KR20110019719A - 인쇄 회로 기판으로부터 유기 납땜 방부제 코팅을 제거하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄 회로 기판(PCB)의 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)의 제조 동안 사용된 유기 납땜 방부제(organic solderability preservative : OSP) 코팅의 처리에 관한 것이다. 본 발명의 리플로우 납땜 이전에 OSP 코팅을 제거하는 방법은 OSP 코팅을 처리하고 제거하기 위해 플라즈마 분위기를 이용하는 것을 포함한다.

Description

인쇄 회로 기판으로부터 유기 납땜 방부제 코팅을 제거하는 방법{PLASMA TREATMENT OF ORGANIC SOLDERABILITY PRESERVATIVE COATINGS DURING PRINTED CIRCUIT BOARD ASSEMBLY}

본 발명은 인쇄 회로 기판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인쇄 회로 기판 어셈블리의 제조 동안 사용된 유기 납땜 방부제(organic solderability preservative : OSP) 코팅의 처리에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판(PCB)은 비도전성 기판 상에 적층된 구리 시트(sheets)로부터 통상적으로 에칭된 도전성 경로 또는 트레이스를 이용함으로써, 전자 구성요소를 기계적으로 지지하고 전기적으로 접속하도록 사용된다. 이 결과는 인쇄 배선 기판 또는 에칭된 배선 기판이며, 전자 구성요소가 일단 탑재되면(populated), 일반적으로 인쇄 회로 어셈블리 또는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)라 지칭된다.

언급된 바와 같이 PCB에 대한 도전 층은 일반적으로 전자 구성요소를 접속하고 상호 접속하도록 사용된 트레이스를 생성하도록 패터닝된 얇은 구리 호일 층으로 제조된다. 우선, 구성요소는 도전성 구리 층에 접촉하도록 PCB에 드릴링된 홀 내에 탑재되고 납땜되는 납을 포함한다. 이 드릴링 처리는 매우 정밀하고, 매우 작은 기계적 비트, 또는 매우 정확한 레이저 드릴링 기법을 필요로 한다. 보다 최근에, 이 "스루 홀" 구조 방법은 "표면 탑재" 구조로 점점 대체되었고, 구성요소는 PCB의 외측 표면 상의 도전성 패드 상에 위치하고 땜납을 이용하여 PCB에 전기적 및 기계적으로 고정된다.

표면 탑재는 PCB에 보다 작은 구성요소를 부착하는 성능, 훨씬 많은 개수의 구성요소와 구성요소 당 보다 많은 접속의 허용, 드릴링되고, 간략화되며, 자동화될 보다 적은 홀과 보다 빠른 어셈블리에 대한 필요성, 양 측면 어셈블리 성능, 보다 나은 기계적 성능, 및 보다 낮은 구성요소 비용을 포함하여, 스루 홀 기법에 비해 몇 가지 장점을 갖는다.

종래 기술에서, 도전성 패드의 코팅 층은 통상적으로 주석 납 합금으로 제조되지만, 유해 물질 제한(Restriction of Hazardous Substances : RoHS) 관리에 의해 전자 디바이스 내의 납의 사용에는 제한이 있으며, 구리 도전성 패드 상에서의 Pb 없는 코팅의 사용이 표준이 되어 왔다. 구성요소는 각종 땜납 기법에 의해 구리 패드에 부착되고, 가장 인기 있는 것은 리플로우 땜납으로서 알려져 있다. 리플로우 땜납은 땜납 페이스트의 사용, 즉, 생성된 땜납 및 플럭스의 끈적끈적한 혼합물의 사용을 포함한다. 어셈블리는 오븐에서 적외선 램프 또는 고온 대기 대류에 의해 신중하게 가열되어, 접속의 땜납을 완성한다. 리플로우 땜납 처리는 전기 구성요소를 과열시키거나 손상시키지 않고, 땜납 페이스트에서 땜납 합금 입자를 용융시키고, 구성요소와 도전성 패드 사이에서 강하고, 오래 지속되는 금속 본드를 형성하여, 전자 회로에 대해 구조적 통합성 및 전기적 도전성을 제공한다. 표준 리플로우 땜납 처리는 4개의 단계 또는 "구역"으로 실행되며, 별도의 열 프로파일, 즉, 사전 가열, 열 침투, 리플로우 및 냉각을 각각 갖는다.

