KR20160102230A

KR20160102230A - 기판 위에 부품을 실장하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20160102230A
Application number: KR1020167019334A
Authority: KR
Inventors: 옌스 나흐라이너; 요아힘 비제; 세바스티안 프리츠쉐
Original assignee: 헤레우스 도이칠란트 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-08-29
Also published as: MX2016007749A; JP2017507025A; WO2015091260A1; EP2886244A1; CN105813798A; US20160316572A1; SG11201604950QA

Abstract

본 발명은 유기 디카르복실산의 혼합물을 포함하고 솔더 침적물의 두께가 25 내지 200 ㎛인 솔더 페이스트의 사용을 통해 전자 부품을 기판 위에 실장하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

기판 위에 부품을 실장하기 위한 방법{METHOD FOR SECURING A COMPONENT TO A SUBSTRATE}

본 발명은 유기 디카르복실산의 혼합물을 포함하고 솔더 침적물(solder deposit)의 두께가 25 내지 200 ㎛인 솔더 페이스트의 사용을 통해 전자 부품을 기판 위에 실장하기 위한 방법에 관한 것이다.

솔더 페이스트, 특히 연납 페이스트의 주요 용도는 예를 들면 반도체 산업에서와 같은 전자회로 제조 분야이다. 이와 관련하여, 전자 부품을 기판, 예를 들어 인쇄회로기판 위에 위치시키고 솔더 페이스트에 의해 기계, 전자 및 열적으로 기판에 연결시킨다. 따라서 이러한 유형의 방법과 이 방법에서 사용되는 솔더 페이스트에 대한 기존의 요건은 특히 자동화 공정을 고려할 때 다양하다. 통상적으로 기판의 표면에는 부품에 접촉하게 하는 솔더 페이스트가 제공된다. 솔더 페이스트를 가열하면 기계적 접촉이 점점 단단해진다. 기계적 접착 외에도, 솔더 페이스트는 부품과 기판 사이에 전기적 접촉을 구축하고/또는 부품의 작동 중에 발생하는 열을 발산시키는 역할을 할 수도 있다.

WO 02/20211 A1은 융점이 서로 다른 고융점 금속과 솔더 금속으로 제조되고 적어도 부분적으로 금속화된 입자의 혼합물을 포함하는 확산 솔더링 공정용 솔더링제를 기술하고 있다.

DE 195 11 392 A1은 고에너지 방사선, 특히 레이저 방사선에 의해 솔더링 험프(soldering hump)를 형성하기 위한 방법과 장치를 기술하고 있다.

US 5,672,542는 기판 위에 전기 전도성 물질을 서로로부터 최대 400 ㎛의 거리를 가진 솔더링 볼에 의해 도포하기 위한 방법과 공정에 관한 것이다.

상기 방법들의 특별한 해결과제는 예를 들면 부품의 측면에 장착되고 부품과 기판 사이 전기 접촉이 이루어지게 하는 소위 레그 형태의 전기적 연결 부위를 포함하는 QFP 부품(사면이 평평한 패키지(quad flat package))와 같이 전기적 연결 부위 외에도 하부에도 열적 연결 부위를 포함하고 작동 중에 발생하는 부품의 열을 발산하는 역할을 하는 열적 연결 부위를 하부에 포함하고 있는 전자 부품이다. 상기 기판에 대해 연결 부위의 접촉은 하나는 열적 연결을 위해 또한 하나는 전기적 연결을 위한 서로 다른 솔더 페이스트를 사용하여 이루어진다. 이 공정의 과정에서 열적 연결 부위의 도입된 솔더 침적물은 가열시 확산(spread)될 수 있다. 이와 관련하여, 솔더 분말 입자는 통상적으로 소위 솔더링 볼 형태의 전기 접촉 부위의 방향으로 밀려나고 이들 부위에서 단락을 일으킬 수 있다. 이것은 특히 예를 들면 전기적 연결 부위를 통한 부품과 기판 사이의 소정 거리로 인해 상호 접촉하기 위해 그에 해당하는 다량의 솔더 페이스트를 사용할 필요가 있는 경우에 문제가 될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 기판 위에 부품, 특히 전기 및 열적 연결 부위를 가진 부품을 장착하기 위한 방법으로서 솔더 페이스트의 확산과 원치 않는 솔더 볼의 발생을 방지하여 기판에 대한 부품의 열적 및 기계적 연결에 악영향을 주는 것 없이 전기 단락의 발생을 방지 또는 적어도 최소화하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 범위에서 용어 "확산"이란 부품과 기판을 열적으로 연결하기 위한 솔더 페이스트가 부품 및/또는 기판의 열적 연결 부위의 경계를 넘어 확산하여 공정 조건에서 가열된 솔더 페이스트가 부품의 전기적 연결 부위에 접촉할 때 원치 않는 솔더 볼이 발생하고 이에 따라 단락이 발생하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

상기 목적은 본 발명의 독립항의 요지를 통해 만족된다.

