KR20240112761A

KR20240112761A - 땜납 합금, 땜납 페이스트, 땜납 볼, 땜납 프리폼, 솔더 조인트, 차량 탑재 전자 회로, ecu 전자 회로, 차량 탑재 전자 회로 장치 및 ecu 전자 회로 장치

Info

Publication number: KR20240112761A
Application number: KR1020240005558A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 요코야마; 슌사쿠 요시카와; 사쿠 요시카와; 유키 이이지마; 간타 데이; 다카히로 마츠후지; 고타 스기사와; 시게토 스즈키
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 2023-01-12
Filing date: 2024-01-12
Publication date: 2024-07-19
Also published as: JP7323853B1; JP2024099203A; MX2024000652A; CN118321783A; US20240238914A1; EP4400251A1

Abstract

액상선 온도와 고상선 온도가 소정의 온도 범위 내이며, 열전도성이 우수하고, 내 히트 사이클성이 우수한 땜납 합금, 땜납 페이스트, 땜납 볼, 땜납 프리폼, 솔더 조인트, 차량 탑재 전자 회로, ECU 전자 회로, 차량 탑재 전자 회로 장치 및 ECU 전자 회로 장치를 제공한다.
땜납 합금은, 질량％로, Ag: 3.0 내지 3.8％, Cu: 0.1 내지 1.0％, Bi: 0％ 초과 0.9％ 이하, Sb: 1.0 내지 7.9％, Fe: 0.020 내지 0.040％, Co: 0.001 내지 0.020％, 및 잔부가 Sn을 포함하는 합금 조성을 갖는다. 바람직하게는, 땜납 합금은, 또한, 질량％로, Ge, Ga, As, Pd, Mn, In, Zn, Zr 및 Mg 중 적어도 1종을 합계로 0.1％ 이하를 함유한다.

Description

땜납 합금, 땜납 페이스트, 땜납 볼, 땜납 프리폼, 솔더 조인트, 차량 탑재 전자 회로, ECU 전자 회로, 차량 탑재 전자 회로 장치 및 ECU 전자 회로 장치{SOLDER ALLOY, SOLDER PASTE, SOLDER BALL, SOLDER PREFORM, SOLDER JOINT, AUTOMOTIVE ELECTRONIC CIRCUIT, ECU ELECTRONIC CIRCUIT, AUTOMOTIVE ELECTRONIC CIRCUIT DEVICE, AND ECU ELECTRONIC CIRCUIT DEVICE}

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

자동차에는, 엔진, 파워스티어링, 브레이크 등을 전기적으로 제어하는 기기에 사용되는 차량 탑재 전자 회로가 탑재되어 있다. 차량 탑재 전자 회로는, 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 걸쳐 고장이 없이 안정된 상태에서 가동할 수 있는 것이어야 한다. 이 ECU는, 일반적으로 엔진 근방에 설치되어 있는 것이 많아 사용 환경으로서는, 상당히 까다로운 조건으로 되어 있다.

이와 같은 차량 탑재 전자 회로가 설치되는 엔진 근방은, 엔진의 회전 시에는 125℃ 이상과 같은 상당한 고온이 된다. 한편, 엔진의 회전을 멈추었을 때에는, 엔진 근방은 외기 온도, 예를 들어 북미나 시베리아 등의 한랭지라면 동계에 -40℃ 이하와 같은 저온이 된다. 따라서, 차량 탑재 전자 회로는, 엔진의 운전과 엔진 정지의 반복에 의해, 적어도 -40℃ 내지 +125℃와 같은 히트 사이클 환경에 노출된다.

차량 탑재 전자 회로는, 전자 부품이 프린트 기판에 납땜된 전자 회로이다. 전자 부품의 선 열팽창 계수와 프린트 기판의 선 열팽창 계수는 크게 다르다. 그리고, 차량 탑재 전자 회로가 히트 사이클 환경에 노출되면, 전자 부품과 프린트 기판이 각각 열팽창·수축을 반복한다. 이 반복에 의해, 일정한 열 변위가 전자 부품과 프린트 기판을 접합하고 있는 납땜부(이하, 「솔더 조인트」라고 함)에서 반복적으로 발생한다. 이 때문에, 히트 사이클 환경에서는, 응력이 솔더 조인트에 계속해서 가해져, 최종적으로는 솔더 조인트가 파손되어 버린다.

솔더 조인트가 완전히 파손되지 않은 경우라도, 부분적으로 파손되면 전자 회로의 저항값이 상승하여 오동작의 원인이 될 수 있다. 자동차에 탑재되어 있는 ECU의 오동작은 중대한 사고로 이어질 수도 있다. 이와 같이, ECU의 오동작을 피하기 위해서는, 내(耐) 히트 사이클성의 향상이 특히 중요하다.

이에, 예를 들어 특허문헌 1에는, 높은 내 히트 사이클성을 구비하는 땜납 합금으로서, Sn-Ag-Cu-Bi-Sb-Co-Fe 땜납 합금이 개시되어 있다. 이 땜납 합금은, 내 히트 사이클성에 추가하여 음향 품질도 우수하다.

일본 특허 제6889387호 공보

특허문헌 1에는, 접합 계면에 석출되는 화합물이 땜납 합금 중에 유리(遊離)되는 것을 억제하기 위해서, Ni를 함유하지 않는 합금 조성이 개시되어 있다. 여기서, 특허문헌 1에 기재된 땜납 합금은, -55℃ 내지 150℃의 히트 사이클을 3000회 반복하는 히트 사이클 시험에 의해 내 히트 사이클성이 평가되고 있다. 그러나, 내 히트 사이클성의 과잉 스펙에 수반하여, 솔더 조인트로서 필요한 열전도성이 열화되어서는 안된다.

최근에는, 전자 부품의 소형화가 진행되어 고성능화에 의해 대전류가 통전된다. 전자 부품의 오동작을 억제한다는 관점에서, 전자 부품의 방열은 전자 회로에 있어서 큰 문제가 되고 있다. 전자 부품의 방열 수단으로서는, 히트 싱크 등을 설치하는 것 등을 들 수 있다. 단, 솔더 조인트의 열전도성이 개선되면, 큰 히트 싱크를 설치하지 않고 전자 회로의 방열성이 기대된다. 히트 싱크의 사이즈가 저감되면, 예를 들어 차량 탑재 전자 회로를 자동차에 탑재할 때에 차량 탑재 전자 회로의 탑재 자유도가 향상된다. 나아가, 땜납 합금의 열전도성이 향상되었다고 해도, 용융 땜납의 습윤성이 떨어지면, 애당초 솔더 조인트의 방열성이 떨어지게 되기 때문에, 높은 습윤성도 필요하게 된다.

