KR100645241B1 - Mixed alloy lead-free solder paste - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혼합 합금 무연 솔더 페이스트, 솔더 페이스트를 제조하는 방법, 및 솔더 페이스트를 사용하는 방법에 대한 것이다. 솔더 페이스트는 플럭스에 혼합된 제 1 합금 및 제 2 합금의 입자들을 포함한다. 제 1 합금의 액상선 온도 및 제 2 합금의 액상선 온도는 약 15℃보다 크지 않은 만큼 다르다. The present invention relates to mixed alloy lead-free solder pastes, methods of making solder pastes, and methods of using solder pastes. The solder paste includes particles of the first alloy and the second alloy mixed in the flux. The liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy differ by not greater than about 15 ° C.

혼합 합금 무연 솔더 페이스트, 플럭스, 액상선 온도, 고상선 온도, 무연 솔더, 툼스토닝Mixed alloy lead-free solder paste, flux, liquidus temperature, solidus temperature, lead-free solder, tombstone

Description

혼합 합금 무연 솔더 페이스트{Mixed alloy lead-free solder paste}Mixed alloy lead-free solder paste

본 발명은 솔더 페이스트(solder paste)를 만들고 사용하는 방법 뿐만 아니라 혼합 합금 무연 솔더 페이스트에 대하여 개시한다. 특히, 혼합 합금은 솔더링 처리시 툼스토닝 효과들(tombstoning effects)을 감소시키거나 제거하는 액상선 온도들(liquidus temperature)을 가지는 적어도 두 개의 형들의 합금 입자들의 결합물이다. The present invention discloses mixed alloy lead-free solder pastes as well as methods of making and using solder pastes. In particular, the mixed alloy is a combination of at least two types of alloy particles having liquidus temperatures that reduce or eliminate tombstoning effects in the soldering process.

전자공학 산업이 소비자 제품들로부터 납을 제거하도록 강요함에 따라, 새로운 환경적으로 친한 솔더 페이스트를 생성하기 위한 도전이 증가하였다. 새로운 무연 솔더(lead-free solder)는 새로운 도전이 따른다.As the electronics industry has forced lead removal from consumer products, the challenge to create new environmentally friendly solder pastes has increased. New lead-free solders present new challenges.

미국 특허 출원 제 US 2002/0040624 A1 호는 무연 솔더 합금 파우더 및 플럭스(flux)로 구성되는 솔더 페이스트를 개시한다. 솔더 합금 파우더는 필수적으로 10 wt% 내지 45 wt%의 Bi 및 나머지는 Sn으로 구성된 Sn-Bi 합금의 10 vol% 내지 30 vol%의 제 1 파우더와 필수적으로 9 wt% 내지 15 wt%의 Zn 및 나머지는 Sn으로 구성된 Sn-Zn 합금의 70 vol% 내지 90 vol%의 제 2 파우더의 혼합물이다. 혼합물은 용융시 필수적으로 7 wt% 내지 11 wt%의 Zn, 1 wt% 내지 5 wt%의 Bi, 및 나머지는 Sn으로 구성된 조성물을 가지는 합금을 제공한다. US patent application US 2002/0040624 A1 discloses a solder paste consisting of lead-free solder alloy powder and flux. The solder alloy powder consists essentially of 10 wt% to 45 wt% of Bi and the remainder of 10 vol% to 30 vol% of the first powder of Sn-Bi alloy, essentially 9 wt% to 15 wt% of Zn and The remainder is a mixture of 70 vol% to 90 vol% of the second powder of the Sn—Zn alloy composed of Sn. The mixture provides an alloy having a composition consisting essentially of 7 wt% to 11 wt% Zn, 1 wt% to 5 wt% Bi, and the remainder Sn upon melting.

미국 특허 제 6,360,939 B1 호는 솔더링 처리시 용융되지 않는 1차 솔더 파우더 및 부가적인 금속 파우더 성분을 가지는 무연 전기 솔더 페이스트(lead-free electrical solder paste)제조 방법을 개시한다. 1차 파우더는 종래의 솔더 페이스트에 사용되는 것과 동일하다. 부가적인 파우더는 1차 파우더의 용융점(melting point)보다 실질상으로 더 높은 용융점을 가진다. 1차 파우더는 80% 내지 99% Sn 및 1% 내지 20% Ag사이에 포함된다. 부가적인 파우더 금속은 Sn, Ni, Cu, Ag, 및 Bi와 그들의 혼합물을 포함하는 금속 그룹으로부터 선택된다. U. S. Patent No. 6,360, 939 B1 discloses a process for producing lead-free electrical solder paste having primary solder powder and additional metal powder components that do not melt upon soldering. Primary powders are the same as those used in conventional solder pastes. The additional powder has a substantially higher melting point than the melting point of the primary powder. The primary powder is comprised between 80% and 99% Sn and 1% and 20% Ag. Additional powder metals are selected from the group of metals including Sn, Ni, Cu, Ag, and Bi and mixtures thereof.

