KR20210132209A

KR20210132209A - 땜납 합금, 주조물, 형성물 및 납땜 이음

Info

Publication number: KR20210132209A
Application number: KR1020217034074A
Authority: KR
Inventors: 슌사쿠 요시카와; 사쿠 요시카와; 다카시 사이토; 다카히로 마츠후지; 나오코 이즈미타; 유우키 이이지마; 간타 데이
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2021-11-03
Also published as: MX2021015960A; JP6721851B1; WO2020262040A1; US20220143761A1; EP3940096B1; EP3940096A1; TW202106434A; BR112021026430A2; CN113727807B; EP3940096A4; TWI733502B; US11607753B2; BR112021026430B1; JP2021007951A; CN113727807A; KR102345176B1

Abstract

원하는 두께의 주조물을 주조할 수 있는 땜납 합금, 주조물, 형성물 및 납땜 이음을 제공한다. 땜납 합금은, 질량％로, Cu: 0.1 내지 2.0％, Ni: 0.01 내지 0.4％, P: 0.001 내지 0.08％, Ge: 0.001 내지 0.08％, 및 잔부가 Sn으로 이루어지는 합금 조성을 갖고, 합금 조성은 하기 (1)식 내지 (3)식을 충족한다.
(Cu+5Ni)≤0.945％ (1)식
(P+Ge)≤0.15％ (2)식
2.0≤(Cu+5Ni)/(P+Ge)≤1000 (3)식
(1)식 내지 (3)식 중, Cu, Ni, P, 및 Ge는, 각각 땜납 합금 중에서의 함유량(질량％)을 나타낸다.

Description

땜납 합금, 주조물, 형성물 및 납땜 이음

본 발명은, 주조에 적합한 땜납 합금, 주조물, 형성물 및 납땜 이음에 관한 것이다.

프린트 기판에는 전자 부품이 실장되어 있다. 전자 부품의 실장 공정으로서는, 플로 솔더링, 딥 솔더링 등이 있다. 플로 솔더링은, 땜납 조의 분류면을 프린트 기판의 접속면측에 닿게 함으로써 납땜을 행하는 방법이다. 딥 솔더링은, 코일 부품 등의 삽입 부품을 기판에 삽입하고, 땜납 조에 침지하여 납땜을 행하는 방법이며, 그 전처리로서 절연막을 제거함과 함께 땜납 예비 도금을 실시하는 방법으로서도 선택되어 있다.

플로 솔더링이나 딥 솔더링에서는 땜납 조가 필요해진다. 땜납 조는 장시간 대기 중에 노출되기 때문에, 땜납 조에 발생하는 드로스를 일정 시간마다 제거해야만 한다. 또한, 납땜에 의해 땜납 조 내의 용융 땜납은 소비되어 간다. 이 때문에, 땜납 조에는 정기적으로 땜납 합금이 공급된다. 땜납 합금의 공급에는, 일반적으로, 봉형 땜납이 사용되고 있다.

봉형 땜납의 제조 방법에는, 사형이나 금형 등의 고정 주형에 용융 땜납을 유입하는 주조법이나 회전 주형에 용융 땜납을 유입하는 연속 주조법이 있다. 연속 주조법은, 원재료를 용융로에 투입해서 용융시키고, 용융로 중의 용융 땜납을 회전 주형의 홈에 주입하는 방법이다. 연속 주조법에서 사용하는 주형으로서는, 예를 들어 환형상판의 폭 방향 중앙부에 홈이 마련된 형상을 들 수 있다. 용융 땜납은, 회전 주형의 홈에 주입된 후에 응고하고, 주형으로부터 절단 공정에 유도된다. 유도된 연속 주조물은 소정의 길이로 절단되어 봉형 땜납으로 된다.

