KR20220048483A - 고온 초고신뢰성 합금 - Google Patents

고온 초고신뢰성 합금 Download PDF

Info

Publication number
KR20220048483A
KR20220048483A KR1020227009832A KR20227009832A KR20220048483A KR 20220048483 A KR20220048483 A KR 20220048483A KR 1020227009832 A KR1020227009832 A KR 1020227009832A KR 20227009832 A KR20227009832 A KR 20227009832A KR 20220048483 A KR20220048483 A KR 20220048483A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
weight percent
alloy
bismuth
antimony
Prior art date
Application number
KR1020227009832A
Other languages
English (en)
Inventor
프리타 차우더리
모르가나 리바스
아닐 쿠마르
랑후 알. 랑가라주
시우리 사르카르
Original Assignee
알파 어셈블리 솔루션스 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알파 어셈블리 솔루션스 인크. filed Critical 알파 어셈블리 솔루션스 인크.
Publication of KR20220048483A publication Critical patent/KR20220048483A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0227—Rods, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0233—Sheets, foils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B23K35/025—Pastes, creams, slurries
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • C22C13/02—Alloys based on tin with antimony or bismuth as the next major constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3463—Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

무연 땜납 합금은 2.5 내지 5 중량%의 은; 0.01 내지 5 중량%의 비스무트; 1 내지 7 중량%의 안티몬; 0.01 내지 2 중량%의 구리; 6 중량% 이하의 인듐, 0.5 중량% 이하의 티타늄, 0.5 중량% 이하의 게르마늄, 0.5 중량% 이하의 희토류, 0.5 중량% 이하의 코발트, 5.0 중량% 이하의 알루미늄, 5.0 중량% 이하의 규소, 0.5 중량% 이하의 망간, 0.5 중량% 이하의 크롬, 0.5 중량% 이하의 철, 0.5 중량% 이하의 인, 0.5 중량% 이하의 금, 1 중량% 이하의 갈륨, 0.5 중량% 이하의 텔루륨, 0.5 중량% 이하의 셀레늄, 0.5 중량% 이하의 칼슘, 0.5 중량% 이하의 바나듐, 0.5 중량% 이하의 몰리브덴, 0.5 중량% 이하의 백금, 및 0.5 중량% 이하의 마그네슘 중 하나 이상; 선택적으로 0.5 중량% 이하의 니켈; 및 잔부의 주석을 임의의 불가피한 불순물과 함께 포함한다.

Description

고온 초고신뢰성 합금
본 발명은 일반적으로 야금 분야에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 땜납 합금에 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.
무연 땜납은 초기에 환경 및 건강 문제로 인해 그리고 통상적인 연질 땜납 합금의 대체물로서 개발되었다. 많은 통상적인 무연 땜납 합금은 대략 Sn-0.7 중량% Cu 공융 조성을 기반으로 한다. 주석-은-구리 시스템이 또한 전자 산업에서 납땜 재료에 대한 무연 대안품으로서 받아들여졌다. 예를 들어, 근공융(near-eutectic) 96.5Sn3.0Ag0.5Cu는 공융 Sn-Pb 땜납과 비교하여 우수한 피로 수명을 나타내는 반면, 약 217 내지 220℃ 범위의 융점을 갖는다.
최종 사용자로부터의 압력 또는 환경 지침으로 인해 무연 납땜 재료의 사용이 광범위해짐에 따라, 이러한 재료에 대한 적용 범위도 광범위해지고 있다. 예를 들어 LED 조명을 포함하는 자동차, 고전력 전자 장치 및 에너지와 같은 일부 분야에서, 땜납 합금은 비교적 더 긴 시간 동안 더 높은 온도에서, 예를 들어 150℃ 이상에서 작동하는 것이 바람직하다. 그러나, 96.5Sn3.0Ag0.5Cu 합금은 이러한 온도에서 잘 수행되지 않는다.
96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 대한 더 양호하게 수행되는 대안을 찾기 위한 다수의 시도가 이루어졌다. 미국 특허 제10,376,994B2호는 Sn, Ag 및 Cu에 기초한 납땜 재료에 관한 것이다. 미국 특허 출원 공개 제2016/0325384A1호는 가혹한 환경 및 전자 응용을 위한 고신뢰성 무연 땜납 합금에 관한 것이다. 유럽 특허 EP3321025A1호는 무연 땜납 합금, 플럭스 조성물, 땜납 페이스트 조성물, 전자 회로 기판 및 전자 제어 장치에 관한 것이다. 미국 특허 제10,195,698B2호는 무연 고신뢰성 땜납 합금에 관한 것이다. 미국 특허 제10,300,562B2호는 땜납 합금, 땜납 페이스트 및 전자 회로 기판에 관한 것이다. 국제특허 공개 WO2019/094242A1호는 고신뢰성 응용을 위한 표준 SAC 합금에 대한 저-은(low-silver) 주석-기반 대안적 땜납 합금에 관한 것이다. 국제특허 공개 WO2019/094243A1호는 극한 환경에서의 전자 응용을 위한 고신뢰성 무연 땜납 합금에 관한 것이다. 그러나, 이들 대안 중 어느 것도 고온 신뢰성과 유리한 기계적 특성의 유리한 조합을 제공하지 않는다.
본 발명은 종래 기술과 관련된 문제들 중 적어도 일부를 해결하거나 상업적으로 허용가능한 대안을 제공하는 것을 목표로 한다.
따라서, 제1 태양에서, 본 발명은 다음을 포함하는 무연 땜납 합금을 제공한다:
2.5 내지 5 중량%의 은;
0.01 내지 5 중량%의 비스무트;
1 내지 7 중량%의 안티몬;
0.01 내지 2 중량%의 구리;
6 중량% 이하의 인듐,
0.5 중량% 이하의 티타늄,
0.5 중량% 이하의 게르마늄,
0.5 중량% 이하의 희토류,
0.5 중량% 이하의 코발트,
5.0 중량% 이하의 알루미늄,
5.0 중량% 이하의 규소,
0.5 중량% 이하의 망간,
0.5 중량% 이하의 크롬,
0.5 중량% 이하의 철,
0.5 중량% 이하의 인,
0.5 중량% 이하의 금,
1 중량% 이하의 갈륨,
0.5 중량% 이하의 텔루륨,
0.5 중량% 이하의 셀레늄,
0.5 중량% 이하의 칼슘,
0.5 중량% 이하의 바나듐,
0.5 중량% 이하의 몰리브덴,
0.5 중량% 이하의 백금, 및
0.5 중량% 이하의 마그네슘 중 하나 이상;
선택적으로 0.5 중량% 이하의 니켈; 및
잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
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 무연이며, 이는 납이 의도적으로 첨가되지는 않음을 의미한다. 따라서, 납 함량은 0이거나 또는 우발적인 불순물 수준 이하이다.
땜납 합금은 개선된 고온 신뢰성을 나타낼 수 있으며 전형적으로 150℃ 이상의 작동 온도를 견딜 수 있다. 땜납 합금은 통상적인 96.5SnAg3.0Cu0.5 합금에 비해 개선된 기계적 특성 및 고온 크리프 저항성을 나타낼 수 있다.
땜납 합금은 높은 융점, 특히 210℃ 초과 260℃ 미만의 액상선 온도를 가질 수 있다. 땜납 합금은 바람직하게는 212℃ 초과, 더욱 바람직하게는 215℃ 초과, 더욱 더 바람직하게는 218℃ 초과, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 220℃ 초과의 액상선 온도를 갖는다. 더 높은 액상선 온도는 합금이 더 높은 온도 납땜 공정에서 사용될 수 있게 한다. 땜납 합금은 바람직하게는 250℃ 미만, 더욱 바람직하게는 240℃ 미만, 더욱 더 바람직하게는 235℃ 미만의 액상선 온도를 갖는다. 피크 리플로우(reflow) 온도는 전형적으로 액상선 온도보다 25 내지 30℃ 더 높고, 약 260℃ 초과의 리플로우 온도는 인쇄 회로 기판 및 구성요소를 손상시키는 것과 같은, 납땜 중의 다양한 문제를 초래할 수 있기 때문에 이러한 액상선 온도가 유리할 수 있다.
땜납 합금은 유리한 기계적 특성 및 유리한 납땜성을 나타낼 수 있다. 땜납 합금은 우수한 고온 크리프 특성 및 우수한 열기계적 특성 및 피로 수명, 예컨대 광범위한 온도 범위 및 긴 체류 시간을 커버하는 열 사이클링 또는 열 충격 시험에서 평가되는 것들을 나타낼 수 있다. 땜납 합금은, 예를 들어, -40 내지 150℃와 같은 가혹한 환경 조건에서, 각각의 온도에서 30분 체류 시간으로 우수한 열 사이클링 및/또는 열 충격 성능을 나타낼 수 있다.
합금화 첨가(alloying addition)는 침전 강화, 고용체 강화, 결정립 미세화 및 확산 제어와 같은 물리적 야금 메커니즘으로 인해 합금 미세구조 및 결과적으로 그의 특성을 변경하기 위해 사용된다.
유리하게는, 경도, 인장 강도 및 고온 크리프와 같은 땜납 합금의 기계적 특성의 크기가 96.5SnAg3.0Cu0.5의 2배 이상일 수 있다. 비스무트, 안티몬 및 인듐은, 예를 들어, 땜납 합금의 고상선 및 액상선 온도에 영향을 미친다. 이들 원소는 또한 주석에서 높은 고용도(solid solubility)를 갖고, 따라서 매트릭스의 고용체 강화에 상당히 기여할 수 있다. 고상선 또는 액상선 온도에서의 변화는 합금의 기계적 특성에 악영향을 미치는 것으로 보이지 않는다.
확산-의존적 크리프 변형은 상동 온도(homologous temperature), 즉, 절대 규모에서 재료의 용융 온도에 대한 시험 온도의 비에 따라 좌우된다. 땜납 합금의 상동 온도는 0.84 내지 0.86의 범위일 수 있다. 따라서, 땜납 합금의 용융 온도는 기계적 특성에 유의한 영향을 미치지 않는다.
고용체 및 침전 강화의 최적의 조합은 강한 매트릭스 중에 분포된 침전물 입자의 네트워크를 초래할 수 있다. 침전물 입자는 예를 들어 Ag3Sn 및 (Cu,Ni)6Sn5를 포함할 수 있다. 침전물 네트워크는 크리프 변형 동안 결정립계의 이동에 저항하여, 크리프 강도를 향상시킨다.
땜납 합금은 2.5 내지 5.0 중량%의 은을 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 2.8 내지 4.5 중량%의 은, 더욱 바람직하게는 3 내지 4 중량%의 은을 포함한다. 명시된 양의 은의 존재는, 예를 들어 Ag3Sn과 같은 네트워크-유사 금속간 화합물의 형성을 통해 기계적 특성, 예를 들어 강도를 개선하는 역할을 할 수 있다. 또한, 은의 존재는 습윤 및 확산을 개선할 수 있다. 더 높은 수준의 은, 특히 4.5 중량%보다 높은 수준의 은은 액상선 온도를 증가시킬 수 있으며, 땜납 매트릭스 내에 형성된 더 큰 Ag3Sn 침전물은 균열 개시 및 후속 파괴의 부위로서 작용할 수 있다. 더 낮은 함량의 은은 강도를 개선하는 데 도움이 될 수 있는 충분한 Ag3Sn 침전물을 형성하지 않을 수 있다.
