KR20180032558A - 땜납 합금, 솔더 페이스트 및 전자 회로 기판 - Google Patents

Abstract

땜납 합금은, 본질적으로 주석, 은, 구리, 비스무트, 안티모니 및 코발트로 이루어지는 땜납 합금으로서, 땜납 합금의 총량에 대해서, 은의 함유 비율이 3질량% 이상 3.5질량% 이하이고, 구리의 함유 비율이 0.4질량% 이상 1.0질량% 이하이고, 비스무트의 함유 비율이 3.5질량% 이상 4.8질량% 이하이고, 안티모니의 함유 비율이 3질량% 이상 5.5질량% 이하이고, 코발트의 함유 비율이 0.001질량% 이상 0.1질량% 이하이고, 주석의 함유 비율이 잔여의 비율이며, 또한 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 7.3질량% 이상 10.3질량% 이하이다.

Description

땜납 합금, 솔더 페이스트 및 전자 회로 기판

본 발명은 땜납 합금, 솔더 페이스트 및 전자 회로 기판에 관한 것으로, 상세하게는, 땜납 합금, 그 땜납 합금을 함유하는 솔더 페이스트, 나아가 그 솔더 페이스트가 이용되는 전자 회로 기판에 관한 것이다.

일반적으로, 전기·전자 기기 등에 있어서의 금속 접합에서는, 솔더 페이스트를 이용한 땜납 접합이 채용되고 있고, 이와 같은 솔더 페이스트에는, 종래, 납을 함유하는 땜납 합금이 이용된다.

그러나 최근, 환경 부하의 관점에서, 납의 사용을 억제할 것이 요구되고 있고, 그 때문에, 납을 함유하지 않는 땜납 합금(납 무함유 땜납 합금)의 개발이 진행되고 있다.

이와 같은 납 무함유 땜납 합금으로서는, 예를 들면, 주석-구리계 합금, 주석-은-구리계 합금, 주석-은-인듐-비스무트계 합금, 주석-비스무트계 합금, 주석-아연계 합금 등이 잘 알려져 있는데, 특히 주석-은-구리계 합금, 주석-은-인듐-비스무트계 합금 등이 널리 이용되고 있다.

이와 같은 납 무함유 땜납 합금으로서, 구체적으로는, 예를 들면, Ag 1∼4질량%, Cu 0.6∼0.8질량%, Sb 1∼5질량%, Ni 0.01∼0.2질량% 및 잔부의 Sn으로 이루어지는 납 무함유 땜납 합금이 제안되어 있고, 더 구체적으로는, 예를 들면, Ag 3.4질량%, Cu 0.7질량%, Bi 3.2질량%, Sb 3.0질량%, Co 0.01질량% 또는 0.05질량%, Ni 0.04질량%, 및 잔부의 Sn으로 이루어지는 납 무함유 땜납 합금이 제안되어 있다(특허문헌 1(실시예 45∼46)).

국제 공개 제2014/163167호 팸플릿

이와 같은 납 무함유 땜납 합금에 의해 납땜되는 부품은, 예를 들면, 자동차의 엔진 룸 등, 비교적 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼125℃ 사이의 온도 사이클 등)에서 이용되는 경우가 있다.

특히, 최근에는, 납 무함유 땜납 합금에 의해 납땜되는 부품이 자동차의 엔진의 극히 근방 등, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에서 이용되는 경우가 있다.

이와 같은 경우, 납 무함유 땜납 합금으로서는, 상기의 엄격한 온도 사이클 조건하에 폭로되는 경우에도, 내열피로특성을 유지할 것이 요구되고 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 납 무함유 땜납 합금은, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에 있어서, 내피로특성을 유지할 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 목적은, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에 있어서도, 우수한 내열피로특성을 유지할 수 있는 땜납 합금, 그 땜납 합금을 함유하는 솔더 페이스트, 나아가 그 솔더 페이스트를 이용하여 얻어지는 전자 회로 기판을 제공하는 것에 있다.

