KR960006985B1 - 전자 조성물용 유기 비히클 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

전자 조성물용 유기 비히클
본 발명은 전자기기용 응용물들을 위한 페이스트로서 유용한 조성물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 후막 및 땜납 페이스트 도포물에서 사용하는 무기 입자를 현탁시키기 위한 액체 비히클에 관한 것이다.
전자기기 산업은 전자 컴포넌트에 전도성 또는 유전성능을 최종적으로 제공하기 위한 각종 응용분야에서 미립자를 주성분으로 한 고고형분(高固形分) 페이스트를 사용한다. 이들 페이스트는 전형적으로 무기 입자 유기 매질 또는 비히클을 함유한다. 무기 입자는 최종 응용물에 전기적 기능을 제공한다. 즉, 절연성 또는 비전도성 무기 입자는 유전성 부품을 형성하며, 전도성 무기 입자, 주로 금속 입자는 전도성 부품을 형성한다. 유기 매질은 도포 및 무기 입자의 위치 선정 조절을 용이하게 한다. 페이스트의 도포후에는 유기 매질을 가열에 의해 제거하고 무기 입자를 소결시켜 전기적 기능이 있는 부품을 형성한다. 페이스트를 소정 위치에 목적한 패턴으로 도포하기 위해서는, 페이스트가 스텐슬 또는 스크린 프린팅법, 가압 분산법 등과 같은 사용된 도포 방법으로 잘 유동할 수 있어야 한다. 플로우 조절체(flow modifying agent)는 페이스트가 적당한 레올로지 또는 플로우 특성들을 갖도록 하기 위해서 통상적으로 페이스트 배합물에 포함시키다. 페이스트의 특히 바람직한 레올로지 특성들로서는 페이스트내 무기 입자의 분리 또는 침강, 적하(滴下), 사화(絲化) 및 급락(急落) 또는 중하(重下) 현상들을 방지하는 고점성과, 개선된 프린팅 특성을 위한 전단감점(剪斷減粘, shear thinning)을 제공하는 의사소성과, 컴포넌트들을 고정시키기 위한 충분한 점착성과, 프린팅 패턴을 통한 양호한 이동성 및, 스크린 또는 스텐슬로부터의 깨끗한 박리성을 들 수 있다.
상업적으로 시판되는 로진 주재 페이스트용의 전형적인 플로우 조절제는 수소화 피마자유이다. 에틸 셀룰로오스와 같은 다당류(多糖類) 유도체도 또한, 밍에스(Minges) 등의 "Thick Film Hybrides", Electronics Materials Handbook, ASM International 출판, 1989년, 제 1 권-패키징, 339-345 페이지에 개시된 바와 같이, 미분 금속, 세라믹, 산화물 및 유리와 같은 미분 물질의 고고형분 분산물 내에 비수용성 용액으로서 혼입시켰을때에는 플로우 조절제로서 작용한다. 또한, 마스트란겔로의 미합중국 특허 제4,273,593호에는 미분 금속의 고고형분 분산물 내로 폴리알콕시알칸올과 함께 혼입시켰을때에 플로우 조절제로서 작용하는 또라는 다당류 유도체로서 히드록시프로필 셀룰로오스가 개시되어 있다. 또한 수용성 다당류를 매우 소량으로 사용하였을 경우, 예컨대 Industrial Gums, 제 2 판, 휘슬러(R. Whistler) 편집, Academic Press 출판, 1973년, 492-494페이지에 개시된 바와 같이 0.03중량% 만큼의 적은 양으로 사용하였을때의 이들의 중점, 현탁 및 플로우 조절 성질도 공지되어 왔다. 그러나, 실질적으로 수용성 다당류 비이클은 도포시에 물의 증발에 기인한 받아들일 수 없을 정도의 짧은 스크린 수명의 등의 처리 문제가 페이스트에 존재하기 때문에 전자 페이스트 조성물에서는 만족스럽게 성취되지는 않는다.
더욱이, 땜납 페이스트에 있어서, 물은 땜납 리플로우(reflow) 처리에 악영향을 끼칠 수 있다. 예를들면, 물은 리플로우 처리시 격렬하게 증발할 수 있음으로 해서 땜납 페이스트 또는 땜납이 튀어 바람직하지 않은 땜납 볼(ball)들을 만들 수 있다. 또는 물이 리플로우 처리에서 너무 일찍 증발함으로써 페이스트가 리플로우 처리 동안 액상(液相)으로 있을 수 없다. 리플로우 처리에서 적당한 액상의 부족은 땜납 분말 산화 및(또는) 분말 및 기판 표면 상의 불충분한 활성화를 유발시킬 수 있다.
