KR102207301B1 - 고신뢰성의 무연 납땜 합금 - Google Patents

고신뢰성의 무연 납땜 합금 Download PDF

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Abstract

바람직한 고온 기계적 신뢰성 및 내열피로성을 나타내고, 통상적으로 적어도 150℃, 예를 들면 175℃까지의 동작 온도에서 견딜 수 있는 무연 납땜 합금들이 개시된다. 상기 합금들은 종래의 Sn-Ag-Cu 및 Pb5Sn2.5Ag에 비해 향상된 고온 기계적 성질들을 나타낼 수 있다. 상기 땜납은 바, 스틱, 고체나 플럭스 함유 와이어, 포일이나 스트립, 필름, 프리폼, 또는 분말이나 페이스트(즉, 분말 플러스 플럭스 조합), 또는 볼 그리드 어레이 접합들이나 칩 스케일 패키지들 내에 사용되기 위한 땜납 구체들, 또는 다른 미리 형성된 땜납 조각들, 또는 리플로우되거나 고화된 납땜 이음, 또는 구리 리본과 같은 임의의 납땜 가능한 물질 상에 사전 도포된 형태가 될 수 있다.

Description

고신뢰성의 무연 납땜 합금
본 발명은 대체로 야금 분야 및 합금, 특히 무연 납땜 합금에 관한 것이다. 상기 합금은 비록 전적이지는 않지만, 특히 웨이브 납땜, 표면 실장 기술, 핫 에어 레벨링과 볼 그리드 어레이들, 랜드 그리드 어레이들, 저면 종단 패키지들, LED들 및 칩 스케일 패키지들과 같은 전자적 납땜 적용들에의 사용을 위해 적합할 수 있다.
높은 동작 온도의 무연 납땜 합금들은 중/고출력 반도체들의 현재뿐만 아니라 미래의 요구 사항들을 위해 필수적이다. 중/고출력 반도체 장치들을 위한 가장 중요한 시도들 중의 하나는 때때로 동작 온도들이 175℃까지에 이를 수 있는 가혹한 환경들에서 신뢰성이 있는 것이다. 또한, 장치 당 수백 와트에 이를 수 있는 높은 전력의 부하들이 열 구배를 야기할 수 있다. 다시 말하면, 상기 장치가 스위치 온될 때에 상기 장치의 주변 온도기 빠르게 증가하고, 상기 장치가 스위치 오프될 때에 빠르게 감소된다. 반복되는 온 및 오프 주기들에 따라 이러한 신속한 온도 변화들이 심각한 신뢰성 우려를 야기할 수 있다. 예를 들면, 커다란 응력이 특히 반도체 및 절연 물질들 사이의 열팽창 계수(CTE) 사이에 의해 동작하는 반도체 구성 요소들 내에 발생될 것이다.
야금의 관점으로부터, 280℃-300℃를 넘지 않는 피크 리플로우 온도, 우수한 열 및 전기 전도성, 그리고 우수한 고온 기계적 및 열적 성질들을 요구하는 높은 용융 온도를 갖는 납땜 물질들이 이들 응용들을 위한 본질적인 합금 요구 사항들이다. 이들 합금들은 긴 유효 수명과 설계 요구 사항들을 가지도록 긴 피로 수명을 가져야 한다. 납땜 합금들에 대한 다른 일반적인 요구 사항들은 (i) 원료 물질들의 용이한 유용성을 가지고, (ii) 현재의 제조 프로세스들에 대해 적용 가능하며; (iii) 조립 프로세스들에 사용되는 다른 물질들과 양립 가능한 것이다.
92.5Pb5Sn2.5Ag와 같은 현재의 납계의 높은 용융 및 높은 동작 온도의 합금은 RoHS와 같은 실정법에 의해 규제되는 응용들에는 사용될 수 없는 반면, 종래의 Sn-Ag-Cu 합금들은 고신뢰성의 성능 요구 사항들을 통과하지 못한다. 높은 동작 온도 응용들을 위한 다른 현재의 해결 방안은 80Au20Sn 합금이다. 그러나 이의 높은 비용이 주된 문제이다.
종래 기술과 연관된 문제들을 해결하기 위한 이전의 시도들은 성공적이지 못하였다. 예를 들면, 긱기 그 주제가 여기에 참조로 포함되는 혼합된 합금 납땜 페이스트가 기재된 Zhang의 미국 공개 특허 제2015/0246417호 및 전이 액상 납땜이 기재된 McCluskey의 미국 공개 특허 제2010/0096043호에 모두는 고온 납땜 응용들을 대해 제시하고 있다. 그러나, 이들 접근 방식들은 산업적 제조를 위한 규모의 증가를 저해하거나 및/또는 납땜 페이스트 이외의 납땜 형태들로 사용되는 것을 방재하는 심각한 기술적 한계들을 가진다. 문헌들에서 보고된 다른 Sn-Sb 합금들은 낮은 피로 및 열기계적 성질들을 가진다. 예를 들면, JP 2009-070863(A)에는 246℃의 고상선 온도 및 290℃의 액상선 온도를 가지는 Sn-15Sb 합금이 개시되어 있다. Sn 내의 Sb의 고용체로 인해 예상되는 이러한 합금의 높은 인장 강도 외에, 이러한 합금은 반복되는 응력들을 겪을 때에 강도가 없어진다.
Sb:Bi(1:1.5 내지 3)를 포함하는 Sn-Ag-Cu 및 다른 합금 첨가의 조성물들이 WO2004/096484에 개시되어 있다. 본 발명에 개시되는 조성물들과는 달리, 상기 문헌에 개시된 합금 조성물들은 220℃ 부근의 액상선 온도를 가지며, 150℃의 최대 동작 온도를 청구하고 있다.
58wt%의 Bi는 138℃의 온도에서 Sn과 공정 반응을 형성한다. 반면에, Sb는 Sn 내에서 제한되는 용해도를 가지며, 여기서 Sn-리치(rich) 영역은 포정 반응을 나타낸다. 상기 Bi-Sb는 <180℃의 온도에서 혼화성 간극을 갖는 동형계이다. 따라서 합금의 강도가 Sb 및/또는 Bi를 Sn에 첨가함에 의해 상당히 향상될 수 있다. Sb의 첨가는 Bi 첨가에 비하여 상대적으로 큰 연신을 부여할 수 있다. 그러나 피로 수명이 반드시 소성 변형에 의존하지 않으며, 강직 변형이 훨씬 국소적이고, 구성 요소의 거시적인 연신에 의해 구별되지 않는 것으로 잘 알려져 있다. 피로 수명은 오히려 미세 구조 레벨에서의 상기 합금 거동에 의존하며, 이는 인가되는 응력들에 대응하여 변화한다.
