KR100690363B1

KR100690363B1 - 인쇄 마스크

Info

Publication number: KR100690363B1
Application number: KR1020060006108A
Authority: KR
Inventors: 최진원
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-03-12

Abstract

솔더 페이스트와 마스크 사이에 발생되는 전단응력의 발생을 줄여 솔더 페이스트의 빠짐성이 좋고, 다이아몬드 유사 코팅층의 내마모성으로 인하여 마스크 표면의 마모를 획기적으로 줄일 수 있어 마스크의 수명을 연장할 수 있는 경제적인 인쇄 마스크 및 이를 이용한 기판 솔더링 방법을 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 상에 솔더링(soldering)을 하기 위하여, 솔더층에 상응하는 관통홀을 가지는 인쇄 마스크에 있어서, 상기 관통홀의 내면에 다이아몬드 유사 코팅(diamond like coating)층을 포함하는 인쇄 마스크를 제시할 수 있다.

솔더 페이스트, 다이아몬드 유사 코팅층, 빠짐성, 젖음성

Description

인쇄 마스크{solder mask}

도 1은 관통홀의 크기에 따른 솔더 페이스트의 이송 효율을 나타내는 도면;

도 2는 다이아몬드 유사 코팅 방법의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면; 및

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄 마스크를 이용한 솔더링 방법을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기상증착챔버 3: 열 또는 플라스마

4 : 테이블 10, 30 : 인쇄 마스크

30a : 다이아몬드 유사 코팅층 13, 33 : 솔더 페이스트

33a : 플럭스(flux) 33b : 솔더 파우더(solder powder)

15, 35 : 기판

본 발명은 인쇄 마스크 및 솔더링 방법에 관한 것으로, 특히 스크린(screen) 인쇄방식에 의하여 솔더 페이스트를 인쇄 마스크를 통하여 기판상에 솔더링하는 방법에 관한 것이다.

미세 피치를 가지는 솔더 페이스트 인쇄 마스크는 그 관통홀을 형성하는 방법에 따라 레이저 가공법, 화학적 에칭법, 전주(electroforming)법이 있다. 레이저 가공법은 인쇄 마스크를 형성할 금속 박판을 레이저로 미세한 홀을 가공하는 방식으로 가공면이 거칠고 정확한 지수로 가공하기 어려운 문제점이 있다. 또한 이 방법은 기계적 강도와 재질이 레이저 가공성을 고려하여 스테인레스 스틸의 가공에 일반적으로 사용되며 일부 인바(invar)가 제한적으로 사용되고 있다.

화학적 에칭법은 인쇄 마스크 박판을 리소그라피(lithography) 레지스트 공정을 이용하여 표면에 소망하는 패턴을 형성하고 에칭액으로 에칭하여 제조한다. 제조 공법에서도 알 수 있듯이 에칭으로 제작된 기판의 경우 관통홀의 벽면에 각이 발생하여 솔더 페이스트를 인쇄한 후 마스크를 제거하면 솔더 페이스트가 잘 빠지지 않는 단점이 있다.

전주법은 유리 기판에 코어층으로 Cr을 형성한 후, 그 위에 리소그라피 공법을 이용하여 필름에 원하는 패턴을 형성한 후 Ni을 전해 도금하여 형성하는 방법이다. 이 방법은 치수가 정밀한 뿐만 아니라 개구부 벽면이 부드럽기 때문에 솔더 페이스트 토출 시 페이스트의 빠짐성이 우수하여 정밀 부품 인쇄용으로 사용범위가 점차 넓어지고 있다.

이러한 방식에 의하여 형성된 관통홀을 가지는 마스크로 솔더 페이스트를 인 쇄할 때, 가장 중요한 사항 중 하나는 인쇄 후 마스크를 제거한 후 마스크 제작 시 고려된 부피의 솔더 페이스트가 정확히 기판 상에 토출되어야 한다는 점이다. 그러나 점차 미세 배선을 형성하기 위하여 미세한 피치의 솔더 페이스트를 인쇄하기 위하여 인쇄 마스크의 관통홀도 작아지고 있어, 솔더 페이스트의 빠짐성이 문제가 되고 있다.

