KR20110094714A

KR20110094714A - 솔더 잉크 및 이를 이용한 전자소자 패키지

Info

Publication number: KR20110094714A
Application number: KR1020100014281A
Authority: KR
Inventors: 장용운; 김성철; 추용철; 장승준; 손윤상
Original assignee: (주)덕산테코피아
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-08-24
Also published as: US20120309866A1; WO2011102569A1; KR101061048B1

Abstract

본 발명은 솔더 잉크 및 이를 이용한 전자소자 패키지에 관한 것으로, 솔더 잉크는 주석(Sn)을 가지는 합금을 포함하는 솔더 파우더; 로진수지 또는 로진변성 수지로 구성되는 제1수지를 포함하는 바인더; 활성화제; 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

솔더 잉크 및 이를 이용한 전자소자 패키지{Solder ink and device package using the same}

본 발명은 솔더 잉크 및 이를 이용한 전자소자 패키지에 관한 것으로 보다 상세하게는 연속적인 프린팅 공정에 적용가능한 솔더 잉크 및 이를 이용한 전자소자 패키지에 관한 것이다.

차세대 전자소자는 대면적에 수십 마이크로 수준의 정밀도를 필요로 하고, 저가의 대량생산이 가능해야 한다. 이를 위해 롤스크린, 그라비어, 플렉소, 패드, 잉크젯, 옵셋, 그라비어옵셋 등의 각종 연속적인 프린팅 공정을 연속적으로 제공되는 기판에 적용하여, 전도성 물질, 반도체성 물질, 절연성 물질을 각각의 특성에 맞도록 연속적으로 인쇄하여 전자소자를 제조하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

연속적인 프린팅 방법을 전자소자에 적용하기 위해 전도성 잉크나 전도성 폴리머 등의 전자 잉크와 인쇄 장비의 두 가지 기술이 확보되어야 한다. 이 중 전자잉크로서 금속분말, 유기 폴리머, 무기 나노 입자 물질을 인쇄에 필요한 점도와 레올로지 특성을 가지도록 조정하여 상온에서 비교적 쉬운 방법으로 액체 용액의 잉크로 만들어 인쇄에 폭 넓게 적용할 수 있도록 개발하고 있으며 일부는 이미 사용되고 있다.

그러나 이러한 연속적인 프린팅 공정을 전자소자의 패키징 솔더로 적용하려는 시도하려는 예는 없었다. 현재 고밀도화, 고속화, 및 박형화되어가는 전자소자의 패키징에 적용하기 위해서는 종래 솔더 페이스트 등의 한계인 100㎛ 미만의 미소피치에 대응하고, 대량생산이 가능하여야 하는 데, 솔더 파우더는 일반 충전제에 비해 매우 높은 비중을 가지고 있어 적용가능한 솔더링성, 및 인쇄성이 확보된 솔더 잉크를 제조하는 것은 불가능하다고 인식되었기 때문이다.

한편, 전자소자 패키지는 집적회로 칩을 전자기기에 실장하여 사용할 수 있도록 봉한 형태로서 통상 칩과 본딩이나 플립칩 방식으로 전기적으로 연결되며 내부에 배선이 형성된 기판과, 칩을 둘러싸는 몰드, 그리고 기판의 배선과 전기적으로 연결되는 솔더 범프로 이루어진다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 일 측면은 솔더링성과 인쇄성이 확보되어 연속적인 프린팅 공정에 이용될 수 있는 솔더 잉크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면은 솔더 잉크를 사용한 전자소자 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면은, 연속적인 프린팅 공정에 이용될 수 있는 솔더 잉크로서,

주석(Sn)을 가지는 합금을 포함하는 솔더 파우더;

로진수지 또는 로진변성 수지로 구성되는 제1수지를 포함하는 바인더;

활성화제; 및

용매를 포함하는 솔더 잉크를 제공한다.

이 때, 상기 제1수지는 검 로진(gum rosin), 로진 에스테르(Rosin Esters), 중합 로진 에스테르(Polymerized Rosin Esters), 수소 첨가 로진 에스테르(Hydrogenated Rosin Esters), 불균화 로진 에스테르(Disproportionated Rosin Esters), 이염기산 변성 로진 에스테르(Dibasic Acid Modified Rosin Esters), 로진 변성 페놀수지, 페놀 변성 로진 에스테르(Phenol Modified Rosin Esters), 탤펜 페놀 공중합 수지, 말레산 변성 수지 및 아크릴 변성 수소 첨가 수지로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함한다.