솔더링과 관련된 하나의 문제는 툼스토닝(tombstoning)이다. 툼스토닝은 다소 수직 위치로 리플로우 솔더링(reflow soldering) 중 전기 구성 부품의 변위(displacement)로서 일반적으로 정의된다. 환언하면, 툼스토닝은 구성 부품이 기판에 솔더링될 때 전기 구성 부품의 한 끝이 상향 위치로 이동되는 경우이다. 이 문제는 무연 금속들이 툼스토닝을 촉진하는 상당히 더 높은 유착력(coalescent force)(습윤력;wetting force)을 가지기 때문에 무연 솔더링에서 특히 중요하다. 그러므로, 그것은 실질상 툼스토닝을 감소시키거나 제거하는 무연 솔더 금속을 발견할 수 있는 큰 이점이 있다. One problem with soldering is tombstoning. Tombstones are generally defined as displacement of electrical components during reflow soldering to a somewhat vertical position. In other words, tombstoning is when one end of an electrical component is moved to an upward position when the component is soldered to a substrate. This problem is particularly important in lead-free soldering because lead-free metals have a significantly higher coalescent force (wetting force) that promotes tombstones. Therefore, it is a great advantage to find lead-free solder metals that substantially reduce or eliminate tombstones.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 솔더 페이스트는 동질의 솔더 금속을 제공하는 것이고, 리플로우 처리중 바람직하지 않은 툼스토닝 효과들을 실질적으로 감소시키거나 제거하는 것이다. 일 실시예로, 본 발명은 20℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도(liquidus temperature) 및 고상선 온도(solidus temperature)를 가지는 제 1 합금의 입자들 및 20℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지는 제 2 합금의 입자들을 포함하는 혼합 합금 솔더 페이스트를 제공한다. 또한, 플럭스가 솔더 페이스트에 포함된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 합금의 입자들은 플럭스와 혼합되고 제 1 합금의 액상선 온도 및 제 2 합금의 액상선 온도는 15℃보다 크지 않은 만큼 다르다. The solder paste of the present invention is to provide a homogeneous solder metal and to substantially reduce or eliminate undesirable tombstoned effects during the reflow process. In one embodiment, the present invention relates to particles of a first alloy having a different liquidus temperature and solidus temperature not greater than 20 ° C. and different liquidus temperature not greater than 20 ° C. A mixed alloy solder paste comprising particles of a second alloy having a solidus temperature is provided. Flux is also included in the solder paste. Preferably, the particles of the first and second alloys are mixed with the flux and the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy differ by not greater than 15 ° C.

본 발명의 일 실시예에서, 제 1 합금의 입자들은 15℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지고, 제 2 합금의 입자들은 15℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가진다. 바람직하게는, 제 1 합금의 입자들은 10℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지고, 제 2 합금의 입자들은 10℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가진다. 더 바람직하게는, 제 1 합금의 액상선 온도와 제 2 합금의 입자들의 액상선 온도는 10℃보다 크지 않은 만큼 다르다. 가장 바람직하게는, 제 1 합금의 입자들은 액상선 온도 및 제 2 합금의 입자들의 액상선 온도는 5℃보다 크지 않은 만큼 다르다. In one embodiment of the invention, the particles of the first alloy have different liquidus temperature and solidus temperature as not greater than 15 ° C., and the particles of the second alloy have different liquidus temperature and solidus as no greater than 15 ° C. Has a temperature. Preferably, the particles of the first alloy have different liquidus and solidus temperatures by not greater than 10 ° C., and the particles of the second alloy have different liquidus and solidus temperatures by not greater than 10 ° C. More preferably, the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the particles of the second alloy differ by not greater than 10 ° C. Most preferably, the particles of the first alloy differ by the liquidus temperature and the liquidus temperature of the particles of the second alloy by not greater than 5 ° C.

본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 합금은 Sn, Ag, 및 적어도 하나의 추가 금속을 포함한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 추가 금속은 Cu, Zn, Bi, Ni, 및 In으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 제 2 합금은 Sn 및 Ag을 포함한다. In another embodiment of the present invention, the first alloy comprises Sn, Ag, and at least one additional metal. Preferably, the at least one additional metal is selected from the group consisting of Cu, Zn, Bi, Ni, and In. More preferably, the second alloy comprises Sn and Ag.

다른 실시예에서, 본 발명은 Sn-Ag-Cu의 제 1 합금의 입자들; Sn-Ag의 제 2 합금의 입자들; 및 플럭스를 포함하는, 혼합 합금 무연 솔더 페이스트에 관한 것이다. 제 1 및 제 2 합금의 입자들은 플럭스와 혼합된다. In another embodiment, the invention provides particles of a first alloy of Sn—Ag—Cu; Particles of a second alloy of Sn—Ag; And a flux, the mixed alloy lead-free solder paste. Particles of the first and second alloys are mixed with the flux.

