KR20160101209A - 파워 디바이스용의 땜납 합금과 고전류 밀도의 땜납 조인트 - Google Patents

Abstract

파워 디바이스 등에 사용되는, 일렉트로 마이그레이션이 생기는 일 없이 고전류 밀도에 견딜 수 있는 땜납 조인트가 Sn-Ag-Bi-In계 합금으로 형성된다. 이 땜납 조인트는, 2 내지 4 질량％의 Ag, 2 내지 4 질량％의 Bi, 2 내지 5 질량％의 In, 잔량부 Sn으로부터 본질적으로 구성되는 땜납 합금으로 형성된다. 이 땜납 합금은, Ni, Co 및 Fe를 1종 이상 더 함유해도 좋다.

Description

파워 디바이스용의 땜납 합금과 고전류 밀도의 땜납 조인트{SOLDER ALLOY FOR POWER DEVICE AND SOLDERED JOINT OF HIGH CURRENT DENSITY}

본 발명은, 일렉트로 마이그레이션(전기 부식)에 의한 손상을 받는 일 없이 고전류 밀도에 견딜 수 있는 땜납 합금 및 땜납 조인트에 관한 것이다. 또한 본 발명은 그와 같은 땜납 조인트를 사용하는 전자 소자(전자 디바이스), 특히 파워 디바이스에 관한 것이다.

납땜은, 회로 기판이나 그 밖의 기판에 전자 디바이스를 전기적으로 접속하는 방법으로서 가장 보통으로 사용되고 있는 방법이다. 전자 디바이스가 점점 소형화됨에 따라서, 전자 디바이스를 다른 부재에 접속하는 땜납 조인트의 크기도 마찬가지로 작아지고 있고, 그와 같이 형상이 작아지므로, 각 조인트에 있어서의 전류 밀도가 매우 커지고 있다. 요즘, 전자 디바이스용에 통상 사용되고 있는 땜납 조인트에서는, 전류 밀도는 오히려 작은 것이다. 그러나, 장래적으로는, 5 내지 100㎄/㎠라고 하는 상당히 높은 전류 밀도라도 장시간 신뢰하여 사용할 수 있는 땜납 조인트에의 수요가 기대된다. 그와 같은 높은 전류 밀도는, 하이브리드 전기 자동차, 인버터 등에서 사용되는 파워 디바이스 등의 전력 기기에 특히 상정된다.

또한, 종래의 전자 디바이스는 컴퓨터 기판 등의 디지털 회로용에 사용되는 것이 각광을 받고 있었지만, 최근 전기 조리기나 에어 컨디셔너 등의 백색 가전도 컴퓨터화가 진행되어, 대전류의 전자 디바이스가 보급되고 있다. 최근, 자동차의 제어도 전자화가 진행되어, 하이브리드 차나 전기 자동차 등의 대부분이 전자 부품으로 구성되어 있는 자동차도 나타나 있다.

이들의 대전류를 제어하는 전자 디바이스에, 1A 이상의 전류를 취급할 수 있는 파워 디바이스(전력용 반도체 소자)라고 불리는 것이 있고, 파워 트랜지스터나 파워 다이오드 등의 반도체뿐만 아니라, 인버터나 파워 모듈 등의 부품화한 것도 포함된다.

파워 디바이스는, 고전압, 대전류를 취급하므로, 그 내부로부터의 발열은 크고, Cu 베이스 방열판, 절연 기판, 실리콘 소자는 방열을 위해 땜납으로 접합되어 있는 경우가 많고, 또한 와이어 본딩으로 접합되어 있어도 방열을 위해 랜드 사이에 땜납 접합이 사용되어 있다. 이들의 조인트부에는 대전류가 흐르므로 전류 밀도가 커서, Cu 랜드나 Ni 랜드의 Cu나 Ni가 땜납 내로 이동하는 일렉트로 마이그레이션을 야기하여 문제를 일으키는 경우가 있다.

대전류가 흐를 때에 발생하는 전자의 흐름에 의해, 금속 원자가 전자의 흐름의 방향으로 이동하게 된다. 일렉트로 마이그레이션은, 조인트의 캐소드측에 있어서의 보이드 및 크랙 발생의 원인이 되는 경우가 있고, 애노드측에서는 땜납의 압출(extrusion) 및 금속간 화합물의 성장이 일어나는 경우가 있다. 이와 같은 미세 조직의 변화 및 그에 따라 초래되는 온도 상승은, 땜납 조인트에 있어서의 파단과 같은 손상을 발생시키는 경우가 있고, 그와 같은 손상은 땜납 조인트에 접속된 전자 소자를 부분적으로 혹은 전체적으로 기능부전으로 하는 경우가 있다.

종래의 파워 디바이스용의 땜납은, 파워 디바이스의 전류 밀도가 커서, 파워 디바이스로부터 발생하는 열량이 많으므로, 용융 온도가 300℃ 전후의 Pb-5 질량％ Sn이나 Pb-10 질량％ Sn 등의 고온 땜납이 사용되고 있다. 환경에 대한 배려로부터, 파워 디바이스에 사용되는 땜납의 납 프리화가 검토되고 있지만, 파워 디바이스에 최적의 납 프리 땜납 조성은 결정되어 있지 않다.

현재, 파워 디바이스용의 납 프리 땜납으로서, 전술한 Sn-5Sb 땜납이나 Sn-10Sb 땜납이 잘 알려져 있다. 또한, 본 발명자는 고상 온도가 260℃ 이상의 Bi계 땜납 분말과 열경화성 접착제를 함유한 솔더 페이스트를 개시하고 있다(특허문헌 1).

