KR20080107994A

KR20080107994A - 도전성 도료를 사용한 인쇄회로기판의 리플로우 납땜 방법

Info

Publication number: KR20080107994A
Application number: KR1020080035260A
Authority: KR
Inventors: 노부오 가사기; 겐이치 하시모토
Original assignee: 에스에무케이 가부시키가이샤
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2008-12-11
Also published as: JP2008306029A; US20080302859A1; CN101321441A; TW200913832A

Abstract

본 발명은, 회로 패턴, 랜드 패턴에 도전성 도료를 사용하는 경우에 있어서의 땜납의 납땜성 개선에 효과적인 리플로우 납땜 방법의 제공을 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명은, 리플로우 납땜을 실시하는 공정에 있어서 플럭스를 활성화시키는 예비가열 온도를 150∼190℃의 범위로 설정하고, 또한 예비가열 시간을 60±30초의 범위로 설정하는 것을 특징으로 한다. 혹은 질소 분위기 중에서 예비가열 한다.

Description

도전성 도료를 사용한 인쇄회로기판의 리플로우 납땜 방법{REFLOW SOLDERING METHOD FOR PRINTED CIRCUIT BOARD BY USE OF CONDUCTIVE PASTE}

본 발명은, 도전성 도료(導電性塗料)를 사용한 인쇄회로기판(印刷回路基板) 상에 전자부품(電子部品)을 실장하는 표면실장 납땜의 납땜 방법에 관한 것이다.

구리를 적층한 기판을 에칭처리(etching 處理) 하여 회로 패턴(回路 pattern)을 형성하는 인쇄회로기판의 제조에 있어서는, 화학적 에칭처리가 환경에 대한 부하가 크고 특수한 처리설비도 필요하므로, 도전성 도료를 사용하여 회로 패턴을 형성하는 것이 검토되고 있다.

그러나 도전성 도료는 땜납의 흡습성이 나쁘므로 표면실장 납땜의 분야에서는 이용이 어려웠다.

일본국 공개특허 특개2006-28213호 공보에 개시하는 도전성 도료는, 필러(filler)로서 Ag 코팅한 Ni 분말과 Ag 분말을 배합한 것으로서, 페놀 수 지(phenol resin) 등의 경화성 수지(硬化性樹脂)를 바인더(binder)로 하여 스크린 인쇄 할 수 있도록 부틸 카르비톨(butyl carbitol) 등의 유기용매(有機溶媒)로 점도를 조정하고 있다.

또한 올레인산(oleic acid) 등의 불포화 지방산(不飽和脂肪酸)이 배합되어 있어, 금속분말(金屬粉末) 표면(表面) 상에 형성되는 자연 산화막(自然酸化膜)이 제거되고 있다.

본원 출원인은, 불포화 지방산이 배합된 상기 도전성 도료를 사용하여 리플로우 납땜 평가를 실시하였다.

리플로우 납땜은, 랜드 패턴(land pattern)에 크림 땜납을 인쇄하고, 당해 랜드에 전자부품을 재치(載置)하고, 가열 리플로우(加熱 reflow) 시킴으로써 표면실장을 하는 방법이다.

이 경우에, 크림 땜납에 함유되어 있는 플럭스를 활성화시키기 위하여 대기 분위기 중에 있어서, 150∼190℃에서 약95∼120초간 예비가열 하고, 다음에 납땜의 온도를 230∼240℃로 본가열 하는 공정을 채용하고 있는 것이 일반적이었다.

상기 불포화 지방산 배합 도전성 도료를 사용하여 스크린 인쇄한 회로 패턴의 랜드 패턴에 종래로부터 실시되고 있는 이러한 리플로우로(reflow爐)에서 리플로우 납땜을 실시한 바, 유감스럽게도 랜드부의 땜납의 납땜성(solderability)이 불충분하였다.

따라서, 리플로우 조건을 예의 검토한 결과, 완성된 것이 본 발명 이다.

일본국 공개특허 특개평6-37440호 공보에는, 리플로우 납땜 방법에 있어서, 예비가열 후의 부품 접합부 등의 재산화(再酸化)를 방지하기 위하여 예비가열 온도에서부터 리플로우 온도까지 연속적으로 서서히 상승시키는 기술이 개시되어 있다.

그러나 상기 공보에 있어서의 발명의 기술적 사상은 예비가열 후의 접합부의 재산화를 방지하는 것이지만, 예비가열 시간이 짧고 플럭스의 활성화에 편차(偏差)가 발생하는 문제가 있어, 도전성 도료를 사용한 랜드 패턴에는 적용할 수 없는 것이었다.

