KR20230029584A - 땜납 페이스트 스텐실의 표면 수정 - Google Patents

땜납 페이스트 스텐실의 표면 수정 Download PDF

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스티븐 마틴 존슨
프래저 무레이 샤우
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뉴테크 엘엘씨
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Abstract

본 개시는, 기능적 코팅의 개선된 접착을 제공하기 위한, 땜납 페이스트 스텐실의 표면 수정에 관한 것이다. 개시된 표면 수정은, 레이저 구조화, 플라즈마 처리, 및 애벌칠(primer)을 포함한다. 땜납 페이스트 스텐실을 사용하는 방법들이, 추가로 개시된다.

Description

땜납 페이스트 스텐실의 표면 수정
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 그 전체가 본 명세서에 참조로 통합되는, 2020년 2월 28일 출원된 "표면 실장 기술 땜납 페이스트 스텐실의 표면 수정"으로 명칭이 부여된 미국 가특허출원 제62/983,357호의 우선권의 이익을 주장한다.
기술분야
본 개시는, 개괄적으로 땜납 페이스트 스텐실의 표면 수정에 관한 것이다.
인쇄 회로 기판들("PCB들")이, 대부분의 전자 제품의 다양한 구성요소들 사이에 요구되는 전기적 연결을 용이하게 한다. 표면 실장 디바이스들을 전기적으로 연결하기 위해, PCB들은, 집적 회로들, 커패시터들, 저항기들 및 이와 유사한 것과 같은, 표면 실장 디바이스들이, 그에 납땜되는, 복수의 땜납 페이스트 패드를 포함한다. 땜납 페이스트 패드들은, 스텐실 내의 복수의 개구를 통해 땜납을 적용하는 스텐실 및 개구들을 통해 땜납 페이스트를 강제하는 스퀴지를 사용하여, PCB들에 적용된다. 표면 실장 디바이스들을 위한 땜납 페이스트 패드들의 형성을 위해, 표면 실장 기술("Surface Mount Technology: SMT") 스텐실이, 사용될 수 있다.
화학적 및 물리적 표면 수정을 통해 스텐실의 작업 표면들에 대한 기능화된 코팅의 부착을 개선하는 방법들이, 본 명세서에 개시된다.
도 1은 PCB들을 형성하기 위한 스텐실 및 스퀴지의 사용을 보여주는 사진을 도시한다.
도 2는 스텐실 및 개구의 측단면도를 도시하며 그리고 스텐실의 인쇄측면 및 개구 벽들을 커버하는 연속적인 기능적 코팅을 예시한다.
도 3은 사용되고 있는 스텐실의 측단면도를 도시한다.
도 4는 레이저 구조화 프로세스를 위한 적절한 레이저의 개략도를 도시한다.
도 5는 내스크레치성에 대해 여러 예들을 평가한 결과를 보여주는 사진을 도시한다.
도 6은 2개의 SMT 스텐실의 인쇄 표면들을 보여주는 사진을 도시한다.
도 7은 레이저 구조화된 SMT 스텐실의 표면 분석을 도시한다.
땜납 페이스트 스텐실은, 가장 단순한 것을 제외하고 모든 전자 디바이스들에 사용되는, 인쇄 회로 기판들("PCB들")의 창출에 광범위하게 사용된다. 땜납 페이스트 스텐실들은, 스텐실 내의 개구들을 통해 땜납 페이스트를 압박함으로써, 랜드들(lands), 또는 패드들 상에, 땜납 페이스트를 선택적으로 증착하기 위해 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압력은, 일반적으로, 스퀴지(예를 들어, 스테인리스 스틸 스퀴지)에 의해 가해지고, 여기서 전후 양쪽 모두의 측방 운동 및 수직력이 스텐실 뒷면에 가해진다. 인식될 수 있는 바와 같이, 다양한 유형의 땜납 페이스트 스텐실들이, 공지된다. 예를 들어, 표면 실장 기술("SMT") 스텐실들이, 표면 실장 디바이스들을 위한 땜납 페이스트 패드들을 형성하기 위해 사용된다. 스텐실의 개구들을 통한 PCB들로의 땜납 페이스트의 전달을 용이하게 하기 위해, 스텐실의 작업 표면들이, 다양한 방식으로 준비될 수 있다.
예를 들어, 스텐실이, 스텐실 사용에 다양한 이점, 효율성 및 비용 절약을 제공하기 위해, 소수성 코팅 및/또는 소유성 코팅과 같은, 기능적 코팅들을 구비할 수 있다. 기능적 코팅들을 동반하지 않는, 스텐실의 연속적인 사용은, 땜납 페이스트가 적용 프로세스에 수반되는 힘에 의해 인쇄 표면 아래로 압착됨으로 인해, 스텐실의 인쇄측면 상의 땜납 페이스트의 축적으로 이어질 수 있다. 잉여 땜납 페이스트가 제거되지 않는 한, 이러한 땜납 페이스트는, 인쇄되고 있는 PCB들 상으로 전달될 수 있으며, 그리고 PCB들 상의 전기적 단락, 열악한 윤곽, 오식(miss print), 및 다른 결함들을 포함하는, 다양한 문제점들을 생성할 수 있다.