또한, Sn-Ag-Bi-In 조성의 땜납 합금으로서, 「0.8 중량％ 이상 5 중량％ 이하의 Ag과, 각각 0.1 중량％ 이상으로 양자의 합계가 17 중량％ 이하의 In 및 Bi를 포함하고, 잔량부가 Sn과 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무납 땜납 합금」(특허문헌 2)이나 「Sn과 Ag를 기본 조성으로 하고, Ag의 함유량이 0.1 내지 20 중량％로 하는 합금이며, 그 중에 0.1 내지 25 중량％의 Bi, 0.1 내지 20 중량％의 In 중 어느 1종 이상을 함유하고, 잔량부가 Sn으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 땜납 재료」(특허문헌 3) 등이 공개되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2005-72173호 공보 일본 특허 출원 공개 평9-70687호 공보 일본 특허 출원 공개 평8-206874호 공보

전자 디바이스가 점점 소형화됨에 따라서, 전자 디바이스의 내부 소자를 접속하는 땜납 조인트 및 전자 디바이스를 다른 부재에 접속하는 땜납 조인트의 크기도 마찬가지로 작아지고 있고, 그와 같이 형상이 작아지므로, 각 조인트에 있어서의 전류 밀도가 매우 커지고 있다. 또한, 전자 기기의 회로 기판의 전극에 접속되는 전자 디바이스가 작아지고, 전기 저항이 커져서 각 조인트에 있어서의 전류 밀도가 매우 커지고 있다. 이와 같은 전류 밀도가 큰 조인트에서는, 일렉트로 마이그레이션이 발생한다. 이것은 금속 원자가 이동하는 현상으로, 조인트의 캐소드측에 있어서 보이드 및 크랙이 발생하고, 애노드측에서는 땜납의 압출(extrusion) 및 금속간 화합물의 성장이 일어나므로, 전자 디바이스 및 전자 기기의 수명이 짧아지게 된다.

또한, 전자 디바이스의 소형화에 수반하여 전자 디바이스와 프린트 기판을 접속하는 접합부도 미세화되어 있고, 그 미세한 부분에 전류가 흐르므로, 미세 패턴의 프린트 기판 배선용의 땜납 조인트라도 전류 밀도가 커서, 일렉트로 마이그레이션이 발생하는 것이 문제가 되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 파워 다이오드 등의 전류 밀도가 매우 큰 전자 부품이나, 미세 패턴을 갖는 소형의 전자 디바이스를 회로 기판에 접합할 때라도, 일렉트로 마이그레이션을 발생시키지 않는 땜납 합금을 개발하는 것이다.

본 발명의 발명자들은, 일렉트로 마이그레이션 발생의 원인이, 전자 디바이스나 전자 기기의 회로 기판이 동작함으로써 발생하는 전류에 의해 전류와 반대 방향으로 전자가 이동하므로, 전자의 이동과 함께 조인트 부분의 금속이 이동하여 조인트의 캐소드측에 보이드나 크랙이 발생하는 것인 점, 그리고 전자 기기의 회로 기판의 조인트 부분에서 금속 원자의 급격한 이동을 컨트롤함으로써, 일렉트로 마이그레이션이 완화되는 것을 찾아내어, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명은, 파워 다이오드 등의 전류 밀도가 매우 큰 전자 부품이나 미세 패턴을 갖는 소형의 전자 디바이스의 조립에 적합한 땜납 합금이며, 2 내지 4 질량％의 Ag, 2 내지 4 질량％의 Bi, 2 내지 5 질량％의 In, 잔량부 Sn으로부터 본질적으로 구성되는 땜납 합금이며, 그 땜납 합금을 사용해서 소형의 전자 디바이스를 회로 기판에 접합하는 땜납 조인트이다.

본 발명에 관한 땜납 합금은, 0.01 내지 0.3 질량％의 Ni, 0.01 내지 0.32 질량％의 Co 및 0.01 내지 0.1 질량％의 Fe 중 적어도 일종을 더 함유해도 좋다.

또한, 본 명세서에 있어서, 땜납 합금 조성을 규정하는 설명에 있어서 간단히 「％」라고 함은 「질량％」의 의미이다.

본 발명의 땜납 합금 및 땜납 조인트에 의해 구성된 전자 디바이스 및 이들의 전자 디바이스를 사용하여, 회로 기판에 접합할 때의 조인트는, 일렉트로 마이그레이션의 방지에 유효하다.

본 발명에서는, 일렉트로 마이그레이션이 전자의 이동에 의한 랜드의 금속, 예를 들어 Cu가 조인트의 땜납 합금 내로 이동하여 확산함으로써 발생하므로, 땜납 합금을 랜드의 금속, 예를 들어 전하를 가진 Cu의 땜납 합금 내로의 이동을 컨트롤할 수 있으면, 예를 들어 전류 밀도가 높은 조인트라도, 랜드의 Cu나 Cu 랜드와 땜납 합금의 접합면에 형성되는 금속간 화합물이 땜납 합금 내로 이동하는 것을 저지할 수 있어, 보이드나 크랙이 발생하는 일은 없다.

본 발명의 땜납 합금이 금속 원자의 이동을 컨트롤하는 방법으로서, 2개의 방법이 생각된다.

제1 방법은, Sn의 매트릭스로 형성시키는 땜납 합금 내부의 Cu 원자의 확산을 억제하여, 급격하게 전류가 흐르지 않도록 하는 방법으로, 일렉트로 마이그레이션 방지에 매우 유효하다.

구체적으로는, 땜납 합금의 금속 격자에 왜곡을 부여하는 금속을 첨가함으로써, 이동하는 금속(Cu나 Ni)이 이동하기 어렵게 하는 방법으로, 본 발명에서는 Bi나 Sb를 첨가함으로써 금속 격자가 왜곡되어, 전류의 급격한 흐름을 억제할 수 있다. 이 방법에서는, Sb보다도 Bi의 쪽이 원자 반경이 크므로, 보다 큰 격자의 왜곡을 부여할 수 있다. 그로 인해, 본 발명에서는 Bi를 사용하고 있다.

도 1에 종래의 SnAgCu 합금 등의 Bi를 함유하지 않는 경우와, 본 발명과 같이 Bi를 포함하는 경우를 비교한 금속 격자의 모델을 도시한다. 도 1의 (a)는, 종래예이며, Cu 원자가 Sn 격자를 통과하기 쉬운 것을 알 수 있다. 도 1의 (b)는 본 발명과 같이 Bi를 첨가하면, Bi 원자가 격자를 왜곡시키므로, Cu 원자가 Sn 격자를 통과하기 어려워지고 있다. 또한, 도면에서는, 설명을 간단하게 하기 위해 In 원자, 그 밖의 원자는 생략하고 있다.

