KR100768904B1 - 땜납 합금 및 땜납 접합부 - Google Patents

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Abstract

환경에 대해 악영향을 미치게 하는 일이 없이, 종래의 Pb-Sn 땜납 합금에 필적하는 납땜성을 갖는 땜납 합금 및 그것을 이용한 땜납 접합부를 제공한다.
Zn: 4.0∼10.0 wt%, In: 1.0∼15.0 wt%, Al: 0.0020∼0.0100 wt% 및 나머지 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 땜납 합금. 상기의 땜납 합금으로 이루어진, 전기·전자 기기의 땜납 접합부.
내열 프리플럭스, 땜납 분말, 땜납 페이스트 플럭스

Description

땜납 합금 및 땜납 접합부{SOLDER ALLOY AND SOLDERED BOND}
본 발명은 환경에 대한 안전성이 높은 땜납 합금 및 그것을 이용한 전기·전자 기기의 땜납 접합부에 관한 것이다.
종래 각종 전기·전자 기기에서의 땜납 접합에는 융점이 낮고, 대기 중 등의 산화성 분위기 중에서도 습윤성이 좋다는 등의 관점에서, 납-주석(Pb-Sn)계 땜납 합금이 많이 사용되어 왔다. 한편 Pb는 독성을 갖기 때문에, Pb나 Pb함유 합금 등을 취급하는 업무에 대해서는 종래로부터 규제가 되고 있고, Pb 중독 등의 발생 빈도는 매우 낮게 억제되어 왔다.
그러나 최근의 환경 보호에 대한 관심의 고조에 의해서 Pb를 포함하는 땜납 합금을 이용한 각종 기기, 특히 전기·전자 기기의 폐기 처리에 대해서도 대책을 필요로 하는 사회적인 추세에 있다.
지금까지 사용이 끝난 전자 기기는 통상의 산업 폐기물이나 일반 폐기물과 마찬가지로 주로 매립 처리하는 것이 일반적이었다. 그러나 Pb를 포함하는 땜납 합금을 다량으로 이용한, 다 사용한 전자 기기를 그대로 매립 처리 등에 의해 계속 폐기해 가면 Pb의 용출에 의해 환경이나 생물에게 악영향을 미칠 것이 염려된다.
이 때문에 가까운 장래에는 Pb함유 땜납 합금을 다량으로 이용한, 다 사용한 전자 기기는 Pb를 회수한 후에 폐기하는 것이 의무화될 것이다.
그러나 지금까지 다 사용한 전자 기기 등으로부터 효율적으로 또한 유효하게 Pb를 제거하는 기술은 확립되어 있지 않다. 또 Pb의 회수 비용이 제품 비용의 상승을 초래할 우려가 있다.
따라서 Pb를 포함하지 않는 무연 땜납 합금의 개발이 강하게 요망되고 있다.
지금까지 무연 땜납 합금으로서, 예를 들면 주석을 베이스로 하고, 이것에 Zn(아연), Ag(은), Bi(비스무스), Cu(구리) 등을 복합 첨가한 합금이 일부 실용화되고 있지만 특수한 용도에 한정되고 있다. 그것은 종래의 Pb-Sn 땜납 합금을 이용해 온 일반적인 용도에 필요한 제특성, 즉 저융점으로 습윤성이 좋을 것, 리플로우 처리가 가능할 것, 모재와 반응해 취화합물층이나 취화층을 형성하지 않을 것 등의 특성(납땜성)이 얻어지지 않기 때문이다.
현재 유망한 무연 땜납 합금으로서 Sn-Zn 땜납 합금이 제안되고 있다. Sn-Zn 땜납 합금은 융점이 200 ℃ 근방에 있고, 종래의 Sn-Pb 땜납 합금을 대체할 수 있을 가능성이 매우 높다.
그러나 Zn은 산화가 매우 용이하고, 땜납 습윤성이 뒤떨어지기 때문에, 양호한 납땜성을 확보하기 위해서는 질소 가스 등의 비산화성 분위기를 이용할 필요가 있다.
