KR101888526B1 - Solder powder with exothermic and amorphous characteristics manufacture method and solder paste manufacture method and solder paste using low temperature bonding method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 솔더 분말 제조 방법, 솔더 페이스트 제조 방법 및 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법에 관한 것으로, 본 발명의 솔더 분말 제조 방법은 도금 대상물의 표면에 오염물이나 산화물 제거를 위해 전처리하는 단계; 상기 도금 대상물에 전해도금법을 이용하여 나노 다층 도금층을 형성하는 단계; 상기 도금 대상물에 형성된 나노 다층 도금층을 박리하는 단계; 및 상기 박리된 나노 다층 도금층을 분쇄하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 나노층을 갖는 마이크로 미터 크기의 분말 페이스트 제조가 가능하여 크기가 마이크로 사이즈이지만, 분말은 모두 나노 층으로 교대로 적층되므로 나노 분말처럼 저온 접합용으로 사용할 수 있고, 기존의 나노 분말과 달리 쉽게 산화되지 않고, 화재의 위험이나 인체 침투의 위험이 적고, 대기 중에서 보관 가능하고, 상온에서 인접한 입자와 엉켜붙어 성장하는 현상이 없으며, 나노 적층을 갖는 마이크로미터 크기의 분말과 나노 적층이 없는 일반 분말을 혼합하여 사용하는 경우, 저온 접합이 가능하면서 나노 적층 분말만으로 이루어진 경우에 비해 나노 적층 분말의 비율이 감소되어 가격을 더욱 낮출 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a solder powder manufacturing method, a solder paste manufacturing method, and a low temperature bonding method using a solder paste, wherein the method comprises: pre-treating a surface of a plating object for removing contaminants or oxides; Forming a nano-multilayered plating layer on the object to be plated using an electrolytic plating method; Peeling the nano multilayer plating layer formed on the object to be plated; And pulverizing the peeled nanostructured multi-layered plating layer.
According to the present invention, it is possible to manufacture a micrometer-sized powder paste having a nano-layer, and the size is micro-sized. However, since the powders are alternately stacked as nano-layers, they can be used for low-temperature bonding like nano powder, , There is no risk of fire or human infiltration, it is possible to store it in the atmosphere, and there is no phenomenon of being adhered to adjacent particles at room temperature, and a micrometer-sized powder and nano laminate having a nano- It is possible to achieve a low temperature bonding and a reduction in the ratio of the nano-laminated powder compared to the case of using only the nano-laminated powder, thereby further reducing the price.
Description
본 발명은 발열 및 비정질 특성을 갖는 솔더 분말 제조 방법, 솔더 페이스트 제조 방법 및 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노 다층 구조를 갖는 분말 및 이 나노 다층 구조를 갖는 분말과 통상의 솔더 분말과 혼합한 분말을 솔더 페이스트(solder paste)로 제조하는 방법 및 솔더 페이스트를 이용하여 저온에서 접합을 하는 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a powder having a nano multi-layer structure and a powder having a nano multi-layer structure and a method for producing the powder having the nano multi-layer structure. The present invention relates to a solder powder production method, a solder paste production method, A solder paste, and a method of bonding at low temperature using a solder paste.
기존의 솔더링(연납땜) 기술은 접합하고자 하는 피접합재 사이에 납재(솔더)를 삽입하여 납재의 용융점 이상이면서 피접합재의 융점 이하인 온도로 가열하여 접합한다(솔더링은 납재의 융점이 450℃ 이하, 브레이징은 납재의 융점이 450℃ 이상인 것으로 정의됨). In the conventional soldering (soldering) technique, a solder is inserted between bonding materials to be bonded and heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder and lower than the melting point of the solder material (soldering is performed at a melting point of 450 캜 or lower, Brazing is defined as having a braze melting point above 450 ° C).
일반적인 솔더 페이스트는 보통 Sn계일 경우, Sn-Ag-Cu계, Sn-Ag계, Sn-Cu계 등이 있으며, 대표적인 것들로 Sn-(1.0-3.5)% Ag-(0.5-0.7)% Cu, Sn-(3.0-4.0)% Ag, Sn-(0.5-1.0)% Cu 등이 있다. 이 중 Sn-3.0% Ag-0.5% Cu 솔더가 가장 많이 쓰이며, 용융온도는 약 217℃, 솔더링 접합온도는 약 240-260℃ 이다. 이러한 솔더링 온도는 융점이 기존의 Sn-(37-40)% Pb (융점 183℃)에 비해 높아서, 열에 취약한 전자부품에 열적 손상을 일으키기 쉬운 문제점이 있었다.Typical solder pastes are Sn-Ag-Cu-based, Sn-Ag-based and Sn-Cu-based solders in the case of Sn-based solders. Sn- (1.0-3.5)% Ag- Sn- (3.0-4.0)% Ag, Sn- (0.5-1.0)% Cu, and the like. Of these, Sn-3.0% Ag-0.5% Cu solder is the most commonly used, with a melting temperature of about 217 ° C and a soldering junction temperature of about 240-260 ° C. Such a soldering temperature has a melting point higher than that of a conventional Sn- (37-40)% Pb (melting point 183 ° C), so that there is a problem that thermal damage is easily caused to electronic parts which are vulnerable to heat.
한편, 나노 페이스트(Nano paste)를 저온접합용으로 사용하는 경우도 있다. 이것은 나노 미터급 크기의 분말의 융점이 낮아지는 현상을 이용한 것이다. 즉, 나노 미터급 크기의 분말은 불안정하여, 이웃의 분말과 쉽게 합쳐지는 과정에서 원래 덩어리(bulk) 소재의 융점보다 융점이 낮아지는 것이다. 금속은 분말의 융점은 입자 직경(d)에 따라 Gibbs Thomson식과 같이 융점이 저하된다.On the other hand, there is a case where a nano paste is used for low temperature bonding. This is due to the fact that the melting point of a nanometer-scale powder is lowered. That is, the nanometer-scale powder is unstable, so that the melting point is lower than the melting point of the bulk material in the process of easily combining with neighboring powder. The melting point of the metal silver powder is lowered according to the particle diameter (d) as in the Gibbs Thomson equation.
또한, 기존의 나노 다층 제조기술은 증발증착(Evaporation), CVD(화학기상증착), 스퍼터링, 이온 플레이팅, 원자층 증착 등 비교적 공정비가 고가인 기술을 사용하거나 두께의 조절이 힘든 졸-겔 방법 등을 사용하였다.In addition, the conventional nano multilayer manufacturing technique is a technique of using a technique with a relatively high process cost such as evaporation, CVD (chemical vapor deposition), sputtering, ion plating, atomic layer deposition, or a sol- Were used.
이러한 나노 다층 제조와 관련된 기술이 특허등록 제1276147호 및 특허등록 Such technology related to the production of nano multilayer is disclosed in patent registration No. 1276147 and patent registration
제1222304호에 제안된 바 있다.≪ / RTI > No. 1222304.
이하에서 종래기술로서 특허등록 제1276147호 및 특허등록 제1222304호에 개시된 솔더 페이스트, 그것을 사용한 접합 방법, 및 접합 구조 그리고 복합 은나노입자, 복합 은나노 페이스트, 그 제법, 제조장치, 접합방법 및 패턴 형성방법을 간략히 설명한다.Hereinafter, a solder paste, a bonding method using the solder paste, a bonding structure, and a composite nano particle, a composite nano paste, a manufacturing method, a bonding method, and a pattern forming method disclosed in Patent Registration No. 1276147 and Patent Registration No. 1222304 Will be briefly explained.
도 1은 특허등록 제1276147호(이하 '종래기술 1'이라 함)에서 솔더 페이스트FIG. 1 is a schematic view showing a state in which solder paste (hereinafter, referred to as " solder paste ") is applied in Patent Registration No. 1276147
를 사용해서 접합을 행한 경우의 거동을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에서Fig. 5 is a diagram schematically showing the behavior when joining is performed by using the above-mentioned method. 1,
보는 바와 같이 종래기술 1은 Sn 계열 솔더의 고온 강도를 높이기 위하여 다른 고As can be seen, the
융점의 금속 입자를 첨가하여 제조한 솔더 페이스트 관련 기술이다.And is a solder paste-related technique prepared by adding metal particles having melting points.
그러나 종래기술 1은 페이스트 접합 시 접합온도는 주석합금의 융점범위에서However, in the
이루어지므로 접합 온도의 범위가 제한적인 문제점이 있었다.The range of the junction temperature is limited.
도 2는 특허등록 제1222304호(이하 '종래기술 2'라 함)에서 복합은나노 입자FIG. 2 is a graph showing the results of measurement of a composite silver nanoparticle (hereinafter referred to as " composite silver nanoparticle ") in Patent Registration No. 1222304
의 저온 생성 반응의 제1 공정의 설명도이다. 도 2에서 보는 바와 같이 종래기술 2Fig. 2 is an explanatory diagram of the first step of the low-temperature production reaction of Fig. As shown in FIG. 2,
는 패키징 공정에서 접합 시 열에 의한 충격을 줄이기 위해 은나노 입자를 이용한In order to reduce the impact of heat during bonding in the packaging process, silver nanoparticles
저온 접합을 고안한 기술이다.It is a technique designed for low temperature bonding.
도 2는 특허등록 제1222304호(이하 '종래기술 2'라 함)에서 복합은나노 입자FIG. 2 is a graph showing the results of measurement of a composite silver nanoparticle (hereinafter referred to as " composite silver nanoparticle ") in Patent Registration No. 1222304
의 저온 생성 반응의 제1 공정의 설명도이다. 도 2에서 보는 바와 같이 종래기술 2Fig. 2 is an explanatory diagram of the first step of the low-temperature production reaction of Fig. As shown in FIG. 2,
는 패키징 공정에서 접합 시 열에 의한 충격을 줄이기 위해 은나노 입자를 이용한In order to reduce the impact of heat during bonding in the packaging process, silver nanoparticles
저온 접합을 고안한 기술이다.It is a technique designed for low temperature bonding.
그러나 종래기술 2는 나노 입자의 표면적 감소로 인하여 저온 접합을 가능하게 하지만 고가의 금속인 은을 사용하며, 산화 및 응집체 형성을 막기 위한 유기 피복제로 코팅한 물질로 가격이 고가인 문제점이 있었다. However, in the
종래의 또 다른 솔더 페이스트는 솔더 금속 분말이 Sn-Ag, 혹은 Sn-Cu, Sn-Ag-Cu 합금이 모두 한꺼번에 용융되어 이루어진 덩어리(bulk) 형태이다. 따라서, 이 덩어리 형태의 합금분말은 분말로 되기 이전의 합금 주괴(ingot)의 융점과 동일하다. 예를 들어, Sn-3.5% Ag, Sn-0.7% Cu, Sn-3.0% Ag-0.5% Cu의 합금 분말의 융점은 주괴(ingot)의 융점과 동일하며, 각각 약 221℃, 227℃, 217℃ 이다. 따라서, 이들 합금 분말을 사용하면 주괴와 같은 온도에서 용융되며, 솔더링 접합온도는 솔더의 용융점보다 높은 온도에서 접합하게 된다. 이렇게 솔더의 용융온도가 높을 경우 가열에 따른 에너지 소모 비용이 많고, 때로는 모재에 열 손상을 유발시킬 우려도 있다.Another conventional solder paste is a bulk type in which the solder metal powder is formed by melting Sn-Ag, Sn-Cu and Sn-Ag-Cu alloys all at once. Thus, the lump-shaped alloy powder is the same as the melting point of the alloy ingot before it is turned into a powder. For example, the melting point of an alloy powder of Sn-3.5% Ag, Sn-0.7% Cu and Sn-3.0% Ag-0.5% Cu is equal to the melting point of the ingot and is about 221 ° C, 227 ° C, 217 ° C / RTI > Therefore, when these alloy powders are used, they are melted at the same temperature as the ingot, and the soldering joint temperature is bonded at a temperature higher than the melting point of the solder. When the melting temperature of the solder is high, the energy consumption cost due to the heating is high, and sometimes the thermal damage to the base material may be caused.
한편, 기존의 나노미터급 크기의 분말 및 페이스트를 사용하여 저온접합 하는 방법의 경우에는 저온접합이 가능하지만 분말 내 성분이 동일하며 아래와 같은 문제점이 있다. On the other hand, in the case of the conventional method of low temperature bonding using powder and paste having a nanometer scale size, low temperature bonding is possible but the components in the powder are the same and the following problems are posed.
