KR20090079902A - 프린트 배선 기판 상에 솔더층을 형성하는 방법 및 슬러리의 토출 장치 - Google Patents

프린트 배선 기판 상에 솔더층을 형성하는 방법 및 슬러리의 토출 장치 Download PDF

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Abstract

프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 솔더층을 형성하는 방법은 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 상기 표면에 토출하는 스텝 및 기판을 가열하는 스텝을 포함한다. 슬러리는 탱크 내의 압력에 의해 토출된다. 상기 방법에서 이용되는 토출 장치에서, 슬러리를 저장하는 탱크에는 탱크에서의 압력을 조정하기 위해 이용되는 슬러리의 토출관(2)과 가스 및 용매의 송입관(1)이 설치된다. 이 장치에서, 1개의 공통 관은 탱크로부터 슬러리를 토출하고 탱크에 슬러리를 송입하는 데에 이용될 수 있고, 1개의 공통 관은 탱크로 가스를 송입하고 탱크로부터 가스의 흡인하는데에 이용될 수 있다.
슬러리의 토출 장치, 탱크, 흡인관, 송입관

Description

프린트 배선 기판 상에 솔더층을 형성하는 방법 및 슬러리의 토출 장치{METHOD FOR FORMING SOLDER LAYER ON PRINTED-WIRING BOARD AND SLURRY DISCHARGE DEVICE}
본 출원은 35 U.S.C §111(b)에 따른 2006년 10월 17일에 출원된 일본 특허 출원 2006-282328호의 출원일의 35 U.S.C.§119(e)(1)에 따라 우선권을 주장하는 35 U.S.C.§111(a) 하에 출원된 출원이다.
본 발명은 솔더링 회로 기판의 형성 방법에 관한 것으로서, 특히 프린트 배선판 상의 미세 도전성 회로 표면에 솔더층을 형성하는 방법 및 상기 방법에 이용되는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치에 관한 것이다.
최근에, 플라스틱 기판, 세라믹 기판, 또는 플라스틱 코팅한 금속 기판 등의 절연성 기판 상에 형성되는 회로 패턴을 갖는 프린트 배선판이 개발되어, 프린트 배선판의 회로 패턴 상에 솔더링된 IC 소자, 반도체 칩, 저항, 콘덴서 등의 전자 부품을 갖는 전자 회로를 구성하는 장치가 광범위하게 채용되어 있다.
이 경우, 전자 부품의 리드 단자를 회로 패턴의 소정의 위치에 접합시키기 위해서, 일반적으로 채용되는 실시는 기판 상의 도전성 회로 표면에 미리 솔더 박층을 형성시키는 스텝, 솔더 페이스트 또는 용제를 프린팅하는 스텝, 소정의 전자 부품을 위치 결정하여 실장하는 스텝, 및 그 다음, 솔더 박층 또는 솔더 박층 및 솔더 페이스트를 리플로잉에 의해 솔더링하는 스텝을 포함한다.
최근에, 전자 제품의 소형화를 위해서, 솔더링 회로 기판은 미세 피칭(pitching)에 대한 경향을 따르도록 요구되고, 0.3㎜피치의 QFP(quad flat package) 타입과 CSP(chip size package) 타입 LSI 패키지와 0.15㎜피치의 FC(flip chip)를 대부분 실장하고 있다. 결과적으로, 솔더링 회로 기판에는 미세 피칭의 응답 가능한 미세 솔더링 회로 패턴을 갖도록 요구된다.
프린트 배선판에 솔더링된 막을 통해서 솔더 회로를 형성하기 위해서는, 예를 들면 도금법, HAL(hot air leveler)법, 또는 솔더 분말의 페이스트를 프린팅하고 합성 프린트를 리플로잉하는 방법 등이 행해지고 있다. 그러나, 도금법에 의한 솔더링 회로의 제조 방법은 솔더층의 두께를 더하는 것을 어렵게 하고, 솔더 페이스트의 프린팅에 의한 방법은 미세 피치 패턴의 대응에 어려움을 발생시킨다.
따라서, 회로 패턴의 배치 등의 어떤 복잡한 절차도 요구되지 않는 솔더링 회로를 형성하는 방법으로서, 프린트 배선판의 도전성 회로의 표면에 점착성 부여 화합물을 반응시킴으로써 점착성을 부여하는 스텝, 솔더 분말을 상기 점착부에 부착한 후, 상기 프린트 배선판을 가열하는 스텝, 및 솔더를 용해하여 솔더링 회로를 형성하는 스텝을 포함하는 방법이 개시되어 있다(예를 들면, JP-A HEI 7-7244 참조.).
