KR20210062060A - 무연땜납합금 - Google Patents

Abstract

본 발명의 무연땜납합금은, Cu의 첨가량이 0.1∼2.0질량％, Ni의 첨가량이 0.01∼1.0질량％, Ge의 첨가량이 0.001∼2.0질량％이고, 잔부로서 Sn 및 불가피적 불순물을 함유함으로써, 극히 우수한 크리프 특성을 구비하고, 또한 상기의 조성에 Bi 및/또는 Sb 중의 적어도 1종을 0.1∼5.0질량％ 첨가함으로써, 상승적으로 접합강도의 향상을 가져오는 것을 가능하게 하였다. 상기 무연땜납합금은, Bi 0.1∼8.0질량％ 및/또는 Sb 0.1∼6.5질량％를 함유하여도 좋다. 또한 Cu에 대한 Ge의 함유량의 비율(Ge/Cu)이 0.005∼0.5이어도 좋다. 또한 Bi 0.1∼8.0질량％ 및 Sb 0.1∼6.5질량％를 함유하고, 또한 Sb에 대한 Bi의 함유량의 비율(Bi/Sb)이 0.02∼50이어도 좋다.

Description

무연땜납합금

본 발명은, 장기신뢰성이 우수한 무연땜납합금 및 그 합금을 사용한 땜납 접합부에 관한 것이다.

지구환경에 대한 부하경감을 위하여, 휴대전화, 스마트폰, 자동차, 항공기 등 전자기기의 내부에 배치되어 있는 전자부품의 접합재료로서 무연땜납이 널리 보급되어 있고, Sn-Ag-Cu계 땜납합금이나 Sn-Cu-Ni계 땜납합금은 그 대표적인 조성이다.

최근에 Sn-Ag-Cu계 땜납합금 및 Sn-Cu-Ni계 땜납합금 외에, Bi나 In, Sb 등을 첨가한 무연땜납합금이나 Sn-Zn계 땜납합금 등 접합용도나 특성에 대응한 무연땜납합금이 제안되어 있다.

또한 특허문헌1에는, Sn-Cu-Ni를 기본조성으로 하고, 1.0(1.0은 포함하지 않는다)∼2.0질량％ 미만의 Bi와 0.001∼1.0질량％의 Ge를 첨가하여 고온에 장시간 노출시켜도 접합강도의 저하가 억제되는 효과를 얻을 수 있는 무연땜납합금이 개시되어 있다.

또한 특허문헌2에는, Sn-Cu-Ni-Bi-Ge를 기본조성으로 하고, Cu₃Sn의 생성을 억제하여 고온 에이징 처리 후에 있어서도 높은 크리프 특성을 가지는 효과를 얻을 수 있는 무연땜납합금이 개시되어 있다.

그리고 특허문헌3에는, 10중량％ 이하의 Ag, 10중량％ 이하의 Bi, 및 3중량％ 이하의 Cu에, Ni, Ti, Co, In, Zn 및 As에서 선택되는 원소를 적어도 1개 첨가하고, Mn, Cr, Ge, Fe, Al, P, Au, Ga, Te, Se, Ca, V, Mo, Pt, Mg 및 희토류 원소에서 1개 이상을 필요에 따라 선택하여 첨가 가능하게 함으로써 고온신뢰성을 개선한 효과를 구비하는 무연땜납합금이 개시되어 있다.

특허문헌1 : 일본국 특허 제5872114호 공보 특허문헌2 : 국제출원 제PCT/JP2018/11414호 명세서 특허문헌3 : 일본국 특허출원공표 특표2016-500578호 공보 특허문헌4 : 국제공개 제99/48639호 공보

특허문헌1에 기재되어 있는 무연땜납합금은, Cu 0.1∼2.0질량％, Ni 0.01∼0.5질량％, Bi 1.0(1.0은 포함하지 않는다)∼2.0질량％ 미만, Ge 0.001∼1.0질량％를 기본조성으로 하는 무연땜납합금으로서, 고온에 장시간 노출시켜도 접합강도의 저하가 억제되는 효과를 얻을 수 있다고 되어 있다.