Sn-Zn 합금의 땜납 습윤성을 개선하기 위해서, Cu(구리)나 Ge(게르마늄)을 첨가하는 것이 제안되고 있지만, 기대된 습윤성의 향상은 얻어지고 있지 않다. 차라리 Cu의 첨가에 의해서, Cu-Zn 금속간 화합물이 땜납 합금중에 급속하게 형성되기 때문에, 땜납 합금의 특성이 악화된다는 결점이 있다.
또한 Zn은 활성이 매우 높고, Cu 모재 상에 납땜을 한 경우에, 열을 조금만 가해도 Cu-Zn 금속간 화합물의 두꺼운 층이 용이하게 형성되어, 접합 강도가 저하되는 원인이 된다. 이 경우의 모재/땜납 계면 구조는 Cu 모재/β'-CuZn층/γ-Cu5Zn8층/땜납층이라는 구성으로 된다고 생각된다. Cu-Zn 금속간 화합물은 땜납과의 계면에서의 접합 강도가 매우 낮고 용이하게 박리가 발생한다. Cu 모재의 표면을, Ni(니켈)/Au(금)도금, 팔라듐 도금, 팔라듐/금 도금 처리한 경우에도, 마찬가지 현상이 발생한다. 이 때문에 전자 기기의 신뢰성의 관점에서 Sn-Zn 땜납 합금의 실용화는 곤란하였다.
본 발명은 환경에 대해 악영향을 미치게 하는 일이 없이, 종래의 Pb-Sn 땜납 합금에 필적하는 납땜성을 갖는 땜납 합금 및 그것을 이용한 땜납 접합부를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본원 발명에 의하면, 하기 (1) 및 (2)가 제공된다.
(1) Zn: 4.0∼10.0 wt%, In: 1.0∼15.0 wt%, Al: 0.0020∼0.0100 wt%, 및 나머지: Sn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 땜납 합금.
(2) 상기 (1)의 땜납 합금으로 이루어진, 전기·전자 기기의 땜납 접합부.
도 1은 땜납 합금의 융점을 평가하기 위한 DSC법에 의한 융점의 측정 항목을 나타내는 그래프.
도 2는 땜납 합금의 습윤성을 평가하기 위한 메니스커스 시험의 측정 항목을 나타내는 그래프.
도 3은 QFP 부품 패키지를 이용한 고온 부하 유지 시험(150 ℃/100시간)의 방법을 나타내는 사시도.
도 4는 QFP 부품 패키지를 이용한 부품 리드 땜납 접합 강도 시험의 방법을 나타내는 정면도.
도 5는 땜납볼이 발생한 상태를 나타내는 모식도.
도 6은 Ⅹ wt% Zn - 1.0 wt%In-0.0060 wt%Al-Sn 땜납 합금의 Zn 함유량(Ⅹ)과 융점(액상선 온도)의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 Ⅹ wt% Zn-1.0 wt% In-0.0060 wt% Al-Sn 땜납 합금의 Zn 함유량(Ⅹ)과 습윤 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 8.0 wt% Zn-Ⅹ wt% In-0.0060 wt% Al-Sn 땜납 합금의 In 함유량(Ⅹ)과 융점(액상선 온도)의 관계를 나타내는 그래프.
도 9는 8.0 wt% Zn-Ⅹ wt% In-0.0060 wt% Al-Sn 땜납 합금의 In 함유량(Ⅹ)과 습윤 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 8.0 wt% Zn-1.0 wt% In-Ⅹ wt% Al-Sn 땜납 합금의 Al 함유량(Ⅹ)과 습윤 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 땜납 합금의 부품 리드 땜납 접합 강도의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 12는 땜납 접합 필렛부에서의 땜납볼 발생률을 나타내는 그래프.
본 발명에 있어서, 합금 성분의 함유량을 한정한 이유는 하기 대로이다.
·Zn: 4.0∼10.0 wt%
Zn은 땜납 합금의 융점을 내리고, 습윤성을 향상시키는 기본적인 합금 성분이다. Zn 함유량이 4.0∼10.0 wt%의 범위 내이면, 안정되어 양호한 습윤성을 확보할 수 있다. Zn 함유량이 4 wt% 미만으로 하여도 10.0 wt%를 넘어도 습윤성이 저하한다.
·Al: 0.0020∼0.0100 wt%
Al은 Sn-Zn 합금의 산화를 억제하고, 양호한 습윤성을 확보하기 위해서 첨가한다. 전술한 바와 같이 Zn은 산화가 심렬하고, 땜납 표면에 생성하는 산화 피막은 모재와 땜납 사이에 개재하여, 땜납에 의한 모재의 습윤을 저해한다. Al에 의한 산화 억제 효과를 얻기 위해서는 Al 함유량을 0.0020 wt% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나 Al 함유량이 너무 많으면 Al의 산화 피막이 두껍게 되어 습윤성이 열화하는 것이 실험적으로 확인되고 있다. 이 때문에 Al 함유량의 상한은 0.0100 wt%로 한다.
·In: 1.0∼15.0 wt%
In은 땜납 합금의 융점을 또한 저하시키고, 습윤성을 더욱 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는 In 함유량을 1.0 wt% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나 In 함유량이 너무 많으면 산화성(oxidizability)이 증가하고, 전기·전자 부품의 전극 단자에 포함되는 Pb와 반응하여 In-Pb를 형성하므로 땜납 접합부의 신뢰성을 확보할 수 없다. 또 In-Sn 공정(共晶)이 출현하여 고상선 온도를 과도하게 저하시키고, 접합부가 온도에 대하여 불안정해진다. 이 때문에 In 함유량의 상한은 15.0 wt%로 한다.
땜납 합금, 특히 전기·전자 기기의 땜납 접합용의 땜납 합금에는 하기의 특성이 요구된다.
1) 종래의 Sn-Pb 공정 땜납 합금에 가능한 한 가까운 저온으로 납땜이 가능할 것. 즉 융점이 190 ℃를 크게 넘어가지 않고, 높아도 210 ℃ 정도 이하를 확보할 수 있을 것.
2) 모재와의 습윤성이 양호할 것.
3) 모재와의 반응에 의해 취성 금속간 화합물이나 취화층을 형성하지 않을 것.
4) 합금 성분의 산화물이 습윤 불량, 보이드(void, 공극), 브리지 등의 결함의 발생 원인이 되지 않을 것.
5) 양산 공정에서의 땜납 접합에 적절한 가공·공급 형태(땜납 페이스트, BGA용 땜납볼 등의 형태)를 얻을 수 있을 것.
본 발명의 Zn-In-Al-Sn 땜납 합금은 Pb를 함유하지 않는 것으로 높은 환경 안전성을 구비함과 동시에, 상기의 요구 특성을 구비하고 있다.
(실시예)
표 1에 나타낸 여러가지 조성의 땜납 합금을 용융하고, 하기의 각 방법에 의해서 융점(액상선 온도), 습윤 시간, 접합 강도를 측정했다.
<융점의 측정>
세이코(Seiko)사제 DSC 측정기(SSC-5040 DSC200)를 이용하고, 평가 샘플 중량 10 mg, 승온 속도 5 ℃/분으로서, DSC 융점 측정법(시차 주사 열량 측정)에 의해서, 융점의 대표값으로서 액상선 온도를 측정했다.
이 측정법에 의하면, 승온에 수반하여 저온측으로부터 차례로 고상선, 공정 피크, 액상선이 검출되지만, 합금의 조성에 의해서는 도 1에 나타내는 바와 같이 공정 피크가 2 개 나타나는 경우가 있고, 그 경우는 저온측으로부터 차례로 "피크(peak) ①", "피크 ②"로서 측정했다.
<습윤 시간의 측정>
레스카(Rhesca)사제 메니스커스 시험기(Solder Checker Model SAT-5000)를 이용하고 하기 메니스커스 시험 방법에 의해, 습윤성의 대표값으로서 습윤 시간을 측정했다. 또한 시험 분위기는 대기중으로 했다.
[메니스커스 시험 방법]
염산 수용액(약 1.2 몰/리터)으로 세정한 동판(銅版)(5 mm×40 mm×두께 0.1 mm)에 RMA 타입의 플럭스(타무라 화연(Tamura Taken)사제 ULF-500VS)를 도포한 뒤 240 ℃, 250 ℃, 및 260 ℃로 가열한 땜납 합금 용탕 중에, 침지 속도 20 mm/초(sec)로 침지 깊이 5 mm까지 침지하고 습윤 시간을 측정했다. 측정 시간은 최대 8 초까지로 했다.
메니스커스 시험에서는, 도 2에 나타내는 바와 같은 측정 차트를 얻었으며, 이 차트로부터 습윤 시간, 습윤력, 필백력(peel back force) 등을 읽어낼 수 있다. 이들 중에서, 본 실시예에서는 합금 조성을 가장 정확하게 반영한 습윤 시간에 의해 습윤성을 평가했다.
<부품 리드(lead)의 접합 강도의 측정>
표 2에 나타낸 본 발명의 땜납 합금 분말을 이용하여, 부품 리드 접합 강도를 측정했다.
평가 부품으로서 QFP208pin 몰드(mold)를 구리(銅) 기판에 얹어 놓고, 실장시의 땜납 접합을 시뮬레이트해 피크 온도 215 ℃에서 2 회 질소 리플로우(reflow) 노(爐)를 통과시킴으로써, 몰드의 리드 핀을 기판에 땜납 접합했다.
땜납 접합 후, 가혹(苛酷) 시험으로서, 도 3에 나타내는 바와 같이 기판에 휨량 1.5 mm/100 mm 스팬의 벤딩(bending)을 한 상태로 유지하여, 대기 분위기 중에서 150 ℃의 항온조에 100 시간 유지했다.
가혹 시험후, 평가 부품의 리드로부터 패키지 부분을 잘라 내고, 다게(Dage)사제 접합 강도 시험기(Dage Series 4000)를 이용하고, 도 4에 나타내는 바와 같이 리드부(부품 단자)를 처크(chuck)에 끼우고, 수직 방향으로 속도 250 ㎛/s으로 끌어당겨 접합 강도를 측정했다. 또한 측정은 핀 총수 208 개 중, 40 개의 핀에 대해서 행하였다(즉 반복수 n = 40).
접합 강도 시험 조건의 상세는 표 2 아래의 주석에 기재한 대로이다.
<땜납볼(solder ball) 발생률의 측정>
땜납볼은 리플로우 가열시에 땜납 분말의 산화에 의해서, 땜납 분말 입자가 서로 용해되지 않고, 도 5에 나타내는 바와 같이 그대로의 형상으로 잔류한 것이다. 따라서 땜납볼이 발생하면 완전한 용융·응고에 의해 양호한 땜납 필렛(fillet)이 형성되지 않고, 미용융부가 공극(void)으로서 잔류하기 때문에, 신뢰성이 높은 땜납 접합을 할 수 없다. 또한, 도 5에서는 도시의 편의상 땜납볼은 실제보다도 크게 표시되어 있다.
리플로우 후의 땜납 필렛 형성부를 광학 현미경(배율: 100 배)로 관찰하고, 하기 식에 의해 땜납볼 발생률을 구했다.
발생률(%) = (발생 개수 / 관찰 땜납 필렛수) × 100
볼 발생 시험 조건의 상세는 표 3 아래의 주석에 기재한 대로이다.
<측정 결과의 평가>
[융점 및 습윤성의 평가]
표 1-1 및 표 1-2는 융점 및 습윤성의 측정 결과를 각각 나타내고 있다.
(1) Zn 함유량의 영향
도 6 및 도 7에, 표 1의 샘플 No. 9∼13(1.0∼20.0 wt% Zn-1.0 wt% In-0.0060 wt% Al-Sn)에 대해서, Zn 함유량과 융점(액상선 온도)의 관계 및 Zn 함유량과 습윤 시간의 관계를 각각 나타낸다. 여기서 0.0060 wt% Al은 본 발명의 범위 내의 Al이고, 1.0 wt% In 또한 본 발명의 범위 내의 In이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, In 함유량 및 Al 함유량이 본 발명의 범위 내의 상기 값으로서, Zn 함유량이 본 발명의 범위 내(4.0∼10.0 wt%)인 샘플은 액상선에서 약 210 ℃ 이하의 실용적으로 충분히 낮은 융점이 얻어졌다. 특히 Zn 함유량이 8 wt% 이상이면 액상선에서 200 ℃ 미만의 저융점이 얻어지므로 더욱 바람직하다.
