KR20210080443A - 중합체 기재, 인쇄 회로 기판 및 기타 접합 응용을 위한 저온 납땜 해법 - Google Patents

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Abstract

땜납 합금은 40 내지 65 중량%의 비스무트, 및 1 내지 10 중량%의 인듐과; 0.1 내지 5 중량%의 갈륨, 0.1 내지 5 중량%의 아연, 0.1 내지 2 중량%의 구리, 0.01 내지 0.1 중량%의 코발트, 0.1 내지 2 중량%의 은, 0.005 내지 0.05 중량%의 티타늄, 및 0.01 내지 1 중량%의 니켈 중 적어도 하나와; 선택적으로 1 중량% 이하의 바나듐, 1 중량% 이하의 희토류 금속, 1 중량% 이하의 네오디뮴, 1 중량% 이하의 크롬, 1 중량% 이하의 철, 1 중량% 이하의 알루미늄, 1 중량% 이하의 인, 1 중량% 이하의 금, 1 중량% 이하의 텔루륨, 1 중량% 이하의 셀레늄, 1 중량% 이하의 칼슘, 1 중량% 이하의 바나듐, 1 중량% 이하의 몰리브덴, 1 중량% 이하의 백금, 1 중량% 이하의 마그네슘, 1 중량% 이하의 규소, 및 1 중량% 이하의 망간 중 하나 이상과; 그리고 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

중합체 기재, 인쇄 회로 기판 및 기타 접합 응용을 위한 저온 납땜 해법
본 발명은 일반적으로 야금 분야에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 땜납 합금 및 땜납 페이스트에 관한 것이다.
땜납 합금은, 배타적이지는 않지만, 특히 웨이브 납땜(wave soldering), 표면 실장 기술, 핫 에어 레벨링(hot air leveling) 및 볼 그리드 어레이(ball grid array), 랜드 그리드 어레이(land grid array), 하부 종단 패키지(bottom terminated package), LED 및 칩 스케일 패키지(chip scale package)와 같은 전자 납땜 응용에 사용하기에 적합하다.
웨이브 납땜(또는 흐름 납땜(flow soldering))은 전자 조립체를 대량 납땜하는 데 널리 사용되는 방법이다. 이는 예를 들어 관통-구멍(through-hole) 회로 기판에 사용될 수 있는데, 여기서 기판의 하부를 찰싹찰싹 쳐서(lap) 접합될 금속 표면을 습윤시키는 용융된 땜납의 웨이브 위로 기판이 통과된다. 다른 납땜 기술은 인쇄 회로 기판 상의 납땜 패드 상에 땜납 페이스트를 인쇄한 후에 배치하고, 전체 조립체를 리플로우 오븐(reflow oven)에 통과시키는 것을 수반한다. 리플로우 공정 동안, 땜납은 용융되어 기판 상의 납땜 표면뿐만 아니라 부품을 습윤시킨다. 다른 납땜 공정은 납땜가능 보호층으로 구리 종단부(termination)를 코팅하기 위해 인쇄 배선 기판을 용융된 땜납 내에 침지하는 것을 수반한다. 이러한 공정은 핫 에어 레벨링으로 알려져 있다. 볼 그리드 어레이 접합부(joint) 또는 칩 스케일 패키지는 전형적으로 2개의 기재(substrate) 사이에 땜납의 구체를 사용하여 조립된다. 이들 접합부의 어레이는 회로 기판 상에 칩을 실장하는 데 사용된다.
전형적으로, 폴리이미드(PI)는 300℃ 초과의 고온 안정성 때문에 인쇄 회로 기판(PCB)을 위해 선택되는 기재였다. 이는 218℃에서 용융되는 주석-은-구리(SAC) 땜납 페이스트의 사용을 가능하게 한다. 이러한 PI계 회로 기판은 전형적으로 240℃ 내지 260℃의 피크 온도에서 납땜된다. PI와 비교하여, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름은 비용이 현저히 더 낮다. 그러나, PET 필름은 열 변형 및 열 파괴 때문에 이러한 고온에서 사용 및 납땜될 수 없다. 따라서, PET계 필름이 기재로서 사용되어야 하는 경우, 더 낮은 온도의 납땜 온도가 필요하다.
취급 및 배치의 용이성을 위해, 땜납 합금은 전형적으로 땜납 페이스트로 이용된다. 땜납 페이스트는 전형적으로 유기 페이스트 비히클(페이스트 플럭스(flux)) 및 땜납 분말(합금)을 함유한다. 페이스트 플럭스의 역할은 주어진 리플로우 조건에서의 땜납 입자들의 합체(coalescence)와 함께 페이스트의 인쇄 성능 및 안정성을 제공하는 것이다. 전형적으로, 땜납 페이스트 플럭스는 하기 빌딩 블록(building block)을 포함한다: 로진/수지, 용매 패키지, 활성화제 패키지, 첨가제, 리올로지 조절제 및 부식 억제제. 통상적인 땜납 플럭스는 저온 땜납 합금과 함께 사용하기에 적합하지 않을 것이다. 이는 땜납 페이스트에 보통 사용되는 대부분의 활성화제가 더 높은 온도에서 (즉, 땜납이 용융되기 전에) 활성화되는 경향이 있기 때문이다. 필요한 활성을 더 낮은 온도에서 달성하기 위한 한 가지 방법은 매우 공격적인 활성화제를 선택하는 것이다. 그러나, 그러한 해법은 바람직하지 못한데, 그 이유는 고도로 공격적인 활성화제가 저장 중인 땜납 합금과 반응함으로써 페이스트 균질성을 방해하기 때문이다. 게다가, 리플로우 후 잔류물에 남아있는 임의의 미반응 활성화제는 전기적 신뢰성에 악영향을 줄 수 있다.
통상적인 땜납 합금의 융점보다 낮은 융점을 갖지만, 유사하거나 더 유리한 기계적 및 열적 특성을 갖는 땜납 합금이 필요하다. 또한, PET 기재 상에 납땜될 수 있는 땜납 합금이 필요하다. 게다가, 땜납 페이스트를 형성하기 위해 그러한 땜납 합금과 함께 사용하기에 적합한 땜납 플럭스가 필요하다.
본 발명은 종래 기술과 관련된 문제들 중 적어도 일부를 해결하거나 상업적으로 허용가능한 대안을 제공하는 것을 목표로 한다.
따라서, 제1 태양에서, 본 발명은 땜납 합금을 제공하며, 땜납 합금은
40 내지 65 중량%의 비스무트, 및
1 내지 10 중량%의 인듐과;
0.1 내지 5 중량%의 갈륨,
0.1 내지 5 중량%의 아연,
0.1 내지 2 중량%의 구리,
0.01 내지 0.1 중량%의 코발트,
0.1 내지 2 중량%의 은,
0.005 내지 0.05 중량%의 티타늄, 및
0.01 내지 1 중량%의 니켈 중 적어도 하나와;
선택적으로
1 중량% 이하의 게르마늄,
1 중량% 이하의 희토류 금속,
1 중량% 이하의 네오디뮴,
1 중량% 이하의 크롬,
1 중량% 이하의 철,
1 중량% 이하의 알루미늄,
1 중량% 이하의 인,
1 중량% 이하의 금,
1 중량% 이하의 텔루륨,
1 중량% 이하의 셀레늄,
1 중량% 이하의 칼슘,
1 중량% 이하의 바나듐,
1 중량% 이하의 몰리브덴,
1 중량% 이하의 백금,
1 중량% 이하의 마그네슘,
1 중량% 이하의 규소, 및
1 중량% 이하의 망간 중 하나 이상과; 그리고
잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.
이제 본 발명을 추가로 설명할 것이다. 하기의 구절에서, 본 발명의 상이한 태양들이 더욱 상세히 정의된다. 그렇게 정의된 각각의 태양은 반대로 명백하게 지시되지 않는 한 임의의 다른 태양 또는 태양들과 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 특징은 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 다른 특징 또는 특징들과 조합될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 용어 "땜납 합금"은 융점이 90 내지 400℃의 범위인 융합성 금속 합금을 포함한다. 합금은 바람직하게는 무연 및/또는 무안티몬(antimony-free)이며, 이는 납 및/또는 안티몬이 의도적으로 첨가되지는 않음을 의미한다. 따라서, 납 및 안티몬 함량은 0이거나 또는 우발적인 불순물 수준 이하이다.