땜납 합금의 연속 주조법에 관한 기술은, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있다. 상기 문헌에는, Au-Sn계 땜납 합금에 있어서, 내부에 냉각수가 통수되어 있는 냉금을 주형의 외측에 밀착시켜, 280℃까지의 냉각 속도를 3℃/s 이상, 바람직하게는 20℃/s 이상, 보다 바람직하게는 50℃/s 이상으로 하고, 공정부의 조직을 미세화하는 것이 기재되어 있다. 그러나, Au는 고온 Pb 프리 땜납 합금으로서 사용되는 경우가 있지만, 고가임과 동시에 가공하기 어렵다.

그래서, 봉형 땜납에는, 주로 Sn-Cu계 땜납 합금이 사용되고 있다. Sn-Cu 땜납 합금은, 땜납 합금 중에 금속 간 화합물을 형성하는 것이 알려져 있다. 그러나, 연속 주조법은 통상 대기 중에서 행해지기 때문에, Sn-Cu 땜납 합금을 그대로 연속 주조법으로 주조하면, 대기 중의 산소에 의해 용융 땜납의 산화가 진행되어 용융 땜납의 유동성이 열화되고, 원하는 주조물을 얻지 못한다. Sn-Cu 땜납 합금의 산화를 억제한다는 관점에서, 특허문헌 2에는, P 및 Ge를 함유하는 Sn-Cu-P-Ge-Ni 땜납 합금이 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 발명에서는, 액상선 온도의 상승을 억제한다는 관점에서, Cu 및 Ni 함유량의 상한값이 제한되어 있다. 또한, 상기 문헌에는, Ni를 소정량 이상 첨가하면 용융 땜납의 유동성을 저해할 우려가 있음이 기재되어 있다. P 및 Ge의 다량 첨가도 용융 땜납의 점성을 증가시켜 용융 땜납의 유동성을 저해하는 것이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2017-196647호 공보 일본 특허 공개 제2003-94195호 공보

전술한 바와 같이, 특허문헌 2에 기재된 발명은, 용융 땜납의 유동성이 고려된 우수한 발명이다. 특허문헌 2에 기재된 발명은, 습윤성이 부족한 Sn-Cu계 납 프리 땜납 합금에 있어서, 납땜성이 개선된 땜납 합금을 제공하는 것을 과제로 하고 있다. 그리고, 용융 땜납의 유동성이 저하되면 납땜 작업이 곤란해진다. 이 과제를 해결하기 위해서, 상기 문헌에서는, Cu, Ni, P, 및 Ge의 모든 원소의 상한값이 규정되어 있다.

여기서, 특허문헌 2에 기재된 발명에서는, 주로 플로 솔더링으로 프린트 기판에 전자 부품을 실장할 때의 과제를 해결하는 것으로 되어 있다. 플로 솔더링에서는, 땜납 조의 용융 땜납이 전자 부품이나 기판의 전극에 젖는 것을 전제로 하고 있다. 플로 솔더링에 사용하는 전자 부품이나 기판의 전극에는 습윤성의 조력으로서 플럭스가 사용되고 있는 점에서도, 플로 솔더링에 사용하는 땜납 합금에는 높은 습윤성이 요구되고 있다. 따라서, 특허문헌 2에 기재된 발명에서는, 습윤성을 향상시키기 위해서 용융 땜납의 유동성이 제어되어 있게 된다.

한편, 연속 주조법에서는, 주성분이 Fe나 Al인 회전 주형에 대해서 용융 땜납이 습윤성을 가지면, 응고 후의 땜납 합금이 회전 주형으로부터 이형하기 어려워지는 점에서, 회전 주형에 대해 습윤성을 갖지 않는 것을 전제로 하고 있다. 당연한 것이겠지만, 주조에서는 플럭스를 사용하지 않는다. 연속 주조법에서 요구되는 용융 땜납의 유동성은, 응고 시에 있어서 원하는 두께의 주조물이 얻어지도록 제어되는 것이다. 따라서, 플로 솔더링과 연속 주조법에서는, 용융 땜납의 유동성을 제어하기 위한 전제 조건이 크게 다르기 때문에, 원하는 연속 주조물을 얻기 위해서는 연속 주조법에 적합한 합금 설계가 필요해진다.