땜납 처리가 패드와 구성요소 사이에서 효과적이고, 구체적인 기계적 및 전기적인 접속을 생성하기 위해, 구리 패드는 존재할 수 있는 산화물을 포함하는 임의의 표면 오염물을 제거하는 것이 필요하다. 구리는 용이하게 산화되므로, 리플로우 땜납 처리가 시작할 때까지 보호 층은 구리 패드 표면 상에 유기 납땜 방부제(organic solderability preservative : OSP) 코팅이 제공되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 리플로우 땜납 처리를 위해 구리 패드가 효과적으로 노출되도록 OSP 코팅이 제거될 필요가 있다.

리플로우 땜납 이전에 OSP 층을 제거하는데 사용된 2개의 주요한 방법이 존재하며, 이들 모두는 단점을 갖는다. 제 1 방법에서, 특수한 화학적 용제는 땜납 페이스트 인쇄 이전에 OSP 층에 도포될 수 있다. 이 용제는 OSP 층을 용해시키고 땜납 페이스트 인쇄를 위한 구리 패드 표면을 마련하도록 작용한다. 이 방법의 단점은 제조와 연관된 시간, 재료 및 에너지 비용을 추가하는 추가적인 동작 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은 추가적인 폐수를 생성한다.

OSP 층을 제거하는 알려진 제 2 방법은 땜납 페이스트 혼합물 내의 보다 고도의 반응성 플럭스을 사용하는 것이며, 이러한 플러스는 사전 가열 단계 동안 OSP 층을 용해시키도록 작용한다. 이 방법은 처리에 비용 및 폐기물을 또한 추가할 수 있으나, 장치 최소화를 계속하는 것과 연관된 보다 심각한 문제점을 갖는다. 특히, 전자 구성요소 크기가 계속해서 감소함에 따라, PCB 상에서의 도전성 패드 및 구성요소들 간의 갭의 크기가 또한 감소한다. 이것은 또한 보다 적은 땜납 페이스트 및 이에 따른 임의의 특정의 패드에 대한 보다 적은 플럭스를 사용할 필요성을 초래한다. 감소된 플럭스의 양은 땜납 접합부에 대한 문제점을 신속하고 신뢰 가능하게 할 수 있는 OSP 층을 완전하게 용해시키는 것이 효과적이지 않을 수 있다.

따라서, 당 분야에서 PCB 어셈블리를 생성하고 특히 리플로우 납땜 처리 이전에 도전성 패드로부터 OSP 층을 제거하는 방법의 향상에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 PCB의 어셈블리 및 PCBA의 제조 동안 사용된 OSP 코팅의 처리에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 종래 기술에서 대해 앞서 언급된 단점을 극복하는 리플로우 납땜 이전에 OSP 코팅을 제거하는 향상된 방법을 제공한다. 본 발명의 향상된 방법은 OSP 코팅을 처리하고 제거하기 위해 플라즈마 분위기를 이용하는 것을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB의 OSP 층을 처리하는 처리를 도시하는 도면이다.

본 발명은 PCB의 리플로우 납땜 이전에 OSP 코팅의 처리 및 제거에 있어 향상을 위한 것이다. 특히, 본 발명은 PCB가 리플로우 납땜 처리에 진입하기 이전에 OSP 코팅을 처리하고 제거하기 위해 플라즈마 분위기를 이용한다. 본 발명의 방법은 OSP를 제거하는 종래 기술의 방법과 연관된 단점을 극복한다. 특히, 본 발명에서 어떠한 특수한 용제 또는 특수한 리플러스 재료도 요구되지 않으므로, 추가 재료의 비용 및 오염물을 제거한다. 또한, 플라즈마 분위기는 현재의 스트림 라인 동작 시스템 내에서 생성될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 추가적인 폐수를 생성하지 않고 심지어 땜납 접합부의 품질 또는 신뢰도를 저하시키지 않고 보다 적은 전자 구성요소로 효과적으로 사용될 수 있다.