본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 합금이 2.3 wt.% 내지 4.3 wt.% Ag, 및 0.4 wt.% 내지 1.2 wt.% Cu를 포함하고, 나머지는 Sn이다. 바람직하게는, 제 1 합금은 2.5 wt.% 내지 4.1 wt.% Ag, 및 0.5 wt.% 내지 1.0 wt.% Cu를 포함하고, 나머지는 Sn이다. In another embodiment of the present invention, the first alloy comprises 2.3 wt.% To 4.3 wt.% Ag, and 0.4 wt.% To 1.2 wt.% Cu, with the remainder being Sn. Preferably, the first alloy comprises 2.5 wt.% To 4.1 wt.% Ag, and 0.5 wt.% To 1.0 wt.% Cu, with the balance being Sn.

또 다른 실시예로, 제 2 합금은 2.0 wt.% 내지 5.0 wt.% Ag를 포함하고, 나머지는 Sn이다. 바람직하게는, 제 2 합금은 2.3 wt.% 내지 4.2 wt.% Ag를 포함하고, 나머지는 Sn이다. In another embodiment, the second alloy comprises 2.0 wt.% To 5.0 wt.% Ag, with the remainder being Sn. Preferably, the second alloy comprises 2.3 wt.% To 4.2 wt.% Ag, with the remainder being Sn.

또한 솔더 페이스트를 제조하는 방법이 본 발명에 포함된다. 일 실시예에서, 그 방법은 20℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도와 고상선 온도를 가지는 제 1 합금의 입자들을 제공하는 단계; 및 20℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도와 고상선 온도를 가지는 제 2 합금의 입자들을 제공하는 단계를 포함하고, 제 1 합금의 액상선 온도 및 제 2 합금의 액상선 온도는 15℃보다 크지 않은 만큼 다르다. 제 1 및 제 2 합금의 입자들은 솔더 페이스트를 형성하기 위해 플럭스와 혼합된다. Also included in the present invention are methods for producing solder paste. In one embodiment, the method includes providing particles of a first alloy having a different liquidus temperature and solidus temperature by not greater than 20 ° C .; And providing particles of the second alloy having a different liquidus temperature and solidus temperature by no greater than 20 ° C, wherein the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy are not greater than 15 ° C. As different as it is not. Particles of the first and second alloys are mixed with the flux to form a solder paste.

일 실시예에서, 솔더 페이스트 중의 입자들의 혼합물(mix)은 적어도 50 wt.%의 제 1 합금 및 50 wt.%보다 크지 않은 제 2 합금으로 구성된다. 바람직하게는, 솔더 페이스트 중의 입자들의 혼합물은 50 wt.% 내지 90 wt.%의 제 1 합금 및 10 wt.% 내지 50 wt.%의 제 2 합금으로 구성된다. In one embodiment, the mix of particles in the solder paste consists of at least 50 wt.% Of the first alloy and a second alloy no greater than 50 wt.%. Preferably, the mixture of particles in the solder paste consists of 50 wt.% To 90 wt.% Of the first alloy and 10 wt.% To 50 wt.% Of the second alloy.

본 발명은 기판에 전기 구성 부품을 솔더링하는 방법을 더 포함한다. 일 실시예에서, 그 방법은 기판에 혼합 합금 무연 솔더 페이스트를 적용하는 단계를 포함하고, 혼합 합금 무연 솔더 페이스트는 Sn-Ag-Cu의 제 1 합금의 입자들; Sn-Ag의 제 2 합금의 입자들; 및 플럭스를 포함하며, 제 1 및 제 2 합금의 입자들은 플럭스와 혼합된다. 전기 구성 부품은 혼합 합금 무연 솔더 페이스트위에 위치되고, 전기 구성 부품, 기판 및 솔더 페이스트는 제 1 합금 및 제 2 합금을 용융하고 흐르게 하기 위해서 가열된다. 전기 구성 부품, 기판 및 용융된 제 1 합금 및 제 2 합금은 그 후 전기 구성 부품을 기판에 부착하기 위해 냉각된다. The invention further includes a method of soldering electrical components to a substrate. In one embodiment, the method includes applying a mixed alloy lead free solder paste to a substrate, wherein the mixed alloy lead free solder paste comprises particles of a first alloy of Sn—Ag—Cu; Particles of a second alloy of Sn—Ag; And flux, wherein the particles of the first and second alloys are mixed with the flux. The electrical component is placed over the mixed alloy lead-free solder paste, and the electrical component, substrate and solder paste are heated to melt and flow the first alloy and the second alloy. The electrical component, the substrate and the molten first and second alloys are then cooled to attach the electrical component to the substrate.

