KR20080043371A - 전자 회로 기판으로의 땜납 분말의 부착 방법 및 납땜 전자회로 기판 - Google Patents

Abstract

땜납 분말의 부착 방법은 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하는 단계, 및 상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착을 유도하는 단계를 포함한다. 납땜 전자 회로 기판의 제조 방법은 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하는 단계; 상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착을 유도하고, 상기 부착된 땜납 분말을 열용융시켜 회로를 형성하는 단계를 포함한다. 땜납 분말의 부착 방법은 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하는 단계, 상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착을 유도하는 단계, 및 그 결과로 형성된 전자 회로 기판에서 땜납 분말의 부착이 결여된 부분이 발생할 시에, 상기 부분에 땜납 분말 슬러리를 공급하여 땜납 분말의 부착이 유도되는 단계를 포함한다.

땜납 분말 부착 방법, 전자 회로 기판, 납땜 전자 회로 기판

Description

전자 회로 기판으로의 땜납 분말의 부착 방법 및 납땜 전자 회로 기판{METHOD FOR ATTACHMENT OF SOLDER POWDER TO ELECTRONIC CIRCUIT BOARD AND SOLDERED ELECTRONIC CIRCUIT BOARD}

본 발명은 전자 회로 기판의 노출된 미세 금속 표면(인쇄 배선판 포함)에만 땜납 분말을 제한적으로 부착시키는 방법, 상기 전자 회로 기판 상에 전자 부품을 장착시키기 위한 목적으로 상기 땜납 분말을 용융시키고 상기 노출된 금속 표면 상에 땜납층을 형성하는 방법, 및 땜납 프리코트가 형성된 전자 회로 기판에 관한 것이다.

최근, 플라스틱 기판(막 포함 가능), 세라믹 기판 또는 플라스틱 재료로 코팅된 금속 기판 등의 절연성 기판 상에 형성된 전자 회로 패턴을 갖는 전자 회로 기판 등의 전자 회로 기판이 개발되고 있고, 배전면 상에 IC 장치, 반도체 칩, 레지스터 및 캐패시터 등의 전자 부품을 납땜함으로써 전자 회로를 구성하는 방법이 널리 채용되고 있다.

이러한 경우, 주어진 회로 패턴의 소정 부분에 전자 부품의 리드 단자를 결합시키기 위한 목적은 일반적으로 전자 회로 기판 상에 노출된 도전성 회로 전극(금속) 표면 상에 미리 형성된 땜납 프리코트를 갖고, 그 위에 땜납 페이스트 또는 플럭스를 인쇄하고, 소정의 전자 부품의 위치를 설정하고, 이어서, 상기 땜납 프리코트가 단독으로 또는 상기 땜납 페이스트와 결합하여 리플로우되어 관련 성분을 납땜함으로써 이루어진다.

최근, 소형화에 대한 전자 제품의 경향은 상기 전자 회로에 미세 피치가 사용되도록 촉구하고 있다. 미세 피치의 일부, 예를 들면, QFP(Quad Flat Package)형 LSI 및 0.3mm 피치를 사용하는 CSP(Chip Size Package), 0.15mm 피치를 사용하는 FC(Flip Chip), MCM(Multi Chip Module), SiP(System in Package), PoP(Package on Package) 및 3DP(3 Dimensional Package) 등이 작은 면적에 많이 장착된다. 따라서, 상기 전자 회로 기판은 이러한 미세 피치에 대응한 미세한 땜납 회로 패턴을 갖도록 요구된다.

상기 전자 회로 기판 상에 상기 땜납 프리코트를 형성하기 위하여, 플레이팅 방법, HAL(Hot Air Leveler) 방법, 또는 땜납 분말의 페이스트를 인쇄하고 상기 제조된 인쇄물을 리플로우시키는 단계를 포함하는 방법이 이어진다. 그러나, 상기 플레이팅 기술에 의해서 땜납 회로를 제조하는 방법은 땜납층에 필요한 두께를 제공하기가 어렵다. 상기 HAL 방법 및 땜납 페이스트를 인쇄하는 것에 의존하는 방법은 미세 피치 패턴의 대응에 어려움을 초래한다.

따라서, 회로 패턴의 정렬과 같은 문제성 조작 등이 요구되지 않고 상기 전자 회로 기판 상에 땜납 프리코트를 형성하기 위한 방법으로서, 점착성 부여 화합물이 전자 회로 기판의 상기 도전성 회로 전극 표면과 반응되게 하여 상기 표면에 점착성을 부여하고, 그 결과로 형성된 점착부에 땜납 분말을 부착시키고, 이어서, 상기 전자 회로 기판을 가열하여 상기 땜납을 용융시키고 땜납 프리코트를 형성하는 것을 포함하는 방법이 공개되어 있다(예를 들면, JP-A HEI 7-7244 참조).

