KR20080071984A - 수지 비함유성 용제가 포함된 납땜용 페이스트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 분말, 특히 연납 및 겔을 포함하는 수지가 없는 납땜용 페이스트에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 겔은 금속 분말의 용융 시 금속 표면에 잔류물을 남기지 않는다. 본 발명에 따른 겔은 카르복실산, 아민 및 용매를 포함하는 안정적 보관이 가능한 혼합물로 구성된다. 주요 사용 분야는 파워 모듈, 다이 어태치(Die Attach), 칩 온 보드(Chip-on-Board), 시스템 인 패키지(SiP, System-in-Package), 웨이퍼 범핑 시, 특히 언더 범프 메탈리제이션(UBM, Under-Bump-Metallization) 및 서피스 마운티드 테크놀로지(SMT, Surface-Mounted-Technology) 및 특히 래커칠된 회로로의 연납 페이스트의 도포이다. 본 발명에 따른 수지가 없는 연납 페이스트를 사용하는 경우 전기 연결부의 납땜 후에 보호 래커 코팅 전에 청소가 필요치 않으며 UBM에 도포된 솔더 범프 내의 기공 형성이 20 Vol.% 미만으로 감소된다.

Description

수지 비함유성 용제가 포함된 납땜용 페이스트{SOLDER PASTES COMPRISING NONRESINOUS FLUXES}
본 발명은 카르복실산, 아민 및 용매, 페이스트, 특히 분말로서 금속 성분이, 겔이 분산되어 있는 연납 페이스트를 포함하는 혼합물로 구성된 새로운 겔 및 UBM(Under-Bump-Metallization)으로의 연납 페이스트의 도포 및 파워 모듈, 다이 어태치, 칩 온 보드(Chip-on-Board), 시스템 인 패키지(SiP), 웨이퍼 범핑(Wafer Bumping) 또는 서피스 마운티드 테크놀로지(Surface Mounted Technology)(SMT), 특히 래커칠된 회로에 대한 이러한 연납 페이스트의 사용에 관한 것이다.
독일 특허 DE 841 097에는 아민이 카르복실산과 함께 우레이드로 농축된 납땜제가 공개되어 있다. 독일 특허 DE 841 097에 따르면 카르복실산 및 아민이 혼합물에 존재한다. 하지만 이런 물질은 서로 화학적 결합을 하고 예를 들어 우레이드를 형성한다.
독일 특허 DE 41 19 012에는 물로 씻어 낼 수 있는 연납 페이스트가 공개되어 있는데, 이 연납 페이스트는 연납 분말, 카르복실산 및 용매를 포함하는 지방-아민의 수용성 염이 포함된 접착제-융제 혼합물로 구성된다.
본 발명의 목적은 납땜부에서 잔류물 형성을 최소화하는 것이다.
또한 Wafer Bumping: Is the Industry Ready? (Greg Reed, Reed Media Services, Gurnee, III. - 10/1/2004 - Semiconductor International)에 따른 기공은 일반적으로 바람직하지 않을 뿐 아니라, 모든 납땜부에서 기공 형성을 최대한 억제하고자 하는 요구가 존재한다. 이와 관련하여 본 발명의 목적은 기공 형성을 최대 20 체적%, 특히 15 체적%보다 낮게 감소시키는 것이다. 또한 가능한 한 동면(coplanar) 범프가 보장되는 것이 바람직하므로 본 발명의 목적은 이를 보장하는 것이다.
본 발명에서는 카르복실산 및 아민은 극성 용매와 함께 겔화되며, 염 형성 또는 아민과 카르복실산의 화학적 반응이 억제된다.
본 발명에 따른 해결방법은 독립항에 설명된다. 종속항은 바람직한 실시를 설명한다.
본 발명에서는 금속 분말, 특히 연납 및 겔을 포함하는 수지가 없는 납땜용 페이스트가 제공되며, 본 발명에 따른 겔은 금속 분말의 용융 시 금속 표면에 잔류물을 남기지 않는다. 본 발명에 따른 겔은 카르복실산, 아민 및 용매를 포함하는 안정적 보관이 가능한 혼합물로 구성된다. 주요 사용 분야는 파워 모듈, 다이 어태치(Die Attach), 칩 온 보드(Chip-on-Board), 시스템 인 패키지(SiP, System-in-Package), 웨이퍼 범핑 시, 특히 언더 범프 메탈리제이션(UBM) 및 서피스 마운티드 테크놀로지(SMT) 및 특히 래커칠된 회로로의 연납 페이스트의 도포이다. 본 발명에 따른 수지가 없는 연납 페이스트를 사용하는 경우 전기 연결부의 납땜 후에 보호 래커 코팅 전에 청소가 필요치 않으며 UBM에 도포된 솔더 범프 내의 기공 형성이 20 체적% 미만으로 감소된다.
