KR20070017932A - Composite metal matrix castings and solder compositions, and methods - Google Patents

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KR20070017932A KR1020067002514A KR20067002514A KR20070017932A KR 20070017932 A KR20070017932 A KR 20070017932A KR 1020067002514 A KR1020067002514 A KR 1020067002514A KR 20067002514 A KR20067002514 A KR 20067002514A KR 20070017932 A KR20070017932 A KR 20070017932A
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Abstract

복합 조성물 및, 금속 매트릭스 및 입자 표면 상에 결합된 유기 작용기를 갖는 분산된 무기 산화물 입자를 제공하는 이 조성물의 제조 방법이 기재된다. 복합 땜납 조성물 및, 금속 매트릭스 및 입자 표면 상에 결합된 유기 작용기를 갖는 분산된 무기 산화물 입자를 제공하여 이 조성물을 제조 및 사용하는 방법이 기재된다. 이 복합 땜납 조성물을 포함하는 장치도 기재된다. 특히, 유기작용성 POSS 및 POS, 입자가 기재된다. 조성물은 주물 금속 및 땜납을 제공한다. A method of making this composition is described that provides a composite composition and dispersed inorganic oxide particles having organic functional groups bound on the metal matrix and the particle surface. A method of making and using the composite solder composition and dispersed inorganic oxide particles having organic functional groups bonded on the surface of the metal matrix and particles is described. Also described are devices comprising this composite solder composition. In particular, organofunctional POSS and POS, particles are described. The composition provides the casting metal and the solder.

Description

복합 금속 매트릭스 주물 및 땜납 조성물, 및 방법{COMPOSITE METAL MATRIX CASTINGS AND SOLDER COMPOSITIONS, AND METHODS}COMPOSITE METAL MATRIX CASTINGS AND SOLDER COMPOSITIONS, AND METHODS

본 발명은 일반적으로, 브리이징(brazing)을 포함하는 복합 주물(casting) 및 땜납(solders)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은, 유기작용성 무기 산화물 입자를 포함하는 복합 주물 및 땜납에 관한 것이다. 본 발명은 또한 무연(lead-free) 복합 땜납에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to composite castings and solders comprising brazing, and more particularly to the composite castings and solders comprising organofunctional inorganic oxide particles. will be. The present invention also relates to a lead-free composite solder.

경량 주물은 중량 감소를 위하여 주철(cast iron)의 대체물로서 사용이 증가된다. 주물은 자동차 및 항공우주 산업에서 특히 많이 사용된다. 경량 주물은 대개 철 주물의 성능 또는 신뢰성을 갖지 못한다. 이러한 문제점에 대한 한 접근법은, 경량 주물의 임계 응력 점(critical stress points)에서 고강도 인서트를 제공하는 것이다. Light weight castings have increased use as a substitute for cast iron for weight reduction. Castings are especially used in the automotive and aerospace industries. Light weight castings usually do not have the performance or reliability of iron castings. One approach to this problem is to provide high strength inserts at the critical stress points of lightweight castings.

미국 특허 제 6,484,790호 및 제 6,443,211호(Myers, et al.)에는, 다양한 적용예를 위하여 야금학적으로 결합된 인서트를 통합시킨 경량 복합 금속 주물의 형성방법이 교시되어 있다. 주조(casting) 방법은, 충분한 온도를 포함하는 조건 하에서 인서트를 제 1 층으로 코팅하여, 층의 일부는 주물(cast) 금속 재료 내에 용해시키고, 제 1층의 적어도 일부는 인서트 및 주물 재료 간의 확산 배리어로서 남겨두는 단계를 포함한다.US Pat. Nos. 6,484,790 and 6,443,211 (Myers, et al.) Teach methods for forming lightweight composite metal castings incorporating metallurgically bonded inserts for various applications. The casting method coats the insert with the first layer under conditions that include sufficient temperature so that a portion of the layer is dissolved in a cast metal material and at least a portion of the first layer is diffused between the insert and the casting material. Leaving as a barrier.

미국 특허 제 6,006,819호(Shimizu et al.)에는, 알루미늄-계 몸체 및 주조를 통해 알루미늄-계 몸체 내에 포함되는 주철 재료 부분 간에 결합 강도가 증가된 알루미늄-계 복합 부재가 교시된다. Shimizu et al. Teaches an aluminum-based composite member having increased bond strength between an aluminum-based body and a portion of cast iron material included within the aluminum-based body through casting.

미국 특허 제 5,333,668호(Jorstad et al.)에는, 물품 주위에 알루미늄 합금 재료 주물을 갖는 야금학적 결합을 제공하기 위한, 엔진 실린더 라이너 인서트(engine cylinder liner insert)와 같은 철함유(ferrous) 또는 알루미늄 물품의 코팅 공정이 교시된다. US Pat. No. 5,333,668 (Jorstad et al.) Discloses ferrous or aluminum articles, such as engine cylinder liner inserts, to provide a metallurgical bond with an aluminum alloy material casting around the article. Coating process is taught.

무연 전자공학(electronic) 땜납은 저융점 합금 시스템이다. 그러나, 현대 마이크로일렉트로닉 적용예에서의 이들의 서비스 성능은, 이들이 더 우수한 가공열(thermomechanical)(TMF) 성능, 우수한 치수 안정성, 및 전자이동 감소를 갖도록 요구한다. 우수한 TMF 성능은, 자동차, 우주항공/방위, 및 소비자 일렉트릭 적용예에서 중요한데, 이들의 상황이 심한 열 변동(thermal excursions)을 포함하기 때문이다. 일반적인 마이크로일렉트로미케닉 시스템(MEMS)에서, 인터커넥트(interconnects)의 치수 안정성이 중요한데, 전류가 흐르는 프린트 회로 기판의 라인이 서로 매우 가까이에 위치되기 때문이다. 이러한 MEMS, 및 전류 발생 적용예에서의 높은 전류 밀도는 전자이동 문제에 대한 해결책을 보장한다.Lead-free electronic solder is a low melting point alloy system. However, their service performance in modern microelectronic applications requires that they have better thermomechanical (TMF) performance, good dimensional stability, and reduced electromigration. Good TMF performance is important in automotive, aerospace / defense, and consumer electric applications because their situations include severe thermal excursions. In a typical microelectronic system (MEMS), the dimensional stability of the interconnects is important because the lines of the printed circuit board through which the current flows are located very close to each other. The high current density in these MEMS and current generation applications ensures a solution to the electromigration problem.

복합 땜납은 의도적으로 포함시킨 강화재(reinforcements)를 갖는 땜납이다. 땜납 시스템에 적합한(compatible) 강화재를 포함시키려는 시도가 여러번 있었다. 이러한 방법은, 원 위치에 또는 기계적 혼합법으로 금속간(IMC) 강화재를 포함시키 는 것을 포함한다. 기계적 혼합법은 IMC를 땜납 페이스트에 직접 포함시키거나, 리플로우 공정동안 용융 땜납과 반응시킴으로써 페이스트에 첨가된 금속 분말을 IMC로 전환시킬 수 있다. 그러나, 이러한 강화재는 수 미크론 크기가 되기 쉽다. 또한, IMC 강화재는 서비스 동안 조잡해지고 이의 효과에 영향을 주기 쉽다. IMC 강화재에 의한 서비스 성능 개선은, IMC 강화재의 타입, 이러한 강화재를 포함시키기 위해 사용되는 방법, 및 서비스 동안의 이들의 조잡화 동역학(coarsening kinetics)에 따라 변하기 쉽다. 결과적으로, IMC 미립자 강화된 복합 땜납은, 실제 전자 땜납 인터커넥트에서 실시되지 않았다. 전자 부품의 소형화의 빠른 발전과 함께, 서브-미크론 강화재를 갖는 땜납의 필요성이 대두되었다.Composite solder is solder with intentionally incorporated reinforcements. There have been several attempts to include compatible reinforcements for solder systems. Such methods include incorporating an intermetallic (IMC) reinforcement in situ or by mechanical mixing. Mechanical mixing can convert the metal powder added to the paste into IMC by either directly embedding the IMC in the solder paste or by reacting with molten solder during the reflow process. However, these reinforcements tend to be several microns in size. In addition, IMC reinforcements are crude during service and are likely to affect their effectiveness. Service performance improvement by IMC reinforcements is likely to vary depending on the type of IMC reinforcement, the method used to incorporate such reinforcements, and their coarsening kinetics during service. As a result, IMC particulate reinforced composite solder was not practiced on an actual electronic solder interconnect. With the rapid development of miniaturization of electronic components, the need for solder having sub-micron reinforcement has emerged.

대체 접근법은, 땜납 매트릭스 내에 불활성 미립자 강화재를 포함시키는 것이다. 이러한 한 시도로는, 자기장 존재 하에 철 미립자를 포함시키는 것이 있다(M. McCormack, S. Jin, and G.W. Kammlott, "Enhanced Solder Alloy Performance by Magnetic Dispersions", IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology- Part A, 17(3), pp. 452-457, 1994.). 일렉트로닉 땜납에서 알루미나와 같은 세라믹 미립자를 포함시키는 것도 시도되었다. 이러한 방법에서의 한가지 문제점은, 이들의 공극 크기를 크게 하는, 리플로우 공정 동안의 강화재의 응집이다. 강화재 및 매트릭스 간의 계면 크래킹의 관련 문제점으로 인해, 이들 응집된 미립자를 깨뜨려 분산시키기 위한, 압연을 통한 기계적 작업 등이 시도되었다(H. Movoori and S. Jin, "New Creep-Resistant, Low Melting Point Solders with Ultrafine Oxide Dispersions", J. Electr. Mater., 27(11): pp. 1216-1222, 1998). 이러한 불활성 강화재의 포함과 관련있는 다른 심각한 문제점은, 강화재 및 땜납 매트릭스 간에 임의의 화학 결합이 부족하다는 것이며, 이로 인해 이들은 서비스 성능 강화에 별로 효과적이지 못하다(H. Mavoori and S. Jin). 결과적으로, 불활성 강화재를 갖는 이러한 땜납은 실제 사용되지 못했다.An alternative approach is to include an inert particulate reinforcement in the solder matrix. One such attempt has been to include iron particulates in the presence of magnetic fields (M. McCormack, S. Jin, and GW Kammlott, "Enhanced Solder Alloy Performance by Magnetic Dispersions", IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology). Part A, 17 (3), pp. 452-457, 1994.). It has also been attempted to include ceramic particulates such as alumina in electronic solders. One problem with this method is the agglomeration of reinforcements during the reflow process, which increases their pore size. Due to the related problems of interfacial cracking between the reinforcement and the matrix, mechanical operations such as rolling have been attempted to break up and disperse these agglomerated particulates (H. Movoori and S. Jin, "New Creep-Resistant, Low Melting Point Solders"). with Ultrafine Oxide Dispersions ", J. Electr. Mater., 27 (11): pp. 1216-1222, 1998). Another serious problem associated with the inclusion of such inert reinforcements is the lack of any chemical bonds between the reinforcements and the solder matrix, which makes them ineffective in enhancing service performance (H. Mavoori and S. Jin). As a result, such solders with inert reinforcements have not been used in practice.

활발히 수행되는 또다른 접근법은, Sn-Ag 계 땜납을 소량의 Cu, Ni, 희토류 원소 등과 합금하는 것이다(C.M. Miller, I.E. Anderson, and J.F. Smith, "A Viable Tin-Lead Solder Substitute:Sn-Ag-Cu", J. Electr. Mater., 23(7), pp.595-601, 1994., F. Guo, S. Choi, T.R. Bieler, J.P. Lucas, A. Achari, M Paruchuri and K. N. Subramanian, "Evaluation of Creep Behavior of Near Eutectic Sn-Ag Solders Containing Small Amount of Alloy Additions", Materials Science and Engineering, A351, pp. 190-199, 2003, J.G. Lee, F. Guo, S. Choi, K.N. Subramanian, T.R. Bieler, and J.P. Lucas, "Residual Mechanical Behavior of Thermomechanically Fatigued Sn-Ag Based Solder Joints", J. Electr. Mater., 31(9), pp.946-952, 2002., C.M.L. Wu, C.M.T. Law, D.Q. Yu. and L. Wang, "The Wettability and Microstructure of Sn-Zn-RE Alloys", J. Electr. Mater., 32(2): pp.63-69, 2003., C.M.L. Wu, D.Q.Yu, C.M.T. Law, and L. Wang, "Improvements of Microstructure, Wettability, Tensile and Creep Strength of Eutectic Sn-Ag Alloy by Doping with Rare-Earth Elements", Journal of Materials Research, 17(12), pp. 3146-3154, 2002). 이들 삼원(ternary) 및 사원(quaternary) 합금 땜납이 이원 및 삼원 IMC 침전을 생성할 수 있다고 할지라도, 리플로우 공정동안 이 들의 크기 및 분포를 조절하는 것은 어렵다. 이러한 합금화(alloying)는 또한, 처리 파라미터 및 방법의 변화를 보증하는 리플로우 파라미터에 영향을 주는 용융 온도를 변화시킨다. Another actively performed approach is to alloy Sn-Ag based solders with small amounts of Cu, Ni, rare earth elements, etc. (CM Miller, IE Anderson, and JF Smith, "A Viable Tin-Lead Solder Substitute: Sn-Ag- Cu ", J. Electr. Mater., 23 (7), pp. 595-601, 1994., F. Guo, S. Choi, TR Bieler, JP Lucas, A. Achari, M Paruchuri and KN Subramanian," Evaluation of Creep Behavior of Near Eutectic Sn-Ag Solders Containing Small Amount of Alloy Additions ", Materials Science and Engineering, A351, pp. 190-199, 2003, JG Lee, F. Guo, S. Choi, KN Subramanian, TR Bieler, and JP Lucas, "Residual Mechanical Behavior of Thermomechanically Fatigued Sn-Ag Based Solder Joints", J. Electr. Mater., 31 (9), pp. 946-952, 2002., CML Wu, CMT Law, DQ Yu. and L. Wang, "The Wettability and Microstructure of Sn-Zn-RE Alloys", J. Electr. Mater., 32 (2): pp. 63-69, 2003., CML Wu, DQYu, CMT Law, and L Wang, "Improvements of Microstructure, Wettability, Tensile and Creep Strength of Eute ctic Sn-Ag Alloy by Doping with Rare-Earth Elements ", Journal of Materials Research, 17 (12), pp. 3146-3154, 2002). Although these ternary and quaternary alloy solders can produce binary and ternary IMC precipitates, it is difficult to control their size and distribution during the reflow process. This alloying also changes the melting temperature, which affects the reflow parameters that ensure changes in processing parameters and methods.