그러나 납땜에 의한 접합의 양부(良否)가 전자기기 자체의 신뢰성을 좌우하는 현재의 상황에 있어서, 예를 들면 휴대전화, 스마트폰, 자동차, 항공기 등 다양하고 엄격한 사용환경(전자부품에 있어서의 가혹한 사용환경)에 노출되는 전자기기 내의 전자부품 등의 접합에 있어서도, 땜납부분의 전기적인 접합상태의 신뢰성을 높이기 위하여, 보다 높은 고온에서의 높은 접합특성을 가지는 무연땜납합금이 요구되고 있다.

특허문헌2에 기재되어 있는 무연땜납합금은, Cu 0.1∼2.0질량％, Ni 0.05∼0.5질량％, Bi 0.1∼8질량％, Ge 0.006∼0.1질량％를 기본조성으로 하는 무연땜납합금으로서, 고온 에이징 처리 후에 있어서도 높은 크리프 특성을 가지는 효과를 얻을 수 있다고 되어 있다.

그러나 예를 들면 휴대전화, 스마트폰, 자동차, 항공기 등 다양하고 엄격한 사용환경에 노출되는 전자기기 내의 전자부품 등의 접합에 있어서도, 땜납부분의 전기적인 접합상태의 신뢰성을 높이기 위하여, 보다 높은 크리프 특성을 가지는 무연땜납합금이 요구되고 있다.

특허문헌3에는, 10중량％ 이하의 Ag, 10중량％ 이하의 Bi, 및 3중량％ 이하의 Cu에, Ni, Ti, Co, In, Zn 및 As에서 선택되는 원소를 적어도 1개 첨가하고, Mn, Cr, Ge, Fe, Al, P, Au, Ga, Te, Se, Ca, V, Mo, Pt, Mg 및 희토류 원소에서 1개 이상을 필요에 따라 선택하여 첨가할 수 있는 무연땜납합금이, 고온신뢰성을 개선한 효과를 가진다고 되어 있다.

그러나 이 무연땜납합금에서는, Ag 3∼5중량％가 바람직한 배합량으로 되어 있지만, 이와 같은 Ag의 배합량은 비용이 높아지기 때문에, Ag를 포함하지 않는 보다 저렴한 무연땜납합금이 요구되고 있다.

또한 본건 출원인은, Sn-Cu-Ni-Ge로 이루어지는 조성의 무연땜납합금을 특허문헌4에 개시하고 있다.

특허문헌4는, Cu가 0.1∼2.0중량％, Ni가 0.002∼1중량％, Ge가 0.001∼1중량％, 및 잔부가 Sn으로 이루어지는 무연땜납으로서, Ni의 첨가에 의하여 분류 납땜(噴流 soldering)에 적합한 유동성을 얻음으로써, 금속간 화합물의 발생을 억제하여 납땜을 할 때의 브리지를 회피시켜 납땜의 불량을 방지하는 효과를 가지는 기술을 개시하고 있다.

또한 Ge의 첨가효과로서, Ge는 융점이 936℃이며, Sn-Cu 합금 중에는 미량밖에 용해되지 않고, 응고될 때에 결정을 미세화(微細化)하는 기능을 구비하는 것과, 결정립계에 출현하여 결정의 조대화(粗大化)를 방지하고, 합금용해 시의 산화물 생성을 억제하는 기능도 구비하는 것이 기재되어 있지만, 크리프 특성이나 접합강도를 향상시키는 것에 대해서는 개시되어 있지 않다.