JP-A HEI 7-7244에 공개된 상기 방법에 따르면, 땜납 프리코트가 간단한 조작에 의해서 미세한 전자 회로 패턴 상에 형성되고, 그 결과, 신뢰도가 높은 전자 회로 기판이 형성되는 것이 가능해졌다. 그러나, 이러한 방법은 상기 전자 회로 기판에 건조 땜납 분말을 부착시키고, 그 결과, 상기 분말이 상기 필요 부분 이외의 불필요한 부분에 불가피하게 부착되고, 상기 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면 상에도 과도하게 부착되므로, 정전기의 축적을 방지하기 위한 수단을 필요로 한다. 상기 건식 기술에 의한 땜납의 부착은 상기 분말이 분산되고 상기 전자 회로 기판에서 미세 피치의 사용을 방해한다. 과도하게 부착한 땜납 분말은 건조 처리에 의해서 쉽게 회수되지 않는다는 사실이 상기 땜납 분말의 효과적 사용을 방해한다. 이러한 문제는 특히, 사용되는 상기 땜납 분말이 미세 분말인 경우에 현저해진다.

전자 회로 기판 상의 노출된 금속 표면(도전성 회로 전극 표면)을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하고, 얻어진 점착부에 땜납 분말을 부착시키고, 이어서, 상기 전자 회로 기판을 가열하여 상기 땜납을 용융시키고 땜납 프리코트를 형성함으로써 전자 회로 기판을 제조하는 방법에 있어서, 본 발명은 상기 점착부에 상기 땜납 분말을 강하게 부착시키고, 이어서, 정전기 방지 수단을 행하는 방법, 부착되는 땜납 분말의 양을 증가시킬 수 있는 방법, 상기 땜납 분말을 부착시켜 상기 회로 패턴이 보다 미세하게 실현되는 방법, 초기 부착 후에 분명하게 열화되지 않은 상태의 상기 땜납 분말을 재사용하는 방법, 및 상기 땜 납이 충분하게 부착되지 않은 경우, 상기 전자 회로 기판에 상기 땜납 분말의 부착을 수정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위한 관점에서 근면하게 노력하고 연구한 후, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 제 1 실시형태는 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하는 단계, 및 상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착을 유도하는 단계를 포함하는 땜납 분말의 부착 방법을 제공한다.

본 발명의 제 2 실시형태는 상기 제 1 실시형태에 기재된 상기 방법을 제공하고, 여기서, 상기 땜납 분말 슬러리에 사용된 상기 액체는 탈산소수 또는 방청제가 첨가된 물이다.

본 발명의 제 3 실시형태는 상기 전자 회로 기판이 액체에 침지되거나, 또는 액체가 분사되어 과도하게 부착된 땜납 분말이 제거되는 것을 포함하는 상기 제 1 또는 제 2 실시형태에 기재된 땜납 분말의 부착 방법에 의해서 미리 부착된 땜납 분말의 제거 방법을 제공한다.

본 발명의 제 4 실시형태는 상기 제 3 실시형태에 기재된 방법을 제공하고, 여기서, 상기 땜납 분말의 제거시에 사용되는 상기 액체는 탈산소수 또는 방청제가 첨가된 물이다.

본 발명의 제 5 실시형태는 상기 제 3 또는 제 4 실시형태에 기재된 방법을 제공하고, 여기서, 상기 과도하게 부착된 땜납 분말은 상기 전자 회로 기판에 진동을 부여하거나, 또는 침지에 사용된 상기 액체에 진동을 부여함으로써 제거된다.

본 발명의 제 6 실시형태는 상기 제 5 실시형태에 기재된 방법을 제공하고, 여기서, 상기 과도하게 부착된 땜납 분말의 제거시에 사용된 상기 진동은 상기 전자 회로 기판에 부여된 초음파 진동, 또는 초음파 진동이 부여된 액체에서 유래한다.

본 발명의 제 7 실시형태는 상기 제 3~제 6 실시형태 중 어느 하나에 기재된 땜납 분말의 제거 방법에 의해서 제거된 상기 땜납 분말을 슬러리 형태로 회수하는 단계, 및 상기 슬러리 형태로 회수된 땜납 분말을 상기 전자 회로 기판의 점착부에 공급하는 단계를 포함하는 땜납 분말의 부착 방법을 제공한다.

본 발명의 제 8 실시형태는 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하고, 상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착이 유도되고, 상기 부착된 땜납 분말을 열용융시켜 회로를 형성하는 단계를 포함하는 납땜 전자 회로 기판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제 9 실시형태는 상기 제 8 실시형태에 기재된 상기 납땜 전자 회로 기판의 제조방법을 사용하여 제조된 납땜 전자 회로 기판을 제공한다.