또한, 땜납 합금을 확산하는 Cu 원자는 결정의 방위가 일치할수록 확산되기 쉬운 것을 알고 있고, 땜납 합금의 결정 방위를 제각기 다르게 하면 급격한 Cu 확산이 보이지 않게 된다. 특히 결정 방위의 c축 방향을 향해서는 확산이 심하므로, c축과 전류 방향을 일치시키지 않도록 하면, Sn의 매트릭스로 형성시키는 땜납 합금 내부의 Cu 확산을 억제하여, 급격하게 Cu가 확산하지 않게 된다. 본 발명에서는, 결정 방위가 일치하는 것을 억제할 수 있는 금속으로서 In을 첨가하여, 일렉트로 마이그레이션을 억제하고 있다.

제2 방법은, Cu 등의 랜드에 사용하는 금속과 땜납 합금과의 계면에 금속간 화합물의 반응층을 형성하는 방법으로, 본 발명에서는 In, Ni, Co를 이용하고 있다. 랜드에 사용되고 있는 Cu와 땜납 합금 중의 In, Ni, Co와 반응해서 생성된 금속간 화합물층의 주변은 전류가 흐르기 어려워진다. 그러나, 이 방법에서는 생성한 금속간 화합물의 반응층 주변이 전류의 흐름을 억제하는 에어리어이며, 효과는 부분적이다. 따라서, 전면적인 효과를 초래하는 방법인, 땜납 합금 내부에서 전류가 흐르기 어렵게 하는 제1 방법보다는, 효과가 얇다. 본 발명에서는, 전면적인 효과인 땜납 합금 내부가 Cu 확산되기 어렵게 하는 방법과 부분적인 효과인 Cu 등의 랜드에 사용하는 금속과 땜납 합금과의 계면에 금속간 화합물의 반응층을 형성하는 방법의 양쪽을 사용하여, 궁극적으로 일렉트로 마이그레이션의 발생이 적은 땜납 조인트를 얻을 수 있다.

본 발명의 땜납 합금은, 금속 원자의 이동을 컨트롤하여 일렉트로 마이그레이션을 방지하기 위해, 땜납 합금의 금속 격자에 왜곡을 부여하거나, 땜납 합금의 결정 방위를 제어하므로 Sn-Ag 땜납에 In이나 Bi를 첨가하고 있다. 본 발명의 땜납 합금은, 특허문헌 2나 특허문헌 3과 같이 Sn-Ag-In-Bi 땜납 조성이며, 땜납 조성적으로는 저온 땜납의 영역에 들어가는 것이다.

그러나, 일렉트로 마이그레이션이 문제가 되는 전자 디바이스나 기판은, 파워 디바이스와 같은 대전류가 흐르는 전자 디바이스나 CPU 등의 미세 패턴의 전자 디바이스나 그 디바이스를 탑재한 기판 등으로, 모두 전류 밀도가 높고, 대전류에 의한 열이 발생하는 것이 공통되고 있다.

본 발명에서는, 금속 원자의 이동을 컨트롤하여 일렉트로 마이그레이션을 방지하는 땜납 조성이, 우연히 「저온 땜납」이라고 불리는 영역의 땜납 조성으로 된 것만으로, 일렉트로 마이그레이션이 문제가 되는 전자 디바이스나 기판은, 대전류에 의한 발열이 문제가 되므로, 「고온 땜납」이라고 불리는 용융 온도가 높은 「고온 땜납」 합금이 사용된 분야이다. 일렉트로 마이그레이션이 문제가 되는 전자 디바이스나 기판에 특허문헌 2나 특허문헌 3과 같은, 단순히 땜납의 용융 온도를 저하시키기 위해 In이나 Bi를 첨가한 땜납 조성을 사용해도, 전류 밀도가 높고, 땜납 조인트에 대전류가 흐름으로써, 국소적으로 땜납 조인트 부분이 용융되어 버리고, 일렉트로 마이그레이션에 대해서도 금속 원자의 이동을 컨트롤을 할 수 없게 되어, 일렉트로 마이그레이션이 증가하게 된다.

본 발명의 파워 디바이스용의 땜납 합금은, 에어 컨디셔너나 전기 밥솥, 공작 기계 등에 사용되는 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)나 MOS FET(MOS형 전계 효과 트랜지스터) 등의 파워 트랜지스터에 적합하다.

IGBT의 개략도를 도 2에 도시한다. 도면 중, 구리 베이스 방열판(25)에는 다이 본드 전극부가 설치되어 있고, 또한 그 위에는, 땜납층(27)이 형성되어 있다. 땜납층(27)은, 또한 그 위에 적재된 IC 칩(22) 상에 형성된 도금층(24)을 통해서 IC 칩(22)과 접속하고 있다. 또한, IC 칩(22) 상부에 형성된 전극으로부터, Cu의 리드 프레임(20)을 향해서 Cu 클립(21)이 배선되어 있다. IC 칩(22)과 Cu 클립(21) 및 Cu 클립(21)과 리드 프레임(20)은 땜납 조인트(26)로 접합되어 있다.

특히, 파워 디바이스의 에미터와 콜렉터의 접속의 조인트에 본 발명의 땜납 합금을 사용하면 단자간의 전류 밀도가 높아도 장기간의 품질을 유지할 수 있어서 바람직하다.

또한, 본 발명의 파워 디바이스용의 땜납 합금은 파워 디바이스 내부뿐만 아니라, 파워 디바이스와 프린트 기판과의 조인트 등과 같이, 디바이스와 프린트 기판 사이의 전류량이 많은 조인트나, CPU와 프린트 기판 사이의 전류 밀도가 높은 부분의 조인트에 사용해도, Cu나 Ni 등의 랜드에 발생하는 일렉트로 마이그레이션을 방지할 수 있다. 이 전자 디바이스와 프린트 기판과의 접합에서는, 일반적으로 사용되는 Sn-3.0Ag-0.5Cu와 동일한 리플로우 프로파일로 사용해서 좋다.

즉, 본 발명의 파워 디바이스용의 땜납 합금은, 5 내지 100㎄/㎠의 전류 밀도의 전류가 흐르는 땜납 조인트를 갖는 파워 디바이스에 사용할 수 있다. 또한 5 내지 100㎄/㎠의 전류 밀도의 전류가 흐르는 조인트를 구성하는 파워 디바이스의 프린트 기판에의 실장에도 사용할 수 있다.

본 발명의 파워 디바이스용의 땜납 합금은, 디바이스로서 조립하였을 때에 전자 디바이스 내부가 150℃ 전후의 온도 조건까지는, 보증 가능한 내열성은 충분히 갖고 있다. 그러나, 파워 디바이스는 1A 이상의 대전류를 취급하므로, 땜납 합금의 고상선 온도가 너무 저하되게 되면, 땜납 조인트가 반 용융 상태가 되어 버려, 금속 원자의 이동을 컨트롤할 수 없게 되어 버린다.