그래서 본 발명은, 가혹한 사용환경하, 예를 들면 150℃ 이상의 고온조건하에 장시간 노출된 경우에도, 접합강도의 저하가 적고, 크리프 특성이 우수하다고 하는 접합특성을 유지할 수 있는 무연땜납합금, 및 상기 무연땜납합금을 사용한 땜납 접합부를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여 무연땜납합금의 조성에 착안하여 예의 검토를 거듭한 결과, Sn-Cu-Ni를 기본조성으로 하는 무연땜납합금에 일정량의 Ge를 첨가함으로써, 극히 우수한 접합특성을 가지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉 본 발명에 관한 무연땜납합금은, Cu의 첨가량이 0.1∼2.0질량％, Ni의 첨가량이 0.01∼1.0질량％, Ge의 첨가량이 0.001∼2.0질량％이고, 잔부로서 Sn 및 불가피적 불순물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 조성으로 함으로써, 가혹한 사용환경하, 예를 들면 150℃ 이상의 고온조건하에 장시간 노출된 경우에도, 접합강도의 저하가 적고, 크리프 특성이 우수하다고 하는 접합특성을 유지할 수 있다.

또한 본 발명에 관한 무연땜납합금에는, 상기의 조성에 Bi 0.1∼8.0질량％ 및/또는 Sb 0.1∼6.5질량％를 첨가하여도 좋다.

이와 같은 조성으로 함으로써, 상기 접합특성 중에서도 접합강도가 상승적으로 향상되어 높은 신뢰성을 가지는 납땜접합을 가능하게 할 수 있다.

또한 본 발명에 관한 무연땜납합금에서는, Cu에 대한 Ge의 함유량의 비율(Ge/Cu)을 0.005∼0.5로 조정함으로써, 더 우수한 접합특성이 발휘된다.

또한 Bi 및 Sb를 포함하는 무연땜납합금에서는, Bi 0.1∼8.0질량％ 및 Sb 0.1∼6.5질량％를 함유하고, 또한 Sb에 대한 Bi의 함유량의 비율(Bi/Sb)을 0.02∼50으로 조정함으로써, 더 우수한 접합특성이 발휘된다.

또한 본 발명에 관한 땜납 접합부는, 상기 무연땜납합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 가혹한 사용환경하, 예를 들면 150℃ 이상의 고온조건하에 장시간 노출된 경우에도, 접합강도의 저하가 적고, 크리프 특성이 우수하다고 하는 접합특성이 유지되기 때문에, 신뢰성이 높은 접합부가 된다.

본 발명은, 납땜제품의 형태에 한정되지 않는 범용성이 있는 무연땜납합금으로서, 가혹한 사용환경하에서도 크리프 특성이 우수하고, 높은 접합강도를 구비하기 때문에, 휴대전화, 스마트폰, 자동차, 항공기 등 다종다양한 전자기기의 내부에 배치되어 있는 전자부품의 납땜에 사용할 수 있고, 게다가 상기 전자기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도1은, Sn-Ge의 2원 상태도이다.
도2는, 실시예10의 에이징 처리 전에 있어서의 임팩트 시어 시험 후의 동박기판 측의 SEM 사진의 이미지도이다.
도3은, 실시예10의 에이징 처리 100시간 후에 있어서의 임팩트 시어 시험 후의 동박기판 측의 SEM 사진의 이미지도이다.

이하에, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 관한 무연땜납합금은, Sn을 주성분으로 하고, Cu의 첨가량이 0.1∼2.0질량％, Ni의 첨가량이 0.01∼1.0질량％, Ge의 첨가량이 0.001∼2.0질량％이고, 잔부로서 Sn 및 불가피적 불순물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 무연땜납합금에 있어서, 가혹한 사용환경하, 예를 들면 150℃ 이상의 고온조건하에 장시간 노출된 경우에도, 접합강도의 저하가 적고, 크리프 특성이 우수하다고 하는 접합특성의 관점에서, Cu의 첨가량은 0.3∼1.0질량％, Ni의 첨가량은 0.03∼0.1질량％로 각각 조정되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 관한 무연땜납합금에서는, Cu 0.1∼2.0질량％, 바람직하게는 0.3∼1.0질량％, Ni 0.01∼1.0질량％, 바람직하게는 0.03∼0.1질량％, Ge 0.001∼2.0질량％, 바람직하게는 0.006∼0.2질량％를 함유하고, 또한 Cu에 대한 Ge의 함유량의 비율(Ge/Cu)을 0.005∼0.5, 바람직하게는 0.006∼0.6으로 조정함으로써, 더 우수한 접합특성이 발휘된다.