보다 우수한 미세 구조 안정성을 위해, 포정 부근의 Sn-Sb 조성(~10.2wt.%의 Sb)이 이상적이다. 또한, 포정 부근의 조성물은 270℃ 또는 그 이하의 액상선 온도를 갖는 형성 합금을 선호한다. Sb 및 Bi의 최적화된 첨가가 피로 수명 및 강도의 원하는 레벨들을 구현하기 위해 훨씬 더 유용할 수 있다.
이들 특정 및 일반 요구 사항들 모두를 충족시키는 합금을 개발하는 것은 도전적인 과업이 된다. 본 발명은 종래 기술과 관련된 문제점들의 적어도 일부를 해결하거나, 상업적으로 허용될 수 있는 대안을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이에 따라, 제1 측면에 있어서, 본 발명은 무연(lead-free) 납땜 합금을 제공하며, 상기 무연 납땜은,
8wt.% 내지 15wt.%의 안티몬,
0.05wt.% 내지 5wt.%의 비스무트,
0.1wt.% 내지 10wt.%의 은 및
0.1wt.% 내지 4wt.%의 구리를 포함하고,
1wt.%까지의 니켈,
1wt.%까지의 코발트,
1wt.%까지의 티타늄,
1wt.%까지의 망간,
1wt.%까지의 게르마늄,
10wt.%까지의 알루미늄 및
10wt.%까지의 실리콘의 하나 또는 그 이상을 포함하며,
선택적으로,
5wt.%까지의 인듐,
1wt.%까지의 크롬,
1wt.%까지의 아연,
1wt.%까지의 비소,
1wt.%까지의 철,
1wt.%까지의 인,
1wt.%까지의 금,
1wt.%까지의 갈륨,
1wt.%까지의 텔루륨,
1wt.%까지의 셀레늄,
1wt.%까지의 칼슘,
1wt.%까지의 바나듐,
1wt.%까지의 몰리브덴,
1wt.%까지의 백금 및
1wt.%까지의 희토류 원소들의 하나 또는 그 이상을 포함하고,
밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
상기 합금은 높은 용융점, 우수한 고온 기계적 신뢰성 및 우수한 내열피로성의 조합을 나타낼 수 있으며, 예를 들면, 중간 및 고출력의 반도체 장치들과 같은 높은 동작 온도의 응용들에 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면들과 함께 기술되는 다음의 상세한 설명이 참조될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 실험예 A1, 실험예 A2 및 실험예의 미세 구조의 전자 현미경 이미지들을 나타낸다.
도 2는 변화되는 Bi를 포함하는 Sn-Ag-Cu-Sb-Bi 합금들의 고상선 및 액상선 온도들을 나타낸다.
도 3은 변화되는 Sb를 포함하는 Sn-Ag-Cu-Sb-Bi 합금들의 고상선 및 액상선 온도들을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 선택된 합금들의 175℃에서의 크리프 성질들의 도표를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 선택된 합금들의 실온 인장 성질들을 도표를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 선택된 합금들의 고온(150℃) 인장 성질들의 도표를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 합금들의 실온 인장 강도에 대한 Bi의 영향을 나타낸다..
도 8은 본 발명에 따른 합금들의 고온 인장 강도에 대한 Bi의 영향을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 선택된 합금들의 150℃에서의 크리프 성질들의 도표를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 따른 선택된 합금들의 피로 수명의 도표를 나타낸다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다. 다음의 설명들에서 본 발명의 상이한 측면들이 보다 상세하게 정의된다. 이와 같이 정의되는 각 측면은 반대되는 것으로 명백하게 다르게 기재되지 않는 한 임의의 다른 측면이나 측면들과 결합될 수 있다. 특히, 바람직하게나 유리한 것으로 기재되는 임의의 특징은 바람직하거나 유리한 것으로 기재되는 임의의 다른 특징이나 특징들과 결합될 수 있다.
여기서 사용되는 "납땜 합금(solder alloy)"이라는 용어는 80℃ 내지 400℃의 범위 내의 융해점을 가지는 가융 금속 합금을 포괄한다.
여기서 사용되는 "희토류 원소(rare earth element)"라는 용어는 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 원소를 포괄한다.
여기서 사용되는 바와 같은 "플럭스(flux)"라는 용어는 금속들의 용융을 증진시키고, 특히 금속 산화물들을 제거하거나 방지하기 위해 사용되는 흔히 산성이나 염기성 물질을 포괄한다.
여기서 사용되는 바와 같은 "고상선(solidus)"이라는 용어는 주어진 물질이 완전히 고체인(결정화되는) 경우 이하의 온도를 포괄한다. 상기 고상선은 물질의 융용이 시작되지만, 반드시 완전히 용융되지는 않은 온도를 수량화한다. 즉, 상기 고상선은 반드시 용융점은 아니다.
여기서 사용되는 바와 같은 "액상선(liquidus)"이라는 용어는 결정들이 용융된 물질과 공존할 수 있는 최대 온도를 포괄한다. 상기 액상선 온도 이상에서 상기 물질은 균질하며, 평형 상태의 액체이다. 상기 액상선 온도 이하에서 보다 많은 결정들이 형성될 수 있다. 상기 고상선 및 액상선 온도들이 모든 경우들에서 나란하거나 중첩되는 것은 아니다. 상기 고상선 및 액상선 온도들 사이에 간격이 존재할 경우, "응고 범위(freezing range)" 또는 "머쉬 범위(mush range)"로 일컬어지며, 상기 간격 내에서 상기 물질은 고상 및 액상의 혼합물로 구성된다.
여기서 설명되는 무연(lead-free) 납땜 합금들은 상대적으로 높은 용융점, 예를 들면 적어도 220℃의 고상선 온도를 나타낼 수 있다. 상기 고상선 및 액상선 사이의 온도 범위는 통상적으로 60℃를 넘지 않는다.
