KR20190033449A - 플럭스 및 솔더 페이스트 - Google Patents

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준 스기모또
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가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼
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Abstract

플럭스 및 솔더 페이스트를 제공한다. 솔더 페이스트의 리플로우 시의 플럭스의 유동성 저하를 억제함으로써, 형성되는 땜납 접합부, 땜납 범프 내에 발생하는 보이드의 발생을 억제할 수 있고, 또한 땜납 범프 형성 시의 미싱 범프의 발생을 억제할 수 있는 플럭스 및 솔더 페이스트를 제공한다.
로진계 수지와, 활성제와, 틱소제와, 용제를 포함하고, 상기 용제로서 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 24 이하인 1가 알코올을 포함하고, 상기 1가 알코올의 배합량은 플럭스 전량에 대하여 30질량％ 이상 60질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스이다.

Description

플럭스 및 솔더 페이스트{FLUX AND SOLDER PASTE}
본 발명은 플럭스 및 이것을 사용한 솔더 페이스트에 관한 것이다.
프린트 배선판이나 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 형성되는 전자 회로에 전자 부품을 접합하는 접합 재료로서는, 주로 땜납 합금이 사용되고 있다.
이 땜납 합금을 사용한 접합 방법으로서는, 예를 들어 땜납 합금 분말과 플럭스를 혼합한 솔더 페이스트를 기판에 인쇄하여 행하는 방법이나, 기판 상에 형성된 땜납 합금을 포함하는 땜납 범프를 사용하여 행하는 방법이 존재한다. 또한 솔더 페이스트는 상기 땜납 범프의 형성에도 사용되는 경우가 있다.
솔더 페이스트에 사용되는 일반적인 플럭스는, 로진 등의 수지를 주성분으로 하고, 활성제 및 틱소제 등을 용제에 용융시킴으로써 제작된다. 그러나, 종래의 플럭스를 사용한 솔더 페이스트의 경우, 전극 상에 솔더 페이스트를 인쇄한 후의 리플로우 공정 시에 있어서, 형성되는 땜납 접합부에 보이드가 발생한다는 문제가 있었다. 이 보이드는 접합부와 기판이나 전자 부품과 같은 피접합부 사이의 접합성의 저하나 방열성의 저하를 발생시켜, 전자 기기나 반도체의 신뢰성의 저하를 야기하는 원인이 된다.
또한 근년, 솔더 페이스트를 사용하여 땜납 범프를 형성하는 방법으로서, 드라이 필름 공법이 사용되고 있다. 이 공법에 의하면, 우선 소정의 전자 회로, 혹은 소정의 전자 회로와 절연층이 형성된 기판 상에 드라이 필름을 부착하고 소정의 패턴에 의한 노광ㆍ현상을 행한다. 이에 의해, 드라이 필름의 레지스트 성분 중 땜납 범프를 형성하고 싶은 부분(전극부 상)의 레지스트 성분이 제거되어, 기판 상에 소정 패턴의 드라이 필름층을 형성함과 함께, 주위가 당해 드라이 필름층으로 둘러싸인 영역(개구부)을 형성한다. 다음에, 상기 개구부 내에 솔더 페이스트가 충전되도록 인쇄를 행하고, 그대로의 상태로 리플로우를 행하여, 땜납 범프를 형성한다. 또한 그 후, 드라이 필름층과, 땜납 범프 부근에 형성된 플럭스 잔사는 제거된다.
이 드라이 필름 공법을 사용하여 땜납 범프를 형성하는 경우, 다른 범프 형성 방법과 비교하여, 땜납 범프 내의 보이드가 발생하기 쉬워지는 현상이나, 플럭스 잔사의 제거 시에 기판 상으로부터 땜납 범프가 없어져 버리는 미싱 범프 현상이 발생하기 쉽다.
땜납 범프 내의 보이드는, 리플로우 시에 용융한 땜납 합금 내에 도입되어 배출되지 않은 플럭스 성분이 원인이라고 생각된다. 또한 미싱 범프는, 리플로우 시의 플럭스의 유동성이 저하된 것에 의해 용융한 땜납 합금이 개구부의 저부까지 충분히 널리 퍼지지 않고, 또한 당해 저부에 플럭스가 저류된 채로 잔사로 되는 것이 원인이라고 생각된다. 이들은, 리플로우 시에 플럭스에 포함되는 용제가 휘발되기 때문에 플럭스의 점도가 상승하여, 플럭스의 유동성이 저하되는 것을 기인으로 하고 있다.