상기 Cu, Ni 및 Ge의 함유량의 범위에 있어서, Ge/Cu를 0.005∼0.5로 조정한 무연땜납합금을 사용한 땜납 접합부에서는, 150℃에서 100시간의 에이징 처리 후에 있어서도 처리 전과 비교하여, 시어강도(shear strength)의 저하가 없거나 근소하다고 하는 현저한 효과가 나타난다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 주성분인 Sn에 대하여 고용한도가 낮은 첨가원소인 Ge에 의한 고용강화에 착안하여 이루어진 발명이다.

도1에 나타내는 바와 같이, Ge는 Sn에 대하여 근소한 양밖에 고용되지 않고, 응고 시에는 고용한도 이상의 원소가 석출되고 있다고 예상되어, 합금의 강화와 접합강도의 향상에 기여하고 있다고 생각된다.

응고 시에 석출되는 성분으로서는, Sn-Cu계의 무연땜납 조성의 경우에 Ag₃Sn이나 Cu₆Sn₅와 같은 금속간 화합물이나 Bi, Sb도 결정 내에 석출되어, 합금의 강화와 접합강도를 향상시키는 효과를 가진다고 생각된다.

또한 상기 Ge/Cu를 0.005∼0.5로 조정한 경우에, 시어강도의 저하가 없거나 근소하게 되는 메커니즘에 대해서는 불분명하지만, 상기 범위 외로 한 경우에 비하여 땜납합금 중의 Ge의 상태에 변화가 있는 것이라고 생각된다.

또한 본 발명에 관한 무연땜납합금에는, 상기의 조성에 Bi 및/또는 Sb 중의 적어도 1종을 첨가하여도 좋다.

이 경우에, Bi 0.1∼8.0질량％ 및/또는 Sb 0.1∼6.5질량％를 함유하는 것이 바람직하다.

이와 같은 조성으로 함으로써, 상기 접합특성 중에서도 접합강도가 상승적으로 향상되어 높은 신뢰성을 가지는 납땜접합을 가능하게 할 수 있다.

상기 Bi, Sb는, 그 중의 어느 1종이어도 좋고, 양방을 첨가하여도 좋다.

또한 상기 Bi의 함유량은 0.1∼5.0질량％가 더 바람직하다. Sb의 함유량은 0.1∼5.0질량％가 더 바람직하다.

또한 상기 Cu, Ni 및 Ge 외에, Bi 0.1∼8.0질량％, 바람직하게는 0.1∼5.0질량％, 및 Sb 0.1∼6.5질량％, 바람직하게는 0.1∼5.0질량％를 함유하는 무연땜납합금에서는, Sb에 대한 Bi의 함유량의 비율(Bi/Sb)을 0.02∼50, 바람직하게는 0.05∼10으로 조정함으로써, 더 우수한 접합특성이 발휘된다.

상기 Cu, Ni, Ge의 함유량의 범위에 있어서, Bi/Sb를 0.02∼50으로 조정한 무연땜납합금을 사용한 땜납 접합부에서는, 150℃에서 100시간의 에이징 처리 후에 있어서도 처리 전과 비교하여, 시어강도의 저하가 없거나 근소하다고 하는 현저한 효과가 나타난다. 상기 Bi/Sb를 0.02∼50으로 조정한 경우에, 시어강도의 저하가 없거나 근소하게 되는 메커니즘에 대해서는 불분명하지만, 상기 범위 외로 한 경우에 비하여 땜납합금 중의 Ge의 상태에 변화가 있는 것으로 예상된다.

또한 본 발명의 효과를 가지는 범위에 있어서, P, As, Ga, Ti 등의 원소를 임의로 첨가하는 것도 가능하다. 그 중에서도 P, As는, Ge와 동일한 효과를 기대할 수 있기 때문에, Ge와 병용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 관한 땜납 접합부는, 상기 무연땜납합금을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 땜납 접합부는, 상기 무연땜납합금을 사용하고, 일반적인 납땜방법에 의하여, 예를 들면 기판 등의 원하는 위치에 원하는 형상으로 형성할 수 있다.