전자 부품의 소형화가 신속하게 진행되면서, 서브-미크론 강화재를 갖는 땜납이 필연적으로 요구된다. 그레인 경계에 존재하는 경우 이러한 서브-미크론 크기 강화재는, 그레인 경계를 조정함으로써, TMF 사이클의 고온 휴지기(dwell) 동안, 그레인 경계 미끄러짐, 현저한 모드의 TMF 손상을 최소화할 수 있다. 이러한 접근법은, 고온 서비스 환경에서 사용되는 니켈 및 코발트 계 초합금(super alloys)에 이용된다. 이들 강화재는 TMF 손상을 최소화하고 이들의 서비스 신뢰성을 향상시키며, 또한 MEMs 및 마이크로일렉트로닉스 적용예에 대해 필수적인 치수 안정을 향상시킬 수 있다. As the miniaturization of electronic components proceeds rapidly, a solder having a sub-micron reinforcement is inevitably required. Such sub-micron size reinforcements, when present at the grain boundaries, can minimize grain boundary slip, significant mode of TMF damage during the high temperature dwell of the TMF cycle by adjusting the grain boundaries. This approach is used for nickel and cobalt based super alloys used in high temperature service environments. These reinforcements can minimize TMF damage and improve their service reliability, and can also improve dimensional stability, which is essential for MEMs and microelectronics applications.

마이크로일렉트로닉 적용예에서, 전류 밀도가 증가함에 따라, 전극 간의 이온 이동은, 땜납 조인트를 파손시키는 보이딩(voiding)을 유발한다. 알루미늄 라인의 그레인 경계에 구리 원자를 포함시킴으로써, 컴퓨터 산업에서 유사한 문제점이 성공적으로 처리되었다. 그러나, 무연 땜납 경우의 동일한 문제점에 대해서는 알려진 해결책이 없다. 땜납을 강화하는 제안된 방법에서 얻어질 수 있는 서브-미크론 크기의 강화재는, 전자 이동 문제에 대한 해결책을 제공할 수 있다. In microelectronic applications, as the current density increases, ion transport between the electrodes causes voiding that breaks the solder joint. By including copper atoms at the grain boundaries of aluminum lines, similar problems have been successfully addressed in the computer industry. However, there is no known solution to the same problem with lead-free solder. Sub-micron sized reinforcements that can be obtained in the proposed method of reinforcing solder can provide a solution to the electron transfer problem.

미국 특허 제 5,127,969호(Sekhar)에는, 연속 상 및 분산 상을 갖는 땜납 조성물이 교시되어 있다. 분산 상은, 그래파이트, 실리콘 탄화물, 금속 산화물, 원소 금속 및/또는 금속 합금을 포함하는 미립자 또는 섬유 형태의 강화 재료이다. 강화 재료는 분산 상으로서 미립자 또는 섬유 형태로 남아있다. Sekhar에 서브미크론 내지 60 미크론 범위의 미립자 및 섬유 강화재가 교시되어 있지만, 나노-크기화된 입자 강화재는 교시되어 있지 않다.In US Pat. No. 5,127,969 (Sekhar), a solder composition having a continuous phase and a dispersed phase is taught. The dispersed phase is a reinforcing material in the form of particulates or fibers comprising graphite, silicon carbide, metal oxides, elemental metals and / or metal alloys. The reinforcing material remains in particulate or fibrous form as the dispersed phase. Sekhar teaches particulates and fiber reinforcements in the submicron to 60 micron range, but nano-sized particle reinforcements are not taught.

미국 특허 제 5,928,404호 및 미국 특허 제 6,360,939호(Paruchuri, et al.)에는 일차 땜납 분말 및, 일차 분말의 융점보다 실질적으로 더 높은 융점을 가짐으로 인해 납땜 공정동안 용융되지 않는 추가적인 금속 분말 성분을 갖는 전기 땜납 페이스트가 교시되어 있다.US Pat. No. 5,928,404 and US Pat. No. 6,360,939 (Paruchuri, et al.) Disclose primary solder powders and additional metal powder components that do not melt during the soldering process due to having a melting point substantially higher than the melting point of the primary powders. Electric solder pastes are taught.

미국 특허 제 6,340,113호(Avery, et al.)에는, 이차 금속, 또는 이차 금속의 염 용액 또는 현탁액으로 코팅된 일차 금속 입자로 구성되는 땜납 조성물이 교시되어 있다. 금속은, 이들의 개별 융점이, 이들이 결합되는 경우 형성되는 합금의 융점보다 더 높도록 선택된다. 코팅된 입자는 가열되며, 코어 재료 및 이의 코팅간의 계면에서 용융이 일어난다. 입자는 다공질 금속 포옴(foam) 내에 함께 융합된다. Avery, et al., US Pat. No. 6,340,113, teach a solder composition consisting of primary metal particles coated with a secondary metal, or a salt solution or suspension of a secondary metal. The metals are chosen such that their individual melting points are higher than the melting points of the alloys formed when they are bonded. The coated particles are heated and melting occurs at the interface between the core material and its coating. The particles are fused together in a porous metal foam.

미국 특허 제 6,521,176호(Kitajima, et al.)에는, 무연 땜납 합금이, 납땜되는 제품(work)의 소정의 내열 온도보다 더 낮은 융점을 갖도록 각 농도가 설정된 무연 땜납 합금이 교시되어 있다. U. S. Patent No. 6,521, 176 (Kitajima, et al.) Teaches lead-free solder alloys in which each concentration is set such that the lead-free solder alloy has a melting point lower than the predetermined heat resistance temperature of the workpiece being soldered.

미국 특허 제 6,866,044호(Saraf. et al.)에는, 열가소성 중합체, 전도성 금속 분말 및 유기 용매계를 포함하는 전기 전도성 페이스트가 교시되어 있다. 열가소성 중합체는, 폴리(이미드 우레아), 폴리(에테르 실록산), 폴리(스티렌 부타디엔), 폴리(스티렌 이소프렌), 폴리(아크릴로니트릴 부타디엔), 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트) 및 폴리우레탄으로 구성되는 그룹에서 선택된다.US Pat. No. 6,866,044 (Saraf. Et al.) Teaches electrically conductive pastes comprising thermoplastic polymers, conductive metal powders and organic solvent systems. The thermoplastic polymer is a group consisting of poly (imide urea), poly (ether siloxane), poly (styrene butadiene), poly (styrene isoprene), poly (acrylonitrile butadiene), poly (ethylene vinyl acetate) and polyurethane Is selected.

관련 분야에 땜납의 서비스 성능을 개선하는 대체 방법이 알려져 있으나, 이러한 장기간의 미해결 문제점에 대한 탁월한 해결책은 여전히 요구된다. 따라서, 향상된 서비스 성능을 갖는 서브-미크론 강화재를 갖는 복합 땜납 조성물을 개발하는 것이 바람직하다. 복합 땜납 조성물은 무연(free of lead)인 것이 더 바람직하다. 환경적 납 배출은, 납의 고유 독성과, 현대 생활의 모든 면에서 전자 회로소자(circuitry)의 이용이 빠르게 확대되는 것을 고려하여, 우려가 증대하고 있다. 납 땜납의 용융 온도, 납땜성, 피로 행동(fatigue behavior) 및 처리 파라미터와 같은 특성은 유지하는 반면 납의 양을 감소시킨 땜납 조성물은, 장기간 미해결된 독성 폐기물 처리 문제점을 해결할 것이다.Alternative methods of improving the service performance of solder are known in the art, but there is still a need for an excellent solution to this long-standing problem. Therefore, it is desirable to develop composite solder compositions having sub-micron reinforcements with improved service performance. More preferably, the composite solder composition is free of lead. Environmental lead emissions are a growing concern, considering the inherent toxicity of lead and the rapidly expanding use of electronic circuitry in all aspects of modern life. Solder compositions that reduce the amount of lead while maintaining properties such as melting temperature, solderability, fatigue behavior and processing parameters of the lead solder will solve long term unsolved toxic waste disposal problems.

본 발명은 금속 매트릭스, 및 입자가 금속 매트릭스 내에 분산되어 있는 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 포함하여 이루어지는 복합 조성물을 제공한다. The present invention provides a composite composition comprising an inorganic oxide particle having a metal matrix and organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles in which the particles are dispersed in the metal matrix.

본 발명은 또한, 입자 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 용융 금속(molten metal)에 도입하여, 금속 매트릭스 내에 분산된 입자를 갖는 금속 매트릭스를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는, 복합 조성물의 제조 공정을 제공한다. The invention also comprises introducing inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the particle surface to a molten metal to produce a metal matrix having particles dispersed in the metal matrix, Provided are processes for preparing the composite composition.

본 발명은 또한, 금속 또는 이의 합금이 약 600℃ 이하의 온도에서 용융되는 것을 특징으로 하는, 상기 조성물 및 공정을 제공한다. 상기 조성물 및 공정의 몇가지 실시형태에서, 금속은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 알루미늄(Al), 인듐(In), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택된다. 상기 조성물 및 공정 중 몇가지 실시형태는, 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The invention also provides such compositions and processes wherein the metal or alloy thereof melts at a temperature of about 600 ° C. or less. In some embodiments of the compositions and processes, the metal is magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd), aluminum (Al), indium (In), thallium (Tl), tin (Sn), lead (Pb) ), Bismuth (Bi) and mixtures thereof. Some embodiments of the compositions and processes include formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and the following structures:

Figure 112006008601588-PCT00001
Figure 112006008601588-PCT00001

(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group)

를 갖는 POSS-트리올인 입자를 제공한다. 상기 조성물 및 방법의 몇가지 실시형태에서, 입자는 사이클로헥살(cyclohexal) POSS-트리올이고, 다른 실시형태에서 입자는 페닐 POSS-트리올이다.It provides particles that are POSS-triols having. In some embodiments of the compositions and methods, the particles are cyclohexal POSS-triols, and in other embodiments the particles are phenyl POSS-triols.

본 발명은 또한, 금속 땜납; 및 땜납 내에 분산되어 있는 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 포함하여 이루어지는 복합 조성물을 제공한다. 일부 실시형태에서, 땜납은, 용융되어, 매트릭스 내에 분산되어 있는 입자를 갖는 매트릭스로서 땜납을 형성하는 페이스트이다. 다른 실시형태에서, 땜납은, 매트릭스로서의 땜납 및 매트릭스 내 분산되는 입자를 포함하는, 땜납의 고형 예비형성물(preform)이다. The present invention also provides a metal solder; And inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles dispersed in the solder. In some embodiments, the solder is a paste that melts to form the solder as a matrix having particles dispersed in the matrix. In another embodiment, the solder is a solid preform of the solder, which includes the solder as a matrix and the particles dispersed in the matrix.

본 발명은 또한, 땜납이 약 250℃ 이하에서 용융되는 조성물의 실시형태를 제공한다. 이 조성물의 다른 실시형태에서, 땜납은 금속의 합금이다. 일부 실시형태에서, 땜납은 무연이다. 일부 실시형태에서, 입자는 땜납과 화학 결합을 형성한다. 일부 실시형태에서, 입자는 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The invention also provides an embodiment of a composition in which the solder is melted at about 250 ° C. or less. In another embodiment of this composition, the solder is an alloy of metal. In some embodiments, the solder is lead free. In some embodiments, the particles form chemical bonds with the solder. In some embodiments, the particles have the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and the following structures:

Figure 112006008601588-PCT00002
Figure 112006008601588-PCT00002

(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group)

를 갖는 POSS-트리올이다. 일부 실시형태에서, 입자는 사이클로헥살(cyclohexal) POSS-트리올이고, 다른 실시형태에서 입자는 페닐 POSS-트리올이다. 조성물의 일부 실시형태에서, 금속은 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택된다. 일부 실시형태에서, 금속 매트릭스는 Sn--Ag이고, 추가적인 실시형태에서 금속 매트릭스는 공융 96.5 wt% Sn - 3.5 wt% Ag이다. POSS-triol with In some embodiments, the particles are cyclohexal POSS-triols, and in other embodiments the particles are phenyl POSS-triols. In some embodiments of the composition, the metal is tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), nickel (Ni), antimony (Sb), palladium (Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof. In some embodiments, the metal matrix is Sn--Ag and in further embodiments the metal matrix is eutectic 96.5 wt% Sn-3.5 wt% Ag.

본 발명은 또한, 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 미립자 금속 땜납 내에 도입하고, 입자 및 금속 땜납을 기계적으로 혼합하여 페이스트를 제공하는 단계를 포함하여 이루어지는 땜납 페이스트 조성물의 제조 공정을 제공한다. The present invention also provides a solder paste composition comprising introducing inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles into the particulate metal solder, and mechanically mixing the particles and the metal solder to provide a paste. It provides a manufacturing process.

본 발명은 또한, 땜납에 분산된 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 포함하는 금속 땜납을 포함하여 이루어지는 복합 조성물을 제공하는 단계, 및 땜납을 용융시켜 둘 이상의 부품을 결합시키는 납땜 수단을 사용하여, 상기 땜납을 적용하여 둘 이상의 부품을 결합시키는 단계를 포함하여 이루어지는 납땜 방법을 제공한다. The present invention also provides a composite composition comprising a metal solder comprising inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles dispersed in the solder, and melting the solder to form two or more components. Using soldering means for bonding, applying the solder to join two or more components.

본 발명은 또한, 조성물이 가열을 통해 부품에 결합되었을 때, 하나 이상의 부품과, 금속 땜납 및 땜납 내에 분산된 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 포함하는 복합 조성물을 포함하여 이루어지는 장치를 제공한다. The present invention also provides a composite composition comprising inorganic oxide particles having at least one part and organic functional groups chemically bonded on the surface of the metal solder and the particles dispersed in the solder when the composition is bonded to the part via heating. It provides a device comprising a.

본 발명은 또한, 입자 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 금속 땜납 입자에 도입하고, 입자 및 금속 땜납을 기계적으로 혼합하여 페이스트를 형성하고, 페이스트를 용융시켜 입자가 금속 매트릭스 내에 분산되어 있는 예비형성물을 형성하는 것을 포함하여 이루어지는, 땜납 예비형성물 조성물의 제조 공정을 제공한다. The present invention also provides inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the particle surface to the metal solder particles, mechanically mixing the particles and the metal solder to form a paste, and melting the paste so that the particles are formed into a metal matrix. It provides a process for producing a solder preform composition, comprising forming a preform dispersed within.

본 발명은 또한, 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 금속 땜납 및 플럭스(flux)에 도입하고, 입자 및 금속 땜납을 기계적으로 혼합하고, 입자가 금속 땜납 내에 분산되어 있는 금속 땜납을 용융시켜 원하는 형태로 주조하고, 이 형태를 냉각시키고, 이 형태로부터 플럭스를 세정하여 성형(shaped) 땜납을 제공하는 것을 포함하여 이루어지는, 성형 땜납의 제조 공정을 제공한다. The invention also introduces inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles into the metal solder and flux, mechanically mixing the particles and the metal solder, and the particles are dispersed in the metal solder A process for producing molded solder is provided, which comprises melting a molten metal solder to cast it into a desired form, cooling the form, and washing the flux from the form to provide shaped solder.