잉여 땜납 폐기물을 제거하기 위해, 다양한 치유 프로세스들이, 가능하다. 예를 들어, 흡수 천과 같은 흡수 재료들이, 수동으로 또는 자동으로, 잉여 땜납 페이스트를 제거하기 위해, 사용될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 액체 세정제들 및 용제들이, 잉여 땜납 페이스트를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 인식될 수 있는 바와 같이, 그러한 프로세스들의 사용은, 세정 재료들의 비용 뿐만 아니라 그러한 세정 프로세스들을 완료하기 위해 요구되는 중지 시간 양자 모두로 인해, 바람직하지 않다.
적절한 기능적 코팅의 예가, 소수성 및/또는 소유성 코팅이다. 스텐실의 작업 표면들에 대한 소수성 및/또는 소유성 코팅 조성물의 적용은, 스텐실에 대한 땜납 페이스트의 부착을 방지할 수 있으며, 그리고 땜납 페이스트의 바람직하지 않은 축적을 방지할 수 있다. 소수성 코팅 및/또는 소유성 코팅은, 개구를 통한 땜납 페이스트의 유동을 개선할 수 있고, 따라서 더 많은 땜납이 전달될 수 있다. 개선된 유동은, 신뢰할 수 있는 땜납 결합의 형성을 가능하게 할 수 있다.
인식될 수 있는 바와 같이, 실리콘계 코팅 및 세라믹계 코팅을 포함하는, 다양한 소수성 코팅 및 소유성 코팅이, 스텐실과 함께하는 용도로 공지되어 있다. 예를 들어, 스텐실을 위한 적절한 소수성 코팅 및/또는 소유성이, 산화망간 폴리스티렌 나노 복합 코팅, 산화 아연 폴리스티렌 나노 복합 코팅, 침강성 탄산칼슘 코팅, 탄소 나노튜브 코팅, 실리카 나노 코팅, 불화 실란 및 불소중합체 코팅, 실리콘 코팅, 폴리실록산 코팅, 폴리실라잔 코팅, 폴리테트라플루오로에틸렌 코팅, 폴리비닐리덴 불소 코팅, 플루오로아크릴레이트 코팅, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 코팅, 퍼플루오로알콕시 중합체 코팅, 불화 에틸렌-프로필렌 코팅, 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌 코팅, 폴리에틸렌클로로트리플루오로에틸렌 코팅, 퍼플루오르화 탄성중합체 코팅, 퍼플루오로폴리에테르 코팅, 퍼플루오로술폰 코팅, 및, 실리콘-함유 코팅 내로의 플루오르화 부분의 혼입과 같은, 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그러한 코팅들은, 우수한 내구성, 낮은 표면 에너지 그리고 수성 및 유기 기반 재료들에 대한 반발성을 나타낸다.
인식될 것으로서, 기능화된 코팅들의 사용은, 스텐실에 점점 더 중요해지고 있다. 소형의, 고밀도의, 전자 조립체들에 대한 수요는, 증가된 개수의 소형 구성요소들을 포함하는 PCB들을 필요로 했다. 그러나, 그러한 PCB들은, 결국 스텐실이 더 작은 개구들 및 종횡비를 포함하도록 구비하도록 요구하는, 더 작은 땜납 랜드들/패드들을 요구한다. 개구 크기의 감소는, 신뢰할 수 있는 땜납 결합을 구축하기 위해 필요한 충분한 양의 땜납 페이스트를 PCB로 전달하는 것에 관한 증가된 어려움으로 이어졌다. 예를 들어, 감소된 크기를 갖는 개구들은, 땜납 페이스트로부터 개구 벽들로의 증가된 점착력을 나타낼 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 이는, 개구의 직경이 감소될 때 개구의 표면적이 개구 내부의 용적보다 더 느리게 감소하기 때문에, 발생한다. 기능화된 코팅들은, 개선된 인쇄 품질 및 감소된 유지보수로 이어지도록, 개구를 통해 땜납 페이스트를 이동시키기 위해 요구되는 점착력의 양을 감소시킬 수 있다.
인식될 수 있는 바와 같이, 스텐실은 또한, 스텐실을 형성하기 위해 사용되는 프로세스들로 인해 비교적 거친 표면을 가질 수 있다. 예를 들어, 스텐실의 개구들은, 일반적으로, 레이저를 사용하여 형성되며, 그리고 약 0.1 미크론 내지 약 0.5 미크론(산술 평균 편차), 또는 심지어 더 큰, 거칠기를 가질 수 있다. 높은 표면 거칠기는, 거친 표면을 덮으며 그리고 높은 슬립 속성을 갖는 부드러운, 낮은 에너지의 표면을 생성하는, 기능적 코팅들에 의해 완화될 수 있다.