여기에 설명되는 무연 납땜 합금들은 바람직한 고온 기계적 신뢰성 및 내열피로성을 나타낼 수 있으며, 통상적으로 적어도 150℃, 예를 들면 175℃까지의 동작 온도를 견딜 수 있다. 상기 합금들은 종래의 Sn-Ag-Cu 및 Pb5Sn2.5Ag 합금들에 비해 향상된 고온 기계적 성질들을 나타낼 수 있다. 상기 합금들은 또한 높은 전기적 및 열적 전도성을 나타낼 수 있다.
상기 합금들은, 예를 들어 고휘도 LED(HBLED)들, 모터 제어들, 태양열 집광기 셀들, RF 회로들 및 마이크로파 회로들과 같이 고출력 반도체 응용들과 같은, 예를 들면 높은 동작 온도 응용들에 유리하게 사용될 수 있다.
상기 합금들은 의도적으로 첨가되는 납이 없는 것을 의미하는 무연이다. 따라서 납 함량들은 제로이거나, 유연한 불순물 레벨들을 넘지 않는다.
상기 합금은 8wt.% 내지 15wt.%의 안티몬을 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 8.5wt.% 내지 13wt.%의 안티몬, 보다 바람직하게는 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 보다 더 바람직하게는 9.5wt.% 내지 10.5wt.%의 안티몬, 보다 더 바람직하게는 약 10wt.%의 안티몬을 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 안티몬의 존재는 주석(tin) 내의 고용체의 형성을 통해 높은 온도들에서의 상기 합금의 강도를 향상시키는 데 기여할 수 있다.
상기 합금은 0.05wt.% 내지 5wt.%의 비스무트를 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.08wt.% 내지 3wt.% 비스무트, 보다 바람직하게는 0.1wt.% 내지 2wt.%의 비스무트, 보다 더 바람직하게는 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 비스무트를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 0.8wt.% 내지 1.2wt.%의 비스무트를 포함한다. 선택적인 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 0.3wt.% 내지 0.7wt.%의 비스무트를 포함한다. 선택적인 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 0.2wt.% 내지 0.3wt.%의 비스무트를 포함한다. 선택적인 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트를 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 비스무트의 존재는 상기 주석 내의 고용체의 형성을 통해 높은 온도들에서의 상기 합금의 강도를 향상시키는 데 기여할 수 있다. 비스무트는 고온 기계적 성질들을 향상시키도록 작용할 수 있다. 비스무트는 또한 습윤 및 확산을 증진시킬 수 있다.
상기 합금은 0.1wt.% 내지 10wt.%의 은을 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 1wt.% 내지 5wt.%의 은, 보다 바람직하게는 2wt.% 내지 4wt.%의 은, 보다 더 바람직하게는 2.5wt.% 내지 4.2wt.%의 은을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 2.8wt.% 내지 3.2wt.%의 은을 포함한다. 선택적인 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 3.8wt.% 내지 4.2wt.%의 은을 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 은의 존재는 보다 긴 열 피로 수명에 기여할 수 있다. 또한, 은은 보다 우수한 기계적 성질들에 기여하는 은-주석 금속간 물질들을 형성할 수 있다. 은은 또한 습윤 및 확산을 향상시킬 수 있다.
상기 합금은 0.1wt.% 내지 4wt.%의 구리를 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.3wt.% 내지 3.5wt.%의 구리, 보다 바람직하게는 0.4wt.% 내지 2.5wt.%의 구리, 보다 더 바람직하게는 0.5wt.% 내지 1.5wt.% 구리, 더욱 더 바람직하게는 약 1wt.%의 구리를 포함한다. 구리는 구리-주석 금속간 물질들을 형성할 수 있고, 금속간 화합물들의 형성을 통해 기계적 성질들, 예를 들면 강도를 향상시키는 데 기여할 수 있다. 또한, 구리의 존재는 구리 용해를 감소시킬 수 있고, 크리프(creep) 저항도 향상시킬 수 있다.
상기 합금은,
1wt.%까지의 니켈,
1wt.%까지의 코발트,
1wt.%까지의 티타늄,
1wt.%까지의 망간,
1wt.%까지의 게르마늄,
10wt.%까지의 알루미늄 및
10wt.%까지의 실리콘의 하나 또는 그 이상을 선택적으로 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 이들 원소들 중의 하나를 포함한다. 선택적인 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 이들 원소들 중의 둘을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 니켈 및 상기 원소들 중의 하나 또는 그 이상, 바람직하게는 상기 원소들 중의 하나를 포함한다. 상기 합금은 바람직하게는 니켈 및 코발트, 또는 니켈 및 티타늄, 또는 니켈 및 망간, 또는 니켈 및 게르마늄, 또는 니켈 및 알루미늄, 또는 니켈 및 실리콘을 포함한다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 니켈, 예를 들면 0.001wt.% 내지 1wt.%의 니켈을 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.005wt.% 내지 1wt.%의 니켈, 보다 바람직하게는 0.008wt.% 내지 0.5wt.%의 니켈, 보다 더 바람직하게는 0.015wt.% 내지 0.1wt.%의 니켈, 더욱 더 바람직하게는 0.018wt.% 내지 0.022wt.%의 니켈, 더욱 더 바람직하게는 약 0.02wt.%의 니켈을 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 니켈의 존재는 상기 합금의 미세 구조를 변경시킬 수 있으며, 이는 고온 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 니켈의 존재는 복합 금속간 화합물들의 형성 및 미세 구조의 변경을 가능하게 할 수 있으며, 결국 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 니켈은 또한 기판/납땜 계면에서의 IMC 성장을 감소시켜 강하 내충격성을 증가시킬 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 코발트, 예를 들면 0.001wt.% 내지 1wt.%의 코발트를 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.005wt.% 내지 1 wt.%의 코발트, 보다 바람직하게는 0.008wt.% 내지 0.5wt.%의 코발트, 보다 더 바람직하게는 0.015wt.% 내지 0.1wt.%의 코발트를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 0.018wt.% 내지 0.022wt.%의 코발트, 예를 들면 약 0.02wt.%의 코발트를 포함한다. 선택적인 실시예에 있어서, 상기 합금은 0.008wt.% 내지 0.012wt.%의 코발트, 예를 들면 약 0.01wt.%의 코발트를 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 코발트의 존재는 상기 합금의 미세 구조를 변경시킬 수 있으며, 이는 고온 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 코발트의 존재는 복합 금속간 화합물들의 형성 및 미세 구조의 변경을 가능하게 할 수 있으며, 이는 결국 고온 크리프 및 고온 기계적 성질들과 같은 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 코발트는 상기 기판/땜납 계면에서 IMC 형성의 속도를 느리게 할 수 있으며, 강하 내충격성을 증가시킬 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 티타늄, 예를 들면 0.001wt.