특허문헌1 일본국 공개특허 특개2006-28213호 공보

특허문헌2 일본국 공개특허 특개평6-37440호 공보

본 발명에 관한 도전성 도료를 사용한 인쇄회로기판의 리플로우 납땜 방법은, 절연체 기판 상에 도전성 도료를 사용하여 회로 패턴을 스크린 인쇄하고, 회로 패턴의 랜드부에 크림 땜납을 인쇄하고, 당해 랜드부에 부품을 재치하고, 다음의 리플로우 납땜을 실시하는 공정에 있어서 플럭스를 활성화시키는 예비가열 온도를 150∼190℃의 범위로 설정하고, 또한 예비가열 시간을 60±30초의 범위로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 예비가열 시간을 30∼90초의 범위로 설정한 것은, 30초 이상 유지하지 않으면 도전성 도료 중의 금속분말의 표면활성(表面活性)이 얻어지지 않기 때문이지만, 그 이외에도 예비가열 시간이 90초를 넘으면 다시 땜납의 납땜성이 악화되기 때문이다.

종래의 동박 랜드 패턴(銅箔 land pattern)에서는 100초 전후의 예비가열이 일반적이었던 것과 비교하면, 도전성 도료의 경우에는 공기 중의 산소에 의하여 도료 중의 금속분말의 표면이 산화되기 때문이라고 추정되었 다.

상세한 실험에 의하면, 예비가열 시간이 25초에서는 금속분말의 활성이 얻어지지 않고, 예비가열 시간이 95초에서는 랜드부가 산화되어 땜납의 흡습성이 악화하였다.

따라서 예비가열 시간은 60±30초가 좋고, 바람직하게는 55∼75초의 범위이다.

거기에서, 랜드부의 산화를 억제하기 의하여 질소 분위기 중에서 예비가열 온도 150∼190℃에서 약95초간 예비가열 한 바, 이 경우에도 랜드의 땜납의 납땜성이 양호하였다.

또, 이 때의 리플로우로의 산소농도는 3500ppm이었다.

따라서 본 발명에 있어서, 리플로우 납땜 방법은 청구항2에 기재되어 있는 바와 같이, 절연체 기판 상에 도전성 도료를 사용하여 회로 패턴을 스크린 인쇄하고, 회로 패턴의 랜드부에 크림 땜납을 인쇄하고, 당해 랜드부에 부품을 재치하고, 다음의 리플로우 납땜을 실시하는 공정에 있어서 플럭스를 활성화시키는 예비가열을 질소 분위기 중에서 하는 것을 특징으로 한다.

따라서 리플로우로의 예비가열은, 산소농도 4000ppm 이하의 질소 분위기에서 하여도 좋다.

또한, 질소 분위기 중의 산소농도에도 영향을 받지만, 산소농도 3000∼4000ppm 레벨의 범위에서는 예비가열 시간은 30∼120초의 사이가 바람직하 다.

본 발명에 있어서는, 랜드 패턴을 도전성 도료를 사용하여 인쇄 형성하였을 경우로서, 크림 땜납 인쇄 후의 리플로우로에서의 예비가열 조건을 대기 분위기 중에서는 150∼190℃, 60±30초로 설정하고, 혹은 질소 분위기 중에서는 예비가열 함으로써 랜드의 땜납의 납땜성이 좋아지고 땜납의 접합강도도 우수하다.

[실시예]

본 발명에 관한 리플로우의 납땜 방법은 도전성 도료를 랜드 패턴에 사용한 각종 전자기판(電子基板)에 적용할 수 있지만, 본 실시예에 있어서는 전자기기를 원격조작 하기 위한 리모콘의 기판으로서 사용하는 경우를 예로 들어서 평가하고, 이를 이하에 설명한다.

종이 기재(紙基材)에 페놀 수지를 함침(含浸)시킨 종이 페놀 기판소재(紙 phenol 基板素材)로서, 두께 1.6mm, 흡수율 2.0%의 기판소재(이창공업주식회사(利昌工業株式會社) 제품, PS-1131) 상에 레지스트층을 코팅 처리(다무라제작소(タムラ製作所)제 레지스트, FINEDELDSR-330R14-13)한 기판소재를 준비하고, 도전성 도료를 사용하여 배선 패턴을 스크린 인쇄한다.

평가에 사용하는 도전성 도료는, 맥스웰북륙정기주식회사(マクセル北陸精器株式會社) 제품의 도전 도료로서, Ag 코팅한 Ni 분말과 Ag 분말을 배합하고, 페놀 수지를 바인더(binder)로서 사용하고, 올레인산과 부틸 카르비톨(butyl carbitol)의 유기용매를 배합한 것이다(특허문헌1에 기재되어 있는 도료).