또한, 플로 솔더링에 사용하는 용융 땜납의 땜납 사용량은 수백 ㎏으로 매우 많다. 플로 솔더링에서는, 용융 땜납이 벨트 컨베이어 등으로 운반되어 온 기판과 접촉해서 용융 땜납의 온도가 저하될 우려가 있고, 이것을 억제하는 것이 요구되고 있기 때문이다. 즉, 플로 솔더링에 있어서의 용융 땜납의 온도 저하는, 전자 부품이나 기판의 열용량보다 용융 땜납의 열용량을 압도적으로 크게 함으로써 억제되고 있다. 이 때문에, 플로 솔더링에서는, 필요 이상으로 액상선 온도를 낮게 할 필요는 없다.

한편, 연속 주조법에서는 주형에 공급되어 있는 땜납량은 수십 내지 수백 g이며, 플로 솔더링과 비교해서 1/1000 이하이다. 회전 주형에 유입된 용융 땜납은, 회전 주형에 접촉한 순간부터 온도 저하가 시작되어 응고에 이르도록, 공급량을 적게 하여 열용량이 억제되고 있다. 액상선 온도가 너무 높으면 땜납이 주형에 접촉한 순간에 굳어져버려, 주조물을 소정의 두께로 할 수 없다.

특허문헌 2에 기재된 땜납 합금은, 전술한 바와 같이 플로 솔더링에 적합하지만, 연속 주조법에 필요한 용융 땜납의 유동성이나 액상선 온도를 고려하여 합금 설계가 이루어져 있는 것은 아니다. 이 때문에, 특허문헌 2에 기재된 땜납 합금을 그대로 연속 주조법에 적용할 수는 없다. 또한, 범용성을 향상시키는 관점에서, 연속 주조법뿐만 아니라 고정 주형을 사용한 주조법에 있어서도 원하는 주조물을 얻을 수 있도록 하는 것도 요구되고 있다.

그래서, 본 발명의 과제는, 원하는 두께의 주조물을 주조할 수 있는 땜납 합금, 주조물, 형성물 및 납땜 이음을 제공하는 것이다.

발명자들은, 특허문헌 2에 기재된 땜납 합금에 있어서, 액상선 온도의 상승을 더욱 억제하도록 하기 위해서, 우선은 Cu 및 Ni의 함유량을 검토하였다. Cu 및 Ni의 함유량이 너무 많으면 액상선 온도가 상승한다. 본 발명자들은, 연속 주조법에 있어서 Cu 함유량이나 Ni 함유량의 각각의 최적화를 도모하는 것에 추가하여, Cu와 Ni의 합계량에도 착안하였다.

다음으로, 본 발명자들은 Cu 및 Ni에 추가하여, P 및 Ge의 함유량을 제어하였다. 특허문헌 2에는, 전술한 바와 같이, P 및 Ge의 함유량이 너무 많으면 용융 땜납의 점성이 증가되어 용융 땜납의 유동성을 저해하는 것이 기재되어 있다. 단, 이 저해 요인은 플로 솔더링에 적용하기 위한 것이며, 주조에 적합하다고는 할 수 없다. 그래서, 본 발명자들은 각각의 함유량을 제어하는 것만으로는 주조에 적합한 용융 땜납의 유동성을 얻지 못한다고 생각하고, P 및 Ge의 합계량에도 착안하였다.

상기한 바와 같이 본 발명자들은, Cu와 Ni의 군과 P와 Ge의 군을 각각 독립적으로 검토해 왔다. 그러나, 실제로는, 주조에 적합한 땜납 합금의 액상선 온도를 얻기 위해서는, 양쪽 군은 상호적으로 작용하고 있다고 생각하여 합금 설계를 행할 필요가 있다.