JP-A HEI 7-7244에 개시된 방법은 간단한 절차로 미세 솔더링 회로 패턴을 형성하므로, 높은 신뢰성의 회로 기판을 제공하는 것을 가능하게 한다. 이 방법은 솔더 분말을 회로 기판에 건식 공정으로 부착하기 때문에, 분말을 정전기에 의해서 적절하지 않은 부분에도 부착하게 되고, 분말을 흩어지게 야기하여, 회로 기판의 소형화를 방해하고, 솔더 분말의 효율적인 이용을 할 수 없는 문제점이 있었다. 본 발명자는 솔더 분말을 포함하는 슬러리에서 프린트 배선판을 침지하고, 솔더 분말을 도전성 회로의 점착 표면에 습식 공정으로 부착(예를 들면, JP-A 2006-278650호 참조)하는 것을 포함하는 방법을 나타내는 발명의 특허를 출원했다.
그러나, 솔더 분말을 포함하는 슬러리에 프린트 배선판을 침지하는 스텝, 및 솔더 분말을 도전성 회로의 점착 표면에 습윤 공정으로 부착하는 스텝을 포함하는 방법의 경우에, 솔더 분말은 슬러리에서 부력을 받기 때문에, 건식 공정과 비교하여 약한 부착력이 나타난다. 이 문제에 대처하기 위해서, 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치를 이용하여 슬러리에 압력을 가하여, 결과적으로 솔더 분말을 점착성이 부여된 회로 부분에 신속하게 부착하는 것을 포함하는 방법이 고려된다. 그러나, 이 방법은 슬러리에서 솔더 분말이 토출 장치에 펌프 등의 기계 부품에 의해 크러싱(crushing)되어, 크러싱된 형상의 솔더 분말이 균일하게 접합되지 못한다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하고, 솔더 분말의 형상의 크러싱을 피하고, 솔더 분말을 회로 기판에 균일하게 부착하게 할 수 있으므로, 미세 회로 패턴을 실현하는 솔더링 회로 기판의 솔더층을 형성하는 방법 및 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 솔더층을 형성하는 방법에 있어서 상기 도전성 회로 표면에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 탱크 내로부터 탱크 내에서 발생되는 압력의 이용에 의해 토출하는 스텝, 상기 솔더 분말을 상기 도전성 회로의 표면에 부착하는 스텝, 및 부착된 슬러리를 가열하는 스텝을 포함하는 솔더층을 형성하는 방법을 제 1 실시형태로서 제공한다.
제 1 실시형태의 방법을 포함하는 본 발명의 제 2 실시형태는 기체 또는 용매가 상기 탱크에 송출입됨으로써 슬러리의 탱크 내의 압력을 조정하는 스텝을 더 포함한다.
본 발명은 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 점착성을 부여하는 스텝, 얻어진 점착부에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출시킴으로써 상기 솔더 분말을 부착시키는 스텝, 이후 상기 프린트 배선판을 가열함으로써 솔더를 용융하는 스텝을 포함하는 상기 도전성 회로 기판의 표면에 솔더링 회로를 형성하는 방법에 이용되는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치로서, 슬러리를 저장하고, 슬러리의 토출관 및 탱크 내의 압력을 조정하는데 사용되는 기체 또는 용매의 송입관이 설치되어 있는 탱크를 포함하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치를 제 3 실시형태로서 제공한다.
제 3 실시형태의 장치를 포함하는 본 발명의 제 4 실시형태에서 상기 기체 또는 용매의 송입관에는 펌프 및 스위칭 밸브 중 하나 이상이 설치되어 있다.
본 발명은 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 점착성을 부여하는 스텝, 얻어진 점착부에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출시킴으로써 상기 솔더 분말을 부착시키는 스텝, 이후 상기 프린트 배선판을 가열함으로써 솔더를 용융하는 스텝을 포함하는 상기 도전성 회로 기판의 표면에 솔더링 회로를 형성하는 방법에 이용되는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치로서, 슬러리를 저장하는 탱크, 상기 탱크에 배치되는 슬러리의 토출 및 흡인관, 상기 탱크에 슬러리를 저장하는데 이용되는 기체 또는 용매의 흡인관, 및 상기 슬러리의 토출 및 흡인관을 통해서 탱크에 저장되는 슬러리를 방출하는데 이용되는 기체 또는 용매의 송입관을 포함하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치를 제 5 실시형태로서 더 제공한다.
제 5 실시형태의 장치를 포함하는 본 발명의 제 6 실시형태에서 상기 기체 또는 용매의 흡인관 및 송입 펌프에는 펌프 및 스위칭 밸브 중 하나 이상이 설치되어 있다.