상기 땜납 접합부는, 가혹한 사용환경하, 예를 들면 150℃ 이상의 고온조건하에 장시간 노출된 경우에도, 접합강도의 저하가 적고, 크리프 특성이 우수하다고 하는 접합특성이 유지되기 때문에, 신뢰성이 높은 접합부가 된다.

본 발명의 무연땜납합금은, 본 발명의 효과를 가지는 범위에 있어서 형상이나 사용방법에 제한이 없고, 플로우 및 리플로우 납땜에도 사용이 가능하다.

플로우용의 바(bar) 타입 외에, 사용용도에 따른 형상, 예를 들면 땜납 페이스트, 수지 함유 땜납, 분말상(粉末狀), 프리폼상(preform狀) 및 볼상(ball狀) 등의 다양한 형태로 가공하여 사용할 수 있다.

그리고 다양한 형상으로 가공된 본 발명의 무연땜납합금을 사용하여 납땜접합한 땜납 접합부도, 본 발명의 효과를 가지는 본 발명의 대상이다.

본 발명의 무연땜납합금은, 우수한 크리프 특성이나 강한 접합강도를 가지는 높은 신뢰성의 납땜접합이 가능하기 때문에, 가전이나 차량용의 용도는 물론, 특히 가혹한 환경에서 사용되는 항공기에 쓰이는 전자부품이나 전자기기의 접합에도 적합하다.

(실시예)

다음에, 본 발명의 효과에 대하여 실험례를 예시하여 설명한다.

(실시예1∼10, 비교예1)

표1에 나타내는 조성이 되도록, 통상의 방법으로 각 금속성분을 혼합하여 무연땜납합금을 조제하였다.

얻어진 무연땜납합금을, 이하에 설명하는 방법으로 시험하고 평가하였다.

〔시험례1 : 크리프 시험(creep test)〕

(방법)

1) 실시예1∼10 또는 비교예1에서 얻은 무연땜납합금을 용해시킨 후에, 10㎜×10㎜의 단면(斷面)을 구비하는 dog-bone 형상의 주형(鑄型)에 주입하고, 실온까지 냉각시켜 측정용 샘플을 제작하였다.

2) 인장시험기(가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼(SHIMADZU CORPORATION) 제품, 시험기「AG-IS」)의 챔버 내에 측정용 샘플을 세팅하고, 샘플의 온도가 125℃에 도달한 것을 확인한 후에, 120kgf(1177N)의 인장응력을 샘플에 계속 가하여, 샘플이 파단(破斷)될 때까지의 소요시간을 측정하였다.

(평가방법)

샘플이 파단될 때까지의 소요시간으로 평가하였다(장시간인 쪽이 우수하다).

(결과)

결과를 표2에 나타낸다.

1) 실시예1에서는, 인장의 부하가 120kgf에 도달하기 전에 크리프가 시작되었기 때문에, 측정을 실시할 수 없었다.

표2에 나타내는 바와 같이, Ge를 첨가한 실시예2∼5 및 실시예6∼10의 무연땜납합금은, 첨가량과 거의 비례하여 크리프 특성의 향상을 볼 수 있고, Ge가 무첨가인 비교예1에 비하여 파단시간이 길다는 것을 알 수 있다.

그리고 실시예9는 비교예1의 약 4배 이상, 또한 실시예10은 10배 이상의 효과를 가지고 있어, Ge의 첨가량이 0.1질량％ 이상인 경우에는 매우 우수한 내크리프 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.

〔시험례2 : 임팩트 시어 시험(impact shear test)1〕

(방법)

1) 실시예1∼10 및 비교예1에서 얻은 무연땜납합금으로 이루어지는 지름 0.5㎜인 구상(球狀)의 땜납볼을 준비한다.

