KR20110137793A - 투명 기판에 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 방법 - Google Patents

투명 기판에 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 방법 Download PDF

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KR20110137793A
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안드레아스 닉커트
베른트 알브레히트
피터 크라흐트
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쇼오트 아게
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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 전도 층을 포함하는 전기 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 방법으로서, 전도 층은 빛의 가시 파장 영역에서 실질적으로 투명한 기판상에 도포되는, 상기 전도 연결 방법에 있어서, 전기 컴포넌트 또는 전도 층에서 컴포넌트가 전도 층과 연결되어야 하는 영역에 납땜 재료가 제공되는 단계와, 납땜 재료가 용융되면서, 전기 컴포넌트와 전도 층 사이에 분리되지 않으면서 재료 결합되는 전도 연결부가 형성되는 방식으로, 에너지원으로부터 공급되는 에너지가 납땜 재료에 공급되는 단계를 포함하는 상기 전도 연결 방법에 관한 것이다.

Description

투명 기판에 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 방법{METHOD FOR CONDUCTIVELY CONNECTING A COMPONENT ON A TRANSPARENT SUBSTRATE}
본 발명은, 하나 이상의 전도 층과 전기 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 방법으로서, 전도 층이 빛의 가시 파장 영역(range of visible wavelength)에서 실질적으로 투명한 기판상에 도포되는, 상기 전도 연결 방법에 관한 것이다. 가시 파장은 본 출원에서, 층 또는 기판의 420㎚과 700㎚ 사이에서 투과도가 60% 이상, 특히 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상인 것을 의미한다.
종래 기술, 특히 WO 01/82378로부터는 납땜 방법을 이용하여 전도성 층을 포함하는 투명 기판상에 컴포넌트, 특히 발광 다이오드를 실장하는 점이 공지되었다. 이는 WO 01/82378에 따르면, 전도성 층을 포함하는 기판상에 전도 페이스트(paste) 또는 도료(paint)로 이루어진 접점 패드들을 도포하고, 그런 다음 상기 접점 패드들은 납땜 방법으로 컴포넌트들, 특히 발광 다이오드들과 연결하는 것을 통해 가능해진다.
WO 01/82378에는 특정한 방법이 기재되어 있지 않으며, 다만 일반적인 방법으로 수납땜 인두(manual soldering gun) 및 선상 땜납(solder wire)을 이용하여 유리 상에 컴포넌트들을 납땜하는 공정 단계를 수작업으로 실시하였다.
DE 10 2004 018 109 A1로부터는, 전기 전도 구조, 특히 전기 가열성 코팅층을 구비하는 하나 이상의 디스크를 포함하는 플레이트 엘리먼트에 대해, 예컨대 납땜 연결을 통해 상기 코팅층의 전기 접점을 형성하되, 납땜 출력이 강성의 디스크를 통과하여 납땜 이음부에 제공되는 점이 제공된다.
그러나 DE 10 2004 018 109 A1은 전기 전도성 층에 컴포넌트들을 실장하는 것이 아니라, 가열 목적으로 이용되는 전도 구조에 전기 단자를 실장하는 점을 기재하고 있다.
EP 0 584 356으로부터는 절연 기판(base material)과 연결되어야 하는 부분에 레이저 광을 방사하는 것을 통해 상기 부분을 납땜 연결하기 위한 방법이 공지되었다. 이 방법은 실질적으로 IC 칩 또는 커패시터와 절연 기판의 연결에 관한 것이다.
절연 기판이 투명 기판을 포함할 수 있다는 점은 EP 0 584 356에 개시되어 있지 않다. 또한, 납땜 공정은 상부로부터 절연 기판상에 이루어진다.
적외선을 이용한 납땜 공정은 DE 43 12 642로부터 공지되었으며, 이 경우에는 예컨대 도체 와이어 또는 접점 스폿(contact spot)과 같은 전도 엘리먼트가 반도체 칩과 연결된다.
DE 100 19 888 A1로부터는 투명 기판에 대한 발광체의 리플로 납땜 방법(reflow soldering)이 공지되었다.
DE-A-23 43 235는 스트립 도체 상에서 가시 광 및/또는 적외선을 이용하여 인쇄 회로 기판을 납땜하는 방법을 개시하고 있다. DE 23 43 235에 따른 도체 스트립을 포함하는 기판 본체는 열 방사선에 대해 양호한 투과성을 나타낸다. 도체 스트립의 재료는 명시되어 있지 않다. 납땜 가능한 접점 표면의 신속한 가열과 납땜 재료의 유동을 달성하기 위해, DE 23 43 235에 따라서는, 추가로 초음파원이 제공된다.