플로우 조절제, 다른 유기 성분들 및 산성 및(또는) 염기성 활성화제의 유효량들은 유기 성분들이 리플로우 처리 후 땜납 상의 실질적이 잔류물로 남아 있도록 통상적으로 그 수준이 매우 높다.
예를들면, 로진은 통상 땜납 페이스트 비히클 중 25중량% 이상의 양으로 땜납 페이스트에 존재한다. 후막 페이스트에 대해서는, 플로우 조절제로서의 에틸 셀룰로오스가 통상적으로 페이스트의 1-3중량% 양으로 존재한다. 이와 같은 풀로우 조절제의 양은 눈으로도 쉽게 판명되며 잠재적으로 땜납 코팅 잔류물을 상당량 남긴다.
잔류물은 일정 시간이 지나면 쇼팅(shouting) 및 제품 고장을 유발시킬 수 있는 각종 이온 오염 물질 및 그밖의 화학 약품들을 함유하기 때문에 세척하여 제거하는 것이 필요하다. 이들 잔류물의 존재가 바람직하지 않음에도 불구하고, 클로로플루오로카본 용매가 잔류물을 효과적으로 용이하게 제거하기 때문에 최근까지도 잔류물에 대해서는 별로 관심을 기울이지 않았었다. 그러나, 오늘날에는 이와 같은 클로로플루오로 카본 용매가 성층권 상에 환경학적 영향을 미치기 때문에 이를 대체시키고자 하는 노력이 상당히 이루어지고 있다. 이외에도, 움직이기 어려운 단단한 점적체(点滴體)들로부터 및 표면 장착 또는 미세 피치(pitch) 어셈블리 조작 중의 컴포넌트 밑으로부터 잔류물을 완전히 제거하기 위한 세정제의 실패는 현재의 방법들을 만들었으나 제안된 별법의 세정제들은 덜 효과적이었다.
이에 대한 결과로서, 리플로우 후에 남아있는 잔류물의 세정을 요하지 않아도 되는 땜납 페이스트 조성물의 필요성이 대두되었다. 세정의 필요를 없애기 위해서는 리플로우 후의 잔류물의 양이 최소이고 해가 없도록 하는 방법으로 페이스트를 배합하는 것이 중요하다. 잔류물은 땜납 접합의 전기 프로빙(electrical probing)을 방해하지 않도록 할 뿐만 아니라 미적 요인들을 위해서도 최소량이어야 한다. 잔류물은 부식을 유발시키지 않고 또 인접한 전도체들 사이에 누출 전류용 도전통로를 제공하지도 않도록 해가 없어야 한다.
마찬가지로, 후막 페이스트와 같은 그밖의 전자 페이스트에 있어서도 유기 성분들의 양은 최소이어야 한다. 이와 같은 성분들 및 그의 잔류물들은, 최종 제품에 존재할 경우, 부품의 전기적 성능에 악영향을 끼치는 불필요한 오염 물질이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 페이스트의 바람직한 레올로지 및 플로우 특성이 비히클 중의 최소량의 플로우 조절제로 달성되는 전자 페이스트 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 땜납 페이스트가, 리플로우된 후에 남아있는 잔류물이 거의 없고 무해하도록 소량으로 플로우 조절제를 혼입하여 세정이 전혀 필요치 않는 땜납 페이스트용 비히클을 제공하는 것이다.
본 발명은 다당류 용매 2-50중량% 및 폴리히드록실화 다당류 비용매 98-50중량%, 및 임의로 활성화제로 이루어진 균질한 액체 매질 중에 분산된 유기 용해성 다당류 1.0중량% 이하로 이루어지는 비히클 조성물에 관한 것이다.
또한 본 발명은 다당류 용매 2-50중량% 및 폴리히드록실화 다당류 비용매 98-50중량%, 및 임의로 활성화제로 이루어진 균질한 액체 매질 중에 분산된 유기 용해성 다당류 1.0중량% 이하로 이루어진 비히클 중에 현탁된 미분 무기 입자로 이루어지는 전자페이스틀 조성물에 관한 것이다.
일부 다당류가 물에서 뿐만 아니라 몇몇 유기 용매에도 용해된다는 것은 이들 다당류의 성질상 예외적인 일이다. 본 발명자는 놀라웁게도 진(眞) 검 용매 및 검 비용매로 이루어진 매질 중에 소량의 유기 용해성 다당류 검을 분산시킴으로써 미립자를 주성분으로 한 고고형분 페이스트용의 우수한 플로우 조절제를 제조할 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 페이스트 조성물은 유기 비히클 중에 현탁된 미분무기 입자를 함유한다. 무기 입자로서는 전자 페이스트 조성물에 통상적으로 포함되는 것이면 어느 것이나 무방하다. 그 예로, 단상(單相) 또는 다상(茶相) 금속들, 예를들면 주석, 납, 은, 비스무트, 인듐, 금, 백금, 팔라듐, 구리, 아연, 게르마늄, 규소, 안티몬, 갈륨, 인, 이들의 합금 또는 이들의 혼합물이 적합하다.