도전성 도료를 사용하여 배선 패턴 및 랜드 패턴을 스크린 인쇄한 후에는, 건조로를 사용하여 160℃에서 약30분간 건조시켰다.

무연 땜납(천주금속(千住金屬)제, M705)을 사용하여 랜드에 크림 땜납을 인쇄하고, 리플로우로(Heller사 제품, 1812EXL-N2/UL)에서 리플로우 납땜 시험을 한 결과를 도1에 나타낸다.

도1(a)는, 산소농도 3500ppm 레벨이 되는 질소 분위기에서 150∼190℃, 95초의 예비가열을 한 후에 230∼240℃에서 리플로우 시킨 것으로서, 랜드의 땜납 납땜성은 양호하였다.

도1(b)는, 대기 분위기 중에서 150∼190℃, 55∼60초간 예비가열을 한 후에 230∼240℃에서 리플로우 시킨 것이다. 이 경우에도 도1(a)와 마찬가지로 땜납의 납땜성은 양호하였다.

도1(c)는, 대기 분위기 중에서 150∼190℃, 95초간 예비가열 후에 230∼240℃에서 리플로우 시킨 것이지만, 랜드에 대한 땜납의 납땜성이 불충분하였다.

도2는, 실제로 리모콘용 기판에 부품을 실장하여 평가한 상태의 외관 사진을 나타낸다.

예비가열을 대기 분위기 중에서 하는 경우에는 가열시간을 30∼90초의 사이에서 제어함으로써, 도2(1)에 나타나 있는 바와 같이 양호한 부품실장이 가능하게 된다.

또한 예비가열을 질소 분위기 중에서 하면, 도2(2)에 나타나 있는 바와 같이 역시 양호한 납땜성을 나타내었다.

또한 도2의 (1)에 나타낸 칩 부품을 측부로부터 가압하여, 납땜의 접합강도를 평가한 결과, 벗겨짐 강도가 8.5∼25.5N에서 박리되는 면은 종이 페놀과 도전 도료와의 밀착면이었다.

칩 부품의 납땜 강도는, 10N/mm² 이상이라면 특별히 품질상의 문제가 없어, 도2(1)에 나타낸 랜드 표면적인 경우에 6.4N 이상이 기준이 되지만, 이번의 시험결과는 8.5∼25.5N이었으므로 납땜 강도는 충분히 있다는 것이 밝혀졌다.

도3에, 도1(b)에서 나타낸 시험 샘플의 단면 EPMA 관찰결과를 나타낸다.

도전성 도료층(導電性塗料層)에 Sn, Ag, Cu 등이 확산하고 있는 것이 밝혀졌다. Sn, Ag, Cu가 도전성 도료 중으로 확산하고 있는 것은, 이번의 시험평가에 사용한 땜납이 Sn-Ag-Cu계의 3원 무연 땜납(3元無鉛 solder)이기 때문이다.

여기에서 리플로우용 땜납이면 특별하게 한정할 필요는 없어, 종래로부터 널리 사용되고 있는 Sn-Pb계 땜납이어도 좋다.

도1은, 리플로우로에서의 땜납 납땜성 평가결과를 나타낸다.

도2는, 리모콘 기판에 부품을 실장한 외관 사진이다.

도3은, 땜납 부분의 단면 EPMA 사진을 나타낸다.

Claims

절연체 기판(絶緣體基板) 상에 도전성 도료(導電性塗料)를 사용하여 회로 패턴(回路 pattern)을 스크린 인쇄(screen 印刷)하고, 회로 패턴의 랜드부(land部)에 크림 땜납(cream solder)을 인쇄하고, 당해 랜드부에 부품(部品)을 재치(載置)하고, 다음의 리플로우 납땜(reflow soldering)을 실시하는 공정에 있어서 플럭스(flux)를 활성화(活性化)시키는 예비가열 온도(豫備加熱溫度)를 150∼190℃의 범위로 설정하고 또한 예비가열 시간을 60±30초의 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 도전성 도료를 사용한 인쇄회로기판(印刷回路基板)의 리플로우 납땜 방법(reflow soldering 方法).
절연체 기판 상에 도전성 도료를 사용하여 회로 패턴을 스크린 인쇄하고, 회로 패턴의 랜드부에 크림 땜납을 인쇄하고, 당해 랜드부에 부품을 재치하고, 다음의 리플로우 납땜을 실시하는 공정에 있어서 플럭스를 활성화시키는 예비가열을 질소(窒素) 분위기 중에서 하는 것을 특징으로 하는 도전성 도료를 사용한 인쇄회로기판의 리플로우 납땜 방법.