그래서, 본 발명자들은 양쪽 군끼리의 밸런스까지 착안하여, 더욱 상세한 검토를 행하였다. 이 결과, 이들 군이 소정의 관계식을 충족하는 경우에, 주조법에 적합한 용융 땜납의 점성을 실현할 수 있어, 원하는 판 두께를 갖는 주조물을 얻을 수 있다는 지견에 의해, 본 발명은 완성되었다.

이들 지견에 의해 얻어진 본 발명은 이하와 같다.

(1) 질량％로, Cu: 0.1 내지 2.0％, Ni: 0.01 내지 0.4％, P: 0.001 내지 0.08％, Ge: 0.001 내지 0.08％, 및 잔부가 Sn으로 이루어지는 합금 조성을 갖고, 상기 합금 조성은 하기 (1)식 내지 (3)식을 충족하는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.

(Cu+5Ni)≤0.945％ (1)식

(P+Ge)≤0.15％ (2)식

2.0≤(Cu+5Ni)/(P+Ge)≤1000 (3)식

(1)식 내지 (3)식 중, Cu, Ni, P, 및 Ge는, 각각 땜납 합금 중에서의 함유량(질량％)을 나타낸다.

(2) 합금 조성은, Bi, In, Zn, 및 Ag 중 적어도 1종을 합계로 5％ 이하로 이루어지는 군, 그리고 Mn, Cr, Co, Fe, Si, Ti, 및 희토류 원소 중 적어도 1종을 합계로 1％ 이하로 이루어지는 군 중 적어도 1군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더 함유하는, 상기 (1)에 기재된 땜납 합금.

(3) 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 땜납 합금을 갖는 주조물.

(4) 상기 (3)에 기재된 주조물로 형성되어 이루어지는 형성물.

(5) 상기 (3)에 기재된 주조물을 사용하여 이루어지는 납땜 이음.

도 1은, (2)식을 x축으로 하고, (1)식을 y축으로 하여 본 발명의 범위를 나타낸 도면이다.
도 2는, 도 1에 있어서, x축이 0 내지 0.01, y축이 0 내지 1의 범위로 확대된 도면이다.

본 발명을 이하에 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에 있어서, 땜납 합금 조성에 관한 「％」는, 특별히 지정하지 않는 한 「질량％」이다.

1. 땜납 합금

(1) Cu: 0.1 내지 2.0％, Ni: 0.01 내지 0.4％

Cu 및 Ni는, 땜납 합금의 액상선 온도를 제어할 수 있는 필수 원소이다. Cu 및 Ni가 모두 상기 범위 내이면 용융 땜납의 유동성이 최적화되기 때문에, 원하는 판 두께를 갖는 주조물이 얻어진다. Cu 함유량의 하한은 0.1％ 이상이고, 바람직하게는 0.14％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.5％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.6％ 이상이다. Ni 함유량의 하한은 0.01％ 이상이고, 바람직하게는 0.02％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 한편, Cu 함유량 및 Ni 함유량의 적어도 한쪽이 각각의 상한값을 초과하면 액상선 온도가 높아지고, 유동성이 저하된다. Cu 함유량의 상한은 2.0％ 이하이고, 바람직하게는 1.0％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.89 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.75％ 이하이다. Ni 함유량의 상한은 0.4％ 이하이고, 바람직하게는 0.1％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.07％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.055％ 이하이다.

(2) P: 0.001 내지 0.08％, Ge: 0.001 내지 0.08％

P 및 Ge는, 땜납 합금의 산화를 억제하여 용융 땜납의 유동성을 제어할 수 있는 필수 원소이다. P 함유량 및 Ge 함유량 중 적어도 한쪽이 0.001％ 미만이면, 산화 억제 효과를 얻지 못한다. P 함유량의 하한은 0.001％ 이상이고, 바람직하게는 0.002％ 이상이다. Ge 함유량의 하한은 0.001％ 이상이고, 바람직하게는 0.003％ 이상이다. 한편, P 함유량 및 Ge 함유량 중 적어도 한쪽이 0.08％를 초과하면, Sn의 산화에 의한 유동성의 열화는 억제되지만, 액상선 온도가 높아진다. P 함유량의 상한은 0.08％ 이하이고, 바람직하게는 0.06％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.01％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.005％ 이하이며, 특히 바람직하게는 0.003％ 이하이다. Ge 함유량의 상한은 0.08％ 이하이고, 바람직하게는 0.07％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.06％ 이하이고, 보다 더 바람직하게는 0.01％ 이하이고, 특히 바람직하게는 0.007％ 이하이며, 가장 바람직하게는 0.005％ 이하이다.

