KR101362807B1 - 솔더링을 위해 무연 접합용 재료를 이용하여 제조된 전자기기 - Google Patents

솔더링을 위해 무연 접합용 재료를 이용하여 제조된 전자기기 Download PDF

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KR101362807B1
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히로키 이케다
카츄 야나지모토
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산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 솔더링을 위해 무연 접합용 재료를 이용하여 제조된 전자기기로서, 상기 재료는, 원소 A와 원소 B로 이루어져 있고, 상온 평형 상태에서 안정상인 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성을 가지며, 급냉 응고에 의해 원소 A를 원소 B로 이루어진 상온 안정상 중에 과포화 고용할 수 있는 합금이며, 솔더링에 의한 용해, 응고 과정을 거친 후에 평형 상태인 상기 안정상의 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성으로 되돌아가, 재차 가열할 경우에 솔더링 온도에서도 상기 안정상 AmBn에 의해 강도를 확보할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자기기를 제공한다.

Description

솔더링을 위해 무연 접합용 재료를 이용하여 제조된 전자기기 {ELECTRONIC EQUIPMENT OBTAINED BY SOLDERING WITH LEAD-FREE JOINTING MATERIAL}
본 발명은 솔더링을 위해 무연 접합용 재료를 이용하여 제조된 전자기기에 관한 것이다.
최근, 전자기기 장치의 소형화에 수반하여, 내부에서 반도체나 전자소자에 의해 형성되는 전자회로 기판은 한층 더 고밀도 실장이 요구되고 있기 때문에, 솔더링되는 배선 피치를 미세화하는 등의 개량이 진행되고 있다. 한편, 환경 문제에 대한 관점에서, 예를 들어, RoHS 지침에 부합하는 무연(Pb-free) 솔더에 대한 수요가 존재하여, 리플로우 솔더링용 솔더로서 Sn-Ag-Cu계 공정(eutectic) 합금이 실용화되어 있다. 반면에, 고온 솔더로서 Au-20Sn(융점: 280℃)가 알려져 있지만, Pb-Sn계 솔더는 비용이나 기계적 특성이 떨어지기 때문에 거의 사용되지 않고 있고, 다른 성분계의 경우도 실용화에는 이르지 못하고 있기 때문에, EU가 전자기기 등에 포함되는 Pb 등의 특정 유해 물질을 규제하는 RoHS 지침에서도 Pb 고온 솔더는 아직도 제외 항목으로 되어 있는 상황이다.
또한, 최근의 파워 IC의 개발 실용화가 급속화되고 있어서, 전력 용량의 증대가 지속적으로 진전되어, 고내압화와 대전류화에 적절한 다양한 기술 개발이 진행되고 있다. 신기술이 종래의 파워 IC에 비해 현격히 큰 전압이나 전류, 전력 환경 하에서 사용되어, 과도적으로는 파워 IC의 정격을 넘는 전류나 전압이 요구되는 것이 적지 않다. 더욱이, 출력이 증대함에 따라 발열의 문제가 현저하게 되고 있다. 이에 대해, 하이파워 출력시에도 접속을 확보할 수 있는 신뢰성을 위해서, 종래의 무연 솔더(예를 들어, Sn-3Ag-0.5Cu는 융점이 219℃ 부근)보다 융점을 높이는 요구가 있지만, 실용적인 고온 무연 솔더는 아직 개발되지 못하고 있고, 솔더링시의 높은 온도로 인해 소자 수명을 열화시키는 문제가 있다.
고밀도화 전자기기의 제조에 유용한 다양한 솔더링 기술로는, 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2005-251889호나 일본 특허출원공개 제2001-267715호에 개시되어 있듯이, 부품 실장의 고밀도화를 꾀하는 경우, 배선 피치를 미세하게 하고 다수 개의 회로기판을 겹쳐 쌓아 구성하는 것으로써 실현되는 기술이 제안되고 있다.