DE 195 04 967 A1은 전자 컴포넌트의 접점 금속 배선과 가요성 기판의 접점 엘리먼트들의 열적 연결 방법을 개시하고 있되, 에너지 공급은 레이저 조사(laser irradiation)를 통해 이루어진다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점들을 극복하며, 그리고 특히 전기 엘리먼트가 투명 기판상의 전기 전도성 코팅층과 간단한 유형 및 방식으로 연결될 수 있도록 하는 경제적인 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 하나 이상의 전도 층과 전기 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 제1항에 따른 방법에 있어서, 상기 전도 층은 광의 가시 파장 영역에 대해 실질적으로 투명한 기판상에 실장되는, 하기 단계들을 포함하는 상기 전도 연결 방법에 의해 달성된다.
- 전기 컴포넌트 또는 전도 층에서 컴포넌트가 전도 층과 연결되어야 하는 영역에 납땜 재료가 제공되는 단계.
- 납땜 재료가 용융되면서, 전기 컴포넌트와 전도 층 사이에 분리되지 않으면서 재료 결합되는 전도 연결부가 형성되는 방식으로, 에너지원, 바람직하게는 전자기 방사선을 방출하는 에너지원, 특히 광원, 바람직하게는 할로겐 램프 또는 레이저 광원으로부터 공급되는 에너지가 납땜 재료에 공급되는 단계.
본 발명에 따른 방법은, 투명 기판상에 컴포넌트들, 특히 광전도 다이오드들이 매우 빠르게 납땜 될 수 있고, 또한 이런 납땜 공정은 자동화될 수도 있게 한다. 신속하고, 특히 자동화된 납땜을 통해, 종래 기술에 비해, 2.5인자만큼의 클록 속도 단축뿐 아니라, 사용자에 의존하지 않는 작업이 달성된다. 또한, 투명 기판상에 배치되는 전도 구조와 엘리먼트 사이에 확실한 전기 전도 연결부가 제공된다. 또 다른 장점은, 용제 함유 세정제의 이용이 방지됨으로써, 이미 존재하는 유리 브러시 세척기(glass-brush washing machine)가 이용될 수 있다는 점이다. 또한, 가요성 단자들의 납땜 가능성도 제공된다. 엘리먼트의 단자는 예컨대 도체 스트립 상에, 예컨대 산화주석 또는 은을 포함하는 도체 스트립 상에 직접 형성될 수 있다.
지금까지 투명 기판상에, 특히 유리의 투명 기판상에 컴포넌트를 통상적으로 접착하는 공정에 비해, 납땜 공정은 수많은 장점이 있다. 예컨대 납땜 재료는 접착제보다 더 높은 내자외선성을 보유한다. 이는 특히 실외 적용 시에 바람직하다. 또한, 납땜 재료는 실제로 100% 전도 재료이며, 그에 반해 접착제의 전도성은 더욱 낮다.
본 발명의 제1 실시예에서 납땜 재료는, 전도성이면서 가시 영역에서 실질적으로 투명한 전기 전도 코팅층 상에 도포된다. 전도 코팅층은 예컨대 산화주석을 포함할 수 있다.
본 발명의 대체되는 구현예에서, 전도성 층 상에는 우선 접점 패드들이 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄 공정으로, 또는 전사지(transfer decal)에 의해 도포될 수 있다. 그런 다음 접점 패드들 상에 납땜 재료가 도포된다. 그리고 납땜 연결부가 접점 패드들과 컴포넌트 사이에 형성된다. 접점 패드들은 바람직하게는 전도 페이스트 또는 도료로, 예컨대 은 전도성 도료(silver conductive paint) 또는 은 전도성 도료 페이스트로 구성될 수 있다. 바람직하게는 전도 페이스트 또는 도료는 예컨대 스크린 인쇄에 의해 도포된 후에 가열 건조(baking)된다. 가열 건조 후 동시에 투명 기판, 특히 투명 유리 기판의 프리스트레스(prestress)가 이루어질 수 있다. 그럼으로써 후속하는 절차 단계들을 위한 높은 기계적 강도가 달성된다.
바람직하게는 투명 기판은 윗면 및 밑면을 포함하되, 투명 전도성 층은 윗면에 도포되고, 에너지원, 바람직하게는 광원의 에너지는 밑면으로부터 투명 기판을 통과하여 연결할 재료 내로 주입된다. 밑면으로부터 기판을 통과하여 에너지가 주입됨으로써, 투명 코팅층과 전도 연결되어야 하는 컴포넌트의 온도 부하는 최소값으로 감소된다.