땜납 합금은 낮은 리플로우 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전형적으로 땜납 합금은 170℃ 미만, 더욱 전형적으로 150℃ 미만, 더욱 더 전형적으로 140℃ 미만의 온도에서 납땜될 수 있다. 따라서, 땜납 합금은 저온 기재 상에서 땜납 리플로우를 수행하는 것이 가능할 수 있으며, 통상적인 기재 및 구성요소의 리플로우-유도된 휨을 감소시킬 수 있다. 그러한 저온 기재는 예를 들어 PET 또는 열-안정화된 PET를 포함할 수 있다. PET 기재는 통상적인 PI 기재보다 비용이 더 낮으며(전형적으로, $9/sqm 대 $90/sqm), 증가된 가요성을 또한 나타낼 수 있다. 게다가, PET 회로 기판은 물처럼 맑을 수 있는(즉, 투명할 수 있는) 반면, PI 필름은 전형적으로 황색-주황색이며, 이는 땜납 합금과 PET 기재가 예를 들어 디스플레이, 조명, 스마트 패키징 및 스마트 라벨에 사용하기에 특히 적합함을 의미한다. 또한, 땜납 합금과 PET 기재는 PET의 "아크 저항" 특성이 요구되는 응용에 특히 적합할 수 있다.
땜납 합금은 통상적인 전기 전도성 접착제(ECA)에 대한 대체물로서 작용할 수 있다.
땜납 합금은 유리한 습윤화 특성, 예를 들어 통상적인 땜납 합금, 예를 들어 SAC 땜납 합금과 실질적으로 유사하거나 그보다 우수한 습윤화 특성을 나타낼 수 있다.
땜납 합금은 인쇄 회로 기판, 특히 가요성 중합체 기재 상에 부착된 전자 구성요소에 적합한 기계적 및 물리적 안정성을 나타낼 수 있다. 또한, 땜납 합금은 가요성 회로 응용에 적합한 허용가능한 수준의 열-기계적 신뢰성을 나타낼 수 있다.
인듐은 땜납 합금의 리플로우 온도를 감소시키는 역할을 할 수 있다. 놀랍게도, 갈륨, 아연, 구리, 코발트, 은, 티타늄 및 니켈 중 적어도 하나를 언급된 양으로 첨가하는 것은 땜납의 용융 거동을 실질적으로 변화시키지 않지만, 응고 역학(solidification dynamics)을 변경함으로써 벌크 합금 특성을 변화시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 유리하게는, 갈륨, 아연, 구리, 코발트, 은, 티타늄 및 니켈 중 적어도 하나와 조합하여 인듐이 언급된 양으로 베이스 합금에 첨가되는 경우, 감소된 리플로우 온도는 베이스 합금의 유리한 납땜 특성 및 기계적 특성의 단지 작은 감소와 함께, 전형적으로는 실질적으로 감소 없이 나타나는 것으로 밝혀졌다. 인듐은 땜납 합금의 유리한 특성, 예를 들어 그의 기계적 특성, 납땜성 및 산화 성향을 감소시키는 것으로 알려져 있기 때문에 이는 놀라운 것이다.
땜납 합금은 40 내지 65 중량%의 비스무트를 포함한다. 바람직하게는, 땜납 합금은 42 내지 60 중량%의 비스무트, 더욱 바람직하게는 45 내지 59 중량%의 비스무트, 더욱 더 바람직하게는 47 내지 58.5 중량%의 비스무트, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 50 내지 58 중량%의 비스무트, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 55 내지 57.5 중량%의 비스무트를 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 50 내지 55 중량%의 비스무트를 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트를 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 43 내지 47 중량%의 비스무트를 포함한다. 명시된 양의 비스무트의 존재는 고용체 강화(solid solution strength)를 통해 기계적 특성을 개선하는 역할을 할 수 있다. 비스무트는 또한 내크리프성을 개선하도록 작용할 수 있다. 비스무트는 또한 습윤 및 확산(spread)을 개선할 수 있다.
땜납 합금은 1 내지 10 중량%의 인듐을 포함한다. 바람직하게는, 땜납 합금은 1.5 내지 9 중량%의 인듐, 더욱 바람직하게는 2 내지 8 중량%의 인듐, 더욱 더 바람직하게는 3 내지 7 중량%의 인듐을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 2.5 내지 3.5 중량%의 인듐, 바람직하게는 약 3 중량%의 인듐을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 3.5 내지 4.5 중량%의 인듐, 바람직하게는 약 4 중량%의 인듐을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 4.5 내지 5.5 중량%의 인듐, 바람직하게는 약 5 중량%의 인듐을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 5.5 내지 6.5 중량%의 인듐, 바람직하게는 약 6 중량%의 인듐을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 6.5 내지 7.5 중량%의 인듐, 바람직하게는 약 7 중량%의 인듐을 포함한다. 다른 합금 요소와 함께, 언급된 양의 인듐의 존재는 땜납 합금의 액상선 온도를 감소시키는 역할을 할 수 있으며, 이에 의해 베이스 합금보다 낮은 온도에서 리플로우되도록 합금을 합금화한다. 그러나, 더 많은 양의 인듐은 땜납 합금의 유리한 특성, 예를 들어 그의 기계적 강도, 납땜성 및 장기 열-기계적 안정성을 감소시킬 수 있다. 또한, 더 많은 양의 인듐은 땜납 합금이 불리하게 산화되기 쉽게 만들 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 0.1 내지 5 중량%의 갈륨을 포함한다. 합금은 갈륨을 포함하는 것이 바람직하다. 갈륨, 아연, 구리, 코발트, 은, 티타늄 및 니켈의 적어도 하나 이상의 원소 중에서, 땜납 합금은 적어도 갈륨을 포함하는 것이 바람직하다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.5 내지 4 중량%의 갈륨, 더욱 바람직하게는 0.75 내지 3.5 중량%의 갈륨, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 3 중량%의 갈륨을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 0.5 내지 1.5 중량%의 갈륨, 바람직하게는 약 1 중량%의 갈륨을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 1.5 내지 2.5 중량%의 갈륨, 바람직하게는 약 2 중량%의 갈륨을 포함한다. 갈륨은 땜납 합금의 액상선 온도를 감소시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 갈륨은 고용체 강화를 제공할 수 있다. 갈륨은 리플로우 온도를 감소시킴에 있어서 인듐보다 덜 효과적이지만, 갈륨은 유리한 기계적 특성을 실질적으로 감소시키지 않으면서 리플로우 온도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 언급된 양의 인듐과 갈륨의 조합은 낮은 액상선 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 갖는 땜납 합금을 제공하는 데 특히 효과적이다. 갈륨의 존재는 또한 땜납 합금을 포함하는 땜납 페이스트의 안정성을 증가시킬 수 있다. 그러나, 더 큰 수준의 갈륨은 땜납 합금의 납땜성을 감소시킬 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 0.1 내지 5 중량%의 아연을 포함한다. 합금은 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.5 내지 4 중량%의 아연, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 중량%의 아연을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 0.5 내지 1.5 중량%의 아연, 바람직하게는 약 1 중량%의 아연을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 1.5 내지 2.5 중량%의 아연, 바람직하게는 약 2 중량%의 아연을 포함한다. 아연은 고용체 강화를 제공할 수 있다. 따라서, 언급된 양의 인듐과 아연의 조합은 낮은 액상선 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 갖는 땜납 합금을 제공하는 데 특히 효과적이다. 그러나, 더 큰 수준의 아연은 땜납 합금의 납땜성을 감소시킬 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 0.1 내지 2 중량%의 구리를 포함한다. 합금은 구리를 포함하는 것이 바람직하다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.15 내지 1.5 중량%의 구리, 더욱 바람직하게는 0.18 내지 0.32 중량%의 구리를 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 0.18 내지 0.32 중량%의 구리, 바람직하게는 0.2 내지 0.3 중량%의 구리를 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 0.7 내지 1.1 중량%의 구리, 바람직하게는 0.8 내지 1 중량%의 구리를 포함한다. 명시된 양의 구리의 존재는 금속간 화합물의 형성을 통해 기계적 특성, 예를 들어 강도를 개선하는 역할을 할 수 있다. 또한, 구리의 존재는 구리 용해를 감소시키고, 또한 내크리프성을 개선할 수 있다. 따라서, 언급된 양의 인듐과 구리의 조합은 낮은 액상선 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 갖는 땜납 합금을 제공하는 데 특히 효과적이다.