놀랍게도 솔더와 플럭스, 특히 서로 다른 2개의 디카르복실산의 혼합물을 포함하는 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트를 사용하면 솔더 페이스트의 확산과 전기적 연결 부위에서 원치 않는 솔더 볼의 발생과 이에 따른 단락을 방지할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 나아가 부품과 기판 사이 솔더 침적물의 두께가 확산을 제어하는데 중요하다는 것이 밝혀졌다.

따라서 본 발명의 일 요지는 기판 위에 부품을 실장하기 위한 방법으로서,

i) 제1 표면을 갖고 전기 및 열적 연결 부위가 제공되어 있는 부품을 제공하는 단계;

ii) 솔더 침적물이 제공되어 있는 제2 표면을 가진 기판을 제공하는 단계;

iii) 두께가 25 내지 200 ㎛인 솔더 침적물에 의해 상기 부품의 제1 표면을 기판의 제2 표면에 기계적으로 접촉시키는 단계; 및

iv) 상기 솔더 침적물을 솔더의 액상선 온도(liquidus temperature)보다 높게 가열하는 단계를 포함하되,

상기 솔더 침적물은 솔더와 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트에 의해 형성되고 상기 플럭스는 서로 다른 디카르복실산 A와 디카르복실산 B를 포함하는 방법이다.

상기 솔더 침적물은 아래에서 더 자세하게 설명하겠지만 상기 방법의 필수 성분이다.

a) 솔더 침 적물

상기 솔더 침적물은 플럭스와 솔더로 구성되어 있는 솔더 페이스트에 의해 형성된다. 이하, 상기 솔더 페이스트의 각각의 성분들을 더욱 자세하게 구체적으로 설명하기로 한다.

플럭스:

상기 플럭스는 솔더 페이스트의 중요한 성분으로 주로 솔더 페이스트의 유동학적 특성을 결정한다. 놀랍게도 서로 다른 2개의 디카르복실산의 혼합물을 포함하는 플럭스를 사용하면 기판 위에 부품을 실장하는 중에 단락이 방지된다는 것이 밝혀졌다. 상기 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트를 사용하면 전기 단락 없이 부품과 기판 사이에 안정한 기계 및 열적 연결부가 형성될 수 있다는 것이 밝혀졌고 상기 솔더 페이스트는 또한 양호한 가공성과 양호한 젖음 특성을 포함하는 것으로 밝혀졌다. 특히 상기 솔더 페이스트가 25 내지 200 ㎛ 범위의 소정의 침적물 두께를 가짐에 따라 우수한 특성이 나타난다.

일정 개수의 탄소 원자를 포함한 디카르복실산에 의해 특히 양호한 결과가 얻어졌다.

따라서 디카르복실산 A가 5개 이상의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 8개의 탄소 원자, 특히 6개의 탄소 원자를 포함하는 본 발명에 따른 방법의 구현예가 바람직하다. 특히 바람직한 구현예에 있어서, 디카르복실산 A는 아디프산이다.

또한 디카르복실산 A보다 더 적은 수의 탄소 원자를 포함하는 디카르복실산 B를 추가 성분으로서 사용하는 것이 유리한 것으로 증명되었다.

따라서 디카르복실산 B가 4개 이하의 탄소 원자, 특히 2개의 탄소 원자를 포함하는 구현예가 바람직하다. 디카르복실산 B가 옥살산인 구현예가 특히 바람직하다.

또한 놀랍게도 특히 디카르복실산 A와 디카르복실산 B가 서로에 대해 일정 중량비로 존재할 때 유리한 효과가 나타난다는 것이 밝혀졌다.

