KR20070086809A - 솔더 페이스트, 및 전자장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 솔더 페이스트는 Cu, Ag, Au, 및 Pd 등의 제1의 금속재료를 모재로 하고, 제1의 금속재료보다도 융점이 낮은 Sn이나 In 등의 제2의 금속재료를 제1의 금속재료의 표면에 부착하여 이루어지는 제1의 금속분말과, 제1의 금속재료보다도 융점이 낮은 Sn이나 In 등의 금속재료로 이루어지는 제2의 금속분말과, 평균 입경이 제1의 금속재료보다 작고, 또한 제2의 금속재료 및 제2의 금속분말과 화합 가능한 Cu, Ag, Au, 및 Pd 등의 제3의 금속분말이 플럭스 중 또는 열경화 수지 중에 분산하고 있다. 이것에 의해, 가열처리 후에 미반응 성분이 잔류하는 것을 억제할 수 있고, 이것에 의해 복수회의 리플로우 처리를 반복하여 행하여도 솔더 접합의 접합강도의 저하를 초래하는 것을 회피할 수 있게 한다.
솔더 페이스트, 금속분말, 모재, 플럭스, 융점, 공극

Description

솔더 페이스트, 및 전자장치{SOLDER PASTE AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 솔더 페이스트, 및 전자장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 Pb를 포함하지 않는 Pb 프리의 솔더 페이스트, 및 이것을 이용하여 제조된 전자장치에 관한 것이다.
전자부품의 실장에 사용되는 솔더재로서, 최근에는 환경면에 배려하여, 종전의 Sn-Pb계에서 Sn-Cu 공정계나 Sn-Ag 공정계 등의 Pb를 포함하지 않는 Pb 프리의 솔더재의 개발이 왕성하게 행해지고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에서는, Cu볼과 Sn볼을 가지는 솔더이며, 상기 Sn의 융점 이상에 있어서, Cu볼의 일부와 Sn볼에 의해 Cu6Sn5를 포함하는 화합물을 형성하고, Cu볼끼리는 Cu6Sn5를 포함하는 화합물에 의해 결합되는 상태가 되는 솔더가 제안되어 있다.
특허문헌 1은 도 6에 나타내는 바와 같이, Cu볼(Cu분말)(102)의 표면에 Sn피막(103)이 도금 형성된 제1의 금속분말(104)과, Sn볼(Sn분말)(105)이 플럭스(106) 중에 분산한 Sn-Cu 공정계 솔더 페이스트가 개시되어 있다.
특허문헌 1에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 솔더 페이스트(101)를 프린 트 기판(107)의 도전부에 도포한 후, 적층형 세라믹 커패시터 등의 칩형 전자부품(108)을 탑재하고, 그 후 250℃이상의 온도에서 리플로우 처리를 행하면, Sn성분(도금 피막 및 Sn분말)이 용융한다. 그리고, 용융한 Sn성분에 Cu볼(102)이 젖어가고 Cu볼(102)이 플럭스(106) 중에 균일하게 확산하여, 도 8에 나타내는 바와 같이 Cu6Sn5로 이루어지는 금속간 화합물(109)을 형성하며, 프린트 기판(107)과 전자부품(108)이 솔더(110)를 통하여 전기적으로 접합된다.
특허문헌 1: 일본국 특허 제3558063호 명세서
그런데, 특허문헌 1에서는, Cu볼(102)을 플럭스(106) 중에 균일하게 확산시키기 위해서는, 용융한 Sn성분 중에 Cu볼(102)을 젖게 할 필요가 있고, 이를 위해서는 Sn피막(103)의 막 두께를 두껍게 하거나 Sn볼(105)을 증량시킴으로써 Sn성분의 함유량을 늘리는 것이 효과적이다.
그러나, Sn성분의 함유량을 늘린 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이, Sn성분의 일부는 가열처리(리플로우 처리)를 행하여도 금속간 화합물(109)이 형성되지 않고 미반응 Sn(111)으로서 솔더(110) 중에 잔류할 우려가 있다.
한편, 프린트 기판(107)과 칩형 전자부품(108)을 리플로우 처리에 의해 솔더 접합할 경우, 자주 리플로우 처리가 복수회 반복하여 행해지는 경우가 있다. 예를 들면, 우선, 특정의 칩형 전자부품(108)을 프린트 기판(107)에 탑재하여 제1회째의 리플로우 처리를 행하고, 그 후, 상기 특정의 칩형 전자부품(108)의 근방에 다른 칩형 전자부품을 탑재하여 제2회째의 리플로우 처리를 행하는 경우이다.
Sn-Cu 공정계 솔더 페이스트에서는, 가열처리에 의해 금속간 화합물이 형성되지만, 이 금속간 화합물은 주로 Cu6Sn5로 표시되는 화합물로 이루어지고, Cu볼(Cu분말)의 근방에서는 Cu3Sn으로 표시되는 화합물이 형성된다. 그리고, Cu6Sn5의 융점은 약 400℃, Cu3Sn의 융점은 약 670℃로 비교적 고온인 데 비해, Sn의 융점은 약 250℃로 낮다.
