KR20140044801A

KR20140044801A - 납 프리 땜납 합금

Info

Publication number: KR20140044801A
Application number: KR1020137027507A
Authority: KR
Inventors: 마사토 시마무라; 츠카사 오오니시; 미츠히로 고오사이; 가즈요리 다카기; 도모코 노나카; 마사유키 스즈키; 도오루 하야시다; 세이코 이시바시; ?사쿠 요시카와; 요시에 야마나카
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2014-04-15
Also published as: KR101551050B1; EP2689885A4; BR112013024398B1; WO2012127642A1; ES2624621T3; CN103561903A; US20140141273A1; US9844837B2; JPWO2012128356A1; DK2689885T3; TW201706068A; HUE033232T2; WO2012128356A1; JP5660199B2; BR112013024398A2; CN103561903B; MY162706A; EP2689885A1; EP2689885B1

Abstract

Ag가 0.2∼1.2질량％, Cu가 0.6∼0.9질량％, Bi가 1.2∼3.0질량％, Sb가 0.02∼1.0질량％, In을 0.01∼2.0질량％ 함유하고, 잔량부 Sn으로 구성되는 땜납 합금을 사용함으로써, 내낙하 충격성이 우수하고, 또한 염천하의 차내 등의 고온의 환경하에서도, 설천의 야외 등의 저온하의 환경에서 사용해도, 열 피로가 발생하지 않는, 온도 사이클 특성이 우수한 휴대 기기를 얻을 수 있다.

Description

납 프리 땜납 합금{LEAD-FREE SOLDER ALLOY}

본 발명은, 납을 포함하지 않는 땜납 합금, 특히 면 실장 기판에 사용하는 솔더 페이스트나 수정용의 수지 함유 땜납에 적합한 납 프리 땜납 합금에 관한 것이다.

전자 부품의 납땜 방법으로서는, 인두법, 플로우법, 리플로우법 등이 있다.

리플로우법은, 땜납 분말과 플럭스로 이루어지는 솔더 페이스트를 프린트 기판의 필요 개소에만 인쇄법이나 토출법으로 도포하고, 상기 도포부에 전자 부품을 탑재하고 나서 리플로우로와 같은 가열 장치로 솔더 페이스트를 용융시켜 전자 부품을 프린트 기판에 납땜하는 방법이다. 이 리플로우법은, 한 번의 작업으로 다수 개소의 납땜을 할 수 있을 뿐만 아니라, 좁은 피치의 전자 부품을 납땜해도 브리지의 발생이 없고, 또한 불필요 개소에는 땜납이 부착되지 않는다고 하는 생산성과 신뢰성이 우수한 납땜을 행할 수 있는 것이다.

그런데 종래, 땜납에는, Pb-Sn 합금이 사용되고 있었다. 이 Pb-Sn 합금은, 공정 조성(Pb-63Sn)에서는 융점이 183℃이며, 열에 약한 전자 부품에 대해서도 열영향이 적고, 또한 납땜성이 우수하므로, 미땜납이나 디웨트 등의 납땜 불량의 발생도 적다고 하는 특징을 갖고 있다.

그러나 최근 Pb의 독성의 문제로부터, 전자 기기 업계로부터는 Pb를 포함하지 않는 소위 「납 프리 땜납」이 강하게 요구되고 있다.

현재 많이 사용되고 있는 납 프리 땜납은, 일본 특허 출원 공개 평5-050286호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 Ag를 3∼5질량％, Cu를 0.5∼3질량％ 함유한 Sn-Ag-Cu 조성의 납 프리 땜납이다. 이 납 프리 땜납은, 종래의 Sn-Pb 땜납보다도 온도 사이클 특성이 우수하고, 또한 크리프 특성이 우수하므로 보급되고 있다. 특히 온도 사이클 특성은, 전자 기기의 수명을 평가하거나, 제품 보증을 하는 데 있어서, 중요한 요소이다.