% 내지 1wt.%의 티타늄을 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.003wt.% 내지 0.5wt.%의 티타늄, 보다 바람직하게는 0.005wt.% 내지 0.1wt.%의 티타늄, 보다 더 바람직하게는 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 티타늄을 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 티타늄의 존재는 상기 합금의 미세 구조를 변경시킬 수 있으며, 이는 고온 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 티타늄의 존재는 복합 금속간 화합물들의 형성 및 미세 구조의 변경을 가능하게 할 수 있으며, 이는 결국 고온 크리프 및 고온 인장 성질들과 같은 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 티타늄 강도, 계면 반응들 및 크리프 저항을 향상시키도록 작용할 수 있다. 티타늄은 또한 상기 기판/땜납 계면에서의 구리 확산을 제어하여 강하 내충격성을 향상시킬 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 망간, 예를 들면 0.001wt.% 내지 1wt.%의 망간을 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.003wt.% 내지 0.5wt.%의 망간, 보다 바람직하게는 0.005wt.% 내지 0.1wt.%의 망간, 보다 더 바람직하게는 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간을 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 망간의 존재는 상기 합금의 미세 구조를 변경시킬 수 있으며, 이는 고온 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 망간의 존재는 복합 금속간 화합물들의 형성 및 미세 구조의 변경을 가능하게 할 수 있으며, 이는 결국 고온 크리프 및 고온 인장 성질들과 같은 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 망간은 또한 강하 내충격성 및 열 사이클 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 게르마늄, 예를 들면 0.001wt.% 내지 1wt.%의 게르마늄을 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.003wt.% 내지 0.5wt.%의 게르마늄, 보다 바람직하게는 0.005wt.% 내지 0.1wt.%의 게르마늄, 보다 더 바람직하게는 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 게르마늄을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 0.008wt.% 내지 0.012wt.%의 게르마늄, 예를 들면 약 0.01wt.%의 게르마늄을 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 게르마늄의 존재는 상기 합금의 미세 구조를 변경시킬 수 있으며, 이는 고온 기계적 성질들을 향상시킬 수 있다. 게르마늄은 강도 및 계면 반응들을 향상시키도록 작용할 수 있다. 게르마늄은 또한 탈산제(deoxidizer)로 작용할 수 있다. 게르마늄은 습윤성 및 확산을 향상시킬 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 10wt.%까지의 알루미늄, 예를 들면 0.001wt.% 내지 10wt.%의 알루미늄을 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.005wt.% 내지 5wt.%의 알루미늄, 보다 바람직하게는 0.01wt.% 내지 1wt.%의 알루미늄, 보다 더 바람직하게는 0.1wt.% 내지 0.5wt.%의 알루미늄을 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 알루미늄의 존재는 상기 합금의 열적 및 전기적 전도성들을 향상시킬 수 있다. 알루미늄은 상기 합금에 첨가되는 개개의 원소들의 열적 및 전기적 전도성들을 증가시킬 수 있고, 보다 낮은 열적 및 전기적 전도성을 야기할 수 있는 보다 낮은 전도성의 금속간 물질의 형성을 방지할 수 있다. 알루미늄은 탈산제로 작용할 수 있다. 알루미늄은 또한 상기 합금의 습윤성을 향상시킬 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 10wt.%까지의 실리콘, 예를 들면 0.001wt.% 내지 10wt.%의 실리콘을 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.005wt.% 내지 5wt.%의 실리콘, 보다 바람직하게는 0.01wt.% 내지 1wt.%의 실리콘, 보다 더 바람직하게는 0.1wt.% 내지 0.5wt.%의 실리콘을 포함한다. 앞서 언급한 양들로의 실리콘의 존재는 상기 합금의 열적 및 전기적 전도성들을 향상시킬 수 있다. 실리콘은 상기 합금에 첨가되는 개개의 원소들의 열적 및 전기적 전도성을 증가시킬 수 있고, 보다 낮은 열적 및 전기적 전도성을 가져올 수 있는 보다 낮은 전도성의 금속간 물질들의 형성을 방지할 수 있다.
상기 합금은 선택적으로 1wt.%까지의 금(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 1wt.%까지의 크롬(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 1wt.%까지의 아연(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 1wt.%까지의 철(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 1wt.%까지의 텔루륨(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 1wt.%까지의 셀레늄(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 1wt.%까지의 몰리브덴(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 그리고 1wt.%까지의 백금(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%)의 하나 또는 그 이상을 함유할 수 있다. 이러한 원소들은 탈산제들로 작용할 수 있다. 이러한 원소들은 강도 및 계면 반응들을 향상시키는 데 기여할 수 있다. 아연의 존재는 고용체 강화를 통해 기계적 성질들을 향상시키도록 작용할 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 인(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 1wt.%까지의 칼슘(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%), 그리고 1wt.%까지의 바나듐(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%)의 하나 또는 그 이상을 함유할 수 있다. 이러한 원소들은 탈산제들로 작용할 수 있다. 이러한 원소들의 존재는 상기 합금의 습윤성을 향상시킬 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 5wt.%까지의 인듐(예를 들어, 0.01wt.% 내지 1wt.%의 인듐)을 함유할 수 있다. 인듐의 존재는 고용체 강화를 통해 기계적 성질들을 향상시키도록 작용할 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 비소(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%의 비소)를 함유할 수 있다. 비소는 산화제로 작용할 수 있으며, 또한 확산 및 습윤성을 향사시킬 수 있다. 비소는 또한 합금의 강도 및 계면 반응들을 향상시키도록 작용할 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 갈륨(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%의 갈륨)을 함유할 수 있다. 갈륨의 존재는 고용체 강화를 통해 기계적 성질들을 향상시키도록 작용할 수 있다. 갈륨은 또한 탈산제로 작용할 수 있다. 갈륨은 또한 습윤성 및 확산을 향상시킬 수 있다.