본 발명은,

[1] 본질적으로 주석, 은, 구리, 비스무트, 안티모니 및 코발트로 이루어지는 땜납 합금으로서, 상기 땜납 합금의 총량에 대해서, 상기 은의 함유 비율이 3질량% 이상 3.5질량% 이하이고, 상기 구리의 함유 비율이 0.4질량% 이상 1.0질량% 이하이고, 상기 비스무트의 함유 비율이 3.5질량% 이상 4.8질량% 이하이고, 상기 안티모니의 함유 비율이 3질량% 이상 5.5질량% 이하이고, 상기 코발트의 함유 비율이 0.001질량% 이상 0.1질량% 이하이고, 상기 주석의 함유 비율이 잔여의 비율이며, 또한 상기 비스무트의 함유 비율과 상기 안티모니의 함유 비율의 합계가 7.3질량% 이상 10.3질량% 이하인 것을 특징으로 하는 땜납 합금,

[2] 상기 비스무트의 함유 비율과 상기 안티모니의 함유 비율의 합계가 8.0질량% 이상 10.3질량% 이하인, 상기 [1]에 기재된 땜납 합금,

[3] 니켈 및 인듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 추가로 함유하고, 땜납 합금의 총량에 대해서, 상기 원소의 함유 비율이 0질량% 초과 0.2질량% 이하인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 땜납 합금,

[4] 상기 구리의 함유 비율이 0.5질량% 이상 0.6질량% 미만인, 상기 [1]∼[3] 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금,

[5] 상기 코발트의 함유 비율이 0.008질량% 초과 0.03질량% 이하인, 상기 [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금,

[6] 상기 [1]∼[5] 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금으로 이루어지는 땜납 분말과, 플럭스를 함유하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트,

[7] 상기 [6]에 기재된 솔더 페이스트의 납땜에 의한 납땜부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 회로 기판

이다.

본 발명의 일 관점에 따른 땜납 합금은, 본질적으로 주석, 은, 구리, 비스무트, 안티모니 및 코발트로 이루어지는 땜납 합금으로서, 각 성분의 함유 비율이 상기의 소정량이 되도록 설계되어 있고, 또한 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 상기의 소정량이 되도록 설계되어 있다.

그 때문에, 본 발명의 일 관점에 따른 땜납 합금에 의하면, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에 있어서도, 우수한 내열피로특성을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 관점에 따른 솔더 페이스트는, 본 발명의 땜납 합금을 함유하므로, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에 있어서도, 우수한 내열피로특성을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자 회로 기판은, 납땜에 있어서, 본 발명의 솔더 페이스트가 이용되므로, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에 있어서도, 우수한 내열피로특성을 유지할 수 있다.

본 발명의 일 관점에 따른 땜납 합금은, 필수 성분으로서, 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 안티모니(Sb) 및 코발트(Co)를 함유하고 있다. 환언하면, 땜납 합금은, 본질적으로 주석, 은, 구리, 비스무트, 안티모니 및 코발트로 이루어진다. 한편, 본 명세서에 있어서, 본질적이란, 상기의 각 원소를 필수 성분으로 하고, 또한 후술하는 임의 성분을 후술하는 비율로 함유하는 것을 허용한다는 의미이다.

이와 같은 땜납 합금에 있어서, 주석의 함유 비율은, 후술하는 각 성분의 잔여의 비율이고, 각 성분의 배합량에 따라 적절히 설정된다.

은의 함유 비율은, 땜납 합금의 총량에 대해서, 3질량% 이상이고, 3.5질량% 이하, 바람직하게는 3.4질량% 이하, 보다 바람직하게는 3.2질량% 이하, 더 바람직하게는 3.1질량% 이하이다.

은의 함유 비율이 상기 범위이면, 우수한 내열피로특성을 얻을 수 있고, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하에 있어서도, 접합 강도를 유지할 수 있다.

한편, 은의 함유 비율이 상기 하한을 하회하는 경우에는, 내열피로특성이 뒤떨어지고, 또한 은의 함유 비율이 상기 상한을 상회하는 경우에도, 내열피로특성이 뒤떨어진다는 문제가 있다.