상술한 종래 기술은 모두 부품 실장의 고밀도화를 꾀하는 경우에 대해 배선 피치를 미세하게 하여 다수 개의 회로기판을 겹쳐 쌓아 구성하는 것으로 수행할 수 있다. 그러나, 그러한 배선 피치를 미세하게 하고 다수 개의 회로기판을 겹쳐 쌓아 구성하기 위한 솔더링 수단, 특히, 매우 근접한 부위들에 대해 연속적으로 솔더링을 수행하기 위한 기술에 대해서는 개시하는 것은 없다. 특히, 이미 솔더링되어 있는 부위에 아무런 온도 영향을 주지 않으면서, 연속적인 솔더링을 가능하게 하기 위한 솔더링 수단의 개발은, 상기와 같이 적층되는 미세 배선 피치의 회로기판의 제조 기술에 대해 매우 중요하다.
본 발명은 상술한 것과 같은 과제를 해결하는 것으로, 복수 공정에서 연속적인 솔더링을 수행함에 상관없이, 이미 솔더링되어 있는 부위의 온도 영향에 기인하는 열화가 방지되어 양호한 접합 강도가 유지되는 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예로서 Sn-Cu계 솔더 합금을 기본으로 하여 설명한다. Sn-Cu계 합금을 급냉하여 Cu를 강제 고용시킨 Sn상을 주성분으로 한 합금을 제작한다. 이러한 Sn 고용상(solid solution phase)은 230℃ 부근에서 용해되고 솔더링 후의 응고시에 안정적인 상인 Sn-Cu상과 Sn상으로 2상 분리되어, 리플로우 솔더링시에는 고융점의 Sn-Cu상이 강도를 유지하는 역할을 하는 등, 솔더링부의 강도에 격차가 없고, 더욱이 강도와 솔더링 특성의 밸런스가 뛰어난 고온 무연 솔더 합금에 의한 전자기기를 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 무연 접합용 재료를 이용해 솔더링하여 제조된 전자기기는, 무연 접합용 재료를 이용하여 솔더링된 전자기기이며, 원소 A와 원소 B로 이루어져 있고, 상온 평형 상태에서 안정상인 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성을 가지며, 급냉 응고에 의해 원소 A를 원소 B로 이루어진 상온 안정상 중에 과포화 고용할 수 있는 합금이며, 솔더링에 의한 용해, 응고 과정을 거친 후에 평형 상태인 상기 안정상의 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성으로 되돌아가, 재차 가열할 경우에는 솔더링 온도에서도 상기 안정상 AmBn에 의해 강도를 확보할 수 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, m 및 n은 합금계에 의한 고유의 수치이다.
본 발명에서, 상기 "m 및 n은 합금계에 의한 고유의 수치"란, 상태도(phase diagram)에서 융점이나 융점 근방으로부터 상온까지 원소 A와 원소 B가 일정한 비율인 상태를 유지하는 것 같은 배합비를 구성하는 수치이며, 일례로서 Sn-Cu계 솔더 합금에서의 상온 안정상 Cu6Sn5 금속간 화합물(intermetallic compound)의 경우, 원소 A가 Cu, 원소 B가 Sn이며, m이 6, n이 5이다. 이러한 "합금계에 의한 고유의 수치"에서 m와 n의 값 자체는 상태도를 보는 것에 의해 어떠한 편성이 있는지를 알 수 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 원소 A는 Cu, Mn, 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상이고, 원소 B는 Sn, In, 및 Bi로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 안정상의 AmBn의 융점이 원소 B의 융점보다 높고, 그 차이가 150℃ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 기판상에 복수의 소자가 솔더링된 회로기판, 또는 3층 이상의 기판을 솔더링하여 형성된 다층 회로기판을 포함하는 전자기기를 제공한다.
