KR20220065093A

KR20220065093A - 땜납 합금, 솔더 페이스트, 땜납 볼, 솔더 프리폼, 땜납 이음, 차량 탑재 전자 회로, ecu 전자 회로, 차량 탑재 전자 회로 장치, 및 ecu 전자 회로 장치

Info

Publication number: KR20220065093A
Application number: KR1020227015629A
Authority: KR
Inventors: 슌사쿠 요시카와; 사쿠 요시카와; 다카시 사이토; 유키 이지마; 간타 데이; 다카히로 마츠후지
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-05-19
Also published as: WO2021261486A1; EP4019652B1; MY195124A; US20240342838A1; EP4019652A1; US12053843B2; PT4019652T; EP4019652A4; JP2022002855A; TWI825437B; CA3156067C; BR112022004264B1; CA3156067A1; US20220355420A1; MX2022004241A; ES2960421T3; CN114746209A; JP6889387B1; BR112022004264A2; CN114746209B

Abstract

땜납 합금은, Ag: 3.1 내지 4.0질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Bi: 1.5 내지 5.5질량％, Sb: 1.0 내지 6.0질량％, Co: 0.001 내지 0.030질량％, Fe: 0.02 내지 0.05질량％, 잔부 Sn으로 이루어진다.

Description

땜납 합금, 솔더 페이스트, 땜납 볼, 솔더 프리폼, 땜납 이음, 차량 탑재 전자 회로, ECU 전자 회로, 차량 탑재 전자 회로 장치, 및 ECU 전자 회로 장치

본 발명은 땜납 합금, 솔더 페이스트, 땜납 볼, 솔더 프리폼, 땜납 이음, 차량 탑재 전자 회로, ECU 전자 회로, 차량 탑재 전자 회로 장치, 및 ECU 전자 회로 장치에 관한 것이다.

자동차에는, 프린트 기판에 전자 부품을 납땜한 전자 회로(이하, 차량 탑재 전자 회로라고 함)가 탑재되어 있다. 차량 탑재 전자 회로는, 엔진, 파워 스티어링, 브레이크 등을 전기적으로 제어하는 기기에 사용되고 있고, 자동차의 주행에 있어서 매우 중요한 보안 부품이 되고 있다. 특히, 연비 향상을 위해 컴퓨터로 차를 제어하는 전자 회로의 ECU(Engine Control Unit)라고 불리는 차량 탑재 전자 회로는, 장기간에 걸쳐서 고장이 없고 안정된 상태로 가동 가능한 것이어야 한다. 이 ECU는, 일반적으로 엔진 근방에 설치되어 있는 것이 많고, 사용 환경으로서는, 상당히 혹독한 조건이 되고 있다.

이러한 차량 탑재 전자 회로가 설치되는 엔진 근방은, 엔진의 회전 시에는 매우 고온이 된다. 한편, 엔진의 회전을 멈추었을 때는 외기 온도, 예를 들어 북미나 시베리아 등의 한랭지라면 겨울철에 빙점 아래의 환경에 노출된다. 따라서, 차량 탑재 전자 회로는 엔진의 운전과 엔진 정지의 반복이 상정되기 때문에, 혹독한 온도 변화에 대응하여야 한다.

차량 탑재 전자 회로가 그렇게 온도가 크게 변화하는 환경에 장기간 놓이면, 전자 부품과 프린트 기판이 각각 열팽창·수축을 일으킨다. 그러나, 전자 부품의 선열팽창계수와 프린트 기판의 선열팽창계수의 차가 크기 때문에, 상기 환경 하에서의 사용 중에 일정한 열 변위가 전자 부품과 프린트 기판을 접합하고 있는 납땜부(이하, 「땜납 이음」이라고 함)에 일어나기 때문에, 온도 변화에 의해 반복 응력이 가해진다. 그러면, 땜납 이음에 스트레스가 가해져, 최종적으로는 땜납 접합부의 접합 계면 등이 파단되어 버린다. 전자 회로에서는, 땜납 이음이 완전 파단되지 않더라도 99％ 이하의 균열률로 땜납 접합부에 균열이 생김으로써, 전기적으로 도통하고 있었다고 해도, 회로의 저항값이 상승하여, 오동작하는 것도 생각할 수 있다. 땜납 이음에 균열이 발생하여, 차량 탑재 전자 회로, 특히 ECU가 오동작을 일으키는 것은, 인명에 관한 중대한 자동차 사고로 이어질 수도 있다. 이와 같이, 차량 탑재 전자 회로, 특히 ECU에 있어서 히트 사이클 특성이 특히 중요하고, 생각할 수 있는 한의 엄격한 온도 조건이 요구된다.

이러한 엄격한 온도 조건에 견딜 수 있는 땜납 합금으로서, 특허문헌 1에는, Ag: 1 내지 4질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Sb: 1 내지 5질량％, Ni: 0.01 내지 0.2질량％, 잔부 Sn으로 이루어지는 무연 땜납 합금 등이 개시되어 있다.

WO2014/163167

한편, 땜납 접합부에서는 시효 처리에 의해 합금층이 계면으로부터 유리되어 가는 「유리」(Spalling)라는 현상이 확인되고 있다. 이 「유리」라는 현상은 상응한 열처리(온도·시간)를 접합부에 부여시키면, 원래 형성되어 있던 IMC층 (Intermetallic Compound층; 금속간 화합물층)이 땜납 벌크 중에 유리되어 간다는 것이다. 특허문헌 1과 같이 땜납 합금에 Ni가 함유되어 있으면 「유리」가 발생하기 쉬워진다. 전류는 전자의 흐름이기 때문에, 이러한 금속간 화합물의 「유리」의 양이 많아지면, 전자의 움직임이 국부적으로 방해 받게 되어 버림으로써 음향 품질에 악영향을 주어 버린다(노이즈가 발생해 버린다). 또한, 발명자들에 의해, 합금이 Ni를 함유하는 경우에는 합금의 입경이 미세해지는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 금속간 화합물의 입경이 미세해지는 것이 원인이 되어, 「유리」가 발생하기 쉬워진다고 추측된다.

본 발명은 종래보다도 높은 히트 사이클 특성을 달성하면서, 이음 재용융시나 고온 부하시 등에 화합물의 합금 중으로의 유리를 억제하거나 함으로써 음향 품질에 악영향이 나타나는 것을 방지할 수 있는 땜납 합금 등을 제공한다.

