KR960013708B1 - 무플럭스 땜납 피복 및 이음 - Google Patents

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유니온 카바이드 인더스트리얼 개시즈 테크놀로지 코포레이션
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Abstract

내용 없음.

Description

무플럭스 땜납 피복 및 이음
제1도는 비교적 큰 땜납 볼 저수조를 사용하는 본 발명의 실시예를 도시한 개략도.
제2도는 비교적 작은 땜납 볼 저수조를 사용하는 본 발명의 실시예를 도시한 도면.
제3도는 제어 가능한 네가티브 압력하에서 땜납 이음의 형성을 도시한 개략도.
제4도는 선 피복면에의 무플럭스 접착을 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 회로판 2 : 도체 패드
3 : 구리계 금속패드 4 : 땜납피복
6 : 땜납볼 8 : 패드피복
본 발명은 금속면에 금속-함유 피복물을 피복시키는 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 플럭스를 사용하지 않는 무 플럭스(louxless) 땜납 피복 및 이음 방법에 관한 것이다.
땜납 이온은 통상적으로 이음될 2이상의 금속 면을 땜납의 용융점이상 온도에서 땜납에 의해 연결하는 공정이다. 땜납과 금속 표면과의 우수한 습윤성(wetting) 및 그로인한 양호한 결합을 위해, 금속면과 땜납이 깨끗해야 하고 이러한 습윤을 방해하는 화합물이 없어야 한다. 습윤을 방해하는 이러한 화합물은 산화물, 염화물, 황화물, 탄산염 및 여러 유기화합물을 포함하지만, 이것에만 제한된 것은 아니다. 땜납 이음공정에서 습윤에 대한 주요 장해요인은 땜납 및 금속면 상의 산호피복이다. 산화피복은 통상적으로 땜납 및 금속면의 공기 노출때문에 생긴다. 이러한 산화물 및 다른 오염물이 이들의 금속형태오 환원되거나 습윤에 무해한 다른 화합물을 형성하기위해 반응하거나 분해 또는 기계세척과 같은 공지된 방법으로 제거되어 양호한 습윤성을 갖게 하는 것이 필요하다.
습윤에 유해한 화합물은 보통 반응 또는 분해되어 플럭스제(fluxingagent)에 의해 세척된다. 하지만, 플럭스제는 통상적으로 부식성이고 땜납공정후에 남는 잔류물을 제거할 필요가 있게 한다. 플럭스 잔류물 제거용 세척 공정은 비용이 많이들고 제어하기 어렵다. 또한 가장 많이 사용되는 세척제인 CFC113이 성층권에 있는 오존을 파괴시킨다. 이것은 심각한 환경문제이며 대부분의 산업국가가 소위 몬트리얼 조약하에 상기 세척제를 생산하지 않을 것에 동의했다. 제안된 모든 CFC113는 사용하기에 비용이 많이들고, 비효과적이고 안전하지않거나 새로운 세척장비의 구입을 필요로 한다.
이러한 이유때문에, 종종 무플럭스 땜납 피복 및 이음공정의 사용이 바람직하다. 만일 무플럭스를 이용하면 세척이 불필요하다. 땜납에 의한 무플럭스 피복 및 이음공정이 노보타르스키(Nowotarski)의 미합중국 특허 제4,821,947호에 공개되어 있다. 이 공정에서, 땜납 금속면이 불활서 땜납욕에 접촉된다. 종래의 공기중에서의 납땜시에 땜납욕 및 땜납 표면으로부터 산화물 및 오염물을 분해하기위해 플럭스가 사용되었지만, 무산화의 불활성욕에 의해 땜납욕과 표면을 불활성화하는 노브타르스키 공정에 의해 플럭스에 대한 사용 필요성이 제거되었다. 땜납표면상의 오염은 불활성 땜납욕의 표면장력에 의해 제거된다. 이러한 바람직한 작용은 땜납 온도에서 액체인 피복이 땜납면상에 있으면 더욱이 향상된다. 또한, 피복면상에 형성되는 오염물도 납땜면으로부터 더욱 쉽게 제거된다. 매우 평범하고 효과적인 보호피복은 전기도금 땜납법이다.
노브타르키 공정이 종래의 공정보다 바람직하게 개선되었지만, 이공정에서 땜납성면이 땜욕으로부터 분리된 후 땜납면 또는 이음상에 남는 땜납의 양을 제어하기 어렵다. 예를들면, 만일 땜납 산화물 및 폐석(dirt)으로 오염된 전기도금 땜납 피복을 갖는 도체 패드를 구비한 전자회로판이 불활성 분위기하에 땜납욕으로 하강되면, 전기도금 땜납피복이 용융하여 땜납표면 장력은 산화물과 폐석을 제거시킨다. 하지만, 회로판을 땜납욕으로부터 제거할때, 도체 패드에서의 땜납 표면장력은 제거될 땜납을 위로 당겨 도체패드에 점착시킨다. 회로판이 땜납욕으로부터 계속 제거됨에 따라, 땜납기둥(solder column)내부의 압력은 낮아지고 땜납기둥 접차 가늘어져 결국 출발점에서 부러진다. 제거지점위의 땜납은 도체 패드와 함께 끝까지 머루르나 그 아래의 땜납은 땜납욕으로 떨어진다.
땜납이 무너지는 정확한 지점은 회로판 후진속도, 도체패드의 기울기, 땜납의 표면 장력등과 같은 많은 인자에 따른다. 피복에서의 최종 땜납 체적과 향상을 결정하기위한 모든 입자를 제어하기는 매우 어렵다. 따라서, 이러한 및 다른 적용에서의 땜납의 양은 상당히 변할 수 있다. 여러 조직인자에 대한 피복 공정의 이러한 고도의 민감성은 땜납 분리 공정이 상당히 비평형하다는 사실을 반영한다. 땜납기둥이 부러질 때, 땜납 기둥내부의 압력이 갑자기 음에서 양으로 변한다.
