
(여기서 R5~R10은 각각 수소원자, C1~C16, 바람직하게는 C5~C16의 알킬 또는 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH기를 나타낸다).
이미다졸 유도체는 일반식(3)으로 표시된다:
Figure 112007072110798-PCT00003
(여기서 R11~R12은 각각 수소원자, C1~C16, 바람직하게는 C5~C16의 알킬 또는 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH기를 나타낸다).
벤즈이미다졸 유도체는 일반식(4)으로 표시된다:
Figure 112007072110798-PCT00004
(여기서 R13~R17은 각각 수소원자, C1~C16, 바람직하게는 C5~C16의 알킬 또는 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH기를 나타낸다).
메르캅토벤조티아졸 유도체는 일반식(5)으로 표시된다:
Figure 112007072110798-PCT00005
(여기서 R18~R21은 각각 수소원자, C1~C16, 바람직하게는 C5~C16의 알킬 또는 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH기를 나타낸다).
벤조티아졸-티오지방산 유도체는 일반식(6)으로 표시된다:
Figure 112007072110798-PCT00006
(여기서 R22~R26은 각각 수소원자, C1~C16, 바람직하게는 C1 또는 C2의 알킬기 또는 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH기를 나타낸다).
이들 화합물 중에서, 일반식(1)으로 표시되는 벤조트리아졸 유도체는 일반적으로 R1~R4의 탄소원자수가 많을수록 더욱 강한 점착성을 부여한다.
일반식(3)으로 표시되는 이미다졸 유도체 및 일반식(4)으로 표시되는 벤즈이미다졸 유도체도 일반적으로 R11~R17의 탄소원자수가 많을수록 더욱 강한 점착성을 부여한다.
일반식(6)으로 표시되는 벤조티아졸-티오지방산에 있어서, 각 R22~R26은 탄소원자가 1개 또는 2개인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상술한 점착성-부여 화합물 중 적어도 1종을 물 또는 산 성 수용액에 용해한다. 바람직하게는, 용액을 약 3~4의 pH, 즉 약산성 조건으로 사용한다. 금속 도전성 물질을 사용하는 경우, pH를 조정하기 위한 물질의 예로는 염산, 황산, 질산 및 인산 등의 무기산이 열거된다. 또한 유기산을 사용해도 좋고, 그 구체예로는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 말산, 옥살산, 말론산, 숙신산 및 타르타르산이 열거된다. 점착성-부여 화합물 농도를 엄격히 한정하지 않고, 그 농도는 용해도 및 사용 조건에 따라서 사용시 적절히 조정해도 좋다. 바람직하게는, 사용시 취급성의 관점에서 총 점착성-부여 화합물 농도는 0.05질량%~20질량%의 범위 내이다. 농도가 상기 범위 미만이면, 점착 필름의 완전한 형성을 달성할 수 없어 성능의 관점에서 바람직하지 않다.
형성된 점착 필름의 속도 및 양의 관점에서 상기 처리는 상온보다 약간 가열된 조건하에서 행하는 것이 바람직하다. 처리 온도는 점착성-부여 화합물 농도, 금속의 종류 등에 따라서 변한다. 일반적으로, 온도는 30~60℃의 범위 내가 바람직하다. 침지 시간에 특별한 제한을 부여하지 않고, 조작 효율성의 관점에서, 상기 시간은 다른 조건을 조정하는 것을 통해 5초~5분의 범위 내가 바람직하다.
이 경우, 용액은 구리(이온 형태로)를 100~1,000ppm의 양으로 함유하는 것이 점착 필름 형성의 효율성(예를 들면, 형성속도 또는 형성량)이 향상되므로 바람직하다.
바람직한 방식에서, 납땜할 필요가 없는, 처리할 인쇄 배선판의 도전성 회로의 부분을 레지스트 또는 유사한 재료로 코팅하여 회로 패턴만을 노출한다. 그 다음, 노출 부분을 점착성-부여 화합물 용액으로 처리한다.