본 발명은 솔더 페이스트 인쇄 후 인쇄 마스크를 제거할 때 발생되는 마스크 사이에 발생되는 전단응력의 발생을 줄여 솔더 페이스트의 빠짐성이 좋은 인쇄 마스크 및 이를 이용한 기판 솔더링 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 다이아몬드 유사 코팅층의 내마모성으로 인하여 마스크 표면의 마모를 획기적으로 줄일 수 있어 마스크의 수명을 연장할 수 있는 경제적인 인쇄 마스크 및 이를 이용한 기판 솔더링 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 상에 솔더링(soldering)을 하기 위하여, 솔더층에 상응하는 관통홀을 가지는 인쇄 마스크에 있어서, 상기 관통홀의 내면에 다이아몬드 유사 코팅(diamond like coating)층을 포함하는 인쇄 마스크를 제시할 수 있다.

여기서, 상기 인쇄 마스크의 상면과 하면에 다이아몬드 유사 코팅층을 포함 할 수 있고, 상기 인쇄 마스크는 스테인레스 스틸 또는 니켈일 수 있다.

또한 여기서 상기 다이아몬드 유사 코팅층의 두께는 0.1 내지 1㎛일 수 있고, 상기 다이아몬드 유사 코팅층은 핫 필라멘트 화학증착법에 의하여 형성될 수 있다.

또한 여기서, 상기 관통홀을 거쳐 토출되어 상기 기판 상에 솔더층을 구성하는 솔더 페이스트와의 빠짐성이 향상될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 관통홀을 채우는 상기 솔더 페이스트의 체적을 Va라 하고, 상기 기판 상에 토출된 상기 솔더 페이스트의 체적을 Vd라 할 때,

(%)의 값이 90 내지 98(%)이다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 인쇄 마스크를 상기 기판의 상부에 적층하는 단계, 상기 인쇄 마스크의 상부에 솔더 페이스트를 제공하는 단계, 스퀴지(squeegee)의 일 말단을 상기 인쇄 마스크의 상부와 접촉시키는 단계, 상기 스퀴지를 가압하면서 상기 인쇄 마스크의 상면을 따라 상기 솔더 페이스트를 밀어주는 단계, 상기 솔더 페이스트가 상기 인쇄 마스크의 상기 관통홀을 통과하여 상기 시판상에 토출되는 단계 및 상기 스퀴지와 상기 인쇄 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 기판 솔더링 방법을 제시할 수 있다.

여기서 상기 다이아몬드 유사 코팅층은 핫 필라멘트 화학증착법에 의하여 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 인쇄 마스크 및 이를 이용한 기판 솔더링 방법의 바람직한 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 솔더 페이스트의 빠짐성 문제에 대해서 먼저 설명하기로 한다.

솔더 페이스트가 높은 점성을 가지고 있기 때문에 솔더 페이스트를 인쇄한 후 마스크를 제거할 때, 솔더 페이스트와 마스크 벽면 사이에 전단응력이 발생된다. 이 전단 응력으로 인하여 솔더 페이스트의 일부가 벽면에 남고 나머지 부분만 제품 표면에 인쇄된다. 이 솔더 페이스트는 미세 솔더 파우더와 플럭스(flux)로 구성되는데, 상술한 솔더 페이스트와 마스크 간의 전단응력은 플럭스와 마스크 간의 젖음성(wetting) 때문에 발생된다. 즉, 플럭스와 마스크간의 젖음성이 낮아지면 마스크와 솔더 페이스트 사이에 작용하는 전단응력이 낮아지고, 결국 솔더 페이스트의 전이 효율(transfer efficiency)이 향상될 수 있다.

여기서 전이 효율이란 마스크의 관통홀을 채우는 솔더 페이스트의 체적을 Va라 하고, 기판상에 토출된 솔더 페이스트의 체적을 Vd라 할 때, 전이 효율 T_E는

의 값을 가진다. 여기서 Va는 마스크의 관통홀과 이론상 체적과 동일하고, Vd는 토출된 실제 또는 예상된 체적이 된다.

이러한 전이 효율은 인쇄 시 마스크 관통홀에 들어간 솔더 페이스트가 관통홀 벽면에 달라붙지 않고 기판 표면에 모두 인쇄될 경우 가장 높은 값을 가진다. 도 1은 관통홀의 크기에 따른 솔더 페이스트의 이송 효율을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 인쇄 마스크(10)의 서로 크기가 다른 관통홀에 동일한 솔더 페이스트(13)를 이용하여 인쇄하면 동일한 양의 솔더 페이스트가 관통홀의 벽면에 달라붙어 인쇄되지 않았을 경우를 나타내고 있다. 도면의 좌측에서 우측으로 갈수록 관통홀의 크기가 점점 작아지고 있으며, 좌측의 큰 관통홀의 경우 관통하는 솔더 페이스트의 양이 많기 때문에 기판(15) 상에 솔더 페이스트(13)가 인쇄되는데 문제가 없다. 그러나 우측의 작은 관통홀의 경우 벽면에 달라붙는 솔더 페이스트(13)가 전체 토출량에서 차지하는 비율이 높아져 결국 원하는 부피의 솔더 페이스트(13)를 인쇄할 수 없다는 문제점이 발생한다.

