KR100999331B1 - 납프리 땜납 합금 - Google Patents

Abstract

열시효 후에도 개선된 내낙하 충격성을 나타내고 또한 납땜성, 보이드 발생, 변색의 면에서도 양호한 납프리 땜납 합금을 제공한다. 본 발명의 땜납 합금은 질량％ 로 (1) Ag : 0.8 ∼ 2.0％, (2) Cu : 0.05 ∼ 0.3％, 그리고 (3) In : 0.01％ 이상, 0.1％ 미만, Ni : 0.01 ∼ 0.04％, Co : 0.01 ∼ 0.05％, 및 Pt : 0.01 ∼ 0.1％ 에서 선택된 1 종 혹은 2 종 이상, 경우에 따라 (4) Sb, Bi, Fe, Al, Zn, P 에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.1％ 이하를 함유하고, 잔부 Sn 및 불순물로 본질적으로 이루어진다.

땜납 합금

Description

납프리 땜납 합금 {LEAD-FREE SOLDER ALLOY}

본 발명은 납을 함유하지 않는 납프리 땜납 합금, 특히 땜납 범프와 같이 미소한 납땜부를 형성하는 데에 적합한 납프리 땜납 합금에 관한 것이다.

BGA (Ball Grid Array), CSP (Chip Size Package) 등의 초소형 다기능 패키지의 프린트 배선판에 대한 실장은 땜납 범프에 의해 실시되는 경우가 많다. 이 경우, 패키지의 전극 상에 사전에 땜납 범프를 형성해 두고, 그 땜납 범프가 프린트 배선판의 납땜부 (랜드) 에 맞닿도록 패키지를 배치한다. 그 후, 프린트 배선판과 패키지를 리플로우로 (爐) 와 같은 가열 장치에서 가열하여 땜납 범프를 용융시키면, 패키지가 프린트 배선판에 납땜되어 양자간의 도통이 확보된다.

땜납 범프는 베어 칩의 프린트 배선판에 대한 실장에도 이용되고 있다. 이 실장 방법은 DCA (direct chip attach) 또는 플립 칩법이라고도 불린다. 이 경우에는 칩의 전극 상에 땜납 범프가 형성된다. DCA 에 있어서의 칩의 프린트 배선판에 대한 실장은 와이어 본딩 또는 TAB (tape automated bonding) 에 의해 실시되는 경우도 있는데, 플립 칩 실장은 보다 고밀도 실장이 가능하고 또한 실장의 생산성이 높다.

한편, QFP (quad flat package), SOIC (small outline IC) 등에 있어서는 칩 의 전극과, 칩을 탑재하는 기판 (인터포저) 의 접속을, 종래의 주류였던 와이어 본딩을 대신하여 최근에는 땜납 범프를 이용한 플립 칩 접속에 의해 실시하는 경우가 많아졌다. 이 접속도 플립 칩 실장의 경우와 동일하게 칩의 전극 상에 형성된 땜납 범프를 이용하여 실시된다.

와이어 본딩은 고가의 금선을 사용할 뿐만 아니라 작업이 고속 자동화되었다고 해도 전극을 1 개씩 접속하기 때문에 작업 시간이 길어진다. 또한, 칩의 고기능화에 수반하는 전극 밀도의 증대에 수반하여, 와이어끼리의 접촉에 의한 단락이 불가피해졌다. 한편, 플립 칩 실장 또는 접속은 칩에 형성된 땜납 범프가 프린트 배선판의 납땜부 또는 기판의 전극과 맞닿도록 칩을 배치하고, 땜납 범프를 용융시킴으로써 신속히 실시할 수 있다. 또, 전극 밀도가 증대해도 와이어의 접촉에 의한 단락은 일어나지 않는다.

패키지 또는 칩의 전극 상에 대한 땜납 범프의 형성은 땜납 볼 또는 솔더 페이스트를 사용하여 실시하는 것이 일반적이다.

종래의 범프 형성용 땜납 합금은 Sn-Pb 계의 땜납 합금이다. Sn-Pb 계 땜납 합금은 납땜성이 우수하고 미소한 땜납 범프에 의한 납땜에 사용한 경우에도 납땜 불량의 발생이 적어, 신뢰성이 높은 납땜을 실시할 수 있다.