이와 같이, 솔더 조인트에는, 내 히트 사이클성 외에도, 최근의 문제가 되고 있는 열전도성의 향상이 요망되고 있다. 특허문헌 1에 기재된 땜납 합금은 음향 품질이 우수하지만, 습윤성이 우수하고, 솔더 조인트에 필요한 특성인 열전도성의 향상을 위해서는, 더욱 검토가 필요하다.

이에, 본 발명의 과제는, 액상선 온도와 고상선 온도가 소정의 온도 범위 내이며, 습윤성 및 열전도성이 우수하고, 내 히트 사이클성이 우수한 땜납 합금, 땜납 페이스트, 땜납 볼, 땜납 프리폼, 솔더 조인트, 차량 탑재 전자 회로, ECU 전자 회로, 차량 탑재 전자 회로 장치 및 ECU 전자 회로 장치를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 특허문헌 1에 개시되어 있는 Sn-Ag-Cu-Bi-Sb-Fe-Co 땜납 합금에 있어서, 내 히트 사이클성에 추가하여 열전도성도 향상되는 조성을 검토하였다. 내 히트 사이클성과 열전도성을 양립시키기 위해서, 특허문헌 1에 기재된 땜납 합금에 있어서, Bi의 함유량을 저감시키는 것이 착안되었다. Bi는, 내 히트 사이클성의 향상에 추가하여 융점을 저하시킬 수도 있다. 단, Bi는 용융 땜납의 응고 시에 편석하는 성질이 있고, Bi의 함유량이 많으면, 용융 땜납의 응고가 저해되기 때문에, 과냉각 상태의 온도가 낮아지고, 용융 땜납은 과냉각이 된다고 추정된다.

과냉각은, 평형 상태에 있어서 응고하는 온도에서 응고되지 않는 상태를 말한다. 여기서, Sn을 주성분으로 하는 땜납 합금에서는 과냉각이 발생하면, 과냉각 상태의 온도가 낮을수록 Sn의 결정립은 미세해진다. 이것은, 과냉각 상태의 온도가 응고 개시 온도보다 훨씬 낮은 온도이기 때문에, 매우 짧은 시간에 액체로부터 고체로의 상태 변화가 일어나기 때문인 것으로 추정된다. 한편, 전술한 바와 같이, 과냉각 상태에서의 Sn은 액체 상태가 유지되고 있기 때문에, 용융 땜납 중에 초정이 되는 화합물이나 전극과 땜납 합금의 접합 계면에 형성되는 금속간 화합물은, 조대화되고 취약하게 된다고 추정된다.

다음으로, 과냉각의 발생을 억제하려고 하면 응고 개시 온도를 높은 온도로 할 필요가 있다. 이 때문에, Sn의 결정립은 커지게 된다. 이에 반하여, 용융 땜납 중에 초정이 되는 화합물이나 전극과 땜납 합금의 접합 계면에 형성되는 금속간 화합물은, Sn의 응고 개시 온도가 높아지기 때문에 미세화한다. 이것은, 화합물과 고체 상태의 Sn의 고상 확산의 확산 속도는, 화합물과 액체 상태의 Sn의 고액 확산의 확산 속도보다 느리고, 화합물의 성장이 억제되기 때문이라고 추정된다. 특허문헌 1에 기재된 땜납 합금과 같이, Bi나 Sb를 함유하는 땜납 합금에서는, 응고핵으로서 기능하는 Fe나 Co를 함유함으로써 과냉각은 억제되기 때문에, 화합물에 추가하여 Sn의 결정립도 미세해진다고 생각된다. Sn-Ag-Cu-Bi-Sb계 땜납 합금에 있어서의 용융 땜납의 냉각 시의 거동을 정리하면, 이하의 표 1과 같다.

전술한 바와 같이, Sn-Ag-Cu-Bi-Sb-Fe-Co 땜납 합금에 있어서, Bi는 과냉각 상태의 온도를 저하시키기 때문에, 과냉각 온도의 저하를 억제하기 위해서는, Bi의 함유량을 저감시키는 것을 들 수 있다. 또한 일반적으로, 땜납 합금은, 각 구성 원소가 각각 따로따로 기능하는 것이 아니라, 모든 구성 원소가 일체로 되었을 때에 비로소 고유의 효과를 발휘할 수 있다. 이에, 본 발명자들은, 특허문헌 1에 기재된 땜납 합금에 있어서, 솔더 조인트에 있어서 실용상 문제가 없을 정도의 부하에 상당하는 히트 사이클 시험에 견딜 수 있음과 함께, 높은 열전도성을 나타내는 땜납 합금에 대하여 더욱 검토를 진행하였다.

미세한 합금 조직은, 내 히트 사이클성의 향상에 기여한다. 이것은, 과냉각을 억제하는 것, 및 결정핵의 수의 증가에 기여하는 원소를 함유함으로써 달성된다고 생각된다. 여기서, 미세한 조직은 결정립계의 면적을 증대시키기 때문에, 열전도율이 저하된다고도 생각된다. 그러나, 땜납 합금 중에 석출되는 화합물의 열전도율은 낮다. 이 때문에, 화합물이 많이 석출되면, 결정립계의 면적이 증가하는 것보다도 열전도율의 저하에 크게 기여한다. 합금 조직으로서는, 미세한 Sn 결정립이 석출되었다고 해도, 화합물의 석출량을 저감하면 열전도성의 저하를 피할 수 있다.

단, Bi의 함유량이 저감되어도, 낮은 열전도율의 화합물이 접합 계면에 석출됨과 함께 땜납 합금 중에 유리하면, 열전도율이 저하된다. 따라서, Bi의 함유량을 저감한 것만으로는, 효과의 양립은 달성되지 않는다. 내 히트 사이클성을 유지하면서 열전도성을 향상시키기 위해서는, 화합물이 솔더 조인트의 접합 계면으로부터 땜납 합금 중에 유리하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 유리란, 스텝 솔더링이나 시효에 의해 솔더 조인트의 접합 계면에 화합물이 많이 석출된 경우, 접합 계면에 석출되는 화합물이 땜납 합금 중에 이동하는 현상을 나타낸다. 유리는, 접합 계면의 화합물이 미세할수록 발생하기 쉽다. 이 때문에, 특허문헌 1에서는, 음향 품질의 관점에서, 접합 계면의 화합물을 미세하게 하는 Ni를 함유하지 않는 합금 조성이 제안되어 있다. 그러나, 본 발명에서는, 열전도성의 향상을 감안하면, 유리를 억제하는 것에 추가하여, Bi상의 석출량을 더욱 저감함으로써, 열전도성의 향상을 도모할 필요가 있다.