2) 동박기판(銅箔基板)을 준비하고, 실장장소에 「플럭스RM-5」(가부시키가이샤 니혼슈페리어샤(NIHON SUPERIOR CO., LTD.) 제품)를 0.01g 도포한 후에, 땜납볼을 탑재한다.

3) 승온온도 1.5℃/초, 최고온도 250℃에서 50초간의 조건으로 리플로우 가열하여, 접합시킨 후에, 냉각하고, IPA로 세정하여, 플럭스를 제거한 후에, 측정용 샘플로 한다.

4) 상기의 절차에 따라 제작한 측정용 샘플의 일부를 175℃로 유지시킨 전기로(電氣爐) 내에 100시간 방치하여, 에이징 처리를 한다.

5) 측정용 샘플 및 에이징 처리한 측정용 샘플을 임팩트 시어 시험기(DAGE 제품, 4000HS)에 세팅한다.

6) 측정조건을 10㎜/초, 1000㎜/초, 2000㎜/초의 3종의 속도로 하여 각각 실시하고, 전단부하응력을 측정하였다.

또한 전단부하응력 중의 최대값(Max force)을 접합강도로 하여 평가하였다.

(평가방법)

에이징 처리를 하지 않은 상태에서의 측정값이 7N 이상, 또한 에이징 처리 후의 변화율이 60％ 이상인 것을 합격(○)으로 하고, 60％ 미만인 것을 불합격(×)으로 하였다.

(결과)

결과를 표3에 나타낸다.

표3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예1∼10에서 얻은 무연땜납합금은 합격기준을 만족하고 있다.

특히 낙하충격시험과 유사한 1000㎜/초의 속도에 있어서, 에이징 처리를 하지 않은 상태에서는 12.2N 이상, 에이징 처리 후에 있어서도 8.4N 이상의 측정값이 되어, 본 발명의 실시예1∼10은 높은 접합강도를 가지고 있다는 것을 알 수 있다.

또한 Bi나 Sb를 첨가한 실시예6∼10은, 실시예1∼5에 있어서의 Ge를 동량(同量) 첨가한 경우에 비하여 한층 더 큰 접합강도의 상승을 볼 수 있어, 상승효과(相乘效果)가 나타나고 있다는 것을 알 수 있다.

도2는 실시예10의 에이징 처리 전에 있어서의 임팩트 시어 시험 후의 동박기판 측의 SEM 사진, 도3은 실시예10의 에이징 처리 100시간 후에 있어서의 임팩트 시어 시험 후의 동박기판 측의 SEM 사진이며, 도2 및 도3으로부터 에이징 처리에 의하여 땜납 접합부의 전단면(剪斷面)의 상태에 큰 변화가 없다는 것을 알 수 있다.

이로써 본 발명의 무연땜납합금(실시예10)에 있어서, 접합 시에 당해 무연땜납합금의 주성분인 Sn에 대하여 고용한도가 낮은 Ge는 땜납합금의 응고 시에 고용한도 이상의 원소가 석출되어 합금의 강화와 접합강도의 향상에 기여하고, 고온에서의 에이징 처리를 거쳐도 그 상태가 유지되어, 접합강도의 저하가 적고 강하게 유지되고 있다는 것을 상정할 수 있다.

〔시험례3 : 임팩트 시어 시험2〕

(방법)

1) 시험례1과 동일한 절차에 따라, 실시예1∼10에서 얻은 무연땜납합금으로 이루어지는 지름 0.5㎜인 구상의 땜납볼을 사용하여 제작한 측정용 샘플의 일부를 150℃로 유지시킨 전기로 내에 100시간 방치하여, 에이징 처리를 한다.

2) 측정용 샘플 및 에이징 처리한 측정용 샘플을 임팩트 시어 시험기(DAGE 제품, 4000HS)에 세팅한다.

3) 측정조건을 10㎜/초, 1000㎜/초, 2000㎜/초의 3종의 속도로 하여 각각 실시하고, 전단부하응력을 측정하였다.

또한 전단부하응력 중의 최대값(Max force)을 접합강도로 하여 평가하였다.

