솔더 합금 document_id A220623038235

환경적 이유로 인해서, 납을 함유하는 종래의 합금을 납이 없는 합금으로 대체하기 위한 요구가 증가하고 있다. 다수의 종래 솔더 합금은 Sn-0.7 중량% 구리의 주석-구리 공융 조성물을 기초로 하고 있다. EP-A-0 336 575 호에는 결합 및 밀봉용 저독성 합금 조성물, 및 특히, 배관 솔더(plumbing solder)로서 이용하기 위한 납이 없는 합금이 기재되어 있다. 웨이브 솔더링(또는 플로우 솔더링; flow soldering)은 전자 조립체를 매스 솔더링(mass soldering) 하는데 광범위하게 이용되는 방법이다. 예를 들어, 관통 홀 회로판이 이용될 수 있으며, 여기서 상기 보드는 용융 솔더의 웨이브에 걸쳐서 통과되며, 이는 결합될 금속 표면을 습윤처리하기 위해서 보드의 바닥에 대해 겹쳐진다. 다른 솔더링 공정은 솔더링처리될 수 있는 보호 층으로 구리 말단부(copper terminations)를 코팅하기 위해서 인쇄된 배선 보드를 용융 솔더 내측에 담그는 단계를 수반한다. 이러한 공정은 핫 에어 레벨링으로서 알려져 있다. 볼 그리드 어레이 조인트(ball grid array joint) 또는 칩 스케일 패키지(chip scale package)가 두 개의 기판 사이에 솔더 스피어(spheres of solder)를 이용하여 통상적으로 조립된다. 이러한 조인트의 어레이가 회로판 상에 칩을 장착하기 위해서 이용된다. US 2002/0051728 호에는 반도체 소자 내의 범프 커넥션(bump connection)에 이용하기 위한 솔더 볼(solder ball)이 기재되어 있다. 납-함유 및 납이 없는 솔더 합금 조성물이 기재되어 있다. 예로서, Sn-2.5Ag-0.5Cu-1Bi의 조성물을 가지는 납이 없는 솔더 합금이 제공된다. 그러나, 웨이브 솔더링, 리플로우 솔더링, 핫 에어 레벨링 공정 및 볼 그리드 어레이에 이용될 때, 일부 종래의 납이 없는 공융물 또는 흡사한 공융 솔더 조성물과 관련된 문제점이 있다. 특히, 웨이브 솔더링에서 종래의 솔더 합금은 부품 말단부 사이의 솔더의 웨빙(webbing) 및 브리징(bridging)과 같이, 보드 상의 실질적인 결함이 없이 충분한 솔더링 결과를 달성하기 위해서 높은 작동 온도를 종종 필요로 한다. 이용되는 고온은 광재(dross) 형성률을 증가시키며 인쇄 배선 보드의 과도한 뒤틀림(warping) 가능성을 증가시킨다. 웨이브 솔더링, 리플로우 솔더링, 핫 에어 레벨링 공정 및 볼 그리드 어레이에 이용하기에 적합할 수 있는 솔더 합금에 대해 다수의 요건이 있다. 첫째, 합금은 구리, 니켈, 니켈 인("무전해 니켈")과 같은 다양한 기판 재료에 관하여 양호한 습윤 특성을 나타내야만 한다. 이러한 기판은 예를 들어, 주석 합금, 금 또는 유기 코팅(OSP)을 이용함으로써 습윤성을 개선하기 위해서 코팅될 수 있다. 양호한 습윤성은 용융 솔더가 모세관 갭 내측으로 유동하는 성능을 강화시켜 인쇄 배선 보드 내의 도금된 관통 홀(through-plated hole)의 벽을 오르게 하여, 양호한 홀 충진을 달성시킨다. 솔더 합금은 기판을 용해시켜, 기판과의 경계면에 금속간 화합물을 형성하는 경향이 있다. 예를 들어, 솔더 합금 내의 주석이 경계면에서 기판과 반응할 수 있어서 금속간 화합물 층을 형성한다. 기판이 구리라면 Cu6Sn5 층이 형성될 것이다. 이러한 층은 통상적으로, 1 미크론의 몇 분의 1(a fraction of a micron)에서 수 미크론의 두께를 가진다. 이러한 층과 구리 기판 사이의 경계면에 Cu3Sn의 금속간 화합물이 존재할 수 있다. 경계 금속간 화합물 층은 특히, 보다 높은 온도에서 작동되는 곳에서, 시간이 지나면서 성장하는 경향이 있으며, 전개될 수 있는 임의의 공극과 함께 보다 두꺼운 금속간 화합물 층은 응력이 가해진 조인트의 조기 파손에 더 기여할 수 있다. 다른 중요 인자는: (ⅰ) 개선된 기계식 특성을 야기하는 합금 자체에서의 금속간 화합물의 존재; (ⅱ) 저장 또는 반복되는 리플로우(reflow) 중에 (품질)저하(deterioration)가 솔더링 성능을 이상적인 상태(ideal) 미만이 되게 야기할 수 있는, 솔더 스피어(solder spheres)에 있어서 중요한 내산화성; (ⅲ) 광재율(dross rate); 및 (ⅳ) 합금 안정성이 있다. 이러한 중요 인자의 요건은 합금이 긴 시간 동안 탱크 또는 욕 내에서 유지되는 응용분야에 있어서 중요하다.