도 7에 나타낸 바와 같이, In 함유량 및 Al 함유량이 본 발명의 범위 내의 상기 값으로서, Zn 함유량이 본 발명의 범위 내(4.0∼10.0 wt%)인 샘플은 습윤 시간이 짧고, 안정되어 양호한 습윤성이 얻어졌다. Zn 함유량이 본 발명의 범위보다 적거나 많아도, 습윤 시간이 증가되는 경향이 나타나고, 양호한 습윤성을 안정되게 확보할 수 없다.
(2) In 함유량의 영향
도 8 및 도 9에, 표 1의 샘플 No. 19∼32(8.0 wt% Zn-0∼30.0 wt% In-0.0060 wt% Al-Sn)에 대해서, In 함유량과 융점(액상선 온도)의 관계 및 In 함유량과 습윤 시간의 관계를 각각 나타낸다. 여기서 0.0060 wt% Al은 본 발명의 범위 내의 Al 함유량이다.
Al 함유량이 본 발명의 범위 내의 상기 값으로서, In 함유량이 본 발명의 범위 내(1.0∼15.0 wt%)인 샘플 No. 21∼26은 융점이 저하되고(도 8), 또한 안정되어 양호한 습윤성(단시간에서의 습윤)(도 9)이 얻어졌다.
이에 대해서, Al 함유량이 본 발명의 범위 내이지만, In 함유량이 본 발명의 범위보다 적은 샘플 No. 19∼20은 습윤성이 저하(습윤 시간이 증대)된다(도 9).
또한 In 함유량이 본 발명의 범위보다 많은 샘플 No. 27∼32는 고상선 온도가 105 ℃ 정도로 너무 낮게 되어, 땜납 접합부가 온도에 대하여 불안정하게 되고, 실용적으로 적합하지 않다. 이것은 In 함유량이 본 발명 범위의 상한 15 wt%를 넘으면, In-Sn 공정에 대응한다고 생각되는 피크 ①이 105 ℃ 부근에 출현하고, 이에 따라서 고상선 온도가 저하되기 때문이다(도 8, 표 1-l).
(3) Al 함유량의 영향
도 10에 샘플 No. 1∼8(8.0 wt% Zn-1.0 wt% In-0∼0.1000 wt% Al-Sn)에 대해서, Al 함유량과 습윤 시간의 관계를 나타낸다. 여기서 8.0 wt% Zn 및 1.0 wt% In은 본 발명의 범위 내의 Zn 함유량 및 In 함유량이다.
Zn 함유량 및 In 함유량이 본 발명의 범위 내의 상기 값으로서, Al 함유량이 본 발명의 범위 내인 샘플 No. 4∼6은 안정되어 양호한 습윤성(단시간에서의 습윤)이 얻어졌다.
이에 대해서, Zn 함유량 및 In 함유량이 본 발명의 범위 내의 상기 값이라도, Al 함유량이 본 발명의 범위보다 적은 샘플 No. 1∼3 및 본 발명의 범위보다 많은 샘플 No. 7∼9는 습윤성이 저하(습윤 시간이 증대)되었다. 또한 Al 함유량이 많으면, 땜납 분말(Ф 20∼45 ㎛)형성시에 표면에 Al이 편석하고, 땜납 페이스트로서 사용할 수 없다.
또한 본 발명의 땜납 합금은, 예를 들면 산소, 질소, 수소 등의 불가피한 불순물을 소량 포함하고 있어도 특별한 문제는 없다. 단, 산소는 다량으로 존재하면 땜납 합금을 약하게 할 우려가 있으므로, 산소 함유량은 극력 미량으로 해야 한다.