또한, 알루미나, 티탄산염, 지르콘산염, 주석산염, 망간산염, 붕산염, 실리케이트, 보로실리케이트, 산화물 유리, 납 산화물, 코발트 산화물, 비스무트 산화물, 아연 산화물, 붕소 산화물, 실리카 산화물, 아티몬 산화물, 마그네슘 산화물 및 이들의 혼합물과 같은 세라믹, 유리, 산화물, 황화물, 붕소화물 및 탄화물을 비롯한 비금속성 무기 입자들도 적합하다. 보로실리케이트 유리로서는 납 보로실리케이트 프릿(frit) 및 비스무트, 카드뮴, 바륨, 칼슘 및 기타 알칼리토류 보로실리케이트 프릿을 들 수 있으나, 이에만 한정되지는 않는다.
산화물 유리로서는 알루미노포스페이트, 알루미노포스포실리 케이트, 알루미노보로포스포실리케이트, 포스포보로실리케이트 및 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이들에만 한정되지는 않으며, 이들은 내습성, 내산/염기성 및 열팽창 특성과 같은 유리의 성질들을 조절하기 위해서 알칼리 또는 알칼리토류 양이온들을 함유해도 무방하다. 무기 입자는 보통 100메시(149미크론)보다 작은 것, 바람직하기로는 200메시(74미크론)보다 작은 것이 좋다. 325메시(44미크론) 보다 작은 분말 입자도 역시 본 발명에 사용하기에 적합하며, 후방 페이스트 및 일부 땜납 페이스트에 바람직하다. 금속들의 혼합물 또는 이들의 합금을 사용할때에는 성분 금속들 또는 합금들의 상대량을 변경시킴으로써 융점, 인장 강도, 유동성, 전단 강도, 신장성, 브리낼 경도 및 밀도와 같은 성질들을 조절할 수 있다. 비금속 혼합물에 대해서도 마찬가지로, 비금속 성분들의 상대량을 변경시킴으로써 유전 상수, 연화점, 경도 및 밀도 등의 성질들을 조절할 수 있다. 전자 컴포넌트의 어셈블리 납땜 작업에 특히 유용한 통상의 금속 또는 금속 합금 땜납 분말로서는 주석 63%-납 37%로 이루어진 땜납 또는 주석 62%-납 36%-은 2%로 이루어진 땜납을 들 수 있다. 또한, 주석-인듐, 주석-비스무트 또는 주석-납-비스무트로 이루어진 합금들과 같은 그밖의 금속 또는 금속 합금 땜납도 사용할 수 있다. 전자용 땜납페이스트 중 무기 입자의 양은 페이스트 조성물의 약 65 내지 약 93중량% 범위이며, 바람직하기로는 90 내지 92중량% 범위가 좋다.
후막용 금속성 무기 입자로서는 구리, 은, 금, 백금, 팔라듐 및 기타 귀금속들이 바람직하다. 후막 전도체 페이스트에서 금속성 무기 입자의 양은 페이스트 조성물의 약 75 내지 약 90중량% 범위이면 무방하다. 후방용 비금속성 무기 입자로서는 알루미나, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 티탄산 스트론튬, 티탄산 납, 지르콘산 칼슘, 지르콘산 바륨, 망간나이트 칼슘 스탄네이트(manganite calcium stannate), 주석산 바륨, 티탄산 비스무트, 주석산 비스무트, 비스무트 삼산화물, 철 산화물, 지르코늄 오르토실리케이트(지르콘), 알루미늄 실리케이트(키아나이트 및 물라이트), 마그네슘 오르토실리케이트(포르스테이트), 납 보로실리케이트, 칼슘 아연 보로실리케이트, 납 산화물, 아연 산화물 및 실리카 산화물이 바람직하다. 후막 유전성 페스트 비금속성 무기 입자의 양은 페이스트 조성물의 약 65 내지 약 80중량% 범위이면 좋다.