본 발명에 따른 겔은 카르복실산 및 아민에 용해된다. 따라서 주요 구성 성분은 아민, 카르복실산 및 용매를 포함하는 겔화된 용액이다. 카르복실산 성분은 적어도 한 가지의 카르복실산으로 이루어지며 특히 다양한 카르복실산의 혼합물이다. 아민 성분은 적어도 한 가지의 아민으로 이루어지며 특히 다양한 아민의 혼합물이다. 용매 성분은 적어도 한 가지의 용매로 이루어지며 특히 유기 용매로 이루어진다.
아민과 카르복실산의 반응을 억제하기 위해 예를 들어 실온과 같은 저온이 바람직하며, 성분들은 가능한 한 신속하게 서로 혼합된다. 따라서 겔화는 부원자가(auxiliary valence) 계열 특히 수소결합으로 이루어진다. 용액 또는 겔에는 예를 들어 농화제와 같은 다른 물질이 분산되어 있을 수 있다.
이로써 본 발명에서는 연납 페이스트의 납땜 후에 융제 잔류물을 억제하는 것이 가능하다. 특히 납땜부에서 잔류물을 청소해야 하는 납땜용 페이스트를 사용하는 경우에 상당한 공정 개선이 달성된다. 현재까지는 청소 비용이 페이스트 비용을 능가할 수 있다. 특히 납땜 공정에 다른 공정이 이어지는 방법에 대한 단순화가 이루어진다. 예를 들어 추가적인 본딩 또는 니들 테스터를 통한 추가적인 전기적 검사가 안정적으로 단순화된다. 래커칠된 회로에서는 지금까지 요구되었던 융제 잔류물에 대한 래커 내성이 필요치 않다.
본 발명에서는 파워 모듈, 다이 어태치, 웨이퍼 범핑, 시스템 인 패키지, DRAM (Dynamic Random Access Memory), 자동차 분야에서의 공정이 단순화되고 품질면에서 더욱 개선된다. 따라서 폐기물이 감소되거나 또는 상당한 청소 비용 및 이로써 세척제의 사용이 감소되므로 환경적 측면에서도 상당한 이점을 제공한다.
본 발명의 범위 내에서 수지 또는 로진 계열의 페이스트가 특히 독터 블레이드를 이용해 UBM에 도포할 때 융제에 대한 금속 함량과 관련하여 그 조성이 변하는 것이 밝혀졌으며, 발명자는 이것을 기공 형성과 관련된 높은 표준 편차에 대한 적어도 한 가지 원인으로 보고 30 체적%의 최대 기공과 그 이상의 체적% 및 불균질한 조성 사이의 연관 관계를 예측한다. 또한 납이 포함되지 않은 연납 페이스트의 고체 함량은 90 중량%로 한정된다.
웨이퍼 범프의 제조와 관련하여 해결 방법은 솔더 파우더를 겔에서 분산시키는 것이다. 겔에 분산된 연납 분말을 포함하는 페이스트는 90 중량%, 특히 91 중량%를 초과하는 수준의 연납 분말을 포함한다. 연납 분말 및 페이스트의 체적비는 55 체적%, 특히 60 체적% 이상이다.
본 발명에 따른 융제의 사용은 연납으로 한정되지 않는다. 신속하게 페이스트로 가공할 수 있는 겔은 다른 페이스트의 제조에도 적합하다. 본 발명에 따른 융제는 겔 뿐 아니라 윤활제로도 사용이 가능하다.
본 발명에서는 안정적으로 보관이 가능한 겔의 제조가 가능한데, 이러한 겔은 150도씨에서 250도씨 사이의 온도에서 제거할 수 있다. 보관안정성으로 인해 겔 또는 겔로 제조된 페이스트는 겔 제조와 그 사용 사이의 기간동안 취급성이 용이하다. 이와 관련하여 중요한 것은 겔 상태가 수 개월 동안 지속되는 것이다. 바람직하게도 겔의 주도(consistency)는 일반 보관 조건에서 거의 변하지 않는다.
겔의 주요 구성 성분은 열을 통해 쉽게 제거할 수 있는 카르복실산, 아민 및 용매이다. 이 성분은 휘발성이거나 또는 150도씨와 250도씨 사이에서 거의 잔류물 없이 분해된다. 보조제를 첨가할 수 있다. 유동성을 조절하기 위한 첨가제의 사용이 어느 정도 효과가 있는 것으로 입증되었다. 염료는 ppm 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 인증된 첨가제로는 예를 들어 과산화물과 같은 분해 촉진제 또는 할로겐 활성제와 같은 활성제, 특히 염화암모늄을 들 수 있다.