한편, Sn-Ag-Cu-Bi-Sb-Fe-Co 땜납 합금에 있어서, 내 히트 사이클성에 기여하는 화합물로서는, 예를 들어 SnSb 등을 들 수 있다. SnSb가 적량이면, 융점의 상승을 억제하면서, 높은 내 히트 사이클성을 나타낼 수 있다. 내 히트 사이클성의 향상을 위해서는, SnSb 등의 화합물의 석출이 소정량 필요해진다.

이와 같이, 합금 조직을 감안하면, 내 히트 사이클성과 열전도성은, 각각 상반되는 방향성을 갖기 때문에, 종래의 땜납 합금에서는 이들 효과를 동시에 발휘하는 것은 곤란하였다. 본 발명자들은, 합금 조직의 미세화와 화합물의 석출량의 조정이 가능하도록, Bi의 함유량을 저감한 후, 기타 첨가 원소의 함유량에 대하여 종합적으로 검토하였다. 그 결과, 각 구성 원소의 함유량이 특정한 범위 내인 경우에 비로소 우수한 내 히트 사이클성과 열전도성을 동시에 발휘할 수 있음과 함께, 습윤성도 우수한 지견이 얻어져 본 발명은 완성되었다. 또한, 본 발명에서는, 전자 회로에 관하여 예시하였지만, 이들 효과를 동시에 발휘할 필요가 있는 용도라면, 이것에 한정되지는 않는다.

이들 지견에 의해 얻어진 본 발명은 이하와 같다.

(0) 질량％로, Ag: 3.0 내지 3.8％, Cu: 0.1 내지 1.0％, Bi: 0％ 초과 0.9％ 이하, Sb: 1.0 내지 7.9％, Fe: 0.020 내지 0.040％, Co: 0.001 내지 0.020％, 및 잔부가 Sn을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.

(1) 질량％로, Ag: 3.0 내지 3.8％, Cu: 0.1 내지 1.0％, Bi: 0％ 초과 0.9％ 이하, Sb: 1.0 내지 7.9％, Fe: 0.020 내지 0.040％, Co: 0.001 내지 0.020％, 및 잔부가 Sn을 포함하는 합금 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.

(2) 합금 조성은, 또한, 질량％로, Ge, Ga, As, Pd, Mn, In, Zn, Zr 및 Mg 중 적어도 1종을 합계로 0.1％ 이하를 함유하는, 상기 (0) 또는 상기 (1)에 기재된 땜납 합금.

(3) 합금 조성은 하기 (1)식 내지 (3)식을 충족시키는, 상기 (0) 내지 상기 (2) 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금.

0.00018≤Ag×Cu×Sb×Fe×Co≤0.00203 (1)

0.08≤Ag×Cu×Bi≤1.85 (2)

0<Sb×Fe×Co≤0.00139 (3)

상기 (1)식 내지 (3)식 중, Ag, Cu, Bi, Sb, Fe 및 Co는, 각각 상기 합금 조성의 함유량(질량％)을 나타낸다.

(4) 상기 (0) 내지 상기 (2) 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금을 포함하는 땜납 분말을 갖는 땜납 페이스트.

(5) 상기 (0) 내지 상기 (2) 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금을 포함하는 땜납 볼.

(6) 상기 (0) 내지 상기 (2) 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금을 포함하는 땜납 프리폼.

(7) (0) 내지 상기 (2) 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금을 갖는 솔더 조인트.

(8) (0) 내지 상기 (2) 중 어느 한 항에 기재된 땜납 합금을 갖는 것을 특징으로 하는 차량 탑재 전자 회로.

(9) (0) 내지 상기 (2) 중 어느 한 항의 땜납 합금을 갖는 것을 특징으로 하는 ECU 전자 회로.

(10) 상기 (8)에 기재된 차량 탑재 전자 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 차량 탑재 전자 회로 장치.

(11) 상기 (9)에 기재된 ECU 전자 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 ECU 전자 회로 장치.

도 1은, 실시예 32에 있어서의 단면 관찰의 결과를 나타낸 화상이다.
도 2는, 비교예 15에 있어서의 단면 관찰의 결과를 나타낸 화상이다.

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

1. 땜납 합금

(1) Ag: 3.0 내지 3.8％

Ag는, 땜납 합금의 습윤성을 향상시킴과 함께, Ag₃Sn의 그물눈 구조가 형성되기 때문에 내 히트 사이클성의 향상에 기여한다. Ag의 함유량이 3.8질량％를 초과하면, 땜납 합금의 액상선 온도가 높아져 Sb의 재고용이 발생하지 않고, SnSb가 미세해지지 않아 내 히트 사이클성이 저하된다. 또한, 조대한 Ag₃Sn의 석출에 의해 내 히트 사이클성 및 열전도성이 열화된다. Ag의 함유량의 상한은 3.8％ 이하이고, 바람직하게는 3.6％ 이하이고, 보다 바람직하게는 3.5％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 3.4％ 이하이다.

한편, Ag 함유량이 3.0％ 미만이면, Ag₃Sn의 그물눈 구조가 형성되지 않고, Ag₃Sn에 의해 열의 전도에 불균일이 발생해버려, 열전도성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 내 히트 사이클성이나 습윤성도 저하된다. Ag의 함유량의 하한은 3.0％ 이상이고, 바람직하게는 3.1％ 이상이고, 보다 바람직하게는 3.2％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 3.3％ 이상이다.

(2) Cu: 0.1 내지 1.0％

Cu는, Cu 랜드에 대한 Cu 침식을 방지함과 함께, 우수한 열전도성이나 내 히트 사이클성을 유지하고, 또한 액상선 온도를 낮출 수 있다. Cu의 함유량이 1.0％를 크게 초과하면, 액상선 온도가 상승하는 경우가 있다. 또한, 조대한 Cu₆Sn₅ 화합물이 형성되기 때문에, 습윤성이 저하되고, 나아가 열전도율이나 내 히트 사이클성도 저하된다. Cu의 함유량의 상한은 1.0％ 이하이고, 바람직하게는 0.9％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.8％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.7％ 이하이다.