그런데 현재 사용되고 있는 Sn-Ag-Cu 조성의 납 프리 땜납 합금은, 종래 사용되어 온 Sn-Pb 땜납에 비해 단단하므로, 휴대 전화 등의 소형 기기에 사용되면 잘못 휴대 기기를 떨어뜨리면, 부품과 납땜한 부분의 계면에서 균열이 발생하는, 소위 「계면 박리」가 발생하기 쉬운 것이 문제로 되어 있다. 이 계면 박리는, 접합부의 땜납의 양이 비교적 많은 플로우 솔더링을 이용한 기판에서는 일어나기 어렵지만, 접합부의 땜납량이 적고, 접합부가 미세한 리플로우 솔더링으로 납땜한 기판에서 발생하기 쉽다.

또한, 리플로우 솔더링으로 납땜하는 기판에는, 솔더 페이스트나 땜납 볼, 솔더 프리폼 등이 사용된다. 또한, 납땜부의 수정에는, 수지 함유 땜납이 사용된다. 이들 땜납 재료가 사용된 프린트 기판에는, 특히 계면 박리의 문제가 발생하기 쉽다.

본 출원인은, Cu 랜드의 납땜에 사용하는 낙하 충격에 강한 땜납 합금으로서, 땜납의 Ag의 함유량이 0.8∼2.0질량％, Cu의 함유량이 0.05∼0.3질량％이며 In, Ni, Pt, Sb, Bi, Fe, Al, P를 첨가한 땜납 합금(WO2006/129713A1)을 개시하고 있다.

또한, 온도 사이클 특성이 우수한 땜납 합금으로서, 고용 원소를 함유하는 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금이며, 또한, 실온에서는 과포화 고용체, 혹은, 고용 원소가 석출된 고용체로 이루어지는 합금 조직을 갖고, 히트 사이클 환경에 있어서의 고온 시에는, 저온에서 석출된 고용 원소가 Sn 매트릭스 중에 재고용되는 고용체로 이루어지는 합금 조직을 갖는 합금으로 이루어지는, Sn-Ag-Cu-Bi계 납 프리 땜납(WO2009/011341A1)을 개시하고 있다.

또한, Sn-Ag-Cu 땜납 조성에 Bi나 Sb를 첨가하여 Bi나 Sb와 Sn으로 고용체를 형성하고, 또한, Ag나 Cu는, Sn과 금속간 화합물을 형성하여, 그 고용체나 금속간 화합물의 마이크로 조직에 의해, 기계적인 강도를 유지하고 있는 땜납 합금(일본 특허 출원 공개 평9-327790호 공보)도 있다.

WO2006/129713A1 WO2009/011341A1 일본 특허 출원 공개 평9-327790호 공보

납 프리 땜납은, 내낙하 충격성, 특히 납땜 면적이 작은 납땜부의 내낙하 충격성이 강하다고는 말할 수 없다. 최근의 전자 기기는 고성능·소형화되어 있으므로, 거기에 내장되는 전자 부품도 소형화이며 고기능화되어 있어, 최근의 전자 기기는 전극수가 증가하고 있음에도 불구하고, 전체의 크기는 반대로 작아지고 있다. 이와 같이 작아진 전자 부품의 전극에 형성하는 납땜부도 작아지고 있지만, 작은 납 프리 땜납 납땜부의 땜납이 내낙하 충격성에 약하면, 낙하와 같은 충격을 전자 기기가 받았을 때에, 납땜부가 간단하게 박리되어, 전자 기기로서의 기능을 달성할 수 없게 되어 버린다.

휴대 기기에서도, 리모트 컨트롤러와 같이 전자 기기의 프린트 기판의 사이즈가 비교적 크고, 땜납이 많이 부착되는 플로우 솔더링으로 납땜시키고 있는 전자 기기는 문제로 되기 어렵지만, 휴대 전화나 모바일 퍼스널 컴퓨터와 같이, 소형이며 밀집도가 높은 제품은 솔더 페이스트나 땜납 볼 등을 사용한 리플로우 솔더링의 납땜밖에 행할 수 없고, 땜납 접합에 사용되는 땜납량도 미소량으로 되어 있다.

다음으로, 전자 기기의 온도 사이클 특성은 그 전자 기기의 수명에 관계되는 중요한 요소이며, 휴대 전화나 모바일 퍼스널 컴퓨터는, 상시 공조의 효과가 있는 실내에서 사용시키는 것이 아니라, 자동차의 차내와 같은 고온 환경하나 설천(雪天)의 야외와 같은 저온 환경하에서 사용되는 것도 진귀하지 않다. 그로 인해, 온도 사이클 특성이 우수한 것은 필수의 조건이며, 휴대 기기에 사용되는 땜납도 우수한 온도 사이클 특성을 갖고 있어야 한다.