그리고 드라이 필름 공법에 의한 땜납 범프 형성의 경우, 개구부를 형성하는 드라이 필름층의 막 두께는, 다른 방법에서 사용하는 마스크와 비교하여 두꺼운 경우가 많다. 그 때문에 이 경우, 드라이 필름층 표면으로부터 개구부 저면까지의 높이(개구부의 깊이)가 보다 높아져, 개구부의 저부에 용융한 땜납 합금이 흐르기 어려워지는 한편 당해 저부에 플럭스가 저류되기 쉬워지기 때문에, 미싱 범프가 보다 발생하기 쉬워진다고 생각된다.
미싱 범프의 발생을 억제하는 방법으로서, 예를 들어 감압 하에서 개구부에 공급되어 대기압에서 당해 개구부에 충전되는 점성을 갖고, 점도 및 틱소비를 조정함과 함께 비점이 240℃ 이상인 용제를 사용한 솔더 페이스트(특허문헌 1 참조)가 개시되어 있다.
국제 공개 공보 WO2012/173059
특허문헌 1에 개시되는 솔더 페이스트는, 미세한 개구부의 경우에 충분히 솔더 페이스트가 충전되지 않기 때문에 발생하는 미싱 범프의 발생을 억제하는 것이다. 또한 개구부에 충분히 솔더 페이스트를 충전시키기 위해 솔더 페이스트의 인쇄 시에 기판이 놓인 환경을 감압 하와 대기압 하로 전환하는 것을 전제로 하고 있는 것이며, 게다가, 리플로우 시에 있어서의 보이드 억제 효과에 대해서는 개시도 시사도 없다.
본 발명의 목적은 이들 과제를 해결하는 것이며, 솔더 페이스트의 리플로우 시의 플럭스의 유동성 저하를 억제함으로써, 형성되는 땜납 접합부, 땜납 범프 내에 발생하는 보이드의 발생을 억제할 수 있고, 또한 땜납 범프 형성 시의 미싱 범프의 발생을 억제할 수 있는 플럭스 및 이것을 사용한 솔더 페이스트에 관한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 이하의 구성을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
(1) 본 발명의 플럭스는, 로진계 수지와, 활성제와, 틱소제와, 용제를 포함하고, 상기 용제로서 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 24 이하인 1가 알코올을 포함하고, 상기 1가 알코올의 배합량은 플럭스 전량에 대하여 30질량％ 이상 60질량％ 이하인 것을 그 특징으로 한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 구성에 있어서, 상기 1가 알코올의 1분자 중에 포함되는 탄소수는 18 이상 20 이하인 것을 그 특징으로 한다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 구성에 있어서, 상기 1가 알코올은 분지형 알코올 또는 불포화 알코올인 것을 그 특징으로 한다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 구성에 있어서, 상기 1가 알코올은, 올레일알코올, 이소스테아릴알코올, 이소에이코산올, 2-옥틸도데칸올 또는 2-데실테트라데칸올 중 적어도 1종으로부터 선택되는 것을 그 특징으로 한다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 구성에 있어서, 본 발명의 플럭스는 상온으로부터 피크 온도인 260℃까지 승온 레이트 2℃/초의 조건에서 승온시키고, 당해 피크 온도에 도달한 후에는 강온 레이트 2℃/초의 조건에서 냉각시키는 리플로우 조건에서 가열한 후의 점도가 30Paㆍs 이하인 것을 그 특징으로 한다.
(6) 본 발명의 솔더 페이스트는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 플럭스와, 땜납 합금 분말을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
(7) 본 발명의 땜납 범프 형성 방법은, 기판 상에 전극부 및 제1 절연층을 형성하고, 상기 전극부 상에 개구 영역이 형성되도록 상기 제1 절연층 상에 제2 절연층을 형성하고, 상기 (6)에 기재된 솔더 페이스트를 상기 전극부 상의 개구 영역에 충전되도록 인쇄하고, 상기 전극부 상의 개구 영역에 상기 솔더 페이스트가 충전되는 상기 기판을 가열하여 상기 기판 상에 플럭스 잔사를 형성하고, 상기 플럭스 잔사 및 상기 제2 절연층을 제거함으로써 땜납 범프를 형성하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 플럭스 및 이것을 사용한 솔더 페이스트는, 솔더 페이스트의 리플로우 시의 플럭스의 유동성 저하를 억제함으로써, 형성되는 땜납 접합부, 땜납 범프 내에 발생하는 보이드의 발생을 억제할 수 있고, 또한 땜납 범프 형성 시의 미싱 범프의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 실시예 및 비교예에 관한 솔더 페이스트의 보이드 시험, 미싱 범프 시험 및 본 발명, 실시예 및 비교예에 관한 플럭스의 가열(리플로우) 후의 점도 계측 시의 온도 프로파일을 도시하는 도면.
도 2는 실시예 및 비교예에 관한 솔더 페이스트의 보이드 시험 및 미싱 범프 시험 시의 땜납 범프를 형성하는 기판의 모식도.