한편, Cu의 함유량이 0.1％ 미만이면, 습윤성이 저하된다. 또한, 솔더 조인트의 접합 계면으로부터 전극의 Cu가 땜납 합금 중에 확산되고, 땜납 합금 중에 CuSn계 화합물이 형성되기 때문에, 내 히트 사이클성 및 열전도성이 열화된다. Cu의 함유량의 하한은 0.1％ 이상이고, 바람직하게는 0.3％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.5％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.6％ 이상이다.

(3) Sb: 1.0 내지 7.9％

Sb는, 히트 사이클 시험의 125℃에서는 Sn에 고용된 상태를 나타내고, 온도 저하에 수반되어 Sn 매트릭스 중의 Sb가 서서히 과포화 상태에서 고용되게 된다. 그리고, Bi가 하기 범위 내인 경우, -40℃에서는 SnSb 화합물로서 석출되는 조직을 형성한다. 이에 의해, 본 발명에 따른 땜납 합금은, 고온 시에는 땜납 합금의 고용 강화가 이루어지고, 저온 시에는 석출 강화가 이루어지기 때문에, 우수한 내 히트 사이클성을 나타낸다. Sb의 함유량이 7.9％를 초과하는 경우에는, 액상선 온도가 상승하는 경우가 있다. 또한, 조대한 SnSb 화합물의 석출량이 많아져 내 히트 사이클성이나 열전도성이 저하된다. 또한, 습윤성도 저하된다. 이것에 추가하여, 땜납 합금의 취화가 일어난다. Sb의 함유량의 상한은 7.9％ 이하이고, 바람직하게는 7.0％ 이하이고, 보다 바람직하게는 6.0％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 5.0％ 이하이고, 특히 바람직하게는 4.0％ 이하이고, 가장 바람직하게는 3.8％ 이하이며, 3.5％ 이하여도 되고, 3.2％ 이하여도 된다.

한편, Sb의 함유량이 1.0％ 미만이면, 석출 강화가 발현되지 않아 고용 강화도 불충분해지기 때문에, 내 히트 사이클성이 저하된다. Sb의 함유량의 하한은 1.0％ 이상이고, 바람직하게는 1.2％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.5％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.8％ 이상이고, 특히 바람직하게는 2.0％ 이상이고, 가장 바람직하게는 2.2％ 이상이며, 2.5％ 이상, 2.8％ 이상, 3.0％ 이상이어도 된다.

(4) Bi: 0％ 초과 0.9％ 이하

Bi는, 습윤성의 향상, 고상선 온도나 액상선 온도의 저하 및 내 히트 사이클성의 향상에 기여한다. SnSb 화합물의 Sb와 치환하여 Sb보다 원자량이 많고 결정 격자를 변형시키는 효과가 크기 때문에, 내 히트 사이클성을 향상시킬 수 있다. 또한, Bi는, 미세한 SnSb 화합물의 형성을 방해하지 않아 석출 강화형의 땜납 합금이 유지된다.

또한, 종래의 Sn-Ag-Cu-Bi-Sb-Fe-Co 땜납 합금에서는, Bi의 함유량이 1.5％ 미만에서는, 미세한 SnSb의 석출량이 적기 때문에 내 히트 사이클성의 향상을 기대할 수 없다고 되어 있었다. 또한, 종래의 땜납 합금에서는, Bi의 다량 첨가에 의해 Bi상의 석출량이 증가하여 열전도성이 낮았다.

그러나, 솔더 조인트에는 높은 열전도성이 요구되고 있기 때문에, 실용상 문제가 없을 정도의 내 히트 사이클성을 나타낼 수 있으면, 종래보다도 우수한 솔더 조인트의 형성이 가능해진다. 이에, 본 발명에 따른 땜납 합금은, 열전도성의 향상을 위해 화합물의 석출량을 조정할 필요가 있고, Bi의 함유량이 종래의 땜납 합금보다 적다. Bi의 함유량을 저감함으로써 SnSb의 미세화가 종래의 땜납 합금의 상태로까지 달성되지 않더라도, 본 발명에 따른 땜납 합금은, 합금 조직의 미세화에 기여하는 Fe 및 Co를 함유하기 때문에, 실용상 문제가 없을 정도의 내 히트 사이클성을 나타낼 수 있다.

Bi의 함유량이 0％를 초과하며, 또한 0.9％ 이하이면 화합물의 석출량이 저감됨과 함께 Bi의 편석이 억제되기 때문에, 내 히트 사이클성과 높은 열전도성을 나타낼 수 있다. 또한, 땜납 합금의 연성이 향상되고, 땜납 합금의 경화 및 취화를 회피할 수 있기 때문에, 내 히트 사이클성이 실용상 문제가 없을 정도로 유지된다. Bi를 함유하지 않으면, Bi의 첨가 효과가 발휘되지 않아, 습윤성과 내 히트 사이클성이 떨어진다. Bi의 함유량이 1.5％ 이상으로까지 증가하면, Bi상의 석출량이 증가하기 때문에, 열전도율이 저하된다. 또한, Bi의 함유량이 1.5％를 크게 상회하면, 과냉각이 발생하여 고상선 온도가 저하된다. Bi의 함유량의 상한은 0.9％ 이하이고, 바람직하게는 0.8％ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.7％ 이하이다. Bi의 함유량의 하한은 0％ 초과이며, 바람직하게는 0.1％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.2％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.3％ 이상이며, 특히 바람직하게는 0.5％ 이상이다.

(5) Fe: 0.020 내지 0.040％

Fe는, 우수한 습윤성을 유지함과 함께, 용융 땜납의 응고 시에 응고핵으로서 기능하기 때문에, 과냉각의 억제에 의해 Sn 결정립이 미세해지고, 또한 내 히트 사이클성의 향상에 기여한다. Fe의 함유량이 0.040％를 크게 초과하면, 액상선 온도가 상승하는 경우가 있다. 또한, 습윤성이 열화된다. 또한, 조대한 SnFe 화합물이 석출되기 때문에, 내 히트 사이클성이 저하된다. 액상선 온도가 상승할 정도로까지 Fe의 함유량이 많으면, 열전도율이 저하된다. Fe의 함유량의 상한은 0.040％ 이하이고, 바람직하게는 0.030％ 이하이다.

한편, Fe의 함유량이 0.020％ 미만이면, 과냉각이 억제되지 않기 때문에, 합금 조직이 미세해지지 않고, 내 히트 사이클성이 떨어진다. Fe의 함유량의 하한은 0.020％ 이상이고, 바람직하게는 0.025％ 이상이다.