Bi에 대해서:

응고 편석에 의해 Bi 단상이 땜납 필렛 전체적으로 정출되므로, 땜납 접합부에서 국소적으로 전류 밀도가 높아지면 땜납 자체가 줄 열로 발열하고, 순간적으로 150℃를 초과하고, 일부 용해된다. 통상적인 히트 사이클 시험이나 종래와 같이, 피치가 넓고 전류량이 작은 파워 사이클 시험에서는 줄 열이 발생해도, 열확산에 의해 국소적으로 땜납 필렛의 일부의 온도가 상승하는 일 없이, 평균적으로 온도가 상승하므로, 큰 문제로는 되지 않고, 또한, 승온이 천천히 행해지므로, Bi 단상이 Sn 매트릭스에 재고용되고, 저융점층이 소실되고, Bi의 편석에 의한 재용융의 염려는 없다.

그러나, 전류 밀도가 높은 본 발명에 있어서의 땜납 접합부에서는, Bi 함유량이 4％를 초과하면 땜납 필렛 전체적으로 Bi가 편석되고, Bi가 편석된 부분의 전류 밀도가 높아지면, Bi 자체는 Sn의 약 5배 이상의 전기 저항값을 가지므로, 또한, 발열이 심해져, 열 전도율도 Sn의 약 1/7, Cu의 1/40로 매우 나쁘므로, 발생한 열은 방열이 어려워, 국소적인 가열이 가속된다. 재용융된 부분에서는 Cu의 확산이 점점 심해지므로, 일렉트로 마이그레이션이 국소적으로 진행되어, 단선까지의 수명이 짧아진다. 즉, Sn의 결정 격자를 왜곡시켜 Cu 확산을 억제하기 위해서는 효과적인 Bi라도, Sn 매트릭스 내에 정출된 Bi 단상 자체는 더 이상 Sn 매트릭스 내의 Cu 확산을 억제하는 효과도 없을 뿐만 아니라, 전류 밀도가 높은 부분에 존재하면 발열을 조장하여, 방열을 방해하므로, 내 일렉트로 마이그레이션성을 크게 저하시키므로, 땜납 필렛 응고시에 Bi 단상의 편석이 적게, Bi 함유량은 4％ 이하로 한다.

In에 대해서:

In 첨가에 의해 Cu 배선과의 반응층이 Cu6Sn5로부터 Cu6(SnIn)5로의 변화되고, 또한, Sn 매트릭스 내에 고용되고, 결정 격자를 왜곡시켜, Cu의 확산을 억제하고, 내 일렉트로 마이그레이션성이 개선된다. 한편, In의 첨가량이 증가하면 고상선 온도가 저하되고, 특히, 125℃와 같은 고온 하에서는 In에 의한 고용 경화는 기대할 수 없고, 즉, In 원자가 Sn 매트릭스의 결정 격자를 왜곡시킬 수 없게 되어, 융점 저하에 의한 Sn 매트릭스 내의 상호 확산을 가속시켜, 내 일렉트로 마이그레이션성을 저하시킨다. 또한, 125℃의 고온 하에서는 β-Sn상의 일부가 γ-SnIn상으로 변태하고, Sn, In 원자의 확산이 심해지는 동시에 원자 보이드가 많이 형성된다. 원자 보이드를 통해서 Cu가 더 확산되기 쉬워지므로, 고온에서의 γ-SnIn상으로의 변태는 최대한 피해야만 한다. 그 때문에, In 첨가량은 5％ 이하로 한다. 가능하다면, 4％ 이하가 좋다. 그러나, In 첨가량을 2％ 미만으로 하면 Cu 전극과의 반응층 내의 In 농도가 저하되어, 일렉트로 마이그레이션이 많이 발생하게 된다.

일반적으로는 고상선 온도의 저하는 고온에서의 원자의 확산이나 원자 보이드의 형성을 활발화시키므로, Cu의 확산의 억제가 필요한 일렉트로 마이그레이션의 억제에는 고상선 온도가 높은 땜납이 요망된다. 그러나, Bi 첨가에 의한 고용 경화가 200℃에서도 지속되고, Sn 중의 전이의 이동이나 원자 보이드의 형성을 억제할 수 있는 것이 판명되고, 또한, 저융점화에 의한 β-Sn 중의 Cu 확산의 가속에 의한 일렉트로 마이그레이션의 문제를 In의 첨가량을 조정하여 전극과의 반응층 내의 Cu의 확산을 억제함으로써, 융점의 저하에 의한 내 일렉트로 마이그레이션성의 저하를 최소한으로 억제할 수 있는 In 첨가량을 발견하였다.

본 발명의 파워 디바이스용 땜납 합금은, Bi와 In을 포함하는 소위 저온 땜납의 조성에도 불구하고, 파워 디바이스 내부의 접속의 조인트에 사용해도 150℃ 전후의 내열성을 갖고, 5 내지 100㎄/㎠의 높은 전류 밀도라도 일렉트로 마이그레이션에 의한 손상을 받는 일은 없다. 따라서, 본 발명의 땜납 합금에 의해 만들어진 파워 디바이스는 장기간 안정적으로 작동 가능하다. 또한, 프린트 기판의 실장에 의한, 파워 디바이스와 프린트 기판과의 배선의 조인트나 미세한 배선의 CPU 등과 프린트 기판과의 배선의 조인트 등에 본 발명의 땜납 합금을 사용하면, 5 내지 100㎄/㎠의 높은 전류 밀도를 발생하는 조인트라도, 일렉트로 마이그레이션이 발생하지 않으므로, 장기간의 안정된 품질을 얻는 것이 가능해진다.

도 1의 (a), 도 1의 (b)는, 각각, 종래예, 본 발명예의 Sn 격자의 모델을 도시하는 모식도이다.
도 2는 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)의 개략도이다.
도 3은 본 발명 실시예의 땜납 접합의 모습을 도시하는 설명도이다.
도 4는 본 발명 실시예의 전류를 통전하기 전의 구리 랜드의 상태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명 실시예의 125℃, 20A 통전 후에, 저항값이 5％ 상승한 구리 랜드의 상태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명 실시예의 125℃, 20A 통전 후에, 저항값이 10％ 상승한 구리 랜드의 상태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.