땜납 합금은 0.01 내지 5 중량%의 비스무트를 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 1.0 내지 4.0 중량%의 비스무트, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 4.0 중량%의 비스무트, 더욱 더 바람직하게는 2.5 내지 4 중량%의 비스무트, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 2.8 내지 4 중량%의 비스무트, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 3 내지 4 중량%의 비스무트를 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 합금은 2.8 중량% 이상의 비스무트, 바람직하게는 3 중량% 이상의 비스무트를 포함한다. 명시된 양의 비스무트의 존재는 고용체 강화를 통해 기계적 특성을 개선하는 역할을 할 수 있다. 비스무트는 또한 크리프 저항성을 개선하도록 작용할 수 있다. 비스무트는 또한 습윤 및 확산을 개선할 수 있다. 그러나, 명시된 양을 초과하는 비스무트 첨가는 주석 중의 비스무트의 침전을 초래하여 더 취성인 합금을 초래할 수 있다.
땜납 합금은 1 내지 7 중량%의 안티몬을 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 1.0 내지 6.5 중량%의 안티몬, 더욱 바람직하게는 2 내지 6 중량%의 안티몬, 더욱 더 바람직하게는 3 내지 6 중량%의 안티몬, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 3.1 내지 6 중량%의 안티몬, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 3.2 내지 6 중량%의 안티몬을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 중량% 이상의 안티몬, 바람직하게는 3.1 중량% 이상의 안티몬, 더욱 더 바람직하게는 3.2 중량% 이상의 안티몬을 포함한다. 명시된 양의 안티몬의 존재는 고용체 강화를 통해 기계적 특성을 개선하는 역할을 할 수 있다. 안티몬은 또한 크리프 저항성 및 열 피로 저항성을 개선하도록 작용할 수 있다. 안티몬은 또한 합금의 액상선 온도를 증가시킬 수 있다. 명시된 범위 미만의 안티몬 첨가는 기계적 강도 및 열 피로 저항성의 필요한 개선을 갖지 않을 수 있다. 명시된 범위 초과의 안티몬 첨가는 규정된 리플로우 온도가 또한 증가하도록 액상선 온도를 증가시킬 수 있다. 260℃보다 높은 리플로우 온도는 인쇄 회로 기판 및 구성요소를 손상시키는 것과 같은, 납땜 중의 다양한 문제를 초래할 수 있다.
땜납 합금은 0.01 내지 2 중량%의 구리를 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.3 내지 1.2 중량%의 구리, 바람직하게는 0.4 내지 0.8 중량%의 구리를 포함한다. 명시된 양의 구리의 존재는 Cu-Sn 금속간 화합물의 형성을 통해 기계적 특성, 예를 들어 강도를 개선하는 역할을 할 수 있다. 명시된 범위의 구리 첨가는 합금을 강화하는 데 필요한 최적의 양의 금속 간 화합물 침전물을 생성한다.
땜납 합금은 선택적으로 0.5 중량% 이하, 예를 들어 0.001 내지 0.5 중량%의 니켈을 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 니켈을 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 0.4 중량%의 니켈, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.3 중량%의 니켈, 더욱 더 바람직하게는 0.02 내지 0.2 중량%의 니켈을 포함한다. 명시된 양의 니켈의 존재는 주석과 구리의 금속간 화합물의 형성을 통해 기계적 특성을 개선하는 역할을 할 수 있으며, 이는 침전 강화를 초래할 수 있다. 또한, 니켈의 존재는 구리 용해 속도를 감소시키도록 작용할 수 있다. 니켈은 또한 기재(substrate)/땜납 계면에서 IMC 성장을 감소시킴으로써 열적 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 6 중량% 이하의 인듐, 예를 들어 0.001 내지 6 중량%의 인듐을 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 인듐을 포함한다: 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 5.5 중량%의 인듐, 더욱 바람직하게는 0.02 내지 4 중량%의 인듐, 더욱 더 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%의 인듐을 포함한다. 명시된 양의 인듐의 존재는 고용체 강화 및/또는 침전물 강화를 통해 기계적 특성을 개선하도록 작용할 수 있다. 인듐의 첨가는 또한 고상선 및 액상선 온도를 감소시킬 수 있으며, 고상선 온도를 감소시키는 데 더 큰 효과가 있다. 더 높은 수준의 인듐은 합금의 장기간 신뢰성에 악영향을 미치는 저온 상의 형성을 초래할 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 0.5 중량% 이하의 티타늄, 예를 들어 0.01 내지 0.5 중량%의 티타늄을 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 티타늄을 포함한다: 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 0.3 중량%의 티타늄, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 0.2 중량%의 티타늄, 더욱 더 바람직하게는 0.007 내지 0.05 중량%의 티타늄을 포함한다. 명시된 양으로 티타늄의 존재는 강도, 고체 상태 계면 반응 및 열기계적 신뢰성 중 하나 이상을 개선할 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 0.5 중량% 이하의 게르마늄, 예를 들어 0.01 내지 0.5 중량%의 게르마늄을 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 게르마늄을 포함한다:
땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 0.3 중량%의 게르마늄, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.1 중량%의 게르마늄, 더욱 더 바람직하게는 0.001 내지 0.02 중량%의 게르마늄을 포함한다. 게르마늄의 존재는 입자 분산을 통해 기계적 특성을 개선하도록 작용할 수 있다. 게르마늄은 또한 탈산화에 도움이 될 수 있고 또한 습윤성 및 땜납 접합부 강도 및 외관을 개선할 수 있다. 또한, 니켈 및/또는 티타늄과 조합된 게르마늄은 열기계적 피로 특성을 개선할 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 0.5 중량% 이하의 희토류, 예를 들어 0.001 내지 0.5 중량%의 희토류를 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 희토류를 포함한다: 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.
땜납 합금은 바람직하게는 0.002 내지 0.3 중량%의 희토류, 더욱 바람직하게는 0.003 내지 0.05 중량%의 희토류를 포함한다. 바람직한 희토류에는 세륨, 네오디뮴 및 란타넘이 포함된다. 희토류의 존재는 입자 분산 및/또는 미세구조 변경에 의해 기계적 특성을 개선하도록 작용할 수 있다. 희토류는 확산 및 습윤성을 개선하도록 작용할 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 0.5 중량% 이하의 코발트, 예를 들어 0.001 내지 0.5 중량%의 코발트를 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 코발트를 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.01 내지 0.2 중량%의 코발트, 바람직하게는 0.01 내지 0.2 중량%의 코발트, 더욱 더 바람직하게는 0.02 내지 0.1 중량%의 코발트를 포함한다. 명시된 양의 코발트의 존재는 땜납의 강도 및/또는 고온 특성을 개선할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 합금은 "코발트-무함유"이다. 이는 코발트의 고비용 및 코발트의 독성을 고려할 때 유리할 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 5 중량% 이하의 알루미늄, 예를 들어 0.001 내지 5 중량%의 알루미늄을 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 알루미늄을 포함한다. 땜납은 바람직하게는 0.001 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 2 중량%의 알루미늄, 더욱 더 바람직하게는 0.01 내지 1.5 중량%의 알루미늄, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 0.015 내지 1 중량%의 알루미늄, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 0.02 내지 0.08 중량%의 알루미늄을 포함한다. 언급된 양의 알루미늄의 존재는 땜납의 피로 수명을 개선할 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 5 중량% 이하의 규소, 예를 들어 0.001 내지 5 중량%의 규소를 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 규소를 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 0.001 내지 3 중량%의 규소, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 2 중량%의 규소, 더욱 더 바람직하게는 0.01 내지 1.5 중량%의 규소, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 0.015 내지 1 중량%의 규소, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 0.02 내지 0.08 중량%의 규소를 포함한다. 언급된 양의 규소의 존재는 땜납의 기계적 특성, 피로 수명, 및 열 및 전기 전도성을 개선할 수 있다.
땜납 합금은 선택적으로 다음 중 하나 이상을 포함한다: 0.5 중량% 이하의 크롬, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 크롬; 0.5 중량% 이하의 망간, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 망간, 더욱 바람직하게는 0.003 내지 0.015 중량%의 망간, 더욱 더 바람직하게는 0.005 내지 0.01 중량%의 망간; 0.5 중량% 이하의 철, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 철, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1 중량%의 철, 더욱 더 바람직하게는 0.015 내지 0.035 중량%의 철 또는 0.85 내지 0.95 중량%의 철; 0.5 중량% 이하의 인, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 인; 0.5 중량% 이하의 금, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 금; 1 중량% 이하의 갈륨, 바람직하게는 0.01 내지 0.9 중량%의 갈륨, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.8 중량%의 갈륨, 더욱 더 바람직하게는 0.4 내지 0.6 중량%의 갈륨; 0.5 중량% 이하의 텔루륨, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 텔루륨; 0.5 중량% 이하의 셀레늄, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 셀레늄; 0.5 중량% 이하의 칼슘, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 칼슘; 0.5 중량% 이하의 바나듐, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 바나듐; 0.5 중량% 이하의 몰리브덴, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 몰리브덴; 0.5 중량% 이하의 백금, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 백금; 및 0.5 중량% 이하의 마그네슘, 바람직하게는 0.001 내지 0.5 중량%의 마그네슘. 알루미늄, 칼슘, 갈륨, 게르마늄, 마그네슘, 인 및 바나듐은 탈산화제로서 작용할 수 있으며 또한 습윤성 및 땜납 접합부 강도를 개선할 수 있다. 금, 크롬, 철, 망간, 몰리브덴, 백금, 셀레늄 및 텔루륨과 같은 다른 원소 첨가는 강도 및 계면 반응을 개선하도록 작용할 수 있다. 규소와 조합된 알루미늄은 합금의 강도 및 신뢰성 성능을 개선하도록 작용할 수 있다. 규소와 조합된 게르마늄은 또한 합금의 강도 및 신뢰성 성능을 개선할 수 있다.