특히 바람직하게는 투명 기판은 열을 흡수하는 층, 예컨대 금속 산화물층, 예컨대 불소 도핑된 산화주석 층을 포함한다. 열을 흡수하는 층을 통해서는 납땜 시간이 급격하게 감소될 수 있는데, 그 이유는 이 경우 투명 층이 엘리먼트가 고정되어야 하는 위치에서 가열된다는 사실이 이용되기 때문이다. 그런 다음 열 입력이 실질적으로 전도성 투명 기판 내로 이루어지기 때문에, 납땜 시간이 짧은 조건에서 엘리먼트는 최소의 부하를 받게 된다. 짧은 납땜 시간은 예컨대 60초 미만, 특히 30초 미만, 특히 바람직하게는 10초 미만, 매우 바람직하게는 5초 미만, 더욱 바람직하게는 1초 미만의 납땜 시간을 의미한다. 특히, 전도성 코팅층이 열을 흡수하는 층으로서 형성되는 것을 통해서, 짧은 납땜 시간을 달성하기 위해 DE 23 43 235에 기재된 바와 같은 초음파 장치를 추가로 이용하는 점은 배제할 수 있다.
특히 바람직하게는 특히 열을 흡수할 수 있는 전도성 층은 금속 산화물, 바람직하게는 ITO(InOx:Sn), FTO(SnOx:F) 또는 ATO(SnOx:Sb)를 포함한다. 또한, ZnOx:Ga, ZnO:F, ZnOx:B, ZnOx:Al 또는 Ag/TiOx도 생각해볼 수 있다. 언급한 화합물의 경우 x는 도펀트 농도 및 화학량론에 따라 1과 2 사이의 영역이다. 특히 바람직한 화합물은 SnO2:F 또는 SnO2:Sb이다. 만일 투명 기판, 특히 유리 기판이 FTO 층(SnOx:F)을 포함한다면, 예컨대 500 - 1500㎚ 영역의 파장과 50W 내지 1000W, 특히 100W 내지 500W 영역의 전력 소모량을 갖는 할로겐 램프를 이용할 시에 30초 미만, 특히 10초 미만, 바람직하게는 10초 내지 0.1초 영역, 특히 바람직하게는 10초 내지 1초 영역의 납땜 시간이 달성될 수 있다. 상기 유형의 층들을 이용할 시에, 상대적으로 낮은 전력 소모량으로도, 예컨대 DE 23 43 235에 따른 초음파 에너지의 방사와 같은 추가적인 조치 없이도, 매우 짧은 납땜 시간을 달성할 수 있다. 상대적으로 낮은 전력 소모량과 동시에 짧은 납땜 시간을 통해 특히 안전한 가공이 가능해진다.
투명 기판상의 전도성 층에 대한 도포 방법으로서는 화학적 증기 증착법(CVD), 물리적 증기 증착법(PVD), 침지 코팅법 또는 화학 또는 전기 화학 코팅법이 고려된다. 또한, 분무 열분해법, 스퍼터링 방법 또는 졸겔 공정(sol-gel process)도 가능하다. 분무 열분해법에 의한 도포 공정은 특히 경제적이며, 코팅층 재료로서 바람직하게는 불소 도핑된 산화주석(SnOx:F)이 이용된다. 특히 높은 광학적 특성을 달성하고자 한다면, 바람직한 도포 방법은 스퍼터링 공정이다.
투명 기판은 유리 기판 및 플라스틱 기판일 수 있다. 기판 재료로서는 특히 투명하거나 유사 투명한(quasi transparent) 그런 재료가 고려된다. 투명 기판은 가시 파장 영역에서 80% 이상의 투과도(> 80%)를 나타내는 기판을 의미한다. 유사 투명 층 또는 유리는 본 출원의 경우 가시 파장 영역에서 60% 이상의 투과도(> 60%)를 보유하는 그런 층 또는 유리를 의미한다. 가시 파장 영역은 바람직하게는 420㎚과 700㎚ 사이이다. 유리로서는 특히 불소 도핑된 산화주석(SnOx:F)으로 코팅된 소다 석회 유리가 고려된다.