땜납기술에 상당한 진전이 있었지만, 다양한 상업상의 적용에 있어서 플럭스를 사용함이 없이 땜납의 사용을 향상시키기위해서는 더 바람직한 향상이 필요하다. 그래서, 최종 땜납 기둥 및 그 형상을 제어하는 능력은 이 분야에서 주요한 과제이다. 이것은 상업상의 적용에서 있어서 바람직한 재생과 품질 제어를 가능케한다.
본 발명의 주요 목적은 개선된 땜납 피복과 이음공정 및, 개선된 땜납 피복과 이음을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 최종 땜납 기둥 및 형상이 제어될 수 있는 땜납 피복 공정을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 제어된 땜납 기둥 및 형상을 갖는 땜납 피복 및 이음용 무플럭스 또는 거의 플럭스가 없는 공정을 제공함에 있다.
최종 땜납 기둥 및 형상을 제어하기 위해 무플럭스 또는 거의 플럭스가 없는 땜납 피복/이음의 내부압력에 제어된다. 그래서, 땜납 표면은 제어된 압력하에서 땜납 저수조와 접촉하고 제어된 압력 조건하에 분리된다.
피복 또는 이음에서의 땜납양은 땜납 표면을 땝납 저수조에 접촉시킨 후, 제거 지점에서의 주변압력에 대해 제어된 내부 압력으로 이 표면을 저수조로부터 분리시킴으로써 매우 정확히 제어된다. 최종 땜납 피복 또는 이음에서의 땜납면이 형상과 그것의 내압 사이에는 직접적인 관계가 있다. 땜납 피복의 압력을 제어하고 이 압력에서 땜납 피복을 땜납 저수조로부터 분리함으로써, 이 공정은 평형 조건에 가깝게 행해지고 상기 조작 인자에 대해 상기한 종래의 무플럭스 피복 공정에서보다 매우 덜 민감하게 된다.
본 발명의 무플럭스 땜납 피복 실시예에서, 땜납면은 불활성 및 무플럭스 조건하에서 땜납 저수조와에 접촉한 후에, 제거지점에서의 분리 전과 후에 제거지점에서의 저수조내 땜납압력과 거의 같은 압력으로 저주조로부터 분리된다. 이 방법으로 최종 땜납기둥과 형상은 피복 제거지점에서 땜납 저수조로부터의 피복압을 조정함으로써 제어된다.
제1도의 실시예에서, 도면부호 1로 나타낸 회로판은 그 위에 설치되는 도체 패드(2)를 가진다. 납땜 단계전에, 도체 패드(2)는 전기도금 땜납피복(4)를 갖는 구리계 금속패드(3)를 포함한다. 산화물 및 다른 바람직하지 못한 오염물(5)이 땜납피복(4)에 존재한다. 땜납 저수조는 곡률반경 R을 가지고 회로판(1)의 표면사에서 도체 패드(2)의 방향으로 움직이는 비교적 큰 땜납 볼(6)의 형태로 나타낸다. 땜납볼 및 도체패드의 환경은 불활성이다. 도체패드(2)를 땜납볼(6)과 접촉 시킴으로써, 땜납피복(4)이 용융되어 땜납볼(6)의 일부를 형성한다. 땜납볼(6)이 도체패드(2)의 통과시 조금 평탄해져 곡률반경이 R2로 되는 경향이 있다. 산화물 및 오염물(5)은 도체패드상 극소의 무산화 영역을 남기기에 충분양으로 땜납볼(6)에 접착하여, 도체패드(2)의 구리계 금속패드(3)를 노출시킨다.
땜납볼(6)을 구리계 금속패드(3)로 부터 제거할때, 땜납볼(6)은 곡률반경 R3를 가지며 그의 제거지점(7)은 금속패드(3)상에 남아있는 피복(8)과 땜납 저수조볼(6)사이에 형성된다. 이러한 조건하에, 피복(8)의 압력은 제거지점의 땜납볼(6)에서의 압력과 거의 같고 피복(8)은 R3와 같은 곡률반경을 갖는 형상이다. 제거지점(7)에서의 분리에 의해, 피복 곡률반경이 약 R3이 되도록 피복압력은 땜납볼(6)에서의 압력과 거의 동일하게 유지되고 피복(8)은 제어된 체적 및 형상 그리고 금속패드(3)의 폭, 높이 및 곡률을 갖는다.
제1도 실시예는 구리계 금속패드(3)상에 플럭스를 사용하지 않으며 약 1.5mm의 바람직한 최종피복 곡률반경을 갖는 세척된 비산화물 땜납피복의 설치가 나타나있다. 패드는 취급시의 산화 및 오염된 전기도금 땜납피복(4)으로 미리피복된다. 패드는 0.85mm 반경의 얇은 원판형상이며, 유리섬유 회로판에 부착된 300ppm 이상의 산소와 질소의 불활성 분위기가 215 내지 221℃의 용융점을 갖는 60wt.% 주석, 38wt.% 납 및 2wt.% 안티몬을 함유하는 합금이다.