바람직한 구현예에 있어서, 디카르복실산 A 대 디카르복실산 B의 중량비는 따라서 30:1 내지 5:1, 바람직하게는 25:1 내지 7:1, 특히 20:1 내지 10:1이다.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 구현예에 있어서, 상기 솔더 페이스트는 하기 성분들을 포함한다:

a) 플럭스 5 내지 15 중량% 및

b) 솔더 85 내지 95 중량%

이때 상기 중량 규격은 각각 솔더 페이스트의 총 중량 기준이고 상기 플럭스는

i) 디카르복실산 A, 바람직하게는 아디프산 7 내지 13 중량%;

ii) 디카르복실산 B, 바람직하게는 옥살산 0.3 내지 2.0 중량%; 및

iii) 아민, 바람직하게는 3차 아미노기를 가진 디아민인 아민 성분 X와 아미노기 중 적어도 2개가 적어도 3개의 탄소 원자에 의해 서로 분리되고 적어도 4개의 탄소 원자를 포함하고 있는 디아민 또는 폴리아민인 아민 성분 Y로부터 선택되는 아민을 포함하되 상기 디카르복실산의 중량 규격은 각각 플럭스의 총 중량 기준임.

상기 플럭스가 디카르복실산 A를 플럭스의 총 중량 대비 각각 7 내지 13 중량%, 바람직하게는 8 내지 12 중량%의 양으로 포함하는 구현예가 특히 바람직하다.

상기 플럭스가 디카르복실산 B를 플럭스의 총 중량 대비 각각 0.3 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.4 내지 1.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.45 내지 1.0 중량%의 양으로 함유하는 구현예가 또한 바람직하다.

이하, 아민 성분 X와 B를 더 상세하게 설명하기로 한다.

아민 성분 X

아민 성분 X는 적어도 하나의 3차 아미노기, 바람직하게는 2개의 3차 아미노기를 포함하는 디아민이다.

아민 성분 X가 1,2-테트라메틸에틸렌디아민, 1,2-테트라에틸에틸렌디아민과 1,2-테트라프로필에틸렌디아민, 예를 들면 1,2-테트라-n-프로필에틸렌디아민과 1,2-테트라이소프로필에틸렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구현예가 바람직하다. 각각의 3차 아미노기가 2개의 동일한 치환기를 포함하고 있는 디아민이 특히 바람직하다.

본 발명의 범위에서 3차 아민은 질소 원자에 3개의 탄소 함유 치환기가 있는 아민으로 이해되어야 할 것이다.

아민 성분 Y

아민 성분 Y는 아미노기 중 적어도 2개가 적어도 3개의 탄소 원자에 의해 서로 분리되고 적어도 4개의 탄소 원자를 포함하고 있는 디아민 또는 폴리아민이다.

아민 성분 Y는 2개의 아미노기가 적어도 3개의 탄소 원자에 의해 서로 분리되고 적어도 4개의 탄소 원자를 포함하고 있는 디아민이다. 이와 달리, 아민 성분 Y는 아미노기 중 적어도 2개가 적어도 3개의 탄소 원자에 의해 서로 분리되고 적어도 4개의 탄소 원자를 포함하고 있는 폴리아민이다.

또한 놀랍게도 아민 성분 Y가 1차 아미노기를 포함하면 솔더 페이스트의 유리한 유동학적 특성이 훨씬 더 향상될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 아민 성분 Y는 적어도 하나의 1차 아미노기를 포함한다.

바람직한 구현예에 있어서, 아민 성분 Y는 N-코코-1,3-디아미노프로판, 1,6-디아미노헥산, 1,7-디아미노헵탄, 1,8-디아미노옥탄, 1,9-디아미노노난과 1,10-디아미노데칸으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

다른 바람직한 구현예에 있어서, 사용할 아민, 즉 아민 성분 X 또는 아민 성분 Y는 3차 및/또는 4차 탄소 원자를 포함하지 않는다.

다른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 아민은 적어도 6개의 탄소 원자를 포함한다. 이와 관련하여, 탄소 원자는 2개의 아미노기 사이에 연결 사슬로서 존재하거나 질소 원자의 치환기로서 아미노기에 결합될 수 있다.

바람직한 구현예에 있어서, 상기 플럭스 내 아민, 즉 아민 성분 A 및/또는 아민 성분 B의 총량은 플럭스의 총 중량 대비 각각 2 중량% 이하, 바람직하게는 1 중량% 이하, 예를 들면 0.1 중량% 내지 2 중량%이다.