상기 합금은 선택적으로는 1wt.%까지의 희토류 원소(들)(예를 들어, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%)을 함유할 수 있다. 희토류들은 확산 및 습윤성을 향상시키도록 작용할 수 있다. 세륨은 이러한 관점에서 특히 효과적인 것으로 발견되었다.
상기 합금은 통상적으로 적어도 70wt.%의 주석, 보다 통상적으로는 적어도 75wt.%의 주석, 보다 더 통상적으로는 적어도 80wt.%의 주석을 포함할 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈 및 밸런스(balance) 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 비스무트, 3.5wt.% 내지 4.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.2wt.% 내지 0.8wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 선택적으로는 0.005wt.% 내지 0.07wt.%의 게르마늄 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.1wt.% 내지 0.4wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 선택적으로는 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 게르마늄 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.1wt.% 내지 0.4wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 그리고 (i) 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, (ii) 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 티타늄, 또는 (iii) 0.01wt.% 내지 0.08wt.%의 코발트의 적어도 하나와 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 3.5wt.% 내지 4.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 티타늄 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 게르마늄, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 게르마늄, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 티타늄 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 게르마늄, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 티타늄, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 티타늄, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 알루미늄, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 알루미늄, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, 1wt.% 내지 3wt.%의 알루미늄, 1wt.% 내지 3wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 알루미늄, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 알루미늄, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트, 1wt.% 내지 3wt.%의 알루미늄, 1wt.% 내지 3wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 알루미늄, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 알루미늄, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 알루미늄, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, 1wt.% 내지 3wt.%의 알루미늄, 1wt.% 내지 3wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 알루미늄, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 알루미늄, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트, 1wt.% 내지 3wt.%의 알루미늄, 1wt.% 내지 3wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 알루미늄, 0.05wt.% 내지 0.5wt.%의 실리콘 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
상기 합금은 바람직하게는 215℃ 또는 그 이상의 고상선 온도를 가진다. 이는 상기 합금이 높은 동작 온도 응용들에 유리하게 사용될 수 있게 한다.
여기에 설명되는 합금들은 비록 이들이 전체적으로 상기 조성물의 1wt.%를 초과할 가능성이 낮지만 불가피한 불순물들을 함유할 수 있는 점이 이해될 것이다. 바람직하게는, 상기 합금들은 상기 조성물의 0.5wt.%를 넘지 않는, 보다 바람직하게는 상기 조성물의 0.3wt.%를 넘지 않는, 보다 더 바람직하게는 상기 조성물의 0.1wt.%를 넘지 않는, 더욱 더 바람직하게는 상기 조성물의 0.05wt.%를 넘지 않는, 가장 바람직하게는 상기 조성물의 0.02wt.%를 넘지 않는 양으로 불가피한 불순물들을 함유한다.
여기에 설명되는 합금들은 본질적으로 앞서 언급된 원소들로 구성될 수 있다. 이에 따라, 이들 필연적인 원소들 이외에도 다른 특정되지 않은 원소들이 상기 조성물의 본질적인 특성들이 이들의 존재에 의해 물질적으로 영향을 받지 않게 제공된 조성물 내에 존재할 수 있는 점이 이해될 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 땜납은 바, 스틱, 고체나 플럭스 함유(cored) 와이어, 포일이나 스트림, 필름, 프리폼(preform), 또는 분말이나 페이스트(즉, 분말 플러스 플럭스 혼합물), 또는 볼 그리드 어레이(ball grid array) 접합들 또는 칩 스케일 패키지(chip scale packages) 내의 사용을 위한 땜납 구체들, 또는 다른 미리 형성된 땜납 조각들, 또는 리플로우(reflow)되거나 고화된 납땜 이음(solder joint), 또는 구리 리본과 같은 임의의 납땜 가능한 물질 상에 미리 적용되는 형태이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합금들은 페이스트의 형태이다. 상기 페이스트는 통상적으로 상기 납땜 합금의 입자들(통상적으로 분말의 형태) 및 플럭스를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 납땜 합금은 프리폼의 형태이다. 프리폼은 사용되는 응용들을 위해 특별히 설계된 땜납의 미리 만들어진 형상이다. 예를 들면, 스탬핑과 같은 많은 방법들이 상기 땜납 프리폼을 제조하기 위해 이용될 수 있다. 상기 프리폼은 플럭스를 포함할 수 있다. 상기 플럭스는 상기 땜납 프리폼 내부의 내부 플럭스 또는 상기 땜납 프리폼을 코팅하는 외부 플럭스가 될 수 있다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 여기에 설명되는 바와 같은 합금을 포함하는 납땜 이음을 제공한다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 여기에 설명되는 바와 같은 상기 납땜 이음을 포함하는 고휘도 LED(HBLED), 모터 제어, 태양열 집광기 셀, RF 회로 또는 마이크로파 회로를 제공한다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 납땜 이음을 형성하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은,
(i) 둘 또는 그 이상의 접합되는 워크 피스(work piece)들을 제공하는 단계;
(ii) 여기에 설명되는 바와 같은 납땜 합금을 제공하는 단계; 및
(iii) 상기 접합되는 워크 피스들 부근에서 상기 납땜 합금을 가열하는 단계를 포함한다.