비히클은 균질한 액체 매질에 분산된 유기 용해성 다당류 검으로 구성된다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 유기 용해성 다당류(이하, "다당류" 또는 "검류" 또는 "다당 검류"라 한다)로서는 웰란(welan)(S-130), 람산(rhamsan)(S-194), 크산탄, 한천, 하이프네안(hypnean), 푸노란(funoran), 아라비아 검, 카라야 검, 트라가칸트 검 및 펙틴검들을 들 수 있으나, 이들로만 한정되지는 않는다. 그 중, 웰란 검 및 람산 검이 특히 바람직하다. 웰란 및 람산은 미합중국 산디에고에 소재하는 켈코 디비젼 오프 머크 앤드 캄파니(Kelco Division of Merck and Company)사에서 시판하고 있다. 비히클 중에서 검의 성능은 검의 분자량이 증가함에 따라서, 특히 검의 분자량이 1,000,000 이상일때에 강화된다. 식물 원료로부터 만들 수 있거나 또는 미생물학적으로 또는 합성에 의해 생성될 수 있는 기타 고분자량 유기 용해성 다당류 검도 역시 적합하다. 다당류 검은 비히클에 최대 1.0중량%, 바람직하게는 0.05 내지 0.50중량%, 및 가장 바람직하게는 0.10 내지 0.30중량%의 양으로 존재할 수 있다. 본 발명에서 다당류 검의 중요한 잇점은 이 검이 페이스트에 비교적 소량으로 존재할 경우에도 페이스트 조성물의 필수 특성, 즉, 플로우 및 레올로지 특성에 크게 기여한다는 점이다. 더욱이, 그처럼 적은 양의 검이 존재하기 때문에, 무시할 수 있는 양의 검만이 소결 또는 페이스트 리플로우 후에 잔류물로서 잔류한다.
검은, 다당류의 용매 및 다당류의 비용매를 포함한 균질한 액체 매질에 분산시킨다. 본 명세서에서 "분산된"은 부분적으로 또는 완전히 용해된 및(또는) 용매화된을 의미한다.
다당류 용매는 검과 함께 가열시켰을때 검을 용매 중에 용해시키는 진검 용매이다. 검과 용매는, 검을 용액으로 용해시키지만 결코 검을 파괴 또는 분해시키지는 않은 거의 최저 필수 온도까지 함께 가열시킨다. 히드록실화 정도 및 용매상의 히드록실기의 위치는 검의 구조적 특성이 유지되는 온도에서 용매 중에 용해되기 위한 검의 능력에 영향을 미칠 수 있다. 비용매 존재하에 검 및 용매 용액은 겔형 특성, 점탄성 운동 및 의사소성/요변성 레올로지를 가질 수 있으나, 이들 특성들은 검 및 겔이 본 발명에 사용하기에 적합한 것으로 되기 위해 반드시 가져야 하는 것은 아니다. 본 발명에 사용하기에 적합한 다당류 용매로서는 에탄디올류, 프로판디올류 및 프로판트리올류를 들 수 있으나, 이들에만 한정되지는 않는다. 바람직한 다당류 용매는 1,2-에탄디올(소위, 에틸렌 글리콜), 1,2-프로판디올(소위, 프로필렌 글리콜), 1,2,3-프로판트리올(소위, 글리세린) 또는 이들의 혼합물이다. 매질은 1종 이상의 용매들을 함유할 수 있다. 액체 매질에 있어서 용매의 양은 2 내지 50중량%, 바람직하게는 5 내지 20중량% 범위가 좋다. 다당류 용매는 다당류 비용매와 혼합화성이고 또 균질한 매질을 형성할 수 있어야 한다.
다당류 비용매는 검이 용매 중에 용해되는 온도보다 더 낮거나 또는 실질적으로 동일한 온도에서 검을 용해시키지 않는 것이며, 검-용매 용액 단독보다는 실질적으로 같거나 또는 증가된 점도, 점탄성 운동 및 의사소성/요변성 레올로지를 제공한다. 비용매로서는 액체자체가 고점섬인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 액체 매질의 초가 고점도는 비히클 중에서 검의 플로우 조절 특성의 발전을 증대시킨다.
즉, 얻어진 비히클의 점도가 용매-검 용액이나 또는 비용매 단독보다도 더 높게된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 다당류 비용매로서는 헥산트리올류, 헵탄트리올류 또는 이들의 혼합물들을 들 수 있으나, 이들에만 한정되지는 않는다. 바람직한 다당류 비용매로서는 헥산트리올류를 들 수 있으며, 특히 1,2,6-헥산트리올이 바람직하다. 흥미있는 사실은 검의 원상태를 보존시키기에 충분히 낮은 온도에서, 다당류와 1,2,6-헥산트리올의 혼합물을 장시간 동안, 예컨대 약 5시간 이상 동안 잘 교반하면, 다당류가 1,2,6-헥산트리올 중에 용해될 수 있다. 이들 상황은 정상적인 조업 과정을 벗어나는 것으로 생각된다. 따라서, 1,2,6-헥산트리올은 비용매로서 사용된다.