-산화가 어려운 귀금속 Ag, Au 나노 분말 등이 실용화되어 있고, 구리나 주석 등 산화되기 쉬운 물질들은 실용화에 어려움이 있다. - Precious metals such as Ag, Au nanoparticles, etc. which are difficult to oxidize have been put to practical use, and substances which are easily oxidized, such as copper and tin, are difficult to be put to practical use.
-나노 금속 분말이 매우 산화되기 쉬워서 산화방지를 위해 산화방지 화학물질 등으로 분말 표면을 피복해야 하는 불편함이 있다. - Nanometer metal powder is very easily oxidized, so there is an inconvenience to cover the powder surface with an antioxidant chemical to prevent oxidation.
-나노 분말의 급격한 산화로 인해서 폭발이나 화재의 위험성이 크다. - There is a great risk of explosion or fire due to rapid oxidation of nano powder.
-나노 분말을 제조하거나 보관할 때, 산화방지를 위해 불활성 분위기에서 행하는 등 불편하다. - When making or storing nano powder, it is inconvenient to perform in an inert atmosphere to prevent oxidation.
-산화를 방지하기 위한 나노 분말 표면에 코팅이나, 나노 분말과의 혼합 등으로 인해 제조 공정이 복잡하다. - Manufacturing process is complicated due to coating on nanoparticle surface to prevent oxidation and mixing with nano powder.
-나노 분말은 상온에서도 서로 인접한 분말과 엉켜붙어 성장하므로 분말의 크기가 성장하면서 나노 분말의 특성을 잃기 쉽다. - Nano powders are clinging to adjacent powders even at room temperature, so it is easy to lose the properties of the nano powder while the size of powders grow.
-나노 분말이나 페이스트는 고가이다.- Nano powder or paste is expensive.
-나노 분말이 인체에 침투하기 쉬우며 이는 유해할 수 있다. - Nano powder is likely to penetrate the human body and this can be harmful.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 나노층을 갖는 마이크로 미터 크기의 분말 페이스트 제조가 가능하여 크기가 마이크로 사이즈이지만, 분말은 모두 나노 층으로 교대로 적층되므로 비정질 특성을 지니며 가열에 의한 비정질의 결정화 시 발생하는 발열로 인해, 나노 분말처럼 저온 접합용으로 사용할 수 있고, 기존의 나노 분말과 달리 쉽게 산화되지 않고, 화재의 위험이나 인체 침투의 위험이 적고, 대기 중에서 보관 가능하고, 상온에서 인접한 입자와 엉켜붙어 성장하는 현상이 없으며, 나노 적층을 갖는 마이크로미터 크기의 분말과 나노 적층이 없는 일반 분말을 혼합하여 사용하는 경우, 저온 접합이 가능하면서 나노 적층 분말만으로 이루어진 경우에 비해 나노 적층 분말의 비율이 감소되어 가격을 더욱 낮출 수 있게 한 솔더 분말 제조 방법, 솔더 페이스트 제조 방법 및 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to manufacture a micrometer-sized powder paste having a nanosized layer, And can be used for low-temperature bonding like nano powder because of heat generated by crystallization of amorphous by heating, and unlike existing nano powder, it is not easily oxidized, there is little risk of fire or human penetration, In the case of mixing a micrometer-sized powder having a nano-laminated layer with a general powder having no nano-laminated layer, it is possible to carry out a low-temperature bonding while allowing a nano-laminated powder The ratio of the nano-laminated powder decreases and the price A solder paste production method, and a low temperature soldering method using a solder paste.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 도금 대상물의 표면에 오염물이나 산화물 제거를 위해 전처리하는 단계, 상기 도금 대상물에 전해도금법을 이용하여 나노 다층 도금층을 형성하는 단계, 상기 도금 대상물에 형성된 나노 다층 도금층을 박리하는 단계 및 상기 박리된 나노 다층 도금층을 분쇄하는 단계를 포함하는 솔더 분말 제조 방법에 의해 달성된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a method for forming a nano-multi-layered plating layer on a surface of an object to be plated, comprising the steps of: A step of peeling the nano-multilayer plating layer formed on the object to be plated, and a step of grinding the exfoliated nano-multilayer plating layer.
또한, 본 발명은, 상용 솔더 분말을 바렐 도금장치 내에 반입시키는 단계; 상기 상용 솔더 분말의 표면에 오염물이나 산화물 제거를 위해 전처리하는 단계; 상기 상용 솔더 분말 표면에 나노 다층 도금층을 형성하는 단계; 상기 나노 다층 도금층이 형성된 솔더 분말을 상기 바렐 도금장치에서 반출시키는 단계; 및 상기 반출된 솔더 분말을 세척 및 건조하는 단계를 포함하는 솔더 분말 제조 방법을 통해 달성된다.Further, the present invention provides a method for manufacturing a solder ball, comprising: bringing commercial solder powder into a barrel plating apparatus; Pretreating the surface of the commercial solder powder to remove contaminants or oxides; Forming a nano-multilayer plating layer on the surface of the commercial solder powder; Removing the solder powder formed with the nano multilayered plating layer from the barrel plating apparatus; And a step of washing and drying the carried solder powder.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금층은 두 종류 이상의 원소 혹은 그 합금이 교대로 도금되어 적층된 다층의 금속 분말을 사용할 수 있다.In addition, the nano-multilayer plating layer in the present invention may be a multilayer metal powder in which two or more kinds of elements or alloys thereof are alternately plated and laminated.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금막은 다층 내 교대로 도금되는 두 층 두께의 합이 0.1㎚에서 5㎛ 이하 범위의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the nano multilayer plating film in the present invention may be formed such that the sum of the thicknesses of the two layers alternately plated in the multilayer is in the range of 0.1 nm to 5 탆 or less.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금막은 Sn(주석), Cu(구리), Zn(아연), Ni(니켈), Ti(티타늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ga(갈륨), Ge(저마늄), As(비소), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Ag(은), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), Re(레늄), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 둘 이상을 포함할 수 있다.The nano multilayered plating film of the present invention may be formed of a metal such as Sn (tin), Cu (copper), Zn (zinc), Ni (nickel), Ti (titanium), V (vanadium) , Fe (iron), Co (cobalt), Ga (gallium), Ge (germanium), As (arsenic), Al (aluminum), Zr (zirconium), Nb (Ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium), Ag (silver), Cd (cadmium), In (indium), Sb (antimony) (Tin), Pb (lead), Bi (bismuth), Po (tin), W (tungsten), Re (rhenium), Os (osmium), Ir (Polonium) elements.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금막은 각각 다른 금속층이 6층 이상 적층될 수 있다.In addition, the nano multilayered plating film of the present invention may have six or more different metal layers stacked thereon.
또한, 본 발명에서의 상기 솔더 분말은 볼 밀(ball mill)법을 포함하는 분쇄방법 또는 바렐(barrel) 도금법에 의해 형성될 수 있다.In addition, the solder powder in the present invention may be formed by a pulverization method including a ball mill method or a barrel plating method.
또한, 본 발명은, 전해 도금법에 의해 형성된 나노 다층 도금층을 분쇄하여 제조된 솔더 분말 또는 바렐 도금법에 의해 상용 솔더의 표면에 나노 다층 도금층을 형성하여 제조된 솔더 분말 자체를 사용하거나, 상기 솔더 분말에 일반 솔더 분말을 혼합 사용하는 단계; 및 상기 솔더 분말 또는 상기 혼합 분말에 도금 대상물과 분말을 고정시켜 주는 바인더와 상기 도금 대상물 및 분말의 산화를 막아주기 위한 플럭스가 첨가되는 단계를 포함하는 솔더 페이스트 제조 방법을 통해 달성된다.The present invention also relates to a method for manufacturing a solder ball which comprises using a solder powder prepared by pulverizing a nano-multilayer plating layer formed by an electrolytic plating method or a solder powder prepared by forming a nano-multilayer plating layer on the surface of a commercial solder by barrel plating, Mixing the common solder powder; And a binder for fixing the object to be plated and the powder to the solder powder or the mixed powder and a flux for preventing oxidation of the object to be plated and the powder are added.
또한, 본 발명에서의 상기 페이스트에 사용되는 금속 분말은 상기 전해도금법에 의해 형성된 나노 다층 도금층을 분쇄하여 제조된 솔더 분말 또는 상용 솔더의 표면에 나노 다층 도금층을 형성하여 제조된 솔더 분말만으로 이루어지거나, 일반 금속 분말에 상기 나노 다층 도금층 분말을 10% 이상 혼합한 분말인 것을 특징으로 할 수 있다.The metal powder used in the paste of the present invention may be composed of solder powder prepared by pulverizing a nano-multilayered plating layer formed by the electrolytic plating method or solder powder prepared by forming a nano-multilayered plating layer on the surface of commercial solder, And a powder obtained by mixing at least 10% of the nano multilayer coating layer powder with a general metal powder.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금층은 두 종류 이상의 원소 혹은 그 합금이 교대로 도금되어 적층된 다층의 금속 분말을 사용할 수 있다.In addition, the nano-multilayer plating layer in the present invention may be a multilayer metal powder in which two or more kinds of elements or alloys thereof are alternately plated and laminated.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금막은 다층 내 교대로 도금되는 한 층 각각이 0.1㎚에서 100㎛ 이하 범위의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the nano multilayered plating film in the present invention may be formed such that each of the alternately plated layers in the multilayer may have a thickness ranging from 0.1 nm to 100 탆 or less.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금막은 Sn(주석), Cu(구리), Zn(아연), Ni(니켈), Ti(티타늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ga(갈륨), Ge(저마늄), As(비소), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Ag(은), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), Re(레늄), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 둘 이상을 포함할 수 있다.The nano multilayered plating film of the present invention may be formed of a metal such as Sn (tin), Cu (copper), Zn (zinc), Ni (nickel), Ti (titanium), V (vanadium) , Fe (iron), Co (cobalt), Ga (gallium), Ge (germanium), As (arsenic), Al (aluminum), Zr (zirconium), Nb (Ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium), Ag (silver), Cd (cadmium), In (indium), Sb (antimony) (Tin), Pb (lead), Bi (bismuth), Po (tin), W (tungsten), Re (rhenium), Os (osmium), Ir (Polonium) elements.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금막은 각각 다른 금속층이 6층 이상 적층될 수 있다.In addition, the nano multilayered plating film of the present invention may have six or more different metal layers stacked thereon.
또한, 본 발명은, 전해도금법에 의해 형성된 나노 다층 도금층을 분쇄하여 제조된 솔더 분말 또는 상용 솔더의 표면에 나노 다층 도금층을 형성하여 제조된 솔더 분말을 사용하거나, 상기 솔더 분말에 의해 제조된 솔더 페이스트를 제 1 및 제 2 피접합물의 접합면의 사이에 도포하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 피접합물을 저온에서 가열하는 단계; 및 상기 다층 도금막들의 상호 반응에 의해 저온에서 접합되는 단계를 포함하는 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법을 통해 달성된다.The present invention also relates to a solder powder prepared by pulverizing a nano-multilayer plating layer formed by electrolytic plating or a solder powder prepared by forming a nano-multilayer plating layer on the surface of a commercial solder, or a solder paste Between the joining surfaces of the first and second members to be joined; Heating the first and second members to be bonded at a low temperature; And a step of bonding at a low temperature by mutual reaction of the multilayer plating films.
또한, 본 발명에서의 상기 제 1 및 제 2 피접합물은 금속, 세라믹 및 고분자재료를 포함하는 고체형태의 피접합체인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the first and second members to be bonded in the present invention may be characterized by being a bonded body in the form of a solid including metals, ceramics, and high molecular materials.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금층은 다층 내 교대로 도금되는 두 층 두께의 합이 0.1㎚에서 5㎛ 이하 범위의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the nano multilayered plating layer in the present invention may be formed such that the sum of the thicknesses of the two layers alternately plated in the multilayer is in the range of 0.1 nm to 5 탆 or less.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금층은 전체의 두께가 0.6nm 내지 300㎛까지 범위의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the nano multilayered plating layer in the present invention may have a thickness ranging from 0.6 nm to 300 탆.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금층은 적어도 6개 이상의 박막층이 적층되어 있는 구조의 비정질 특성을 가질 수 있다.In addition, the nano multilayered plating layer in the present invention may have an amorphous characteristic of a structure in which at least six thin film layers are laminated.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금층은 비정질의 특성을 가질 수 있다.In addition, the nano multilayered plating layer in the present invention may have an amorphous property.