본 발명은 도 1을 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이며, 리플로우 땜납 시스템(10)은 전반적으로 땜납 페이스트 인쇄 스테이션(20), 구성요소 선택 및 배치 스테이션(30) 및 리플로우 스테이션(40)을 포함하는 것으로서 도시된다. OSP 층을 갖는 PCB(50) 및 플라즈마 소스(60)가 또한 도시된다. 동작 시에 OSP 층을 갖는 PCB(50)는 통상적으로 컨베이어 벨트에 의해 도 1에 도시된 화살표의 방향으로 리플로우 땜납 시스템(10)을 향해 이동한다. PCB(50)가 시스템(10)으로 진입하는 영역기 바로 앞에 배치되어 OSP 층을 제거할 수 있는 플라즈마 분위기를 제공한다. 플라즈마 소스(60)는 분위기 플라즈마 건(plasma gun)과 같은 임의의 알려진 플라즈마 생성기일 수 있고, PCB(50)의 전체 폭이 플라즈마 분위기로 덮여지는 것을 보장하도록 배치된 일련의 노즐로 구성될 수 있다. 노즐은 바람직하게 PCB의 표면 상에 플라즈마를 수평으로 제공하도록 위치하지만, 경사진 노즐을 포함하는 다른 배치가 본 발명의 범위 내에 있다. 일련의 노즐은 컨베이어 벨트 상부에 포함될 수 있다. 생성된 플라즈마는 OSP, 예를 들어, 산소, 아르곤 또는 이들과 질소와의 혼합물을 제거하는 임의의 적절한 가스일 수 있다. 처리 지점에서 플라즈마 소스(60)의 배기구와 PCB(50) 사이의 거리는 10mm 이하이어야 한다.

앞서 기술된 바와 같은 플라즈마 소스를 이용함으로써, OSP 층은 용이하게 에칭될 수 있고 땜납 페이스트 인쇄 단계를 위해 구리 패드가 용이하게 마련될 수 있다. 기술된 바와 같이, 종래 기술의 방법의 단점이 방지된다. 특히, 특수한 땜납 또는 특수한 리플로우 재료의 사용은 필수적이지 않다. 또한, 플라즈마 소스는 제조 라인에서 설치되며 전체 생산 처리에 임의의 처리 시간을 추가하지 않는다.

PCB의 도전성 패드의 플라즈마 세정의 사용은 처리 시의 다른 단계에서 역시 장점이 있을 수 있다. 특히, 플라즈마 또는 활성화된 가스는 땜납 단계 바로 직전에 및 땜납 단계 동안에 땜납 패드를 세정하도록 사용될 수 있다.

본 명세서에서 기술된 실시예는 단지 예시적이며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 변형 및 변경을 행할 수 있음이 이해될 것이다. 이러한 모든 변형 및 변경은 앞서 기술된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 또한, 본 발명의 각종 실시예가 원하는 결과를 제공하도록 결합될 수 있으므로, 개시된 모든 실시예로 반드시 제한되는 것은 아니다.

10 : 리플로우 땜납 시스템
20 : 땜납 페이스트 인쇄 스테이션
30 : 구성요소 선택 및 배치 스테이션
40 : 리플로우 스테이션
50 : PCB
60 : 플라즈마 소스

Claims (9)

1. 인쇄 회로 기판으로부터 유기 납땜 방부제(organic solderability preservative : OSP) 코팅을 제거하는 방법으로서,
   상기 인쇄 회로 기판이 리플로우(reflow) 땜납 시스템에서 처리되기 이전에 상기 인쇄 회로 기판을 플라즈마 분위기에 놓이게 하는 단계를 포함하는
   방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 플라즈마 분위기는 산소, 아르곤 또는 이들과 질소와의 혼합물 중 적어도 하나인
   방법.
   
3. 인쇄 회로 기판을 제조하는 리플로우 땜납 시스템으로서,
   땜납 페이스트 인쇄 스테이션과,
   구성요소 선택 및 배치 스테이션과,
   리플로우 땜납 스테이션과,
   상기 땜납 페이스트 인쇄 스테이션 전에 위치하는 플라즈마 분위기 소스를 포함하는
   시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 플라즈마 분위기 소스는 플라즈마 생성기를 포함하는
   시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 플라즈마 생성기는 상기 플라즈마 분위기로 상기 인쇄 회로 기판을 덮도록(blanket) 배치된 일련의 노즐을 갖는 플라즈마 건(plasma gun)인
   시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 노즐의 배기구는 상기 인쇄 회로 기판의 표면에 수평으로 배치되는
   시스템.
   
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 노즐의 배기구는 상기 인쇄 회로 기판의 상기 표면에 대해 소정의 각도로 배치되는
   시스템.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 노즐의 배기구는 상기 인쇄 회로 기판의 상기 표면으로부터 10mm 이하로 위치하는
   시스템.
   
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 플라즈마 분위기 소스는 산소, 아르곤 또는 이들과 질소의 혼합물의 소스인
   시스템.

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