특정 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같은 연속적인 필름과 같은, 기능화된 코팅을 형성하는 것이, 유용할 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 연속적인 기능화 코팅(202)이, 스텐실의 인쇄측면 및 개구 벽들(204) 양자 모두를 연속적으로 커버한다. 인식될 수 있는 바와 같이, 연속적인 코팅이, 땜납 페이스트 유동이 해롭게 영향 받을 수 있는 불연속성을 동반하지 않는 가운데, 전체 땜납 페이스트 유동에 대해 연속적인 기능화된 코팅을 제공함에 의해, 개선된 땜납 페이스트 유동을 제공할 수 있다. 총체적으로, 기능화된 코팅은, 더 작은 특징부들 및 구성요소들이 제조되는 것을 허용하도록, 스텐실의 전달 효율을 개선할 수 있으며, 그리고 더욱 정확한 인쇄를 허용할 수 있다.
불운하게도, 기능화된 코팅들은, 스텐실의 반복된 사용으로부터 손상을 입을 수 있다. 예를 들어, 개구들(360)을 통해 전달하도록 땜납 페이스트(350)를 강제하기 위해 사용되는 수직력은 또한, PCB 보드를 향해 스텐실(310)을 편향시킬 수 있다. 그러한 동작들은, 스텐실(310)이, 도 3에 도시된 바와 같은 PCB(320) 상의 임의의 PCB 보드 랜드들, 패드들, 및 다른 융기된 특징부들을 포함하는, PCB(320)에 접촉하도록 야기할 수 있다. 그러한 접촉은, 스텐실 상에서의 기능화된 코팅들의 부착의 상실에 의해 입증되는, 마모 손상과 같은, 손상을 야기할 수 있다. 손상은, 미시적일 수 있고, 뚜렷하게 분리된 영역들 위에 위치될 수 있으며, 또는 심지어 전체 기능화된 코팅의 완전한 박리를 초래할 수도 있다. 부가적으로, 적용 프로세스들 도중의 스텐실의 휨이 또한, 기능적 코팅의 박리와 같은 추가의 손상을 야기할 수 있다.
일단 손상이 발생하면, 박리와 같은 기능화된 코팅의 부가적인 부착 상실이, 부가적인 접촉, 마모, 및 휨으로부터 전파할 수 있다. 더불어, 기능화된 코팅에 대한 손상은, 또한, 스텐실을 세정하기 위해 사용되는 유지보수 및 치유 프로세스들에 의해 추가로 전파될 수 있다. 예를 들어, 흡수 재료에 의한 기계적 마모, 또는 액체 세정제로부터의 화학적 공격이, 기능화된 코팅에 추가의 손상을 야기할 수 있다. 부가적으로, 액체 세정제들은, 코팅 아래로 침투할 수 있으며 그리고 박리를 더욱 악화시킬 수 있다.
기능화된 코팅에 대한 손상은 기능화된 코팅의 이득을 무력화하며, 그리고 스텐실에 대한 땜납 페이스트 들러붙음을 야기할 수 있고, 그리고 앞서 논의된 바와 같이, 스텐실의 효율 및 인쇄 성능을 저하시키도록 한다.
기능적 코팅에 대한 손상을 방지하는 그리고 기능적 코팅의 부착을 개선하는 시도들이, 공지되어 있다. 예를 들어, 다양한 화학적 및 기계적 처리에 의해, 기능화된 코팅으로 코팅하기 이전에, 스텐실을 준비하는 것이, 공지되어 있다. 공지의 화학적 처리들은, 깨끗한 접합 표면을 제공하기 위해 오일들 및 다른 오염 물질들을 제거하도록, (고 pH 세제 포함하는) 수성 세제 및/또는 탄화수소 용제로 스텐실을 세정하는 것을 포함한다. 공지된 기계적 처리는, 스텐실에 대한 기능화된 코팅의 물리적 접합을 향상시키기 위한 (예를 들어, 그릿 함침 종이 및 브러시 사용하는) 표면 조면화(roughening)를 포함한다.
그러나, 공지의 화학적 처리 및 기계적 처리는, 기능화된 코팅에 대한 손상을 방지하는 데 효과적이지 않다. 특히, 이러한 공지의 방법들은, 특히 개구들 주변 및 개구들 사이의 영역들에서, 처리에 뒤따르는 높은 정도의 표면 변동을 겪는다. 높은 정도의 제어가, 개선된 결과를 위해 이러한 영역들에 필요하다.