땜납 합금은 바람직하게는 니켈, 티타늄, 게르마늄, 인듐, 망간, 희토류, 코발트, 알루미늄, 규소, 크롬, 철, 인, 금, 갈륨, 텔루륨, 셀레늄, 칼슘, 바나듐, 몰리브덴, 백금 및 마그네슘으로부터 선택되는, 바람직하게는 니켈, 티타늄, 게르마늄, 인듐, 망간, 희토류, 코발트, 규소, 철 및 갈륨으로부터 선택되는 1 내지 3개의 원소, 바람직하게는 1 또는 2개의 원소, 더욱 바람직하게는 2개의 원소를 포함한다. 땜납 합금은 바람직하게는 니켈 및 인듐, 또는 니켈 및 망간, 또는 니켈 및 게르마늄, 또는 니켈, 인듐 및 네오디뮴, 또는 니켈 및 티타늄, 또는 니켈 및 세륨, 또는 인듐, 또는 인듐, 티타늄 및 게르마늄, 또는 니켈, 또는 네오디뮴, 또는 게르마늄, 또는 규소, 또는 니켈 및 철, 또는 니켈 및 규소, 또는 니켈 및 코발트, 또는 코발트 및 망간, 또는 망간, 또는 망간 및 철, 또는 코발트 및 게르마늄, 또는 코발트 및 티타늄, 또는 니켈 및 갈륨, 또는 인듐 및 코발트를 포함한다. 이러한 합금은 유리한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
땜납 합금은 바람직하게는 니켈과, 티타늄, 게르마늄, 인듐, 망간, 희토류, 코발트, 알루미늄, 규소, 크롬, 철, 인, 금, 갈륨, 텔루륨, 셀레늄, 칼슘, 바나듐, 몰리브덴, 백금 및 마그네슘 중 하나, 바람직하게는 니켈, 티타늄, 게르마늄, 인듐, 망간, 희토류, 코발트, 규소, 철 및 갈륨으로부터 선택되는 것, 바람직하게는 티타늄, 게르마늄, 망간, 코발트 및 인듐 중 하나, 더욱 바람직하게는 티타늄, 게르마늄 및 망간 중 하나를 포함한다. 이러한 합금은 유리한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
안티몬의 중량%는 바람직하게는 비스무트의 중량%보다 더 크다. 이러한 합금은 유리한 기계적 특성, 특히 높은 강도를 나타낼 수 있다. 비스무트 함량이 또한 약 4 중량%를 초과하지 않도록 제어되는 경우, 높은 강도가 낮은 취성과 조합될 수 있다.
안티몬의 중량%와 비스무트의 중량%의 합은 바람직하게는 6.5 이상, 더욱 바람직하게는 7.5 이상이다. 이는 합금의 강도를 증가시킬 수 있다. 안티몬의 중량%와 비스무트의 중량%의 합은 바람직하게는 12 이하, 더욱 바람직하게는 11 이하이다. 이것은 낮은 고상선-액상선 갭, 전형적으로 약 14℃ 이하를 초래할 수 있다. 이는 또한 불리하게 높은 액상선 온도의 발생을 피할 수 있다. 예를 들어, 안티몬의 중량%와 비스무트의 중량%의 합은 바람직하게는 6.5 내지 12, 더욱 바람직하게는 6.5 내지 11, 더욱 더 바람직하게는 7.5 내지 10이다. 이러한 합금은 유리한 기계적 특성을 나타낼 수 있다. 특히, 이러한 합금은 높은 강도와 낮은, 전형적으로 약 14℃ 미만인 고상선-액상선 온도 간격, 및 바람직한 액상선 온도의 유리한 조합을 나타낼 수 있다. 비스무트 함량이 또한 4 중량%를 초과하지 않도록 제어되는 것과 함께, 안티몬의 중량%와 비스무트의 중량%의 합이 상기 양으로 제어되는 경우, 특히 유리한 기계적 특성이 얻어질 수 있다. 그 근거는 다음과 같다. 비스무트는 약 4 중량%의 최대 용해도를 갖는 반면, 안티몬은 실온에서 Sn 중 3 중량%의 최대 용해도를 갖는다. 안티몬은 적어도 최대 150℃에서 상당한 고용체 강화에 기여한다. 비스무트의 최대 용해도를 초과하지 않는 경우, 안티몬의 더 큰 강도-향상 효과가 얻어진다. 약 4 중량% 초과의 비스무트 함량은 과량의 비스무트가 침전되기 때문에 강도의 추가 증가를 초래하지 않을 수 있으며, 합금의 취성을 증가시킴으로써 심지어 기계적 거동에 해로울 수 있다.
특히 바람직한 실시 형태에서, 합금은
2.5 내지 4 중량%의 은;
2.8 내지 4.2 중량%의 비스무트, 바람직하게는 2.8 내지 4 중량%의 비스무트;
3.2 내지 6.2 중량%의 안티몬;
0.4 내지 0.8 중량%의 구리;
0.04 내지 0.18 중량%의 니켈;
0.007 내지 0.05 중량%의 티타늄,
0.001 내지 0.02 중량%의 게르마늄, 및
0.005 내지 0.01 중량%의 망간 중 하나; 및
잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지며,
안티몬의 중량%는 비스무트의 중량%보다 더 크고,
안티몬의 중량%와 비스무트의 중량%의 합은 6.5 이상이다.
이러한 합금은 유리한 기계적 특성, 유리한 납땜성, 우수한 고온 크리프 특성 및 우수한 열기계적 특성 및 피로 수명, 예컨대 광범위한 온도 범위 및 긴 체류 시간을 커버하는 열 사이클링 또는 열 충격 시험에서 평가되는 것들의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다. 또한, 이러한 합금은 "코발트-무함유"이다. 이는 코발트의 고비용 및 코발트의 독성을 고려할 때 유리할 수 있다.
다른 특히 바람직한 실시 형태에서, 땜납 합금은
3 내지 5 중량%의 은;
0.01 내지 0.2 중량%의 비스무트;
4 내지 6 중량%의 안티몬;
0.3 내지 1 중량%의 구리;
6 중량% 이하의 인듐,
0.5 중량% 이하의 티타늄,
0.5 중량% 이하의 게르마늄,
0.5 중량% 이하의 희토류,
0.5 중량% 이하의 코발트,
5.0 중량% 이하의 알루미늄,
5.0 중량% 이하의 규소,
0.5 중량% 이하의 망간,
0.5 중량% 이하의 크롬,
0.5 중량% 이하의 철,
0.5 중량% 이하의 인,
0.5 중량% 이하의 금,
1 중량% 이하의 갈륨,
0.5 중량% 이하의 텔루륨,
0.5 중량% 이하의 셀레늄,
0.5 중량% 이하의 칼슘,
0.5 중량% 이하의 바나듐,
0.5 중량% 이하의 몰리브덴,
0.5 중량% 이하의 백금,
0.5 중량% 이하의 마그네슘 중 하나 이상; 및
잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.
이러한 합금은 유리한 기계적 특성, 유리한 납땜성, 우수한 고온 크리프 특성 및 우수한 열기계적 특성 및 피로 수명, 예컨대 광범위한 온도 범위 및 긴 체류 시간을 커버하는 열 사이클링 또는 열 충격 시험에서 평가되는 것들의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다. 이러한 합금은 "니켈-무함유"일 수 있으며, 즉 불가피한 불순물 수준 이하로 니켈을 함유할 수 있다. 이는 유리할 수 있는데, 니켈은 독성이 있고 특정 관할 구역에서는 소비자와 접촉하게 되는 상품에 대한 사용이 금지되기 때문이다. 합금은 언급된 원소들로 이루어질 수 있다.
땜납 합금은 바람직하게는 16℃ 미만, 바람직하게는 14℃ 이하, 더욱 더 바람직하게는 12℃ 이하의 고상선-액상선 온도 갭을 갖는다. 너무 큰 고상선-액상선 온도 갭은 땜납의 완전한 고화 전에 형성된 걸쭉한(mushy) 구역으로 인해 납땜 결함을 초래할 수 있다.
땜납 합금은 바람직하게는 바(bar), 스틱(stick), 중실 또는 용제 코어형(flux cored) 와이어, 포일(foil) 또는 스트립(strip), 필름, 예비성형품(preform), 분말 또는 페이스트(분말+용제 블렌드), 볼 그리드 어레이 접합부에 사용하기 위한 땜납 구체, 예비성형된 땜납편(solder piece) 또는 리플로우되거나 고화된 땜납 접합부의 형태이거나, 또는 임의의 유형의 인쇄 회로 기판 또는 광기전 응용을 위한 구리 리본과 같은 임의의 납땜가능한 재료 상에 사전-적용된 것이다.