특히 땜납 분말 형성시(Ф 20∼45 ㎛)의 산소 농도는 120 ppm 이하로 해야 한다.
[접합 강도의 평가]
표 2 및 도 11에, 본 발명에 의한 7 wt% Zn-1.0∼5.0 wt% In-0.0020 wt% Al-Sn 땜납 합금(샘플 No. 41∼44)에 대해서, 부품 리드 접합 강도의 측정 결과를 나타낸다.
일반적으로 접합 강도를 평가하는 목표로서, 땜납 접합한 대로의 상태, 즉 가혹 시험이 없는 상태에서의 강도(초기 강도)가 반복수 n = 40의 시험에서 평균값4 N/pin 이상, 최소값 1 N/pin 이상이면 실용적으로 충분하다.
본 실시예에서는 가혹 시험 후의 접합 강도가 상기 초기 강도의 목표값을 통과하고 있어, 매우 양호한 접합 강도가 얻어졌다.
[땜납볼 발생률의 평가]
표 3 및 도 12에, 7 wt% Zn-0∼5 wt% In-0.0022 wt% Al-Sn 땜납 합금(샘플 No. 51∼53)에 대해서, 땜납볼 발생률의 측정 결과를 나타낸다.
이 결과에 나타낸 바와 같이, In 무첨가의 비교예(샘플 No. 51)에 비해서, In을 3 wt% 또는 5 wt% 첨가한 본 발명의 예(샘플 No. 52, 53)는 땜납볼 발생률이 현저하게 감소하여, 양호한 납땜성을 확보할 수 있다.
Figure 112003003620682-pct00001
Figure 112003003620682-pct00002
(주) 1: 소수 표시의 수치가 습윤 시간(sec)을 표시하고, "4/4" 등의 분수 표시의 수치는 분모가 반복 측정수, 분자가 측정 가능수를 나타냄. "×"는 측정 불가능을 의미함.
(주) 2: 습윤 시험 조건(시험 분위기는 대기 중)
상대재(모재): 무처리 Cu: 5.0×40.0×0.1 mm, 침지 체적: 5.0×5.0×0.1 mm
플럭스: 타무라 화연(Tamura Kaken)제 ULF-500VS
시험기: 레스카(RHESCA)사제 Solder Checker Model SAT-5000
Figure 112003003620682-pct00003
접합 강도 시험 조건
평가 부품: QFP208pin, 리드(lead) 재질: Cu, 리드 도금: Sn-10Pb (wt%)
평가판: 내열 프리플럭스(preflux) Cu 스루(through) 기판
땜납 분말: 미쓰이 금속광업(Mitsui Mining & Smelting)제 Ф 38-45 ㎛(88 wt%)
땜납 페이스트 플럭스: 니혼 겜마(Nihon Genma)제 SZ355-GK-2(12 wt%)
땜납 페이스트 인쇄판: 프로세스 랩 마이크론(Process Lab Micron)제 스크린판, 재질: 스테인레스, 판 두께: 150 ㎛
인장 시험기: 다게(Dage)사제 Dage series 4000
리플로우(reflow) 조건: N2 리플로우, 접합부 피크 온도 215 ℃, 산소 농도 500 ppm 이하
리플로우 장치: 일본 안톰 공업(Nippon Antom Industrial)제: Solsys-310N2IRPC
반복수: n = 40
Figure 112006011007515-pct00015
볼 발생 시험 조건
평가 부품: QFP208pin, 리드 재질: Cu, 리드 도금: Sn-10Pb(wt%)
평가판: 내열 프리플럭스 Cu 스루 기판
땜납 분말: 미쓰이 금속광업제 Ф 38-45 ㎛(88 wt%)
땜납 페이스트 플럭스: 니혼 겜마제 SZ355-GK-2(12 wt%)
땜납 페이스트 인쇄판: 프로세스 랩 마이크론제 스크린판, 재질: 스테인레스, 판 두께: 150 ㎛
인장 시험기: 다게사제 Dage series 4000
리플로우 조건: N2 리플로우, 접합부 피크 온도 215 ℃, 산소 농도 500 ppm 이하
리플로우 장치: 일본 안톰 공업제: Solsys-310N2IRPC
볼 발생률(%) = (볼 발생수 / 208 핀(pin)) × 100
본 발명에 의하면, 환경에 대해 악영향을 미치지 않으면서도, 종래의 Pb-Sn 땜납 합금에 필적하는 납땜성을 갖는 땜납 합금 및 그것을 이용한 땜납 접합부가 제공된다.