이하, 본 발명의 플럭스 및 솔더 페이스트의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
또한, 본 발명이 당해 실시 형태에 한정되지 않는 것은 물론이다.
1. 플럭스
본 실시 형태에 관한 플럭스는, 로진계 수지와, 활성제와, 틱소제와, 용제를 포함한다.
상기 로진계 수지로서는, 예를 들어 톨유 로진, 검 로진, 우드 로진 등의 로진; 수소 첨가 로진, 중합 로진, 불균일화 로진, 아크릴산 변성 로진, 말레산 변성 로진, 포르밀화 로진 등의 로진 유도체 등을 들 수 있다.
또한, 이들 로진계 수지 중에서도, 연화점이 100℃ 이하인 것이 바람직하게 사용된다. 저연화점의 로진계 수지를 사용함으로써, 가열(리플로우) 시에 있어서의 플럭스의 유동성을 향상시킬 수 있기 때문에, 땜납 합금(분말)이 침강되기 쉬워지고, 이에 의해 미싱 범프의 발생 억제 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 로진계 수지의 배합량은 플럭스 전량에 대하여 25질량％ 이상 50질량％ 이하인 것이 바람직하고, 30질량％ 이상 40질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
상기 활성제로서는, 예를 들어 유기 아민의 할로겐화 수소염 등의 아민염(무기산염이나 유기산염), 유기산, 유기산염, 유기 아민염, 브롬화 할로겐 화합물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 디에틸아민염, 산염, 숙신산, 아디프산, 세바스산, 글루타르산, 디페닐구아니딘브롬화수소산염, 시클로헥실아민브롬화수소산염, 브롬화트리알릴이소시아누레이트, 트리스(2,3-디브로모프로필)이소시아누레이트, 폴리8,13-디메틸-8,12-에이코사디엔2산무수물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 특히, 폴리8,13-디메틸-8,12-에이코사디엔2산무수물이 상기 활성제로서 바람직하게 사용된다. 폴리8,13-디메틸-8,12-에이코사디엔2산무수물은, 상온에서 액체상이며, 또한 장쇄상의 화합물이기 때문에 고온에서의 안정성이 우수하여, 보이드 발생 억제 효과 및 미싱 범프의 발생 억제 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 활성제의 배합량은, 다른 성분 및 사용하는 납 프리 땜납 합금에 따라 상이하지만, 플럭스 전량에 대하여 20질량％ 이하인 것이 일반적이다.
상기 틱소제로서는, 예를 들어 경화 피마자유, 비스아미드계 틱소제(포화 지방산 비스아미드, 불포화 지방산 비스아미드, 방향족 비스아미드 등) 디메틸디벤질리덴소르비톨 등을 들 수 있다.
이들 중에서도 특히, 경화 피마자유가 상기 틱소제로서 바람직하게 사용된다. 경화 피마자유는, 다른 틱소제와 비교하여 연화점이 낮기 때문에, 가열(리플로우) 시에 있어서의 플럭스의 유동성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 땜납 합금(분말)이 침강되기 쉬워지고, 이에 의해 미싱 범프의 발생 억제 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 틱소제의 배합량은 플럭스 전량에 대하여 3질량％ 이상 10질량％ 이하인 것이 바람직하고, 5질량％ 이상 8질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
상기 용제로서는, 알코올계, 에탄올계, 아세톤계, 톨루엔계, 크실렌계, 아세트산에틸계, 에틸셀로솔브계, 부틸셀로솔브계, 글리콜에테르계, 에스테르계 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 플럭스는, 상기 용제로서 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 24 이하인 1가 알코올을 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같은 1가 알코올은, 가열(리플로우) 온도가 높은 경우에 있어서도 휘발하기 어려운 성질을 갖고 있다. 그 때문에, 가열(리플로우) 시에 있어서의 용제의 휘발량이 억제되어, 플럭스의 유동성 저하가 억제된다. 이에 의해, 가열(리플로우) 시에 용융한 땜납 합금 내에 플럭스의 성분이 도입되기 어려워져 보이드의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 땜납 범프의 형성에 있어서도, 가열(리플로우) 시에 개구부의 저부에 용융한 땜납 합금이 흐르기 쉬워져, 미싱 범프의 발생도 억제할 수 있다. 이것은 개구부의 깊이가 보다 깊어지는 드라이 필름 공법에 의한 땜납 범프 형성 시에 있어서도 마찬가지이며, 이와 같은 공법에 있어서도 미싱 범프의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 가열(리플로우) 시에 있어서의 플럭스의 유동성 저하를 억제하는 방법으로서, 비점이 높은(높은 온도에서의 휘발량이 적은) 에스테르계 용제를 사용하는 것도 생각된다.