점착 도전성 회로 표면을 실현하기 위해서, 상술한 점착성-부여 화합물 용액에 인쇄 배선판을 침지하거나 또는 그 용액을 인쇄 배선판에 도포한다.
본 발명에 따르면, 솔더 분말을 용기에 넣고, 이 용기에 인쇄 배선판을 넣고, 상기 용기를 기울여서 배선판의 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시킨다. 용기 내에 솔더 분말을 넣는 것을 통해, 솔더 분말의 비산을 방지할 수 있다. 또한, 용기를 기울이는 것을 통해 솔더 분말을 배산판에 부착시키고, 부착된 솔더 분말의 이탈을 방지한다. 이렇게 하여, 솔더 분말의 안정한 부착이 달성된다.
본 발명의 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서, 용기 내에 수용된 인쇄 배선판을 지그 또는 유사한 장치를 사용하여 비접촉 상태로 배치하여, 솔더 분말을 인쇄 배선판의 양쪽 표면에 부착시킬 수 있다.
본 발명의 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서, 솔더 분말을 용기 내에 넣고, 용기 내에 인쇄 배선판을 넣고, 또한 용기를 진동시켜서 솔더 분말을 배선판의 점착성-부여 부분에 부착시킨다. 상기 과정을 사용하는 것을 통해, 솔더 분말의 비산을 방지할 수 있다.
본 발명의 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서, 용기 내에 수용된 인쇄 배선판을 지그 또는 유사한 장치를 사용하여 비접촉 상태로 배치함으로써 솔더 분말을 인쇄 배선판의 양쪽 표면에 부착시킬 수 있다. 다른 방법에 있어서는, 인쇄 배선판을 용기를 기울이는 동안 인쇄 배선판을 솔더 분말층 또는 솔더 현탁액의 흐름 방향을 따라 직립 형태로 고정한 채로 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 배열한다.
본 발명의 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서, 상기 용기는 밀봉가능한 용기가 바람직하다. 상기 용기를 사용하는 것을 통해, 솔더 분말의 비산을 더욱 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 점착성-부여 솔더 회로 기판으로의 솔더 분말의 부착은 액체 중에서 행하는 것이 바람직하다. 액체 중에서 솔더 분말의 부착을 행하는 것을 통해, 솔더 분말이 정전기에 의해 비점착부에 부착되고 솔더 분말이 정전기에 의해 응집하는 것을 방지할 수 있다. 이렇게 하여, 미세 피치 회로 기판 및 솔더 미세분말을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 액체 중에서의 솔더 분말의 부착은 솔더 분말을 액체 흐름 중에서 유동시켜서 행하는 것이 바람직하다.
액체 중에 존재하는 솔더 분말을 기울여서 부착하는 경우, 상기 액체 중의 솔더 분말 함유량은 0.5~10체적%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3~8체적%이다.
본 발명에 있어서, 솔더 분말의 부착은 물에서 행하는 것이 바람직하다. 액체에 의한 솔더 분말의 산화를 방지하기 위해서, 탈산소 액체 또는 방식제를 함유하는 액체를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 솔더 회로 기판의 제조방법에 사용되는 솔더 분말 부착 장치는, 솔더 분말 및 인쇄 배선판을 수용하는 용기; 인쇄 배선판을 수평방향으로 도입하는 투입구; 상기 배선판을 용기로 도입하는 동안 용기를 기울이는 것을 통해 배선판과 솔더 분말 사이의 접촉을 방지하는 기구; 및 밀봉 또는 밀봉하지 않은 상태로 용기 를 기울이거나 또는 진동시키는 기구를 포함한다. 배선판을 용기로 도입하는 동안 용기를 기울이는 것을 통해 배선판과 솔더 분말 사이의 접촉을 방지하고, 배선판을 용기에 넣는 동안 지그와 배선판 사이의 공간이 플러깅 되는 것이 방지되므로, 배선판의 안정한 배치를 행할 수 있다.
