KR20150139583A

KR20150139583A - 솔더 페이스트

Info

Publication number: KR20150139583A
Application number: KR1020157031702A
Authority: KR
Inventors: 모토키 고로키; 슌사쿠 요시카와; ?사쿠 요시카와; 사키에 오카다; 타로 이토야마; 히데유키 고무로; 나오코 히라이; 게이타로 시미즈
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-12-11
Also published as: US10350712B2; CN105307812B; EP3000554A4; JPWO2014168026A1; JP5962939B2; CN105283267A; EP3000555A1; KR20150139584A; TWI628029B; CN105283267B; EP3000554A1; KR102183511B1; PT3000554T; ES2774651T3; US20160158896A1; EP3000555A4; KR102183512B1; US9987710B2; TW201503982A; CN105307812A

Abstract

2차 리플로우 이후의 가열시에, 조인트로부터 금속이 유출되지 않아, 상온하 및 고온하에 있어서 높은 접합 강도를 갖고, 경시 안정성이 우수한 솔더 페이스트는, 금속 분말 성분과 플럭스 성분으로 구성되고, 상기 금속 분말 성분이 Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 분말 10∼70질량％와 Sn을 주성분으로 하는 땜납 분말 30∼90질량％을 포함한다. Cu 단상이 금속간 화합물 분말 중 및 땜납 분말 중에 존재하지 않으므로, 플럭스로의 Cu 이온의 용출이 억제된다.

Description

솔더 페이스트 {SOLDER PASTE}

본 발명은, 기판 접합에 사용되는 솔더 페이스트에 관한 것이다.

노트북형 퍼스널 컴퓨터나 휴대 전화 등의 민간용 모바일 전자 기기의 보급에 수반하여, 이러한 전자 기기의 소형화, 고성능화에의 요구는 높아지고 있다. 이 요구에 따르기 위해, 최근에는, 프린트 배선판의 고밀도화에 부가하여, 프린트 배선판을 복수층 적층한 적층 기판이 사용되고 있다.

적층 기판은, 각 기판에 형성된 비아 홀에 땜납 등의 접합 재료를 충전하고, 가열하면서 가압함으로써, 각 기판을 전기적으로 접합한 기판이다. 기판의 적층수가 3층 이상인 경우, 1층째와 2층째의 접합(1차 리플로우)시에 접합 재료에 의해 형성된 조인트가, 3층째와의 접합(2차 리플로우)시에 용융되어 유출되어 버리면, 접속 단락 등의 불량의 원인으로 된다.

또한, 금속이 유출되지 않는 경우라도, 2차 리플로우시에, 1차 리플로우시에 형성된 조인트가 용융되어 버리면, 접합 개소가 파손되어, 기판의 위치가 어긋나 버리는 등의 불량이 발생하는 경우가 있다. 그로 인해, 2차 리플로우시에 유출되지 않을 뿐만 아니라, 어느 정도의 접합 강도도 갖는 조인트를 형성하는 접합 재료가 요구된다. 따라서, 1차 리플로우시에 형성된 조인트는, 그 1차 리플로우의 프로세스 중에 고온화(고융점화)되어, 2차 리플로우시에 재용융되지 않는 접합 재료가 사용되고 있다.

예를 들어, 1차 리플로우시의 가열 온도와 2차 리플로우시의 가열 온도가 동일한 250℃∼270℃인 경우, 1층째와 2층째를 접합하는 접합 재료는, 1차 리플로우시에는 용융되지만, 1차 리플로우에 의해 형성된 조인트는 2차 리플로우의 최고 온도인 270℃에서도 용융되지 않는 것이 요구된다.

이러한 재용융 온도가 높은 접합 재료로서, 특허문헌 1에는, Cu 볼과 Sn 볼을 플럭스 중에서 혼합한 솔더 페이스트가 개시되어 있다. Sn의 융점 이상의 온도에 있어서, 솔더 페이스트는 Cu 볼의 일부와 Sn 볼로부터 Cu₆Sn₅를 포함하는 화합물을 형성하고, Cu 볼끼리는 Cu₆Sn₅를 포함하는 화합물에 의해 결합되는 상태로 되므로, 재용융 온도가 높아진다. 본 발명에 의하면, Sn 볼이 융해되었을 때, Sn은 Cu 볼에 습윤 확산되어, Cu 볼의 간극을 매립하여, Cu 볼 사이에 비교적 균일하게 존재하게 된다. 이에 의해, Cu 볼의 표면의 적어도 일부에 융점이 400℃ 이상을 나타내는 Cu₆Sn₅가 형성되어, Cu 볼끼리가 Cu₆Sn₅에 의해 결합된다고 하는 것이다.