합금은 전형적으로 70 중량% 이상의 주석, 더욱 전형적으로 80 중량% 이상의 주석, 더욱 더 전형적으로 84 중량% 이상의 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, 안티몬 및 구리)에 더하여, 다른 명시되지 않은 원소가 조성물에 존재할 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명의 합금은 상응하는 순수한 원소들을 혼합하여 또는 사전제조된 합금을 임의의 폼 팩터(form factor)로 혼합하여, 그리고 그의 최종 조성이 본 명세서에 기재된 세목에 포함되는 경우 임의의 제조 방법을 사용하여 제조될 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 2.8 내지 3.2 중량%의 은, 2.8 내지 3.2 중량%의 비스무트, 4.5 내지 5.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.8 중량%의 구리, 0.08 내지 0.2 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어진다. 이러한 합금은 유리한 기계적 특성, 유리한 납땜성, 우수한 고온 크리프 특성 및 우수한 열기계적 특성 및 피로 수명, 예컨대 광범위한 온도 범위 및 긴 체류 시간을 커버하는 열 사이클링 또는 열 충격 시험에서 평가되는 것들의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 2.8 내지 3.2 중량%의 은, 2.8 내지 3.2 중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.8 중량%의 구리, 0.08 내지 0.2 중량%의 니켈, 0.005 내지 0.02 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어진다. 이러한 합금은 유리한 기계적 특성, 유리한 납땜성, 우수한 고온 크리프 특성 및 우수한 열기계적 특성 및 피로 수명, 예컨대 광범위한 온도 범위 및 긴 체류 시간을 커버하는 열 사이클링 또는 열 충격 시험에서 평가되는 것들의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3.1 내지 3.7 중량%의 은, 3 내지 3.5 중량%의 비스무트, 3 내지 3.8 중량%의 안티몬, 0.4 내지 0.9 중량%의 구리, 0.01 내지 0.9 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3.2 내지 3.9 중량%의 은, 3.5 내지 4.5 중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.9 중량%의 구리, 0.05 내지 0.12 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어진다. 이러한 합금은 유리한 기계적 특성, 유리한 납땜성, 우수한 고온 크리프 특성 및 우수한 열기계적 특성 및 피로 수명, 예컨대 광범위한 온도 범위 및 긴 체류 시간을 커버하는 열 사이클링 또는 열 충격 시험에서 평가되는 것들의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3.5 내지 4.2 중량%의 은, 0.01 내지 0.1 중량%의 비스무트, 5 내지 6 중량%의 안티몬, 0.4 내지 0.9 중량%의 구리, 0.001 내지 0.01 중량%의 게르마늄, 0.2 내지 0.8 중량%의 인듐, 0.02 내지 0.08 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어진다. 이러한 합금은 유리한 기계적 특성, 유리한 납땜성, 우수한 고온 크리프 특성 및 우수한 열기계적 특성 및 피로 수명, 예컨대 광범위한 온도 범위 및 긴 체류 시간을 커버하는 열 사이클링 또는 열 충격 시험에서 평가되는 것들의 특히 유리한 조합을 나타낼 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 1 내지 3 중량%의 안티몬, 2 내지 4 중량%의 비스무트, 0.3 내지 1 중량%의 구리, 0.1 내지 0.25 중량%의 니켈, 0.5 내지 3.5 중량%의 인듐, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 202.8 내지 217.9℃의 용융 범위를 갖는데, 이는 통상적인 96.5Sn3.0Ag0.5Cu 합금의 근공융 온도보다 낮다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 경도의 크기의 약 2배인 경도 및 인장 강도를 갖는다. 크리프 파단 시간은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 2.5배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 대략 3.1 중량%의 비스무트, 대략 2.1 중량%의 안티몬, 대략 0.8 중량%의 구리, 대략 0.25 중량%의 니켈, 대략 3.3 중량%의 인듐 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4.5 중량%의 은, 1 내지 3 중량%의 안티몬, 2.5 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 1.5 중량%의 구리, 0.1 내지 0.25 중량%의 니켈, 0.5 내지 1.5 중량%의 인듐, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 209.7 내지 223.5℃의 용융 범위 및 96.5SnAg3.0Cu0.5의 경도의 크기의 약 2배인 경도를 갖는다. 이러한 합금의 크리프 파단 시간은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 2.5배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 2.1 중량%의 안티몬, 0.75 중량%의 구리, 0.2 중량%의 니켈, 1.2 중량%의 인듐 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4.5 중량%의 은, 2 내지 4 중량%의 비스무트, 3.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.5 내지 1.5 중량%의 구리, 0.05 내지 0.2 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 203.3 내지 236.1℃의 용융 범위 및 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 2배 초과인 인장 강도 및 크리프 파단 시간을 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.6 중량%의 은, 3.9 중량%의 비스무트, 4 중량%의 안티몬, 0.7 중량%의 구리, 0.1 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4.5 중량%의 비스무트, 5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.5 내지 1 중량%의 구리, 0.05 내지 0.2 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 합금은 바람직하게는 3.2 내지 4 중량%의 은, 3.5 내지 4.5 중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.09 중량%의 구리, 0.05 내지 0.12 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어진다. 그러한 합금은 197.4 내지 231.6℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 4.2 중량%의 비스무트, 6.1 중량%의 안티몬, 0.7 중량%의 구리, 0.1 중량%의 니켈, 0.005 중량%의 망간 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 3.5 내지 4.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.8 중량%의 구리, 0.02 내지 0.3 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.002 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 211.4 내지 225.50C의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 인장 강도 및 크리프 파단 시간의 2배 초과를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 3.2 중량%의 은, 3.4 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.15 중량%의 니켈, 0.001의 게르마늄 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 2.5 내지 3.5 중량%의 비스무트, 4 내지 5.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.8 중량%의 구리, 0.1 내지 0.2 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.002 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 215.2 내지 228.30C의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 인장 강도의 2배 초과를 갖는다. 이러한 합금의 크리프 파단 시간은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 4배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.2 중량%의 은, 3 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 4.9 중량%의 안티몬, 0.15 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 게르마늄 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.3 내지 0.8 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 인듐, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.03 내지 0.1 중량%의 니켈, 0 내지 0.005 중량%의 일부 희토류 원소(바람직하게는 네오디뮴) 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 186.9 내지 232.9℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 크리프 강도의 4배 및 인장 강도의 3배 초과를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 3.5 중량%의 은, 3.7 중량%의 비스무트, 0.55 중량%의 구리, 3.4 중량%의 인듐, 6.1 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 0.002의 네오디뮴, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 2.5 내지 4 중량%의 비스무트, 0.3 내지 0.8 중량%의 구리, 5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.1 내지 0.2 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 202.5 내지 234.5℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금의 인장 강도는 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 2배 초과이고 크리프 파단 시간은 그보다 6배 더 길다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 3.2의 은, 3의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 5.9의 안티몬, 0.15 중량%의 니켈, 0.006 중량%의 티타늄 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 1 중량%의 구리, 1 내지 2 중량%의 인듐, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.18 내지 0.25 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 214.3 내지 228.4℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 2배이고 크리프 파단 시간이 4배이다. 이러한 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.1 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 1.15 중량%의 인듐, 6.1 중량%의 안티몬, 0.25 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 1 중량%의 구리, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.2 내지 0.3 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 214 내지 230.4OC의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 2배이고 크리프 파단 시간이 3배 초과이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 3.5 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 6.2 중량%의 안티몬, 0.3 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.4 내지 0.7 중량%의 구리, 2.5 내지 3.5 중량%의 인듐, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 195.3 내지 229.3OC의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 3배 초과이고 크리프 파단 시간이 4배 초과이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 3.7 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.4 중량%의 인듐, 6.1 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.4 내지 0.6 중량%의 구리, 2.5 내지 3.5 중량%의 인듐, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.001 내지 0.01 중량%의 티타늄, 0.0008 내지 0.002 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 186.5 내지 232.5℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 3배이고 크리프 파단 시간이 3배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 3.8 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.4 중량%의 인듐, 6.1 중량%의 안티몬, 0.006 중량%의 티타늄, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.8 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.05 내지 0.1 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.002 중량%의 게르마늄, 및 잔부와 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 198.9 내지 230.9℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 2배 초과이고 크리프 파단 강도가 3배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.6 중량%의 은, 3.9 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.09 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.8 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.03 내지 0.08 중량%의 니켈, 0.01 내지 0.03 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 198.9 내지 227.6℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 2배이고 크리프 파단 시간이 3배 초과이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.5 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 0.02 중량%의 티타늄 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 2.5 내지 3.5 중량%의 은, 2.5 내지 3.5 중량%의 비스무트, 0.3 내지 0.6 중량%의 구리, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.01 내지 0.04 중량%의 니켈, 0.01 내지 0.03 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 202.6 내지 229.2℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 3배 초과이고 크리프 파단 강도의 6배 초과이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 6.1 중량%의 안티몬, 0.03 중량%의 니켈, 0.02 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 2.5 내지 3.5 중량%의 은, 2.5 내지 3.5 중량%의 비스무트, 0.3 내지 0.6 중량%의 구리, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.001 내지 0.015 중량%의 니켈, 0.015 내지 0.035 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 203.3 내지 229.7℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 3배 초과이고 크리프 파단 강도의 6배 초과이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 6.1 중량%의 안티몬, 0.01 중량%의 니켈, 0.03 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.4 내지 0.8 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.03 내지 0.05 중량%의 티타늄, 0.005 내지 0.01 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 203.8 내지 226.5℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도가 2배 초과이고 크리프 파단 강도가 4배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.4 중량%의 은, 3.5 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.4%의 안티몬, 0.002 중량%의 티타늄, 0.007 중량%의 게르마늄 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.8 중량%의 구리, 4.5 내지 5.5 중량%의 안티몬, 0.09 내지 0.15 중량%의 니켈, 0.02 내지 0.05 중량%의 티타늄, 0.0008 내지 0.0014 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 5.1 중량%의 안티몬, 0.14 중량%의 니켈, 0.04 중량%의 티타늄, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.8 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.001 내지 0.012 중량%의 네오디뮴, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 210.8 내지 224.5℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 크리프 강도가 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 거의 4배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.8 중량%의 안티몬, 0.005 중량%의 네오디뮴, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.4 내지 0.7 중량%의 구리, 0.02 내지 0.07 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.005 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 202.9 내지 224.6℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 크리프 강도가 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 2.5배이다. 이 실시 형태의 하나의 이러한 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 4.16 중량%의 비스무트, 3.9 중량%의 안티몬, 0.5 중량%의 구리, 0.06 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 4 내지 6 중량%의 안티몬, 0.4 내지 0.7 중량%의 구리, 2.5 내지 3.5 중량%의 인듐, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 195.8 내지 228.60C의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 크리프 강도가 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 2배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.8 중량%의 은, 4.2 중량%의 비스무트, 4.7 중량%의 안티몬, 0.5 중량%의 구리, 3.2 중량%의 인듐, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 1 내지 2 중량%의 비스무트, 1 내지 2 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.008 내지 0.02 중량%의 알루미늄, 0.005 내지 0.01 중량%의 규소, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 217.52 내지 227.05℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.8 중량%의 은, 1.6 중량%의 비스무트, 1.3 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.015 중량%의 알루미늄, 0.007 중량%의 규소, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.5 내지 0.8 중량%의 구리, 0.03 내지 0.06 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.008 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 212.8 내지 224.5℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.4 중량%의 은, 3.3 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.4 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈 및 0.001 중량%의 게르마늄을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3.5 내지 5 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.8 중량%의 구리, 1 내지 3 중량%의 안티몬, 0.1 내지 0.2 중량%의 니켈 및 0.01 내지 0.02 중량%의 철, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 209.9 내지 221.2℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 크리프 강도가 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 3배이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.4 중량%의 은, 4.