상기 플럭스 내 아민의 양은 솔더 페이스트의 양호한 가공성 및 실장할 부품과 기판 표면의 양호한 젖음성이 확보되도록 적절히 선택하는 것이 바람직하다.

따라서 바람직한 구현예에 있어서, 상기 플럭스는 아민 성분 X 및/또는 아민 성분 Y를 플럭스의 총 중량 대비 각각 0.1 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.4 내지 1.0 중량%의 양으로 포함한다.

다른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 플럭스는 모노아민을 더 포함한다. 상기 모노아민은 아민 성분 X 및/또는 아민 성분 Y에 대해 추가로 존재한다.

상기 모노아민이 2차 및/또는 3차 모노아민인 경우에 특히 솔더 페이스트의 가공성과 확산 거동과 관련하여 특히 양호한 결과가 얻어질 수 있다. 따라서 상기 모노아민이 2차 모노아민, 3차 모노아민과 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 구현예가 바람직하다. 특히 바람직하게는 상기 모노아민은 3차 모노아민이다. 바람직하게는 상기 플럭스는 모노아민을 플럭스의 총 중량 대비 각각 0.5 내지 5.5 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 5.0 중량%의 양으로 함유한다.

특히 플럭스가 디카르복실산 A 및 B 이외에 디카르복실산 A 및 B와 상이한 추가 디카르복실산을 함유하는 것이 특히 유리한 것으로 증명되었다.

따라서 상기 플럭스가 디카르복실산 A와 디카르복실산 B를 제외한 디카르복실산을 추가로 플럭스의 총 중량 대비 각각 0 내지 2 중량%의 양으로, 바람직하게는 0.01 내지 1.0 중량%의 양으로 포함하는 구현예가 바람직하다.

따라서 상기 플럭스 내 모든 디카르복실산의 총량은 플럭스의 총 중량 대비 각각 최대 15 중량%, 바람직하게는 7 내지 13 중량%, 특히 8 내지 12 중량%인 구현예가 또한 바람직하다.

솔더 페이스트의 젖음 특성과 가공성뿐 아니라 다른 특성들도 추가 첨가제에 의해 향상될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 위한 솔더 페이스트의 플럭스는 추가 첨가제를 플럭스의 총 중량 대비 각각 바람직하게는 0.05 내지 3.0 중량%의 양으로 포함한다. 상기 첨가제는 바람직하게는 예를 들면 에톡시화 아민 수지, 아민 수지, 수지의 메틸 에스테르, n-올레일사르코신, 올레일이미다졸린 및 이들의 혼합물과 같이 솔더 페이스트의 젖음 특성을 향상시키는 화합물이다.

상기 플럭스가 추가로 용매, 특히 다음과 같이 25℃에서 용해성이 있는 디올, 알코올, 에테르알코올과 케톤, 특히 트리메틸프로판올, 1,2-옥탄디올, 1,8-옥탄디올, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올, 이소보르닐시클로헥산온, 글리콜 에테르, 2-에틸-1,3-헥산디올, n-데실알코올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 테르피네올, 이소프로판올과 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 용매를 더 포함하는 구현예가 바람직하다. 다른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 글리콜 에테르는 모노-, 디-, 트리-프로필렌글리콜메틸에테르, 모노-, 디-, 트리-프로필렌글리콜-n-부틸에테르, 모노-, 디-, 트리-에틸렌글리콜-n-부틸에테르, 에틸렌글리콜메틸에테르, 트리에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜-디부틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜-모노헥실에테르와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

또한 상기 플럭스는 적절한 도포를 위해 필요한 농도(consistency)를 솔더 페이스트에 부여하기 위해서 수지를 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에 있어서, 상기 플럭스는 추가로 수지, 바람직하게는 콜로포니(colophony), 톨유, 수소화 콜로포니, 이량체화된 콜로포니, 일부 이량체화된 콜로포니와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지를 함유한다.

바람직한 구현예에 있어서, 상기 수지는 플럭스의 총 중량 대비 각각 35 내지 50 중량%, 바람직하게는 40 내지 48 중량%의 양으로 존재한다.

본 발명에 따른 방법의 결과는 상기 플럭스가 연결할 솔더 분말, 부품과 기판의 표면을 활성화시켜 부품의 더 좋은 연결을 제공하는 활성화제, 예를 들면 할로겐 함유 화합물을 포함하는 경우에 훨씬 더 향상될 수 있다.