특허문헌 2, 3에는, 솔더 페이스트에 미리 금속간 화합물 분말을 배합하는 것이 개시되어 있지만, 동시에 구리 미분말의 배합도 필수로 되어 있다.

일본 특허 제3558063호 공보 일본 특허 공개 제2011-62736호 공보 일본 특허 공표 제2012-533435호 공보 일본 특허 공개 평09-122967호 공보 일본 특허 공개 제2002-124533호 공보 WO2007/125861호 공보

그러나, 특허문헌 1, 2, 3에 개시된 솔더 페이스트는, 3개월 정도의 보존 기간에 경시 변화를 일으켜 점도가 상승해 버린다. 일반적으로, 솔더 페이스트가 그러한 경시 변화를 일으켜 버리는 메커니즘은, 금속 분말 중의 금속 원소가 플럭스 중의 유기산이나 활성제에 의해 금속 이온으로서 용출되고, 이 금속 이온이 플럭스 중의 유기산이나 활성제와 반응하여, 각각 금속염을 생성해 버리는 것에 있다.

특허문헌 1, 2, 3에 개시된 솔더 페이스트에는, Sn과 Cu가 금속 분말로서 첨가되어 있지만, 특히 산화된 Cu는 플럭스 중의 유기산이나 활성제에 의해 환원되어 Cu 이온으로 되고, 또한 로진이나 유기산과 반응하여 Cu의 금속염으로 된다. 이러한 금속염의 생성에 의해, 솔더 페이스트의 점성을 높여 인쇄성이나 보존성을 의미하는 경시 안정성을 저하시키거나, 솔더 페이스트의 휘발 성분과 함께 기판에 잔사로서 남는 경우에는 배선간의 접속 단락을 초래할 우려가 있다.

솔더 페이스트의 경시 안정성을 높이기 위한 대책으로서, 솔더 페이스트에 포함되는 플럭스 중의 로진이나 첨가제에 대해, 활성력이 약한 것을 선택하는 것이 생각된다. 그러나, 이것은 로진이나 첨가제의 선택의 폭을 좁히는 것이며, 경우에 따라서는 활성력의 저하에 의한 습윤성의 대폭의 저하를 야기시켜 버리게 된다고 생각된다.

그런데, 최근의 전자 기기의 소형화에 의해 실장 기술도 고밀도화되고, 프린트 배선판의 접속 단자의 크기도 소형화가 진행되고 있다. 이로 인해, 솔더 페이스트의 인쇄 영역도 미소해지고, 인접 간격도 좁아져, 접속 단자에 인쇄되는 솔더 페이스트에는 우수한 인쇄성이 요구되고 있다.

전술한 바와 같이, Cu 볼 함유 솔더 페이스트는 조제 후, 밀폐 용기에 보존해도, 3개월 정도의 보존 기간에 경시 변화를 일으켜, 점도가 상승해 버린다. 또한, 솔더 페이스트를 수용하는 용기를 개방하여, 솔더링 작업에 사용하기 시작하면, 용기 내의 솔더 페이스트는 한나절 정도에 경시 변화가 진행되어, 점도가 증대되어 버린다.

이와 같이, Cu 볼을 함유하는 솔더 페이스트에서는, 보존 중 및 사용 중의 경시 변화를 피할 수 없다.

종래의 일반 솔더 페이스트에는 6개월의 보증 기간이 부여되어 있는 것을 생각하면, Cu 볼을 함유하는 솔더 페이스트라도, 3개월 이상의 보증 기간이 부여되는 것이 바람직하다.

특히, 보존 기간 중의 이러한 경시 변화의 문제는, 오늘날과 같이 미세 회로에 사용하는 솔더 페이스트의 경우에는 현저해진다. 즉, 메탈 마스크의 구멍이 약 200㎛ 이하로 작아져, 입경 25∼38㎛와 같은, 종래보다 더욱 미세한 땜납 입자가 필요해지고 있다. 그로 인해, 땜납 입자 전체의 표면적이 커지고, 이것이 솔더 페이스트의 경시 변화에 크게 영향을 미치고 있다고 생각된다.

따라서, 최근의 솔더 페이스트는, 조제 후에 장기간 보존해도 경시 변화가 일어나지 않는 보존성에 부가하여, 인쇄시에 산화 분위기에 노출되어도, 증점되지 않고 안정적으로 연속 사용할 수 있는 우수한 인쇄 안정성, 즉 연속 인쇄성을 발휘할 수 있고, 그것을 장기간 유지할 수 있는 경시 안정성이 필요해지고 있다. 본 명세서에서는 그들을 통합하여 단순히 「경시 안정성」이라고도 한다.

