KR20170035909A - 가공되는 잔류 솔더 페이스트 기술 - Google Patents

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KR20170035909A
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flux
solder flux
filler
joint
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KR1020177001772A
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Inventor
호수르 벤카타기리야파 라마크리쉬나
아빌라 리바스 모가나 데
란지트 팬더
시울리 사르카르
수타파 무케르지
바와 싱
Original Assignee
알파 어셈블리 솔루션스 인크.
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Abstract

솔더 접합부의 형성 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 솔더 플럭스를 제공하는 단계; 솔더 입자들을 제공하는 단계; 접합될 2개 이상의 가공물들을 제공하는 단계; 및 상기 솔더 플럭스와 상기 솔더 입자들을 상기 접합될 2개 이상의 가공물들 주변에서 가열하여 (i) 상기 접합될 2개 이상의 가공물들 사이의 솔더 접합부 및 (ii) 솔더 플럭스 잔류물(여기서, 상기 솔더 플럭스 잔류물은 상기 솔더 접합부의 노출된 표면들을 실질적으로 덮는다)을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

가공되는 잔류 솔더 페이스트 기술{ENGINEERED RESIDUE SOLDER PASTE TECHNOLOGY}
본 발명은, 솔더 접합부(solder joint)의 형성 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 개선된 기계적 성질 및/또는 열-기계적 성질을 나타내는 솔더 접합부를 형성하는 방법에 관한 것이다.
전자기기에서의 솔더링(soldering)은, 예를 들면, 전기 접점(electrical contact)을 제공하고, 2개 이상의 부분들을 물리적으로 접합시키고, 열 소산 경로를 제공하는 것과 같은 다양한 기능들을 갖는다. 전자 부품들의 크기가 지속적으로 줄어들기 때문에 솔더 상호연결부(interconnection)들의 크기도 줄어들고 있다. 상기 상호연결부들의 크기가 더 작다는 것은 통상적으로, 상기 접합부의 기계적 강도가 상대적으로 더 약하다는 것을 의미한다.
전자 산업에서의 또 다른 추세는, 예를 들면, 휴대폰, 랩톱, 태블릿, e-리더기, 오디오/비디오 플레이어, 웨어러블(wearable)과 같은 휴대용 전자기기의 인기가 계속 증가하고 있는 것이다. 이들 휴대용 디바이스들은 전자 부품들 및 그 안에 사용되는 패키지의 전기적 및 기계적 신뢰성에 대한 추가의 더 엄격한 요구조건을 제시한다. 예를 들면, 이러한 디바이스가 실수로 떨어지는 경우, 내부의 모든 부분들은 이들이 받는 엄청난 기계적 응력을 견뎌야 한다. 이들 디바이스들의 설계자들은 작은 크기의 솔더 상호연결부들에 의해 제공되는 기계적 강도가 이러한 기계적 충격을 견디기에 충분히 우수하지 않은 상황과 다수회 직면한다.
전자 산업의 또 다른 추세는 자동차 응용분야에서 전자기기의 사용이 계속 증가하고 있는 것이다. 전자 디바이스들과 제어 회로들은 현대의 자동차의 모든 분야에 실제적으로 사용되고 있다. 자동차에 사용되는 전자 디바이스/패키지/모듈은 작동 동안에 높은 충격, 진동 및 온도에 직면한다. 이러한 상황에서, 전통적인 방식으로 제조된 작은 솔더 상호연결부들은 열-기계적 신뢰성 요구를 충족시키지 못할 수 있다. 따라서, 솔더들을 사용하여 제조되는 전기적, 기계적 및 열적 상호연결부의 기계적 강도를 증가시킬 필요가 있다.
일반적으로, 솔더-패드 계면(solder-pad interface)은 아마도 전자 상호연결부들에서 가장 약한 연결부(link)일 것이다. 전자 어셈블리의 기계적 및 열적 신뢰성을 개선시키기 위해 이러한 가장 약한 연결부를 강화시킬 필요가 있다. 열 주기(thermal cylcing) 전후의 재료 및 솔더-패드 계면들의 대부분을 포함하는 상호연결부들의 기계적 성질들을 강화하고 유지하는 것이 가장 중요하다. 보오드-부품 어셈블리(board-component assembly)에 존재하는 재료는 상이한 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있으며 상기 재료는 열 주기 동안에 수축 및 팽창할 수 있다. 그 결과, 열 주기 동안에, 솔더 접합부는, 최종적으로 솔더 접합부들을 악화시키고 약화시킬 수 있는 주기적인 수축과 팽창을 겪게 된다. 최대 CTE 불일치를 갖는 솔더-패드 계면이 종종 가장 약한 연결부이다.
본 발명은 선행 기술과 관련된 문제점들 중 적어도 일부를 해결하거나, 적어도 이에 대한 상업적으로 허용가능한 대안적인 해결책을 제공하고자 한다.
본 발명은, 솔더 접합부의 형성 방법을 제공하고, 상기 방법은
솔더 플럭스(flux)를 제공하는 단계;
솔더 입자들을 제공하는 단계;
접합될 2개 이상의 가공물(work piece)들을 제공하는 단계; 및
상기 솔더 플럭스와 상기 솔더 입자들을 상기 접합될 2개 이상의 가공물들 근처에서 가열하여 (i) 상기 접합될 2개 이상의 가공물들 사이의 솔더 접합부 및 (ii) 솔더 플럭스 잔류물을 형성하는 단계
를 포함하고, 여기서, 상기 솔더 플럭스 잔류물은 상기 솔더 접합부의 노출된 표면들을 실질적으로 덮는다.
상기 방법은, 보다 유리한 기계적 성질들, 예를 들면, 증가된 강도, 증가된 신뢰성 및 증가된 열 주기 내성을 나타내는 솔더 접합부를 생성시킨다.
본원에서 정의된 각 양상 또는 양태는, 반대로 명확히 나타내지 않는 한, 임의의 다른 양상(들) 또는 양태(들)와 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로 나타낸 임의의 특징들은 바람직하거나 유리한 것으로 나타낸 임의의 다른 특징과 조합될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "솔더 플럭스"는 솔더링 공정 동안에 산화를 방지하기 위해 사용되는 화학종을 포함한다. 상기 솔더 플럭스는 또한 솔더링 전에 몇몇 형태의 화학적 세정을 제공할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "솔더 잔류물"은 솔더링 공정 동안에 솔더 플럭스의 가열 결과로서 형성된 잔류물을 포함한다. 이론으로 제한함 없이, 용매의 적어도 일부가 솔더 플럭스로부터 증발되는 때에 솔더 플럭스 잔류물을 형성하는 것으로 간주된다.
솔더 플럭스 및 솔더 입자들은 개별적으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 솔더 플럭스는 액상, 페이스트 형태 또는 필름 형태로 개별적으로 도포될 수 있는 한편, 상기 솔더 입자들은 분말, 시트, 스틱 또는 와이어의 형태로 제공될 수 있다. 대안적으로, 상기 솔더 플럭스 및 솔더 입자들은, 예를 들면, 솔더 페이스트의 형태로 함께 제공될 수 있다.