따라서 상기 플럭스가 추가로 아닐린 염산염, 글루탐산 염산염, 디에탄올아민 염산염, 트리에탄올아민 브롬산염, 트리에탄올아민 염산염, 트리에탄올아민 브롬산염, 트랜스-2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올과 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 할로겐 함유 화합물을 함유하는 구현예가 바람직하다.

상기 플럭스 내 할로겐 함유 화합물의 양은 플럭스의 총 중량 대비 5 중량%를 넘지 않는 것이 특히 유리한 것으로 증명되었다. 따라서 상기 플럭스가 할로겐 함유 화합물을 플럭스의 총 중량 대비 각각 0.1 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2.0 중량%의 양으로 포함하는 본 발명에 따른 솔더 페이스트의 구현예가 바람직하다.

또 다른 바람직한 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 솔더 페이스트에는 할로겐 함유 화합물이 실질적으로 없다. 본 발명의 범위에서, 페이스트가 할로겐 함유 화합물을 플럭스의 총 중량 대비 각각 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 0 내지 0.09 중량%, 구체적으로 0.01 중량% 미만 또는 0.005 중량% 미만의 양으로 포함하는 페이스트인 경우에는 할로겐 함유 화합물이 실질적으로 없는 것으로 간주되어야 한다.

상기 플럭스는 예를 들면 솔더 페이스트의 유동학적 특성과 젖음성을 향상시키기 위해 증점제를 함유할 수 있다. 바람직한 구현예에 있어서, 상기 플럭스는 바람직하게는 에틸셀룰로오스, 경화 피마자유, 글리세롤-트리스-12-히드록시스테아린과 변성 글리세롤-트리스-12-히드록시스테아린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 증점제를 추가로 포함한다. 바람직하게는 상기 플럭스는 중점제를 플럭스의 총 중량 대비 각각 1.0 내지 4.0 중량%, 바람직하게는 1.7 내지 3.0 중량%의 양으로 함유한다.

아래에 더욱 상세하게 기재되어 있는 솔더는 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 솔더 페이스트의 또 다른 중요한 성분이다.

솔더:

상기 솔더와 플럭스는 함께 기판에 부품을 열 접착하는 솔더 침적물을 형성한다. 부품의 작동 중에 발생하는 열이 상기 연결부에 의해 발산되기 때문에 솔더는 양호한 열전도성과 경우에 따라 한정된 전기전도성을 함께 갖는 것이 바람직하다. 이들 특성은 주성분으로서 주석을 포함하는 솔더에서 특히 분명해진다.

따라서 상기 솔더가 주석계 솔더인 구현예가 바람직하다.

본 발명의 범위에서 주석계 솔더는 주석을 솔더의 총량 기준으로 각각 중량 규격이 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 83 중량%, 특히 85 내지 90 중량%로 포함하는 솔더이다.

바람직한 구현예에 있어서, 상기 솔더는 주석 외에도 예를 들면 솔더의 액상선 온도를 각각의 용도에 유리한 범위로 조정하기 위해서 금속을 더 포함할 수 있다.

따라서 상기 솔더가 은을 솔더의 총 중량 대비 각각 0.1 내지 8 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 6 중량%의 양으로 포함하는 구현예가 바람직하다.

다른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 솔더는 구리를 솔더의 총 중량 대비 각각 0.1 내지 1.5 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 1.0 중량%의 양으로 포함한다.

상기 솔더가 무연인 구현예가 또한 바람직하다.

상기 솔더 페이스트는 특히 솔더가 그의 액상선 온도를 넘어 가열되어 부품과 기판 사이에 최적의 연결을 제공하는 본 발명에 따른 방법에서 사용하기에 매우 적합하다. 따라서 상기 솔더의 액상선 온도는 에너지 기술을 이유로 또한 고감도 부품과 기판을 고려할 때 너무 높지 않아야 한다.

따라서 상기 솔더가 200 내지 250℃ 범위, 바람직하게는 200 내지 230℃ 범위의 액상선 온도를 갖는 구현예가 바람직하다.