즉, 전자 기기가 사용되는 환경에 의해, 전자 기기를 접합하는 납땜부는 팽창·수축을 반복하고, 땜납 부분에 균열이 생기고, 최후에는 땝납 부분이 파괴되어 버린다. 이것을 일반적으로 열 피로라 하고 있다. 휴대 전화나 모바일 퍼스널 컴퓨터에 사용시키는 땜납 합금으로서는, 열 피로가 발생하지 않는, 온도 사이클 특성이 좋은 땜납 합금이 요구되고 있다.

그러나 내낙하 충격성이 우수한 땜납이, 동시에, 온도 사이클 특성이 우수하다고는 말할 수 없었다. 예를 들어 특허문헌 1과 같은, 종래의 내낙하 충격성을 고려한 땜납 합금은, Sn-Ag-Cu 땜납의 Ag나 Cu의 함유량을 적게 하여, 전극과 납땜부의 계면에 발생하는 Cu6Sn5나 Ag3Sn 등의 금속간 화합물이 두꺼워지는 것을 억제함으로써, 전극과 납땜부의 계면으로부터 박리가 일어나는 것을 방지하여 내낙하 충격성을 확보하고 있다. 그러나 종래의 Sn-Ag-Cu계 땜납 합금의 Ag나 Cu의 양을 감소시키면 내낙하 충격성은 향상되지만, Sn-Ag-Cu계 땜납 합금의 우위성인 온도 사이클 특성이 나빠져 버린다고 하는 문제가 발생한다. 이와 같이, 지금까지는 온도 사이클 특성과 내낙하 충격성의 양쪽의 특성을 함께 갖는 땜납 합금은 개발되어 있지 않았다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, Sn-Ag-Cu계 땜납 합금의 특징인 온도 사이클 특성을 유지하면서, 내낙하 충격성이 우수한 땜납 합금을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, Sn-Ag-Cu계 땜납 합금 조성에 있어서, Cu가 공정 부근으로부터 이격된 조성으로 해 버리면 온도 사이클 특성이 저하되어 버리는 것, Ag는 공정 부근으로부터 이격된 조성으로 해도 Cu에 비해 온도 사이클 특성의 저하가 적은 것, Ag의 양을 감소시킨 대신에 Bi와 Sb에 In을 첨가함으로써 온도 사이클 특성이 향상되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명은, Ag가 0.2∼1.2질량％, Cu가 0.6∼0.9질량％, Bi가 1.2∼3.0질량％, Sb가 0.02∼1.0, In을 0.01∼2.0질량％ 함유하고, 잔량부 Sn으로 구성되는 것을 특징으로 하는 납 프리 땜납 합금이다.

전자 기기의 납땜부에 온도 사이클이 가해지면, 접합부의 땜납 조직은 조대화를 일으키므로, 일반적으로 온도 사이클 특성은, 땜납 조직이 미세한 것이 우수하다. 특허문헌 3에서는, 실시예에서 사용하는 땜납 합금의 Ag의 양이 3.0질량％ 또는 3.4질량％인 것으로부터 생각하여, Ag의 양이 공정 부근의 땜납 합금의 기술인 것에 반해, 본 발명에서는 내낙하 충격 특성을 갖게 하기 위해, Ag의 양을 0.2∼1.2질량％로 하고 있고, Sn과 Ag와 Cu와 Bi와 Sb로 이루어지는 땜납 합금 조성에서는, 온도 사이클 특성이 양호하다고는 말할 수 없었다. 따라서, 본 발명에서는 Sn-Ag-Cu의 땜납 합금 조성에 Bi와 Sb 이외에 In을 첨가함으로써, Ag의 양을 0.2∼1.2질량％로 적게 해도, 종래의 Sn-Ag-Cu-Bi-Sb 조성과 마찬가지로 열 피로가 적을 뿐만 아니라, 예상 외로, 온도 사이클 특성이 양호한 땜납 합금으로 되어 있다.

