KR100582764B1 - 무연 땜납 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납을 포함하지 않으면서도 특히 팔라듐을 포함하여 우수한 납땜성과 더불어 내식성, 내변색성 및 퍼짐성 등의 면에서 우수한 물성을 나타내는 무연 땜납 조성물에 관한 것으로서, 은 1 내지 5중량%, 구리 0.1 내지 1중량%, 팔라듐 0.0001 내지 1중량% 및 잔량으로서 주석을 포함하여 이루어지며, 팔라듐의 양이 전체 조성물에 대하여 0.01 내지 0.1 의 범위 이내의 함량을 가질 때, 확산율이 가장 우수하며, 또한 팔라듐의 함량의 증가에 따라 내식성이 향상되는 효과를 갖는다.

무연, 땜납, 구리, 은, 주석, 팔라듐, 내식성, 퍼짐성

Description

무연 땜납 조성물 {Lead free solder composition}

본 발명은 무연 땜납 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 납을 포함하지 않으면서도 특히 팔라듐을 포함하여 우수한 납땜성과 더불어 내식성, 내변색성 및 퍼짐성 등의 면에서 우수한 물성을 나타내는 무연 땜납 조성물에 관한 것이다.

땜납으로는 종래부터 여러 합금들이 소개되어 일상 용도에 까지 널리 사용되고 있으나, 특히 반도체 소자의 리드프레임과 같이 가혹한 열적 조건하에서 엄격한 요구조건을 만족하여야 하는 경우 등에 대해서는 특정한 물성을 갖는 땜납들이 요구되기도 한다.

땜납에 의해 접합을 행하는 경우에서는 땜납의 접합성 및 내식성이 우수하여야 할 것이 요구된다. 또한 땜납은 열피로강도(thermal fatigue strength)가 높고, 납을 포함하지 않아 환경적으로 적합하여야 한다. 반도체 장치의 칩은 통전시에 열이 발생되고, 칩의 금속도체를 접합시킨 접합부는 면접합으로 이루어지기 때문에 열이 많이 발생한다.

종래의 땜납으로는 주석-납 합금, 주석-안티몬 합금 및 주석-은 합금이 주로 사용되었다. 주석-납 합금은 그 인장강도가 작기 때문에 연성이 우수하여 피로강도가 낮다. 따라서, 열저항이 낮아 열피로강도가 낮아지게 된다. 주석-납 합금은 183℃를 공정온도(共晶溫度 ; 고체와 액체가 공존하는 상태의 온도)로 하는 합금으로서, 납의 함량에 따라 183℃ 에서부터 300℃ 부근까지 변한다. 그러나, 땜납으로서 납을 포함하기 때문에 환경적으로 바람직하지 못하다는 단점이 있다. 주석-안티몬 합금은 열피로강도가 높기는 하나, 안티몬의 함량이 증가함에 따라 작업성과 젖음성이 저하되는 단점이 있다. 또한 주석-은 합금은 주석의 산화에 의한 땜납의 물성의 변화 등의 단점이 있다.

일본국 특허등록 제3296289호에는 은 1.0 내지 4.0중량%, 구리 2.0중량% 이하, 니켈 0.5중량% 이하, 게르마늄 0.2중량% 이하, 인 0.1중량% 이하 그리고 잔량으로서 주석을 포함하여 이루어지는 땜납에 대하여 기술하고 있으며, 이는 전기재료 특히 반도체장치의 리드프레임에 적절한 땜납 조성물을 기술하고 있으나, 여전히 내식성에 대해서는 충분하지 못하다.

본 발명의 목적은 납을 포함하지 않으면서도 특히 팔라듐을 포함하여 우수한 납땜성과 더불어 내식성, 내변색성 및 퍼짐성 등의 면에서 우수한 물성을 나타내는 무연 땜납 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 무연 땜납 조성물은, 은 1 내지 5중량%, 구리 0.1 내지 1중 량%, 팔라듐 0.0001 내지 1중량% 및 잔량으로서 주석을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 무연 땜납 조성물은, 은 1 내지 5중량%, 구리 0.1 내지 1중량%, 팔라듐 0.0001 내지 1중량% 및 잔량으로서 주석을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 특히 본 발명에 따른 무연 땜납 조성물은 종래의 주석-은-구리계 땜납에서 내식성과 퍼짐성 등을 향상시키는 기능을 하는 팔라듐을 더 도입함으로써 상기한 물성에서 우수한 효과를 나타내는 것을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

상기에서 은, 구리 및 주석들은 종래의 땜납에서의 은, 구리 및 주석들과 동일 또는 유사한 기능을 하며, 이들의 합금은 땜납으로서, 특히 무연 땜납으로서 전자기기, 특히 반도체장치 등의 리드프레임에서의 납땜에 유용하게 사용되어 온 것들로서 당업자들에게는 용이하게 이해될 수 있는 것들이다.

본 발명에서는 특히 종래의 주석-은-구리계 땜납에 팔라듐을 도입시켜 내식성과 퍼짐성 등을 향상시킨 점에 특징이 있다. 팔라듐은 집적회로 등과 같은 반도체장치의 리드프레임에 도금할 때, 200℃의 경화조건에서도 변색이나 부식 등을 일으키지 아니하며, 납땜성이 양호하고, 전기전도도에 영향을 주지 않아 전자재료로 사용하기에 적접한 금속이다. 특히, 팔라듐은 상기한 온도의 경화조건에서 산화하지 아니하고, 이를 포함하는 합금의 인장강도를 향상시키고, 퍼짐성을 향상시키는 효과를 나타내는 기능을 한다.