더 나아가, 본 발명은, 무연 접합용 재료이며, 원소 A와 원소 B로 이루어져 있고, 상온 평형 상태에서 안정상인 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성을 가지며, 급냉 응고에 의해 원소 A를 원소 B로 이루어진 상온 안정상 중에 과포화 고용할 수 있는 합금이며, 솔더링에 의한 용해, 응고 과정을 거친 후에 평형 상태인 상기 안정상의 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성으로 되돌아가, 재차 가열할 경우에는 솔더링 온도에서도 상기 안정상 AmBn에 의해 강도를 확보할 수 있는 합금으로 이루어진 무연 접합용 재료를 준비하고, 상기 무연 접합용 재료에 의해 전자기기의 부품들을 연속적으로 솔더링하는 공정을 포함하는 전자기기의 제조 방법을 제공한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 합금을 사용함으로써, 이미 솔더링되어 있는 부위에 어떤 온도 영향을 주지 않으면서, 솔더링을 연속적으로 수행하는 것이 가능하다. 이는, 기판상에 복수의 소자를 연속적으로 솔더링하거나, 또는 3층 이상의 기판에 적용할 때 제2층, 제3층 이상의 매우 근접한 부위에 대해 연속적으로 솔더링하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은, 특히, 근접한 부위에 연속적으로 솔더링하는 것을 필요로 하는 전자기기에 매우 적합하게 적용할 수가 있어서 산업상 대단히 유용하다.
도 1은 본 발명에서 급냉을 이용한 Sn-Cu 합금의 가열시의 거동을 나타내는 도면이다;
도 2는 본 발명에 따른 Sn-Cu 합금을 이용해 기판상에 복수의 소자를 솔더링한 회로기판의 모식도이다;
도 3은 본 발명에 다른 Sn-Cu 합금을 이용해 3층 이상의 회로기판들을 솔더링한 다층 회로기판의 모식도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예에 근거하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 원소 A 또는 B는 특별히 한정하는 것이 아니지만, 바람직한 원소 A로는 Cu, Mn, Ni 등을 들 수 있다. 또한, 바람직한 원소 B로는 Sn, In, Bi 등을 들 수 있다. 따라서, 원소 A와 원소 B의 바람직한 예로는, Cu-Sn계 합금, Mn-Sn계 합금, Ni-In계 합금, Mn-In계 합금, Ni-Bi계 합금 등을 들 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서 Sn-Cu계 솔더 합금을 이용해 솔더링한 회로에 대해 상세하게 설명한다.
본 출원의 발명자들은, 우선, 평형 상태도적으로는 존재할 수 없는 Sn 고용체(solid solution)가 급냉 프로세스에 의해 제조될 수 있다는 것에 주목하였다. 아토마이즈(atomization)법이나 멜트-스펀(melt-spun)법 등의 급냉 프로세스에 의해 합금을 제작하는 것으로써, 본래 Cu6Sn5 금속간 화합물을 생성해야 할 Cu가 Sn 중에 강제 고용되어 결과적으로 Sn 고용체로서 Sn과 같은 상을 구성하고, 급냉된 합금 중에서 고융점상인 Cu6Sn5 금속간 화합물의 양은 합금중의 Sn와 Cu의 비율로부터 계산되는 이론량보다 큰 폭으로 적게 된다고 하는 예상외의 결과를 얻었다. 또, 반대로, 솔더링에 기여하는 Sn상은 Sn 고용체상으로서 존재하기 때문에 이론량보다 큰 폭으로 증가하는 것도 판명되었다.
이러한 발견으로부터, 본 출원의 발명자들은 더 나아가, 상기 급냉 프로세스에 의해 제조된 합금은 대부분이 Sn 고용체상이며, 이 상태를 솔더 재료로서 사용하여 솔더링해 보통으로 냉각하면, 급냉 프로세스가 아닌 방법을 이용한 합금인 고체 상태가 형성되는 것을 확인되었다.
이것에 의해, 비교적 저온(약 230℃)의 온도 조건에서 솔더링이 가능해지고, 재고화된 솔더는 고온(약 400℃ 이상)에서도 Cu6Sn5 상의 존재에 의해 양호한 고체상태를 유지할 수 있는 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 상기와 같은 합금 재료를 이용해 솔더링을 수행할 경우, 솔더링시에는 다량으로 존재하는 Sn 고용체상이 230℃ 부근에서 용해하고, 이것에 의해 통상의 Pb를 이용했을 경우와 같은 양호한 솔더링이 가능해진다. 또한, 솔더링된 후의 냉각은 급냉이 아니기 때문에, 용해 후나 냉각시에는 합금중의 Sn와 Cu의 비율로부터 계산되는 이론량 그대로의 고융점상(Cu6Sn5 금속간 화합물)이 형성되게 된다.