바람직한 실시에서는
- 겔이 열에 의해 잔류물 없이 또는 거의 잔류물 없이 분해 가능하며,
- 겔이 점성 및 접착성과 관련하여 예를 들어 로진(rosin) 또는 수지와 유사하고,
- 용매가 겔 상태를 안정화시키며,
- 용매가 카르복실산과 아민 사이의 화학적 반응을 억제하고,
- 극성 용매가 수소결합을 형성하며,
- 극성 용매가 예를 들어 글리콜 또는 글리세린과 같은 폴리올을 포함하고,
- 연납 분말에서 금속산화물, 특히 주석산화물의 분리 또는 제거를 위해 카르복실산이 사용되며,
- 연납 분말에서 금속산화물, 특히 주석산화물의 분리 또는 제거를 위해 활성제가 사용되고,
- 카르복실산이 쉽게 분해 가능하며,
- 카르복실산이 예를 들어 구연산, 아디프산, 신남산 및 벤질산과 같은 다작용기성이고,
- 카르복실산이 2 내지 50개의 C 원자 및 2개 이하의 방향족 고리를 포함하며,
- 아민이 삼차 아민이고,
- 아민이 6 내지 100개의 C 원자를 포함하며,
- 카르복실산의 질량비가 아민의 질량비보다 높다.
본 발명에 따라 수지가 없는 납땜용 페이스트를 준비할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 수지 잔류물의 제거가 가능하다. 솔더 파우더를 위한 본 발명에 따른 기저물질(matrix material)은 열을 통해 거의 분해가 가능하다.
겔은 그 주도와 관련하여 1 내지 5 중량%의 농화제로 조절이 가능하다. 마찬가지로 바람직한 농화제도 열을 통해 분해가 가능하다. 완전히 분해할 수 없는 왁스를 농화제로서 사용한 경우에도 거의 잔류물이 없는 납땜용 페이스트가 만들어지는데, 이러한 잔류물은 1 중량%보다 낮게 조절이 가능하다. 농화제로는 폴리아미드 또는 무정형 규산도 적합하다. 무정형 규산은 납땜 과정에서 납땜부의 표면에서 느슨하게 석출된다. 이때 오염물의 흔적이 규산에 부착된 상태로 남게 되며 이 흔적은 용매를 사용하지 않고도 간단하게 제거가 가능하다.
겔을 연납 페이스트로 계속 가공하기 위해 거의 동일한 부피의 겔 및 금속 분말을 혼합한다. 이와 관련하여 매우 미세한 금속 분말 및 바이모달 또는 멀티모달 금속 분말이 특히 추가적 농화제가 사용되지 않는 경우에 적합한 것으로 입증되었다. 본 발명에서는 겔을 제조한 직후에 금속 분말을 겔에 분산시키는 것이 가능하다. 지금까지 융제에 금속 분말을 주입하기 전에 일반적이었던 대기시간이 필요치 않다.
40 내지 60 체적%의 융제 및 40 내지 60 체적%의 연납 분말로 구성된 납땜용 페이스트가 적합한 것으로 입증되었다.
본 발명에 따른 개선된 형태에서는 겔에 염료가 첨가된다. 10 내지 200 ppm의 프탈로시아닌이 포함된 페이스트가 적합한 것으로 입증되었다. 이는 융제 또는 겔에서 0.1 내지 2 ‰의 프탈로시아닌에 해당한다. 바람직하게도 염료가 금속에서 용해되지 않으며 유기성 기질의 존재 하에서 분해된다. 프탈로시아닌은 이러한 요구를 충분히 충족한다. 형광 염료도 매우 적합하다. 예를 들어 1 ppm의 형광 염료로 페이스트에 잔류하는 페이스트 잔류물을 형광 염료를 가시화할 수 있다. 겔 기질에 의해 안정화되고 안정화 없이 열에 의해 분해되는 형광 염료가 특히 적합하다. 이러한 방식으로 최소한의 잔류물이 나타난다. 이를 통해 품질 점검이 가능할 뿐 아니라 아직 존재하는 최소한의 잔류물을 제거하는 것도 가능하다. 분해 온도가 150 내지 250 ℃ 사이인 형광 안료 또는 염료가 바람직한 것으로 입증되었다.
특히 지금까지는 납땜 공정 후에 청소가 필요했던 모든 사용 분야에서 본 발명은 중요한 의미를 갖는다. 특히 파워 모듈, 다이 어태치 또는 칩 온 보드 분야에서 납땜용 페이스트의 사용이 중요한 의미를 갖는다. 이 사용 분야에서는 기계적 고정을 위해 부품을 납땜한 후에 전기적 접촉을 위한 본딩 공정이 수행된다. 본딩 면에서 납땜용 페이스트의 용융 과정에서 침착되는 잔류물은 본딩을 불가능하게 하거나 또는 적어도 이 공정을 매우 어렵게 한다. 따라서 본딩 면에 융제 잔류물이 존재하지 않는 것이 본딩 공정에 있어 중요하다. 이제 본 발명에서는 선행되는 청소 공정 없이 본딩 공정이 가능하다.