자동화된 에너지 공급은 예컨대 전자기파에 의해, 특히 예컨대 빛에 의해 이루어진다. 빛의 이용은 또한 광 납땜 방법(light-soldering method)으로서 기재된다. 광 납땜 방법의 경우 예컨대 가시 파장 영역 또는 적외선 파장 영역의 빛을 포함하는 광 빔이 하부로부터 수평으로 장착된 기판을 통해 안내되되, 빔은 납땜 페이스트 및 납땜할 엘리먼트를 구비한 투명 층에 도달한다. 특히 광 납땜 시에 0.5 내지 2㎛의 파장을 갖는 단파 적외선이 납땜 이음부에 집속된다. 바람직하게는 집속은, 광원이 반타원형 미러의 초점에 정렬됨으로써, 광원으로부터 출발하는 모든 빔이 타원의 제2 초점에 집속되는 것을 통해 이루어진다. 납땜 이음부의 표면에서 에너지는 흡수에 의해 열로 변환된다. 방사선 에너지는 광원의 출력, 방사선 기간 및 집속 유형을 통해 가변될 수 있으며, 다시 말해 에너지 공급은 시간, 램프 전류 및 초점 위치의 파라미터에 의해 매우 정확하게 설정 및 조절될 수 있다. 초점의 지름은 각각의 광학 시스템에 따라 수 밀리미터 영역, 바람직하게는 0.1㎜와 100㎜ 사이의 영역이다. 광원으로서는 예컨대 할로겐 램프의 빛이 이용될 수 있다. 빛의 파장은 500㎚와 1500㎚ 사이이고, 할로겐 램프의 전력 소모량은 50W 내지 1000W이고, 바람직하게는 100W 내지 500W이며, 특히 바람직하게는 250W이다.
광 납땜을 위한 할로겐 광원 이외에도 특정한 광원은 예컨대 700㎚ 이상의 파장(> 700㎚)을 갖는 적외선 방사선을 방출하는 레이저 광원일 수도 있다.
특히 바람직한 방법은, 하나 이상의 스트립 도체 또는 전도 층과 전기 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 방법으로서, 스트립 도체 또는 전도 층이 빛의 가시 파장 영역에서 실질적으로 투명한 기판상에 도포되고,
투명 기판은 열을 흡수하는 층을 포함하고, 동시에 전도성 층은 상기 열 흡수층인, 상기 방법에 있어서,
전기 컴포넌트 또는 스트립 도체 또는 전도 층에서 컴포넌트가 전도 층 또는 스트립 도체와 연결되어야 하는 영역에 납땜 재료가 제공되는 단계와,
공급되는 에너지는 실질적으로, 엘리먼트가 고정되어야 하는 위치에서 열을 흡수하는 스트립 도체 또는 전도 층 내로 제공됨으로써,
엘리먼트의 최소 부하 및 짧은 납땜 시간의 조건에서 전기 컴포넌트와 스트립 도체 또는 전도 층 사이에 분리되지 않으면서 재료 결합된 전도 연결부가 형성되는 방식으로, 전자기 방사선을 방출하는 에너지원으로부터 공급되는 에너지가 자동화된 방식으로 납땜 재료에 공급되는 단계를 포함하는 상기 전도 연결 방법이다.
특히 앞서 기재한 사항에 제한됨이 없이, 납땜 시간은 30초 미만, 특히 10초 미만, 바람직하게는 0.1초와 10초 사이 영역, 더욱 바람직하게는 1초와 10초 사이의 영역이다.
바람직하게는 에너지원, 특히 광원의 방출되는 전자기 방사선의 파장은 500㎚ 내지 1500㎚의 영역이다.
에너지원은 예컨대 50W와 1000W 사이, 특히 100W와 500W 사이의 전력 소모량을 갖는 할로겐 램프일 수 있다.
바람직하게는 전자기 방사선은 초점에 집속되되, 초점은 0.1㎜ 내지 100㎜ 영역, 바람직하게는 1㎜ 내지 10㎜ 영역의 지름을 보유한다.
본원의 방법의 구현예에서, 투명 기판은 윗면과 밑면을 포함하되, 투명한 전도성 층은 윗면에 도포되고 에너지원의 에너지는 밑면으로부터 투명 기판을 통과하여 납땜 재료로 주입된다.
바람직하게는 전도성 층은 하기 금속 산화물들 중 하나 이상의 금속 산화물로부터 선택된 금속 산화물을 포함한다.
- InOx:Sn,
- SnOx:F,
- SnOx:Sb,
- ZnOx:Ga,
- ZnOx:B,
- ZnOx:F,
- ZnOx:Al,
- Ag/TiOx.
위의 화학식에서 x는 도펀트 농도에 따라 1과 2 사이의 영역이다.
상기 유형의 전도성 층은 예시로서 하기 방법들 중 한 가지 방법으로 투명 기판상에 도포될 수 있다.
- CVD,
- PVD,
- 분무 열분해법,
- 스퍼터링 공정,
- 졸겔 공정.
바람직하게는 투명 기판은 유리 또는 플라스틱 기판이며, 특히 경화되고, 그리고/또는 프리스트레스 된 유리 기판이다.
바람직하게는 납땜 재료는 하기 재료들 중 하나의 재료를 기반으로 하는 땜납이다.
- 주석-납,
- 주석,
- 납,
- 금,
- 인듐,
- 알루미늄.