땜납 합금은 선택적으로 0.01 내지 0.1 중량%의 코발트를 포함한다. 땜납 합금은 코발트를 포함하는 것이 바람직하다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.02 내지 0.09 중량%의 코발트, 더욱 바람직하게는 0.03 내지 0.08 중량%의 코발트를 포함한다. 코발트는 또한 기재/땜납 계면에서 IMC 형성 속도를 늦출 수 있고, 낙하-충격 저항성(drop-shock resistance)을 증가시킬 수 있다. 코발트는 또한 구리 용해를 감소시킬 수 있다. 따라서, 언급된 양의 인듐과 코발트의 조합은 낮은 액상선 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 갖는 땜납 합금을 제공하는 데 특히 효과적이다.
땜납 합금은 선택적으로 0.1 내지 2 중량%의 은을 포함한다. 땜납 합금은 은을 포함하는 것이 바람직하다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.2 내지 1.5 중량%의 은, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 1.2 중량%의 은을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 0.1 내지 0.4 중량%의 은, 바람직하게는 0.2 내지 0.3 중량%의 은을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 0.7 내지 1.1 중량%의 은, 바람직하게는 0.8 내지 1 중량%의 은을 포함한다. 명시된 양의 은의 존재는 금속간 화합물의 형성을 통해 기계적 특성, 예를 들어 강도를 개선하는 역할을 할 수 있다. 또한, 은의 존재는 습윤 및 확산을 개선하도록 작용할 수 있다. 따라서, 언급된 양의 인듐과 은의 조합은 낮은 액상선 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 갖는 땜납 합금을 제공하는 데 특히 효과적이다.
땜납 합금은 선택적으로 0.005 내지 0.05 중량%의 티타늄을 포함한다. 땜납 합금은 티타늄을 포함하는 것이 바람직하다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.055 내지 0.045 중량%의 티타늄, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.04 중량%의 티타늄을 포함한다. 명시된 양의 티타늄의 존재는 강도 및 계면 반응을 개선하는 역할을 할 수 있다. 티타늄은 또한 기재/땜납 계면에서 구리 확산을 제어함으로써 낙하 충격 성능을 개선할 수 있다. 따라서, 언급된 양의 인듐과 티타늄의 조합은 낮은 액상선 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 갖는 땜납 합금을 제공하는 데 특히 효과적이다.
땜납 합금은 선택적으로 0.01 내지 1 중량%의 니켈을 포함한다. 땜납 합금은 니켈을 포함하는 것이 바람직하다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.02 내지 0.9 중량%의 니켈, 더욱 바람직하게는 0.025 내지 0.8 중량%의 니켈, 더욱 더 바람직하게는 0.03 내지 0.5 중량%의 니켈을 포함한다. 명시된 양의 니켈의 존재는 주석과의 금속간 화합물의 형성을 통해 기계적 특성을 개선하는 역할을 할 수 있으며, 이는 침전 강화를 초래할 수 있다. 니켈은 또한 기재/땜납 계면에서 IMC 성장을 감소시킴으로써 낙하 충격 저항성을 증가시킬 수 있다. 니켈은 또한 구리 용해를 감소시킬 수 있다. 따라서, 언급된 양의 인듐과 니켈의 조합은 낮은 액상선 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 갖는 땜납 합금을 제공하는 데 특히 효과적이다.
땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 게르마늄을 포함한다. 게르마늄이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 게르마늄, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 게르마늄, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 게르마늄을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 희토류 금속을 포함한다. 희토류 금속이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 희토류 금속, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 희토류 금속, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 희토류 금속을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 네오디뮴을 포함한다. 네오디뮴이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 네오디뮴, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 네오디뮴, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 네오디뮴을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 크롬을 포함한다. 크롬이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 크롬, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 크롬, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 크롬을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 철을 포함한다. 철이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 철, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 철, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 철을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 알루미늄을 포함한다. 알루미늄이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 알루미늄, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 알루미늄, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 알루미늄을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 인을 포함한다. 인이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 인, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 인, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 인을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 금을 포함한다. 금이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 금, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 금, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 금을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 텔루륨을 포함한다. 텔루륨이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 텔루륨, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 텔루륨, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 텔루륨을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 셀레늄을 포함한다. 셀레늄이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 셀레늄, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 셀레늄, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 셀레늄을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 칼슘을 포함한다. 칼슘이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 칼슘, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 칼슘, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 칼슘을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 바나듐을 포함한다. 바나듐이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 바나듐, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 바나듐을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 몰리브덴을 포함한다. 몰리브덴이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 몰리브덴, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 몰리브덴, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 몰리브덴을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 백금을 포함한다. 백금이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 백금, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 백금, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 백금을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 마그네슘을 포함한다. 마그네슘이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 마그네슘, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 마그네슘, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 마그네슘을 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 규소를 포함한다. 규소가 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 규소, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 규소, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 규소를 포함한다. 땜납 합금은 선택적으로 1 중량% 이하의 망간을 포함한다. 망간이 존재하는 경우, 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 망간, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 망간, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 망간을 포함한다.
명시된 양의 망간의 존재는 강도 및 계면 반응을 개선하는 역할을 할 수 있다. 망간은 또한 낙하 충격 성능을 개선할 수 있다. 알루미늄, 칼슘, 바나듐, 마그네슘, 인, 네오디뮴, 규소 및 바나듐은 탈산소제로서의 역할을 할 수 있으며 땜납 합금의 습윤성을 개선할 수 있다. 금, 크롬, 철, 몰리브덴, 백금, 텔루륨 및 셀레늄은 탈산소제로서의 역할을 할 수 있으며 강도 및 계면 반응을 개선하는 역할을 할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 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. 희토류는 확산 및 습윤성을 개선하도록 작용할 수 있다. 이와 관련하여 세륨이 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.
합금은 전형적으로 25 중량% 이상의 주석, 더욱 전형적으로 30 중량% 이상의 주석, 더욱 더 전형적으로 32 중량% 이상의 주석을 포함할 것이다. 합금은 전형적으로 50 중량% 이하의 주석, 더욱 전형적으로 45 중량% 이하의 주석, 더욱 더 전형적으로 43 중량% 이하의 주석을 포함할 것이다.
본 명세서에 기재된 합금은 불가피한 불순물을 함유할 수 있지만, 전체적으로, 이들 불순물은 조성의 1 중량%를 초과할 가능성이 낮음이 이해될 것이다. 바람직하게는, 땜납 합금은 조성의 0.5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 조성의 0.3 중량% 이하, 더욱 더 바람직하게는 조성의 0.1 중량% 이하, 더욱 더 바람직하게는 조성의 0.05 중량% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 조성의 0.02 중량% 이하의 양으로 불가피한 불순물을 함유한다.
본 명세서에 기재된 땜납 합금은 언급된 원소들로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에 기재된 땜납 합금은 언급된 원소들로 본질적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 조성물의 본질적인 특징이 그들의 존재에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다면, 필수적인 원소(즉, 주석, 비스무트, 인듐, 그리고 갈륨, 아연, 구리, 코발트, 은, 티타늄 및 니켈 중 적어도 하나)에 더하여, 다른 명시되지 않은 원소가 조성물에 존재할 수 있음이 이해될 것이다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 50 내지 54 중량%의 비스무트, 4 내지 6 중량%의 인듐, 0.5 내지 1.5 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 49 내지 53 중량%의 비스무트, 5 내지 7 중량%의 인듐, 0.5 내지 1.5 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 49 내지 53 중량%의 비스무트, 4 내지 6 중량%의 인듐, 1.5 내지 2.5 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트, 0.1 내지 0.3 중량%의 구리, 0.02 내지 0.04 중량%의 코발트, 2 내지 4 중량%의 인듐 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트, 0.1 내지 0.3 중량%의 구리, 0.02 내지 0.04 중량%의 코발트, 4 내지 6 중량%의 인듐, 1 내지 3 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트, 0.2 내지 0.6 중량%의 은, 2 내지 4 중량%의 인듐, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트, 0.2 내지 0.6 중량%의 은, 4 내지 6 중량%의 인듐, 1 내지 3 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
추가의 태양에서, 본 발명은 땜납 합금을 제공하며, 땜납 합금은
1 내지 10 중량%의 비스무트, 및
1 내지 10 중량%의 인듐과;
0.1 내지 5 중량%의 갈륨,
0.1 내지 5 중량%의 아연,
0.1 내지 2 중량%의 구리,
0.01 내지 0.1 중량%의 코발트,
0.1 내지 2 중량%의 은,
0.005 내지 0.05 중량%의 티타늄, 및
0.01 내지 1 중량%의 니켈 중 적어도 하나와;
선택적으로
1 중량% 이하의 바나듐,
1 중량% 이하의 희토류 금속,
1 중량% 이하의 네오디뮴,
1 중량% 이하의 크롬,
1 중량% 이하의 철,
1 중량% 이하의 알루미늄,
1 중량% 이하의 인,
1 중량% 이하의 금,
1 중량% 이하의 텔루륨,
1 중량% 이하의 셀레늄,
1 중량% 이하의 칼슘,
1 중량% 이하의 바나듐,
1 중량% 이하의 몰리브덴,
1 중량% 이하의 백금,
1 중량% 이하의 마그네슘,
1 중량% 이하의 규소, 및
1 중량% 이하의 망간 중 하나 이상과; 그리고
잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.