(3) (1) 내지 (3)식

(Cu+5Ni)≤0.945％ (1)식

(P+Ge)≤0.15％ (2)식

2.0≤(Cu+5Ni)/(P+Ge)≤1000 (3)식

(1)식 내지 (3)식 중, Cu, Ni, P 및 Ge는, 각각 땜납 합금 중에서의 함유량(％)를 나타낸다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 땜납 합금의 각 필수 원소에는, 땜납 합금의 액상선 온도 및 용융 땜납의 유동성을 제어하기 위해서 각각 최적의 함유량이 존재한다. 상기 각 필수 원소의 함유량은, 각각 용융 땜납의 유동성의 열화를 억제하기 위해서 정해진 것이다. 각 원소가 용융 땜납의 유동성을 제어할 수 있는 요인은 각각 다르지만, Sn 이외의 구성 원소를, 유사한 효과를 발휘하는 원소군으로 나누고, 각 군이 상기 (1) 내지 (3)식을 충족함으로써, 주조성이 우수한 본 발명에 따른 땜납 합금이 얻어지는 것이다. 각 식에 대하여 상세히 설명한다.

(3-1) (1)식

(1)식은, 땜납 합금 중의 Cu와 Ni의 밸런스를 나타내는 식이다. 전술한 바와 같이, Cu와 Ni는 액상선 온도를 조정할 수 있는 원소이다. 또한, 양쪽 원소의 함유량이 응고 시에 생성하는 화합물의 석출량을 결정하기 때문에, 양쪽 원소의 함유량의 합계량을 제어하는 것은 용융 땜납의 유동성을 적정화하는 데 있어서 중요해진다.

본 발명에 따른 땜납 합금에 있어서, (1)식이 0.945％를 초과하면, 액상선 온도가 상승한다. (1)식이 0.945％를 초과해도 플로 솔더링용으로서는 허용 범위이지만, 원하는 주조물을 제조하기 위해서는, (1)식의 상한은 0.945％ 이하인 것이 필요하다. 바람직하게는 0.940％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.875％ 이하이다. (1)식 좌변의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.150％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.240 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.250％ 이상이고, 보다 더 바람직하게는 0.650 이상이고, 특히 바람직하게는 0.750％ 이상이며, 가장 바람직하게는 0.850 이상이다.

(3-2) (2)식

(2)식은, 땜납 합금 중의 P와 Ge의 합계량을 나타내는 식이다. 이들 원소는, 모두 산화를 억제함으로써 용융 땜납의 유동성을 제어할 수 있지만, 각각의 대기 중에서의 반응 속도가 다르기 때문에, 양쪽 원소의 함유량의 합계량을 제어하는 것은 용융 땜납의 유동성을 적정화하는 데 있어서 중요해진다.

본 발명에 따른 땜납 합금에 있어서, (2)식의 좌변이 0.15％를 초과하면, 땜납 합금의 액상선 온도가 상승한다. (2)식의 상한은 0.15％ 이하이고, 바람직하게는 0.12 이하이고, 보다 바람직하게는 0.085％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.083％ 이하이고, 보다 더 바람직하게는 0.050％ 이하이고, 특히 바람직하게는 0.015％ 이하이며, 가장 바람직하게는 0.013％ 이하이다. (2)식의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.002％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.004％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.006％ 이상이며, 특히 바람직하게는 0.008 이상이다.