그러나, 이와 같은 에스테르계 용제는, 활성제나 틱소제 등의 다른 플럭스 성분과의 용해성이 나쁜 경우가 많다. 그 때문에, 통상은 이와 같은 에스테르계 용제와 아울러 용해성이 높고 비점이 낮은 다른 용제를 사용하지 않으면 플럭스로서 사용할 수 없는 경우가 많았다.
그러나 본 실시 형태의 플럭스는, 상기 용제로서 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 24 이하인 1가 알코올을 포함함으로써, 비점이 낮은 다른 용제와의 병용이 필수는 아니며, 이것의 단독 사용으로도 가열(리플로우) 시에 있어서의 플럭스의 유동성 저하를 억제할 수 있다. 단, 당해 1가 알코올과 다른 용제와의 병용을 배제하는 것은 아니고, 적절히, 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 1가 알코올의 1분자 중에 포함되는 탄소수는 18 이상 20 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 1가 알코올은 분지형 알코올 또는 불포화 알코올인 것이 바람직하다.
상기 1가 알코올로서는, 예를 들어 올레일알코올, 이소스테아릴알코올, 이소에이코산올, 2-옥틸도데칸올, 2-데실테트라데칸올 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 올레일알코올, 이소스테아릴알코올, 이소에이코산올 및 2-옥틸도데칸올이 바람직하게 사용되고, 특히 2-옥틸도데칸올이 바람직하게 사용된다. 이들은 단독으로 또는 복수를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 용제의 배합량은, 플럭스 전량에 대하여 30질량％ 이상 60질량％ 이하인 것이 바람직하고, 40질량％ 이상 50질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 1가 알코올의 배합량은 플럭스 전량에 대하여 30질량％ 이상 60질량％ 이하인 것이 바람직하고, 35질량％ 이상 55질량％ 이하가 보다 바람직하고, 또한 40질량％ 이상 50질량％ 이하인 것이 바람직하다. 상기 1가 알코올의 배합량을 이 범위로 함으로써, 땜납 범프의 보이드 억제 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 플럭스에는, 땜납 합금 분말의 산화를 억제할 목적으로 산화 방지제를 배합할 수 있다.
상기 산화 방지제로서는, 예를 들어 힌더드 페놀계 산화 방지제, 페놀계 산화 방지제, 비스페놀계 산화 방지제, 폴리머형 산화 방지제 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 특히 힌더드 페놀계 산화 방지제가 바람직하게 사용된다.
상기 산화 방지제는 이들에 한정되는 것은 아니고, 또한 그 배합량은 특별히 한정되는 것은 아니다. 그 일반적인 배합량은, 플럭스 전량에 대하여 0.5질량％ 내지 5질량％ 정도이다.
본 실시 형태의 플럭스에는, 또한 할로겐, 소광제, 소포제 등의 첨가제를 첨가해도 된다. 상기 첨가제의 배합량은, 플럭스 전량에 대하여 10질량％ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직한 배합량은 5질량％ 이하이다.
본 실시 형태의 플럭스는, 도 1에 도시한 온도 프로파일과 같이, 상온으로부터 피크 온도인 260℃까지 승온 레이트 2℃/초의 조건에서 승온시키고, 당해 피크 온도에 도달한 후에는 강온 레이트 2℃/초의 조건에서 냉각시키는 리플로우 조건에서 가열한 후의 점도가 30Paㆍs 이하인 것이 바람직하다. 또한 당해 점도는 25Paㆍs 이하인 것이 더욱 바람직하다.
당해 점도의 계측에 있어서는, 우선, 본 실시 형태의 플럭스 4g을 알루미늄 샤알레에 넣고, 이것을 금속망에 올려놓고, 리플로우 장치를 사용하여 리플로우를 행한다. 리플로우 조건은 도 1에 도시한 온도 프로파일(상기 리플로우 조건)에 따른다.
리플로우 후의 플럭스를 상온까지 복귀시키고, 이것을 E형 점도계를 사용하여 계측한다. 또한, 점도 계측 조건은 회전수를 10rpm, 측정 온도 25℃로 하였다.
2. 솔더 페이스트
본 실시 형태의 솔더 페이스트는, 본 실시 형태의 플럭스와 땜납 합금 분말을 공지의 방법에 의해 혼합하여 제작할 수 있다.
상기 땜납 합금 분말로서는, 예를 들어 Sn, Ag, Cu, Bi, Zn, In, Ga, Sb, Au, Pd, Ge, Ni, Cr, Al, P, In, Pb 등을 복수 조합한 것을 들 수 있다. 또한, 상기 땜납 합금 분말의 합금 조성은 특별히 한정되지 않고, 본 실시 형태에 관한 솔더 페이스트의 효과를 저해하는 것이 아니면 모두 사용할 수 있다.