비용매는 매질 중에서 다당류의 석출을 방지하기 위하여 충분히 히드록실화되어야 한다. 매질은 비용매를 1종 이상 함유해도 무방하다. 액체 매질에서 비용매의 양은 98 내지 50중량%, 바람직하게는 95 내지 80중량% 범위가 좋다.
비히클은 또한 활성 수소 함유 화합물(활성화제) 또는 활성수소 함유 화합물들의 혼합물(활성화제계)를 함유할 수 있다. 활성화제는 표면 금속들 상에 형성될 수 있는 표면 산화물의 제거를 조장하는 승온에서 활성이 나타나는 것이 바람직하다. 활성화제는 또한 땜납 플로우, 땜납 습윤성(solder wetting)을 증강시킬 수 있으며, 비부식성 잔류물을 남겨야 한다. 활성화제는 리플로우 후 잔류물을 남기지 않거나 또는 최소 잔류물을 남기는 본질적으로 퇴산성(fugitive, 退散性)인 것이 바람직하다. 활성 수소 함유화합물로서는 히드록실 치환 아민류, 일- 및 다염기산류, 히드록실류 및 그의 염류 및(또는) 유도체들을 들 수 있다.
히드록실 치환 아민류로서는 히드록실 및 질소가 인접한 관계에 있는 지방족 아민류, 히드록실 및 질소가 인접한 관계에 있는 히드록실 치환 단황상 방향족 아민류, 히드록실이 질소 고리에 대해서 2 내지 8위치에 있는 히드록실 치환 다환상 복소환식 아민류 및 이들의 혼합물들을 들 수 있다. "인접한"이란 용어는 탄소 고리 또는 사슬상의 인접한 또는 접속되는 위치들을 의미한다. 몇몇 적합한 화합물로서는 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸렌디에탄올아민, 2-(2-아미노에틸-아미노)에탄올, 디글리콜아민 및 기타 알칸올 아민류, 2-히드록시퀴놀린, 8-하이드록시퀴놀린, 알파-히드록시메틸피리딘 및 N-히드록시에틸 에틸렌디아민을 들 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 일-및 다염기산류로서는 포름산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 히드록시산류, 페놀류 및 이들의 유도체들을 들 수 있느나, 이들로 한정되지는 않는다. 특히 바람직한 활성화제는 말론산, 치환된 말론산류 및 알칸올아민류 또는 이들의 혼합물들을 들 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 임의의 활성화제 또는 활성화제계는 비히클의 0 내지 약 75중량%, 바람직하게는 1 내지 10중량%의 양으로 존재할 수 있다.
별법으로, 비히클은 페이스트계에 상당히 불리한 영향을 끼침이 없이 비히클의 최대 약 3 내지 5중량%에 이르는 소량의 물을 함유할 수 있다. 본 발명의 비히클은 또한 본 발명의 개념에서 벗어남이 없이 기존의 패션에서 사용된 그밖의 물질고 미량 함유할 수 있다.
이와 같은 기타 물질에는 방부제, 변성제, 시퀘스트런트(sequestrants), 분산제, 항균제 등이 포함된다.
비히클은, 용매와 비용매 성분들을 간단히 혼합하여 균질한 액체 매질을 형성하고, 이 액체 매질에 다당류 검을 교반하면서 혼합한 후, 검을 액체 매질 중에 분산시키기 위한 충분한 온도까지 가열함으로써 제조된다.
페이스트 제조에는 널리 알려진 페이스트 제조 기술을 이용할 수 있다. 페이스트는 통상의 방법으로, 전형적으로는 스텐슬 또는 스크린 프린트팅법으로 도포시킬 수 있다. 땜납 페이스트로서는 50밀(0.130cm) 피치 패턴, 바람직하게는 20-25밀(0.051-0.0065cm) 피치 패턴으로 디자인된 스텐슬 또는 80메시(177미크론) 또는 보다 미세한 스크린을 통하여 프린트될 수 있는 것이면 충분하다. 후막페이스트로서는 200-400메시(74-37미크론) 스크린 패턴을 통하여 프린트될 수 있는 것이면 충분하다. 페이스트는 프린트 조작들 사이에서 적하되지 않아야 하며, 스크린 또는 스텐슬 상에서 적정 시간 동안 유지되었을때 과도하게 건조되거나 굳어져서는 안된다.