본 발명의 땜납 합금은,

Ag: 3.1 내지 4.0질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Bi: 1.5 내지 5.5질량％, Sb: 1.0 내지 6.0질량％, Co: 0.001 내지 0.030질량％, Fe: 0.02 내지 0.05질량％, 잔부 Sn으로 이루어져도 된다.

본 발명의 땜납 합금은,

또한 As를 0.002 내지 0.250질량％ 함유해도 된다.

본 발명의 땜납 합금에 있어서,

Fe의 질량％의 값과 Co의 질량%의 3배의 값의 합이 0.03 내지 0.10이 되어도 된다.

본 발명의 땜납 합금은,

또한 Zr을 0.004 내지 0.250질량％ 함유해도 된다.

본 발명에 따르면, 상기의 어느 것의 땜납 합금으로 이루어지는 땜납 분말과 플럭스를 갖는 솔더 페이스트가 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기의 어느 것의 땜납 합금으로 이루어지는 땜납 볼 및 솔더 프리폼이 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기의 어느 것의 땜납 합금을 갖는 땜납 이음, 차량 탑재 전자 회로 및 ECU 전자 회로가 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기 차량 탑재 전자 회로를 구비한 차량 탑재 전자 회로 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기 ECU 전자 회로를 구비한 ECU 전자 회로 장치가 제공된다.

본 발명과 같이 Ag: 3.1 내지 4.0질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Bi: 1.5 내지 5.5질량％, Sb: 1.0 내지 6.0질량％, Co: 0.001 내지 0.030질량％, Fe: 0.02 내지 0.05질량％, 잔부 Sn으로 이루어지는, 땜납 합금을 채용함으로써, 높은 히트 사이클 특성을 유지하면서, 이음 재용융시나 고온 부하시 등에 화합물의 합금 중으로의 유리를 억제하거나 함으로써 음향 품질에 악영향이 나타나는 것을 방지한 땜납 합금 등을 얻을 수 있다. 또한, 추가로 As를 0.004 내지 0.250질량％로 함유하는 땜납 합금을 채용함으로써, 보이드의 발생을 억제하고, 음향 품질을 향상시킨 땜납 합금 등을 얻을 수 있다.

도 1은 실시예 1에서의 단면 관찰의 결과를 나타낸 화상이다.
도 2는 비교예 12에서의 단면 관찰의 결과를 나타낸 화상이다.
도 3은 실시예 14에서의 가열 X선 장치에 의한 관찰 결과를 나타낸 화상이다.
도 4는 실시예 1에서의 가열 X선 장치에 의한 관찰 결과를 나타낸 화상이다.
도 5는 균열률의 산출 방법을 도시한 모식도이다.
도 6은 Ni를 함유하는 땜납 합금에서 발생할 수 있는 「유리」(Spalling)를 설명하기 위한 개념도이다.

1. 땜납 합금

본 실시 형태의 땜납 합금은 전형적으로는 무연 땜납 합금이다. 이하, 본 실시 형태의 땜납 합금에 포함되는 원소에 대하여 설명한다.

(1) Ag: 3.1 내지 4.0질량％

Ag는, 땜납 합금의 습윤성 향상 효과와 땜납 매트릭스 중에 Ag₃Sn의 금속간 화합물의 네트워크 상의 화합물을 석출시켜, 히트 사이클 특성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서의 「히트 사이클 특성」이란 TCT(Thermal Cycling Test; 히트 사이클 시험)에서의 특성을 의미하고 있다.

Ag 함유량이 4질량％ 초과인 경우에는, 땜납 합금의 액상선 온도가 높아진다는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같이 액상선 온도가 상승하면, Sb의 재고용이 발생하지 않아, SnSb의 미세화의 효과를 저해해 버리는 문제가 발생할 수 있다. 한편, Ag 함유량이 3질량％ 이하인 경우에는, 합금 중의 Ag₃Sn 화합물의 분산 현상이 발생하지 않아, 네트워크가 분자의 이동(음의 전도)을 저해한다는 문제가 발생할 수 있다. Ag 함유량을 3.1 내지 4.0 질량％로 함으로써, 약간 과공정으로 하여, Ag₃Sn을 생성하면서도 네트워크를 형성하지 않는 양으로 하고 있다. Ag 함유량의 하한값은 바람직하게는 3.3질량％이다. Ag 함유량의 상한값은 바람직하게는 3.5질량％이다.

(2) Cu: 0.6 내지 0.8질량％

Cu는, Cu 랜드에 대한 Cu 침식 방지함과 함께, 땜납 합금의 융점을 낮출 수 있다.

Cu 함유량이 0.8질량％를 초과하는 경우에는, 땜납 합금의 액상선 온도가 높아진다는 문제가 발생할 수 있다. 한편, Cu 함유량이 0.6질량％ 미만인 경우에는, 합금층의 형성이 진행(땜납에 Cu가 들어 있음으로써 전극의 Cu나 Ni의 확산이 억제)되므로, 조직이 악화되어 버린다는 문제가 발생할 수 있다. Cu 함유량의 하한값은 바람직하게는 0.65질량％이다. Cu 함유량의 상한값은 바람직하게는 0.75질량％이다.

(3) Bi: 1.5 내지 5.5질량％ 및 Sb: 1.0 내지 6.0질량％

Sb는, 히트 사이클 시험에 있어서, 150℃에서는 Sn에 고용된 상태를 나타내고, 온도 저하에 수반하여 Sn 매트릭스 중의 Sb가 점차 과포화 상태로 고용되게 되고, -55℃에서는 SnSb 금속간 화합물로서 석출되는 조직을 형성한다. 이에 의해, 땜납 합금은 우수한 히트 사이클 특성을 나타낼 수 있다.

Sb가 1.0질량％ 미만인 경우에는, 히트 사이클 특성에서 충분한 효과가 발현되지 않는다는 문제가 발생할 수 있다. 한편, Sb가 6.0질량％ 초과인 경우에는, 화합물량이 많아지고, 또한 조대한 화합물이 생성되어, 조직이 악화되어 버린다는 문제가 발생할 수 있다.