본 발명에 따른 겔 및 상응하는 연납 페이스트의 다른 중요한 사용 분야는 회로의 래커 도장이다. 보호 래커는 환경영향에 대한 그 보호 기능 외에도 전기 절연 기능을 갖는다. 래커 및 잔류물에 대해 지금까지 요구되었던 내구성은 잔류물이 없는 또는 잔류물 형성이 적은 본 발명에 따른 납땜용 페이스트에는 요구되지 않는다.
UBM(언더 범프 메탈리제이션)로의 연납 페이스트의 도포를 위해 연납 페이스트를 포함하는 겔이 바람직하게도 극성 용매 성분, 특히 수용성 용매 및 알루미늄 또는 카르복실산 성분 계열의 농화제를 포함한다.
바람직하게도 보조제(겔화된 용매)에서 연납 페이스트의 함량은 5 - 40 체적%이다. 이를 위해 글리세린, 글리콜, 트리데칸올, 테르피네올과 같은 극성 용매가 적합한 것으로 입증되었다. 복수의 폴리올은 그 우수한 운반 특성 및 높은 점도로 인해 용매로서의 목적을 위해 본 발명에 따른 용매로서 사용하기에 적합하다. 또한 높음 점도 및 우수한 운반 특정을 구비한, 그리스 제조에서 잘 알려진 극성 용제도 본 발명에 따른 목적을 위해 용매로서 사용할 수 있다. 이와 관련하여 용매의 유동성 특성은 복수의 용매를 혼합함으로써 조절할 수 있다. 하지만 용매의 점도는 예를 들어 로진과 같은 수지의 점도와 비교하여 현저히 낮으므로, 유사한 금속 분말이 포함된 페이스트를 기준으로 수지성 융제를 포함하는 페이스트에 비해 점도의 강하가 이루어진다. 동일한 점도에서는 수지성 융제가 포함된 페이스트에 비해 연납 분말 함량이 증가된다. 수지성 융제가 포함된 페이스트에서 연납 분말의 함량이 87에서 88.5 중량% 사이이고 페이스트의 높은 점도로 인해 포토레지스트를 구비한 웨이퍼에서 90 중량%의 도포는 불가능하게 되는 반면, 본 발명에서는 그 융제가 극성 용매인 페이스트로 인해, 특히 극성 용매를 통한 겔화로 인해 90 중량%를 초과하는, 특히 91 중량%를 초과하는 연납 분말 함량이 달성된다.
카르복실산 성분은 납땜된 금속 표면에서 산화 피막을 분리하는 기능을 한다. 따라서 카르복실산 성분의 금속산화물 분리 기능이 다른 페이스트 성분의 존재로 인해 거의 저하되지 않는다는 점에 주목해야 한다. 특히 염 또는 카르복실산 아미드와 아민 성분의 반응이 억제되어야 한다. 아민 성분은 활성화 기능을 가지며, 이 활성화 기능은 연납 페이스트의 다른 성분, 특히 그 카르복실산 성분과의 반응으로 인해 상실되지 않는다는 점에 유의해야 한다.
특히 예를 들어 주석, 납, 비스무트, 인듐, 금 또는 은 계열의 알려진 모든 연납 분말은 본 발명에서 사용이 가능하다.
바람직하게도 연납 분말은 특히 50 중량% 및 경우에 따라서는 90 중량%를 초과하는 주석을 포함한다. 은 및 구리는 적합한 합금성분이다. 전형적인 주석-납 솔더(tin-lead solder) 및 고함량의 납을 포함하는 솔더도 본 발명에서 사용이 가능하다.
바람직하게도 38 ㎛ 미만, 특히 25 ㎛ 미만의 분말 타입은 ANSI/J-STD-005 또는 DIN/EN 61190에 따른 등급 4, 5, 6 및 그 미만에 해당한다.
따라서 연납 페이스트로 코팅된 복수의 UBM에 사용이 가능하며, 연납 페이스트는 UBM당 60-90 체적% 연납 분말, 10-40 체적%의 극선 용매, 0-20 체적%의 삼차 아민 및 0-20 체적%의 카르복실산을 포함한다. 바람직한 실시에서는
- 연납 분말이 70 체적% 이상이며,
- 아민 성분 및 카르복실산 성분의 부피의 합이 10-20 체적%이고,
- 극성 용매가 20-30 체적%이다.
특히 극성 용매는 융제의 주성분, 즉 페이스트에 존재하는 겔의 주성분이다. 본 발명에서는 페이스트에서 연납 분말의 높은 부피 비율로 인해 도포 시 기공 형성이 보장되며 도포 시 거의 일정하게 유지되는 페이스트 조성이 특히 UBM에서 복수의 솔더 디포지트(deposit)를 통해 달성된다. 조성의 균일성은 일반적인 가공 조건에서 거의 일정하게 유지되므로, 발생된 기공이 연납 페이스트의 용융 후에 3 시그마, 특히 4 시그마의 신뢰구간에서 최대 20 체적%, 바람직하게는 최대 15 체적%로 한정된다.