본 발명은, 2 내지 4 질량％의 Ag, 2 내지 4 질량％의 Bi, 2 내지 5 질량％의 In, 잔량부 Sn으로부터 본질적으로 이루어지는 합금이다. Ag:3.2％ 이하라도 좋다. In:4.5％ 이하라도 좋다.

상기 합금은, 바람직하게는, 0.05 내지 0.2 질량％의 Ni, 0.05 내지 0.2 질량％의 Co 및 0.02 내지 0.1％의 Fe 중 적어도 1종을 더 함유해도 좋다.

본 발명에 관한 땜납 조인트는, 2 내지 4 질량％의 Ag, 2 내지 4 질량％의 Bi, 2 내지 5 질량％의 In, 잔량부 Sn으로부터 본질적으로 이루어지는 합금으로 형성할 수 있다.

상기 조인트를 구성하는 합금은, 바람직하게는, 0.05 내지 0.2 질량％의 Ni, 0.05 내지 0.2 질량％의 Co 및 0.02 내지 0.1％의 Fe 중 적어도 1종을 더 함유해도 좋다.

본 발명에 관한 땜납 조인트는, 특정한 전자 디바이스에 사용되는 것에 제한되지 않지만, 파워 트랜지스터 등과 같이 대전력을 소비하는 전자 디바이스에 사용할 때, 일렉트로 마이그레이션을 방지할 수 있어, 특별히 효과가 있다.

본 발명에 관한 땜납 조인트는, 각종 형상으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 파워 디바이스 내부에서는 와이어 본딩이나 프리폼, 땜납 볼, 솔더 페이스트에 의한 리플로우 솔더링에서의 플립 칩 실장 등의 방법이 생각된다.

파워 디바이스와 프린트 기판에의 실장이나 CPU나 프린트 기판에의 실장은, 전자 소자의 리드 혹은 전극을 분류 납땜에 의해 접합함으로써 형성해도 좋다. 혹은, 솔더 페이스트, 땜납 볼, 혹은 각종 프리폼을 리플로우 납땜함으로써 형성해도 좋다. 또한, 본 발명에 관한 땜납 조인트는 손에 의한 (매뉴얼) 납땜으로 형성해도 좋다. 이들은, 파워 디바이스가 디스크리트 타입인지, 면 실장 타입인지에 의해 결정시킨다.

상기 합금에 있어서 각 조성 성분의 범위를 한정하는 이유는 이하와 같다.

SnAgBiIn 합금에서의 일렉트로 마이그레이션의 개선에 대해서

Ag량은, 땜납의 용융 온도, 내열피로 특성의 관점으로부터 결정된다.

Ag가 2％보다 적으면 열피로 특성이 저하된다. 한편, 4％를 초과하면 액상선이 상승하므로, 보이드의 수가 증가하고, 땜납 조인트의 품질이 저하된다. 따라서 본 발명의 Ag량은, 2 질량％ 이상, 4 질량％ 이하이다.

특히, 땜납 볼을 사용해서 범프를 형성할 때, 땜납 볼의 직경과 동일한 정도의 조대한 Ag3Sn 화합물이, 납땜시에 정출되고, 그 후의 머더보드에의 실장이나 플립 칩 실장에 있어서, 그와 같은 조대한 화합물이 정출되어, 납땜 불량의 요인이 된다. 따라서, 본 발명에서의 Ag의 첨가량이 증대하면, 조대한 Ag3Sn의 정출이 서랭으로 현저해지기 때문에, 그것을 피하기 위해, Ag량은 3.5％ 이하가 더 좋고, 초정(初晶)의 정출을 저감하고, 땜납 조인트의 신뢰성을 개선하기 위해서는 Ag량은 2.5％ 이상이 좋다. 그로 인해 보다 바람직한 Ag량은, 2.5 질량％ 이상, 3.5 질량％ 이하이다.

Bi는, Sn 매트릭스와 고용체를 구성하고, Sn 매트릭스 내의 Cu 확산을 억제한다. Sn 매트릭스에 고용된 Bi는 격자 왜곡을 부여하고, 매트릭스 내에서의 Cu 원자의 확산을 억제한다.

일렉트로 마이그레이션은 150℃ 정도의 고온 하에서는 발생하기 쉽다. 따라서, 그와 같은 고온 하에서 Bi 첨가에 의해 일어나는 고용 경화의 상태를 유지하는 것이 중요하다. 일반적으로, 고용 경화의 상태는, 150℃라는 고온으로 땜납 조인트가 가열되면, 소실되고, 또한, 150℃에서는 Sn에의 Bi의 고용 한도가 10％ 이상으로 되므로, Bi에서는 Sn 매트릭스 내의 Bi 원자의 확산이 심해지고, Sn 격자 변형이 완화된다고 생각된다. Bi를 2％ 이상 첨가한 경우, 150℃ 이상의 고온화에서도 고용 경화가 지속되는 것이 판명되어 있고, 고용 경화가 지속됨으로써 발생하는 Sn의 격자 왜곡의 존재는, Cu 원자의 확산을 억제한다. 160℃에서의 인장 강도는 SnAg0.5Cu, Sn3Ag0.8Cu3Bi에서 각각, 19㎫와 28㎫이고, 200℃에서도 13㎫와 20㎫이다. Bi가 2 질량％ 미만에서는, 고용 경화가 발휘되지 않고, Sn의 격자 왜곡이 나타나지 않는다. 그러나, 과잉으로 Bi를 첨가하면, 전술한 고상선 온도의 저하의 관점 이외에도 납땜시의 응고 편석에 의해, 139℃에서 용융되는 저융점상(저온상)이 정출된다. 땜납 조인트에 있어서의 그와 같은 저온상의 존재에 의해, 땜납 조인트는 150℃ 이상이라는 고온으로 가열되는 경우가 있으므로, 그때에 액상의 생성은 피할 수 없다. 그 때문에, 열피로에 의한 응력 부하의 증대에 의해, 크랙이 한번에 진전된다. 그 때문에, Bi 첨가량은 4％ 이하로 한다. 본 발명의 Bi의 첨가량은, 2 질량％ 이상, 4 질량％ 이하이다.

예로서, Sn3.0Ag0.8Cu5Bi 땜납 합금에서는, 응고 편석에 의해 Bi가 땜납 조인트의 필렛부 전체적으로 정출된다. 4％ Bi의 첨가에서는 Bi는 10 마이크론 정도의 크기로 정출되고, 전체적으로 분산되어 있지만, 또한, Bi의 농화된 에어리어가 필렛 전체를 관통하고 있지 않다. 그러나, Bi를 7％ 이상 첨가하면, Bi의 편석 에어리어가 필렛부를 관통한다. 이와 같이, 땜납 조인트가 급속하게 150℃라는 고온으로 노출되면, 액상 부분이 필렛부를 관통하므로, 예를 들어, Cu 원자의 확산을 억제하여, 일렉트로 마이그레이션을 방지할 수 있어도, 열피로 특성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, 그와 같은 높은 Bi 함유량은 대전류가 흘러도 고신뢰성이 요구되는 땜납 조인트에는 적합하지 않다.

Bi 첨가량은, 4％ 이하로 한정되고, 바람직하게는 3％ 이하이다. Bi 함량이 3％ 이하일 때에는, 필렛의 몇 군데에 Bi의 편석이 확인되고, 그 Bi 편석부가 139℃로 재용융되었다고 해도, 크랙의 진전은 방지할 수 있다. 또한, In의 첨가에서는 Bi의 편석의 경향은 바뀌지 않는다.

In은, Bi와 마찬가지로, Sn과 고용체를 형성하고, Sn 매트릭스에 격자 변형을 부여한다. In 첨가에 의한 고용 경화는 160℃라는 고온 하에서도 유지된다. Bi에 비교해서 그 효과는 작지만, In도 Sn 매트릭스 내에서의 Cu 확산을 억제할 수 있다.

Sn 합금에 In을 2 내지 5％ 첨가하면, 초정이 β-Sn이 아니라, γ-SnIn이 되고, 정출된 γ-SnIn상이 100℃ 이하에서는 고상 변태에 의해 β-Sn상이 된다. 이와 같이 고상 변태한 β-Sn상에서는 결정 입자가 미세화되고, 크기가 50㎛ 이하로, 결정 방위가 랜덤하게 된다. β-Sn상에서는 c축 방향의 Cu 원자의 확산 속도가 빠르다. 땜납 조인트부의 결정립이 클 때에는, 상기 c축의 방향과 전류가 흐르는 방위가 일치할 확률이 높다. 또한, 결정립이 크고, 상기 확률도 높기 때문에, Cu 원자를 확산시킬 수 있는 거리가 길어지고, Cu 전극으로부터 땜납 내에 확산하는 Cu량이 증가하고, 일렉트로 마이그레이션에 의한 Cu 전극의 단선이 단시간에 매우 용이하게 일어난다. 그러나, 결정립이 작으면, 몇 개의 결정립의 c축과 전류의 방위가 일치하였다고 해도, 결정립 자체가 작고, Cu 전극으로부터 땜납 내로 이동하는 Cu의 총량이 억제되고, 결과적으로 일렉트로 마이그레이션에 의해 도전로가 단선될 때까지의 수명이 길어진다.

In 첨가량이 2％보다 적으면, 초정으로 하고, γ-SnIn상이 거의 정출되지 않는다. 응고 초기로부터 β-Sn상이 정출되고, 연속적으로 성장한다. 따라서, 고상 반응에 의한 상변태가 생기지 않고, 조대한 β-Sn 결정의 C축 방향과 전류의 방위가 일치한다. 그로 인해, 땜납 조인트에서는 Cu 원자의 확산이 심해져, 단시간에 단선이 생긴다.

한편, 5％를 초과하여 In을 첨가하면, 실온에서는 β-Sn상이 생성되지만, 150℃에서는 β-Sn상과 γ-SnIn의 비율이 약 7:3이 된다. 이것은, 땜납 조인트가 사용 중에 상변태를 일으키는 것을 의미한다. 만약, 그와 같은 β-Sn으로부터, β-Sn과 γ-SnIn으로의 상변태가 일어나면, 땜납 조인트가 변형되고, 인접하는 전극과의 단락이 일어난다. 그 때문에, In 함량은 5％ 이하로 한정한다. 본 발명의 In량은, 2 질량％ 이상, 5 질량％ 이하이다. 바람직하게는, 3 질량 이상, 4 질량％ 이하이다.

In 첨가에 의해 직접적으로 일렉트로 마이그레이션은 억제할 수 있다. 통상적으로, Cu 전극과 땜납 합금과의 계면에는, Cu6Sn5나 Cu3Sn 등의 금속간 화합물이 형성되지만, 이들의 금속간 화합물상(이하, 「반응상」이라고도 함) 중의 Cu 원자의 이동은 조기, 일렉트로 마이그레이션에 의해 Cu6Sn5 중의 Cu 원자가 Sn 매트릭스 내에 확산하고, 그와 같은 금속간 화합물상이 용이하게 소실된다. 금속간 화합물상이 소실된 후에는, Cu 전극과 Sn 매트릭스가 직접 접촉하고, Cu의 확산은 더 가속되어, 단시간에 단선에 이른다. 한편, 금속간 화합물상을 Cu6(SnIn)5로 함으로써, 전류에 의해 야기되는 Cu 원자의 확산을 억제할 수 있다. 그로 인해 일렉트로 마이그레이션에 의한 금속간 화합물상의 소실을 효과적으로 방지할 수 있다. In 함유량은 1％ 이상으로 하고, 바람직하게는, 2％ 이상으로 한다. 한편, In이 5％ 이하의 땜납에서는, Cu 전극과의 반응상 내의 In 함유량이 7％ 이하가 된다. 바꾸어 말하면, Cu6(SnIn)5 반응상 내의 In 함유량은 7％ 이하가 바람직하다.