상술한 Cu6Sn5 금속간 화합물의 융점은 415℃이며, 250℃ 이하인 리플로우 온도에서는 용해되지 않기 때문에, 리플로우 솔더링시에는 당초의 솔더링부는 충분한 강도가 유지된다. 또한, 이 화합물 상은 급냉된 거의 균일한 조직이 완전하게 용해한 후, 평형 상태도에 따라 응고한 매우 미세 균일한 조직이 되어, 종래 기술과 같이 액상과 고상의 확산에 의지한 조직은 아니기 때문에 화합물 생성 속도도 빠르고, 더욱이 잔류 Cu가 없기 때문에 강도의 격차가 생기지 않는 점에서도 유리하다.
Sn-Cu계 합금의 경우, 합금 중의 Cu 함유량은 14~45%가 최적이다. 그 이유는, 솔더링에 기여하는 Sn 고용체량과 솔더링 후의 강도 유지에 기여하는 Cu6Sn5 금속간 화합물량의 밸런스가 이 범위에서 최적이 되기 때문이다. 본 출원의 발명자들은 Cu 함유량의 범위에 대해 상세하게 검토한 결과, Cu량이 45 원자%를 넘으면, 급냉법이어도, Cu6Sn5 금속간 화합물 생성량이 큰 폭으로 많아짐으로 인해, 솔더링에 기여하는 Sn 고용체량이 감소하여 양호한 솔더링이 곤란해지기 때문에, 45 원자%로 하는 것이 바람직하다. 또한, Cu량이 14 원자% 미만에서는, 솔더링 후의 강도 유지에 기여하는 Cu6Sn5 금속간 화합물량을 충분히 확보하는 것이 곤란해진다. 이로부터, Cu량의 범위를 14~45 원자%로 설정하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 25~45원자%이다.
이러한 특성은 원소 B를 Sn로, 원소 A를 Mn로 했을 경우에도 마찬가지이다. Sn-Mn계 솔더 합금에서는 고융점의 금속간 화합물로서 MnSn2를 생성하지만, Mn의 범위를 15~35 원자%로 한 합금 성분에서, 급냉 프로세스에 의해 Mn를 Sn 중에 과포화 고용시키는 것에 의해, 양호한 솔더링 특성을 확보함과 동시에, 솔더링 후의 강도 유지에 기여하는 MnSn2 상의 석출 밸런스가 양호하게 되어, 같은 온도로 재가열했을 때에 접합 강도를 유지할 수 있다.
동일한 견지에서, Sn의 융점인 232℃보다 융점이 높은 Bi나 융점이 낮은 In를 원소 B로 하고, 각 원소에 대해 본 발명을 적용시킬 수 있는 원소 A와의 조합에 의해, 전술했던 대로 통상의 솔더링 온도보다 높은 온도에서의 솔더링이나 통상의 솔더링 온도보다 낮은 온도로 접합한 후, 같은 온도로 재가열했을 때에 접합 강도를 유지하고 싶은 용도에도 대응할 수 있는 접합 재료를 얻는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 융점이 271℃인 Bi를 원소 B로 했을 경우에는 원소 A로서 Ni 등이 있고, 156℃인 In를 원소 B로 했을 경우에는 원소 A로서 Ni, Mn 등이 있다. 또한, 접합재의 융점이 접합의 용이성을 좌우하기 때문에, 이를 고려하면 원소 B의 융점은 810℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, In-Ni계 합금에서는 In27Ni10 금속간 화합물을 이용하기 위하여 Ni 함유량을 5~29 원자%로 하는 것이 바람직하고, In-Mn계 합금에서는 InMn3 금속간 화합물을 이용하기 위하여 Mn 함유량을 8~50 원자%로 하는 것이 바람직하다. 또한, Bi-Ni계 합금에서는 Bi3Ni 금속간 화합물을 이용하기 때문에 Ni 함유량을 5~25 원자%로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시예에 다른 Sn-Cu계 솔더 합금을 기본으로 하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
Sn-Cu계에서는, Sn-(14~45%)Cu 합금을 아토마이즈법, 멜트-스펀법, 수중 방사법 등의 급냉법에 의해 제작한다. 본 발명의 조성 범위의 Sn-(14~45%)Cu 합금에서는, 급냉하지 않으면 Sn상과 Cu6Sn5 금속간 화합물이 평형 상태도에 따른 비율로 존재한다. 그러나, 급냉하는 것에 의해 상당한 Cu가 Sn상에 강제 고용된 Sn 고용체는, 본래의 Sn상과 거의 동등한 230℃ 근방에서 용해하여, 양호한 솔더링에 기여한다.
