KR101173531B1 - 땜납 합금 및 이를 이용한 땜납 접합체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 유리나 세라믹 등의 산화물 혹은 젖음성이 나쁜 Mo 등의 난접합재료를 접합 가능한 Sn-Ag-Al계 땜납 합금의 특성을 유지하면서 땜납 합금의 경시 변화를 억제할 수 있는 새로운 땜납 합금을 제공하는 것이다.
본 발명은, 질량%로 Ag: 0.9~10.0%, Al: 0.01~0.50%, Sb: 0.04~3.00%를 포함하고, 상기 Al/Sb의 비가 0.25 이하인 관계(0을 포함하지 않음)를 만족하며, 잔부 Sn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 땜납 합금이다. 또한, Y: 1.0% 이하, Ge: 1.0% 이하의 어느 1종 또는 2종 포함해도 된다.

Description

땜납 합금 및 이를 이용한 땜납 접합체{Solder alloy and solder joints using the same}

본 발명은, 유리나 세라믹 등의 산화물 또는 알루미늄(Al) 등의 산화 표면을 갖는 부재나 젖음성이 나쁜 Mo 등을 접합하는 데에 적합한 땜납 합금 및 이를 이용한 땜납 접합체에 속하는 것이다.

종래 유리 등의 산화물의 접합 기술에서는, 380℃부근에서의 접합 및 실링에 사용되는 수단으로서 납을 사용한 땜납 또는 납 유리 프릿이 주류였다. 그러나, 환경 문제에 의해 납의 사용이 불가능해져 대체 기술의 확립이 필요해지고 있다. 그래서, 본 발명자들은 유리 등의 접합에 이용하는 산화물 접합용 땜납 합금으로서 Sn을 주성분으로 한 것에 Ag, Al을 첨가한 땜납 합금을 제안하였다(특허문헌 1). 또한, 본 발명자들은 특허문헌 1의 산화물 접합용 땜납 합금에 Y 및 Ge를 첨가한 땜납 합금을 땜납 용융시의 보이드 억제를 위해 제안하였다(특허문헌 2).

특허문헌 1: WO 2007/7840호 공보 특허문헌 2: 미국 2008/0241552호 공보

상술한 특허문헌 1 및 2에 개시되는 Sn-Ag-Al계 땜납 합금은, Zn 등의 산화물(드로스)을 형성하는 원소를 포함하지 않기 때문에, 땜납 접합시의 핸들링이 용이한 효과가 있다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 따르면, 특허문헌 1 등에서 제안한 땜납 합금을 수분이 존재하는 대기 중에서 장시간 유지하면, 땜납과 피접합재의 계면이 백탁한 것과 같이 변색하는 새로운 문제를 확인하였다. 또한, 상세하게 검토하면, 땜납 합금 자체가 경시 변화에 의해 조직 중에 보이드(공동)가 발생하는 현상도 확인하였다. 이러한 땜납 합금의 변성은 접합 신뢰성을 열화시킬 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 상기 문제를 감안하여 유리나 세라믹 등의 산화물 혹은 젖음성이 나쁜 Mo 등의 난(難)접합재료를 접합 가능한 Sn-Ag-Al계 땜납 합금의 특성을 유지하면서 땜납 합금의 경시 변화를 억제할 수 있는 새로운 땜납 합금을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 접합체를 형성하는 땜납의 경시변화의 문제를 검토하여, Sn-Ag-Al계 땜납 합금에 Sb를 적량 첨가한 합금을 채용함으로써, 땜납의 경시 변화를 크게 개선할 수 있음을 발견하고 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은 질량%로 Ag:0.9~10.0%, Al:0.01~0.50%, Sb:0.04~3.00%를 포함하고, 상기 Al/Sb의 비가 0.25 이하인 관계(0을 포함하지 않음)를 만족하며, 잔부 Sn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 땜납 합금이다.

또한, 상기 Al/Sb의 비는 0.18 이하(0을 포함하지 않음)가 바람직하다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 질량%로 Y:1.0% 이하, Ge:1.0% 이하의 어느 1종 또는 2종 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 Ag:1.0~8.5%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 Al:0.01~0.40%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 Al:0.12~0.35%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 Sb:0.50~3.00%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 Sb:1.00~2.50%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 산화물 또는 산화 표면을 갖는 부재의 접합에 적합하다.

