KR20170031769A - 솔더링용 저온 고신뢰성 주석 합금 - Google Patents

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아빌라 리바스 모르가나 데
수타파 무케르지
시울리 사카르
란지트 팬더
라빈드라 바트칼
바와 싱
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    • H01L2224/29163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/29166—Titanium [Ti] as principal constituent
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    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
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    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/29169—Platinum [Pt] as principal constituent
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    • H01L2224/29163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/29171—Chromium [Cr] as principal constituent
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    • H01L2224/29163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/29172—Vanadium [V] as principal constituent
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Abstract

무연 무안티몬 솔더 합금으로서, (a) 1 내지 4중량%의 은, (b) 0.5 내지 6중량%의 비스무트, (c) 3.55 내지 15중량%의 인듐, (d) 3중량% 이하의 구리, (e) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상: 0 내지 1중량%의 니켈, 0 내지 1중량%의 티타늄, 0 내지 1중량%의 망간, 0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨, 0 내지 1중량%의 크롬, 0 내지 1중량%의 게르마늄, 0 내지 1중량%의 갈륨, 0 내지 1중량%의 코발트, 0 내지 1중량%의 철, 0 내지 1중량%의 알루미늄, 0 내지 1중량%의 인, 0 내지 1중량%의 금, 0 내지 1중량%의 텔루륨, 0 내지 1중량%의 셀레늄, 0 내지 1중량%의 칼슘, 0 내지 1중량%의 바나듐, 0 내지 1중량%의 몰리브덴, 0 내지 1중량%의 백금, 0 내지 1중량%의 마그네슘, (f) 잔여량의 주석을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.

Description

솔더링용 저온 고신뢰성 주석 합금 {LOW TEMPERATURE HIGH RELIABILITY TIN ALLOY FOR SOLDERING}
본 발명은 일반적으로 야금학(metallurgy) 분야에 관한 것이고, 합금, 특히 무연(lead-free) 및 무안티몬(antimony-free) 솔더 합금(solder alloy)에 관한 것이다. 당해 합금은 특히, 웨이브 솔더링(wave soldering), 표면 실장 기술(surface mounting technology), 핫 에어 레벨링(hot air leveling) 및 볼 그리드 어레이(ball grid array), 랜드 그리드 어레이(land grid array), 바닥 단자 패키지(bottom terminated package), LED 및 칩 스케일 패키지(chip scale package)와 같은 전자기기 솔더링(soldering) 적용에 사용하기에 적합하지만, 이로 한정되지 않는다.
웨이브 솔더링(또는 플로우 솔더링(flow soldering))은 전자기기 조립체를 대량으로 솔더링하는데 널리 이용되는 방법이다. 당해 솔더링은 예를 들면 스루-홀 회로 기판(through-hole circuit board)에 대해 사용될 수 있는데, 이때 상기 기판은 용융된 솔더의 웨이브(wave) 위로 지나가며, 이러한 용융된 솔더를 상기 기판의 바닥에 닿게 하여 접합될 금속 표면을 습윤화(wetting)시킨다. 또 다른 솔더링 기술은, 인쇄된 회로 기판 상에 솔더링 패드(soldering pad) 상의 솔더 페이스트(solder paste)를 인쇄하고 상기 전체 조립체를 리플로우 오븐(reflow oven)에 놓고 리플로우 오븐을 통과하게 진행시키는 것을 포함한다. 리플로우 공정 동안, 상기 솔더는 용융되고, 기판과 부품 상에서 솔더링 표면을 습윤화시킨다. 또 다른 솔더링 공정은, 인쇄된 배선판(wiring board)을 용융된 솔더에 액침시켜, 구리 단자(termination)를 솔더링가능한 보호층으로 코팅하는 것을 포함한다. 당해 공정은 핫-에어 레벨링으로 알려져 있다. 볼 그리드 어레이 접합부(joint) 또는 칩 스케일 패키지는 통상적으로 2개 기판들 사이에서 솔더 구체(sphere)로 조립된다. 이들 접합부의 어레이는 회로 기판 상에 칩들을 탑재시키기 위해 사용된다.
환경 강령 또는 최종 사용자로부터의 압박로 인해 무연 솔더링 물질의 사용이 광범위해짐에 따라, 무연 솔더링 물질의 적용 범위도 광범위해지고 있다. SnAg3.0Cu0.5와 같은 고함량 Ag 솔더 합금은 뛰어난 기계적 성질 및 우수한 열 신뢰성(thermal reliability)의 이점을 갖는다. 그러나, 이들 합금의 융점은 약 217 내지 221℃이다. 당해 더 높아진 융점은 약 240 내지 250℃의 리플로우 온도를 요구하며, 이는 특정한 경우에 인쇄 회로 기판(PCB) 및 전자 부품을 손상시킬 수 있다.
전형적인 고함량 은 합금보다 더 낮은 융점을 갖지만 유사하거나 더 유리한 기계적 및 열적 성질을 갖는 무연 솔더 합금이 필요하다.
본 발명은 선행 기술과 관련된 과제들 중의 적어도 일부를 해결하거나 상업적으로 허용되는 대체제를 제공하는 것을 목표로 한다.
따라서, 제1 측면에서, 본 발명은
(a) 1 내지 4중량%의 은,
(b) 0.5 내지 6중량%의 비스무트,
(c) 3.55% 내지 15중량%의 인듐,
(d) 3중량% 이하의 구리,
(e) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
0 내지 1중량%의 니켈,
0 내지 1중량%의 티타늄,
0 내지 1중량%의 망간,
0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
0 내지 1중량%의 크롬,
0 내지 1중량%의 게르마늄,
0 내지 1중량%의 갈륨,
0 내지 1중량%의 코발트,
0 내지 1중량%의 철,
0 내지 1중량%의 알루미늄,
0 내지 1중량%의 인,
0 내지 1중량%의 금,
0 내지 1중량%의 텔루륨,
0 내지 1중량%의 셀레늄,
0 내지 1중량%의 칼슘,
0 내지 1중량%의 바나듐,
0 내지 1중량%의 몰리브덴,
0 내지 1중량%의 백금,
0 내지 1중량%의 마그네슘,
(f) 잔여량의(the balance) 주석
을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는 무연 무안티몬 솔더 합금을 제공한다.
본 발명은 이제 추가로 기술될 것이다. 하기 구절들에서, 본 발명의 상이한 측면들이 보다 상세하게 규정된다. 이에 따라 규정된 각각의 측면은 분명하게 상반되게 명시되지 않는 한 임의의 다른 측면 또는 측면들과 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로서 명시되는 임의의 특성은 바림직하거나 유리한 것으로서 명시된 임의의 다른 특성 또는 특성들과 조합될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "솔더 합금"은 90 내지 400℃ 범위의 융점을 갖는 용융성(fusible) 금속 합금을 포함한다.
본원에 사용된 합금은 개선된 고온 신뢰성을 나타내며 통상적으로 적어도 125℃의 작업 온도(operational temperature)를 견딜 수 있다.
당해 합금은 비교적 낮은 융점, 더욱 구체적으로는 낮은 액체화 온도(liquidus temperature), 통상적으로 215℃ 이하, 더욱 통상적으로 210℃ 이하, 더욱 더 통상적으로 205℃ 이하의 액체화 온도를 갖는다. 이는, 당해 합금이 저온 리플로우 공정, 예를 들면 210 내지 230℃에서의 리플로우 공정에 사용될 수 있게 한다. 이러한 저온 리플로우 공정은 전형적인 리플로우 공정에 비해 솔더 부품들을 손상시킬 가능성이 더 적을 수 있다.
당해 합금은 유리하게는 단일 기판 상에서 다중 리플로우 공정을 사용하는 솔더링 방법에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 리플로우 공정에서, 더 높은 리플로우 온도를 견딜 수 있는 모든 전자 부품들은 예를 들면 SnAg3.0Cu0.5와 같은 표준 합금을 사용하여 기판에 솔더링될 수 있다. 제2 리플로우 공정에서, 온도 민감성 부품은 본 발명의 합금을 사용하여 가공될 수 있다.
당해 합금은 개선된 기계적 성질 및 기계적 신뢰성을 나타낼 수 있다. 기계적 성질, 기계적 신뢰성 및 열 신뢰성은 예를 들면 SnAg3.0Cu0.5와 같은 전형적인 고함량 은 솔더 합금의 기계적 성질, 기계적 신뢰성 및 열 신뢰성과 유사하거나 더 유리할 수 있다.
당해 합금은 개선된 열 충격(thermal shock) 성능을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 당해 합금은, 각각의 온도에서 10분의 체류 시간(dwell time)을 갖는 -40℃ 내지 +125℃에서의 2000회 이상의 사이클(cycle)의 IPC-9701 열 사이클링 시험(thermal cycling test)을 견딘다.
당해 합금은 무연 및 무안티몬이며 이는 납 또는 안티몬이 의도적으로 첨가되지 않음을 의미한다. 따라서, 납 및 안티몬 함량은 0이거나 우연한 불순물 수준(accidental impurity level)일 뿐이다.
당해 합금 조성물은 1 내지 4중량%의 은을 포함한다. 바람직하게는 상기 합금은 1.2 내지 3.8중량%의 은, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 3.5중량%의 은, 더욱 더 바람직하게는 2.75 내지 3.76중량%의 은, 여전히 더욱 더 바람직하게는 2.75 내지 3.75중량%의 은을 포함한다. 특정한 양의 은의 존재는 금속간 화합물(intermetallic compound)의 형성을 통해 기계적 성질, 예를 들면 강도를 개선시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 은의 존재는 습윤(wetting) 및 확산(spread)을 개선시키는 역할을 할 수 있다.
당해 합금 조성물은 0.5 내지 6중량%의 비스무트를 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 1.5 내지 5.5중량%의 비스무트, 더욱 바람직하게는 2 내지 5중량%의 비스무트, 더욱 더 바람직하게는 2.5 내지 5중량%의 비스무트, 여전히 더욱 더 바람직하게는 2.5 내지 4.5중량%의 비스무트를 포함한다. 특정한 양의 비스무트의 존재는 고용체(solid solution) 강화(strengthening)를 통해 기계적 성질을 개선시키는 역할을 할 수 있다. 비스무트는 내크리프성(creep resistance)을 개선시키는 역할을 할 수도 있다. 비스무트는 습윤 및 확산을 또한 개선시킬 수 있다.
당해 합금 조성물은 3.55 내지 15중량%의 인듐을 포함한다. 상기 합금은 바람직하게는 3.6 내지 12중량%, 더욱 바람직하게는 3.65 내지 12중량%, 더욱 더 바람직하게는 3.7 내지 11중량%의 인듐, 여전히 더욱 더 바람직하게는 4 내지 10.5중량%의 인듐, 여전히 더욱 더 바람직하게는 4.50 내지 10중량%의 인듐을 포함한다. 상기 합금은 바람직하게는 3.7 내지 10중량%의 인듐을 포함할 수 있다. 또는, 상기 합금은 바람직하게는 3.6 내지 8중량%의 인듐, 더욱 바람직하게는 3.65 내지 7중량%의 인듐, 더욱 더 바람직하게는 3.7 내지 6.7중량%의 인듐, 여전히 더욱 더 바람직하게는 4 내지 6.5중량%의 인듐을 포함한다. 인듐의 존재는 고용체 강화를 통해 기계적 성질을 개선시키는 역할을 할 수 있다. 다른 합금 원소들과 함께, 열거된 양의 인듐의 존재는 또한 상기 합금의 액체화 온도를 저하시키는 역할을 할 수 있다. 또 다른 측면에서, 상기 합금은 25중량% 이하의 인듐을 포함할 수 있다.
당해 합금 조성물은 3중량% 이하, 예를 들면 0.1 내지 3중량%의 구리를 포함한다. 바람직하게는, 상기 합금은 0.01 내지 3중량%의 구리, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1중량%의 구리, 더욱 더 바람직하게는 0.4 내지 0.8중량%의 구리, 여전히 더욱 더 바람직하게는 0.4 내지 0.75중량%의 구리를 포함한다. 특정한 양의 구리의 존재는 금속간 화합물의 형성을 통해 기계적 성질, 예를 들면 강도를 개선시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 구리의 존재는 구리 용해를 저하시키며, 내크리프성을 개선시킬 수도 있다.
당해 합금 조성물은 임의로 0 내지 1중량%, 예를 들면 0.01 내지 1중량%의 니켈을 포함한다. 니켈이 존재하는 경우, 상기 합금은 바람직하게는 0.01 내지 1중량%의 니켈, 더욱 바람직하게는 0.03 내지 0.6중량%의 니켈, 더욱 더 바람직하게는 0.05 내지 0.5중량%의 니켈, 여전히 더욱 더 바람직하게는 0.08 내지 0.25중량%의 니켈을 포함한다. 특정한 양의 니켈의 존재는 주석을 갖는 금속간 화합물의 형성을 통해 기계적 성질을 개선시키는 역할을 할 수 있으며, 이는 석출 강화(precipitation strengthening)를 초래할 수 있다. 니켈은 또한 기판/솔더 계면에서 IMC 성장을 감소시킴으로써 낙하 충격 저항(drop shock resistance)을 증가시킬 수 있다.
당해 합금 조성물은 임의로 0 내지 1중량%, 예를 들면 0.005 내지 1중량%의 티타늄을 포함한다. 티타늄이 존재하는 경우, 상기 합금은 바람직하게는 0.005 내지 0.5중량%의 티타늄, 더욱 바람직하게는 0.007 내지 0.1중량%의 티타늄, 더욱 더 바람직하게는 0.008 내지 0.06중량%의 티타늄, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.05중량%의 티타늄을 포함한다. 특정한 양의 티타늄의 존재는 강도 및 계면 반응을 개선시키는 역할을 할 수 있다. 티타늄은 또한 기판/솔더 계면에서 구리 확산을 제어함으로써 낙하 충격 성능을 개선시킬 수 있다.
당해 합금 조성물은 임의로 0 내지 1중량%, 예를 들면 0.005 내지 1중량%의 망간을 포함한다. 망간이 존재하는 경우, 상기 합금은 바람직하게는 0.005 내지 0.5중량%의 망간, 더욱 바람직하게는 0.007 내지 0.1중량%의 망간, 더욱 더 바람직하게는 0.008 내지 0.06중량%의 망간, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.05중량%의 망간을 포함한다. 특정한 양의 망간의 존재는 강도 및 계면 반응을 개선시키는 역할을 할 수 있다. 망간은 또한 낙하 충격 성능을 개선시킬 수 있다.
당해 합금 조성물은 임의로 0 내지 1중량%, 예를 들면 0.01 내지 1중량%의 코발트를 포함한다. 코발트가 존재하는 경우, 상기 합금은 바람직하게는 0.01 내지 0.6중량%의 코발트, 더욱 바람직하게는 0.02 내지 0.5중량%의 코발트, 더욱 더 바람직하게는 0.03 내지 0.4중량%의 코발트, 가장 바람직하게는 0.04 내지 0.3중량%의 코발트를 포함한다. 코발트는 또한 기판/솔더 계면에서 IMC 형성의 속도를 늦추고, 낙하 충격 저항을 증가시킬 수 있다.
당해 합금은 임의로 0.005 내지 1중량%의 알루미늄, 0.005 내지 1중량%의 칼슘, 0.005 내지 1중량%의 게르마늄, 0.005 내지 1중량%의 마그네슘, 0.005 내지 1중량%의 인, 0.005 내지 1중량%의 바나듐 중의 하나 이상을 또한 함유할 수 있다. 이들 원소는 탈산제(deoxidiser)로서 작용할 수 있다. 이들 원소의 존재는 당해 합금의 습윤능(wettability)을 개선시킬 수 있다.
당해 합금은 임의로 0.005 내지 1중량%의 금, 0.005 내지 1중량%의 크롬, 0.005 내지 1중량%의 철, 0.005 내지 1중량%의 몰리브덴, 0.005 내지 1중량%의 백금, 0.005 내지 1중량%의 텔루륨, 0.005 내지 1중량%의 셀레늄 중의 하나 이상을 또한 함유할 수 있다. 이들 원소는 탈산제로서 작용할 수 있다. 이들 원소는 강도 및 계면 반응을 개선시키는 역할을 할 수 있다.
상기 합금은 임의로 0.005 내지 1중량%의 희토류 원소(들)를 함유할 수 있다. 희토류 원소는 확산 및 습윤능을 개선시키는 역할을 할 수 있다. 이와 관련하여 세륨이 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.
본원에 사용된 용어 희토류 원소는 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 지칭한다.
당해 합금은 통상적으로 적어도 74중량%의 주석, 더욱 통상적으로 적어도 80중량%의 주석, 더욱 더 통상적으로 적어도 85중량%의 주석을 포함할 것이다.
하나의 양태에서, 2 내지 4중량%의 은, 1 내지 6중량%의 비스무트, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 3.65 내지 4.5중량%의 인듐, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 낮은 액체화 온도와 유리한 열적 및 기계적 성질의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 합금은 통상적으로, 100MPa 이상의 극한 인장 강도(ultimate tensile strength)와 함께, 210℃ 이하의 액체화 온도를 나타낼 수 있다.
추가의 양태에서, 3 내지 4.5중량%의 은, 3 내지 4.5중량%의 비스무트, 3 내지 4.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 209.2℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3.5중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 3.7중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 4 내지 5.5중량%의 비스무트, 3 내지 4.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 208.1℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 5중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 3.75중량%의 인듐, 0.1중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 1 내지 2중량%의 은, 4 내지 5.5중량%의 비스무트, 3 내지 4.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 215℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 양태에서, 상기 합금은 대략 1.5중량%의 은, 5중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 3.75중량%의 인듐, 0.16중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 1 내지 2중량%의 비스무트, 3 내지 4.5%의 인듐, 및 0.1 내지 1.5중량%의 구리를 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 213℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 0.9중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 3.6중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 1 내지 2중량%의 비스무트, 4 내지 5.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 210.5℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 1중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 4.6중량%의 인듐, 0.11중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 3.5 내지 5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 210.2℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 4중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 4 내지 5.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 207.9℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 2.9중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 4.75중량%의 인듐, 0.11중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 5 내지 6.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 206.5℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 6중량%의 인듐, 0.1중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 5 내지 6.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 0.001 내지 0.05중량%의 망간을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 207.6℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 6중량%의 인듐, 0.15중량%의 니켈, 0.022중량%의 망간, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 10 내지 13%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.001 내지 0.01중량%의 Ge을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 196℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.6중량%의 구리, 12중량%의 인듐, 0.005중량%의 게르마늄, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 1.5 내지 3중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 9 내지 11%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.001 내지 0.05중량%의 Co를 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 202℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 2중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 10중량%의 인듐, 0.03중량%의 코발트, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 3 내지 4중량%의 은, 4 내지 5중량%의 비스무트, 3 내지 4%의 인듐, 0.1 내지 1.0중량%의 구리를 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 208℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3.6중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 0.4중량%의 구리, 4중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 3 내지 4중량%의 은, 2 내지 3중량%의 비스무트, 6 내지 7중량%의 인듐, 0.1 내지 1중량%의 구리를 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 208℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3.6중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 6중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 3 내지 4중량%의 은, 2 내지 4중량%의 비스무트, 7 내지 8중량%의 인듐, 0.1 내지 1중량%의 구리를 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 201℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3.5중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 8중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
특히 바람직한 추가의 양태에서, 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5%의 인듐, 0.3 내지 0.7중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 0.005 내지 0.05중량%의 망간을 포함하는 합금이 제공된다. 상기 합금은 낮은 융점, 뛰어난 기계적 성질 및 뛰어난 열 사이클링 성질의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
특히 바람직한 추가의 양태에서, 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 7 내지 9%의 인듐, 0.3 내지 0.8중량%의 구리, 및 0.005 내지 0.05중량%의 티타늄을 포함하는 합금이 제공된다. 상기 합금은 낮은 융점, 뛰어난 기계적 성질 및 뛰어난 열 사이클링 성질의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
특히 바람직한 추가의 양태에서, 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 9 내지 11%의 인듐, 0.3 내지 0.8중량%의 구리, 및 0.005 내지 0.05중량%의 망간을 포함하는 합금이 제공된다. 상기 합금은 낮은 융점, 뛰어난 기계적 성질 및 뛰어난 열 사이클링 성질의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
특히 바람직한 추가의 양태에서, 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 11 내지 13%의 인듐, 및 0.3 내지 0.8중량%의 구리를 포함하는 합금이 제공된다. 상기 합금은 낮은 융점, 뛰어난 기계적 성질 및 뛰어난 열 사이클링 성질의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
특히 바람직한 추가의 양태에서, 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5%의 인듐, 0.3 내지 0.8중량%의 구리, 0.05 내지 0.4중량%의 니켈, 0.005 내지 0.05중량%의 망간, 및 0.01 내지 0.15중량%의 인을 포함하는 합금이 제공된다. 상기 합금은 낮은 융점, 뛰어난 기계적 성질 및 뛰어난 열 사이클링 성질의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
특히 바람직한 추가의 양태에서, 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5%의 인듐, 0.3 내지 7중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 0.001 내지 0.03중량%의 게르마늄을 포함하는 합금이 제공된다. 상기 합금은 낮은 융점, 뛰어난 기계적 성질 및 뛰어난 열 사이클링 성질의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
추가의 측면에서, 본 발명은
(a) 10중량% 이하의 은,
(b) 10중량% 이하의 비스무트,
(c) 0.5중량% 이상의 갈륨,
(d) 12중량% 이하의 인듐,
(e) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
2중량% 이하의 구리,
0 내지 1중량%의 니켈,
0 내지 1중량%의 티타늄,
0 내지 1중량%의 망간,
0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
0 내지 1중량%의 크롬,
0 내지 1중량%의 게르마늄,
0 내지 1중량%의 코발트,
0 내지 1중량%의 철,
0 내지 1중량%의 알루미늄,
0 내지 1중량%의 인,
0 내지 1중량%의 금,
0 내지 1중량%의 텔루륨,
0 내지 1중량%의 셀레늄,
0 내지 1중량%의 칼슘,
0 내지 1중량%의 바나듐,
0 내지 1중량%의 몰리브덴,
0 내지 1중량%의 백금,
0 내지 1중량%의 마그네슘,
(g) 잔여량의 주석
을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는 무연 무안티몬 솔더 합금을 제공한다.
이러한 합금은 낮은 액체화 온도 및 유리한 열적 및 기계적 성질을 갖는다.
본 발명의 제1 측면의 바람직한 은, 비스무트, 구리 및 임의의 원소 함량은 당해 측면에도 적용한다.
상기 합금은 1 내지 10중량%의 은 및/또는 0.5 내지 10중량%의 비스무트 및/또는 0.5 내지 3중량%의 갈륨 및/또는 3.55 내지 12중량%의 인듐을 포함할 수 있다.
상기 합금은 0.5중량% 이상의 갈륨, 예를 들면 0.5 내지 2.5중량%의 갈륨을 포함한다. 상기 합금은 바람직하게는 0.7 내지 2.1중량%의 갈륨, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 2.05중량%의 갈륨을 포함한다. 열거된 범위의 갈륨은 상기 합금의 액체화 온도를 저하시키는 역할을 할 수 있다. 상기 합금은 10중량% 이하의 인듐, 예를 들면 2 내지 3.5중량%의 인듐, 또는 2.5 내지 5.5중량%의 인듐, 또는 2.5 내지 10중량%의 인듐, 또는 3.5 내지 10중량%의 인듐을 포함할 수 있다. 또 다른 측면에서, 상기 합금은 3중량% 이하의 구리를 포함할 수 있다.
하나의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 3.5 내지 4.5중량%의 비스무트, 2 내지 3.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 1 내지 2중량%의 Ga을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 206.9℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 2.94중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 1.14중량%의 갈륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 1 내지 3중량%의 비스무트, 2.5 내지 5.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.5 내지 2중량%의 Ga을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 207.2℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 1중량%의 비스무트, 0.6중량%의 구리, 5중량%의 인듐, 1.55중량%의 갈륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 1 내지 4중량%의 비스무트, 2.5 내지 10%의 인듐, 및 0.5 내지 3중량%의 Ga을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 199.6℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 7.76중량%의 인듐, 2.03중량%의 갈륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 1.5 내지 4중량%의 은, 1 내지 4중량%의 비스무트, 3.5 내지 10%의 인듐, 0.5 내지 3중량%의 Ga, 및 0.005 내지 0.1중량%의 망간을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 203℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 2중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 8중량%의 인듐, 1중량%의 갈륨, 0.01중량%의 망간, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 측면에서, 본 발명은
(a) 10중량% 이하의 은,
(b) 10중량% 이하의 비스무트,
(c) 3중량% 이하의 구리,
(d) 10중량% 이하의 인듐,
(e) 0.5중량% 이상의 갈륨
(f) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
0 내지 1중량%의 니켈,
0 내지 1중량%의 티타늄,
0 내지 1중량%의 망간,
0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
0 내지 1중량%의 크롬,
0 내지 1중량%의 게르마늄,
0 내지 1중량%의 코발트,
0 내지 1중량%의 철,
0 내지 1중량%의 알루미늄,
0 내지 1중량%의 인,
0 내지 1중량%의 금,
0 내지 1중량%의 텔루륨,
0 내지 1중량%의 셀레늄,
0 내지 1중량%의 칼슘,
0 내지 1중량%의 바나듐,
0 내지 1중량%의 몰리브덴,
0 내지 1중량%의 백금,
0 내지 1중량%의 마그네슘,
(g) 잔여량의 주석
을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는 무연 무안티몬 솔더 합금을 제공한다.
제1 측면의 바람직한 원소 함량은 당해 측면에도 적용할 수 있다.
추가의 측면에서, 본 발명은
(a) 10중량% 이하의 은,
(b) 10중량% 이하의 비스무트,
(c) 25중량% 이하의 인듐,
(d) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
0 내지 3중량%의 Cu,
0 내지 1중량%의 니켈,
0 내지 1중량%의 티타늄,
0 내지 1중량%의 망간,
0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
0 내지 1중량%의 크롬,
0 내지 1중량%의 게르마늄,
0 내지 1중량%의 코발트,
0 내지 1중량%의 철,
0 내지 1중량%의 알루미늄,
0 내지 1중량%의 인,
0 내지 1중량%의 금,
0 내지 1중량%의 텔루륨,
0 내지 1중량%의 셀레늄,
0 내지 1중량%의 칼슘,
0 내지 1중량%의 바나듐,
0 내지 1중량%의 몰리브덴,
0 내지 1중량%의 백금,
0 내지 1중량%의 마그네슘,
(e) 잔여량의 주석
을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는 무연 무안티몬 솔더 합금을 제공한다.
이러한 합금은 낮은 액체화 온도 및 유리한 열적 및 기계적 성질을 갖는다.
본 발명의 제1 측면의 바람직한 은, 비스무트, 인듐 함량은 당해 측면에도 적용한다.
상기 합금은 1 내지 10중량%의 은 및/또는 0.5 내지 10중량%의 비스무트 및/또는 3.55 내지 25중량%의 인듐을 포함할 수 있다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2 내지 4중량%의 비스무트, 16 내지 21중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 191.9℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 20중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2 내지 4중량%의 비스무트, 22 내지 25중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 183℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 25중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2 내지 4.5중량%의 비스무트, 22 내지 25중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 181.6℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 25중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 0.5 내지 2중량%의 비스무트, 12 내지 15중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 201.1℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 1중량%의 비스무트, 13중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2 내지 4중량%의 비스무트, 12 내지 15중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 198.9℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 14중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 3.5 내지 6중량%의 은, 2 내지 4중량%의 비스무트, 10 내지 14중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 203.2℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 5중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 12중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 7 내지 10중량%의 비스무트, 12 내지 16중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 189.6℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 15중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 7 내지 10중량%의 비스무트, 7 내지 10중량%의 인듐, 및 0.1 내지 1중량%의 구리를 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 195.6℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 10중량%의 인듐, 0.5중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 3 내지 6중량%의 비스무트, 15 내지 20중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 189.9℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 1중량%의 비스무트, 20중량%의 인듐, 0.5중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 1 내지 4중량%의 비스무트, 10 내지 15중량%의 인듐, 1 내지 2.5중량%의 갈륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 189.6℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 15중량%의 인듐, 2.0중량%의 갈륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2 내지 6중량%의 비스무트, 10 내지 15중량%의 인듐, 0 내지 2중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 192.7℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 5중량%의 비스무트, 15중량%의 인듐, 0.5중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 3 내지 4중량%의 은, 8 내지 10중량%의 비스무트, 0.5 내지 1.5중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 207℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3.6중량%의 은, 8중량%의 비스무트, 1.5중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 3 내지 4중량%의 은, 5 내지 8중량%의 비스무트, 2 내지 3중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 207℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3.6중량%의 은, 8중량%의 비스무트, 2중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 3.5 내지 5중량%의 은, 7 내지 9중량%의 비스무트, 6 내지 7중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 200℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3.5중량%의 은, 7.6중량%의 비스무트, 6중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 3 내지 4중량%의 은, 8 내지 10중량%의 비스무트, 5 내지 6중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 199℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3.5중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 5.6중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 0.5 내지 2중량%의 은, 10 내지 12중량%의 비스무트, 6 내지 7중량%의 인듐을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 203℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 1중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 6중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 측면에서, 본 발명은
(a) 10중량% 이하의 은,
(b) 30중량% 이하의 인듐,
(c) 3중량% 이하의 구리,
(d) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
0 내지 3중량%의 비스무트,
0 내지 1중량%의 니켈,
0 내지 1중량%의 티타늄,
0 내지 1중량%의 망간,
0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
0 내지 1중량%의 크롬,
0 내지 1중량%의 게르마늄,
0 내지 1중량%의 코발트,
0 내지 1중량%의 철,
0 내지 1중량%의 알루미늄,
0 내지 1중량%의 인,
0 내지 1중량%의 금,
0 내지 1중량%의 텔루륨,
0 내지 1중량%의 셀레늄,
0 내지 1중량%의 칼슘,
0 내지 1중량%의 바나듐,
0 내지 1중량%의 몰리브덴,
0 내지 1중량%의 백금,
0 내지 1중량%의 마그네슘,
(e) 잔여량의 주석
을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는 무연 무안티몬 솔더 합금을 제공한다.
상기 제1 측면의 바람직한 원소 함량은 당해 측면에도 적용할 수 있다.
상기 합금은 1 내지 10중량%의 은 및/또는 3.55 내지 30중량%의 인듐 및/또는 0.1 내지 3중량%의 구리를 포함할 수 있다.
하나의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 22 내지 25중량%의 인듐, 및 0.1 내지 1중량%의 구리를 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 183.5℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 25중량%의 인듐, 0.5중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 16 내지 21중량%의 인듐, 0.1 내지 1중량%의 구리를 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 190.6℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 20중량%의 인듐, 0.6중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
추가의 측면에서, 본 발명은
(a) 10중량% 이하의 은,
(b) 10중량% 이하의 비스무트,
(b) 8중량% 이하의 인듐,
(c) 3중량% 이하의 구리,
(d) 1중량% 이하의 인,
(d) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
0 내지 1중량%의 니켈,
0 내지 1중량%의 티타늄,
0 내지 1중량%의 망간,
0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
0 내지 1중량%의 크롬,
0 내지 1중량%의 게르마늄,
0 내지 1중량%의 코발트,
0 내지 1중량%의 철,
0 내지 1중량%의 알루미늄,
0 내지 1중량%의 금,
0 내지 1중량%의 텔루륨,
0 내지 1중량%의 셀레늄,
0 내지 1중량%의 칼슘,
0 내지 1중량%의 바나듐,
0 내지 1중량%의 몰리브덴,
0 내지 1중량%의 백금,
0 내지 1중량%의 마그네슘,
(e) 잔여량의 주석
을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는 무연 무안티몬 솔더 합금을 제공한다.
상기 제1 측면의 바람직한 원소 함량은 당해 측면에도 적용할 수 있다.
상기 합금은 1 내지 10중량%의 은 및/또는 0.5 내지 10중량%의 비스무트 및/또는 3.55 내지 8중량%의 인듐 및/또는 0.1 내지 3중량%의 구리 및/또는 0.01 내지 1중량% 이하의 인을 포함할 수 있다.
하나의 양태에서, 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 5 내지 8중량%의 인듐, 0.1 내지 1중량%의 구리, 0.05 내지 0.3중량%의 니켈, 0.001 내지 0.05중량%의 망간, 0.001 내지 0.1중량%의 인을 포함하는 합금이 제공된다. 당해 합금은 183.5℃의 액체화 온도를 갖는다. 당해 양태의 하나의 특정한 예에서, 상기 합금은 대략 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.6중량%의 구리, 6중량%의 인듐, 0.19중량%의 니켈, 0.02중량%의 망간, 0.08중량%의 인, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다.
본원에 기재된 합금은 상기 열거된 원소들로 필수적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 정해진 원소들 이외에도 기타 비특이적 원소들이 상기 조성물에 존재할 수 있으며, 단, 상기 조성물의 필수적인 특징들은 이들의 존재에 실질적으로 영향을 받지 않음을 인지할 것이다.
당해 합금은 예를 들면, 바(bar), 스틱(stick), 강체(solid) 또는 플럭스 코어드 와이어(flux cored wire), 호일(foil) 또는 스트립(strip), 또는 분말 또는 페이스트(분말 + 플럭스(flux) 블렌드), 또는 볼 그리드 어레이 접합부 또는 칩 스케일 패키지에서 사용하기 위한 솔더 구체(solder spheres), 또는 플럭스 코어(flux core) 또는 플럭스 코팅(flux coating)을 갖거나 갖지 않는 기타 예비형성된 솔더 피스(solder piece)의 형태일 수 있다.
추가의 측면에서, 본 발명은 상기 기재된 합금을 포함하는 솔더링된 접합부(soldered joint)를 제공한다.
추가의 측면에서, 본 발명은
(i) 접합될 2종 이상의 가공물(work piece)들을 제공하는 단계;
(ii) 상기 기재된 솔더 합금을 제공하는 단계; 및
(iii) 상기 솔더 합금을 상기 접합될 가공물들 주변에서 가열하는 단계
를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법을 제공한다.
추가의 측면에서, 본 발명은, 웨이브 솔더링, 표면 실장 기술(SMT) 솔더링, 다이 부착 솔더링(die attach soldering), 열적 경계면 솔더링(thermal interface soldering), 핸드 솔더링(hand soldering), 레이저 및 RF 유도 솔더링, 태양광 모듈(solar module)에 대한 솔더링, 레벨 2 LED 패키지 보드(package board)의 솔더링, 및 재작업 솔더링(rework soldering)과 같은 솔더링 방법에서의 본원에 기술된 합금 조성물의 용도를 제공한다.
본 발명은, 하기 도면을 참조로 하여, 이들 합금의 여러 비제한적인 예 및 이들의 성능의 요약에 의해 추가로 기술될 것이다.
도 1은 선행 기술의 합금 및 본 발명에 따르는 합금에 대한 비커스 경도(Vickers Hardness)(Hv-1) 값을 보여준다.
도 2는 선행 기술의 합금 및 본 발명에 따르는 합금에 대한 극한 인장 강도(UTS)를 보여준다.
도 3은 선행 기술의 합금 및 본 발명에 따르는 합금에 대한 항복 강도(YS)를 보여준다.
도 4는 열 사이클링 시험의 결과를 보여준다.
도 1에 따르면, 합금의 경도는 35Hv인 합금 E를 제외하고는 25 내지 30Hv 사이에서 가변적이다. 즉, 합금의 경도의 증가는 SnAg3.0Cu0.5와 비교하여 67 내지 100% 범위이다. 합금 E의 경도는 SnAg3.0Cu0.5의 경도보다 133% 더 크다.
극한 인장 강도(UTS) 및 항복 강도(YS)는 도 2 및 도 3에 각각 나타낸다(인장 측정치의 시험 방법에 대해서는 ASTM E8/E8M-09를 참조한다). UTS는 합금 F에서 적어도 53% 증가하고 합금 M에서 137% 이하로 증가한다. YS는 합금 D에서 적어도 41% 증가하고 합금 M에서 104% 이하로 증가한다.
본 발명은 하기의 비제한적인 실시예를 참조로 하여 추가로 기술될 것이다.
실시예 1 - 합금 A
합금 A는 3.5중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 3.7중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A는 각각 196.4℃ 및 209.2℃의 고체화 온도 및 액체화 온도를 갖고, 31의 비커스 경도(Hv-1)를 갖는다. 비교를 위해, 전형적인 합금 SnAg3.0Cu0.5는 217.3 내지 223.5℃의 용융 범위; 및 15의 비커스 경도(Hv-0.5)를 갖는다.
실시예 2 - 합금 B
합금 B는 대략 3중량%의 은, 5중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 3.75중량%의 인듐, 0.1중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B는 197.4 내지 208.1℃의 용융 범위; 및 30의 비커스 경도(Hv-1)를 갖는다.
실시예 3 - 합금 C
합금 C는 1.5중량%의 은, 5중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 3.75중량%의 인듐, 0.16중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 C는 191 내지 215℃의 용융 범위; 및 29의 비커스 경도(Hv-1)를 갖는다.
실시예 4 - 합금 D
합금 D는 1.02중량%의 은, 3.67중량%의 비스무트, 0.68중량%의 구리, 3.5중량%의 인듐, 0.12중량%의 니켈, 0.9중량%의 갈륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 D는 190.6 내지 212.9℃의 용융 범위; 및 27의 비커스 경도(Hv-1)를 갖는다.
실시예 5 - 합금 E
합금 E은 3중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 0.7중량%의 구리, 2.94중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 1.14중량%의 갈륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 E는 196.7 내지 206.9℃의 용융 범위; 및 36의 비커스 경도(Hv-1)를 갖는다. 더 높은 함량의 갈륨의 존재는 당해 합금의 경도가 합금 D에 비해 더 높게 되는 것을 초래한다.
실시예 6 - 합금 F
합금 F는 3중량%의 은, 0.9중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 3.6중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 F는 206.2 내지 213℃의 용융 범위; 및 24의 비커스 경도(Hv-1)를 갖는다. 이러한 경우, 더 낮은 함량의 비스무트(고용체 경화(solid solution hardening) 및 니켈의 부재(석출 경화(precipitation hardening))는 상기 합금의 더 낮은 경도를 초래한다.
실시예 7 - 합금 H
합금 H는 3중량%의 은, 1중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 4.6중량%의 인듐, 0.11중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 H는 204 내지 210.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 8 - 합금 K
합금 K는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 4중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 K는 196.4 내지 210.2℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 9 - 합금 L
합금 L은 3중량%의 은, 2.9중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 4.75중량%의 인듐, 0.11중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 L은 196.6 내지 207.9℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 10 - 합금 M
합금 M은 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 6중량%의 인듐, 0.1중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 M은 196.1 내지 206.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 11 - 합금 N
합금 N은 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 6중량%의 인듐, 0.15중량%의 니켈, 0.022중량%의 망간, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 N은 195.3 내지 207.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 12 - 합금 P
합금 P는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 6중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 0.02중량%의 티타늄, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 P는 196.7 내지 206.8℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 13 - 합금 Q
합금 Q는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.5중량%의 구리, 6중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 0.04중량%의 세륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 Q는 198.8 내지 207.2℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 14 - 합금 R
합금 R은 3중량%의 은, 1중량%의 비스무트, 0.6중량%의 구리, 8중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 R은 196.5 내지 205.8℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 15 - 합금 S
합금 S는 3중량%의 은, 1중량%의 비스무트, 0.6중량%의 구리, 1.55중량%의 갈륨, 5중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 S는 198.3 내지 207.2℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 16 - 합금 T
합금 T는 3.8중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.6중량%의 구리, 8중량%의 인듐, 0.2중량%의 니켈, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 T는 190.5 내지 203.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 17 - 합금 U
합금 U는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.6중량%의 구리, 8중량%의 인듐, 0.02중량%의 티타늄, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 U는 191.9 내지 203.2℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 18 - 합금 V
합금 V는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 0.6중량%의 구리, 10중량%의 인듐, 0.02중량%의 망간, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 V는 186.8 내지 199.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 19 - 합금 W
합금 W는 3.8중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 2중량%의 갈륨, 8중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 W는 176.8 내지 199.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 20 - 합금 X
합금 X는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 12중량%의 인듐, 0.6중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 X는 179 내지 196℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 21 - 합금 Y
합금 Y는 2중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 10중량%의 인듐, 0.7중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 Y는 178 내지 202℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 22 - 합금 Z
합금 Z는 2중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 8중량%의 인듐, 1중량%의 갈륨, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 Y는 175 내지 203℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 23 - 합금 A1
합금 A1은 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 20중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A1은 132.5 내지 191.9℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 24 - 합금 A2
합금 A2는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 25중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A2는 120.9 내지 183℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 25 - 합금 A3
합금 A3은 3중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 25중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A3은 113.7 내지 181.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 26 - 합금 A4
합금 A4는 3중량%의 은, 1중량%의 비스무트, 13중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A4는 170 내지 201.1℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 27 - 합금 A5
합금 A5는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 14중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A5는 152.9 내지 198.9℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 28 - 합금 A6
합금 A6은 5중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 12중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A6은 157 내지 203.2℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 29 - 합금 A7
합금 A7은 3중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 10중량%의 인듐, 0.5중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A7은 144.9 내지 195.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 30 - 합금 A8
합금 A8은 3중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 15중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A8은 123 내지 189.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 31 - 합금 A9
합금 A9는 3중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 15중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A9는 138.5 내지 189.9℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 32 - 합금 A10
합금 A10은 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 2중량%의 갈륨, 15중량%의 인듐, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A10은 128.4 내지 189.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 33 - 합금 A11
합금 A11은 3중량%의 은, 5중량%의 비스무트, 15중량%의 인듐, 0.5중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A11은 132.8 내지 192.7℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 34 - 합금 A12
합금 A12는 3중량%의 은, 25중량%의 인듐, 0.5중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A12는 139.7 내지 183.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 35 - 합금 A13
합금 A13은 3중량%의 은, 20중량%의 인듐, 0.6중량%의 구리, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 A13은 144.6 내지 190.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 36 - 합금 B1
합금 B1은 3.6중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 4중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 0.01%의 망간, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B1은 186 내지 208℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 37 - 합금 B2
합금 B2는 3.6중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 6중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 0.03중량%의 코발트, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B2는 187 내지 208℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 38 - 합금 B3
합금 B3은 3.5중량%의 은, 4중량%의 비스무트, 8중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 0.01중량%의 망간, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B3은 182 내지 201℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 39 - 합금 B4
합금 B4는 3.6중량%의 은, 8중량%의 비스무트, 1.5중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 0.03중량%의 코발트, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B4는 187 내지 207℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 40 - 합금 B5
합금 B5는 3.6중량%의 은, 8중량%의 비스무트, 2중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 0.01중량%의 망간, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B5는 184 내지 207℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 41 - 합금 B6
합금 B6은 3.5중량%의 은, 7.6중량%의 비스무트, 6중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 0.01중량%의 망간, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B6은 176 내지 200℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 42 - 합금 B7
합금 B7은 3.3중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 5.6중량%의 인듐, 0.4중량%의 구리, 0.03중량%의 코발트, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B6은 174 내지 199℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 43 - 합금 B8
합금 B8은 1중량%의 은, 10중량%의 비스무트, 6중량%의 인듐, 0.125중량%의 구리, 0.03중량%의 코발트, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B6은 176 내지 203℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 44 - 합금 B9
합금 B9는 3중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 6중량%의 인듐, 0.6중량%의 구리, 0.19중량%의 니켈, 0.02중량%의 망간, 0.08중량%의 인, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B6은 190.6 내지 207.1℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 45 - 합금 B10
합금 B10은 2.9중량%의 은, 3중량%의 비스무트, 6중량%의 인듐, 0.5중량%의 구리, 0.12중량%의 니켈, 0.008중량%의 게르마늄, 및 잔여량의 주석을 불가피한 불순물과 함께 포함한다. 합금 B6은 189.9 내지 207.1℃의 용융 범위를 갖는다.
표 1은 전형적인 SnAg3.0Cu0.5 합금 및 합금 A 내지 W 및 합금 A1 내지 A13의 고체화 온도 및 액체화 온도를 나타낸다. 상기 모든 합금의 융점은 전형적인 SnAg3.0Cu0.5 합금의 융점보다 실질적으로 낮다.
Figure pct00001
Figure pct00002
도 4는 칩 저항기(chip resistor) CR1206의 전단 강도에 있어서의 열 사이클링의 효과를 보여준다. 열 사이클링 동안, 전형적인 SnAg3.0Cu0.5 합금은 전단 강도의 68%가 손실되며 이에 비해 합금 N 및 합금 M은 각각 18% 및 25%가 손실된다. 열 사이클링 시험의 결과는 표 2에 나타낸다.
Figure pct00003
전술된 상세한 설명은 설명 및 예시를 통해 제공되었으며, 첨부된 청구항들의 범위를 한정하도록 의도되지 않는다. 본원에 예시되어 있는 바람직한 양태들의 여러 변형태는 당해 분야의 숙련가에게 명백하게 될 것이며 첨부된 청구항들의 범위 및 이들의 등가물의 범위 내에 존재할 것이다.

Claims (37)

  1. 무연 무안티몬 솔더 합금(lead-free, antimony-free solder alloy)으로서,
    (a) 1 내지 4중량%의 은,
    (b) 0.5 내지 6중량%의 비스무트,
    (c) 3.55 내지 15중량%의 인듐,
    (d) 3중량% 이하의 구리,
    (e) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
    0 내지 1중량%의 니켈,
    0 내지 1중량%의 티타늄,
    0 내지 1중량%의 망간,
    0 내지 1중량%의 희토류 원소(rare earths), 예를 들면 세륨,
    0 내지 1중량%의 크롬,
    0 내지 1중량%의 게르마늄,
    0 내지 1중량%의 갈륨,
    0 내지 1중량%의 코발트,
    0 내지 1중량%의 철,
    0 내지 1중량%의 알루미늄,
    0 내지 1중량%의 인,
    0 내지 1중량%의 금,
    0 내지 1중량%의 텔루륨,
    0 내지 1중량%의 셀레늄,
    0 내지 1중량%의 칼슘,
    0 내지 1중량%의 바나듐,
    0 내지 1중량%의 몰리브덴,
    0 내지 1중량%의 백금,
    0 내지 1중량%의 마그네슘,
    (f) 잔여량의(the balance) 주석
    을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합금이 1.2 내지 3.8중량%의 은, 바람직하게는 2.5 내지 3.5중량%의 은, 더욱 바람직하게는 2.75 내지 3.75중량%의 은을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합금이 1.5 내지 5.5중량%의 비스무트, 바람직하게는 2 내지 5중량%의 비스무트, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 4.5중량%의 비스무트를 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 3.6 내지 12중량%의 인듐, 바람직하게는 3.65 내지 12중량%의 인듐, 더욱 바람직하게는 3.7 내지 10중량%의 인듐, 더욱 더 바람직하게는 4 내지 10중량%의 인듐을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 0.01 내지 3중량%의 구리, 바람직하게는 0.1 내지 1중량%의 구리, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 0.8중량%의 구리를 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 0.01 내지 1중량%의 니켈, 바람직하게는 0.03 내지 0.6중량%의 니켈, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.5중량%의 니켈, 더욱 더 바람직하게는 0.08 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2 내지 4중량%의 은, 1 내지 6중량%의 비스무트, 및 3.65 내지 7중량%의 인듐을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 3 내지 4.5중량%의 은, 3 내지 4.5중량%의 비스무트, 3 내지 4.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  9. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 4중량%의 은, 4 내지 5.5중량%의 비스무트, 3 내지 4.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  10. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 1 내지 2중량%의 은, 4 내지 5.5중량%의 비스무트, 3 내지 4.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  11. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 4중량%의 은, 1 내지 2중량%의 비스무트, 3 내지 4.5%의 인듐, 및 0.1 내지 1.5중량%의 구리를 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  12. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 4중량%의 은, 1 내지 2중량%의 비스무트, 4 내지 5.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  13. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 3.5 내지 5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  14. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 4 내지 5.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  15. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 5 내지 6.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 및 0.05 내지 0.25중량%의 니켈을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  16. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 4중량%의 은, 2.5 내지 4중량%의 비스무트, 5 내지 6.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 0.001 내지 0.05중량%의 망간을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  17. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5%의 인듐, 0.3 내지 0.7중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 0.005 내지 0.05중량%의 망간을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  18. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 7 내지 9%의 인듐, 0.3 내지 0.8중량%의 구리, 및 0.005 내지 0.05중량%의 티타늄을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  19. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 9 내지 11%의 인듐, 0.3 내지 0.8중량%의 구리, 및 0.005 내지 0.05중량%의 망간을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  20. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 11 내지 13%의 인듐, 및 0.3 내지 0.8중량%의 구리를 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  21. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5%의 인듐, 0.3 내지 0.8중량%의 구리, 0.05 내지 0.4중량%의 니켈, 0.005 내지 0.05중량%의 망간, 및 0.01 내지 0.15중량%의 인을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  22. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 3.5중량%의 은, 2.5 내지 3.5중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5%의 인듐, 0.3 내지 7중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 0.001 내지 0.03중량%의 게르마늄을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  23. 무연 무안티몬 솔더 합금으로서,
    (a) 10중량% 이하의 은,
    (b) 10중량% 이하의 비스무트,
    (c) 0.5중량% 이상의 갈륨,
    (d) 12중량% 이하의 인듐,
    (e) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
    2중량% 이하의 구리,
    0 내지 1중량%의 니켈,
    0 내지 1중량%의 티타늄,
    0 내지 1중량%의 망간,
    0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
    0 내지 1중량%의 크롬,
    0 내지 1중량%의 게르마늄,
    0 내지 1중량%의 코발트,
    0 내지 1중량%의 철,
    0 내지 1중량%의 알루미늄,
    0 내지 1중량%의 인,
    0 내지 1중량%의 금,
    0 내지 1중량%의 텔루륨,
    0 내지 1중량%의 셀레늄,
    0 내지 1중량%의 칼슘,
    0 내지 1중량%의 바나듐,
    0 내지 1중량%의 몰리브덴,
    0 내지 1중량%의 백금,
    0 내지 1중량%의 마그네슘,
    (g) 잔여량의 주석
    을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  24. 제23항에 있어서, 1 내지 10중량%의 은, 0.5 내지 10중량%의 비스무트, 0.5 내지 3중량%의 갈륨, 및 3.55 내지 12중량%의 인듐을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  25. 무연 무안티몬 솔더 합금으로서,
    (a) 10중량% 이하의 은,
    (b) 10중량% 이하의 비스무트,
    (c) 3중량% 이하의 구리,
    (d) 10중량% 이하의 인듐,
    (e) 0.5중량% 이상의 갈륨,
    (f) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
    0 내지 1중량%의 니켈,
    0 내지 1중량%의 티타늄,
    0 내지 1중량%의 망간,
    0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
    0 내지 1중량%의 크롬,
    0 내지 1중량%의 게르마늄,
    0 내지 1중량%의 코발트,
    0 내지 1중량%의 철,
    0 내지 1중량%의 알루미늄,
    0 내지 1중량%의 인,
    0 내지 1중량%의 금,
    0 내지 1중량%의 텔루륨,
    0 내지 1중량%의 셀레늄,
    0 내지 1중량%의 칼슘,
    0 내지 1중량%의 바나듐,
    0 내지 1중량%의 몰리브덴,
    0 내지 1중량%의 백금,
    0 내지 1중량%의 마그네슘,
    (g) 잔여량의 주석
    을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  26. 제25항에 있어서, 상기 합금이 2.5 내지 4중량%의 은, 3.5 내지 4.5중량%의 비스무트, 2 내지 3.5%의 인듐, 0.1 내지 1.5중량%의 구리, 0.05 내지 0.25중량%의 니켈, 및 0.1 내지 2.5중량%의 Ga을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  27. 무연 무안티몬 솔더 합금으로서,
    (a) 10중량% 이하의 은,
    (b) 10중량% 이하의 비스무트,
    (c) 25중량% 이하의 인듐,
    (d) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
    0 내지 3중량%의 Cu,
    0 내지 1중량%의 니켈,
    0 내지 1중량%의 티타늄,
    0 내지 1중량%의 망간,
    0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
    0 내지 1중량%의 크롬,
    0 내지 1중량%의 게르마늄,
    0 내지 1중량%의 코발트,
    0 내지 1중량%의 철,
    0 내지 1중량%의 알루미늄,
    0 내지 1중량%의 인,
    0 내지 1중량%의 금,
    0 내지 1중량%의 텔루륨,
    0 내지 1중량%의 셀레늄,
    0 내지 1중량%의 칼슘,
    0 내지 1중량%의 바나듐,
    0 내지 1중량%의 몰리브덴,
    0 내지 1중량%의 백금,
    0 내지 1중량%의 마그네슘,
    (e) 잔여량의 주석
    을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  28. 제27항에 있어서, 1 내지 10중량%의 은, 0.5 내지 10중량%의 비스무트, 및 3.55 내지 25중량%의 인듐을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  29. 무연 무안티몬 솔더 합금으로서,
    (a) 10중량% 이하의 은,
    (b) 30중량% 이하의 인듐,
    (c) 3중량% 이하의 구리,
    (d) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
    0 내지 3중량%의 비스무트,
    0 내지 1중량%의 니켈,
    0 내지 1중량%의 티타늄,
    0 내지 1중량%의 망간,
    0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
    0 내지 1중량%의 크롬,
    0 내지 1중량%의 게르마늄,
    0 내지 1중량%의 코발트,
    0 내지 1중량%의 철,
    0 내지 1중량%의 알루미늄,
    0 내지 1중량%의 인,
    0 내지 1중량%의 금,
    0 내지 1중량%의 텔루륨,
    0 내지 1중량%의 셀레늄,
    0 내지 1중량%의 칼슘,
    0 내지 1중량%의 바나듐,
    0 내지 1중량%의 몰리브덴,
    0 내지 1중량%의 백금,
    0 내지 1중량%의 마그네슘,
    (e) 잔여량의 주석
    을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  30. 제29항에 있어서, 1 내지 10중량%의 은, 3.55 내지 30중량%의 인듐, 및 0.1 내지 3중량%의 구리를 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  31. 무연 무안티몬 솔더 합금으로서,
    (a) 10중량% 이하의 은,
    (b) 10중량% 이하의 비스무트,
    (b) 8중량% 이하의 인듐,
    (c) 3중량% 이하의 구리,
    (d) 1중량% 이하의 인,
    (d) 임의로 아래의 원소들 중의 하나 이상:
    0 내지 1중량%의 니켈,
    0 내지 1중량%의 티타늄,
    0 내지 1중량%의 망간,
    0 내지 1중량%의 희토류 원소, 예를 들면 세륨,
    0 내지 1중량%의 크롬,
    0 내지 1중량%의 게르마늄,
    0 내지 1중량%의 코발트,
    0 내지 1중량%의 철,
    0 내지 1중량%의 알루미늄,
    0 내지 1중량%의 금,
    0 내지 1중량%의 텔루륨,
    0 내지 1중량%의 셀레늄,
    0 내지 1중량%의 칼슘,
    0 내지 1중량%의 바나듐,
    0 내지 1중량%의 몰리브덴,
    0 내지 1중량%의 백금,
    0 내지 1중량%의 마그네슘,
    (e) 잔여량의 주석
    을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  32. 제31항에 있어서, 1 내지 10중량%의 은, 0.5 내지 10중량%의 비스무트, 3.55 내지 8중량%의 인듐, 0.1 내지 3중량%의 구리, 및 0.01 내지 1중량%의 인을 포함하는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  33. 제1항 내지 제32항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이 215℃ 이하, 바람직하게는 210.5℃ 이하, 더욱 바람직하게는 210℃ 이하, 더욱 더 바람직하게는 200 내지 208℃의 액체화 온도를 갖는, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  34. 제1항 내지 제33항 중의 어느 한 항에 있어서, 바(bar), 스틱(stick), 강체(solid) 또는 플럭스 코어드 와이어(flux cored wire), 호일(foil) 또는 스트립(strip), 또는 분말 또는 페이스트(분말 + 플럭스(flux) 블렌드), 또는 볼 그리드 어레이 접합부(ball grid array joint) 또는 칩 스케일 패키지(chip scale package)에서 사용하기 위한 솔더 구체(solder spheres), 또는 플럭스 코어(flux core) 또는 플럭스 코팅(flux coating)을 갖거나 갖지 않는 기타 예비형성된 솔더 피스(solder piece)의 형태인, 무연 무안티몬 솔더 합금.
  35. 제1항 내지 제34항 중의 어느 한 항에 따르는 합금을 포함하는 솔더링된 접합부(soldered joint).
  36. 솔더 접합부(solder joint)의 형성 방법으로서,
    (i) 접합될 2종 이상의 가공물(work piece)들을 제공하는 단계;
    (ii) 제1항 내지 제34항 중의 어느 한 항에 따르는 솔더 합금을 제공하는 단계; 및
    (iii) 상기 솔더 합금을 상기 접합될 가공물들 주변에서 가열하는 단계
    를 포함하는, 솔더 접합부의 형성 방법.
  37. 웨이브 솔더링(wave soldering), 표면 실장 기술(SMT)(surface mounting technology) 솔더링, 다이 부착 솔더링(die attach soldering), 열적 경계면 솔더링(thermal interface soldering), 핸드 솔더링(hand soldering), 레이저 및 RF 유도 솔더링, 태양광 모듈(solar module)에 대한 솔더링, 레벨 2 LED 패키지 보드(package board)의 솔더링, 및 재작업 솔더링(rework soldering)과 같은 솔더링 방법에서 제1항 내지 제34항 중의 어느 한 항에 따르는 합금 조성물의 용도.
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