또한, 한 번 용해하여 응고한 후, 용해한 후 응고한 후 재차 용해할 때의 고융점상과 저융점상의 온도차를 150℃ 이상으로 한다. 그 이유는, 접합재와 솔더링 철 등을 사용하여 솔더링을 수행하는 경우, 솔더링 철의 단부(tip) 온도는 접합재 융점보다 약 100℃ 높게 가열되기 때문에, 150℃ 미만에서는, 솔더링한 대상의 거리가 근접할 경우, 가열중의 전도열로 근접하여 이미 용접되어 있는 부위에 열영향을 주어 최악의 경우, 접합이 빗나가는 경우가 있기 때문이다.
도 1은 본 발명에 따른 급냉을 이용한 Sn-Cu 합금의 가열시의 거동을 나타내는 도면이다.
도 1(a)는 급냉 응고 상태를 나타내고, 도 1(b)는 용해 상태(230℃ 이상), 도 1(c)는 재응고 상태를 나타낸다. Sn-25Cu을 급냉할 경우에는, 도 1(a)에서 보는 바와 같이, Sn 중에 Cu가 과포화로 고용하여, 솔더로서 사용될 수 있는 가용 부분(Sn)이 증가한다. 그런 다음, 솔더로서의 사용을 위해 용해할 때, 도 1(b)에서 보는 바와 같이, Sn(Cu 과포화) 상이 용해하여, Sn와 Cu6Sn5로 변태하고, 그 상태로부터 재응고하여, 도 1(c)에서 보는 바와 같은 고온상의 증가, 가용 부분(Sn)의 감소에 의해, 안정적인 평행 상태로 되며, 그 비율은 Cu6Sn5: 62%, Cu3Sn: 15%로 되고 가용 부분(Sn)이 감소한다.
도 2는, 본 발명에 따른 Sn-Cu 합금을 이용하여 기판 상에 복수의 소자를 솔더링한 회로를 나타내는 모식도이다. 도면에서 보는 바와 같이, 기판(1) 상에 설치하는 소자(4)의 거리가 너무 가까우면, 접합하기 위해서 소자(4)로부터 성장한 도선 등의 배선(6)으로 기판(1)을 가열하고 거기에 솔더 합금을 실으려고 하는 경우, 가열중의 전도열로 근처에 솔더링되어 있는 소자의 솔더링한 곳이 녹아 소자가 불안정이 되거나 심한 경우는 용접이 빗나가 버리는 문제가 있지만, 본 발명에 따른 급냉 응고를 이용한 Sn-Cu 합금을 이용할 경우에는, 동일 성분의 솔더 합금이라도 솔더링의 융점, 응고 후에는 고융점의 안정상이 존재하기 때문에, 나중에 접합하려고 하는 소자를 접합하기 위해서 소자나 기판이나 솔더 합금을 가열해도, 가까운 소자를 고정하고 있는 고융점의 안정상은 재용해되지 않고, 안정적으로 연속적인 솔더링이 가능해진다.
도 3은 본 발명에 따른 Sn-Cu 합금을 이용해 3층 이상의 기판 소자를 솔더링한 모식도이다. 도 3(a)는 통상의 솔더재를 이용했을 경우이며, 도 3(b)는 Sn-Cu 급냉재를 이용했을 경우이며, (a)에서 보는 바와 같이, 회로를 적층할 때에, 예를 들어 3층의 기판을 적층하려고 하면, 제2층, 제1층의 솔더링시에 제3층의 기판(3) 상의 솔더가 용해하지 않기 위해, 우선 제3층의 기판(3)에 230℃+α+α의 융점을 가지는 솔더 합금(5)를 이용할 필요가 있다. 또한, 제2층의 기판(2)에 제3층의 기판(3)을 솔더링을 실시하는 경우에는, 230℃+α의 융점을 가진 솔더를 이용해 제1층의 기판(1)에 제2층의 기판(2)의 접합에 대해서만, 통상의 솔더 합금을 이용할 수 있다. 이와 같이, 각층에서 다른 용해 온도가 필요함과 동시에, 기판의 다층 정도가 높아지는 만큼 솔더 용해 온도가 상승하기 때문에, 각층의 위치의 차이나 두께의 불균일성을 일으킴과 동시에, 최하층의 기판상의 소자(4)가 열화된다.