또한, 상기 바인더는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 페놀계 수지, 비닐계 수지, 셀룰로스계 수지, 알키드계 수지, 에스테르계 수지 및 이들의 중합체로 구성된 군에서 적어도 1종 이상이 포함된 제2수지를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 활성화제는 라우르산(lauric acid), 멤테트라히드로프탈산무수물(MEMTETRAHYDROPHTHALIC ANHYDRIDE), 숙신산(succinic acid), 아디픽산(ADIPIC ACID), 팔미트산(PALMITIC ACID), 3-불화붕소 에틸 아미드 착물, 부틸 아민 브롬화수소산염, 부틸 아민 염화수소산염, 에틸 아민 브롬화수소산염, 피리딘 브롬화수소산염, 시클로 헥실 아민 브롬화수소산염, 에틸 아민 염화수소산염, 1,3-디페닐 구아니딘 브롬화수소산염, 2,2-비스 하이드록시메칠 프로파이오닉산염, 2,3-디브로모-1-프로판올로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 솔더 잉크는 칙소제를 더 포함하고, 상기 칙소제는 수첨 캐스트 왁스, 폴리 아마이드 왁스, 폴리 올레핀 왁스, 다이머산, 모노머산, 폴리에스테르변성 폴리디메칠 실록산, 폴리아민아마이드 카르복실산염, 카나우바 왁스(CARNAUBA WAX), 콜로이드상 실리카, 벤토나이트계 점토로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상이 더 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 용매는 글리시딜 에테르류(GLYCIDYL ETHERS), 글리콜 에테르류(GLYCOL ETHERS), 식물성기름, 알파-테르피네올(alpha-Terpneol) 및 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 물질이 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 솔더 잉크는 경화제, 점착부여제 및 점증제가 더 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1수지는 로진 변성 페놀수지를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2수지는 폴리에스테르 폴리올을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 솔더 파우더의 용융점은 130℃ ~ 300℃인 것이 바람직하다.

또한, 상기 솔더 파우더는 Sn을 포함하고, Ag, Cu, Bi, Zn, In 및 Pb로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 물질의 합금으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 솔더 파우더는 70중량% 내지 90중량%이고, 상기 바인더는 3중량% 내지 10중량% 이고, 상기 용매는 4중량% 내지 12중량%인 것이 바람직하다.

또한, 상기 바인더의 제1수지:제2수지 중량비는 50 내지 70 : 30 내지 50으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 솔더 파우더의 입자 크기는 0.2μm ~ 50μm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 솔더 잉크는 롤스크린, 그라비어, 플렉소, 잉크젯, 옵셋, 및 그라비어옵셋 인쇄방식으로 유연성 기판이 연속으로 공급되는 롤투롤 공정에 사용될 수 있다.

또한, 상기 솔더 잉크의 점도는 30 내지 200Kcps 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 솔더 잉크는 금속, 유리, 플라스틱, FPCB, 및 실리콘웨이퍼 상에 인쇄될 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 전술한 솔더 잉크를 이용하여 형성된 솔더 범프를 이용한 전자소자 패키지를 제공한다.

이 때, 상기 전자소자 패키지는 칩사이즈 패키지(chip size package) 또는 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package)일 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은 전술한 전자소자 패키지가 사용된 전자장치를 제공한다.

이 때, 전자장치는 LCD 패널, PDP 패널, 터치스크린, 플렉시블 LCD 패널, 플렉시블 OLED 패널, 태양전지, RFID, 플렉시블 전도성 필름, 폴리머 트랜지스터, 및 전자책으로 구성되는 군에서 선택되는 하나일 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 솔더 잉크는 연속적인 프린팅 공정으로 솔더링을 가능하게 하여 종래 솔더 페이스트를 도포하여 솔더 범프를 형성하는 것보다 정밀도가 높아 전자소자의 미세피치에 대응할 수 있고, 대량생산이 가능하여 원가를 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 솔더 잉크는 금속, 유리, 플라스틱, FPCB, 실리콘웨이퍼에서도 연속적인 인쇄에 적용가능하며, 특히 연성이 있는 기판이 연속적으로 공급되는 롤투롤(Roll to Roll)공정에서도 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 솔더 잉크로 형성되는 솔더 범프는 전자소자의 패키징에 유용하게 적용될 수 있고, 특히 칩사이즈 패키지(chip size package) 또는 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package)에 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 솔더 잉크로 형성되는 솔더 범프를 가지는 전자소자는 다양한 전자제품에 포함되며, 이러한 전자제품은 LCD 패널, PDP 패널, 터치스크린, 플렉시블 LCD 패널, 플렉시블 OLED 패널, 태양전지, RFID, 플렉시블 전도성 필름, 폴리머 트랜지스터, 및 전자책등일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더 잉크의 인쇄방법을 설명하는 설명도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄패턴을 확대한 사진.
도 3은 도 2의 인쇄패턴의 3D촬영사진.