의심의 여지를 없애기 위해, 제1 태양의 이점 및 바람직한 특징(예를 들어, 원소 및 원소 함량)이 이 태양에도 적용된다.
땜납 합금은 바람직하게는 5 내지 9 중량%의 비스무트, 더욱 바람직하게는 6 내지 8 중량%의 비스무트, 더욱 더 바람직하게는 6.5 내지 7.5 중량%의 비스무트를 포함한다. 명시된 양의 비스무트의 존재는 고용체 강화를 통해 기계적 특성을 개선하는 역할을 할 수 있다. 비스무트는 또한 내크리프성을 개선하도록 작용할 수 있다. 비스무트는 또한 습윤 및 확산을 개선할 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 6 내지 8 중량%의 비스무트, 4 내지 6 중량%의 인듐, 1 내지 3 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은 6 내지 8 중량%의 비스무트, 5 내지 7 중량%의 인듐, 1 내지 3 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어진다.
어느 한 태양의 땜납 합금은 바람직하게는 주석-비스무트 합금 또는 주석-비스무트-은 공융 합금보다 10℃ 이상 더 낮은 온도에서 리플로우 가능하다.
어느 한 태양의 땜납 합금은 바람직하게는, 플럭스 코어 또는 플럭스 코팅이 있거나 또는 없는 바(bar), 스틱(stick), 중실 또는 플럭스 코어형 와이어, 포일(foil) 또는 스트립, 필름, 예비성형품(preform), 분말 또는 페이스트(분말 + 플럭스 블렌드), 또는 볼 그리드 어레이 접합부 또는 칩 스케일 패키지에 사용하기 위한 땜납 구체, 또는 다른 사전 형성된 솔더 피스(solder piece)의 형태이다.
추가의 태양에서, 본 발명은 땜납 합금을 제공하며, 땜납 합금은
1 내지 10 중량%의 인듐과;
0.1 내지 5 중량%의 갈륨,
0.1 내지 5 중량%의 아연,
0.1 내지 2 중량%의 구리,
0.01 내지 0.1 중량%의 코발트,
0.1 내지 2 중량%의 은,
0.005 내지 0.05 중량%의 티타늄, 및
0.01 내지 1 중량%의 니켈 중 적어도 하나와;
선택적으로
1 중량% 이하의 바나듐,
1 중량% 이하의 희토류 금속,
1 중량% 이하의 네오디뮴,
1 중량% 이하의 크롬,
1 중량% 이하의 철,
1 중량% 이하의 알루미늄,
1 중량% 이하의 인,
1 중량% 이하의 금,
1 중량% 이하의 텔루륨,
1 중량% 이하의 셀레늄,
1 중량% 이하의 칼슘,
1 중량% 이하의 바나듐,
1 중량% 이하의 몰리브덴,
1 중량% 이하의 백금,
1 중량% 이하의 마그네슘,
1 중량% 이하의 규소, 및
1 중량% 이하의 망간 중 하나 이상과; 그리고
잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.
의심의 여지를 없애기 위해, 제1 태양의 이점 및 바람직한 특징(예를 들어, 원소 및 원소 함량)이 이 태양에도 적용된다.
추가의 태양에서, 본 발명은 하기 합금 조성을 제공한다:
(a) 48 내지 57 중량%의 Bi
(b) 1 내지 10 중량%의 In
(c)
0 내지 1 중량%의 니켈(예를 들어, 0 < 니켈 중량% ≤ 1)
0 내지 1 중량%의 구리(예를 들어, 0 < 구리 중량% ≤ 1)
0 내지 5 중량%의 은(예를 들어, 0 < 은 중량% ≤ 1) 중 하나 이상
(d) 선택적으로 하기 원소들:
1 중량% 이하의 티타늄
2 중량% 이하, 예를 들어, 2 중량% 이하의 하나 이상의 희토류, 세륨, 란타넘, 네오디뮴
1 중량% 이하의 크롬
10 중량% 이하의 게르마늄
1 중량% 이하의 갈륨
1 중량% 이하의 코발트
1 중량% 이하의 철
10 중량% 이하의 알루미늄
1 중량% 이하의 인
1 중량% 이하의 금
1 중량% 이하의 텔루륨
1 중량% 이하의 셀레늄
1 중량% 이하의 칼슘
1 중량% 이하의 바나듐
1 중량% 이하의 몰리브덴
1 중량% 이하의 백금
1 중량% 이하의 마그네슘
1 중량% 이하의 규소 중 하나 이상
(e) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
의심의 여지를 없애기 위해, 제1 태양의 이점 및 바람직한 특징(예를 들어, 원소 및 원소 함량)이 이 태양에도 적용된다.
추가의 태양에서, 본 발명은 하기 합금 조성을 제공한다:
(a) 48 내지 57 중량%의 Bi
(b) 1 내지 10 중량%의 In
(c)
0 내지 1 중량%의 니켈
0 내지 1 중량%의 구리
0 내지 5 중량%의 코발트 중 하나 이상
(d) 선택적으로 하기 원소들:
1 중량% 이하의 티타늄
2 중량% 이하의 하나 이상의 희토류, 세륨, 란타넘, 네오디뮴
1 중량% 이하의 크롬
10 중량% 이하의 게르마늄
1 중량% 이하의 갈륨
1 중량% 이하의 철
10 중량% 이하의 알루미늄
1 중량% 이하의 인
1 중량% 이하의 금
1 중량% 이하의 텔루륨
1 중량% 이하의 셀레늄
1 중량% 이하의 칼슘
1 중량% 이하의 바나듐
1 중량% 이하의 몰리브덴
1 중량% 이하의 백금
1 중량% 이하의 마그네슘
1 중량% 이하의 규소
1 중량% 이하의 몰리브덴
5 중량% 이하의 은 중 하나 이상
(d) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
의심의 여지를 없애기 위해, 제1 태양의 이점 및 바람직한 특징(예를 들어, 원소 및 원소 함량)이 이 태양에도 적용된다.
추가의 태양에서, 본 발명은 하기 합금 조성을 제공한다:
(a) 40 내지 60 중량%의 Bi
(b) 40 내지 60 중량%의 In
(c)
0 내지 1 중량%의 니켈
0 내지 1 중량%의 구리
0 내지 1 중량%의 코발트 중 하나 이상
(d) 선택적으로 하기 원소들:
1 중량% 이하의 티타늄
2 중량% 이하의 하나 이상의 희토류, 세륨, 란타넘, 네오디뮴
1 중량% 이하의 크롬
10 중량% 이하의 게르마늄
1 중량% 이하의 갈륨
1 중량% 이하의 철
10 중량% 이하의 알루미늄
1 중량% 이하의 인
1 중량% 이하의 금
1 중량% 이하의 텔루륨
1 중량% 이하의 셀레늄
1 중량% 이하의 칼슘
1 중량% 이하의 바나듐
1 중량% 이하의 몰리브덴
1 중량% 이하의 백금
1 중량% 이하의 마그네슘
1 중량% 이하의 규소
1 중량% 이하의 몰리브덴
5 중량% 이하의 은 중 하나 이상
(d) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
의심의 여지를 없애기 위해, 제1 태양의 이점 및 바람직한 특징(예를 들어, 원소 및 원소 함량)이 이 태양에도 적용된다.
추가의 태양에서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 땜납 합금을 포함하는 납땜된 접합부를 제공한다.