본 발명의 땜납 합금에 첨가한 In은, Bi와 Sb와 동일하게 Sn과 고용체를 형성하는 금속이다. 본 발명의 땜납 합금에 첨가한 In은 동일한 Sn과 고용체를 형성하는 Bi나 Sb에 비교하여 원자량이 작으므로, Bi나 Sb의 사이에 들어가 보다 내온도 사이클 특성이 양호한 고용 강화형의 땜납 합금을 형성하는 것이 가능하다. 특히, Bi, Sb, In 중에서 가장 원자량이 큰 Bi의 함유량이 In보다 원자％로 2배보다 많이 포함되어 있는, 즉 질량％로 약 4배 이상 많으면, Bi의 원자의 간극에 In이 들어가 보다 내온도 사이클 특성이 양호해진다.

보다 바람직하게는, Bi의 함유량이 In보다 원자％로 3배 이상일 때이다.

그러나 In은 Zn 등을 닮아 반응성이 격렬하고, 솔더 페이스트에 사용하면 솔더 페이스트가 점도의 경시 변화를 일으키기 쉽고, 취급이 어렵다고 되어 있었다. 본 발명에서는, 땜납 합금 중에 첨가하는 In의 양을 한정하는 것 및 솔더 페이스트의 플럭스에 사용하는 유기산을 한정하는 것에 의해, 솔더 페이스트로의 사용도 가능하게 되어 있다.

본 발명의 땜납 합금을 사용함으로써, 미세한 납땜 패턴을 가진 휴대 기기 등이 낙하해도 납땜부가 파손되지 않는 내낙하 충격성이 우수한 휴대 기기를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 땜납 합금을 사용함으로써, 염천하(炎天下)의 차내 등의 고온의 환경하에서도, 설천의 야외 등의 저온하의 환경에서 사용해도, 열 피로가 발생하지 않는, 온도 사이클 특성이 우수한 휴대 기기를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은 In이 포함되어 있지만, 본 발명의 땜납 합금을 분말로 하여 솔더 페이스트로 해도 점도의 경시 변화가 적고, 우수한 솔더 페이스트를 얻는 것이 가능하다.

일반적으로 Sn 주성분의 납 프리 땜납에 있어서, Ag는 내온도 사이클성에 효과가 있지만, 반대로 많이 첨가하면 내낙하 충격성이 저하된다. 본 발명의 납 프리 땜납에서는, Ag의 첨가량이 0.2질량％보다도 적으면 땜납 합금 중의 Sn-Ag의 금속간 화합물의 생성량이 적고, 땜납 조직의 미세화 효과가 나타나지 않고 내온도 사이클 성향상의 효과가 나타나지 않는다. 또한, Ag의 첨가량이 1.2질량％를 초과하면 땜납 내부에 Ag3Sn의 금속간 화합물의 생성량이 많아지고, 그물코 형상의 구조가 얻어지므로, 재료의 강도가 올라가고, 내충격성이 나빠진다. 그로 인해 Ag의 첨가량은, 1.2질량％ 이하로 한다. 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 Ag의 첨가량은 0.2∼1.2질량％이며, 보다 바람직한 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 Ag의 첨가량은 0.5∼1.0질량％이다.

또한 본 발명의 납 프리 땜납에 있어서, Cu가 0.6질량％보다도 적으면 땜납 합금 중의 Sn-Cu의 금속간 화합물의 생성량이 적고, 땜납 조직의 미세화 효과가 나타나지 않고 내온도 사이클 성향상의 효과가 나타나지 않는다. Cu의 첨가량이 0.9질량％보다도 많아지면, 땜납 응고 시에 Cu6Sn5의 금속간 화합물층이 초정으로 되고, 용융성이 저해된다. 그로 인해, 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 Cu의 첨가량은 0.6∼09질량％이며, 보다 바람직하게는 0.7∼0.8질량％이다.