본 발명의 제 10 실시형태는 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하고, 상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착을 유도하고, 그 결과로 형성된 전자 회로 기판에서 땜납 분말의 부착이 결여된 부분이 발생할 시에, 상기 부분에 땜납 분말 슬러리를 공급하여 땜납 분말의 부착이 유도되는 단계를 포함하는 땜납 분말의 부착 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 땜납 분말의 부착 방법 및 그것의 사용에 의한 전자 회로 기판의 제조 방법에 의해서, 간단한 조작으로, 정전기로부터의 문제가 전혀 유도되지 않고 땜납 분말의 부착의 높은 강도를 나타내는 미세한 땜납 회로 패턴을 형성하고 상기 회수된 땜납 분말을 재사용할 수 있게 되었다. 특히, 그들은 미세한 회로 패턴에서도 인접한 회로 통로 간의 상기 땜납 금속에 의한 단락을 감소시키는 효과를 가져올 수 있고, 전자 회로 기판의 신뢰성을 현저하게 강화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전자 회로 기판의 제조 방법에 의해서, 전자 부품이 장착된 회로 기판의 소형화 및 높은 신뢰성의 부여를 실현할 수 있게 되었고, 우수한 특성을 갖는 전자 장치를 공급할 수 있게 되었다.

본 발명의 상기 목적 및 그 밖의 목적, 특성 및 이점은 도를 참조하여 본원 이하에 기재된 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 의해서 고안된 땜납 분말의 부착 방법을 설명하는 모식도이다.

본 발명의 대상이 되는 상기 전자 회로 기판은 예를 들면, 플라스틱 기판, 플라스틱막 기판, 유리 섬유 기판, 페이퍼 매트릭스 에폭시 수지 기판, 웨이퍼 또 는 세라믹 기판 상에 적층된 금속판을 갖는 기판, 또는 플라스틱 또는 세라믹 기판으로 코팅된 금속 매트릭스를 갖는 절연 기판 상의 금속 또는 다른 도전성 물질로 형성된 회로 패턴을 갖는 단면 전자 회로 기판, 양면 전자 회로 기판, 다층 전자 회로 기판, 및 플렉시블 전자 회로 기판이다.

본 발명은 상기 전자 회로 기판의 도전성 회로 전극 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 전극 표면에 점착성을 부여하고, 얻어진 점착부에 땜납 분말을 부착시키고, 상기 땜납 분말이 정전기로 인한 문제를 완벽하게 회피하면서 미세한 패턴으로 단단하게 부착되게 하고, 상기 점착부로의 상기 땜납 분말의 부착 강도를 증가시킴으로써 땜납 분말을 부착시키는 방법에 관한 것이고, 그에 부착된 상기 땜납 분말을 갖는 전자 회로 기판을 액체에 위치시켜 불필요한 부분 또는 과도한 양으로 부착된 땜납 분말을 제거하고, 이어서, 상기 전자 회로 기판을 가열하여 상기 부착된 땜납 분말을 용융하고 땜납 회로를 형성함으로써 납땜 전자 회로 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

대부분 경우, 회로를 형성하는 상기 노출된 도전성 물질로서 구리가 사용되지만, 본 발명은 이러한 물질을 구리에만 한정할 필요가 없고, 후술되는 점착성 부여 화합물에 의해서 표면 상에 점착성을 지니게 하는 도전성 금속인 물질이 요구된다. 이러한 상세 설명의 물질의 구체예로서 Ni, Sn, Ni-Au 및 땜납 합금을 포함하는 금속이 언급되어도 좋다.

본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 점착성 부여 화합물로서, JP-A HEI 7-7244에 기재된 나프토트리아졸계 유도체, 벤조트리아졸계 유도체, 이미다졸계 유도 체, 벤조이미다졸계 유도체, 메르캅토벤조티아졸계 유도체 및 벤조티아졸 티오 지방산이 언급되어도 좋다. 이들 점착성 부여 화합물이 특히 구리에 강한 효과를 나타내지만, 그들은 다른 도전성 물질에도 점착성을 부여할 수 있다.

본 발명은 상기 전자 회로 기판 상의 도전성 회로 전극 표면에 점착성을 부여하기 전에, 상기 열거된 점착성 부여 화합물 중 1개 이상을 선택하고, 그것을 물 또는 산성수에 용해시키고, 사용하기 위해서 그 얻어진 용액을 약 pH3~4의 약산성으로 조절한다. 상기 pH 조절에 사용되는 물질의 구체예로서, 상기 도전성 회로 전극이 금속으로 이루어지므로, 염산, 황산, 질산 및 인산 등의 무기산이 언급되어도 좋다. 또한, 사용될 수 있는 유기산은 포름산, 아세트산, 프로피온산, 말산, 옥살산, 숙신산 및 타르타르산이다. 상기 점착성 부여 화합물의 농도는 엄격하게 한정되지 않지만, 상기 화합물의 용해성 또는 사용 조건에 맞게 적절하게 조절된다. 바람직하게는, 전체적으로 0.05질량%~20질량% 범위 내의 농도가 사용을 용이하게 한다. 이러한 범위의 하한보다 부족할 경우, 결핍은 점착막이 충분하게 형성되는 것을 억제하고, 성능에 불리하다.

상기 처리 온도는 상기 형성 속도 및 점착막의 형성량을 위해서 실온보다 약간 높은 것이 바람직하다. 그것은 한정되지는 않지만, 상기 점착성 부여 화합물의 농도 및 상기 금속의 종류에 따라 변화될 수 있고, 일반적으로, 대략 30℃~60℃의 범위 내가 바람직하다. 상기 처리 시간은 한정되지는 않지만, 상기 pH, 상기 점착성 부여 화합물의 농도, 상기 처리 온도, 및 다른 조건을 조절하여 상기 처리 시간이 5초~5분의 범위 내가 되는 것이 조작의 효율성을 위해서 유리하다.

