KR100209009B1

KR100209009B1 - 저융점합금 및 그 분말을 이용한 크림땜납

Info

Publication number: KR100209009B1
Application number: KR1019960028271A
Authority: KR
Inventors: 타다히로 도끼; 마사요시 야마구찌; 고오이찌 아오노; 히로후미 사카모토; 야스히데 오가사와라; 마쓰오 홋따; 아끼히로 키요스에; 다까오 에노모또
Original assignee: 고니시 가즈유끼; 니폰 아루파 메타루즈 가부시키가이샤; 니시무로 타이죠; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1999-07-15
Also published as: EP0753374B1; JPH0924486A; DE69619170D1; US6086683A; DE69619170T2; EP0753374A1; KR970006527A

Abstract

Sn/Pb/Bi 조성인 기재에 대하여, Ag와 Cu를 첨가한 것이다. Sn/Pb중에 Bi를 많이 함유하고 있기 때문에, 저융점(120∼150

Description

저융점합금 및 그 분말을 이용한 크림땜납

이 발명은 저융점합금 및 그 분말을 이용한 크림땜납에 관한 것으로서, 융점이 나으면서도 작업성(땜납부착성)을 유지하면서, 그 용융고화(溶融固化)후의 강도를 개선한 것이다.

프린트배선판, 집적회로(IC) 등의 반도체소자의 표면실장(表面實裝)을 함에 있어서, 개개의 구성소자를 접합하는 기술은 극히 중요한 역할을 담당하고 있다. 특히 LSI기판의 집적도를 높여서 고밀도 실장을 가능하게 함에 있어서는, 마이크로 솔더링(미소부분의 납땜)기술의 향상이 불가결하게 되어 있다.

그리하여, 미소한 반도체부품을 회로기판상의 정위치에 정확히 장착하는 방법으로서는, 일반적으로 크림땜납을 이용하는 방법이 알려져 있다. 즉, 인쇄법에 의해 회로기판위에 원하는 패턴으로 부착시킨 크림땜납의 점성과 표면장력을 이용함으로써, 반도체부품을 고정하고, 그 후, 열풍, 적외선등으로 가열하여 미세부품의 납땜을 하도록 하고 있다. 그러므로, 이러한 크림땜납에 관하여, 낮은 리플로우(reflow)온도(낮은 융점), 양호한 습윤성(wettability) 및 냉각고화후의 접합강도등, 작업성, 신뢰성에 대한 요구가 점점 고도화되고 있다.

일반적으로, 크림땜납은 금속분말상의 금속합금을 점성이 높은 페이스트상의 융제(flux)에 혼합하여 크림상으로 한 것이다. 그 금속분말로서는, 앞에 기술한 바와 같은 여러 요구를 만족시키기 위해 Sn/Pb 조성의 공정(eutectic)땜납에, Bi, In, Cd등을 첨가한 것이 알려져 있다(예를 들어 일본국 특개소 47-6755호, 특개소 63-112092호, 특개소 63-238994호 참조).

그러나, 이들 종래의 크림땜납용의 금속분말에 있어서는, 낮은 작업온도 및 접합강도의 신뢰성이라고 하는 두가지 특성이 반드시 양립하지는 않는다고 하는 문제가 있었다. 즉, 예를 들어, 상기와 같은 Sn/Pb 공정 땜납은 접합부의 기계적강도가 뛰어나기는 하지만, 작업온도가 210이상으로서, 목적하는 바의 낮은 납땜온도를 달성할 수 없다고 하는 문제가 있다.

융점을 낮추기 위해 첨가되는 것이, 상기 Bi, In, Cd이다. 일반적인 땜납함금에 이들 첨가원소를 어떤 비율로 보탬으로써, 융점을 콘트롤할 수 있다. 다만, Bi, In, Cd주아에서, In은 값이 비싸고, Cd는 독성이 있기 때문에, 실용성면에서도 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 기술에 착안하여 이루어진 것으로서, 크림땜납용의 저융점합금으로서 갖추어야 할 성능을 모두 구비하고, 또한 코스트 및 안전성면에서도 뛰어난 저융점합금 및 그 분말을 이용한 크림땜납을 제공하는 것이다.

본 발명의 저융점합금은 Sn/Pb/Bi 조성(組成)의 기재(基材)에 대하여 Ag와 Cu를 첨가한 것이다.

본 발명의 저융점합금은 기재(base material)로서, Sn/Pb 중에 Bi를 많이 함유하고 있기 때문에, 저융점(120∼150)이고, 리플로우 온도 170∼200에서 확실히 용융된다.