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 2.1 중량%의 안티몬, 0.2 중량%의 니켈, 0.02 중량%의 철, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3.5 내지 4 중량%의 은, 0.02 내지 1 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 0.1 내지 1 중량%의 인듐, 4.5 내지 6 중량%의 안티몬, 0.03 내지 0.1 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 222.6 내지 232.3℃의 용융 범위를 갖는다. 이러한 합금은 크리프 파단 강도가 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 7배 초과이다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.8 중량%의 은, 0.06 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 0.6 중량%의 인듐, 5.3 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 2.8 내지 3.8 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.8 중량%의 구리, 3.5 내지 4.5 중량%의 안티몬, 0.02 내지 0.1 중량%의 니켈, 0.01 내지 0.025 중량%의 규소, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 214.4 내지 225.6℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 4.1 중량%의 안티몬, 0.03 중량%의 니켈, 0.006 중량%의 규소, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 2.5 내지 3.5 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.8 중량%의 구리, 0.02 내지 0.1 중량%의 니켈, 0.01 내지 0.03 중량%의 철, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 214.4 내지 226.7℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.6 중량%의 은, 3 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.03 중량%의 철, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 2.5 내지 3.5 중량%의 은, 2.5 내지 3.5 중량%의 비스무트, 0.4 내지 0.6 중량%의 구리, 5 내지 6 중량%의 인듐, 1 내지 2 중량%의 안티몬, 0.02 내지 0.08 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 195.1 내지 211.8℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 6 중량%의 인듐, 1.6 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.02 내지 0.1 중량%의 니켈, 0.02 내지 0.08 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 209.6 내지 224.9℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.4 중량%의 은, 3.6 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.6 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.06 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 2.5 내지 3.5 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 0.03 내지 0.1 중량%의 코발트, 0.001 내지 0.005 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 210 내지 225.3℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 3.6 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 코발트, 0.002 중량%의 망간 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3.5 내지 4.5 중량%의 안티몬, 0.002 내지 0.01 중량%의 망간을 포함한다. 이러한 합금은 213.9 내지 224.6℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.006 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3.5 내지 4.5 중량%의 안티몬, 0.001 내지 0.005 중량%의 망간, 0.01 내지 0.1 중량%의 철, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 214.7 내지 224.6℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.003 중량%의 망간, 0.09 중량%의 철 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3.5 내지 4.5 중량%의 안티몬, 0.01 내지 0.1 중량%의 니켈, 0.01 내지 0.1 중량%의 코발트, 0.005 내지 0.015 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 215 내지 225.7℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.05 중량%의 코발트, 0.01 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 2.5 내지 3.5 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 4.5 내지 5.5 중량%의 안티몬, 0.02 내지 0.07 중량%의 코발트, 0.01 내지 0.05 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 213.8 내지 228.5℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 5 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 코발트, 0.04 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 0.02 내지 0.1 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 4.5 내지 5.5 중량%의 안티몬, 0.1 내지 1 중량%의 갈륨, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 221.9 내지 229.3℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.7 중량%의 은, 0.08 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 5.2 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.5 중량%의 갈륨, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 0.01 내지 0.1 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 0.4 내지 0.7 중량%의 인듐, 4.5 내지 5.5 중량%의 안티몬, 0.02 내지 0.08 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 221.6 내지 229.7℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.7 중량%의 은, 0.07 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 0.6 중량%의 인듐, 5.2 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 0.5 내지 2 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3.5 내지 4.5 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 219.1 내지 227.5℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.7 중량%의 은, 1.1 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 2.5 내지 3.5 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 216.2 내지 226.9℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.7 중량%의 은, 2.1 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3 내지 4 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 212.5 내지 224.8℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.8 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.6 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 3.5 내지 4.5 중량%의 비스무트, 0.5 내지 0.7 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 210.7 내지 223.9℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.5 중량%의 은, 4 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.6 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 4.5 내지 5.5 중량%의 비스무트, 0.4 내지 0.6 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 209.5 내지 222.7℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.1 중량%의 은, 5.1 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.7 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 합금은 3 내지 4 중량%의 은, 5.5 내지 6.5 중량%의 비스무트, 0.4 내지 0.7 중량%의 구리, 3 내지 4 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 합금은 206.2 내지 220.8℃의 용융 범위를 갖는다. 이 실시 형태의 하나의 구체적인 예에서, 합금은 대략 3.2 중량%의 은, 6 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.2 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
추가의 태양에서, 본 발명은 다음을 포함하는 무연 땜납 합금을 제공한다:
(a) 2.5 내지 5 중량%의 은
(b) 0.01 내지 5 중량%의 비스무트
(c) 1.0 내지 7.0 중량%의 안티몬
(d) 0.01 내지 2.0 중량%의 구리
(e) 다음 원소들 중 적어도 하나
0.5 중량% 이하의 니켈
0.5 중량% 이하의 티타늄
0.5 중량% 이하의 게르마늄
5.0 중량% 이하의 인듐
0.5 중량% 이하의 망간
네오디뮴, 세륨, 란타넘과 같은, 0.5 중량%이하의 희토류
5.0 중량% 이하의 알루미늄
5.0 중량% 이하의 규소
(f) 선택적으로 하기 원소들 중 하나 이상
0 내지 0.5 중량%의 크롬
0 내지 0.5 중량%의 철
0 내지 0.5 중량%의 인
0 내지 0.5 중량%의 금
0 내지 0.5 중량%의 갈륨
0 내지 0.5 중량%의 텔루륨
0 내지 0.5 중량%의 셀레늄
0 내지 0.5 중량%의 칼슘
0 내지 0.5 중량%의 바나듐
0 내지 0.5 중량%의 몰리브덴
0 내지 0.5 중량%의 백금
0 내지 0.5 중량%의 마그네슘
(g) 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물.
제1 태양의 이점 및 바람직한 특징은 이 태양에 동일하게 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 용제를 포함한다.
추가의 태양에서, 본 발명은 땜납 접합부를 형성하는 방법을 제공하며, 이 방법은
(i) 접합될 2개 이상의 공작물(work piece)을 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.
추가의 태양에서, 본 발명은 납땜 방법에서의 본 명세서에 기재된 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, 땜납 디핑(solder dipping), 및 리워크 납땜(rework soldering)으로부터 선택된다.
추가의 태양에서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 땜납 합금을 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은
언급된 원소들을 제공하는 단계, 및
언급된 원소들을 용융시키는 단계를 포함하며,
언급된 원소들은 개별 원소의 형태로 및/또는 언급된 원소들 중 하나 이상을 함유하는 하나 이상의 합금의 형태로 제공될 수 있다.
본 발명은 이제 추가로 하기의 비제한적인 실시예와 관련하여 설명될 것이다.
실시예 1 - 합금 1
합금 1은 3 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 2.1 중량%의 안티몬, 0.8 중량%의 구리, 3.3 중량%의 인듐, 0.2 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 1은 202.8 내지 217.9℃의 용융 범위; 및 28.6 Hv의 비커스(Vickers) 경도를 갖는다.
실시예 1a - 합금 1a (참조예)
합금 1a는 3.8 중량%의 은, 3 중량%의 비스무트, 1.4 중량%의 안티몬, 0.7 중량%의 구리, 0.15 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
실시예 1b - 합금 1b (참조예)
합금 1b는 3.3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 3 중량%의 안티몬, 0.7 중량%의 구리, 0.04 중량%의 니켈, 0.01 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
실시예 2 - 합금 2
합금 2는 3 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 2.1 중량%의 안티몬, 0.7 중량%의 구리, 0.2 중량%의 니켈, 1.2 중량%의 인듐, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 2는 209.7 내지 223.5℃의 용융 범위; 및 27.2 Hv의 비커스 경도를 갖는다.
실시예 3 - 합금 3
합금 3은 3.6 중량%의 은, 3.9 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.09 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 3은 203.3 내지 236.1℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 4 - 합금 4
합금 4는 3.5 중량%의 은, 4.1 중량%의 비스무트, 6.1 중량%의 안티몬, 0.7 중량%의 구리, 0.1 중량%의 니켈, 0.004 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 4는 197.4 내지 231.6℃의 용융 범위를 갖는다.
도 6에 나타나 있는 이 합금의 주조된 그대로의 미세구조의 단면은 주석 매트릭스 내의 Ag3Sn의 분포를 보여준다. 더 큰 (Cu,Ni)6Sn5 침전물 및 일부 미세한 침전물인 주석-비스무트 금속간 화합물이 또한 관찰된다. 이러한 미세구조는 고용체 및 침전 강화의 예이며, 이는 합금 강화 및 그의 개선된 기계적 특성에 기여한다.
실시예 7 - 합금 7
합금 7은 3.2 중량%의 은, 3.4 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.16 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 211.4 내지 225.5℃이다.
실시예 8 - 합금 8
합금 8은 3.2 중량%의 은, 3 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 4.9 중량%의 안티몬, 0.16 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 215.2 내지 228.3℃이다. 도 6에 나타나 있는 이 합금의 벌크 미세구조는 Bi-Sn(백색) 및 (Cu,Ni)6Sn5 침전물(어두운 색 입자)과 함께 Ag3Sn의 공융 네트워크로 이루어진다. (Cu,Ni)6Sn5 침전물 중 일부는 플로렛(floret)-유사 구조를 형성하는 경향이 있다. 침전물의 이러한 모폴로지는 합금이 도 7, 도 8 및 도 9에 나타나 있는 바와 같이 개선된 기계적 특성을 가질 것임을 시사한다.
실시예 9 - 합금 9
합금 9는 3.5 중량%의 은, 3.7 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.4 중량%의 인듐, 6.1 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 0.002 중량%의 네오디뮴, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 186.9 내지 232.9℃이다.
실시예 10 - 합금 10
합금 10은 3.2 중량%의 은, 3 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 5.9 중량%의 안티몬, 0.16 중량%의 니켈, 0.006 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 벌크 미세 구조는 Ag3Sn, Bi-Sn 및 Cu6Sn5 침전물의 잘 분산된 공융 네트워크로 이루어진다. 이 합금은 202.5 내지 234.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 11 - 합금 11
합금 11은 3.1 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 1.1 중량%의 인듐, 6.1 중량%의 안티몬, 0.25 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 11은 214.3 내지 228.4℃의 용융 범위를 갖는다. 이 합금의 경도는 32.4 Hv이다.
실시예 12 - 합금 12
합금 12는 3.5 중량%의 은, 3.5 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 6.2 중량%의 안티몬, 0.3 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 세륨, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 213.9 내지 230.4℃이다. 이 합금의 경도는 28 Hv이다.
실시예 13 - 합금 13
합금 13은 3.5 중량%의 은, 3.7 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.4 중량%의 인듐, 6.1 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 195.3 내지 229.3℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 14 - 합금 14
합금 14는 3.5 중량%의 은, 3.8 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.4 중량%의 인듐, 6.18 중량%의 안티몬, 0.006 중량%의 티타늄, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 186.5 내지 232.5℃이다.
실시예 15 - 합금 15
합금 15는 3.6 중량%의 은, 3.9 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.09 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 합금은 198.9 내지 230.9℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 16 - 합금 16 (참조예)
합금 16은 3.5 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.2 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.
실시예 17 - 합금 17
합금 17은 3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.5 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 0.02 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 17은 198.9 내지 227.6℃의 용융 범위를 갖는다. 이 합금의 벌크 미세구조가 도 6에 나타나 있다. 잘 분포된 (Cu,Ni)6Sn5 및 비스무트-주석 침전물을 갖는 Ag3Sn의 미세한 네트워크가 명확하게 보인다.
실시예 18 - 합금 18
합금 18은 3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 6.1 중량%의 안티몬, 0.03 중량%의 니켈, 0.02 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.
실시예 19 - 합금 19
합금 19는 3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 6.1 중량%의 안티몬, 0.01 중량%의 니켈, 0.03 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 19의 용융 범위는 203.3 내지 229.7℃이다.
실시예 20 - 합금 20
합금 20은 3.4 중량%의 은, 3.4 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.4 중량%의 안티몬, 0.002 중량%의 티타늄, 0.007 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 20은 203.8 내지 226.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 21 - 합금 21
합금 21은 3 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 5.1 중량%의 안티몬, 0.14 중량%의 니켈, 0.04 중량%의 티타늄, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.
실시예 22 - 합금 22
합금 22는 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.8 중량%의 안티몬, 0.005 중량%의 네오디뮴, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 22는 210.8 내지 224.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 23 - 합금 23
합금 23은 3.5 중량%의 은, 4.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다.
실시예 24 - 합금 24
합금 24는 3.8 중량%의 은, 4.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.2 중량%의 인듐, 4.7 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 24는 195.8 내지 228.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 25 - 합금 25
합금 25는 3.8 중량%의 은, 4.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.3 중량%의 인듐, 4.6 중량%의 안티몬, 0.001 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 25의 용융 범위는 194.5 내지 220.3℃이다.
실시예 26 - 합금 26
합금 26은 3.8 중량%의 은, 1.6 중량%의 비스무트, 1.3 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.015 중량%의 알루미늄, 0.007 중량%의 규소, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 26의 용융 범위는 217.5 내지 227.1℃이다.
실시예 27 - 합금 27
합금 27은 3.4 중량%의 은, 3.3 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.4 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.001 중량%의 네오디뮴, 및 잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 212.8 내지 224.5℃이다.