그러나, 재이용이 곤란한 프린트 배선판이 매립 처분되고, 거기에 산성비가 접촉하여 일어나는 지하수의 Pb 오염이 문제가 되었기 때문에, Pb 를 함유하는 땜납 합금의 사용이 세계적으로 규제되게 되었다. 그 때문에, Pb 를 함유하지 않는 납프리 땜납 합금의 개발이 진행되고 있다.

납프리 땜납 합금은 일반적으로 Sn 을 주성분으로 하고 거기에 Ag, Bi, Cu, Sb, In, Ni, Zn 등의 1 종 또는 2 종 이상의 합금 원소를 첨가한 것이다. 예를 들어 Sn-Cu, Sn-Sb, Sn-Bi, Sn-Zn, Sn-Ag 등의 2 원 합금, 그리고 이들 2 원 합금에 그 밖의 원소를 첨가한 각종 다원계 합금이 납프리 땜납 합금으로서 제안되어 있다.

일반적으로, Sn 주성분의 납프리 땜납 합금은 납땜성이 종래의 Sn-Pb 계 땜납 합금에 비해 떨어진다. 그 중에서는 Sn-Ag 합금이 그 밖의 2 원 합금에 비해 납땜성이 우수하고, 또 무름, 경시 변화 등의 면에서도 우수하다.

그런데 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 이른바 모바일 전자 기기에서는, 전자 기기 내부의 납땜부에 우수한 내충격성이 요구된다. 모바일 전자 기기는 떨어뜨렸을 때에 충격을 받을 가능성이 있고, 이 충격으로 전자 기기 내부의 납땜부가 박리되면 전자 기기로서의 기능을 할 수 없게 된다. 모바일전자 기기를 떨어뜨렸을 때의 고장의 주요한 원인의 하나가 납땜부의 박리이다. 납프리 땜납 합금은 Pb-Sn 계의 땜납 합금과 비교하여 낙하 충격의 면에서도 약한 경향이 있다.

특히, BGA 나 플립 칩 접속에서는 리드 접속과 같이 리드부에서 충격을 흡수할 수 없고 충격이 직접 땜납 접속부에 가해지기 때문에, 낙하에 의한 충격에 대하여 보다 민감해진다. 또, 칩의 다기능화에 수반하여 칩의 전극 밀도가 증가하고, 따라서 전극 상에 형성되는 땜납 범프의 크기가 미소화되어 있다. 이러한 사정으로 인해 납프리 땜납 합금의 내낙하 충격성의 개선이 재촉되고 있다.

일본 공개특허공보 2002-307187호 (특허 문헌 1) 에는, 질량％ 로 1.0 ∼ 3.5％ 의 Ag, 0.1 ∼ 0.7％ 의 Cu 및 0.1 ∼ 2.0％ 의 In 을 함유하고, 경우에 따라 추가로 0.03 ∼ 0.15％ 의 Ni, 0.01 ∼ 0.1％ 의 Co 및 0.01 ∼ 0.1％ 의 Fe 의 1 종 혹은 2 종 이상을 함유하며, 잔부 실질적으로 Sn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 납프리 땜납 합금이 내히트 사이클성에 강한 것이 기재되어 있다. 실시예에서 검증되고 있는 땜납 합금은 모두 3.0％ 의 Ag 를 함유하고 있다. 내낙하 충격성에 대해서는 기재가 없다.

일본 공개특허공보 2002-239780호 (특허 문헌 2) 에는, 질량％ 로 Ag : 1.0 ∼ 2.0％, Cu : 0.3 ∼ 1.5％ 를 함유하고, 경우에 따라 추가로 Sb : 0.005 ∼ 1.5％, Zn : 0.05 ∼ 1％, Ni : 0.05 ∼ 1％, 및 Fe : 0.005 ∼ 0.5％ 의 1 종 혹은 2 종 이상을 합계 1.5％ 이하의 양으로 함유하고, 잔부 : Sn 및 불순물로 이루어지는 무연 땜납 합금이 접합 신뢰성 및 내낙하 충격성이 우수한 것이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2005-46882호 (특허 문헌 3) 에는, 질량％ 로 0.1 ∼ 5％ 의 Cu, 0.1 ∼ 10％ 의 In, 합계로 0.002 ∼ 0.05％ 의 Fe, Ni, Co 에서 선택되는 1 종 이상의 원소, 그리고 경우에 따라 0.1 ∼ 1.5％ 의 Ag 를 함유하고, 잔부 Sn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 땜납 합금이 낙하 충격에 의한 접합부 파단에 대한 신뢰성을 개선하는 것이 기재되어 있다. 실시예에서 검증되고 있는 땜납 합금은 모두 1％ 이상의 In 을 함유한다.