또한, 이러한 경우, 상기 용액 내의 100~1000ppm의 이온 농도의 구리(1가 또는 2가)의 존재는 형성 속도 또는 형성량 등의 점착막의 형성 효율성을 강화시키는데 유리하다.

처리되는 상기 전자 회로 기판은 상기 전자 회로 기판 상에 납땜되는 도전성 회로 전극 표면 부분 이외에 땜납을 요구하지 않는 상기 도전성 회로 부분이 레지스트로 코팅되고 상기 회로 패턴의 상기 도전성 회로 전극 부분(상기 기판 상에 노출된 금속 표면)만이 노출된 후, 상기 점착성 부여 화합물의 용액으로 처리되는 것이 바람직하다.

이러한 점에서, 상기 레지스트로 코팅된 상기 전자 회로 기판이 상기 점착성 부여 화합물의 용액에 침지되거나, 또는 상기 전자 회로 기판이 상기 용액으로 코팅되거나 분사되는 경우, 점착성이 상기 도전성 회로 전극 표면에 부여된다.

본 발명에 따른 상기 전자 회로 기판의 제조 방법에 사용되는 상기 땜납 분말의 금속 조성물의 구체예로서, Sn-Pb계, Sn-Pb-Ag계, Sn-Pb-Bi계, Sn-Pb-Bi-Ag계 및 Sn-Pb-Cd계 조성물이 언급되어도 좋다. 산업 폐기물로 인해서 Pb를 배제하는 최근 관점으로부터, Pb를 함유하지 않는 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 조성물이 특히 바람직한 것으로 증명된다.

본 발명의 상기 전자 회로 기판이 상기 열거된 각종 조성물의 그 밖의 땜납 분말 중에서 Pb를 함유하지 않는 땜납으로부터, 특히 바람직하게는 Sn 및 Zn 또는 Sn, Zn 및 Bi, 또는 Sn 및 Ag 또는 Sn, Ag 및 Cu를 함유하는 상기 땜납으로부터 선택된 합금 조성물을 사용함으로써 제조되는 경우, 상기 기판 상에 장착되는 부품은 사용기간이 연장될 수 있고 다양화될 수 있다.

상기 땜납 분말의 입자 직경에 관하여, 일본 공업 규격(JIS)은 체질(sifting)함으로써 결정된 53~22㎛, 45~22㎛ 및 38~22㎛와 같은 이러한 범위로 구체화한다. 본 발명의 상기 땜납 분말의 평균 입자 직경을 결정하기 위해서, JIS에 의한 규정으로서 표준체 및 천칭을 사용하는 방법이 일반적으로 사용되어도 좋다. 또한, 상기 결정을 위해서 현미경 또는 전자 영역 방법에 따른 콜터 카운터(Coulter counter)로 화상 분석하는 것도 가능하다. "Powder Technology Handbook"(edited by the Society of Powder Technology, Japan, 2^nd edition, pp.19-20)에 나타내어진 콜터 카운터의 원리는 격벽에 개방된 세공을 통해서 상기 분말이 분산된 용액이 통과되고, 상기 세공의 반대 측 상의 전기 저항의 변화를 측정함으로써 주어진 분말의 입자 직경 분포를 결정하도록 의도된다. 그것은 높은 재현성으로 입자 직경의 개수 비율을 결정할 수 있다. 본 발명의 상기 땜납 분말의 평균 입자 직경은 상기 방법을 사용함으로써 결정될 수 있다.

본 발명에 있어서, 미리 점착성이 제공된 상기 전자 회로 기판으로의 상기 땜납 분말의 부착은 정전기에 의해서 야기되는 문제를 회피하기 위한 목적으로, 액체에 현탁된 상기 땜납 분말 슬러리를 상기 전자 회로 기판의 점착성이 부여된 표 면에 공급함으로써 행해진다. 이러한 경우, 상기 땜납 분말의 슬러리는 상기 전자 회로 기판의 점착성이 부여된 표면을 향하는 그것의 공급 방향을 한정하지 않을 것이다.

그러나, 상기 땜납 분말의 부착 두께를 증가시키고 이러한 부착의 강도도 증가시키기 위해서, 상기 슬러리는 상기 전자 회로 기판의 점착성이 부여된 표면에 대략 수직으로 공급되는 것이 바람직하다. 도 1은 본 발명에 따른 상기 땜납 분말의 부착 방법을 도해적으로 설명한다. 구체적으로, 이러한 공급은 전자 회로 기판(3)의 점착성이 부여된 표면(4)을 상향으로 하고, 드랍핑 피펫(dropping pipette) 같은 방법을 선택적으로 사용하여 상방으로부터 땜납 분말의 슬러리(2)를 제공함으로써 이루어질 수 있다. 상기 땜납 분말이 상기 점착부에 수직으로 공급되고 상기 점착부에 강하게 접촉하게 된다는 것이 추측된다. 물론, 상기 땜납 분말은 상기 전자 회로 기판의 점착성이 부여된 표면에 땜납 분말의 상기 슬러리를 평행으로 공급함으로써도 필요한 정도로 상기 점착부에 접착될 수 있다. 그러나, 이러한 경우, 상기 슬러리가 수직으로 공급되는 경우와 비교하여 이러한 부착의 강도는 저하된다.