바람직한 구현예에 있어서, 상기 솔더는 분말, 바람직하게는 IPC-TM-650 2.2.14-2.2.14.2에 따라 측정한 중량 평균 입도가 15 내지 50 ㎛, 바람직하게는 20 내지 45 ㎛인 분말로서 존재한다. 바람직한 구현예에 있어서, 상기 분말 내 입자의 80 내지 90%는 15 내지 50 ㎛, 바람직하게는 20 내지 45 ㎛ 범위의 크기를 갖는다. 본 발명의 범위에서 입도는 입자의 최대 선형 연장길이를 지칭하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

다른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 솔더 페이스트는 솔더를 솔더 페이스트의 총 중량 대비 각각 80 내지 97 중량%, 바람직하게는 83 내지 95 중량%, 특히 85 내지 93 중량%의 양으로 포함한다.

B) 방법

이하, 본 발명에 따른 방법의 개별 단계를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

기판 위에 부품을 실장하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제1 단계에서는 부품을 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 특히 열 및 전기적 연결 부위가 제공되어 있는 부품을 기판 위에 실장하기에 매우 적합한데, 이때 솔더 침적물에 의해 상기 부품의 제1 표면과 기판의 제2 표면에 의한 접촉이 이루어진다. 바람직하게는 부품의 제1 표면은 구리, 은, 금, 니켈, 알루미늄, 주석, 팔라듐과 상기 금속들 중 2개 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함한다.

바람직하게는 상기 부품은 정방형의 바닥면을 포함한다. 상기 바닥면의 크기는 바람직하게는 3×3 내지 100×100 mm, 바람직하게는 5×5 내지 80×80 mm의 범위에 있다.

다른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 부품은 사면이 평평한 패키지(Quad Flat Package (QFP)), 예를 들면 열 분산기가 구비된 범퍼형(Bumpered) 4면이 평평한 패키지(BQFPH)와 방열형(heat-sinked) 4면이 평평한 패키지(HQFP)로 이루어진 군으로부터 선택된다.

제2 단계에서는 솔더 침적물이 제공되어 있는 기판을 제공한다. 본 발명에 따른 방법에 의해 부품이 장착되어 있는 기판은 부품에 대한 접촉이 이루어지는 제2 표면을 포함한다. 바람직하게는 상기 기판의 제2 표면은 니켈, 구리, 금, 은, 알루미늄, 주석, 팔라듐과 상기 금속들 중 2개 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함한다.

바람직하게는 상기 기판은 금속화된 기판, 즉 적어도 하나의 금속 표면을 포함하고 있는 기판이다. 이와 관련하여 상기 기판의 본체는 세라믹, 종이, 에폭시 수지 또는 순수한 금속으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 특히 솔더 침적물의 도포와 솔더 침적물에 대한 부품의 기계적 접촉이 자동화 방식으로 이루어지는 공정에 매우 적합하다. 신속하고 정밀한 가공 기술을 가능하게 하기 위해서 솔더 침적물의 도포는 신속하게 추가 가공 단계 없이 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 상기 솔더 침적물의 도포가 스크린 인쇄, 닥터 코팅, 스텐실 인쇄, 분배 또는 분사에 의해 이루어지는 상기 방법의 구현예가 바람직하다. 이는 도포를 정밀하게 하여 작은 집적회로 제조 역시 가능하게 한다. 이와 관련하여, 상기 솔더 침적물은 두께가 25 내지 200 ㎛, 바람직하게는 30 내지 150 ㎛, 예를 들면 50 내지 150 ㎛ 또는 80 내지 150 ㎛이다. 이와 달리, 상기 솔더 침적물은 두께가 25 내지 130 ㎛, 특히 30 내지 120 ㎛ 또는 30 내지 100 ㎛이어도 좋다. 그 결과, 기판에 대한 부품의 열 접착이 최적화되고 이에 따라 부품의 냉각이 최적화된다. 마찬가지로 상기 두께 범위에서는 선택된 솔더 페이스트의 확산이 감소 및/또는 방지될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 다음 단계에서는 부품의 제1 표면을 솔더 침적물에 의해 기판의 제2 표면에 기계적으로 접촉시킨다.

이어서, 상기 솔더 페이스트를 솔더 페이스트에 의해 부품과 기판 사이에 연결부가 형성되도록 솔더의 액상선 온도보다 높게 가열한다. 이와 관련하여, 상기 솔더는 액상선 상으로 전이되지만 솔더 페이스트, 부품 및/또는 기판이 손상되지 않도록 솔더 페이스트를 적절하게 가열하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 솔더는 솔더의 액상선 온도를 초과하는 5 내지 60℃, 바람직하게는 10 내지 50℃로 가열한다. 바람직하게는 상기 가열은 제2 표면의 반대쪽 기판의 표면이 가열판에 접촉하도록 기판을 가열판 위에 위치시켜 이루어진다. 이와 달리 상기 솔더는 가열된 성형품, 브라켓, 스탬프, 적외선 라디에이터, 레이저 광선 또는 스팀에 의해 가열되어도 좋다.

본 발명에 따른 방법에 따르면, 기판에 실장되는 부품의 단락 발생이 크게 감소한다.

따라서 본 발명에 따른 방법에 따라 기판에 장착되고 얻어질 수 있거나 얻어지는 부품은 본 발명의 또 다른 요지이다.

도 1은 페이스트의 거동을 평가하기 위한 실험구성을 보여주고 있다.
도 2 내지 5는 솔더 침적물의 다양한 도포 두께에서 본 발명에 따라 사용한 솔더 페이스트에 대한 안티-모세관(anti-capillary(AC)) 시험 결과를 보여주고 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 자세하게 기재하지만 이들 실시예는 결코 본 발명의 개념을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

실시예:

본 발명에 따른 방법에 의해 제조되는 부품을 AC 시험에 의해 서로 다른 솔더 침적물 두께에서 평가하였다. 이를 위해, 솔더 페이스트를 QFP 부품(예를 들면 독일 Infineon Technologies AG 제)의 열적 연결 부위에 도포하고 유리판으로 덮었다. 페이스트의 거동을 평가할 수 있도록 QFP 부품의 반대 표면을 200℃ 온도의 가열판 위에 위치시켰다. 실험구성을 도 1에 나타내었다.

얻어진 결과를 점수로 평가한바, 점수 1은 부품의 전기 접촉 부위와 솔더 페이스트의 원치 않는 접촉으로 인한 단락이 없는 매우 양호한 결과에 해당하고 점수 2는 양호한 결과에 해당한다. 점수 3은 솔더 페이스트가 부품의 전기 연결 부위에 접촉할 정도로 확산된 시험에 대해 부과하였다. 결과를 표 2에 요약하였는바, 각각의 시험은 본 발명에 따라 사용한 솔더 페이스트(1)와 종래의 대조 솔더 페이스트(2)로 실시하였다.

표 1은 AC 시험에서 사용한 솔더 페이스트의 조성을 보여주는 것으로, 솔더 페이스트(1)는 본 발명에 따라 사용한 솔더 페이스트를 나타내는 반면에 솔더 페이스트(2)는 단 하나의 디카르복실산을 포함하는 솔더 페이스트를 나타낸다.

솔더 페이스트	솔더 페이스트(1)	솔더 페이스트(2)
플럭스	양(중량%)	양(중량%)
아디프산	10.0	10.0
옥살산	0.7	-
비스-C₈-디알킬아민	2.1	2.1
N,N-디알킬 지방산 아민	2.1	2.1
수소화 콜로포니	45.3	45.3
트리에탄올아민·HBr	1.5	1.5
피마자유	2.7	2.7
트리-프로필렌글리콜-n-부틸에테르	35.6	36.3
플럭스(합계)	100.0	100.0
페이스트	양(중량%)	양(중량%)
솔더(SnAgCu)	89.25	89.25
플럭스	100.0까지	100까지

솔더 침적물 두께	솔더 페이스트(1) (AC 시험 결과)	솔더 페이스트(2) (AC 시험 결과)
100 ㎛	1	3
120 ㎛	1	3
160 ㎛	2	3
240 ㎛	3	3

표 2로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더 페이스트는 AC 시험에서 매우 양호 내지 양호한 결과를 나타낸 반면에 종래 대조 솔더 페이스트(2)의 사용은 솔더 페이스트의 과도한 확산과 그에 따라 AC 시험에서 나쁜 결과와 관련이 있었다.

도 2 내지 5는 표 2에 나타낸 바와 같이 솔더 침적물의 다양한 도포 두께에서 본 발명에 따라 사용한 솔더 페이스트(1)에 대한 AC 시험 결과를 보여주는 것이다. 상기 도면으로부터 명백한 바와 같이, 솔더 침적물의 두께가 100 내지 160 ㎛ 범위에 있는 실험결과는 확실하게 매우 양호 내지는 양호한 시험 결과를 보였다(도 2: 100 ㎛에서 솔더 페이스트(1)에 대해 측정; 도 3: 120 ㎛에서 솔더 페이스트(1)에 대해 측정; 도 4: 160 ㎛에서 솔더 페이스트(1)에 대해 측정). 솔더 침적물 두께 160 ㎛에서 솔더 페이스트는 상대적으로 광범위하게 확산되었지만(도 4), 부품의 전기적 연결 부위와 원치 않는 접촉이 없어 단락을 방지할 수 있었다. 이에 비해 본 발명의 범위를 벗어난 25 내지 200 ㎛의 층 두께는 부품의 전기적 연결 부위와 솔더 페이스트의 접촉을 일으키고 이어서 단락이 발생하였다(도 5).

Claims

기판 위에 부품을 실장하기 위한 방법으로서,
i) 제1 표면을 갖고 전기 및 열적 연결 부위가 제공되어 있는 부품을 제공하는 단계;
ii) 솔더 침적물이 제공되어 있는 제2 표면을 가진 기판을 제공하는 단계;
iii) 두께가 25 내지 200 ㎛인 솔더 침적물에 의해 상기 부품의 제1 표면을 기판의 제2 표면에 기계적으로 접촉시키는 단계; 및
iv) 상기 솔더 침적물을 솔더의 액상선 온도보다 높게 가열하는 단계를 포함하되,
상기 솔더 침적물은 솔더와 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트에 의해 형성되고 상기 플럭스는 서로 다른 디카르복실산 A와 디카르복실산 B를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 디카르복실산 A가 5개 이상의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 8개의 탄소 원자, 특히 6개의 탄소 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 하나 또는 두 항 모두에 있어서, 디카르복실산 B가 4개 이하의 탄소 원자, 특히 2개의 탄소 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 디카르복실산 A 대 디카르복실산 B의 중량비가 30:1 내지 5:1, 바람직하게는 25:1 내지 7:1, 특히 20:1 내지 10:1인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 상기 솔더 페이스트가
a) 플럭스 5 내지 15 중량% 및
b) 솔더 85 내지 95 중량%를 포함하고
이때 상기 중량 규격은 각각 솔더 페이스트의 총 중량 기준이고 상기 플럭스는
i) 디카르복실산 A, 바람직하게는 아디프산 7 내지 13 중량%;
ii) 디카르복실산 B, 바람직하게는 옥살산 0.3 내지 2.0 중량%; 및
iii) 아민, 바람직하게는 3차 아미노기를 가진 디아민인 아민 성분 X와 아미노기 중 적어도 2개가 적어도 3개의 탄소 원자에 의해 서로 분리되고 적어도 4개의 탄소 원자를 포함하고 있는 디아민 또는 폴리아민인 아민 성분 Y로부터 선택되는 아민을 포함하되 상기 디카르복실산의 중량 규격은 각각 플럭스의 총 중량 기준인 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 아민 성분 X가 1,2-테트라메틸에틸렌디아민, 1,2-테트라에틸에틸렌디아민, 1,2-테트라프로필에틸렌디아민과 1,2-테트라이소프로필에틸렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 아민 성분 Y가 N-코코-1,3-디아미노프로판, 1,6-디아미노헥산, 1,7-디아미노헵탄, 1,8-디아미노옥탄, 1,9-디아미노노난과 1,10-디아미노데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 상기 플럭스 내 모든 디카르복실산의 총량이 플럭스의 총 중량 대비 각각 최대 15 중량%, 바람직하게는 7 내지 13 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 상기 솔더가 주석계 솔더인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 상기 솔더가 은을 솔더의 총 중량 대비 각각 0.1 내지 8.0 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 6 중량%의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 상기 솔더가 구리를 솔더의 총 중량 대비 각각 0.1 내지 1.5 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 1.0 중량%의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 상기 솔더가 200 내지 250℃ 범위, 바람직하게는 200 내지 230℃ 범위의 액상선 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 상기 부품의 표면이 구리, 은, 금, 니켈, 알루미늄, 주석, 팔라듐과 상기 금속들 중 2개 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서, 상기 기판의 표면이 니켈, 금, 구리, 주석, 은, 알루미늄, 팔라듐과 상기 금속들 중 2개 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
기판 위에 실장되고 제1항 내지 제14항 중 어느 하나 이상의 항에 따른 방법에 따라 얻을 수 있는 부품.