(6) Co: 0.001 내지 0.020％

Co는, Fe와 마찬가지로, 우수한 습윤성을 유지함과 함께, 용융 땜납의 응고 시에 응고핵으로서 기능하기 때문에, 과냉각의 억제에 의해 Sn 결정립이 미세해지고, 또한 내 히트 사이클성이 향상된다. Co의 함유량이 0.020％를 초과하면, 조대한 SnCo 화합물이 석출되기 때문에, 내 히트 사이클성이 저하된다. 액상선 온도가 상승할 정도로까지 Co의 함유량이 많으면, 열전도율이 저하된다. Co의 함유량의 상한은 0.020％ 이하이고, 바람직하게는 0.010％ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.009％ 이하이다.

한편, Co의 함유량이 0.001％ 미만이면, 과냉각이 억제되지 않기 때문에, 합금 조직이 미세해지지 않고, 내 히트 사이클성이 떨어진다. Co의 함유량의 하한은 0.001％ 이상이고, 바람직하게는 0.003％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.008％ 이상이다.

(7) (1)식 내지 (3)식

0.00018≤Ag×Cu×Sb×Fe×Co≤0.00203 (1)

0.08≤Ag×Cu×Bi≤1.85 (2)

0<Sb×Fe×Co≤0.00139 (3)

상기 (1)식 내지 (3)식 중, Ag, Cu, Bi, Sb, Fe 및 Co는, 각각 합금 조성의 함유량(질량％)을 나타낸다.

본 발명에 따른 땜납 합금을 구성하는 원소는, 적어도 내 히트 사이클성 및 열전도성 중 어느 것에 기여한다. (1)식은, Sn과의 화합물을 형성하는 첨가 원소의 밸런스를 나타내는 식이다. 본 발명에 있어서, 화합물은, 내 히트 사이클성 및 열전도성에 기여하기 때문에, 어느 화합물이 다량으로 석출되지 않는 것이 좋고, 각 효과가 발휘되기 쉬운 석출량으로 조정된다. 각 구성 원소가 상기 범위 내임과 함께 (1)식을 충족시킴으로써, 화합물이 더욱 밸런스 좋게 석출된다는 점에서, 고상선 온도 및 액상선 온도가 적정하며, 또한, 과냉각이 억제됨으로써 내 히트 사이클성이 우수하고, 열전도성도 우수하다.

(2)식은, 모두 습윤성에 기여하는 원소의 밸런스를 나타내는 식이다. Ag, Cu 및 Bi는 모두 습윤성에 기여하지만, 각 구성 원소가 상기 범위 내임과 함께 어느 원소의 함유량이 너무 적지 않으면, 우수한 습윤성이 발휘된다. (3)식도, (2)식과 마찬가지로, 모두 습윤성에 기여하는 원소의 밸런스를 나타내는 식이다. Sb, Fe 및 Co는 모두 습윤성에 기여하지만, 각 구성 원소가 상기 범위 내임과 함께 어느 원소의 함유량이 너무 많지 않으면, 더욱 우수한 습윤성이 발휘된다. (1)식 내지 (3)식은, 본 발명의 바람직한 양태이기 때문에, 이들 식을 충족하지 않는 합금 조성이라도, 전술한 바와 같이 각 구성 원소의 함유량이 적정하면, 실용상 문제가 없을 정도의 효과는 얻어진다. 이들 식을 동시에 충족시키는 합금 조성에서는, 본 발명에 있어서의 모든 평가가 최고 수준에 이른다.

관계식 (1) 내지 (3)의 계산에는, 합금 조성의 실측값인 표 2 및 표 3에 나타내는 수치를 사용하였다.　계산에서는, 사용되는 모든 값이 동일한 자릿수(각각의 관계의 하한값과 상한값으로 나타내어져 있는 자릿수에 기초하여)로 구성되어 있는 것을 확인하기 위해서, 표에 나타나 있는 값에 제로가 추가되어 있다.　표시되어 있지 않은 숫자에 대해서는, 예를 들어, Ag 함유량이 측정값으로서 1.0질량％인 경우, 관계식 (1) 내지 (3)의 계산에 사용되는 Ag 함유량은, 필요한 적응에 따라서 추가의 자릿수 「0」을 포함하도록 수정된다. 관계식 (1) 내지 (3)에 대해서는, 상한값과 하한값의 자릿수로부터, 관계식 (1)은 10진수 5자리, 관계식 (2)는 10진수 2자리로 계산되고, 관계식 (3)은 10진수 5자리로 계산된다. 이 계산 규칙은 본 출원에서 사용되며, 또한 모든 조성물이 동일한 방법으로 취급되지 않으면 안되기 때문에, 다른 문헌 등에서 설명되는 추가적인 조성물에 관한 계산에도 사용되는 것을 의도하고 있다.

(1)식의 상한은 바람직하게는 0.00203 이하이고, 보다 바람직하게는 0.00200 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.00197 이하이고, 특히 바람직하게는 0.00190 이하이고, 가장 바람직하게는 0.00181 이하이며, 0.00168 이하, 0.00167 이하, 0.00152 이하, 0.00143 이하, 0.00133 이하, 0.00130 이하, 0.00126 이하, 0.00119 이하, 0.00114 이하여도 된다. (1)식의 하한은 바람직하게는 0.00018 이상이고, 보다 바람직하게는 0.00019 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.00020 이상이고, 특히 바람직하게는 0.00048 이상이고, 가장 바람직하게는 0.00057 이상이며, 0.00071 이상, 0.00086 이상, 0.00095 이상, 0.00105 이상이어도 된다.

(2)식의 상한은 바람직하게는 1.85 이하이고, 보다 바람직하게는 1.33 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.19 이하이고, 더욱 보다 바람직하게는 1.09 이하이며, 특히 바람직하게는 1.05 이하이다. (2)식의 하한은 바람직하게는 0.08 이상이고, 보다 바람직하게는 0.17 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.24 이상이고, 특히 바람직하게는 0.41 이상이며, 가장 바람직하게는 0.48 이상이다.

(3)식의 상한은 바람직하게는 0.00139 이하이고, 보다 바람직하게는 0.00120 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.00100 이하이고, 더욱 보다 바람직하게는 0.00097 이하이고, 특히 바람직하게는 0.00084 이하이며, 가장 바람직하게는 0.00080 이하이다. (3)식의 하한은 0 초과이며, 바람직하게는 0.00008 이상이고, 보다 바람직하게는 0.00020 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.00024 이상이고, 특히 바람직하게는 0.00030 이상이고, 가장 바람직하게는 0.00036 이상이며, 0.00040 이상, 0.00044 이상, 0.00048 이상, 0.00050 이상, 0.00056 이상, 0.00060 이상, 0.00064 이상, 0.00070 이상, 0.00076 이상이어도 된다.