또한, 상기 슬러리가 도 1의 드랍핑 피펫과 같은 방법을 사용하여 공급되지만, 노즐을 사용하여 저장 탱크로부터 상기 전자 회로 기판의 점착성이 부여된 표면 상으로 연속적으로 공급되어도 좋다. 땜납 분말의 부착시에 또는 그것의 부착 후, 0.1Hz~수백Hz의 범위, 또는 수백Hz~수천Hz의 범위 내의 진동이 상기 전자 회로 기판에 공급되는 것이 바람직하다.

상기 슬러리 내의 상기 땜납 분말의 농도는 상기 땜납 분말이 유체를 유지하는 범위 내를 허용할 만큼 높은 것이 바람직하다. 상기 땜납 분말이 쉽게 정착되고 블록킹이 회피될 수 있게 하기 위해서, 유리하게 사용되는 이러한 농도는 유동성에 의해 제한되는 농도(임계 농도)의 80% 이하이고, 바람직하게는 약 30~50%이다. 상기 임계 농도가 땜납 입자의 형태 및 크기, 상기 슬러리의 유속, 상기 액체의 점도 및 진동의 영향에 따라 크게 변화되고, 쉽게 실험될 수 있으므로, 사용 조건 하의 상기 임계 농도를 확인하거나, 또는 블록킹이 쉽게 유도되는 조건을 미리 확인할 필요가 있다.

땜납 분말이 부착된 상기 전자 회로 기판이, 이어서, 액체 중에서 과도한 땜납 분말의 제거가 행해짐으로써, 상기 제거 동안에, 상기 땜납 분말이 점착성이 결여된 부분에서 정전기에 의해서 부착되는 것 또는 상기 땜납 분말이 정전기에 의해서 응집되는 것을 방지하고, 미세 피치 또는 땜납 미세 분말의 회로 기판의 사용을 가능하게 한다.

상기 땜납 분말을 부착시키는 단계가 건식 기술에 의해서 행해지는 경우, 예를 들면, 플라스틱 기판을 사용하고 정전기로 하전되는 경우가 많은 상기 전자 회로 기판은 상기 땜납 분말이 부착된 후의 상기 플라스틱 기판이 과도한 땜납 분말을 제거시키기 위해서 브러쉬로 마찰되는 동안에 정전기를 발생시키는 경우가 많다. 상기 땜납 분말이 땜납 미세 분말인 경우, 점착성의 부여가 방지된 부분에서도 부착되는 경우가 많다. 그 결과, 상기 땜납 분말은 불필요한 부분에 부착되고, 회로 패턴에서 인접한 회로 라인 간에 단락을 유도한다. 본 발명은 이러한 문제, 즉, 정전기로 인해서 야기되는 문제를 액체 내에서 과도한 땜납 분말의 제거를 행함으로써 해결하였다.

정전기가 문제를 발생시키는 것을 억제하기 위해서, 본 발명은 물 또는 물과 수용성 저 비등점 유기 용매의 혼합 용매를 상기 땜납 분말 슬러리에 사용되는 액체로서 사용한다. 환경 오염 등의 문제를 고려하여 물이 바람직한 것으로 증명된다. 이러한 경우, 상기 땜납 분말이 상기 액체 내에 용해된 산소에 의해 산화되는 것을 방지하기 위해서, 상기 물은 탈산소수 또는 방청제가 첨가된 물의 형태가 바람직하다.

특히, 상기 땜납 분말의 재사용이 고려되는 경우, 상기 탈산소수 및/또는 방청제가 첨가된 물이 상기 땜납 분말이 액체 내에 용해된 산소에 의해 산화되는 것을 방지하기 위해서 유리한 것으로 증명된다. 상기 탈산소수로서, 가열함으로써 탈기된 물 또는 이산화탄소 기체, 질소 또는 아르곤 등의 불활성 기체가 버블링된 물이 사용될 수 있다. 상기 탈산소수 및/또는 방청제가 첨가된 물이 사용되는 경우, 상기 제거된 땜납 분말의 표면은 산화가 방지된 상태로 유지되므로 상기 땜납 분말의 재사용의 목적에 편리함이 증명된다. 상기 방청제의 사용은 이후에 물로 세정하는 것을 필요로 하므로, 간단하게 탈산소수의 사용이 특히 바람직한 것으로 증명된다.

