KR100660582B1 - 납땜 방법 및 납땜 접합부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경에 대하여 악영향을 미치지 않고, 종래의 Pb-Sn 땜납 합금을 사용한 납땜에 필적하는 접합 강도를 확보할 수 있는 납땜 방법 및 납땜 접합부를, 비용 상승 없이 제공한다.

본 발명의 납땜 방법은, 전자기기의 Cu 전극을 N를 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지(rust-proofing) 피막으로 피복하는 공정, 및 Ag 2.0wt% 이상 3wt% 미만, Cu 0.5∼0.8wt% 및 잔부(殘部) Sn 및 불가피(不可避)한 불순물로 이루어진 땜납 재료를 사용하여, 상기 피복된 Cu 전극에 납땜 접합부를 형성하는 공정을 포함한다. 본 발명에 사용되는 땜납 재료는 Sb, In, Au, Zn, Bi 및 Al으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소를 합계 3wt% 이하로 더 함유하여도 좋다.

납땜 접합부, 무연 납땜, 땜납 재료

Description

납땜 방법 및 납땜 접합부{SOLDERING METHOD AND SOLDERED JOINT}

본 발명은 무연(無鉛) 땜납 재료에 의한 전자기기의 납땜 방법 및 그것에 의해 형성된 납땜 접합부에 관한 것이다.

지금까지 각종 전기·전자기기에서의 납땜에는, 융점이 낮고 산화성 분위기 중에서도 습윤성(wettability)이 양호하다는 관점에서 납-주석(Pb-Sn) 땜납 합금이 널리 사용되고 있다.

Pb은 독성(毒性)을 가지기 때문에, Pb 또는 Pb를 함유하는 합금 등과 같은 재료의 취급에 대해서는 각종 규제가 이루어지고 있다.

또한, 최근의 환경 보호에 대한 관심의 증대에 따라, Pb 함유 땜납 합금을 사용한 전자기기 등의 폐기 처리에 대해서는 규제를 강화하는 추세에 있다.

종래, Pb 함유 땜납 합금을 다량으로 사용한, 사용이 끝난 전자기기는 통상의 산업폐기물 또는 일반 폐기물과 동일하게 주로 매립에 의해 폐기시키는 것이 일반적이었다.

그러나, Pb 함유 땜납 합금을 다량으로 사용한, 사용이 끝난 전자기기를 그대로 매립 등에 의해 계속하여 폐기시키면, Pb의 용출(溶出)에 의해 환경 또는 생물에 대하여 악영향을 미칠 우려가 있다.

가까운 장래에는, Pb 함유 땜납 합금을 다량으로 사용한, 사용이 끝난 전자기기는 Pb를 회수한 후에 폐기시키는 것이 의무로 될 것이다.

그러나, 지금까지 사용이 끝난 전자기기 등으로부터 효율적이면서 효과적으로 Pb을 제거하는 기술이 확립되지 않았다. 또한, Pb의 회수(回收) 비용이 제품 비용의 상승을 초래할 우려가 있다.

그래서, 무연(無鉛) 땜납 재료에 의한 납땜 기술의 개발이 강하게 요망되고 있다.

무연 땜납 합금으로서, 예를 들어, Sn에 Sb(안티몬), Ag(은), Ge(게르마늄), Ti(티타늄) 등을 복합 첨가한 합금 등이 일부 실용화되어 있으나, 특수한 용도에 한정되고 있다. 그것은 종래 Pb-Sn 땜납 합금을 사용하고 있던 일반적인 용도에서 요구되는 모든 특성, 즉, 저(低)융점이며 습윤성이 양호한 것, 리플로우(reflow) 처리가 가능한 것, 모재(母材)와 반응하여 약한 화합물층 또는 취화층(脆化層)을 형성하지 않는 것 등의 특성을 얻을 수 없기 때문이다.

본 발명은 환경에 대하여 악영향을 미치지 않고, 종래의 Pb-Sn 땜납 합금을 사용한 납땜에 필적하는 접합 강도를 확보할 수 있는 납땜 방법 및 납땜 접합부를 비용 상승 없이 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 하기의 공정:

전자기기의 Cu 전극을 N을 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지(rust-proofing) 피막으로 피복하는 공정, 및 Ag 2.0wt% 이상 3wt% 미만, Cu 0.5∼0.8wt% 및 잔부(殘部) Sn 및 불가피(不可避)한 불순물로 이루어진 땜납 재료를 사용하여 상기 피복된 Cu 전극에 납땜 접합부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법에 의해 상기 목적이 달성된다.

본 발명에 사용되는 땜납 재료는 Sb, In, Au, Zn, Bi 및 Al으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소를 합계 3wt% 이하로 더 함유하고 있을 수도 있다.

본 발명의 전형적인 적용 대상 중의 하나는 전자부품의 프린트 배선 기판이며, 납땜하는 Cu 전극을 N(질소)을 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지 피막으로 피복함으로써, 장기(長期) 보존성과 납땜 습윤성을 확보한다.

종래, Cu 전극에 Ni 도금을 행하고, 다시 Au 도금을 행하는 방법이 실행되어 왔으나, 비용이 높으며, 도금 처리가 번잡하기 때문에 제조 기간이 길다는 결점이 있었다. 또한, 도금의 폐액(廢液) 처리에 의한 환경오염이 발생할 우려도 있었다.

본 발명에서는 상기의 녹방지 피막을 사용함으로써, 비용이 저감되며, 제조 기간이 단축된다.

종래, Cu 전극의 녹방지(rust-proofing) 처리로서는, 로진(rosin)(천연 송진) 및 레진(resin)(합성수지) 등의 수지 피막이 형성되고 있었다. 그러나, 피막 두께가 20㎛ 이상으로 두껍기 때문에, 전기 시험 시의 프로빙(probing)이 곤란해지는 등의 이유로 납땜 후에 세정 처리가 필요했다.

한편, 납땜 후의 세정 처리를 생략할 수 있도록 피막 두께를 얇게 하기 위해, 수용성 녹방지제를 사용하는 것이 실행되고 있다. 즉, Cu 전극을 황산구리 용액 등으로 에칭에 의해 세정한 후, 수용성 녹방지제 1,000∼5,000ppm을 함유하는 용액 중에 침지(浸漬)하여 배위(配位) 결합 피막을 형성한다.

본 발명에 있어서는, N을 함유하는 유기화합물 중의 N과 금속에 의한 배위 결합(킬레이트(chelate) 결합)에 의해 매우 얇은 녹방지 피막이 형성된다. 피막 두께는 3,000Å 이하라고 생각된다.

본 발명의 녹방지 피막을 구성하는 N함유 유기화합물로서는 도 1에 구조식을 나타낸 이미다졸, 벤조이미다졸, 알킬이미다졸, 벤조트리아졸, 메르캅토벤조티아졸, 피롤, 티아졸 등의 고리형상 화합물이 사용된다.

땜납 재료로서 필요한 특성은 다음과 같다.

(1) 모재(母材)와의 습윤성이 높다.

(2) 납땜하는 전자기기에 열 손상을 미치지 않도록 충분히 낮은 온도로 납땜이 가능하다. 즉, 융점이 종래의 Pb-Sn 땜납의 융점 456K(183℃)와 동등하다.

(3) 모재와의 반응에 의해 약한 금속간 화합물 또는 취화층을 형성하지 않는다.

(4) 자동화에 적용 가능한 페이스트(paste), 분말, 실(thread) 납땜 등의 형태로 공급 가능하다.

(5) 땜납 재료 중의 금속 성분 산화물에 의해, 습윤 불량, 보이드(void), 브리지(bridge) 등의 결함이 발생하지 않는다.

특히, 전자기기의 납땜에 있어서는, 용융 땜납을 좁은 틈에 유입시킬 필요가 있기 때문에, 땜납 재료의 표면장력, 점성(粘性), 유동성 등이 중요하다.

종래의 Pb-Sn 땜납 합금은 상기의 조건을 충분히 만족시키지만, Pb에 의한 환경오염을 회피하는 것이 곤란했다.

본 발명에 사용하는 땜납 재료는, Ag 2.0wt% 이상 3.0wt% 미만 및 Cu 0.5∼0.8wt%를 함유하고, 잔부(殘部)가 실질적으로 Sn으로 이루어진 Ag-Cu-Sn 합금이며, Pb을 함유하지 않으면서 합금 성분인 Ag, Cu, Sn은 모두 안전성이 높은 원소이기 때문에, 환경오염의 우려가 없으며, 상기의 각 필요 특성을 충분히 충족시킨다.

본 발명의 Ag-Cu-Sn 땜납 합금 조성(組成)의 한정 이유를 이하에 설명한다.

[Ag : 2.0wt% 이상 3.0wt% 미만]

땜납 재료로서 가장 기본적인 특성인 융점에 대해서는, 종래의 Pb-Sn 땜납 합금과 동등한 낮은 융점(220℃ 이하)을 확보할 필요가 있다. Ag 함유량이 2.0wt% 이상이면, 220℃ 이하의 낮은 융점을 확보할 수 있다. Ag 함유량이 2.0wt% 미만으로 되면 융점이 급격하게 상승한다. 한편, Ag 함유량이 3.0wt% 이상으로 되면, 바늘형상 결정이 다량으로 발생하여 전자부품 사이의 단락(短絡)을 발생시켜, 접합 신뢰성이 저하된다. 바늘형상 결정에 의한 단락 방지 및 접합 신뢰성을 특히 중시할 필요가 있는 용도에 대해서는, Ag 함유량을 본 발명의 범위 내에서 다시 2.5wt% 이하로 한정하면, 바늘형상 결정의 발생을 거의 완전하게 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. 반대로, 하기에 설명하는 금속간 화합물층의 두께 억제를 특히 중시할 필요가 있는 용도에 대해서는, Ag 함유량을 본 발명의 범위 내에서 다시 2.5wt% 이상으로 한정하면, 금속간 화합물층의 두께를 더욱 얇게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 이것들 양쪽 조건을 동시에 충족시키는 Ag 함유량으로서 2.5wt%가 가장 바람직하다.

[Cu : 0.5∼0.8wt%]

땜납 합금과 Cu 전극과의 계면(界面)에 금속간 화합물이 생성됨으로써, 땜납 합금과 Cu 전극이 접합된다. 즉, 금속간 화합물의 생성은 접합에 필수이다. 그러나, 금속간 화합물층이 너무 두꺼우면 약해져, 접합 강도가 저하된다. 따라서, 금속간 화합물층은 접합 시에 가능한 한 얇게 생성하는 것이 바람직하고, 접합 후의 열 이력에 의해 성장하기 어려운 것이 바람직하다. 본 발명자는 전자기기가 사용 환경에서 받는 열 이력으로서 생각되는 150℃까지의 온도에 대해서 접합 계면의 금속간 화합물층 두께를 측정했다. 그 결과, Ag 함유량이 본 발명의 범위 내로서 Cu 함유량이 0.5∼0.8wt%의 범위 내일 경우에, 금속간 화합물층의 두께를 안정되게 4㎛ 정도 이하로 억제할 수 있음을 발견했다. Cu 함유량이 상기 범위보다 적거나 많으면, 금속간 화합물층의 두께는 증가한다. 금속간 화합물층의 두께를 가장 얇게 억제할 수 있는 Cu 함유량으로서 O.7wt%가 가장 바람직하다.

이상의 이유에 의해 본 발명의 Ag-Cu-Sn 땜납 합금에 있어서는, Ag 함유량을 2.0wt% 이상 3.0wt% 미만으로 한정하고, Cu 함유량을 0.5∼0.8wt%로 한정한다. Ag 함유량은 필요에 따라 2.0wt% 이상 2.5wt% 이하 또는 2.5wt% 이상 3.0wt% 미만 중의 어느 하나의 범위를 선택할 수 있다. 가장 바람직한 조성은 2.5 Ag-0.7 Cu-Sn이다.