(8) 질량％로, Ge, Ga, As, Pd, Mn, In, Zn, Zr 및 Mg 중 적어도 1종을 합계로 0.1％ 이하

본 발명에 따른 땜납 합금은, 본 발명의 효과가 손상되지 않는 범위에 있어서, 임의 원소를 함유해도 된다. 이들 임의 원소는, 합계로 0.1％ 이하이면 본 발명의 효과가 유지된다. 하한은 특별히 한정되지는 않지만, 0.001％ 이상이면 된다.

(9) 잔부: Sn

본 발명에 따른 땜납 합금의 잔부는 Sn이다. 전술한 원소 외에 불가피적 불순물을 함유해도 된다. 본 발명에 따른 땜납 합금의 잔부는, Sn 및 불가피 불순물로 이루어지는 것이어도 된다. 불가피적 불순물을 함유하는 경우라도, 전술한 효과에 영향을 주지는 않는다. 또한, Ni는 솔더 조인트의 접합 계면에 석출되는 화합물의 유리를 촉진시키기 위해서 함유하지 않는 것이 좋다.

본 발명에 따른 땜납 합금은, 부재의 침식, 위치 어긋남, 재산화, 보이드의 발생 등의 실장성이 저하되지 않는 온도역인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 땜납 합금의 고상선 온도는 200℃ 이상인 것이 바람직하고, 210℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 상한은 특별히 한정되지는 않지만, 액상선 온도 이하이면 되고, 250℃ 이하이면 된다. 액상선 온도는, 땜납 합금의 용융 온도가 높아지지 않는 것이 좋으며, 250℃ 이하이면 되고, 바람직하게는 230℃ 이하이다. 하한은 고상선 온도 이상이면 된다.

2. 땜납 페이스트

본 발명에 따른 땜납 페이스트는, 상술한 합금 조성으로 이루어지는 땜납 분말과 플럭스의 혼합물이다. 본 발명에 있어서 사용하는 플럭스는, 통상의 방법에 의해 납땜이 가능하면 특별히 제한되지는 않는다. 따라서, 일반적으로 사용되는 로진, 유기산, 활성제, 그리고 용제를 적절히 배합한 것을 사용하면 된다. 본 발명에 있어서 금속 분말 성분과 플럭스 성분의 배합 비율은 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 금속 분말 성분: 80 내지 90질량％, 플럭스 성분: 10 내지 20질량％이다.

3. 땜납 볼

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

4. 땜납 프리폼

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

5. 솔더 조인트

본 발명에 따른 솔더 조인트는, 적어도 2개 이상의 피접합 부재의 접합에 적합하게 사용된다. 피접합 부재는, 예를 들어 소자, 기판, 전자 부품, 프린트 기판, 절연 기판, 히트 싱크, 리드 프레임, 전극 단자 등을 사용하는 반도체, 및 파워 모듈, 인버터 제품 등, 본 발명에 따른 땜납 합금을 이용하여 전기적으로 접속되는 것이면 특별히 한정되지는 않는다.

본 발명에 따른 땜납 합금을 사용한 접합 방법은, 예를 들어 리플로법을 이용하여 통상법에 따라서 행하면 된다. 플로 솔더링을 행하는 경우의 땜납 합금의 용융 온도는 대체로 액상선 온도에서 20℃ 정도 높은 온도여도 된다. 또한, 본 발명에 따른 땜납 합금을 이용하여 접합하는 경우에는, 응고 시의 냉각 속도를 고려하는 것이 합금 조직을 더욱 미세하게 할 수 있다. 예를 들어 2 내지 3℃/s 이상의 냉각 속도로 솔더 조인트를 냉각한다. 이 밖의 접합 조건은, 땜납 합금의 합금 조성에 따라 적절히 조정할 수 있다.

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

본 발명에 따른 땜납 합금은, 지금까지의 설명에서도 명확한 바와 같이, 내 히트 사이클성 및 열전도성이 우수하다. 이 때문에, 가혹한 환경에 노출되는 자동차용, 즉 차량 탑재용으로서 사용되어도, 크랙의 성장이나 진전이 촉진되지는 않는다. 따라서, 그와 같은 특히 현저한 특성을 구비하고 있는 점에서, 본 발명에 따른 땜납 합금은, 자동차에 탑재하는 전자 회로의 납땜에 특히 적합하다는 것을 알 수 있다.

본 명세서에서 말하는 「내 히트 사이클성이 우수하다」라 함은, 후술하는 실시예에서도 나타내는 바와 같이 -40℃ 이하 +125℃ 이상과 같은 히트 사이클 시험을 행하여도, 3000사이클 후의 전단 강도 잔존율이 40％ 이상임을 말한다.

이와 같은 특성은, 상기 히트 사이클 시험과 같은 매우 가혹한 조건에서 사용되어도, 차량 탑재 전자 회로가 파단되지 않는, 즉 사용 불능 혹은 오동작을 초래하지 않는다는 것을 의미하고 있다. 또한, 본 발명에 따른 땜납 합금은, 히트 사이클 경과 후의 전단 강도 잔존율이 우수하다. 즉, 장기간 사용해도 전단 강도 등의 외력에 대한 내성이 저하되지 않는다.

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

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

그와 같은 전자 회로를 구성하는 전자 부품으로서는, 칩 저항 부품, 다연 저항 부품, QFP, QFN, 파워 트랜지스터, 다이오드, 콘덴서 등이 예시된다. 이들 전자 부품을 조성해 넣은 전자 회로는 기판 상에 마련되고, 전자 회로 장치를 구성하는 것이다.

본 발명에 있어서, 그와 같은 전자 회로 장치를 구성하는 기판, 예를 들어 프린트 배선 기판은 특별히 제한되지는 않는다. 또한 그 재질도 특별히 제한되지는 않지만, 내열성 플라스틱 기판(예: 고 Tg 저 CTE인 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. 기타

본 발명에 따른 땜납 합금은, 그 원재료로서 저 α선량재를 사용함으로써 저 α선량 합금을 제조할 수 있다. 이와 같은 저 α선량 합금은, 메모리 주변의 땜납 범프 형성에 사용되면 소프트에러를 억제하는 것이 가능해진다.

실시예

본 발명을 이하의 실시예에 의해 설명하지만, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되지는 않는다.

본 발명의 효과를 입증하기 위해서, 표 2 및 표 3에 기재된 땜납 합금을 사용하여, (1) 고상선 온도 및 액상선 온도, (2) 열전도율, (3) 과냉각, (4) 내 히트 사이클성, 그리고 (5) 습윤성을 평가하였다.

(1) 고상선 온도 및 액상선 온도

표 2 및 표 3에 기재한 각 합금 조성을 갖는 땜납 합금에 대하여, DSC 곡선으로부터 각각의 온도를 구하였다. DSC 곡선은, 세이코 인스트루먼츠사 제조의 DSC(모델 번호: Q2000)에 의해, 대기 중에서 5℃/min으로 승온하여 얻어졌다. 얻어진 DSC 곡선으로부터 액상선 온도를 구하고, 용융 온도로 하였다. 또한, DSC 곡선으로부터 고상선 온도도 평가하였다. 고상선 온도가 210℃ 이상임과 함께, 액상선 온도가 230℃ 미만인 경우에는, 「◎」로 판정하였다. 고상선 온도가 210℃ 이상임과 함께, 액상선 온도가 230℃ 이상 250℃ 이하인 경우에는, 「○」로 판정하였다. 고상선 온도가 210℃ 미만이거나, 또는 액상선 온도가 250℃를 초과한 경우에는, 「×」로 판정하였다.

(2) 열전도율

표 2 및 표 3에 기재한 땜납 합금의 시트를 사용하여, φ10㎜, 두께 3㎜의 샘플을 제작하였다. 이들 샘플의 열전도율을, 열전도율계(어드밴스 리코사 제조, 장치명: TC7000)를 사용하고, 레이저 플래시법에 의해, 샘플마다 열확산율 α의 측정을 3회 행하고, 3회의 합계를 3으로 나눈 값을 열전도율의 평균값으로서 구하였다. 샘플의 비열 C(J/(g·K))를, 샘플마다 3회 측정하고, 3회의 합계를 3으로 나눈 값을 비열의 평균값으로서 구하였다. 그리고, 아르키메데스법에 의해 구한 밀도 ρ를 사용하고, 열전도율 λ는 하기 식에 따라서 계산하였다. 열전도율이 50[W/m/K] 이상인 경우에는 「◎」로 판정하고, 48[W/m/K] 이상 50[W/m/K] 미만인 경우에는 「○」로 판정하고, 48[W/m/K] 미만인 경우에는 「×」로 판정하였다.

λ=α×C×ρ

(3) 과냉각

과냉각은, 승온 시의 액상선 온도와 강온 시의 액상선 온도의 차이다. 상기 「(1) 고상선 온도 및 액상선 온도」에서 사용한 장치를 사용하여, 대기 중 5℃/min으로 승온하여 샘플을 용융시키고, 그 후 동일 샘플을 냉각시켜 얻어진 DSC 곡선으로부터 강온 시의 액상선 온도를 구하였다. 강온 시의 액상선 온도와 「(1) 고상선 온도 및 액상선 온도」에서 평가한 승온 시의 액상선 온도의 차인 ΔT가 0 내지 30℃인 경우에는, 「◎」로 판정하였다. 30℃ 초과인 경우에는 「×」로 판정하였다.

(4) 내 히트 사이클성(TCT)

(4-1) 페이스트의 제작

표 2 및 표 3에 나타내는 각 땜납 합금의 분말을 아토마이즈법에 의해 제작하였다. 이 합금의 분말을 로진, 용제, 틱소제, 유기산 등을 포함하는 플럭스(센쥬 긴조쿠 고교(주) 제조 「GLV」)와 혼화하여 땜납 페이스트를 제작하였다. 땜납 페이스트의 합금 분말은 88질량％로 하고, 플럭스는 질량 12％로 하였다. 이 솔더 페이스트를 6층의 프린트 기판(FR-4, Cu-OSP)의 Cu 랜드에 150㎛의 메탈 마스크로 페이스트 인쇄한 후, 3216의 칩 저항기를 마운터로 실장하였다. 그 후, 최고 온도 245℃, 유지 시간 40초의 가열 조건에서 용융시켜 리플로를 행하고, 납땜을 행하여 시험 기판을 제작하였다.

이 시험 기판을 저온 -40℃, 고온 +125℃, 유지 시간 30분의 조건으로 설정한 히트 사이클 시험기에 넣어 3000사이클 후에 각 조건에서 히트 사이클 시험기로부터 꺼내고, 전단 시험을 행하였다.

(4-2) 전단 강도 신뢰성(전단 강도 잔존율)

전단 강도 시험은, 상기 3000사이클 후의 각 샘플(실시예 및 비교예의 각각에 대한 5개의 샘플)에 대하여, 조인트 강도 시험기 STR-5100을 사용하여, 25℃에서, 시험 속도 6㎜/min, 시험 높이는 100㎛의 조건에서 행하였다. 전단 강도 잔존율(％)은, (히트 사이클 시험 후의 전단 강도)×100/(초기의 전단 강도)로 구하였다. 본 실시예에서는, 전단 강도 잔존율의 평균값이 40％ 이상인 경우에 「◎」로 판정하고, 40％ 미만인 경우에는 「×」로 판정하였다.

(5) 습윤성

(5-1) 시험판의 제작

땜납 합금의 습윤성은, 메니스코그래프 시험의 방법에 준거하여 측정되었다. 플럭스(센쥬 긴조쿠 고교(주) 제조 「ES-1100」)를, 동판(폭 10㎜×길이 30㎜×두께 0.3㎜)에 대하여 도포하였다. 플럭스를 도포한 동판을, 120℃에서 15분간, 대기 분위기에서 가열 처리하여, 시험판을 얻었다. 이와 같은 시험판을, 각 실시예 및 각 비교예의 각각에 대하여, 5매씩 준비하였다.

(5-2) 평가 방법

얻어진 시험판을, 각각, 표 2 및 표 3에 나타내는 합금 조성을 갖는 용융 땜납이 도입되어 있는 땜납조에 침지시켜, 제로 크로스 타임(sec)을 얻었다. 여기서, 시험 장치로서 Solder Checker SAT-5100(RHESCA사 제조)을 사용하여, 다음과 같이 평가하였다. 각 실시예 및 각 비교예에 5매의 시험판의 제로 크로스 타임(sec)의 평균값에 의해, 땜납 습윤성을 평가하였다. 시험 조건은, 이하와 같이 설정하였다.

땜납조에 대한 침지 속도: 10㎜/sec

땜납조에 대한 침지 깊이: 4㎜

땜납조에 대한 침지 시간: 10sec

땜납조 온도: 255℃

제로 크로스 타임(sec)의 평균값이 짧을수록, 습윤 속도는 빨라지고, 땜납 습윤성이 좋다는 것을 의미한다.