본 발명은 상기 전자 회로 기판을 상기 액체에 침지시키거나 상기 액체를 분사함으로써 행해지는 과도한 땜납 분말의 제거를 행한다. 상기 과도한 땜납 분말의 제거는 상기 액체에서 상기 전자 회로 기판의 표면을 브러쉬로 부드럽게 마찰시킴 으로써 행해져도 좋지만, 0.1Hz~수백Hz의 범위, 또는 수백kHz~수천kHz의 범위 내의 진동을 상기 전자 회로 기판 또는 상기 땜납 제거액에 부여함으로써 행해지는 것이 바람직하다. 상기 액체에서의 상기 땜납 분말의 제거시에, 상기 땜납 제거액으로 제거된 상기 땜납 분말은 쉽게 침강되므로, 비산 현상을 유도하지 않고 쉽게 회수될 수 있다.

본 발명에서 사용된 상기 땜납 분말이 산화되는 것을 방지하기 위해서, 상기 땜납 분말의 표면을 코팅하는 것도 바람직한 방법인 것으로 증명된다. 상기 땜납 분말의 코팅제로서, 벤조티아졸 유도체, 측쇄에 4~10개의 범위 내의 탄소수를 갖는 아민 함유 알킬기, 티오우레아, 실란 커플링제, 납, 주석, 금, 무기산염 및 유기산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유기산염으로서, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산 및 스테아르산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 처리 방법은 상기 땜납 프리코트 회로 기판뿐만 아니라 BGACSP(Ball Grid Array Chip Size Package: 볼 그리드 어레이 칩 사이즈 패키지) 및 FC의 구성성분을 결합시키는데에 사용되는 범프 형성에 효율적으로 사용될 수 있다. 이들 장치는 본 발명의 상기 전자 회로 기판에 당연히 포함된다.

그 다음, 상기 과도한 땜납 분말이 제거되고 그들의 상기 점착부에 부착된 상기 땜납 분말을 갖는 상기 전자 회로 기판은 건조되고, 이어서, 상기 부착된 땜납 분말을 가열하고 용융시키고 상기 납땜 전자 회로 기판이 되는 리플로잉 단계가 행해진다. 이러한 가열은 상기 점착부에 부착된 상기 땜납 분말의 용융에만 요구되 므로, 처리 온도 및 처리 시간은 상기 땜납 분말의 융점을 고려하여 쉽게 결정될 수 있다.

상기 액체에서 상기 전자 회로 기판으로부터 제거된 상기 과도한 땜납 분말이 상기 땜납 제거액으로부터 쉽게 분리될 수 있으므로, 그것은 모아지고 회수되어 직접, 즉, 건조되지 않고, 상기 땜납 분말의 부착 단계를 위한 상기 땜납 분말 슬러리로서 사용되게 한다.

또한, 상기 땜납 분말 슬러리는 펌프로 압출되고 오버플로우될 때까지 하부로부터 땜납 분말을 액화시킴으로써 공급하는 이러한 수단의 사용에 의한 땜납 분말의 일반적인 부착 단계에 사용된다. 또한, 상기 공급의 수단으로서, 소형의 드랍핑 피펫 형태의 수단이 사용되어도 좋다.

상기 전자 회로 기판이 일반적인 납땜 처리된 후에 땜납 부착이 결여된 부분이 발생하는 경우, 상기 부분은 점착성 부여 화합물로 처리함으로써 점착성이 제공되고, 얻어진 점착부는 드랍핑 피펫 등의 공급 수단을 사용함으로써 상기 땜납 분말 슬러리가 제공된다. 상기 전자 회로 기판이 점착성 부여 화합물로 처리됨으로써 점착성이 제공되고 상기 땜납 분말이 얻어진 점착부에 부착된 후에 상기 땜납 부착이 결여된 부분이 발생하는 경우, 소형 드랍핑 피펫 형태의 공급 수단의 사용에 의해서 상기 땜납 분말 슬러리가 공급된다. 이들 수단은 상기 땜납 회로를 복구하고 수정하는데 사용되어도 좋다.

본 발명에 의해서 제조된 상기 납땜 전자 회로 기판은 상기 전자 부품의 위치를 설정하고 땜납의 리플로우를 야기함으로써 상기 전자 부품을 결합시키는 단계 를 포함하는 전자 부품의 장착 방법에 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 땜납 프리코트는 본 발명에 의해서 상기 전자 회로 기판의 전극 상에 형성되고, 그곳에 상기 땜납 페이스트가 상기 인쇄 기술에 의해서 가해지고, 상기 전자 부품(칩 부분, CSP 등)은 상기 땜납 페이스트 상에 장착되며, 상기 리플로우 열원은 일괄적으로 작용되어 땜납 결합이 이루어진다. 상기 리플로우 열원으로서, 핫에어 오븐, 적외선 가열 로, 응축 땜납 장치, 광 빔 땜납 장치 등이 사용될 수 있다.

상기 전극이 인쇄에 의한 땜납 페이스트를 적용하기에 너무 미세한 피치를 사용하는 경우, 상기 회로 기판으로의 전자 부품의 결합은 땜납 프리코트가 미리 제공된 상기 전극 상에 점착성 플럭스를 인쇄하고, 그 위에 상기 전자 부품(반도체 칩 등)을 장착시킴으로써, 또는 상기 점착성 플럭스를 상기 전자 부품 상의 범프에 공급하고, 땜납 프리코트가 미리 제공된 상기 전극 상에 상기 전자 부품을 장착시키고, 이어서, 관련 성분의 리플로우를 야기함으로써 이루어질 수 있다.