실시예 28 - 합금 29
합금 29는 3.4 중량%의 은, 4.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 2.1 중량%의 안티몬, 0.2 중량%의 니켈, 0.02 중량%의 철, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
실시예 29 - 합금 31
합금 31은 3.8 중량%의 은, 0.06 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 0.6 중량%의 인듐, 5.3 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 222.6 내지 232.3℃의 용융 범위를 갖는다. 합금 31의 크리프 강도는 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 7배이다.
실시예 30 - 합금 32
합금 32는 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 4.1 중량%의 안티몬, 0.03 중량%의 니켈, 0.006 중량%의 규소, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 214.4 내지 225.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 31 - 합금 33
합금 33은 3.6 중량%의 은, 3 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.03 중량%의 철, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 214.4 내지 226.7℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 32 - 합금 34
합금 34는 3 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 6.3 중량%의 인듐, 1.6 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 195.1 내지 211.8℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 33 - 합금 36 (참조예)
합금 36은 3.8 중량%의 은, 4 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 2 중량%의 안티몬, 0.03 중량%의 니켈, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 36은 208.9 내지 221.9℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 34 - 합금 37
합금 37은 3.4 중량%의 은, 3.6 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.6 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.06 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 209.6 내지 224.9℃이다.
실시예 35 - 합금 38
합금 38은 3 중량%의 은, 3.6 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 코발트, 0.002 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 210 내지 225.3℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 36 - 합금 39
합금 39는 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.006 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 39는 213.9 내지 224.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 37 - 합금 40
합금 40은 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.003 중량%의 망간, 0.09 중량%의 철, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 214.7 내지 224.6℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 38 - 합금 41
합금 41은 3.5 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.05 중량%의 코발트, 0.01 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 41의 용융 범위는 215.0 내지 225.7℃이다.
실시예 39 - 합금 42
합금 42는 3 중량%의 은, 3.1 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 5 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 코발트, 0.04 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 213.8 내지 228.5℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 40 - 합금 43
합금 43은 3.7 중량%의 은, 0.08 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 5.2 중량%의 안티몬, 0.05 중량%의 니켈, 0.5 중량%의 갈륨, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 합금 43은 221.9 내지 229.3℃의 용융 범위를 갖는다.
실시예 41 - 합금 45
합금 45는 3.7 중량%의 은, 0.07 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 0.6 중량%의 인듐, 5.2 중량%의 안티몬, 0.06 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 221.6 내지 229.7℃이다.
실시예 42 - 합금 56 (참조예)
합금 56은 3.7 중량%의 은, 1.1 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 4 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 219.1 내지 227.5℃의 용융 범위를 갖는다. 이 합금은 경도가 27.7 Hv이다.
실시예 43 - 합금 57 (참조예)
합금 57은 3.7 중량%의 은, 2.1 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.9 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 216.2 내지 226.9℃이다. 합금은 경도가 28.6 Hv이다.
실시예 44 - 합금 58 (참조예)
합금 58은 3.8 중량%의 은, 3.2 중량%의 비스무트, 0.7 중량%의 구리, 3.6 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 212.5 내지 224.8℃의 용융 범위를 갖는다. 합금의 경도는 30.8 Hv이다.
실시예 45 - 합금 59 (참조예)
합금 59는 3.5 중량%의 은, 4 중량%의 비스무트, 0.6 중량%의 구리, 3.6 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다.
합금은 210.7 내지 223.9℃의 용융 범위 및 30.8 Hv의 경도를 갖는다.
실시예 46 - 합금 60 (참조예)
합금 60은 3.1 중량%의 은, 5.1 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.7 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금의 용융 범위는 209.5 내지 222.7℃이고 경도는 32.2 Hv이다.
실시예 47 - 합금 61 (참조예)
합금 61은 3.2 중량%의 은, 6 중량%의 비스무트, 0.5 중량%의 구리, 3.2 중량%의 안티몬, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물을 포함한다. 이 합금은 206.2 내지 220.8℃의 용융 범위를 갖고 32.2 Hv의 경도를 갖는다.
모든 합금의 용융 범위의 개요가 표 1에 열거되어 있다.
[표 1]
Figure pct00001
Figure pct00002
본 발명은 이제 추가로 하기의 도면과 관련하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 땜납 합금의 현미경 사진을 나타낸다.
도 2는 다양한 Sb 함량을 갖는 합금에 대한 고상선 온도 및 액상선 온도의 플롯을 나타낸다.
도 3은 다양한 Sb 및 Bi 함량을 갖는 합금에 대한 고상선 온도 및 액상선 온도의 플롯을 나타낸다.
도 4는 다양한 Sb 및 Cu 함량을 갖는 합금에 대한 경도 값의 플롯을 나타낸다.
도 5는 다양한 Sb 및 Bi 함량을 갖는 합금에 대한 경도 값의 플롯을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 다수의 땜납 합금의 현미경 사진을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 다수의 땜납 합금 및 Sn3Cu0.5Ag의 최대 인장 강도(UTS)의 플롯을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 다수의 땜납 합금 및 Sn3Cu0.5Ag의 항복 강도(YS)의 플롯을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 다수의 땜납 합금 및 Sn3Cu0.5Ag의 150℃ 및 200 N에서의 크리프 강도의 플롯을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 다수의 땜납 합금 및 Sn3Cu0.5Ag의 150℃ 및 200 N에서의 크리프 강도의 플롯을 나타낸다.
도 10은 본 발명에 따른 다수의 땜납 합금 및 Sn3Cu0.5Ag의 150℃ 및 200 N에서의 크리프 연신율의 플롯을 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 땜납 합금을 사용하여 형성된 BGA의 현미경 사진을 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 다수의 땜납 합금에 대한 BGA228 현장(in-situ) 모니터링된 파괴의 베이불(Weibull) 분포 플롯을 나타낸다.
본 발명에 따른 땜납 합금(Sn-5.3Sb-3.8Ag-0.06Bi-0.6Cu-0.6In-0.06Ni)의 현미경 사진이 도 1에 나타나 있다. 알 수 있는 바와 같이, 땜납 합금은 광범위한 Ag3Sn 네트워크를 나타내는 미세 구조를 나타낸다. 앞서 논의된 바와 같이, 이러한 침전물 입자 분포 네트워크는 크리프 변형 동안 결정립계의 이동에 저항하여 크리프 강도를 향상시킬 수 있다.
상기에 논의된 바와 같이, 260℃보다 높은 리플로우 온도는 인쇄 회로 기판 및 구성요소를 손상시키는 것과 같은, 납땜 중의 다양한 문제를 초래할 수 있다. 도 2 및 도 3은 너무 많은 안티몬 또는 비스무트가 첨가되었을 때 Sn-Ag-Cu 합금의 용융 거동에 미치는 부정적인 영향을 나타낸다. 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 안티몬 함량을 1 중량%에서 8 중량%로 증가시키면 액상선 온도가 현저히 증가하지만, 고상선 온도는 점진적인 상승을 나타낸다. 이 예에서, 피크 리플로우 온도가 액상선 온도보다 25 내지 30℃ 높다는 것을 고려하면, 안티몬이 7 중량% 이하인 경우, 필요한 리플로우 온도는 260℃ 이하일 것이다. 도 2의 대상인 합금은 3.2 내지 3.8 중량%의 Ag, 1 내지 8 중량%의 Sb, 0.5 내지 0.9 중량%의 Cu, 잔부의 Sn을 함유한다. 도 3에서, 안티몬은 비스무트 함량을 증가시키면서 3 내지 4 중량%로 유지된다. 도 3의 대상인 합금은 3.2 내지 3.8 중량%의 Ag, 3 내지 4 중량%의 Sb, 1 내지 6 중량%의 Bi, 0.5 내지 0.7 중량%의 Cu, 잔부의 Sn을 함유한다. 이 예에서, 비스무트가 5 중량% 이하인 경우, 그의 고상선 온도는 210℃ 초과에 머무르고, 고상선-액상선 온도 갭은 10℃ 미만이다. 이는 더 낮은 고상선 온도는 땜납 작동 온도를 제한할 수 있고 너무 큰 고상선-액상선 온도 갭은 땜납의 완전한 고화 전에 형성된 걸쭉한 구역으로 인해 납땜 결함을 초래할 수 있기 때문에 또한 중요하다. 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 안티몬의 증가는 고상선 온도에 대해서보다는 액상선 온도 증가에 더 큰 영향을 미친다(도 2). 안티몬을 감소시키고 비스무트를 증가시키는 것은 합금의 고상선 및 액상선 온도 둘 모두를 감소시킨다(도 3).
다양한 합금화 첨가에 의해 야기되는 고용체 강화 및 침전 경질화는 증가된 경도를 초래한다. 예를 들어, 안티몬은 고용체 강화에 크게 기여하는 반면, 주석에서 매우 제한된 용해도를 갖는 구리는 합금의 경도를 또한 증가시키는 Cu-Sn 금속간 화화물을 형성한다. 이러한 영향은 도 4에 나타나 있다. 비스무트는 또한 주석의 공지된 고용체 강화 원소이다. 비스무트를 증가시고 안티몬을 약간 감소시키는 것이 합금의 경도에 미치는 영향이 도 5에 나타나 있다. 증가된 경도는 증가된 취성의 위험성 때문에 땜납 합금의 부정적이고 바람직하지 않은 특성으로서 종종 인식되지만, 경도는 균형 잡힌 합금 설계에 의해 바람직한 특성으로 변환될 수 있다. 이러한 방식으로, 경도는 본 명세서에 기재된 합금의 개선된 높은 열기계적 특성에 기여할 수 있다.
도 6은 좌측에서 우측으로 합금 4, 합금 8 및 합금 17의 주조된 그대로의 미세조직을 나타낸다. (Cu,Ni)6Sn5의 침전물은 Ag3Sn 및 Sn 결정립(Bi 및 Sb 함유)의 매트릭스 중에 균일하게 분포된다. 백색 침전물은 주석 중의 비스무트의 고용도 한계가 초과될 때 형성되는 Bi-Sn 금속간 입자의 것이다.
도 7 및 8은 다수의 실시예 합금의 실온 인장 특성을 96.5Sn3.0Ag0.5Cu와 비교한다. 96.5Sn3.0Ag0.5Cu에 비해 인장 강도의 현저한 증가, 즉 66% 내지 144%의 증가가 있게 된다.
크리프 시험으로부터의 결과는 비교적 장기간에 걸친 크리프 및 크리프 변형(탄성 및 소성)에 대한 저항성에 대한 중요한 통찰력을 제공한다. 고온 크리프의 경우, 미세구조 강화 현상은 미세구조의 어닐링에 의해 야기되는 응력 완화와 번갈아 일어난다. 합금의 고온 크리프 특성이 그래프로 제시되고 도 9 및 도 10에서 96.5Sn3.0Ag0.5Cu와 비교된다. 본 발명의 합금은 크리프 파단 시간 및 총 크리프 소성 변형에 의해 주어지는 현저히 더 높은 크리프 강도를 갖는다. 더 높은 크리프 파단 시간은 크리프에 대한 더 높은 저항성을 나타낸다. 예를 들어, 150℃에서, 합금 8의 크리프 파단 시간은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu보다 255% 더 높다.