본 발명은 솔더 페이스트, 솔더 페이스트를 제조하는 방법, 및 솔더 페이스트에 의해 함께 솔더링된 기판 및 전기 구성 부품을 제공한다. 본 발명의 솔더 페이스트는 그 합금들이 유사한 용융 특성들을 가지는 혼합 합금 솔더 페이스트이다. 본 발명의 솔더링 페이스트를 전기 구성 부품을 기판에 솔더링하기 위해 사용함으로써, 솔더링된 제품은 툼스토닝이 혹시 있다해도, 거의 보이지 않을 것이다. 즉, 구성 부품의 하나의 단부가 그것의 대향 단부들 중 하나에 대하여 실질적으로 비스듬한 각도로 기판에 솔더링되는 것과는 대조적으로 전기 구성 부품은 기판에 비교적 균일하게 부착될 것이다. The present invention provides solder pastes, methods of making solder pastes, and substrates and electrical components that are soldered together by the solder pastes. The solder paste of the present invention is a mixed alloy solder paste in which the alloys have similar melting properties. By using the soldering paste of the present invention for soldering electrical components to a substrate, the soldered product will be almost invisible, even if tombstoned. That is, the electrical component will be relatively uniformly attached to the substrate as opposed to one end of the component being soldered to the substrate at an angle substantially oblique to one of its opposite ends.

본 발명의 솔더 페이스트는 제 1 합금 조성물의 입자들 및 제 2 합금 조성물의 입자들을 포함한다. 입자들은 플럭스와 혼합되어 솔더 페이스트를 형성한다. 솔더 페이스트는 그 후 기판에 전기 구성 부품을 솔더링하기 위해 사용된다. The solder paste of the present invention comprises particles of the first alloy composition and particles of the second alloy composition. The particles mix with the flux to form the solder paste. Solder paste is then used to solder electrical components to the substrate.

바람직하게는, 솔더 페이스트에 포함된 제 1 합금은 약 20℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가진다. 일반적으로, 액상선 온도는 합금이 완전히 용융된 상태에서 가장 낮은 온도이다. 고상선 온도는 합금이 완전하게 고체 또는 비용융 상태에 있는 가장 높은 온도이다. 바람직하게는, 액상선 온도 및 고상선 온도는 약 15℃보다 크지 않은 만큼 다르며; 더 바람직하게는, 액상선 온도 및 고상선 온도는 약 10℃보다 크지 않은 만큼 다르다. Preferably, the first alloy included in the solder paste has a different liquidus temperature and solidus temperature as not greater than about 20 ° C. In general, the liquidus temperature is the lowest temperature at which the alloy is completely molten. The solidus temperature is the highest temperature at which the alloy is in a completely solid or unmelted state. Preferably, the liquidus temperature and the solidus temperature differ by not greater than about 15 ° C .; More preferably, the liquidus temperature and the solidus temperature differ by not greater than about 10 ° C.

본 발명의 일 실시예에서, 제 1 합금은 Sn, Ag 및 적어도 하나의 추가 금속을 포함한다. 제 1 합금은 약 225℃보다 크지 않고, 바람직하게는 약 222℃보다 크지 않으며, 더 바람직하게는 약 220℃보다 크지 않은 액상선 온도를 가진다. In one embodiment of the invention, the first alloy comprises Sn, Ag and at least one additional metal. The first alloy has a liquidus temperature no greater than about 225 ° C., preferably no greater than about 222 ° C., and more preferably no greater than about 220 ° C.

제 1 합금에서의 적어도 하나의 추가 금속은 Cu, Zn, Bi, Ni, 및 In으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 바람직하게는, 추가 금속은 Cu이다. At least one additional metal in the first alloy is selected from the group consisting of Cu, Zn, Bi, Ni, and In. Preferably, the additional metal is Cu.

본 발명의 일 실시예로, 제 1 합금은 제 3, 및 제 4 금속으로서 Cu를 포함하고, 제 4 금속은 고체 및 액상선 온도들 사이의 차이를 실질적으로 증가시키지 않는 것이다. 바람직하게는, 제 4 금속은 Zn, Bi, Ni, 및 In으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 제 4 금속은 Bi이다. 제 4 금속은, 존재시, 합금의 총 중량에 기초하여 약 0.1 wt.% 내지 약 5 wt.%의 농도(concentration)로 존재한다. In one embodiment of the present invention, the first alloy comprises Cu as the third and fourth metals, and the fourth metal does not substantially increase the difference between the solid and liquidus temperatures. Preferably, the fourth metal is selected from the group consisting of Zn, Bi, Ni, and In. More preferably, the fourth metal is Bi. The fourth metal, when present, is present at a concentration of about 0.1 wt.% To about 5 wt.% Based on the total weight of the alloy.

본 발명의 일 실시예에서, 제 1 합금은 약 2.3 wt.% 내지 약 4.3 wt.% Ag, 및 약 0.4 wt.% 내지 약 1.2 wt.% Cu를 포함하고, 나머지는 Sn이다. 바람직하게는, 제 1 합금은 약 2.5 wt.% 내지 약 4.1 wt.% Ag, 및 약 0.5 wt.% 내지 약 1.0 wt.% Cu, 나머지는 Sn이다. In one embodiment of the present invention, the first alloy comprises about 2.3 wt.% To about 4.3 wt.% Ag, and about 0.4 wt.% To about 1.2 wt.% Cu, with the balance being Sn. Preferably, the first alloy is about 2.5 wt.% To about 4.1 wt.% Ag, and about 0.5 wt.% To about 1.0 wt.% Cu, and the balance is Sn.