또한, 본 발명에서의 상기 나노 다층 도금막은 도금층을 구성하는 전체 벌크 조성의 융점보다 낮은 온도에서 접합재로 사용되는 비정질에서 결정질로의 변화에 의한 발열 특성을 가질 수 있다.In addition, the nano multilayered plating film in the present invention may have a heat generation property due to a change from amorphous to crystalline used as a bonding material at a temperature lower than the melting point of the entire bulk composition constituting the plating layer.
또한, 본 발명에서의 상기 솔더 페이스트는 상기 나노 다층 도금막의 각각의 도금층들이 비정질에서 결정질로의 변화에 의한 발열반응에 의해 피접합물들을 저온 접합하는 소재일 수 있다. In addition, the solder paste in the present invention may be a material in which each of the plating layers of the nano multilayered plating film undergoes low-temperature bonding of the materials to be bonded by an exothermic reaction due to a change from an amorphous state to a crystalline state.
본 발명에 의하면, 나노층을 갖는 마이크로 미터 크기의 분말 페이스트 제조가 가능하여 크기가 마이크로 사이즈이지만, 분말은 모두 나노 층으로 교대로 적층되므로 비정질 특성을 지니며 가열에 의한 비정질의 결정화 시 발생하는 발열로 인해, 나노 분말처럼 저온 접합용으로 사용할 수 있고, 기존의 나노 분말과 달리 쉽게 산화되지 않고, 화재의 위험이나 인체 침투의 위험이 적고, 대기 중에서 보관 가능하고, 상온에서 인접한 입자와 엉켜붙어 성장하는 현상이 없으며, 나노 적층을 갖는 마이크로미터 크기의 분말과 나노 적층이 없는 일반 분말을 혼합하여 사용하는 경우, 저온 접합이 가능하면서 나노 적층 분말만으로 이루어진 경우에 비해 나노 적층 분말의 비율이 감소되어 가격을 더욱 낮출 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture a micrometer-sized powder paste having a nano-layer, and the size thereof is micro-sized. However, since the powders are alternately stacked as nano-layers, they have amorphous characteristics. , It can be used for low-temperature bonding like nano powder, unlike conventional nano powder, it is not easily oxidized, and there is little risk of fire or human penetration, can be stored in the atmosphere, When the micrometer-sized powder having the nano-lamination layer and the general powder having no nano-lamination layer are mixed, the ratio of the nano-laminated powder is lower than that of the nano- Can be further lowered.
도 1은 종래기술 1에 의한 솔더 페이스트를 사용해서 접합을 행한 경우의 거동을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래기술 2에 의한 복합은나노 입자의 저온 생성 반응의 제1 공정의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법 수행시 분쇄하기 전 벌크형태로 Sn-Cu가 교대로 나노 다층 도금된 예를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에서 나노 다층 도금층을 형성하기 위한 다층 도금층 제조 장치를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법을 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조된 나도 다층 도금 솔더 분말 및 바렐 도금장치를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조된 나도 다층 도금층의 표면을 확대한 사진이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트 제조 방법을 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트 제조 방법에서 분쇄로 제조된 나노 다층 도금 페이스트의 공정도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법을 도시한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법에서 나노 도금층 분말과 일반 솔더와의 혼합한 페이스트를 사용하여 접합한 상태를 도시한 개략도이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법에서 나노 도금층 분말만을 사용하여 접합한 상태를 도시한 개략도이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법 구현시 나노 도금층 두께가 각각 50nm인 Sn-Cu 나노 다층 도금 DSC 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 시 열 특성을 DTA(Differential Thermal Analysis)로 측정한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막을 접합 매개물로 이용하여 600℃, 700℃, 800℃, 1000℃에서 10분간 304스테인레스강을 저온 접합한 사진이다.
도 17은 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막을 접합 매개물로 이용하여 900℃에서 10분간 304스테인레스강을 저온 접합한 후 인장 시험한 파면 사진이다.
도 18은 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 시 열 특성을 DSC(Differential Scanning Calorimetry)로 측정한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막을 구리기판 위에 형성한 사진이다.
도 20은 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막을 접합매개물로 사용하여 10-3 torr의 진공로에서 160℃, 170℃, 210℃의 각각의 온도로 10분간 구리판을 저온 접합한 사진이다.
도 21은 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Cu-Ag 다층 금속 도금 박막의 가열 시 열 특성을 DTA로 측정한 그래프이다.
도 22는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 전 도금된 상태 그대로의 다층 금속 박막 층(좌)과 가열 후 확산으로 다층 금속 박막 층이 소멸된(우) 모습의 사진이다.
도 23은 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 전 도금된 상태 그대로의 다층 금속 박막 층(좌)과 가열 후 확산으로 다층 금속 박막 층이 소멸된(우) 모습의 사진이다.
도 24는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 전 도금된 상태 그대로의 다층 금속 도금 박막을 XRD로 상분석한 결과 비정질 특성(좌)이 나타나는 그래프와, 가열 후 확산으로 다층 금속 박막 층이 소멸된 상태를 XRD로 상분석한 결과 결정질 특성(우)이 나타나는 모습의 그래프이다.
도 25는 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 각 두 개의 도금층 두께의 합이 5㎛로 두껍게 제조하여 단면부를 나타낸 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 26은 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 각 두 개의 도금층 두께의 합이 5㎛로 두껍게 제조하여 시차 주사 열량계(DSC)를 이용한 열특성을 측정한 가열 그래프이다.
도 27은 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 각 두 개의 도금층 두께의 합이 5㎛로 두껍게 제조하여 발열 접합 예정부의 접합 후 실제 단면부를 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 28은 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 층수를 6층으로 적게 하여 제조하여 저온접합 한 구리전극 단면부를 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 29는 발열 특성이 나타나는 다층 금속 도금 박막의 도금 시간을 길게 하여 전체 도금 두께가 300㎛인 것으로 제조한 Sn-Cu계 금속 도금 박막의 단면부를 나타낸 광학현미경 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram schematically showing a behavior when bonding is performed using a solder paste according to
2 is an explanatory diagram of a first step of a low-temperature reaction for producing composite nano-particles according to the
3 is a block diagram showing a method of manufacturing solder powder according to the first embodiment of the present invention.
4 is a photograph showing an example in which Sn-Cu is alternately nano-multilayered in a bulk form before pulverization in the method of manufacturing the solder powder according to the first embodiment of the present invention.
5 is a schematic view showing a multilayer plating layer producing apparatus for forming a nano multilayer plating layer in the solder powder manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing a method of manufacturing a solder powder according to a second embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing a multilayer plating solder powder and a barrel plating apparatus manufactured by the solder powder manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
8 is an enlarged photograph of the surface of the noble metal multi-layered plating layer produced by the solder powder manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
9 is a block diagram showing a solder paste manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a process diagram of a nano-multilayer plating paste produced by pulverization in the solder paste production method according to the first embodiment of the present invention.
11 is a block diagram showing a low temperature bonding method using solder paste according to the first embodiment of the present invention.
12 is a schematic view showing a state in which a nano-plated layer powder and a general solder are bonded using a paste in a low-temperature bonding method using a solder paste according to the first embodiment of the present invention.
13 is a schematic view showing a state in which only the nano-plated layer powder is bonded in the low-temperature bonding method using the solder paste according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the results of Sn-Cu nano-multilayer plating DSC analysis of nano plated layer thicknesses of 50 nm each in the case of implementing a low temperature bonding method using solder paste according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing thermal characteristics of a Ni-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics of the multilayered metal of the present invention measured by differential thermal analysis (DTA).
FIG. 16 is a photograph showing the low-temperature bonding of 304 stainless steel for 10 minutes at 600 ° C., 700 ° C., 800 ° C., and 1000 ° C. using a Ni-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics produced by the multilayered metal of the present invention as a bonding medium to be.
FIG. 17 is a photograph of a tensile test of 304 stainless steel at 900 ° C. for 10 minutes using a Ni-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics produced by the multilayered metal of the present invention at a low temperature.
18 is a graph of DSC (Differential Scanning Calorimetry) measurement of thermal characteristics of a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics made of the multilayered metal of the present invention during heating.
FIG. 19 is a photograph of a Sn-Cu multilayered metal plating thin film formed on a copper substrate, which shows the exothermic characteristics of the multilayered metal of the present invention. FIG.
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the temperature at 160 ° C., 170 ° C., and 210 ° C. in a vacuum of 10 -3 torr using a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics produced by the multilayered metal of the present invention. This is a low-temperature bonded copper plate.
21 is a graph showing the thermal characteristics of a Cu-Ag multi-layered metal-plated thin film exhibiting exothermic characteristics produced by the multilayered metal of the present invention when measured by DTA.
FIG. 22 is a graph showing the relationship between the thickness of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film formed by the multi-layered metal of the present invention and the multilayered metal thin film layer (left) Right) It is the photograph of the appearance.
FIG. 23 is a graph showing the relationship between the thickness of the Ni-Cu multilayer metal plating thin film formed by the multilayered metal of the present invention and the thickness of the multilayered metal thin film layer (left) Right) It is the photograph of the appearance.
FIG. 24 is a graph showing the amorphous characteristics (left) of a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics produced by the multilayered metal of the present invention when X-ray photoelectron spectroscopy (XRD) analysis of the state of the multilayered metal thin film layer disappearing due to diffusion after heating.
25 is an electron micrograph (SEM) photograph showing a cross section of a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics produced by thickening the sum of the thicknesses of the two plating layers to 5 占 퐉.
26 is a heating graph in which the sum of the thicknesses of the two plating layers of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics is made thick to 5 占 퐉, and thermal characteristics are measured using a differential scanning calorimeter (DSC).
FIG. 27 is an optical microscope photograph showing the actual cross-sectional area of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics after thickening the sum of the thicknesses of the two plating layers to 5 占 퐉 and having the exothermic bonding scheduled portion bonded.
FIG. 28 is an optical microscope photograph showing a copper electrode cross-section prepared by reducing the number of layers of a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics to six layers and bonding the same at a low temperature.
FIG. 29 is an optical microscope photograph showing an end face portion of a Sn-Cu based metal plating thin film formed by lengthening the plating time of a multilayered metal plating thin film exhibiting heat generation characteristics and having an overall plating thickness of 300 μm.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims are intended to mean that the inventive concept of the present invention is in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain its invention in the best way Should be interpreted as a concept.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 의한 솔더 분말 제조 방법, 솔더 페이스트 제조 방법 및 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법에 대한 실시 예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method of manufacturing a solder powder, a method of manufacturing a solder paste, and a low temperature bonding method using a solder paste according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법이 블록도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법 수행시 분쇄하기 전 벌크형태로 Sn-Cu가 교대로 나노 다층 도금된 예가 사진으로 나타나 있으며, 도 5에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에서 나노 다층 도금층을 형성하기 위한 다층 도금층 제조 장치가 개략도로 도시되어 있다.FIG. 3 is a block diagram illustrating a method of manufacturing a solder powder according to a first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the relationship between Sn-Cu FIG. 5 is a schematic view of a multilayer plating layer producing apparatus for forming a nano multilayer plating layer in the solder powder manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
이들 도면에 의하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법은 전처리 단계(S100), 도금 회로 구성 단계(S110), 나노 다층 도금층 형성 단계(S120), 나노 다층 도금층 박리 단계(S130) 및 분쇄 단계(S140)를 포함한다.According to the drawings, the method for manufacturing a solder powder according to the first embodiment of the present invention includes a preprocessing step S100, a plating circuit forming step S110, a nano multilayer plating layer forming step S120, a nano multilayer plating layer removing step S130, And a grinding step (S140).
전처리 단계(S100)는 도금 대상물인 기판의 표면에 오염물이나 산화물 제거를 위해 전처리하는 단계이다. 즉, 상기 전처리 단계(S100)는 나노미터급 다층 도금 처리를 위한 전처리 과정으로 도금이 되는 기판 표면의 오염물이나 산화물 제거를 위해 금속재 등으로 구비되는 기판의 표면을 1~10vol% 염산 수용액 등 산 희석액으로 약 10초~5분간 세척한 후 증류수를 이용하여 세척(rinse) 한다. 여기서 산 수용액이 금속산화물을 제거하게 되어 도금을 더욱 용이하게 한다.The preprocessing step S100 is a step of pretreatment for removing contaminants or oxides on the surface of the substrate to be plated. That is, in the pretreatment step (S100), the surface of the substrate, which is made of a metal material or the like, for removing contaminants or oxides on the surface of the substrate to be plated by pretreatment for a multi-layered plating process of nanometer scale, For about 10 seconds to 5 minutes, then rinse using distilled water. Here, the aqueous acid solution removes the metal oxide, thereby facilitating the plating.