또한, 본 발명의 땜납 합금에 의해 산화물 또는 산화 표면을 갖는 부재를 강고하게 접합할 수 있고, 저렴한 땜납 접합체를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유리를 이용한 페어유리나 디스플레이 등의 기밀 용기 혹은 유리 기판 상에의 금속 배선의 고정 등에 적용하는 땜납 합금으로서 그 접합 신뢰성을 비약적으로 개선할 수 있기 때문에, 그 공업적 가치는 매우 크다.

도 1은 본 발명의 땜납 합금의 가속 환경 시험 후의 마이크로 조직의 일례를 나타내는 사진이다.
도 2는 비교예의 땜납 합금의 가속 환경 시험 후의 마이크로 조직의 일례를 나타내는 사진이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 중요한 특징은 Sn-Ag-Al계 땜납 합금에 Sb를 적량 첨가한 합금을 채용한 것에 있다.

이하, 본 발명의 땜납 합금의 성분 조성(질량%)을 한정한 이유에 대해서 설명한다.

Sb: 0.04~3.00%

Sb는 본 발명의 땜납 합금의 경시 변화를 억제하기 위해 가장 중요한 원소이다. 그 효과에 대해서는 정확한 검증은 되어 있지 않지만, Sb는 Sn-Ag-Al계 땜납 합금에 존재하는 Al과 화합물을 형성하여, 결과적으로 산화가 진행하여 백탁이나 보이드의 발생 원인이 되는 Ag-Al금속간 화합물의 형성을 억제하고 있기 때문이라고 생각된다.

Sb의 함유량은 Al량에도 의존하지만, 너무 적으면 경시 변화를 억제하는 효과를 충분히 발휘할 수 없기 때문에, 0.04% 이상 필요하다. 또한, Sb는 Sn 중에 고용(固溶)함으로써, 인장 강도 등의 땜납 합금의 기계적 특성이나 열피로특성을 향상시킨다. 따라서, 본 발명의 땜납 합금이 경시변화의 억제 효과뿐만 아니라, 기계적 특성 및 열피로특성을 충분히 얻기 위해서는 0.5% 이상이 바람직하다. 또한, 1.00% 이상 함유하는 것이 보다 바람직하다.

한편, Sb를 과도하게 첨가해도 Al-Sb 화합물의 편석(偏析)이 증대하는 결과가 되어, Sb의 첨가로 얻어지는 경시변화의 억제 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, 단단하고 무른 Al-Sb화합물이 땜납 중에 과도하게 존재한 경우는, 초기의 기계적 특성을 저하시킬뿐만 아니라, Al-Sb화합물 자신의 산화에 의해 땜납 합금의 경시변화의 억제 효과에 악영향을 준다고 생각된다. 또, Sb의 함유량의 증가는 땜납 합금의 융점의 상승에 덧붙여, 젖음성의 악화에 따라 납땜성이 저하된다.

따라서, 본 발명에서는 Sb의 함유량을 최대 3.00% 이하로 한다. 바람직하게는 2.50% 이하이다.

Ag: 0.9~10.0%

본 발명의 땜납 합금의 베이스 합금인 Sn-Ag기(基) 땜납 합금은 공정반응에 의해 융점이 저하되는 효과에 덧붙여, 땜납의 크리프 강도나 연성 등의 기본적인 특성을 결정한다. 특히, Ag의 함유량은 크리프 강도에 큰 영향을 준다. 본 발명의 땜납 합금에 있어서도, Ag가 너무 적으면 크립강도의 극단적인 저하를 생각할 수 있다. 따라서, 본 발명의 땜납 합금의 Ag의 함유량은 접합에 필요한 강도를 확보하기 위해 0.9% 이상 필요하다.

한편, Ag의 함유량이 너무 많으면, 융점의 상승에 더하여 땜납 합금 중에 단단하고 무른 조대(粗大)한 Sn-Ag 금속간 화합물이 생성되어, 내낙하 충격특성을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 본 발명의 땜납 합금의 Ag의 함유량은 10.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 8.5% 이하이다. 또한, 휴대전화와 같은 내낙하 충격특성이 심한 것에 대해서는 5.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, Ag는 Al과의 금속간 화합물을 형성한 경우, 땜납 합금의 열피로특성이나 기계적 특성을 개선한다.