따라서 상술한 바와 같이 솔더 페이스트와 마스크 간의 젖음성이 낮아지는 것이 필요하며, 젖음성이 낮아지면 솔더 페이스트의 전이 효율이 향상되어 바람직한 솔더링이 이루어지게 된다.

솔더 페이스트의 빠짐성을 향상시키기 위하여 많은 시도가 이루어지고 있는데, 인쇄 마스크를 전해 연마하는 방법으로, 관통홀의 내부를 매끄럽게 처리하는 방법이다. 그러나 이 방법은 솔더 페이스트와 관통홀 내면 사이의 전단응력을 근본적으로 해결하지 못하며, 단지 관통홀 내면을 연마하여 기계적인 마찰을 줄여주는 정도에 불과하다.

본 발명은 솔더 페이스트와 인쇄 마스크 내면 사이의 전단응력을 근본적으로 해결하기 위하여 인쇄 마스크 내면을 다이아몬드 유사 코팅하는 방법을 사용하였다.

다이아몬드 유사 코팅(DLC)은 수소화된 비정질 탄소(a-C:H)의 경질막을 물리적 또는 화학적 기상증착법에 의하여 금속 표면상에 박막 코팅층을 형성하는 것이다. 이러한 당해 기술분야의 통상적인 방법에 의하여 수행될 수 있는 다이아몬드 유사 코팅법은 본 발명에 제한 없이 사용 가능하다.

도 2는 다이아몬드 유사 코팅방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면 다이아몬드 유사 코팅층(30a)은 기상증착챔버(1), 예를 들면 진공챔버 내에서 열 또는 플라스마에 의하여 탄화가스로부터 분해된 라디칼이 마스크(30)로 이동하는 과정에 의하여 인쇄 마스크(30) 상에 막의 형태로 증착된다. 열 또는 플라스마에 의하여 가열되는 기판 상면의 온도는 700 내지 1000℃로 유지되기 때문에 기판이 놓여지는 테이블(4)은 수냉되며 열전도도가 양호한 구리가 일반적으로 사용된다.

다이아몬드 유사 코팅의 기상증착의 원료 기체로는 메탄 등의 탄화수소가 수소에 수% 함유된 기체를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 혼합기체를 활성화 또는 분해하기 위하여 상술한 바와 같이 열 또는 플라스마를 이용한다. 활성화된 기체를 약 1000℃로 유지된 인쇄 마스크에 접촉시키게 되면, 기판에 유사 다이아몬드가 증착되게 된다. 이러한 증착에 필요한 압력은 수십 torr에서 수백 torr범위이다.

이러한 다이아몬드 유사 코팅법은 혼합기체의 활성화 방법에 따라 구분된다. 플라스마 아크를 이용하는 방법으로는 마이크로파 플라스마 보강 화학증착(microwave plasma assisted CVD)법(이하, 'PACVD'라 함), 직류(DC) PACVD법, DC 아크-젯 CVD, RF 토치(torch)법을 들 수 있다. 열을 사용하는 방법으로는 열 필라멘트를 사용하는 핫 필라멘트(HF) CVD법과 산소 아세틸렌 토치염을 이용하는 방법이 있다. 사용하는 에너지원의 종류 및 에너지 크기에 따라 기체의 활성화 정도가 달라지므로 다이아몬드 유사 코팅층의 증착속도 및 결정도도 영향을 받게 된다.

이와 같이 다양한 코팅법을 바람직한 실시예에 따라 살펴보기로 한다. 다이아몬드 유사 코팅층을 형성하는 방법은 크게 수십 torr의 저압에서 증착하는 방법과 100torr이상의 비교적 고압에서 증착하는 방법으로 나눌 수 있다. 저압방법과 고압방법의 특징적인 차이는 전자의 경우 플라스마가 저온 플라스마인데 반하여 후자의 경우는 고온 플라스마라는 점이다. 따라서 고압방법의 경우 플라스마의 에너지가 높아 증착소도가 높고, 결정도가 양호한 다이아몬드의 합성이 가능하다. 반면 압력이 낮은 저압방법의 경우 플라스마의 크기를 증가시키기가 기술적으로 용이하지 않고 많은 전력의 투입이 필수적이다.