도금 회로 구성 단계(S110)는 전류가 전원-양극-도금액-음극-전원의 순서로 흐르도록 회로를 구성하는 단계이다.The plating circuit configuration step (S110) is a step of configuring the circuit so that current flows in the order of power source-anode-plating liquid-cathode-power source.
나노 다층 도금층 형성 단계(S120)는 기판에 전해도금법을 이용하여 나노 다층 도금층을 형성하는 단계로, 도금층의 두께에 따라 전류밀도를 조절하여 나노 다층 도금층을 형성한다.The nano multilayer plating layer forming step (S120) is a step of forming a nano multilayer plating layer on the substrate by electrolytic plating. The nano multilayer plating layer is formed by adjusting the current density according to the thickness of the plating layer.
다층 나노층은 두 종류 이상의 나노 미터급 두께의 금속층이 넓은 면의 형태로 규칙적인 순서로 쌓여 층상을 이루는 구조를 말한다. 이종 재료 간에 이러한 층을 형성하게 되면 그 특성이 덩어리(bulk) 합금의 특성과는 전혀 다른 특성이 나타난다. 즉, 이러한 나노 층상 도금층은 이종 재료 간 접촉하는 표면적이 넓어서, 표면 에너지가 높기 때문에 매우 불안정한 상태이다. 그 때문에 조금만 가열하여도 나노 층간에 확산이 쉽게 일어나며 원자의 이동이 활발해진다. 또한, 층 간 두께가 얇아서 비정질특성이 나타나며 저온에서 가열시 결정화되며 이 과정에서 발열반응으로 인해 열이 발생된다.The multi-layered nano-layer refers to a structure in which two or more kinds of metal layers having a thickness of nanometer-scale are stacked in a regular order in the form of a wide surface. When these layers are formed between different kinds of materials, their characteristics are completely different from those of bulk alloys. Namely, such a nano-layered plating layer is in a very unstable state due to its large surface area in contact with dissimilar materials and high surface energy. For this reason, even if heated a little, diffusion easily occurs between the nano layers and the movement of atoms becomes active. In addition, the interlayer thickness is thin and amorphous characteristics are shown. Crystallization occurs when heated at low temperature, and heat is generated due to exothermic reaction in this process.
특히, 상기 나노 다층 도금층 형성 단계(S120)에서 형성되는 나노 다층 도금층은 도 4에 도시된 바와 같이 두 종류 이상의 원소 혹은 그 합금이 교대로 도금되어 적층된 다층의 금속 분말을 사용하되, 접합 매개물(납재)인 나노 미터급 다층 도금층으로, 접합 매개물로는 전자부품의 접합에 주로 이용이 되는 납재로 사용되는 주석합금 중 Sn-Cu 나노 다층 도금층을 사용하였다. 본 발명에서 실시 예로 사용한 Sn-Cu를 교대로 형성한 나노 다층 도금층의 Sn 및 Cu의 두께는 각각 10~30nm(바람직하게는 20nm)이다. 실시 예에 사용된 Cu 기판 및 Sn-Cu 나노 도금층은 예시적인 것에 불과하며, 철계, 알루미늄계 등의 다양한 금속 및 합금을 접합하기 위하여도 모두 이용이 가능하다. In particular, as shown in FIG. 4, the nano-multilayer plating layer formed in the nano-multilayer plating layer forming step S120 uses a multilayer metal powder in which two or more kinds of elements or alloys thereof are alternately plated and laminated, Sn-Cu nano-multilayer plating layer among tin alloys used as a brazing material mainly used for bonding electronic components was used as a bonding medium. The thicknesses of Sn and Cu in the nano-multilayer plating layer in which Sn-Cu is alternately formed as an example in the present invention are 10 to 30 nm (preferably 20 nm). The Cu substrate and the Sn-Cu nano-plated layer used in the examples are merely illustrative, and can be used for bonding various metals and alloys such as iron-based and aluminum-based alloys.
더욱이, 나노 다층 도금막은 다층 내 교대로 도금되는 한 층 각각이 0.1㎚에서 5㎛ 이하 범위의 두께로 형성되며, Sn(주석), Cu(구리), Zn(아연), Ni(니켈), Ti(티타늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ga(갈륨), Ge(저마늄), As(비소), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Ag(은), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), Re(레늄), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 둘 이상을 포함하는 금속층이다. 이때, 상기 나노 다층 도금막은 각각 다른 금속층이 6층 이상 적층될 수 있다.Further, each of the nano-multilayered plated films is formed by alternately plating a plurality of layers in a multilayer with a thickness ranging from 0.1 nm to 5 탆 or less, and Sn (tin), Cu (copper), Zn (zinc), Ni (Iron), Co (cobalt), Ga (gallium), Ge (germanium), As (arsenic), Al (aluminum) (Indium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), Tc (technetium), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Pd , Tantalum, W (tungsten), Re (rhenium), Os (osmium), Ir (iridium), Pt (platinum), Au (gold), Sb (antimony), Te (tellurium), Hf ), Tl (thallium), Pb (lead), Bi (bismuth), and Po (polonium). At this time, the nano multilayered plated film may have six or more different metal layers stacked thereon.
또한, 상기 나노 다층 도금막은 전체의 두께가 0.6nm 내지 300㎛까지 범위의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the thickness of the nano multilayered plated film is in the range of 0.6 nm to 300 m.
여기서, 도 5에 도시된 바와 같이 나노 다층 도금층을 형성하기 위한 다층 도금층 제조 장치(10)는 용기(11), 기준 전극(12), 양극(13), 음극(14), 교반용 마그네틱(16) 및 PC(20)를 포함한다.5, the multilayer plating
용기(11)는 개구된 상단을 마개(11a)로 마감하며, 내부 바닥에 교반용 마그네틱(16)이 설치되는 도금욕이다. The vessel (11) is a plating bath in which an opened top is closed with a stopper (11a) and a stirring magnet (16) is installed on an inner bottom.
기준 전극(12)으로는 포화 칼로멜 전극을 사용하였다. 양극(13) 전극으로는 10mm X 0mm의 백금(Pt) 전극을 사용하였으며, 음극(14) 전극으로는 10mm X 10mm의 구리(Cu) 전극을 사용하였다. 전원은 일정전류와 일정전압을 교대로 줄 수 있는 전원의 사용이 모두 가능하다.As the
교반용 마그네틱(16)은 상기 용기(11)의 바닥면에 배치되어 상기 용기(11) 내에 저장된 도금액을 교반시키며, 상기 용기(11)의 하단에서 구동축에 구동 마그네틱(도면에 미도시)이 구비된 구동모터(도면에 미도시)를 구동시키면 자력에 의해 상기 구동 마그네틱이 상기 용기(11)의 바닥면에 배치된 교반용 마그네틱(16)이 연동시키는 원리를 이용하여 작동된다.The stirring
PC(20)는 전압 및 전류 파형이 조절 가능한 전원, 파형 조절 프로그램 등의 소프트웨어가 설치되어 있고, 입력 및 조작을 통해 전압 및 전류 파형 제어가 가능하다. 한편, 상기 PC(20)에는 양극(13)과 전선을 통해 전기적으로 연결되도록 전원의 양극(17)이 설치되고, 기준 전극(12)과 전선을 통해 전기적으로 연결되도록 전원의 기준전극(18)이 설치되며, 음극(14)과 전선을 통해 전기적으로 연결되도록 전원의 음극(19)이 설치된다.The
나노 다층 도금층 박리 단계(S130)는 기판에 형성된 나노 다층 도금층을 박리하는 단계이다.The nano multilayer plating layer peeling step (S130) is a step of peeling the nano multilayer plating layer formed on the substrate.
분쇄 단계(S140)는 박리된 나노 다층 도금층을 볼 밀(ball mill) 등의 방법을 통해 분쇄하는 단계이다.The pulverizing step (S140) is a step of pulverizing the exfoliated nano multilayer coating layer by a method such as a ball mill.
<실시예 1>≪ Example 1 >
본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 다음과 같은 실시예 1을 구현할 수 있다.The following
가. 전해도금법을 이용하여 금속 기판(예: STS316)위에 다층 나노 도금층(예: Sn 및 Cu 각각 20nm 두께)을 형성한다.(예 1500층, 총 두께 60㎛)end. A multilayer nano-plated layer (eg, 20 nm thick each of Sn and Cu) is formed on a metal substrate (eg, STS316) by electrolytic plating (eg, 1500 layers,
나. 형성된 나노 도금층을 박리한다.(예: 중량 250mg)I. The formed nano-plated layer is peeled off (e.g.,
다. 박리된 나노 도금층을 분쇄하여 파우더로 제조한다.(예: 볼 밀 200rpm, 3시간)All. The exfoliated nano-plated layer is pulverized into a powder (for example, a ball mill at 200 rpm for 3 hours)
라. 파우더를 체를 이용하여 걸러서 일정 크기로 분류한다.(예: 분말 크기 2㎛) la. Filter the powder using a sieve and classify it into a certain size (
도 6에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법이 블록도로 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조된 나도 다층 도금 솔더 분말 및 바렐 도금장치가 개략도로 도시되어 있으며, 도 8에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조된 나도 다층 도금층의 표면을 확대한 사진이 나타나 있다.FIG. 6 is a block diagram illustrating a method of manufacturing a solder powder according to a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a solder powder according to a second embodiment of the present invention, 8 is a schematic view of the plating apparatus, and FIG. 8 is an enlarged view of the surface of the multilayer plating layer made by the solder powder manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
이들 도면에 의하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법은 상용 솔더 분말 반입 단계(S200), 전처리 단계(S210), 나노 다층 도금층 형성 단계(S220), 솔더 분말 반출 단계(S230) 및 솔더 분말 세척 및 건조 단계(S240)를 포함한다.According to the drawings, the solder powder manufacturing method according to the second embodiment of the present invention includes the steps of bringing the solder powder into the solder powder S200, the preprocessing step S210, the nano multilayer plating layer forming step S220, And a solder powder cleaning and drying step (S240).
상용 솔더 분말 반입 단계(S200)는 준비한 상용 솔더 분말을 바렐 도금장치(도면에 미도시) 내에 반입시키는 단계이다.The commercial solder powder carry-in step (S200) is a step of bringing the prepared commercial solder powder into a barrel plating apparatus (not shown in the figure).
전처리 단계(S210)는 상용 솔더 분말의 표면에 오염물이나 산화물 제거를 위해 전처리하는 단계로, 앞선 제1 실시예에서의 전처리 단계와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.The preprocessing step S210 is a step of pretreating the surface of the commercial solder powder for removing contaminants or oxides, which is the same as the preprocessing step in the first embodiment, and thus a detailed description thereof will be omitted.
나노 다층 도금층 형성 단계(S220)는 상용 솔더 분말 표면에 바렐(barrel) 도금법을 이용하여 나노 다층 도금층을 형성하는 단계이다.The nano multilayer plating layer forming step S220 is a step of forming a nano multilayer plating layer on the surface of commercial solder powder using a barrel plating method.
특히, 상기 나노 다층 도금층 형성 단계(S220)에서 형성되는 나노 다층 도금층은 앞선 실시예의 그것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.In particular, since the nano multilayer plating layer formed in the nano multilayer plating layer forming step (S220) is the same as that of the preceding embodiment, detailed description is omitted.
더욱이, 나노 다층 도금층을 형성하기 위한 다층 도금층 제조 장치 역시 앞선 실시예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.Furthermore, the multi-layered plating layer manufacturing apparatus for forming the nano multi-layered plating layer also has the same structure and function as those of the previous embodiment, and thus a detailed description thereof will be omitted.
*솔더 분말 반출 단계(S230)는 나노 다층 도금층이 형성된 솔더 분말을 바렐 도금장치에서 반출시키는 단계이다.In the solder powder take-off step (S230), the solder powder formed with the nano-multilayered plating layer is taken out from the barrel plating apparatus.