납땜 재료는, 제1 구현예에서, 투명 기판상의 전도 층과 컴포넌트 사이에서 전도 연결부를 형성하는 방식으로, 투명 기판의 전도 층상에 도포될 수 있다.
또한, 적외선을 이용한 납땜 공정 대신에, 유도 납땜 공정을 실행할 수도 있다. 유도 납땜 공정의 경우 열에너지 생성을 위해 전자기 유도 효과가 이용된다. 유도 납땜 공정의 경우 유도기는 정교한 설계를 통해 목표한 바대로 납땜 이음부만을 가열할 수 있다. 가변하는 전계는 교번 자계를 운반하고, 이 교번 자계는 재차 전기 와전류 필드에 의해 컴포넌트들 내에서 납땜에 필요한 열을 생성한다.
이용될 수 있는 추가적인 납땜 방법은 레이저 납땜 방법과 초음파 납땜 방법이다.
납땜 방법을 위한 납땜 재료로서는 다양한 재료가 고려된다. 가능한 재료는 주석-납, 주석, 납, 금, 인듐 또는 알루미늄을 기반으로 하는 재료일 수 있다. 특히 바람직한 재료는 약 90중량 퍼센트 비율의 주석 합금과 10중량 퍼센트 비율의 용융제를 함유하는 납땜 재료이다. 특히 바람직한 재료는 무납 납땜 재료(unleaded soldering material)이다.
본 발명은 다음에서 앞서 기재한 사항에 제한되지 않으면서 도면들에 따라 더욱 상세하게 설명된다.
도 1a 내지 1d는, 빛, 이른바 광 납땜 공정을 이용하는 조건에서, 투명 기판상에 투명한 전도성 코팅층과, 이 코팅층 위에 배치되는 컴포넌트들, 특히 발광 다이오드들을 포함하는 컴포넌트 어셈블리를 제조하기 위한 표준 공정 순서를 도시한 개략도이다.
도 1a 내지 1d에는 투명한 전도성 층과 이 전도성 층 위에 배치되는 컴포넌트, 특히 발광 다이오드 또는 LED 모듈을 구비한 투명 기판을 포함하는 컴포넌트 어셈블리를 제조하기 위한 공정 순서가 도시되어 있다.
컴포넌트 어셈블리의 제조 시에, 도시된 실시예에서, 기판(1)은 예컨대 졸겔 공정(도 1a)에서 투명한 전도성 층으로 전면이 코팅된다. 바람직하게는 층은 예컨대 ITO 층과 같은 전도성 투명 층일 뿐 아니라, 열도 흡수하는 전도성 투명 층이다. 상기 투명한 열 흡수층은 산화주석 층, 예컨대 FTO(SnOx:F) 또는 ATO(SnOx:Sb)이다. 또한, ZnOx:Ga, ZnOx:B, ZnOx:Al 또는 Ag/TiOx도 생각해 볼 수 있되, 여기서 x는 도펀트 농도 및 화학량론에 따라 1과 2 사이 영역이다.
이어서, 도 1b에 따라, 예컨대 국소적으로 코팅층을 가열하여 기화시키는 레이저에 의해 구조화가 이루어진다.
바람직하게는 레이저에 의해 구조화된 투명 기판들은, 이용되는 레이저의 레이저 파장 영역에서 높은 흡수도를 보유하는 전도성 층과, 상기 파장에서 투과성을 띠는 투명 기판을 포함한다. 상기 유형의 시스템의 경우, 유리 층은 극미한 손상만을 나타낸다. 특히 상기 유형의 시스템에서 균열 형성은 실질적으로 방지될 수 있다.
기판의 개별 영역들의 분리선들은 도 1b에 도면 부호 11.1 - 11.3으로 표시되어 있다. 도 1b에 따른 구조화에 이어서, 영역들(13.1 - 13.4) 내에는 컴포넌트들(108)(영역 13.1, 13.2에만 도시되어 있음)이 배열된다(도 1c - 1d). 컴포넌트들은 표면 실장될 수 있는 컴포넌트, 이른바 SMD 컴포넌트, 예컨대 LED 칩이다. 본원에서 컴포넌트들은 자동화된 납땜 방법, 특히 적외선 방사선을 이용한 광 납땜 공정에 의해 전도성 투명 기판상에 직접 실장되거나(도 1c), 또는 단자 패드(9)(도 1d)를 통해 실장된다.
전도성 코팅층을 구비한 기판으로서 전도성 코팅층이 구조화되어 전류를 전도하는 역할을 하는 상기 기판 대신에, 투명 기판, 예컨대 유기 기판은 전도성 코팅층으로서 금속 스트립들(metal strip), 예컨대 얇은 은 스트립들(silver strip)을 구비할 수 있다. 그런 다음 도체 스트립으로서 형성되는 은 스트립들은, 멀리 떨어져 있는 관찰자의 눈에 띄지 않을 정도로 협폭(예컨대 수 ㎛의 폭만)으로 그리고 서로 이격되어 형성된다.