본 발명은 또한, 땜납이 약 250℃ 이하에서 용융되는 것을 특징으로 하는, 상기 땜납 방법, 공정 및 장치의 실시형태를 제공한다. 상기 땜납 방법, 공정 및 장치의 다른 실시형태에서, 땜납은 금속의 합금이다. 다른 실시형태에서, 땜납은 무연이다. 일부 실시형태에서, 입자는 땜납과 함께 화학 결합을 형성한다. 일부 실시형태에서, 입자는 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The invention also provides an embodiment of the solder method, process and apparatus, characterized in that the solder is melted at about 250 ° C. or less. In another embodiment of the solder method, process and apparatus, the solder is an alloy of a metal. In another embodiment, the solder is lead free. In some embodiments, the particles form chemical bonds with the solder. In some embodiments, the particles have the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and the following structures:

Figure 112006008601588-PCT00003
Figure 112006008601588-PCT00003

(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group)

를 갖는 POSS-트리올이다. 상기 땜납 방법, 공정 및 장치의 일부 실시형태에서, 입자는 사이클로헥살 POSS-트리올이고, 다른 실시형태에서 입자는 페닐 POSS-트리올이다. 상기 땜납 방법, 공정 및 장치의 일부 실시형태에서, 금속은 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택된다. 일부 실시형태에서, 금속 매트릭스는 Sn--Ag이고, 추가적인 실시형태에서 금속 매트릭스는 공융 96.5 wt% Sn - 3.5 wt% Ag이다. POSS-triol with In some embodiments of the solder methods, processes, and apparatus, the particles are cyclohexal POSS-triols, and in other embodiments the particles are phenyl POSS-triols. In some embodiments of the solder methods, processes, and apparatus, the metal may comprise tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), Nickel (Ni), antimony (Sb), palladium (Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof. In some embodiments, the metal matrix is Sn--Ag and in further embodiments the metal matrix is eutectic 96.5 wt% Sn-3.5 wt% Ag.

따라서, 본 발명의 목적은, 독특한 유기작용성 무기 산화물을 사용하여, 주물 또는 땜납으로서의 저융점 금속 내에 원하는 수준의 입자 크기 및 분산을 달성하여, 이의 서비스 성능을 증진시키는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to achieve the desired level of particle size and dispersion in low melting metals as castings or solders, using unique organic functional inorganic oxides, to enhance their service performance.

본 발명의 또다른 목적은, 서비스 성능이 증진된 무연 땜납을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a lead-free solder with improved service performance.

이들 및 다른 목적은 이하 상세한 설명 및 도면을 참조하여 명백할 것이다.These and other objects will be apparent with reference to the following detailed description and drawings.

본 명세서에 인용되어 있는 모든 특허, 특허 출원, 정부 공개문헌, 정부 규제 및 참조 문헌은, 본 명세서에 전체적으로 참조 병합되어 있다. 분쟁의 경우, 정의를 포함하는 본 설명에 의해 조정될 것이다. 이하 용어의 정의는 본 발명을 이해를 더 돕기 위해 제공된다.All patents, patent applications, government publications, government regulations, and references cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety. In case of conflict, the present description, including definitions, will control. The following definitions of terms are provided to further understand the present invention.

"유기-작용성 무기 산화물 입자"는 바람직하게는 크기가 나노미터 내지 서브-미크론 범위이고, 바람직하게는 케이징되어 있다(caged). 무기 산화물은 전이 금속, 란타나이드 또는 악티나이드 금속 원자, 또는 붕소, 실리콘, 게르마늄, 비소 및 텔루르로 구성되는 그룹에서 선택되는 메탈로이드를 기초로 할 수 있다. 유기 작용성 무기 산화물 입자는, POSS, POS 및 미국 특허 제 6,284,696호(Koya, et al.) 및 제 6,465,387호(Pinnavaia et al.)에 기재된 바와 같은 유기작용성 실리케이트를 포함한되 이에 제한되지 않는다. 입자는 금속 산화물 코어(cores)를 가지며, 내분해성(resistant to decomposition)인, 코어에 공유 결합되어 있는 유기 잔기를 갖는다. 각 유기 잔기는 지방족성 및 방향족성 탄화수소기로 구성되는 그룹에서 독립적으로 선택된다. 유기 잔기는 알킬, 사이클로알킬, 알켄일, 사이클로알켄일, 알킨일, 사이클로알킨일, 아릴 및 헤테로아릴기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 유기 잔기는 헥실, 헵틸, 옥틸, 사이클로헥살, 비닐, 알릴, 헥센일, 헵텐일, 옥텐일 및 페닐 그룹을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다."Organic-functional inorganic oxide particles" preferably range in size from nanometers to sub-microns and are preferably caged. The inorganic oxide may be based on a metalloid selected from the group consisting of transition metals, lanthanides or actinide metal atoms, or boron, silicon, germanium, arsenic and tellurium. Organic functional inorganic oxide particles include, but are not limited to, organic functional silicates as described in POSS, POS and US Pat. Nos. 6,284,696 (Koya, et al.) And 6,465,387 (Pinnavaia et al.). The particles have metal oxide cores and have organic residues covalently bonded to the core that are resistant to decomposition. Each organic moiety is independently selected from the group consisting of aliphatic and aromatic hydrocarbon groups. Organic residues may include, but are not limited to, alkyl, cycloalkyl, alkenyl, cycloalkenyl, alkynyl, cycloalkynyl, aryl, and heteroaryl groups. Organic residues may include, but are not limited to, hexyl, heptyl, octyl, cyclohexal, vinyl, allyl, hexenyl, heptenyl, octenyl and phenyl groups.

"POSS"라는 용어는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 및 이의 유도체를 의미한다. POSS는 T-케이징된 분기점 구조를 갖는다:The term "POSS" refers to polyhedral oligomeric silsesquioxanes and derivatives thereof. POSS has a T-cased branching structure:

Figure 112006008601588-PCT00004
Figure 112006008601588-PCT00004

POSS의 일반식은 [R Si O1 .5]n(단, R은 각 경우에 동일하거나 상이한 유기 잔기이다)이며, 지방족성 및 방향족성 탄화수소기로 구성되는 그룹에서 독립적으로 선택된다. 유기 잔기는, 알킬, 사이클로알킬, 알켄일, 사이클로알켄일, 알킨일, 사이클로알킨일, 아릴 및 헤테로아릴을 포함하되 이에 제한되지 않는다. n=6이고 R6Si6O9의 식을 갖는 POSS의 일례는 다음 구조를 갖는다:General formula of POSS [R Si O 1 .5] n ( where, R is the same or different organic residues in each case), and are independently selected from aliphatic and aromatic hydrocarbon group consisting of a group. Organic residues include, but are not limited to, alkyl, cycloalkyl, alkenyl, cycloalkenyl, alkynyl, cycloalkynyl, aryl and heteroaryl. One example of a POSS with n = 6 and the formula R 6 Si 6 O 9 has the following structure:

Figure 112006008601588-PCT00005
Figure 112006008601588-PCT00005

이 용어는 또한 이의 트리올 유도체를 포함하되, 이에 제한되지 않는다.The term also includes, but is not limited to, triol derivatives thereof.

"POS"라는 용어는, 화학식 [RMe2SiOSiO1 .5]n을 갖는, Q-케이지 구조의 다면체 올리고머 실리케이트 및 이의 유도체를 나타낸다. POS(n=6)의 일례는 다음 구조:The term "POS", the formula [RMe 2 SiOSiO 1 .5] having n, represents a polyhedral oligomeric silicates, and derivatives thereof of the Q- cage structure. An example of POS (n = 6) has the following structure:

Figure 112006008601588-PCT00006
Figure 112006008601588-PCT00006

(단, 상기 식에서 R은 각 경우에 동일하거나 상이한 유기 잔기이다)를 가지며, 지방족성 및 방향족성 탄화수소기로 구성되는 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 유기 잔기는, 알킬, 사이클로알킬, 알켄일, 사이클로알켄일, 알킨일, 사이클로알킨일, 아릴 및 헤테로아릴을 포함하되 이에 제한되지 않는다. POS의 일례는, 이 용어는 또한 트리올 유도체를 포함하되 이에 제한되지 않는다.(Wherein R in each case is the same or different organic moiety) and is independently selected from the group consisting of aliphatic and aromatic hydrocarbon groups. Organic residues include, but are not limited to, alkyl, cycloalkyl, alkenyl, cycloalkenyl, alkynyl, cycloalkynyl, aryl and heteroaryl. One example of POS is that the term also includes, but is not limited to, triol derivatives.

"저융점"은 600 ℃ 이하의 융점을 갖는 것으로 정의된다."Low melting point" is defined as having a melting point of up to 600 ° C.

"금속 매트릭스"는, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 알루미늄(Al), 인듐(In), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 납(Pb), 미스무트(Bi) 및 이의 혼합물을 포함하되 이에 제한되지 않는 금속을 포함하여 이루어진다. 또한, 이는 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 미스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. The "metal matrix" includes magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd), aluminum (Al), indium (In), thallium (Tl), tin (Sn), lead (Pb), and mismut (Bi). ) And mixtures thereof, including but not limited to metals. In addition, it is tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), mismud (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), nickel (Ni), antimony (Sb), palladium (Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof.

"무-연(lead-free)"이라는 용어는, 납 중량 백분율이 0.01 중량%(0.01 wt.%) 이하인 조성물을 의미한다.The term "lead-free" means a composition having a lead weight percentage of 0.01 weight percent (0.01 wt.%) Or less.

"복합 땜납"은, 의도적으로 포함시킨 강화재를 포함하는 땜납이다. 본발명의 강화재는 유기작용성 무기 산화물 입자이다. 이 입자는 매트릭스의 0.1 내지 10 중량% 범위이다."Composite solder" is solder containing a reinforcing material that is intentionally included. The reinforcing material of the present invention is an organofunctional inorganic oxide particle. These particles range from 0.1 to 10% by weight of the matrix.

본 발명은 바람직하게는, 땜납 매트릭스와 결합할 수 있는 나노미터 내지 서브-미크론 수준의 불활성 강화재를 포함한다. 바람직하게는, 입자 크기는 대략 10 내지 100 나노미터이다. 최근의 POSS 기술 발전이 이러한 적용예에 대한 신규한 수단을 마련했다. POSS 나노-기술은 이러한 강화재 및 금속 매트릭스 간의 결합을 촉진하기 위한 적합한 수단을 제조할 수 있다. 또한, 나노미터 내지 서브-미크론 크기의 강화재를 얻을 수 있도록, 이들을 땜납 내에 포함시킬 수 있는 몇가지 수단이 존재한다. 이러한 복합 접근법은 주어진 합금 시스템의 납땜성(solderability) 또는 이의 리플로우 특성을 변화시키지 않는다. 전자 패키징, MEMS 및 자동차/우주항공/방위 일렉트로닉스는 본 발명의 잠재적 용도의 일부이다. 관련 분야의 무연 땜납은 무기/유기 나노-크기화된 입자 강화재를 포함하지 않는다.The present invention preferably includes an inert reinforcement at the nanometer to sub-micron level that is capable of bonding with the solder matrix. Preferably, the particle size is approximately 10 to 100 nanometers. Recent developments in POSS technology have provided new means for this application. POSS nano-technology can produce suitable means to promote bonding between such reinforcements and metal matrices. In addition, there are several means by which they can be included in the solder to obtain nanometer to sub-micron size reinforcements. This composite approach does not change the solderability of a given alloy system or its reflow characteristics. Electronic packaging, MEMS and automotive / aerospace / defense electronics are some of the potential uses of the present invention. Lead-free solder in the art does not include inorganic / organic nano-sized particle reinforcements.

본 발명을 사용하는 납땜(soldering)은 일부 가열 또는 전체 가열법으로 수행할 수 있다. 일부 가열법은 납땜 인두(iron), 펄스 히터, 레이저, 광빔, 고온 공기 및 제트류(jet flow) 납땜을 사용하는 것을 포함하되 이에 제한되지 않는다. 전체 가열법은 적외선 리플로우, 대류 리플로우, 자외선 대류 결합(infrared convection combined), 기상 납땜(vapor phase soldering)(VPS), 및 플로우 납땜을 포함하되 이에 제한되지 않는다.Soldering using the present invention can be performed by partial heating or total heating. Some heating methods include, but are not limited to, the use of soldering irons, pulse heaters, lasers, light beams, hot air and jet flow soldering. Full heating methods include, but are not limited to, infrared reflow, convection reflow, infrared convection combined, vapor phase soldering (VPS), and flow soldering.

복합 땜납을 사용한 가장 단순한 위치화 방법은, 복합 땜납을 제공하고 이 땜납을 인두과 함께 가열하여 이를 용융시킴으로써, 납땜 인두를 사용하는 것이다. 이어서 땜납을 전자 부품 납에 적용하여 결합시킨다. 복합 땜납을 사용하는 다른 방법은, 펄스 열 땜납을 사용하는 것이다. 복합 땜납은 미리 적용되고, 히터 칩으로부터 압력이 적용된다. 대류 리플로우는, 제공된 땜납 페이스트를 노즐로부터 흐르는 고온 가스로 가열하는 방법이다. 레이저 납땜은, 레이저빔을 적용시켜 제공된 땜납을 용융시킴으로써 수행된다. 광 빔 납땜은, 크세논 램프로부터의 광을 적용하여 수행된다.The simplest localization method using composite solder is to use a soldering iron by providing the composite solder and heating it with the iron to melt it. The solder is then bonded to the electronic component lead. Another method of using composite solder is to use pulsed thermal solder. The composite solder is applied in advance and pressure is applied from the heater chip. Convection reflow is a method of heating the provided solder paste with hot gas flowing from the nozzle. Laser soldering is performed by melting a solder provided by applying a laser beam. Light beam soldering is performed by applying light from a xenon lamp.

일반화된 납땜 방법은, 리플로우 및 플로우(웨이브) 납땜을 포함한다. 리플로우는 복합 땜납을 용융 및 재고형화(resolidifying) 시킨다. 리플로우 방법은, 전자 부품을 탑재하기 전에 회로 기판 상에 복합 땜납 페이스트를 프린팅함으로써 수행된다. 열을 적용하여 부품의 납 상에 땜납을 적용시킨다. 열은 적외선 패널 히터, 대류 히터, 또는 고온 불활성 증기 대기를 사용하여 적용한다. 플로우(웨이브) 납땜은, 플럭스를 적용하기 전에, 기판 내에 접착제 또는 삽입물(insertion)로 전자 성분을 탑재함으로써 수행한다. 이어서, 전자 성분 상에 융융된 땜납을 가압한다. 본 발명은 한쪽(single-sided) 또는 양쪽(double-sided) 납땜 공정 플로우를 사용하여 적용가능하다.Generalized soldering methods include reflow and flow (wave) soldering. Reflow melts and resolidifies the composite solder. The reflow method is performed by printing a composite solder paste on a circuit board before mounting the electronic component. Apply heat to apply solder on the lead of the part. Heat is applied using an infrared panel heater, convection heater, or a high temperature inert vapor atmosphere. Flow (wave) soldering is performed by mounting an electronic component with an adhesive or an insertion into the substrate before applying the flux. Next, the solder melted on the electronic component is pressed. The invention is applicable using single-sided or double-sided soldering process flows.