솔더 분말 세척 및 건조 단계(S240)는 반출된 솔더 분말을 세척 및 건조하는 단계로, 공정이 끝난 솔더 분말을 꺼내어 증류수로 세척한 후 건조시켜 나노 다층 도금 처리된 솔더 분말을 얻는다.The solder powder washing and drying step (S240) is a step of washing and drying the discharged solder powder. The solder powder after the process is taken out, washed with distilled water and dried to obtain a nano-multilayered solder powder.
<실시예 2>≪ Example 2 >
가. 바렐 도금장치 내에 상용 솔더 분말(예: SAC 305, 크기 40㎛, 중량 5g)을 투입한다.end. A commercially available solder powder (eg, SAC 305,
나. 바렐 도금장치를 나노 다층 도금층이 형성된 막(예: Sn-Cu)에 넣은 후 금속 양극(예: Pt)을 설치한다 (도 6 참조).I. A barrel plating apparatus is placed in a film (e.g., Sn-Cu) having a nano-multilayered plating layer formed thereon, and then a metal anode (e.g., Pt) is provided (see FIG.
다. 바렐 도금장치를 작동시켜 계속 회전하게 하여 솔더 분말이 엉겨 붙지 않도록 한다.All. Operate the barrel plating device to continue rotating so that the solder powder does not cling.
라. 도금 회로를 구성(표면적을 계산)하고 전류를 가하여 솔더 분말 표면에 다층 나노 도금층(예: Sn 및 Cu층 두께 각각 20nm, Sn+Cu 총 50층)을 형성한다.la. A plating circuit is formed (surface area is calculated), and a current is applied to form a multilayer nano-plated layer (for example, 20 nm each of Sn and Cu layer thickness, and a total of 50 layers of Sn + Cu) on the solder powder surface.
마. 바렐 도금장치 내부의 솔더 분말을 꺼내고, 증류수를 이용하여 세척한다.hemp. The solder powder inside the barrel plating apparatus is taken out and washed with distilled water.
본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법과 본 발명의 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법은 다층 나노 도금층 분말 제조시 큰 덩어리에서 깎아 내려가는 방식인 분쇄방법과 입자에서 성장시켜 분말을 제조하는 방식 모두 가능하다. 실시 예에서는 각각의 방식의 대표적인 방식인 볼 밀 분쇄법과 바렐 도금법을 제안하였으나 통상의 분말 제조 방법을 이용하여 다층 나노 도금층 분말을 제조할 수 있다.The solder powder manufacturing method according to the first embodiment of the present invention and the second embodiment of the present invention is a method of manufacturing a multilayer nano-plated layer powder by grinding the powder from a large lump, Both methods are possible. Although the ball milling method and the barrel plating method, which are representative methods of each method, have been proposed in the embodiments, the multilayer nano-plated layer powder can be manufactured by using a conventional powder manufacturing method.
도 9에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트 제조 방법이 블록도로 도시되어 있고, 도 10에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트 제조 방법에서 분쇄로 제조된 나노 다층 도금 페이스트의 공정도가 도시되어 있다.FIG. 9 is a block diagram of a solder paste manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a process chart of a nano multilayer plating paste produced by the pulverization in the solder paste manufacturing method according to the first embodiment of the present invention Are shown.
이들 도면에 의하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트 제조 방법은 솔더 분말 또는 혼합 분말 사용 단계(S300) 및 바인더 및 플럭스 첨가 단계(S310)를 포함한다.According to these drawings, the solder paste manufacturing method according to the first embodiment of the present invention includes a solder powder or mixed powder use step (S300), a binder and a flux addition step (S310).
솔더 분말 또는 혼합 분말 사용 단계(S300)는 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법(전해도금법에 의해 형성된 나노 다층 도금층을 분쇄하여 제조)에 의해 제조되는 솔더 분말 또는 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법(상용 솔더의 표면에 나노 다층 도금층을 형성하여 제조)에 의해 제조되는 솔더 분말 자체를 사용하거나, 상기 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말 또는 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말에 일반 솔더 분말을 혼합한 혼합 분말을 사용하는 단계이다.The solder powder or mixed powder use step (S300) may be a solder powder prepared by the solder powder production method according to the first embodiment (produced by pulverizing a nano multilayered plating layer formed by the electrolytic plating method) or a solder powder according to the second embodiment The solder powder itself produced by the manufacturing method (manufactured by forming the nano multilayer plating layer on the surface of the commercial solder) or the solder powder produced by the solder powder production method according to the first embodiment or the second embodiment And the solder powder produced by the solder powder manufacturing method according to the present invention is mixed with a general solder powder.
바인더 및 플럭스 첨가 단계(S310)는 솔더 분말 또는 혼합 분말에 도금 대상물과 분말을 고정시켜 주는 바인더(binder)와 상기 도금 대상물 및 분말의 산화를 막아주기 위한 플럭스(flux)가 첨가되는 단계이다.The binder and flux adding step S310 is a step of adding a binder for fixing the object to be plated and the powder to the solder powder or the mixed powder and a flux for preventing the oxidation of the object to be plated and the powder.
결국, 본 발명에 따른 솔더 페이스트 제조 방법은 다층 나노 도금층 분말의 저온 접합 특성을 솔더 페이스트에 적용할 때 다층 나노 도금층 분말만을 사용할 수 있으며, 또한 상용 솔더 분말과 다층 나노 도금층 분말을 혼합함으로써 유사한 저온접합을 기대할 수 있으며, 전체 분말대비 나노 적층 분말의 비율감소로 가격을 더욱 낮출 수 있다. 페이스트를 제조하기 위해서는 기판과 분말을 고정시켜주는 바인더와 기판 및 분말의 산화를 막아주기 위한 플럭스가 첨가되어야 한다. 바인더 및 플럭스는 저온 접합공정 시 분해되어야 하므로 열분해성이 우수한 물질로 구성되어야 한다.As a result, the solder paste manufacturing method according to the present invention can use only the multilayer nano-plated layer powder when the low-temperature bonding properties of the multilayer nano-plated layer powder are applied to the solder paste. Also, by mixing the commercial solder powder and the multilayer nano- And the price can be further lowered by reducing the ratio of the nano-laminated powder to the total powder. In order to manufacture the paste, a binder for fixing the substrate and the powder and a flux for preventing the oxidation of the substrate and the powder should be added. Binders and fluxes should be composed of materials that are highly pyrolytic because they must be degraded during the low temperature bonding process.
그리고 상기 페이스트에 사용되는 금속 분말은 상기 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말로, 상기 전해도금법에 의해 형성된 나노 다층 도금층을 분쇄하여 제조된 솔더 분말 또는 상기 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말로, 상용 솔더의 표면에 나노 다층 도금층을 형성하여 제조된 솔더 분말만으로 이루어지거나, 일반 금속 분말에 상기 나노 다층 도금층 분말을 10% 이상 혼합한 분말이 적용될 수 있다.The metal powder used in the paste is a solder powder produced by the solder powder production method according to the first embodiment. The solder powder prepared by pulverizing the nano-multilayered plating layer formed by the electrolytic plating method, Or solder powder prepared by forming a nano-multilayer plating layer on the surface of a commercial solder, or a powder obtained by mixing at least 10% of the nano-multilayer plating layer powder with a general metal powder Can be applied.
그리고 본 발명에 따른 솔더 페이스트 제조 방법은 패키징에서 사용되는 솔더 페이스트를 대체함으로써 저온 공정이 가능하게 된다. 이것으로 솔더링에서 발생하는 기판의 열에 의한 손상이나 불량을 줄일 수 있고, 또한 저온에서 진행되므로 에너지 절감에 기여한다. The solder paste manufacturing method according to the present invention replaces the solder paste used in the packaging, thereby enabling a low-temperature process. This can reduce the damage or badness of the substrate due to the soldering which is caused by the soldering, and it also proceeds at a low temperature, thereby contributing to energy saving.
<실시예 3>≪ Example 3 >
본 발명의 제1, 2 실시예에 의한 솔더 페이스트 제조 방법에 의해 다음과 같은 실시예 3을 구현할 수 있다.The following
가. 위 방법으로 제조된 나노 적층 솔더 분말(Sn-Cu)을 그대로 사용하거나 일반 솔더 분말(예: Sn, SAC305, SAC105)와 혼합한다.end. The nano-laminated solder powder (Sn-Cu) prepared by the above method may be used as is or mixed with general solder powder (eg Sn, SAC305, SAC105).
나. 페이스트 특성을 나타내기 위해 바인더 및 플럭스를 혼합하여 페이스트를 제조한다. 사용하는 바인더 및 플럭스는 접합이 이루어지는 온도에서 완전히 열분해가 일어나는 물질을 사용하는 것이 좋다. I. A paste is produced by mixing the binder and the flux to exhibit the paste characteristics. The binder and the flux to be used are preferably made of a material which is completely pyrolyzed at the temperature at which the bonding is carried out.
도 11에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법이 블록도로 도시되어 있고, 도 12에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법에서 나노 도금층 분말과 일반 솔더와의 혼합한 페이스트를 사용하여 접합한 상태가 개략도로 도시되어 있고, 도 13에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법에서 나노 도금층 분말만을 사용하여 접합한 상태가 개략도로 도시되어 있으며, 도 14에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법 구현시 나노 도금층 두께가 각각 50nm인 Sn-Cu 나노 다층 도금 DSC 분석결과를 나타낸 그래프가 나타나 있다.FIG. 11 is a block diagram showing a low temperature bonding method using a solder paste according to the first embodiment of the present invention. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a method of bonding a nano plated layer powder and a solder paste in a low temperature bonding method using solder paste according to the first embodiment of the present invention. 13 is a schematic view showing a state of bonding using a paste mixed with general solder. Fig. 13 shows a state in which only the nano-plated layer powder is bonded in the low temperature bonding method using the solder paste according to the first embodiment of the present invention And FIG. 14 is a graph showing the results of Sn-Cu nano-multilayer plating DSC analysis of nano-plated layers each having a thickness of 50 nm when implementing the low-temperature bonding method using the solder paste according to the first embodiment of the present invention.
이들 도면에 의하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법은 솔더 분말 또는 솔더 페이스트의 제1 및 제2 피접합물의 사이 도포 단계(S400), 제1 및 제2 피접합물 가열 단계(S410) 및 저온 접합 단계(S420)를 포함한다.According to these drawings, the low temperature bonding method using the solder paste according to the first embodiment of the present invention includes a step S400 of applying solder powder or a solder paste between the first and second materials to be bonded (S400) Water heating step S410 and a low temperature bonding step S420.
솔더 분말 또는 솔더 페이스트의 제1 및 제2 피접합물의 사이 도포 단계(S400)는 다층 나노 도금층 분말이나 페이스트를 제1, 2 피접합물(430, 440) 사이에 도포하는 단계이다. The step of applying the solder powder or the solder paste between the first and second members to be bonded (S400) is a step of applying a multilayer nano-plating layer powder or paste between the first and
즉, 상기 솔더 분말 또는 솔더 페이스트의 제1 및 제2 피접합물의 사이 도포 단계(S400)는 상기 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말(도 14 참조) 또는 상기 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말(도 13 참조)을 사용하거나, 상기 제1, 2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말에 의해 제조된 솔더 페이스트를 제 1 및 제 2 피접합물(430, 440)의 접합면의 사이에 도포하는 단계이다.That is, the step (S400) of applying the solder powder or the solder paste between the first and second members to be bonded may be performed by the solder powder (see FIG. 14) produced by the solder powder manufacturing method according to the first embodiment, The solder paste prepared by the solder powder manufacturing method according to the embodiment (see Fig. 13) or the solder paste produced by the solder powder manufacturing method according to the first and second embodiments can be used as the
이때, 상기 제1 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말은 전해도금법에 의해 형성된 나노 다층 도금층을 분쇄하여 제조된 솔더 분말(450)이고, 상기 제2 실시예에 의한 솔더 분말 제조 방법에 의해 제조되는 솔더 분말은 상용 솔더(460)의 표면에 나노 다층 도금층을 형성하여 제조된 솔더 분말(450)을 말한다.At this time, the solder powder produced by the solder powder manufacturing method according to the first embodiment is the
여기서, 상기 제 1 및 제 2 피접합물(430, 440)은 금속, 세라믹 및 고분자재료를 포함하는 고체형태의 피접합체 등이 이에 접목된다.Here, the first and
제1 및 제2 피접합물 가열 단계(S410)는 상기 제 1 및 제 2 피접합물(430, 440)을 저온에서 가열하는 단계이다.The first and second materials to be joined are heated (S410) by heating the first and
저온 접합 단계(S420)는 다층 도금막들의 상호 반응에 의해 제 1 및 제 2 피접합물(430, 440)이 저온에서 접합층을 통해 접합되는 단계이다.The low-temperature bonding step (S420) is a step in which the first and
즉, 본 발명에 의한 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법은 표면 산화층이 발생하지 않는 재료이거나 페이스트로 제조하여 접합온도에서 사용 가능한 용제(flux)를 사용할 경우 리플로우 머신이나 핫플레이트 등 대기 중에서의 접합이 가능하다. That is, the low-temperature bonding method using the solder paste according to the present invention is a method in which a surface oxidation layer is not formed, or when a flux that can be used at a bonding temperature is used as a paste and is used as a reflowing machine, It is possible.