특허 문헌 1 에 기재된, 예를 들어 Sn-3.0％ Ag-0.5％ Cu-0.5％ In-0.05％ Ni 의 땜납 합금은 낙하 충격에 대해서는 취약하다. 특허 문헌 2 에 기재된 Sn-Ag-Cu 계 납프리 땜납 합금은 미세한 땜납 범프의 형태로 사용한 경우에는 내낙하 충격성이 부족하다.

특허 문헌 3 에 기재된 Sn-Ag-Cu-In-Ni/Co 땜납 합금은 In 을 다량으로 함유하기 때문에 땜납 황변의 문제를 수반한다. 기판 또는 칩 상에 형성된 미세한 땜납 범프의 품질 검사는 화상 인식으로 실시되는 것이 일반적이다. 품질 검사 전에 번인으로 불리는 열처리를 부가하는 경우가 있다. 땜납 황변은 화상 인식에 의한 품질 검사를 방해하여 인식 에러의 원인이 되는 경우가 있다. 땜납 범프의 품질 검사에 오차가 있으면 납땜의 신뢰성이 현저하게 손상된다. 또 In 은 산화되기 쉽기 때문에, 다량의 In 을 함유하는 땜납 합금은 땜납 범프 형성시 또는 납땜시의 가열에 수반하는 산화량이 증대하고, 땜납 범프 또는 땜납 접합부에 보이드가 많이 발생하여 내낙하 충격성에 악영향을 미친다.

본 발명의 목적은 납땜성이 양호하고 또한 미소한 납땜부의 형태로도 내낙하 충격성이 양호한 납프리 땜납 합금을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 납땜시에 황변이 일어나지 않고, 납땜 후의 접합부의 보이드 발생이 억제된 납프리 땜납 합금을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 In, Ni, Co 및 Pt 에서 선택된 1 종 이상을 첨가한 Sn-Ag-Cu 계 납프리 땜납 합금이 납땜성이 우수할 뿐만 아니라, 내낙하 충격성의 개선, 그리고 땜납의 황변 및 보이드 발생의 억제에 효과가 있는 것을 알아내었다.

본 발명은 질량％ 로 (1) Ag : 0.8 ∼ 2.0％, (2) Cu : 0.05 ∼ 0.3％, 그리고 (3) In : 0.01％ 이상, 0.1％ 미만, Ni : 0.01 ∼ 0.04％, Co : 0.01 ∼ 0.05％, 및 Pt : 0.01 ∼ 0.1％ 중 적어도 1 종을 함유하고, 잔부 Sn 및 불순물로 이루어지는 납프리 땜납 합금이다.

본 발명의 바람직한 납프리 땜납 합금은 상기한 범위 내의 양의 Ni 및 In 을 함유한다. 바람직하게는 Ag 함유량은 0.8 ∼ 1.2％, Cu 함유량은 0.05 ∼ 0.2％, Ni 함유량은 0.01 ∼ 0.03％, In 함유량은 0.01 ∼ 0.08％, Co 함유량은 0.01 ∼ 0.03％, Pt 함유량은 0.01 ∼ 0.05％ 이다.

본 발명의 납프리 땜납 합금은 미소 땜납 범프에 의한 납땜에 사용한 경우여도 양호한 납땜성과 개선된 내낙하 충격성을 나타낸다. 또, In 을 함유하는 경우에도 그 함유량이 적기 때문에 땜납 합금의 제조·가공시의 가열이나 땜납 범프 형성시 혹은 납땜시의 가열에 의한 땜납 합금의 황변이 방지되며, 또한 땜납 범프 혹은 땜납 접합부의 보이드 발생이 억제된다.