(3-3) (3)식

(3)식은, 땜납 합금 중에서의, Cu와 Ni의 군과 P와 Ge의 군의 밸런스를 나타내는 식이다. 각 군에 속하는 원소는, 각각 용융 땜납의 점성을 제어하는 요인이 다르지만, 용융 땜납의 점성을 결정짓는 데 있어서, 양쪽 군은 상호적으로 작용한다고 생각된다. 이 때문에, 용융 땜납의 점성을 제어하기 위해서는, 상기 2군의 밸런스를 고려할 필요가 있다.

본 발명에 따른 땜납 합금에 있어서, (3)식이 2.0 미만인 경우에는, Cu와 Ni의 함유량이 최적이어도 P나 Ge의 함유량이 너무 많아, 땜납의 액상선 온도가 상승한다. (3)식의 하한은 2.0 이상이고, 바람직하게는 5.67 이상이고, 보다 바람직하게는 10.00 이상이고, 더욱 바람직하게는 10.24 이상이고, 보다 더 바람직하게는 18.75 이상이고, 특히 바람직하게는 31.25 이상이며, 가장 바람직하게는 56.67 이상이다. 나아가서는, (3)식의 하한은 65.38 이상이고, 81.25 이상이고, 93.75 이상이며, 106.25 이상이어도 된다.

한편, (3)식이 1000을 초과하면, Cu와 Ni의 함유량이 최적이어도 P나 Ge의 함유량이 너무 적기 때문에, 용융 땜납 중의 Sn이 산화해서 용융 땜납의 유동성이 저하된다. 또한, P와 Ge의 함유량이 최적이어도 Cu나 Ni의 함유량이 너무 많기 때문에, 땜납 합금의 액상선 온도가 상승해서 점성이 과도하게 증가하여 용융 땜납의 유동성이 저하되고, 주조를 행할 수 없다. (3)식의 상한은 1000 이하이고, 바람직하게는 472.5 이하이고, 보다 바람직하게는 470.00 이하이고, 더욱 바람직하게는 425.00 이상이고, 보다 더 바람직하게는 212.50 이하이고, 특히 바람직하게는 141.67 이하이며, 가장 바람직하게는 118.13 이하이다. 나아가서는, 117.50 이하이고, 109.38 이하여도 된다.

(4) Bi, In, Sb, Zn, 및 Ag 중 적어도 1종을 합계로 5％ 이하로 이루어지는 군, 그리고 Mn, Cr, Co, Fe, Si, Ti 및 희토류 원소 중 적어도 1종을 합계로 1％ 이하로 이루어지는 군의 적어도 1군으로부터 선택되는 적어도 1종

이들 원소는, Bi, In, Sb, Zn, 및 Ag 중 적어도 1종에서는 합계로 5％ 이하, Mn, Cr, Co, Fe, Si, Ti 및 희토류 원소 중 적어도 1종에서는 합계로 1％ 이하이면, 본 발명에 따른 땜납 합금의 주조성에 영향을 미치는 일이 없다. 본 발명에 있어서 희토류 원소란, 주기율표에 있어서 제3족에 속하는 Sc, Y와 원자 번호 57 내지 71에 해당하는 란탄족의 15개의 원소를 합한 17종의 원소이다.

본 발명에서는, Bi, In, Sb, Zn, Ag, Mn, Cr, Co, Fe, Si, Ti, 및 희토류 원소 중 적어도 1종을 함유해도 된다. 각각의 원소의 함유량은, 바람직하게는 Bi, In, Sb, Zn, 및 Ag 중 적어도 1종에서는 합계로 5％ 이하, Mn, Cr, Co, Fe, Si, Ti, 및 희토류 원소 중 적어도 1종에서는 합계로 1％ 이하이다. 보다 바람직하게는, Bi, In, Sb, Zn, 및 Ag 중 적어도 1종에서는 합계로 1％ 이하, Mn, Cr, Co, Fe, Si, Ti, 및 희토류 원소 중 적어도 1종에서는 합계로 0.5％ 이하이다.