추가의 태양에서, 본 발명은 땜납 페이스트를 제공하며, 땜납 페이스트는
본 명세서에 기재된 바와 같은 땜납 합금, 및
땜납 플럭스를 포함한다.
추가의 태양에서, 본 발명은 땜납 페이스트를 제공하며, 땜납 페이스트는
땜납 합금, 및
활성화제를 포함하는 땜납 플럭스를 포함하고,
활성화제는 유기 산 활성화제 및 유기 아민 활성화제 둘 모두를 포함하며, 유기 산 활성화제 대 유기 아민 활성화제의 몰비는 0.8 내지 2.5이다.
유리하게는, 땜납 페이스트는 SMT 응용에 적합한 인쇄 성능을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 땜납 페이스트는 또한 실온에서 안정할 수 있다. 납땜에 사용될 때, 180 ℃ 리플로우 온도 미만에서 땜납 입자들의 허용가능한 합체가 관찰될 수 있다. 더욱이, 페이스트는 높은 전기적 신뢰성을 나타낼 수 있으며 전기적 시험(SIR) 요건을 만족시킬 수 있다.
이론에 의해 구애됨이 없이, 그러한 유리한 특성은 유기 산 활성화제 대 유기 아민 활성화제의 몰비를 제어함으로써 제공되는 것으로 여겨진다. 특히, 그러한 제어의 결과로서, 땜납 페이스트는 통상적인 땜납 페이스트에 비해 전형적으로 납땜 특성의 유의한 감소 없이 저온에서 적절한 활성을 나타내는 것으로 여겨진다. 따라서, 땜납 페이스트는 안정할 뿐만 아니라 높은 신뢰성의 땜납 접합부를 제공하는 데 사용될 수 있다.
그러한 유리한 특성은 심지어 땜납 합금이 비스무트 및/또는 인듐을 포함하는 경우에도 나타날 수 있다. 그러한 금속은 쉽게 산화되는 경향이 있으며 낮은 온도 또는 주위 온도에서 저장될 때에도 불리하게 페이스트 플럭스와 반응하는 경향이 있기 때문에 이는 놀라운 것이다.
땜납 페이스트에서, 땜납 합금은 전형적으로 분말의 형태이다.
유기 산 활성화제 대 유기 아민 활성화제의 몰비는 바람직하게는 1 내지 2이다. 그러한 비가 이용되는 경우, 땜납 페이스트는 특히 안정하며, 높은 신뢰성의 땜납 접합부를 제공하기에 특히 적합하다.
땜납 페이스트는 바람직하게는
78 내지 92 중량%의 땜납 합금; 및
8 내지 22 중량%의 땜납 플럭스를 포함한다.
그러한 양의 땜납 합금 및 땜납 플럭스는 특히 유리한 리올로지 특성과 특히 유리한 소결 특성의 조합을 제공할 수 있다.
땜납 플럭스는 바람직하게는 땜납 플럭스의 총 중량을 기준으로 12 내지 20 중량%의 활성화제를 포함한다. 그러한 양의 활성화제는 특히 유리한 리올로지 특성과 특히 유리한 소결 특성의 조합을 제공할 수 있다.
땜납 플럭스는 바람직하게는
바람직하게는 25 내지 40 중량%의 양의 하나 이상의 로진 및/또는 하나 이상의 수지;
바람직하게는 20 내지 40 중량%의 양의 하나 이상의 용매;
바람직하게는 4 내지 12 중량%의 양의 하나 이상의 첨가제;
바람직하게는 1 내지 10 중량%의 양의 하나 이상의 리올로지 조절제; 및
바람직하게는 0.5 내지 3 중량%의 양의 하나 이상의 부식 억제제 중 하나 이상을 포함한다.
페이스트 플럭스는 인쇄 및 SMT 응용 공정에 필수적인 땜납 페이스트의 점도, 리올로지, 점착성 및 슬럼핑(slumping) 성능을 제어하는 데 중요한 역할을 한다. 로진 및/또는 수지는 땜납 페이스트의 그러한 리올로지 특성을 달성할 수 있다. 로진/수지의 비제한적인 예는 다양한 정도의 연화점 및 산가를 갖는, 검 로진, 수소화 로진, 에스테르화 로진, 개질된 로진 수지 또는 이량체화된 로진이다. 용매(전형적으로, 용매들의 조합)는 전형적으로 땜납의 응고 전에 용매의 증발을 촉진하도록 선택된다. 전형적인 용매 조성물은, 예를 들어 글리콜, 글리콜 에스테르, 글리콜 에테르 및 이들의 조합을 포함한다. 비제한적인 예에는 헥실 카르비톨, 다이에틸렌 글리콜 다이부틸 에테르 및 트라이프로필렌글리콜 모노부틸 에테르가 포함된다. 적합한 리올로지 조절제의 예에는 상표명 틱신(THIXIN)-R, 크레이발락-슈퍼(Crayvallac-Super), 브리즈(Brij) 35, 58, L4, O20, S100, 93, C10, O10, L23, O10, S10 및 S20로 입수가능한 것들이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 첨가제는 단독으로 또는 혼합물로 사용될 수 있다. 첨가제의 비제한적인 예에는 땜납 페이스트의 기능적 특징 또는 리올로지 특성 및 합체 후 땜납 페이스트의 잔류 특성을 개선하기 위한 유기 분자, 중합체, 계면활성제 및 무기 재료가 포함된다. 추가로, 계면활성제가 또한 땜납 페이스트의 리올로지 특성 또는 다른 기능적 특성을 제어하는 데 사용될 수 있다. 계면활성제는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성 계면활성제일 수 있다. 비제한적인 예에는 상표명 스팬(SPAN)-80, 스팬-20, 트윈(Tween)-80, 트리톤(Triton)-X-100, 소르비탄, 이게팔(IGEPAL)-CA-630, 노니데트(Nonidet) P-40, 세틸 알코올, FS-3100, FS-2800, FS-2900, FS-230, FS-30으로 입수가능한 계면활성제가 포함된다.
유기 산 활성화제는 바람직하게는 하나 이상의 다이-카르복실산, 하나 이상의 모노-카르복실산, 하나 이상의 할로-벤조산, 및 이들의 조합을 포함하며, 바람직하게는 페닐석신산, 글루타르산, 아디프산, 수베르산, 세바스산, 브라실산, 말레산, 페닐글루타르산, 도데칸이산, 다이글리콜산 및 2-요오도벤조산 중 하나 이상을 포함한다.
유기 아민 활성화제는 바람직하게는 하나 이상의 지방족- 또는 방향족-함유 1차, 2차 또는 3차 아민, 헤테로사이클릭 아민, 폴리아민 단독, 및 이들의 조합을 포함하며, 바람직하게는 벤즈이미다졸, 2-에틸이미다졸, 다이페닐구아니딘, 트라이에탄올아민, 벤조트라이아졸 및 톨릴트라이아졸 중 하나 이상을 포함한다.
활성화제는 바람직하게는 하나 이상의 아미노산 활성화제를 추가로 포함한다. 아미노산 활성화제는 바람직하게는 글루탐산, 아스파르트산, 페닐알라닌, 발린, 티로신 및 트립토판 중 하나 이상을 포함한다. 아미노산 활성화제는 특히 효과적인 활성화제이다. 아미노산 활성화제는 유기 산 활성화제 대 유기 아민 활성화제의 몰비에 포함되지 않는다.
바람직한 실시 형태에서, 활성화제는
1 내지 5 중량%의 글루타르산,
5 내지 12 중량%의 아디프산,
0 내지 2 중량%(예를 들어, 0 중량% 이상 내지 2 중량%, 예를 들어 0.1 내지 2 중량%)의 2-요오도벤조산, 및
2 내지 10 중량%의 2-에틸이미다졸을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 활성화제는
7 내지 15 중량%의 아디프산,
0 내지 2 중량%(예를 들어, 0 중량% 이상 내지 2 중량%, 예를 들어 0.1 내지 2 중량%)의 2-요오도벤조산, 및
2 내지 10 중량%의 2-에틸이미다졸을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 활성화제는
1 내지 5 중량%의 글루타르산,
1 내지 10 중량%의 글루탐산,
3 내지 10 중량%의 아디프산,
0 내지 2 중량%(예를 들어, 0 중량% 이상 내지 2 중량%, 예를 들어 0.1 내지 2 중량%)의 2-요오도벤조산, 및
2 내지 10 중량%의 2-에틸이미다졸을 포함한다.