이러한 저압방법으로 HF CVD법을 예로 들 수 있다. 텅스텐으로 만들어진 필라멘트가 냉각 기판으로부터 일정한 떨어진 위치에 놓여지며 냉각판 위에 인쇄 마스크가 위치하게 된다. 인쇄 마스크의 온도를 1000℃로 유지하면 유사 다이아몬드가 증착된다.

고압방법은 고속으로 유사 다이아몬드를 두껍게 코팅하는데 주로 사용되며, 마이크로파 PACVD법과 DC 아크-젯 CVD법이 통상적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 형성하고자 하는 다이아몬드 유사 코팅층의 두께가 0.1 내지 1㎛이므로 저압방법을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

다이아몬드 유사 코팅층이 형성되는 인쇄 마스크(30)의 종류로는 스테인레스 스틸 또는 니켈을 들 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인쇄 마스크를 이용한 솔더링 방법을 나타내는 도면이다. 도 3를 참조하면 본 발명의 솔더링 방법은 인쇄 마스크(30)를 상기 기판(35)의 상부에 적층하는 단계, 상기 인쇄 마스크(30)의 상부에 솔더 페이스트(33)를 제공하는 단계, 스퀴지(squeegee)의 일 말단을 상기 인쇄 마스크(30)의 상부와 접촉시키는 단계, 상기 스퀴지를 가압하면서 상기 인쇄 마스크(30)의 상면을 따라 상기 솔더 페이스트(33)를 밀어주는 단계, 상기 솔더 페이스트(33)가 상기 인쇄 마스크(30)의 상기 관통홀을 통과하여 상기 시판상에 토출되는 단계 및 상기 스퀴지와 상기 인쇄 마스크(30)를 제거하는 단계를 포함한다. 여기서, 솔더 페이스트(33)는 플럭스(33a)와 솔더 파우더(33b)를 포함할 수 있다.

여기서 인쇄 마스크(30)는 기판(35) 상에 솔더링(soldering)을 하기 위하여, 솔더층에 상응하는 관통홀을 가지고, 이 관통홀의 내면에 다이아몬드 유사 코팅(diamond like coating)층(30a)을 포함한다. 여기서 이 다이아몬드 유사 코팅층은 인쇄 마스크의 상면과 하면에도 형성될 수 있다.

본 발명의 인쇄 마스크는 다이아몬드 유사 코팅층을 포함하고 있어, 솔더 페이스트와의 젖음성이 향상된다. 따라서 전이 효율

(%)의 값이 90 내지 98(%)이 될 수 있다. 종래의 전이 효율값이 80 내지 90%인 것과 비교하여 10%정도나 향상될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 인쇄 마스크 및 이를 이용한 기판 솔더링 방법은 솔더 페이스트와 마스크 사이에 발생되는 전단응력의 발생을 줄여 솔더 페이스트의 빠짐성이 좋고, 다이아몬드 유사 코팅층의 내마모성으로 인하여 마스크 표면의 마모를 획기적으로 줄일 수 있어 마스크의 수명을 연장할 수 있는 경제적이다.

Claims

기판 상에 솔더링(soldering)을 하기 위하여, 솔더층에 상응하는 관통홀을 가지는 인쇄 마스크에 있어서,

상기 관통홀의 내면에 다이아몬드 유사 코팅(diamond like coating)층을 포함하는 인쇄 마스크.
청구항 1에 있어서,

상기 인쇄 마스크의 상면과 하면에 다이아몬드 유사 코팅층을 포함하는 인쇄 마스크.
청구항 1에 있어서,

상기 인쇄 마스크는 스테인레스 스틸 또는 니켈인 인쇄 마스크.
삭제
청구항 4에 있어서,

상기 관통홀을 채우는 상기 솔더 페이스트의 체적을 Va라 하고,

상기 기판 상에 토출된 상기 솔더 페이스트의 체적을 Vd라 할 때,

(%)의 값이 90 내지 98(%)인 인쇄 마스크.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 인쇄 마스크를 상기 기판의 상부에 적층하는 단계;

상기 인쇄 마스크의 상부에 솔더 페이스트를 제공하는 단계;

스퀴지(squeegee)의 일 말단을 상기 인쇄 마스크의 상부와 접촉시키는 단계;

상기 스퀴지를 가압하면서 상기 인쇄 마스크의 상면을 따라 상기 솔더 페이스트를 밀어주는 단계;

상기 솔더 페이스트가 상기 인쇄 마스크의 상기 관통홀을 통과하여 상기 시판상에 토출되는 단계; 및

상기 스퀴지와 상기 인쇄 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 기판 솔더링 방법.