용매의 우수한 운반 특성 및 높은 점도가 높은 연납 분말 함량을 갖는 페이스트의 안정성에 긍정적으로 작용한 것으로 가정된다. 놀랍게도 극성 용매를 통해 아민 성분과 카르복실산 성분 사이의 반응이 억제되므로, 본 발명에서 사용 가능한 연납 페이스트가 보관안정성을 갖는다. 바람직하게도 납땜용 페이스트는 아민과의 카르복실산의 반응산물을 단지 약간만 포함하거나 또는 바람직하게도 전혀 포함하지 않는다.
더욱 바람직하게도 페이스트는, 연납 분말이 분산된 겔, 특히 저수지성 또는 수지가 포함되지 않은 겔을 포함한다. 융제로서 겔을 포함하는 페이스트를 독터 블레이드로 분포시킬 때, 수지성 융제를 포함하는 페이스트와는 달리 페이스트의 조성이 일정하게 유지되며 페이스트를 균일하게 도포할 때 복수의 UBM에 균일한 솔더 분포가 이루어진다. 이는 동면 범프의 제조를 가능하게 하며 큰 기공의 형성을 감소시킨다.
UBM은 금속성으로서, 경우에 따라서 솔더를 통한 코딩이 이루어지지 않는 웨이퍼 표면 상의 독립적인 연결면이다. 웨이퍼 판에는 복수의 UBM이 배치되며, 웨이퍼 판을 칩으로 분리한 후에 UBM에 배치된 솔더가 규정에 따른 칩 연결을 위해 제공된다. UBM에 연납 페이스트를 도포하기 위한 바람직한 방법에서는, 납땜용 페이스트가 특히 독터 블레이드를 통한 프린트 기술을 통해 포토레지스트에 도포되거나 또는 스크라이버를 통해 도포된다. 다른 방법에서는 예를 들어 제트 기술(jet technology)에서 적합한 디스펜서를 통해 UBM으로 연납 페이스트가 도포된다.
본 발명은 도면을 근거로 한 하기 실험예를 통해 상세히 설명된다.
도 1은 미량의 잔류물이 염료를 통해 가시화된 납땜부를 나타낸다.
도 1a는 염료가 포함되지 않은 상태이며,
도 1b는 염료가 포함된 상태이고,
도 1c는 형광 염료가 포함되지 않은 상태이며,
도 1d는 형광 염료가 포함된 상태를 나타낸다.
도 2에서 도 2a에는 파워 모듈이 도시되어 있고,
도 2b 및 도 2c에는 해당 본딩 면에 대한 확대 부분도로서 도 2c의 비교예서는 본딩 면이 오염된 상태이다.
도 3은 래커칠된 회로를 나타낸다.
도 4는 칩이 고정된 캐리어가 확대된 칩 다이 어태치의 스케치를 나타낸다.
도 5는 접점 스트립의 일부분이 확대된 메모리 카드를 나타낸다.
도 6은 표 1에 따른 UBM의 포토레지스트 사이에 도포된 연납 페이스트의 용융 후의 웨이퍼의 히스토그램을 나타낸다.
도 7은 산포도(Scatterplot)로서 나타낸 표 1의 결과에 대한 대안적 도시이다.
도 8은 상자수염도(box and whisker plot)로서 나타낸 표 1의 결과에 대한 다른 대안적 도시이다.
도 9, 도 10, 도 11 및 도 12는 표 2 및 표 3에 따른 도 6 및 도 8의 비교예를 나타낸다.
실험예 1
겔 형태의 상태에 도달할 때까지 67 중량%의 트리데칸올, 20 중량%의 신남산, 10 중량%의 삼차 C16 아민 분획(amine fraction) 및 3 %의 왁스를 용기 내에서 실온 조건으로 혼합했다. 그 다음 일반적인 방법에 따라 솔더 파우더와 함께 겔을 납땜용 페이스트로 처리했다. 겔에서는 솔더 파우더로 처리하기 전에 다른 대기 시간이 필요하지 않다.
실험예 2
겔 형태의 상태에 도달할 때까지 67 중량%의 트리데칸올, 20 중량%의 신남산, 10 중량%의 삼차 C16 알킬아민 분획, 3 %의 피마자유 에스테르(ricinus ester) 및 0.01 중량%의 프탈로시아닌(phthalocyanine)(Hostatint Gruen GG 30)을 용기 내에서 실온 조건으로 혼합했다. 그 다음 일반적인 방법에 따라 솔더 파우더와 함께 겔을 납땜용 페이스트로 처리했다. 겔에서는 솔더 파우더로 처리하기 전에 다른 대기 시간이 필요하지 않다.