일반적으로, 전자기기의 납땜 온도가 10K(10℃) 저하되면, 전자부품의 수명은 2배로 되기 때문에, 땜납 재료의 저(低)융점화는 매우 중요하다.

또한, 본 발명의 Ag-Cu-Sn 땜납 합금은 주성분인 Sn에 매우 가까운 성질을 갖고 있고, Cu와의 습윤성이 양호하며, 도전성도 높다.

또한, Ag의 첨가량은 소량이기 때문에, 종래의 Pb-Sn 합금과 동일한 정도로 저렴하게 제공된다.

본 발명의 땜납 합금은, 상기의 Ag-Cu-Sn 기본 조성에 덧붙여, Sb(안티몬), In(인듐), Au(금), Zn(아연), Bi(비스무트) 및 Al(알루미늄)에서 선택한 1종류 또는 복수 종류의 원소를 합계 3wt% 이하로 함유할 수 있다.

이것들 원소(특히, In 및 Bi)는 땜납 합금의 융점을 더욱 저하시키고, 습윤성을 보다 향상시킨다. 그러나, 합계량이 3wt%를 초과하면, 납땜 접합부의 외관, 특히, 광택이 열화(劣化)된다. 또한, Bi 단독의 함유량이 3wt%를 초과하면, 특히, Pb 함유 재료와의 접합 신뢰성이 저하된다.

본 발명의 땜납 합금은 불가피적 불순물로서 O(산소), N, H(수소) 등을 함유한다. 특히 O는 합금을 취화시킬 우려가 있기 때문에, 최대한 미량(微量)인 것이 바람직하다.

Sn을 주성분으로 하는 땜납 합금은 납땜 시에 Sn이 산화되기 쉽다. 따라서, 납땜을 N₂ 또는 Ar(아르곤) 등의 비(非)산화성 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 납땜의 산화에 의한 습윤 불량 또는 전기적인 접속 불량의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 납땜은, 종래의 납땜과 동일하게, 습윤 촉진을 위해 초음파를 인 가하면서 행하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명에 사용하는 N를 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지 피막의 구체적인 예를 나타내는 화학 구조식.

도 2는 0∼3.5wt% Ag-0.7wt% Cu-Sn 땜납 합금에 대해서, Ag 함유량에 대한 합금의 융점 변화를 나타내는 그래프.

도 3은 3wt% Ag-0∼3wt% Cu-Sn 땜납 합금에 대해서, Cu 함유량에 대한 합금의 융점 변화를 나타내는 그래프.

도 4는 0∼4wt% Ag-0.7wt% Cu-Sn 땜납 합금에서의 Ag 함유량과 바늘형상 이물(異物) 발생 빈도와의 관계를 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명의 납땜 접합부에서 압출된 녹방지 피막/플럭스(flux) 혼합물을 모식적으로 나타내는 단면도.

도 6은 2wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 ε층 단독의 두께로 나타내는 그래프.

도 7은 2wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 η층 단독의 두께로 나타내는 그래프.

도 8은 2wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 ε층 + η층 합계의 두께로 나타내는 그래프.

도 9는 2.5wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 ε층 단독의 두께로 나타내는 그래프.

도 10은 2.5wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 η층 단독의 두께로 나타내는 그래프.

도 11은 2.5wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 ε층 + η층 합계의 두께로 나타내는 그래프.

도 12는 3wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 ε층 단독의 두께로 나타내는 그래프.

도 13은 3wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 η층 단독의 두께로 나타내는 그래프.

도 14는 3wt% Ag-0∼1.5wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 ε층 + η층 합계의 두께로 나타내는 그래프.

도 15는 2.5∼3.5wt% Ag-0.7wt% Cu-Sn 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부의 가열 전후의 전자부품의 1 접속단자당 접합 강도를 Pb-Sn 땜납 합금과 대비하여 나타내는 그래프.

실시예 1

본 실시예에 의해 본 발명에서의 Ag 함유량 범위의 한정 이유를 보다 구체적으로 설명한다.

Ag-Cu-Sn 합금의 융점에 미치는 Ag 함유량 및 Cu 함유량의 영향을 조사했다. 구체적으로는, 0∼3.5wt% Ag-0∼3wt% Cu-Sn 땜납 합금에 대해서 융점을 측정했다. 도 2 및 표 1에 0∼3.5wt% Ag-0.7wt% Cu-Sn 땜납 합금에 대해서, Ag 함유량에 대한 합금의 융점 변화를 나타낸다. 도 2 및 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 규정한 Ag 함유량의 하한값 2.0 이상에서 220℃ 이하의 낮은 융점이 얻어진다. Ag 함유량이 2.0wt% 미만으로 되면, 융점이 급격하게 상승한다. 이러한 Ag 함유량과 융점과의 관계는, 본 발명에서 규정한 Cu 함유량의 범위 0.5∼0.8wt%에 대해서 동일하다. 또한, 표 1중의 Pb-Sn은 종래의 37wt% Pb-Sn 땜납 합금이다.

도 3 및 표 2에 3wt% Ag-0∼3wt% Cu-Sn 땜납 합금에 대해서, Cu 함유량에 대한 합금의 융점 변화를 나타낸다. 본 발명의 범위 Cu 0.5∼0.8wt%를 포함하는 넓은 범위의 Cu 함유량에 있어서, 220℃ 이하의 낮은 융점이 얻어짐을 알 수 있다. Cu 함유량과 융점의 관계에 대해서는, 본 발명의 Ag 함유량 범위 2.0wt% 이상 3.0wt% 미만에 대해서 동일한 결과가 얻어졌다.

다음으로, 0∼3.5wt% Ag-0.7wt% Cu-Sn 합금 및 3wt% Ag-0.5∼1.3wt% Cu-Sn 합금에 대해서 납땜 강도를 조사했다. 접합 순서는 실시예 2와 동일하다. 표 3 및 표 4에 결과를 나타낸 바와 같이, 본 발명의 조성 범위의 땜납 합금은 종래의 Pb-Sn 땜납 합금보다 높은 접합 강도가 얻어진다.

또한, 접합 강도에 영향을 미치는 바늘형상 결정의 발생 빈도를 조사했다. 도 4에 0∼4wt% Ag-0.7wt% Cu-Sn 땜납 합금에 대해서, Ag 함유량과 바늘형상 결정(바늘형상 이물)의 발생 빈도와의 관계를 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, Ag 함유량이 3.0wt% 이상으로 되면, 바늘형상 결정이 다량으로 발생한다. 이와 같이 다량의 바늘형상 결정이 발생하면, 전자부품 사이의 단락을 발생시켜, 접합 신뢰성이 저하된다. 바늘형상 결정에 의한 단락 방지 및 접합 신뢰성을 특히 중시할 필요가 있는 용도에 대해서는, Ag 함유량을 2.5wt% 이하로 한정하면, 도 4에 나타낸 바와 같이 바늘형상 결정의 발생을 거의 완전하게 방지할 수 있기 때문에 더욱 바람직하다. 또한, 도 4는 0∼4wt% Ag-0.7wt% Cu-Sn 땜납 합금에 대해서 측정한 결과이나, 본 발명에서 규정한 Cu 함유량의 범위 0.5∼0.8wt%에 대해서 동일한 결과가 얻어지고 있다.

실시예 2

본 실시예에 의해 본 발명에서의 Cu 함유량의 범위 한정 이유를 보다 구체적으로 설명한다.

Sn-2.0∼3.0 Ag-0∼1.5 Cu의 조성을 갖는 각 땜납 합금을 용제(溶製)했다.

구리가 피복된 적층판으로 이루어진 프린트 배선 기판의 Cu 전극에 N함유 유기화합물로서 알킬벤조트리아졸 화합물의 녹방지 피막을 형성했다.

상기 피막을 구비한 Cu 전극 상에 상기 각 땜납 합금에 의해 하기 순서로 납땜 접합부를 형성했다.

1) 상기 각 합금으로 제조한 땜납 분말(입자 직경 20∼42㎛ 정도) 90wt%와 플럭스(flux)분(활성제+수지분) 1Owt%를 혼합하여 땜납 페이스트를 제조했다. 상기 피막을 구비한 Cu 전극 상에 상기 땜납 페이스트를 스크린 인쇄하여, 균일한 두께(약 150㎛)의 땜납 페이스트층을 형성했다.

2) 땜납 페이스트층을 구비한 각 Cu 전극 상에 전자부품의 접속단자를 탑재시켰다. 접속단자는 42 얼로이(alloy)(Fe-42wt% Ni 합금)로 이루어진다.

3) 땜납 페이스트층을 498K(225℃) 이상으로 가열하여 납땜을 용융시킨 후, 가열을 정지시켜 실온까지 방랭(放冷)했다. 이것에 의해, Cu 전극과 42 얼로이 접속단자를 접합하는 납땜 접합부가 형성되었다.

N를 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지 피막은, 상기의 가열에 의해 분해되고, 땜납 페이스트 중에 함유되어 있는 산성 플럭스와 반응하여 Cu 전극/42 얼로이 접합부로부터 배제된다. 즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 녹방지 피막과 플럭스와의 혼합물(3)은 용융된 땜납 합금(2)에 의해 Cu 전극(1)과의 계면으로부터 압출된다고 생각된다. 따라서, Cu 전극 상에 피복된 녹방지 피막이 납땜 계면에 잔류되지 않는다.

녹방지 피막이 배제된 후, 용융 땜납 합금 중의 Sn과 전극의 Cu가 반응하여 땜납 합금/Cu 전극 계면에 2종류의 금속간 화합물(ε상(相):Cu₃Sn, η상:Cu₆Sn₅)이 생성된다. 즉, 계면 구조는 Cu/ε층/η층/땜납 합금으로 된다.

금속간 화합물이 생성됨으로써 땜납 합금과 Cu 전극이 접합된다. 즉, 금속간 화합물의 생성은 접합에 필수이다. 그러나, 금속간 화합물층이 너무 두꺼우면 약해져, 접합 강도가 저하된다. 따라서, 금속간 화합물층은 접합 시에 가능한 한 얇게 생성하는 것이 바람직하고, 접합 후의 열 이력에 의해 성장하기 어려운 것이 바람직하다.

도 6∼도 14 및 표 5∼표 7에 각 땜납 합금에 의해 형성한 납땜 접합부에 대해서, 125℃ 및 150℃에서 각각 100시간 가열한 경우의 금속간 화합물층 성장을 ε층 단독, η층 단독, ε층+η층 합계의 두께로 나타낸다. 특히, 도 8, 도 11, 도 14로부터 알 수 있듯이, 상기 가열 후의 금속간 화합물층 두께(합계 두께)는, 본 발명의 범위 내의 조성의 땜납 합금을 사용한 경우는 대략 4㎛ 이하이다. 특히, Cu 함유량을 본 발명의 범위인 0.5∼0.8wt%로 함으로써, 안정되게 금속간 화합물층의 두께를 저감시킬 수 있다. 또한, Ag 함유량은 본 발명의 범위 내에서 2.5wt% 이하의 범위보다도 2.5wt% 이상의 범위가 금속간 화합물층 두께가 더 얇아지는 경향이 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 납땜 접합부는, 금속간 화합물의 성장이 느리고, 장기에 걸쳐 높은 신뢰성이 확보된다.

실시예 3

가열 처리 후의 접합 강도를 조사했다. 도 15에 2.5∼3.5wt% Ag - 0.7wt% Cu-Sn 땜납 합금에 대해서, 접합한 그대로의 상태, 125℃에서 100시간 가열한 후, 및 150℃에서 100시간 가열한 후의 접합 강도를 나타낸다. 도 15의 결과로부터, 본 발명에 의해 종래의 Pb-Sn 땜납 합금과 동등한 접합 강도가 얻어짐을 알 수 있다. 특히, 종래의 Pb-Sn 땜납 합금에 의한 접합 강도는 가열(열 이력)에 의해 단조롭게 저하되는 것에 대하여, 본 발명에 의한 접합 강도는 가열에 의해 오히려 향상되는 경향이 인정된다.

[표 1]

0∼3.5 Ag-0.7 Cu-Sn

Ag 농도(wt%)	융점(℃)
0.0	226.50
0.3	226.50
1.5	222.70
2.0	218.03
2.5	217.50
3.0	217.60
3.5	218.42
Pb-Sn	183.00

[표 2]

3 Ag-0∼3 Cu-Sn

Cu 농도(wt%)	융점(℃)
0.0	221.63
0.1	220.63
0.2	218.47
0.3	218.10
0.4	218.17
0.5	218.80
0.6	218.17
0.7	217.60
0.8	217.73
1.3	217.45
1.5	217.83
3.0	218.67

[표 3]

Ag 농도(wt%)	접합 강도(N)
Pb-Sn	4.80
0.0	6.10
0.3	7.60
2.5	7.06
3.0	7.25
3.5	8.38

[표 4]

Cu 농도(wt%)	접합 강도(N)
0.5	8.04
0.6	8.29
0.7	7.08
0.8	8.43
1.3	7.29

[표 5]

2Ag계 단위:㎛

	ε층		η층		ε층 + η층
	150℃/100H	125℃/100H	150℃/100H	125℃/100H	150℃/100H	125℃/100H
Sn-2Ag	1.07	0.80	5.60	5.33	6.67	6.13
Sn-2Ag-0.5Cu	0.67	0.53	3.33	3.07	4.00	3.60
Sn-2Ag-0.6Cu	0.67	0.40	2.80	2.80	3.47	3.20
Sn-2Ag-0.7Cu	0.67	0.46	2.67	2.50	3.34	2.96
Sn-2Ag-0.8Cu	0.67	0.40	3.47	2.67	4.13	3.07
Sn-2Ag-1.5Cu	0.93	0.53	3.60	3.33	4.53	3.87

[표 6]

2.5Ag계 단위:㎛

	ε층		η층		ε층 + η층
	150℃/100H	125℃/100H	150℃/100H	125℃/100H	150℃/100H	125℃/100H
Sn-2.5Ag	1.00	0.80	3.50	1.90	4.50	2.70
Sn-2.5Ag-0.5Cu	0.53	0.33	2.46	2.00	2.99	2.33
Sn-2.5Ag-0.6Cu	0.70	0.30	2.00	1.90	2.70	2.20
Sn-2.5Ag-0.7Cu	0.60	0.50	2.70	2.10	3.30	2.60
Sn-2.5Ag-0.8Cu	0.70	0.50	3.30	2.80	4.00	3.30
Sn-2.5Ag-1.5Cu	1.00	0.70	3.60	3.50	4.60	4.20

[표 7]

3.0Ag계 단위:㎛

	ε층		η층		ε층 + η층
	150℃/100H	125℃/100H	150℃/100H	125℃/100H	150℃/100H	125℃/100H
Sn-3.0Ag	0.20	0.00	4.47	4.20	4.67	4.20
Sn-3.0Ag-0.5Cu	0.73	0.60	2.60	2.00	3.33	2.60
Sn-3.0Ag-0.6Cu	0.73	0.47	2.07	2.07	2.80	2.53
Sn-3.0Ag-0.7Cu	0.47	0.47	2.07	2.00	2.53	2.47
Sn-3.0Ag-0.8Cu	0.67	0.67	2.00	2.00	2.67	2.67
Sn-3.0Ag-1.3Cu	1.33	0.80	2.67	1.87	4.00	2.67

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, Pb에 의한 환경오염을 발생시키지 않으며, 종래의 Pb-Sn 땜납 합금에 비하여 비용을 상승시키지 않고도 동등한 접합 강도를 확보할 수 있다.

Claims (9)

1. 전자기기의 Cu 전극을, N(질소)를 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지(rust-proofing) 피막으로 피복하는 공정,

   Ag 2.0wt% 이상 3wt% 미만, Cu 0.5∼0.8wt% 및 잔부(殘部) Sn 및 불가피(不可避)한 불순물로 이루어진 땜납 분말과 플럭스(flux)의 혼합으로 이루어진 땜납 페이스트를 상기 피복된 Cu 전극 상에 스크린 인쇄하는 공정, 및

   상기 스크린 인쇄된 땜납 페이스트를 가열 및 냉각하여 상기 Cu 전극 상에 납땜 접합부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 땜납 재료는 Ag 2.0∼2.5wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 땜납 재료는 Ag 2.5 wt% 이상 3.0wt% 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
4. 전자기기의 Cu 전극을, N(질소)를 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지 피막으로 피복하는 공정,

   Ag 2.0wt% 이상 3wt% 미만, Cu 0.5∼0.8wt% 및 잔부 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어진 땜납 분말과 플럭스의 혼합으로 이루어진 땜납 페이스트를 상기 피복된 Cu 전극 상에 스크린 인쇄하는 공정, 및

   상기 스크린 인쇄된 땜납 페이스트를 가열 및 냉각하여 상기 Cu 전극 상에 납땜 접합부를 형성하는 공정을 포함하고,

   상기 땜납 재료는 Ag 2.5 wt% 이상 3.0wt% 미만을 함유하는 납땜 방법에 의해 형성된 납땜 접합부.
5. 제1항에 있어서,

   상기 땜납 재료는 Sb, In, Au, Zn, Bi 및 Al으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소를 합계 3wt% 이하로 더 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
6. 전자기기의 Cu 전극을, N(질소)를 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지 피막으로 피복하는 공정,

   Ag 2.0wt% 이상 3wt% 미만, Cu 0.5∼0.8wt% 및 잔부 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어진 땜납 분말과 플럭스의 혼합으로 이루어진 땜납 페이스트를 상기 피복된 Cu 전극 상에 스크린 인쇄하는 공정, 및

   상기 스크린 인쇄된 땜납 페이스트를 가열 및 냉각하여 상기 Cu 전극 상에 납땜 접합부를 형성하는 공정을 포함하고,

   상기 땜납 재료는 Sb, In, Au, Zn, Bi 및 Al으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소를 합계 3wt% 이하로 더 함유하는 납땜 방법에 의해 형성된 납땜 접합부.
7. 제2항에 있어서,

   상기 땜납 재료는 Sb, In, Au, Zn, Bi 및 Al으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소를 합계 3wt% 이하로 더 함유하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
8. 전자기기의 Cu 전극을, N(질소)를 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지 피막으로 피복하는 공정,

   Ag 2.0wt% 이상 3wt% 미만, Cu 0.5∼0.8wt% 및 잔부 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어진 땜납 분말과 플럭스의 혼합으로 이루어진 땜납 페이스트를 상기 피복된 Cu 전극 상에 스크린 인쇄하는 공정, 및

   상기 스크린 인쇄된 땜납 페이스트를 가열 및 냉각하여 상기 Cu 전극 상에 납땜 접합부를 형성하는 공정을 포함하고,

   상기 땜납 재료는 Ag 2.0∼2.5wt%를 함유하며,

   상기 땜납 재료는 Sb, In, Au, Zn, Bi 및 Al으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소를 합계 3wt% 이하로 더 함유하는 납땜 방법에 의해 형성된 납땜 접합부.
9. 전자기기의 Cu 전극을, N(질소)를 함유하는 유기화합물로 이루어진 녹방지 피막으로 피복하는 공정,

   Ag 2.0wt% 이상 3wt% 미만, Cu 0.5∼0.8wt% 및 잔부 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어진 땜납 분말과 플럭스의 혼합으로 이루어진 땜납 페이스트를 상기 피복된 Cu 전극 상에 스크린 인쇄하는 공정, 및

   상기 스크린 인쇄된 땜납 페이스트를 가열 및 냉각하여 상기 Cu 전극 상에 납땜 접합부를 형성하는 공정을 포함하는 납땜 방법에 의해 형성된 납땜 접합부.

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