본 발명의 일측면에 따른 솔더 잉크는 솔더 파우더 및 바인더를 포함한다. 본 명세서에서 솔더 잉크란 솔더 파우더를 포함한 전도성 잉크로서 연속적인 프린팅 방법으로 인쇄하여 각종 전자소자의 실장용 솔더로 사용될 수 잉크를 말한다.

솔더 파우더로는 주석(Sn)에 Ag, Cu, Bi, Zn, In 및 Pb 중 적어도 하나 이상의 물질을 더 포함한 솔더 파우더가 사용될 수 있다. 즉, Sn-Ag계 합금, Sn-Ag-Cu계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금, Sn-Zn계 합금 및 Sn-Pb계 합금 등이 사용될 수 있다.

구체적으로 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305), Sn95.5-Ag3.9-Cu0.6, Sn-3.9Ag-0.6Cu, Sn-25Ag-10Sb, Sn-0.7Cu,Sn-3.5Ag, Sn-2Ag,Sn-2.8Ag-20In, Sn-5Sb, Sn-58Bi, Sn-9Zn, Sn-0.5Ag-4Cu, Sn-2Ag-0.75Cu, Sn-3.2Ag-0.5Cu, Sn-3.8Ag-0.7Cu, Sn-4Ag-0.5Cu, Sn-4Ag-1Cu, Sn-4.7Ag-1.7Cu, Sn-8Zn-3Bi, Sn-0.2Ag-2Cu-0.8Sb, Sn-2.5Ag-0.8Cu-0.5Sb(Castin), Sn-2Ag-7.5Bi, Sn-3.4Ag-4.8Bi, Sn-3.5Ag-3Bi, Sn-2Ag-3Bi-0.75Cu, Sn-3.5Ag-5Bi-0.7Cu, Sn-2Ag-4Bi-0.5Cu-0.1Ge, Sn-57Bi-0.1Ag, Sn-52In, Sn-2Ag, Sn-2.8Ag-20In 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305), Sn95.5-Ag3.9-Cu0.6 및 Sn-Bi계 합금이 사용된다.

특히 Sn-3.0Ag-0.5Cu는 다른 무연 합금보다 젖음성 및 기계적 특성 등 모든 특성이 높은 것으로 나타났다.

솔더 파우더의 용융점은 130℃ ~ 300℃일 수 있으며, 보다 바람직하게는 175℃ ~ 250℃일 수 있다. 175℃ 미만에서는 경도 증가, 취성, 융점 저하, 광택 저하가 발생할 가능성이 있고, 250℃ 초과에서는 고열로 인하여 전자 부품에 스트레스를 줄 가능성이 있기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 파우더는 복수의 종류의 합금을 포함할 수 있다. 솔더 파우더의 입자 크기는 0.2μm ~ 50μm일 수 있고, 보다 바람직하게는 5μm ~ 15μm일 수 있다. 솔더 파우더의 크기가 0.2μm 미만인 경우 전자 소자의 미소 피치(Pitch : 간격)에 대응이 어렵고, 합금 분말을 제조하기가 어렵다. 반면 솔더 파우더의 크기가 50μm 초과하는 경우 분말의 입자 크기가 커서 전자 소자의 미소 피치(Pitch: 간격)에 범프 형성에 문제점이 있을 수 있다. 이 때 입자크기는 인쇄하고자 하는 인쇄패턴의 피치과 밀접한 관련이 있는 데 피치가 클수록 입자크기는 커질 수 있다.

솔더 파우더 내부의 각각의 입자 크기 사이에는 미세한 차이가 있으나, 가장 많은 수의 입자가 갖는 입자 크기를 솔더 파우더의 입자 크기로 정의할 수 있다. 솔더 파우더는 구 형상 또는 플레이크상과 침상의 형상일 수 있으며, 솔더 파우더는 일반적으로 구형이지만 각 입자가 완전한 구형이 아닌 경우 입자의 크기는 입자 내부를 통과하는 가장 긴 선분의 길이와 가장 짧은 선분의 길이의 평균값으로 정의한다. 각 입자가 구형에 가까운 경우 입자의 크기는 구의 지름 값에 가까워질 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 솔더 잉크에 사용되는 바인더는 솔더 잉크에 인쇄성을 부여하는 기능과, 솔더링성을 향상시키는 기능을 가진다.

즉, 종래의 솔더링성이 없는 도전성 잉크류인 실버잉크나 세라믹 잉크에 사용되는 바인더로는 솔더 파우더가 변화하여 형성하는 솔더 범프에 보이드, 브릿지, 솔더볼, 슬럼프, 동판젖음성, 이온마이그레이션 등의 불량을 발생시키지 않는 솔더링성의 확보가 어렵고, 또한 종래의 활자인쇄용에 사용되는 바인더로는 연신율(Tack)이 약해서 조색용 안료 비중의 10배 이상이 되는 솔더 파우더를 함유하고 있는 솔더 잉크의 인쇄성을 확보하기가 어렵다. 따라서 인쇄성과 솔더링성의 2가지 기능을 모두 수행하는 기능을 가진 바인더가 사용된다.