Bi에 의해, 더욱더 히트 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. Sb는, SnSb의 금속간 화합물을 석출하여 석출 분산 강화형의 합금을 만들 뿐만 아니라, Sn의 결정 격자에 들어가서, Sn과 치환됨으로써 Sn의 결정 격자를 변형시켜, 히트 사이클 특성을 향상시키는 효과도 갖고 있다. 이때, 땜납 합금이 Bi를 함유하면, Sb보다 원자량이 많아 결정 격자를 변형시키는 효과가 큰 Bi가 Sb와 치환되므로, 더욱더 히트 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, Bi는, 미세한 SnSb 화합물의 형성을 방해하지 않고, 석출 분산 강화형의 땜납 합금이 유지된다.

Bi의 함유량이 5.5질량％ 초과가 되면, 땜납 합금 자체의 연성이 낮아져서 단단하고 또한 부서지기 쉬워지므로, 히트 사이클 특성이 악화된다는 문제가 발생할 수 있다. 한편, Bi 함유량이 1.5질량％ 미만인 경우에는, Sb와의 치환이 일어나기 어렵고 히트 사이클 향상 효과가 발생하기 어려워져, 미세한 SnSb 금속간 화합물의 양이 적어지기 때문에, 히트 사이클 향상 효과가 나타나지 않는다는 문제가 발생할 수 있다. Bi 함유량의 하한값은 바람직하게는 2.0질량％이고, 보다 바람직하게 2.8질량％이다. Bi 함유량의 상한값은 바람직하게는 5.2질량％이다.

Sb 함유량의 하한값은 바람직하게는 2.0질량％이고, 보다 바람직하게는 2.8％이다. Sb 함유량의 상한값은 바람직하게는 5.2질량％이다. 또한, Sb 함유량이 4.0질량％ 초과가 되는 경우에는, 높은 히트 사이클 내성을 실현할 수 있는 점에서, 더욱 더 바람직하다.

(4) Co: 0.001 내지 0.030질량％

Co를 함유함으로써, Sn 결정립이 미세화되어, 히트 사이클 특성이 향상된다. 단, Co가 0.030질량％보다 많이 포함되면, 화합물량이 너무 많아져 버리고, 또한 조대한 화합물이 생성되어, 조직이 악화되어 버린다는 문제가 발생할 수 있다. 한편, Co가 0.001질량％ 미만밖에 포함되지 않으면, 히트 사이클 특성에 대하여 충분한 향상 효과가 발현되지 않는다는 문제가 발생할 수 있다. Co 함유량의 하한값은 바람직하게는 0.004질량％이고, 보다 바람직하게는 0.006질량％이다. Co 함유량의 상한값은 바람직하게는 0.020질량％이고, 보다 바람직하게는 0.010질량％이다.

(5) Fe: 0.02 내지 0.05질량％

Fe를 함유함으로써, Sn 결정립이 미세화되어, 히트 사이클 특성이 향상된다. Fe가 0.05질량％보다 많이 포함되면, 화합물량이 너무 많아져 버리고, 또한 조대한 화합물이 생성되어, 조직이 악화되어 버린다는 문제가 발생할 수 있다. 한편, Fe가 0.02질량％ 미만밖에 포함되지 않으면, 히트 사이클 특성의 충분한 향상 효과가 발현되지 않는다는 문제가 발생할 수 있다. Fe 함유량의 하한값은 바람직하게는 0.023질량％이다. Fe 함유량의 상한값은 바람직하게는 0.040질량％이고, 보다 바람직하게는 0.030질량％이다. 또한, 발명자들이 확인한 바, Ni 대신에 Fe를 넣음으로써, 히트 사이클 특성을 향상시킬 수 있고, 기계적 신뢰성을 확보할 수 있었다. Ni를 사용한 경우에는 「유리」가 발생하기 쉽지만, Ni를 사용하지 않고 Fe를 사용한 경우에는 「유리」가 발생하기 어려워진다. 이것은, 후술하는 바와 같이 실시예 1에서의 대응 영역에서의 CuSn계 화합물율이 0.0％가 된 것에 반하여, 비교예 12에서의 대응 영역에서의 CuSnNi계 화합물율이 8.7％가 된 것에 의해서도 확인되고 있다. 그리고, 이와 같이 「유리」 자체를 억제함으로써 음향 품질의 경시 열화를 방지할 수 있어, 전기 회로로서의 품질을 확보할 수 있다. 또한, 도 6은 Ni를 함유하는 경우에 「유리」가 발생하는 양태를 도시한 도면이고, 합금층이 그대로 유리되는 양태와 합금층이 분산하여 유리되는 양태를 도시하고 있다. 도 6에서는, 일례로서, 기판(30) 상에 Cu 랜드(20)가 마련되고, 당해 Cu 랜드(20)에 땜납 합금(10)이 마련되어 있는 양태로 되어 있다.

(6) As: 0.002 내지 0.250질량％

As를 땜납 합금이 함유하는 양태를 채용한 경우에는 증점 억제 효과를 얻을 수 있다. 함유되는 As 함유량의 하한은, As를 함유하는 효과가 충분히 발휘되도록 하기 위해, 0.002질량％로 하는 것이 유익하다. 한편, As가 0.250질량％를 초과하면 습윤성이 떨어지는 경우가 있으므로, As 함유량의 상한값은 0.250질량％로 하는 것이 유익하다. 또한, 0.002 내지 0.250질량％의 As를 함유시킴으로써 보이드의 발생을 억제할 수 있고, 히트 사이클 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 이와 같이 보이드의 발생을 억제함으로써, 전자의 흐름이 저해되는 요인을 억제하고, 음향 품질이 악화되는 것도 방지할 수 있다.

(7) Zr: 0.004 내지 0.250％

Zr을 땜납 합금이 함유하는 양태를 채용한 경우에는 증점 억제 효과를 얻을 수 있다. 함유되는 Zr 함유량의 하한은, Zr을 함유하는 효과가 충분히 발휘되도록 하기 위해, 0.004질량％로 하는 것이 유익하다. 한편, Zr이 0.250질량％를 초과하면 습윤성이 떨어지는 경우가 있으므로, Zr 함유량의 상한값은 0.250질량％로 하는 것이 유익하다. 또한, 0.004 내지 0.250질량％의 Zr을 함유시킴으로써 보이드의 발생을 억제할 수 있고, 히트 사이클 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 이와 같이 보이드의 발생을 억제함으로써, 전자의 흐름이 저해되는 요인을 억제하고, 음향 품질이 악화되는 것도 방지할 수 있다.