구리계 금속(3)용 땜납 저수조로서 사용된 무산화 땜납볼(6)은 땜납으로 채워진 유리 드롭퍼(dropper)을 사용함에 의해 발생된다. 땜납의 드롭이 드롭퍼로부터 질소환경하에서 압착되어 회로판에 떨어진다. 땜납볼(6)의 곡률반경은 약 1.5mm이다. 포지티브(positive) 곡률반경의 땜납볼은 볼 내부의 압력을 양으로 유지시킨다. 볼의 반경은 땜납볼을 더 작게하도록 드롭퍼의 직경을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 땜납볼(6)의 패드(3)에 접촉시키고 이 볼을 패드로부터 분리시킴으로써 약 1.5mm의 소정의 곡률반경을 갖는 피복이 형성된다.
구형상에서 표면을 통한 압력변화는 내부압력-외부압력=표면장력×2/R인데, 여기서 R은 구의 곡률반경이다.
비 구형상에서 표면을 통한 압력은 내부압력-외부압력=표면장력×(1/r1+1/r2)인데, 여기서 r1은 한 면에서의 표면의 곡률 반경이고 r2는 제1면면에 수직한면에서 곡률반경이다. 이의 설명을 위해, 만일 표면이 비구형이면, 용어반경은2/로 해석된다. r1 및 r2는 양 또는 음일수도 있다. 만일 곡률 반경이 땜납(6)에서와 같이 땜납체 내부의 곡률반경이라면, 그 압력은 양이다. 종래 기술의 실시예에서, 도체 패드는 도체패드가 담겼던 땜납체로부터 제거되고 잘린 땜납은 땜납기둥의 외부에 외부곡률 반경 r1을 가지며 그리고 잘린 땜납부의 내부에 내부곡률 반경 r2를 가지니다. 이러한 환경에서, r1은 음이고 r2는 양이다. r1은 r2보다 작으므로, 제거지점에서의 땜납내부의 압력과 표면곡률은 음이다.
구에서, 곡률반경 및 압력은 모든 곳에서 동일하다. 만인 중력효과가 중요할 정도로 구가 충분히 크면, 상부의 압력은 하부의 압력보다 낮다. 그후, 구는 세실드롭(sessile drop)으로 평탄화 된다. 이것은 본 발명에 영향을 미치지 않는다. 그 이유는 이것이 오직 제거지점에서의 압력과 관계하기 때문이다. 따라서, 땜납저수조 또는 피복내부의 압력이 위치에 따라 다르다는 사실은 중요하지 않다.
제1도의 하부에 도시한 바와 같이, 땜납은 제거지점(7)에 있는 땜납 저수조볼(6)과 패드피복(8)사이에서 자유로이 흐를 수 있다. 그 결과로서, 압력은 제거지점의 양 측면상에서 평형을 유지한다. 따라서, 패드피복의 곡률반경은 땜납 저수조볼의 곡률반경과 같다. 더 두꺼운 피복을 얻기위해, 곡률반경을 더 작게 만들고 더 작은 땜납 저수조볼을 사용한다. 이것은 제2도에 도시되어있고 동일재료가 제1도에 이용된다. 제1도 실시예에서 보다 더 작은 R'을 갖는 더 작은 땜납 저수조볼(6')를 이용하고 또한 제1도 실시예의 피복(8)보다 더 두꺼운 피복(8')을 사용한다. 피복(8)의 곡률반경 R'3은 본질상 땜납 저수조볼(6')의 곡률반경 R'3와 동일하다.
본 발명의 땜납볼용으로 곡률반경이 얼마나 작아야 하느냐 하는 제한없다. 그러나 도체패드에 있어서, 최종피복의 곡률반경은 패드를 관통한 최소거리의 약 1/2보다는 작지 않아야 한다. 따라서 도체 패드에 비해 매우 작은 땜납볼은 본 발명의 피복용으로 효과적이지 않다. 그들은 피복에 흡수되어 버린다.
본 발명은 제어된 압력공정은 동일한 땜납볼을 갖는 약 30 도체패드의 피복에 의해 행해진다. 피복이된 후 각자는 동일한 곡률반경과 땜납체적을 갖는 세척되고 무산화물 피복을 가진다. 만일 다수의 패드가 단일패드에 의해 피복되더라도, 세척된 패드로 부터의 산화물이 결국 땜납볼을 덮고 더이상 구형을 유지하지 않는다. 이 시점에서, 패드상에 균일패복은 남지않고 소량의 산화땜납이 회로 판을 강타한다. 그리고 땜납볼이 처리되고 새로운 땜납볼이 부가적 패드 피복용으로 이용된다.
다양한 변화 및 변형예들이 상기 설명 및 청구범위에서와 같은 휠 발명에 의해 가능하다는 것을 당분야 기술자는 쉽게 이해할 수 있다. 본 발명은 통상적으로 땜납공정과 관련된 피복공정에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명의 실시예는 땜납이 땜납의 용융점보다 더 높은 용융점의 고용금속에 의해 피복 및 결합되는 어떠한 공정에도 적용될 수 있다는 것을 당분야 기술자라면 쉽게 알 수 있다. 예를 들면, 땜납의 용융점이 449℃이하일 경우에, 경납땜이라고 표현되는 피복공정이 본 발명의 범주내에 포함된다. 이 땜납공정은 전자땜납을 포함하는데, 이 경우에 용융점이 180 내지 320℃인 주석계 용가재를 사용한다. 제어된 압력 피복공정이 행해지는 불활성 환경은 납땜 단계 또는 다른 피복조작중에 도체 패드면상 또는 땜납 저수조볼이나 다른 땜납면상에 연속산화물 또는 고용금속염 화합물을 형성 하지 않는 환경을 포함한다는 것을 이해할 수 있다. 만일 땜납면상에 연속산화물 피복이 없으면, 땜납면은 본 발명의 무산화물로 간주될 수 있다. 따라서, 약간의 산화물은 본 발명의 실시예에 허용될 수 있다.