바람직하게는, 땜납 플럭스는
바람직하게는 폴리에스테르, 폴리 아크릴레이트 및 폴리 페녹시 수지로부터 선택되는 하나 이상의 열가소성 중합체; 및/또는
바람직하게는 식물유 왁스 및 천연 왁스로부터 선택되는 하나 이상의 왁스; 및/또는
바람직하게는 폴리에스테르 또는 폴리아크릴레이트 또는 폴리우레탄 골격을 함유하는 수지, 에폭시와 경질화제, 예컨대 아민, 산, 무수물의 반응 생성물, 산 또는 그의 유도체와 아민의 반응 생성물, 산 또는 그의 유도체와 알코올의 반응 생성물, 알릴, 비닐, 메타크릴레이트, 메타크릴아미드 작용기를 갖는 다수의 탄소-탄소 결합의 반응 생성물, 하이드록시와 아이소시아네이트의 반응 생성물로부터 선택되는 하나 이상의 열경화성 네트워크 형성 수지를 포함한다.
저온 납땜 페이스트의 경우, 합체 후 전기적 신뢰성을 얻기가 종종 매우 어렵다. 페이스트 플럭스 잔류물의 분해와 비교하여 리플로우 온도가 종종 더 낮기 때문에, 이는 잔류 산, 아민 또는 임의의 다른 이온성 불순물로 오염된다. 이러한 잔류물은 표면 절연 시험(SIR 시험) 동안 습기 및 온도 조합의 존재 하에 시험 바이어스 전압이 인가될 때 상당한 전하를 전도한다. 그러한 문제는 열가소성 중합체, 왁스 및 열경화성 네트워크 형성 수지 중 하나 이상을 포함함으로써 극복될 수 있다. 이론에 의해 구애됨이 없이, 그러한 화학종은 3차원 열경화성 수지 네트워크를 형성할 수 있으며, 그 결과, 리플로우 후 잔류물이 응고되어 잔류 불순물을 포획하는 데 도움이 될 수 있는 것으로 여겨진다.
바람직하게는, 땜납 플럭스는, 바람직하게는 트라이아졸 유도체를 포함하고, 더욱 바람직하게는 벤조트라이아졸, 톨릴트라이아졸, 및 카르복시벤조트라이아졸 중 하나 이상을 포함하는, 부식 억제제를 추가로 포함한다. 그러한 부식 억제제의 존재는 생성된 땜납 접합부를 주위 저장 동안 또는 전기적 또는 열적 신뢰성 시험 조건 동안 보호하는 데 도움이 될 수 있다.
땜납 합금은 바람직하게는 비스무트 및/또는 인듐을 포함한다. 이는 페이스트의 유리한 특징과 비스무트 및/또는 인듐의 유리한 특징의 조합을 제공하는데, 그 이유는 페이스트가 인듐 및/또는 비스무트의 존재에 대처하기에 충분히 안정하기 때문이다.
땜납 합금은 바람직하게는 본 명세서에 기재된 땜납 합금을 포함한다(또는 본 명세서에 기재된 땜납 합금이다).
추가의 태양에서, 본 발명은
a) (78 내지 92 중량%)의 본 명세서에 기재된 바와 같은 In 및 Bi 함유 땜납 합금 및 (8 내지 22 중량%)의 땜납 플럭스를 포함하는 땜납 페이스트 조성물을 제공하며,
b) 땜납 페이스트 플럭스는 하기의 빌딩 블록을 포함한다:
a. 로진/수지 (25 내지 40 중량%),
b. 용매 패키지 (20 내지 40 중량%),
c. 활성화제 패키지 (12 내지 20 중량%),
d. 첨가제 (4 내지 12 중량%),
e. 리올로지 조절제 (1 내지 10 중량%), 및
f. 부식 억제제 (0.5 내지 3 중량%).
추가의 태양에서, 본 발명은 활성화제를 포함하는 땜납 플럭스를 제공하며, 활성화제는 유기 산 활성화제 및 유기 아민 활성화제 둘 모두를 포함하고, 유기 산 활성화제 대 유기 아민 활성화제의 몰비는 0.8 내지 2.5이다.
추가의 태양에서, 본 발명은 땜납 접합부를 형성하는 방법을 제공하며, 이 방법은
(i) 접합될 2개 이상의 공작물을 제공하는 단계,
(ii) 본 명세서에 기재된 바와 같은 땜납 합금 또는 본 명세서에 기술된 바와 같은 땜납 페이스트를 제공하는 단계; 및
(iii) 접합될 공작물 부근에서 땜납 합금 또는 땜납 페이스트를 가열하는 단계를 포함한다.
공작물은 기재 및 다이와 같은 인쇄 회로 기판의 구성요소일 수 있다.
공작물 중 적어도 하나는 바람직하게는 중합체 필름, 더욱 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 열-안정화된 PET, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 열-안정화된 PEN, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 및 폴리카르보네이트(PC) 중 하나 이상을 포함하는 중합체 필름이다. 그러한 필름은 가요성 인쇄 회로 기판을 제작하는 데 사용하기에 특히 적합하다. 추가적으로, 이들 재료는 비용, 전기적 특성 및 기계적 특성의 적합한 조합 및 일관된 고품질 필름의 전 세계적 이용가능성을 갖는다. PET 필름 및 특히 열-안정화된 PET 필름이 이와 관련하여 특히 바람직하다.
추가의 태양에서, 본 발명은 납땜 방법에서의 본 명세서에 기재된 바와 같은 땜납 합금 또는 본 명세서에 기재된 땜납 페이스트의 용도를 제공한다.
납땜 방법은 바람직하게는 웨이브 납땜, 표면 실장 기술(SMT) 납땜, 다이 부착 납땜(die attach soldering), 열 계면 납땜, 손 납땜, 레이저 및 RF 유도 납땜, 태양광 모듈에 대한 납땜, 레벨 2 LED 패키지 보드의 납땜, 및 리워크 납땜(rework soldering)으로부터 선택된다.
본 명세서에 기재된 땜납 합금 및 땜납 페이스트는 가요성 중합체 기재(예에는 표준 PET, 열-안정화된 PET, 및 다른 중합체 기재, 예컨대 PEN, PEEK, PC, PI 등이 포함됨) 상의 SMT 유형 조립체에 사용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 땜납 합금 및 땜납 페이스트는 가요성 또는 강성 기재 상의 계층형 땜납 조립체에 사용될 수 있다. 예에는 다이 부착용 SnBi-유사(예를 들어, SnBi) 또는 SAC-유사(예를 들어, Sn-Ag-Cu) 합금(레벨 1)의 사용과 함께, 본 명세서에 기재된 땜납 합금 또는 땜납 페이스트를 사용하는 초저온 조립체(레벨 2)가 포함된다.
본 명세서에 기재된 땜납 합금 및 땜납 페이스트는 양면 강성 PCB 상의 초저온 SMT-유형 조립체에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 면은 비-공융(off-eutectic) 알파 SnBi(HRL1) 또는 알파 공융 Sn-57/58Bi-0.2Cu-0.03Co(SBX02) 합금으로 납땜될 수 있고, 제2 면은 본 명세서에 기재된 합금으로 납땜될 수 있다. 둘 모두의 조립체가 레벨 2 SMT 조립체이다.
본 명세서에 기재된 땜납 합금 및 땜납 페이스트는 저온 및/또는 열 민감성 구성요소, 예를 들어 배터리, 디스플레이(예컨대, OLED) 및 센서(특히, 의료용 저온 센서의 조립체)를 납땜하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 땜납 합금 및 땜납 페이스트는 저온 기밀 시일(seal)을 제조하기 위해 및/또는 저온 라미네이션을 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 땜납 합금 및 땜납 페이스트는 온도 민감성 기재 및 기타 구성요소의 열화 및/또는 변색이 없도록 보장하는 조립 공정에 사용될 수 있다.
본 발명은 이제 하기의 도면을 참조하여, 이들 합금의 몇몇 비제한적인 예 및 그의 성능의 요약에 의해 추가로 설명될 것이다.
도 1은 합금 Sn-Bi-6In에 대한 DSC 플롯(열 유동 Q(mW) 대 온도 T(℃))을 나타낸다.