다음에서는 컴포넌트들의 실장이 설명된다.
우선 도 1c에 도시된 바와 같은 컴포넌트들의 직접적인 실장이 설명된다.
바람직하게 이용되는 방법은, 바람직하게는 컴포넌트들이 소수의 납땜 이음부로만 기판상에 실장되어야 할 때 항상 적용되는 빛을 이용한 단일점 납땜이다. 광 납땜의 경우 할로겐 램프(파장: 500 - 1500㎚, 전력 소모량: 250W)의 빛이 수렴 거울 및 광학 장치에 의해 납땜 이음부에 집속된다. 열 방사선의 흡수에 의해 납땜 이음부에서 필요한 온도가 생성된다.
특히 바람직하게는 기판이 열을 흡수함과 동시에 전도성을 띠는 층, 특히 산화주석 층, 예컨대 FTO(SnOx:F) 또는 ATO(SnOx:Sb)를 포함한다. 이런 유형의 층들은 흡수를 통해 납땜 시간이 30초 미만, 특히 10초 미만, 특히 1 내지 10초 영역이 될 정도로 많은 열 방사선을 흡수할 수 있다. 250W 출력(파장: 500 - 1500㎚)을 갖는 할로겐 램프와 SnO2:F로 코팅된 유리 기판을 이용하는 경우, 대개 하부로부터 투광되는 유리 기판의 두께에 따라 납땜 시간은 하기와 같이 나타난다.
기판 두께 납땜 시간
4㎜ 6.5초
6㎜ 7.5초.
납땜 재료는 예컨대 납땜 패드(4) 형태의 납땜 페이스트로서 광 납땜 공정 전에 유리 기판에서, 컴포넌트들이 기판과, 또는 기판상에 도포되는 전도 층과 연결되어야 하는 위치에 도포된다.
납땜 페이스트는 납땜 금속 분말과 용융제로 이루어진 페이스트 혼합물이며, 표면 실장 가능한 컴포넌트들(SMD)의 납땜에 탁월하게 이용된다. SMD 납땜 공정에 적합한 납땜 페이스트는 예컨대 최대 약 90%의 주석 합금 펠릿(pellet)과 약 10%의 용융제로 구성된다. 무납 납땜 페이스트(RoHS)는 예컨대 96.5%의 Sn, 3.0%의 Ag, 0.5%의 Cu로 구성된다. 납땜 페이스트는 디스펜서로 기판의 전도 코팅층(도 1c) 상에, 또는 단자 패드(도 1d) 상에 직접 도포될 수 있다.
납땜 패드(4) 상에 예컨대 할로겐 램프의 빛, 특히 적외선에 의해 주입되는 에너지량은 납땜 페이스트 내에 함유된 납땜 펠릿을 용융시키고, 그런 다음 용융된 납땜 펠릿은 납땜 페이스트 입자들의 상호 간, 그리고 컴포넌트 접점들 또는 유리 기판(도 1c)의 전도 층과 용융 결합되는 것을 통해 전도 코팅층과 엘리먼트 또는 컴포넌트 사이에 전기 및 기계적 연결부를 제공한다. 도 1c에는 전도성 코팅층이 3개의 영역으로 구조화되어 있다. 영역(13.1)에서만 SMD 엘리먼트(108)가 도시되어 있으며, 이 엘리먼트는 납땜 패드(4)의 용융에 의해서 전도성 코팅층에 직접 연결된다.
납땜 페이스에 함유된 용융제는, 표면 응력을 감소시키고 산화를 방지하고 경우에 따라 존재하는 산화물 잔류물을 감소시키면서, 용융 과정을 용이하게 한다. 용융제는 이후에 기화되면서 컴포넌트와 납땜 패드 사이에 전기적으로 양호한 전도성의 납땜 연결부를 제공한다. 앞서 기재한 단일점 납땜 방법의 장점은 하기와 같이 요약된다.
- 비접촉식의 정확한 열 전달.
- 낮은 운영 비용 및 상대적으로 적은 투자 조건.
또한, 앞서 언급한 광 납땜 공정은, 앞서 단자 패드(9)(도 1d 참조)가 유기 기판상에 도포될 때에도 이용될 수 있다.
단자 패드(9)는 전도 페이스트 또는 도료, 예컨대 은 전도성 도료 또는 은 페이스를 함유하며, 페이스트 또는 도료는 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄에 의해 전도성 기판상에 도포되고 이어서 가열 건조된다. 가열 건조를 통해 동시에 투명 기판(1), 특히 투명 유리 기판의 프리스트레스가 이루어질 수 있다. 그럼으로써 단일 절차 단계에서 높은 기계적 강도가 달성된다.