실험예 3
겔 형태의 상태에 도달할 때까지 53 중량%의 트리데칸올, 14 중량%의 테르피네올(terpineol), 10 중량%의 삼차 C12 알킬아민 분획, 20 중량%의 세바신산(sebacic acid) 및 3 %의 피마자유 에스테르를 용기 내에서 실온 조건으로 혼합했다. 그 다음 일반적인 방법에 따라 솔더 파우더와 함께 겔을 납땜용 페이스트로 처리했다. 겔에서는 솔더 파우더로 처리하기 전에 다른 대기 시간이 필요하지 않다.
실험예 4
겔 형태의 상태에 도달할 때까지 67 중량%의 글리세린, 7 중량%의 신남산, 18 중량%의 삼차 C18 알킬아민 분획, 5 중량%의 아디프산(adipic acid), 3 %의 피마자유 에스테르 및 10 ppm의 중량%의 형광 염료(Dayglo 사의 형광 안료 Z-17-N)를 용기 내에서 실온 조건으로 혼합했다. 그 다음 일반적인 방법에 따라 솔더 파우더와 함께 겔을 납땜용 페이스트로 처리했다. 겔에서는 솔더 파우더로 처리하기 전에 다른 대기 시간이 필요하지 않다.
실험예 5
겔 형태의 상태에 도달할 때까지 25.5 중량%의 트리데칸올, 25 중량%의 테르피네올, 10 중량%의 삼차 알킬아민(C18 분획), 30 중량%의 세바신산 및 8 중량%의 벤질산 및 1.5 중량%의 아디프산을 용기 내에서 실온 조건으로 혼합했다. 그 다음 일반적인 방법에 따라 다른 대기시간 없이 입자 크기 범위가 5 내지 15 ㎛인 90.5 중량%의 솔더 파우더 Sn63Pb37과 함께 겔을 납땜용 페이스트로 처리했다. 페이스트의 전체 제조 시간은 20분 이내였다. 이러한 방식으로 다른 농화제(thickener) 없이 매우 우수한 페이스트의 제조가 가능했다. 잔류물은 확인할 수 없었으며 적어도 0.1 중량% 미만으로 존재했다.
실험예 6
겔 형태의 상태에 도달할 때까지 37.5 중량%의 트리데칸올, 28 중량%의 테르피네올, 10 중량%의 2-에틸-4-멘틸이미다졸, 15 중량%의 세바신산, 8 중량%의 벤질산 및 1.5 중량%의 아디프산을 용기 내에서 실온 조건으로 혼합했다. 이러한 방식으로 다른 농화제 없이 매우 우수한 겔 형성이 달성될 수 있었다. 그 다음 일반적인 방법에 따라 솔더 파우더와 함께 겔을 납땜용 페이스트로 처리했다. 겔에서는 솔더 파우더로 처리하기 전에 다른 대기 시간이 필요하지 않았으며 20분 내에 사용 가능한 형태로 제조되었다. 그 용융 과정 후에는 잔류물은 확인할 수 없었으며 적어도 0.1 중량% 미만으로 존재했다.
도 1a 및 도 1c는 기판(2) 위의 납땜부(3)에 있는 잔류물(1)을 나타낸다. 도 1b 및 도 1d는 착색된 융제의 납땜부를 나타낸다. 이 융제에서는 염료(18)가 잔류물 내에서만 안정적이다. 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 겔은 각각 동일한 체적의 솔더 파우더와 함께 납땜용 페이스트로 혼합되었다. 규정에 따라 납땜용 페이스트를 사용한 후에 잔류물(1)은 각각 1 중량% 미만이었다. 실험예 2에 따른 페이스트의 잔류물(1)은 도 1b에서 확인할 수 있다. 실험예 4에 따른 페이스트의 잔류물(1)은 도 1d에서 확인할 수 있다. 도 1d에는 납땜부가 도시되어 있다. UV 조사(4)를 통해 형광 방사(5)가 발생하는데, 이 도면에서는 도 1c보다 더욱 뚜렷하게 도시되어 있다. 이는 매우 적은 양의 잔류물(1)에 대한 자동 검출을 가능하게 한다. 본딩 와이어가 깨끗한 면에만 부착되고 접착되도록 접착제를 조절할 수 있다.
도 2a는 세라믹 판(7)에서 복수의 다이(6)가 본딩 와이어(8)를 통해 본딩 면(9)과 결합된 파워 모듈을 나타낸다. 도 2b는 파워 모듈의 확대된 본딩 면을 나타낸다. 도 2c의 기존 납땜용 페이스트에서와는 달리, 이 파워 모듈은 실시예 1 내지 실시예 5 중 하나에 따라 제조된 페이스트의 특정한 사용에서 부품의 고정 시 납땜용 페이스트의 잔류물(1)로 인해 오염되지 않는다(도 2c). 따라서 부품은 그 고정 후에 본딩 면을 청소하지 않고도 본딩이 가능한데, 그 이유는 본 발명에서는 납땜용 페이스트 잔류물이 방지될 수 있고 따라서 본 발명에서는 본딩 면이 오염되지 않기 때문이다.