또한, 상기 반도체 칩의 전극 상에 Au 범프(스터드(stud) 범프)를 형성하고 압력 및 열을 가함으로써 이들 Au 범프와 상기 회로 기판의 전극 상에 형성된 상기 땜납 프리코트를 결합시키는 것을 포함하는 방법 페이스트 또는 시트 형태의 부도체 수지를 상기 회로 기판 상에 공급하고 압력 및 열을 가함으로써 그들의 전극 상에 형성된 Au 범퍼를 갖는 반도체 칩이 열압착 결합이 행해지도록 하는 것을 포함하는 방법 등의 반도체 칩의 장착 방법도 효율적으로 사용된다.

본 발명에 의해서 고안된 리플로잉 공정은 땜납 합금의 조성에 따라서 변한다. 91Sn/9Zn, 89Sn/8Zn/3Bi 및 86Sn/8Zn/6Bi 등의 Sn-Zn계 합금의 경우, 상기 공 정은 2단계, 예열 및 리플로잉으로 행해지는 것이 바람직하다. 이들 2단계의 조건에 관하여, 상기 예열 온도는 130~180℃의 범위 내이고, 바람직하게는 130~150℃이며, 상기 예열 시간은 60~120초의 범위 내이고, 바람직하게는 60~90초이며, 상기 리플로잉 온도는 210~230℃의 범위 내이고, 바람직하게는 210~220℃이며, 상기 리플로잉 시간은 30~60초의 범위 내이고, 바람직하게는 30~40초이다. 다른 합금계의 상기 리플로잉 온도는 사용되는 합금의 융점에 대하여 +20~+50℃의 범위 내이고, 바람직하게는 +20~+30℃이다. 다른 예열 온도, 예열 시간 및 리플로잉 시간은 상술한 바와 동일한 범위 내여도 좋다.

상기 리플로잉 공정은 질소 또는 공기에서 행해질 수 있다. 질소 리플로우의 경우에 있어서, 산소 농도가 5겉보기 용적% 이하, 바람직하게는 0.5겉보기 용적% 이하로 조절되는 경우, 상기 땜납 회로에 대한 땜납에 의해서 나타내어진 젖음성이 강화되고 땜납 볼의 발생이 감소되므로 상기 처리는 오픈 에어 리플로우의 경우에 비하여 안정화될 수 있다.

실시예 1:

50㎛의 최소 전극 간격을 갖는 인쇄 배선 기판이 제조되었다. 구리가 도전성 회로에 사용되었다. 점착성 부여 화합물 용액으로서, 이하 일반식(1)

로 나타내어진 2질량%의 이미다졸계 화합물 수용액이 아세트산으로 pH값이 약 4로 조절되어 사용되었다. 상기 수용액은 40℃로 가열되었다. 상기 가열된 수용액에서, 염산 수용액으로 예열된 상기 인쇄 배선 기판은 3분 동안 침지되어 구리 회로의 표면 상에 형성된 점착성 물질을 갖게 되었다.

이어서, 약 20㎛의 평균 입자 직경을 갖는 96.5Sn/3.5Ag 땜납 분말을 탈산소수에 50용적%의 농도로 분산시킴으로써 형성된 슬러리가 도 1에 나타낸 장치를 사용한 상기 인쇄 배선 기판 상에 공급되었고, 동시에, 상기 인쇄 배선 기판은 50Hz의 진동에 노출되어 상기 기판으로의 상기 땜납 분말의 부착이 유도되었다. 상기 인쇄 배선 기판이 상기 탈산소수에서 약하게 진동되고 세정된 후, 그 결과, 땜납 분말이 부착된 상기 인쇄 배선 기판이 건조되었다.

분사시킴으로써 플럭스가 공급된 후, 상기 인쇄 배선 기판은 240℃의 오븐에 위치되고 가열되어 상기 땜납 분말이 용융되고 상기 구리 회로의 노출부 상에 약 20㎛의 두께를 갖는 96.5Sn/3.5Ag 땜납 프리코트가 형성되었다. 또한, 상기 땜납 분말의 평균 입자 직경은 MICROTRAC^®의 사용에 의해서 결정되었다. 상기 땜납 회로는 브릿지(bridge)는 전혀 생성되지 않았다.

실시예 2:

전극 직경 70㎛ 및 전극 간격 60㎛를 사용하는 에리어 어레이(area array)가 구비된 인쇄 배선 기판이 제조되었다. 구리가 도전성 회로로서 사용되었다.

점착성 부여 화합물 용액으로서, 실시예 1에 사용된 바와 같이 2질량%의 이 미다졸계 화합물 수용액이 아세트산으로 pH값이 약 4로 조절되어 사용되었다. 상기 수용액은 40℃로 가열되었다. 상기 가열된 수용액에서, 염산 수용액으로 예열된 상기 인쇄 배선 기판은 3분 동안 침지되어 구리 회로의 표면 상에 형성된 점착성 물질을 갖게 되었다.