단자 패드를 이용하는 방법의 경우, 단자 패드의 도포에 이어서, 여러 영역(13.1 - 13.4)에 표준 방법으로 SMD 엘리먼트들(108), 예컨대 발광 다이오드들이 실장된다. 실장 전에 납땜 페이스트가 단자 패드에 도포된다.
이어서 유리 기판에 컴포넌트들이 실장된다. 그런 후에 앞서 설명한 바와 같이 광 납땜 공정에 의한 납땜 과정이 이루어진다. 예컨대 할로겐 램프를 이용한 광 납땜 공정에서, 할로겐 램프의 빛은 납땜 공정이 개시되어야 하는 위치에 집속된다. 광원으로부터 방출되는 적외선 방사선은 납땜 재료를 가열한다. 납땜 재료는 용융되면서 한편으로 컴포넌트의 단자뿐 아니라 단자 패드를 습윤화 한다. 이어서 에너지 공급이 종료되고 납땜 재료는 응고되며, 그럼으로써 전기 컴포넌트와 전도 층 사이에 재료 결합된 전도 연결부가 형성된다.
납땜 재료로서는 앞서 기재한 재료들이 고려된다. 대체되는 재료는 하기 재료를 기반으로 하는 납땜 재료이다.
주석-납,
주석,
납,
금,
인듐,
알루미늄.
컴포넌트들, 특히 발광 다이오드들이 본 발명에 따른 납땜 과정에 의해 투명 기판상에 도포된 스트립 도체와 전도 연결된 후에, 투명 기판은 컴포넌트들과 함께 추가로 처리되는데, 예컨대 상기 투명 기판에 추가적인 층이 제공될 수 있다.

Claims (33)

  1. 하나 이상의 도체 스트립 또는 전도 층과 전기 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 방법으로서,
    상기 스트립 도체 또는 상기 전도 층은 빛의 가시 파장 영역에서 실질적으로 투명한 기판상에 도포되고,
    상기 투명 기판은 열을 흡수하는 층을 포함하며,
    전도성 층은 동시에 상기 열 흡수층인, 상기 전도 연결 방법에 있어서,
    상기 전기 컴포넌트 또는 상기 스트립 도체 또는 상기 전도 층에서, 상기 컴포넌트가 상기 전도 층 또는 상기 도체 스트립과 연결되어야 하는 영역에 납땜 재료가 제공되는 단계와,
    공급되는 에너지는 컴포넌트가 고정되어야 하는 위치에서 실질적으로 열을 흡수하는 도체 스트립 또는 전도 층 내로 제공됨으로써,
    납땜 재료가 용융되면서, 짧은 납땜 시간의 조건에서 상기 전기 컴포넌트와 상기 도체 스트립 또는 상기 전도 층 사이에 분리되지 않으면서 재료 결합되는 전도 연결부가 형성되는 방식으로,
    전자기 방사선을 방출하는 에너지원으로부터 공급되는 에너지가 자동화된 방식으로 상기 납땜 재료에 공급되는 단계를 포함하는 전도 연결 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 납땜 시간은 30초 미만, 특히 10초 미만, 바람직하게는 0.1초와 10초 사이, 특히 바람직하게는 1초와 10초 사이의 영역인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에너지원, 특히 광원의 방출되는 전자기 방사선의 파장은 500㎚ 내지 1500㎚의 영역인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지원은 50W와 1000W 사이, 특히 100W와 500W 사이의 전력 소모량을 갖는 할로겐 램프인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지원은 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기 방사선은 초점에 집속되되, 상기 초점은 0.1㎜ 내지 100㎜, 바람직하게는 1㎜ 내지 10㎜ 영역의 지름을 보유하는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 기판은 윗면 및 밑면을 포함하되, 투명한 전도성 층은 상기 윗면에 도포되고, 에너지원의 에너지는 상기 밑면으로부터 상기 투명 기판을 통과하여 납땜 재료로 주입되는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 층은,
    - InOx:Sn,
    - SnOx:F,
    - SnOx:Sb,
    - ZnOx:Ga,
    - ZnOx:B,
    - ZnOx:F,
    - ZnOx:Al,
    - Ag/TiOx와 같은 금속 산화물들 중 하나 이상의 금속 산화물로부터 선택되는 금속 산화물을 포함하되,
    상기 화학식에서 x는 도펀트 농도에 따라 1과 2 사이의 영역인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전도성 층은,
    - CVD,
    - PVD,
    - 분무 열분해법,
    - 스퍼터링 공정,
    - 졸겔 공정과 같은 방법들 중 한 가지 방법으로
    상기 투명 기판상에 도포되는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리 기판이고 이 유리 기판은 경화되고, 그리고/또는 프리스트레스 되는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 납땜 연결은,
    광 납땜 방법,
    유도 납땜 방법과 같은 방법들 중
    한 가지 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 납땜 재료는
    - 주석-납,
    - 주석,
    - 납,
    - 금,
    - 인듐,
    - 알루미늄과 같은 재료들 중 하나의 재료를 기반으로 하는 땜납인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 납땜 재료는 상기 투명 기판의 전도 층 상에 도포되고,