땜납은, R(로진) 타입, RMA(적당히 활성화) 및 RA(활성화) 플럭스와 같은, 납땜성을 증가시키기 위한 다양한 타입의 플럭스와 결합하여 사용할 수 있다. 땜납과 혼합되는 플럭스는 비-수용성 플럭스 또는 수용성 플럭스가 될 수 있다. 일반적인 비수용성 플럭스는 로진-계 플럭스이지만, 다른 비수용성 플럭스를 사용할 수 있다. 로진은 중합 또는 비중합될 수 있다. 플럭스는 일반적으로 로진과 같은 기본 재료, 소량의 활성화제, 및 선택적으로 틱소트래픽제(thixotropic agent)를 용매 중에 포함하여 이루어진다. 로진의 활성화제는 예를 들어 아민 하이드로할라이드 염, 아민 유기산 염 및 유기산을 포함한다. 틱소트로픽제는 예를 들어 수소화된 피마자유를 포함한다. 비수용성 플럭스에 유용한 용매는 글리콜 에테르, 저급 알콜 및 테르펜을 포함한다.Solder can be used in combination with various types of fluxes to increase solderability, such as R (rosin) type, RMA (appropriately activated) and RA (activated) fluxes. The flux mixed with the solder can be a non-water soluble flux or a water soluble flux. Typical water-insoluble fluxes are rosin-based fluxes, but other water-insoluble fluxes may be used. Rosin can be polymerized or nonpolymerized. Flux generally consists of a base material such as rosin, a small amount of activator, and optionally a thixotropic agent in the solvent. Activators of rosin include, for example, amine hydrohalide salts, amine organic acid salts and organic acids. Thixotropic agents include, for example, hydrogenated castor oil. Solvents useful for the water-insoluble flux include glycol ethers, lower alcohols and terpenes.

전자 회로 소자 결합 및 어셈플리 동안 형성된 땜납 플럭스, 오일, 왁스, 그리스(greases) 및 다른 유기 잔류물을 제거하기 위해 납땜 후 땜납을 세정하는 것은 중요하다. 다양한 클리너 조성물을, 사용된 플럭스 타입에 따라 사용할 수 있으며, 납땜 후에 복합 땜납 조성물을 세정하기 위하여 사용할 수 있다. 수용성 플럭스는 따뜻한 비누물로 쉽게 제거할 수 있다. 로진 플럭스는, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 트리클로로모노플루오로메탄, 메틸렌 클로라이드, 트리클로로트리플루오로에탄(CFD113), 테트라클로로디플루오로에탄(CFC112)와 같은 염소화 탄화수소 용매 및 다른 용매를 사용하여 제거할 수 있다. 미국 특허 제 6,569,252호(Sachdev, et al.) 및 미국 특허 제 5,234,506호(Winston, et al.)에 이들 세정 조성물이 더 상세히 기재되어 있으며, 여기에 참조 병합되어 있다.It is important to clean the solder after soldering to remove solder flux, oils, waxes, greases and other organic residues formed during electronic circuit device bonding and assembly. Various cleaner compositions may be used, depending on the type of flux used, and to clean the composite solder composition after soldering. The water soluble flux can be easily removed with warm soapy water. Rosin fluxes are chlorinated hydrocarbons such as 1,1,1-trichloroethane, trichloroethylene, trichloromonofluoromethane, methylene chloride, trichlorotrifluoroethane (CFD113), tetrachlorodifluoroethane (CFC112). Solvents and other solvents can be used for removal. These cleaning compositions are described in more detail in US Pat. No. 6,569,252 (Sachdev, et al.) And US Pat. No. 5,234,506 (Winston, et al.) And incorporated herein by reference.

상기된 임의의 납땜 기술을 사용하여, 복합 땜납을 사용하는 회로소자를 만들 수 있다. 두 납(11)을 연결하는 납땜 층을 도 17에 도시하며, 여기서 입자(13)는 땜납 매트릭스(12) 내에 분산된다. 도 33은 실리콘 칩(12) 및 기판(11) 간에 땜납 조인트(13)를 갖는 납땜층(10)을 도시한다. 도 34는, 몰딩 화합물(14)로 도포된, 프린트된 회로 기판(PCB)(13)을 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array)(BGA) 기판(15) 내 칩(11)과 연결하는, 복합 땜납 볼(12)을 갖는 마이크로칩 커넥션(10)을 도시한다. 회로는, 집적 회로, 트랜지스터, 레지스터, 커패시터, 다이오드, 렉티파이어(rectifiers), 마이크로일렉트로닉 장치, 및 MEMS를 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 일렉트로닉 부품을 사용하여 조립할 수 있다. Using any of the soldering techniques described above, circuit devices using composite solder can be made. The solder layer connecting the two leads 11 is shown in FIG. 17, where the particles 13 are dispersed in the solder matrix 12. 33 shows a solder layer 10 having a solder joint 13 between the silicon chip 12 and the substrate 11. FIG. 34 shows a composite solder, which connects a printed circuit board (PCB) 13, coated with a molding compound 14, with a chip 11 in a Ball Grid Array (BGA) substrate 15. A microchip connection 10 with a ball 12 is shown. The circuit can be assembled using a variety of electronic components, including but not limited to integrated circuits, transistors, resistors, capacitors, diodes, rectifiers, microelectronic devices, and MEMS.

올리고머 실라세스퀴옥산(silasesquioxanes)의 합성은 일반적으로, 삼작용성 RSiY3 전구체(단, R은 탄화수소 라디칼이고, Y는 클로라이드, 알콕사이드 또는 실록사이드와 같은 가수분해성 기이다)의 가수분해 축합을 통해 실시한다(J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 1741-1748; Organometallics 1991, 10, 2526-2528). 이 반응은 일반적으로 완전 및 불완전 축합된 올리고머 실라세스퀴옥산의 혼합물을 생성한다. 하나의 중요하고, 완전히 축합된 올리고머 실라세스퀴옥산은 화합물 R6Si6O9이다. R이 사이클로헥살인 이러한 구조의 화합물을 염기성 촉매의 존재 하에 RSi(OMe)3과 반응시켜, 작용기화된, 이하 구조의 불완전 축합된 실라세스퀴옥산을 얻을 수 있다:Synthesis of oligomeric silasesquioxanes is generally carried out through hydrolytic condensation of trifunctional RSiY 3 precursors, with R being a hydrocarbon radical and Y being a hydrolyzable group such as chloride, alkoxide or siloxane. (J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 1741-1748; Organometallics 1991, 10, 2526-2528). This reaction generally produces a mixture of fully and incompletely condensed oligomeric silsesquioxanes. One important, fully condensed oligomeric silacesquioxane is compound R 6 Si 6 O 9 . Compounds of this structure, wherein R is cyclohexal, can be reacted with RSi (OMe) 3 in the presence of a basic catalyst to obtain a functionalized, incompletely condensed silacesquioxane of the structure:

Figure 112006008601588-PCT00007
Figure 112006008601588-PCT00007

일례는 R7Si7O9(OH)3(단, R은 사이클로헥살이다)이다(Chem. Commun. 1999, 2153-2154, Polym. Master. Sci. Eng. 2000, 82, 301-302).One example is R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 , where R is cyclohexal (Chem. Commun. 1999, 2153-2154, Polym. Master. Sci. Eng. 2000, 82, 301-302).

이하 실시예에서, POSS를 땜납 매트릭스에 첨가함으로써 복합 땜납을 제조하였다. 상이한 활성 유기기를 갖는 두 상이한 POSS를, 공융 96.5 중량% 주석(Sn)-3.5 중량% 은(Ag) 중에 포함시켰다. 도 32는 땜납 조인트 제조를 위한 실험적인 배치(set-up)(10)를 도시한다. 반쪽-도그-본(half-dog-bone) 형 구리 스트립(13)을 결합시켜, 단일 전단-랩(single shear-lap) 땜납 조인트 표본을 제조하였다. 구리 스트립(13) 사이의 땜납 페이스트(12)로 만들어진 땜납 조인트는 약 100㎛ 두께 및 약 1 mm x 1mm 땜납 조인트 면적이었다. 이들 조인트는, 최상부 유리 플레이트(11) 및 저부 유리(14)를 포함하는 구리 스트립(13)의 어셈블리가 위에 위치되어 있는 알루미늄 고정물(16)로 만들었다. 알루미늄 고정물(16)은 핫 플레이트 상에 위치시켰다. 일단, 결합시키는 영역의 써모커플 와이어(15)로 측정된 온도가, 땜납의 융점보다 약 30-50℃ 높아지면, 알루미늄 고정물(16)을 핫 플레이트로부터 제거하고, 알루미늄 블럭 상에 위치시켜 냉각시켰다. 한 조인트 표면을 야금학적으로 폴리싱하여, 다양한 처리 후의 미세구조 특성을 관찰하고, 주사 전자 현미경(SEM)으로 시험하였다. 기계적으로 시험된 시료의 측면 및 파괴 표면으로부터 POSS 크기 및 분포를 검사하였다. In the following examples, composite solder was prepared by adding POSS to the solder matrix. Two different POSS with different active organic groups were included in eutectic 96.5 wt% tin (Sn) -3.5 wt% silver (Ag). 32 illustrates an experimental set-up 10 for solder joint manufacture. Half-dog-bone type copper strips 13 were joined to prepare a single shear-lap solder joint specimen. The solder joint made of solder paste 12 between the copper strips 13 was about 100 μm thick and about 1 mm × 1 mm solder joint area. These joints were made of an aluminum fixture 16 with an assembly of a copper strip 13 comprising a top glass plate 11 and a bottom glass 14 positioned thereon. The aluminum fixture 16 was placed on a hot plate. Once the temperature measured by the thermocouple wire 15 in the bonding region is about 30-50 ° C. above the melting point of the solder, the aluminum fixture 16 is removed from the hot plate, placed on an aluminum block and cooled. . One joint surface was metallurgically polished to observe microstructural properties after various treatments and tested by scanning electron microscopy (SEM). POSS size and distribution were examined from the sides and fracture surfaces of the mechanically tested samples.

나노복합 땜납으로 만든 단일 전단-랩 땜납 조인트의 기계적 시험은, 미세한 우수하게 분포된 POSS 강화재를 보여주었고, 매우 민감한 열기계 분석기를 사용하여 시험하였다. 이들 시험의 주목적은, 전단 강도가 증진된 POSS 강화재를 확인하고자 하는 것이었다. 전단 연성(shear ductility)은 치수 안정성을 위해 감소되어야 하는 파라미터이다. 이는, 특히 충격(impact) 조건 하에서, 땜납 조인트가 부과된 스트레인을 잘 수용하도록 하기 위해, 증가되어야 한다. 이들 전단 시험된 표본의 파괴 표면은, POSS 미립자의 크기 및 분포를 확인하기 위하여 사용되었다. 변형 파괴 및 이들의 관계를 확인하기 위하여, 땜납 조인트의 폴리싱된 측면을 SEM으로 조사하였다. Mechanical testing of single shear-wrap solder joints made of nanocomposite solder showed fine finely distributed POSS reinforcements and was tested using a highly sensitive thermomechanical analyzer. The primary purpose of these tests was to identify POSS reinforcements with increased shear strength. Shear ductility is a parameter that must be reduced for dimensional stability. This should be increased, in order to make the solder joint well accommodate the strain imposed, especially under impact conditions. The fracture surfaces of these shear tested specimens were used to confirm the size and distribution of the POSS particulates. In order to confirm the strain fracture and their relationship, the polished side of the solder joint was examined by SEM.

금속 매트릭스에 강화재를 강하게 결합시켰다. 이들은 응집되지 않았다. 잘 분포된 100 나노미터 크기의 강화재가 나타났다. 계면에 화합물이 전혀 형성되지 않는 것은 또한, 이들 POSS 분자가 진실로 불활성임을 나타낸다. 이들은 강도를 어느 정도 증가시킨다.The reinforcement was strongly bonded to the metal matrix. They did not aggregate. A well distributed 100 nanometer reinforcement appeared. The absence of any compound at the interface also indicates that these POSS molecules are truly inert. These increase the strength to some extent.

도 1은 사이클로헥살 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 파괴 표면의 평면도이다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다.1 is a plan view of the fracture surface of a solder joint with cyclohexal POSS-triol. Bars represent 5 micrometers.

도 2는 사이클로헥살 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 파괴 표면의 평면도이다. 막대는 10 마이크로미터를 나타낸다.2 is a plan view of the fracture surface of a solder joint with cyclohexal POSS-triol. Bars represent 10 micrometers.

도 3은 사이클로헥살 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 파괴 표면의 측면도이다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다.3 is a side view of the fracture surface of a solder joint with cyclohexal POSS-triol. Bars represent 5 micrometers.

도 4는 사이클로헥살 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 파괴 표면의 측면도이다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.4 is a side view of the fracture surface of a solder joint with cyclohexal POSS-triol. Bars represent 2 micrometers.

도 5는 사이클로헥살 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 파괴 표면의 측면도이다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.5 is a side view of the fracture surface of a solder joint with cyclohexal POSS-triol. Bars represent 2 micrometers.

도 6은 사이클로헥살 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 고도 확대도이다. 막대는 1 마이크로미터를 나타낸다.6 is an enlarged elevation view of a polished surface of a solder joint with cyclohexal POSS-triol. Bars represent 1 micrometer.

도 7은 사이클로헥살 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 SE 이미지이다. SE 이미지 및 BE 이미지는 동일 면적에서 선명한 Ag3Sn 입자를 보여준다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.7 is an SE image of a polished surface of a solder joint with cyclohexal POSS-triol. The SE and BE images show clear Ag 3 Sn particles in the same area. Bars represent 2 micrometers.

도 8은 사이클로헥살 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 BE 이미지이다. SE 이미지 및 BE 이미지는 동일 면적에서 선명한 Ag3Sn 입자를 보여준다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.8 is a BE image of the polished surface of a solder joint with cyclohexal POSS-triol. The SE and BE images show clear Ag 3 Sn particles in the same area. Bars represent 2 micrometers.

도 9는 페닐 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 파괴 표면의 평면도이다. 막대는 10 마이크로미터를 나타낸다.9 is a plan view of the fracture surface of a solder joint with phenyl POSS-triol. Bars represent 10 micrometers.