상기 가열하는 단계는, 예를 들면, 125℃ 이상, 예를 들면 150℃ 이상, 또는 200℃ 이상, 또는 220℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 웨이브 납땜, 표면 실장 기술(SMT) 납땜, 다이 부착 납땜, 열 계면 납땜, 손 납땜, 레이저 및 RF 유도 납땜, 태양광 모듈에 대한 납땜, LED 패키지 보드들의 납땜, 그리고 리워크(rework) 납땜과 같은 납땜 방법에서의 여기에 설명되는 바와 같은 합금의 사용을 제공한다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 전기 차량(EV), 하이브리드 전기 차량(HEV), 모터 드라이브, 역변환 장치, 풍력 터빈 또는 레일 견인 시스템을 포함하는 응용들을 위한 파워 모듈들 상의 납땜에서의 여기에 설명되는 바와 같은 합금의 사용을 제공한다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 다이 부착 납땜, 진공 납땜, 웨이브 납땜, 선택적 납땜, 표면 실장 기술 납땜, 열 계면 납땜, 손 납땜, 레이저 및 RF 유도 납땜, 태양광 모듈에 대한 납땜, LED 패키지 보드의 납땜, 그리고 리워크 납땜에서의 여기에 설명되는 바와 같은 합금의 사용을 제공한다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 납땜 방법에서 여기에 설명되는 바와 같은 땜납의 사용을 제공하며, 상기 납땜 방법은 상기 합금을 220℃ 또는 그 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함한다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 무연 납땜 합금을 제공하며, 상기 무연 납땜 합금은,
4wt.% 내지 17wt.%의 안티몬, 바람직하게는 8wt.% 내지 15wt.%의 안티몬,
0.05wt.% 내지 5wt.%의 비스무트,
0.1wt.% 내지 10wt.%의 은,
0.1wt.% 내지 4wt.%의 구리를 포함하며,
선택적으로는,
1wt.%까지의 니켈,
1wt.%까지의 코발트,
1wt.%까지의 티타늄,
1wt.%까지의 망간,
1wt.%까지의 게르마늄,
10wt.%까지의 알루미늄,
10wt.%까지의 실리콘,
5wt.%까지의 인듐,
1wt.%까지의 크롬,
1wt.%까지의 아연,
1wt.%까지의 비소,
1wt.%까지의 철,
1wt.%까지의 인,
1wt.%까지의 금,
1wt.%까지의 갈륨,
1wt.%까지의 텔루륨,
1wt.%까지의 셀레늄,
1wt.%까지의 칼슘,
1wt.%까지의 바나듐,
1wt.%까지의 몰리브덴,
1wt.%까지의 백금 및
1wt.%까지의 희토류 원소들의 하나 또는 그 이상을 포함하고,
밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
본 발명의 다른 측면들의 이점들, 선택적인 특징들 및 바람직한 특징들도 이러한 측면에 동등하게 적용된다. 일 실시예에 있어서, 상기 합금은 비스무트가 없을 수 있다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 무연 납땜 합금을 제공하며, 상기 무연 합금은,
8wt.% 내지 15wt.%의 안티몬을 포함하고,
선택적으로,
0.05wt.% 내지 5wt.%의 비스무트,
0.5wt.% 내지 5wt.%의 은,
0.1wt.% 내지 2wt.%의 구리,
1wt.%까지의 니켈,
1wt.%까지의 코발트,
1wt.%까지의 티타늄,
1wt.%까지의 망간,
1wt.%까지의 게르마늄,
5wt.%까지의 알루미늄,
5wt.%까지의 실리콘,
5wt.%까지의 인듐,
1wt.%까지의 크롬,
1wt.%까지의 아연,
1wt.%까지의 비소,
1wt.%까지의 철,
1wt.%까지의 인,
1wt.%까지의 금,
1wt.%까지의 갈륨,
1wt.%까지의 텔루륨,
1wt.%까지의 셀레늄,
1wt.%까지의 칼슘,
1wt.%까지의 바나듐,
1wt.%까지의 몰리브덴,
1wt.%까지의 백금 및
1wt.%까지의 희토류 원소들의 하나 또는 그 이상을 포함하며,
밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함한다.
본 발명의 다른 측면들의 이점들, 선택적인 특징들 및 바람직한 특징들은 이러한 측면들에 동등하게 적용된다.
이하에서, 본 발명을 이들 합금들의 몇몇의 제한적이지 않은 실험예들과 이들의 성능의 요약을 통해 상세하게 설명한다.
표 1은 본 발명에 따라 선택된 합금들의 고상선 및 액상선 온도들을 나타낸다.
표 1: 선택된 합금들의 고상성 및 액상선 온도들
Figure 112018107106604-pct00001
실험예 1-A1
A1은 불가피한 불순물들과 함께 10wt.%의 안티몬, 1wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈 및 밸런스 주석을 포함한다. A1은 각기 220℃ 및 264℃의 고상선 및 액상선 온도들(표 1)과 31.1시간의 평균 크리프 파단(creep rupture)(도 9)을 가진다. 상기 합금들의 고상선 및 액상선 온도들이 분 당 10℃의 가열 속도로 시차 주사 열량 측정(Differential Scanning Calorimetry: DSC) 테스트를 이용하여 측정되었던 점에 유의하기 바란다. 상기 크리프 파단 시간은 다르게 기재되지 않는 한 150℃ 및 200N의 하중에서 측정되었다.
실험예 2-A2
A2는 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 1wt.%의 비스무트, 4wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 및 밸런스 주석을 포함한다. A2는 220℃ 및 262℃의 용융 범위(표 1)와 19.5시간의 평균 크리프 파단 시간(도 9)을 가진다.
실험예 3-A3
A3은 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.5wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈 및 밸런스 주석을 포함한다. A3은 220℃ 및 266℃의 용융 범위(표 1)와 33.3시간의 평균 크리프 파단 시간(도 9)을 가진다.
실험예 4-A4
A4는 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.5wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.04wt.%의 게르마늄 및 밸런스 주석을 포함한다. A4는 27.2시간의 크리프 파단 시간을 가진다(도 9).
실험예 5-A5
A5는 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.25wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈 및 밸런스 주석을 포함한다. A5는 31.4시간의 크리프 파단 시간을 가진다(도 9).
실험예 6-A6
A6은 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.25wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.01wt.%의 게르마늄 및 밸런스 주석을 포함한다. A6은 33시간의 크리프 파단 시간을 가진다(도 9).
실험예 7-A7
A7은 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.25wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.01wt.%의 망간 및 밸런스 주석을 포함한다. A7은 28.3시간의 크리프 파단 시간을 가진다(도 9).
실험예 8-A8
A8은 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.25wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.01wt.%의 티타늄 및 밸런스 주석을 포함한다. A8은 36.9시간의 크리프 파단 시간을 가진다(도 9).
실험예 9-A9
A9는 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.25wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.02wt.%의 코발트 및 밸런스 주석을 포함한다. A9는 38시간의 크리프 파단 시간을 가진다(도 9).
실험예 10-A10
A10은 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.1wt.%의 비스무트, 4wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.01wt.%의 코발트 및 밸런스 주석을 포함한다. A10은 31.6시간의 크리프 파단 시간을 가진다(도 9).
실험예 11-A11
A11은 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.1wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.02wt.%의 티타늄 및 밸런스 주석을 포함한다. A11은 36.2시간의 크리프 파단 시간을 가진다(도 9).