이 때문에, 제1회째의 리플로우 처리로 다량의 미반응 Sn성분이 잔류한 상태에서, Sn성분의 융점인 250℃이상의 온도에서 제2회째의 리플로우 처리를 행하면, 제1회째의 리플로우 처리로 접합한 솔더 중의 미반응 Sn(111)이 다시 용융하여, 그 결과, 제1회째의 리플로우 처리로 접합한 프린트 기판(107)과 칩형 전자부품(108)과의 접합강도가 저하한다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 미반응 성분이 가열처리 후에 잔류하는 것을 억제할 수 있고, 이것에 의해 리플로우 처리를 복수회 반복하여 행하여도 솔더 접합의 접합강도의 저하를 초래하는 것을 회피할 수 있는 솔더 페이스트, 및 이 솔더 페이스트를 사용하여 제조된 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구한 결과, 금속 모재의 표면에 상기 금속 모재보다도 저융점의 도금 피막이 형성된 제1의 금속분말, 및 금속 모재보다도 저융점의 제2의 금속분말에 더하여, 금속 모재보다도 평균 입경이 작고, 또한 상기 도금 피막이나 제2의 금속분말과 화합물을 형성하는 것이 가능한 제3의 금속분말을 솔더 페이스트 중에 함유시킴으로써, 가열처리를 행하여도 특정 성분의 솔더 중에의 잔류가 억제되어 소망의 금속간 화합물을 형성할 수 있고, 이것에 의해 리플로우 처리를 복수회 반복하여 행하여도 솔더 접합의 접합강도가 저하하는 것을 회피할 수 있다고 하는 지견을 얻었다.
본 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 본 발명에 따른 솔더 페이스트는 제1의 금속재료를 모재로 하고, 상기 제1의 금속재료보다도 융점이 낮은 제2의 금속재료를 상기 제1의 금속재료의 표면에 부착하여 이루어지는 제1의 금속분말과, 상기 제1의 금속재료보다도 융점이 낮은 금속재료로 이루어지는 제2의 금속분말과, 평균 입경이 상기 제1의 금속재료보다 작고, 또한 상기 제2의 금속재료 및 상기 제2의 금속분말과 화합물을 형성하는 것이 가능한 제3의 금속분말을 함유하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 솔더 페이스트는 상기 제1의 금속재료 및 상기 제3의 금속분말은 Cu, Ag, Au 및 Pd 중에서 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하고, 상기 제2의 금속재료 및 상기 제2의 금속분말은 Sn 및 In 중의 적어도 한쪽의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 제3의 금속분말은 평균 입경이 작을수록 표면적이 커지고, 보다 다량의 제2의 금속재료나 제2의 금속분말과 접하게 되므로, 반응 촉진에는 효과적이며, 그러기 위해서는, 제3의 금속분말의 평균 입경은 0.01~0.3㎛가 바람직하다.
즉, 본 발명의 솔더 페이스트는 상기 제3의 금속분말의 평균 입경이 0.01~0.3㎛인 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 솔더 페이스트는 상기 제1의 금속재료와 상기 제3의 금속분말이 동일 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 솔더 페이스트는 상기 제2의 금속재료와 상기 제2의 금속분말이 동일 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 솔더 페이스트는 상기 제1~제3의 금속분말이 플럭스 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명자들의 보다 깊은 예의 연구에 의해, 상기 플럭스를 대신하여 열경화성 수지를 사용함으로써, 솔더 접합부는 솔더층이 수지 피막으로 피복되기 때문에, 공극 등의 발생이 보다 한층 억제되고, 그 결과, 솔더 접합부를 별도로 수지 봉지하지 않아도 물리적인 접합강도를 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.
즉, 본 발명의 솔더 페이스트는 상기 제1~제3의 금속분말이 열경화성 수지 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자장치는 제1의 전자부품과 제2의 전자부품이 상술한 솔더 페이스트가 가열되어 이루어지는 솔더 접합부를 통하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
<발명의 효과>
상기 솔더 페이스트에 의하면, Cu(융점: 1083℃), Ag(융점: 961℃), Au(융점: 1064℃), 및 Pd(융점: 1554℃) 등의 제1의 금속재료를 모재로 하고, 상기 제1의 금속재료보다도 융점이 낮은 Sn(융점: 231℃)이나 In(융점: 156℃) 등의 제2의 금속재료를 상기 제1의 금속재료의 표면에 부착하여 이루어지는 제1의 금속분말과, 상기 제1의 금속재료보다도 융점이 낮은 Sn이나 In 등의 금속재료로 이루어지는 제2의 금속분말과, 평균 입경이 상기 제1의 금속재료보다 작고, 또한 상기 제2의 금속재료 및 상기 제2의 금속분말과 화합물을 형성하는 것이 가능한 Cu, Ag, Au, 및 Pd 등의 제3의 금속분말을 함유하고 있으므로, 금속 모재를 젖게 하기 위해서, 가열시에 용융하는 제2의 금속재료나 제2의 금속분말의 금속 성분의 함유량을 증가시킨 경우라도, 제1의 금속재료보다도 평균 입경이 작은 제3의 금속분말이 상기 제2의 금속재료나 제2의 금속분말에 접촉함으로써, 제2의 금속재료나 제2의 금속분말과 제3의 금속분말과의 반응이 촉진되어, 이것에 의해 미반응 금속 성분의 솔더 중에의 잔류를 억제할 수 있고, 솔더 접합의 접합강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 솔더 페이스트는 제3의 금속분말의 평균 입경이 0.01~0.3㎛라고 하는 작은 입자이므로, 상기 제3의 금속분말 전체의 표면적이 커지고, 보다 많은 제2의 금속재료 및 제2의 금속분말과 효과적으로 접해서 반응이 촉진되어, 이것에 의해 접합강도도 보다 한층 향상한다.