도 10은 페닐 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 파괴 표면의 측면도이다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다.10 is a side view of the fracture surface of a solder joint with phenyl POSS-triol. Bars represent 5 micrometers.

도 11은 페닐 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 파괴 표면의 측면도이다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.11 is a side view of the fracture surface of a solder joint with phenyl POSS-triol. Bars represent 2 micrometers.

도 12는 페닐 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 폴리싱된 표면이다. 막대는 20 마이크로미터를 나타낸다.12 is a polished surface of a solder joint with phenyl POSS-triol. Bars represent 20 micrometers.

도 13은 선명한 Ag3Sn 입자를 보여주는, 페닐 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 SE 이미지이다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.FIG. 13 is an SE image of a polished surface of a solder joint with phenyl POSS-triol showing sharp Ag 3 Sn particles. Bars represent 2 micrometers.

도 14는 선명한 Ag3Sn 입자를 보여주는, 페닐 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인 트의 폴리싱된 표면의 BE 이미지이다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.FIG. 14 is a BE image of the polished surface of a solder joint with phenyl POSS-triol showing sharp Ag 3 Sn particles. Bars represent 2 micrometers.

도 15는 페닐 POSS-트리올을 갖는 땜납 조인트의 폴리싱된 표면이다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다.15 is a polished surface of a solder joint with phenyl POSS-triol. Bars represent 5 micrometers.

도 16은 페닐 POSS-트리올의 구조를 나타낸다.16 shows the structure of phenyl POSS-triol.

도 17은 사이클로헥살 POSS-트리올의 구조를 나타낸다.17 shows the structure of cyclohexal POSS-triol.

도 18은 땜납한 부품의 스케치를 나타낸다.18 shows a sketch of a soldered part.

도 19는 공융 Sn-Ag의 미세구조를 나타낸다. 막대는 10 마이크로미터이다.19 shows the microstructure of eutectic Sn-Ag. The rod is 10 micrometers.

도 20은 공융 Sn-Ag 및 복합체의 전단 강도를 나타낸다.20 shows the shear strength of eutectic Sn-Ag and composites.

도 21은 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 파괴 표면을 저배율로 나타낸다. 막대는 10 마이크로미터를 나타낸다.FIG. 21 shows at low magnification the fracture surface of a cyclohexal POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 10 micrometers.

도 22는 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 파괴 표면을 고배율로 나타낸다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.FIG. 22 shows at high magnification the fracture surface of a cyclohexal POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 2 micrometers.

도 23은 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 SE 이미지를 나타낸다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다.FIG. 23 shows an SE image of the polished surface of a cyclohexal POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 5 micrometers.

도 24는 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 BE 이미지를 나타낸다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다.24 shows a BE image of the polished surface of a cyclohexal POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 5 micrometers.

도 25는 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면을 고배율로 나타낸다. 막대는 1 마이크로미터를 나타낸다.FIG. 25 shows at high magnification the polished surface of a cyclohexal POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 1 micrometer.

도 26은 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 파괴 표면을 저배율로 나타낸다. 막대는 10 마이크로미터를 나타낸다.FIG. 26 shows at low magnification the fracture surface of a phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 10 micrometers.

도 27은 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 파괴 표면을 고배율로 나타낸다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다.27 shows, at high magnification, the fracture surface of a phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 2 micrometers.

도 28은 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 SE 이미지를 나타낸다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다.28 shows an SE image of the polished surface of a phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 5 micrometers.

도 29은 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 BE 이미지를 나타낸다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다.29 shows a BE image of the polished surface of a phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 5 micrometers.

도 30은 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면을 고배율로 나타낸다. 막대는 1 마이크로미터를 나타낸다.30 shows at high magnification the polished surface of a phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 1 micrometer.

도 31은 공융 Sn-Ag 및 복합물의 단순 전단 강도를 나타낸다.31 shows simple shear strength of eutectic Sn-Ag and composites.

도 32는 땜납 조인트 제조를 위한 실험적인 배치를 나타낸다. 구리 스트립, 최상부 유리 플레이트, 저부 유리 플레이트, 땜납 페이스트, 써모커플 와이어, 가열된 알루미늄 고정물.32 shows an experimental arrangement for solder joint manufacture. Copper strip, top glass plate, bottom glass plate, solder paste, thermocouple wire, heated aluminum fixture.

도 33은 실리콘 칩 및 기판 사이의 땜납 조인트를 나타낸다.33 shows a solder joint between a silicon chip and a substrate.

도 34는 복합 땜납을 사용한 마이크로칩 결합을 나타낸다.34 shows a microchip bond using composite solder.

도 35a 내지 35h는 다양한 POSS 함유 복합 땜납 조인트의 초기 미세구조의 SEM 이미지를 나타낸다. 35A-35H show SEM images of initial microstructures of various POSS containing composite solder joints.

도 36은 단일 전단 랩 땜납 조인트를 도시한다. 36 shows a single shear wrap solder joint.

도 37은, 0.01s-1의 스트레인 속도로 실온에서 전단 시험된 공융 Sn-Ag 및 다양한 복합 땜납 조인트의 전단 강도를 보여주는 그래프이다. FIG. 37 is a graph showing the shear strength of eutectic Sn-Ag and various composite solder joints shear tested at room temperature with a strain rate of 0.01 s −1 .

도 38은, 0.01s-1의 스트레인 속도로 85℃에서 전단 시험된 공융 Sn-Ag 및 다양한 복합 땜납 조인트의 전단 강도를 보여주는 그래프이다. 38 is a graph showing the shear strength of eutectic Sn-Ag and various composite solder joints shear tested at 85 ° C. with a strain rate of 0.01 s −1 .

도 39는, 0.01s-1의 스트레인 속도로 150℃에서 전단 시험된 공융 Sn-Ag 및 다양한 복합 땜납 조인트의 전단 강도를 보여주는 그래프이다. 39 is a graph showing the shear strength of eutectic Sn-Ag and various composite solder joints shear tested at 150 ° C. with a strain rate of 0.01 s −1 .

도 40은 0.001/s의 스트레인 속도로 실온에서 전단 시험된 공융 Sn-Ag 및 다양한 복합 땜납 조인트의 전단 강도를 보여주는 그래프이다. 40 is a graph showing the shear strength of eutectic Sn-Ag and various composite solder joints shear tested at room temperature at a strain rate of 0.001 / s.

도 41a 및 41b는, 공융 Sn-Ag 땜납 조인트(41a) 및 POSS 포함 복합 땜납 조인트(41b)의 전단 변형 행동을 보여주는 그래프이다.41A and 41B are graphs showing shear deformation behavior of the eutectic Sn-Ag solder joint 41a and the POSS-containing composite solder joint 41b.

도 42a 및 42b는 전단 파손된 표본의 SEM 이미지이다: 42a는 공융 Sn-Ag 땜납 조인트이고, 42b는 POSS 함유 복합 땜납 조인트이다.42A and 42B are SEM images of shear broken specimens: 42a is a eutectic Sn-Ag solder joint and 42b is a POSS containing composite solder joint.

도 43은 TMF에 대한 온도-시간 프로파일을 보여주는 그래프이다. 43 is a graph showing the temperature-time profile for TMF.

도 44a 내지 44d는 0, 250, 500 및 1000 사이클의 TMF 후의 공융 Sn-Ag 땜납 조인트의 SEM 이미지이다.44A-44D are SEM images of eutectic Sn-Ag solder joints after 0, 250, 500, and 1000 cycles of TMF.

도 45a 내지 45d는 0, 250, 500 및 1000 사이클의 TMF 후의 2 wt%의 POSS 함유 땜납 조인트의 SEM 이미지이다.45A-45D are SEM images of 2 wt% POSS containing solder joints after 0, 250, 500 and 1000 cycles of TMF.

도 46a 내지 46d는 0, 250, 500 및 1000 사이클의 TMF 후의 3 wt%의 POSS 함유 땜납 조인트의 SEM 이미지이다.46A-46D are SEM images of 3 wt% POSS containing solder joints after 0, 250, 500 and 1000 cycles of TMF.

도 47a 내지 47c는 1000 TMF 사이클 후의 공융 Sn-Ag 계 땜납 조인트의 SEM 이미지이다.47A-47C are SEM images of eutectic Sn-Ag based solder joints after 1000 TMF cycles.

도 48은 TMF 이후의 공융 Sn-Ag 및 POSS(사이클로헥센일-트리올) 함유 땜납 포인트의 잔류 전단 강도를 보여주는 그래프이다.FIG. 48 is a graph showing residual shear strength of eutectic Sn-Ag and POSS (cyclohexenyl-triol) containing solder points after TMF.

도 49a 내지 49c는 고온에서 적용된 전단력으로 인한 그레인 경계 미끄러짐의 개략적 설명이다. 49a: 두 인접한 그레인 간에 그레인 경계 미끄러짐은 장애물이 없다. 49b: 그레인은 그레인 경계 미끄러짐 동안 그레인 경계 상에서 금속간 입자가 존재하여 격자 변형된다. 49c: 그레인 경계 삼중점의 미끄러짐은 격자 변형의 위치를 보여준다. 주: 장애물은 미끄러짐에 대한 저항을 증가시켜, 소성 변형을 증가시킨다.49A-49C are schematic illustrations of grain boundary slip due to shear forces applied at high temperatures. 49a: Grain boundary slip between two adjacent grains is unobstructed. 49b: Grain deforms lattice due to the presence of intermetallic particles on the grain boundary during grain boundary sliding. 49c: The slip of the grain boundary triple point shows the location of the lattice deformation. Note: Obstacles increase the resistance to slip, increasing plastic deformation.

도 50은 POSS가 있고 없는 Sn-Ag 공융 땜납에 대한 실온에서의 크리프(creep)를 보여주는 그래프이다.50 is a graph showing creep at room temperature for Sn-Ag eutectic solder with and without POSS.

실시예1Example 1

땜납 조인트는 멀티코어 솔더 인코포레이션, 물품 번호 NC63으로 공급되는 96.5 중량% 주석(Sn)- 3.5 중량% 은(Ag)의 공융 혼합물로 혼입된 사이클로헥살 POSS-트리올을 포함하여 구성되었다(멀티코어 솔더는 현재 헨켈의 일부이다). 사이클로헥살 POSS-트리올은 식 (C6H11)7Si7O9(OH)3 및 구조:The solder joints consisted of cyclohexal POSS-triol incorporated into a eutectic mixture of 96.5 wt% tin (Sn)-3.5 wt% silver (Ag) supplied as multicore solder incorporation, item number NC63 (multicore Solder is now part of Henkel). Cyclohexal POSS-triol is formula (C 6 H 11 ) 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and structure:

Figure 112006008601588-PCT00008
Figure 112006008601588-PCT00008

(단, 상기식에서 Cy는 사이클로헥살 잔기이다)이다. Wherein Cy is a cyclohexyl moiety.

땜납 조인트를 파괴시켜, 그 표면을 전자스캔분광기로 분석하였다. 사이크로헥살 POSS-트리올과 땜납 조인트 파괴 표면의 5 및 10 미크론 치수 평면도가 도1 및 2에 각각 도시되었다. 입자들이 표시되었다. 사이크로헥살 POSS-트리올과 땜납 조인트 파괴 표면의 5 미크론 치수 측면도가 도3에 도시되었고, 두 개의 표면 미크론 확대도가 도4 및 5에 도시되었다. 전단 밴드(shear band)가 도3에 표시되었다. 사이크로헥살 POSS-트리올과 땜납 조인트의 1 미크론 치수 폴리싱된 표면이 도6에 도시되었다. 도7 및 8은 사이크로헥살 POSS-트리올과 땜납 조인트의 폴리싱된 표면에서 동일 영역의 전자스캔(SE) 및 후면전자스캐터링(BE) 이미지를 보여준다. 선명한 Ag3Sn 입자가 표시되었다. 도20에는 공융 Sn-Ag 및 사이크로헥살 POSS-트리올 복합체의 단순 전단 강도(simple shear strength)가 도시되었다.The solder joint was broken and the surface was analyzed with an electron scan spectrometer. 5 and 10 micron dimensional top views of the cyclohexal POSS-triol and solder joint fracture surfaces are shown in FIGS. 1 and 2, respectively. Particles are shown. A 5 micron dimensional side view of the cyclohexal POSS-triol and solder joint fracture surface is shown in FIG. 3 and two surface micron enlarged views are shown in FIGS. 4 and 5. Shear bands are shown in FIG. 3. The micron dimensional polished surface of the cyclohexal POSS-triol and solder joint is shown in FIG. 7 and 8 show electron scan (SE) and backside electron scattering (BE) images of the same area on the polished surface of the cyclohexal POSS-triol and solder joint. Clear Ag 3 Sn particles are shown. 20 shows the simple shear strength of eutectic Sn-Ag and cyclohexyl POSS-triol composites.

실시예2Example 2

땜납 조인트는 멀티코어 솔더 인코포레이션, 물품 번호 NC63으로 공급되는 96.5 중량% 주석(Sn) - 3.5 중량% 은(Ag)의 공융 혼합물로 혼입된 페닐 POSS-트리올을 포함하여 구성되었다(멀티코어 솔더는 현재 헨켈의 일부이다). 페닐 POSS-트리올은 식 (C6H5)7Si7O9(OH)3 및 구조:The solder joints consisted of phenyl POSS-triol incorporated into a eutectic mixture of 96.5 wt% tin (Sn)-3.5 wt% silver (Ag) supplied as multicore solder incorporation, item number NC63 (multicore solder Is currently part of Henkel). Phenyl POSS-triol has the formula (C 6 H 5 ) 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and the structure:

Figure 112006008601588-PCT00009
Figure 112006008601588-PCT00009

(단, 상기식에서 Ph는 페닐 잔기이다)이다. Wherein Ph is a phenyl moiety.

땜납 조인트를 파괴시켜, 그 표면을 전자스캔분광기로 분석하였다. 페닐 헥살 POSS-트리올과 땜납 조인트 파괴 표면의 10 미크론 치수 평면도가 도9에 도시되었다. 페닐 POSS-트리올과 땜납 조인트 파괴 표면의 5 미크론 치수 측면도가 도10에 도시되었고, 도11은 페닐 헥살 POSS-트리올과 땜납 조인트의 2 미크론 치수 측면 파괴 표면을 보여준다. 페닐 POSS-트리올과 땜납 조인트의 20 미크론 치수 폴리싱된 표면이 도12에 도시되었다. 도13 및 14는 페닐 POSS-트리올과 땜납 조인트의 폴리싱된 표면에서 동일 영역의 SE 및 BE 이미지를 보여준다. 선명한 Ag3Sn 입자가 표시되었다. 도20에는 공융 Sn-Ag 및 페닐 POSS-트리올 복합체의 단순 전단 강도가 도시되었다.The solder joint was broken and the surface was analyzed with an electron scan spectrometer. A 10 micron dimensional plan view of the phenyl hexal POSS-triol and solder joint fracture surface is shown in FIG. A 5 micron dimensional side view of the phenyl POSS-triol and solder joint fracture surface is shown in FIG. 10, and FIG. The 20 micron dimension polished surface of the phenyl POSS-triol and solder joint is shown in FIG. 13 and 14 show the SE and BE images of the same area on the polished surface of the phenyl POSS-triol and solder joint. Clear Ag 3 Sn particles are shown. 20 shows the simple shear strength of eutectic Sn-Ag and phenyl POSS-triol composites.

실시예3Example 3

다른 땜납 공급원(Kester; 물품번호 R520A)로부터의 Sn-Ag 공융 혼합물을 사용하여 실험을 반복하였다. 복합 땜납은 Kester 공융 Sn-3.5Ag 땜납, 물품번호 R520A를 사용하여 제조되었다. 0.2765g의 POSS-사이클로헥실트리올이 5.1674g의 땜납에 첨가되었고, 그에 따라 공융 Sn-3.5Ag으로 혼합된 5.07 중량% 입자가 생성되 었다(표1 참조). 공융 Sn-3.5Ag으로 혼합된 미립자의 어림잡은 부피%는 20 부피%이다.The experiment was repeated using Sn-Ag eutectic mixtures from another solder source (Kester; Article No. R520A). Composite solder was made using Kester eutectic Sn-3.5Ag solder, article number R520A. 0.2765 g of POSS-cyclohexyltriol was added to 5.1674 g of solder, resulting in 5.07 wt% particles mixed with eutectic Sn-3.5Ag (see Table 1). The estimated volume percentage of the microparticles mixed with eutectic Sn-3.5Ag is 20% by volume.

표1은 공융 Sn-3.5Ag와 기계적으로 직조된 복합 땜납이다.Table 1 shows a composite solder mechanically woven with eutectic Sn-3.5Ag.

땜납(Kester)Solder POSSPOSS POSS 페닐트리올POSS Phenyltriol 5.0639g5.0639 g 0.2745g0.2745 g POSS 사이클로헥실트리올POSS cyclohexyltriol 5.1674g5.1674 g 0.2765g0.2765 g

복합 땜납에서의 사용되는 중량Weight Used in Composite Solders

공융 Sn-3.5Ag으로 혼합된 미립자의 중량%Weight% of fine particles mixed with eutectic Sn-3.5Ag

1. POSS-페닐트리올(Tr-POSS): 5.14%POSS-phenyltriol (Tr-POSS): 5.14%

2. POSS-사이클로헥실트리올(Cy-POSS): 5.07%2. POSS-cyclohexyltriol (Cy-POSS): 5.07%

공융 Sn-3.5Ag으로 혼합된 미립자의 부피%Volume% of fine particles mixed with eutectic Sn-3.5Ag

각 복합 땜납에 대해 약 20부피%의 미립자About 20% by volume particulates for each composite solder

사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 저배율에서의 파괴 표면이 도21에 도시되었다. 막대는 10 마이크로미터를 나타낸다. 도22는 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 고배율에서의 파괴 표면을 보여준다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다. 도23은 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 SE이미지를 보여준다. 막대는 5 미크론미터를 나타낸다. 도24는 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 BE이미지를 보여준다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다. 도25는 고배율에서의 사이클로헥살 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면을 보여준다. 막대는 1 마이크로미터를 나타낸다. 도31은 공융 Sn-Ag 및 사이클로헥살 POSS-트리올 복합체의 단순 전단 강도를 보여준다. The fracture surface at low magnification of the cyclohexal POSS-triol / Sn-Ag solder joint is shown in FIG. Bars represent 10 micrometers. Figure 22 shows the fracture surface at high magnification of cyclohexyl POSS-triol / Sn-Ag solder joints. Bars represent 2 micrometers. Figure 23 shows an SE image of the polished surface of a cyclohexal POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 5 microns. Figure 24 shows a BE image of the polished surface of a cyclohexal POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 5 micrometers. Figure 25 shows the polished surface of cyclohexyl POSS-triol / Sn-Ag solder joints at high magnification. Bars represent 1 micrometer. Figure 31 shows the simple shear strength of eutectic Sn-Ag and cyclohexal POSS-triol composites.

실시예4Example 4

Kester 공융 Sn-3.5Ag 땜납, 물품번호 R20A를 사용하여 POSS-페닐트리올 복합 땜납을 제조하였다. 0.2745g의 POSS-페닐트리올이 5.0639g의 땜납에 첨가되었고, 그에 따라 공융 Sn-3.5Ag으로 혼합된 5.14 중량% 입자가 생성되었다(표1 참조) 공융 Sn-3.5Ag으로 혼합된 미립자의 어림잡은 부피%는 20부피%이다.POSS-phenyltriol composite solder was prepared using Kester eutectic Sn-3.5Ag solder, article number R20A. 0.2745 g of POSS-phenyltriol was added to 5.0639 g of solder, resulting in 5.14 wt% particles mixed with eutectic Sn-3.5Ag (see Table 1). The volume taken is 20% by volume.

페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 저배율에서의 파괴 표면이 도26에 도시되었다. 막대는 10 마이크로미터를 나타낸다. 도27은 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 고배율에서의 파괴 표면을 보여준다. 막대는 2 마이크로미터를 나타낸다. The fracture surface at low magnification of the phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joint is shown in FIG. Bars represent 10 micrometers. Figure 27 shows the fracture surface at high magnification of phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joints. Bars represent 2 micrometers.

도28은 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 SE이미지를 보여준다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다. 도29는 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면의 BE이미지를 보여준다. 막대는 5 마이크로미터를 나타낸다. 도30은 고배율에서의 페닐 POSS-트리올/Sn-Ag 땜납 조인트의 폴리싱된 표면을 보여준다. 막대는 1 마이크로미터를 나타낸다. 도31은 공융 Sn-Ag 및 페닐 POSS-트리올 복합체의 단순 전단 강도를 보여준다. Figure 28 shows an SE image of the polished surface of a phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 5 micrometers. 29 shows a BE image of the polished surface of a phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joint. Bars represent 5 micrometers. 30 shows the polished surface of phenyl POSS-triol / Sn-Ag solder joints at high magnification. Bars represent 1 micrometer. Figure 31 shows the simple shear strength of eutectic Sn-Ag and phenyl POSS-triol composites.

Figure 112006008601588-PCT00010
Figure 112006008601588-PCT00010

실시예5Example 5

하기의 실시예는 POSS 분자의 다른 양 및 화학적 잔기를 포함하는 공융 Sn-Ag 땜납 조인트의 전단 강도를 보여준다. The examples below show the shear strength of eutectic Sn-Ag solder joints containing different amounts and chemical moieties of POSS molecules.

복합 땜납을 제조하는 POSS 입자의 실시예Examples of POSS Particles Producing Composite Solders

실시예5 사이클로헥센일-트리올 (2중량%)Example 5 cyclohexenyl-triol (2% by weight)

실시예6 사이클로헥센일-트리올 (3중량%)Example 6 cyclohexenyl-triol (3% by weight)

실시예7 에틸-트리올 (3중량%)Example 7 ethyl-triol (3% by weight)

실시예8 페닐-트리올 (2중량%)Example 8 phenyl-triol (2% by weight)

실시예9 페닐-트리올 (3중량%)Example 9 phenyl-triol (3% by weight)

실시예10 및 11 사이클로헥실-디올(2중량% 및 3중량%) Examples 10 and 11 cyclohexyl-diol (2% and 3% by weight)

Figure 112006008601588-PCT00011
Figure 112006008601588-PCT00011

(단, 상기식에서 R은 사이클로헥실이다)(Wherein R is cyclohexyl)

I. 초기 미세구조I. Initial Microstructure

일반적으로 복합 땜납 조인트를 포함하는 POSS는 POSS 입자의 형태에 상관없이 땜납 매트릭스에 균일하게 분산되어 있는 매우 미세한 크기의 입자를 보여준다(도35a 내지 35h 참조). In general, a POSS comprising a composite solder joint shows very finely sized particles uniformly dispersed in the solder matrix, regardless of the shape of the POSS particles (see FIGS. 35A-35H).

II. 스트레인 속도 0.01s-1 및 상온(22℃)에서의 단일-전단 랩(lap) 시험II. Single-shear lap test at strain rate 0.01 s −1 and room temperature (22 ° C.)

단일-전단 랩 땜납 조인트가 상술한 표준 방법을 사용하여 직조되었고, 도36에 나타내었다.  Single-shear wrap solder joints were woven using the standard method described above and are shown in FIG. 36.

표3은 일정 스트레인 속도 0.01s-1 및 상온에서 땜납 조인트를 포함하는 다양한 POSS의 전단 강도를 보여준다.Table 3 shows the shear strengths of various POSS including solder joints at constant strain rate 0.01 s −1 and at room temperature.

(주: 땜납 조인트를 포함하는 모든 POSS는 단일-전단 랩 땜납 조인트를 형성하기 위하여 공융 Sn-Ag 땜납 페이스트를 사용하였다) (Note: All POSS, including solder joints, used eutectic Sn-Ag solder paste to form single-shear wrap solder joints.)

사용된 POSS의 형태Type of POSS used 전단 강도(MPa)Shear strength (MPa) 종래기술Prior art POSS 아님(공융 Sn-Ag)Not POSS (eutectic Sn-Ag) 42 442 4 실시예5Example 5 2중량% 사이클로헥센일트리올2% by weight cyclohexenyltriol 58 558 5 실시예6Example 6 3중량% 사이클로헥센일트리올3% by weight cyclohexenyltriol 60 260 2 실시예8Example 8 2중량% 페닐트리올2 wt% phenyltriol 60 360 3 실시예9Example 9 3중량% 페닐트리올3 wt% phenyltriol 61 461 4 실시예7Example 7 3중량% 에틸트리올3 wt% ethyltriol 60 260 2 실시예10Example 10 2중량% 사이클로헥실디올2 wt% cyclohexyldiol 64 364 3 실시예11Example 11 3중량% 사이클로헥실디올3% by weight cyclohexyldiol 62 462 4

도37은 그래프 형태의 결과를 보여준다.37 shows the results in graphical form.

III. 스트레인 속도 0.01s-1 및 85℃에서의 전단 시험 III. Shear test at strain rate 0.01s -1 and 85 ° C

표4는 일정 스트레인 속도 0.01s-1 및 85℃에서 땜납 조인트를 포함하는 다양한 POSS의 전단 강도를 보여준다.Table 4 shows the shear strengths of various POSS with solder joints at constant strain rates of 0.01 s −1 and 85 ° C.

사용된 POSS의 형태Type of POSS used 전단 강도(MPa)Shear strength (MPa) 종래기술Prior art POSS 아님(공융 Sn-Ag)Not POSS (eutectic Sn-Ag) 2828 실시예5Example 5 2중량% 사이클로헥센일트리올2% by weight cyclohexenyltriol 35 235 2 실시예8Example 8 3중량% 페닐트리올3 wt% phenyltriol 34 434 4 실시예7Example 7 3중량% 에틸트리올3 wt% ethyltriol 36 436 4 실시예10Example 10 2중량% 사이클로헥실디올2 wt% cyclohexyldiol 32 332 3

도38은 그래프 형태의 결과를 보여준다.38 shows the results in graphical form.

IV. 스트레인 속도 0.01s-1 및 150℃에서의 전단 시험 IV. Shear test at strain rate 0.01 s -1 and 150 ° C

표5는 일정 스트레인 속도 0.01s-1 및 150℃에서 땜납 조인트를 포함하는 다양한 POSS의 전단 강도를 보여준다.Table 5 shows the shear strengths of various POSS including solder joints at constant strain rates of 0.01 s −1 and 150 ° C.

사용된 POSS의 형태Type of POSS used 전단 강도(MPa)Shear strength (MPa) 종래기술Prior art POSS 아님(공융 Sn-Ag)Not POSS (eutectic Sn-Ag) 2222 실시예6Example 6 3중량% 사이클로헥센일트리올3% by weight cyclohexenyltriol 28 428 4 실시예9Example 9 3중량% 페닐트리올3 wt% phenyltriol 25 125 1 실시예8Example 8 3중량% 에틸트리올3 wt% ethyltriol 26 226 2 실시예11Example 11 3중량% 사이클로헥실디올3% by weight cyclohexyldiol 25 225 2

도39는 그래프 형태의 결과를 보여준다.39 shows the results in graphical form.

V. 스트레인 속도 0.001s-1 및 상온(22℃)에서의 전단 시험 V. Shear Test at Strain Rate 0.001s -1 and Room Temperature (22 ° C)

표6은 일정 스트레인 속도 0.001s-1 및 상온에서 땜납 조인트를 포함하는 다양한 POSS의 전단 강도를 보여준다.Table 6 shows the shear strengths of various POSS including solder joints at constant strain rate of 0.001 s −1 and at room temperature.

사용된 POSS의 형태Type of POSS used 전단 강도(MPa)Shear strength (MPa) 종래기술Prior art POSS 아님(공융 Sn-Ag)Not POSS (eutectic Sn-Ag) 4242 실시예6Example 6 3중량% 사이클로헥센일트리올3% by weight cyclohexenyltriol 51 251 2 실시예8Example 8 2중량% 페닐트리올2 wt% phenyltriol 50 350 3 실시예7Example 7 3중량% 에틸트리올3 wt% ethyltriol 52 152 1

도40은 그래프 형태의 결과를 보여준다.40 shows the results in graphical form.

사용된 POSS의 양 및 형태에 상관없이 공융 Sn-Ag 땜납 조인트를 포함하는 POSS는 다른 온도 및 스트레인 속도에서 비보강된 공융 Sn-Ag 땜납 조인트에 비해 향상된 전단 강도를 나타내었다. Regardless of the amount and type of POSS used, POSS including eutectic Sn-Ag solder joints showed improved shear strength over unreinforced eutectic Sn-Ag solder joints at different temperatures and strain rates.

도41a 및 41b 및 도42a 및 42b에서 보여지는 것과 같이 공융 Sn-Ag 땜납 조인트를 포함하는 POSS로 만들어진 조인트의 파괴 구조는 균일한 변형을 보이는 반면, 비보강된 조인트는 국부적 변형을 보여준다.The fracture structures of the joints made of POSS including eutectic Sn—Ag solder joints as shown in FIGS. 41A and 41B and 42A and 42B show uniform deformation, while unreinforced joints show local deformation.

열-기계적 피로(TMF)에의 노출에 따른 공융 Sn-Ag 및 땜납 조인트를 포함하는 POSS의 비교Comparison of POSS with Eutectic Sn-Ag and Solder Joints Following Exposure to Thermo-mechanical Fatigue (TMF)

땜납 조인트는 다양한 환경에서 사용된다. 본 평가의 일부로서, 땜납 조인트는 도43에 보여지는 바와 같이 실제의 열적 사이클 조건에 노출되었다. SEM를 사용하여 다른 노출 시간에서 표면 손상이 관찰되었다. 1000의 열적 사이클에의 노출 후, 조인트가 잔여 강도를 평가하기 위해 규격화된 전단 조건에서 시험되었다. TMF 시험을 위해, 두개의 다른 중량비의 사이클로헥실-POSS 트리올을 포함하는 공융 Sn-Ag 땜납이 사용되었다. 조인트 형태가 도36에 도시되었다. 땜납 조인트의 기하학적 구조는 개뼈(dog-bone) 형태의 단일 전단 랩 땜납 조인트가었다.Solder joints are used in a variety of environments. As part of this evaluation, the solder joints were exposed to actual thermal cycle conditions as shown in FIG. Surface damage was observed at different exposure times using SEM. After exposure to 1000 thermal cycles, the joints were tested at normalized shear conditions to assess residual strength. For TMF testing, eutectic Sn-Ag solder was used comprising two different weight ratios of cyclohexyl-POSS triols. The joint form is shown in FIG. The geometry of the solder joint was a single shear wrap solder joint in the form of a dog-bone.

I. 표면 손상 축적I. Accumulation of Surface Damage

도44a 내지 44d에 도시된 바와 같이, 표면 손상의 주목할 만한 진행이 TMF 사이클수의 증가와 함께 공융 Sn-Ag 땜납 조인트에서 관찰되었다. As shown in Figures 44A-44D, notable progression of surface damage was observed in eutectic Sn-Ag solder joints with an increase in the number of TMF cycles.

도 45a 내지 45d 및 46a 내지 46d에 보여지는 바와 같이, POSS 입자를 포함하는 땜납 조인트 복합체는 1000 TMF 사이클 후에도 훨씬 적은 표면 손상을 보였다.As shown in FIGS. 45A-45D and 46A-46D, the solder joint composites comprising POSS particles showed much less surface damage even after 1000 TMF cycles.

최대 1000 TMF사이클 후, 공융 Sn-Ag 땜납 조인트는 도 47a에 표시된 바와 같이 조인트 영역의 금속간 화합물(IMC) 층 근방에서 매우 국부적인 표면 손상을 보였다. 공융 Sn-Ag 땜납 조인트에서 관찰되는 표면 손상(도47b 및 47c)은 Cu 기판과 땜납간의 열팽창계수(CTE)의 부조화에 기인한다. Sn(주석)이 매우 이방성 물질(체중심 사각형)이므로 주석의 이방성 역시 공융 Sn-Ag 땜납 조인트 표면에서의 손상의 형성에 있어 중요한 역할을 한다. After up to 1000 TMF cycles, the eutectic Sn-Ag solder joints showed very local surface damage in the vicinity of the intermetallic compound (IMC) layer in the joint region as indicated in FIG. 47A. Surface damage observed in eutectic Sn-Ag solder joints (FIGS. 47B and 47C) is due to mismatches in the coefficient of thermal expansion (CTE) between the Cu substrate and the solder. Since Sn (tin) is a very anisotropic material (body centered square), the anisotropy of tin also plays an important role in the formation of damage on eutectic Sn-Ag solder joint surfaces.

그러나, POSS 입자를 포함하는 땜납 조인트 복합체에서 표면 손상은 공융 Sn-Ag 땜납 조인트에서의 손상 축적과 비교할 때 훨씬 적었고, 도47a 및 47b에 보여지는 바와 같이 그 변형은 땜납 조인트 영역을 통하여 훨씬 더 균일했다. However, surface damage in solder joint composites containing POSS particles was much less compared to the accumulation of damage in eutectic Sn—Ag solder joints, and as shown in FIGS. 47A and 47B, the deformation is much more uniform throughout the solder joint area. did.

II. 잔여 강도II. Residual strength

초기에 POSS는 땜납 조인트의 강도를 향상시킨다(표7 및 도48 참조).Initially, POSS improves the strength of the solder joints (see Table 7 and Figure 48).

표7은 TMF 후 땜납 조인트를 포함하는 POSS(사이클로헥센일-트리올)의 잔여 전단 강도를 보여준다. (일정 스트레인 속도 0.01s-1 및 상온에서 시험 됨)Table 7 shows the residual shear strength of POSS (cyclohexenyl-triol) with solder joints after TMF. (Tested at constant strain rate 0.01s -1 and room temperature)

TMF 사이클 #TMF Cycle # 공융 Sn-Ag의 전단 강도(Mpa)Shear Strength (Mpa) of Eutectic Sn-Ag 2중량% POSS의 전단 강도(MPa)Shear strength (MPa) of 2% by weight POSS 3중량% POSS의 전단 강도(MPa)Shear Strength (MPa) of 3% by weight POSS 00 4040 5858 6060 250250 3232 4848 4949 500500 2929 4545 4848 10001000 2626 4646 4343

관찰된 향상된 전단 강도 및 서비스 성능은 나노-입자의 사용에 의한 그레인 경계 미끄러짐(sliding)의 고정(pinning)과 관계있는 것으로 여겨진다. 나노-보강의 크기가 땜납 조인트의 작업 수명을 통하여 불변인채로 남아있을 수 있도록 여기서 사용된 나노-입자가 불활성이어야 한다는 지적이 중요하다. 그것이 도49a, 49b 및 49c에 보여진다.The improved shear strength and service performance observed are believed to be related to the pinning of grain boundary sliding by the use of nano-particles. It is important to point out that the nano-particles used here should be inert so that the size of the nano-reinforcement remains unchanged throughout the working life of the solder joint. It is shown in Figures 49a, 49b and 49c.

III. TMF후 주목할 만한 발견III. Notable findings after TMF

POSS는 땜납 조인트의 강도를 향상시킨다. TMF는 땜납 조인트를 포함하는 POSS에서 최소한의 균일한 표면 손상을 가져오는 반면, 동일한 조건하에 POSS를 포함하지 않는 땜납으로 만들어진 조인트에서는 땜납/기판 계면 근방에서의 주목할만한 국부적 손상이 발생한다. POSS improves the strength of solder joints. TMF results in minimal uniform surface damage in POSS containing solder joints, while noticeable local damage occurs near the solder / substrate interface in joints made of solder that do not contain POSS under the same conditions.

1000 TMF 사이클 후에도 잔여 강도의 감소는 POSS 보강(40 내지 50%)을 포함하지 않는 땜납으로 만들어진 조인트에서 특성의 주목할 만한 감소에 비해 땜납을 포함하는 POSS(20% 미만)로 만들어진 조인트에서 최소이다.Even after 1000 TMF cycles, the reduction in residual strength is minimal in joints made of POSS (less than 20%) containing solder as compared to the noticeable reduction in properties in joints made of solder that do not contain POSS reinforcement (40-50%).

TMF후 땜납을 포함하는 POSS로 만들어진 조인트의 잔여 강도는 POSS 보강재를 포함하지 않는 땜납으로 만들어진 것에 비해 훨씬 높다.The residual strength of joints made of POSS with solder after TMF is much higher than that made with solder without POSS reinforcement.

무연 POSS 복합 땜납에서의 발견 요약Summary of Findings in Lead-Free POSS Composite Solders

POSS 보강재는 상업적 땜납 페이스트와 기계적으로 혼합될 수 있다.POSS stiffeners can be mechanically mixed with commercial solder paste.

그것은 어떠한 주목할만한 미크론 크기의 응집없이 땜납 조인트를 통해 균일하게 분산된다. It is evenly distributed through the solder joint without any notable micron size agglomeration.

POSS 보강재는 Sn 그레인 경계에서 존재하는 성향이 있는 조인트에서 나타난다. 그러한 형태는 그레인 경계 미끄러짐, 땜납 조인트의 가공열 피로(TMF) 손상의 원인이 되는 진행을 방지하는데 있어서 매우 중요하다.POSS stiffeners appear in the inclined joints that exist at Sn grain boundaries. Such a form is very important in preventing grain boundary slippage and progression that causes damage to the processing thermal fatigue (TMF) of the solder joint.

POSS의 존재는 미세구조를 안정화시킨다. 150℃에서 1000 TMF 사이클 결과로써 약 2000 시간 후에도 어떠한 주목할만한 미세구조의 변화가 관찰되지 않는다. 어떠한 그레인 성장도 POSS로 보강된 땜납에서 관찰되지 않는다. The presence of POSS stabilizes the microstructure. No noticeable microstructure change was observed after about 2000 hours as a result of 1000 TMF cycles at 150 ° C. No grain growth was observed in the solder reinforced with POSS.

POSS 입자는 TMF조건하에서 매우 안정하다. 그것은 고유의(in-situ) 또는 기계적 수단에 의해 도입된 금속간(IMC) 보강재에서와 같은 어떠한 조잡함도 보이지 않는다. POSS particles are very stable under TMF conditions. It does not show any coarseness as in in-situ or IMC reinforcements introduced by mechanical means.

POSS의 첨가는 공융 Sn-Ag 땜납과 구리 기판간의 젖음각(wetting angle)을 감소시킨다.The addition of POSS reduces the wetting angle between the eutectic Sn—Ag solder and the copper substrate.

2 내지 3 중량%의 POSS 첨가는 상온 연구에서 그 연성에 주목할만한 영향없이 공융 Sn-Ag 땜납의 전단 강도를 약 50%까지 증가시킨다. Addition of 2-3% by weight of POSS increases the shear strength of eutectic Sn—Ag solder by about 50% without noticeable effect on its ductility in room temperature studies.

3중량% 초과의 POSS 첨가는 구리 기판상에 땜납의 젖음성(wettability)을 감소시킨다.Adding more than 3% by weight of POSS reduces the wettability of the solder on the copper substrate.

공융 Sn-Ag 땜납에의 3중량% POSS 첨가는 약 15부피% 보강에 대응한다. POSS 첨가의 증가는 젖음각을 증가시키고 따라서 땜납성을 감소시킨다. 복합체 땜납에 관한 연구는 15 내지 20 부피% 보강재가 특성 및 땜납성을 고려할 때 최적임을 제시한다.The addition of 3% by weight POSS to the eutectic Sn-Ag solder corresponds to about 15% by volume reinforcement. Increasing the POSS addition increases the wetting angle and thus reduces the solderability. Studies on composite solders suggest that 15 to 20% by volume reinforcement is optimal considering properties and solderability.

POSS 보강재는 땜납에 매우 잘 결합하는 나노 크기의 입자이다. 극온에서의 휴지 시간과 함께 -15℃ 내지 150℃ 사이에서의 1000 열적 사이클 후에도 POSS 보강재는 땜납 매트릭스로부터 떨어지지 않는다. 그러한 특성은 POSS 및 땜납간의 매우 강한 결합을 의미한다.POSS stiffeners are nano-sized particles that bind very well to solder. POSS reinforcements do not fall from the solder matrix even after 1000 thermal cycles between -15 ° C. and 150 ° C. with downtime at extreme temperatures. Such a property means a very strong bond between the POSS and the solder.

조인트된 형태에서 SAC (Sn-4Ag-0.5Cu) 땜납 조인트가 공융 Sn-Ag 땜납 조인트보다 강하다 하더라도, 그것은 TMF 조건하에서는 공융 땜납보다 훨씬 빨리 열화된다.Although SAC (Sn-4Ag-0.5Cu) solder joints are stronger than eutectic Sn-Ag solder joints in the jointed form, they degrade much faster than eutectic solders under TMF conditions.

실제 TMF 조건에서 POSS 강화된 공융 Sn-Ag 땜납 조인트의 TMF 작업성은 SAC (Sn-4Ag-0.5Cu) 합급 땜납 조인트보다 훨씬 우수하다. Under actual TMF conditions, the TMF workability of POSS reinforced eutectic Sn-Ag solder joints is much better than that of SAC (Sn-4Ag-0.5Cu) alloy solder joints.

TMF 1000 사이클 후에도 POSS 보강된 땜납 조인트는 주목할만한 표면 손상을 보이지 않는다. 그러한 조건에서 관찰되는 최소의 손상은 땜납 조인트 표면에서 훨씬 균일하게 분배된다. 그러한 조건에서 땜납/기판 IMC 계면 근방의 땜납에서의 심한 국부 손상의 결여는 향상된 TMF 작업성에 매우 중요하다.Even after the TMF 1000 cycles, the POSS reinforced solder joints show no noticeable surface damage. The minimum damage observed under such conditions is much more evenly distributed at the solder joint surface. Under such conditions, the lack of severe local damage in the solder near the solder / substrate IMC interface is critical for improved TMF workability.

땜납에 약하게 결합하는 고유의(in-situ) 복합체 땜납에서 존재하는 보강재와 달리, POSS 보강재는 땜납에 매우 강하게 결합한다.Unlike the stiffeners present in in-situ composite solder that weakly bonds to the solder, POSS stiffeners bind very strongly to the solder.

땜납에 대한 POSS 보강재의 강한 결합, 그 나노 크기, 어떠한 조잡함 또는 조잡성 없는 치수 안정성 및 그레인 경계에서의 그 존재가 여타의 복합체 땜납과 비교할 때 POSS 보강된 땜납 조인트의 향상된 작업성의 주요 원인이 되는 것으로 여겨진다.The strong bonding of the POSS reinforcement to the solder, its nano size, its dimensional stability without any coarseness or coarseness, and its presence at the grain boundaries are the major contributors to the improved workability of POSS reinforced solder joints compared to other composite solders. Is considered.

웨이브(wave) 납땜을 이용하는 적용을 위해 POSS를 땜납에 혼입시키는 수단, 작업이 사용될 수 있다. Means, work incorporating POSS into the solder can be used for applications that use wave soldering.

POSS는 땜납의 전기적 성질을 손상시키지 않는다.POSS does not impair the electrical properties of the solder.

표8은 공융 Sn-Ag 및 조인트를 포함하는 POSS(3중량% 사이클로헥실-트리올)의 전기적 전도성을 보여준다.Table 8 shows the electrical conductivity of POSS (3 wt% cyclohexyl-triol) containing eutectic Sn-Ag and joints.

재료material 전기적 전도성(μΩ.㎝)-1 Electrical Conductivity (μΩ.㎝) -1 공융 Sn-Ag 땜납 조인트Eutectic Sn-Ag Solder Joint ~0.12 (μΩ.㎝)-1 ~ 0.12 (μΩ.㎝) -1 복합 땜납조인트를 포함하는 POSS POSS with Composite Solder Joints ~0.11 (μΩ.㎝)-1 ~ 0.11 (μΩ.cm) -1 벌크 Sn-AgBulk Sn-Ag ~0.13 (μΩ.㎝)-1 ~ 0.13 (μΩ.㎝) -1 순수 벌크 SnPure Bulk Sn ~0.09 (μΩ.㎝)-1 ~ 0.09 (μΩ.㎝) -1

POSS의 존재는 땜납의 전기적 전도성에 거의 영향을 미치지 않는다.The presence of POSS has little effect on the electrical conductivity of the solder.