Claims (3)

  1. Zn: 4.0∼10.0 wt%, In: 1.0∼15.0 wt%, Al: 0.0020∼0.0100 wt% 및 나머지 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 땜납 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Zn 함유량이 8.0 wt% 이상인 땜납 합금.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재한 땜납 합금으로 이루어진 전기전자 기기의 땜납 접합부.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6569172B2 (en) 1996-08-30 2003-05-27 Verigen Transplantation Service International (Vtsi) Method, instruments, and kit for autologous transplantation
US20040187976A1 (en) * 2003-03-31 2004-09-30 Fay Hua Phase change lead-free super plastic solders
US20050029675A1 (en) * 2003-03-31 2005-02-10 Fay Hua Tin/indium lead-free solders for low stress chip attachment
US7223695B2 (en) * 2004-09-30 2007-05-29 Intel Corporation Methods to deposit metal alloy barrier layers
TW200711778A (en) * 2005-09-09 2007-04-01 Fujitsu Ltd Solder alloy, and electronic substrate making use of the solder alloy and process for producing the same
JP2007190603A (ja) * 2006-01-23 2007-08-02 Nippon Alum Co Ltd はんだ接合方法及びはんだ接合体
US20080157910A1 (en) * 2006-12-29 2008-07-03 Park Chang-Min Amorphous soft magnetic layer for on-die inductively coupled wires
KR101406174B1 (ko) * 2007-06-18 2014-06-12 엠케이전자 주식회사 주석, 은 및 비스무스를 함유하는 무연솔더
DE102007050688A1 (de) * 2007-10-22 2009-04-30 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Lötanlage und Verfahren zur Erkennung von in einem Lot enthaltenen Verunreinigungen
WO2014179108A1 (en) 2013-05-03 2014-11-06 Honeywell International Inc. Lead frame construct for lead-free solder connections
CN105992669A (zh) 2014-02-20 2016-10-05 霍尼韦尔国际公司 无铅焊料组合物
TW202206614A (zh) * 2019-07-12 2022-02-16 日商亞特比目有限公司 SnZn焊料及其製造方法
WO2021256172A1 (ja) * 2020-06-16 2021-12-23 アートビーム有限会社 SnZn半田およびその製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010043636A (ko) * 1999-03-16 2001-05-25 이즈하라 요조 무연 땜납
KR100346606B1 (ko) 1993-04-30 2002-12-11 에이티 앤드 티 코포레이션 필수적으로납(Pb)을함유하지않은땜납조성물을포함하는제품

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0819892A (ja) * 1994-06-30 1996-01-23 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 鉛無含有半田合金
JPH09174278A (ja) * 1995-12-27 1997-07-08 Hitachi Ltd 無鉛はんだ合金およびそれを用いた電子回路装置
JP3601278B2 (ja) * 1996-12-17 2004-12-15 ソニー株式会社 はんだ材料
JP3306007B2 (ja) * 1998-06-30 2002-07-24 株式会社東芝 ハンダ材
JP2000141078A (ja) * 1998-09-08 2000-05-23 Nippon Sheet Glass Co Ltd 無鉛ハンダ
JP4462721B2 (ja) * 2000-06-07 2010-05-12 清仁 石田 はんだ合金及びはんだボール
JP2002001575A (ja) * 2000-06-15 2002-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 無鉛半田合金およびこの無鉛半田合金を搭載した回路基板ならびに管球

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100346606B1 (ko) 1993-04-30 2002-12-11 에이티 앤드 티 코포레이션 필수적으로납(Pb)을함유하지않은땜납조성물을포함하는제품
KR20010043636A (ko) * 1999-03-16 2001-05-25 이즈하라 요조 무연 땜납

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