화학적 및 물리적 표면 수정을 통해 스텐실의 작업 표면들에 대한 기능화된 코팅의 부착을 개선하는 방법들이, 본 명세서에 개시된다. 표면 수정들은, 레이저 구조화, 플라즈마 처리, 기능화된 애벌칠 층들의 사용 중의 하나 이상을 포함한다. 개시된 표면 수정들은 각각, 땜납 페이스트 스텐실에 대한 소수성 및/또는 소유성 기능적 코팅의 개선된 접착을 제공할 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 부착이, 모든 오염 물질이 없도록 표면을 수정함에 의해, 더욱 젖기 쉽도록 그리고 총 접합 면적을 증가시키도록 표면을 3-차원적으로 구조화함에 의해, 그리고 기능적 코팅이 그에 부착될 표면을, 물리적으로, 또는 화학적으로, 수정함에 의해, 개선될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, 젖음성(wettability)은, 스텐실의 재료의 표면 장력을 극복하기 위한 그리고 더 양호하게 젖기 위한, 기능적 코팅의 능력을 지칭한다. 개선된 젖음성은, 기능적 코팅의 부착을 개선한다.
본 명세서에 개시되는 바와 같이, 스텐실의 레이저 구조화가, 오염 물질의 제거 및 하나 이상의 표면의 물리적 구조화를 포함하는 여러 방식으로, 스텐실의 하나 이상의 표면을 수정하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명되는 레이저 구조화 프로세스들은, 일반적으로, 레이저 복사에 대해 스텐실의 표면들 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 레이저 복사는, 단일 방출 또는 일련의 하나 이상의 방출로 적용될 수 있다.
레이저 구조화가 오염 물질의 제거를 위해 사용되는 실시예들에서, 하나 이상의 레이저 방출은, 스텐실의 표면 상에 존재하는 임의의 표면 오염 물질을 삭마하기에 충분한 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 레이저 구조화는, 삭마 프로세스(ablation process)를 통해 오일 또는 먼지와 같은 오염 물질을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 레이저 구조화를 따르는 특정 실시예에서, 스텐실의 표면은, 적절한 기능적 코팅으로 직접적으로 코팅될 수 있다. 다른 그러한 실시예에서, 스텐실의 표면은, 다른 표면 수정 기법들 및/또는 부가적인 세정에 의해, 추가로 준비될 수 있다.
특정 실시예에서, 레이저 구조화는, 대안적으로, 또는 부가적으로, 스텐실의 하나 이상의 표면을 물리적으로 변경하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 레이저 구조화는, 기능화된 코팅의 부착, 강도, 및 젖음성을 상당히 개선하도록, 스텐실의 하나 이상의 표면 상에, 예측 가능한 3-차원 표면 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저 구조화는, 젖음성을 증가시키도록 및/또는 표면 장력을 증가시키도록, 하나 이상의 표면의 표면적을 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 레이저 구조화는, 스텐실의 표면 상에 존재하는 기하형상 및 개구들을 고려할 수 있는, 스텐실의 표면을 가로지르는 패턴을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 스퀴지가 작용되는 방향 등으로, 개구들을 둘러싸는, 다양한 패턴들이, 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 레이저 구조화 프로세스를 상용하여 형성되는 패턴들은, (예를 들어, 인쇄 표면 및/또는 개구 벽들 상의) 기능적 코팅에 의해 코팅될 스텐실의 부분들을 가로지르는, 복수의 규칙적으로 이격된 디봇(divot), 또는 함몰부를 포함할 수 있다. 그러한 디봇들은, 기능화된 코팅을 그에 부착시키기 위해 이용 가능한 표면적을 증가시킬 수 있으며, 그리고 기능화된 코팅에 대한 임의의 손상이 전체 표면을 가로질러 전파하는 것을 방지할 수 있다. 특정 실시예에서, 규칙적으로 이격된 디봇들은, 양자 모두의 좌표 방향으로 약 10 ㎛ 내지 약 200 ㎛ 사이의 균일한 간격을 갖는, 실질적으로 직교 격자로 이격될 수 있다. 특정 실시예에서, 규칙적으로 이격된 디봇들은, 양자 모두의 좌표 방향으로 약 80 ㎛ 이격될 수 있다. 레이저 구조화가 하나 이상의 표면을 물리적으로 변경하기 위해 사용되는 실시예들에서, 하나 이상의 레이저 방출은, 일반적으로, 스텐실을 형성하기 위해 사용되는 재료의 작은 체적들을 삭마하기에 충분한 에너지를 가질 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 스텐실들은, 통상적으로, 스테인리스 스틸, 니켈, 황동과 같은 금속들로 형성되거나, 또는 폴리카보네이트와 같은 다양한 플라스틱으로 형성된다. 적절한 레이저 방출들은, 스테인리스 스틸, 니켈, 황동 또는 플라스틱을 삭마하기에 충분한 에너지를 가질 수 있다.