이에 대해, 도 3(b)에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 Sn-Cu 급냉재를 이용하는 것에 의해, 동일 성분의 솔더 합금이어도 응고 후에 고융점의 안정상이 존재하기 때문에 강도를 확보할 수 있어서, 2층과 3층의 각 기판을 접합하기 위해서 각 기판이나 솔더 합금(5)의 가열 온도는, 1층과 2층에서 바뀌지 않고, 다음 적층을 위해 기판(3)이 솔더 온도로 가열되어도, 솔더 합금(5)가 재용해하지 않기 때문에, 도 3(a)과 같은 230℃에서 적층 간의 온도차(α)을 일으키는 것이 없고, 안정적이고 연속적으로 솔더링하는 것이 가능해진다.
[실시예]
이하, 본 발명에 대해 실시예에 의거하여 구체적으로 설명한다.
표 1은 도 3에 나타낸 3층 기판의 솔더링시의 솔더 상황 및 발생 열에 의한 소자의 열열화 상황을 나타낸다. 표에서 솔더링 특성(solderability) 및 열열화(thermal degradation)의 평가는 하기와 같이 수행하였다.
Sn계 솔더를 이용할 경우, 예를 들어, 260℃(230℃ + 3개 층들의 적층에 용구되는 온도차 30℃)로 가열하여 제3층의 회로기판(3)에 제2층의 회로기판(2)를 솔더링하고, 245℃(230℃ + 온도차 15℃)로 가열하여 회로기판(2)에 제1층의 회로기판(1)를 솔더링하며, 최종적으로 230℃에서 회로기판(1)에 소자를 솔더링하는 것이 필요하다. 그러나, 본 평가에서는, 본 평가에서는 온도차 없이 260℃의 가열만으로 모든 기판과 소자 솔더링을 실시하여, 가장 열영향이 큰 제2층과 제3층의 기판(2)와 기판(3) 사이의 위치 불량(misalignment) 정도와 층 두께의 불균일(non-uniformity) 정도를 평가하였다.
융점이 낮은 In 합금에 대해서는, 200℃의 가열 온도를 이용하였고, 융점이 높은 Bi에 대해서는 300℃의 가열 온도를 이용하였다. 이 때의 솔더링 상황을 확인하여, 하기 3가지 기준으로 평가하였다.
Figure 112010035546042-pct00001
솔더링 완료 후, 변화 여부를 확인하기 위하여 회로기판 상의 소자들을 관찰하였고, 하기 4가지 기준으로 열열화를 평가하였다.
Figure 112010035546042-pct00002
[표 1]
Figure 112010035546042-pct00003
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 1~13 번은 본 발명의 실시예이며, 14~26 번은 비교예이다.
비교예 14~23은 성분이 본 발명 범위외이다. 비교예 14, 16, 18, 20 및 22는 급냉 응고에서 원소 A를 원소 B에 과포화 고용할 수 있지만, 고용량 자체가 적기 때문에, 용해한 후 응고한 후 재차 용해할 때의 고융점 안정상이 적고, 재차 솔더링 온도에서 강도를 확보할 수 없으며, 비교예 15, 17, 19, 21 및 23은 원소 A의 양이 너무 많기 때문에 급냉 응고 프로세스를 이용해도 원소 B에 과포화 고용하는 양부터 잔존하는 양이 많아져, 합금 조성의 융점 자체가 솔더링 온도를 빗나가 있기 때문에, 양호한 솔더링이 불가능하다.