만족스러운 성능을 위해서는 비히클 특성들 및 페이스트 조성물이 분말의 과도한 침강을 방지하면서 프린팅 조작에는 지장이 없도록 조정될 수 있어야 한다. 스텐슬 또는 스크린을 불활성 가스 분위기로 블랭킷(blanket)시킴으로써 및(또는) 필요하다면 페이스트를 스텐슬 또는 스크린 상에 분산시킴에 의한 공기의 배제는 페이스트의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다.
스텐슬 또는 스크린 프린트용 페이스트 조성물은 임의의 적합한 기판, 특히 금속 또는 세라믹 기판에 도포되어 목적한 페이스트를 형성할 수 있다. 그 후, 페이스트를 가열한다. 공기와 같은 임의의 분위기를 사용할 수 있으나, 비산화성 분위기가 바람직하다. 후막 페이스트는 유기 매질을 휘발시키고 무기 입자들을 소결시키기에 충분한 온도까지 가열시킨다. 땜납 페이스트는 땜납이 용융되어 고도의 접착력을 갖는 야금학적 및 전기적 전도성 납땜 결합이 형성되는 온도까지 가열시킨다.
비히클 및 무기 입자를 기판에 도포하기 전에 혼합하는 별법으로서, 비히클 및 무기 성분들을 따로따로 도포시키는 방법이 있다. 이 방법은 전자 컴포넌트와 프린트 배선 기판 중 어느 한쪽 땜납으로 예비 코팅되었을 경우, 컴포넌트를 기판에 부착시킬 때 유용하다. 이러한 부착법에 바람직한 비이클은 전자 컴포넌트의 금속성 리드(lead)를 프린트 배선 기판 상의 금속 증착막에 부착시키기 위한 조성물, 즉, 다당류 용매 2-50 중량%, 폴리히드록실화 다당류 비용매 98-50중량% 및 활성화제로 이루어진 균질한 액체 매질 중에 분산된 유기 용해성 다당류 1.0중량% 이하로 이루어지는 조성물을 함유하며, 이때 리드 또는 프린트된 배선 기판 금속 증착막 중 적어도 어느 한쪽은 땜납으로 예비 코팅시킨다.
[실시예]
이하의 실시예를 사용하여 본 발명을 한정함이 없이 설명한다.
모든 백분율은 별다른 지시가 없는 한 중량으로 한다.
이하의 실시예에서 다음 표시들은 다음과 같은 의미들을 가진다:
용액 A 글리세린 중의 0.20% 람산 검
용액 B 에틸렌 글리콜 중의 0.15% 람산 검
용액 C 프로필렌 글리콜 중의 0.20% 람산 검
용액 D 85/15의 1,2,6-헥산트리올/글리세린 중의 0.20% 람산 검
용액 E 85/15의 1,2,6-헥산트리올/글리세린 중의 0.40% 람산 검
용액 F 70/30의 1,2,6-헥산트리올/에틸렌 글리콜 중 0.40% 웰란 검
EG 에틸렌 글리콜
G 글리세린
PG 프로필렌 글리콜
HT 1,2,6-헥산트리올
MA 말론산
TEA 트리에탄올아민
람산 및 웰란 검들은 켈리포니아주 산디에고 소재의 켈코 디비젼 오브 머크 앤드 캄파니사에서 입수하였다.
실온에서 겔 상태로 있는 검 용액은 분말 검을 각각의 액체 매질 중에서 최고 125℃까지 약1시간 동안 가열 교반함으로써 제조하였다.
이하의 실시예에서 페이스트는 -325에서(44미크론) 내지 +500 메시(약 25미크론)의 주석/납/은(Sn/pb/Ag) 62/36/2로 이루어진 금속 분말을 용액 A 내지 F중의 1종 및 부가적인 검 용매 또는 검비용매와 검 용매의 혼합물과 수동(手動) 혼합하여 약 15g의 조성물을 생성함으로써 제조하였다.
점도는 25℃에서 HBTD형 브룩필드 디지탈 점도계, 샘플 홀더 #6, 스핀들 #SC4-14를 사용하여 측정하였다. 점도는 1sec-1에서의 센티포아즈(x10-1)로서 기록되었다. 기록된 유동 지수는 점도(cP) 대전단률(sec-1)의 플롯트로부터 얻어진 직선의 구배이다.
바람직하기로는 의사소성 레올로지를 갖는 것, 즉, 저전단률에서 고점도 및 보다 높은 전단률에서 보다 낮은 점도를 갖는 것이 요구된다. 플롯트된 직선의 구배는 마이너스 값으로 얻어지며, 구배의 절대값이 클수록 의사소성의 정도는 더욱 커진다. 프린트 해상도(printing resolution)는, 페이스트를 사용하여 2개의 패드 패턴, 즉, 폭이 13밀(0.033cm) 및 25밀(0.065cm)이고 길이가 둘다 85밀(0.22cm)인 패드 패턴들을 FR4 기판 상의 20-60밀(0.051-0.15cm)범위의 피치 상에 8밀(0.020cm) 두께의 스텐슬을 이용해서 프린트시킴으로써 구하였다. 해상도는 페이스트로 채워지지 않은 인접한 패드들 사이의 가장 작은 초기 공간의 폭(밀(cm))이므로, 해도는 공간이 작을수록 더욱 커진다. 페이스트의 추가 특성들은 적당한 실시예에서 언급한다.
[비교예 A 및 B]
비교예 A 및 B에서는 페이스트가 고점도일 때에도 검을 사용하지 않고 제조된 페이스트는 불량한 성능이 얻어짐을 입증한다. 검 용액 및 페이스트 조성물은 상기한 바에 따라 다음과 같이 제조하였다.
비교예 A는 단지 적당한 점도만을 가졌으며 불량한 해상도를 제공하였다. 불량한 해상도는 저전단률에서 뉴톤 플로우를 나타내는 페이스트에 기인한 것으로, 프린트된 페이스트가 기판 상에서 흘러내렸다. 비교예 B에서, 페이스트의 점도 및 고형분 함량의 증가는 페이스트가 스텐슬을 통해 이동할 수 없게 됨으로써 페이스트로 프린트할 수 없게 만들었다.
[비교예 C,D 및 F]
비교예 C,D 및 E에서는 검의 진용매 중에 분산된 다당류 검으로 제조한 페이스트는 불량한 성능이 얻어짐을 입증한다. 검 용액 및 페이스트 조성물은 상기한 바에 따라 다음과 같이 제조하였다.
비교예 C 및 D의 페이스트 점도는 극히 낮았으며 페이스트가 너무 유동적이어서 프린트할 수 없었다. 또한, 금속 분말은 용기의 바닥에 급속하게 침강되어 단단한 덩어리로 패킹되었다. 용매로서 글리세린을 사용한 실시예 E의 페이스트는 다소 높은 점도를 제공하였으나 단지 해상도만을 양호하게 얻었으며 흡습성이 과도하였다.
[실시예 1,2,3 및 4]
실시예 1 내지 4에서는 바람직한 검 비용매 및 용매 매질 중에 분산된 저농도의 다당류 검을 사용하여 제조한 본 발명의 페이스트를 예시한다. 검 용액 및 페이스트 조성물은 상기한 바에 따라 다음과 같이 제조하였다.
실시예 1 내지 4에서 점도는 비교예 C 내지 D의 점도 이상으로 상당히 증가하였으며, 해상도는 매우 양호하였고, 페이스트는 침강되지 않았다. 실시예 2 및 4에서 말론산 활성화제의 존재로 인하여 페이스트 성능이 현저하게 떨어지지는 않았다. 흡습성은 1,2,6-헥산트리올에 의한 글리세린의 실질적인 대체로 비교예 E의 글리세린에 비해 줄어들었다. 점착성은, 작은 땜납 패드들을 실시예 1 내지 4의 페이스트들로 AMI 프린터, 모델 1803을 사용해서 10밀(1.0254cm) 두께의 스텐슬을 통하여 FR4 라미네이트 상의 40×50밀(0.102×0.127cm) 땜납 코팅 구리 패드 상에 프린트시키고, 시그네틱스(Signetics)사에서 제조한 8개의 핀과 14개의 핀이 두선으로 배열된 패키지(각각의 모델 번호는 SMC14580 및 SLM339D8745임)을 습식 땜납 페이스트 상에 배치시킨 후, 이 어셈블리를 뒤집음으로써 입증하였다. 습식 땜납 페이스트의 점착력만 패키지들을 제 위치에 유지시켰다. 패키지들은 뒤집힌 위치에서 16시간이 지난 후에도 기판으로부터 떨어지지 않았다.
[실시예 5,6,7 및 8]
실시예 5 내지 8은 실시예 1 내지 4 보다 농도가 높은 다당류 검을 사용한 본 발명의 페이스트를 설명한다. 검 용액 및 페이스트는 상기한 바에 따라 다음과 같이 제조하였다.