또한, 본 발명의 솔더 페이스트는 상기 제1~제3의 금속분말이 플럭스 중에 분산되어 있으므로, 상술한 소망의 작용 효과를 이룰 수 있다.
또한, 본 발명의 솔더 페이스트는 상기 제1~제3의 금속분말이 열경화성 수지 중에 분산되어 있으므로, 솔더 접합부가 열경화성 수지로 피복되게 되어, 이것에 의해, 공극 등의 발생이 보다 한층 억제되며, 솔더 접합부를 별도로 수지 봉지하지 않아도 물리적인 접합강도를 향상시킬 수 있고, 양산성이 양호하고 신뢰성이 우수한 전자장치의 제조에 매우 적합한 솔더 페이스트를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 전자장치는 제1의 전자부품과 제2의 전자부품이 상술한 솔더 페이스트가 가열되어 이루어지는 솔더 접합부를 통하여 전기적으로 접속되어 있으므로, 솔더 중에는 미반응 금속 성분의 잔류가 억제되어, 리플로우 처리를 복수회 반복하여도, 솔더 접합의 접합강도 저하를 초래하는 일도 없다. 특히, 상기 제1~제3의 금속분말을 열경화성 수지 중에 분산시킨 솔더 페이스트를 사용한 경우는, 솔더 접합부는 솔더층이 수지 피막으로 피복되어 이루어지므로, 솔더 접합부를 별도로 수지 봉지하지 않아도 물리적인 접합강도를 향상시킬 수 있으며, 양산성이 양호하고 신뢰성이 우수한 전자장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 솔더 페이스트의 한 실시형태(제1의 실시형태)를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 상기 제1의 실시형태에 따른 솔더 페이스트를 사용하여 제조된 전자장치의 한 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 제1의 전자부품에 솔더 페이스트를 도포하고, 솔더 페이스트상에 제2의 전자부품을 탑재한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 솔더 페이스트의 제2의 실시형태를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 상기 제2의 실시형태에 따른 솔더 페이스트를 사용하여 제조된 전자장치의 한 실시형태를 나타내는 단면도이다. 본 발명에 따른 솔더 페이스트의 제2 의 실시형태를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 6은 종래의 솔더 페이스트를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 7은 종래의 솔더 페이스트를 사용하여 제1의 전자부품상에 솔더 페이스트를 도포하고, 그 솔더 페이스트상에 제2의 전자부품을 탑재한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 종래의 솔더 페이스트를 사용하여 제조된 전자장치의 단면도이다.
도 9는 종래의 솔더 페이스트를 사용하여 전자장치를 사용한 경우에 발생하는 과제를 설명하기 위한 도면이다.
<부호의 설명>
2: 제1의 금속재료 3: 제2의 금속재료
4: 제1의 금속분말 5: 제2의 금속분말
6: 제3의 금속분말 7: 플럭스
8: 제1의 전자부품 9: 제2의 전자부품
10: 솔더 접합부 12: 열경화성 수지
15: 솔더 접합부
다음으로, 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 솔더 페이스트의 한 실시형태(제1의 실시형태)를 모식적으로 나타낸 평면도이며, 상기 솔더 페이스트(1)는 제1의 금속재료(2)를 모재로 하고, 상기 제1의 금속재료(2)보다도 융점이 낮은 제2의 금속재료(3)를 상기 제 1의 금속재료(2)의 표면에 부착하여 이루어지는 제1의 금속분말(4)과, 상기 제1의 금속재료(2)보다도 융점이 낮은 금속재료로 이루어지는 제2의 금속분말(5)과, 평균 입경이 상기 제1의 금속재료(2)보다 작고, 또한 상기 제2의 금속재료(3) 및 상기 제2의 금속분말(5)과 화합물을 형성하는 것이 가능한 제3의 금속분말(6)을 함유하며, 제1~제3의 금속분말(4~6)이 플럭스(7) 중에 분산하고 있다.