그리고 분말만을 사용하여 접합 시 표면의 산화막 생성을 억제하기 위해 진공 분위기에서 가열한다. 가열하는 피크 온도는 DSC를 이용하여 발열반응이 끝나는 부분의 온도로 하였으며 그 이상의 온도에서도 접합이 가능하다. In order to suppress the formation of oxide film on the surface during bonding, it is heated in a vacuum atmosphere using only powder. The peak temperature to be heated is the temperature at the end of the exothermic reaction using DSC, and it is possible to bond even at higher temperatures.
다층 나노 도금층 분말이나 페이스트를 접합 매개물로 사용할 때 온도가 증가함에 따라 나노 도금층이 활성화가 되어 접합이 일어나게 된다.When a multilayer nano-plated layer powder or paste is used as a bonding medium, the nano-plated layer is activated and the bonding occurs as the temperature increases.
본 발명에서는 예로서, 전자패키징 산업에 많이 사용되는 구리를 피접합재로 하였으며, 나노 다층 도금층 솔더 페이스트로 하였다.In the present invention, copper, which is widely used in the electronic packaging industry, is used as a bonding material, and a nano multilayer plating layer solder paste is used.
본 발명을 통해 제조된 다층 금속 도금 박막은 발열특성을 가지며 벌크 형태의 기존 접합매개물에 비해 저온에서 접합할 수 있다. 이하 도면을 참조하여 본 발명에 의해 제조된 다층 도금 박막의 특성을 나타내는 실시 예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.The multi-layered metal-plated thin films prepared according to the present invention have exothermic properties and can be bonded at a lower temperature than conventional bulk-type bonding media. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the structure of an embodiment showing characteristics of a multilayered thin film produced by the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 15에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 시 열 특성을 DTA(Differential Thermal Analysis)로 측정한 그래프가 도시되어 있고, 도 16에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막을 접합 매개물로 이용하여 600℃, 700℃, 800℃, 1000℃에서 10분간 304스테인레스강을 저온 접합한 사진이 나타나 있으며, 도 17에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막을 접합 매개물로 이용하여 900℃에서 10분간 304스테인레스강을 저온 접합한 후 인장 시험한 파면 사진이 나타나 있다.FIG. 15 is a graph showing the thermal characteristics of a Ni-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics of the multilayered metal of the present invention measured by DTA (Differential Thermal Analysis) FIG. 17 is a photograph showing a low temperature bonding of 304 stainless steel for 10 minutes at 600 ° C, 700 ° C, 800 ° C and 1000 ° C using a Ni-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting heat generation characteristics made of metal as a bonding medium. The tensile test was performed after low temperature bonding of 304 stainless steel at 900 ° C for 10 minutes using a Ni-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics of the multilayered metal of the present invention as a bonding medium.
도 18에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 시 열 특성을 DSC(Differential Scanning Calorimetry)로 측정한 그래프가 도시되어 있고, 도 19에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막을 구리기판 위에 형성한 사진이 나타나 있으며, 도 20에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막을 접합매개물로 사용하여 10-3 torr의 진공로에서 160℃, 170℃, 210℃의 각각의 온도로 10분간 구리판을 저온 접합한 사진이 나타나 있다.FIG. 18 is a graph showing thermal characteristics of a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics produced by the multilayered metal of the present invention by DSC (Differential Scanning Calorimetry) 20 shows a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics made of the multilayered metal of the present invention, which is formed by joining a thin film of a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting heat- As a medium, there is a photograph showing a low temperature bonding of a copper plate at a temperature of 160 ° C, 170 ° C and 210 ° C for 10 minutes in a vacuum of 10 -3 torr.
도 21에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Cu-Ag 다층 금속 도금 박막의 가열 시 열 특성을 DTA로 측정한 그래프가 도시되어 있고, 도 22에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 전 도금된 상태 그대로의 다층 금속 박막 층(좌)과 가열 후 확산으로 다층 금속 박막 층이 소멸된(우) 모습의 사진이 나타나 있으며, 도 23에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 전 도금된 상태 그대로의 다층 금속 박막 층(좌)과 가열 후 확산으로 다층 금속 박막 층이 소멸된(우) 모습의 사진이 나타나 있다. FIG. 21 is a graph showing the thermal characteristics of a Cu-Ag multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics produced by the multilayered metal of the present invention, measured by DTA, and FIG. 22 is a graph showing the heat (Left) of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film before the heating and the multilayered metal thin film layer of the Sn-Cu thin film thinned by the diffusion after heating are shown (right) in FIG. 23 The multilayered metal thin film layer (left), which was plated before heating, and the multilayered metal thin film layer, which had been diffused by heating after the heating, of the Ni-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting the exothermic characteristics of the multilayered metal of the present invention .
도 24에는 본 발명의 다층 금속으로 제조된 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 전 도금된 상태 그대로의 다층 금속 도금 박막을 XRD로 상분석한 결과 비정질 특성(좌)이 나타나는 그래프와, 가열 후 확산으로 다층 금속 박막 층이 소멸된 상태를 XRD로 상분석한 결과 결정질 특성(우)이 나타나는 모습의 그래프가 도시되어 있다.FIG. 24 is a graph showing the amorphous characteristics (left) of a Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics produced by the multilayered metal of the present invention when X-ray photoelectron spectroscopy , And a graph showing a crystalline characteristic (right) as a result of phase analysis by XRD of a state in which the multilayer metal thin film layer has disappeared due to diffusion after heating.
도 25에는 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 각 두 개의 도금층 두께의 합이 5㎛로 두껍게 제조하여 단면부를 나타낸 전자현미경(SEM) 사진이 나타나 있고. 도 26에는 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 각 두 개의 도금층 두께의 합이 5㎛로 두껍게 제조하여 시차 주사 열량계(DSC)를 이용한 열특성을 측정한 가열 그래프가 도시되어 있으며, 도 27에는 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 각 두 개의 도금층 두께의 합이 5㎛로 두껍게 제조하여 발열 접합 예정부의 접합 후 실제 단면부를 나타낸 광학현미경 사진이 나타나 있다.FIG. 25 shows an electron microscope (SEM) photograph showing the cross section of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film having a thickness of 5 占 퐉 and the sum of the thicknesses of the two plating layers. 26 shows a heating graph in which the sum of the thicknesses of the two plating layers of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics is made thick to 5 占 퐉 and the thermal characteristics are measured using a differential scanning calorimeter (DSC) 27 shows an optical microscope photograph showing the actual cross-sectional area of the Sn-Cu multi-layered metal-plated thin film exhibiting exothermic characteristics after thickening the thickness of each of the two plated layers to 5 μm.
도 28에는 발열 특성이 나타나는 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 층수를 6층으로 적게 하여 제조하여 저온접합 한 구리전극 단면부를 나타낸 광학현미경 사진이 개시되어 있다.FIG. 28 shows an optical microscope photograph showing a copper electrode cross-section prepared by reducing the number of layers of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film exhibiting exothermic characteristics by six layers and cryogenically bonded.
도 29에는 발열 특성이 나타나는 다층 금속 도금 박막의 도금 시간을 길게 하여 전체 도금 두께가 300㎛인 것으로 제조한 Sn-Cu계 금속 도금 박막의 단면부를 나타낸 광학현미경 사진이 개시되어 있다.FIG. 29 shows an optical microscope photograph showing an end face portion of a Sn-Cu-based metal plating thin film formed by lengthening the plating time of a multilayered metal plating thin film exhibiting heat generation characteristics and having an overall plating thickness of 300 μm.
<실시예 4><Example 4>
본 발명에서 개발한 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막은 적층된 도금층 간에 저온에서 확산이 일어나며 열이 발생하여, DTA로 측정하면 도금층을 이루는 원소인 Cu(융점 1083℃), Ni(융점 1445℃)보다 융점이 낮은 567℃에서 피크(peak)가 나타나고, Ni-Cu 다층 금속 도금 박막은 용융된다. 이때의 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막의 열 특성을 DTA로 측정하여 도 15에 나타내었다. 도 15의 피크는 Ni-Cu계 벌크 합금의 최저융점인 1083℃의 약 52.3%에 해당한다. 이 결과를 통해 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막을 접합 매개물로 하여 도금층을 이루는 원소인 Cu(융점 1083℃), Ni(융점 1445℃)보다 융점이 낮고, Ni-Cu계 벌크 합금의 최저융점인 1083℃보다 낮은 온도인 600℃, 700℃, 800℃, 900℃, 1000℃에서 304 스테인레스강을 저온 접합하였다. 다층 금속 도금 박막의 발열반응의 효과로 Cu(융점 1083℃), Ni(융점 1445℃)의 융점 및 이들 벌크 합금의 최저융점 보다 낮은 온도에서 다층 금속 도금 박막이 용융되어 저온 접합이 일어나게 된다.The Ni-Cu multilayered metal plating thin film developed in the present invention diffuses at a low temperature between the laminated plating layers and generates heat. When measured by DTA, Cu (melting point: 1083 ° C) and Ni (melting point: 1445 ° C) A peak appears at 567 DEG C with a low melting point, and the Ni-Cu multilayered metal plating thin film is melted. The thermal properties of the Ni-Cu multilayered metal plating thin film at this time were measured by DTA and are shown in Fig. The peak in Fig. 15 corresponds to about 52.3% of the lowest melting point of the Ni-Cu bulk alloy at 1083 캜. The results show that the melting point of Ni-Cu multi-layered metal plating thin film is lower than that of Cu (melting point 1083 ℃) and Ni (melting point 1445 ℃), which are the elements of the plating layer, 900 ° C, 800 ° C, 900 ° C, and 1000 ° C, respectively, which are lower than the temperature of 400 ° C. Layer metal plating thin film is melted at a temperature lower than the melting point of Cu (melting point: 1083 DEG C), Ni (melting point: 1445 DEG C) and the lowest melting point of these bulk alloys due to the exothermic effect of the multilayered metal-plated thin film.
상세하게는 30 X 10 X 0.3 (mm) 크기의 304스테인레스강 판재에 Ni-Cu 다층 금속 도금 박막을 형성하였다. 다층 금속 도금 박막이 형성된 스테인레스강 시편을 도금되지 않은 스테인레스강 시편과 마주보게 겹쳐서 10-4 torr의 진공로를 이용하여 600℃, 700℃, 800℃, 900℃, 1000℃에서 10분간 저온접합 하였으며, 그 결과를 도 16에 나타내었다. 900℃에서 접합한 스테인레스강 시편은 인장시험 하였으며 그 결과 인장강도는 117kgf에 도달하였다.Specifically, a Ni-Cu multilayered metal plating thin film was formed on a 304 stainless steel plate of 30 X 10 X 0.3 (mm) size. Stainless steel specimens with multi-layered metal-plated films were superposed on uncoated stainless steel specimens and bonded to each other at 600 ° C, 700 ° C, 800 ° C, 900 ° C and 1000 ° C for 10 minutes using a vacuum of 10 -4 torr , And the results are shown in Fig. Stainless steel specimens bonded at 900 ℃ were subjected to tensile test. The tensile strength reached 117kgf.
이때의 접합부 파면을 도 17에 나타내었으며, 다층 도금박막이 양호하게 접합되었음을 확인할 수 있다.17 shows the wavefront of the joint at this time, and it can be confirmed that the multilayered plated thin film is well bonded.