일반적으로, 적절한 레이저는, 임의의 파장일 수 있으며, 그리고, 충분한 에너지가 관심 대상 재료(예를 들어, 오염 물질 또는 스텐실 자체의 재료)를 이동 또는 제거하기 위해 레이저 구조화 프로세스에 가해지도록, 임의의 레벨의 레이저 펄스당 에너지를 방출할 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 상이한 양의 에너지가, 스텐실 자체의 삭마에 대비하여, 오염 물질을 삭마하기 위해 요구될 수 있다. 예를 들어, 스틸 스텐실을 레이저 구조화하기 위해 그리고 디봇들을 형성하기 위해, 적절한 펄스형 레이저가, 약 0.25 mJ의 레이저 펄스 에너지 및 0.08 mm의 초점조정된 스팟 피치(0.05 mm의 초점조정된 스팟 크기 직경)를 가질 수 있다.
레이저 방출은, 임의의 적절한 방식으로 스텐실의 표면으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 스텐실은, 레이저 에너지가, 이동형 레이저 사용하거나, 또는, 레이저의 경로를 제어하도록 하기 위해 레이저 경로를 편향시키는, 조향 광학기기의 사용에 의해, 하나 이상의 방출로 가해지는 동안에, 고정될 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 레이저는, 스텐실이 레이저 방출의 경로 아래에서 이동되는 동안에, 고정될 수 있다. 도 4는, 레이저(402), 조향 광학기기(404), 거울(406), 및 스텐실(408)을 포함하는, 적절한 레이저 설비를 예시하는 개략도를 도시한다. 특정 실시예에서, 레이저 구조화될 영역은, 전체 스텐실보다 더 작을 수 있다. 그러한 실시예들에서, 복수의 레이저 구조화 프로세스가, 전체 스텐실의 표면을 레이저 구조화하기 위해 사용될 수 있다.
유리하게, 표면 수정을 위해 사용되는 레이저는, 특정 실시예에서, 처리 효율로 이어지도록, 땜납 페이스트 스텐실 내에 개구들을 형성하기 위해 사용되는 것과 동일한 레이저일 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 다른 적절한 레이저들이, 대안적으로, 스텐실 내에 개구들을 형성하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 더 높은 출력의 레이저들). 그러한 실시예들에서, 각 레이저는, 별개로 또는 동시에 사용될 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 레이저 구조화 프로세스는, 아주 다양한 방식으로 수정될 수 있다. 예를 들어, (전원 및 파장을 포함하는) 레이저 소스, 빔의 크기, 스텐실의 표면에 대한 레이저의 거리의 선택, 레이저가 연속적으로 또는 간헐적으로 가해지는지, 그리고 스캔의 속도는, 모두, 레이저 구조화 프로세스의 결과를 최적화하기 위해 수정될 수 있다.
특정 실시예에서, 적절한 레이저가, 펄스형 광섬유 레이저일 수 있다. 예를 들어, 1064 nm의 파장을 가지며 그리고 1x10-10 m2 내지 약 1x10-9 m2의 영역에 집중되는, 펄스형 광섬유 레이저가, 레이저 구조화를 위해 충분한 출력을 제공하는 것으로 확인되었다. 특정 실시예에서, 초점조정된 스팟 크기는, 약 0.01 mm의 직경으로부터 약 0.10 mm까지 변할 수 있으며, 그리고 약 0.01 mm 내지 약 0.10 mm의 초점조정된 스팟 피치를 생성할 수 있다.
인식될 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 설명되는 레이저 구조화 프로세스는, 유리하게, 오염 물질을 제거하는 것 및 스텐실의 하나 이상의 표면을 구조화하는 것 양자 모두를 위해 사용될 수 있다. 그러나, 특정 실시예에서, 레이저 구조화 프로세스 이전의 및/또는 그에 뒤따르는, 기계적 또는 화학적 세정을 포함하는 것이, 여전히 유용할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 알코올, 탈이온수 또는 인산삼나트륨과 라우레스황산나트륨을 포함하는 용액 중 하나 이상이, 레이저 구조화 프로세스 이전 또는 이후에 스텐실을 세정하는 데 유용할 수 있습니다.
특정 실시예에서, 플라즈마 처리가, 부가적으로, 또는 대안적으로, 스텐실의 표면을 예측 가능하게 수정하기 위해 사용될 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 플라즈마는, 진공 챔버 내로 기체를 도입함에 의해 그리고 기체를 전자기장에 노출시킴에 의해 생성되는, 물질의 부분적으로 이온화된 상태이다. 자유 전자들과 기체상 분자들 사이의 충돌이, 활성 이온과 라디칼 종을 생성할 수 있다. 플라즈마 처리가 오염 물질을 제거하기 위해 사용될 수 있는 가운데, 플라즈마 처리의 다른 용도가, 기능화된 코팅(예를 들어, 소수성 및/또는 소유성 코팅)의 접합 강도를 개선하기 위해 결속층을 증착하는 것이다. 결속층을 증착하기 위한 플라즈마 처리 프로세스의 사용에 대한 부가적인 세부사항은, 본 명세서에 참조로 통합되는 PCT 특허출원번호 WO 03/101733에 설명된다. 인식될 수 있는 바와 같이, 결속층은, 기능적 코팅에 대한 화학적 접합을 위해 이용 가능한, 그의 표면 상에, 히드록실, 카르보닐 또는 다른 반응기들과 같은 작용기들을 가질 수 있다.