본 발명의 과제는, 최근의 전자 기기의 소형화에 대응하기 위해, 특히 적층 기판의 2차 리플로우 이후의 가열시에, 1차 리플로우에 의해 형성된 조인트가 유출되지 않고, 상온하(25℃) 및 고온하(250℃)에 있어서도 Cu 볼을 함유한 솔더 페이스트와 동등 이상이 높은 접합 강도를 갖고, 또한 Cu 볼을 함유하고 있지 않은 일반 솔더 페이스트와 동등 이상의 양호한 경시 안정성을 구비한 솔더 페이스트를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, Cu 이온이 플럭스 중으로 용출되어 Cu의 금속염을 형성하지 않도록 하기 위해, 플럭스의 성분이 아니라, 솔더 페이스트 중의 금속 분말에 착안하였다. 구체적으로는, 솔더 페이스트에 첨가하는 금속 분말로서, Cu 분말을 첨가하는 것이 아니라, 그 대신에, Sn과 미리 반응시켜 금속간 화합물로 한 CuSn 금속간 화합물 분말을 솔더 페이스트에 첨가하는 것에 착안하였다. 이 결과, 본 발명자들은, 「Cu 분말」이 아니라, 미리 Cu와 Sn을 반응시킨 「Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 분말」을 솔더 페이스트에 첨가함으로써, Cu가 단독으로 접합 재료 중에 존재하지 않으므로, Cu 이온의 용출을 억제할 수 있다는 착상을 얻었다.

즉, 본 발명에 있어서는, Sn 베이스 땜납 분말 및 금속간 화합물 분말의 혼합물을 플럭스에 배합하여 솔더 페이스트로 한다. 종래는, 금속간 화합물은 습윤성이 나쁘기 때문에, 그것을 분말로 하여 솔더 페이스트에 배합해도, 충분한 접합 강도를 갖는 조인트가 얻어진다고는 여겨지고 있지 않았다.

그러나, 본 발명의 경우, 2차 리플로우 이후에서는 250∼270℃라고 하는 가열 온도에서 솔더링이 행하여지므로, 습윤성이 나쁜 점은 불리한 것으로 되지는 않는다. 오히려, Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 분말은, Cu 분말보다도 산화되기 어렵기 때문에, 페이스트로 하였을 때의 기판에의 습윤성은 보다 우수한 것으로 된다. 이 점에 관하여, 예상 외로, 금속간 화합물의 경우, 분말화되어 표면적이 커져도 산화되기 어려운, 즉 표면에 산화물이 형성되기 어렵다고 하는 성질이 있으므로, 솔더 페이스트로 한 경우라도, 경시 변화가 적다고 하는 이점이 있는 것을 알았다. 또한, 솔더 페이스트로 한 경우, Cu 분말이나 Sn 분말 등과 비교하여, 표면에 산화물이 형성되기 어렵기 때문에, 플럭스의 효과가 크게 나타나, 습윤성이 크게 개선된다. 본래는 습윤성이 나쁘다고 생각되어 온 금속간 화합물 분말이지만, 솔더 페이스트에 사용한 경우에는, 오히려 습윤성이 개선되는 것이며, 이것은 예상 밖의 효과라고 할 수 있다.

또한, 종래에 있어서도, 특허문헌 4, 5가 개시하는 바와 같이, 솔더 페이스트에 소량의 금속간 화합물을 배합하는 것은 제안되어 있지만, 상온하에서의 강도 개선이 목적이며, 조인트의 용융 온도를 높인다고 하는 것은 아니다. 이 점에 관하여, 조인트의 용융 온도를 높이는 재료로서 특허문헌 6에 개시되어 있는 것이 있지만, 이 재료는 Cu 분말에 Ni 도금을 하고 있는 점에서 본 발명의 것과는 조성이 다르다.

여기에, 본 발명은 다음과 같다.

(1) 금속 분말 성분과 플럭스 성분으로 구성되고, 상기 금속 분말 성분이 Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 분말과 Sn을 주성분으로 하는 땜납 분말을 포함하고, 상기 금속 분말 성분이, 상기 금속간 화합물 분말 10∼70질량％ 및 상기 땜납 분말 30∼90질량％를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.

여기서, 본 발명에 있어서, 「금속간 화합물」이라 함은, Cu와 Sn이 소정의 정수비로 결합되어 생긴 화합물을 말한다.