확산-의존적 크리프 변형은 상동 온도, 즉, 절대 규모에서 재료의 용융 온도에 대한 시험 온도의 비에 따라 좌우된다. 땜납 합금의 상동 온도는 0.84 내지 0.86의 범위일 수 있다. 따라서, 땜납 합금의 용융 온도는 기계적 특성에 유의한 영향을 미치지 않는다.
표 2는 납땜성 및 습윤성의 척도로서 사용될 수 있는, 실시예 합금 중 일부와 96.5Sn3.0Ag0.5Cu의 0-습윤 시간(T0)을 비교한다. 본 발명에 따른 합금의 습윤 특성은 96.5Sn3.0Ag0.5Cu 합금에 비견된다. 이는 다수의 합금화 첨가로 인해 합금의 습윤 특성이 저하되는 경우가 많기 때문에 중요하다. 습윤 시험은 JIS Z 3198-4 표준에 따라 250℃에서 수행되었다.
[표 2]
Figure pct00003
상기에 논의된 바와 같이, 이러한 실시예 합금에서의 합금화 첨가로 인한 금속간 화합물 형성은 벌크 합금 및 땜납 접합부의 추가 강도를 초래하였다. 도 11 및 도 12는 열 사이클링 성능 시험의 결과를 나타낸다. IPC 9701A 표준에 따라 수행되는 시험에서 열 사이클링을 -40 내지 150℃에서 각 온도에서의 30분 체류 시간으로 수행하였다. 열 사이클링 후 땜납 접합부 시험의 3가지 주요 측면은 현장 특성 수명, 땜납 접합부에서의 균열의 연장률, 및 열 사이클링 시험 후에 유지되는 전단 강도의 백분율이다. 열 사이클링 특성 수명은, 고속 데이터 로거(data logger)를 사용하여 전기 저항을 현장에서 모니터링할 때 BGA228 패키지의 누적 파괴의 63.2%로 주어진다. IPC 9701A 표준에 따르면, 5회 연속 판독에 대해 측정된 전기 저항이 20% 증가할 때 파괴가 정의된다. 도 11은 BGA의 균열 연장률을 계산하기 위해 땜납 접합부의 총 길이를 측정하는 방법의 예를 나타낸다. 균열 연장률은 땜납 접합부의 총 길이의 백분율로서 측정된다. 예시적인 목적을 위해, 여기에 나타나 있는 균열은 땜납-IMC 인터페이스 근처에서 시작되고 땜납 접합부의 총 길이의 23%에 해당하는 곳까지 연장된다. BGA 패키지에서 땜납 접합부의 최외측 열을 따른 각 볼(ball)에서의 균열 연장률은 2500 사이클의 종료 시 측정되었다. 각각의 합금에 대해 균열 연장률의 평균을 측정하고 표 3에 요약한다.
[표 3]
Figure pct00004
150℃에서 2000시간 동안 열 에이징 후에 유지된 전단 강도를 납땜된 그대로의 칩 저항기로부터 얻은 초기 전단 강도의 분율로서 계산한다. 표 4는 이러한 합금 중 일부에 대한 결과를 나타내며, 나머지의 전단 강도는 원래의 땜납 접합부 전단 강도의 85% 이상이다.
[표 4]
Figure pct00005
도 12는 본 발명에 따른 다수의 실시예 합금에 대한 BGA228 현장 모니터링된 파괴의 베이불 분포 플롯을 나타낸다. 본 발명의 합금은 모두 더 높은 특성 수명 및 더 많은 수의 잔존 성분을 갖는다. 열 사이클링 동안, 합금은 크리프 변형을 유발하는 열 응력을 받는다. 크리프 변형에 저항할 수 있거나 파괴 전에 큰 변형을 축적할 수 있는 합금은 높은 열 피로 수명을 가질 것으로 예상된다. 본 발명의 합금의 더 높은 크리프 강도는 더 높은 열 피로 수명을 초래할 수 있다.
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 (31)

  1. 2.5 내지 5 중량%의 은;
    0.01 내지 5 중량%의 비스무트;
    1 내지 7 중량%의 안티몬;
    0.01 내지 2 중량%의 구리;
    6 중량% 이하의 인듐,
    0.5 중량% 이하의 티타늄,
    0.5 중량% 이하의 게르마늄,
    0.5 중량% 이하의 희토류,
    0.5 중량% 이하의 코발트,
    5.0 중량% 이하의 알루미늄,
    5.0 중량% 이하의 규소,
    0.5 중량% 이하의 망간,
    0.5 중량% 이하의 크롬,
    0.5 중량% 이하의 철,
    0.5 중량% 이하의 인,
    0.5 중량% 이하의 금,
    1 중량% 이하의 갈륨,
    0.5 중량% 이하의 텔루륨,
    0.5 중량% 이하의 셀레늄,
    0.5 중량% 이하의 칼슘,
    0.5 중량% 이하의 바나듐,
    0.5 중량% 이하의 몰리브덴,
    0.5 중량% 이하의 백금, 및
    0.5 중량% 이하의 마그네슘 중 하나 이상;
    선택적으로 0.5 중량% 이하의 니켈; 및
    잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  2. 제1항에 있어서, 2.8 내지 4.5 중량%의 은, 바람직하게는 3 내지 4 중량%의 은을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1.0 내지 4.0 중량%의 비스무트, 바람직하게는 2.0 내지 4.0 중량%의 비스무트, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 4 중량%의 비스무트, 더욱 더 바람직하게는 2.8 내지 4 중량%의 비스무트, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 3 내지 4 중량%의 비스무트를 포함하는, 무연 땜납 합금.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 1.0 내지 6.5 중량%의 안티몬, 바람직하게는 2 내지 6 중량%의 안티몬, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량%의 안티몬, 더욱 더 바람직하게는 3.1 내지 6 중량%의 안티몬, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 3.2 내지 6 중량%의 안티몬을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 0.3 내지 1.2 중량%의 구리, 바람직하게는 0.4 내지 0.8 중량%의 구리를 포함하는, 무연 땜납 합금.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 0.001 내지 0.4 중량%의 니켈, 바람직하게는 0.01 내지 0.3 중량%의 니켈, 더욱 바람직하게는 0.02 내지 0.2 중량%의 니켈을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 0.001 내지 5.5 중량%의 인듐, 바람직하게는 0.02 내지 4 중량%의 인듐, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%의 인듐을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 0.001 내지 0.3 중량%의 티타늄, 바람직하게는 0.005 내지 0.2 중량%의 티타늄, 더욱 바람직하게는 0.007 내지 0.05 중량%의 티타늄을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 0.001 내지 0.3 중량%의 게르마늄, 바람직하게는 0.001 내지 0.1 중량%의 게르마늄, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.02 중량%의 게르마늄을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 0.002 내지 0.3 중량%의 희토류, 바람직하게는 0.003 내지 0.05 중량%의 희토류를 포함하는, 무연 땜납 합금.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 0.01 내지 0.2 중량%의 코발트, 바람직하게는 0.01 내지 0.2 중량%의 코발트, 더욱 바람직하게는 0.02 내지 0.1 중량%의 코발트를 포함하는, 무연 땜납 합금.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 0.001 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.005 내지 2 중량%의 알루미늄, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1.5 중량%의 알루미늄, 더욱 더 바람직하게는 0.015 내지 1 중량%의 알루미늄, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 0.02 내지 0.08 중량%의 알루미늄을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 0.001 내지 3 중량%의 규소, 바람직하게는 0.005 내지 2 중량%의 규소, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1.5 중량%의 규소, 더욱 더 바람직하게는 0.015 내지 1 중량%의 규소, 훨씬 더욱 더 바람직하게는 0.02 내지 0.08 중량%의 규소를 포함하는, 무연 땜납 합금.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.001 내지 0.5 중량%의 크롬,
    0.01 내지 0.5 중량%의 철,
    0.001 내지 0.5 중량%의 인,
    0.001 내지 0.5 중량%의 금,
    0.2 내지 0.8 중량%의 갈륨,
    0.001 내지 0.5 중량%의 텔루륨,
    0.001 내지 0.5 중량%의 셀레늄,
    0.001 내지 0.5 중량%의 칼슘,
    0.001 내지 0.5 중량%의 바나듐,
    0.001 내지 0.5 중량%의 몰리브덴,
    0.001 내지 0.5 중량%의 백금, 및
    0.001 내지 0.5 중량%의 마그네슘 중 하나 이상을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 니켈, 티타늄, 게르마늄, 인듐, 망간, 희토류, 코발트, 알루미늄, 규소, 크롬, 철, 인, 금, 갈륨, 텔루륨, 셀레늄, 칼슘, 바나듐, 몰리브덴, 백금 및 마그네슘으로부터 선택되는, 바람직하게는 니켈, 티타늄, 게르마늄, 인듐, 망간, 희토류, 코발트, 규소, 철 및 갈륨으로부터 선택되는 1 내지 3개의 원소, 바람직하게는 1 또는 2개의 원소, 더욱 바람직하게는 2개의 원소를 포함하는, 무연 땜납 합금.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 니켈과, 티타늄, 게르마늄, 인듐, 망간, 희토류, 코발트, 알루미늄, 규소, 크롬, 철, 인, 금, 갈륨, 텔루륨, 셀레늄, 칼슘, 바나듐, 몰리브덴, 백금 및 마그네슘 중 하나를 포함하는, 바람직하게는 니켈, 티타늄, 게르마늄, 인듐, 망간, 희토류, 코발트, 규소, 철 및 갈륨으로부터 선택되는 것을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 안티몬의 중량%는 비스무트의 중량%보다 큰, 무연 땜납 합금.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 안티몬의 중량%와 비스무트의 중량%의 합은 6.5 이상인, 무연 땜납 합금.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    2.5 내지 4 중량%의 은;
    2.8 내지 4.2 중량%의 비스무트;
    3.2 내지 6.2 중량%의 안티몬;
    0.4 내지 0.8 중량%의 구리;
    0.04 내지 0.18 중량%의 니켈;
    0.007 내지 0.05 중량%의 티타늄,
    0.001 내지 0.02 중량%의 게르마늄, 및
    0.005 내지 0.01 중량%의 망간 중 하나; 및
    잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물로 이루어지며,
    안티몬의 중량%는 비스무트의 중량%보다 더 크고,
    안티몬의 중량%와 비스무트의 중량%의 합은 6.5 이상인, 무연 땜납 합금.