따라서, 본 발명의 땜납 합금의 Ag의 함유량은 0.9~10.0%이고, 보다 바람직하게는 1.0~8.5%이다.

Al: 0.01~0.50%

Al은 본 발명의 Sn-Ag기 땜납 합금에 있어서 유리 등의 난접합재료와의 접합을 달성하기 위해 없어서는 안 될 필수 금속이다. 즉, Sn-Ag기의 땜납 합금에서는, 그 Sn 및 Ag의 배합을 변화시켜도 난접합재료를 접합하기 어려운 바, Al을 첨가함으로써 난접합재료와의 젖음성이 향상하여 난접합재료와의 밀착이 가능하게 된다. 이는 Al이 산화물이 되는 경향이 강하고, 피접합재료의 산화물과 결합하기 쉽기 때문에, 그 결과, 난접합재료에 대한 젖음성이 향상하기 때문이다.

그러나, Al의 함유량이 너무 많으면, Al이 과도하게 산화물을 형성하여 오히려 접합성이 저하되거나, 산화가 진행되기 쉬운 Ag-Al금속간 화합물을 형성하기 때문에, 접합 후의 땜납?피접합재료의 계면에서 산화 등에 의해 생긴다고 생각되는 땜납 접합부의 백탁이 진행되기 쉬운 문제가 걱정된다.

따라서, 본 발명의 Al량은 상술한 Sb함유량과의 관계에 있어서 0.01~0.50%로 한다. 바람직하게는 0.01~0.40%이고, 더 바람직하게는 0.12~0.35%이다.

Al/Sb 함유 비율: 0.25 이하(0을 포함하지 않음)

본 발명의 중요한 특징은, 땜납 합금 중에 포함되는 Al과 Sb의 함유 비율을 최적화한 것이다. 이하, 그 이유를 자세하게 설명한다.

상술한 바와 같이 Sb를 첨가하지 않은 Sn-Ag-Al계 땜납 합금 중의 Al은, Ag와의 금속간 화합물인 Ag-Al 금속간 화합물을 형성한다. 이 Ag-Al 금속간 화합물은 땜납 합금 및 땜납 합금?피접합재의 계면에서 산화 등에 의해 생긴다고 생각되는 땜납 접합부의 백탁의 요인이 되고, 그 때문에 Ag-Al 금속간 화합물의 석출을 억제할 필요가 있다. 그래서, 본 발명의 땜납 합금은 Sn-Ag-Al계 땜납 합금에 Sb를 첨가함으로써 적극적으로 Al-Sb 화합물을 석출시키고, 산화하기 쉬운 Ag-Al 금속간 화합물의 석출을 억제함으로써 땜납 접합부의 백탁의 억제 효과를 얻고 있다.

그러나, 상술한 Al이나 Sb를 단지 첨가하는 것만으로는 땜납 합금의 산화를 충분히 억제할 수 없다. 그 이유로서, 땜납 합금 중의 Al의 함유량이 너무 많거나 또는 Sb의 함유량이 너무 적은 경우에는 Ag-Al 금속간 화합물이 땜납 합금 중에 과도하게 석출되어 버린다. 이러한 상태에서는 땜납 접합부의 백탁을 억제하기 어려워진다.

따라서, 본 발명에서는 충분한 산화 억제 효과를 얻기 위해, 땜납 합금 중에 포함되는 Al/Sb의 비율을 0.25 이하(0을 포함하지 않음)로 한다. 더욱 충분한 경시변화의 억제를 얻기 위해서는 0.08 이하인 것이 바람직하다.

잔부 Sn 및 불가피적 불순물

Sn은, 유리 등의 피접합재료와의 열팽창계수의 완화 및 용융온도의 하강에 작용하는 본 발명의 땜납 합금을 구성하는 기체(基體) 원소이다. 특히 열팽창계수의 조정에 있어서는, Sn은 85~95%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 90~95%이다.

불가피적 불순물로서 Fe, Ni, Co, Cr, V, Mn은 땜납의 젖음성을 저해하기 때문에, 이들 원소는 합계 1% 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 합계 500ppm이하인 것이 바람직하다.

또한, Ga, P, B는 땜납 용융시의 보이드 발생의 원인이 되기 때문에, 이들 원소는 500ppm이하로 규제하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 100ppm이하인 것이 바람직하다.