본 발명에 따른 무연 땜납 조성물은 은 1 내지 5중량%, 구리 0.1 내지 1중량 %, 팔라듐 0.0001 내지 1중량% 및 잔량으로서 주석을 포함하여 이루어지는 합금으로서 이들 각 성분들이 함께 공융되어 일정한 땜납으로서 기능하며, 상기한 성분들의 혼합비가 최적의 물성의 땜납을 제조하는 조성임이 실험적으로 밝혀졌다. 예를 들어, 은이 5중량%를 초과하는 경우, 융점이 너무 높아지게 되는 문제점이 있을 수 있으나, 이들은 단지 정성적으로만 예측되는 것으로서, 본 발명에 따른 땜납의 물성은 상기한 성분들의 합금 그 자체로서 융점 및 내식성 등이 나타나는 것으로 이해될 수 있다.

상기한 바의 본 발명에 따른 무연 땜납 조성물에는 니켈, 게르마늄, 인 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 어느 하나가 상기 무연 땜납 조성물 전체 중량에 대해 0.001 내지 1중량%의 양으로 더 포함될 수 있다.

상기에서 니켈은 땜납 조성물의 융점을 높여 열적 안정성을 증가시키는 기능을 한다. 그러나 니켈이 1중량%를 초과하는 경우, 납땜 시 용융된 땜납의 점도가 너무 높아져서 납땜이 어려워지는 문제점이 있을 수 있다.

상기에서 인과 게르마늄은 납땜을 위한 용융 시, 산화의 정도를 조절하는 기능을 한다. 상기 인과 게르마늄이 각각 또는 함께 하여 1중량%를 초과하는 경우, 땜납 조성물의 용융 시, 흐름성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

실시예 1 내지 16

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성비로 본 발명에 따른 무연 땜납 조성물을 제조하고, 이들의 용융온도(℃), 확산율(%), 인장강도(㎏/㎟) 및 산화정도를 측정하여 그 결과를 역시 하기 표 1에 함께 나타내었다.

구 분	주석	은	구리	팔라듐	용융온도 (℃)	확산율 (%)	인장강도 (㎏/㎟)	산화정도
실시예1	97.499	2.0	0.5	0.001	217-221	75.0	4.8	△
실시예2	97.49	2.0	0.5	0.01	217-221	80.0	5.3	○
실시예3	97.45	2.0	0.5	0.05	217-221	80.0	6.3	○
실시예4	97.4	2.0	0.5	0.1	217-225	74.0	7.0	○
실시예5	96.499	3.0	0.5	0.001	217-222	76.0	5.0	△
실시예6	96.49	3.0	0.5	0.01	217-222	81.0	5.6	○
실시예7	96.45	3.0	0.5	0.05	217-223	81.0	6.3	◎
실시예8	96.4	3.0	0.5	0.1	217-226	75.0	7.1	○
실시예9	95.999	3.5	0.5	0.001	219-221	77.0	5.1	△
실시예10	95.99	3.5	0.5	0.01	219-221	81.0	5.7	○
실시예11	95.95	3.5	0.5	0.05	219-221	81.0	6.4	◎
실시예12	95.9	3.5	0.5	0.1	219-228	76.0	6.9	○
실시예13	95.499	4.0	0.5	0.001	220-223	78.0	5.3	△
실시예14	95.49	4.0	0.5	0.01	220-223	81.0	5.8	△
실시예15	95.45	4.0	0.5	0.05	220-224	81.0	6.6	○
실시예16	95.4	4.0	0.5	0.1	220-229	77.0	6.9	○
산화정도 ; 하기 4점기준법으로 결과 표시 ◎ ; 전혀 산화되지 않음, ○ : 거의 산화되지 않음 △ ; 약간 산화됨 × ; 많이 산화됨

상기한 실시예들을 종합한 결과, 본 발명에 따르면, 납을 포함하지 않으면서도 용융온도가 217 내지 229℃의 범위 이내에서 자유롭게 조절이 가능하며, 땜납으로서 적절한 용융온도를 갖는 것을 확인할 수 있었고, 확산율이 전반적으로 우수하고, 특히 팔라듐의 양이 전체 조성물에 대하여 0.01 내지 0.1 의 범위 이내의 함량을 가질 때, 확산율이 가장 우수하며, 또한 팔라듐의 함량의 증가에 따라 내식성이 향상되는 결과를 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명에 의하면 납을 포함하지 않으면서도 특히 팔라듐을 포함하여 우수한 납땜성과 더불어 내식성, 내변색성 및 퍼짐성 등의 면에서 우수한 물성을 나타내는 무연 땜납 조성물을 제공하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 은 1 내지 5중량%, 구리 0.1 내지 1중량%, 팔라듐 0.0001 내지 1중량% 및 잔량으로서 주석을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 무연 땜납 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 팔라듐의 함량이 0.01 내지 0.1 임을 특징으로 하는 무연 땜납 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   니켈, 게르마늄, 인 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 어느 하나가 상기 무연 땜납 조성물 전체 중량에 대해 0.001 내지 1중량%의 양으로 더 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 무연 땜납 조성물.