본 발명은 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 점착성을 부여하는 스텝, 얻어진 점착부에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출시킴으로써 상기 솔더 분말을 부착시키는 스텝, 이후 상기 프린트 배선판을 가열함으로써 솔더를 용융하는 스텝을 포함하는 상기 도전성 회로 기판의 표면에 솔더링 회로를 제조하는 방법에 이용하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치로서, 슬러리를 저장하는 탱크, 상기 탱크에 배치되는 슬러리의 토출 및 흡인관, 및 상기 탱크에 슬러리를 저장하기 위한 슬러리의 흡인과 상기 슬러리의 토출 및 흡인관을 통해서 탱크에 저장되는 슬러리의 방출에 이용되는 기체 또는 용매의 스위칭 송입관을 포함하고, 상기 기체 또는 용매의 스위칭 송입관에는 탱크에 설치되어 있는 위치의 하부에 솔더 분말을 통과시키지 않는 필터가 설치되어 있는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치를 제 7 실시형태로서 더 제공한다.
제 7 실시형태의 장치를 포함하는 본 발명의 제 8 실시형태에서 상기 기체 또는 용매의 스위칭 송입관에는 기체 또는 용매의 흡인 및 송입이 가능한 펌프 및 스위칭 밸브 중 하나 이상이 설치되어 있다.
솔더링 회로 기판이 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출하기 위한 본 발명의 장치의 이용에 의해 구성될 때, 토출 장치로부터 공급되는 솔더 입자가 형태가 균일하기 때문에, 미세 솔더링 회로 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다. 특히, 이 장치의 이용은 미세 회로 패턴에서도 솔더층의 두께를 균일하고, 인접 회로 패턴 사이의 솔더 금속과 짧은 회로를 감소시키고, 솔더링 회로 판의 신뢰성을 현저하게 증가시키는 효과가 있다. 솔더링 회로 기판에 솔더층을 형성하기 위한 본 발명의 방법은 실장된 전자 부품을 갖는 회로 기판의 소형화를 실현하고, 높은 신뢰성을 나타내므로, 특별한 특성을 나타내는 전자 기계를 제공하는 것을 가능하게 한다.
이하, 본 발명의 상기 및 다른 목적 및 특성과 장점이 첨부 도면을 참조하여 여기에 주어진 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치의 일 실시예이다.
도 2는 본 발명에 의한 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치의 다른 실시예이다.
도 3은 본 발명에 의한 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치의 또 다른 실시예이다.
예를 들면, 본 발명의 프린트 배선판은 플라스틱 기판, 플라스틱 필름 기판, 글래스 천 기판, 종이 기질 에폭시 수지 기판, 세라믹스 기판에 적재되는 금속판을 갖는 기판, 또는 플라스틱 또는 세라믹스를 갖는 금속 기재에 코팅한 절연 기판 상에, 금속 등의 도전성 물질을 이용하여 회로 패턴을 형성한 단면 프린트 배선판, 양면 프린트 배선판, 다층 프린트 배선판 또는 플렉시블 프린트 배선판을 포함하는 것을 나타낸다. 또한, 본 발명은 IC 기판, 콘덴서, 저항, 코일, 배리스터, 베어(bare) 칩, 및 웨이퍼에 적용될 수 있다.
본 발명은 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 점착성 부여 화합물과 반응시킴으로써 점착성을 부여하고, 상기 점착부에 솔더 분말을 도포한 후, 상기 프린트 배선판을 가열하여, 솔더 분말을 용융하는 것을 포함하는 회로 기판에 솔더층을 형성하는 방법이다.
회로를 형성하는 기판으로서 동이 대부분의 경우에 이용된다. 본 발명에서는 이 물질을 동으로 한정할 필요가 없고, 이하 후술되는 점착성 부여 물질로부터 표면에 점착성을 얻을 수 있는 도전성의 물질을 이용하게 한다. 물질의 구체적인 예로서, Ni, Sn, Ni-Au, 솔더 합금 등을 포함하는 물질이 예시될 수 있다.
본 발명에서 바람직하게 이용되는 점착성 부여 화합물로서는, 나프토트리아졸계 유도체, 벤조트리아졸계 유도체, 이미다졸계 유도체, 벤조이미다졸계 유도체, 머캅토벤조티아졸계 유도체 및 벤조티아졸티오 지방산 등이 인용될 수 있다. 이들 점착성 화합물은 특히 동에 대하여 강한 효과를 나타내지만, 다른 도전성 물질에도 점착성을 부여할 수 있다.
본 발명에서, 벤조트리아졸계 유도체는 일반식(1)로 나타낸다.
Figure 112009024778078-PCT00001
(여기서, R1~R4는 수소 원자, 1∼16의 알킬기, 바람직하게 5~16의 탄소 원자, 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH 기를 나타냄).
나프토트리아졸계 유도체는 일반식(2)로 나타낸다.
Figure 112009024778078-PCT00002
(여기서, R5∼R10은 수소 원자, 1∼16의 알킬기, 바람직하게 5~16의 탄소 원자, 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH 기를 독립적으로 나타냄).
이미다졸계 유도체는 일반식(3)으로 나타낸다.
Figure 112009024778078-PCT00003
(여기서, R11, R12는 수소 원자, 1∼16의 알킬기, 바람직하게 5~16의 탄소 원자, 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH 기를 나타냄).
벤조이미다졸계 유도체는 일반식(4)로 나타낸다.
Figure 112009024778078-PCT00004
(여기서, R13∼R17은 수소 원자, 1∼16의 알킬기, 바람직하게 5~16의 탄소 원자, 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH 기를 나타냄).
메캅토벤조티아졸계 유도체는 일반식(5)로 나타낸다.
Figure 112009024778078-PCT00005
(여기서, R18∼R21은 수소 원자, 1∼16의 알킬기, 바람직하게 5~16의 탄소 원자, 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH 기를 나타냄).
벤조티아졸레티오 지방산계 유도체는 일반식(6)으로 나타낸다.
Figure 112009024778078-PCT00006
(여기서, R22∼R26은 수소 원자, 1∼16의 알킬기, 바람직하게 1~2의 탄소 원자, 알콕시기, F, Br, Cl, I, 시아노기, 아미노기 또는 OH 기를 나타냄).
이들 화합물 중, 일반식(1)로 나타내는 벤조트리아졸계 유도체는 일반적으로 R1∼R4의 탄소수가 증가하는 것에 비례하여 강한 점착성을 나타낸다.
일반식(3) 및 일반식(4)로 나타내는 이미다졸계 유도체 및 벤조이미다졸계 유도체는 일반적으로 R11∼R17의 탄소수가 증가하는 것에 비례하여 점착성을 나타낸다.
일반식(6)으로 나타내는 벤조티아졸티오 지방산계 유도체는 R22∼R26이 1 또는 2 탄소 원자를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 점착성 화합물의 하나 이상은 물 또는 산성물에 용해되고, 이용 전에 pH 3∼pH 4 정도의 미산성으로 조정되는 것이 바람직하다. 도전성 물질이 금속일 때 pH의 조정에 이용될 수 있는 물질로서, 염산, 황산, 질산, 및 인산을 포함하는 무기산이 인용될 수 있다. 또한, 이러한 목적에 이용가능한 유기산은 포름산, 아세트산, 프로피온산, 말산, 옥살산, 말론산, 호박산, 및 주석산을 포함한다. 점착성 부여 화합물의 농도는 엄격하게 한정되지 않지만, 용해성, 및 이용 조건에 따라 적절하게 조정되고, 전체로서 0.05질량%∼20질량%의 범위 내의 농도가 바람직하다. 농도가 이 범위보다 낮으면 점착성 막은 불충분하게 형성되고, 성능에 만족되지 못할 것이다.
처리 온도는 점착성 막의 형성 속도와 양을 위해서 실온보다 약간 높은 온도가 바람직하다. 점착성 부여 화합물 농도 및 금속의 종류가 다양하기 때문에 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로 30℃∼60℃의 범위가 바람직하다. 침지의 지속 시간은 한정되지 않지만, 작업 효율 관점으로부터 지속은 대략 5초∼30분의 범위가 될 수 있도록 다른 조건을 조정하는 것이 바람직하다.
이 경우에, 동을 용액에 이온으로서 30∼1000ppm의 농도를 공존시키면, 점착성 막의 형성 속도, 양 등의 형성 효율이 증가되는 이점이 있다.
처리되는 프린트 배선판은, 예를 들면 솔더 불필요의 도전성 회로 부분이 레지스트 등으로 커버되고, 회로 패턴은 노출된 상태로 될 수 있도록 준비된 후, 점착성 화합물 용액으로 처리되는 것이 바람직하다.
프린트 배선판이 여기에서 이용되는 점착성 부여 화합물 용액에 침지되거나 용액이 표면에 도포되면, 도전성 회로 표면은 점착성을 나타낸다.
본 발명은 도전성 회로 표면의 점착부에 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 방법 및 그 방법에 이용되는 장치에 관한 것이다. 회로 표면의 점착부에 솔더 분말을 부착하게 할 경우에, 슬러리에서 프린트 배선판을 침지하여 솔더 분말의 부착을 포함하는 방법이 고려될 수 있다. 상술한 바와 같이, 솔더 분말은 슬러리에서 부력을 받기 쉽기 때문에, 부착력은 건식 공정의 경우와 비교하여 낮아질 것이다. 또한, 토출관에 펌프나 밸브가 설치되면, 이러한 구성은 솔더 입자가 크러싱되는 결점이 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 솔더 분말의 부착의 경우에, 토출관에 펌프나 밸브가 설치되는 것을 필요로 하지 않고 탱크 내에서 발생된 압력에 의해 슬러리를 토출하는 방법 및 그 방법에 이용되는 장치를 제공하는 것이다. 따라서, 슬러리가 가압되고, 솔더 분말은 점착성이 부여되는 회로 부분에 견고하게 부착된다.
이 경우에 압력의 조정은 탱크 내 또는 탱크로부터 방출되어 공기 등의 기체 또는 분산되는 슬러리를 갖는 용매 등의 물을 송출함으로써 수행된다. 압력이 높아지게 될 때, 탱크 내에 가스를 공급하면 충분하다. 압력이 낮아지게 될 때, 탱크 내에 가스를 토출하면 충분하다. 이 압력은 슬러리의 토출의 속도를 조절되게 할 수 있다.
회로 부분에 솔더 분말이 접착될 때, 본 발명은 프린트 배선판이 물에서 침지되는 상태에서 회로 부분에 슬러리 토출 방법을 채용할 수 있다. 이 방법이 채용되는 때, 회로 부분에 부착되지 않고 토출되는 슬러리에서 솔더 분말 일부는 응고되지 않고 효과적으로 회수될 수 있다.
솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출하기 위해 이용되는 본 발명의 장치에는 슬러리(3)를 저장하는 탱크(1)(도 1에서 슬러리는 탱크 내로 솔더 분말 부분과 용매 부분으로 분리됨), 탱크에 배치되는 슬러리의 토출관(2), 그 토출 포트(2'), 탱크에 접속되어 공기 등의 기체 또는 용매의 송입관(7), 송입관에 배치되어 토출 포트를 통해서 탱크에 저장되는 슬러리를 방출하도록 설치되는 펌프(4) 또는 스위칭 밸브(5)가 제공된다. 참조 부호 6은 탱크(1)에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 공급하기 위한 공급 포트를 나타낸다.
도 1에 나타낸 장치에서, 공급 포트(6)를 통해서 탱크(1)에 유입된 슬러리는 펌프(4) 및 스위칭 밸브(5)에 의해 공급되는 압착 공기, 또는 슬러리를 구성하는 용매에 의해 탱크(1)를 가압함으로써 슬러리 토출관(2)을 통해서 방출된다. 이러한 구성의 슬러리 토출 장치에 의하면, 슬러리에 포함되는 솔더 분말은 펌프 및 스위칭 밸브를 통과하지 않기 때문에, 솔더 분말이 펌프나 스위칭 밸브 등의 기계 부분에 의해 크러싱되지 않고, 안정된 형상의 솔더 분말을 공급하는 것이 가능해진다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출하기 위한 다른 장치에는 슬러리를 저장하는 탱크(21), 탱크에 배치되어 공통 적으로 슬러리 토출 및 흡인에 이용되는 토출 및 흡인관(22), 상기 토출 및 흡인관(22)을 통해서 슬러리를 흡인하여 탱크(21)에 저장하는데 이용되는 공기 등의 흡인관(27), 흡인관(27)에 배치되는 제 1 펌프(23) 및 스위칭 밸브(24), 토출 포트를 통해서 탱크에 저장되는 슬러리를 방출하기 위해 이용되는 공기의 송입관(28), 송입관(28)에 배치되는 제 2 펌프(25) 및 스위칭 밸브(26)가 배치된다.
본 구성의 장치에서, 토출 및 흡인관(22)을 통해서 탱크(21)에 유입되는 슬러리는 제 2 펌프(25) 및 제 2 스위칭 밸브(26)에 의해 공급되는 압착 공기, 또는 슬러리를 구성하는 용매에 의해 탱크(21)를 가압함으로써 슬러리의 토출 및 흡인관(22)의 포트(22')를 통해서 방출될 수 있다.
상술된 구성의 슬러리 토출 장치에 의하면, 탱크 내에 저장되는 슬러리에 포함되는 솔더 분말은 펌프 및 스위칭 밸브를 통과하지 않기 때문에, 안정된 형상의 솔더 분말을 공급하는 것을 가능하게 하고, 펌프나 스위칭 밸브의 기계 등의 부분에 의해 크러싱되지 않는다.
도 2에 나타낸 바와 같이 구성되고 솔더 분말을 포함하는 슬러리에 이용되는 토출 장치는, 도 3에 나타낸 바와 같이 공기 등의 흡인관, 송입관, 제 1 펌프 및 제 1 스위칭 밸브와, 제 2 펌프 및 제 2 스위칭 밸브를 공기 등의 스위칭 송입 관(36)의 조합 구성되는 결합으로 배치됨으로써, 펌프(31) 및 밸브(32)에 탱크 내의 솔더 분말을 통과시키지 않는 필터(33)를 추가한 구성으로 수정될 수 있다. 필터는 스위칭 송입관(36)이 탱크에 설치되는 위치의 하부에 배치된다. 따라서, 솔더 분말이 펌프(31)와 밸브(32)를 통과할 일이 없다. 이 장치에서, 슬러리의 토출 및 흡인관(34)의 토출 및 흡인 포트(34')를 통해서 슬러리의 흡인 및 토출 조작이 펌프(31)의 동작을 반전시킴으로써 수행되고, 또한 탱크(35)에 저장되는 솔더층이 펌프(31) 및 스위칭 밸브(32)에 유입되고, 결과적으로 솔더 분말이 펌프나 스위칭 밸브 등의 기계 부분에 의해 크러싱될 것이다. 따라서, 이러한 구성의 장치에 의해 안정된 형상의 솔더 분말을 공급할 수 있게 된다.
상술된 토출 장치를 이용함으로써, 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 점착성을 부여함으로써 솔더 분말을 형성하는 방법에서, 합성 점착부에 토출되는 솔더 분말을 포함하는 슬러리에 의해 솔더 분말의 부착을 한 후, 프린트 배선판을 가열하고 솔더 분말을 용융하여, 상술된 토출 장치의 이용은 솔더 분말을 토출 장치 내의 펌프 또는 스위칭 밸브를 통해서 통과하지 않는 솔더 회로의 형성 방법을 실현할 수 있다.
본 발명에 이용되는 솔더 분말을 포함하는 슬러리는 슬러리에서 솔더 분말의 농도가 바람직하게 0.5체적%∼10체적%의 범위 내, 더 바람직하게 3체적%∼8체적%의 범위 내에서 세팅된다.
본 발명에 이용되는 솔더 분말을 포함하는 슬러리는 용매로서 물을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 솔더 분말을 물에 의해 산화되는 것으로부터 방지하기 위해서, 탈산소된 물을 이용하거나, 물에 방청제를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 처리 방법은 상술된 프리코팅(precoat) 회로 기판 뿐만 아니라, BGA(ball grid array)나 CSP(chip size package)를 접합하는 목적의 범프(bump)의 형성에도 효과적으로 이용될 수 있다. 이들은 본 발명에 의해 고려되는 솔더 회로 기판에 자연히 포함된다.
본 발명의 솔더 회로 기판의 제조 방법에 이용되는 솔더 분말의 금속 조성은, 예를 들면 Sn-Pb계, Sn-Pb-Ag계, Sn-Pb-Bi계, Sn-Pb-Bi-Ag계, Sn-Pb-Cd계를 포함한다. 산업 폐기물로부터 Pb 배제의 최근의 관점으로부터, Pb를 포함하지 않는 각각의 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, Sn-Zn-Bi계 구성이 이용되는 것이 바람직하다.
상기 금속의 구체적인 예로서는, Sn의 63질량%, Pb의 37질량%의 공정 솔더(이하 63Sn-37Pb로 나타냄)를 중심 역할로 하고, 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-05Cu, 97Sn-3Cu, 99Sn-1Ge, 92Sn-7.5Bi-0.5Cu, 97Sn-2Cu-0.8Sb-0.2Ag, 95.5Sn-3.5Ag-1Zn, 955Sn-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-8Zn 등이 인용된다. 본 발명에 이용되는 솔더 분말은 다른 조성의 솔더 분말을 2종류 이상 혼합물일 수 있다.
형성되는 솔더 막의 두께를 솔더 분말의 입자 직경을 변경함으로서 조절될 수 있기 때문에, 솔더 분말의 입자 직경이 솔더 코팅의 두께에 의거하여 선택된다. 예를 들면, 일본 공업 규격(JIS)에는, 스크리닝에 의해 결정되는 63∼22㎛, 45∼22㎛ 및 38∼22㎛의 범위에서 정해진 직경을 갖거나 80㎛ 이상의 직경을 갖는 볼을 갖는 분말로부터 두께를 선택한다. 본 발명의 솔더 분말의 평균 입자 직경 결정에는 JIS에 의해 특정되는 표준 시브(sieve)와 밸런스(balance)를 이용하는 방법이 채용될 수 있다. 다른 방법의 결정은 일렉트로존법에 의거하여 현미경 또는 콜터(Coulter) 카운터에 의한 화상 분석에 의해 이루어질 수 있다. 콜터 카운터를 참조하면, 원칙이 “Powder Technology Handbook"(compiled by the Society of Powder Technology, Japan, 2nd edition, pp 19-20)에 나타나 있다. 이 카운터는 막에 개방된 미세 구멍을 통과시켜 분산되는 분말을 갖는 용액을 미세 구멍의 양측에서 전기 저항 변화를 측정함으로써 분말의 입자 직경 분산을 결정한다. 높은 반복도를 갖는 입자 직경의 조각율을 결정할 수 있다. 본 발명의 솔더 분말의 평균 입자 직경은 상술된 방법을 이용하여 결정될 수 있다.