플라즈마 처리는, 플라즈마의 유형, 사용되는 기체들, 선택되는 중합체들 또는 단량체들, 선택되는 온도 또는 온도 프로파일들, 압력, 처리의 속도, 프로세스에 사용되는 임의의 첨가 물질들, 및 선택되는 표면 장력 중의 하나 이상의 선택에 의해, 수정될 수 있다.
특정 실시예에서, 분무, 침지, 스퍼터링, 화학적 기상 증착 또는 붓질과 같은, 통상적인 수단에 의해 도포되는 애벌칠들이, 또한, 기판과 최종 코팅 사이의 결속층으로서 작용함에 의해 표면에 증가된 접합 강도를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속에 접합하도록 설계된 애벌칠들은, 공유적으로 스텐실에 대한 강한 접합을 형성할 수 있으며, 그리고 기능화된 코팅을 스텐실에 부착하기 위한 부착층을 제공할 수 있다. 애벌칠들은, 일반적으로, 중합체들, 올리고머들, 또는 단량체들로 형성될 수 있으며, 그리고 당업계에 공지된 바와 같이 도포될 수 있다. 예를 들어, 애벌칠들은, 용제 내에 용해되어 스텐실 상으로 분사될 수 있고, 또는 화학적 기상 증착 프로세스를 사용하여 도포되고 스텐실의 표면 상에서 중합될 수 있다. 인식될 것으로서, 애벌칠들은, 기능적 코팅(예를 들어, 소수성 및/또는 소유성 코팅)에 대한 강한 접합을 형성할 수 있는, 히드록실, 카르보닐 또는 다른 작용기들과 같은, 작용기들을 가질 수 있다. 플라즈마 및 화학적으로 도포되는 애벌칠 양자 모두가, 기능적 코팅과 땜납 페이스트 스텐실의 표면 사이의, 유연한 접합층, 또는 결속층을 형성할 수 있다.
인식될 수 있는 바와 같이, 애벌칠들은, 다양한 방식으로 수정될 수 있다. 예를 들어, 애벌칠의 유형, 도포되는 애벌칠의 층들의 수, 및 애벌칠을 도포하는 선택된 방법, 모두, 변화될 수 있다. 부가적으로, 애벌칠 및 기능화된 코팅이 도포되는 온도가, 또한, 변화될 수 있다. 적절한 애벌칠의 예들이, 양자 모두 Parker Lord Corporation(클리브랜드, 오하이오)에서 입수 가능한, Thermoset P-1291 및 Thermoset P-1292를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 레이저 구조화, 플라즈마 처리, 및 애벌칠 중의 하나 초과가, 스텐실에 대한 기능화된 코팅의 부착 강도를 개선하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저 구조화가, 개선된 접합 강도를 위해 물리적 및 화학적 양자 모두로 수정되는 표면을 생성하기 위해, 플라즈마 처리 및 애벌칠 중의 하나 이상과 함께 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 세 가지 방법 모두의 조합이, 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 레이저 구조화 및 플라즈마 처리의 조합 또는 레이저 구조화와 애벌칠의 사용의 조합과 같은, 단지 2개의 프로세스만이, 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 레이저 구조화, 플라즈마 처리, 및 애벌칠 중의 하나 이상이, 부가적으로, 공지의 표면 준비 기법들과 조합될 수 있다. 예를 들어, 레이저 구조화, 플라즈마 처리, 및 애벌칠 처리 중의 하나 이상이, 특정 실시예에서, 고 pH 수성 세제 또는 탄화수소 용제 및/또는 기계적 마모를 사용하는, 표면 세정과 조합될 수 있다.
예들
기능적 코팅의 부착 강도를 측정하기 위해, 3개의 샘플 SMT 스텐실이, 준비되었으며, 그리고 내스크레치성에 대해 평가되었다. 예 1은 대조군이었고, 예 2는 플라즈마 처리 프로세스를 사용하여 수정되었으며, 그리고 예 3은 레이저 구조화 프로세스를 사용하여 구조화되었다. 각 예는, R-Tec Instruments(산호세, 캘리포니아)로부터의 스크레치-힘 테스터를 사용하여 3번 평가되었다. 결과가, 표 1에 나타나며 그리고 도 5에 도시된다.