(2) 상기 금속 분말 성분의 평균 입경이 50㎛ 이하인 상기 (1)에 기재된 솔더 페이스트.

(3) 상기 땜납 분말 중의 Sn 함유량은 40∼100질량％인, 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 솔더 페이스트.

(4) 상기 땜납 분말이, 조성이 다른 2종류 이상의 땜납 분말의 혼합물인 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 솔더 페이스트.

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 솔더 페이스트를 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 땜납 조인트.

본 발명에 관한 솔더 페이스트는, Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 분말 및 Sn을 주성분으로 하는 땜납 분말을 포함하는 금속 분말 성분을 함유한다. 이러한 금속 분말 성분에는 Cu 단상의 성분은 존재하지 않는다.

우선, Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 중에는 입방정을 형성하는 Cu 단상은 존재하지 않는다. Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물은, Cu와 Sn으로 육방정을 형성하므로, Cu 원자가 금속간 화합물 중에서 비교적 안정적으로 존재한다.

또한, 일반적으로, Cu 단상이 존재하기 위해서는, 금속간 화합물 또는 땜납 합금 중에, Cu가 상온에서 90질량％ 이상 존재할 필요가 있는 것이 알려져 있다. 가령, Sn을 주성분으로 하는 땜납 분말이 Cu를 함유하는 경우라도, Cu 함유량은 최대라도 60％ 미만이므로, 상기 땜납 분말에도 Cu 단상이 존재하지 않고, 육방정인 Sn과 Cu의 금속간 화합물로서 존재한다. 따라서, 본 발명에서 사용하는 땜납 분말은 입방정인 Cu 단상보다 안정된 조직이다.

즉, 본 발명의 솔더 페이스트를 구성하는 금속간 화합물 분말 중 및 땜납 분말 중의 Cu는, Cu 단상 중의 Cu보다도 안정적으로 존재한다. 따라서, 본 발명에 관한 솔더 페이스트는, 접합 재료 중에 Cu 이온이 용출되는 일이 극히 적으므로, 플럭스 성분과 반응하여 Cu의 금속염이 거의 형성되는 일이 없어 우수한 경시 안정성을 갖는다.

또한, 본 발명에 관한 솔더 페이스트와 기판의 접속 단자에 의해 조인트를 형성할 때, Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 분말과 땜납 분말의 Sn이 반응하고, 이 반응에 의해 금속간 화합물 분말 사이, 및 금속간 화합물 분말과 접속 단자 사이에 금속간 화합물의 메쉬 구조가 형성된다. 즉, 땜납 분말 중의 Sn이 새로운 Cu₆Sn₅의 메쉬 구조를 형성하므로, 고온에서의 접합 강도가 높아진다. 그로 인해, 본 발명에 관한 솔더 페이스트를 사용하여 형성된 조인트는, 형성된 금속간 화합물의 융점이 높기 때문에, 2차 리플로우 이후의 가열시에 있어서, 조인트로부터 금속이 유출되지 않고, 또한 높은 접합 강도를 갖는 조인트를 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 경시 안정성의 문제로부터 종래 사용할 수 없었던 활성력이 강한 로진이나 첨가제를 사용할 수 있게 되어, 솔더 페이스트의 습윤성의 향상 및 새로운 금속간 화합물의 형성에 의한 메쉬 구조의 형성을 촉진하고, 그 결과, 접합 강도의 가일층의 향상도 기대할 수 있다.

이하에, 본 발명에 관한 솔더 페이스트를 구성하는 금속간 화합물 분말 및 땜납 분말에 대해 설명한다.

·금속간 화합물 분말

본 발명에 관한 솔더 페이스트에서 사용하는 금속간 화합물 분말은, Cu 및 Sn을 포함하고, Cu가 Sn과 금속간 화합물을 형성하고 있으므로, Cu 단상이 존재하지 않는다. 이에 의해, 솔더 페이스트로 하였을 때의 플럭스 중으로의 Cu 이온의 용출이 거의 없어, 우수한 경시 안정성을 갖는다.

본 발명에 있어서, 상기 금속간 화합물의 배합 비율은, 금속 분말 성분에 대한 비율로서 10∼70질량％이고, 바람직하게는 15∼65질량％, 보다 바람직하게는, 20∼50질량％이다.

본 발명에 관한 솔더 페이스트를 사용하여 형성된 조인트는, 리플로우시의 가열에 의해 금속간 화합물의 메쉬 구조가 형성된다. 일반적으로 금속간 화합물은 융점이 높기 때문에, 본 발명에 관한 솔더 페이스트가 1층째의 기판과 2층째의 기판의 접합에 사용된 경우, 3층째 이후의 기판을 접합하는 온도인 250℃∼270℃ 하에서, 조인트로부터 금속이 유출되지 않아, 높은 접합 강도가 얻어진다.