(5) 잔부: Sn

본 발명에 따른 땜납 합금의 잔부는 Sn이다. 전술한 원소 외에 불가피적 불순물을 함유해도 된다. 불가피적 불순물을 함유하는 경우라도, 전술한 효과에 영향을 미치는 일은 없다. 또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 함유하지 않는 원소가 불가피적 불순물로서 함유되어도 전술한 효과에 영향을 미치는 일은 없다.

(6) Al

본 발명에 따른 땜납 합금은, 산화에 의한 습윤성의 열화를 회피하기 위해서, Al을 함유하지 않는 편이 좋다.

2. 주조물

본 발명에 따른 주조물은, 본 발명에 따른 땜납 합금의 합금 조성을 갖기 때문에, 원하는 판 두께를 갖는다. 주조물로서는, 후술하는 바와 같이, 소정의 길이로 절단된 봉형 땜납 등을 들 수 있다.

3. 형성물

본 발명에 따른 형성물은, 본 발명에 따른 주조물로 형성된 것이다. 예를 들어, 주조물을 가공하여 얻어진 선형 납땜, 플럭스 코어 솔더, 링형상이나 통형상의 형태를 들 수 있다. 이것에 추가하여, 용융 및 분무에 의해 얻어진 땜납 분말, 땜납 볼로 형성된 것도 포함한다.

4. 납땜 이음

본 발명에 따른 납땜 이음은, 본 발명에 따른 땜납 합금을 사용하여, 예를 들어 반도체 패키지에 있어서의 IC칩과 그 기판(인터포저)과의 접속, 혹은 반도체 패키지와 프린트 배선판과의 접속에 사용된다.

5. 땜납 합금의 제조 방법

본 발명에 따른 땜납 합금의 제조 방법은, 예를 들어 연속 주조법으로 제조된다. 연속 주조법은, 우선, 소정의 합금 조성이 되도록 원재료를 용융로에 투입하고 350 내지 500℃ 정도로 가열하여 원재료를 용융한다.

원재료가 모두 용융된 후, 용융로 중의 용융 땜납을 회전 주형에 연속적으로 주입한다.

회전 주형은, 예를 들어 환형상판의 폭 방향 중앙부에 홈이 마련된 형상이다. 용융 땜납을 주입할 때에는, 회전 주형을 회전시키면서 용융 땜납이 주형의 홈에 주입된다. 주형으로의 용융 땜납의 공급량은, 주형의 회전수에 따라서 적절히 조정한다.

주형에 주입된 용융 땜납은 150℃ 정도까지 10 내지 50℃/s 정도의 냉각 속도로 냉각된다. 이 냉각 속도를 얻기 위해서는, 회전 주형의 바닥을 냉각수에 침지시키거나, 칠러 등을 사용하여 주형 내에 냉각수를 순환시킨다.

냉각 후의 땜납 합금은, 가이드를 통해 주형의 외부로 유도되고, 소정의 길이로 절단된다. 가이드에 도달한 땜납 합금은 80 내지 200℃ 정도로 냉각되어 있다. 본 발명의 땜납 합금은, 용융 땜납의 점성이 제어되어 있기 때문에, 원하는 판 두께의 연속 주조물을 제조할 수 있다.

고정 주형을 사용한 주조법은, 종래의 방법이어도 된다. 예를 들어, 상술과 마찬가지로 소정의 합금 조성이 되도록 원재료를 용융한 후, 고정 주형에 유입하고, 상기 냉각 속도로 냉각한다. 냉각 후, 주형으로부터 땜납 합금을 취출하여 제조할 수 있다.

실시예

(1) 평가 시료의 제작

본 발명의 효과를 입증하기 위해서, 하기에 의해 봉형 땜납을 제작하여 평가하였다. 용융로에 원재료를 칭량하고, 용융로의 설정 온도를 450℃로 하여 용융한 후, 물을 순환시킨 회전 주형의 홈에 용융 땜납을 주입하였다. 냉각 속도는 대략 30℃/s였다.