본 발명은 무플럭스피복 및 거의 플럭스를 사용하지 않는 피복을 포함한다. 플럭스는 땜납욕 온도에서 액체인 재료를 의미하며, 습윤성으로 결정되는 화합물, 예를 들어 산화물등을 분해시키거나 습윤에 유해한 화합물과 화합반응 하여 쉽게 제거되는 액체나 기체가 된다. 무플럭스 피복이란 패드상에 땜납을 피복할시에 도체패드와 땜납에 접촉하는 플럭스의 양을 측정 할 수 없음을 나타낸다. 거의 플럭스가 없는 피복이란 회로판상 전체 플럭스양이 회로판의 3 마이크로그램 NaCl 당량/㎠를 넘지않음을 나타낸다. 이 플럭스의 레벨은 당분야에서 세척될 수 있는 양으로 고려된다. 청구범위에서 알 수 있는 바와같이, 본질적으로 무플럭스 피복은 무플럭스 피복 또는 거의 무플럭스 피복을 포함한다.
실시예에서, 1.5mm직경의 땜납볼이 도체패드에 접촉되고 무산화 땜납볼의 표면장력이 패드의 산화물 및 오염물을 제거시킨다. 그리고 나서 땜납볼이 도체패드로부터 제거될 때, 땜납볼이 산화물을 흡수하여 제거한다. 특히 본 발명의 실시예에서, 산화물 피복 땜납볼은 소량의 플럭스와 접촉함으로써 세척된다. 아비에트산(로진) 및 아디프산[COOH-(CH2)4-COOH]가 이 목적으로 적합하고 보통 유기산 플럭스이다. 바람직하게는 땜납볼을 재작동시키는데 사용되는 플럭스는 회로판과 접촉하지 않아야 한다. 비록 플럭스의 잔류양이 있지만 통상적인 땜납적용에 문제를 일으키지는 않을 만큼 적다.
상시한 바와 같이 그리고 미합중국 mil spec MIL-P-28 809에 의해, 만일 이온오염이 1cm2회로판 영역에 있어서 3.1 마이크 g NaCl 당량 이하이면 회로판은 세척된다. 이것은 무이온 수용액 알콜에 회로판을 세척하고 회로판으로부터 이온을 집어올릴때 세척용액의 전기 전도도를 측정함으로써 측정된다. 이와 관련하여, 산화물과 완히 섞인 땜납 2mm 두께의 산화 주석(SnO)층을 가진다. 만일 이 산화물이 플럭스에 의해 이온잔류물로 변하면, 이때 땜납볼 영역의 1.2 마이크로 g NaCl 당량/㎠ 이 생긴다. 비록 모든 잔류물이 회로판에 직접 증착되더라도, 그것은 아직도 mil spec 으로 오염된 레벨 이하로 존재한다.
실시예에서, 땜납볼이 접촉용 도체패드의 방향으로 회로판 면상으로 이동된다. 땜납볼은 유리판에서와 같이 밀릴수도 있고 땜납 영역에서와 같이 당겨질 수도 있다. 이러한 땜납볼 이동 기술외에도, 몇몇 응용에 있어서는, 스크린을 이용하여 동시에 회로판을 통해 다수의 땜납볼을 미는게 편리하다. 어느 실시예에서는 핀장치가 사용되는데, 각 핀들은 핀에 부착되는 땜납볼을 가진다. 땜납되지 않게된 구역에서 땜납 패드를 제거하기 위해 땜납볼이 땜납판을 가로 질러 끌릴때 핀들은 상승 또는 하강될 수 있다. 만일 다양한 핀 또는 핀즈리 여러 크기의 땜납볼을 가지면 이것들은 주어진 여러 땜납 피복두께의 여러 도체패드를 제공하도록 상승 및 하강된다.
공기환경에서 땜납철을 사용하여 땜납볼을 회로판을 통해 회로판상에 설치된 소피복 도체패드로 미는 단계는 통상적인 당분야의 실시예이다. 플럭스를 사용하여 통상 이용되는 땜납의 중량에 기초를 두어 약 1 내지 4wt.% 플럭스에 의해 적절한 습윤성을 얻을 수 있다.
이와는 대조로, 본 발명의 실시예에서, 불활성 분위기가 상기 피복중에 이용되어 습윤성은 플럭스양이 감소하여 상기한 매우 낮은 레벨로 되는 무플럭스 공정 또는 거의 무플럭스 공정에서 조차도 이루어진다.
이와는 대조로 본 발명의 실시예에서, 불활성 분위기가 상기 피복중에 이용되어 습윤성은 플럭스양이 감소하여 상기한 매우 낮은 레벨로 되는 무플럭스 공정 또는 거의 무플럭스 공정에서도 얻어질 수 있다. 공기 환경에서 플럭스를 사용하는 종래 실시예에서처럼, 이러한 저레벨 플럭스는 잔류물의 세척이 필요로 하지 않는다.
무플럭스 및 소량 플럭스를 사용하는 본 발명의 피복공정은 무산화 땜납볼을 유지시키고 구형 및 습윤도에패드를 유지시키는 상당한 장점을 가진다. 이 공정은 도체 패드 땜납욕에 침입되는 공정에서 얻을 수 없는 방법으로 땜납 체적을 무플럭스 피복조작에 의해 제어되게 한다. 재흐름 납땜(reflow soldering)으로공지된 납땜 실시예에서, 이음부에서의 땜납양은 통상적으로 도체패드상에 땜납 페이스트 및 플럭스를 인쇄함으로서 제어된다. 이것은 제어하기 매우 어려운 공정 인데, 그 이유는 인쇄능력이 페이스트의 성질에 크게 영향받으며 또한 온도, 수면 및 수분에 의해 상당히 영향받기 때문이다. 땜납의 예비 형체가 몇몇 경우에 사용되지만 각 패드 형상은 각자의 형상을 가져야 하고, 패드 플럭스가 예비형체에 형성된 산화물을 제거하는 플럭스를 필요로 한다.