또한, Sn기(基) 땜납에 있어서, Zn은 땜납 표면 근방의 Zn이 산화함으로써 땜납 중에 미소한 균열이 진전하고, 내부의 Zn도 산화가 서서히 진행되어 땜납이 물러진다. 또한, Zn은 증기압이 높아 진공 하에서 용융하여 땜납 접합할 때에는 Zn금속 퓸(fume)이 발생하여 피접합재를 더럽히거나 진공로 내의 오염의 원인이 된다. 또한, Zn의 첨가에 따라 납땜시의 드로스 생성량이 증가하여 땜납 접합의 방해가 되는 경향이 있다. 특히, 땜납 접합시에 이용하는 초음파 납땜법에서는 캐비테이션을 부여하기 때문에 현저한 경향이 된다. 따라서, 본 발명의 땜납 합금에서 Zn은 최대한 배제하는 것이 바람직하고, 100ppm이하가 바람직하다.

땜납 합금 중의 산소는 납땜 중의 산화물(드로스)의 발생량을 증가시키고, Al-Sb 화합물의 산화 원인이 되어 땜납이 물러진다. 따라서, 본 발명의 땜납 합금의 산소값은 500ppm이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 50ppm이하이다.

Y: 1.0% 이하

본 발명의 땜납 합금에는 Y를 함유시킬 수도 있다. Y는 땜납 용융시의 보이드의 발생을 저감하는 데에 최적으로서, 땜납 접합체를 재용융시키는 공정을 포함하는 경우에 유효하다. Y의 구체적인 땜납 용융시의 보이드 억제 작용에 대해서는 명확하지 않지만, 용융 금속의 표면장력을 저하시키고, 가스가 휩쓸려 들어오는 것을 저감한다고 예상된다.

그러나, Y를 많이 함유하면 땜납 용융시에 보이드가 발생한다. 이는, Al과의 금속간 화합물의 형성에 의해 땜납 자체의 점성이 증가하는 것에 의한다고 생각되지만, 그 기구에 대해서는 명백하게 되어 있지 않다. 따라서, 본 발명의 땜납 합금에의 Y의 함유량은 최소한에 그치는 것이 좋다. 따라서, 본 발명에 있어서 Y량은 질량%로 1.0% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하이다. Y 첨가의 효과를 명확하게 얻기 위해서는 0.01% 이상이 바람직하다.

Ge:1.0% 이하

본 발명의 땜납 합금은 Ge을 함유해도 된다. Ge는 용융시의 산화물(드로스)의 생성량을 억제하기 때문에, 땜납 산화물의 도입 등을 방지할 수 있고, 보다 신뢰성이 높은 접합을 행할 수 있다.

그러나, Ge을 많이 함유하면, 표면 산화 억제 효과보다도 Ge자신의 산화물량의 증대에 따라 땜납 표층부에 생성한 Ge산화물에 의해 피접합재료와의 밀착성에도 영향을 미친다. 따라서, 본 발명에 있어서 Ge량은 질량%로 0.50% 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05% 이하이다. Ge 첨가의 효과를 명확하게 얻기 위해서는 0.01% 이상이 바람직하다.

본 발명의 땜납 합금은 난접합재료이어도 접합면에 플럭스를 도포하지 않고 접합할 수 있으며, 접합 대상을 접합한 후의 땜납의 경시 변화를 억제할 수 있다. 또한, 알루미나 등의 세라믹이나 소다 석회계 등의 유리 등의 산화물에 대해서는 물론이고, Al 등의 산화 표면을 갖는 부재에 대해 우수한 접합능을 발휘하면서 경시 변화를 억제할 수 있다. 또한, 질화 알루미늄과 같은 질화물에 대해서도 경시 변화를 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 땜납 합금은, 상기 산화물?질화물끼리 뿐만 아니라 유리 위에 Mo나 Al 등의 박막을 형성한 것에도 적합하다.

덧붙여, 본 발명의 땜납 합금은 상기 접합에 한정되지 않고, 예를 들어 본 발명의 땜납 합금은 각종 스테인레스강, 구리, Fe-Ni계 합금 등의 금속에 대해서도 접합면에 플럭스를 도포하지 않고 접합능을 가지며, 접합능이 떨어지는 상대재료이어도 접합능을 부여하기 위한 표면 처리를 하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 산화물?질화물 표면에 도부(塗付)함으로써 납땜 잡업의 하지(下地) 처리의 대체로서 이용할 수도 있다.

본 발명의 땜납 합금을 이용한 산화물이나 질화물 등의 난접합재료와의 접합은, 예를 들어 유리 기판 상에의 금속 배선의 고정에는 상온의 유리 기판 상에 용융한 땜납을 도포함으로써 가능하게 된다. 또한, 페어유리나 디스플레이 등의 기밀 용기의 봉지에는, 땜납 합금의 액상선(液相線) 온도 이상으로 피접합부재를 가열하거나 또는 피접합재의 열용량을 고려하여 충분히 가열된 땜납 인두를 이용하여 피접합재를 땜납 합금의 액상선 온도 이하로 예비 가열함으로써 가능하게 된다. 또, 상술한 난접합재료에의 접합에는 땜납 합금에 초음파 진동을 인가하면 효과적이고, 용융 땜납 중에 산소를 넣어 피접합재에의 젖음을 촉진하여 접합에 기여한다.

(실시예 1)

표 1의 조성이 되도록 Sn, Ag, Al, Sb, Y 및 Ge를 칭량한 후 용해하여, 쌍으로 얻어진 합금 용탕을 주형에 흘려 넣어 땜납 합금을 제작하고, 이하의 평가 시험을 하였다.

(평가시험 1)

피접합재로서 가로 세로 30mm?두께 3mm로 커트한 붕규산 유리판(제품명 TEMPAX)을 350℃로 가열한 핫 플레이트 상에 설치하고, 미리 가온하였다. 그 후, 초음파 진동을 인가한 땜납 인두(구로다 테크노사 제품, 초음파 납땜 장치 SUNBUNDER USM-III)를 이용하여 땜납 합금의 두께가 100μm가 되도록 유리판 일면에 도포하여 대기 중에서 서냉(徐冷)하였다. 다음에, 실온까지 냉각한 시료의 땜납 표면을 가로 세로 5mm의 격자상의 5×5의 네모칸이 되도록 커터로 눈을 넣어 필(peel) 시험편을 제작하였다.

땜납의 접합 강도의 변화를 확인하기 위해, 가속 환경 시험으로서 85℃ 85RH%로 한 고온 고습 시험기(구스모토 화성사 제품 HIFLEX) 내에서 시험편을 1000시간 방치하였다.

다음에, 가속 환경 시험 전후의 시험편의 땜납?유리판의 접속 계면의 필 시험을 실시하였다. 시험은 점착 테이프(니치반사 제품 CT-405AP-24)를 시험편의 일면에 붙이고, 3번의 박리시험을 하여 땜납의 박리가 생긴 영역을 세었다. 또, 필 시험은 5×5의 네모칸 중에서 엣지 부분의 영향을 무시하기 위하여, 중앙부의 3×3의 네모칸으로 시험하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 가속 환경 시험 전에는 본 발명예 및 비교예의 땜납 합금 모두 박리가 발생하지 않고 충분한 강도를 갖고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 가속 환경 시험 후도 마찬가지로 대상의 9네모칸 중에서 본 발명예 및 비교예의 땜납 합금 모두 1네모칸 이하의 영역에서만 땜납의 박리가 발생하였다. 이로부터, 본 발명예의 땜납 합금은 가속 환경 시험 후에도 충분한 접합 강도를 갖고 있는 것을 확인할 수 있었다.

(평가시험 2)

피접합재로서 가로 세로 30mm?두께 3mm로 커트한 붕규산 유리판(제품명 TEMPAX)을 350℃로 가열한 핫 플레이트 상에 설치하고, 미리 가온하였다. 그 후, 초음파 진동을 인가한 땜납 인두(구로다 테크노사 제품, 초음파 납땜 장치 SUNBUNDER USM-III)를 이용하여 땜납 합금의 두께가 100μm가 되도록 유리판 일면에 도포하여 대기 중에서 서냉하였다.

땜납 합금?유리판의 접합 계면으로부터의 산화 등에 의해 생긴다고 생각되는 땜납 접합부의 백탁 억제 효과를 확인하기 위해, 가속 환경 시험으로서 85℃ 85RH%로 한 고온 고습 시험기(구스모토 화성사 제품 HIFLEX) 내에서 시험편을 1000시간 방치하였다.