본 발명의 Bi의 함유량은, 1.2질량％보다 적으면, 땜납 합금 중의 Sn에 대한 Bi의 고용량이 적으므로, 온도 사이클 특성의 향상에 효과가 없다. 그러나 Bi의 함유량이 3.0질량％보다 많으면, 땜납의 경도가 급격하게 증가하고, 연성이 없어지므로 내낙하 충격성을 나쁘게 해 버린다. 그로 인해, Bi의 첨가량은 3.0질량％ 이하로 한다. 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 Bi의 첨가량은 1.2∼3.0질량％이며, 보다 바람직한 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 Bi의 첨가량은 1.5∼2.0질량％이다. 더욱 바람직하게는 Bi의 하한은 1.6질량％이다.

다음으로, 본 발명의 Sb의 함유량은, 0.02질량％보다 적으면 땜납 합금 중의 Sn으로의 Sb의 고용량이 적으므로, 온도 사이클 특성의 향상에 효과가 없고, Sb의 함유량이 1.0질량％보다 많으면, 땜납 중에 AgSb의 금속간 화합물이 생성되어, 내낙하 충격성을 나쁘게 해 버린다.

또한, Sb의 함유량이 1.0질량％보다 많으면 땜납의 습윤성이 나빠지고, 보이드가 증가한다. 그로 인해, Sb의 첨가량은 1.0질량％ 이하로 한다. 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 Sb의 첨가량은 0.02∼1.0질량％이며, 바람직한 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 Sb의 첨가량은 0.15∼0.5질량％이다.

땜납 합금에 있어서의 In의 첨가는, 온도 사이클 특성 향상에 효과가 있다. 그러나 In은 산화되기 쉬운 금속이므로, 그 땜납 합금도 용이하게 산화되어 버린다. In의 산화에 의해, 땜납 합금의 황변이 일어나고, 또한 땜납 접합부에 보이드가 발생해 버리므로, In의 첨가량은 한정할 필요가 있다. 또한, In을 함유하는 땜납 합금을 분말로 하여, 플럭스와 혼화하고 솔더 페이스트를 만들면 In과 플럭스가 반응하므로, 솔더 페이스트의 점도가 경시 변화를 일으키기 쉽다.

본 발명의 In의 함유량은, 0.01질량％보다 적으면 땜납 합금 중의 Sn과 In의 고용체량이 적으므로, 온도 사이클 특성의 향상에 효과가 없고, In의 함유량이 2.0질량％보다 많으면, 리플로우 후에 땜납 범프 표면에 황색 변화가 발생하고, 또한 보이드 발생율도 높아지므로, 바람직하지 않다. 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 In의 첨가량은 0.1∼2.0질량％이며, 보다 바람직하게는 본 발명의 땜납 합금에 있어서의 In의 첨가량은 0.2∼0.5질량％이다.

In을 함유하고 있는 땜납 합금의 솔더 페이스트는, In이 반응성이 높은 금속이므로 점도의 경시 변화를 일으키기 쉽다. 본 발명의 땜납 합금은, In의 양을 한정함으로써 솔더 페이스트의 경시 변화를 방지하고 있지만, In 전용의 플럭스를 사용함으로써 플럭스와 In 함유 땜납 분말의 반응을 방지할 수 있다.

본 발명의 플럭스는, 로진, 용제, 틱소제, 활성제와 보조 활성제로서 유기산을 함유하는 플럭스에 있어서, 보조 활성제로서 사용하는 유기산에 숙신산, 아디프산, 아제라인산의 In과 반응성이 적은 유기산을 선택하여 사용하고 있고, 플럭스와 땜납 분말이 반응하여 점도의 경시 변화를 일으키는 일이 없다. 보조 활성제라 함은, 부식 신뢰성을 높이기 위해 주활성제의 할로겐화물 등의 양을 제한될 때에, 습윤성을 높이기 위해 첨가되는 것을 말하며, 할로겐 성분을 포함하지 않는 활성제로서 첨가되어 있다.

본 발명의 플럭스에 사용하는 숙신산, 아디프산, 아제라인산은, 합쳐서 0.5질량％ 미만에서는 보조 활성제로서의 효과가 나타나지 않고, 습윤성이 나쁘고, 땜납 볼 발생 등의 문제가 많아진다. 또한, 5질량％ 이상 첨가하면, 본 발명의 숙신산, 아디프산, 아제라인산의 In과 반응성이 적은 유기산에서도 In과 반응하여 경시 변화가 일어나 버린다. 따라서, 본 발명에 첨가하는 숙신산, 아디프산, 아제라인산의 양은, 합계로 0.5질량％ 이상, 5.0질량％ 미만이다.