도 3은 래커칠된 회로를 나타낸다.
도 3a는 납땜된 부품이 확대되고 납땜된 부품의 구역에서 잔류물이 보이지 않는 본 발명에 따른 회로를 나타낸다.
도 3b는 SMD 부품(10)이 확대된 래커칠된 회로를 나타내며, 부품(10) 사이에 존재하는 래커(12)가 종래 기술에서 납땜 잔류물로 인해 야기된 균열부(14)를 포함한다.
도 4는 다이(하우징이 없는 활성화 전기 부품)(6) 아래의 납땜부(3)를 나타낸다. 다이의 위치는 화살표로 표시되어 있다. 납땜부(3)는 융제 잔류물(1)로 오염되어 있으며 본딩을 위해 먼저 청소해야 한다. 본 발명에 따른 페이스트를 사용함으로써 오염을 현저하게 줄일 수 있으므로, 청소 과정이 필요치 않다. 이는 공정의 현저한 단순화를 가능하게 한다. 현재까지는 청소를 위해 발생된 비용이 납땜용 페이스트의 사용할 때 발생하는 비용보다 현저히 크다.
도 5는 메모리 모듈(16)의 접점 스트립(15)으로 이루어진 접점면(17)의 확대도를 나타낸다. 기판에 부품을 납땜할 때 융제가 스트립(15)에까지 분사되고 접점면(17)을 오염시킨다. 이는 메인 보드(Main Board)에 모듈을 삽입할 때 불충분한 접촉을 야기시킨다. 본 발명에서는 융제가 잘못 분사된 경우에도 접점에 잔류물이 형성되지 않는데, 그 이유는 본 발명에 따른 융제는 거의 잔류물없이 분해되기 때문이다. 이로써 메모리 모듈의 제조 시 효율성이 현저하게 개선된다.
수지 및 납이 포함되지 않은 연납 페이스트의 제조 시 겔이 융제로서 준비된다. 겔의 제조 시 겔 형태의 상태에 도달할 때까지 53 중량%의 트리데칸올, 14 중량%의 테르피네올, 10 중량%의 삼차 C12 알킬아민 분획, 20 중량%의 세바신산 및 3 %의 피마자유 에스테르를 용기 내에서 실온 조건으로 혼합한다. 이 겔은 5등 급(15-25 ㎛)의 (SA4C0 .5) 주석-은-구리-연납 페이스트(95.5 중량%의 주석, 4 중량%의 은, 0.5 중량%의 구리)의 8.5:91.5의 질량 비율로 혼합된다.
이러한 조성의 페이스트는 포토레지스트가 포함된 웨이퍼에서 하드 러버 재질의 독터 블레이드(doctor blade)를 통해 웨이퍼의 UBM에 도포된다. 그 대안으로서 스크라이버 또는 스크린을 통해 웨이퍼의 UBM에 도포하는 것도 가능하다. UBM에 도포된 연납 페이스트의 용융 후에 범프(bump)의 기공 형성(void) 및 범프 높이에 대한 평평성과 관련하여 웨이퍼에 대한 분석이 이루어진다. 기공(void) 분석의 결과는 표 1에 요약되어 있다. 웨이퍼는 9개의 영역에서 각각 380개의 범프로 분할되고 평가된다. 최대 기공은 13.6 체적%, 즉 15 체적%보다 현저하게 낮다. 최대 표준 편차는 2.54이고 균일하게 형성된 기공의 평균값은 5 체적% 보다 현저히 낮다. 좁은 분포는 통계학적 확률 상으로 20 체적%를 초과하는 기공이 거의 존재하지 않는다는 것을 의미하며 30 체적%를 초과하는 기공의 존재는 거의 희박하다는 것을 의미한다. 비교를 위하여 종래 방식의 페이스트, 즉 로진 계열의 융제 및 89 중량%의 연납 페이스트가 포함된 웨이퍼가 제조되었다. 이 웨이퍼로 달성된 결과는 표 2에 요약되어 있다. 도 9 및 도 10은 이 결과를 그래프 형식으로 나타낸 것이다. 90 중량%의 연납 비율을 갖는 페이스트의 경우에는 더 이상 독터 블레이드를 이용해 포토레지스트에 도포하는 할 수 없었는데, 그 이유는 페이스트의 점도가 너무 높기 때문이었다. 다른 비교 실험예에서는 로진 계열의 융제가 포함된 페이스트의 연납 비율이 88 중량%였다. 상응하는 결과는 표 3에 요약되어 있다. 도 11 및 도 12는 이 결과를 그래프 형식으로 나타낸 것이다.