Ni:0.01-0.3％의 첨가도, 일렉트로 마이그레이션을 억제하는 효과가 있다. SnAgBiIn 합금에 Ni를 첨가함으로써, 반응상을, Cu6(SnIn)5로부터, (CuNi)6(SnIn)5로 변화시킬 수 있어, Cu 확산을 억제할 수 있다. Ni 첨가량이 0.01％보다 적으면, 일부 Cu6(SnIn)5 반응상이 변화되지 않고 남는 경우가 있다. 전류 밀도가 높아지는 영역과, 이 잔류되는 Cu6(SnIn)5 반응상이 일치하면, Cu 확산이 가속되어, 최종적으로, 단기간에 단선에 이른다. 이 경우, Ni 첨가량은 0.1％ 이상이 바람직하다. 리플로우 납땜을 행하는 경우, 리플로우시의 가열 온도는 260℃를 초과하지 않도록 한다. 통상적으로, 그 온도는 240℃ 이하이다. 0.1％를 초과해서 Ni를 첨가하면, 액상선이 240℃를 초과한다. 240℃에서는 소량의 Ni3(SnIn)4가 잔류되지만, 납땜에는 거의 영향이 없다. 그러나, Ni 함량이 0.3％를 초과하면, 경우에 따라 0.2％를 초과하면, 악영향이 생겨, 예를 들어, 보이드량이 증가한다.

그러나, Ni3(SnIn)4가 잔존하고 있으므로, 리플로우시의 땜납 내에의 Cu의 용해를 효과적으로 방지할 수 있고, 그 결과, 단선 발생을 방지하여 사용 수명을 연장할 수 있다. 적절한 Ni 첨가량은 0.01 내지 0.2％이고, 보다 바람직하게는, 0.1 내지 0.15％이다.

Co:0.01 내지 0.3％의 첨가도, 일렉트로 마이그레이션을 억제하는 효과가 있다. SnAgBiIn 합금에 Co를 첨가함으로써, 반응상을, Cu6(SnIn)5로부터, (CuCo)6(SnIn)5로 변화시킬 수 있어, Cu 확산을 억제할 수 있다. Co 첨가량이 0.01％보다 적으면, 경우에 따라 0.02％보다 적으면, 일부 Cu6(SnIn)5 반응상이 변화되지 않고 남는 경우가 있다. 전류 밀도가 높아지는 영역과, 이 잔류되는 Cu6(SnIn)5 반응상이 일치하면, 이 영역에 있어서의 Cu 확산이 가속되어, 최종적으로 단기간에 단선에 이른다. Co 첨가량은 0.1％ 이상이 바람직하다. 리플로우 납땜을 행하는 경우, 리플로우시의 가열 온도는 260℃를 초과하지 않도록 한다. 통상적으로, 그 온도는 240℃ 이하이다. 0.05％를 초과하여 Co를 첨가하면, 액상선이 240℃를 초과한다. 240℃에서는 소량의 Co(SnIn)2가 잔류되지만, 납땜에는 거의 영향은 없다. 그러나, Co 함량이, 특히 0.3％를 초과하면, 경우에 따라 0.2％를 초과하면, 악영향이 생겨, 예를 들어, 보이드량이 증가한다. 그러나, Co(SnIn)2가 잔존하고 있으므로, 리플로우시의 땜납 내에의 Cu의 용해를 효과적으로 방지할 수 있고, 그 결과, 단선 발생을 방지하여 사용 수명을 연장할 수 있다. 바람직한 Co 첨가량은, 0.05 내지 0.2％이고, 보다 바람직하게는, 0.05 내지 0.15％이다.

또한, Co 첨가에 의해, 반응상 (CuCo)6(SnIn)5를 평활한 표면으로 하고, 반응층을 형성하고, 두께가 균일해진다. Co가 0.01％ 미만인 첨가에서는 반응상 (CuCo)6(SnIn)5의 요철이 심해지고, 반응층의 얇은 부분에 전류가 집중되면 일렉트로 마이그레이션에 의해, 반응상이 소실되기 쉬워진다. 반응상이 소실된 후에는, Cu 전극과 땜납은, 직접, 접하게 되고, Cu 전극으로부터 땜납에의 Cu 확산은 더 가속되어, 단기간에 단선에 이른다.

또한, Co 첨가에 의해, 반응상 근방의 β-Sn의 결정립을 30㎛ 이하로 미세화할 수 있으므로, 일렉트로 마이그레이션에 의한 파단에 이르기까지의 사용 수명을 연장할 수 있다.

본 발명의 Sn-Ag-Bi-In 합금에는 소량의 Fe를 배합시켜도 좋다. 바람직하게는, Fe 함량은, 첨가하는 경우, 0.01 내지 0.1％로 한다.

Sn:잔량부

Sn은 상기 땜납 합금의 잔량부를 실질상 구성한다. Sn 함량의 상한은, 특별히 규정하지 않지만, 일반적으로는, 94 질량％이다.

본 발명에 관한 땜납 조인트에 사용하는 땜납 합금은, 땜납 합금 제조를 위한 통상의 방법에 의해 제조할 수 있고, 그때의 땜납 합금은 땜납 조인트를 형성하기 위해 사용하는 납땜 방법에 각각 적합하는 형태로 성형할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 관한 땜납 합금은, 잉곳, 바아, 로드, 땜납 볼, 땜납 분말, 혹은, 땜납 와이어의 형태로 사용해도 좋고, 또한, 펠릿, 디스크와 같은 각종 프리폼에 가공하여 사용해도 좋다.

땜납 합금을 솔더 페이스트로서 사용하는 경우에는, 땜납 합금 분말을 관용 수단에 의해 적절하게 플럭스와 혼합한다.

<실시예>

본 발명에 관한 땜납 조인트의 작용 효과를 조사하기 위해, 솔더 페이스트를 사용한 리플로우법으로 Cu제의 소자와 랜드를 납땜함으로써, 본 발명의 땜납 조인트와 종래의 땜납 조인트를 만들고, 그때의 땜납 조인트의 각종 특성을 계측하였다. 표 1에 기재된 각 땜납 합금 성분을 갖는 땜납 분말을 플럭스와 혼합하여 솔더 페이스트를 만들었다.

도 3에 도시한 바와 같이, 솔더 페이스트는, 예를 들어, 스텐실에 의해, 회로 기판(31)의 구리 전극 상에 인쇄되고, 다음에, 직사각형 Cu 플레이트(33)를 땜납 페이스트 상에 둔다. 회로 기판(31)과 구리 플레이트(33)는 리플로우로 내에서 가열되고, 솔더 페이스트를 용융시키고, 다음에, 이때의 조립체를 냉각하여, Cu 플레이트(33)와 회로 기판(31)의 랜드(32)를 접합하는 땜납 조인트(34)를 얻는다. 도 3은, 이때의 회로 기판(31)의 모습을 모식적으로 도시하고 있다.