그리고, 상기 솔더 페이스트에 가열처리가 행해지면, 제1의 금속재료(2)와 제2의 금속재료(3)가 화합하여 제1의 금속재료(2)보다도 높은 융점을 가지는 금속간 화합물을 형성하고, 또한, 제2의 금속분말(5)과 제1의 금속재료(2)가 화합하여 제2의 금속분말(5)보다 융점이 높은 금속간 화합물을 형성하며, 또한 제3의 금속분말(6)은 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 화합하여, 상기 제2의 금속분말(5)보다도 높은 융점을 가지는 금속간 화합물을 형성한다.
즉, 종래부터, 상술한 제1의 금속분말(4) 및 제2의 금속분말(5)만을 함유한 솔더 페이스트에서는, 가열처리를 행하면, 제1의 금속재료(2)와 제2의 금속재료(3)가 화합하여 제1의 금속재료(2)보다도 높은 융점을 가지는 금속간 화합물을 형성하고, 또한, 제2의 금속분말(5)은 제2의 금속재료(3)와 화합하여 제2의 금속분말(5)보다도 높은 융점을 가지는 금속간 화합물을 형성하고 있다.
그리고, 용융한 금속 성분을 젖게 하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 제2의 금속재료(3)의 막 두께를 두껍게 하거나 제2의 금속분말(5)을 증량시키는 것이 효과적이기는 하지만, 이러한 경우, 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)의 일부가 미반응 금속 성분으로서 솔더 중에 잔류해 버릴 우려가 있다.
그런데, 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)의 융점은 형성되는 금속간 화합물보다도 낮기 때문에, 전자부품의 실장시에 복수회의 리플로우 가열을 행한 경우, 재가열에 의해 미반응 금속 성분으로서 솔더 중에 잔류하고 있는 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)이 재용융하여, 실장부품의 접합강도의 저하를 초래할 우려가 있다.
그래서, 본 실시형태에서는, 평균 입경이 상기 제1의 금속재료(2)보다 작고, 또한 상기 제2의 금속재료(3) 및 상기 제2의 금속분말(5)과 화합물을 형성하는 것이 가능한 제3의 금속분말(6)을 솔더 페이스트(1) 중에 함유시켜, 이것에 의해 미반응 금속 성분의 잔류를 억제하고 있다.
즉, 평균 입경이 제1의 금속재료(2)보다도 작은 제3의 금속분말(6)을 첨가함으로써, 상기 제3의 금속분말(6)을 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 접촉시켜 효과적으로 반응을 촉진시키고, 이것에 의해, 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)의 함유량이 늘어도 미반응 성분의 잔류를 억제할 수 있으며, 따라서 복수회의 리플로우 처리를 행하여도 앞선 리플로우 처리로 접합한 부위의 접합강도가 저하하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 제3의 금속분말(6)은 미립일수록 표면적이 증대하여 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 접할 확률이 증가하여, 화합물 반응을 촉진하기 때문에, 제3의 금속분말(6)은 최대한 미립인 것이 바람직하다. 구체적으로는 제3의 금속분말(6)의 평균 입경은 0.01~0.3㎛가 바람직하다.
또한, 모재가 되는 제1의 금속재료(2)로서는, Pb 프리 솔더재에 적합한 Cu, Ag, Au, 및 Pd 중의 적어도 1종의 원소를 함유한 단체 금속 또는 Cu-Ni 합금 등의 합금 금속을 사용할 수 있다.
또한, 제2의 금속재료(3)로서는, 제1의 금속재료(2)보다 저융점의 금속재료, 예를 들면, Sn 및 In 중의 적어도 어느 1종을 함유한 단체 금속 또는 합금 금속을 사용할 수 있다.
제2의 금속분말(5)로서는, 제2의 금속재료(3)와 마찬가지로, 제1의 금속재료(2)보다도 저융점의 금속재료, Sn 및 In 중의 적어도 1종을 함유한 단체 금속 또는 합금 금속을 사용할 수 있다.
또한, 제2의 금속재료(3)로서 Sn을 사용하고, 제2의 금속분말(5)로서 In을 사용하거나, 그 반대여도 가능하지만, 실장부품과의 접합부에 있어서의 열충격에 대한 강도를 고려하면, 제2의 금속분말(5)은 제2의 금속재료(3)와 동종 금속을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 제2의 금속재료(3)로서 Sn을 사용했을 때는 제2의 금속분말(5)로서도 Sn을 사용하는 것이 바람직하며, 또한 제2의 금속재료(3)로서 In을 사용했을 때는 제2의 금속분말(5)로서도 In을 사용하는 것이 바람직하다.