Cu를 분말 중에 안정적으로 존재시키기 위해, 금속간 화합물 분말 중의 Sn과 Cu의 질량비는, 바람직하게는 8:2∼1:9의 범위이고, 보다 바람직하게는 7:3∼2:8이고, 특히 바람직하게는 6:4∼3:7이고, 가장 바람직하게는 6:4∼4:6이다. 이 질량비에 있어서 형성되는 금속간 화합물로서는, 예를 들어 Cu₃Sn 및 Cu₆Sn₅를 들 수 있다. 이들은, 융점이 400℃ 이상을 나타내므로, 조인트가 이들 금속간 화합물로 구성되면, 재용융 온도가 높아져, 복수회 가열되는 것을 전제로 사용하는 것이 가능해진다.

본 발명에 관한 솔더 페이스트는, 금속간 화합물로서, Cu₃Sn을 함유하는 것이 바람직하다. 솔더 페이스트 중에 Cu₃Sn이 존재하고 있으면, 리플로우에 의한 땜납 조인트 형성시에, 땜납 중의 Sn과, 금속간 화합물 분말 중의 Cu₃Sn이 반응하고, Cu₃Sn의 일부가 Cu₆Sn₅로 변화되어, 이 새롭게 형성된 Cu₆Sn₅가, 미리 첨가되어 있던 금속간 화합물 분말의 사이, 및 접속 단자와 금속간 화합물 분말의 사이에서 Cu₆Sn₅의 메쉬 구조를 형성하기 때문이다.

또한, 본 발명의 솔더 페이스트에 의해 형성된 땜납 조인트 중의 Cu₃Sn과 Cu₆Sn₅의 함유비는, 바람직하게는 48:1∼13:33이다. 이 범위이면, 조인트의 접합 강도가 높은 값을 나타낸다.

또한, 본 발명의 「Cu₃Sn과 Cu₆Sn₅의 함유비」는, 금속간 화합물 전체에서의 Cu₃Sn과 Cu₆n₅의 함유비를 나타낸다.

금속간 화합물 분말의 평균 입경은, 솔더 페이스트로서 사용하기 위해서는 바람직하게는 50㎛ 이하이다. 그러나, 본 발명은, 이미 서술한 바와 같이, 종래의 솔더 페이스트에 있어서 미세 분말로 할 때의 경시 변화를 저지한다고 하는 과제를 해결하기 위해 제안되어 있는 것이며, 미세 구조용 솔더링에 사용되는 경우를 고려하면, 평균 입경은, 바람직하게는 40㎛ 이하, 보다 바람직하게는 30㎛ 이하이다. 하한은 특별히 제한되지 않는다. 또한, 제조상의 이유로부터, 통상, 입경은 0.1㎛ 이상(D＝50％ 값)이다.

본 발명에서는, 전술한 금속간 화합물 분말의 표면에, Cu 이외의 1종 이상의 금속 원소를 포함하는 금속 도금이 피복되어 있어도 된다. 금속간 화합물 분말의 표면에 금속 도금이 피복되어 있으면, 땜납 분말의 용융 전에 땜납 분말과 금속간 화합물 분말이 반응하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 땜납 조인트의 보이드의 발생 억제나 응집률의 개선을 도모할 수 있다. 경시 안정성도 현저하게 개선된다.

금속간 화합물 분말에 대한 도금 재료로서, Cu 이외의 금속 원소로서는 Sn이나 Ni 등을 들 수 있다.

금속 도금은, 전해 도금이나, 무전해 도금 등의 종래의 주지의 방법으로 형성할 수 있다. 금속 도금의 막 두께는, 특별히 제한되지 않지만, 일반적으로는, 0.01∼10㎛가 생각된다. 바람직하게는, 0.1∼3㎛이다.

·땜납 분말

본 발명에서 사용하는 땜납 분말은, 기판의 접속 단자와 금속간 화합물 분말의 접합이나 금속간 화합물 분말 사이의 접합에 사용된다.

본 발명에 있어서, Sn을 주성분으로 하는 땜납 분말의, 금속 분말 성분에 대한 비율은 30∼90질량％이고, 바람직하게는 40∼85질량％이고, 더욱 바람직하게는 50∼80질량％이다.