도50은 공융 Sn-Ag 땜납 조인트(밑줄 다이아몬드)과 비교하여 3중량% POSS를 포함하는 땜납(개방 절개)의 상온에서의 크리프(creep)를 보여주는 그래프이다. POSS는 융점의 0.8에서의 땜납에 의해 상온에서의 크리프 내성을 향상시킴이 분명하다. FIG. 50 is a graph showing creep at room temperature of solder (open cut) comprising 3% by weight POSS compared to eutectic Sn—Ag solder joints (underlined diamond). It is clear that POSS improves creep resistance at room temperature by soldering at a melting point of 0.8.

본 발명이 상술한 예에 기초하여 기재되어 있지만, 발명이 여기에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다. 당업자 및 여기서 가르치는 것에 대한 접근은 부가적인 변형 및 그 범위 내에서의 실시예를 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 후술될 청구항에 의해서만 한정되는 것이다.Although the present invention has been described based on the examples described above, it should not be understood that the invention is limited thereto. Those skilled in the art and approaches to what is taught herein will recognize additional variations and embodiments within the scope. Accordingly, the invention is limited only by the claims that follow.

Claims (84)

(a) 금속 매트릭스; 및(a) a metal matrix; And (b) 입자가 금속 매트릭스 내에 분산되어 있는 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 포함하여 이루어지는 복합 조성물.(b) A composite composition comprising inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles in which the particles are dispersed in the metal matrix. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속이 약 600℃ 이하의 온도에서 용융되는 것을 특징으로 하는 조성물.And the metal melts at a temperature of about 600 ° C. or less. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속이 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein said metal is an alloy of the metal. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속이 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 알루미늄(Al), 인듐(In), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물. The metal is magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd), aluminum (Al), indium (In), thallium (Tl), tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi) and mixtures thereof Compositions selected from the group consisting of. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 입자가 POSS, POS 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.And wherein said particles are selected from the group consisting of POSS, POS and mixtures thereof. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 입자가 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The particles are of the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and have the following structure:
Figure 112006008601588-PCT00012
Figure 112006008601588-PCT00012
(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group) 를 갖는 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 조성물.POSS-triol having a composition, characterized in that.
제 6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 입자가 사이클로헥살 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein said particles are cyclohexal POSS-triol. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 입자가 페닐 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein said particles are phenyl POSS-triols. 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 용융 금속 내에 제공하여, 금속 매트릭스 내에 분산된 입자를 갖는 금속 매트릭스 를 제조하는 것을 포함하여 이루어지는, 복합 조성물의 제조 공정. Providing an inorganic oxide particle having an organic functional group chemically bonded on the surface of the particle in a molten metal to produce a metal matrix having particles dispersed in the metal matrix. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 금속이 약 600℃ 이하의 온도에서 용융되는 것을 특징으로 하는 공정.The metal is melted at a temperature of about 600 ° C. or less. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 금속이 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 공정.And said metal is an alloy of the metal. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 금속이, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 알루미늄(Al), 인듐(In), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정. The metal is magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd), aluminum (Al), indium (In), thallium (Tl), tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi) and its Process selected from the group consisting of mixtures. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 입자가 POSS, POS 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정.And said particles are selected from the group consisting of POSS, POS and mixtures thereof. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 입자가 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The particles are of the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and have the following structure:
Figure 112006008601588-PCT00013
Figure 112006008601588-PCT00013
(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group) 를 갖는 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.POSS-triol having a process.
제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 입자가 사이클로헥살 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.And said particles are cyclohexal POSS-triols. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 입자가 페닐 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said particle is phenyl POSS-triol. (a) 금속 땜납; 및(a) metal solder; And (b) 땜납 내에 분산되어 있는 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 포함하여 이루어지는 복합 조성물.(b) A composite composition comprising inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles dispersed in the solder. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 땜납이 약 250℃ 이하에서 용융되는 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein said solder melts at about 250 ° C. or less. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 땜납이 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein said solder is an alloy of a metal. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 땜납이, 용융되어, 매트릭스 내에 분산되어 있는 입자를 갖는 매트릭스로서 땜납을 형성하는 페이스트인 것을 특징으로 하는 조성물.The composition is a paste, wherein the solder is melted to form solder as a matrix having particles dispersed in the matrix. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 땜납이, 매트릭스로서의 땜납 및 매트릭스 내에 분산되어 있는 입자를 포함하는 땜납의 고형 예비형성물인 것을 특징으로 하는 조성물. Wherein said solder is a solid preform of solder comprising solder as a matrix and particles dispersed in the matrix. 제 17항에 있어서, The method of claim 17, 상기 땜납이 무연인 것을 특징으로 하는 조성물.The solder is lead-free composition, characterized in that. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 입자가 땜납과 화학 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein said particles form chemical bonds with solder. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 입자가 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The particles are of the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and have the following structure:
Figure 112006008601588-PCT00014
Figure 112006008601588-PCT00014
(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group) 를 갖는 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 조성물.POSS-triol having a composition, characterized in that.
제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 입자가 사이클로헥살 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein said particles are cyclohexal POSS-triol. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 입자가 페닐 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 조성물. Wherein said particles are phenyl POSS-triols. 제 17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 금속이 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물. The metal is tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), nickel (Ni), antimony (Sb), palladium ( Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof. 제 27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 금속 매트릭스가 Sn--Ag인 것을 특징으로 하는 조성물.Composition wherein the metal matrix is Sn--Ag. 제 27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 금속 매트릭스가, 공융 96.5 wt% Sn - 3.5 wt% Ag인 것을 특징으로 하는 조성물.The metal matrix is a composition characterized in that the eutectic 96.5 wt% Sn-3.5 wt% Ag. a) 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 미립자 금속 땜납 내에 도입하는 단계; 및a) introducing an inorganic oxide particle into the particulate metal solder having an organic functional group chemically bonded on the surface of the particle; And b) 입자 및 금속 땜납을 기계적으로 혼합하여 페이스트를 제공하는 단계를 포함하여 이루어지는, 땜납 페이스트 조성물의 제조 공정.b) mechanically mixing the particles and the metal solder to provide a paste. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 땜납이 약 250℃ 이하에서 용융되는 것을 특징으로 하는 공정.The solder is melted at about 250 ° C. or less. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 땜납이 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said solder is an alloy of a metal. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 땜납이 무연인 것을 특징으로 하는 공정.And said solder is lead free. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 입자가 땜납과 화학 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said particles form chemical bonds with solder. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 입자가 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The particles are of the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and have the following structure:
Figure 112006008601588-PCT00015
Figure 112006008601588-PCT00015
(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group) 를 갖는 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.POSS-triol having a process.
제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 입자가 사이클로헥살 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.And said particles are cyclohexal POSS-triols. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 입자가 페닐 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said particle is phenyl POSS-triol. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 금속이 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정. The metal is tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), nickel (Ni), antimony (Sb), palladium ( Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 금속 매트릭스가 Sn--Ag인 것을 특징으로 하는 공정.The metal matrix is Sn--Ag. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 금속 매트릭스가, 공융 96.5 wt% Sn - 3.5 wt% Ag인 것을 특징으로 하는 공정.Said metal matrix is 96.5 wt% Sn-3.5 wt% Ag. a) 땜납에 분산된 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 포함하는 금속 땜납을 포함하여 이루어지는 복합 조성물을 제공하는 단계;a) providing a composite composition comprising a metal solder comprising inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles dispersed in the solder; b) 땜납을 용융시켜 둘 이상의 부품을 결합시키는 납땜 수단을 사용하여, 상기 땜납을 적용하여 둘 이상의 부품을 결합시키는 단계를 포함하여 이루어지는 납땜 방법. b) using soldering means to melt the solder to join the two or more components, applying the solder to join the two or more components. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 땜납이 약 250℃ 이하에서 용융되는 것을 특징으로 하는 방법.The solder is melted at about 250 ° C. or less. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 땜납이 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 방법.The solder is an alloy of a metal. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 땜납이 무연인 것을 특징으로 하는 방법.And the solder is lead free. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 입자가 땜납과 화학 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein said particles form chemical bonds with solder. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 입자가 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The particles are of the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and have the following structure:
Figure 112006008601588-PCT00016
Figure 112006008601588-PCT00016
(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group) 를 갖는 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 방법.POSS-triol having a method.
제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 입자가 사이클로헥살 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 방법.And wherein said particles are cyclohexal POSS-triols. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 입자가 페닐 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 방법.The particle is phenyl POSS-triol. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 금속이 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법. The metal is tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), nickel (Ni), antimony (Sb), palladium ( Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 금속 매트릭스가 Sn--Ag인 것을 특징으로 하는 방법.And said metal matrix is Sn-Ag. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 금속 매트릭스가, 공융 96.5 wt% Sn - 3.5 wt% Ag인 것을 특징으로 하는 방법.The metal matrix is 96.5 wt% Sn-3.5 wt% Ag. a) 하나 이상의 전자 부품; 및a) one or more electronic components; And b) 금속 땜납 및 땜납 내에 분산된 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 포함하는 복합 조성물을 포함하여 이루어지는 전자 장치. b) an electronic device comprising a composite composition comprising metal solder and inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the surface of the particles dispersed in the solder. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 땜납이 약 250℃ 이하에서 용융되는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the solder is melted at about 250 ° C. or less. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 땜납이 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 장치.And the solder is an alloy of a metal. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 땜납이 무연인 것을 특징으로 하는 장치.And the solder is lead free. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 입자가 땜납과 화학 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the particles form chemical bonds with the solder. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 입자가 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The particles are of the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and have the following structure:
Figure 112006008601588-PCT00017
Figure 112006008601588-PCT00017
(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group) 를 갖는 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 장치.Device characterized in that the POSS-triol having.
제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 입자가 사이클로헥살 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 장치.And said particles are cyclohexal POSS-triols. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 입자가 페닐 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 장치.And said particles are phenyl POSS-triols. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 금속이 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 장치. The metal is tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), nickel (Ni), antimony (Sb), palladium ( Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 금속 매트릭스가 Sn--Ag인 것을 특징으로 하는 장치.And said metal matrix is Sn-Ag. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 금속 매트릭스가, 공융 96.5 wt% Sn - 3.5 wt% Ag인 것을 특징으로 하는 장치.Wherein said metal matrix is eutectic 96.5 wt% Sn-3.5 wt% Ag. a) 입자 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 금속 땜납 입자에 도입하는 단계;a) introducing into the metal solder particles inorganic oxide particles having organic functional groups chemically bonded on the particle surface; b) 입자 및 금속 땜납을 기계적으로 혼합하여 페이스트를 형성하는 단계; 및b) mechanically mixing the particles and the metal solder to form a paste; And c) 페이스트를 용융시켜 입자가 금속 매트릭스 내에 분산되어 있는 예비형성물을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는, 땜납 예비형성물 조성물의 제조 공정. c) melting the paste to form a preform in which particles are dispersed in the metal matrix. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 땜납이 약 250℃ 이하에서 용융되는 것을 특징으로 하는 공정.The solder is melted at about 250 ° C. or less. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 땜납이 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said solder is an alloy of a metal. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 땜납이 무연인 것을 특징으로 하는 공정.And said solder is lead free. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 입자가 땜납과 화학 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said particles form chemical bonds with solder. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 입자가 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The particles are of the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and have the following structure:
Figure 112006008601588-PCT00018
Figure 112006008601588-PCT00018
(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group) 를 갖는 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.POSS-triol having a process.
제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 입자가 사이클로헥살 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.And said particles are cyclohexal POSS-triols. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 입자가 페닐 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said particle is phenyl POSS-triol. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 금속이 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정. The metal is tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), nickel (Ni), antimony (Sb), palladium ( Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 금속 매트릭스가 Sn--Ag인 것을 특징으로 하는 공정.The metal matrix is Sn--Ag. 제 63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 금속 매트릭스가, 공융 96.5 wt% Sn - 3.5 wt% Ag인 것을 특징으로 하는 공정.Said metal matrix is 96.5 wt% Sn-3.5 wt% Ag. a) 입자의 표면 상에 화학적으로 결합된 유기작용기를 갖는 무기 산화물 입자를 금속 땜납 및 플럭스에 도입하는 단계;a) introducing inorganic oxide particles with metal functional groups on the surface of the particles into the metal solder and flux; b) 입자 및 금속 땜납을 기계적으로 혼합하는 단계;b) mechanically mixing the particles and the metal solder; c) 입자가 금속 땜납 내에 분산되어 있는 금속 땜납을 용융시켜 원하는 형태로 주조하는 단계;c) melting the metal solder in which the particles are dispersed in the metal solder and casting the desired shape; d) 이 형태를 냉각시키는 단계; 및d) cooling this form; And e) 이 형태로부터 플럭스를 세정하여 성형 땜납을 제공하는 단계를 포함하여 이루어지는, 성형 땜납의 제조 공정. e) cleaning the flux from this form to provide molded solder. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 땜납이 약 250℃ 이하에서 용융되는 것을 특징으로 하는 공정.The solder is melted at about 250 ° C. or less. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 땜납이 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said solder is an alloy of a metal. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 땜납이 무연인 것을 특징으로 하는 공정.And said solder is lead free. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 입자가 땜납과 화학 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said particles form chemical bonds with solder. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 입자가 식 R7Si7O9(OH)3 및 다음 구조:The particles are of the formula R 7 Si 7 O 9 (OH) 3 and have the following structure:
Figure 112006008601588-PCT00019
Figure 112006008601588-PCT00019
(단, 상기 식에서 R은 유기작용기이다)(Wherein R is an organic functional group) 를 갖는 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.POSS-triol having a process.
제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 입자가 사이클로헥살 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.And said particles are cyclohexal POSS-triols. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 입자가 페닐 POSS-트리올인 것을 특징으로 하는 공정.Wherein said particle is phenyl POSS-triol. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 금속이 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 아연(Zn), 인듐(In), 금(Au), 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 게르마늄(Ge) 및 이의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정. The metal is tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), zinc (Zn), indium (In), gold (Au), nickel (Ni), antimony (Sb), palladium ( Pd), platinum (Pt), germanium (Ge) and mixtures thereof. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 금속 매트릭스가 Sn--Ag인 것을 특징으로 하는 공정.The metal matrix is Sn--Ag. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 상기 금속 매트릭스가, 공융 96.5 wt% Sn - 3.5 wt% Ag인 것을 특징으로 하는 공정.Said metal matrix is 96.5 wt% Sn-3.5 wt% Ag.
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