가속 환경 시험 후의 시험편의 땜납 접합부의 백탁 영역을 평가하였다. 땜납 접합부의 백탁 영역은 시험편의 땜납?유리판의 접합 계면을 유리측에서 관찰하고, 가로 세로 30mm의 유리판 일면에 대한 백탁한 면적을 측정하여 면적률로 평가하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명예의 땜납 접합부의 백탁 면적률은 8% 이하인 것에 대해, 비교예의 백탁 면적률은 80%를 넘는 값이었다. 이로부터, 본 발명의 땜납 합금은 Al/Sb의 함유 비율을 0.25 이하로 함으로써, 가속 환경 시험 후에도 땜납 접합부의 백탁을 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

(평가시험 3)

시료는, 표 1의 조성이 되도록 제작한 땜납 합금을 φ1mm의 선재로 가공한 땜납 선재를 이용하였다. 땜납 합금의 내산화성을 평가하기 위해, 가속 환경 시험으로서 85℃ 85RH%로 한 고온 고습 시험기(구스모토 화성사 제품 HIFLEX) 내에서 1000시간 방치하였다.

땜납 합금의 산소값은, 땜납 합금의 산소값이 1000ppm이하인 경우에 호리바 제작소 제품의 EMGA-620W로 측정하고, 땜납 합금의 산소값이 1000ppm을 넘는 경우에 호리바 제작소 제품의 EMGA-550을 이용하여 측정하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 가속 환경 시험 후는 본 발명예의 땜납 합금의 산소값이 300ppm이하인 것에 대해, 비교예의 땜납 합금의 산소값은 1000ppm을 넘는 값이었다. 이로부터, 본 발명예의 땜납 합금은 Al/Sb의 함유 비율을 0.25 이하로 함으로써, 땜납 합금의 산화를 억제하는 효과를 확인할 수 있었다.

(평가시험 4)

시료는, 평가시험 3과 같이 제작한 땜납 합금을 φ1mm의 선재로 가공한 땜납 선재를 이용하였다. 땜납 합금의 경시 변화에 따른 열화를 평가하기 위해, 가속 환경 시험으로서 85℃ 85RH%로 한 고온 고습 시험기(구스모토 화성사 제품 HIFLEX) 내에서 1000시간 방치하였다.

땜납 합금의 경시 변화에 의한 열화를 조사하기 위해, 가속 환경 시험 후의 땜납 선재의 90°절곡 시험을 실시하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명예의 땜납 합금에서는 90°절곡 시험을 9회 이상 실시해도 땜납 선재가 절손(折損)되는 일이 없었지만, 비교예의 땜납 합금에서는 1회 90°로 절곡함으로써 땜납 선재가 절손되어 버렸다. 이로부터, 본 발명예의 땜납 합금은 Al/Sb의 함유 비율을 0.25 이하로 함으로써, 땜납 합금의 경시 변화에 따른 열화를 억제하는 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

질량%로 Ag=8.5%, Al=0.35%, Sb=2.0%, Y=0.075%, Ge=0.03%, 잔부 Sn의 조성(Al/Sb=0.18)이 되도록 칭량한 후 Ar분위기 중에서 용해하고, 다음에 얻어진 합금 용탕을 주형에 흘려 넣어 본 발명의 땜납 합금을 제작하였다. 마찬가지로 비교예로서 Sb를 첨가하지 않고 질량%로 Ag=8.5%, Al=0.35%, Y=0.075%, Ge=0.03%, 잔부 Sn의 땜납 합금을 제작하였다. 제작한 땜납 합금에 대해 이하의 평가시험을 하였다.

(평가시험 1)

우선, 피접합재로서 가로 세로 50mm?두께 3mm로 커트한 붕규산 유리판(제품명 TEMPAX)을 350℃로 가열한 핫 플레이트 상에 설치하고, 미리 가온하였다. 그 후, 초음파 진동을 인가한 땜납 인두(구로다 테크노사 제품, 초음파 납땜 장치 SUNBUNDER USM-III)를 이용하여 본 발명의 땜납 합금 및 비교예의 땜납 합금의 두께가 50μm가 되도록 유리판 일면에 도포하여 대기 중에서 서냉하였다. 실온까지 냉각한 후, 도포한 땜납 표면을 가로 세로 5mm의 격자상의 5×5의 네모칸이 되도록 커터로 눈을 넣어 시험편을 제작하였다.

