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KR100807478B1 - 솔더 형성 방법 및 솔더 형성용 캡 - Google Patents

솔더 형성 방법 및 솔더 형성용 캡 Download PDF

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KR100807478B1
KR100807478B1 KR1020070022044A KR20070022044A KR100807478B1 KR 100807478 B1 KR100807478 B1 KR 100807478B1 KR 1020070022044 A KR1020070022044 A KR 1020070022044A KR 20070022044 A KR20070022044 A KR 20070022044A KR 100807478 B1 KR100807478 B1 KR 100807478B1
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KR
South Korea
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solder
solder forming
cap
forming material
substrate
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오흥재
최진원
김승완
문선재
Original Assignee
삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 솔더 형성용 캡을 이용한 솔더 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 솔더 형성 방법은, (A) 랜드를 포함하는 회로층이 형성된 기판을 준비하는 단계; (B) 상기 랜드 위에 솔더 형성용 물질을 형성하는 단계; (C) 상기 솔더 형성용 물질을 덮도록 솔더 형성용 캡을 상기 기판에 밀착한 상태에서 상기 솔더 형성용 물질을 가열하는 단계; 및 (D) 상기 캡을 제거하는 단계를 포함한다.
인쇄 회로 기판, 캡, 밀착, 가열

Description

솔더 형성 방법 및 솔더 형성용 캡{MANUFACTURING METHOD OF SOLDER AND CAP FOR THE SAME}
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 솔더 형성 방법을 도시한 공정 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 솔더 형성용 캡의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 솔더 형성 방법을 도시한 공정 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 솔더 형성용 캡의 단면도이다.
본 발명은 솔더 형성 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 솔더 형성용 캡을 이용한 솔더 형성 방법에 관한 것이다.
인쇄 회로 기판은 전자 통신 기기 등에 사용되는 가장 기본적인 전자 부품으로서, 전자 통신 기술의 급속한 발전에 따라 인쇄 회로 기판 기술 또한 급속하게 발전하고 있다. 반도체 패키지 등을 형성하기 위하여 인쇄 회로 기판에 솔더 등을 이용하여 반도체 소자 등를 부착하는 표면 실장 기술(surface mount technology, SMT)이 통상적으로 사용되고 있다.
일반적으로 종래 기술에 따른 솔더 형성 방법은, 개구부를 구비하는 마스크를 인쇄 회로 기판에 밀착하는 공정, 솔더 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 마스크의 개구부 내에 충진하는 공정, 인쇄 회로 기판으로부터 마스크를 분리하는 공정, 및 솔더 페이스트를 가열하여 솔더를 형성하는 리플로우(reflow) 공정을 포함한다. 이 리플로우 공정에서는 솔더 페이스트가 도포된 인쇄 회로 기판을 챔버 내부에 위치한 상태에서 챔버 내부를 가열하여 솔더 페이스트를 가열한다.
그러나 이러한 종래 기술에 따르면, 솔더 페이스트에 열이 불균일하게 전달되어 솔더 페이스트의 일부가 용융되지 않는 냉납 현상이 발생할 수 있으며 챔버 내부로 솔더 페이스를 구성하는 물질 일부가 비산하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 우수한 신뢰성을 가지는 솔더를 형성하기 위하여 챔버 내의 분위기를 엄격하게 제어하여야 한다.
게다가 종래 기술에서는 마스크를 이용하여 솔더 페이스트를 도포하므로 솔더를 균일하게 형성하기 위하여 마스크의 패턴을 미세화하는 데 한계가 있으며, 인쇄 회로 기판과 마스크의 밀착도 및 마스크 분리의 정밀도가 크게 요구된다.