<실시예 5>≪ Example 5 >
본 발명에서 개발한 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막은 저온에서 확산하며 발열반응열이 발생하여 DSC로 측정하면 144℃에서 피크(peak)가 나타나고, Sn-Cu 다층 금속 도금 박막은 용융된다. 이때의 열 특성을 DSC로 측정하여 도 18에 나타내었다. 도 18의 피크는 Sn-Cu계 합금의 최저융점 (eutectic 온도)인 227℃의 약 63.4%에 해당한다. 도 18의 결과를 통해 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막을 접합 매개물로 하여 구리판을 160℃, 170℃, 210℃에서 저온 접합하였다. 상세하게는 30 X 10 X 0.3 (mm) 크기의 Cu 판재에 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막을 형성하였다. 이때의 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막이 형성된 사진을 도 19에 나타내었다. Sn-Cu 다층 금속 도금 박막이 형성된 Cu 시편을 도금층이 마주보게 겹쳐서 대기 중 혹은 10-3 torr의 진공로에서 160℃, 170℃, 210℃의 온도로 10분간 저온접합하였다. 이때의 접합사진을 도 20에 나타내었다. 170℃에서 접합한 시편을 인장 시험한 결과 인장강도는 38kgf에 도달하였다. The Sn-Cu multi-layered metal plating thin film developed in the present invention diffuses at a low temperature and generates an exothermic reaction heat. When measured by DSC, a peak appears at 144 ° C and the Sn-Cu multi-layered metal plating thin film is melted. The thermal characteristics at this time are measured by DSC and are shown in Fig. The peak in Fig. 18 corresponds to about 63.4% of the lowest melting point (eutectic temperature) of 227 캜 of the Sn-Cu-based alloy. The result of FIG. 18 shows that the Sn-Cu multilayered metal plating thin film was bonded at low temperature at 160 ° C, 170 ° C, and 210 ° C as a bonding medium. Specifically, a Sn-Cu multilayered metal plating thin film was formed on a Cu plate having a size of 30 X 10 X 0.3 (mm). A photograph of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film formed at this time is shown in FIG. The Cu specimens with the Sn-Cu multilayered metal-plated thin films were laminated facing the plated layer and bonded at low temperatures of 160 ° C, 170 ° C and 210 ° C for 10 minutes in air or a vacuum of 10 -3 torr. A photograph of the joint at this time is shown in Fig. The tensile strength of the specimens bonded at 170 ℃ reached 38kgf.
또 다른 실시예로, 본 발명법으로 발열 특성을 갖는 Cu-Ag 다층 나노 박막을 제조 하였으며, 이때의 열 특성을 DTA로 측정하여 도 21에 나타내었다. 이때 발열 특성으로 인해 도금층을 이루는 원소인 Ag(융점 961℃), Cu(융점 1083℃)보다 융점이 낮은 678.54℃에서 피크(peak)가 나타나고, 이는 Cu-Ag계 벌크합금의 최저융점 (eutectic 온도, Cu-40%Ag)인 779℃의 약 87.1%에 해당한다.In another embodiment, a Cu-Ag multilayered nanotube film having a heat generating property according to the present invention was prepared, and the thermal property at this time was measured by DTA and is shown in FIG. At this time, a peak appears at 678.54 ° C, which is lower than the melting points of Ag (melting point 961 ° C) and Cu (melting point 1083 ° C), which are elements of the plating layer due to exothermic characteristics. This is because the lowest melting point (eutectic temperature , Cu-40% Ag), which corresponds to about 87.1% of 779 ° C.
상기의 열 특성 실험 실시예로부터, 본 발명을 통해 제조한 발열 특성을 갖는 다층 금속 도금 박막은 벌크형태의 기존 접합 매개물 합금 융점의 52.3%(Ni-Cu계 다층박막)이상 87.1%(Cu-Ag계 다층박막)이하의 온도 범위에서 피크가 나타났으며, 기존의 접합매개물로는 용융되지 않아 접합(브레이징, 솔더링)이 불가능한 이 온도 범위에서도 본 발명법을 이용하면 발열반응에 의해 접합매개물이 용융되어 접합(브레이징, 솔더링)이 가능하다. 또한, 당연히 상기 87.1%이상의 온도에서도 본 발명법의 매개물을 사용하면 접합이 가능하며, 접합 상한 온도는 기존 접합 매개물의 융점 혹은 피접합재의 융점 이하 범위이다. From the experimental results of the above thermal characteristics, it was found that the multilayered metal-plated thin film having exothermic characteristics prepared by the present invention had a Cu-Ag content of at least 87.3% (52.3% of the Ni-Cu-based multilayer thin film) (Multi-layered thin film)), peaks were observed in the temperature range below, and even if the conventional bonding medium was not melted and thus the bonding (brazing and soldering) was impossible, (Brazing, soldering) is possible. Naturally, even at the above-mentioned temperature of 87.1% or higher, bonding can be carried out by using the medium of the present invention, and the upper limit of the bonding temperature ranges from the melting point of the existing bonding medium or the melting point of the bonding material.
본 발명의 발열특성을 갖는 다층 금속 도금 박막은 도금된 상태에서는 얇은 층상의 구조로 존재하여 비정질 특성을 갖지만, 저온 접합을 위해 접합매개물로 사용하는 경우, 가열하면 다층 금속 도금 박막 중 제 1 및 제 2 도금층은 상호 확산에 의해 소멸되며 쉽게 용융되어 접합부를 이루어 결정화된다. 실제로 발열특성을 갖는 Sn-Cu 계열 다층 나노 박막층을 형성하고, 이를 160℃에서 가열하여 다층 나노 박막층이 소멸됨을 확인하였다. 이때의 Sn-Cu 계열 다층 나노 박막층의 가열 전 제 1 및 제 2 도금층과, 가열 후 확산으로 제1 및 제 2도금층이 소멸된 모습은 도 22에 나타내었다. 또한 발열 특성을 갖는 Ni-Cu 계열 다층 나노 박막층을 형성하고, 이를 650℃에서 가열하여 다층 나노 박막층이 소멸됨을 확인하였다. 이때의 Ni-Cu 계열 다층 나노 박막층의 가열 전 제 1 및 제 2도금층과, 가열 후 확산으로 제1 및 제 2도금층이 소멸된 모습은 도 23에 나타내었다.The multilayered metal plating thin film having the exothermic characteristic of the present invention exists as a thin layered structure in the plated state and has an amorphous property. However, when it is used as a bonding medium for low temperature bonding, when the multilayered metal plating thin film is heated, 2 The plating layer is extinguished by mutual diffusion and is easily melted to crystallize as a joint part. A Sn-Cu-based multi-layered nano-thin film layer having a heat generation characteristic was formed and heated at 160 ° C to confirm that the multi-layered nano-film layer was extinguished. FIG. 22 shows the disappearance of the first and second plating layers before and after the heating of the Sn-Cu-based multi-layered nano thin film layer at this time by diffusion after heating. Further, a Ni-Cu-based multi-layered nano-film layer having exothermic characteristics was formed and heated at 650 ° C to confirm that the multi-layered nano-film layer was extinguished. FIG. 23 shows a state in which the first and second plating layers of the Ni-Cu based multi-layered nano thin film layer at this time and the first and second plating layers are eliminated by diffusion after heating.
또한, 발열 특성을 갖는 다층 금속 도금 박막의 비정질 상 특성을 확인하기 위해 XRD를 이용하여 상을 분석 하였다. 본 발명에 따른 다층 금속 도금 박막 제조방법으로 제조된 Sn-Cu 다층 금속 도금 박막의 가열 전 도금된 상태 그대로의 다층 금속 도금 박막을 XRD로 상분석한 결과 비정질 특성(좌)이 나타나는 그래프와, 가열 후 확산으로 제1 및 제 2도금층이 소멸된 상태를 XRD로 상분석한 결과 결정질 특성(우)이 나타나는 모습을 도 24에 나타내었다. In addition, the phase was analyzed using XRD in order to confirm the amorphous phase characteristics of the multilayered metal plated thin films having exothermic characteristics. The graph showing the amorphous characteristics (left) of the Sn-Cu multilayered metal plating thin film prepared by the method of the present invention, which was obtained by XRD analysis of the multilayered metal plating thin film before plating, FIG. 24 shows the appearance of the crystalline characteristic (right) as a result of phase analysis by XRD of the state in which the first and second plating layers disappear due to the post-diffusion.
<비교예 1> 발열 반응이 없는 다층 금속 소재≪ Comparative Example 1 > A multilayered metal material having no exothermic reaction
다층 금속 도금층의 각 층의 두께가 두꺼워지거나, 도금층의 수가 줄어들면 다층 금속 도금층 내 계면의 면적이 작아진다. 본 실시예에서는 발열 반응을 갖지 않도록 두 층의 두께의 합이 5㎛로 두껍게 제조된 Sn-Cu계 접합소재를 제조 하였다. 이때의 두 층의 두께의 합이 5㎛로 제조된 Sn-Cu 다층 소재의 단면을 전자현미경으로 확인하여 도 25에 나타내었다. 또한, 이 다층 소재의 열 특성을 DSC로 측정하여 도 26에 나타내었다. 그 결과 DSC측정에서 저온발열피크가 나타나지 않고, 고온에서 도금을 구성하는 원소인 주석이 용융되는 온도인 228℃에서 흡열 피크가 나타났다. 즉, 두 층의 두께의 합이 40nm로 얇게 제조된 Sn-Cu계 접합소재에서 나타났던 144℃의 발열 피크가 5㎛로 두껍게 제조된 소재에서는 나타나지 않았다.If the thickness of each layer of the multilayer metal plating layer becomes thicker or the number of plating layers decreases, the area of the interface in the multilayer metal plating layer becomes smaller. In this embodiment, a Sn-Cu-based bonding material having a thickness of 5 μm and a thickness of two layers is prepared so as not to generate an exothermic reaction. The cross-section of the Sn-Cu multi-layer material manufactured by the combination of the thicknesses of the two layers at 5 占 퐉 was confirmed by an electron microscope and is shown in Fig. The thermal characteristics of this multi-layer material were measured by DSC and shown in Fig. As a result, the DSC measurement did not show a low-temperature exothermic peak, and an endothermic peak appeared at 228 ° C at which the tin, which is an element constituting the plating, melts at a high temperature. That is, an exothermic peak at 144 ° C, which was exhibited in a Sn-Cu-based bonding material prepared by thinning the thickness of the two layers to 40 nm, was not found in the thick-made 5 μm thick material.
이때의 발열 반응을 갖지 않도록 각 도금층이 두껍게 제조된 소재를 이용하여 반도체를 구리전극에 170℃온도에서 가열하였다. 이때의 반도체와 전극의 접합부를 광학현미경으로 관찰한 결과 접합되지 않았으며, 그 결과를 도 27에 나타내었다. 각 도금층이 두껍게 제조된 접합소재는 열분석결과 흡열피크만을 나타냈고 흡열량이 발열량보다 크기 때문에 접합되지 않은 것으로 판단할 수 있다.In order to avoid the exothermic reaction at this time, the semiconductor was heated to a copper electrode at a temperature of 170 ° C using a material in which each plating layer was made thick. The junction of the semiconductor and the electrode at this time was observed by an optical microscope and was not bonded. The results are shown in Fig. The bonding material in which each of the plated layers is made thick can be judged not to be bonded because only the endothermic peak is shown by the thermal analysis and the endothermic quantity is larger than the calorific value.
또한 도금층 수를 6층으로 제조된 Sn-Cu계 다층 금속 도금 박막을 제조하여 구리전극을 160℃에서 저온 접합하였으며, 이때의 단면을 도 28에 나타내었다. 이때의 접합부는 부분적으로 접합되었다. 이는 도금층 수가 적어 발열량이 충분하지 않았으며, 용융금속도 충분하지 않았기 때문이다.In addition, a Sn-Cu multilayered metal plating thin film having six layers of plating layers was prepared and the copper electrode was bonded at 160 占 폚 at low temperature, and a cross section thereof is shown in Fig. The joints at this time were partially bonded. This is because the amount of the plated layer was insufficient and the amount of molten metal was not sufficient.
이들 실시예를 참조하면, 본 발명에서 제조한 다층 도금 박막은 비정질 특성을 가지며, 저온 가열을 통해 비정질에서 결정질로 상변화시 발생하는 발열로 인하여, 기존의 벌크 합금 소자보다 낮은 온도에서 용융되며, 저온접합이 가능함을 알 수 있다.Referring to these examples, the multi-layered plated thin film produced by the present invention has amorphous characteristics and is melted at a temperature lower than that of a conventional bulk alloy device due to heat generated when the phase change from amorphous to crystalline is performed through low temperature heating, It can be seen that low temperature bonding is possible.