    상기 납땜 재료는 상기 투명 기판상의 전도 층과 컴포넌트 사이에 전도 연결부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 층 또는 상기 스트립 도체 상에 접점 패드들이 도포되고, 상기 납땜 재료는 컴포넌트와 접점 패드 사이에 전도 연결부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  16. 하나 이상의 스트립 도체 또는 전도 층과 전기 컴포넌트를 전도 연결하기 위한 방법으로서,
    상기 스트립 도체 또는 상기 전도 층은 빛의 가시 파장 영역에서 실질적으로 투명한 기판상에 도포되는, 상기 전도 연결 방법에 있어서,
    상기 전기 컴포넌트 또는 상기 스트립 도체 또는 상기 전도 층에서 상기 컴포넌트가 상기 전도 층 또는 상기 스트립 도체와 연결되어야 하는 영역에 납땜 재료가 제공되는 단계와,
    상기 납땜 재료가 용융되면서, 상기 전기 컴포넌트와 상기 스트립 도체 또는 상기 전도 층 사이에 분리되지 않으면서 재료 결합된 전도 연결부가 형성되는 방식으로, 에너지원으로부터 공급되는 에너지가 자동화된 방식으로 상기 납땜 재료에 공급되는 단계를 포함하는 전도 연결 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 납땜 재료는 상기 컴포넌트와 상기 투명 기판 사이에 직접적으로 전도 연결부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  18. 제16항에 있어서, 전도성 층 또는 스트립 도체 상에 접점 패드들이 도포되고, 상기 납땜 재료는 상기 컴포넌트와 상기 접점 패드 사이에 전도 연결부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 기판은 윗면과 밑면을 포함하되, 투명한 전도성 층이 상기 윗면에 도포되고, 에너지원의 에너지는 상기 밑면으로부터 상기 투명 기판을 통과하여 납땜 재료로 주입되는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 기판은 열을 흡수하는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  21. 제20항에 있어서, 전도성 층이 동시에 상기 열 흡수층인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 층은,
    - InOx:Sn,
    - SnOx:F,
    - SnOx:Sb,
    - ZnOx:Ga,
    - ZnOx:B,
    - ZnOx:F,
    - ZnOx:Al,
    - Ag/TiOx와 같은 금속 산화물들 중 하나 이상의 금속 산화물로부터 선택되는 금속 산화물을 포함하되,
    상기 화학식에서 x는 도펀트 농도에 따라 1과 2 사이의 영역인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전도성 층은
    - CVD,
    - PVD,
    - 분무 열분해법,
    - 스퍼터링 공정,
    - 졸겔 공정과 같은 방법들 중 한 가지 방법으로
    투명 기판상에 도포되는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리 기판이고 이 유리 기판은 경화되고, 그리고/또는 프리스트레스 되는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 납땜 연결은,
    - 광 납땜 방법,
    - 유도 납땜 방법과 같은 방법들 중
    한 가지 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  27. 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지원은 전자기 방사선을 방출하는 에너지원인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 에너지원은 광원, 특히 할로겐 램프인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  29. 제16항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 납땜 재료는
    - 주석-납,
    - 주석,
    - 납,
    - 금,
    - 인듐,
    - 알루미늄과 같은 재료들 중 하나의 재료를 기반으로 하는 땜납인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  30. 제16항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 짧은 시간 동안, 바람직하게는 30초 미만, 특히 10초 미만, 특히 바람직하게는 1초와 10초 사이 영역의 시간 동안 상기 납땜 재료에 에너지가 공급되는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 공급되는 에너지는 광 에너지이되, 광 에너지의 파장은 500㎚ 내지 1500㎚의 영역인 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 공급되는 에너지로는 할로겐 램프의 광 에너지가 이용되되, 상기 할로겐 램프는 100W와 500W 사이의 전력 소모량을 보유하는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
  33. 제31항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 에너지가 초점에 집속되되, 상기 초점은 0.1㎜ 내지 100㎜ 영역, 바람직하게는 1㎜ 내지 10㎜ 영역의 지름을 보유하는 것을 특징으로 하는 전도 연결 방법.
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