또한, 대표적인 땜납 합금 분말로서는 Sn-Ag계 땜납 합금, Sn-Ag-Cu계 땜납 합금이나 Sn-Ag-Cu-In계 땜납 합금, Sn-Cu계 땜납 합금과 같은 납 프리 땜납 합금 분말이 사용되지만, 납 함유의 땜납 합금 분말을 사용해도 된다.
상기 땜납 합금 분말의 배합량은, 솔더 페이스트 전량에 대하여 63질량％ 내지 93질량％인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 그 배합량은 84질량％ 내지 92질량％이며, 특히 바람직한 그 배합량은 86질량％ 내지 90질량％이다.
3. 땜납 접합부
본 실시 형태의 솔더 페이스트를 사용하여 형성되는 땜납 접합부로서는, 예를 들어 이하의 방법에 의해 형성된다.
즉, 기판 상의 미리 정해진 소정의 위치에 상기 솔더 페이스트를 인쇄하고, 또한 당해 기판 상의 소정의 위치에 전자 부품을 탑재하고, 이것을 리플로우함으로써 형성된다. 이와 같이 형성된 땜납 접합부는 발생하는 보이드가 적어 높은 신뢰성을 갖기 때문에, 반도체, 전자 기기 등에 적합하게 사용할 수 있다.
4. 땜납 범프
본 실시 형태의 솔더 페이스트를 사용하여 형성되는 땜납 범프는, 예를 들어 이하의 방법에 의해 형성된다.
우선, 기판 상에 소정의 패턴을 갖는 전극부 및 절연층을 형성한다. 이 절연층은, 액상의 솔더 레지스트, 드라이 필름 등, 소정의 막 두께를 갖는 절연 성분을 포함하는 층을 형성할 수 있는 것이면, 어떤 방법에 의해 제작되어 있어도 된다.
다음에, 당해 패턴에 대응하는 메탈 마스크(전극부 상이 개구되어 있는 것)를 상기 절연층에 접하도록 상기 기판 상에 놓고, 스퀴지 등을 사용하여 상기 솔더 페이스트가 상기 전극부 상의 개구되어 있는 영역에 충전되도록 인쇄한다. 그 후, 당해 기판을 리플로우 장치에 넣어 소정의 온도 프로파일에 따라서 리플로우한다. 리플로우 후, 상기 기판 상에 남아 있는 플럭스 성분(플럭스 잔사)을 제거함으로써, 땜납 범프가 형성된다.
또한 본 실시 형태의 솔더 페이스트는, 드라이 필름 공법을 사용하여 땜납 범프를 형성할 수도 있다. 드라이 필름 공법에 의한 땜납 범프의 형성 수순은, 예를 들어 이하와 같다.
우선, 기판 상에 소정의 패턴을 갖는 전극부 및 절연층을 형성한다. 이 절연층은, 액상의 솔더 레지스트, 드라이 필름 등, 소정의 막 두께를 갖는 절연 성분을 포함하는 층을 형성할 수 있는 것이면, 어떤 방법에 의해 제작되어 있어도 된다.
다음에, 상기 절연층 상에 드라이 필름층을 형성한다. 당해 드라이 필름층은, 상기 기판의 소정의 범위 상이며 절연층에 접하도록 드라이 필름을 부착하고, 이에 대해 소정의 패턴에 의한 노광ㆍ현상을 행함으로써 형성된다. 즉, 노광ㆍ현상에 의해 상기 드라이 필름의 레지스트 성분 중 땜납 범프를 형성하고 싶은 부분(전극부 상)의 레지스트 성분이 제거되어, 상기 기판 상에 소정 패턴의 드라이 필름층이 형성된다. 또한 이에 의해, 주위가 당해 드라이 필름층으로 둘러싸인 영역(개구부)이 형성된다.
그리고, 스퀴지 등을 사용하여 상기 솔더 페이스트가 상기 개구부 내에 충전되도록 인쇄한다. 그 후, 당해 기판을 리플로우 장치에 넣어 소정의 온도 프로파일에 따라서 리플로우한다. 리플로우 후, 상기 기판 상에 남아 있는 플럭스 성분(플럭스 잔사)과 상기 드라이 필름층을 제거함으로써, 땜납 범프가 형성된다.
이와 같이 형성된 땜납 범프는, 솔더 페이스트의 리플로우 시의 플럭스의 유동성 저하가 억제되기 때문에, 땜납 범프 내에 발생하는 보이드의 발생을 억제할 수 있고, 또한 땜납 범프 형성 시의 미싱 범프의 발생을 억제할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
플럭스의 제작
표 1에 나타내는 조성 및 배합에 의해 각 성분을 혼련하여, 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7에 관한 각 플럭스를 제작하였다. 또한, 표 1 중, 조성을 나타내는 것에 관한 수치의 단위는, 특별히 언급하지 않는 한 질량％이다.