바인더는 제2수지 및 제1수지를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 제1수지만으로 구성되는 것을 배제하지 않는다.

제1수지는 로진수지와 로진변성 수지가 사용될 수 있다. 제1수지로는 검 로진(gum rosin), 로진 에스테르(Rosin Esters), 중합 로진 에스테르 (Polymerized Rosin Esters), 수소 첨가 로진 에스테르(Hydrogenated Rosin Esters), 불균화 로진 에스테르(Disproportionated Rosin Esters), 이염기산 변성 로진 에스테르(Dibasic Acid Modified Rosin Esters), 로진변성 페놀수지, 페놀 변성 로진 에스테르 (Phenol Modified Rosin Esters), 탤펜 페놀 공중합 수지, 말레산 변성 수지 및 아크릴 변성 수소 첨가 수지로 중 하나 이상의 물질이 사용될 수 있다. 제1수지로서는 로진 변성 페놀수지가 바람직하게 사용될 수 있다.

로진수지는 송진을 증류하여 얻는 천연 수지로 아비에트산를 주성분으로 하며, 네오아비에트산·레포피마르산·히드로아비에트산·피마르산·덱스톤산 등 수지산(樹脂酸)을 함유하는 물질을 의미한다. 로진수지에 포함된 수지산들은 접합할 부품 표면에서 산화된 금속을 환원시키며, 용융된 솔더 잉크의 젖음성을 향상시켜 솔더 잉크의 접착력 및 강인성을 향상시키고, 이에 따라 솔더 접착제의 전기적 특성 역시 향상시킨다. 또한 로진수지는 솔더링 후 부품 표면을 보호하여 전자 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.

즉, 제1수지는 솔더 파우더가 형성하는 솔더 범프의 솔더링성을 향상시키는 기본 기능을 수행하는 것으로 추정된다.

이에 따라 솔더 잉크는 외부로부터의 물리적 충격이나 고열이나 유기 용제, 부식 등에도 잘 견디는 우수한 특성을 가질 수 있다.

제2수지는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 페놀계 수지, 비닐계 수지, 셀룰로스계 수지, 알키드계 수지, 에스테르계 수지, 및 이들의 중합체가 사용될 수 있으며, 특히 우레탄계 수지로서 폴리우레탄의 프리폴리머인 폴리에스테르 폴리올이 바람직하게 사용될 수 있다. 제2수지는 솔더 잉크의 연신율을 높여주며 프린팅 공정시, 예를 들면 그라비아 옵셋공정시 블랑켓과의 이형성을 확보하게 하여 인쇄시 원활한 전사를 가능하는 것으로 추정된다. 또한 제2수지는 분자량이 높을수록 유리하다.

한편 이에 더하여 첨가제로 용매, 경화제, 활성화제, 점착부여제, 칙소제 및 점증제 등이 사용될 수 있다.

용매는 제1용매 또는 제2용매가 사용될 수 있으며, 고품질의 솔더 잉크 제조를 위해서는 제1용매와 제2용매를 모두 포함하여 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 제1용매 및 제2용매의 구분은 설명의 편의상 필수적인 구성요소를 제시하기 위한 추정적 분류로서, 본 발명의 용매는 제1용매와 제2용매 중에서 적어도 하나 이상의 용매가 포함된다.

제1용매는 제1수지를 용해시키기에 보다 적합한 용매로 추정되며 솔더링성이 보다 중요한 문제점으로 부각될 때 더 많이 사용될 수 있다. 구체적으로 제1용매는 글리시딜 에테르류(GLYCIDYL ETHERS), 글리콜 에테르류(GLYCOL ETHERS 예를 들면, EEA(2-Ethoxyethyl acetate), PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)), 식물성기름(건성유, 불건성유: 대두유, 아마인유, 피마자유 등)로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 물질이 사용될 수 있다.

제2용매는 제2수지를 용해시키기에 보다 적합한 용매로 구성되며 프린팅 공정시 인쇄성이 보다 중요한 문제점으로 부각될 때 더 많이 사용될 수 있으며 예를 들면, NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 또는 알파-테르피네올(alpha-Terpneol)가 사용될 수 있다.