접합될(즉, 생성될 솔더 접합부에 의해 접합될) 2개 이상의 가공물들은, 예를 들면, 전자 부품(예를 들면, 칩 저항기 또는 칩 커패시터) 및 인쇄 회로 판의 구리 패드를 포함할 수 있다.
솔더 플럭스 및 솔더 입자들이 가열되는 온도는 사용되는 특정 솔더 플럭스 및 솔더 입자들에 좌우될 것이다. 그러나, 전형적인 가열 온도는 140 내지 280℃이다. 예를 들면, 소위 "저온" 솔더 입자들이 사용되는 경우, 가열 온도는 전형적으로 140 내지 200℃일 것이며, 소위 "중간 온도" 솔더 입자들이 사용되는 경우, 가열 온도는 전형적으로 200 내지 240℃일 것이며, 소위 "고온" 솔더 입자들이 사용되는 경우, 가열 온도는 전형적으로 240 내지 280℃일 것이다.
솔더 플럭스 및 솔더 입자들은 접합될 2개 이상의 가공물들 주변에서 가열된다. 예를 들면, 솔더 접합부를 가공물들 사이에 형성하고자 하는 경우, 솔더 플럭스 및 솔더 입자들을 통상적으로 상기 가공물들 사이에 배치하여 상기 2개의 가공물들과 접촉시켜 가열한다. 대안적으로, 솔더 접합부를 상기 2개 이상의 가공물들 사이의 접합에 대향하여 형성시키고자 하는 경우(예를 들면, 상기 가공물들이 말단과 말단이 맞닿게(end-to-end) 접합시키고자 할 경우), 솔더 플럭스 및 솔더 입자들은 가열되기 전에 가공물들 사이의 접합 상에 배치될 수 있다.
솔더 플럭스 (또는 대안적으로 솔더 플럭스 및 솔더 입자들이 솔더 페이스트로 함께 제공되는 경우의 솔더 페이스트)는, 예를 들면, 인쇄, 분배, 분사(jetting), 침지(dipping) 및/또는 핀 트랜스퍼(pin transfer)에 의해 2개 이상의 가공물들에 도포될 수 있다. 이러한 기술들은 당업계에 공지되어 있다. 상기 플럭스는 액상, 페이스트 형태 또는 필름 형태로 도포될 수 있다. 상기 플럭스는 예비성형품을 위한 사전-도포되는 페이스트 플럭스로서, 솔더 필름 형태의 페이스트 플럭스로서 및/또는 필름 형태의 페이스트 플럭스로서 도포될 수 있다.
플럭스 잔류물은 솔더 접합부의 노출된 표면들을 실질적으로 덮는다. 전형적으로, 상기 플럭스 잔류물은 노출된 표면의 적어도 90%, 더욱 전형적으로는 노출된 표면의 적어도 95%, 더 더욱 전형적으로는 노출된 표면 전체를 덮는다.
솔더 접합부의 노출된 표면들이란, 2개 이상의 가공물들과 접촉하지 않는 솔더 접합부의 외부 표면들을 나타낸다. 예를 들면, 솔더 접합부가 2개의 가공물들 사이에 끼워지는 경우, 솔더 접합부의 노출된 표면들은 샌드위치 층들에 실질적으로 수직인 표면들이 될 것이다. 대안적으로, 솔더 접합부가 2개의 가공물들 사이의 접합 측에 형성되는 경우, 노출된 표면은 접합에 대향하는 솔더 접합부의 표면들이 될 것이다.
노출된 표면들은 단일 표면 또는 다중 표면들을 포함할 수 있다.
본 발명자들은 놀랍게도, 본 발명의 방법이 전형적인 솔더 접합부 형성 방법들과 비교하여 개선된 기계적 성질들을 나타내는 솔더 접합부를 생성시킬 수 있음을 발견하였다. 예를 들면, 생성된 솔더 접합부는 개선된 낙하 내충격성, 개선된 열 주기 성능, 개선된 열 내충격성, 증가된 전단 강도, 증가된 굴곡 강도 및 기타 열-기계적 특성들 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 그 결과, 솔더 접합부의 신뢰성이 개선된다.
이것은 솔더 접합부들이 작은 크기로 되는 것이 필요한 경우 특히 유리하다. 따라서, 상기 방법은, 예를 들면, 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, e-리더기, 오디오/비디오 플레이어 또는 시계와 같은 휴대용 전자 디바이스에 솔더 접합부를 형성하기 위해 사용되는 경우 특히 유용하다. 이러한 디바이스들은, 예를 들면, 낙하의 결과로서의 상당한 응력을 견딜 수 있는 작은 솔더 접합부들을 필요로 한다. 이러한 신뢰성 있는 솔더 접합부들은 또한, 솔더 접합부들이 전형적으로 높은 충격, 높은 온도 및 높은 진동에 노출되는 자동차 산업에서 유리하다.
본 발명자들은, 통상적인 솔더 접합부 형성 방법에서, 솔더 페이스트 내의 플럭스 재료가 전형적으로 확산(spread)되어 솔더 접합부로부터 멀리 이동하는 것을 발견하였다. 본 발명의 방법에서, 이론으로 제한함 없이, 솔더 플럭스 잔류물이 솔더 접합부의 노출된 표면들을 실질적으로 덮도록 보장함으로써, 솔더 접합부가, 예를 들면, 상기 접합부로부터 멀리 응력을 재분배함으로써 보강될 수 있다고 간주된다. 또한, 솔더 플럭스 확산과 관련된 문제점들, 예를 들면, 솔더링에 이용가능한 적은 플럭스, 및 예를 들면, 패드의 변색, 전자이동 단락(electromigration failure) 및 잔류물 자체의 변색과 같은 신뢰성 문제가 감소될 수 있다.
솔더 플럭스는 바람직하게는,
유기 용매;
에폭시 수지;
경화제; 및
촉매
를 포함한다.
플럭스 가열시에, 에폭시 수지는 가교결합될 수 있는데, 이는 솔더 플럭스 잔류물이 가교결합된 에폭시 수지를 포함할 수 있음을 의미한다. 이것은 형성된 솔더 접합부의 기계적 성질들을 개선시키는 기능을 할 수 있다. 에폭시 수지는 연성(ductility)이 증가된 솔더 플럭스 잔류물을 제공할 수 있다. 유리하게는, 이것은 솔더 접합부에 부가적인 강도를 제공하는 기능을 할 수 있고, 더 높은 응력을 견딜 수 있도록 할 수 있다.
유기 용매는 전형적으로 고비점 유기 용매이고, 바람직하게는 비점이 적어도 280℃이다. 본 발명에 사용하기 위한 적어도 280℃의 비점을 갖는 적합한 유기 용매는, 예를 들면, 부틸 카비톨, 디에틸렌 글리콜 모노 헥실 에테르, 및 글리콜 에테르를 포함한다. 에폭시 수지는 다관능성 타입 에폭시 수지 및/또는 고분자량 에폭시 수지일 수 있다. 경화제는 페놀계 그룹 함유 경화제를 포함할 수 있고/있거나, 무수물계 경화제, 전형적으로 액체 무수물계 경화제일 수 있다. 촉매는 치환된 방향족 아민 촉매 및/또는 포스핀계 염 촉매 및/또는 아미드계 촉매를 포함할 수 있다.