제3의 금속분말(6)에 대해서도, 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 화합물을 형성하는 것이 가능한 금속재료, 예를 들면, Cu, Ag, Au, 및 Pd, 또는 이들 단체 금속을 함유한 합금 금속을 사용할 수 있고, 반드시 제1의 금속재료(2)와 동일 재료일 필요는 없다. 그러나, 상술과 마찬가지로, 실장부품과의 접합부에 있어서의 열충격에 대한 강도를 고려하면, 제3의 금속분말(6)은 제1의 금속재료(2)와 동종 금속, 예를 들면, 제1의 금속재료(2)로서 Cu를 사용했을 때는 제3의 금속분말(6)로서도 Cu를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 제1의 금속재료(2)로서 Ag를 사용했을 때는 제3의 금속분말(6)로서도 Ag를 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는 상기 솔더 페이스트를 사용하여 실장된 전자장치의 한 실시형태를 모식적으로 나타내는 단면도이고, 프린트 기판 등의 제1의 전자부품(8)과 적층 세라믹 커패시터 등의 제2의 전자부품(9)이 솔더 접합부(10)를 통하여 전기적으로 접합되어 있다.
이 전자장치는 이하와 같이 하여 제조된다.
즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1의 전자부품(8)상에 솔더 페이스트(1)를 도포한 후, 상기 솔더 페이스트(1)상에 제2의 전자부품(9)을 탑재하고, 그 후, 소정 온도에서 가열처리를 행하면, 상기 제1의 금속재료(2)가 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 화합함과 동시에, 제3의 금속분말(6)이 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 화합하여, 도 2에 나타내는 바와 같이, 금속간 화합물로 이루어지는 솔더 접합부(10)가 형성된다. 즉, 제1의 전자부품(8)과 제2의 전자부품(9)은 솔더 접합부(10)를 통하여 접합되고, 전기적으로 접속되며, 이것에 의해 전자장치가 제조된다.
이와 같이 하여 제조된 전자장치는 솔더 페이스트 중에, 평균 입경이 제1의 금속재료(2)보다 작고, 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 화합물을 형성하는 것이 가능한 제3의 금속분말을 함유하고 있으므로, 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)의 함유량을 증가시켜도, 리플로우 처리(가열처리)에 의해 제3의 금속 분말(6)과 화합하여 금속간 화합물을 형성하므로, 미반응 금속 성분의 잔류를 억제할 수 있으며, 따라서, 리플로우 처리를 복수회 반복하여 행하여도 접합강도가 저하하는 일도 없다.
도 4는 본 발명에 따른 솔더 페이스트의 제2의 실시형태를 모식적으로 나타낸 평면도이며, 상기 솔더 페이스트(11)는 플럭스를 대신하여 열경화성 수지(12) 중에 상기 제1~제3의 금속분말(4~6)이 분산하고 있다.
그리고, 상기 제1의 실시형태와 마찬가지로, 제1의 전자부품(8)상에 솔더 페이스트(11)를 도포한 후, 상기 솔더 페이스트(11)상에 제2의 전자부품(9)을 탑재하고, 그 후, 소정 온도에서 가열처리를 행하면, 제1의 금속재료(2)가 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 화합함과 동시에, 제3의 금속분말(6)이 제2의 금속재료(3)나 제2의 금속분말(5)과 화합하여, 도 5에 나타내는 바와 같이 솔더층(13)이 형성되며, 또한, 상기 솔더층(13)의 표면은 열경화성 수지로 피복되어 수지 피막(14)이 형성되고, 솔더층(13)과 수지 피막(14)으로 솔더 접합부(15)를 형성하고 있다.
이와 같이 본 제2의 실시형태에서는, 열경화성 수지(12) 중에 제1~제3의 금속분말(4~6)을 분산시킨 솔더 페이스트를 사용함으로써, 솔더 접합부(15)는 솔더층(13)의 표면에 수지 피막(14)이 형성되어 이루어지므로, 복수회의 리플로우 처리를 반복하여 행하여도 접합강도가 저하하는 일도 없고 소망의 내열성을 확보함과 동시에, 공극 등의 발생이 억제되어 물리적인 접착강도, 특히 수평방향의 접착강도를 보다 한층 향상시키는 것이 가능해지며, 솔더층(13)을 별도로 수지 봉지할 필요 도 없고, 전자장치의 제조공정의 간략화가 가능하며, 양산성에도 매우 적합한 것이 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 요지를 벗어나지 않는 범위에 있어서 변경 가능한 것은 말할 필요도 없다. 또한, 제2의 금속재료(3)의 제1의 금속재료(2)에의 부착방법에 대해서도, 도금에 의한 피막 형성방법이나 그 외의 석출방법으로 제2의 금속재료(3)를 제1의 금속재료(2)의 표면에 부착시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
<제1실시예>
금속 모재가 되는 제1의 금속재료로서 평균 입경이 1㎛인 Cu분말(이하, "모재 Cu"라 칭함)(융점: 1083℃)을 준비하고, 모재 Cu에 무전해 Sn도금 또는 무전해 In도금을 행하였다. 그리고 이 무전해 Sn도금 또는 무전해 In도금에 의해, 모재 Cu의 표면에 막 두께 0.05㎛의 Sn피막 또는 In피막(제2의 금속재료)을 형성하고, 이것에 의해 제1의 금속분말을 제작하였다.