즉, 마스크의 패턴이 일정 수준으로 미세해지면 솔더 페이스트가 개구부를 내를 완전하게 채우지 못하여 솔더 페이스트 내부에 기공이 발생할 수 있다. 그리고 인쇄 회로 기판과 마스크가 완벽하게 밀착되지 않으면 마스크와 인쇄 회로 기판의 사이로 솔더 페이스트가 유출되어 분리되어야 할 솔더들이 전기적으로 연결되는 브릿지(bridge) 현상이 발생할 수 있다. 또한 인쇄 회로 기판과 마스크의 밀착도에 따라 마스크를 분리할 때 인쇄 회로 기판에 잔류하는 솔더 페이스트의 양이 변화하므로 솔더가 불균일하게 형성될 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 리플로우 공정에서 냉납, 비산 등을 방지할 수 있고 솔더 형성용 물질을 균일하게 가열하여 솔더를 균일하게 형성할 수 있는 솔더 형성 방법 및 이에 사용되는 솔더 형성용 캡을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 솔더 형성 방법은, (A) 랜드를 포함하는 회로층이 형성된 기판을 준비하는 단계; (B) 상기 랜드 위에 솔더 형성용 물질을 형성하는 단계; (C) 상기 솔더 형성용 물질을 덮도록 솔더 형성용 캡을 상기 기판에 밀착한 상태에서 상기 솔더 형성용 물질을 가열하는 단계; 및 (D) 상기 솔더 형성용 캡을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 (B) 단계에서, 상기 랜드가 복수로 형성되며, 상기 솔더 형성용 물질이 상기 복수의 랜드를 일체 구조로 덮으면서 형성될 수 있다. 상기 (C) 단계에서는,상기 솔더 형성용 물질이 상기 솔더 형성용 캡에 의해 상기 각 랜드에 대응하도록 분리될 수 있다. 상기 (C) 단계에서 사용되는 상기 솔더 형성용 캡은, 몸체 및 상기 각 랜드에 대응하는 복수의 공간부를 형성하도록 상기 몸체로부터 돌출되는 돌출부를 구비할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 기판을 향하는 제1 부분이 상기 몸체에 인접하는 제2 부 분보다 더 좁은 면적을 가질 수 있다.
상기 (B) 단계에서, 상기 솔더 형성용 물질을 상기 랜드에 대응하여 형성하할 수 있다. 상기 (C) 단계에서 사용되는 상기 솔더 형성용 캡은, 몸체 및 하나의 공간부를 형성하도록 상기 몸체의 가장자리에서 돌출되는 돌출부를 구비할 수 있다.
상기 (C) 단계 이전에, 상기 솔더 형성용 물질이 형성된 상기 기판을 예비 가열하는 (E) 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 (E) 단계는 무산소 분위기에서 수행될 수 있다.
상기 솔더 형성용 캡 내부에 상기 솔더 형성용 물질을 가열하는 열발생부가 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 솔더 형성용 캡은, 열발생부를 구비하는 몸체, 및 상기 몸체로부터 적어도 하나의 공간부를 형성하도록 돌출되는 돌출부를 포함한다.
상기 돌출부는 상기 각 랜드에 대응하는 복수의 공간부를 형성하도록 돌출될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 기판을 향하는 제1 부분이 상기 몸체에 인접하는 제2 부분보다 더 좁은 면적을 가질 수 있다.
상기 돌출부는 하나의 공간부를 형성하도록 상기 몸체의 가장자리를 따라 돌출될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 솔더 형성 방법 및 이에 사용되는 솔더 형성용 캡에 대하여 설명한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 솔더 형성 방법을 도시한 공정 단면도들이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 솔더 형성용 캡의 단면도이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 랜드(12)를 포함하는 회로층이 형성된 인쇄 회로 기판(10)(이하 "기판"이라 함)을 준비한다. 이러한 기판(10)에는 설계에 따라 전기적 신호를 생성하거나 전달하기 위한 회로층, 비아홀, 절연층이 형성되지만, 본 도면에서는 본 발명을 좀더 명확하게 설명하기 위하여 랜드(12)만을 도시적으로 도시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되지 않음은 물론이다.
본 실시예에서는 복수 개의 기판(10)이 일체로 구비된 모(母)기판을 준비하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 각 기판(10)을 별도로 준비할 수 있음은 물론이다.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 랜드(12) 위에 솔더 형성용 물질(14)을 형성한다. 본 실시예에서는 랜드(12)가 복수로 형성되고, 솔더 형성용 물질(14)이 이 복수의 랜드(12)를 일체(一體) 구조로 덮으면서 형성된다. 즉 본 실시예에서는 솔더 형성용 물질(14)을 별도의 마스크 없이, 또는 각 기판(10)에 대응하는 마스크만을 사용하여 형성한다.