제 2 합금이 제 1 합금과 유사한 용융 특성들을 가지는 것이 바람직하다. 이 점에 있어서, 솔더 페이스트에 포함된 제 2 합금은 약 20℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 액상선 온도 및 고상선 온도는 약 15℃보다 크지 않은 만큼 다르고; 더 바람직하게는, 액상선 온도 및 고상선 온도는 약 10℃보다 크지 않은 만큼 다르다.It is desirable for the second alloy to have similar melting properties as the first alloy. In this regard, it is preferable that the second alloy contained in the solder paste has different liquidus temperature and solidus temperature so as not to be greater than about 20 ° C. Preferably, the liquidus temperature and the solidus temperature differ by not greater than about 15 ° C; More preferably, the liquidus temperature and the solidus temperature differ by not greater than about 10 ° C.

본 발명의 일 실시예에서, 제 2 합금은 Sn 및 Ag를 포함한다. 제 1 합금은 약 225℃보다 크지 않고, 바람직하게는 약 222℃보다 크지 않고, 가장 바람직하게는 약 220℃보다 크지 않은 액상선 온도를 가진다. In one embodiment of the present invention, the second alloy comprises Sn and Ag. The first alloy has a liquidus temperature no greater than about 225 ° C., preferably no greater than about 222 ° C., and most preferably no greater than about 220 ° C.

본 발명의 일 양태에서, 제 2 합금은 약 2.0 wt.% 내지 약 5.0 wt.% Ag을 포함하고, 나머지는 Sn이다. 바람직하게는, 제 2 합금은 약 2.3 wt.% 내지 약 4.2 wt.% Ag을 포함하고, 나머지는 Sn이다.In one aspect of the invention, the second alloy comprises from about 2.0 wt.% To about 5.0 wt.% Ag, with the remainder being Sn. Preferably, the second alloy comprises about 2.3 wt.% To about 4.2 wt.% Ag, with the remainder being Sn.

본 발명의 다른 양태에서, 제 1 합금의 액상선 온도 및 제 2 합금의 액상선 온도는 15℃보다 크지 않은 만큼 다르다. 바람직하게는, 제 1 합금의 액상선 온도 및 제 2 합금의 액상선 온도는 10℃보다 크지 않은 만큼 다르고; 더 바람직하게는, 제 1 합금의 액상선 온도 및 제 2 합금의 액상선 온도는 5℃보다 크지 않은 만큼 다르다. In another embodiment of the present invention, the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy differ by not greater than 15 ° C. Preferably, the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy differ by not greater than 10 ° C; More preferably, the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy differ by not greater than 5 ° C.

본 발명에서 사용된 합금들은 종래의 수단에 의해 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 합금들은 금속들의 적절한 일부를 금속 또는 세라믹 도가니(ceramic crucible)에서 혼합하고 금속들이 용융될 때까지 혼합물을 가열함으로써 제조된다. 그 다음 용융된 금속은 주형들(molds)로 부어지고, 잉곳(ingot)들은 금속이 냉각 및 고화될 때 만들어진다. The alloys used in the present invention can be manufactured by conventional means. In one embodiment, the alloys are made by mixing a suitable portion of the metals in a metal or ceramic crucible and heating the mixture until the metals melt. The molten metal is then poured into molds, and ingots are made when the metal cools and solidifies.

잉곳들은 어느 종래의 수단에 의해 합금 입자들로 만들어질 수 있다. 예들은 가스 분무화(gas atomization) 및 원심 분무화(centrifugal atomization)를 포함한다. 입자들은 바람직하게는 약 200 mesh 내지 약 400 mesh의 평균 입자 크기를 가진다. 더 미세한 입자들이 사용될 수 있다. 그 결과로 얻어진 입자들은 플럭스와 혼합되어 솔더 페이스트를 형성한다. Ingots can be made of alloy particles by any conventional means. Examples include gas atomization and centrifugal atomization. The particles preferably have an average particle size of about 200 mesh to about 400 mesh. Finer particles can be used. The resulting particles are mixed with the flux to form a solder paste.

본 발명의 합금 페이스트의 플럭스부(flux portion)는 전기 구성 부품들을 기판 재료들에 솔더링하는 데 사용하기 위해 적절한 어느 종래의 플럭스 재료일 수 있다. 이 플럭스의 예는 로진 플럭스(rosin flux)이다. 바람직하게는, 로진 플럭스는 비수용성인, 로진계 플럭스이다. 플럭스내의 로진은 천연 로진 또는 변형된 로진 중 하나일 수 있고, 중합된 로진(polymerized rosin)을 포함한다. 플럭스는 또한 활성자(activator) 및 용매(solvent)를 포함할 수 있다. The flux portion of the alloy paste of the present invention may be any conventional flux material suitable for use in soldering electrical components to substrate materials. An example of this flux is a rosin flux. Preferably, the rosin flux is a rosin-based flux, which is water insoluble. The rosin in the flux can be either natural or modified rosins and includes polymerized rosin. The flux may also include an activator and a solvent.