그 후, 회전 주형으로부터 가이드에 의해 연속 주조물을 회전 주형의 외부로 유도하였다. 그리고, 적당한 길이로 절단하고, 폭: 10㎜, 길이: 300㎜의 봉형 땜납을 포함해 합계 10m분의 봉형 땜납을 제작하였다. 이하에 평가 방법을 설명한다.

(2) 평가 방법

제작한 봉형 땜납의 판 두께를 캘리퍼스로 측정하였다. 모든 봉형 땜납이 7㎜±1㎜의 범위에 드는 경우를 「○」로 하고, 상기 범위에 들지 않는 것이 있는 경우에는 「×」로 하였다. 「○」이면 실용상 문제는 없다.

표 1의 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 입각한 실시예는 모두 원하는 판 두께를 갖는 봉형 땜납이 얻어진다는 것을 알 수 있었다. 한편, 비교예는, 모두 본 발명의 요건 중 적어도 하나 이상을 충족하지 않기 때문에, 원하는 판 두께를 갖는 봉형 땜납을 얻지 못했다. 각 구성 원소의 함유량이 본 발명의 범위를 충족함과 함께 (1)식 내지 (3)식을 충족할 필요가 있음을, 도면을 이용하여 설명한다.

도 1 및 도 2는, 표 1에 있어서, (1)식 내지 (3)식을 충족하는 실시예와, (1)식 내지 (3)식 중 적어도 하나의 식을 충족하지 않는 비교예를 추출하고, (2)식을 x축으로 하고, (1)식을 y축으로 한 도면이다. 도 2는, 도 1에 있어서, x축이 0 내지 0.01, y축이 0 내지 1의 범위로 확대된 도면이다. 도 1 및 도 2 중, 「○」는 실시예를 나타내고, 「×」는 비교예를 나타낸다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 굵은 선으로 둘러싸인 영역이 (1)식 내지 (3)식으로 둘러싸인 범위이다.

도 1 및 도 2로부터 명백한 바와 같이, 굵은 선으로 둘러싸인 범위 내의 땜납 합금은, 모두 원하는 두께를 갖는다는 것을 알 수 있었다. 한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 어느 식을 충족하지 않는 비교예는 모두 원하는 두께를 갖지 않는다는 것을 알 수 있었다. 특히, 도 2에 도시한 바와 같이, (1)식만 충족하지 않는 비교예 7, 및 (3)식을 충족하지 않는 비교예 10은, 굵은 선으로 둘러싸인 범위로부터 조금 벗어날 뿐인데, 원하는 두께를 얻지 못하는 것이 발생해버린다는 것이 밝혀졌다.

Claims

질량％로, Cu: 0.1 내지 2.0％, Ni: 0.01 내지 0.4％, P: 0.001 내지 0.08％, Ge: 0.001 내지 0.08％, 및 잔부가 Sn으로 이루어지는 합금 조성을 갖고, 상기 합금 조성은 하기 (1)식 내지 (3)식을 충족하는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
(Cu+5Ni)≤0.945％ (1)식
(P+Ge)≤0.15％ (2)식
2.0≤(Cu+5Ni)/(P+Ge)≤1000 (3)식
상기 (1)식 내지 (3)식 중, Cu, Ni, P, 및 Ge는, 각각 땜납 합금 중에서의 함유량(질량％)을 나타낸다.
제1항에 있어서,
상기 합금 조성은, Bi, In, Zn, 및 Ag 중 적어도 1종을 합계로 5％ 이하로 이루어지는 군, 그리고 Mn, Cr, Co, Fe, Si, Ti, 및 희토류 원소 중 적어도 1종을 합계로 1％ 이하로 이루어지는 군 중 적어도 1군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더 함유하는 땜납 합금.
제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 합금을 갖는 주조물.
제3항에 기재된 주조물로 형성되어 이루어지는 형성물.
제3항에 기재된 주조물을 사용하여 이루어지는 납땜 이음.