(8) 잔부: Sn

본 발명에 관한 땜납 합금의 잔부는 Sn이다. 본원에서의 「… 잔부 Sn으로 이루어지는, 땜납 합금」이라는 용어에서는, 「…」로 열기되어 있는 원소 외에 불가피적 불순물을 함유해도 된다. 또한, 불가피적 불순물을 함유하는 경우라도, 전술한 효과에 영향을 미칠 일은 없다.

2. 솔더 페이스트

본 발명에 관한 솔더 페이스트는 플럭스와 땜납 분말을 포함한다.

(1) 플럭스의 성분

땜납 페이스트에 사용되는 플럭스는, 유기산, 아민, 아민할로겐화수소산염, 유기 할로겐 화합물, 틱소제, 로진, 용제, 계면 활성제, 고분자 화합물, 실란 커플링제, 착색제의 어느 것 또는 2개 이상의 조합으로 구성된다.

유기산으로서는, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 다이머산, 프로피온산, 2,2-비스히드록시메틸프로피온산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 디글리콜산, 티오글리콜산, 디티오글리콜산, 스테아르산, 12-히드록시스테아르산, 팔미트산, 올레산 등을 들 수 있다.

아민으로서는, 에틸아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민, 트리에틸렌테트라민, 2-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸륨트리멜리테이트, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸륨트리멜리테이트, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-운데실이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-에틸-4'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진이소시아누르산 부가물, 2-페닐이미다졸이소시아누르산 부가물, 2-페닐-4,5-디히드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸, 2,3-디히드로-1H-피롤로[1,2-a]벤즈이미다졸, 1-도데실-2-메틸-3-벤질이미다졸륨클로라이드, 2-메틸이미다졸린, 2-페닐이미다졸린, 2,4-디아미노-6-비닐-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-비닐-s-트리아진이소시아누르산 부가물, 2,4-디아미노-6-메타크릴로일옥시에틸-s-트리아진, 에폭시-이미다졸 어덕트, 2-메틸벤즈이미다졸, 2-옥틸벤즈이미다졸, 2-펜틸 벤즈이미다졸, 2-(1-에틸펜틸)벤즈이미다졸, 2-노닐 벤즈이미다졸, 2-(4-티아졸릴)벤즈이미다졸, 벤즈이미다졸, 2-(2'-히드록시-5'-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3'-tert-부틸-5'-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3',5'-디-tert-아밀페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-5'-tert-옥틸페닐)벤조트리아졸, 2,2'-메틸렌비스[6-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-tert-옥틸페놀], 6-(2-벤조트리아졸릴)-4-tert-옥틸-6'-tert-부틸-4'-메틸-2,2'-메틸렌비스페놀, 1,2,3-벤조트리아졸, 1-[N,N-비스(2-에틸헥실)아미노메틸]벤조트리아졸, 카르복시벤조트리아졸, 1-[N,N-비스(2-에틸헥실)아미노메틸]메틸벤조트리아졸, 2,2'-[[(메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸]이미노]비스에탄올, 1-(1',2'-디카르복시에틸)벤조트리아졸, 1-(2,3-디카르복시프로필)벤조트리아졸, 1-[(2-에틸헥실아미노)메틸]벤조트리아졸, 2,6-비스[(1H-벤조트리아졸-1-일)메틸]-4-메틸페놀, 5-메틸벤조트리아졸, 5-페닐테트라졸 등을 들 수 있다.

아민할로겐화수소산염은, 아민과 할로겐화수소를 반응시킨 화합물이고, 아민으로서는, 에틸아민, 에틸렌디아민, 트리에틸아민, 디페닐구아니딘, 디톨릴구아니딘, 메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 등을 들 수 있고, 할로겐화수소로서는, 염소, 브롬, 요오드의 수소화물을 들 수 있다. 아민할로겐화수소산염으로서는, 아민3불화붕소착염이나 아민테트라플루오로붕산염을 들 수 있다. 아민3불화붕소착염의 구체예에서는, 예를 들어 피페리딘3불화붕소착염, 아민테트라플루오로붕산염의 구체예로서는, 예를 들어 시클로헥실아민테트라플루오로붕산염, 디시클로헥실아민테트라플루오로붕산염을 들 수 있다.

유기 할로겐 화합물로서는, trans-2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올, 트리알릴이소시아누레이트6브롬화물, 1-브로모-2-부탄올, 1-브로모-2-프로판올, 3-브로모-1-프로판올, 3-브로모-1,2-프로판디올, 1,4-디브로모-2-부탄올, 1,3-디브로모-2-프로판올, 2,3-디브로모-1-프로판올, 2,3-디브로모-1,4-부탄디올, 2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올 등을 들 수 있다.

틱소제로서는, 왁스계 틱소제, 아미드계 틱소제, 소르비톨계 틱소제 등을 들 수 있다. 왁스계 틱소제로서는, 예를 들어 피마자 경화유 등을 들 수 있다. 아미드계 틱소제로서는, 모노아미드계 틱소제, 비스아미드계 틱소제, 폴리아미드계 틱소제를 들 수 있고, 구체적으로는, 라우르산 아미드, 팔미트산 아미드, 스테아르산 아미드, 베헨산 아미드, 히드록시스테아르산 아미드, 포화지방산 아미드, 올레산 아미드, 에루크산 아미드, 불포화지방산 아미드, p-톨루엔 메탄아미드, 방향족 아미드, 메틸렌비스스테아르산 아미드, 에틸렌비스라우르산 아미드, 에틸렌비스히드록시스테아르산 아미드, 포화지방산비스아미드, 메틸렌비스올레산 아미드, 불포화지방산비스아미드, m-크실릴렌 비스스테아르산 아미드, 방향족 비스아미드, 포화지방산 폴리아미드, 불포화지방산 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 치환 아미드, 메틸올스테아르산 아미드, 메틸올아미드, 지방산 에스테르아미드 등을 들 수 있다. 소르비톨계 틱소제로서는, 디벤질리덴-D-소르비톨, 비스(4-메틸벤질리덴)-D-소르비톨 등을 들 수 있다.

계면 활성제로서는, 비이온계 계면 활성제, 약 양이온계 계면 활성제를 들 수 있다.