본 발명에 있어서, 「Sn을 주성분으로 하는」이라 함은, 땜납 분말 중의 Sn의 함유량이 40∼100질량％인 것을 말한다. Sn을 주성분으로 하는 것은, 일반적으로 기판의 접속 단자에 사용되는 재질이 Cu이고, 본 발명에서 사용하는 금속간 화합물 분말과 접속 단자의 사이에 금속간 화합물의 메쉬 구조를 형성시키기 위해서이다. 또한, Sn의 함유량이 40∼100질량％이면, 가령 땜납 분말의 합금 조성이 Cu를 함유하는 경우라도, Cu 단상이 존재하지 않는다.

여기서, 본 발명에 있어서, 「땜납」이라 함은, 재료간의 접합에 사용하는 금속이나 합금이며, 실장시의 피크 온도가 270℃ 이하에서 리플로우를 행할 수 있는 것을 말한다.

땜납 분말의 조성으로서는, Sn, Sn-Ag-Cu, Sn-Bi, Sn-In, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Sb, Sn-Ni 등을 들 수 있다. 또한 상기 각 조성에는, 강도나 습윤성 향상을 위해, Ag, Cu, Bi, In, Ni, Co, Sb, Ge, Ga, P, Fe, Zn, Al, Ti 중으로부터 첨가되어 있지 않은 원소를 적어도 1종 이상 선택하여, 각 원소를 각각 5질량％ 이하 첨가해도 된다.

또한, 땜납 분말의 표면에, Sn, Ag, Cu, Bi, In, Ni, Co, Sb, Ge, Ga, P, Fe, Zn, Al, Ti 중 적어도 1종 이상을 포함하는, 땜납 분말의 조성과는 다른, Cu 단체 이외의 금속 또는 합금을 1층 이상 피복해도 된다.

또한, 본 발명의 솔더 페이스트를 구성하는 땜납 분말은, 조성이나 입경이 다른 2종 이상의 땜납 분말의 혼합물을 사용해도 된다.

땜납 분말의 평균 입경은, 솔더 페이스트로서 사용되고 있는 것에서는 50㎛ 이하이다. 본 발명에 있어서도 땜납 분말의 입경은 그러한 종래의 것이면 되고, 특별히 제한은 없다. 또한, 현재, 제조상의 이유로부터, 입경의 하한은 0.1㎛(D＝50％ 값) 정도이다.

또한, 본 발명에 관한 금속간 화합물 분말은, Cu₃Sn 및 Cu₆Sn₅ 중 1종 이상을 포함하고, 금속간 화합물 분말이 전술한 함유비를 만족시키는 경우, 본 발명에 관한 솔더 페이스트 중에 존재하는 Sn의 함유량과, Cu₃Sn의 함유량 및 Cu₆Sn₅의 함유량의 함유비는, 하기 식을 만족시키는 것이 바람직하다.

이것을 만족시키는 접합 재료를 사용하여 조인트를 형성하면, 고온에서의 접합 강도가 높아진다.

본 발명에서는, 땜납 분말이나 금속간 화합물 분말에 저α선 재료를 사용함으로써, 저α선의 접합 재료가 얻어진다. 이 접합 재료를 메모리 주변의 접합에 사용함으로써, 소프트 에러를 방지하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서 사용하는 플럭스는, 일반적으로 솔더 페이스트용으로 사용하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 따라서, 일반적으로 사용되는 로진, 유기산, 활성제, 그리고 용제를 적절하게 배합한 것을 사용하면 된다. 또한, 본 발명의 경우, Cu가 금속 단체로서 함유되는 일은 없어, Cu 이온의 용출에 의해 경시 안정성이 손상될 일은 없기 때문에, 플럭스의 활성 성분을 통상보다 많게 하거나, 혹은 관용의 것보다 강력한 활성제를 사용해도 된다고 하는 이점이 있다.

본 발명에 있어서 금속 분말과 플럭스 성분의 배합 비율은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 금속 분말 성분: 80∼90질량％, 플럭스 성분: 10∼20질량％가 바람직하다.

이와 같이 하여 조제된 본 발명에 관한 솔더 페이스트는, 미세 구조의 회로 기판에, 예를 들어 인쇄법에 의해, 디스펜서를 사용한 토출법에 의해, 혹은 전사 핀에 의한 전사법에 의해, 솔더링부에 부착시켜, 리플로우를 행할 수 있다. 그 경우, Cu 볼 및 Cu 분말을 함유하고 있지 않은 일반 솔더 페이스트와 동등 이상의 경시 안정성을 실현하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서 솔더링 온도, 즉, 리플로우 온도는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 250∼270℃의 온도에서 솔더링이 행해지면, 특별히 문제는 없다.