다음에, 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7에 관한 플럭스 12질량％와 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납 합금 분말(분말 입경 2㎛ 내지 8㎛ : IPC 규격 Type8) 88질량％를 혼합하여, 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7에 관한 솔더 페이스트를 얻었다.
Figure pat00001
※1 완전 수소 첨가 변성 로진(연화점 80℃) 이스트만 케미컬사제
※2 포르밀화 로진(연화점 85 내지 95℃) 하리마 가세이(주)제
※3 트리스(2,3-디브로모프로필)이소시아누레이트 닛본가세이(주)제
※4 폴리8,13-디메틸-8,12-에이코사디엔2산무수물 오카무라세이유(주)제
※5 2-데실테트라데칸올(탄소수 24 : 분지형) 신니혼리카(주)제
※6 2-옥틸도데칸올(탄소수 20 : 분지형) 신니혼리카(주)제
※7 이소에이코산올(탄소수 20 : 분지형) 닛산 가가쿠 고교(주)제
※8 이소스테아릴알코올(탄소수 18 : 분지형) 고큐 알코올 고교(주)제
※9 2-헥실데칸올(탄소수 16 : 분지형) 신니혼리카(주)제
※10 세바스산비스(2-에틸헥실) 다이하치 가가쿠 고교(주)제
<중량 감소율>
각 용제 성분에 대하여, 220℃에서의 중량 감소율을 측정하였다.
당해 중량 감소율의 측정은, 다음 조건에서 행하였다. 즉, 시차열 열중량 동시 측정 장치(제품명 : STA7200RV, (주)히타치 하이테크 사이언스제)를 사용하여, 시료 10㎎, 승온 속도 10℃/min, N2(300ml/min) 분위기 하에서 220℃까지 승온시킨 후의 중량 감소율을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pat00002
<보이드 시험>
도 2에 도시한 바와 같이, 기판(1) 상에 전극(2), 절연층(3), 드라이 필름층(4) 및 개구부(5)를 형성한다. 이와 같은 구성을 갖는 기판(1)은 예를 들어 이하의 방법에 의해 제작된다.
우선, 기판(1)(사이즈 : 250㎜×75㎜) 상에 소정의 패턴을 갖는 전극(2) 및 절연층(3)을 형성하였다. 절연층(3)은 액상의 솔더 레지스트, 드라이 필름 등, 소정의 막 두께를 갖는 절연 성분을 포함하는 층을 형성할 수 있는 것이면, 어떤 방법에 의해 제작되어 있어도 된다. 또한, 절연층(3)의 표면(상면)에 있어서의 개구 직경은 직경 85㎛로 되도록 하였다.
다음에, 절연층(3) 상에 드라이 필름층(4)을 형성하였다. 드라이 필름층(4)은 기판(1)의 소정의 범위 상이며 절연층(3)에 접하도록 드라이 필름(제품명 : WB-5040, 듀퐁사제)을 부착하고, 이에 대해 소정의 패턴에 의한 노광ㆍ현상을 행함으로써 형성하였다. 즉, 노광ㆍ현상에 의해 상기 드라이 필름의 레지스트 성분 중 땜납 범프를 형성하고 싶은 부분(전극(2) 상)의 레지스트 성분을 제거하여, 기판(1) 상에 소정 패턴의 드라이 필름층(4)을 형성하였다. 또한, 드라이 필름층(4)의 높이(두께)는 38㎛, 폭은 35㎛로 되도록 하고, 드라이 필름층(4)의 표면(상면)에 있어서의 개구 직경은 직경 115㎛로 되도록 하고, 또한 피치 폭(도 2의 A로부터 B까지의 거리)은 150㎛로 되도록 하였다. 이에 의해, 주위가 드라이 필름층(4)으로 둘러싸인 영역(개구부(5))이 형성되었다.
그리고, 우레탄 스퀴지를 사용하여 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7에 관한 각 솔더 페이스트가 개구부(5) 내에 충전되도록 각 기판(1)에 인쇄하였다. 또한, 인쇄 횟수는 일방향으로 10회로 하였다.
그 후, 각 솔더 페이스트가 인쇄된 각 기판(1)을 리플로우 장치(제품명 : TNP25-538EM, (주)다무라 세이사쿠쇼제)에 넣어 도 1에 도시한 온도 프로파일에 따라서 질소 분위기 하(산소 농도 100ppm 이하)에서, 프리히트 없음, 피크 온도 260℃, 승온 레이트 및 강온 레이트 2℃/초로 리플로우하였다. 그리고 당해 리플로우 후, 각 기판(1) 상에 남아 있는 플럭스 성분(플럭스 잔사) 및 드라이 필름층(4)을 제거함으로써, 땜납 범프를 형성하였다.