예 3은, 구체적으로 스텐실을 알코올로 세정함에 의해 그리고 이어서 이동 가능한 갠트리(gantry) 내에 스텐실을 배치하도록 진행함에 의해, 형성되었다. 갠트리를 이동시킴에 의해, 1064 nm의 파장 및 직경 0.05 mm의 초점조정된 스팟 크기 및 0.25 mJ의 레이저 펄스 에너지를 갖는, 펄스형 광섬유 레이저가, 소수성 및 소유성 코팅이 도포될 스텐실의 모든 영역들 상에 디봇들의 직교 격자를 생성하기 위해 사용되었다. 디봇들은, X 축 및 Y 축 양자 모두로 0.08 mm 이격되었다. 레이저 구조화에 뒤따라, 스텐실의 표면은, 9% 인산삼나트륨 및 0.49% 라우레스황산나트륨, 그리고 나머지 탈이온수를 포함하는, 세정 용액으로 세정되었다. 스텐실은, 세정 용액 내에 3분 동안 침지되었고, 보푸라기 없는 헝겊으로 문질러졌으며, 탈이온수로 헹궈지기 이전에, 세정 용액 내에 부가적으로 1분 동안 침지되었고, 그리고 깨끗하고 건조한 압축 공기로 건조되었다. 건조된 스텐실은, 이어서, 예 1 및 예 2의 코팅 조성물과 동일한, 소수성 및 소유성 코팅 조성물로 코팅되었다.
임계 하중(N) 표준 편차
예 1 0.27305 1.4%
예 2 0.54295 1.0%
예 3 0.59495 1.0%
도 5에 나타난 바와 같이, 비교예 1이 가장 나쁜 내스크레치성을 나타낸 가운데, 본 발명의 예 2 및 예 3 양자 모두, 개선된 내스크레치성을 나타내었다. 본 발명의 레이저 구조화 프로세스에 의해 구조화된, 예 3은, 가장 우수한 양의 내스크레치성을 나타내었다. 미세구조화된 디봇들의 직교 배열이, 예 3에 대한 묘사에서 시인 가능하다.
표 2는, 여러 예시적 스텐실들로부터 소수성 및 소유성 코팅을 제거하기 위한 평균 힘의 평가를 나타낸다. 구체적으로, 표 2는, 대조 스텐실(예 4), 실란계 애벌칠(Parker Lord Corporation(클리브랜드, 오하이오)으로부터 입수 가능한 Thermoset P-1292 애벌칠)로 제조된 스텐실(예 5), 제2 실란계 애벌칠(Parker Lord Corporation(클리브랜드, 오하이오)으로부터 입수 가능한 Thermoset P-1291 애벌칠)로 제조된 스텐실(예 6), 산소계 플라즈마를 사용하여 형성된 실란 결속층을 갖도록 수정된 스텐실(예 7), 및 표 1의 예 3과 유사한 레이저 구조화된 스텐실(예 8)을 포함한다. 예 7을 제외한 모든 예들은, 소수성 및 소유성 코팅의 도포 이전에, 고 pH 세제로 세정되었다. 각 예는, 도포된 소수성 및 소유성 코팅을 제거하기 위해 요구되는 평균 힘을 결정하기 위해, Nordson DAGE 긁힘 테스터를 사용하여 평가되었다.
표면 수정 코팅을 제거하기 위한 평균 힘(grams)
예 4 없음(대조군) 14.92
예 5 실란계 애벌칠 127.3
예 6 실란계 애벌칠 83.7
예 7 실란 결속층(플라즈마 처리) 26.1
예 8 레이저 구조화 121.75
표 2에 나타난 바와 같이, 예 5 및 예 8은, 소수성 및 소유성 코팅의 부착 강도를 개선하는 최상의 결과를 입증했다.
도 6은 2개의 SMT 스텐실의 인쇄 표면들을 보여주는 사진을 도시한다. 좌측의 스텐실은 수정되지 않은 가운데, 우측의 스텐실은, 예 3 및 예 8에 사용된 프로세스와 유사한 레이저 구조화 프로세스로 수정되었다. 도 6에 도시된 바와 같이, 레이저 구조화된 스텐실은, 기능화된 코팅의 상당히 적은 치핑(chipping)을 나타낸다.
도 7은, 레이저 구조화 프로세스에 의해 생성되는 윤곽(topography)을 보여주는, 레이저 구조화된 SMT 스텐실의 표면 분석을 나타낸다. 도 7에 나타난 바와 같이, 레이저 구조화 프로세스는, 약 0.9 미크론의 윤곽의 차이를 생성했다.
본 명세서 전체에 걸쳐 주어지는 모든 최대 수치 제한은, 모든 더 낮은 수치 제한을, 마치 그러한 더 낮은 수치 제한이 여기에 명시적으로 기재된 것처럼, 포함한다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서 전체에 걸쳐 주어지는 모든 최소 수치 제한은, 모든 더 높은 수치 제한을, 마치 그러한 더 높은 수치 제한이 여기에 명시적으로 기재된 것처럼, 포함할 것이다. 본 명세서 전체에 걸쳐 주어지는 모든 수치 범위는, 더 넓은 수치 범위 내에 속하는 모든 더 좁은 수치 범위를, 마치 그러한 더 좁은 수치 범위가 모두 여기에 명시적으로 기재된 것처럼, 포함할 것이다.