따라서, 본 발명의 납프리 땜납 합금은 전극 상에 형성되는 땜납 범프가 더욱 미세화되어 있는 BGA, CSP 등의 패키지의 프린트 배선판에 대한 실장에 적합할 뿐만 아니라, 또한 작은 땜납 범프 직경이 요구되는 칩 전극 상에 형성되는 땜납 범프의 형성에도 적용할 수 있다.

도 1 은 실시예 2 의 땜납 합금으로 제조된 땜납 범프의 열시효 후의 접합 계면에 형성된 합금층 표면을 위에서 본 전자 현미경 사진이다.

도 2 는 비교예 4 의 땜납 합금으로 제조된 땜납 범프의 열시효 후의 접합 계면에 형성된 합금층 표면을 위에서 본 전자 현미경 사진이다.

이하의 설명에 있어서, 땜납 합금의 조성에 관한 ％ 는 질량％ 를 의미한다.

상기 특허 문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, Sn 주성분의 납프리 땜납 합금에 있어서 Ag 는 내히트 사이클성에 효과가 있다. 그러나, 다량의 Ag 의 첨가는 내낙하 충격성을 저하시킨다.

본 발명의 납프리 땜납 합금에 있어서의 Ag 함유량은 0.8 ∼ 2.0％ 이다. Ag 함유량이 0.8％ 보다 적으면 내히트 사이클성이 저하된다. 한편, Ag 함유량이 2.0％ 를 초과하면 내낙하 충격성 개선 효과가 있는 Ni, In, 및/또는 Pt 를 첨가해도 땜납 합금의 내낙하 충격성이 저하된다. 바람직한 Ag 함유량은 0.8 ∼ 1.2％ 이고, 보다 바람직하게는 0.9 ∼ 1.1％ 이며, 가장 바람직하게는 약 1.0％ 이다.

본 발명의 납프리 땜납 합금은 0.05 ∼ 0.3％ 의 Cu 를 함유한다. Cu 는 Sn 주체의 납프리 땜납 합금의 젖음성, 따라서 납땜성을 개선하는 효과가 있다. Cu 함유량이 0.05％ 보다 적으면 땜납 합금의 융점이 상승하고 젖음성이 나빠진다. Cu 함유량이 0.3％ 보다 많으면 땜납 범프의 형성시나 납땜시의 가열 중에 보이드가 발생하기 쉬워지고 내낙하 충격성이 저하된다. 바람직한 Cu 함유량은 0.05 ∼ 0.2％ 이다.

본 발명의 납프리 땜납 합금은 상기 양의 Ag, Cu 에 더하여, In : 0.01％ 이상, 0.1％ 미만, Ni : 0.01 ∼ 0.04％, 및 Pt : 0.01 ∼ 0.1％ 에서 선택된 1 종 혹은 2 종 이상의 합금 원소를 함유한다. 이들 원소는 모두 소량의 첨가로 납프리 땜납 합금의 내낙하 충격성, 특히 열시효 후의 내낙하 충격성을 현저하게 개선시키는 효과가 있다. 이 효과는 그 중에서도, Ni 및 In 을 첨가하였을 때에 보다 높아진다. 따라서, 바람직하게는 적어도 Ni 및 In 을 첨가한다.

땜납 합금의 열시효 후의 내낙하 충격성은 실사용에 있어서 바람직한 성질이다. 즉 전자 기기, 그 중에서도 휴대 전화, 노트북 컴퓨터 등의 모바일 전자 기기에서는, 기판 상에 형성되는 전극이나 배선도 미세해지고 저항이 높아지기 때문에, 발열량이 많아 사용 중에 반도체 칩의 주변 온도가 100℃ 전후에 도달한다고 알려져 있다. 그 때문에, 땜납 합금의 열시효 후의 특성을 평가할 필요가 있다. 땜납 합금이 열시효 후에도 양호한 특성을 유지하고 있지 않으면 그것을 사용한 납땜부를 갖는 기기의 내구성, 따라서 실용성이 결핍된다.