땜납의 산화 억제 효과를 확인하기 위해, 가속 환경 시험으로서 85℃ 85RH%로 한 고온 고습 시험기(구스모토 화성사 제품 HIFLEX) 내에서 시험편을 168시간 방치하였다.

가속 환경 시험 전후의 시험편의 땜납?유리판의 접합 계면을 유리측에서 관찰하였다. 또, 관찰은 5×5의 네모칸 중에서 엣지 부분의 영향을 무시하기 위하여, 중앙부의 3×3의 네모칸으로 하였다.

그 결과, 본 발명의 땜납 합금 및 비교예의 땜납 합금 모두 도포 직후는 유리와 밀착되어 있고, 경면이 얻어지는 것을 확인할 수 있었지만, 가속 환경 시험 후는 본 발명의 땜납 합금에서는 극히 일부(대상의 9네모칸 중 3네모칸 만큼의 극히 일부)의 백탁에 그친 것에 대해, 비교예의 땜납 합금에서는 9네모칸 전역에 백탁이 관찰되었다. 이 결과로부터, Sb를 첨가한 본 발명의 땜납 합금이 고온 고습 환경에서의 백탁 억제에 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.

(평가시험 2)

평가시험 1과 같이 본 발명의 땜납 합금 및 비교예의 땜납 합금을 도포한 시험편을 준비하였다. 다음에, 가속 환경 시험 전후의 시험편의 땜납?유리판의 접속 계면의 필 시험을 실시하였다. 또, 필 시험은 점착 테이프(니치반사 제품 CT-405AP-24)를 시험편의 일면에 점착하고, 박리를 3회 반복하여 땜납의 박리가 발생한 영역을 계산하였다.

땜납 도포 직후에는, 본 발명의 땜납 합금, 비교예의 땜납 합금 모두 박리는 확인할 수 없었다.

가속 환경 시험 후는, 대상의 9네모칸 중에서 본 발명예에서는 1네모칸의 영역에서만 땜납의 박리가 발생한 것에 대해, 비교예에서는 5네모칸의 영역에서 땜납의 박리가 발생하였다. 이 결과로부터, 고온 고습 환경에서의 접합 강도의 경시 열화를 방지하는 데에 Sb를 첨가한 본 발명의 땜납 합금이 유효한 것을 확인할 수 있었다.

(평가시험 3)

평가시험 1과 같이 본 발명의 땜납 합금 및 비교예의 땜납 합금을 제작한 후에 압연하여 두께 0.35mm의 땜납 시트로 하고, (평가시험 1)과 같은 가속 환경 시험을 실시하여 땜납의 내부 조직의 변화를 관찰하였다.

본 발명의 땜납 합금의 가속 환경 시험 후의 마이크로 조직을 도 1에, 비교예의 땜납 합금의 가속 환경 시험 후의 마이크로 조직을 도 2에 도시한다. 도 1과 도 2를 비교하면 명백한 바와 같이, 본 발명의 땜납 합금에는 확인되지 않는 땜납 합금 내부의 보이드가 비교예의 땜납 합금에는 확인된다.

이 땜납 합금 내부의 보이드의 발생은 접합부분의 기밀성이 요구되는 용도에 있어서 큰 문제이고, 이 문제 발생의 억제에 대해 Sb를 첨가한 본 발명의 땜납 합금이 유효한 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 3)

질량%로 Ag=3.5%, Al=0.10%, Sb=1.5%, 잔부 Sn의 조성(Al/Sb=0.07)이 되도록 칭량한 후 Ar분위기 중에서 용해하고, 다음에 얻어진 합금 용탕을 주형에 흘려 넣어 본 발명의 땜납 합금을 제작하였다. 제작한 땜납 합금에 대해 이하의 평가 시험을 하였다.

(평가시험 1)

피접합재로서 가로 세로 25mm?두께 2.5mm로 커트한 알루미나판(주식회사 니카토 제품, 제품명 SSA-S)을 270℃로 가열한 핫 플레이트 상에 설치하고, 미리 가온하였다. 그 후, 초음파 진동을 인가한 땜납 인두(구로다 테크노사 제품, 초음파 납땜 장치 SUNBUNDER USM-III)를 이용하여 본 발명의 땜납 합금의 두께가 130μm가 되도록 알루미나판 일면에 도포하고, 대기 중에서 서냉하였다. 실온까지 냉각한 후, 도포한 땜납 표면을 가로 세로 5mm의 격자상의 5×5의 네모칸이 되도록 커터로 눈을 넣어 필 시험편을 제작하였다.