경화제로는 아민 경화제, 산무수물계 경화제, 아미드계 경화제, 이다졸계 경화제, 잠재성 경화제, 경화촉진제 등이 사용될 수 있다. 특히 잠재성 경화제로는 디시안디아마이드(DICYANDIAMIDE), 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메틸우레아(3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea)), 2-페닐-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸, 아민 어덕트계 화합물, 디하이드라이드 화합물, 오니움염(설포늄염, 포스포늄염 등), 비페닐에테르블락카본산, 다가카본산의 활성 에스테르가 사용될 수 있다. 경화촉진제는 경화제의 경화를 촉진시키며 경화 온도를 낮추고자 할 때 첨가함으로써 경화 속도를 조절할 수 있다.

활성화제로는 라우르산(lauric acid), 멤테트라히드로프탈산무수물(MEMTETRAHYDROPHTHALIC ANHYDRIDE), 숙신산(succinic acid), 아디픽산(ADIPIC ACID), 팔미트산(PALMITIC ACID), 3-불화붕소 에틸 아미드 착물, 부틸 아민 브롬화수소산염, 부틸 아민 염화수소산염, 에틸 아민 브롬화수소산염, 피리딘 브롬화수소산염, 시클로 헥실 아민 브롬화수소산염, 에틸 아민 염화수소산염, 1,3-디페닐 구아니딘 브롬화수소산염, 2,2-비스 하이드록시메칠 프로파이오닉산염, 2,3-디브로모-1-프로판올 중 적어도 하나 이상의 물질이 사용될 수 있다. 활성화제는 로진수지의 아비에트산의 기능을 도와 활성화시키는 역할을 한다. 로진수지의 주성분인 아비에트산은 솔더 파우더가 용융되어 솔더링이 용이하게 되도록 액상으로 변할 수 있게 도와주며, 전자 소자의 기판 면의 구리판에 형성된 산화피막을 거의 공차 없이 제거(청소)하여 솔더 파우더가 전자소자의 기판 면에 잘 접합되도록 한다.

칙소제는 인쇄성을 향상시키기 위한 것으로 습윤성, 젖음성, 요변성을 상승 시켜서 접착제가 부드럽게 도포되고 신속하게 굳도록 할 수 있다. 칙소제로는 수첨 캐스트 왁스, 폴리 아마이드 왁스, 폴리 올레핀 왁스, 다이머산, 모노머산, 폴리에스테르변성 폴리디메칠 실록산, 폴리아민아마이드 카르복실산염, 카나우바 왁스(CARNAUBA WAX), 콜로이드상 실리카, 벤토나이트계 점토가 사용될 수 있다. 점증제는 점도를 높이기 위해 사용하는 물질로서 점증제로는 에칠셀로우즈(ETHYL CELLULOSE), 하이드록시플로필 셀루로우즈(HYDROPROPYL CELLULOSE)가 사용될 수 있다.

점착부여제는 석유계, 쿠마론계, terpene계, 및 로진(rosin) 유도체가 사용될 수 있다. 점착부여제는 접착력이나 연신율을 상승시키는 목적으로 첨가될 수 있다. 이 때, 석유계는 C9, Rosin계는 로진에스테르(Rosin Ester)가 바람직하게 사용될 수 있다.

이 때, 솔더 파우더는 70 중량% 내지 90 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 솔더 파우더가 70 중량% 미만으로 포함되는 경우 인쇄성과 접착력은 좋아지나 저항이 높아짐으로 인하여 전기적 특성이 나빠질 수 있고, 솔더 파우더가 90 중량% 초과로 포함되는 경우 솔더 범프의 전기적 특성은 좋아지나 인쇄성이 저하될 수 있다.

바인더는 3 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우 각 수지들의 중량%에 따라서 발생하는 문제점이 다르기는 하나, 대체적으로 3% 미만인 경우 인쇄성과 솔더링성이 좋지 못하며, 전기적 특성이 나빠지며, 10% 초과인 경우 전기적 특성이 저하되고 접착력과 강인성이 상승된다.

한편 바인더의 각 수지 내의 중량비는 제1수지: 제2수지의 중량비가 30 내지 70 : 70 내지 30이 바람직하다. 각 수지의 비율은 인쇄성과 솔더링성의 균형을 이루기 위해서 매우 중요하며 상기 범위를 벗어나는 경우 인쇄성과 솔더링성의 어느 한 쪽이 좋지 못한 결과를 초래한다.

용매는 4 중량% 내지 12 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 4% 미만인 경우 인쇄성 과 솔더링성, 점도상승에 문제점이 있으며, 12% 초과인 경우 솔더링성, 흐름성, 접착력과 강인성이 저하된다.