이상과 같이, 비교예에서는 모두 다층 기판에 솔더링하였을 때에 이미 접합한 부분에 열영향을 미치거나 솔더링 자체의 접합 불량을 일으켰다. 이에 대해, 본 발명예 1~13은 모두 본 발명의 조건을 만족하는 것으로, 다층 기판에 솔더링하였을 때 이미 접합한 부분에 아무런 영향도 없고 연속적으로 안정된 접합이 가능하다는 것을 알 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 솔더링을 위해 무연 접합용 재료를 이용하여 제조된 전자기기로서, 상기 재료는, 원소 A와 원소 B로 이루어져 있고, 상온 평형 상태에서 안정상인 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성을 가지며, 급냉 응고에 의해 원소 A를 원소 B로 이루어진 상온 안정상 중에 과포화 고용할 수 있는 합금이며, 솔더링에 의한 용해, 응고 과정을 거친 후에 평형 상태인 상기 안정상의 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성으로 되돌아가, 재차 가열할 경우에 솔더링 온도에서도 상기 안정상 AmBn에 의해 강도를 확보할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  2. 제 1 항에 있어서, 원소 A는 Cu, Mn, 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상이고, 원소 B는 Sn, In, 및 Bi로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전자기기.
  3. 제 1 항에 있어서, 안정상 AmBn의 융점이 원소 B의 융점보다 높고, 그 차이가 150℃ 이상인 것을 특징으로 하는 전자기기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서, 기판 상에 복수의 소자가 솔더링된 회로기판, 또는 3층 이상의 기판들을 솔더링하여 형성된 다층 회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  5. 제 1 항의 전자기기를 제조하는 방법으로서,
    무연 접합용 재료이며, 원소 A와 원소 B로 이루어져 있고, 상온 평형 상태에서 안정상인 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성을 가지며, 급냉 응고에 의해 원소 A를 원소 B로 이루어진 상온 안정상 중에 과포화 고용할 수 있는 합금이며, 솔더링에 의한 용해, 응고 과정을 거친 후에 평형 상태인 상기 안정상의 AmBn와 원소 B로 이루어진 조성으로 되돌아가, 재차 가열할 경우에 솔더링 온도에서도 상기 안정상 AmBn에 의해 강도를 확보할 수 있는 합금으로 이루어진 무연 접합용 재료를 준비하는 과정, 및
    상기 무연 접합용 재료에 의해 전자기기의 부품들을 연속적으로 솔더링하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기의 제조 방법.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5058766B2 (ja) * 2007-12-07 2012-10-24 山陽特殊製鋼株式会社 鉛フリー接合用材料を用いてはんだ付けしてなる電子機器
JP5522045B2 (ja) * 2008-08-21 2014-06-18 株式会社村田製作所 電子部品装置およびその製造方法
JP5646230B2 (ja) * 2009-07-22 2014-12-24 山陽特殊製鋼株式会社 鉛フリー接合材料およびその製造方法
JP5218383B2 (ja) * 2009-12-08 2013-06-26 三菱電機株式会社 はんだ合金の製造方法
JP5482214B2 (ja) * 2010-01-19 2014-05-07 パナソニック株式会社 接合構造体の製造方法及び接合構造体
TWI436710B (zh) * 2011-02-09 2014-05-01 Murata Manufacturing Co Connection structure
US9888568B2 (en) 2012-02-08 2018-02-06 Crane Electronics, Inc. Multilayer electronics assembly and method for embedding electrical circuit components within a three dimensional module
EP2813132B1 (en) * 2012-02-08 2018-04-11 Crane Electronics, Inc. Multilayer electronics assembly and method for embedding electrical circuit components within a three dimensional module
US9230726B1 (en) 2015-02-20 2016-01-05 Crane Electronics, Inc. Transformer-based power converters with 3D printed microchannel heat sink
JP6174830B1 (ja) * 2017-02-23 2017-08-02 有限会社 ナプラ 金属粒子
JP6556197B2 (ja) * 2017-03-10 2019-08-07 有限会社 ナプラ 金属粒子
JP6556198B2 (ja) * 2017-07-25 2019-08-07 有限会社 ナプラ 接合構造部
JP6932289B2 (ja) 2019-04-02 2021-09-08 三菱電機株式会社 複合プリント配線板およびその製造方法
US11453089B2 (en) 2019-09-18 2022-09-27 Napra Co., Ltd. Bonding structure

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03128192A (ja) * 1989-10-13 1991-05-31 Taiho Kogyo Co Ltd はんだ付方法
WO2006075459A1 (ja) * 2005-01-11 2006-07-20 Murata Manufacturing Co., Ltd はんだペースト、及び電子装置

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53131922A (en) * 1977-04-22 1978-11-17 Daido Metal Co Ltd Tinnbased white metal bearing alloy