In 은 열시효 후의 내낙하 충격성의 개선에 대하여 0.01％ 이상의 미량 첨가로 매우 효과가 있는 것이 판명되었다. 그러나, In 은 산화되기 쉬운 금속으로서 땜납 합금의 산화를 조장한다. 특히 In 함유량이 0.1％ 이상이 되면 땜납 범프 혹은 땜납 접합부의 보이드 발생이 일어나기 쉬워진다. 또, 다량의 In 의 첨가는 땜납 합금의 황변 (이는 화상 인식에 의한 땜납 범프의 품질 검사에 있어서 에러의 원인이 된다) 을 야기시킨다. 따라서, 본 발명에서는 In 함유량은 0.01％ 이상, 0.1％ 미만으로 한다. In 함유량은 바람직하게는 0.01 ∼ 0.08％ 이다.

Ni 는 특히 납땜되는 표면이 Cu 로 피복되어 있는 경우에, 열시효 중의 접합 계면 (땜납/모재 계면) 에 있어서의 합금층 (땜납 합금과 하지 금속의 금속 원소간의 상호 확산에 의해 생성된 금속간 화합물의 결정립으로 이루어진다) 의 성장 억제에 효과가 있다. 접합 계면에 있어서의 합금층의 성장과 합금층을 구성하는 결정립의 조대화는 접합 강도의 저하로 이어지고 내낙하 충격성도 저하시킨다. Ni 의 상기 효과는 Ni 함유량이 0.01％ 이상에서 현저해진다. Ni 함유량이 0.04％ 를 초과해도 더 나은 개선은 확인되지 않을 뿐만이 아니라, 땜납 합금의 액상선 온도가 높아져 납땜 온도가 높아진다. 따라서, Ni 함유량은 0.01 ∼ 0.04％ 이고, 바람직하게는 0.01 ∼ 0.03％ 이다.

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Pt 도 0.01％ 보다 적은 함유량에서는 상기 효과가 현저하게는 얻어지지 않는다. Pt 는 고가이기 때문에 0.1％ 를 초과하는 함유는 경제적으로 불리하다. 바람직한 Pt 함유량은 0.01 ∼ 0.05％ 이다.

본 발명의 납프리 땜납 합금은 상기 성분에 더하여 Sb, Bi, Zn, P 에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상 원소를 추가로 함유할 수 있다. 이들 원소는 합금의 기계적 강도 향상에 효과가 있는데, 합계로 0.01％ 보다 적으면 그 효과는 현저하게는 나타나지 않는다. 한편, 그들의 양이 합계로 0.1％ 를 초과하면 합금의 액상선 온도가 지나치게 높아지거나, 반대로 고상선 온도가 지나치게 낮아지거나 하여 납땜 온도의 제어가 곤란해진다. 따라서, 이들 원소를 첨가하는 경우, 그 합계량이 0.01 ∼ 0.1％ 가 되도록 한다.

본 발명의 납프리 땜납 합금의 잔부는 Sn 및 불순물이다. 상기 조성을 갖는 땜납 합금의 납땜 온도는 통상적으로는 235 ∼ 250℃ 의 범위 내가 될것이다.

본 발명의 납프리 땜납 합금은 내낙하 충격성이 우수하기 때문에, 반도체 패키지의 기판, 그리고 패키지에 탑재되거나 또는 베어 실장되는 칩에 땜납 범프를 형성하는 데에 특히 적합하다. 땜납 범프의 형성은 통상적인 방법에 따라 솔더 페이스트 또는 땜납 볼을 사용하여 실시할 수 있다. 땜납 볼의 경우, 볼의 직경은 0.05 ∼ 0.8㎜ 의 범위 내로 할 수 있다.

본 발명의 납프리 땜납 합금을 땜납 범프 형성 또는 납땜을 위하여 리플로우로 등에서 가열하는 경우, 가열은 합금의 산화를 방지하기 위하여 질소 분위기 중에서 실시해도 되는데, 비용면에서 유리한 대기 분위기에서의 가열에서도 충분한 내낙하 충격성을 확보할 수 있다.

표 1 의 조성의 땜납 합금으로 직경 0.3㎜ 의 땜납 볼을 제조하였다. 표 1 에 비교예로서 나타내는 땜납 합금 중, 비교예 1 및 2 는 각각 특허 문헌 1 및 23 에 기재된 대표적 조성을 갖는 땜납 합금을 예시한다. 비교예 3 및 5 는 특허 문헌 3 에 기재된 땜납 합금을 예시한다.

이들 땜납 볼을 사용하여, 다음에 서술하는 방법에 의해 열시효 전후의 내낙하 충격성, 열시효 후의 합금층 두께, 가열에 의한 황변, 및 보이드 발생에 대하여 조사하였다. 그들 결과도 표 1 에 함께 나타낸다. 각 시험에 있어서의 리플로우로 또는 항온조에서의 가열은 모두 대기 분위기에서 실시하였다.

[내낙하 충격성]

(1) 192 개의 전극 (표면은 구리 도금) 을 갖는 크기 12 × 12㎜ 의 CSP 의 전극 상에 플럭스를 인쇄에 의해 도포하고, 시험하는 직경 0.3㎜ 의 땜납 볼을 각 전극 상에 탑재한다.

(2) 땜납 볼이 탑재된 CSP 를 리플로우로에서 가열하고, 전극에 땜납 범프를 형성한다. 가열 조건은 220℃ 이상이 40 초, 피크 온도 245℃ 이다.

(3) 땜납 범프가 형성된 CSP 를 30 × 120 (㎜) 의 유리 에폭시형 프린트 배선판의 중앙에 탑재하고, 리플로우로에서 가열하여 CSP 를 프린트 배선판에 납땜한다. 가열 조건은 상기와 동일하다.

(4) CSP 가 납땜된 프린트 배선판을 납땜에 실온에서 5 일간 방치한 것 (열시효 전 시험) 과 125℃ 의 항온조에서 100 시간 가열한 것 (열시효 후 시험) 에 대하여, 낙하 시험에 제공하기 위하여 낙하용 지그에 고정시킨다. 프린트 배선판은 지그와 1㎝ 의 간격을 두고 그 양단을 지그에 고정시킨다. 열시효 후의 납땜부에 대해서도 시험하는 것은 전술한 바와 같이 모바일 기기의 동작 환경하에서는 내부가 100℃ 전후의 고온이 되는 경우가 있기 때문이다.

(5) 낙하용 지그를 450㎜ 의 높이에서 낙하시켜 프린트 배선판에 충격을 준다. 이 때, 양단이 지그에 고정된 프린트 배선판은 중앙부가 진동하기 때문에, 프린트 배선판과 CSP 사이의 납땜부는 이 진동에 의한 충격을 받는다. 낙하 후 의 납땜부의 균열 유무를 전기적 도통에 의해 확인한다. CSP 의 납땜부에 균열이 발생할 때까지 낙하 시험을 반복하고, 균열 발생이 생길 때까지의 낙하 횟수로 내낙하 충격성을 평가한다.

[열시효 후의 합금층 두께]

(1) Cu 도금된 192 개의 전극을 갖는, 크기 12 × 12㎜ 의 CSP 의 전극 상에 플럭스를 인쇄에 의해 도포하고, 직경 0.3㎜ 의 땜납 볼을 각 전극 상에 탑재한다.

(2) 땜납 볼이 탑재된 CSP 를 230℃ 이상이 20 초, 피크 온도 240℃ 가 5 초가 되는 가열 조건에서 리플로우로에 의해 가열하고, 전극 상에는 땜납 범프를 형성한다.

(3) 땜납 범프가 형성된 CSP 를 150℃ 의 항온조에 100 시간 방치하여 열시효 처리한다. 이 열시효 처리에 의해 땜납/CSP 의 계면에는 땜납 범프 중의 금속 성분과 CSP 의 표면 Cu 도금 사이의 상호 확산에 의해 합금층이 생성된다.

(4) 열시효 처리한 CSP 를 수지 중에 매립하고, 땜납 범프를 통과하는 기판 두께 방향의 단면을 연마하여 관찰 샘플을 얻는다.

(5) 연마 단면의 땜납 범프와 CSP 의 접합 계면을 주사식 전자 현미경으로 관찰하고, 접합 계면에 생성된 합금층의 두께를 30 점 측정하여 30 점의 평균치로 평가한다.

도 1 및 2 에 각각 실시예 2 및 비교예 4 의 땜납 합금으로 제조한 땜납 범프의 접합 계면에 있어서의 합금층을 위에서 관찰하였을 때의 전자 현미경 사진을 나타낸다. 관찰 샘플은 땜납 범프 형성 후의 CSP 를 케미컬 에칭 처리하고 땜 납을 제거하여, 그 아래에 생성되어 있는 합금층이 나타나도록 함으로써 제조하였다. 이렇게 하여 나타난 합금층의 표면을 전자 현미경으로 관찰하였다.

[황변]

(1) 상기와 동일하게 하여 CSP 에 직경 0.3㎜ 의 땜납 볼을 탑재한다.

(2) CSP 에 탑재된 땜납 볼을 합금층 두께의 시험과 동일한 조건하에 리플로우로에서 용융하여 땜납 범프를 형성한다.

(3) 땜납 범프가 형성된 CSP 를, 번인을 모방하기 위하여 125℃ 의 항온조에 100 시간 방치한 후, 육안으로 황변 상태를 관찰한다. 황변이 거의 발생하지 않는 것을 황변 없음, 황변이 현저한 것을 황변 있음으로 한다.

[보이드 발생]

(1) 상기와 동일하게 하여 CSP 에 직경 0.3㎜ 의 땜납 볼을 탑재한다.

(2) CSP 에 탑재된 땜납 볼을 상기와 동일하게 리플로우로에서 용융하여 땜납 범프를 형성한다.

(3) 땜납 범프가 형성된 CSP 를 X 선 투과 장치로 관찰하고, 직경 약 30㎛ 이상의 보이드가 발생된 범프 수를 카운트한다.

(4) 보이드 발생 범프수를 관찰한 범프 수에서 나누어 보이드 발생률을 구한다. 보이드 발생률이 10％ 이하인 것을 양호한 것으로 판단한다.

표 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 납프리 땜납 합금은 일반적으로 내낙하 충격성이 떨어지고, 특히 열시효 처리 후가 그러하였다. 비교예 3 의 땜납 합금은 열시효 처리 전은 양호한 내낙하 충격성을 나타내었지만, 열시효 처리 후는 내낙하 충격성이 본 발명의 땜납 합금보다 크게 떨어지게 되었다. 그 큰 원인은 열시효 후의 합금층의 두께가 본 발명의 땜납 합금에 비해 크기 때문으로 생각된다. 또한 비교예의 모든 땜납 합금은 보이드 발생률이 10％ 를 크게 초과하였다. 또, In 함유량이 특히 많은 비교예 5 의 땜납 합금은 열시효 후에 변색이 보였다.

이에 대하여, 본 발명의 납프리 땜납 합금은 내낙하 충격 시험에 있어서, 열시효 처리 전과 열시효 처리 후 모두 양호한 내낙하 충격성을 나타내었다. 이는 열시효 후의 합금층의 두께가 작기 때문으로 생각된다. 또한 보이드의 발생률도 적을 뿐만 아니라 변색되지도 않았다. 따라서, 본 발명의 납프리 땜납 합금은 미소 납땜부의 범프 형성에 적합한 것이다.

도 1 (실시예 2) 과 도 2 (비교예 4) 를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 관련되는 땜납 합금 (도 1) 의 경우, 합금층을 구성하는 금속간 화합물의 결정립이 매우 미세하다. 이런 점도 본 발명의 땜납 합금에서는 접합 계면에서의 합금층 생성에 의한 내낙하 충격성의 저하가 억제되어 있는 것에 기여하고 있는 것으로 생각된다.

Claims (7)

1. 질량％ 로 (1) Ag : 0.8 ∼ 2.0％, (2) Cu : 0.05 ∼ 0.3％, 그리고 (3) In : 0.01％ 이상, 0.1％ 미만, Ni : 0.01 ∼ 0.04％, 및 Pt : 0.01 ∼ 0.1％ 에서 선택된 1 종 혹은 2 종 이상, 잔부 Sn 및 불순물로 이루어지는 Cu 전극을 구비하는 초소형 다기능 패키지 또는 칩의 납땜용 납프리 땜납 합금.
2. 제 1 항에 있어서,

   Ag 함유량이 0.8 ∼ 1.2％ 인 납프리 땜납 합금.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   Cu 함유량이 0.05 ∼ 0.2％ 인 납프리 땜납 합금.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   In : 0.01 ∼ 0.08％, Ni : 0.01 ∼ 0.03％, 및 Pt : 0.01 ∼ 0.05％ 에서 선택된 1 종 혹은 2 종 이상을 함유하는 납프리 땜납 합금.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   적어도 In 및 Ni 를 함유하는 납프리 땜납 합금.
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