비이온계 계면 활성제로서는, 폴리옥시알킬렌글리콜류, 폴리옥시알킬렌알킬에테르류, 폴리옥시알킬렌에스테르류, 폴리옥시알킬렌아세틸렌글리콜류, 폴리옥시알킬렌알킬아미드류, 예를 들어 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜 공중합체, 지방족 알코올 폴리옥시에틸렌 부가체, 방향족 알코올 폴리옥시에틸렌 부가체, 다가 알코올 폴리옥시에틸렌 부가체, 폴리옥시알킬렌글리세릴에테르 등을 들 수 있다.

약 양이온계 계면 활성제로서는, 지방족 아민폴리옥시알킬렌부가체류, 방향족 아민폴리옥시알킬렌부가체류, 말단 디아민폴리알킬렌글리콜류, 예를 들어 지방족 아민폴리옥시에틸렌 부가체, 방향족 아민폴리옥시에틸렌 부가체, 다가 아민폴리옥시에틸렌 부가체 말단 디아민폴리에틸렌글리콜, 말단 디아민폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜 공중합체 등을 들 수 있다.

로진으로서는, 예를 들어 검 로진, 우드 로진 및 톨유 로진 등의 원료 로진, 그리고 해당 원료 로진으로부터 얻어지는 유도체를 들 수 있다. 해당 유도체로서는, 예를 들어 정제 로진, 수소첨가 로진, 불균화 로진, 중합 로진 및 α, β 불포화 카르복실산 변성물(아크릴화 로진, 말레인화 로진, 푸마르화 로진 등), 그리고 해당 중합 로진의 정제물, 수소화물 및 불균화물, 그리고 해당 α, β 불포화 카르복실산 변성물의 정제물, 수소화물 및 불균화물 등을 들 수 있고, 2종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 로진계 수지에 더하여, 테르펜 수지, 변성 테르펜 수지, 테르펜페놀 수지, 변성 테르펜페놀 수지, 스티렌 수지, 변성 스티렌 수지, 크실렌 수지 및 변성 크실렌 수지로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 수지를 더 포함할 수 있다. 변성 테르펜 수지로서는, 방향족 변성 테르펜 수지, 수소첨가 테르펜 수지, 수소첨가 방향족 변성 테르펜 수지 등을 사용할 수 있다. 변성 테르펜페놀 수지로서는, 수소첨가 테르펜페놀 수지 등을 사용할 수 있다. 변성 스티렌 수지로서는, 스티렌아크릴 수지, 스티렌말레산 수지 등을 사용할 수 있다. 변성 크실렌 수지로서는, 페놀 변성 크실렌 수지, 알킬페놀 변성 크실렌 수지, 페놀 변성 레졸형 크실렌 수지, 폴리올 변성 크실렌 수지, 폴리옥시에틸렌 부가 크실렌 수지 등을 들 수 있다.

용제로서는, 물, 알코올계 용제, 글리콜에테르계 용제, 테르피네올류 등을 들 수 있다. 알코올계 용제로서는 이소프로필알코올, 1,2-부탄디올, 이소보르닐시클로헥산올, 2,4-디에틸-1,5-펜탄디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올, 2,5-디메틸-3-헥신-2,5-디올, 2,3-디메틸-2,3-부탄디올, 1,1,1-트리스(히드록시메틸)에탄, 2-에틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 2,2'-옥시비스(메틸렌)비스(2-에틸-1,3-프로판디올), 2,2-비스(히드록시메틸)-1,3-프로판디올, 1,2,6-트리히드록시헥산, 비스[2,2,2-트리스(히드록시메틸)에틸]에테르, 1-에티닐-1-시클로헥산올, 1,4-시클로헥산디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 에리트리톨, 트레이톨, 구아야콜글리세롤에테르, 3,6-디메틸-4-옥틴-3,6-디올, 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 등을 들 수 있다. 글리콜에테르계 용제로서는, 디에틸렌글리콜모노-2-에틸헥실에테르, 에틸렌글리콜모노페닐에테르, 2-메틸펜탄-2,4-디올, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노부틸에테르 등을 들 수 있다.

(2) 플럭스의 함유량

플럭스의 함유량은, 땜납 페이스트의 전체 질량에 대하여 5 내지 95질량％인 것이 바람직하고, 5 내지 15질량％인 것이 보다 바람직하다. 이 범위이면, 땜납 분말에 기인하는 증점 억제 효과가 충분히 발휘된다.

(3) 땜납 분말

본 발명에 관한 솔더 페이스트에서 사용하는 땜납 분말은, 구상 분말인 것이 바람직하다. 구상 분말인 것에 의해 땜납 합금의 유동성이 향상된다.

또한, 땜납 합금이 구상 분말인 경우, JIS Z 3284-1: 2014에서의 분말 사이즈의 분류(표 2)에 있어서 기호 1 내지 8에 해당하는 사이즈(입도 분포)를 갖고 있으면, 미세한 부품에 대한 납땜이 가능하게 된다. 입자상 땜납 재료의 사이즈는, 기호 4 내지 8에 해당하는 사이즈인 것이 보다 바람직하고, 기호 5 내지 8에 해당하는 사이즈인 것이 보다 바람직하다.

(4) 땜납 페이스트의 제조 방법

본 발명에 관한 땜납 페이스트는, 당업계에서 일반적인 방법에 의해 제조된다. 먼저, 땜납 분말의 제조는, 용융시킨 땜납 재료를 적하하여 입자를 얻는 적하법이나 원심 분무하는 분무법, 벌크의 땜납 재료를 분쇄하는 방법 등, 공지된 방법을 채용할 수 있다. 적하법이나 분무법에 있어서, 적하나 분무는, 입자상으로 하기 위해 불활성 분위기나 용매 중에서 행하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 각 성분을 가열 혼합하여 플럭스를 조제하고, 플럭스 중에 상기 땜납 분말을 도입하고, 교반, 혼합하여 제조할 수 있다.

3. 땜납 볼

본 발명에 관한 땜납 합금은, 땜납 볼로서 사용할 수 있다. 땜납 볼로서 사용하는 경우에는, 본 발명에 관한 땜납 합금을, 당업계에서 일반적인 방법인 적하법을 사용하여 땜납 볼을 제조할 수 있다. 또한, 땜납 볼을, 플럭스를 도포한 1개의 전극 상에 땜납 볼을 1개 탑재하여 접합하는 등, 당업계에서 일반적인 방법으로 가공함으로써 땜납 이음을 제조할 수 있다. 땜납 볼의 입경은, 바람직하게는 1㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상이고, 더욱 바람직하게는 20㎛ 이상이고, 특히 바람직하게는 30㎛ 이상이다. 땜납 볼의 입경의 상한은 바람직하게는 3000㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 1000㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 800㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 600㎛ 이하이다.