다음에, 형성된 땜납 범프에 플럭스(제품명 : BF-30, (주)다무라 세이사쿠쇼제)를 도포하고, 상기 땜납 범프 형성 시의 리플로우 조건과 동일한 조건에서 리플로우를 행하여, 각 시험 기판을 제작하였다. 또한, 드라이 필름층(4)의 제거는 박리액(제품명 : 클린스루 A-04: 가오(주)제)을 사용하고, 초음파 세정 장치(제품명 : ASU-3M, 애즈원(주)제)를 사용하여 1분간 진동을 부여함으로써 행하였다. 또한 각 기판(1)에 설치되는 패드수는 7,200개로 하였다.
제작한 각 시험 기판에 대하여, X선 관찰 장치(제품명 : XD7600 Diamond, Nordson Dage사제)를 사용하여, 형성된 땜납 범프 중 약 500개에 대하여 눈으로 보이드 관찰을 행하고, 이들 땜납 범프 중에 발생한 최대 보이드 직경(％) 및 평균 보이드 직경(％), 그리고 보이드 직경율 10％ 이상인 것이 발생한 땜납 범프의 비율(보이드 발생률(％))을 계측하고, 이하의 기준에 따라 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
ㆍ최대 보이드 직경(％)
◎ : 최대 보이드 직경이 0％ 이상 20％ 이하
○ : 최대 보이드 직경이 20％ 초과 25％ 이하
△ : 최대 보이드 직경이 25％ 초과 30％ 이하
× : 최대 보이드 직경이 30％ 초과
ㆍ평균 보이드 직경(％)
○ : 평균 보이드 직경이 0％ 이상 15％ 이하
△ : 평균 보이드 직경이 15％ 초과
ㆍ보이드 발생률(％)
◎◎ : 보이드 발생률이 0％ 이상 25％ 이하
◎ : 보이드 발생률이 25％ 초과 35％ 이하
○ : 보이드 발생률이 35％ 초과 45％ 이하
△ : 보이드 발생률이 45％ 초과 50％ 이하
× : 보이드 발생률이 50％ 초과
<미싱 범프 시험>
상기 보이드 시험과 마찬가지의 조건에서 각 시험 기판을 제작하였다.
각 시험 기판에 대하여, 미싱 범프가 발생한 땜납 범프의 수를 계측하고, 이하의 기준에 따라 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
○ : 미싱 범프 없음(발생 제로)
× : 미싱 범프 있음
<리플로우 후의 플럭스 점도>
당해 점도의 계측에 있어서는, 우선, 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7에 관한 각 플럭스 4g을 각각 알루미늄 샤알레에 넣고, 이들을 금속망에 올려놓고, 리플로우 장치(제품명 : TNP25-538EM, (주)다무라 세이사쿠쇼제)를 사용하여 리플로우를 행하였다. 또한 리플로우 조건은 도 1에 도시한 온도 프로파일에 따랐다.
리플로우 후의 각 플럭스를 상온까지 복귀시키고, 이것을 E형 점도계(제품명 : RE150U, 도키 산교(주)제)를 사용하여 계측하였다. 또한, 점도 계측 조건은, 회전수를 10rpm, 측정 온도 25℃로 하였다. 그리고 계측한 점도에 대하여, 이하의 기준에 따라 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
◎ : 15Paㆍs 이하
○ : 15Paㆍs 초과 25Paㆍs 이하
△ : 25Paㆍs 초과 30Paㆍs 이하
× : 30Paㆍs 초과
Figure pat00003
이상에 나타낸 바와 같이, 각 실시예에 관한 솔더 페이스트를 사용하여 형성한 땜납 범프는, 보이드 시험의 결과(최대 보이드 직경, 평균 보이드 직경 및 보이드 발생률)도 양호하고, 또한 미싱 범프의 발생 억제도 매우 양호한 것을 알 수 있다. 특히 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 24 이하, 그 중에서도 특히 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 20 이하인 1가 알코올의 배합량이 40질량％ 이상 50질량％ 이하인 실시예 2 내지 6은, 보이드 발생 억제 효과를 보다 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 220℃에서의 중량 감소율이 낮은 에스테르계 용제를 사용한 비교예 1은 다른 플럭스 성분이 다 녹지 않아, 플럭스로서 사용할 수 없는 상태였다. 이와 같이, 비교예 1에 대해서는 플럭스 및 솔더 페이스트를 제작할 수 없는 상태였기 때문에, 각 시험의 평가 결과에 대해서는 「계측 불가」로 표기하고 있다.