본 발명의 처리 방법은 상술한 솔더-예비코팅 회로 기판 뿐만 아니라, BGA(ball grid array) 결합, CSP(chip size package) 결합 등을 위한 범프를 갖는 다른 회로 기판에도 적용할 수 있다. 말할 필요도 없이, 이들 회로 기판은 본 발명의 솔더 회로 기판의 범위에 포함된다.
본 발명의 솔더 회로 기판의 제조방법에 사용되는 솔더 분말의 금속조성의 예로는 Sn-Pb계, Sn-Pb-Ag계, Sn-Pb-Bi계, Sn-Pb-Bi-Ag계, 및 Sn-Pb-Cd계 금속이 열거된다. 최근 산업 폐기물의 무연(Pb-free)의 관점에서, 바람직한 솔더 조성의 예로는 Sn-In계, Sn-Bi계, In-Ag계, In-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Ag계, Sn-Cu계, Sn-Sb계, Sn-Au계, Sn-Bi-Ag-Cu계, Sn-Ge계, Sn-Bi-Cu계, Sn-Cu-Sb-Ag계, Sn-Ag-Zn계, Sn-Cu-Ag계, Sn-Bi-Sb계, Sn-Bi-Sb-Zn계, Sn-Bi-Cu-Zn계, Sn-Ag-Sb계, Sn-Ag-Sb-Zn계, Sn-Ag-Cu-Zn계 및 Sn-Zn-Bi계 금속 등의 무연 재료가 열거된다.
상기 조성의 구체예로는 대표예로서 Sn(63질량%)와 Pb(37질량%)의 공정 솔더(이하 63Sn/37Pb이라고 약칭함), 및 62Sn/36Pb/2Ag, 62.6Sn/37Pb/0.4Ag, 60Sn/40Pb, 50Sn/50Pb, 30Sn/70Pb, 25Sn/75Pb, 10Sn/88Pb/2Ag, 46Sn/8Bi/46Pb, 57Sn/3Bi/40Pb, 42Sn/42Pb/14Bi/2Ag, 45Sn/40Pb/15Bi, 50Sn/32Pb/18Cd, 48Sn/52In, 43Sn/57Bi, 97In/3Ag, 58Sn/42In, 95In/5Bi, 60Sn/40Bi, 91Sn/9Zn, 96.5Sn/3.5Ag, 99.3Sn/0.7Cu, 95Sn/5Sb, 20Sn/80Au, 90Sn/10Ag, 90Sn/7.5Bi/2Ag/0.5Cu, 97Sn/3Cu, 99Sn/1Ge, 92Sn/7.5Bi/0.5Cu, 97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag, 95.5Sn/3.5Ag/1Zn, 95.5Sn/4Cu/0.5Ag, 52Sn/45Bi/3Sb, 51Sn/45Bi/3Sb/1Zn, 85Sn/10Bi/5Sb, 84Sn/10Bi/5Sb/1Zn, 88.2Sn/10Bi/0.8Cu/1Zn, 89Sn/4Ag/7Sb, 88Sn/4Ag/7Sb/1Zn, 98Sn/1Ag/1Sb, 97Sn/1Ag/1Sb/1Zn, 91.2Sn/2Ag/0.8Cu/6Zn, 89Sn/8Zn/3Bi, 86Sn/8Zn/6Bi, 89.1Sn/2Ag/0.9Cu/8Zn가 열거된다. 본 발명에 있어서, 다른 조성을 갖는 솔더 분말을 2종 이상 조합하여 사용해도 좋다.
그 밖의 것 중에서도 무연 솔더, 특히 바람직하게는 Sn-Zn 및 Sn-Zn-Bi로부터 선택되는 솔더 합금을 사용하여 본 발명의 솔더 회로 기판을 제조하는 경우, 리플로우 온도는 Sn-Pb계 솔더를 사용하는 경우의 리플로우 온도와 거의 동등한 수준까지 내릴 수 있다. 그러므로, 설치된 부품은 수명이 길어지고, 다양한 부품을 설치할 수 있다.