4. 솔더 프리폼

본 발명에 관한 땜납 합금은, 프리폼으로서 사용할 수 있다. 프리폼의 형상으로서는, 와셔, 링, 펠릿, 디스크, 리본, 와이어 등을 들 수 있다.

5. 땜납 이음

본 발명에 관한 땜납 합금은, IC 칩 등의 PKG(Package)의 전극과 PCB(printed circuit board) 등의 기판의 전극을 접합하여 땜납 이음을 형성할 수 있다. 본 발명에 관한 땜납 이음은, 전극 및 땜납 접합부로 구성된다. 땜납 접합부란, 주로 땜납 합금으로 형성되어 있는 부분을 나타낸다.

6. 차량 탑재 전자 회로, ECU 전자 회로, 차량 탑재 전자 회로 장치, ECU 전자 회로 장치

본 발명에 관한 땜납 합금은, 지금까지의 설명으로부터도 명백한 바와 같이, 히트 사이클성이 우수하고, 땜납 합금 중의 균열의 발생이나 전파가 억제된다. 이 때문에, 끊임없이 진동을 받고 있는 상태에서 사용되는 자동차용, 즉 차량 탑재용으로서 사용되더라도, 균열의 성장이나 진전이 촉진될 일은 없다. 따라서, 그러한 특히 현저한 특성을 구비하고 있으므로, 본 발명에 관한 땜납 합금은, 자동차에 탑재하는 전자 회로의 납땜에 특히 적합하다는 것을 알 수 있다.

본 명세서에서 말하는 「히트 사이클성이 우수하다」란, 후술하는 실시예에서도 나타내는 바와 같이 -55℃ 이하 +150℃ 이상이라는 히트 사이클 시험을 행해도, 3000 사이클 후의 균열 발생률이 90％ 미만이고, 마찬가지로, 3000 사이클 후의 전단 강도 잔존율이 60％ 이상을 말한다.

이러한 특성은, 상기 히트 사이클 시험과 같은 매우 가혹한 조건에서 사용되더라도, 차량 탑재 전자 회로가 파단되지 않는, 즉 사용 불능 혹은 오동작을 초래하지 않는 것을 의미하고 있다. 또한, 본 발명에 관한 땜납 합금은, 히트 사이클 경과 후의 전단 강도 잔존율이 우수하다. 즉, 장기간 사용해도 충돌이나 진동 등의 외부로부터 가해지는 외력에 대하여 전단 강도 등의 외력에 대한 내성이 저하되지 않는다.

이와 같이, 본 발명에 관한 땜납 합금은, 보다 특정적으로는, 차량 탑재 전자 회로의 납땜에 사용되고, 혹은, ECU 전자 회로의 납땜에 사용되어 우수한 히트 사이클성을 발휘한다.

「전자 회로」란, 각각이 기능을 가지고 있는 복수의 전자 부품의 전자공학적인 조합에 의해, 전체로서 목적으로 하는 기능을 발휘시키는 계(시스템)이다.

그러한 전자 회로를 구성하는 전자 부품으로서는, 칩 저항 부품, 다연 저항 부품, QFP, QFN, 파워 트랜지스터, 다이오드, 콘덴서 등이 예시된다. 이들 전자 부품을 내장한 전자 회로는 기판 상에 마련되어, 전자 회로 장치를 구성하는 것이다.

본 발명에 있어서, 그러한 전자 회로 장치를 구성하는 기판, 예를 들어 프린트 배선 기판은 특별히 제한되지 않는다. 또한 그 재질도 특별히 제한되지 않지만, 내열성 플라스틱 기판(예: 고Tg 저CTE인 FR-4)이 예시된다. 프린트 배선 기판은 Cu 랜드 표면을 아민이나 이미다졸 등의 유기물(OSP: Organic Surface Protection)로 처리한 프린트 회로 기판이 바람직하다.

7. 땜납 합금의 형성 방법

본 발명에 관한 땜납 합금의 제조 방법에 한정은 없고, 원료 금속을 용융 혼합함으로써 제조할 수 있다.

본 발명에 관한 땜납 합금은, 그 원재료로서 저α선재를 사용함으로써 저α선 합금을 제조할 수 있다. 이러한 저α선 합금은, 메모리 주변의 땜납 범프 형성에 사용되면 소프트웨어 에러를 억제하는 것이 가능하게 된다.

실시예

1. 음향 품질

벌크 중으로의 금속간 화합물의 유리(Spalling)는 국소적으로 전자의 흐름(전류 밀도)의 불균일화를 일으켜서, 음향 품질에 대하여 악영향이 있다. 금속간 화합물은 복수회에 의한 실장(복수회, 땜납을 용융하여 응고하는 공정)이나, 시효에 의해 생성량이 증가한다. 종래부터 사용되고 있는 Ni는 접합 계면을 미세화시키는 효과가 알려져 있지만, 당해 효과는 유리를 재촉하기 때문에, 음향 품질을 저하시킨다.

후술하는 표 1 및 표 2에 나타내는 각 땜납 합금의 분말을 아토마이즈법에 의해 제작하였다. 당해 합금의 분말을 송지, 용제, 틱소제, 유기산 등을 포함하는 플럭스(센쥬 킨조쿠 코교 가부시키가이샤제 「GLV」)와 혼화하여, 페이스트화하여, 솔더 페이스트를 제작하였다. 당해 솔더 페이스트를 6층의 프린트 기판(FR-4, Cu-OSP)의 Cu 랜드(Cu 표면에 Ni층 및 Au층이 이 순서대로 적층되어 있음)에 150㎛의 메탈 마스크로 페이스트 인쇄한 후, 3216의 칩 저항기를 마운터로 실장하였다. 그 후에, 최고 온도 245℃에서 유지 시간 40초의 조건으로 용융시켜 응고시키는 공정(리플로우)을 5회 반복하여 행하여, 시험 기판을 제작하였다.