실험예 12-A12
A12는 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.1wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 0.1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.01wt.%의 코발트 및 밸런스 주석을 포함한다. A12는 220℃ 및 272℃의 용융 범위(표 1)와 63.3시간의 평균 크리프 파단 시간(도 9), 그리고 97.3MPa의 실온 인장 강도(도 5)를 가진다. 한계 인장 강도(UTS) 및 항복 강도(YS)가 10-3의 변형 속도(strain rate)(인장 측정의 테스트 방법들에 대해서는 ASTM E8/E8M-09 참조)을 이용하여 실온 또는 150℃에서 측정되었던 점에 유의하기 바란다(세부 사항들에 대해서는 대응되는 도면들을 참조하기 바람).
실험예 13-A13
A13은 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.1wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 0.1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.5wt.%의 알루미늄 및 밸런스 주석을 포함한다. A13은 223℃ 및 251℃의 용융 범위(표 1), 41.5시간의 평균 크리프 파단 시간(도 9) 및 83.9MPa의 실온 인장 강도(도 5)를 가진다.
실험예 14-A14
A14는 불가피한 불순물들과 함께 대략 10wt.%의 안티몬, 0.1wt.%의 비스무트, 3wt.%의 은, 0.1wt.%의 구리, 0.02wt.%의 니켈, 0.5wt.%의 알루미늄 및 밸런스 주석을 포함한다. A14는 222℃ 및 238℃의 융용 범위(표 1), 57.5시간의 평균 크리프 파단 시간(도 9) 및 91.1MPa의 실온 인장 강도(도 5)를 가진다.
실험예 15 내지 실험예 100
표 2에 설시된 바와 같은 조성들로 많은 다른 실험예들 합금들이 제조되었다. 이들 합금들 모두는 적어도 220℃의 고상선 온도들 및 바람직한 고온 기계적 신뢰성 및 내열피로성을 나타내었다.
표 2는 본 발명에 따른 실험예 A15 내지 실험예 A100의 합금 조성들을 나타낸다.
표 2: 실험예 A15 내지 실험예 A100의 합금 조성들
Figure 112018107106604-pct00002
Figure 112018107106604-pct00003
도 1은 합금 A1 내지 합금 A3의 미세 구조를 나타낸다. 네 개의 다른 상의 구성 성분들이 SEM-EDS를 이용하여 확인된다. (1) Sn-리치(rich) 고용체(90% 이상의 Sn), (2) SnSb 상(55wt.%까지의 Sn 및 45wt.%까지의 Sb를 함유), (3) Ag3Sn 및 (4) Cu6Sn5.
도 2 및 도 3은 각기 변화되는 Bi 및 Sb 함량을 갖는 본 발명의 합금들의 고상선 및 액상선 온도들을 예시한다. Sn-Ag-Cu-Sb에 2wt.% 이상의 Bi를 첨가하는 것은 상기 고상선 온도를 현저하게 감소시키며, 이는 높은 동작 온도 응용들에서의 제시되는 합금의 사용을 더 저해한다. 반면에, 7.5% 이상의 Sb가 높은 동작 온도를 가지며, 280℃-300℃의 피크 온도에서 리플로우되는 합금을 수득하기 위해 요구된다. Ag 및 Cu의 효과를 더 이해하기 위해, 선택된 Sn-Ag-Cu-Sb-Bi 합금들(최적화된 Bi 및 Sb)의 용융 온도들이 표 1에 제시되었다. 이들 결과들로부터, 상기 액상선 온도가 구리 함량에 의해 어느 정도 영향을 받는 점은 매우 명백하다. 예를 들면, A12는 보다 낮은 구리를 포함하는 합금이며, 보다 높은 액상선 온도를 나타내었다. 반면에, Ag 함량을 증가시키는 것은 상기 액상선 온도를 변화시키지 못한다. 예를 들면, A19 내지 A21은 변화되는 레벨들의 Ag 첨가를 가지지만, 용융 온도 범위가 작게 변화되는 합금들이다. 본 발명에서 커버되는 실제적인 응용들을 위해, 이상적인 합금은 265℃ 아래의 액상선 온도를 갖게 되어, 280℃-300℃ 피크 리플로우에서 리플로우될 수 있다. 이러한 점 이외에도, 이의 원하는 고상선 온도는 220℃ 이상이 될 것이고, 이의 원하는 액상선 온도는 240℃ 이상이 될 것이며, 결과적인 납땜 이음은 도 4에 예시한 바와 같이 150℃ 이상의 동작 온도에서 긴 피로 수명을 가질 것이다.
실온 및 고온(150℃) 인장 성질들이 측정되었으며, 선택된 결과들을 도 5 내지 도 8에 나타낸다. 본 발명의 합금들의 강도가 92.5Pb5Sn2.5Ag(PbSnAg로 피로에서 언급함)와 같은 종래의 고연 합금의 경우에 비해 훨씬 우수한 점은 매우 명백하다. 또한, 상기 합금들의 강도는 Sn-Ag-Cu-Sb-Bi에 보다 많은 비스무트를 첨가하여 증가될 수 있다(도 7 및 도 8). 예를 들면, A1 내지 A3은 다른 실험예들과 비교하여 보다 많은 비스무트 함량을 갖는 합금들이며, A1 내지 A3은 실온 및 고온 모두에서 보다 높은 강도를 가진다(도 5 및 도 6).
합금들의 크리프 파단 시간이 측정되었고, 선택된 결과들이 도 9에 도시된다. 최적화된 비스무트를 갖고 적어도 둘의 미소한 합금 첨가물들을 가지는 합금이 보다 큰 크리프 파단 시간을 부여하는 데 본질적이라는 점은 매우 분명하다. 예를 들면, A9는 최적화된 Bi 함량을 갖고 둘의 미소한 첨가물들을 가는 합금이며, 모든 다른 합금들과 비교하여 가장 큰 크리프 파단 시간을 나타내었다. of A9의 크리프 파단 시간은 현재의 92.5Pb5Sn2.5Ag(PbSnAg로 피로에서 언급함)의 경우에 비해 거의 18배 높다.