표 1에 나타내는 조성 비율의 땜납 분말과 금속간 화합물 분말을 함유하는 실시예의 솔더 페이스트, 및 상기 표 1에 나타내는 땜납 분말과, 금속간 화합물 분말과, 그리고 Cu 분말을 적절하게 조합하여 함유하는 비교예의 솔더 페이스트를 조제하고, 각각에 대해, 상온, 고온에서의 접합 강도, 솔더링부의 외관의 색, 그리고 점도 변화에 의해 평가되는 경시 안정성을 조사하였다. 본 예에 있어서의 금속 분말 성분과 플럭스 성분의 배합 비율은, 금속 분말 성분 88질량％, 플럭스 성분 12질량％였다. 단, 비교예 4에서는 금속 분말 성분 80질량％, 플럭스 성분 20％였다.

본 실시예에 의한 솔더 페이스트의 제작 방법, 각 특성의 평가 방법은 이하와 같다.

·솔더 페이스트의 제작 방법

실시예의 솔더 페이스트를 이하와 같이 제작하였다. 우선, 평균 입경이 20㎛인 Sn 분말(땜납 분말) 및 Sn을 주성분으로 하는 각 땜납 분말과, 평균 입경이 20㎛인 Sn의 함유량을 Cu에 대해 23∼68질량％의 사이에서 적절하게 선택한 Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 분말을, 표 1에 나타내는 비율로 되는 양만큼 준비하고, 그들 금속 분말을, 센쥬 긴조꾸제 SDC5(상품명)의 페이스트상 로진계 플럭스 중에 침지하고, 5분간 혼련하여 실시예의 솔더 페이스트를 제작하였다. 플럭스의 비율은 솔더 페이스트 전체의 질량에 대해 12질량％로 되도록 조정하였다.

비교예의 페이스트에 대해서는, 실시예의 솔더 페이스트와 마찬가지로 하여 조제하였지만, 비교예 3의 Cu 분말은, 평균 입경이 7.5㎛인 후쿠다 긴조꾸 하꾸훈 고교제 Cu 분말을, 비교예 4의 Cu 분말은, 특허문헌 2에 맞추어 평균 입경이 0.3㎛인 Cu 분말을 사용하였다.

이와 같이 하여 얻어진 솔더 페이스트를 사용하여, 하기 요령으로 리플로우 솔더링을 행하였다. 리플로우 온도는 250℃였다.

·접합 강도의 평가

각 솔더 페이스트를 사용하여, 3216사이즈의 칩 저항을 리플로우 솔더링에 의해 기판에 실장하였다.

레스카사제의 조인트 강도 시험기 STR-1000을 사용하여, 상온시(25℃)와 고온시(250℃)의 2종류의 온도 조건하에서, 칩 저항과 기판의 조인트부의 전단 강도를 측정하고, 접합 강도로 하였다. 전단 강도의 시험 조건은, 전단 속도를 상온시: 매분 6㎜, 고온시: 매분 24㎜, 시험 높이를 상온시, 고온시 모두 100㎛로 하였다. 그리고, 각 솔더 페이스트에 대해 10회 전단 강도를 측정하고, 그 평균을 산출하였다. 상온시에서의 시험에서는, 본 발명의 조인트를 갖는 실장품이 가동되는 경우를 상정하여, 충격 등에 의해 파손되지 않도록, 평균값이 20.0N을 초과한 것이 「합격」이다. 한편, 고온시에서의 시험에서는, 본 발명의 조인트를 갖는 전자 부품의 제조시를 상정하여, 2차 리플로우 이후의 가열시에 조인트가 유출되거나, 탑재된 부품이 어긋나거나 하지 않도록, 평균값이 0.0N을 초과하는 것이 「합격」이다.

·경시 안정성의 평가

본 시험에서는, 경시 안정성을 평가하기 위해, 정적 시험과 동적 시험을 행하였다.

정적 시험은, 보존 안정성을 평가하는 시험이다. 구체적으로는, 비커 내에, 땜납 분말과 Cu 분말 또는 금속간 화합물 분말과, 페이스트용 플럭스로부터 틱소제를 뺀 것을 넣어 혼련한다. 그 후, 제작한 각 샘플을 35℃의 상태에서 24시간 방치하고, 외관을 눈으로 봄으로써 색의 변화를 확인하였다. 원래의 황색으로부터 변색되어 있지 않은 것, 혹은 다소 변화되어도 황녹색이었던 것을 「○(양호)」, 그리고 녹색으로 변화된 것을 「×(불량)」로 하였다. 이 시험은, 경시 안정성에 영향을 미치는 Cu 이온이 플럭스 중으로 용출되어, 녹청의 생성을 야기하는지 여부를 확인하는 것이다.