한편 용매를 제1용매 및 제2용매를 모두 사용할 경우의 중량비는 제1용매 : 제2용매가 50 내지 70 : 30 내지 50 인 것이 바람직하다. 각 용매의 비율은 수지의 경우와 마찬가지로 인쇄성과 솔더링성의 균형을 이루기 위해서 중요하며 상기 범위를 벗어나는 경우 인쇄성과 솔더링성의 어느 한 쪽이 좋지 못한 결과를 초래한다.

한편 솔더 잉크의 점도는 30Kcps 내지 200Kcps일 수 있고, 50Kcps 내지 120Kcps가 바람직하다. 50Kcps 미만인 경우 흐름성, 솔더링성, 전사성, 접착력과 강인성이 저하되고, 120Kcps 초과인 경우 인쇄성, 전사성이 나빠지기 때문이다.

또한 솔더 잉크의 칙소성(지수)은 2.0 내지 6.0가 바람직하다. 2.0 미만인 경우 흐름성, 인쇄성에 문제점이 있고, 6.0 초과인 경우 블랑켓 롤 오염으로 인쇄성이 저하되기 때문이다.

솔더 잉크의 제조

실시예 1

로진변성 페놀수지를 5.0 중량% 넣고 아마인유 5.5 중량%를 사용하여 150℃로 가온하여 로진변성 페놀수지를 용해하고, 로진에스테르 3.5 중량%를 사용하고 글리시딜 에테르류 중 분자량 150 이상, 비점 200℃ 이상인 물질 4.0 중량%를 용매로 사용하여 80℃에서 로진에스테르 수지를 용해한 후 전술한 용액에 입자크기 5 내지 15㎛의 Sn-Ag-Cu 파우더를 80중량%가 되도록 첨가하고 여기에 칙소제, 점증제, 활성화제 등을 첨가하여 솔더 잉크를 제조하였다.

실시예 2

제2수지로서 폴리에스테르 폴리올을 4.0중량% 사용하고 제2용매로 NMP를 7.5중량%사용하여 제2수지를 용해하고, 제1수지로서 수첨로진 3.0중량%를 사용하고 제1용매로 부틸디글리콜 4.5중량%를 사용하여 제1수지를 용해한 후 전술한 용액에 경화제로는 잠재성 경화제 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea), 활성화제로 에틸아민브롬화수소산염, 부틸아민염화수소산염, 및 아디핀산(adipic acid), 안정화제로서 트리에탄올아민(TEA), 칙소제로 수첨 캐스트왁스과 폴리에스테르변성 폴리디메칠 실록산, 점증제로 에틸 셀룰로오스 (Ethyl cellulose)을 가온, 교반하여 용해시킨다. 입자크기 5 내지 15㎛의 Sn-Ag-Cu 파우더를 80중량%가 되도록 첨가하여 솔더 잉크를 제조하였다.

실시예 3

수지로서 로진변성 페놀수지를 7.5중량% 사용하고 용매로 BDG(부틸디글리콜) 9.0중량% 를 사용하여 120℃에서 서서히 교반하여 용해한 후 전술한 용액에 산무수물계 경화제로 4-메틸-1,2,3,6-테트라하이드로프탈릭무수물(4-methyl-1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride), 활성화제로 에틸아민브롬화수소산염, 부틸아민염화수소산염, 및 아디핀산(adipic acid), 안정화제로서 트리에탄올아민(TEA), 칙소제로 수첨 캐스트왁스과 폴리에스테르변성 폴리디메칠 실록산, 점증제로 에틸 셀룰로오스 (Ethyl cellulose)을 가온, 교반하여 용해시킨다. 입자크기 5 내지 15㎛의 Sn-Ag-Cu 파우더를 80중량%가 되도록 첨가하여 솔더 잉크를 제조하였다.

실시예 4

제2수지로서 아크릴수지 5.8%를 사용하고 제2용매인 NMP 3.5 중량%을 60℃로 가온하여 서서히 교반하여 용해하고 제1수지로서 수첨로진 4.2중량% 사용하고 제 2용매 BDG 4.5중량%를 80℃에서 용해한 후 전술한 용액에 이다졸계 경화제 2-페닐-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸, 활성화제로 에틸아민브롬화수소산염, 부틸아민염화수소산염, 및 아디핀산(adipic acid), 안정화제로서 트리에탄올아민(TEA), 칙소제로 수첨 캐스트왁스과 폴리에스테르변성 폴리디메칠 실록산, 점증제로 에틸 셀룰로오스 (Ethyl cellulose)을 가온, 교반하여 용해시킨다. 입자크기 5 내지 15㎛의 Sn-Ag-Cu 파우더를 80중량%가 되도록 첨가하여 솔더 잉크를 제조하였다.