이 솔더 형성용 물질(14)은, 일례로 플럭스 내부에 주석/납 입자가 분산된 솔더 페이스트를 스크린 프린팅과 같은 방법으로 도포하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며 솔더를 형성할 수 있는 물질을 다양한 방법을 이용하여 인쇄 회로 기판에 형성할 수 있음은 물론이다.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 솔더 형성용 물질(14)이 형성된 기판(10)을 챔버(20) 내에서 예비 가열한다. 유산소 분위기에서는 주석 산화물(SnO)과 같은 산화물이 형성되어 이후에 수행될 리플로우(reflow) 공정을 방해하거나 주석/납 입자들의 결합을 방해할 수 있으므로, 이러한 예비 가열은 무산소 분위기에서 수행되는 바람직하다.
이러한 예비 가열은 솔더 형성용 물질(14)을 가열하여 솔더(도 1e의 참조부호 40, 이하 동일)를 형성하는 리플로우 공정보다 낮은 온도로 솔더 형성용 물질(14)을 가열하는 것으로, 급격한 온도 변화에 따른 문제를 방지하는 한편 솔더 형성용 물질(14)의 유동성을 향상시키는 역할을 한다.
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 솔더 형성용 물질(14)을 덮도록 솔더 형성용 캡(30)(이하 "캡"이라 함)을 기판(10)에 밀착한 상태에서 솔더 형성용 물질(14)을 가열하는 리플로우 공정을 수행하여 솔더(도 1e의 참조부호 40, 이하 동일)를 형성한다.
도 2를 참조하여 캡(30)을 좀더 상세하게 설명하면, 캡(30)은 각 기판(10)을 덮도록 형성된 평면 형상의 몸체(32)와 이 몸체(32)로부터 랜드(도 1d의 참조부호 12)에 대응하는 복수의 공간부(36)를 형성하도록 돌출되는 돌출부(34)를 포함하여 구성된다. 즉 돌출부(34)는 랜드(12)가 형성되지 않는 부분에 대응하여 돌출되어 랜드(12)에 대응하도록 공간부(36)가 형성된다. 이 때, 돌출부(34)는 기판(10)을 향하는 제1 부분(34a)이 몸체(32)에 인접한 제2 부분(34b)보다 좁은 면적을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 캡(30)의 몸체(32) 내부에는 솔더 형성용 물질(도 1d의 참조부호 14, 이하 동일)을 가열하는 열발생부(38)가 설치될 수 있다. 이러한 열발생부(38)는 열을 발생시켜 솔더 형성용 물질(14)을 가열할 수 있는 것이라면 어느 것이라도 무방한데, 본 실시예에서는 일례로 열발생부(38)가 열선으로 이루어진다.
이러한 구조의 캡(30)을 기판(10)에 정렬하여 밀착시키면, 도 1d에 도시된 바와 같이, 예비 가열에 의하여 유동성이 향상된 솔더 형성용 물질(14)이 캡(30)의 공간부(36) 내로 이동하여 랜드(12)가 형성된 부분에만 솔더 형성용 물질(14)이 위치하게 된다.
이에 따라 솔더 형성용 물질(14)이 캡(30), 구체적으로는 캡(30)의 돌출부에 의해 각 랜드(12)에 대응하도록 분리된다. 이 때 돌출부(34)의 제1 부분(34a)의 면적을 돌출부(34)의 제2 부분(34b)의 면적보다 좁으므로, 솔더 형성용 물질(14)을 좀더 잘 분리시킬 수 있으며 솔더 형성용 물질(14)이 돌출부(34)의 하부에 잔류하는 것을 좀더 방지할 수 있다.