구리의 함유 비율은, 땜납 합금의 총량에 대해서, 0.4질량% 이상, 바람직하게는 0.5질량% 이상이고, 1.0질량% 이하, 바람직하게는 0.7질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.6질량% 미만이다.

구리의 함유 비율이 상기 범위이면, 우수한 내열피로특성을 얻을 수 있고, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하에 있어서도, 접합 강도를 유지할 수 있다.

한편, 구리의 함유 비율이 상기 하한을 하회하는 경우에는, 내열피로특성이 뒤떨어지고, 또한 구리의 함유 비율이 상기 상한을 상회하는 경우에도, 내열피로특성이 뒤떨어진다는 문제가 있다.

또한, 구리의 함유 비율은, 우수한 내열피로특성을 얻는 관점에서, 특히 바람직하게는 땜납 합금의 총량에 대해서, 0.5질량% 이상이고, 0.6질량% 미만이다.

즉, 구리의 함유 비율이 상기 범위이면, 특히 우수한 내열피로특성을 얻을 수 있다.

또한, 구리의 함유 비율은, 우수한 내충격성(구체적으로는, 온도 사이클 조건하에 폭로된 경우의 내충격성)을 얻는 관점에서, 특히 바람직하게는 땜납 합금의 총량에 대해서, 0.6질량% 이상이고, 0.7질량% 이하이다.

즉, 구리의 함유 비율이 상기 범위이면, 특히 우수한 내충격성을 얻을 수 있다.

비스무트의 함유 비율은, 땜납 합금의 총량에 대해서, 3.5질량% 이상, 바람직하게는 3.8질량% 이상, 보다 바람직하게는 4.0질량% 이상이고, 4.8질량% 이하, 바람직하게는 4.5질량% 이하, 보다 바람직하게는 4.2질량% 이하이다.

비스무트의 함유 비율이 상기 범위이고, 또한 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 후술하는 범위이면, 우수한 내열피로특성을 얻을 수 있고, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하에 있어서도, 접합 강도를 유지할 수 있다.

한편, 비스무트의 함유 비율이 상기 하한을 하회하는 경우에는, 내열피로특성이 뒤떨어지고, 또한 비스무트의 함유 비율이 상기 상한을 상회하는 경우에도, 내열피로특성이 뒤떨어진다는 문제가 있다.

안티모니의 함유 비율은, 땜납 합금의 총량에 대해서, 3질량% 이상, 바람직하게는 3.5질량% 이상이고, 5.5질량% 이하, 바람직하게는 5질량% 이하, 보다 바람직하게는 4질량% 이하이다.

안티모니의 함유 비율이 상기 범위이고, 또한 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 후술하는 범위이면, 우수한 내열피로특성을 얻을 수 있고, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하에 있어서도, 접합 강도를 유지할 수 있다.

한편, 안티모니의 함유 비율이 상기 하한을 하회하는 경우에는, 내열피로특성이 뒤떨어지고, 또한 안티모니의 함유 비율이 상기 상한을 상회하는 경우에도, 내열피로특성이 뒤떨어진다는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 땜납 합금에서는, 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 7.3질량% 이상, 바람직하게는 8.0질량% 이상, 보다 바람직하게는 9.0질량% 이상이고, 10.3질량% 이하, 바람직하게는 9.8질량% 이하이다.

비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 상기 범위이면, 우수한 내열피로특성을 얻을 수 있고, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하에 있어서도, 접합 강도를 유지할 수 있다.

한편, 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 상기 하한을 하회하는 경우에는, 내열피로특성이 뒤떨어진다. 또한, 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 상기 상한을 상회하는 경우에도, 내열피로특성이 뒤떨어지는 경우가 있다.

예를 들면, 비스무트의 함유 비율 및/또는 안티모니의 함유 비율이, 각각, 상기의 범위여도, 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 7.3질량% 이상이 아닌 경우에는, 내열피로특성이 뒤떨어진다.