도 2는 합금 Sn-Bi-6In-1Ga에 대한 DSC 플롯(열 유동 Q(mW) 대 온도 T(℃))을 나타낸다.
본 발명은 이제 추가로 하기의 비제한적인 실시예와 관련하여 설명될 것이다.
실시예 1
다음의 땜납 합금을 제조하였다: Sn-5Bi-6In 및 Sn-5Bi-6In-1Ga. 도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 1% Ga를 Sn-5Bi-6In 땜납에 첨가하는 것은 주 용융 단계의 개시 온도를 118℃로부터 110℃로 감소시키고, 78℃ 및 100℃에서 용융하는 단계를 없앤다. 이는 또한 약 87℃에서 용융하는 작은 부분의 다른 단계를 도입한다.
2개의 땜납 합금을 사용하여 땜납 접합부를 제조하였다. 추가의 1% GA는 땜납 접합부의 기계적 특성에 유의한 악영향을 미치지 않았다. 특히, 합금은 유사한 전단 강도 및 유사한 열 사이클링 거동을 나타내었다.
실시예 2
하기 조성을 갖는 땜납 합금을 제조하였다:
(a) 53 내지 54 중량%의 Bi
(b) 4 내지 5 중량%의 In
(c) 0 내지 0.05 중량%의 니켈
(d) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
합금은 낮은 리플로우 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 나타내었다.
실시예 3
하기 조성을 갖는 땜납 합금을 제조하였다:
(a) 55 내지 56 중량%의 Bi
(b) 2 내지 3 중량%의 In
(c) 0 내지 0.05 중량%의 니켈
(d) 0.3 내지 0.5%의 Cu
(e) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
합금은 낮은 리플로우 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 나타내었다.
실시예 4
하기 조성을 갖는 땜납 합금을 제조하였다:
(a) 51 내지 53 중량%의 In
(b) 0 내지 0.05 중량%의 니켈
(c) 0.3 내지 0.5%의 Cu
(d) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
합금은 낮은 리플로우 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 나타내었다.
실시예 5
하기 조성을 갖는 땜납 합금을 제조하였다:
(a) 51 내지 53 중량%의 In
(b) 0 내지 0.05 중량%의 니켈
(c) 0 내지 0.05%의 Ge
(d) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
합금은 낮은 리플로우 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 나타내었다.
실시예 6
하기 조성을 갖는 땜납 합금을 제조하였다:
(a) 51 내지 53 중량%의 In
(b) 0 내지 0.05 중량%의 니켈
(c) 0 내지 0.03%의 P
(d) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
합금은 낮은 리플로우 온도와 유리한 기계적 특성의 조합을 나타내었다.
전술한 상세한 설명은 설명 및 예시로서 제공되었으며, 첨부된 청구범위의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에 예시된 본 발명의 바람직한 실시 형태에서 다수의 변형이 당업자에게 명백할 것이며, 첨부된 청구범위 및 그의 균등물의 범위 내에 있다.

Claims (43)

  1. 40 내지 65 중량%의 비스무트, 및
    1 내지 10 중량%의 인듐과;
    0.1 내지 5 중량%의 갈륨,
    0.1 내지 5 중량%의 아연,
    0.1 내지 2 중량%의 구리,
    0.01 내지 0.1 중량%의 코발트,
    0.1 내지 2 중량%의 은,
    0.005 내지 0.05 중량%의 티타늄, 및
    0.01 내지 1 중량%의 니켈 중 적어도 하나와;
    선택적으로
    1 중량% 이하의 바나듐,
    1 중량% 이하의 희토류 금속,
    1 중량% 이하의 네오디뮴,
    1 중량% 이하의 크롬,
    1 중량% 이하의 철,
    1 중량% 이하의 알루미늄,
    1 중량% 이하의 인,
    1 중량% 이하의 금,
    1 중량% 이하의 텔루륨,
    1 중량% 이하의 셀레늄,
    1 중량% 이하의 칼슘,
    1 중량% 이하의 바나듐,
    1 중량% 이하의 몰리브덴,
    1 중량% 이하의 백금,
    1 중량% 이하의 마그네슘,
    1 중량% 이하의 규소, 및
    1 중량% 이하의 망간 중 하나 이상과; 그리고
    잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함하는, 땜납 합금.
  2. 제1항에 있어서, 상기 땜납 합금은 42 내지 60 중량%의 비스무트, 바람직하게는 45 내지 59 중량%의 비스무트, 더욱 바람직하게는 47 내지 58.5 중량%의 비스무트, 더욱 더 바람직하게는 50 내지 58 중량%의 비스무트, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 55 내지 57.5 중량%의 비스무트를 포함하는, 땜납 합금.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 땜납 합금은 1.5 내지 9 중량%의 인듐, 바람직하게는 2 내지 8 중량%의 인듐, 더욱 바람직하게는 3 내지 7 중량%의 인듐을 포함하는, 땜납 합금.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 0.5 내지 4 중량%의 갈륨, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 중량%의 갈륨을 포함하는, 땜납 합금.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 0.5 내지 4 중량%의 아연, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 중량%의 아연을 포함하는, 땜납 합금.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 0.15 내지 1.5 중량%의 구리, 바람직하게는 0.18 내지 0.32 중량%의 구리를 포함하는, 땜납 합금.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 0.02 내지 0.09 중량%의 코발트, 바람직하게는 0.03 내지 0.08 중량%의 코발트를 포함하는, 땜납 합금.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 0.2 내지 1.5 중량%의 은, 바람직하게는 0.3 내지 1.2 중량%의 은을 포함하는, 땜납 합금.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 0.055 내지 0.045 중량%의 티타늄, 바람직하게는 0.01 내지 0.04 중량%의 티타늄을 포함하는, 땜납 합금.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 0.02 내지 0.9 중량%의 니켈, 바람직하게는 0.025 내지 0.8 중량%의 니켈, 더욱 바람직하게는 0.03 내지 0.5 중량%의 니켈을 포함하는, 땜납 합금.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은
    0.001 내지 1 중량%의 바나듐, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 바나듐; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 희토류 금속, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 희토류 금속, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 희토류 금속; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 네오디뮴, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 네오디뮴, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 네오디뮴; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 크롬, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 크롬, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 크롬; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 철, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 철, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 철; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 알루미늄, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 알루미늄, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 알루미늄; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 인, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 인, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 인; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 금, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 금, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 금; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 텔루륨, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 텔루륨, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 텔루륨; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 셀레늄, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 셀레늄, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 셀레늄; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 칼슘, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 칼슘, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 칼슘; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 바나듐, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 바나듐, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 바나듐; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 몰리브덴, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 몰리브덴, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 몰리브덴; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 백금, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 백금, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 백금; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 마그네슘, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 마그네슘, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 마그네슘; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 규소, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 규소, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 규소; 및/또는
    0.001 내지 1 중량%의 망간, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 망간, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 망간을 포함하는, 땜납 합금.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 50 내지 54 중량%의 비스무트, 4 내지 6 중량%의 인듐, 0.5 내지 1.5 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지는, 땜납 합금.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 49 내지 53 중량%의 비스무트, 5 내지 7 중량%의 인듐, 0.5 내지 1.5 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지는, 땜납 합금.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 49 내지 53 중량%의 비스무트, 4 내지 6 중량%의 인듐, 1.5 내지 2.5 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지는, 땜납 합금.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트, 0.1 내지 0.3 중량%의 구리, 0.02 내지 0.04 중량%의 코발트, 2 내지 4 중량%의 인듐 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지는, 땜납 합금.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트, 0.1 내지 0.3 중량%의 구리, 0.02 내지 0.04 중량%의 코발트, 4 내지 6 중량%의 인듐, 1 내지 3 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지는, 땜납 합금.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트, 0.2 내지 0.6 중량%의 은, 2 내지 4 중량%의 인듐 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지는, 땜납 합금.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 56 내지 59 중량%의 비스무트, 0.2 내지 0.6 중량%의 은, 4 내지 6 중량%의 인듐, 1 내지 3 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지는, 땜납 합금.