이 상태에서 캡(30)의 열발생부(38)를 이용하여 솔더 형성용 물질(14)을 가열한다. 캡(30)에 의해 덮여진 상태에서 캡(30)의 열발생부(38)에 의하여 솔더 형성용 물질(14)을 직접 가열하므로, 솔더 형성용 물질(14)이 비산하거나 일부가 용융되지 않는 냉납 등의 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
더욱이 본 실시예에서는 솔더 형성용 물질(14)을 별도의 마스크 없이, 또는 각 기판(10)에 대응하는 마스크만을 사용하여 형성한 후 캡(30), 구체적으로는 캡(30)의 돌출부에 의해 각 랜드(12)에 대응하도록 분리함으로써, 미세화된 패턴의 마스크를 사용하지 않으며 마스크의 밀착도 및 마스크 분리의 정밀도가 크게 요구되지 않는다. 따라서 솔더 형성용 물질(14)에 기공(pore)이 형성되거나 브릿지(bridge)와 같은 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 솔더(40)를 균일하게 형성할 수 있다.
이어서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 기판(10)으로부터 캡(30)을 제거하여 인쇄회로기판의 솔더(40)의 형성을 완료한다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 솔더 형성 방법 및 이에 사용되는 솔더 형성용 캡에 대하여 설명한다. 이러한 제2 실시예는 기본적인 구성이 동일 또는 유사하므로, 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 제1 실시예와 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 솔더 형성 방법을 도시한 공정 단면도들이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 솔더 형성용 캡의 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 랜드(112)를 포함하는 회로층이 형성된 기판(110)을 준비한다. 본 실시예에서는 각 기판(110)을 별도로 준비하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 실시예에서와 같이 복수 개의 기판이 일체로 구비된 모(母)기판을 준비할 수 있음은 물론이다.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 각 랜드(112) 위에 대응하도록 솔더 형성용 물질(114)을 형성한다. 본 실시예에서는 일례로 각 랜드(112)에 대응하는 개구부(116a)를 가지는 마스크(116)를 이용한 스크린 프린팅법으로 솔더 형성용 물 질(114)을 형성하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는 것은 물론이다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 솔더 형성용 물질(114)이 형성된 기판(110)을 무산소 분위기의 챔버(120) 내에서 예비 가열한다.
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 솔더 형성용 물질(114)을 덮도록 캡(130)을 기판(110)에 밀착한 상태에서 솔더 형성용 물질(114)에 열을 가하여 솔더(도 3e의 참조부호 140)를 형성한다.
도 4를 참조하여 이 캡(130)을 좀더 상세하게 설명하면, 캡(130)은 각 기판(110)을 덮도록 형성된 평면 형상의 몸체(132)와 이 몸체(132)로부터 각 기판(110)에 대응하는 하나의 공간부(136)를 형성하도록 돌출되는 돌출부(134)를 포함하여 구성된다. 그리고 이 캡(130)의 몸체(132) 내부에는 솔더 형성용 물질(도 3d의 참조부호 114, 이하 동일)을 가열하는 열발생부(138)가 설치될 수 있다.
이러한 구조의 캡(130)을 기판(110)에 정렬하여 밀착한 상태에서 캡(130)의 열발생부(138)를 이용하여 솔더 형성용 물질(114)을 가열하여 솔더(140)를 형성한다. 이에 따라 솔더 형성용 물질(114)의 비산 또는 냉납 등의 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 각 기판(110)에 대응하는 하나의 공간부(136)를 가지는 캡(130)으로 솔더 형성용 물질(114)을 가열하여 각 기판(110)의 열적 균일성을 향상시킴으로써 솔더(40)의 균일성을 향상시킬 수 있다.
상기의 제2 실시예에서는 일례로 각 기판(110)에 대응하는 하나의 공간부(136)를 가지는 캡(130)을 사용하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 각 랜드에 대응하는 복수의 공간부를 가지는 제1 실시예에 따른 캡을 사용하는 것도 가능하다.
이와 같이 상기에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 솔더 형성 방법에서는, 캡으로 솔더 형성용 물질을 덮은 상태에서 캡의 열발생부에 의하여 솔더 형성용 물질을 직접 가열하므로 솔더 형성용 물질의 비산 또는 냉납 등의 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 형성된 솔더의 균일성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.