솔더 분말의 입경을 변경하는 것을 통해 솔더 필름의 두께를 조정할 수 있다. 그러므로, 솔더 분말의 입경은 형성되는 솔더 코팅층의 두께에 따라서 결정된다. 예를 들면, 일본공업규격(JIS)에 의해 규정된 분류를 기준으로, 63~22㎛, 45~22㎛ 및 38~22㎛의 입경을 갖는 분말, 및 크기가 80㎛ 이상인 볼(ball) 중에서 솔더 분말 입자를 선택한다. 일반적으로, 본 발명의 솔더 분말의 평균 입경은 표준 시브 및 발란스를 사용하는 JIS에 의해 규정된 방법을 통해 결정해도 좋다. 또는, 현미경 화상 해석, 일렉트로존(electrozone)법 또는 콜터 카운터(Coulter counter)를 사용하는 방법을 사용해도 좋다. 콜터 카운터의 원리는 "Powder Technology Handbook"(The Society of Powder Technology Japan 편, 2판, p.19~p.20)에 소개되어 있다. 구체적으로, 분말이 분산되어 있는 용액을 분리벽이 설치되어 있는 미세 구멍을 통해 통과키고, 미세 구멍의 양측 사이의 전기적 저항 차이를 측정하여, 분말의 입경을 측정한다. 특정 입경을 갖는 입자의 비율을 높은 재현성으로 측정할 수 있다. 본 발명의 솔더 분말의 평균 입경은 상기 방법을 통해서 측정해도 좋다.
본 발명에 따라 제조한 솔더 회로 기판은 전자부품을 위치시키는 단계 및 솔더를 리플로우하여 전자부품을 결합하는 단계를 포함하는 설치방법에 적절히 채택된다. 예를 들면, 본 발명에 따라 제조한 솔더 회로 기판의 전자부품이 결합될 부분에 스크린 인쇄 또는 유사한 기술을 통해 솔더 페이스트를 도포하고; 전자부품을 위치시키고; 또한 회로 기판을 가열하여 솔더 페이스트에 함유되어 있는 솔더 분말을 용융 및 고형화하여, 전자부품을 회로 기판에 결합한다.
솔더 회로 기판으로의 전자부품의 결합(설치)은, 예를 들면 표면 설치 기술(SMT)을 통해 행할 수 있다. 이 설치 기술에 있어서, 본 발명의 방법 또는 솔더 페이스트의 인쇄를 통해 솔더 회로 기판을 형성한다. 예를 들면, 솔더 페이스트를 회로 패턴의 소망하는 부분에 도포한다. 이어서, 본 발명의 방법을 통해 솔더-부착 또는 리플로우된 칩 소자 및 QFP 등의 전자부품을 회로 패턴의 솔더 페이스트 부분에 위치시킨 다음, 리플로우 열원을 사용하여 모든 전자부품을 솔더-결합한다. 이 기술에서 사용되는 리플로우 열원의 예로는 열풍 화로, IR 화로, 증기응축 납땜 장치 및 광빔 납땜 장치가 열거된다.
본 발명에 있어서, 리플로우 공정은 솔더 합금 조성에 따른 조건하에서 행한 다. 91Sn/9Zn, 89Sn/8Zn/3Bi 또는 86Sn/8Zn/6Bi 등의 Sn-Zn계 합금을 사용하는 경우, 예비 가열 및 리플로우의 2단계를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예비 가열은 130~180℃, 바람직하게는 130~150℃에서 60~120초, 바람직하게는 60~90초 동안 행한다. 리플로우는 210~230℃, 바람직하게는 210~220℃에서 30~60초, 바람직하게는 30~40초 동안 행한다. 다른 합금을 사용하는 경우, 리플로우 온도는 사용하는 합금의 용융점보다 +20~+50℃ 높고, 바람직하게는 용융점보다 +20~+30℃ 높고, 상기 규정한 것과 동일한 예비 가열 온도, 가열 시간 및 리플로우 시간을 사용해도 좋다.