본 발명에 관한 땜납 합금은, 상술한 바와 같이 솔더 페이스트로서 사용될 뿐만 아니라, 땜납 볼로서, 수지 함유 땜납으로서, 혹은, 프리폼 땜납의 형태로 사용할 수 있다.

실시예

표 1의 실시예 및 비교예 땜납 조성(질량％)의 땜납 분말과 표 2의 제13 실시예의 플럭스 조성의 플럭스를 혼화하여 솔더 페이스트를 제작하여, 3216 사이즈의 Sn 도금 전극의 저항을 프린트 기판에 탑재한 경우의, 온도 사이클 시험을 행하였다. 또한, 직경 0.3㎜ 볼로 실장한 CSP를 마찬가지로 탑재하고, 낙하 충격 시험을 행하였다.

온도 사이클 시험 및 낙하 충격 시험의 결과를, 표 1에 나타낸다.

여기서, 제2 비교예는 특허문헌 1의 땜납 합금 조성이며, 제3, 제4 비교예는 특허문헌 2의 땜납 합금 조성, 제5 비교예는 특허문헌 3의 땜납 합금 조성이다.

낙하 충격 시험

1. 땜납 범프를 형성한 CSP와 프린트 기판간에, 낙하에 의한 충격을 가하고, 납땜부에 균열이 발생할 때까지의 낙하 횟수를 측정한다. 기판은, 납땜 후에 실온에서 5일간 방치한 것을 사용하였다. 균열 진전에 관한 판단은, 전기 저항값이, 초기값으로부터 50％ 상승한 점을 낙하 횟수로서 기록한다.

2. 낙하 충격 시험의 공정은 이하와 같이 행한다.

1.) 외형 12×12(㎜), 전극 196개의 범프를 갖는 전해 Ni/Au 도금의 CSP에, 플럭스를 인쇄하고, 표 1의 조성을 가진 직경 0.3㎜의 땜납 볼을 적재한다.

2.) 땜납 볼이 적재된 CSP를 리플로우로에서 가열하여 전극에 땜납 범프를 형성한다.

3.) 땜납 범프가 형성된 CSP를 30×120(㎜)의 솔더 페이스트가 도포된 글래스 에폭시 프린트 기판 중앙에 탑재하고, 리플로우로에서 가열하여 CSP를 프린트 기판에 납땜한다.

4.) CSP가 납땜된 프린트 기판의 양단부를, 낙하 지그 상에 지그와 1㎝의 간격을 두고 고정한다.

5.) 낙하 지그에 가속도 1500G가 부하되는 높이로부터 낙하시켜 프린트 기판에 충격을 부여한다. 이때 양단부를 지그에 고정된 프린트 기판은, 중앙부가 진동하고, 프린트 기판과 CSP의 납땜부는, 이 진동에 의한 충격을 받는다. 이 낙하 시험으로 CSP의 납땜부에 균열이 발생할 때까지의 낙하 횟수를 측정한다. 시험 기록은, 6점 시험을 행하고, 최저값을 기록한다.

온도 사이클 시험

1. JIS C0025에 규정된 시험 방법이며, 납땜부가 고온, 저온의 온도 변화의 반복에 의해, 주어지는 영향에 대해 조사하는 것으로, 전자 기기의 수명의 지수로서 사용되고 있다.

2. 온도 사이클 시험의 공정은 이하와 같이 행한다.

1.) 외형 3.2×1.6(㎜)의 Sn 도금 저항을 솔더 페이스트가 도포된 글래스 에폭시 프린트 기판에 탑재하고, 리플로우로에서 가열하여 납땜한다.

2.) 납땜된 프린트 기판을 저온 조건이 －40℃, 고온 조건이 ＋85℃, 각 30분의 2조식의 자동 시험 장치에 투입하여, 초기, 800사이클째, 1200사이클째, 1600사이클째, 2000사이클째에서 프린트 기판을 취출하여, 납땜부의 전단 강도 시험을 150점 행하고, 강도의 추이를 확인하였다.