그 후, 기판을 잘라내고, 연마하여, 단면 관찰을 행하였다. 이때, 필렛부의 접합 계면을 3000배로 확대하여, 관찰을 행하였다. 화상 해석 소프트웨어를 사용하여 전체의 면적과 CuSn계 화합물 면적을 산출하였다. 화상 해석 소프트웨어로서는 Scandium을 사용하였다. CuSn계 화합물의 면적률(％)=CuSn계 화합물의 면적×100/전체의 면적으로서 산출하였다.

보다 구체적으로는, 실시예 및 비교예의 각각에 관하여 5개의 샘플을 준비하여, 합금층과 표면 처리 계면으로부터 5 내지 15um의 영역(도 1 및 도 2에서는 「대상 영역」으로서 나타내고 있는 영역)에서의 관찰을 행하였다. 접합 계면으로부터 유리된 CuSn계 화합물의 면적률 평균값(5개의 샘플의 평균값)이 1％ 미만인 경우에는 「○」(양호)로 하고, CuSn계 화합물의 면적률 평균값(5개의 샘플의 평균값)이 1％ 이상인 경우에는 「×」(불량)로 하였다. 도 1은 실시예 1에서의 화상이지만, 대응 영역에서는 CuSn계 화합물율이 0.0％였다. 도 2는 비교예 12에서의 화상이지만, 대응 영역에서는 CuSnNi계 화합물율이 8.7％가 되었다.

2. 히트 사이클 시험(TCT)

(1-1) 균열 신뢰성(균열률)

종래 기술과 같이 Ni와 Co를 동시 첨가함으로써 Sn 결정립이 미세화되어, 히트 사이클 특성이 향상된다. 본 실시 형태에서는 땜납 합금이 Ni를 함유하지 않으므로 이 효과가 약해져 버리지만, 발명자들이 예의 연구한 바, Fe를 첨가함으로써 접합 계면에 기여하지 않고(즉 음향 품질을 저하시키지 않고), Sn 결정립 미세화 효과가 얻어지는 것을 발견하였다.

상기 「1 음향 품질」에서 설명한 것과 동일한 방법으로, 솔더 페이스트를 제작하였다. 당해 솔더 페이스트를 6층의 프린트 기판(FR-4, Cu-OSP)에 150㎛의 메탈 마스크로 페이스트 인쇄한 후, 3216의 칩 저항기를 마운터로 실장하였다. 그 후에, 최고 온도 245℃에서 유지 시간 40초의 조건으로 리플로우하고, 납땜을 행하여 시험 기판을 제작하였다.

각 땜납 합금으로 납땜한 시험 기판을 저온 -55℃, 고온 +150℃, 유지 시간 15분의 조건으로 설정한 히트 사이클 시험기에 넣어, 3000 사이클 후에 각 조건에서 히트 사이클 시험기로부터 취출하고, 3000배로 확대하여 균열의 상태를 관찰하고, 균열의 전체 길이를 상정하여, 균열률을 측정하였다.

균열률(％) = (균열 길이의 총합)×100/(상정선 균열 전체 길이)

여기에, 「상정선 균열 전체 길이」란, 완전 파단의 균열 길이를 말한다. 균열률은, 도 5에 도시한 복수의 균열 L2의 길이 합계를, 균열 예상 진전 경로 L1의 길이로 나눈 비율이다. 실시예 및 비교예의 각각에 관하여 5개의 샘플을 준비하여, 균열률의 평균값을 산출하였다. 균열률의 평균값이 90％ 미만인 경우에는 균열 신뢰성이 있어 「양호」로 판단하고, 균열률의 평균값이 90％ 이상인 경우에는 균열 신뢰성이 없어 「불량」으로 판단하였다. 도 5에서는, 기판(30) 상에 Cu 랜드(20)가 마련되고, 당해 Cu 랜드(20)에 땜납 합금(10)을 개재하여 전자 부품(40)이 마련되어 있는 양태를 도시하고 있다. 또한, 도 5의 부호 15는 금속간 화합물층을 나타내고 있다.

(1-2) 전단 강도 신뢰성(전단 강도 잔존율)

전단 강도 신뢰성은, 히트 사이클 시험 전인 초기 상태의 땜납 이음 전단 강도에 대하여 히트 사이클 시험에 어느 정도의 강도가 유지되어 있는지의 지표가 된다.

전단 강도 시험은, 상기 3000 사이클 후의 각 샘플(실시예 및 비교예의 각각에 대한 5개의 샘플)에 대하여 이음 강도 시험기 STR-5100을 사용하여, 25℃에서, 시험 속도 6mm/min, 시험 높이는 50㎛의 조건으로 행하였다. 전단 강도 잔존율(％)은 (히트 사이클 시험 후의 전단 강도)×100/(초기의 전단 강도)로 구하였다. 본 실시예에서는, 전단 강도 잔존율의 평균값이 60％ 이상인 경우에 전단 강도 신뢰성이 있어 「양호」로 하고, 60％ 미만인 경우에는 전단 강도 신뢰성이 높지는 않은 점에서 「양호」가 아닌 것으로 하였다.

균열률의 평균값이 90％ 이상이고, 또한 전단 강도 잔존율이 60％ 미만인 경우에는 하기 표 1 및 표 2에 있어서 「×」로서 나타내고, 균열률의 평균값이 90％ 미만이고, 또한 전단 강도 잔존율이 60％ 이상인 경우에는 하기 표 1 및 표 2에 있어서 「◎」로서 나타내었다. 균열률의 평균값이 90％ 미만이지만, 전단 강도 잔존율이 60％ 미만인 경우에는 하기 표 1 및 표 2에 있어서 「○」로서 나타내었다. 또한, Fe의 질량％의 값과 Co의 질량%의 3배의 값의 합(Fe+3×Co)이 0.03 내지 0.10이 되는 경우에, 전단 강도 잔존율이 60％ 이상이 되는 것을 확인할 수 있었다.

3. 보이드

보이드에 의한 공극부는 히트 사이클 특성의 저하뿐만 아니라, 전자의 흐름이 물리적으로 불가능하게 되기 때문에, 음향 품질에 악영향을 미친다. As를 미량 첨가함으로써 땜납 재의 경시 변화가 억제되어, 연속 스퀴지 후의 증점을 방지할 수 있다. 이와 같이 증점을 방지함으로써 보이드 억제로 이어지는 것을 확인할 수 있었다.