합금들의 피로 수명은 0.1의 응력 비율을 이용하여 고 주기(샘플이 탄성 한계 내에서 교대되는 응력/변형을 겪음) 및 저 주기 피로 체계(샘플이 소성 범위 내에서 교대되는 응력/변형을 겪음) 모두에서 측정되었다. 본 발명에서 설명되는 합금들의 우수한 피로 수명을 나타내는 선택된 합금들의 실험 결과들이 도 10에 도시된다. 실험예 A0은 어떠한 의도적인 비스무트 첨가를 갖지 않는 합금이고, 실험예 A9 및 실험예 A10은 최적화된 비스무트 및 둘의 미소한 합금 첨가물들을 포함한다. 결과들은 비스무트가 없는 합금의 경우에 비해 비스무트를 함유하는 합금들에서 보다 높은 피로 수명을 나타낸다.
크리프 테스트 및 피로 테스트가 다음의 동일한 경향, 즉 양 테스트들에서 최적화된 비스무트를 포함하고 적어도 둘의 미소한 합금 첨가물들을 포함하는 합금이 보다 우수한 성질들을 나타내는 점이 매우 흥미롭다.
Sn-Ag-Cu-Sb-Bi에 대한 Al의 첨가는 용융 온도 및 크리프 파단 시간에 대하여 상당한 영향을 미친다. 예를 들면, A13 및 A14는 알루미늄을 포함하는 합금들이며, A9에 비해 보다 낮은 액상선 온도(표 1) 및 50% 큰 크리프 파단 시간을 나타내었다.
앞서의 상세한 기재는 예시와 설명을 위해 제공되는 것이며, 첨부된 특허청구범위의 범주를 제한하도록 의도되는 것은 아니다. 여기에 예시되는 본 발명의 바람직한 실시예들의 많은 변형들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백해질 것이며, 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물의 범주 내에 속할 것이다.

Claims (33)

  1. 무연(lead-free) 납땜 합금에 있어서,
    8wt.% 내지 15wt.%의 안티몬,
    0.05wt.% 내지 2wt.%의 비스무트,
    2.5wt.% 내지 5wt.%의 은 및
    0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리를 포함하고,
    1wt.%까지의 니켈,
    1wt.%까지의 코발트,
    1wt.%까지의 티타늄,
    1wt.%까지의 망간,
    1wt.%까지의 게르마늄,
    10wt.%까지의 알루미늄 및
    10wt.%까지의 실리콘의 하나 또는 그 이상을 포함하며,
    선택적으로,
    5wt.%까지의 인듐,
    1wt.%까지의 크롬,
    1wt.%까지의 아연,
    1wt.%까지의 비소,
    1wt.%까지의 철,
    1wt.%까지의 인,
    1wt.%까지의 금,
    1wt.%까지의 갈륨,
    1wt.%까지의 텔루륨,
    1wt.%까지의 셀레늄,
    1wt.%까지의 칼슘,
    1wt.%까지의 바나듐,
    1wt.%까지의 몰리브덴,
    1wt.%까지의 백금 및
    1wt.%까지의 희토류 원소들의 하나 또는 그 이상을 포함하고,
    밸런스(balance) 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 8.5wt.% 내지 13wt.%의 안티몬을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.08wt.% 내지 2wt.%의 비스무트를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 2.5wt.% 내지 4.2wt.%의 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.001wt.% 내지 1wt.%의 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.001wt.% 내지 1wt.%의 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.001wt.% 내지 1.0wt.%의 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.001wt.% 내지 1.0wt.%의 망간을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.001wt.% 내지 1.0wt.%의 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.001wt.% 내지 1.0wt.%의 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.001wt.% 내지 10wt.%의 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 비스무트, 3.5wt.% 내지 4.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.2wt.% 내지 0.8wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.2wt.% 내지 0.8wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.07wt.%의 게르마늄 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.1wt.% 내지 0.4wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.1wt.% 내지 0.4wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 게르마늄 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.1wt.% 내지 0.4wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 망간 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.1wt.% 내지 0.4wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.015wt.%의 티타늄 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.1wt.% 내지 0.4wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.01wt.% 내지 0.08wt.%의 코발트 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 3.5wt.% 내지 4.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 코발트 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 9wt.% 내지 11wt.%의 안티몬, 0.05wt.% 내지 0.2wt.%의 비스무트, 2.5wt.% 내지 3.5wt.%의 은, 0.5wt.% 내지 1.5wt.%의 구리, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 니켈, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%의 티타늄 및 밸런스 주석, 그리고 임의의 불가피한 불순물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 215℃ 또는 그 이상의 고상선(solidus) 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 납땜 합금은 바, 스틱, 고체나 플럭스(flux) 함유 와이어, 포일이나 스트립, 필름, 프리폼(preform), 또는 분말이나 페이스트, 또는 볼 그리드 어레이 접합들 또는 칩 스케일 패키지들에의 사용을 위한 땜납 구체들, 또는 다른 미리 형성된 땜납 조각들, 또는 리플로우되거나 고화된 납땜 이음, 또는 구리 리본과 같은 임의의 납땜 가능한 물질 상에 미리 적용된 형태인 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 납땜 합금은 페이스트의 형태인 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 납땜 합금은 프리폼의 형태인 것을 특징으로 하는 납땜 합금.
  27. 제 1 항의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜 이음.
  28. 제 27 항의 납땜 이음을 포함하는 고출력 반도체에 있어서, 상기 고출력 반도체는 고휘도 LED(HBLED), 모터 제어, 태양열 집광기 셀, RF 회로 또는 마이크로파 회로인 것을 특징으로 하는 고출력 반도체.
  29. 납땜 이음을 형성하는 방법에 있어서,
    (i) 둘 또는 그 이상의 접합되는 워크 피스(work piece)들을 제공하는 단계;
    (ii) 제 1 항에 정의된 납땜 합금을 제공하는 단계; 및
    (iii) 상기 접합되는 워크 피스들의 부근에서 상기 납땜 합금을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 가열하는 단계는 다이 부착 납땜, 웨이브 납땜, 표면 실장 기술 납땜, 열 계면 납땜, 손 납땜, 레이저 및 RF 유도 납땜, 태양광 모듈에 대한 납땜, LED 패키지 보드의 납땜 또는 리워크(rework) 납땜을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 29 항에 있어서, 파워 모듈들의 상기 워크 피스들은 전기 차량(EV), 하이브리드 전기 차량(HEV), 모터 드라이브, 역변환 장치, 풍력 터빈 또는 궤도 견인 시스템을 포함하는 응용들을 위한 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 29 항에 있어서, 상기 가열하는 단계는 상기 합금을 220℃ 또는 그 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 삭제
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