습윤성과 낮은 융점을 부여하기 위한 금속으로서는 Bi를 썼다. 왜냐 하면, Bi는 In처럼 비싸지 않고, Cd처럼 유독하지 않기 때문이다.

Bi을 첨가하는 것은 동시에 냉각고화후에 있어서의 접합부의 기계적강도저하를 초래하지만, 그러한 강도저하를 방지하기 위해, 본 발명에서는 Ag와 Cu를 첨가한다. Ag와 Cu는 모두 첨가하지 않으면 아니되는 것으로서, 어느 한쪽만으로는 충분한 강도저하방지효과를 얻을 수 없다. 왜냐 하면, Cu의 결정미세화(結晶微細化)효과와 Ag의 강도부여효과가 상승작용하지 않으면 효과를 거둘 수 없기 때문이다. Ag의 첨가량은, Sn/Pb/Bi 조성의 기재에 대하여 0.1∼5wt%이다, 0.1wt%보다 적으면 강도를 높이는 효과를 거둘 수 없고, 5wt% 보다도 많으면 별로 효과를 볼 수 없을 뿐 아니라 코스트가 상승하기 때문이다. 또한, Cu의 첨가량은 Sn/Pb/Bi 조성에 대하여 0.05∼1.0wt%이다. 0.05wt% 보다 적으면 결정미세화 효과를 거둘 수 없고, 1.0wt% 보다도 많으면 보이드(void)가 많이 발생하여 충분한 강도를 얻을 수 없기 때문이다.

Sn/Pb/Bi조성의 기재의 성분비는 (20∼30)/(잔량)/(15∼35)가 가장 적당하다. 일반적으로, Bi는 8wt% 보다 많으면 기계적강도의 저하를 가져오지만, 본 발명에서는 상기 Ag, Cu의 첨가에 의해 강도저하가 방지되기 때문에, Bi를 15wt% 이상까지 함유시킬 수 있다.

본 발명의 저융점합금분말과, 페이스트상의 융제를 혼화시킴으로써, 낮은 리플로우 온도, 양호한 습윤성과 냉각고화후의 접합강도 등의 성능을 모두 구비한 크림땜납이 얻어진다.

본 발명의 내용은 위의 설명에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 목적, 이점, 특징, 그리고 용도는 첨부도면을 참조하여 기술하는 아래의 설명에 의해 보다 명료하게 될 것이다. 또한, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서의 적의의 변경은, 모두 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 이해하여야 할 것이다.

[실시예]

이하, 본 발명의 최적실시예를 설명한다.

Sn/Pb/Bi의 저융점합금을 얻기 위한 조성에, Ag와 Cu를 첨가한 분말을 여러종류 준비하고, 그 분말과 융제를 혼합하여 크림땜납을 얻는다.

이때 저융점합금분말과 혼합시키는 융제는 공지의 것이며, 예를 들어 1991년 일본 공업 조사회가 출판한 이제부터의 마이크로솔더링 기술에 소개되어 있다. 융제는, 20∼30wt%의 용제, 50∼60wt%의 수지, 1∼5wt%의 활성제, 5∼10wt%의 틱소(thixo)제의 혼합물로써, 다음과 같은 화합물로 만들어진다.

용제 : 글리세린, 에틸렌글리콜 등

수지 : 로진, 로진에스테르

활성제 : 스테아린산, 로진, 트리에탄올아민, 아민산염

틱소제 : 캐스터왁스, 카르나바왁스(Carnauba wax)

저융점합금의 분말과 상기의 용제를 혼합하여 크림땜납을 얻어서, 이 크림땜납을 써서 리플로우 온도 190에서 납땜을 하여, 그 습윤성과 접합강도를 시험하였다. 그 때의 저융접합금의 성분비 및 성능시험결과를 아래의 표 1에 나타내었다. 또한, 비교예로서 Ag, Cu를 함유하지 않는 Sn/Pb/Bi조성의 저융점합금을 함유한 크림땜납을 써서 동일한 시험을 하였다. 한편, 습윤성의 시험방법으로서, 6.35φ, 두께 150㎛의 메탈마스크를 사용하여 인쇄하고, 그 번짐면적(extended area)을 측정했다. 접합강도의 시험방법으로서는, 납땜한 QFP의 각 리드핀에 L자형 후크를 걸고, 20mm/min의 속도를 잡아당겨서, 끊어진 때의 (upon breakage) 최대응력을 측정했다. 또한, 시간경과에 따른 강도변화를 시험하기 위해, -40와 +85의 각 15분마다의 온도사이클시험을 1,000사이클 행하고, 그 후의 강도를 위와 같은 시험방법으로 측정했다. 최초의 접합강도시험을 아래의 표 1에 나타내고, 후의 시간경과에 따른 강도변화시험을 표 2에 나타내었다.