땜납 피복의 형상 및 양의 바람직한 제어외에도, 본 발명은 조작면에서는 비실용적일 수 있고 기판 및 성분에 해를 입힐 수 있는 더 큰 땜납욕과의 접촉 또는 침입없이 무플럭스 피복 및 이음을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 다양한 무플럭스 공정을 제공하여 제어된 압력공정의 매우 중요한 잇점을 제공한다.
본 발명은 피복 또는 이음될 금속과 납땜 저수조 사이의 제거지점에서 제어된 포지티브압력을 얻기위한 땜납볼의 사용을 설명했다. 다른 수단이 또한 제어된 포지티브압력을 얻기위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 주입기 방법(syringe method)이 목적을 위해 사용될 수 있다. 통상적으로 유리체와 스테인레스강 바늘을 갖는 주입기가 제어된 압력 조건하에서 피복될 도체 패드 또는 다른 표면상에 땜납을 증착시키는데 사용될 수 있다. 이를 위해 주입기내 땜납체는 바람직한 포지티브 압력으로 설치되어, 제어된 형상 및 체적의 땜납이 피복될 표면으로부터 주입기내에 증착 되도록 한다. 대안으로, 땜납의 중력이 제거지점에서 바람직한 최종압력 또는 이 압력부근의 압축으로 바람직하게 제어된 포지티브 압력을 설정하는데 주입기가 사용될 수 있다.
본 발명은 압력 제어 방법은 피복될 부분이 땜납욕으로부터 퇴출하는 종래의 방법과는 상당히 다르다. 종래의 방법에서, 제거지점에서 압력은 땜납 기둥이 부러질 때, 네가티브 압력으로 부터 포지티브 압력으로 빠르게 변한다. 상기한 바와같이 특정 네가티브 압력값이 특정 적용에 관한 조작인장에 따르므로, 제거지점에서 압력은 제어되고 바람직한 압력으로 항상 존재할 필요가 없으므로 바람직한 최종 피복의 체적 및 형상을 생산한다.
제거지점에서의 바람직한 제어 압력은 네가티브 및 포지티브 압력일 수 있다는 것을 당 분야기술자는 잘 알고 있다. 제어도니 포지티브 압력은 피복면이 볼록 할때 바람직하고, 제어된 네가티브 압력은 피복면이 오목할 때 바람직하다. 이러한 예에 있어서, 포지티브 압력조건하에 피복재료를 피복될 표면에 입혀, 피복을 땜납 저수조로부터 분리하기전에 제거지점에서 제어된 네가티브 압력조건으로 변화시키는 것이 편이하다. 주입기는 성분을 습윤화하기 위해 먼저 포지티브 압력을 적용한 후에, 적합한 피복형상을 가능하게 하기 위해 분리단계중제어된 네가티브 압력을 적용하는데 사용될 수 있다. 이러한 피복배열은 예를들어 피복이 무납 칩 운반체용 소켓을 제공하는 적용에 바람직하다. 이음이 두물체 사이에 만들어질 때 이러한 제어된 네가티브 압력의 사용이 또한 바람직하다. 오목형 이음(네가티브 내부압력)은 볼록형 이음보다 더 우수한 기계적 특징을 가진다.
제3도는 상술한 본 발명의 제어 음압 실시예를 이용한, 납과 기판사이의 전형적인 납땜 이음의 횡단면도이다. 리드(10)는 납땜 이음(11)에 의해 기판(14 및 15)의 도전 패드(12 및 13)에 각각 접합된다. 납땜이음(11)은 도관(17)을 통해서 땜납용기(16)와 접촉되어 있다. 납땜이음(11)의 내부에는 제어음압이 있는데, 곡류반경(R)이 땜납 외부에 놓여있는 현상으로 입증된다. 이러한 음의 곡률반경은 납땜이음(11)이 제어음압상태에 있는 땜납 용기와 접촉되어 있음으로써 제어되며, 땜납볼에 적절한 제어양압, 및 본 발명의 또다른 양압 실시예와 대조된다. 도시된 실시예에서, 용기내의 제어음압은 용기의 측면을 땜납으로 적시므로서 생긴다. 메니스커스(meniscus)는 오목하며, 곡률반경(R')는 땜납외부에 놓여 있으므로, 용기의 압력은 음압이다. 기판상의 납땜이음(11)이 제어 음압의 용기(16)와 접촉되어 있으므로, 납땜이음(11)은 내부에 동일한 음압을 가지며 바람직한 오목형상이 된다. 이러한 이음방법은 납땜이음시에 과다한 땜납을 포함하여 초과 땜납이 기판상에서 인접한 땜납이음에 뻗어나와서 생기는 바람직하지 못한 브리지를 제거시키는 잇점이 있다.
본 발명의 본질적 무플럭스(fluxless) 피복 공정과 상술한 노보타르스키(Nowotarski)의 특허에 게재된 것 모두 항복 땜납 피복으로서 대다니 땜납 접합성이 좋다. 여기에서 사용된 본질적 무플럭스는 상술한 바와 같이 플럭스가 없는, 그리고 플럭스가 거의 없는 상태를 포함한다는 것을 이해할 수 있다. 실제로, 무플럭스 피복은 납땜이 잘되므로 본질적으로 플럭스없이 대기 환경에서도 서로 접합이 잘되나. 그러나, 바람직한 실시예에서, 접합된 표면은 용융땜납 피복이 있으며, 불활성 대기중에서 접합된다.