US4622205A (en) * 1985-04-12 1986-11-11 Ibm Corporation Electromigration lifetime increase of lead base alloys
US5328521A (en) * 1993-03-08 1994-07-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Kinetic solder paste composition
US5520752A (en) * 1994-06-20 1996-05-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Composite solders
JP3220635B2 (ja) * 1996-02-09 2001-10-22 松下電器産業株式会社 はんだ合金及びクリームはんだ
US5730932A (en) * 1996-03-06 1998-03-24 International Business Machines Corporation Lead-free, tin-based multi-component solder alloys
JPH09326554A (ja) * 1996-06-06 1997-12-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子部品接合用電極のはんだ合金及びはんだ付け方法
WO1997047426A1 (en) * 1996-06-12 1997-12-18 International Business Machines Corporation Lead-free, high tin ternary solder alloy of tin, silver, and indium
US6231691B1 (en) * 1997-02-10 2001-05-15 Iowa State University Research Foundation, Inc. Lead-free solder
JP2000197988A (ja) * 1998-03-26 2000-07-18 Nihon Superior Co Ltd 無鉛はんだ合金
US7771547B2 (en) * 1998-07-13 2010-08-10 Board Of Trustees Operating Michigan State University Methods for producing lead-free in-situ composite solder alloys
JP4130508B2 (ja) * 1999-01-22 2008-08-06 富士通株式会社 半田接合方法及び電子装置の製造方法
JP2001267715A (ja) 2000-03-16 2001-09-28 Sony Corp 電子回路装置および基板接続用弾性体
KR100407448B1 (ko) * 2000-06-12 2003-11-28 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 전자 기기 및 반도체 장치
KR100548114B1 (ko) * 2000-12-21 2006-02-02 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 땜납 박 및 반도체 장치 및 전자 장치
US6602777B1 (en) * 2001-12-28 2003-08-05 National Central University Method for controlling the formation of intermetallic compounds in solder joints
US6805974B2 (en) * 2002-02-15 2004-10-19 International Business Machines Corporation Lead-free tin-silver-copper alloy solder composition
US6570260B1 (en) * 2002-02-15 2003-05-27 Delphi Technologies, Inc. Solder process and solder alloy therefor
JP3757881B2 (ja) * 2002-03-08 2006-03-22 株式会社日立製作所 はんだ
US6767411B2 (en) * 2002-03-15 2004-07-27 Delphi Technologies, Inc. Lead-free solder alloy and solder reflow process
JP2004082212A (ja) * 2002-07-01 2004-03-18 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd スズ−銀系無鉛はんだ
US6892925B2 (en) * 2002-09-18 2005-05-17 International Business Machines Corporation Solder hierarchy for lead free solder joint
TW578217B (en) * 2002-10-25 2004-03-01 Advanced Semiconductor Eng Under-bump-metallurgy layer
TWI230450B (en) * 2003-06-30 2005-04-01 Advanced Semiconductor Eng Under bump metallurgy structure
JP4186843B2 (ja) 2004-03-03 2008-11-26 松下電器産業株式会社 立体的電子回路装置
WO2007055308A1 (ja) * 2005-11-11 2007-05-18 Senju Metal Industry Co., Ltd. ソルダペーストとはんだ継手
JP5253794B2 (ja) * 2006-12-25 2013-07-31 山陽特殊製鋼株式会社 鉛フリー接合用材料およびその製造方法
JP5058766B2 (ja) * 2007-12-07 2012-10-24 山陽特殊製鋼株式会社 鉛フリー接合用材料を用いてはんだ付けしてなる電子機器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03128192A (ja) * 1989-10-13 1991-05-31 Taiho Kogyo Co Ltd はんだ付方法
WO2006075459A1 (ja) * 2005-01-11 2006-07-20 Murata Manufacturing Co., Ltd はんだペースト、及び電子装置

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