본 발명에 의해 제작되는 솔더 회로 기판은 전자 부품을 실장하고, 솔더를 리플로잉에 의해 전자 부품을 접합하는 공정을 포함하는 전자 부품을 실장하는 방법에 유리하게 이용될 수 있다. 예를 들면, 프린팅 방법 등에 의해 솔더 페이스트를 도포하고, 전자 부품을 위치에 실장한 후, 가열해서 솔더 분말을 솔더 페이스트에 용융함으로써 용융되는 솔더 분말을 경화하여, 전자 부품이 본 발명에 의해 제 작되는 솔더 회로 기판의 부착을 소망하는 부분에 접합될 수 있다.
솔더 회로 기판에 전자 부품의 접합 방법으로서, 표면 실장 기술(SMT)이 이용될 수 있다. 이 실장 방법은 본 발명에 의한 방법 또는 솔더 페이스트를 프린팅 방법에 의해 솔더 회로 기판을 준비하여 시작된다. 솔더 페이스트는 전자 부품의 부착이 요구되는 회로 패턴의 부분에 도포된다. 그 후, 본 발명의 방법에 의해 솔더가 부착되거나 리플로잉되어 칩 부품이나 QFP 등의 전자 부품이 회로 패턴의 솔더 페이스트에 장착되고 리플로잉 열원에 의해 공통으로 솔더링된다. 리플로잉 열원으로서, 열풍로, 적외선로, 증기 응축 납땜 장치, 광빔 납땜 장치 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 리플로잉 공정은 예열 온도가 130∼180℃, 바람직하게 130∼150℃, 예열 시간이 60∼120초, 바람직하게 60∼90초이다. 리플로잉 온도는 이용되는 합금의 융점에 의거하여 +20∼+50℃, 바람직하게 합금의 융점에 의거하여 +20∼+30℃, 리플로잉 시간이 30∼60초, 바람직하게 30∼40초이다.
리플로잉 공정은 질소중 또는 공기중에서 수행될 수 있다. 질소 리플로잉의 경우에 산소 농도를 5체적% 이하, 바람직하게 0.5체적% 이하로 유지함으로써, 공기 리플로잉과 비교하여 솔더 회로의 솔더의 흡습성이 향상되고, 솔더 볼의 발생도 감소하여 안정된 처리가 된다.
그 후, 솔더 회로 기판이 냉각되어 표면 실장이 완료된다. 이 실장 방법에 의한 전자 부품 접합의 제조 방법은 프린트 배선 기판의 양면에 수행될 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 고려되는 전자 부품을 실장하는 방법에 이용될 수 있는 전자 부품으로서, 예를 들면 LSI, 저항기, 콘덴서, 트랜스포머, 인덕턴스, 필터, 발진자, 진동자 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
이제, 본 발명이 실시예를 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
최소 전극 간격이 50㎛, 전극 지름이 80㎛를 갖는 프린트 배선판이 제작되었다. 동이 도전성 회로로 이용되었다.
점착성 부여 화합물 용액으로서, 일반식(3)에서 R12의 알킬기가 C11H23, R11의 수소 원자를 갖는 이미다졸계 화합물의 2질량% 수용액을 이용하기 전에 아세트산에 의해 약 4의 pH로 조정되었다. 이 수용액이 40℃로 가열되었다. 가열된 수용액에서, 가열된 염산 수용액에 의해 사전 처리된 프린트 배선판이 3분간 침지되었고, 동 회로의 표면에 점착성 물질을 형성하였다.
솔더 분말을 포함하는 슬러리는 평균 입경 70㎛(Microtrac®의 이용에 의해 결정되는 솔더 분말의 평균 입자 직경)를 갖는 96.5Sn-3.5Ag의 솔더 분말의 약 20g과 탈산소된 순수 물의 약 100g을 혼합해서 제조되었다.
솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출하도록 이용되는 장치는 도 2에 나타내는 바와 같이 구성되었다.
상술된 바와 같이 제조된 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 도 2에서 슬러리의 토출 및 흡인관(22)을 통해서 스위칭 밸브(24)를 개방하여 탱크(21) 내에 흡인되었 다. 그 후, 토출 포트(22')가 점착성이 부여된 기판 상에 세팅되었다. 이때, 스위칭 밸브(26)가 개방되어 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출하여 기판이 커버되었다.
그 후, 기판 상에 존재하는 초과 솔더 분말이 순수 물에서 씻어지고 젖은 기판이 건조되었다.
씻어진 분말은 회수되고, 솔더 분말의 부착에 재이용되었다.