이어서, 약 60㎛의 평균 입자 직경을 갖는 96.5Sn/3.5Ag 땜납 분말을 탈산소수에 50용적%의 농도로 분산시킴으로써 형성된 슬러리가 도 1에 나타낸 장치를 사용한 상기 인쇄 배선 기판 상에 공급되었고, 동시에, 상기 인쇄 배선 기판은 50Hz의 진동에 노출되었다. 상기 인쇄 배선 기판이 상기 탈산소수에서 약하게 진동되고 세정된 후, 얻어진 인쇄 배선 기판은 건조되었다.

분사시킴으로써 플럭스가 공급된 후, 상기 인쇄 배선 기판은 240℃의 오븐에 위치되었고 가열되어 상기 땜납 분말이 용융되었다.

구리 회로의 상기 노출부 상에, 약 40㎛의 두께를 갖는 96.5Sn/3.5Ag 땜납 범프가 형성되었다.

상기 땜납 회로 상에 우수한 범프가 형성되었고, 브릿지 및 범핑을 벗어나는 부분 등의 결함은 전혀 형성되지 않았다.

상기 기판 상의 노출된 금속 부분에 점착성을 부여하고, 그 결과로 형성된 상기 점착부에 땜납 분말을 부착하고, 이어서, 액체에서 과도하게 부착된 땜납 분말을 제거하고, 과도하게 부착된 땜납 분말의 제거로부터 얻어진 상기 전자 회로 기판을 가열하여 상기 땜납 분말을 용융시킴으로써 땜납 프리코트가 그들의 전극 상에 제공된 납땜 전자 회로 기판의 제조방법은 미세 회로 패턴에서도 인접한 회로 라인 간의 땜납 금속에 의한 단락을 감소시키는 효과를 얻고, 현저하게 향상된 신뢰성을 갖는 납땜 전자 회로 기판의 제조를 가능하게 한다.

그 결과, 미세 회로 패턴을 갖는 신뢰도가 높은 전자 부품이 장착된 회로 기판의 소형화를 실현할 수 있게 되고, 전자 회로 기판, 높은 신뢰도 및 높은 장착 밀도를 실현할 수 있는 전자 부품이 장착된 회로 기판, 및 특성이 우수한 전자 장치를 제공할 수 있게 되고, 본 발명의 방법을 전자 장치의 제조에 적용할 수 있게 된다.

상기 회수된 과도한 땜납 분말은 회수되고, 땜납 분말의 부착 단계에서 재사용될 수 있으므로 상기 땜납 분말의 사용율은 강화될 수 있다.

Claims (11)

1. 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하는 단계; 및

   상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 부착 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 땜납 분말 슬러리는 상기 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면의 점착부에 수직으로 공급되는 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 부착 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 땜납 분말 슬러리에 사용된 액체가 탈산소수 또는 방청제가 첨가된 물인 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 부착 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 땜납 분말의 부착 방법에 의해서 미리 부착된 땜납 분말의 제거 방법으로서: 상기 전자 회로 기판이 액체에 침지되거나 액체가 분사되어 과도하게 부착된 땜납 분말을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 제거 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 땜납 분말의 제거 동안에 사용되는 상기 액체는 탈 산소수 또는 방청제가 첨가된 물인 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 제거 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 과도하게 부착된 땜납 분말은 상기 전자 회로 기판 또는 그 침지에 사용된 액체에 진동을 부여함으로써 제거되는 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 제거 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 과도하게 부착된 땜납 분말의 제거시에 사용된 진동이 상기 전자 회로 기판에 부여된 초음파 진동, 또는 초음파 진동이 부여된 액체에서 유래되는 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 제거 방법.
8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 땜납 분말의 제거 방법에 의해서 제거된 상기 땜납 분말을 슬러리 형태로 회수하는 단계; 및

   상기 전자 회로 기판의 점착부에 상기 회수된 땜납 분말을 슬러리 형태로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 부착 방법.
9. 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하는 단계;

   상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착을 유도하는 단계; 및

   상기 부착된 땜납 분말을 열용융시켜 회로를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 전자 회로 기판의 제조 방법.
10. 제 9 항에 기재된 납땜 전자 회로 기판의 제조 방법을 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 납땜 전자 회로 기판.
11. 전자 회로 기판의 노출된 금속 표면을 점착성 부여 화합물로 처리하여 상기 금속 표면에 점착성을 부여하여 점착부를 형성하는 단계;

    상기 점착부에 액체에 현탁된 땜납 분말 슬러리를 공급하여 상기 땜납 분말의 부착을 유도하는 단계; 및

    결과적으로 형성된 전자 회로 기판에 땜납 분말의 부착이 결여된 부분이 발생할 시에, 상기 부분에 땜납 분말 슬러리를 공급하여 땜납 분말의 부착을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 분말의 부착 방법.

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