또한, 각 솔더 페이스트의 제조 직후의 초기 점도와, 0℃∼10℃에서 냉장 보관 6개월 경과 후에 상온으로 복귀시킨 각 솔더 페이스트의 경시 후 점도를, 마루코무사제의 PCU-205 장치에 의해 측정하고, {(경시 후 점도－초기 점도)/초기 점도×100}의 계산식에 의해 점도 변화율을 산출하였다. 점도 변화율이 초기 점도로부터 ±15％ 이내인 것을 「합격」으로 하였다.

동적 시험은, 실제의 사용시의 경시 안정성을 연속 인쇄성에 의해 평가하는 시험이다. 구체적으로는, 제작한 솔더 페이스트를 인쇄기에서 최대 24시간 스퀴지에 걸었을 때의 점도를 8시간마다 측정하고, 상기 정적 시험과 마찬가지의 방법에 의해 점도 변화율을 산출하고, 점도 변화율이 15％를 초과한 시간에 의해, 연속 인쇄성으로서 평가하였다. 시험 장치도 상기 정적 시험과 마찬가지의 장치를 사용하였다.

이들 평가 시험의 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표에 나타내는 각 중량비는, 솔더 페이스트에 대한 질량％(wt％)이다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예의 솔더 페이스트에서는, 플럭스의 변색이 일절 보이지 않았으므로, Cu 이온이 경시 안정성에 영향을 미칠 만큼 용출되지 않은 것이라 생각된다. 점도 변화에 대해서도, 보존성, 연속 인쇄성 모두에 있어서 안정되어 있고, 따라서, 실시예의 솔더 페이스트는 경시 안정성이 우수한 것을 알 수 있었다.

접합 강도에 관해서도, 상온에서 40N 이상, 고온에서 1.0N 이상을 나타내는 등, 종래에 없는 정도까지 개선되어 있는 것을 알 수 있다.

한편, 비교예의 솔더 페이스트에서는, 플럭스가 황녹색으로 변색되었으므로, Cu 이온이 다량으로 용출되었다고 생각된다. 따라서, 비교예의 솔더 페이스트는 경시 안정성이 떨어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 비교예 1에서는, 금속간 화합물 분말이 5％로 적기 때문에 경시 안정성은 확보되지만, 250℃에서는 땜납 조인트의 접합 강도를 유지할 수 없다. 비교예 2에서는, 금속간 화합물 분말이 80％로 많기 때문에, Sn 땜납 분말이 적어, 충분한 접합이 행해지지 않는다. 비교예 3은 Cu 분말을 사용한 예이며, 점도 변화가 크다. 비교예 4는, 금속간 화합물 분말, Cu 분말, 땜납 분말의 3종을 포함하는 예이며, 점도 변화가 현저하다.

Claims

금속 분말 성분과 플럭스 성분으로 구성되고, 상기 금속 분말 성분이 Cu 및 Sn을 포함하는 금속간 화합물 분말과 Sn을 주성분으로 하는 땜납 분말을 포함하고, 상기 금속 분말 성분이, 상기 금속간 화합물 분말 10∼70질량％ 및 상기 땜납 분말 30∼90질량％을 포함하는 것을 특징으로 하는, 솔더 페이스트.
제1항에 있어서,
상기 금속 분말 성분의 평균 입경이 50㎛ 이하인, 솔더 페이스트.
제1항에 있어서,
상기 땜납 분말 중의 Sn 함유량은 40∼100질량％인, 솔더 페이스트.
제2항에 있어서,
상기 땜납 분말 중의 Sn 함유량은 40∼100질량％인, 솔더 페이스트.
제1항에 있어서,
상기 땜납 분말이, 조성이 다른 2종류 이상의 땜납 분말의 혼합물인, 솔더 페이스트.
제2항에 있어서,
상기 땜납 분말이, 조성이 다른 2종류 이상의 땜납 분말의 혼합물인, 솔더 페이스트.
제3항에 있어서,
상기 땜납 분말이, 조성이 다른 2종류 이상의 땜납 분말의 혼합물인, 솔더 페이스트.
제4항에 있어서,
상기 땜납 분말이, 조성이 다른 2종류 이상의 땜납 분말의 혼합물인, 솔더 페이스트.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 솔더 페이스트를 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는, 땜납 조인트.