본 발명의 솔더 페이스트는 제 1 및 제 2 합금의 입자들을 플럭스와 함께 혼합함으로써 제조된다. 바람직하게는 입자 혼합물은 플럭스에 첨가되거나 또는 플럭스와 혼합되며, 입자 혼합물은 적어도 50 wt.%의 제 1 합금 및 50 wt.%보다 크지 않은 제 2 합금을 포함한다. 바람직하게는, 입자들의 혼합물은 약 50 wt.% 내지 약 90 wt.%의 제 1 합금 및 약 10 wt.% 내지 약 50 wt.%의 제 2 합금; 더 바람직하게는 약 55 wt.% 내지 약 85 wt.%의 제 1 합금 및 약 15 wt.% 내지 약 45 wt.%의 제 2 합금; 및 더 바람직하게는 약 60 wt.% 내지 약 80 wt.%의 제 1 합금 및 약 20 wt.% 내지 약 40 wt.%의 제 2 합금을 포함한다. The solder paste of the present invention is prepared by mixing the particles of the first and second alloys with the flux. Preferably the particle mixture is added to or mixed with the flux, and the particle mixture comprises at least 50 wt.% Of the first alloy and a second alloy no greater than 50 wt.%. Preferably, the mixture of particles comprises about 50 wt.% To about 90 wt.% Of the first alloy and about 10 wt.% To about 50 wt.% Of the second alloy; More preferably about 55 wt.% To about 85 wt.% Of the first alloy and about 15 wt.% To about 45 wt.% Of the second alloy; And more preferably about 60 wt.% To about 80 wt.% Of the first alloy and about 20 wt.% To about 40 wt.% Of the second alloy.

솔더 페이스트는 일반적으로 약 42 wt.% 내지 약 83 wt.%의 제 1 합금, 9 wt.% 내지 42 wt.%의 제 2 합금, 및 약 8 wt.% 내지 약 16 wt.%의 플럭스를 포함할 것이다. 바람직하게는, 솔더 페이스트는 약 47 wt.% 내지 약 77 wt.%의 제 1 합금, 약 14 wt.% 내지 약 39 wt.%의 제 2 합금, 및 약 9 wt.% 내지 약 14 wt.%의 플럭스를 포함하고; 더 바람직하게는 솔더 페이스트는 약 53 wt.% 내지 약 72 wt.%의 제 1 합금, 약 18 wt.% 내지 약 35 wt.%의 제 2 합금, 및 약 10 wt.% 내지 약 12 wt.%의 플럭스를 포함한다.Solder pastes generally contain from about 42 wt.% To about 83 wt.% Of the first alloy, 9 wt.% To 42 wt.% Of the second alloy, and from about 8 wt.% To about 16 wt. Will include. Preferably, the solder paste comprises about 47 wt.% To about 77 wt.% Of the first alloy, about 14 wt.% To about 39 wt.% Of the second alloy, and about 9 wt.% To about 14 wt. Comprising% flux; More preferably the solder paste comprises from about 53 wt.% To about 72 wt.% Of the first alloy, from about 18 wt.% To about 35 wt.% Of the second alloy, and from about 10 wt.% To about 12 wt. Contains% flux.

본 발명의 솔더 페이스트는 무연 솔더 페이스트가 고려된다. 본 발명에 따라서 무연은 페이스트의 총 중량에 기초하여, 솔더 페이스트 자체가 약 3,000 ppm보다 크지 않게 납을 포함하는 것을 의미한다. 바람직하게는, 솔더 페이스트는 약 2,000 ppm보다 크지 않게 납을 포함하고; 더 바람직하게는, 솔더 페이스트는 페이스트의 총 중량에 기초하여 약 1000 ppm보다 크지 않은 납을 포함한다. The solder paste of the present invention is considered lead-free solder paste. Lead-free in accordance with the invention means that the solder paste itself contains lead no more than about 3,000 ppm, based on the total weight of the paste. Preferably, the solder paste contains no more than about 2,000 ppm; More preferably, the solder paste includes lead no greater than about 1000 ppm based on the total weight of the paste.

본 발명의 솔더 페이스트는 회로 보드와 같은 기판에 적용된다. 적용은 스텐실(stencil) 또는 스크린 프린팅(screen printing)과 같은 어느 종래의 방법에 의할 수 있다. 기판위에 솔더 페이스트가 적용된 다음, 전기 구성 부품이 인쇄 기판 보드의 솔더 페이스트에 위치되고 이 조립체(assembly)는 오븐에 놓여지고 솔더 파우더가 용융되어 흐르기에 충분한 온도까지 가열된다. 온도가 내려갈 경우, 용융된 솔더는 고화되어 전기 구성 부품들과의 솔더 접합부를 형성한다. 이 형식의 방법은 종래의 리플로우 솔더링(reflow soldering)이라 할 수 있다. The solder paste of the present invention is applied to a substrate such as a circuit board. Application can be by any conventional method such as stencil or screen printing. After the solder paste is applied on the substrate, the electrical components are placed in the solder paste of the printed substrate board and the assembly is placed in an oven and heated to a temperature sufficient to melt and flow the solder powder. As the temperature drops, the molten solder solidifies to form solder joints with the electrical components. This type of method can be referred to as conventional reflow soldering.

가열(heating)은 요구되는 경우 2 단계로 수행될 수 있다. 2 단계 가열 처리에서, 온도는 약 100℃ 내지 약 170℃의 예열 온도(preheating temperature)로 비교적 일정하게 유지된다. 그 때 온도는 약 240℃보다 크지 않으며, 바람직하게는 약 230℃보다 크지 않을 때까지 증가된다. Heating can be performed in two stages if desired. In a two stage heat treatment, the temperature is kept relatively constant at a preheating temperature of about 100 ° C to about 170 ° C. The temperature is then no greater than about 240 ° C., preferably increased until no greater than about 230 ° C.

가열에 이어, 조립체는 전기 구성 부품이 기판에 솔더링된 기판에 제공하기 위해 냉각된다. 본 발명에 제공된 합금 파우더들의 조성물로 인해, 툼스토닝과 같은 문제들이 실질적으로 감소되거나 제거된다. 그 결과는 전기 구성 부품이 동질의 솔더 합금에 의해 기판에 부착되는 기판과 전기 구성 부품 결합이다. Following heating, the assembly is cooled to provide the substrate with the electrical components soldered to the substrate. Due to the composition of the alloy powders provided herein, problems such as tombstones are substantially reduced or eliminated. The result is a substrate and electrical component combination in which the electrical component is attached to the substrate by a homogeneous solder alloy.

본 발명의 솔더 페이스트는 임의의 수의 전기 구성 부품들을 임의의 수의 적절한 기판들에 솔더링하기 위해 사용될 수 있다. 전기 구성 부품들은 표면 장착 조립체(surface mount assembly)에 사용되는 것들을 포함한다. 이들 구성 부품들은 페이스트가 용융되어 액체를 형성할 때 솔더 페이스트에 의해 접합되는 솔더링가능한 종단들(terminations)을 가지고 액체는 냉각시 고화된다. 이 전기 구성 부품들의 예들은 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array)(BGA), 신 스몰 아웃라인 패키지(TSOP;Thin Small Outline Package), 캐패시터들, 저항기들, 에어 운드 코일들(air wound coils), 및 전자 조립체들에 사용되는 어떤 다른 것들을 포함한다. The solder paste of the present invention can be used to solder any number of electrical components to any number of suitable substrates. Electrical components include those used in surface mount assemblies. These components have solderable terminations that are joined by solder paste when the paste melts to form a liquid and the liquid solidifies upon cooling. Examples of these electrical components are Ball Grid Array (BGA), Thin Small Outline Package (TSOP), capacitors, resistors, air wound coils, and And any other used in electronic assemblies.

본 발명에서 사용되는 기판은 전기 구성 부품을 접속하는 데 적절한 어떤 형식의 기판들일 수 있다. 이 기판들은 솔더링이 가능하고 본 발명에서 설명된 리플로우 온도들(reflow temperature)에 노출될 수 있는 것들을 포함한다. 일반적으로, 이와 같은 기판들은 세라믹 및 글라스-에폭시 재료들을 포함하고, 가요성 또는 경성의 형태일 수 있다. 적절한 기판들의 특정한 예들은 통상 전자 조립체들에서 일반적으로 발견되는 인쇄 배선 기판들(Printed Wiring Boards) 및 세라믹 기판들(Cramic substrates)을 포함한다. 인쇄 배선 기판들은 전기 도전선들, 패드들 및 비아들(vias)을 포함하는 유리 섬유들(glass fibers)를 싸고 있는 에폭시의 다층 복합물들이다.Substrates used in the present invention may be any type of substrates suitable for connecting electrical components. These substrates include those that are solderable and that may be exposed to the reflow temperatures described herein. In general, such substrates include ceramic and glass-epoxy materials and may be in flexible or rigid form. Specific examples of suitable substrates include Printed Wiring Boards and Ceramic substrates commonly found in electronic assemblies. Printed wiring boards are multilayer composites of epoxy that enclose glass fibers comprising electrical conductors, pads, and vias.

솔더 페이스트 및 본 발명의 방법을 이용하면 무연 솔더 금속에 의해 기판에 견고하게 전기 구성 부품이 부착되게 될 것이다. 솔더 재료는 필수적으로 동질적일 것이고 아주 바람직한 솔더 특성들을 제공할 것이다. 굳어진 솔더는 솔더 합금들내 원소들을 포함하는 상태들의 혼합물을 포함할 것이다. 상태들(phases)의 특정한 크기 및 모양은 냉각 속도 및 두 개의 합금들이 함께 용융되고 그후 냉각시 고화된 후의 특정 최종 합금 조성물에 의존할 것이다.Using the solder paste and the method of the present invention, the lead-free solder metal will firmly attach the electrical components to the substrate. The solder material will be essentially homogeneous and will provide very desirable solder properties. The hardened solder will contain a mixture of states containing elements in the solder alloys. The particular size and shape of the phases will depend on the cooling rate and the particular final alloy composition after the two alloys melt together and then solidify on cooling.