코발트의 함유 비율은, 땜납 합금의 총량에 대해서, 0.001질량% 이상, 바람직하게는 0.005질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.008질량% 초과이고, 0.1질량% 이하, 바람직하게는 0.05질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.03질량% 이하이다.

코발트의 함유 비율이 상기 범위이면, 우수한 내열피로특성을 얻을 수 있고, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하에 있어서도, 접합 강도를 유지할 수 있다.

한편, 코발트의 함유 비율이 상기 하한을 하회하는 경우에는, 내열피로특성이 뒤떨어지고, 또한 코발트의 함유 비율이 상기 상한을 상회하는 경우에도, 내열피로특성이 뒤떨어진다는 문제가 있다.

또한, 상기 땜납 합금은, 임의 성분으로서, 니켈(Ni) 및 인듐(In)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 추가로 함유할 수 있다.

임의 성분으로서 니켈을 함유하는 경우, 그의 함유 비율은, 땜납 합금의 총량에 대해서, 예를 들면 0질량% 초과이고, 예를 들면 0.2질량% 이하이다.

니켈의 함유 비율이 상기 범위이면, 본 발명의 우수한 효과를 유지할 수 있다.

임의 성분으로서 인듐을 함유하는 경우, 그의 함유 비율은, 땜납 합금의 총량에 대해서, 예를 들면 0질량% 초과이고, 예를 들면 0.2질량% 이하이다.

인듐의 함유 비율이 상기 범위이면, 본 발명의 우수한 효과를 유지할 수 있다.

이들 임의 성분은 단독 사용 또는 2종류 이상 병용할 수 있다.

임의 성분으로서 상기의 원소가 함유되는 경우, 그의 함유 비율(2종류 이상 병용되는 경우에는, 그들의 총량)은, 땜납 합금의 총량에 대해서, 예를 들면 0질량% 초과이고, 예를 들면 0.2질량% 이하가 되도록 조정된다.

임의 성분의 함유 비율의 총량이 상기 범위이면, 본 발명의 우수한 효과를 유지할 수 있다.

그리고, 이와 같은 땜납 합금은, 상기한 각 금속 성분을 용융로에서 용융시키고, 균일화하는 등, 공지의 방법으로 합금화하는 것에 의해 얻을 수 있다.

한편, 땜납 합금의 제조에 이용되는 상기한 각 금속 성분은, 본 발명의 우수한 효과를 저해하지 않는 범위에서, 미량의 불순물(불가피 불순물)을 함유할 수 있다.

불순물로서는, 예를 들면, 알루미늄(Al), 철(Fe), 아연(Zn), 금(Au) 등을 들 수 있다.

그리고, 이와 같이 해서 얻어지는 땜납 합금의, DSC법(측정 조건: 승온 속도 0.5℃/분)에 의해 측정되는 융점은, 예를 들면 200℃ 이상, 바람직하게는 210℃ 이상이고, 예를 들면 240℃ 미만, 바람직하게는 230℃ 이하, 보다 바람직하게는 225℃ 이하이다.

땜납 합금의 융점이 상기 범위이면, 솔더 페이스트에 이용한 경우에, 간이하면서 작업성 좋게 금속 접합할 수 있고, 또한 납땜되는 부재의 손상을 억제할 수 있다.

그리고, 상기의 땜납 합금은, 본질적으로 주석, 은, 구리, 비스무트, 안티모니 및 코발트로 이루어지는 땜납 합금으로서, 각 성분의 함유 비율이 상기의 소정량이 되도록 설계되어 있고, 또한 비스무트의 함유 비율과 안티모니의 함유 비율의 합계가 상기의 소정량이 되도록 설계되어 있다.

그 때문에, 상기의 땜납 합금에 의하면, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에 있어서도, 우수한 내열피로특성을 유지할 수 있다.

그 때문에, 이와 같은 땜납 합금은, 바람직하게는 솔더 페이스트(솔더 페이스트 접합재)에 함유된다.

구체적으로는, 본 발명의 다른 일 관점에 따른 솔더 페이스트는, 상기한 땜납 합금과, 플럭스를 함유하고 있다.