실시예 6 및 8에서 말론산 활성화제의 혼입은 의사소성 유동 지수를 증가시켰다. 양호한 해상도가 얻어졌다. 실시예 6 및 8의 페이스트를 FR4 라미네이트 상의 구리 패드(이 패드는 사전에 열풍으로 땜납을 균등화(hot air solder level(HASL)시켰음) 상에 프린트시키고, 부품들을 왓킨스-존스(Watkins-Johnson)형 11종(zone) 질소 퍼네이스 모델 6C-96N(S)에서 약 23분 동안 약 210℃의 최대 온도로 리플로우시켰다. 얻은 부품들은, 50× 배율로 검사한 결과, 땜납 범프(solder bump)들의 위 또는 주위의 극히 적은 수준의 잔류물과 함께 퍼네이스로부터 건조되었다. 다만 매우 작은 땜납 볼들은 몇개 존재하였다.
[실시예 9]
실시예 9는 실시예 6 및 8에서와 다른 활성화제를 사용한 본 발명의 페이스트를 설명한다. 검 용액 및 페이스트 조성물은 상기한 바에 따라 다음과 같이 제조하였다.
실시예 9의 페이스트를 실시예 6 및 8에서처럼 부품들 상에 리플로우시켰다. 리플로우된 땜납은 리플로우 퍼네이스로부터 투명하게 건조되었으며 우수한 습윤성 및 매우 적은 잔류물을 나타내었다. 부품들에는 땜납 볼들이 거의 없었다.
[실시예 10]
이 실시예는 웰란 검을 사용한 본 발명의 페이스트를 예시한다.
검 용액 및 페이스트 조성물은 상기한 바에 따라 다음과 같이 제조하였다.
프린트적성은 양호하였다. 실시예 10의 페이스트를 사용하여 부품들을 제조하고 실시예 6 및 8에서처럼 리플로우시킨 후 건조시킨 결과, 완전한 땜납 습윤성, 땜납 볼 무존재 및 매우 적은 잔류물을 나타냈다.

Claims (17)

  1. 다당류 용매 2-50 중량% 및 폴리히드록실화 다당류 비용매 98-50 중량%로 이루어진 균질한 액체 매질 중에 분산된 유기 용해성 다당류 1.0중량% 이하로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 조성물용 유기 비히클.
  2. 제 1 항에 있어서, 유기 용해성 다당류가 람산(rhamsan), 웰란(welan), 크산탄, 한천, 하이프네안(hynean), 푸노란(funoran), 아라비아 검, 카라야 검, 트라가칸트 검 및 펙틴 검들로 이루어진 군중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 비히클.
  3. 제 2 항에 있어서, 유기 용해성 다당류가 람산 검 및 웰란 검으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 비히클.
  4. 제 1 항에 있어서, 다당류 용매가 글리세린, 프로필렌 글리콜 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 항는 유기 비히클.
  5. 제 1 항에 있어서, 폴리히드록실화 다당류 비용매가 헥산트리올류로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 비히클.
  6. 제 4 항에 있어서, 폴리히드록실화 다당류 비용매가 1,2,6-헥산트리올인 것을 특징으로 하는 유기 비히클.
  7. 다당류 용매 2-50 중량% 및 폴리히드록실화 다당류 비용매 98-50 중량%로 이루어진 균질한 액체 매질 6-14.95중량% 중에 분산된 유기 용해성 다당류 1.0중량% 이하로 이루어지는 비히클 중에 현탁된 미분 무기 입자 65-93중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서, 유기 용해성 다당류가 람산, 웰란, 크산탄, 한천, 하이프네안, 푸노란, 아라비아 검, 카라야 검, 트라가간트 검 및 펙틴 검들로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 유기 용해서 다당류가 람산 및 웰란으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  10. 제 7 항에 있어서, 다당류 용매가 글리세린, 프로필렌 글리콜 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  11. 제 7 항에 있어서, 폴리히드록실화 다당류 비용매가 헥산트리올류로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서, 폴리히드록실화 다당류 비용매가 1,2,6-헥산트리올인 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  13. 제 7 항에 있어서, 비히클리 추가로 활성화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  14. 제 7 항에 있어서, 무기 입자가 주석, 납, 은, 인듐, 비스무트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  15. 제 7 항에 있어서, 무기 입자 조성물의 75-90중량%를 이루며, 구리, 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  16. 제 7 항에 있어서, 무기 입자가 조성물의 65-90중량%를 이루며, 알루미나 및 보로실리케이트로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 페이스트 조성물.
  17. 다당류 용매 2-50중량%, 폴리히드록실화 다당류 비용매 98-50중량% 및 활성화제로 이루어진 균질한 액체 매질 중에 분산된 유기 용해성 다당류 1.0중량% 이하로 이루어지는, 적어도 리드(lead) 또는 프린트된 배선 기판 금속증착막이 땜납으로 예비 코팅된 프린트 배선 기판 상의 금속증착막에 전자 컴포넌트의 금속성 리드를 부착시키기 위한 조성물.
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