(5-3) 판정 기준:

제로 크로스 타임(sec)의 평균값이 1.3초 이하인 경우에는 「◎」로 판정하고, 1.3초를 초과하고, 1.5초 이하인 경우에는 「○」로 판정하고, 1.5초를 초과하는 경우에는, 「×」로 판정하였다.

표 2 및 표 3으로부터 명확한 바와 같이, 실시예 1 내지 70은 모두 Ag, Cu, Bi, Sb, Fe 및 Co의 함유량이 본 발명의 범위 내이기 때문에, 모든 평가 판정이 「○」 또는 「◎」였다. 특히, (1)식 내지 (3)식을 충족시키는 실시예 1 내지 4, 6 내지 21, 24 내지 37, 41 내지 53, 58, 60 및 62 내지 70은, 모두, 모든 평가 판정이 「◎」였다.

한편, 비교예 1은, Ag의 함유량이 적기 때문에, TCT와 습윤성이 떨어졌다. 비교예 2는, Ag의 함유량이 많기 때문에, 열전도율 및 TCT가 떨어졌다. 비교예 3 및 비교예 4는, Cu의 함유량이 적정하지 않기 때문에, 열전도율, TCT 및 습윤성이 떨어졌다.

비교예 5는, Bi를 함유하지 않기 때문에, TCT 및 습윤성이 떨어졌다. 비교예 6은, Bi 및 Fe의 함유량이 많기 때문에, TCT가 떨어졌다. 비교예 7은, Bi의 함유량이 너무 많기 때문에, 열전도율 및 습윤성이 떨어졌다.

비교예 8은, Sb의 함유량이 적기 때문에, TCT가 떨어졌다. 비교예 9는, Sb의 함유량이 많기 때문에, 열전도율, TCT 및 습윤성이 떨어졌다. 비교예 10은, Fe의 함유량이 적기 때문에, TCT가 떨어졌다. 비교예 11은, Fe의 함유량이 많기 때문에, TCT 및 습윤성이 떨어졌다.

비교예 12는, Co의 함유량이 적기 때문에, TCT가 떨어졌다. 비교예 13은, Co의 함유량이 많기 때문에, TCT 및 습윤성이 떨어졌다. 비교예 14는, Bi의 함유량이 많고, Ni를 함유하기 때문에, 고상선 온도가 낮고 열전도율이 떨어지며, 과냉각의/냉각 시의 온도차가 크고 습윤성이 떨어졌다. 비교예 15는, Ni를 함유하기 때문에, 열전도율이 떨어졌다.

유리의 유무에 대하여 확인한 결과를 도 1 및 도 2에 나타낸다. 도 1은, 실시예 32에 있어서의 단면 관찰의 결과를 나타낸 화상이다. 도 2는, 비교예 15에 있어서의 단면 관찰의 결과를 나타낸 화상이다. 실시예 및 비교예의 각각에 관하여 5개의 샘플을 준비하고, 합금층과 표면 처리 계면으로부터 5 내지 15㎛의 영역(도 1 및 도 2에서는 「대상 영역」으로서 나타내고 있는 영역)에 있어서의 관찰을 행하였다.

실시예 32 및 비교예 15에 나타낸 각 땜납 합금의 분말을 아토마이즈법에 의해 제작하였다. 이 합금의 분말을 로진, 용제, 틱소제, 유기산 등을 포함하는 플럭스(센쥬 긴조쿠 고교(주) 제조 「GLV」)와 혼화하여 땜납 페이스트를 제작하였다. 땜납 페이스트의 합금 분말은 88질량％로 하고, 플럭스를 12질량％로 한 이 솔더 페이스트를 6층의 프린트 기판(FR-4, Cu-OSP)의 Cu 랜드에 150㎛의 메탈 마스크로 페이스트 인쇄한 후, 3216의 칩 저항기를 마운터로 실장하였다. 그 후, 대기 중에서, 최고 온도 245℃, 유지 시간 40초의 가열 조건에서 용융시켜 리플로를 행하고, 시험 기판을 제작하였다.

그 후, 시험 기판을 잘라내어 연마를 행하고, 단면의 접합 계면 근방을 1000배로 확대하여, 관찰을 행하였다. 화상 해석 소프트웨어를 이용하여 전체의 면적과 CuSn계 화합물의 면적을 산출하였다. 화상 해석 소프트웨어로서는, Scandium을 사용하였다. CuSn계 화합물의 면적률은, 산출한 각 면적의 결과를 사용하고, (CuSn계 화합물의 면적률)(％)=(CuSn계 화합물의 면적)×100/(대상 영역의 면적)에 의해 산출되었다.

도 1로부터 명확한 바와 같이, 실시예 32의 대응 영역에서는 CuSn계 화합물율이 0％였다. 도 2는 비교예 15에 있어서의 화상이지만, 대응 영역에서는 CuSnNi계 화합물율이 15 내지 20％가 되었다. 이와 같이, 실시예에서는, 화합물의 유리가 발생하지 않았음이 밝혀졌다.

Claims

질량％로, Ag: 3.0 내지 3.8％, Cu: 0.1 내지 1.0％, Bi: 0% 초과 0.9％ 이하, Sb: 1.0 내지 7.9％, Fe: 0.020 내지 0.040％, Co: 0.001 내지 0.020％, 및 잔부가 Sn을 포함하는 합금 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
제1항에 있어서,
상기 합금 조성은, 또한, 질량％로, Ge, Ga, As, Pd, Mn, In, Zn, Zr 및 Mg 중 적어도 1종을 합계로 0.1％ 이하를 함유하는 땜납 합금.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 합금 조성은 하기 (1)식 내지 (3)식을 충족시키는 땜납 합금.
0.00018≤Ag×Cu×Sb×Fe×Co≤0.00203 (1)
0.08≤Ag×Cu×Bi≤1.85 (2)
0<Sb×Fe×Co≤0.00139 (3)
상기 (1)식 내지 (3)식 중, Ag, Cu, Bi, Sb, Fe 및 Co는, 각각 상기 합금 조성의 함유량(질량％)을 나타낸다.
제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 합금을 포함하는 땜납 분말을 갖는 땜납 페이스트.
제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 합금을 포함하는 땜납 볼.
제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 합금을 포함하는 땜납 프리폼.
제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 합금을 갖는 솔더 조인트.
제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 합금을 갖는 것을 특징으로 하는 차량 탑재 전자 회로.
제1항 또는 제2항에 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.