다음으로, 제2의 금속분말로서 평균 입경이 1㎛인 Sn분말(융점: 231℃) 및 In분말(융점: 156℃)을 준비하고, 또한, 제3의 금속분말로서 평균 입경이 0.01㎛인 Cu분말을 준비하였다.
또한, 로진: 76중량%, 디에틸렌글리콜디에틸에테르: 22중량%, 및 트리에탄올아민: 2중량%의 배합 비율을 가지는 플럭스를 준비하였다.
이어서, 제1의 금속분말, 제2의 금속분말(Sn분말 또는 In분말), 제3의 금속 분말(Cu분말)을 소정량 칭량하고, 삼본롤밀을 사용하여 이들 분말을 플럭스 중에 분산시켜, 실시예 1~6의 솔더 페이스트를 제작하였다.
또한, 상기 제1의 금속분말, 및 상기 제2의 금속분말(Sn분말 또는 In분말)을 소정량 칭량하고, 상기 실시예 1~6과 마찬가지로, 플럭스 중에 분산시켜, Cu분말(제3의 금속분말)을 포함하지 않는 비교예 1, 2의 솔더 페이스트를 제작하였다. 또한, 제1의 금속분말은 비교예 1에서는 모재 Cu의 표면에 Sn피막이 형성된 것을 사용하고, 비교예 2에서는 모재 Cu의 표면에 In피막이 형성된 것을 사용하였다.
다음으로, 실시예 1~6 및 비교예 1, 2의 솔더 페이스트를 사용하여, 세로 30㎜, 가로 30㎜의 동판에 메탈 마스크를 통하여 인쇄하고, 이어서, 길이 1.0㎜, 폭 0.5㎜, 두께 0.5㎜의 적층 세라믹 커패시터를 상기 동판에 탑재하며, 그 후, 대기 분위기하, 최고 온도가 280℃가 되도록 리플로우 처리를 5분간 행하여, 동판과 적층 세라믹 커패시터를 솔더로 접합하였다.
이어서, 접합부의 솔더를 30㎎ 샘플링하고, 시차주사형 열량계(DSC)를 사용하여 융해거동을 측정하며, Sn 흡열 피크(Sn 융점: 231℃)가 존재하는지 아닌지를 조사하여, 미반응 Sn 또는 미반응 In의 유무를 확인하였다.
표 1은 실시예 1~6 및 비교예 1, 2의 솔더 페이스트의 성분 조성 및 미반응 Sn의 유무를 나타내고 있다.
Figure 112007047661825-PCT00001
이 표 1로부터 명백하듯이, 비교예 1 및 비교예 2는 Cu분말(제3의 금속분말)을 함유하고 있지 않으므로, 리플로우 처리 후에 미반응 Sn 또는 미반응 In이 잔류하는 것을 알 수 있었다.
이에 비해서 실시예 1~6은 모재 Cu의 평균 입경(1㎛)보다도 작은 Cu분말(평균 입경: 0.01㎛)이 제3의 금속분말로서 솔더 페이스트 중에 포함되어 있으므로, 리플로우 처리 후에 미반응 Sn 또는 미반응 In은 잔류하지 않는 것이 확인되었다.
<제2실시예>
금속 모재가 되는 제1의 금속재료로서, 평균 입경이 1㎛인 모재 Cu, 및 평균 입경이 1㎛인 Ag분말(이하, "모재 Ag"라 칭함)(융점: 961℃)을 준비하였다. 이어서, 모재 Cu 또는 모재 Ag에 무전해 Sn도금(실시예 11~13 및 실시예 17~19) 또는 무전해 In도금(실시예 14~16 및 실시예 20~22)을 행하였다. 그리고 이 무전해 Sn도금 또는 무전해 In도금에 의해, 모재 Cu 또는 모재 Ag의 표면에 막 두께 0.05㎛의 Sn피막 또는 In피막(제2의 금속재료)을 형성하고, 이것에 의해 제1의 금속분말을 제작하였다.
다음으로, <제1실시예>와 마찬가지로, 평균 입경이 1㎛인 제2의 금속분말(Cu분말 또는 In분말), 및 평균 입경이 각각 0.01㎛, 0.30㎛, 1.00㎛인 Cu분말을 준비하였다. 그리고, 제1의 금속분말, 제2의 금속분말, Cu분말(제3의 금속분말), 및 플럭스를 표 1의 실시예 1과 동일한 배합 비율이 되도록 조제하고, 이것에 의해 실시예 11~22의 솔더 페이스트를 얻었다.
또한, 제3의 금속분말로서 모재 Cu와 같은 평균 입경(1㎛)을 가지는 Cu분말을 사용하고, 그 외는 실시예 11~22와 같은 방법·순서로 비교예 11~22의 솔더 페이스트를 제작하였다.