시험편은 5×5의 네모칸 중에서 엣지 부분의 영향을 무시하기 위하여, 중앙부의 3×3의 네모칸으로 하였다.

필 시험 결과, 알루미나 기판 상에 도포한 본 발명의 땜납 합금의 박리는 확인되지 않았다. 이 결과로부터, Sb를 첨가한 본 발명의 땜납 합금은 산화 표면을 갖는 알루미나 부재에 대해서도 충분한 접합 강도가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

(평가시험 2)

피접합재로서 두께 0.3μm의 Mo막을 성막한 가로 세로 25mm?두께 0.7mm의 유리 기판을 280℃로 가열한 핫 플레이트 상에 설치하고, 미리 가온하였다. 그 후, 초음파 진동을 인가한 땜납 인두(구로다 테크노사 제품, 초음파 납땜 장치 SUNBUNDER USM-III)를 이용하여 본 발명의 땜납 합금의 두께가 130μm가 되도록 유리 기판의 Mo막을 형성한 측의 일면에 도포하고, 대기 중에서 서냉하였다. 실온까지 냉각한 후, 도포한 땜납 표면을 가로 세로 5mm의 격자형상의 5×5의 네모칸이 되도록 커터로 눈을 넣어 필 시험편을 제작하였다.

시험편은 5×5의 네모칸 중에서 엣지 부분의 영향을 무시하기 위하여, 중앙부의 3×3의 네모칸으로 하였다.

필 시험 결과, Mo막에 도포한 본 발명의 땜납 합금의 박리는 확인되지 않았다. 이 결과로부터, Sb를 첨가한 본 발명의 땜납 합금은 Mo와 같은 난접합재료에 대해서도 충분한 접합 강도가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

(평가시험 3)

피접합재로서 가로 세로 30mm?두께 1.0mm의 Al판을 240℃로 가열한 핫 플레이트 상에 설치하고, 미리 가온하였다. 그 후, 초음파 진동을 인가한 땜납 인두(구로다 테크노사 제품, 초음파 납땜 장치 SUNBUNDER USM-III)를 이용하여 본 발명의 땜납 합금의 두께가 100μm가 되도록 Al판 일면에 도포하고, 대기 중에서 서냉하였다. 실온까지 냉각한 후, 도포한 땜납 표면을 가로 세로 5mm의 격자형상의 5×5의 네모칸이 되도록 커터로 눈을 넣어 필 시험편을 제작하였다.

시험편은 5×5의 네모칸 중에서 엣지 부분의 영향을 무시하기 위하여, 중앙부의 3×3의 네모칸으로 하였다.

필 시험 결과, Al판에 도포한 본 발명의 땜납 합금의 박리는 확인되지 않았다. 이 결과로부터, Sb를 첨가한 본 발명의 땜납 합금은 산화 표면을 갖는 Al부재에 대해서도 충분한 접합 강도가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

1. Ag: 0.9~10.0 질량%, Al: 0.01~0.50 질량%, Sb: 0.04~3.00 질량%, 잔부 Sn 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 상기 Al/Sb의 비가 0.25 이하인 관계(0을 포함하지 않음)를 만족하는, 땜납 합금.
2. 제1항에 있어서, 상기 Al/Sb의 비가 0.18 이하(0을 포함하지 않음)인 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
3. 제1항에 있어서, 질량%로 Ag:1.0~8.5%인 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
4. 제1항에 있어서, 질량%로 Al:0.01~0.40%인 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
5. 제1항에 있어서, 질량%로 Al:0.12~0.35%인 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
6. 제1항에 있어서, 질량%로 Sb:0.50~3.00%인 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
7. 제1항에 있어서, 질량%로 Sb:1.00~2.50%인 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
8. 제1항에 있어서, 질량%로 Y:1.0% 이하, Ge:1.0% 이하의 어느 1종 또는 2종 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
9. 제1항에 있어서, 산화물 또는 산화 표면을 갖는 부재를 접합하는 것임을 특징으로 하는 땜납 합금.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금으로 산화물 또는 산화 표면을 갖는 부재가 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 땜납 접합체.

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