프린트 배선판이 240℃의 오븐에 넣어져, 솔더 분말을 용융하고, 동 회로부에 약 50㎛의 두께로 96.5Sn-3.5Ag의 분말 범프가 형성되었다. 솔더 회로에서 브리지 등은 전혀 발생되지 않았다.
기판 상의 금속 노출부에 점착성을 부여함으로써 상기 점착부에 솔더 분말을 부착하게 한 후, 상기 프린트 배선판을 가열하고, 솔더를 용해하여 솔더링 회로를 형성하는 전자 회로 기판의 제조 방법에 있어서, 본 발명은 미세 회로 패턴에 있어서도 인접하는 회로 패턴 사이에 솔더 금속에 의한 단락이 효과적으로 감소되는 동안에, 신뢰성이 현저하게 향상된 전자 회로 기판을 제조할 수 있었다. 결과적으로, 미세 회로 패턴을 갖고, 높은 신뢰성을 나타내며, 회로 부품이 장착되는 회로 기판은 소형화와 높은 신뢰성을 실현한다. 따라서, 전자 회로 기판, 높은 신뢰성, 높은 실장 밀도를 실현하는 전자 부품이 실장되는 회로 기판과, 우수한 특성의 전자 기기를 제공하는 것을 가능하게 한다.

Claims (9)

  1. 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 솔더층을 형성하는 방법에 있어서:
    상기 도전성 회로 표면에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 탱크 내로부터 탱크 내에서 발생되는 압력의 이용에 의해 토출하는 스텝; 상기 솔더 분말을 상기 도전성 회로의 표면에 부착하는 스텝; 및 부착된 슬러리를 가열하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더층을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러리는 상기 프린트 배선판이 침지되는 액체에서 토출되는 것을 특징으로 하는 솔더층을 형성하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    기체 또는 용매가 상기 탱크에 송출입됨으로써 슬러리의 탱크 내의 압력을 조정하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더층을 형성하는 방법.
  4. 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 점착성을 부여하는 스텝, 얻어진 점착부에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출시킴으로써 상기 솔더 분말을 부착시키는 스텝, 이후 상기 프린트 배선판을 가열함으로써 솔더를 용융하는 스텝을 포함하는 상기 도전성 회로 기판의 표면에 솔더링 회로를 형성하는 방법에 이용되는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치로서:
    슬러리를 저장하고, 슬러리의 토출관 및 탱크 내의 압력을 조정하는데 사용되는 기체 또는 용매의 송입관이 설치되어 있는 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 기체 또는 용매의 송입관에는 펌프 및 스위칭 밸브 중 하나 이상이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치.
  6. 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 점착성을 부여하는 스텝, 얻어진 점착부에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출시킴으로써 상기 솔더 분말을 부착시키는 스텝, 이후 상기 프린트 배선판을 가열함으로써 솔더를 용융하는 스텝을 포함하는 상기 도전성 회로 기판의 표면에 솔더링 회로를 형성하는 방법에 이용되는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치로서:
    슬러리를 저장하는 탱크; 상기 탱크에 배치되는 슬러리의 토출 및 흡인관; 상기 탱크에 슬러리를 저장하는데 이용되는 기체 또는 용매의 흡인관; 및 상기 슬러리의 토출 및 흡인관을 통해서 탱크에 저장되는 슬러리를 방출하는데 이용되는 기체 또는 용매의 송입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 기체 또는 용매의 흡인관 및 송입 펌프에는 펌프 및 스위칭 밸브 중 하나 이상이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치.
  8. 프린트 배선판 상의 도전성 회로 표면에 점착성을 부여하는 스텝, 얻어진 점착부에 솔더 분말을 포함하는 슬러리를 토출시킴으로써 상기 솔더 분말을 부착시키는 스텝, 이후 상기 프린트 배선판을 가열함으로써 솔더를 용융하는 스텝을 포함하는 상기 도전성 회로 기판의 표면에 솔더링 회로를 제조하는 방법에 이용하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치로서:
    슬러리를 저장하는 탱크; 상기 탱크에 배치되는 슬러리의 토출 및 흡인관; 및 상기 탱크에 슬러리를 저장하기 위한 슬러리의 흡인과 상기 슬러리의 토출 및 흡인관을 통해서 탱크에 저장되는 슬러리의 방출에 이용되는 기체 또는 용매의 스위칭 송입관을 포함하고; 상기 기체 또는 용매의 스위칭 송입관에는 탱크에 설치되어 있는 위치의 하부에 솔더 분말을 통과시키지 않는 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 솔더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 기체 또는 용매의 스위칭 송입관에는 기체 또는 용매의 흡인 및 송입이 가능한 펌프 및 스위칭 밸브 중 하나 이상이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 솔 더 분말을 포함하는 슬러리의 토출 장치.
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