  19. 1 내지 10 중량%의 비스무트, 및
    1 내지 10 중량%의 인듐과;
    0.1 내지 5 중량%의 갈륨,
    0.1 내지 5 중량%의 아연,
    0.1 내지 2 중량%의 구리,
    0.01 내지 0.1 중량%의 코발트,
    0.1 내지 2 중량%의 은,
    0.005 내지 0.05 중량%의 티타늄, 및
    0.01 내지 1 중량%의 니켈 중 적어도 하나와;
    선택적으로
    1 중량% 이하의 바나듐,
    1 중량% 이하의 희토류 금속,
    1 중량% 이하의 네오디뮴,
    1 중량% 이하의 크롬,
    1 중량% 이하의 철,
    1 중량% 이하의 알루미늄,
    1 중량% 이하의 인,
    1 중량% 이하의 금,
    1 중량% 이하의 텔루륨,
    1 중량% 이하의 셀레늄,
    1 중량% 이하의 칼슘,
    1 중량% 이하의 바나듐,
    1 중량% 이하의 몰리브덴,
    1 중량% 이하의 백금,
    1 중량% 이하의 마그네슘,
    1 중량% 이하의 규소, 및
    1 중량% 이하의 망간 중 하나 이상과; 그리고
    잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함하는, 땜납 합금.
  20. 제19항에 있어서, 상기 땜납 합금은 5 내지 9 중량%의 비스무트, 바람직하게는 6 내지 8 중량%의 비스무트, 더욱 바람직하게는 6.5 내지 7.5 중량%의 비스무트를 포함하는, 땜납 합금.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 땜납 합금은 6 내지 8 중량%의 비스무트, 4 내지 6 중량%의 인듐, 1 내지 3 중량%의 갈륨 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지는, 땜납 합금.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 주석-비스무트 합금 또는 주석-비스무트-은 공융 합금보다 10℃ 이상 더 낮은 온도에서 리플로우 가능한, 땜납 합금.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 플럭스 코어 또는 플럭스 코팅이 있거나 또는 없는 바(bar), 스틱(stick), 중실 또는 플럭스 코어형 와이어, 포일(foil) 또는 스트립, 필름, 예비성형품(preform), 분말 또는 페이스트(분말 + 플럭스 블렌드), 또는 볼 그리드 어레이 접합부(ball grid array joint) 또는 칩 스케일 패키지(chip scale package)에 사용하기 위한 땜납 구체, 또는 다른 사전 형성된 솔더 피스(solder piece)의 형태인, 땜납 합금.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 땜납 합금을 포함하는, 납땜된 접합부.
  25. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 땜납 합금, 및
    땜납 플럭스를 포함하는, 땜납 페이스트.
  26. 땜납 합금, 및
    활성화제를 포함하는 땜납 플럭스를 포함하고,
    상기 활성화제는 유기 산 활성화제 및 유기 아민 활성화제를 포함하며, 유기 산 활성화제 대 유기 아민 활성화제의 몰비는 0.8 내지 2.5인, 땜납 페이스트.
  27. 제26항에 있어서, 유기 산 활성화제 대 유기 아민 활성화제의 상기 몰비는 1 내지 2인, 땜납 페이스트.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 페이스트는
    78 내지 92 중량%의 상기 땜납 합금; 및
    8 내지 22 중량%의 상기 땜납 플럭스를 포함하는, 땜납 페이스트.
  29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 플럭스는 상기 땜납 플럭스의 총 중량을 기준으로 12 내지 20 중량%의 상기 활성화제를 포함하는, 땜납 페이스트.
  30. 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 플럭스는
    바람직하게는 25 내지 40 중량%의 양의 하나 이상의 로진 및/또는 하나 이상의 수지;
    바람직하게는 20 내지 40 중량%의 양의 하나 이상의 용매;
    바람직하게는 4 내지 12 중량%의 양의 하나 이상의 첨가제;
    바람직하게는 1 내지 10 중량%의 양의 하나 이상의 리올로지 조절제; 및
    바람직하게는 0.5 내지 3 중량%의 양의 하나 이상의 부식 억제제 중 하나 이상을 포함하는, 땜납 페이스트.
  31. 제26항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 산 활성화제는 하나 이상의 다이-카르복실산, 하나 이상의 모노-카르복실산, 하나 이상의 할로-벤조산, 및 이들의 조합, 바람직하게는 페닐석신산, 글루타르산, 아디프산, 수베르산, 세바스산, 브라실산, 말레산, 페닐글루타르산, 도데칸이산, 다이글리콜산 및 2-요오도벤조산 중 하나 이상을 포함하고/하거나;
    상기 유기 아민 활성화제는 하나 이상의 지방족- 또는 방향족-함유 1차, 2차 또는 3차 아민, 헤테로사이클릭 아민, 폴리아민 단독, 및 이들의 조합, 바람직하게는 벤즈이미다졸, 2-에틸이미다졸, 다이페닐구아니딘, 트라이에탄올아민, 벤조트라이아졸 및 톨릴트라이아졸 중 하나 이상을 포함하는, 땜납 페이스트.
  32. 제26항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화제는 하나 이상의 아미노산 활성화제를 추가로 포함하는, 땜납 합금.
  33. 제32항에 있어서, 상기 아미노산 활성화제는 글루탐산, 아스파르트산, 페닐알라닌, 발린, 티로신 및 트립토판 중 하나 이상을 포함하는, 땜납 합금.
  34. 제26항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화제는
    1 내지 5 중량%의 글루타르산,
    5 내지 12 중량%의 아디프산,
    0 내지 2 중량%의 2-요오도벤조산, 및
    2 내지 10 중량%의 2-에틸이미다졸을 포함하는, 땜납 페이스트.
  35. 제26항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화제는
    7 내지 15 중량%의 아디프산,
    0 내지 2 중량%의 2-요오도벤조산, 및
    2 내지 10 중량%의 2-에틸이미다졸을 포함하는, 땜납 페이스트.
  36. 제26항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화제는
    1 내지 5 중량%의 글루타르산,
    1 내지 10 중량%의 글루탐산,
    3 내지 10 중량%의 아디프산,
    0 내지 2 중량%의 2-요오도벤조산, 및
    2 내지 10 중량%의 2-에틸이미다졸을 포함하는, 땜납 페이스트.
  37. 제25항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 플럭스는
    바람직하게는 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트 및 폴리페녹시 수지로부터 선택되는 하나 이상의 열가소성 중합체; 및/또는
    바람직하게는 식물유 왁스 및 천연 왁스로부터 선택되는 하나 이상의 왁스; 및/또는
    바람직하게는 폴리에스테르 또는 폴리아크릴레이트 또는 폴리우레탄 골격을 함유하는 수지, 에폭시와 경질화제, 예컨대 아민, 산, 무수물의 반응 생성물, 산 또는 그의 유도체와 아민의 반응 생성물, 산 또는 그의 유도체와 알코올의 반응 생성물, 알릴, 비닐, 메타크릴레이트, 메타크릴아미드 작용기를 갖는 다수의 탄소-탄소 결합의 반응 생성물, 하이드록시와 아이소시아네이트의 반응 생성물로부터 선택되는 하나 이상의 열경화성 네트워크 형성 수지를 포함하는, 땜납 페이스트.
  38. 제25항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 플럭스는, 바람직하게는 트라이아졸 유도체를 포함하고, 더욱 바람직하게는 벤조트라이아졸, 톨릴트라이아졸, 및 카르복시벤조트라이아졸 중 하나 이상을 포함하는, 부식 억제제를 추가로 포함하는, 땜납 페이스트.
  39. 제26항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 비스무트 및/또는 인듐을 포함하는, 땜납 페이스트.
  40. 제26항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 합금은 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 땜납 합금을 포함하는, 땜납 페이스트.
  41. 땜납 접합부를 형성하는 방법으로서,
    (i) 접합될 2개 이상의 공작물을 제공하는 단계;
    (ii) 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 땜납 합금 또는 제25항 내지 제40항 중 어느 한 항의 땜납 페이스트를 제공하는 단계; 및
    (iii) 상기 접합될 공작물 부근에서 상기 땜납 합금 또는 땜납 페이스트를 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
  42. 납땜 방법에서의 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 땜납 합금 또는 제25항 내지 제40항 중 어느 한 항의 땜납 페이스트의 용도.
  43. 제42항에 있어서, 상기 납땜 방법은 웨이브 납땜(wave soldering), 표면 실장 기술(Surface Mount Technology, SMT) 납땜, 다이 부착 납땜(die attach soldering), 열 계면 납땜, 손 납땜, 레이저 및 RF 유도 납땜, 태양광 모듈에 대한 납땜, 레벨 2 LED 패키지 보드의 납땜, 및 리워크 납땜(rework soldering)으로부터 선택되는, 용도.
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