또한 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 24 이하인 1가 알코올 이외의 용제만을 사용한 비교예 2 내지 4 및 7은 리플로우 시에 있어서의 유동성 저하를 억제하기 어렵기 때문에, 땜납 범프에 있어서의 보이드 발생률이 모두 50％를 초과하였고, 다른 보이드 시험 결과 및/또는 미싱 범프 시험의 결과도 각 실시예에 관한 솔더 페이스트보다도 떨어지는 것을 알 수 있다.
또한, 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 24 이하인 1가 알코올의 배합량이, 플럭스 전량에 대하여 30질량％ 미만인 비교예 5, 및 60질량％ 초과인 비교예 6에 있어서는, 보이드 발생률이 50％를 초과한 것을 알 수 있다.
1 : 기판
2 : 전극
3 : 절연층
4 : 드라이 필름층
5 : 개구부

Claims (13)

  1. 로진계 수지와, 활성제와, 틱소제와, 용제를 포함하는 플럭스로서,
    상기 용제로서 1분자 중에 포함되는 탄소수가 18 이상 24 이하인 1가 알코을을 포함하고,
    상기 1가 알코올의 배합량은 플럭스 전량에 대하여 30질량％ 이상 60질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1가 알코올의 1분자 중에 포함되는 탄소수는 18 이상 20 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 1가 알코올은 분지형 알코올 또는 불포화 알코올인 것을 특징으로 하는 플럭스.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 1가 알코올은, 올레일알코올, 이소스테아릴알코올, 이소에이코산올, 2-옥틸도데칸올 또는 2-데실테트라데칸올 중 적어도 1종으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플럭스.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 1가 알코올은, 올레일알코올, 이소스테아릴알코올, 이소에이코산올, 2-옥틸도데칸올 또는 2-데실테트라데칸올 중 적어도 1종으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플럭스.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상온으로부터 피크 온도인 260℃까지 승온 레이트 2℃/초의 조건에서 승온시키고, 당해 피크 온도에 도달한 후에는 강온 레이트 2℃/초의 조건에서 냉각시키는 리플로우 조건에서 가열한 후의 점도가 30Paㆍs 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스.
  7. 제3항에 있어서,
    상온으로부터 피크 온도인 260℃까지 승온 레이트 2℃/초의 조건에서 승온시키고, 당해 피크 온도에 도달한 후에는 강온 레이트 2℃/초의 조건에서 냉각시키는 리플로우 조건에서 가열한 후의 점도가 30Paㆍs 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스.
  8. 제4항에 있어서,
    상온으로부터 피크 온도인 260℃까지 승온 레이트 2℃/초의 조건에서 승온시키고, 당해 피크 온도에 도달한 후에는 강온 레이트 2℃/초의 조건에서 냉각시키는 리플로우 조건에서 가열한 후의 점도가 30Paㆍs 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스.
  9. 제5항에 있어서,
    상온으로부터 피크 온도인 260℃까지 승온 레이트 2℃/초의 조건에서 승온시키고, 당해 피크 온도에 도달한 후에는 강온 레이트 2℃/초의 조건에서 냉각시키는 리플로우 조건에서 가열한 후의 점도가 30Paㆍs 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스.
  10. 제1항 또는 제2항에 기재된 플럭스와, 땜납 합금 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  11. 제9항에 기재된 플럭스와, 땜납 합금 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  12. 기판 상에 전극부 및 제1 절연층을 형성하고,
    상기 전극부 상에 개구 영역이 형성되도록 상기 제1 절연층 상에 제2 절연층을 형성하고,
    제10항에 기재된 솔더 페이스트를 상기 전극부 상의 개구 영역에 충전되도록 인쇄하고,
    상기 전극부 상의 개구 영역에 상기 솔더 페이스트가 충전되는 상기 기판을 가열하여 상기 기판 상에 플럭스 잔사를 형성하고,
    상기 플럭스 잔사 및 상기 제2 절연층을 제거함으로써 땜납 범프를 형성하는 것을 특징으로 하는 땜납 범프의 형성 방법.
  13. 기판 상에 전극부 및 제1 절연층을 형성하고,
    상기 전극부 상에 개구 영역이 형성되도록 상기 제1 절연층 상에 제2 절연층을 형성하고,
    제11항에 기재된 솔더 페이스트를 상기 전극부 상의 개구 영역에 충전되도록 인쇄하고,
    상기 전극부 상의 개구 영역에 상기 솔더 페이스트가 충전되는 상기 기판을 가열하여 상기 기판 상에 플럭스 잔사를 형성하고,
    상기 플럭스 잔사 및 상기 제2 절연층을 제거함으로써 땜납 범프를 형성하는 것을 특징으로 하는 땜납 범프의 형성 방법.
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