3.) 각 사이클에서의 최저 강도에 있어서, 강도의 저하율이 현저하거나(초기값보다 50％ 이하), 혹은 강도가 10N 이하로 되는 단계에서 열화되었다고 간주하고, 그 사이클수를 표에 기재한다.

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 납 프리 땜납 합금은, 내낙하 충격 시험에 있어서 비교예의 납 프리 땜납보다도 현격히 우수한 것이며, 또한 온도 사이클 특성도 장시간의 온도 사이클에 있어서도 현저한 강도 열화의 발생이 없는 것이다.

점도 경시 변화 시험

다음으로, 표 1의 제4 실시예의 땜납 조성으로 땜납 분말을 제작하고, 표 2의 플럭스 조성(질량％)의 플럭스와 혼화하여, 솔더 페이스트를 제작하고, 땜납 볼 시험과 솔더 페이스트의 점도 경시 변화를 확인하였다.

땜납 볼 시험은, JIS Z3284 부속서 11에 따랐다. JIS Z3284 부속서 11의 도 1에 있어서, 카테고리 1 및 2를 ◎으로 하고, 카테고리 3을 ○으로 하고, 카테고리 4를 ×로 하였다.

솔더 페이스트의 점도 경시 변화는, JIS Z3284 부속서 6에 따라, 말콤사제 점도계 PCU-205를 사용하여 측정 온도 25℃, 회전 속도 10RPM으로 10시간 측정하여, 초기 점도로부터 20％ 이상 점도가 상승한 것을 ×, 점도의 상승이 10％ 이상, 20％ 미만인 것을 ○, 점도의 상승이 10％ 미만인 것을 ◎이라고 판정하였다. 땜납 볼 시험 및 솔더 페이스트의 점도 경시 변화 시험의 결과는, 표 2에 기재한다.

표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 솔더 페이스트의 경시 변화가 발생하기 쉬운 In을 함유하고 있음에도 불구하고, 안정된 점도의 솔더 페이스트를 얻을 수 있다. 또한, 리플로우 후의 땜납 볼이 적고, 문제가 없는 땜납 접합을 얻는 것이 가능해진다.

본 발명은, 미소 납땜부에 있어서의 내충격성의 향상을 목적으로 한 것이며, 이 목적에 적합한 용도로서는 땜납 범프를 비롯한, 일반의 납땜에 사용해도 내낙하 충격성에 효과를 발휘한다. 땜납 범프 형성에는, 땜납 볼이나 솔더 페이스트로서 사용하는 경우가 많지만, 이들의 미소 납땜 부분은, 수정용으로서 수지 함유 땜납도 사용되는 것이며, 수지 함유 땜납에서도 본 발명의 작용 효과가 나타난다고 생각된다.

Claims

Ag가 0.2∼1.2질량％, Cu가 0.6∼0.9질량％, Bi가 1.2∼3.0질량％, Sb가 0.02∼1.0질량％, In을 0.01∼2.0질량％ 함유하고, 잔량부 Sn으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 납 프리 땜납 합금.
제1항에 있어서, Ag가 0.2∼1.0질량％, Cu가 0.6∼0.9질량％, Bi가 1.2∼2.0질량％, Sb가 0.1∼0.5질량％, In을 0.01∼0.3질량％ 함유하고, 잔량부 Sn으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 납 프리 땜납 합금.
제1항에 기재된 납 프리 땜납 합금의 땜납 분말과 플럭스를 혼화한 납 프리 솔더 페이스트에 있어서, 상기 플럭스에 사용되는 유기산으로서 숙신산, 아디프산, 아제라인산으로부터 선택된 1종 이상의 유기산을 합계로 0.5질량％ 이상, 5질량％ 미만을 사용한, 납 프리 솔더 페이스트.
제1항에 기재된 납 프리 땜납 합금으로 이루어지는 땜납선의 중심부에 플럭스를 충전한 수지 함유 땜납에 있어서, 상기 플럭스에 사용되는 유기산으로서 숙신산, 아디프산, 아제라인산으로부터 선택된 1종 이상의 유기산을 사용한, 납 프리 수지 함유 땜납.
제1항에 기재된 납 프리 땜납 합금으로 이루어지는, 땜납 볼.
제1항에 기재된 납 프리 땜납 합금으로 이루어지는, 솔더 프리폼.