통상의 접합강도로서는, 표 1에 나타내었듯이, 본 실시예에서는 소정의 낮은 융점을 나타내면서도, Ag, Cu를 함유하지 않는 비교예보다도 강도의 향상을 도모할 수 있었다. 또한, 시간경과에 따른 변화후의 인장강도도, 표 2에 나타내었듯이, 본 실시예의 경우가 비교예보다도 강도가 저하되는 비율이 낮았다.

본 발명의 저융점합금은, 크림땜납용으로 사용한 경우에, Bi 첨가에 의한 융점의 저하와, Ag, Cu 첨가에 의한 강도향상의 양립을 도모할 수 있다.

더구나, Ag, Cu 첨가에 의해 Bi 첨가에 의한 강도저하를 방지할 수 있으므로, Bi를 종래보다도 많은 비율로 첨가할 수 있게 되어 소정의 낮은 작업온도에서도 리플로우할 수 있으며, 나아가 강도의 개선이라는 효과를 얻을 수 있다. 그에 더하여, 값비싼 금속이나 유독한 금속을 쓰지 않으므로, 코스트 및 안전성의 면에서도 뛰어나서 산업상 유익하다. 또한, 실장을 함에 있어서의 이점으로서, 내열성이 부족한 부품을 사용할 수 있고, 프린트기판도 내열성이 낮은 재료를 사용할 수 있어서 대폭적인 코스트다운이 가능하게 된다.

Claims

기재가 Sn/Pb/Bi조성인 저융점합금에 있어서, Sn/Pb/Bi 조성인 기재의 성분비가 (20∼30)/(잔량)/(15∼35)인 기재에 대하여, Ag와 Cu를 첨가한 것을 특징으로 하는 저융점합금.
제1항에 있어서, Ag를 0.1∼5.0wt%, Cu을 0.05∼1.0wt% 첨가한 것을 특징으로 하는 저융점합금.
기재가 Sn/Pb/Bi조성인 크림땜납에 있어서, Sn/Pb/Bi 조성인 기재의 성분비가 (20∼30)/(잔량)/(15∼35)인 기재에 대하여, Ag와 Cu를 첨가한 저융점합금의 분말과 공지의 페이스트상의 융제를 혼화한 크림 땜납.
제3항에 있어서, Ag를 0.1∼5.0wt%, Cu를 0.05∼1.0wt% 첨가한 저융점합금의 분말과 공지의 페이스트상의 융제를 혼화한 크림 땜납.
기재가 Sn/Pb/Bi조성인 크림땜납에 있어서, Sn/Pb/Bi조성인 기재의 성분비가 (20∼30)/(잔량)/(15∼35)인 기재에 대하여, Ag와 Cu를 첨가한 저융점합금의 분말과 공지의 페이스트상의 융제를 혼화한 크림 땜납을 이용하여, 200이하의 작업온도범위에서 납땜을 행하는 납땜방법.
제5항에 있어서, Ag를 0.1∼5.0wt%, Cu을 0.05∼1.0wt% 첨가한 저융점합금의 분말과 공지의 페이스트상의 융제를 혼화한 크림 땜납을 이용하여, 200이하의 작업온도범위에서 납땜을 행하는 납땜방법.
제2항에 있어서, Sn/Pb/Bi 조성인 기재의 성분비가 (24.0∼28.5)/(잔량)/(25)인 기재에 대하여, Ag를 0.5∼3.0wt%, Cu을 0.05∼0.3wt% 첨가한 것을 특징으로 하는 저융점합금.
제4항에 있어서, Sn/Pb/Bi 조성인 기재의 성분비가 (24.0∼28.5)/(잔량)/(25)인 기재에 대하여, Ag를 0.5∼3.0wt%, Cu를 0.05∼0.3wt% 첨가한 저융점합금의 분말과 공지의 페이스트상의 융제를 혼화한 크림 땜납.
제6항에 있어서, Sn/Pb/Bi조성인 기재의 성분비가 (24.0∼28.5)/(잔량)/(25)인 기재에 대하여, Ag를 0.5∼3.0wt%, Cu을 0.05∼0.3wt% 첨가한 저융점합금의 분말과 공지의 페이스트상의 융제를 혼화한 크림 땜납을 이용하여, 200이하의 작업온도범위에서 납땜을 행하는 납땜방법.