도 6, 도 9 및 도 11은 폭이 1 체적%인 기공 등급의 빈도를 나탄내다. 도 1 및 도 6에 따른 본 발명에 따른 도포에서는 조밀한 최대치가 등급 2 내지 3 및 3 내지 4 체적%에서 나타나며, 이에 비해 등급 5 내지 6 또는 6 내지 7 및 7 내지 8 체적%에서는 강한 하강이 나타난다. 10 체적%를 초과하는 비율은 매우 적고 15 체적% 미만으로 한정된다. 이에 반해 도 9에 따른 비교 실험예에서는 등급 0 내지 1 및 1 내지 2 체적%에서 기공의 최대치가 나타나며 기공 등급 3 내지 4 체적% 이상에서는 작은 값으로 감소하지만 등급 28 내지 29 체적%까지는 약하게 감소한다. 30 체적%를 초과하는 등급의 잔류 기공이 상당한 문제이다. 도 11에 도시한 제2 비교 실험예는 도 9에 따른 제1 비교 실험예와 유사한 형태를 나타낸다.
도 7의 산포도(Scatterplot)는 웨이퍼의 측정 그룹 1 내지 9에 포함된 각각 380개의 측정점의 빈도가 명시된 표 1의 본 발명에 따른 결과를 나타낸다. 여기에서는 6 내지 10 체적% 사이의 기공 형성이 매우 약하며 10 내지 15 체적% 사이에서는 단지 개별적으로만 나타나는 것을 알 수 있다. 이 그래프는 본 발명에서는 15 체적%를 초과하는 기공은 실질적으로 거의 나타나지 않으며 20 체적%를 초과하는 기공은 나타나지 않을 것으로 예상되고 25 체적%를 초과하는 기공은 거의 불가능하다는 것을 알 수 있다.
도 8, 도 10 및 도 12에 따른 상자수염도(box and whisker plot)에는 측정 그룹마다 선을 통해 기공의 범위가 표시된다. 크로스는 평균값(평균)을 나타낸다. 함몰부는 중앙값 즉 측정된 값의 중간값을 나타낸다. 바는 양측 측정값 방향으로의 중앙값의 표준 편차(시그마)를 나타낸다.
본 발명은 납땜용 페이스트에 이용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 주성분으로서 카르복실산 성분, 아민 성분 및 용매 성분을 포함하는 보관안정성 겔로서, 카르복실산 성분이 카르복실산 또는 카르복실산 혼합물을 포함하는 열로 쉽게 제거 가능한 물질이며, 아민 성분이 삼차 아민 또는 삼차 아민의 혼합물을 포함하는 열로 쉽게 제거 가능한 물질이고 용매 성분이 극성 용매 또는 극성 용매의 혼합물인 겔.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용매 성분이 수소결합 형성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 겔.
  3. 겔의 제조 방법에 있어서, 카르복실산 성분, 아민 성분 및 용매 성분이 서로 겔화되며, 카르복실산 성분이 카르복실산 또는 카르복실산 혼합물을 포함하는 열로 쉽게 제거 가능한 물질이며, 아민 성분이 삼차 아민 또는 삼차 아민의 혼합물을 포함하는 열로 쉽게 제거 가능한 물질이고 용매 성분이 극성 용매 또는 극성 용매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 페이스트의 제조 방법에 있어서, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 겔이 고체 분말과 함께 분산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 연납 분말이 겔, 특히 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 겔에서 분산되는 납땜용 페이스트에 있어서, 상기 겔이 주로 극성 용매에서 겔화되는 카르복실산 성분 및 아민 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜용 페이스트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 납땜용 페이스트가 특히 1 중량‰ 미만의 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜용 페이스트.
  7. 납땜 및 후속 본딩을 위한 방법에 있어서, 부품의 고정을 위해 납땜용 페이스트가 용융되고 부품이 본딩 면의 별도의 청소 과정 없이 그 후에 표면 활성의 또는 염기성 물질과 본딩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 파워 모듈, 다이 어태치, 칩 온 보드, 시스템 인 패키지(SiP), 웨이퍼 범핑 시, 특히 언더 범프 메탈리제이션(UBM) 및 서피스 마운티드 테크놀로지(SMT) 및 특히 래커칠된 회로를 위한 연납 페이스트의 도포를 위한 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 납땜용 페이스트의 사용.
  9. 폴리머가 포함된 융제 잔류물의 제거를 위한 후처리 없이 납땜 후에 코팅되고 특히 보호 래커가 도포되는 전기적 연결의 구축을 위한 특히 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 수지 비함유성 납땜용 페이스트의 사용.
  10. 웨이퍼 상에서 솔더 범프를 구축하기 위한 특히 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 수지 비함유성 납땜용 페이스트의 사용에 있어서, 수지 비함유성 납땜용 페이스트를 통해 기공의 형성이 범프 체적의 20 체적% 미만으로 달성되는 것을 특징으로 하는 사용.
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