(평가방법)

에이징 처리 후의 최대값이 10N 이상, 또한 에이징 처리 전과 비교하여 에이징 처리 후의 최대값의 유지율이 88％ 이상인 것을 「매우 우수하다(◎)」로 하고, 88％∼75％인 것을 「우수하다(○)」, 75％ 미만인 것을 「뒤떨어진다(△)」로 하였다.

(결과)

결과를 표4에 나타낸다.

표4의 결과로부터, 실시예1∼10에서 얻은 무연땜납합금은 모두 합격기준을 만족하고 있고, 150℃라는 고온환경하에서의 에이징 처리 후의 시어속도가 1000㎜/s의 빠른 속도이더라도, 접합강도가 높게 유지되고 있다는 것을 알 수 있다.

특히 실시예2∼5의 무연땜납합금의 접합특성이 우수하고, 이것들은 모두 Cu 0.1∼2.0질량％, Ni 0.01∼1.0질량％, Ge 0.001∼2.0질량％를 함유하고, 또한 Cu에 대한 Ge의 함유량의 비율(Ge/Cu)이 0.005∼0.5의 범위로 조정된 것이기 때문에, 이들 함유량을 만족하는 무연땜납합금의 접합특성은 우수하다는 것을 알 수 있다.

또한 실시예6∼10의 무연땜납합금은, 모두 Cu 0.1∼2.0질량％, Ni 0.01∼1.0질량％, Ge 0.001∼2.0질량％, Bi 0.1∼8.0질량％, Sb 0.1∼6.5질량％를 함유하고, 또한 Sb에 대한 Bi의 함유량의 비율(Bi/Sb)이 0.02∼50으로 조정된 것이기 때문에, 이들 함유량을 만족하는 무연땜납합금도 접합특성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

(실시예11∼16)

표5에 나타내는 조성이 되도록, 통상의 방법으로 각 금속성분을 혼합하여 무연땜납합금을 조제하였다.

얻어진 무연땜납합금에 대해서는, 상기 시험례3과 동일하게 하여 시험하고, 하기의 기준으로 평가하였다.

(평가방법)

에이징 처리를 하지 않은 상태에서의 측정값이 7N 이상, 또한 에이징 처리 후의 변화율이 60％ 이상인 것을 합격(○)으로 하고, 60％ 미만인 것을 불합격(×)으로 하였다.

또한 에이징 처리를 하지 않은 상태에서의 측정값이 7N 미만 또는 에이징 처리 후의 변화율이 60％ 미만인 것을 표준(△)으로 하였다.

(결과)

결과를 표6에 나타낸다.

표6에 나타내는 결과로부터, 실시예11, 12, 14, 16에서 얻은 무연땜납합금은 합격기준을 만족하고 있다.

(산업상이용가능성)

본 발명은, 우수한 크리프 특성을 구비하고, 또한 강한 접합강도를 구비하고 있어, 고온상태에 장시간 노출되는 가혹한 사용환경하에 있어서도 높은 접합신뢰성을 구비하기 때문에, 전자기기의 접합은 물론, 강한 접합강도나 가혹한 사용환경하에서 사용되는 전자기기 등에 대한 폭넓은 응용을 기대할 수 있다.

Claims (5)

1. Cu 0.1∼2.0질량％, Ni 0.01∼1.0질량％, Ge 0.001∼2.0질량％, 및 잔부(殘部)로서 Sn 및 불가피적 불순물을 함유하는 것을 특징으로 하는 무연땜납합금.
   
2. 제1항에 있어서,
   Bi 0.1∼8.0질량％ 및/또는 Sb 0.1∼6.5질량％를 함유하는 무연땜납합금.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   Cu에 대한 Ge의 함유량의 비율(Ge/Cu)이 0.005∼0.5인 무연땜납합금.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   Bi 0.1∼8.0질량％ 및 Sb 0.1∼6.5질량％를 함유하고, 또한 Sb에 대한 Bi의 함유량의 비율(Bi/Sb)이 0.02∼50인 무연땜납합금.
   
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나의 항의 무연땜납합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 땜납 접합부.

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