비교예 1

제2수지로서 폴리에스테르 폴리올을 3.0중량%를 사용하고 제2용매로 NMP를 4.5중량%를 용매로 사용하여 120℃에서 500rpm으로 제2수지를 용해하고, 제1수지로서 수첨로진 3.0중량%를 사용하고, 제1용매로 부틸디글리콜 3.0중량%를 사용하여 제1수지를 용해한 후 전술한 용액에 경화제로는 잠재성 경화제 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea), 활성화제로 에틸아민브롬화수소산염, 부틸아민염화수소산염, 및 아디핀산(adipic acid), 안정화제로서 트리에탄올아민(TEA), 칙소제로 수첨 캐스트왁스과 폴리에스테르변성 폴리디메칠 실록산, 점증제로 에틸 셀룰로오스 (Ethyl cellulose)을 가온, 교반하여 용해시킨다. 입자크기 5 내지 15㎛의 Sn-Ag-Cu 파우더를 80중량%가 되도록 첨가하여 솔더 잉크를 제조하였다.

비교예 2

수지로서 로진변성 페놀수지를 7.5중량% 사용하고 용매로 BDG(부틸디글리콜) 9.0중량%를 사용하여 120℃에서 서서히 교반하여 용해한 후 전술한 용액에 산무수물계 경화제로 4-메틸-1,2,3,6-테트라하이드로프탈릭무수물(4-methyl-1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride), 안정화제로서 트리에탄올아민(TEA), 칙소제로 수첨 캐스트왁스과 폴리에스테르변성 폴리디메칠 실록산, 점증제로 에틸 셀룰로오스 (Ethyl cellulose)을 가온, 교반하여 용해시킨다. 입자크기 5 내지 15㎛의 Sn-Ag-Cu 파우더를 80중량%가 되도록 첨가하여 솔더 잉크를 제조하였다.

비교예 3

수지로서 로진변성 페놀수지를 7.5중량% 사용하고 용매로 BDG(부틸디글리콜) 9.0중량% 를 사용하여 120℃에서 서서히 교반하여 용해한 후 전술한 용액에 산무수물계 경화제로 4-메틸-1,2,3,6-테트라하이드로프탈릭무수물(4-methyl-1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride), 활성화제로 에틸아민브롬화수소산염, 부틸아민염화수소산염, 및 아디핀산(adipic acid), 안정화제로서 트리에탄올아민(TEA), 점증제로 에틸 셀룰로오스 (Ethyl cellulose)을 가온, 교반하여 용해시킨다. 입자크기 5 내지 15㎛의 Sn-Ag-Cu 파우더를 80중량%가 되도록 첨가하여 솔더 잉크를 제조하였다.

솔더 잉크의 인쇄

실험예 1

실시예 3에 따라 제조된 점도 113Kcps 칙소 4.1의 솔더 잉크로 그라비아 옵셋장치에서 솔더 잉크를 인쇄하였다. 도 1은 이러한 과정을 나타낸 설명도이다. 이에 따르면, 그라비아 옵셋장치는 그라비아롤(10)과 옵셋롤(20)로 구성된다. 먼저 그라비아롤(10)의 음각홈(11)에 닥터 블레이드(13)로 솔더 잉크(I)를 채우면, 그라비아롤의 솔더 잉크는 평판의 옵셋롤(20)의 블랑켓(21)으로 전사된다. 블랑켓(21)은 폴리디메틸실록산으로 이루어져 솔더 잉크의 용매의 일부를 흡습하며 기판(S)에 솔더 잉크를 인쇄하고, 솔더 잉크를 리플로우 오븐에 통과시켜 솔더범프를 형성한다.

도 2는 실시예 3에 따른 인쇄결과를 확대한 사진이고, 도 3은 도 2의 인쇄패턴의 3D촬영사진이다. 이에 따르면, 인쇄된 패턴의 폭은 약 50㎛로 인쇄상태가 매우 양호함을 알 수 있다.

실험예 2

실시예 1, 2, 3과 비교예에 대해서 점도, 연신율, 인쇄성, 솔더링성을 측정한 결과 표 1과 같은 결과를 얻었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예1	비교예 2	비교예 3
점도	78	113	84	82	132	84	84
칙소성(지수)	5.5	4.1	5.8	5.1	6.8	5.8	5.8
인쇄성	보통	매우양호	양호	양호	불량	양호	불량
솔더링성	매우양호	양호	보통	보통	양호	불량	불량

실험예 2에서 인쇄성은 3D 촬영으로 기판에 전사된 패턴의 형상, 높이, 절연거리를 측정하여 평가하였고, 솔더링성은 기본 리플로우 프로파일에서 솔더링 후 솔더 범프의 브릿지, 솔더볼 형상, 보이드 현상을 SMT 스코프(SMT SCOPE) 로 통하여 측정하여 평가하였다.