히트 사이클성 시험은 하기 요령으로 행하였다.

두께가 1.6㎜로 6층의 FR4 프린트 기판을 사용하였다. 기판 전극 사이즈와 동일한 개구 사이즈로 150㎛ 두께로 소정의 솔더 페이스트를 납땜 패턴[1.6×1.2(㎜)]을 인쇄하였다. 이것에, 3.2㎜×1.6㎜×0.6㎜ 사이즈의 세라믹스 칩 저항분품을 SMT-2000V SUZUKI)제의 자동 부품 탑재기로 탑재 후, 센쥬 금속제 SNR-825를 사용하여, 피크 온도 240℃, 산소 농도 500ppm 이하로 실장을 행하였다.

내열피로 시험에는, 공기 순환식에 의한 냉열충격 시험기 TSA-101(Espec제)을 사용하고, -55℃, +125℃에서 각 30min간 유지하고, 상온 노출 시간은 0min으로 하였다. 500 사이클마다, 선단 강도 측정기(Shear tester) STR-1000(레스카제)을 사용하고, 각 칩 부품 접합부의 선단 강도를 10 내지 15점 측정하였다. Shear tester의 사이즈, 속도는, 각각, 3㎜w×2㎜t, 5㎜/min이었다.

땜납 접합부의 수명을 명확하게 하기 위해, 3216 부품에서의 최저 접합 강도를 15N으로 하고, 500 사이클마다 15N 이하가 되는 누적 빈도를 산출하고, 누적 빈도가 10％를 초과한 단계에서 불합격으로 하고, 그 500 사이클 전을 땜납 접합부의 수명으로 하였다. 그 결과를 표 1에 기재한다.

일렉트로 마이그레이션 시험은 다음 요령으로 행하였다.

일렉트로 마이그레이션에 대한 저항성을 요구하는 경우, 구리 플레이트(33) 및 회로 기판(31)의 랜드(32)를 도 3에 도시한 바와 같이, 적절하게 전원(35)에 접속하여, Cu 플레이트(33)와 회로 기판(31)의 랜드(32) 사이에 전류를 흘린다. 이때의 전류는, 회로 기판(31)을 125℃의 대기 하에 유지한 상태로, 저항이 5％, 10％까지 증가할 때까지 공급한다. 종료시, 땜납 조인트(34)의 필렛부의 저부 근방의 땜납 조인트(34)의 단면을 전자 현미경으로 관찰한다. 필렛부의 영역을 관찰하는 것은, 그곳이, 전류 밀도가 가장 높다고 생각되는 개소이기 때문이다.

본 예에서는, 표 1에 나타내는 조성의 땜납 합금을 사용하였다. 결과는 동일하게 표 1에 나타낸다.

마지막으로, 리플로우의 피크 온도를 240℃로 설정한 리플로우로로, 납땜 후의 회로 기판(1)을 X선 투과 장치에 의해 땜납 필렛을 확인하여, 땜납 조인트의 보이드를 조사하였다. 조인트 단면의 면적비로 보이드가 20％ 이상인 것을 「×」, 10 내지 20％인 것을 「△」, 10％ 미만인 것을 「○」로 판정하였다. 결과는, 표 1에 나타낸다.

도 4는, 본 발명 실시예의 전류를 통전하기 전의 구리 랜드의 상태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.

도 5는, 본 발명 실시예의 125℃, 20A 통전 후에, 저항값이 5％ 상승한 구리 랜드의 상태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.

도 6은, 본 발명 실시예의 125℃, 20A 통전 후에, 저항값이 10％ 상승한 구리 랜드의 상태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.

도 5, 도 6은, 통전 시험 전의 도 4와 비교하면, 일렉트로 마이그레이션에 의해, 회로 기판의 Cu 랜드가 상당히 얇아져 있었다. 그리고, 도 5 및 도 6으로부터는 땜납 조인트에 있어서, 검은 영역으로서 나타내어지는 조인트의 일부에서 파단이 일어난 것을 알 수 있다. 이 영역에서는, 땜납 조인트와, 회로 기판의 Cu 랜드 사이는, 더 이상 접속되어 있지 않다.

또한, 본 발명에 관한 땜납 조인트에 사용한 SnAgBiIn 합금이, SnAgCu 합금 또는 SnCu 합금 중 어느 것보다도 훨씬 우수한 내피로성을 구비하고 있는 것은 확인하였다.

이상 설명한 실험 결과로부터, 본 발명에 관한 땜납 조인트는, 5 내지 100㎄/㎠의 범위의 전류 밀도로 장기간 사용해도, 일렉트로 마이그레이션은 실질상 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 그리고 동시에, 그들은 내히트 사이클성, 그리고 내피로성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 관한 땜납 조인트는 전류 밀도가 높은 큰 전류로 동작하는 전자 기기, 예를 들어 파워 트랜지스터 및 그 밖의 전력 기기 등에 사용하는 데 특히 적합하다.

Claims (3)

1. 5 내지 100㎄/㎠의 전류 밀도의 전류가 흐르는 조인트를 갖는 전자 디바이스용의 땜납 합금으로서,
   2 내지 4 질량％의 Ag;
   2 내지 4 질량％의 Bi;
   2 내지 5 질량％의 In을 포함하고,
   0.01 내지 0.32 질량％의 Co, 0.01 내지 0.1 질량％의 Fe로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하며,
   잔량부 Sn으로 구성되는 땜납 합금.
2. 제1항에 있어서,
   2.5 내지 3.5 질량％의 Ag, 2 내지 3 질량％의 Bi, 3 내지 4 질량％의 In, 잔량부 Sn으로 구성되는 땜납 합금.
3. 5 내지 100㎄/㎠의 전류 밀도의 전류가 흐르는 전자 디바이스의 땜납 조인트로서, 상기 조인트가 땜납으로 구성되고, 상기 땜납은 땜납 조성이
   2 내지 4 질량％의 Ag;
   2 내지 4 질량％의 Bi;
   2 내지 5 질량％의 In을 포함하고,
   0.01 내지 0.3 질량％의 Ni, 0.01 내지 0.32 질량％의 Co, 0.01 내지 0.1 질량％의 Fe로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하며,
   잔량부 Sn으로 이루어지고,
   결정방위가 랜덤한 것을 특징으로 하는 땜납 조인트.

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