상기 「1 음향 품질」에서 설명한 것과 동일한 방법으로, 솔더 페이스트를 제작하였다. 당해 솔더 페이스트를 두께가 1.6mm로 이루어지는 편면 프린트 기판(FR-4, Cu-OSP)에 150㎛의 메탈 마스크로 페이스트 인쇄한 후, Sn으로 도금되어 있는 전극부가 5mm×5mm로 이루어지고, 전체가 평면으로 보아 8mm×8mm로 이루어지는 QFN을 마운터로 실장하였다. 그 후에, 최고 온도 245℃에서 유지 시간 40초의 조건으로 리플로우하고, 납땜을 행하여 시험 기판을 제작하였다.

보이드율의 측정은, 가열 X선 장치(TUX-3200)를 사용하여 행하였다.

보이드율(％) = (보이드 면적)×100/(전체 면적)(본 실시예에서는 5mm×5mm)

실시예 1 및 14의 각각에 관하여 5개의 샘플을 준비하여, 보이드율의 평균값을 산출하였다. 보이드율의 평균값이 5％ 이하인 경우에는, 보이드율이 낮다고 판단하고, 표 1에서는 「◎」로 나타내고 있다. 보이드율의 평균값이 5％ 초과인 경우에는, 보이드율이 낮지는 않다고 판단하고, 표 1에서는 「○」로 나타내고 있다. 도 3은 실시예 14에서의 화상이지만, 보이드율이 낮게 되어 있다. 도 4는 실시예 1에서의 화상이지만, 실시예 14와 비교하여 보이드율이 높게 되어 있다. 또한, 도 3 및 도 4의 점선은 8mm×8mm로 이루어지는 QFN의 외형을 나타내고 있고, 흑색으로 나타내어져 있는 화상은 5mm×5mm로 이루어지는 전극부에 대응하는 개소로 되어 있다.

하기 표 1에서 나타내는 바와 같이, Ag: 3.1 내지 4.0질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Bi: 1.5 내지 5.5질량％, Sb: 1.0 내지 6.0질량％, Co: 0.001 내지 0.030질량％, Fe: 0.02 내지 0.05질량％, 잔부 Sn, 또는 Ag: 3.1 내지 4.0질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Bi: 1.5 내지 5.5질량％, Sb: 1.0 내지 6.0질량％, Co: 0.001 내지 0.030질량％, Fe: 0.02 내지 0.05질량％, As: 0.004 내지 0.250질량％, 잔부 Sn이라는 요건을 충족시키는 땜납 합금에 따르면, 음향 품질이 「○」가 되고, 또한 히트 사이클 시험(TCT)의 결과가 「◎」 또는 「○」가 되는 것을 확인할 수 있었다.

[표 1]

또한, Fe의 질량％의 값과 Co의 질량%의 3배의 값의 합(Fe+3×Co)(표 1 및 표 2에서는 「식」으로서 나타내고 있음)이 0.03 내지 0.1이 되는 양태에서는, 히트 사이클 시험(TCT)의 결과가 「◎」가 되고, 더욱 양호하다는 것을 확인할 수 있었다.

하기 표 2에서 나타내는 바와 같이, Ag: 3.1 내지 4.0질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Bi: 1.5 내지 5.5질량％, Sb: 1.0 내지 6.0질량％, Co: 0.001 내지 0.030질량％, Fe: 0.02 내지 0.05질량％, 잔부 Sn 및 Ag: 3.1 내지 4.0질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Bi: 1.5 내지 5.5질량％, Sb: 1.0 내지 6.0질량％, Co: 0.001 내지 0.030질량％, Fe: 0.02 내지 0.05질량％, As: 0.004 내지 0.25질량％, 잔부 Sn이라는 요건을 충족시키지 않는 땜납 합금의 경우에는, 음향 품질이 「×」가 되거나, 또는 히트 사이클 시험(TCT)의 결과가 「×」가 되는 것을 확인할 수 있었다.

[표 2]

보다 구체적으로는, Ag가 3.1질량％ 미만이 되는 경우, Cu가 0.6질량％ 미만이 되는 경우, Sb가 6질량％ 초과가 되는 경우, Co가 0.03질량％ 초과가 되는 경우 또는 Fe가 0.05질량％ 초과가 되는 경우에는, 음향 품질이 「×」가 되는 것을 확인할 수 있었다(비교예 1, 2, 6, 8 및 10). 또한 「Ni」를 함유하는 경우에는, 어느 양태에서도, 음향 품질이 「×」가 되어, 불량이라는 것을 확인할 수 있었다(비교예 11 내지 13).

또한, Bi가 1.5질량％ 미만이 되는 경우, Bi가 5.5질량％ 초과가 되는 경우, Sb가 1.0질량％ 미만이 되는 경우 또는 Co가 0.001질량％ 미만이 되는 경우, Fe가 0.02 질량 미만이 되는 경우에는, 히트 사이클 시험(TCT)의 결과가 「×」가 되어, 불량이라는 것을 확인할 수 있었다(비교예 3 내지 5, 7 및 9).

10: 땜납 합금
15: 금속간 화합물층
20: Cu 랜드
30: 기판
40: 전자 부품
L1: 균열 예상 진전 경로
L2: 균열 진전 경로

Claims

Ag: 3.1 내지 4.0질량％, Cu: 0.6 내지 0.8질량％, Bi: 1.5 내지 5.5질량％, Sb: 1.0 내지 6.0질량％, Co: 0.001 내지 0.030질량％, Fe: 0.02 내지 0.05질량％, 잔부 Sn으로 이루어지는, 땜납 합금.
제1항에 있어서,
As를 0.002 내지 0.250질량％ 함유하는, 땜납 합금.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Fe의 질량％의 값과 Co의 질량%의 3배의 값의 합이 0.03 내지 0.10이 되는, 땜납 합금.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금으로 이루어지는 땜납 분말과 플럭스를 갖는 솔더 페이스트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금으로 이루어지는 땜납 볼.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금으로 이루어지는 솔더 프리폼.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금을 갖는 것을 특징으로 하는 땜납 이음.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금을 갖는 것을 특징으로 하는 차량 탑재 전자 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금을 갖는 것을 특징으로 하는 ECU 전자 회로.
제8항에 기재된 차량 탑재 전자 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 차량 탑재 전자 회로 장치.
제9항에 기재된 ECU 전자 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 ECU 전자 회로 장치.