솔더 페이스트에 있어서, 땜납 합금은, 바람직하게는 분말로서 함유된다.

분말 형상으로서는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 실질적으로 완전한 구상, 예를 들면, 편평한 블록상, 예를 들면, 침상(針狀) 등을 들 수 있고, 또한 부정형(不定形)이어도 된다. 분말 형상은 솔더 페이스트에 요구되는 성능(예를 들면, 틱소트로피, 점도 등)에 따라 적절히 설정된다.

땜납 합금의 분말의 평균 입자경(구상의 경우) 또는 평균 긴 방향 길이(구상이 아닌 경우)는, 레이저 회절법에 의한 입자경·입도 분포 측정 장치를 이용한 측정에서, 예를 들면 5μm 이상, 바람직하게는 15μm 이상, 예를 들면 100μm 이하, 바람직하게는 50μm 이하이다.

플럭스로서는, 특별히 제한되지 않고, 공지의 땜납 플럭스를 이용할 수 있다.

구체적으로는, 플럭스는, 예를 들면 베이스 수지(로진, 아크릴 수지 등), 활성제(예를 들면, 에틸아민, 프로필아민 등 아민의 할로젠화 수소산염, 예를 들면 락트산, 시트르산, 벤조산 등의 유기 카복실산 등), 틱소트로피제(경화 피마자유, 밀랍, 카르나우바 왁스 등) 등을 주성분으로 하고, 또한 플럭스를 액상으로 해서 사용하는 경우에는, 유기 용제를 추가로 함유할 수 있다.

그리고, 솔더 페이스트는, 상기한 땜납 합금으로 이루어지는 분말과, 상기한 플럭스를 공지의 방법으로 혼합하는 것에 의해 얻을 수 있다.

땜납 합금과 플럭스의 배합 비율은, 땜납 합금은 땜납 합금:플럭스(질량비)로서, 예를 들면 70:30∼95:5이다.

그리고, 상기 솔더 페이스트는, 상기의 땜납 합금을 함유하므로, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에 있어서도, 우수한 내열피로특성을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 솔더 페이스트에 의해 납땜되어 있는 납땜부를 구비하는 전자 회로 기판을 포함하고 있다.

즉, 상기의 솔더 페이스트는, 예를 들면 전기·전자 기기 등의 프린트 기판의 전극과 전자 부품의 납땜(금속 접합)에 있어서 적합하게 이용된다.

환언하면, 전자 회로 기판은, 전극을 갖는 프린트 기판과, 전자 부품과, 전극 및 전자 부품을 금속 접합하는 납땜부를 구비하고, 납땜부가 상기의 솔더 페이스트를 리플로하는 것에 의해 형성되어 있다.

전자 부품으로서는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 칩 부품(IC 칩 등), 저항기, 다이오드, 콘덴서, 트랜지스터 등의 공지의 전자 부품을 들 수 있다.

그리고, 이와 같은 전자 회로 기판은, 납땜에 있어서, 상기 솔더 페이스트가 이용되므로, 특히 엄격한 온도 사이클 조건하(예를 들면, -40∼150℃ 사이의 온도 사이클 등)에 있어서도, 우수한 내열피로특성을 유지할 수 있다.

한편, 상기 땜납 합금의 사용 방법은, 상기 솔더 페이스트로 한정되지 않고, 예를 들면 레진 함유 땜납 접합재의 제조에 이용할 수도 있다. 구체적으로는, 예를 들면 공지의 방법(예를 들면 압출 성형 등)에 의해, 상기의 플럭스를 코어로 하고, 상기 땜납 합금을 선상(線狀)으로 성형하는 것에 의해, 레진 함유 땜납 접합재를 얻을 수도 있다.

그리고, 이와 같은 레진 함유 땜납 접합재도, 솔더 페이스트와 마찬가지로, 예를 들면 전기·전자 기기 등의 전자 회로 기판의 납땜(금속 접합)에 있어서 적합하게 이용된다.