바람직한 이음을 위해서 접합될 2개이 표면이 용융점 이상의 온도에서 땜납과 접촉되는 납땜 이음 공정은 접합된 표면들이 땜납용기, 및 담금(soaks up) 이음과 접촉되는 납땜 또는 웨이브와 구별되거나, 땜납의 웨이브로부터 제거될 필요가 있는 땜납을 보존 한다. 제4도에 도시된 바와같이, 부품(20)은 리드(21 및 22)를 가지고 있으며, 그 리드단부에 볼록 땜납피복(23 및 24)이 되어있다. 기판(25)에는 땜납피복(28 및 29)이 되어있는 도체패드(26 및 27)이 있다. 접촉 땜납피복(23 및 28)과 납땜 용융점 이상의 온도에 있는 땜납피복(24 및 29)에서, 납땜이음(30 및 31)이 형성되어 부품(20)을 기판(25)에 고정시킨다.
본 발명의 제어압력공정에 따라 적용되는 땜납 피복을 사용한 이음에 있어서, 접합되는 표면의 적어도 1개이상에 본 발명에 따라 적용된 피복이 있다. 상술한 바와같이, 본 발명의 피복공정을 기초로 한 바람직한 본질적 무플럭스 이음의 발견은, 접합되는 표면의 적어도 1개에 상기 노보타르스키 특허의 무플럭스 공정에 따라 피복될 때 적절한 무플럭스 이음동작이 수행될 수 있다는 또다른 발견이 유도 된다. 바람직한 실시예에서, 접합되는 2개의 표면들이 이음에 있어서 적절한고 바람직한 땜납의 양을 적용시키기 위해서 본 발명의 제어 압력공정을 사용하여 매우 바람직하게 피복되는 도체 패드와 함께, 본질적 무플럭스 공정에 의해서 피복된다. 표면들은 비활성 대기 중에서 땜납 용융점 이상에서 바람직하게 접합된다. 납땜이 접촉에 앞서 용해될 때 이음은 즉시 그리고 일관하여 접합된다. 부품의 위치는, 땜납의 표면장력이 부품의 위치를 적절하게 위치 시키기 때문에, 도체 패드의 땜납을 벗겨냄 없이 편리하게 조절될 수 있다. 이러한 효과를 가판이나 부품을 약간 진동시킴으로써 증진시킬 수 있다. 그 결과로서, 부품 배치의 정확도는 부품이 플럭스 바이더내의 조그만 땜납볼과 같은 땜납 페이스트나, 페이스트 대신에 고체덩이의 납땜같은 예비형체(preform)내에 배치될 때 보다도 덜 위험하다. 본 발명의 이음공정을 사용하면, 2만분의 1인치보다 더작은 리드간격을 가지는 정밀한 피치의 구성품들을 수작업으로 배치 할 수 있는 반면에 종래의 방법에서 그러한 배치를 할 경우에는, 파지 및 배치기계나 감시 장치를 가진 로보트가 필요하게 된다.
본 발명의 중요한 특징에서, 접합될 표면이 대기중에 노출되어 피복 될 수도 있으나, 효과적으로 질소내의 연속적인 재가열상에서 접합될 수 있다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 한 위치에서 피복을 하고 연속적으로 다른 위치에서 이음을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 범위내에서, 피복이 고체상태일 때 접합될 부품들을 조립한 다음, 불활성 대기중에서 가열하여 접합시킬 수 있다. 약간의 밀침으로 인해 부품을 이동시키는 경항이 있는 실제적으로 상업적인 동작에서 수행하기가 어렵기 때문에, 상기한 바는 특히 바람직하지 못하다. 그러나, 이러한 동작의 어려움은 적절한 고정구나 아교를 사용함으로써 극복될 수 있다.
놀랍게도, 만일 피복이 용융상태에 있다면, 접합될 부품들이 대기중에서 조립될 수 있다는 것을 알았다. 이것은 만일 피복이 대기중에 노출되어 있다면, 접합 이음이전에 피복표면의 연속적인 산화가 발생하기 때문에 예상치 않은 상황이다. 만일 피복이 대기중에 노출되는 시간이 매우 짧아서 연속 산화층이 비교적 얇다면, 땜납의 표면장력이 매우 강하여 산화피복을 부스러 뜨리는 것을 볼 수 있다. 이음에 앞서 30초동안 대기중에 용융피복의 노출이 연속적인 이음상에서 역효과없이 발생했다. 또한, 양호한 아음이 형성되는 한 조금더 길게 노출되는 것이 허용될 수 있다.
양 표면이 상기 노보타르스티의 특허의 공정에 의해 피복되어 있다면 이음을 성취될 수 있지만, 이음내의 땜납의 양이 변화하여 적절한 이음에 적절하지 못하다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 범위내에서 본 발명의 제어 압력 공정에 의해서 또는 노보타르스키의 특허의 공정에 의해서 1개의 표명이 피복됨으로써 이음을 수행할 수 있다. 이 경우에서, 이음은 질소 분위기 같은 불활성 분위기중에서 수행되야하며, 피복되지 않은 다른 표면은 사용된 땜납에 의해 납땜되어야 한다.
본질적 무플럭스 적용에서 납땜할 재료에 땜납의 제어체적을 적용시키는 것은 납땜기술에 있어서 바람직 큰 진전을 시사한다.