본 발명을 완전하게 설명하였지만, 본 발명은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 청구된 넓은 범위의 파라미터들 내에서 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. Although the invention has been described fully, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be carried out within the broad range of parameters claimed without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (10)

혼합 합금 솔더 페이스트(mixed alloy solder paste)에 있어서, In mixed alloy solder paste, 20℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도(liquidus temperature) 및 고상선 온도(solidus temperature)를 가지는 제 1 합금의 입자들;Particles of the first alloy having a different liquidus temperature and solidus temperature not greater than 20 ° C .; 20℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지는 제 2 합금의 입자들; 및Particles of the second alloy having a different liquidus temperature and solidus temperature not greater than 20 ° C .; And 플럭스(flux)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 합금의 상기 입자들은 상기 플럭스와 혼합되고 상기 제 1 합금의 액상선 온도와 상기 제 2 합금의 액상선 온도는 15℃보다 크지 않은 만큼 다르고, A flux, wherein the particles of the first and second alloys are mixed with the flux and the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy differ by not greater than 15 ° C., 상기 혼합 합금 솔더 페이스트는 혼합 합금 솔더 페이스트로 기판에 구성 부품을 솔더링할 때 툼스토닝(tombstoning)을 실질적으로 제거하는, 혼합 합금 솔더 페이스트.Wherein said mixed alloy solder paste substantially eliminates tombstoning when soldering a component to a substrate with the mixed alloy solder paste. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 합금의 입자들은 15℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지고, 상기 제 2 합금의 입자들은 15℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지는, 혼합 합금 솔더 페이스트.The method of claim 1, wherein the particles of the first alloy have different liquidus temperature and solidus temperature by not greater than 15 ° C., and the particles of the second alloy have different liquidus temperature and solidus by no greater than 15 ° C. Mixed alloy solder paste with temperature. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 합금의 입자들은 10℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지고, 상기 제 2 합금의 입자들은 10℃보다 크지 않은 만큼 다른 액상선 온도 및 고상선 온도를 가지는, 혼합 합금 솔더 페이스트.The method of claim 1, wherein the particles of the first alloy have different liquidus temperature and solidus temperature by not greater than 10 ° C., and the particles of the second alloy have different liquidus temperature and solidus by no greater than 10 ° C. Mixed alloy solder paste with temperature. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 합금의 상기 액상선 온도 및 상기 제 2 합금의 상기 액상선 온도는 10℃보다 크지 않은 만큼 다른, 혼합 합금 솔더 페이스트.The mixed alloy solder paste of claim 1, wherein the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy differ by not greater than 10 ° C. 3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 합금의 상기 액상선 온도 및 상기 제 2 합금의 상기 액상선 온도는 5℃보다 크지 않은 만큼 다른, 혼합 합금 솔더 페이스트.The mixed alloy solder paste of claim 1, wherein the liquidus temperature of the first alloy and the liquidus temperature of the second alloy differ by not greater than 5 ° C. 3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 합금은 Sn, Ag 및 적어도 하나의 추가 금속을 포함하는, 혼합 합금 솔더 페이스트.The mixed alloy solder paste of claim 1, wherein the first alloy comprises Sn, Ag and at least one additional metal. 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 금속은 Cu, Zn, Bi, Ni 및 In으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 혼합 합금 솔더 페이스트.The mixed alloy solder paste of claim 6, wherein the at least one additional metal is selected from the group consisting of Cu, Zn, Bi, Ni, and In. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 합금은 Sn 및 Ag을 포함하는, 혼합 합금 솔더 페이스트.The mixed alloy solder paste of claim 1, wherein the second alloy comprises Sn and Ag. 혼합 합금 무연 솔더 페이스트(mixed alloy lead-free solder paste)에 있어서,In mixed alloy lead-free solder paste, Sn-Ag-Cu의 제 1 합금의 입자들;Particles of a first alloy of Sn-Ag-Cu; Sn-Ag의 제 2 합금의 입자들; 및Particles of a second alloy of Sn—Ag; And 플럭스를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 합금의 상기 입자들은 상기 플럭스와 혼합되고,A flux, said particles of said first and second alloys being mixed with said flux, 상기 혼합 합금 무연 솔더 페이스트는 혼합 합금 무연 솔더 페이스트로 기판에 구성 부품들을 솔더링할 때 툼스토닝을 실질적으로 제거하는, 혼합 합금 무연 솔더 페이스트.The mixed alloy lead-free solder paste is a mixed alloy lead-free solder paste that substantially eliminates tombstone when soldering components to a substrate. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 합금은 2.3 wt.% 내지 4.3 wt.% Ag, 0.4 wt.% 내지 1.2 wt.%의 Cu이고, 나머지는 Sn인, 혼합 합금 무연 솔더 페이스트.The mixed alloy lead-free solder paste of claim 9, wherein the first alloy is 2.3 wt.% To 4.3 wt.% Ag, 0.4 wt.% To 1.2 wt.% Cu, and the balance is Sn.
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