솔더 플럭스는 바람직하게는,
활성제; 및/또는
결합제(bonding agent); 및/또는
응력 개질제; 및/또는
탈기제
를 추가로 포함한다.
활성제는, 예를 들면, 카복실산을 포함할 수 있다. 응력 개질제는, 예를 들면, 액상 타입 응력 개질제를 포함할 수 있다.
솔더 플럭스는 바람직하게는, 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여,
20 내지 40wt%의 유기 용매; 및/또는
5 내지 45wt%의 에폭시 수지; 및/또는
2 내지 36wt%의 경화제; 및/또는
0.1 내지 15wt%의 촉매; 및/또는
10 내지 20wt%의 활성제; 및/또는
0.1 내지 2wt%의 결합제; 및/또는
0.1 내지 4wt%의 응력 개질제; 및/또는
0.1 내지 2wt%의 탈기제
를 포함한다.
언급된 범위 내의 이러한 종들의 존재는 가열(예를 들면, 리플로우) 동안에 플럭스에 양호한 점도, 점착성 및/또는 유동성(fludity)을 제공할 수 있다. 이러한 특성들은 높은 비율의 플럭스가 리플로우 동안에 솔더 접합부 부위 주위에 남는 것을 보장하는 기능을 할 수 있다. 이것은 더 많은 플럭스가 솔더링에 사용되도록 보장하는 기능을 할 수 있다. 또한, 이것은 가열 동안에 형성된 솔더 플럭스 잔류물이 솔더 접합부의 노출된 표면들을 실질적으로 덮는 것을 보장하는 것을 도울 수 있다. 또한, 예를 들면, 패드의 변색, 전자이동 단락 및 솔더 잔류물의 변색과 같은 솔더 플럭스 확산에 의해 야기되는 불리한 상황이 감소될 수 있다.
솔더 플럭스는 바람직하게는 충전제를 추가로 포함한다. 충전제의 포함은 솔더 플럭스 및/또는 솔더 플럭스 잔류물의 기계적 및/또는 열-기계적 성질들의 제어를 허용할 수 있다. 특히, 충전제의 존재는 솔더 플럭스 잔류물과 솔더 접합부 사이의 CTE 불일치를 감소시켜 열 주기 피로(fatigue)에 대한 내성을 증가시키는 기능을 할 수 있다.
솔더 플럭스는 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0.1 내지 40wt%의 충전제, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10wt%의 충전제, 더 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5wt%의 충전제를 포함한다. 솔더 플럭스는 적어도 0.01wt%의 충전제, 또는 적어도 0.1wt%의 충전제, 또는 적어도 0.5wt%의 충전제, 또는 적어도 1wt%의 충전제, 또는 적어도 2wt%의 충전제, 또는 적어도 5wt%의 충전제를 포함할 수 있다. 솔더 플럭스는 최대 40wt%의 충전제, 또는 최대 25wt%의 충전제, 또는 최대 15wt%의 충전제, 또는 최대 10wt%의 충전제, 또는 최대 5wt%의 충전제 또는 최대 2wt%의 충전제를 포함할 수 있다. 열거된 범위 내의 충전제의 존재는 솔더 플럭스 및/또는 솔더 플럭스 잔류물의 기계적 및/또는 열-기계적 성질들을 개선시키는 기능을 할 수 있다. 더 높은 수준의 충전제는, 불리하게는 고점도를 나타내는 솔더 플럭스를 초래하는 기능을 할 수 있다. 더 낮은 수준은 CTE 불일치를 단지 최소한으로만 감소시킴을 초래할 수 있다.
충전제는 높은 종횡비의 충전제(예를 들면, 1 초과, 전형적으로 2 초과, 더욱 전형적으로 5 초과의 종횡비를 갖는 충전제)를 포함할 수 있으며, 높은 종횡비의 충전제는 유리 섬유들, 운모, 나노클레이, 그래핀, 관능화된 그래핀, 다이아몬드, 탄소 나노 튜브들, 흑연 및 탄소 섬유들, 질화붕소, 합성 섬유 및 천연 섬유 중 하나 이상을 포함한다. 이러한 충전제들은 솔더 플럭스 및/또는 솔더 플럭스 잔류물의 기계적 및/또는 열-기계적 성질들을 개선시키는 기능을 할 수 있다. 특히, 높은 종횡비의 충전제의 존재는 솔더 플럭스의 점도를 불리한 수준으로 증가시키지 않으면서 CTE 불일치를 감소시키는 기능을 할 수 있다.
충전제는 낮은 종횡비의 충전제(예를 들면, 2 미만, 전형적으로 1.5 미만, 더욱 전형적으로 약 1의 종횡비를 갖는 충전제)를 포함할 수 있으며, 낮은 종횡비의 충전제는 실리카, 산화알루미늄, 산화아연, 질화알루미늄, 이산화물(dioxide), 다면형 올리고머성 실세스퀴옥산, 금속-코팅된 입자들, 활석, 카올린, 규회석 및 유리 구(sphere)들 중 하나 이상을 포함한다.
충전제는 실리카, 탄산칼슘, PTFE 및 흑연-관련 충전제들 중 하나 이상을 포함하는 점착방지 윤활 충전제(antiblock, lubricating filler)를 포함할 수 있다. 이러한 충전제들은 솔더 플럭스 및/또는 솔더 플럭스 잔류물에 보다 유리한 표면 성질들을 제공하는 기능을 할 수 있다.
충전제는 등방성 수축 및/또는 감소된 휨(warpage)을 감소시키는 충전제들, 예를 들면, 미립자 충전제들, 유리 비드들 및/또는 운모를 포함할 수 있다. 이러한 충전제들은 솔더 플럭스 및/또는 솔더 플럭스 잔류물의 치수 안정성을 개선시키는 기능을 할 수 있다.
충전제는 전기적 및/또는 자기적 성질들(예를 들면, 전도성, 비전도성 및 강자성 금속 충전제들, 탄소 관련 충전제들 및 섬유들 및 운모); 방사선 흡수용 충전제들(예를 들면, 금속 입자 충전제들, 산화납 및 납첨가(leaded) 유리), 광학 성질 개질용 충전제들(예를 들면, 핵형성제, 청징제(clarifier), 안료, 미세 미립자 및 운모/안료 하이브리드) 및 댐핑 제어용 충전제들(예를 들면, 플레이크 충전제들, 유리 및 황산바륨) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 에폭시 수지는 그 안에 분산된 고무(전형적으로 액상 고무)를 포함한다. 솔더 플럭스 잔류물 내의 에폭시 수지는 취성일 수 있다. 고무는 에폭시 수지와 결합된 분산된 상(phase)을 형성할 수 있고 경화된 에폭시 수지 매트릭스 (솔더 플럭스 잔류물) 내에서 균열 전파를 방지한다. 분산된 고무 상은 캐비테이션(cavitation) 및 전단 항복에 의한 기계적 에너지의 소산 중심으로서 작용하여 균열 성장 저항 및 탁월한 파괴 성질들의 증가를 유도할 수 있다. 고무의 존재는 솔더 플럭스 잔류물의 연성을 증가시켜 솔더 접합부의 기계적 성질들을 증가시킬 수 있다. 특히, 연성 솔더 플럭스 잔류물의 존재는 개선된 낙하 내충격성을 제공하는 기능을 할 수 있다.
통상적인 솔더 접합부들에서, 솔더 접합부의 신뢰성은 가공물들과 솔더 접합부의 열팽창 계수(CTE) 차이로 인해 감소될 수 있다. 솔더 플럭스 잔류물 내의 고무의 존재는 가공물들과 솔더 접합부 사이의 CTE 차이의 영향을 효과없게 하여 열 주기 피로에 대한 내성을 증가시키는 기능을 할 수 있다.
솔더 접합부의 재료와 솔더 플럭스 잔류물의 CTE 차이는 또한 열 주기 내성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 솔더 플럭스 잔류물은 바람직하게는 솔더 접합부 재료의 CTE에 근접한 CTE를 갖는다. 바람직하게는, 솔더 접합부 재료의 CTE와 솔더 플럭스의 CTE는 150% 미만, 더욱 바람직하게는 100% 미만, 더 더욱 바람직하게는 60% 미만, 더 더욱 더 바람직하게는 50% 미만으로 상이하다. 이러한 CTE 일치는, 예를 들면, 상기 개시된 고무의 사용에 의해 달성될 수 있다.
에폭시 수지는 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는최대 10wt%의 액상 고무, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10wt%의 액상 고무를 포함한다. 에폭시 수지는 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 0.1wt%의 고무, 또는 적어도 1wt%의 고무 또는 적어도 2wt%의 고무를 포함할 수 있다. 에폭시 수지는 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 10wt% 이하의 고무, 또는 8wt% 이하의 고무, 또는 5wt% 이하의 고무를 포함할 수 있다. 이것은, 특히 유리한 연성을 갖는 솔더 플럭스 잔류물을 제공할 수 있고 특히 유리한 기계적 성질 및/또는 열-기계적 성질을 갖는 솔더 접합부를 제공할 수 있다.
액상 고무는 바람직하게는 카복실, 하이드록실 및/또는 아민 그룹들을 포함하는 하나 이상의 말단 그룹들을 갖는 아크릴로니트릴 부타디엔 타입 고무를 포함한다. 이러한 고무는 본질적으로 유화 중합법으로 수득된 아크릴로니트릴과 부타디엔의 공중합체이다. 이러한 고무는 특히 유리한 연성을 갖는 솔더 플럭스를 제공할 수 있으며, 특히 유리한 기계적 성질 및 열-기계적 성질을 나타내는 솔더 플럭스 잔류물 및 솔더 접합부를 생성시킬 수 있다.
솔더 입자들은 바람직하게는 납-비함유 솔더 입자들이다. 적합한 납-비함유 솔더 입자들은, 예를 들면, Sn, Sn-함유 합금, Sn-Bi 합금, Sn-Cu 합금, Sn-Ag 합금, SAC-타입 합금 및 이들 중 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 기타 적합한 납-비함유 솔더들은 당업자에게 공지되어 있을 것이다.
하나의 양태에서, 접합될 2개 이상의 가공물들은 전자 부품, 및 인쇄 회로판의 구리 패드를 포함한다. 이러한 가공물들 사이의 솔더 접합부들은 유리한 기계적 성질 및/또는 열-기계적 성질을 나타내며 높은 신뢰성을 나타내는 것이 바람직하다.
솔더 접합부는 표면 실장 기술(SMT: surface mount technology) 방법, 다이 및 부품 부착 방법(die and component attach method), 패키지 온 패키지(POP: package on package) 방법, 칩 스케일 패키지(CSP: chip scale package) 방법, 볼 그리드 어레이(BGA: ball grid array) 방법, 플립 칩 방법(flip chip method), 캔 실드 부착 방법(can shield attachment method) 및 카메라 렌즈 부착 방법으로부터 선택되는 제작 방법(manufacturing method) 동안에 형성될 수 있다.
추가의 양상에서, 본 발명은 본원에 기재된 방법에 의해 수득할 수 있는 솔더 접합부를 제공한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 본원에 기재된 방법에 사용하기 위한 솔더 플럭스를 제공하고, 상기 솔더 플럭스는
유기 용매;
에폭시 수지;
경화제; 및
촉매
를 포함하고,
임의로,
활성제;
결합제;
응력 개질제;
탈기제; 및
충전제
중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 제1 양상의 바람직한 임의의 특징들 및 이점들이 본 발명의 이러한 양상에 동일하게 적용된다.
에폭시 수지는 바람직하게는 그 안에 분산된 액상 고무를 포함한다. 에폭시 수지는 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0.1 내지 10wt%의 액상 고무를 포함한다. 액상 고무는 바람직하게는 카복실, 하이드록실 및 아민 그룹들을 포함하는 하나 이상의 말단 그룹들을 갖는 아크릴로니트릴 부타디엔 타입 고무를 포함한다.
솔더 플럭스는 전형적으로 인쇄가능 및/또는 분사가능 및/또는 침지가능 및/또는 핀-트랜스퍼 가능하다.
바람직한 양태에서, 솔더 플럭스는
20 내지 40wt%의 고비점 유기 용매;
5 내지 45wt%의 에폭시 수지;
2 내지 36wt%의 경화제;
10 내지 20wt%의 활성제로서의 카복실산;
0.1 내지 15wt%의 촉매;
0.1 내지 2wt%의 결합제;
0.1 내지 4wt%의 액상 타입 응력 개질제; 및
0.1 내지 2wt%의 탈기제
를 포함한다.
또 다른 바람직한 양태에서, 솔더 플럭스는
20 내지 40wt%의 고비점 유기 용매;
5 내지 45wt%의 에폭시 수지;
2 내지 36wt%의 경화제;
0 내지 20wt%의 활성제로서의 카복실산;
0.1 내지 15wt%의 촉매;
0.1 내지 2wt%의 결합제;
0.1 내지 4wt%의 액상 타입 응력 개질제;
0.1 내지 2wt%의 탈기제; 및
0.1 내지 10wt%의 충전제로서의 유리 섬유
를 포함한다.
또 다른 바람직한 양태에서, 솔더 플럭스는
20 내지 40wt%의 고비점 유기 용매;
5 내지 45wt%의 에폭시 수지;
2 내지 36wt%의 경화제;
10 내지 20wt%의 활성제로서의 카복실산;
0.1 내지 15wt%의 촉매;
0.1 내지 2wt%의 결합제;
0.1 내지 4wt%의 액상 타입 응력 개질제;
0.1 내지 2wt%의 탈기제; 및
0.1 내지 5wt%의 충전제로서의 그래핀
을 포함한다.
또 다른 바람직한 양태에서, 솔더 플럭스는
20 내지 40wt%의 고비점 유기 용매;
5 내지 45wt%의 에폭시 수지;
2 내지 36wt%의 경화제;
10 내지 20wt%의 활성제로서의 카복실산;
0.1 내지 15wt%의 차단된(blocked) 촉매;
0.1 내지 2wt%의 결합제;
0.1 내지 4wt%의 액상 타입 응력 개질제;
0.1 내지 2wt%의 탈기제; 및
0.1 내지 5wt%의 충전제로서의 관능화된 그래핀 옥사이드
를 포함한다.
또 다른 바람직한 양태에서, 솔더 플럭스는
20 내지 40wt%의 고비점 유기 용매;
5 내지 45wt%의 에폭시 수지;
2 내지 36wt%의 경화제;
10 내지 20wt%의 활성제로서의 카복실산;
0.1 내지 15wt%의 차단된 촉매;
0.1 내지 2wt%의 결합제;
0.1 내지 4wt%의 액상 타입 응력 개질제; 및
0.1 내지 40wt%의 충전제로서의 실리카
를 포함한다.
또 다른 바람직한 양태에서, 솔더 플럭스는
20 내지 40wt%의 고비점 유기 용매;
5 내지 45wt%의 에폭시 수지;
2 내지 36wt%의 경화제;
10 내지 20wt%의 활성제로서의 카복실산;
0.1 내지 15wt%의 차단된 촉매;
0.1 내지 2wt%의 결합제;
0.1 내지 4wt%의 액상 타입 응력 개질제;
0.1 내지 2wt%의 탈기제; 및
0.1 내지 5wt%의 충전제로서의 흑연
을 포함한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 본원에 기재된 솔더 플럭스 및 솔더 입자들을 포함하는 솔더 페이스트를 제공한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더 접합부 및/또는 상호연결부를 강화시키기 위한 본원에 기재된 솔더 플럭스의 용도를 제공한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더 접합부 제작 방법 동안에 솔더 접합부 주위에 형성된 플럭스 잔류물의 확산을 제어하기 위한 본원에 기재된 솔더 플럭스의 용도를 제공한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 리플로우 후에 형성된 플럭스 잔류물의 기계적 성질들을 제어하기 위한 본원에 기재된 솔더 플럭스의 용도를 제공한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더-패드 계면 또는 솔더 접합부의 열-기계적 성질들을 향상시켜 보다 신뢰성 있는 솔더-패드 계면 또는 솔더 접합부를 생성시키는, 본원에 기재된 솔더 플럭스로부터 수득할 수 있는 솔더 플럭스 잔류물의 용도를 제공한다.
추가의 양상에서, 본 발명은,
에폭시 수지; 및
상기 에폭시 수지 내에 분산된 액상 고무
를 포함하는 솔더 플럭스를 제공하고,
여기서, 상기 액상 고무는 카복실, 하이드록실 및/또는 아민 그룹들을 포함하는 하나 이상의 말단 그룹들을 갖는 아크릴로니트릴 부타디엔 타입 고무를 포함한다.
본 발명의 제1 양상의 바람직한 임의의 특징들 및 이점들은 본 발명의 이러한 양상에 동일하게 적용된다.
솔더 플럭스는 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 1 내지 10wt%의 액상 고무를 포함한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더 접합부를 형성하는 방법을 제공하고, 상기 방법은,
(i) 접합될 2개 이상의 가공물들을 제공하는 단계;
(ii) 솔더 입자들, 플럭스 및 잔류물-형성 재료를 포함하는 솔더 페이스트를 제공하는 단계; 및
(iii) 상기 솔더 페이스트를 상기 접합될 가공물들 주변에서 가열하여 솔더 접합부를 형성하는 단계
를 포함하고, 여기서, 상기 솔더 페이스트를 가열할 때에, 잔류물-형성 재료는 솔더 접합부를 완전히 덮는 잔류물을 형성한다.
잔류물-형성 재료는 플럭스와 분리될 수 있다. 대안적으로, 잔류물-형성 재료는 플럭스일 수 있다.
잔류물-형성 재료 및/또는 플럭스는 유리하게는 솔더 페이스트의 가열 동안에 접합부 계면으로부터 멀리 이동하지 않는다.
잔류물은 솔더 접합부를 완전히 덮는다. 이것은 잔류물이 솔더 접합부의 노출된 외부 표면, 즉 가공물들과 직접 접촉하지 않는 노출된 표면들을 완전히 덮는 것을 의미한다.
대안적인 양상에서, 잔류물은 솔더 접합부를 완전히 덮지 않고 대신 솔더 접합부의 노출된 면적의 적어도 50%, 바람직하게는 노출된 면적의 적어도 90%, 더욱 바람직하게는 노출된 면적의 적어도 95%, 더 더욱 바람직하게는 실질적으로 모든 노출된 면적을 덮는다.
접합될 2개 이상의 가공물들은 전형적으로 전자 부품(예를 들면, 칩 저항기 또는 칩 커패시터) 및 구리 패드(전형적으로 인쇄 회로판 상에 배치됨)를 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 잔류물-형성 재료 및/또는 플럭스는, 예를 들면, 열가소성 중합체(예를 들면, 폴리아미드, 폴리부틸렌, 폴리이미드, 아크릴 수지 및 아크릴레이트) 및 열경화성 가교결합성 수지(예를 들면, 에폭시, 폴리에스테르, 스티렌화 폴리에스테르 및 페놀 수지)를 포함한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더 접합부를 형성하는 방법을 제공하고, 상기 방법은
(i) 접합될 2개 이상의 가공물들을 제공하는 단계;
(ii) 솔더 입자들, 플럭스 및 잔류물-형성 재료를 포함하는 솔더 페이스트를 제공하는 단계; 및
(iii) 상기 솔더 페이스트를 상기 접합될 가공물들 주변에서 가열하여 솔더 접합부를 형성하는 단계
를 포함하고, 여기서, 상기 솔더 페이스트를 가열할 때에, 상기 플럭스 및/또는 잔류물-형성 재료의 대부분은 접합부 계면으로부터 이동하지 않는다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더 접합부를 형성하는 방법을 제공하고, 상기 방법은
(i) 접합될 2개 이상의 가공물들을 제공하는 단계;
(ii) 솔더 입자들 및 플럭스를 포함하는 솔더 페이스트를 제공하는 단계; 및
(iii) 상기 솔더 페이스트를 상기 접합될 가공물들 주변에서 가열하여 솔더 접합부를 형성하는 단계
를 포함하고, 여기서, 상기 솔더 페이스트를 가열할 때에, 상기 플럭스는 솔더 접합부를 완전히 덮는 잔류물을 형성한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더 접합부를 형성하는 방법을 제공하고, 상기 방법은
(i) 접합될 2개 이상의 가공물들을 제공하는 단계;
(ii) 솔더 입자들, 플럭스 및 잔류물-형성 재료를 포함하는 솔더 페이스트를 제공하는 단계; 및
(iii) 상기 솔더 페이스트를 상기 접합될 가공물들 주변에서 가열하여 솔더 접합부를 형성하는 단계
를 포함하고, 여기서, 상기 솔더 페이스트를 가열할 때에, 상기 잔류물-형성 재료는 솔더 접합부를 코팅하는 잔류물을 형성하여 이의 기계적 강도를 증가시킨다.
추가의 양상에서, 본 발명은,
솔더 입자들;
플럭스; 및
잔류물-형성 재료
를 포함하는 솔더 페이스트를 제공한다.
페이스트는 필름 형태일 수 있다. 페이스트는 인쇄가능 및/또는 분사가능 할 수 있다.
추가의 양상에서, 본 발명은 잔류물-형성 재료를 포함하는 솔더 페이스트 플럭스를 제공한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더 페이스트 잔류물로 완전히 코팅된 솔더 접합부를 제공한다.
추가의 양상에서, 본 발명은 솔더 접합부의 기계적 강도를 증가시키는 방법을 제공하고, 상기 방법은 솔더 페이스트 잔류물의 완전한 코팅을 갖는 솔더 접합부를 제공함을 포함한다.
본 발명은 이하의 비제한적 도면과 관련하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2는 통상적인 방법을 사용하여 형성된 솔더 접합부의 개략도(상부) 및 본 발명의 방법을 사용하여 형성된 솔더 접합부의 개략도(하부)를 도시한다.
도 3은 세가지 재료의 가상 응력-변형 곡선을 도시한다.
도 4는 전형적인 솔더와 세가지 타입의 다른 접합부 보강재의 열팽창 계수(CTE)를 도시한다.
도 5는 충격 굽힘 시험(impact bend testing)의 결과를 도시한다.
도 6은 낙하 충격 시험의 결과를 도시한다.
도 7은 열 주기 시험의 결과를 도시한다.
도 1을 참조하면, 솔더 접합부를 형성하는 방법이 도시되어 있으며, 상기 방법은 (A) 솔더 플럭스를 제공하는 단계; (B) 솔더 입자들을 제공하는 단계; (C) 접합될 2개 이상의 가공물들을 제공하는 단계; 및 (D) 상기 솔더 플럭스 및 상기 솔더 입자들을 접합될 2개 이상의 가공물들의 주변에서 가열하여 (i) 상기 접합될 2개 이상의 가공물들 사이의 솔더 접합부 및 (ii) 솔더 플럭스 잔류물(여기서, 상기 솔더 플럭스 잔류물은 솔더 접합부의 노출된 표면들을 실질적으로 덮는다)을 형성하는 단계를 포함한다.
도 2(상부)는 통상적인 방법을 사용하여 형성된 솔더 접합부의 개략도를 도시한다. 제조 방법 동안에, 전자 부품(1), 예를 들면, 칩 저항기, 칩 커패시터 등을, 상호연결 재료, 즉 솔더 접합부(4)를 형성하는 솔더 페이스트에 의해 상기 인쇄 회로 기판(2)의 구리 패드(3)들을 결합시킴으로써 소정의 인쇄 회로판(2) 상에 배치시킨다. 솔더 페이스트 잔류물(5)이 확산되어 솔더 접합부(4)를 완전히 덮지 않는다. 결과적으로, 확산 잔류물(5)은 솔더 접합부(4)를 보강하지 않는다.
도 2(하부)는 본 발명의 방법을 사용하여 형성된 솔더 접합부의 개략도를 도시한다. 제조 방법 동안에, 전자 부품(6), 예를 들면, 칩 저항기, 칩 커패시터 등을, 상호연결 재료, 즉 솔더 접합부(9)를 형성하는 솔더 페이스트에 의해 상기 인쇄 회로 기판(7)의 구리 패드(8)들을 결합시킴으로써 소정의 인쇄 회로판(7) 상에 배치시킨다. 솔더 페이스트의 확산이 제어되고 솔더 페이스트 잔류물(10)은 솔더 접합부의 위치에서 유지되고 솔더 접합부를 둘러싼다. 그 결과, 솔더 접합부가 보강된다.
도 3은 세가지 재료의 가상 응력-변형 곡선들을 도시한다. 중간에 있는 곡선은 솔더에 대한 것이고 다른 2개의 재료는 이 곡선의 양쪽에 있다. 좌측에 있는 곡선은 취성, 고 모듈러스 및 저 강도 재료(예를 들면, 전형적인 솔더 플럭스 잔류물)의 전형적인 거동을 도시한다. 이러한 재료는 쉽게 부서지며 파단점에서의 작은 신도를 나타낸다. 이러한 타입의 재료가 솔더와 함께 사용되는 경우, 접합부의 기계적 강도를 개선시킬 것 같지 않다. 한편, 곡선은 연성 재료(예를 들면, 본 발명의 솔더 플럭스에 의해 형성된 솔더 플럭스 잔류물)의 전형적인 응력-변형 플롯을 도시한다. 이 재료는 솔더보다 더 낮은 모듈러스를 가지며 강도는 더 높다. 이 재료는 더 높은 탄성 변형을 가지며 파단점에서의 신도 또한 높다. 솔더와 함께 사용되는 이러한 재료는 훨씬 높은 응력을 견딜 수 있는 생성된 접합부에 의해 접합부의 강도를 증가시킬 것이다.
열-기계적 피로는 통상적으로 열 주기 시험을 사용하여 평가된다. 솔더 접합부 상의 플럭스 잔류물의 존재 또는 부재는 상기 접합부의 접합부 강도 및 열 주기 성능에 영향을 미친다. 플럭스 잔류물의 존재는 이의 성질들에 따라 솔더 접합부의 열-기계적 신뢰성에 유리하거나 불리하게 작용할 수 있다. 도 4는 전자 어셈블리에서 잠재적으로 사용될 수 있는 전형적인 솔더와 세가지 타입의 기타 접합부 보강재의 열팽창 계수(CTE)를 도시한다. 전형적인 Pb-비함유 솔더는 약 18 내지 20 PPM/C의 CTE를 갖는다. 우수한 실시 재료는 가능한 한 솔더에 가까운 CTE를 가져야 한다(예를 들면, 본 발명의 솔더 플럭스에 의해 형성된 솔더 플럭스 잔류물). 도면의 맨 왼쪽에 나타낸 재료는 솔더보다 훨씬 낮은 CTE를 갖는다. 이 재료는 솔더와는 훨씬 다른 속도로 팽창하고 수축할 것이다. 따라서, 상기 재료는 온도 주기 시험 동안에 계면에서 응력이 증가하여 불량한 열 피로 수명을 초래할 것이다. 마찬가지로, 맨 오른쪽에 나타낸 재료는 솔더보다 훨씬 더 큰 CTE를 갖는다. 솔더 접합부를 강화하기 위해 이러한 재료를 도포하는 경우, 온도 주기 시험 동안에 계면에서 응력 또한 증가할 것이다.
이제, 본 발명은 이하의 비제한적인 실시예와 관련하여 설명될 것이다.
실시예 1
하기 범위 내에 속하는 성분을 갖는 상이한 솔더 플럭스 A 내지 F를 제조하였다:
20 내지 40wt%의 유기 용매; 및/또는
5 내지 45wt%의 에폭시 수지; 및/또는
2 내지 36wt%의 경화제; 및/또는
0.1 내지 15wt%의 촉매; 및/또는
10 내지 20wt%의 활성제; 및/또는
0.1 내지 2wt%의 결합제; 및/또는
0.1 내지 4wt%의 응력 개질제; 및/또는
0.1 내지 2wt%의 탈기제.
솔더 플럭스 A 내지 F를 사용하여 본 발명의 방법을 사용하여 솔더 접합부를 형성하였고, 생성된 솔더 접합부를 시험하였다.
충격 굽힘 시험:
휴대용 전자 디바이스들을 매일 사용할 때 우발적인 기계적 충격, 진동 및 굽힘을 종종 받기 때문에, 휴대용 전자 디바이스들의 내충격성 신뢰도가 주요 관심사이다. 기계적 충격과 진동은 1000με 내지 3000με의 범위의 수반된 변형으로 고주파 PCB 굽힘을 유도할 수 있다. 사실, 낙하 시험 동안에 대부분의 솔더 상호연결 실패는 굴곡 진동 때문이다. 고속 보오드 수준의 주기적(cyclic) 굽힘 방법이 새로운 재료 성능을 평가하기 위해 선택된다. 이 방법에서는 변형(변위)과 변형 속도(굽힘 속도)를 정확하게 제어할 수 있다. 정확도 ±0.05mm의 일정한 편향에서 리니어 모터(linear motor)(마그네틱 피스톤)를 사용하여 시험 비히클에 주기적 굽힘을 가한다. 저항, 편향, 굽힘 속도 및 힘과 같은 모든 시험 파라미터들을 지속적으로 모니터링하였다. 기계 작동은 맞춤형 랩뷰(Labview) 소프트웨어를 통해 완전히 제어되며 임계 저항에 따라 자동으로 정지시킬 수 있다.
도 5는 동일한 합금 및 솔더 플럭스 A 내지 E로 제조된 5개의 신규한 제형과 나란히 표준 솔더 페이스트의 충격 굽힘 시험 결과를 도시한다. 원형은 표준 솔더 페이스트에 해당하는 반면, 제형 A 내지 E는 사각형, 다이아몬드, 위를 가리키는 삼각형, 오른쪽을 가리키는 삼각형 및 왼쪽을 가리키는 삼각형으로 각각 나타낸다. 표준 페이스트는, 접합부의 기계적 강도에 플럭스 잔류물이 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다. 표준 페이스트는 412번의 충격 굽힘 사이클의 특징적 수명을 나타내지만 신규 제형은 528회 사이클에서 1030회 사이클까지 다양한 특징적 수명을 나타낸다. 이것은 페이스트가 플럭스 잔류물 성질을 제어함에 의해 충격 굽힘 시험에서 특징적 수명이 28% 내지 250% 개선될 수 있음을 의미한다.
낙하 충격 시험:
낙하 충격 시험은 BGA 부품들이 RF 차폐 캔(shield can)들로 대체되는 JESD22-B111 표준의 변형하에 수행되었다.
도 6은 동일한 합금 및 솔더 플럭스 A 내지 E로 제조된 5개의 신규한 제형과 나란히 표준 솔더 페이스트의 낙하 충격 시험 결과를 도시한다. 충격 굽힘 시험에서와 동일한 핵심(key)이 적용된다. 표준 페이스트는 155회 낙하의 특징적 수명을 나타내지만 신규 제형은 209회 낙하에서 1181회 낙하로 변하는 특징적 수명을 나타낸다. 이것은 페이스트 플럭스 잔류물 성질들을 제어함에 의해 낙하 충격 특징적 수명을 35%에서 662%까지 개선시킬 수 있음을 의미한다.
표 1은 평가된 페이스트의 충격 굽힘 시험 및 낙하 충격 시험에서의 특징적 수명의 요약을 나타낸다. 모든 신규한 페이스트 제형들이 두 시험에서 표준 페이스트보다 개선됨을 나타내지만, 개선된 양의 정도는 동일하지 않다. 데이터를 주의 깊게 조사하면, 충격 굽힘 시험에서 최대의 특징적 수명을 갖는 페이스트가 반드시 낙하 충격 시험에서 높은 특징적 수명을 가짐을 의미하지 않음을 나타낸다. 예를 들면, 제형 B 및 C는 각각 1030회 사이클 및 957회 사이클의 충격 굽힘 시험 특징적 수명을 나타내지만, 동일한 페이스트는 낙하 충격 시험에서 각각 363회 낙하와 335회 낙하의 특징적 수명을 나타낸다. 그러나, 그 반대가 사실일 수 있다. 이것은 낙하 충격 시험의 긴 특징적 수명이 충격 굽힘 시험에서도 긴 특징적 수명을 나타낼 수 있음을 의미한다. 예를 들면, 충격 굽힘 시험에서 1181회 낙하의 최대 특징적 수명을 나타내는 제형 A는 746회 사이클의 충격 굽힘 시험 특징적 수명을 나타냈다. 이것은 상이한 제형의 잔류물이 상이한 기계적 성질들, 특히 모듈러스/강도의 변형 속도 의존성을 가짐을 나타낸다. 낙하 충격 시험에서 경험한 변형 속도가 충격 굽힘 시험에서의 변형 속도보다 더 높기 때문에, 높은 변형 속도의 고강도 재료가 성능이 가장 우수할 것이다. 낮은 변형 속도에서, 높은 모듈러스와 낮은 신도를 갖는 취성 재료가 우수한 성능을 나타낼 수도 있다. 그러나, 이러한 재료는 높은 변형 속도 시험에서 불량한 성능을 나타낼 것이다. 따라서, 솔더링 공정 완료 후 솔더 접합부에 남아있는 잔류물이 바람직한 기계적 성질들을 갖는 플럭스 시스템을 설계하는 것이 중요하다.
Figure pct00001
열 주기 시험:
열 주기 시험은 IPC9701 표준에 따라 -40℃ 내지 + 125℃에서 각 면(side)에서 10분 체류 시간으로 수행하였다. 시험을 위해 빠른 가열 및 냉각 속도가 가능한 Espec(모델 TSA-101S)의 열 충격 챔버들이 사용되었다. 시험 비히클은 16개 칩 저항기 #1206의 패턴이 탑재된 Cu-OSP 표면 처리된 인쇄 회로판이다. 상기 시험 비히클은 시험 기간 동안에 열 주기 챔버에 배치된다. 500회 열 사이클마다 이들 시험 비히클 5개를 제거하여 #1206 칩 저항기의 전단 강도를 평가한다. 칩 저항기의 전단 시험은 JIS Z3198-7:2003 표준에 따라 Condor Sigma 시스템에서 수행되었다. 여기에 제시된 결과들은 최소 48개의 개별 전단 강도 측정의 결과의 평균이다. 이들 시험 비히클은 납 비함유 합금(합금 2)으로 제조된 표준 제형 페이스트와 설계된 또 다른 페이스트로 어셈블링되어 잔류물을 생성하여 상호연결부에 부가적인 강도를 제공하였다.
도 7은 표준 제형과 솔더 플럭스 F로 형성된 제형의 온도 주기 시험의 결과를 도시한다. 수동 부품인 칩 저항기 1206에 의해 측정된 계면의 기계적 강도는 온도 사이클 횟수의 함수로서 나타낸다. 설계된 잔류물 페이스트로 형성된 접합부들의 초기 전단 강도는 표준 페이스트보다 약 25% 더 높다. 1500회 사이클 후에, 이의 강도가 표준 페이스트보다 여전히 높지만 단지 약 6%이다. 이러한 저하는 잔류물과 솔더 사이의 CTE 차이로 인한 것일 수 있다. 이것은 CTE 불일치를 감소시키기 위해 재료 조성을 최적화함에 의해 더욱 개선시킬 수 있다.
기본 성질들에 대한 시험:
표 2는 플럭스 잔류물의 기본 재료 성질들을 나타낸다. 성능의 핵심은 이들 성질들을 제어하는 것이다. 리플로우 후에 남아있는 잔류물의 비율은 추가의 기계적 강도를 제공하는데 중요한 솔더 상호연결부를 덮는데 중요하다. 피크 잔류물 전이 온도는 솔더 접합부에 남아있는 플럭스 잔류물이 솔더 접합부에 강도를 부가할 수 있는 강한 고형물로 완전히 변환되도록 하는 데 중요하다. 유리 전이 온도는 고온 작동 동안에 또는 온도 주기 또는 열 충격 시험 동안에 재료가 열화되거나 재료의 성질들이 변하지 않도록하는 데 중요하다.
Figure pct00002
상기 상세한 설명은 설명 및 예시로 제공되었으며, 첨부된 청구범위의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 본원에 예시된 현재 바람직한 양태들에서의 많은 변형들이 당업자에게 명백할 것이고 첨부된 청구범위 및 이들의 등가물의 범위 내에 있다.

Claims (28)

  1. 솔더 접합부(solder joint)의 형성 방법으로서, 상기 방법은
    솔더 플럭스(flux)를 제공하는 단계;
    솔더 입자들을 제공하는 단계;
    접합될 2개 이상의 가공물(work piece)들을 제공하는 단계; 및
    상기 솔더 플럭스와 상기 솔더 입자들을 상기 접합될 2개 이상의 가공물들 주변에서 가열하여 (i) 상기 접합될 2개 이상의 가공물들 사이의 솔더 접합부 및 (ii) 솔더 플럭스 잔류물(solder flux residue)을 형성하는 단계
    를 포함하고, 여기서, 상기 솔더 플럭스 잔류물은 상기 솔더 접합부의 노출된 표면들을 실질적으로 덮는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 솔더 플럭스가
    유기 용매;
    에폭시 수지;
    경화제; 및
    촉매
    를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 솔더 플럭스가
    활성제; 및/또는
    결합제(bonding agent); 및/또는
    응력 개질제; 및/또는
    탈기제
    를 추가로 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 솔더 플럭스가 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여,
    20 내지 40wt%의 유기 용매; 및/또는
    5 내지 45wt%의 에폭시 수지; 및/또는
    2 내지 36wt%의 경화제; 및/또는
    0.1 내지 15wt%의 촉매; 및/또는
    10 내지 20wt%의 활성제; 및/또는
    0.1 내지 2wt%의 결합제; 및/또는
    0.1 내지 4wt%의 응력 개질제; 및/또는
    0.1 내지 2wt%의 탈기제
    를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 솔더 플럭스가 충전제를 추가로 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 솔더 플럭스가 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 40wt%의 충전제, 바람직하게는 0.1 내지 10wt%의 충전제, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5wt%의 충전제를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 충전제가 높은 종횡비의 충전제를 포함하고, 상기 높은 종횡비의 충전제가 유리 섬유, 운모, 나노클레이, 그래핀, 관능화된 그래핀, 다이아몬드, 탄소 나노 튜브들, 흑연 및 탄소 섬유들, 질화붕소, 합성 섬유 및 천연 섬유 중 하나 이상을 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전제가 낮은 종횡비의 충전제를 포함하고, 상기 낮은 종횡비의 충전제가 실리카, 산화알루미늄, 산화아연, 질화알루미늄, 이산화물(dioxide), 다면형 올리고머성 실세스퀴옥산, 금속-코팅된 입자들, 활석, 카올린, 규회석 및 유리 구(sphere)들 중 하나 이상을 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전제가 실리카, 탄산칼슘, PTFE 및 흑연-관련 충전제들 중 하나 이상을 포함하는 점착방지 윤활 충전제(antiblock, lubricating filler)를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에폭시 수지가, 그 안에 분산된 고무를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 에폭시 수지가 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 10wt%의 고무를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 고무가 카복실, 하이드록실 및/또는 아민 그룹들을 포함하는 하나 이상의 말단 그룹들을 갖는 아크릴로니트릴 부타디엔 타입 고무를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 솔더 입자들이 납-비함유 솔더 입자들인, 솔더 접합부의 형성 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합될 2개 이상의 가공물들이 전자 부품 및 인쇄 회로판의 구리 패드를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 솔더 접합부가 표면 실장 기술(SMT: surface mount technology) 방법, 다이 및 부품 부착 방법(die and component attach method), 패키지 온 패키지(POP: package on package) 방법, 칩 스케일 패키지(CSP: chip scale package) 방법, 볼 그리드 어레이(BGA: ball grid array) 방법, 플립 칩 방법(flip chip method), 캔 실드 부착 방법(can shield attachment method) 및 카메라 렌즈 부착 방법으로부터 선택되는 제작 방법(manufacturing method) 동안에 형성되는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득가능한 솔더 접합부.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법에서 사용하기 위한 솔더 플럭스로서, 상기 솔더 플럭스가
    유기 용매;
    에폭시 수지;
    경화제; 및
    촉매를 포함하고,
    임의로,
    활성제;
    결합제;
    응력 개질제;
    탈기제; 및
    충전제 중 하나 이상을 포함하는, 솔더 플럭스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 에폭시 수지가, 그 안에 분산된 고무를 포함하는, 솔더 플럭스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 에폭시 수지가 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 10wt%의 고무를 포함하는, 솔더 플럭스.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 액상 고무가 카복실, 하이드록실 및 아민 그룹들을 포함하는 하나 이상의 말단 그룹들을 갖는 아크릴로니트릴 부타디엔 타입 고무를 포함하는, 솔더 플럭스.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 항 항에 있어서, 상기 솔더 플럭스가 인쇄가능한 및/또는 분사가능한(jettable) 및/또는 침지가능한(dippable) 및/또는 핀-트랜스퍼 가능한(pin-transferable), 솔더 플럭스.
  22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항의 솔더 플럭스 및 솔더 입자들을 포함하는 솔더 페이스트.
  23. 솔더 접합부 및/또는 상호연결부(interconnection)를 강화시키기 위한 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항의 솔더 플럭스의 용도.
  24. 솔더 접합부 제작 방법 동안에 솔더 접합부 주위에 형성된 플럭스 잔류물의 확산(spread)을 제어하기 위한 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항의 솔더 플럭스의 용도.
  25. 리플로우(reflow) 후 형성된 플럭스 잔류물의 기계적 성질들을 제어하기 위한 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항의 솔더 플럭스의 용도.
  26. 솔더-패드 계면(solder-pad interface) 또는 솔더 접합부의 열-기계적 성질들을 향상시켜 보다 신뢰성있는 솔더-패드 계면 또는 솔더 접합부를 생성시키기 위한 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항의 솔더 플럭스로부터 얻을 수 있는 솔더 플럭스 잔류물의 용도.
  27. 솔더 플럭스로서,
    에폭시 수지; 및
    상기 에폭시 수지에 분산된 액상 고무를 포함하고,
    여기서, 상기 액상 고무는 카복실, 하이드록실 및/또는 아민 그룹들을 포함하는 하나 이상의 말단 그룹들을 갖는 아크릴로니트릴 부타디엔 타입 고무를 포함하는, 솔더 플럭스.
  28. 제27항에 있어서, 상기 솔더 플럭스가 상기 솔더 플럭스의 총 중량을 기준으로 하여, 1 내지 10wt%의 상기 액상 고무를 포함하는, 솔더 플럭스.
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