다음으로, <제1실시예>와 같은 방법·순서로, 동판상에 적층 세라믹 커패시터를 솔더 접합하고, 접합부의 솔더를 샘플링하여 미반응 Sn 또는 미반응 In의 유무를 확인하였다.
표 2는 실시예 11~22 및 비교예 11~22의 모재(제1의 금속재료), 제2의 금속분말, 및 제3의 금속분말의 평균 입경, 및 미반응 Sn 또는 미반응 In의 유무를 나타내고 있다.
Figure 112007047661825-PCT00002
이 표 2로부터 명백하듯이, 비교예 11~16은 제3의 금속분말로서의 Cu분말의 평균 입경이 1㎛이며, 모재 Cu와 동일 직경이기 때문에, 리플로우 처리 후에 미반응 Sn 또는 미반응 In이 잔류하는 것을 알 수 있었다.
또한, 비교예 17~22도, 비교예 11~16과 마찬가지로, 제3의 금속분말로서의 Cu분말의 평균 입경이 1㎛이며, 모재 Ag와 동일 직경이기 때문에, 리플로우 처리 후에 미반응 Sn 또는 미반응 In이 잔류하는 것을 알 수 있었다.
이에 비해서 실시예 11~22는 모재 Cu 또는 모재 Ag의 평균 입경(1㎛)보다도 작은 평균 입경이 0.01~0.30㎛인 Cu분말을 제3의 금속분말로서 사용하고 있으므로, 리플로우 처리 후에 미반응 Sn 또는 미반응 In의 잔류가 존재하지 않는 것이 확인되었다.
<제3실시예>
제1의 금속재료로서 평균 입경이 모두 1㎛인 모재 Ag(융점: 961℃), Au분말(이하, "모재 Au"라 칭함)(융점: 1064℃), Pd분말(이하, "모재 Pd"라 칭함)(융점: 1554℃)을 사용하고, 제3의 금속분말로서 평균 입경이 0.01㎛인 Ag분말, Au분말, Pd를 사용하여, <제1실시예>와 같은 순서로 표 3의 실시예 31~48에 나타내는 배합 비율을 가지는 솔더 페이스트를 제작하였다.
또한, 상기 제1의 금속분말, 및 상기 제2의 금속분말을 소정량 칭량하고, 상기 제1의 금속분말 및 제2의 금속분말을 플럭스 중에 분산시켜, 제3의 금속분말을 포함하지 않는 비교예 31~36의 솔더 페이스트를 제작하였다.
다음으로, <제1실시예>와 같은 방법·순서로, 동판상에 적층 세라믹 커패시터를 솔더 접합하고, 접합부의 솔더를 샘플링하여 미반응 Sn 또는 미반응 In의 유무를 확인하였다.
표 3은 실시예 31~48 및 비교예 31~36의 솔더 페이스트의 성분 조성 및 미반응 Sn 또는 미반응 In의 유무를 나타내고 있다.
Figure 112007047661825-PCT00003
이 표 3으로부터 명백하듯이, 비교예 31~36은 제3의 금속분말을 함유하고 있지 않으므로, 리플로우 처리 후에 미반응 Sn 또는 미반응 In이 잔류하는 것을 알 수 있었다.
이에 비해서, 실시예 31~48은 금속 모재 및 제3의 금속분말로서 소정 입경의 Ag, Au, 또는 Pd를 각각 사용한 경우도, 금속 모재 및 제3의 금속분말로서 Cu를 사용한 경우와 마찬가지로, 리플로우 처리 후에 미반응 Sn 또는 미반응 In이 잔류하지 않는 것이 확인되었다.
<제4실시예>
제1의 금속재료로서 평균 입경이 1㎛인 Cu-Ni 합금(Ni: 70중량%), Ag-Cu 합금(Cu: 10중량%), Ag-Pd 합금(Pd: 30중량%)(이하, 이들을 총칭하여 "모재 합금"이라 칭함)을 사용하고, 모재 합금의 함유량을 58.6중량%, Sn피막 또는 In피막의 함유량을 6.4중량%, 평균 입경이 1㎛인 제2의 금속분말(Sn분말 또는 In분말)의 함유량을 5.0중량%, 제3의 금속분말로서의 평균 입경 0.01㎛의 Cu분말의 함유량을 10중량%로 하며, <제1실시예>와 같은 순서·방법으로 실시예 51~56의 솔더 페이스트를 제작하였다.
다음으로, <제1실시예>와 같은 방법·순서로, 동판상에 적층 세라믹 커패시터를 솔더 접합하고, 접합부의 솔더를 샘플링하여 미반응 Sn 또는 미반응 In의 유무를 확인하였다.
표 4는 실시예 51~56의 솔더 페이스트의 성분 조성 및 미반응 Sn 또는 미반응 In의 유무를 나타내고 있다.
Figure 112007047661825-PCT00004
실시예 51~56으로부터 명백하듯이, 제1의 금속재료로서 모재 합금을 사용한 경우도, Cu나 Ag 등의 단체 금속을 사용한 경우와 마찬가지로, 리플로우 처리 후에 미반응 Sn 또는 미반응 In이 잔류하지 않는 것이 확인되었다.