또한 도금 시간을 길게 하여 전체의 도금 두께가 300㎛인 Sn-Cu계 다층 금속 도금 박막을 제조하였으며, 이때의 단면을 도 29에 나타내었다. 본 발명을 통해 제조하는 다층 금속 박막은 도금이 진행이 되면서 도금층 표면에 결함이 생길 수 있으며, 결함은 수직면으로 계속하여 성장하고 300㎛ 이상의 두께로 도금층이 형성되면 다층 도금층 내의 결함의 비율이 높아져 다층도금층이 잘 형성되지 않고 비정질 및 발열특성이 나타나지 않으며, 저온 접합이 되지 않는다.Further, the plating time was elongated to produce a Sn-Cu-based multilayered metal plating thin film having a total plating thickness of 300 m, and a cross section at this time is shown in Fig. The multilayered metal thin film produced by the present invention may have defects on the surface of the plating layer as the plating progresses. When the defects grow continuously on the vertical surface and the plating layer is formed to a thickness of 300 탆 or more, the proportion of defects in the multilayered plating layer increases, The plating layer is not well formed, the amorphous and exothermic characteristics are not exhibited, and the low temperature bonding is not achieved.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the appended claims, as well as the appended claims.
430: 제 1 피접합물
440: 제 2 피접합물
450: 솔더 분말
460: 상용 솔더430: first bonded member
440: second bonded member
450: solder powder
460: Commercial Solder
Claims (20)
상기 도금 대상물에 전해도금법을 이용하여 제1금속재료로서 비정질을 포함하는 제1도금층 및 상기 제1금속재료와 다른 제2금속재료로서 비정질을 포함하는 제2도금층을 포함하는 적어도 2개층 이상의 다층 비정질이고, 상기 제1도금층 및 제2도금층의 두께의 합이 0.1㎚에서 5㎛ 이하 범위의 두께 나노 다층 도금층을 형성하는 단계;
상기 도금 대상물에 형성된 나노 다층 도금층을 박리하는 단계; 및
상기 박리된 나노 다층 도금층을 분쇄하여 솔더분말을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 솔더분말은 가열 시 상기 제1도금층 및 제2도금층이 발열되며 상기 제1금속재료와 상기 제2금속재료의 공정(eutectic) 온도보다 낮은 온도에서 용융되면서 접합재가 되는 솔더 분말 제조 방법.
Pretreatment for removing contaminants or oxides on the surface of the object to be plated;
Wherein at least two or more layers of amorphous amorphous material including a first plating layer containing amorphous as a first metal material and a second plating layer containing amorphous as a second metal material different from the first metal material are formed on the object to be plated by electrolytic plating Forming a thick nano-multilayer plating layer having a total thickness of the first plating layer and the second plating layer in a range of 0.1 nm to 5 탆;
Peeling the nano multilayer plating layer formed on the object to be plated; And
And pulverizing the peeled nano-multilayer plating layer to form a solder powder,
Wherein the first and second plating layers are heated when the solder powder is heated and melted at a temperature lower than the eutectic temperature of the first metal material and the second metal material to form a bonding material.
상기 상용 솔더 분말의 표면에 오염물이나 산화물 제거를 위해 전처리하는 단계;
상기 상용 솔더 분말 표면에 제1금속재료로서 비정질을 포함하는 제1도금층 및 상기 제1금속재료와 다른 제2금속재료로서 비정질을 포함하는 제2도금층을 포함하고, 상기 제1도금층 및 제2도금층의 두께의 합이 0.1㎚에서 5㎛ 이하 범위의 두께 나노 다층 도금층을 형성하는 단계;
상기 나노 다층 도금층이 형성된 솔더 분말을 상기 바렐 도금장치에서 반출시키는 단계; 및
상기 반출된 솔더 분말을 세척 및 건조하는 단계를 포함하며,
상기 솔더분말은 가열 시 상기 제1도금층 및 제2도금층이 발열되며 상기 제1금속재료와 상기 제2금속재료의 공정(eutectic) 온도보다 낮은 온도에서 용융되면서 접합재가 되는 솔더 분말 제조 방법.
Bringing the commercial solder powder into the barrel plating apparatus;
Pretreating the surface of the commercial solder powder to remove contaminants or oxides;
A first plating layer including amorphous as a first metal material on the surface of the commercial solder powder; and a second plating layer including amorphous as a second metal material different from the first metal material, wherein the first plating layer and the second plating layer Forming a thickness nano-multilayer plating layer having a total thickness of 0.1 nm to 5 占 퐉 or less;
Removing the solder powder formed with the nano multilayered plating layer from the barrel plating apparatus; And
And washing and drying the unloaded solder powder,
Wherein the first and second plating layers are heated when the solder powder is heated and melted at a temperature lower than the eutectic temperature of the first metal material and the second metal material to form a bonding material.
상기 나노 다층 도금층은 두 종류 이상의 원소 혹은 그 합금이 교대로 도금되어 적층된 다층의 금속 분말을 사용하는 솔더 분말 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nano multilayered plating layer is formed of a multilayer metal powder in which two or more kinds of elements or alloys thereof are alternately plated and laminated.
상기 나노 다층 도금막은 Sn(주석), Cu(구리), Zn(아연), Ni(니켈), Ti(티타늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ga(갈륨), Ge(저마늄), As(비소), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Ag(은), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), Re(레늄), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 둘 이상을 포함하는 금속층인 솔더 분말 제조 방법.
The method according to claim 1,
The nano multilayered plating film may be formed of at least one of Sn (tin), Cu (copper), Zn (zinc), Ni (nickel), Ti (titanium), V (vanadium), Cr (chromium) (Ruthenium), Ru (ruthenium), Co (cobalt), Ga (gallium), Ge (germanium), As (arsenic), Al (aluminum), Zr ), Rh (rhodium), Pd (palladium), Ag (silver), Cd (cadmium), In (indium), Sb (antimony), Te (tellurium), Hf Tungsten), Re (rhenium), Os (osmium), Ir (iridium), Pt (platinum), Au (gold), Tl (thallium), Pb (lead), Bi (bismuth) Lt; RTI ID = 0.0 > of: < / RTI >
상기 나노 다층 도금막은 각각 다른 금속층이 6층 이상 적층되는 솔더 분말 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the nano multilayered plated film is formed by laminating six or more different metal layers.
상기 솔더 분말은 볼 밀(ball mill)법을 포함하는 분쇄방법에 의해 형성되는 솔더 분말 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solder powder is formed by a pulverizing method including a ball mill method.
상기 솔더 분말 또는 상기 혼합 분말에 도금 대상물과 분말을 고정시켜 주는 바인더와 상기 도금 대상물 및 분말의 산화를 막아주기 위한 플럭스가 첨가되는 단계를 포함하는 솔더 페이스트 제조 방법.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: using a solder powder produced by the manufacturing method of any one of claims 1 to 6, or using a solder powder mixed with a solder powder; And
A binder for fixing the object to be plated and the powder to the solder powder or the mixed powder, and a flux for preventing oxidation of the object to be plated and the powder are added.
상기 페이스트에 사용되는 금속 분말은 상기 전해도금법에 의해 형성된 나노 다층 도금층을 분쇄하여 제조된 솔더 분말 또는 상용 솔더의 표면에 나노 다층 도금층을 형성하여 제조된 솔더 분말만으로 이루어지거나, 일반 금속 분말에 상기 나노 다층 도금층 분말을 10% 이상 혼합한 분말인 솔더 페이스트 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The metal powder used for the paste may be composed of solder powder prepared by pulverizing a nano-multilayered plating layer formed by the electrolytic plating method or solder powder prepared by forming a nano-multilayered plating layer on the surface of commercial solder, A method for producing a solder paste which is a powder obtained by mixing 10% or more of multi-layered plated layer powders.
상기 나노 다층 도금층은 두 종류 이상의 원소 혹은 그 합금이 교대로 도금되어 적층된 다층의 금속 분말을 사용하는 솔더 페이스트 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the nano multilayered plated layer is a multilayered metal powder in which two or more kinds of elements or alloys thereof are alternately plated and laminated.
상기 나노 다층 도금막은 Sn(주석), Cu(구리), Zn(아연), Ni(니켈), Ti(티타늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ga(갈륨), Ge(저마늄), As(비소), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Ag(은), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), Re(레늄), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 둘 이상을 포함하는 금속층인 솔더 페이스트 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The nano multilayered plating film may be formed of at least one of Sn (tin), Cu (copper), Zn (zinc), Ni (nickel), Ti (titanium), V (vanadium), Cr (chromium) (Ruthenium), Ru (ruthenium), Co (cobalt), Ga (gallium), Ge (germanium), As (arsenic), Al (aluminum), Zr ), Rh (rhodium), Pd (palladium), Ag (silver), Cd (cadmium), In (indium), Sb (antimony), Te (tellurium), Hf Tungsten), Re (rhenium), Os (osmium), Ir (iridium), Pt (platinum), Au (gold), Tl (thallium), Pb (lead), Bi (bismuth) Wherein the metal layer comprises two or more metal layers in the group.
상기 나노 다층 도금막은 각각 다른 금속층이 6층 이상 적층되는 솔더 페이스트 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the nano multi-layered plated film is formed by laminating six or more different metal layers.
상기 제 1 및 제 2 피접합물을 상기 제1금속재료와 상기 제2금속재료의 공정(eutectic) 온도보다 낮은 온도로 가열하는 단계; 및
상기 나노 다층 도금막이 용융되면서 상기 제1 및 제2접합물들이 서로 접합되는 단계를 포함하는 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법.
Applying solder paste formed by the manufacturing method of any one of claims 1 to 6 or a solder paste produced by the solder powder between the bonding surfaces of the first and second members to be bonded;
Heating the first and second materials to a temperature lower than the eutectic temperature of the first metal material and the second metal material; And
And bonding the first and second joints to each other while the nano-multilayer plated film is melted.
상기 제 1 및 제 2 피접합물은 금속, 세라믹 및 고분자재료를 포함하는 고체형태의 피접합체인 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the first and second materials to be bonded are solid materials in the form of a body including a metal, a ceramic and a polymer material.
상기 나노 다층 도금층은 전체의 두께가 0.6nm 내지 300㎛까지 범위의 두께로 형성되는 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the nano multilayered plated layer is formed to a thickness ranging from 0.6 nm to 300 탆.
상기 나노 다층 도금층은 적어도 6개 이상의 박막층이 적층되어 있는 구조의 비정질 특성을 갖는 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the nano multilayered plated layer has amorphous characteristics of a structure in which at least six thin film layers are laminated.
상기 나노 다층 도금층은 비정질의 특성을 갖는 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the nano multilayered plated layer is a low temperature bonding method using a solder paste having an amorphous characteristic.
상기 나노 다층 도금막은 도금층을 구성하는 전체 벌크 조성의 융점보다 낮은 온도에서 접합재로 사용되는 비정질에서 결정질로의 변화에 의한 발열 특성을 갖는 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the nano multilayered plating film has a heat generating property by changing from amorphous to crystalline used as a bonding material at a temperature lower than the melting point of the entire bulk composition constituting the plating layer.
상기 솔더 페이스트는 상기 나노 다층 도금막의 각각의 도금층들이 비정질에서 결정질로의 변화에 의한 발열반응에 의해 피접합물들을 저온 접합하는 소재인 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the solder paste is a material in which each of the plating layers of the nano multilayered plating film is subjected to low temperature bonding of the materials to be bonded by an exothermic reaction caused by a change from an amorphous state to a crystalline state.
상기 솔더분말은 가열 시 상기 제1도금층 및 제2도금층이 발열되고, 상기 제1도금층 및 제2도금층의 두께의 합이 0.1㎚에서 5㎛ 이하 범위의 두께이며, 상기 제1금속재료와 상기 제2금속재료의 공정(eutectic) 온도보다 낮은 온도에서 용융되면서 접합재가 되는 솔더 분말.
A first plating layer including amorphous as a first metal material and a second plating layer including amorphous as a material different from the first metal material and including amorphous as a second metal material different from the first metal material, A solder powder including a multilayered amorphous nano multilayer plating layer of two or more layers,
Wherein the first and second plating layers are heated when the solder powder is heated and the sum of the thicknesses of the first and second plating layers is in a range of 0.1 nm to 5 탆 or less, 2 Solder powder that becomes a bonding material when melted at a temperature lower than the eutectic temperature of the metallic material.
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