10 : 그라비아롤 20 : 옵셋롤

Claims

연속적인 프린팅 방식으로 인쇄되는 잉크로서,
주석(Sn)을 가지는 합금을 포함하는 솔더 파우더;
로진수지 또는 로진변성 수지로 구성되는 제1수지를 포함하는 바인더;
활성화제; 및
용매를 포함하는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 제1수지는 검 로진(gum rosin), 로진 에스테르(Rosin Esters), 중합 로진 에스테르(Polymerized Rosin Esters), 수소 첨가 로진 에스테르(Hydrogenated Rosin Esters), 불균화 로진 에스테르(Disproportionated Rosin Esters), 이염기산 변성 로진 에스테르(Dibasic Acid Modified Rosin Esters), 로진 변성 페놀수지, 페놀 변성 로진 에스테르(Phenol Modified Rosin Esters), 탤펜 페놀 공중합 수지, 말레산 변성 수지 및 아크릴 변성 수소 첨가 수지로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 바인더는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 페놀계 수지, 비닐계 수지, 셀룰로스계 수지, 알키드계 수지, 에스테르계 수지 및 이들의 중합체로 구성된 군에서 적어도 1종 이상이 포함된 제2수지를 더 포함하는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 활성화제는 라우르산(lauric acid), 멤테트라히드로프탈산무수물(MEMTETRAHYDROPHTHALIC ANHYDRIDE), 숙신산(succinic acid), 아디픽산(ADIPIC ACID), 팔미트산(PALMITIC ACID), 3-불화붕소 에틸 아미드 착물, 부틸 아민 브롬화수소산염, 부틸 아민 염화수소산염, 에틸 아민 브롬화수소산염, 피리딘 브롬화수소산염, 시클로 헥실 아민 브롬화수소산염, 에틸 아민 염화수소산염, 1,3-디페닐 구아니딘 브롬화수소산염, 2,2-비스 하이드록시메칠 프로파이오닉산염, 2,3-디브로모-1-프로판올로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 솔더 잉크.
제3항에 있어서,
상기 솔더 잉크는 칙소제를 더 포함하고, 상기 칙소제는 수첨 캐스트 왁스, 폴리 아마이드 왁스, 폴리 올레핀 왁스, 다이머산, 모노머산, 폴리에스테르변성 폴리디메칠 실록산, 폴리아민아마이드 카르복실산염, 카나우바 왁스(CARNAUBA WAX), 콜로이드상 실리카, 벤토나이트계 점토로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상이 더 포함되는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 용매는 글리시딜 에테르류(GLYCIDYL ETHERS), 글리콜 에테르류(GLYCOL ETHERS), 식물성기름, 알파-테르피네올(alpha-Terpneol) 및 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 물질이 포함되는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 솔더 잉크는 경화제, 점착부여제 및 점증제가 더 포함되는 솔더 잉크.
제3항에 있어서,
상기 제1수지는 로진 변성 페놀수지를 포함하는 솔더 잉크.
제8항에 있어서,
상기 제2수지는 폴리에스테르 폴리올을 포함하는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 솔더 파우더의 용융점은 130℃ ~ 300℃인 솔더 잉크.
제9항에 있어서,
상기 솔더 파우더는 Sn을 포함하고, Ag, Cu, Bi, Zn, In 및 Pb로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 물질의 합금으로 구성되는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 솔더 파우더는 70중량% 내지 90중량%이고, 상기 바인더는 3중량% 내지 10중량% 이고, 상기 용매는 4중량% 내지 12중량%인 솔더 잉크.
제3항에 있어서,
상기 바인더의 제1수지:제2수지 중량비는 30 내지 70 : 70 내지 30으로 구성되는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 솔더 파우더의 입자 크기는 0.2μm ~ 50μm인 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 솔더 잉크는 롤스크린, 그라비어, 플렉소, 잉크젯, 옵셋, 및 그라비어옵셋 인쇄방식으로 유연성 기판이 연속으로 공급되는 롤투롤 공정에 사용되는 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 솔더 잉크의 점도는 30 내지 200Kcps 인 솔더 잉크.
제1항에 있어서,
상기 솔더 잉크는 금속, 유리, 플라스틱, FPCB, 및 실리콘웨이퍼 상에 인쇄되는 솔더 잉크.
제17항에 있어서,
상기 전자소자 패키지는 칩사이즈 패키지(chip size package) 또는 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package)인 전자소자 패키지.
제18항의 전자소자 패키지가 사용된 전자장치.
제19항에 있어서,
상기 전자장치는 LCD 패널, PDP 패널, 터치스크린, 플렉시블 LCD 패널, 플렉시블 OLED 패널, 태양전지, RFID, 플렉시블 전도성 필름, 폴리머 트랜지스터, 및 전자책으로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 전자장치.