<제5실시예>
<제1실시예>와 동일 사양의 제1~제3의 금속분말을 소정량 칭량하고, 삼본롤밀을 사용해서 이들 분말을 열경화성 수지로서의 용융 에폭시 수지 중에 분산시켜, 실시예 61~66의 솔더 페이스트를 제작하였다. 또한, 상기 제1~제3의 금속분말의 배합 비율은 실시예 1~6과 같다.
이어서, <제1실시예>와 마찬가지로, 상기 솔더 페이스트를 사용하여 동판에 인쇄 처리를 행한 후, 적층 세라믹 커패시터(길이 1.0㎜, 폭 0.5㎜, 두께 0.5㎜)를 탑재하고, 그 후, 대기 분위기하, 최고 온도가 280℃가 되도록 리플로우 처리를 5분간 행하여, 동판과 적층 세라믹 커패시터를 솔더로 접합하였다.
이어서, <제1실시예>에서 사용한 실시예 1~6의 시료를 별도로 준비하고, 상기 실시예 1~6 및 실시예 61~66의 각 20개의 시료에 대하여, 실장상태를 현미경으로 외관 관찰하였다. 그 결과, 실시예 1~6에서는, 솔더 접합부는 솔더가 표면 노출되어 있었던 것에 비해(도 2 참조), 실시예 61~66에서는, 솔더 접합부는 솔더층이 수지 피막으로 피복되어 있는 것이 확인되었다(도 5 참조).
다음으로, 실시예 61~66 및 실시예 1~6의 각 20개의 시료에 대하여, EIAJ ET7403에 준거하여, 0.05㎜/s의 속도로 적층 세라믹 커패시터를 수평방향으로 밀어 가로 밀기 강도 시험을 행해, 접합강도를 측정하였다.
또한, 실시예 61~66 및 실시예 1~6의 각 20개의 시료에 대하여, -55℃~150℃의 온도 사이에서 히트 사이클 시험을 행하고, 그 후, 각 시료를 주사형 전자현미경(SEM)으로 단면 관찰하여, 공극이나 크랙 등의 결함의 발생 유무를 관찰하였다. 또한, 히트 사이클 시험의 상한 온도(-55℃) 및 하한 온도(150℃)의 유지 시간을 30분으로 하고, 사이클 수를 500회로 하였다.
표 5는 실시예 61~66 및 실시예 1~6의 성분 조성, 접합강도 및 결함 발생율을 나타내고 있다. 또한, 표 중, 접합강도는 각 실시예의 평균치를 나타내고 있다.
Figure 112007047661825-PCT00005
이 표 5로부터 명백하듯이 실시예 1~6은 솔더 페이스트가 제1~제3의 금속분말을 플럭스 중에 분산하여 이루어지므로, 접합강도가 6.9~7.5N/㎟이고, 또한 공극 등의 발생이 보여진 시료가 있었던 것에 비해, 실시예 61~66은 솔더 페이스트가 제1~3의 금속분말을 용융 에폭시 수지 중에 분산하여 이루어지므로, 동판과 적층 세라믹 커패시터와의 접합부의 외피가 수지 피막으로 형성되어 있어, 이 때문에 접합강도가 27.0~28.5N/㎟로 대폭으로 향상하며, 또한 공극 등의 발생도 보여지지 않았다.
즉, 제1~3의 금속분말을 용융 에폭시 수지 중에 분산시킨 솔더 페이스트를 사용함으로써, 접합강도가 대폭으로 개선되고, 또한 공극 등이 발생하는 것을 회피할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 제1의 금속재료를 모재로 하고, 상기 제1의 금속재료보다도 융점이 낮은 제2의 금속재료를 상기 제1의 금속재료의 표면에 부착하여 이루어지는 제1의 금속분말과,
    상기 제1의 금속재료보다도 융점이 낮은 금속재료로 이루어지는 제2의 금속분말과,
    평균 입경이 상기 제1의 금속재료보다 작고, 또한 상기 제2의 금속재료 및 상기 제2의 금속분말과 화합물을 형성하는 것이 가능한 제3의 금속분말을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 금속재료 및 상기 제3의 금속분말은 Cu, Ag, Au 및 Pd 중에서 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하고,
    상기 제2의 금속재료 및 상기 제2의 금속분말은 Sn 및 In 중의 적어도 한쪽의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3의 금속분말의 평균 입경이 0.01~0.3㎛인 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1의 금속재료와 상기 제3 의 금속분말은 동일 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2의 금속재료와 상기 제2의 금속분말은 동일 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1~제3의 금속분말이 플럭스 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1~제3의 금속분말이 열경화성 수지 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
  8. 제1의 전자부품과 제2의 전자부품이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 솔더 페이스트가 가열되어 이루어지는 솔더 접합부를 통하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전자장치.
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