상호 참조되거나 관련된 특허 또는 출원을 포함하는, 본 명세서에 인용된 모든 문헌은, 명시적으로 배제되거나 달리 제한되지 않는 한, 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다. 임의의 문헌의 인용은, 여기에 개시되거나 청구된 임의의 발명에 대한 선행 기술이거나, 단독으로, 또는 다른 참조 문헌 또는 참조 문헌들과 조합으로, 임의의 그러한 발명을 교시, 제안 또는 개시한다는 것을 인정하는 것이 아니다. 또한, 본 문서 내의 용어의 어떤 의미 또는 정의가 참조로 통합된 문헌 내의 동일한 용어의 어떤 의미 또는 정의와 충돌하는 경우, 본 문서에서 해당 용어에 할당되는 의미 또는 정의가 우선한다.
실시예들 및 예들에 대한 상기한 설명은, 설명의 목적으로 제공되었다. 총망라하거나 또는 설명된 형식을 제한하도록 의도되지 않는다. 수많은 수정이, 이상의 교시에 비추어 가능하다. 그러한 수정들 중 일부는 논의되었으며, 그리고 나머지는 당해 기술분야의 기술자에 의해 이해될 것이다. 실시예들은, 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 예시하기 위해 선택되고 설명되었다. 대신에, 범위는 다양한 실시예들에 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 것으로 의도된다. 범위는, 물론, 본 명세서에 기재된 예들 또는 실시예들로 제한되지 않는 대신, 본 명세서의 것들에 의해 임의의 개수의 적용들 및 등가 물품들에 채용될 수 있다.

Claims (27)

  1. 스텐실의 하나 이상의 표면을 수정하는 방법으로서:
    레이저 복사에 의해 하나 이상의 표면을 삭마하는 단계를 포함하며; 그리고
    삭마하는 단계는, 하나 이상의 표면 내에 구조물을 형성하거나, 또는 하나 이상의 표면 상에 존재하는 오염 물질을 제거하는 것인, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    삭마하는 단계는, 하나 이상의 표면 내에 구조물을 형성하며, 그리고 하나 이상의 표면 상에 존재하는 오염 물질을 제거하는 것인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스텐실은, 표면 실장 기술("SMT") 스텐실인 것인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물은, 약 1 미크론 이하의 깊이를 갖는 것인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스텐실의 작업 표면이, 삭마되는 것인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스텐실의 하나 이상의 개구 벽이, 삭마되는 것인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 표면 상의 상기 구조물은, 3-차원 패턴을 포함하는 것인, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 3-차원 패턴은, 하나 이상의 개구의 위치에 의해 수정되는 것인, 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 3-차원 패턴은, 상기 스텐실의 사용 방향에 의해 수정되는 것인, 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3-차원 패턴은, 디봇들(divots)의 직교 격자를 포함하는 것인, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    각 디봇은, 각각의 좌표 방향으로 약 50 ㎛ 내지 150 ㎛ 이격되는 것인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 복사는, 레이저를 이동시킴에 의해 또는 조향 광학기기의 사용에 의해, 하나 이상의 표면을 가로질러 휩쓸고 지나가는 것인, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 복사는, 상기 스텐실을 이동시킴에 의해, 하나 이상의 표면을 가로질러 휩쓸고 지나가는 것인, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 복사는, 약 1064 nm의 파장을 구비하는 것인, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 복사는, 약 1x10-10 m2 내지 약 5x10-10 m2의 영역에 집중되는 것인, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 복사는, 펄스형 광섬유 레이저에 의해 생성되는 것인, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 펄스형 광섬유 레이저는, 펄스당 약 0.25 mJ의 에너지를 갖는 것인, 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 복사는, 추가로, 상기 스텐실 내에 하나 이상의 개구를 형성하기 위해 사용되는 것인, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    플라즈마 처리 프로세스로 하나 이상의 표면을 처리하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    플라즈마 처리 프로세스는, 기능화된 애벌칠 층을 형성하는 것인, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    애벌칠 층을 도포하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    소수성 및 소유성 코팅을 도포하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 소수성 및 소유성 코팅은, 불소 함유 성분을 포함하는 화합물 및 실리카계 중합체를 포함하는, 조성물로 형성되는 것인, 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 스텐실은, 작동 도중에 치핑(chipping)에 대한 개선된 저항성을 나타내는 것인, 방법.
  25. 스텐실로서:
    제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 형성되는 것인, 스텐실.
  26. 스텐실로서:
    하나 이상의 개구를 구비하는 작업 표면;
    상기 작업 표면 상에 형성되는 복수의 미세-구조물;
    상기 작업 표면에 접합되는 소수성 및 소유성 코팅
    을 포함하며, 그리고
    상기 미세-구조물들은, 직교 격자로 규칙적으로 이격되며, 그리고 약 1 미크론 이하의 깊이를 갖는 것인, 스텐실.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 미세-구조물은, 상기 하나 이상의 개구의 벽들 상에 형성되는 것인, 스텐실.
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