상술한 리플로우 공정은 질소 또는 공기 중에서 행할 수 있다. 리플로우를 질소하에서 행하는 경우, 질소 분위기는 산소 함유량이 5체적% 이하, 바람직하게는 0.5체적% 이하이다. 이러한 조건 하에서, 공기중에서의 리플로우에 비하여 솔더 회로에 대한 솔더의 젖음성이 향상되고, 솔더 볼이 적게 발생되어, 신뢰할 수 있는 처리를 확보한다.
이어서, 솔더 회로 기판을 냉각하여 표면 설치를 완료한다. 표면 설치를 통해 전자부품이 결합된 제품의 제조방법에 있어서, 부품 결합은 인쇄 배선판의 반대 표면에 행해도 좋다. 본 발명의 전자부품 설치방법에 사용되는 전자부품에 특별한 제한을 부여하지 않고, 구체예로는 LSI, 저항기, 콘덴서, 트랜스듀서, 인덕터, 필터, 발진기 및 진동기가 열거된다.
다음에, 본 발명을 실시예를 참조하여 상세히 설명하지만, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1:
최소 전극 간격이 50㎛인 인쇄 배선판을 제조했다. 배선판의 도전성 회로를 구리로 형성했다.
일반식(3)으로 표시되고, R12 알킬기가 C11H23이고 R11이 수소원자인 이미다졸 화합물을 2질량% 수용액의 형태로 사용하였고, 이 용액의 pH를 아세트산으로 약 4로 조정했다. 이렇게 하여 제조한 점착성-부여 화합물 수용액을 40℃로 가열했다. 염산 수용액으로 처리한 상기 인쇄 배선판을 점착성-부여 화합물 용액에 3분간 침지하여, 구리 회로 상에 점착 물질을 형성했다.
이어서, 도 1에 나타낸 바와 같이 인쇄 배선판을 솔더 분말 부착 장치에 놓았다. 이 장치는 인쇄 배선판을 수평 방향으로 도입하는 투입구를 갖는 용기(내부 치수: 250mm×120mm×120mm)를 포함한다. 이 용기에, 96.5Sn/3.5Ag의 솔더 분말(약 400g)(MicroTrack을 사용하여 측정한 평균 입경: 약 20㎛)을 도입하여, 솔더 분말 부착 장치를 기울여서 솔더 분말과 배선판 사이의 접촉을 방지했다. 솔더 분말 부착 장치에 배선판을 위치시킨 다음, 그 용기를 10초간 좌우로 30°의 각도로 기울여서, 인쇄 배선판 상에 솔더 분말을 부착했다. 기울임의 1회 사이클은 5초로 하였다.
상기 장치로부터 인쇄 배선판을 꺼내고, 순수로 가볍게 세정한 후, 인쇄 배선판을 건조시켰다.
이 인쇄 배선판을 240℃의 오븐에 넣어 솔더 분말을 용융함으로써, 96.5San/3.5Ag의 솔더 박층을 구리 회로의 노출부에 약 20㎛의 두께로 형성했다. 솔더 회로에 도체 브리지 등은 형성되지 않았다.
실시예 2:
실시예 1에서 사용한 분말 부착 장치에, 96.5Sn/3.5Ag로 형성되고 평균 입경이 80㎛인 솔더 볼(400g) 및 순수(산소 함유량: 1ppm 이하)(1.2ℓ)를 첨가했다. 전극 직경이 100㎛인 인쇄 배선판을 상기 장치의 용기에 도입하고, 그 용기를 30°의 각도로 좌우로 기울여서, 인쇄 배선판에 솔더 분말을 부착시켰다.
이어서, 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 처리로 솔더 범프를 형성하여, 96.5Sn/3.5Ag의 솔더 범프를 구리 회로의 노출부에 약 50㎛의 두께로 형성했다.