실시예

다음으로, 본 발명을 실시예 및 비교예에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 한편, 「부」 및 「%」는, 특별히 언급이 없는 한, 질량 기준이다. 또한, 이하의 기재에서 이용되는 배합 비율(함유 비율), 물성값, 파라미터 등의 구체적 수치는, 상기의 「발명을 실시하기 위한 구체적인 내용」에서 기재되어 있는, 그들에 대응하는 배합 비율(함유 비율), 물성값, 파라미터 등 해당 기재의 상한치(「이하」, 「미만」으로 해서 정의되어 있는 수치) 또는 하한치(「이상」, 「초과」로 해서 정의되어 있는 수치)로 대체할 수 있다.

실시예 1∼31 및 비교예 1∼18

·땜납 합금의 조제

표 1에 기재된 각 금속의 분말을 표 1에 기재된 배합 비율로 각각 혼합하고, 얻어진 금속 혼합물을 용해로에서 용해 및 균일화시켜, 땜납 합금을 조제했다.

또한, 각 실시예 및 각 비교예의 배합 처방에 있어서의 주석(Sn)의 배합 비율은, 표 1에 기재된 각 금속(은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 안티모니(Sb), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 인듐(In))의 배합 비율(질량%)을 땜납 합금의 총량으로부터 뺀 잔부이다. 한편, 표 중에는, 잔부를 「Bal.」로 표기한다.

실시예 1은, Ag, Cu, Bi, Sb 및 Co를 표 1에 나타내는 비율로 배합하고, 잔부를 Sn으로 한 땜납 합금이다.

실시예 2∼4 및 16∼18은, 실시예 1의 처방에 대해서, Co의 배합 비율을 증감시킨 처방의 예이다.

실시예 5는, 실시예 1의 처방에 대해서, Ag 및 Cu의 배합 비율을 증가시킨 처방의 예이다.

실시예 6은, 실시예 1의 처방에 대해서, Ag의 배합 비율을 증가시킨 처방의 예이다.

실시예 7∼8 및 27∼28은, 실시예 1의 처방에 대해서, Cu의 배합 비율을 증감시킨 처방의 예이다.

실시예 9∼13 및 19∼20은, 실시예 1의 처방에 대해서, Bi 및/또는 Sb의 배합 비율을 증감시키고, 또한 그들의 합계량을 조정한 처방의 예이다.

실시예 14는, 실시예 3의 처방에 대해서, Bi 및 Sb의 배합 비율을 증가시키고, Ni를 추가로 배합한 처방의 예이다.

실시예 15는, 실시예 14의 처방에 대해서, Ag 및 Cu의 배합 비율을 증가시킨 처방의 예이다.

실시예 21 및 24는, 실시예 1의 처방에 대해서, Ni를 추가로 배합하고, 또한 Ni의 함유 비율을 증감시킨 처방의 예이다.

실시예 22는, 실시예 1의 처방에 대해서, Co의 배합 비율을 감소시키고, Ni를 추가로 배합한 처방의 예이다.

실시예 23은, 실시예 22의 처방에 대해서, Ag 및 Cu의 배합 비율을 증가시킨 처방의 예이다.

실시예 25는, 실시예 1의 처방에 대해서, In을 추가로 배합한 처방의 예이다.

실시예 26은, 실시예 1의 처방에 대해서, Ni 및 In을 추가로 배합한 처방의 예이다.

실시예 29 및 30은, 실시예 3의 처방에 대해서, Sb의 배합 비율을 증가시키고, Ni를 추가로 배합한 처방의 예이다.

실시예 31은, 실시예 3의 처방에 대해서, Bi 및 Sb의 배합 비율을 증가시키고, Ni를 추가로 배합한 처방의 예이다.

비교예 1∼2는, 실시예 1의 처방에 대해서, Ag의 배합 비율을 증감시켜, Ag를 과잉 또는 불충분으로 한 처방의 예이다.

비교예 3∼4는, 실시예 1의 처방에 대해서, Cu의 배합 비율을 증감시켜, Cu를 과잉 또는 불충분으로 한 처방의 예이다.

비교예 5∼6은, 실시예 1의 처방에 대해서, Bi의 배합 비율을 증감시켜, Sb의 배합량은 적절한 양이고, 또한 Bi와 Sb의 합계량은 적절한 양이면서, Bi를 과잉 또는 불충분으로 한 처방의 예이다.

비교예 7∼8은, 실시예 1의 처방에 대해서, Co의 배합 비율을 증감시켜, Co를 과잉 또는 불충분으로 한 처방의 예이다.

비교예 9∼10은, 실시예 1의 처방에 대해서, Bi 또는 Sb의 배합 비율을 증감시켜, Bi의 배합량과 Sb의 배합량은 각각 적절한 양이면서, 그들의 합계량을 불충분으로 한 처방의 예이다.

비교예 11은, 실시예 1의 처방에 대해서, Ag, Cu 및 Sb의 배합 비율을 증가시키고, Ni를 배합하고, 또한 Co를 배합하지 않은 처방의 예이다.

비교예 12∼13은, 비교예 11의 처방에 대해서, Co를 배합하고, 또한 Bi 및 Sb의 배합 비율을 감소시켜, Sb의 배합량은 적절한 양이면서, Bi를 불충분으로 하고, 또한 Bi 및 Sb의 합계량을 불충분으로 한 처방의 예이다.

비교예 14∼15는, 실시예 1의 처방에 대해서, Sb의 배합 비율을 감소시켜, Bi의 배합량은 적절한 양이고, 또한 Bi와 Sb의 합계량은 적절한 양이면서, Sb를 과잉 또는 불충분으로 한 처방의 예이다.

비교예 16은, 실시예 1의 처방에 대해서, Bi 및 Sb의 배합 비율을 증가시켜, Bi의 배합량은 적절한 양이면서, Sb를 과잉으로 하고, 또한 Bi와 Sb의 합계량을 과잉으로 한 처방의 예이다.

비교예 17은, 실시예 1의 처방에 대해서, Bi 및 Sb의 배합 비율을 증가시켜, Sb의 배합량은 적절한 양이면서, Bi를 과잉으로 하고, 또한 Bi와 Sb의 합계량을 과잉으로 한 처방의 예이다.

비교예 18은, 실시예 1의 처방에 대해서, Bi 및 Sb의 배합 비율을 증가시켜, Bi 및 Sb를 과잉으로 하고, 또한 Bi와 Sb의 합계량을 과잉으로 한 처방의 예이다.

·솔더 페이스트의 조제

얻어진 땜납 합금을 입경이 25∼38μm가 되도록 분말화하고, 얻어진 땜납 합금의 분말과, 공지의 플럭스를 혼합하여, 솔더 페이스트를 얻었다.

·솔더 페이스트의 평가

얻어진 솔더 페이스트를 칩 부품 탑재용의 프린트 기판에 인쇄하고, 리플로법에 의해 칩 부품을 실장했다. 실장 시의 솔더 페이스트의 인쇄 조건, 칩 부품의 사이즈 등에 대해서는, 후술하는 각 평가에 따라 적절히 설정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

<평가>

각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 솔더 페이스트를 칩 부품 탑재용 프린트 기판에 인쇄하고, 리플로법에 의해 칩 부품을 실장했다. 솔더 페이스트의 인쇄 막 두께는 두께 150μm의 메탈 마스크를 이용하여 조정했다. 솔더 페이스트의 인쇄 후, 3216 사이즈(3.2mm×1.6mm)의 칩 부품을 상기 프린트 기판의 소정 위치에 탑재하고, 리플로 노(爐)에서 가열하여 칩 부품을 실장했다. 리플로 조건은, 예열을 170∼190℃, 피크 온도를 245℃, 220℃ 이상인 시간이 45초간, 피크 온도로부터 200℃까지의 강온 시의 냉각 속도를 3∼8℃/초로 설정했다.

또, 상기 프린트 기판을 -40℃의 환경하에서 30분간 유지하고, 이어서 150℃의 환경하에서 30분간 유지하는 냉열 사이클 시험에 제공했다.

<내열피로특성>

냉열 사이클을 1500, 2000, 2250, 2500, 2750, 3000사이클 반복한 프린트 기판에 대하여, 각각 3216 칩 부품의 땜납 부분을 절단하고, 단면을 연마했다. 연마 후의 단면을 현미경으로 관찰하여, 땜납 필렛부에 발생한 균열이 필렛부를 완전히 횡단하고 있는지 여부에 대하여 평가하고, 이하의 기준에 따라 순위 매김했다. 각 사이클에서의 평가 칩 수는 20개로 했다.

A: 3000사이클 후에도, 필렛부를 완전히 횡단하는 균열이 발생하지 않았다.

B: 2750사이클 후에, 필렛을 완전히 횡단하는 균열이 발생하지 않았지만, 3000사이클 후에, 필렛부를 완전히 횡단하는 균열이 발생했다.

B-: 2500사이클 후에, 필렛을 완전히 횡단하는 균열이 발생하지 않았지만, 2750사이클 후에, 필렛부를 완전히 횡단하는 균열이 발생했다.

C: 2250사이클 후에, 필렛을 완전히 횡단하는 균열이 발생하지 않았지만, 2500사이클 후에, 필렛부를 완전히 횡단하는 균열이 발생했다.

C-: 2000사이클 후에, 필렛을 완전히 횡단하는 균열이 발생하지 않았지만, 2250사이클 후에, 필렛부를 완전히 횡단하는 균열이 발생했다.

D: 1500사이클 후에, 필렛을 완전히 횡단하는 균열이 발생하지 않았지만, 2000사이클 후에, 필렛부를 완전히 횡단하는 균열이 발생했다.

E: 1500사이클 후에, 필렛부를 완전히 횡단하는 균열이 발생했다.

한편, 상기 발명은 본 발명의 예시의 실시형태로서 제공했지만, 이는 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안 된다. 당해 기술분야의 당업자에 의해서 분명한 본 발명의 변형예는 후기 청구범위에 포함된다.

본 발명의 땜납 합금 및 솔더 페이스트는 전기·전자 기기 등에 이용되는 전자 회로 기판에 있어서 이용된다.

Claims (7)

1. 본질적으로 주석, 은, 구리, 비스무트, 안티모니 및 코발트로 이루어지는 땜납 합금으로서,
   상기 땜납 합금의 총량에 대해서,
   상기 은의 함유 비율이 3질량% 이상 3.5질량% 이하이고,
   상기 구리의 함유 비율이 0.4질량% 이상 1.0질량% 이하이고,
   상기 비스무트의 함유 비율이 3.5질량% 이상 4.8질량% 이하이고,
   상기 안티모니의 함유 비율이 3질량% 이상 5.5질량% 이하이고,
   상기 코발트의 함유 비율이 0.001질량% 이상 0.1질량% 이하이고,
   상기 주석의 함유 비율이 잔여의 비율이며,
   또한
   상기 비스무트의 함유 비율과 상기 안티모니의 함유 비율의 합계가 7.3질량% 이상 10.3질량% 이하인
   것을 특징으로 하는 땜납 합금.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 비스무트의 함유 비율과 상기 안티모니의 함유 비율의 합계가 8.0질량% 이상 10.3질량% 이하인 땜납 합금.
3. 제 1 항에 있어서,
   니켈 및 인듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 추가로 함유하고,
   땜납 합금의 총량에 대해서, 상기 원소의 함유 비율이 0질량% 초과 0.2질량% 이하인 땜납 합금.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 구리의 함유 비율이 0.5질량% 이상 0.6질량% 미만인 땜납 합금.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 코발트의 함유 비율이 0.008질량% 초과 0.03질량% 이하인 땜납 합금.
6. 제 1 항에 기재된 땜납 합금으로 이루어지는 땜납 분말과, 플럭스를 함유하는 것을 특징으로 하는 솔더 페이스트.
7. 제 6 항에 기재된 솔더 페이스트의 납땜에 의한 납땜부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 회로 기판.