본 발명의 제어 압력 공정은 사용한 상기의 피복, 및 그것으로부터 유도되는 무플럭스 이음기술로 인해, 고품질의 재생가능한 이음을 성취할 수 있다. 본 발명의 실시로 제공되는 상기 고품질 및 가공 처리의 유연성에 의해 다양한 산업응융에 있어서의 증가된 요구에 충분히 대처할 수 있다.

Claims (10)

  1. 땜납을 땜납의 용융점 보다 더 높은 용융점을 갖는 하나 이상의 고용 금속패드 표면에 피복시키는 방법에 있어서, (a) 땜납 피복의 표면과 땜납 저수조의 표면을 오가는 제어된 압력을 상기 땜납피복의 소정의 최종 압력으로 설정하기 위해, 불할성의 무플럭스 상황하에서 피복될 하나 이상의 고용 금속패드(2, 3)면에 상기 땜납 저수조를 접촉시키는 단계 및, (b) 상기 저수조를 금속패드 표면으로부터 제거하는 지점(7)이 상기 저수조와 고용 금속패드 표면상에 남아 있는 패드피복(8) 사이에 형성되어 있어서, 상기 패드피복내의 땜납의 압력이 땜납 저수조로부터 패드 피복을 실제로 분리하기 전이나 후에도 상기 제거 지점에서의 땜납저장조 내의 압력으 동일해져, 일정한 체적과 형상을 갖는 상기 패드피복의 곡률반경이 제거 지점에서의 땜납 저장조의 곡률반경과 동일해질 수 있도록, 상기 땜납 저수조를 상기 금속패드 표면으로부터 제거하는 단계를 포함함으로써, 상기 피복단계들은 피복단계와 관련된 조작 인자에 민감하지 않은 평형 상태에서 행해지며, 상기 땜납 저수조의 제어된 압력에 의해 소정의 피복 체적 및 형상으로의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피복 단계는 납땜 단계이고, 상기 용탕 저수조는 용융 땜납 저수조로 이루어지고 피복될 하나 이상의 땜납은 고용 급속면으로 이루어짐을 특징으로 하는 피복 방법.
  3. 땜납을 땜납의 용융점보다 더 높은 용융점을 갖는 하나 이상의 고용 패드 표면에 피복시키는 방법에 있어서, (a) 땜납 피복의 표면과 땜납 저수조의 표면을 오가는 제어된 양의 압력을 상기 땜납 피복의 소정의 최종 압력으로 설정하기 위해, 불활성의 무플럭스 상황하에서 피복될 하나 이상의 고용 금속패드(2, 3)면에 땜납볼(6)을 갖는 상기 땜납 저수조를 접촉시키는 단계 및, (b) 상기 저수조를 금속 패드 표면으로부터 제거하는 지점(7)이 상기 저수조와 고용 금속 패드 표면상에 남아 있는 패드 피복(8) 사이에 형성되어 있어서, 상기 패드 피복 내의 땜납의 양 압력이 땜납 저수조로부터 패드 피복을 실제로 분리하기 전이나 후에도 상기 제거 지점에서의 땜납 저장조 내의 양의 압력과 동일해져, 일정한 체적과 형상을 갖는 상기 패드 피복의 곡률 반경이 제거 지점에서의 땜납 저장조의 곡률반경과 동이해질 수 있도록, 상기 땜납 저수조를 상기 금속 패드 표면으로부터 제거하는 단계를 포함함으로써, 상기 피복단계들은 피복 단계와 관련된 조작인자에 민감하지 않은 평형 상태에서 행해지며, 상기 땜납 저수조의 제어된 압력에 의해 소정의 피복 체적 및 형상으로의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 접촉 단계는 납땜 단계이고, 상기 땜납 저수조는 용융 땜납을 포함하며, 피복될 하나 이상의 금속 패드면은 용융가능한 땜납 피복면을 포함하며, 그 용융 땜납 저수조는 땜납볼을 포함하며, 상기 땜납볼의 곡률 반경은 땜납볼에 제어가능한 양의 압력을 제공하는 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  5. 땜납을 땜납의 용융점보다 더 높은 용융점을 갖는 하나 이상의 고용 금속 패드 표면에 피복시키는 방법에 있어서, (a) 땜납 피복의 표면과 땜납 저수조의 표면을 오가는 제어된 양의 압력을 상기 땜납 피복의 소정의 최종 압력으로 설정하기 위해, 불활성의 무플럭스 상황하에서 피복될 하나 이상의 고용 금속 패드(2, 3)면에, 주입기에 의해 제공되고 제어가능한 체적과 형상의 땜납볼(6)을 갖는 상기 땜납 저수조를 접촉시키는 단계 및, (b) 상기 저수조를 금속 패드 표면으로부터 제거하는 지점(7)이 상기 저수조와 고용 금속 패드 표면상에 남아 있는 패드 피복(8) 사이에 형성되어 있어서, 상기 패드 피복 내의 땜납의 양의 압력이 땜납 저수조로부터 패드 피복을 실제로 분리하기 전이나 후에도 상기 제거 지점에서의 땜납 저장조내의 양의 압력과 동일해져, 일정한 체적과 형상을 갖는 상기 패드 피복의 곡률반경이 제거 지점에서의 땜납 저장조의 곡률 반경과 동일해질 수 있도록, 상기 땜납 저수조를 상기 금속 패드 표면으로부터 제거하는 단계를 포함함으로써, 상기 피복단계들은 피복 단계와 관련된 조작 인자에 민감하지 않는 평형 상태에서 행해지며, 상기 땜납 저수조의 제어된 압력에 의해 소정의 피복 체적 및 형상으로의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  6. 땜납을 땜납의 용융점보다 더 높은 용융점을 갖는 하나 이상의 고용 금속 패드 표면에 피복시키는 방법에 있어서, (a) 땜납 피복의 표면과 땜납 저수조의 표면을 오가는 제어된 음의 압력을 상기 땜납 피복의 소정의 최종 압력으로 설정하기 위해, 불활성의 무플럭스 상황하에서 피복될 하나 이상의 고용 금속 패드(2, 3)면에, 주입기에 의해 제공되고 제어가능한 체적고 형상을 가지며 상기 땜납 저수조로부터 분리되어 상기 고용금속 패드면상에 유지되는 땜납볼(6)을 갖는 상기 땜납 저수조를 접촉시키는 단계 및, (b) 상기 저수조를 금속 패드 표면으로부터 제거하는 지점(7)이 상기 저수조와 고용 금속 패드 표면상에 남아 있는 패드 피복(8) 사이에 형성되어 있어서, 상기 패드 피복 내의 땜납의 음의 압력이 땜납 저수조로부터 패드 피복을 실제로 분리하기 전이나 후에도 상기 제거 지점에서의 땜납 저장조 내의 음의 압력과 동일해져, 일정한 체적과 형상을 갖는 상기 패드 피복의 곡률반경이 제거 지점에서의 땜납 저장조의 곡률반경과 동일해질 수 있도록, 상기 땜납 저수조를 상기 금속 패드 표면으로부터 제거하는 단계를 포함함으로써, 상기 피복 단계들은 피복 단계와 관련된 조작 인자에 민감하지 않은 평형 상태에서 행해지며, 상기 땜납 저수조의 제어된 압력에 의해 소정의 피복 체적 및 형상으로의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  7. 땜납을 땜납의 용융점보다 더 높은 용융점을 갖는 하나 이상의 고용 금속 패드 표면에 피복시키는 방법에 있어서, (a) 땜납 피복의 표면과 땜납 저수조의 표면을 오가는 제어된 압력을 상기 땜납 피복의 소정의 최종 압력으로 설정하기 위해, 불활성의 무플럭스 상황하에서 피복될 하나 이상의 고용 금속 패드(2, 3)면에 상기 땜납 저수조를 접속시키는 단계 및, (b) 상기 저수조를 금속 패드 표면으로부터 제거하는 지점(7)이 상기 저수조와 고용 금속 패드 표면상에 남아 있는 패드피복(8) 사이에 형성되어 있어서, 상기 패드 피복 내의 땜납의 압력이 땜납 저수조로부터 패드 피복을 실제로 분리하기 전이나 후에도 상기 제거 지점에서의 땜납 저장조 내의 압력과 동일해져, 일정한 체적과 형상을 갖는 상기 패드 피복의 곡률반경이 제거지점에서의 땜납 저장조의 곡률반경과 동일해질 수 있도록, 상기 땜납 저수조를 상기 금속 패드 표면으로 부터 제거하는 단계를 포함하며, 상기 접촉 단계는 납땜 단계이고, 상기 땜납 저수조는 용융 땜납을 포함하며, 피복될 하나 이상의 금속 패드면은 용융가능한 땜납 피복면을 포함하며, 상기 땜납 피복면은 상부에 피복되는 땜납을 갖는 도체 패드를 포함하며, 상기 땜납 피복면에는 산화제와 기타 바람직하지 않은 오염물이 피복되며, 상기 용융 땜납 볼은 땜납 피복을 용융시켜 산화제와 오염물이 상기 땜납볼에 부착되어 상기 금속 도체 패드로부터 제거되기에 충분한 양으로 상기 도체 패드상의 노출 무산화 영역으로부터 이탈함으로써, 상기 피복 단계들은 피복 단계와 관련된 조작 인자에 민감하지 않은 평형 상태에서 행해지며, 상기 땜납 저수조의 제어된 압력에 의해 소정의 피복 체적 및 형상으로의 제어한 가능한 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  8. 무플럭스 피복 상태하에서 가해지는 하나 이상의 고용 금속 패드면들 사이에 이음을 형성하기 위해서, 무플럭스 상태하에서 상기 고용금속 패드면들을 접촉시키는 이음 방법에 있어서, 상기 피복들은, (a) 땜납 피복의 표면과 땜납 저수조의 표면을 오가는 제어된 압력을 상기 땜납 피복의 소정의 최종 압력으로 설정하기 위해, 불활성의 무플럭스 상황하에서 피복될 하나 이상의 고용 금속 패드(2, 3)면에 상기 땜납 저수조를 접촉시키는 단계 및, (b) 상기 저수조를 금속 패드 표면으로부터 제거하는 지점(7)이 상기 저수조와 고용 금속 패드 표면상에 남아 있는 패드 피복(8) 사이에 형성되어 있어서, 상기 패드 피복 내의 땜납의 압력이 땜납 저수조로부터 패드 피복을 실제로 분리하기 전이나 후에도 상기 제거 지점에서의 땜납 저장조내의 압력과 동일해져, 일정한 체적과 형상을 갖는 상기 패드 피복의 곡률반경이 제거 지점에서의 땜납 저장조의 곡률반경과 동일해질 수 있도록, 상기 땜납 저수조를 상기 금속 패드 표면으로부터 제거하는 단계에 따라 피복되는 것을 특징으로 하는 이음 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 접촉 단계는 납땜 단계이고, 상기 고용 금속면은 용융가능한 땜납면을 포함하며, 상기 금속 피복은 땜납 피복면을 포함하는 것을 특징으로 하는 이음 방법.
  10. 제8항에 있어서, 서로 이음될 부품들은 고체 형태의 피복들에 의해서 조립되며, 상기 피복들은 이음을 위해 불활성 분위기에서 가열되는 것을 특징으로 하는 이음 방법.
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