기판의 금속 노출부의 표면에 점착성을 부여하고; 상기 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착하고; 또한 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시켜 솔더 회로를 형성하는 단계를 포함하는 전자회로 기판의 제조방법에 있어서, 정밀한 회로 패턴에 있어서도 솔더 금속에 의해 유발될 수 있는 인접한 트레이스 사이의 단락을 효과적으로 방지할 수 있어, 제조된 솔더 회로 기판의 신뢰도가 현저히 향상된다. 그 결과, 정밀한 회로 패턴을 갖고 신뢰도가 현저히 향상된 전자부품이 설치된 소형, 고신뢰도의 회로 기판을 실현할 수 있다. 이렇게 하여, 본 발명은 전자회로 기판, 고밀도 설치를 실현하는 회로 기판이 설치된 고신뢰도의 전자부품이 장착된 회로 기판, 및 우수한 특성의 전자기기를 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 인쇄 배선판 상에 형성된 도전성 회로 전극의 표면에 점착성을 부여하여 점착성-부여 부분을 형성하는 단계;
    상기 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키는 단계; 및
    상기 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시켜서 솔더 회로를 형성하는 단계를 포함하는 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서:
    상기 솔더 분말을 용기 내에 넣고, 표면에 점착성이 부여된 전극을 갖는 인쇄 배선판을 상기 용기 내에 넣고, 또한 상기 용기를 기울여서 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키는 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용기를 좌우로 기울여서 솔더 분말을 인쇄 배선판의 양쪽 표면에 접촉시킴으로써 솔더 분말을 점착성-부여 부분에 부착시키는 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법.
  3. 인쇄 배선판 상에 형성된 도전성 회로 전극의 표면에 점착성을 부여하여 점착성 부여-부분을 형성하는 단계;
    상기 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키는 단계; 및
    상기 인쇄 배선판을 가열하여 솔더를 용융시킴으로써 솔더 회로를 형성하는 단계를 포함하는 솔더 회로 기판의 제조방법에 있어서:
    상기 솔더 분말을 용기 내에 넣고, 표면에 점착성이 부여된 전극을 갖는 인쇄 배선판을 상기 용기 내에 넣고, 또한 상기 용기를 진동시켜서 점착성-부여 부분에 솔더 분말을 부착시키는 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 용기를 진동시켜서 솔더 분말을 인쇄 배선판의 양쪽 표면에 접촉시킴으로써 솔더 분말을 점착성-부여 부분에 부착시키는 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기는 밀봉가능한 용기인 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 솔더 분말은 용기 내에서 액체 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 액체는 탈산소 액체인 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 솔더 분말 및 인쇄 배선판을 수용하는 용기, 상기 용기에 인쇄 배선판을 도입하는 투입구, 상기 용기에 배선판을 도입하는 동안 용기를 기울여서 배선판과 솔더 분말 사이의 접촉 을 방지하는 기구, 및 밀봉 또는 밀봉하지 않은 상태에서 용기를 기울이거나 진동시키는 기구를 포함하는 솔더 분말 장치를 사용하고; 상기 솔더 분말 부착 장치에는 상기 인쇄 배선판이 직립 형태로 고정되어 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 배열되어 있고, 상기 용기를 기울여서 솔더 분말과 배선판 사이의 접촉을 방지하고, 상기 용기의 기울임을 반전시켜서 상기 솔더 분말을 상기 배선판과 접촉시키고, 또한 용기를 기울이거나 진동시키는 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판의 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 솔더 회로 기판.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 솔더 회로 기판을 인쇄 회로 기판에 조합하여 제조된 것을 특징으로 하는 전자회로 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 사용하는 솔더 분말 부착 장치로서:
    솔더 분말 및 인쇄 배선판을 수용하는 용기;
    상기 용기에 상기 인쇄 배선판을 수평방향으로 도입하는 투입구;
    상기 용기에 상기 배선판을 도입하는 동안 상기 용기를 기울여서 배선판과 솔더 분말 사이의 접촉을 방지하는 기구; 및
    밀봉 또는 밀봉하지 않은 상태에서 상기 용기를 기울이거나 진동시키는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 분말 부착 장치.
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