솔더 형성용 물질을 각 기판에 대응하도록 형성한 후 캡의 돌출부를 이용하여 각 랜드에 대응하도록 분리하는 경우에는, 미세화된 패턴의 마스크를 사용하지 않고도 기공 없이 미세화된 솔더를 집적하여 형성할 수 있다. 또한 마스크의 밀착도 및 마스크 분리의 정밀도가 크게 요구되지 않아도 브릿지(bridge)의 생성을 방지할 수 있으며, 솔더를 균일하게 형성할 수 있다.
솔더 형성용 물질을 각 랜드에 대응하도록 형성한 후 캡을 덮은 후 가열하는 경우에는, 각 기판에서 열적 균일성을 향상시킬 수 있어 솔더들을 균일하게 형성할 수 있다.
한편 솔더 형성용 물질을 가열하기 전에 이보다 낮은 온도로 예비 가열함으 로써 급격한 온도 변화에 따른 문제를 방지하는 한편 솔더 형성용 물질의 유동성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 솔더 형성용 캡은 솔더 형성용 물질을 균일하고 효율적으로 가열할 수 있어 솔더의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이 때 솔더 형성용 캡의 돌출부의 제1 부분의 면적을 제2 부분의 면적보다 좁게 형성하면, 솔더 형성용 물질을 좀더 원활하게 분리시킬 수 있으며 솔더 형성용 물질이 돌출부의 하부에 잔류하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (14)

  1. (A) 랜드를 포함하는 회로층이 형성된 기판을 준비하는 단계;
    (B) 상기 랜드 위에 솔더 형성용 물질을 형성하는 단계;
    (C) 상기 솔더 형성용 물질을 덮도록 솔더 형성용 캡을 상기 기판에 밀착한 상태에서 상기 솔더 형성용 물질을 가열하는 단계; 및
    (D) 상기 솔더 형성용 캡을 제거하는 단계
    를 포함하는 솔더 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서,
    상기 랜드가 복수로 형성되며,
    상기 솔더 형성용 물질이 상기 복수의 랜드를 일체 구조로 덮으면서 형성되는 솔더 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서는,
    상기 솔더 형성용 물질이 상기 솔더 형성용 캡에 의해 상기 각 랜드에 대응하도록 분리되는 솔더 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서 사용되는 상기 솔더 형성용 캡은, 몸체 및 상기 각 랜드에 대응하는 복수의 공간부를 형성하도록 상기 몸체로부터 돌출되는 돌출부를 구비하는 솔더 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 기판을 향하는 제1 부분이 상기 몸체에 인접하는 제2 부분보다 더 좁은 면적을 가지는 솔더 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서, 상기 솔더 형성용 물질을 상기 랜드에 대응하여 형성하는 솔더 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서 사용되는 상기 솔더 형성용 캡은, 몸체 및 하나의 공간부를 형성하도록 상기 몸체의 가장자리에서 돌출되는 돌출부를 구비하는 솔더 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (C) 단계 이전에, 상기 솔더 형성용 물질이 형성된 상기 기판을 예비 가열하는 (E) 단계를 더 포함하는 솔더 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (E) 단계는 무산소 분위기에서 수행되는 솔더 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 솔더 형성용 캡 내부에 상기 솔더 형성용 물질을 가열하는 열발생부가 구비되는 솔더 형성 방법.
  11. 열발생부를 구비하는 몸체; 및
    상기 몸체로부터 적어도 하나의 공간부를 형성하도록 돌출되는 돌출부
    를 포함하는 솔더 형성용 캡.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 각 랜드에 대응하는 복수의 공간부를 형성하도록 돌출되는 솔더 형성용 캡.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 기판을 향하는 제1 부분이 상기 몸체에 인접하는 제2 부분보다 더 좁은 면적을 가지는 솔더 형성용 캡.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 돌출부는 하나의 공간부를 형성하도록 상기 몸체의 가장자리를 따라 돌출되는 솔더 형성용 캡.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06204230A (ja) * 1992-12-28 1994-07-22 Rohm Co Ltd バンプ形成法およびバンプ製造装置
JPH10163624A (ja) 1996-11-27 1998-06-19 Sharp Corp 電子回路装置の製造方法、半田残渣均一化治具、金属ロウペースト転写用治具及び電子回路装置の製造装置

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