  20. 제1항에 있어서, 상기 땜납 합금은
    3 내지 5 중량%의 은;
    0.01 내지 0.2 중량%의 비스무트;
    4 내지 6 중량%의 안티몬;
    0.3 내지 1 중량%의 구리;
    6 중량% 이하의 인듐,
    0.5 중량% 이하의 티타늄,
    0.5 중량% 이하의 게르마늄,
    0.5 중량% 이하의 희토류,
    0.5 중량% 이하의 코발트,
    5.0 중량% 이하의 알루미늄,
    5.0 중량% 이하의 규소,
    0.5 중량% 이하의 망간,
    0.5 중량% 이하의 크롬,
    0.5 중량% 이하의 철,
    0.5 중량% 이하의 인,
    0.5 중량% 이하의 금,
    1 중량% 이하의 갈륨,
    0.5 중량% 이하의 텔루륨,
    0.5 중량% 이하의 셀레늄,
    0.5 중량% 이하의 칼슘,
    0.5 중량% 이하의 바나듐,
    0.5 중량% 이하의 몰리브덴,
    0.5 중량% 이하의 백금,
    0.5 중량% 이하의 마그네슘 중 하나 이상; 및
    잔부의 주석과 함께 임의의 불가피한 불순물을 포함하는, 무연 땜납 합금.
  21. 제1항에 있어서, 상기 합금은 2.8 내지 3.2 중량%의 은, 2.8 내지 3.2 중량%의 비스무트, 4.5 내지 5.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.8 중량%의 구리, 0.08 내지 0.2 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어지는, 무연 땜납 합금.
  22. 제1항에 있어서, 상기 합금은 2.8 내지 3.2 중량%의 은, 2.8 내지 3.2 중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.8 중량%의 구리, 0.08 내지 0.2 중량%의 니켈, 0.005 내지 0.02 중량%의 티타늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어지는, 무연 땜납 합금.
  23. 제1항에 있어서, 상기 합금은 3.1 내지 3.7 중량%의 은, 3 내지 3.5 중량%의 비스무트, 3 내지 3.8 중량%의 안티몬, 0.4 내지 0.9 중량%의 구리, 0.01 내지 0.9 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 게르마늄, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어지는, 무연 땜납 합금.
  24. 제1항에 있어서, 상기 합금은 3.2 내지 3.9 중량%의 은, 3.5 내지 4.5 중량%의 비스무트, 5.5 내지 6.5 중량%의 안티몬, 0.3 내지 0.9 중량%의 구리, 0.05 내지 0.12 중량%의 니켈, 0.001 내지 0.01 중량%의 망간, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어지는, 무연 땜납 합금. (합금 4)
  25. 제1항에 있어서, 상기 합금은 3.5 내지 4.2 중량%의 은, 0.01 내지 0.1 중량%의 비스무트, 5 내지 6 중량%의 안티몬, 0.4 내지 0.9 중량%의 구리, 0.001 내지 0.01 중량%의 게르마늄, 0.2 내지 0.8 중량%의 인듐, 0.02 내지 0.08 중량%의 코발트, 및 잔부의 주석과 함께 불가피한 불순물로 이루어지는, 무연 땜납 합금.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 바(bar), 스틱(stick), 중실 또는 용제 코어형(flux cored) 와이어, 포일(foil) 또는 스트립(strip), 필름, 예비성형품(preform), 분말 또는 페이스트(분말+용제 블렌드), 볼 그리드 어레이(ball grid array) 접합부에 사용하기 위한 땜납 구체, 예비성형된 땜납편(solder piece) 또는 리플로우되거나 고화된 땜납 접합부의 형태이거나, 또는 임의의 유형의 인쇄 회로 기판 또는 광기전 응용을 위한 구리 리본과 같은 임의의 납땜가능한 재료 상에 사전-적용된 것인, 무연 땜납 합금.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 땜납 합금을 포함하는, 납땜된 접합부.
  28. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 땜납 합금, 및
    땜납 용제를 포함하는, 땜납 페이스트.
  29. 땜납 접합부를 형성하는 방법으로서,
    (i) 접합될 2개 이상의 공작물(work piece)을 제공하는 단계;
    (ii) 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 땜납 합금 또는 제28항의 땜납 페이스트를 제공하는 단계; 및
    (iii) 접합될 상기 공작물 부근에서 상기 땜납 합금 또는 상기 땜납 페이스트를 가열하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  30. 납땜 방법에서의 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 땜납 합금 또는 제28항의 땜납 페이스트의 용도로서, 상기 납땜 방법은 바람직하게는 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, 땜납 디핑(solder dipping), 및 리워크 납땜(rework soldering)으로부터 선택되는, 용도.
  31. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 땜납 합금을 제조하는 방법으로서,
    언급된 원소들을 제공하는 단계, 및
    상기 언급된 원소들을 용융시키는 단계를 포함하며,
    상기 언급된 원소들은 개별 원소의 형태로 및/또는 상기 언급된 원소들 중 하나 이상을 함유하는 하나 이상의 합금의 형태로 제공될 수 있는, 방법.
KR1020227009832A 2019-09-02 2020-08-28 고온 초고신뢰성 합금 KR20220048483A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN201911035248 2019-09-02
IN201911035248 2019-09-02
PCT/EP2020/025387 WO2021043437A1 (en) 2019-09-02 2020-08-28 High temperature ultra-high reliability alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220048483A true KR20220048483A (ko) 2022-04-19

Family

ID=72473487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227009832A KR20220048483A (ko) 2019-09-02 2020-08-28 고온 초고신뢰성 합금

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20220324063A1 (ko)
EP (1) EP4025378A1 (ko)
JP (1) JP2022546078A (ko)
KR (1) KR20220048483A (ko)
CN (2) CN116815011A (ko)
BR (1) BR112022003319A2 (ko)
CA (1) CA3147980A1 (ko)
MX (1) MX2022002216A (ko)
TW (2) TWI742813B (ko)
WO (1) WO2021043437A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI742813B (zh) * 2019-09-02 2021-10-11 美商阿爾發金屬化工公司 高溫超高可靠性合金
CN113843546A (zh) * 2021-09-23 2021-12-28 金华市金钟焊接材料有限公司 一种CuPSnAgNi-Re超银钎料、制备方法及应用
JP7161133B1 (ja) * 2021-09-30 2022-10-26 千住金属工業株式会社 はんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手
CN114289927A (zh) * 2021-12-28 2022-04-08 上海大学 一种无铅焊料
US20230335523A1 (en) * 2022-04-13 2023-10-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor package and manufacturing method thereof

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1346728A (zh) * 2001-09-19 2002-05-01 大连理工大学 含稀土多合金组元无铅钎料合金
DE10319888A1 (de) * 2003-04-25 2004-11-25 Siemens Ag Lotmaterial auf SnAgCu-Basis
JP4391276B2 (ja) * 2004-03-12 2009-12-24 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体実装用半田合金とその製造方法、及び半田ボール、電子部材
JP5723056B1 (ja) * 2014-12-15 2015-05-27 ハリマ化成株式会社 はんだ合金、ソルダペーストおよび電子回路基板
JP6060199B2 (ja) 2015-03-24 2017-01-11 ハリマ化成株式会社 はんだ合金、ソルダペーストおよび電子回路基板
JP6200534B2 (ja) * 2015-03-24 2017-09-20 株式会社タムラ製作所 鉛フリーはんだ合金、電子回路基板および電子制御装置
MY186064A (en) * 2015-05-05 2021-06-18 Indium Corp High reliability lead-free solder alloys for harsh environment electronics applications
US10518362B2 (en) * 2015-07-24 2019-12-31 Harima Chemicals, Incorporated Solder alloy, solder paste, and electronic circuit board
US10195698B2 (en) * 2015-09-03 2019-02-05 AIM Metals & Alloys Inc. Lead-free high reliability solder alloys
CN108500499B (zh) * 2016-03-22 2019-10-22 株式会社田村制作所 无铅软钎料合金、电子电路基板和电子控制装置
JP6560272B2 (ja) * 2017-01-31 2019-08-14 株式会社タムラ製作所 ソルダペースト、電子回路基板及び電子制御装置
JP6047254B1 (ja) * 2016-03-22 2016-12-21 株式会社タムラ製作所 鉛フリーはんだ合金、電子回路基板および電子制御装置
EP3449023B1 (en) * 2016-05-06 2022-04-20 Alpha Assembly Solutions Inc. High reliability lead-free solder alloy
US20180102464A1 (en) * 2016-10-06 2018-04-12 Alpha Assembly Solutions Inc. Advanced Solder Alloys For Electronic Interconnects
JP2018083211A (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 ハリマ化成株式会社 ソルダペースト、フラックスおよび電子回路基板
BR112019020490B1 (pt) * 2017-03-31 2023-03-28 Senju Metal Industry Co., Ltd Liga de solda, pasta de solda e junta de solda
US11577343B2 (en) 2017-11-09 2023-02-14 Alpha Assembly Solutions Inc. Low-silver alternative to standard SAC alloys for high reliability applications
US11732330B2 (en) 2017-11-09 2023-08-22 Alpha Assembly Solutions, Inc. High reliability lead-free solder alloy for electronic applications in extreme environments
JP6719443B2 (ja) * 2017-12-12 2020-07-08 株式会社タムラ製作所 鉛フリーはんだ合金、電子回路実装基板及び電子制御装置
JP6540869B1 (ja) * 2018-03-30 2019-07-10 千住金属工業株式会社 はんだペースト
CN108994480A (zh) * 2018-10-10 2018-12-14 云南锡业锡材有限公司 一种SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金
WO2020176583A1 (en) * 2019-02-26 2020-09-03 Indium Corporation High reliability leadfree solder alloys for harsh service conditions
JP6624322B1 (ja) * 2019-03-27 2019-12-25 千住金属工業株式会社 はんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手
TWI742813B (zh) * 2019-09-02 2021-10-11 美商阿爾發金屬化工公司 高溫超高可靠性合金
JP6836040B1 (ja) * 2020-07-31 2021-02-24 千住金属工業株式会社 はんだ合金
JP7367631B2 (ja) * 2020-07-31 2023-10-24 株式会社デンソー 半導体装置
US20220395936A1 (en) * 2021-06-11 2022-12-15 Indium Corporation High reliability lead-free solder pastes with mixed solder alloy powders

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021043437A1 (en) 2021-03-11
TWI814081B (zh) 2023-09-01
TW202111134A (zh) 2021-03-16
TWI742813B (zh) 2021-10-11
CN116815011A (zh) 2023-09-29
CA3147980A1 (en) 2021-03-11
MX2022002216A (es) 2022-03-17
US20220324063A1 (en) 2022-10-13
BR112022003319A2 (pt) 2022-05-24
TW202229569A (zh) 2022-08-01
JP2022546078A (ja) 2022-11-02
EP4025378A1 (en) 2022-07-13
CN114340835A (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230330788A1 (en) Lead-free and antimony-free tin solder reliable at high temperatures
US10322471B2 (en) Low temperature high reliability alloy for solder hierarchy
EP3449023B1 (en) High reliability lead-free solder alloy
KR20220048483A (ko) 고온 초고신뢰성 합금
JP2019520985A6 (ja) 高信頼性鉛フリーはんだ合金
JP2024009991A (ja) 鉛フリーはんだ組成物
US20050008525A1 (en) Lead-free soft solder

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal