KR102460042B1

KR102460042B1 - Lead-free solder alloy, solder ball, solder paste, and semiconductor device

Info

Publication number: KR102460042B1
Application number: KR1020210033209A
Authority: KR
Inventors: 손재열; 문정탁; 송재헌; 이영우; 이슬기; 박민수; 김휘중
Original assignee: 엠케이전자 주식회사
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-10-28
Also published as: TWI795778B; TW202142348A; KR20210141327A

Abstract

은(Ag) 2.8 중량%(wt%) 내지 3.5 wt%; 구리(Cu) 0.7 wt% 내지 0.9 wt%; 비스무트(Bi) 2 wt% 내지 4 wt%; 니켈(Ni) 0.02 wt% 내지 0.09 wt%; 게르마늄(Ge) 0.003 wt% 내지 0.01 wt%; 및 잔부 주석(Sn) 및 불가피한 불순물을 포함하는 무연 솔더 합금을 제공한다. 본 발명의 솔더 합금을 이용하면 TC 신뢰성, 퍼짐성 및 낙하 내충격 신뢰성이 우수하고, 표면 산화가 방지될 수 있는 솔더볼, 솔더 페이스트, 및 반도체 부품을 제조할 수 있다.silver (Ag) 2.8 wt% (wt%) to 3.5 wt%; 0.7 wt% to 0.9 wt% of copper (Cu); 2 wt% to 4 wt% of bismuth (Bi); 0.02 wt% to 0.09 wt% of nickel (Ni); 0.003 wt% to 0.01 wt% of germanium (Ge); and a lead-free solder alloy containing the remainder tin (Sn) and unavoidable impurities. By using the solder alloy of the present invention, it is possible to manufacture a solder ball, a solder paste, and a semiconductor component having excellent TC reliability, spreadability, and drop impact resistance reliability and preventing surface oxidation.

Description

무연 솔더 합금, 솔더볼, 솔더 페이스트, 및 반도체 부품 {Lead-free solder alloy, solder ball, solder paste, and semiconductor device}Lead-free solder alloy, solder ball, solder paste, and semiconductor device {Lead-free solder alloy, solder ball, solder paste, and semiconductor device}

본 발명은 무연 솔더 합금, 솔더볼, 솔더 페이스트, 및 반도체 부품에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 TC 신뢰성 및 낙하 내충격 신뢰성이 우수하고 고가인 은(Ag)의 함량을 적절한 범위로 제어한 무연 솔더 합금, 솔더볼, 솔더 페이스트, 및 반도체 부품에 관한 것이다.The present invention relates to a lead-free solder alloy, a solder ball, a solder paste, and a semiconductor component, and more particularly, a lead-free solder alloy having excellent TC reliability and drop impact resistance reliability and controlling the content of expensive silver (Ag) to an appropriate range; It relates to solder balls, solder pastes, and semiconductor components.

최근 반도체 기술이 발전함에 따라 다양한 분야에서 반도체 제품이 이용되고 있다. 특히 실외에서 장시간 사용되는 반도체 제품의 경우 높은 써멀 사이클링(thermal cycling, TC) 신뢰성이 요구된다. TC 신뢰성을 높이기 위해 값비싼 원소의 함량을 높이면 제품 가격 상승의 원인이 될 뿐만 아니라 다른 물성의 저하를 가져올 수 있다. 따라서 비용과 다른 물성을 희생시키지 않으면서 TC 신뢰성을 개선할 수 있는 조성의 개발이 요구되고 있다.2. Description of the Related Art With the recent development of semiconductor technology, semiconductor products are being used in various fields. In particular, high thermal cycling (TC) reliability is required for semiconductor products that are used outdoors for a long time. If the content of expensive elements is increased to increase TC reliability, it may cause not only an increase in product price but also a decrease in other physical properties. Therefore, there is a need to develop a composition capable of improving TC reliability without sacrificing cost and other physical properties.

본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 TC 신뢰성, 퍼짐성 및 낙하 내충격 신뢰성이 우수하고, 표면 산화가 방지될 수 있는 무연 솔더 합금을 제공하는 것이다.The first technical problem to be achieved by the present invention is to provide a lead-free solder alloy having excellent TC reliability, spreadability and drop impact resistance reliability, and surface oxidation can be prevented.

본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 TC 신뢰성, 퍼짐성 및 낙하 내충격 신뢰성이 우수하고, 표면 산화가 방지될 수 있으며, 고가인 은(Ag)의 함량을 적절한 범위로 제어한 솔더볼을 제공하는 것이다.The second technical problem to be achieved by the present invention is to provide a solder ball having excellent TC reliability, spreadability, and drop impact resistance reliability, surface oxidation can be prevented, and the content of expensive silver (Ag) controlled in an appropriate range.

본 발명이 이루고자 하는 세 번째 기술적 과제는 TC 신뢰성, 퍼짐성 및 낙하 내충격 신뢰성이 우수하고, 표면 산화가 방지될 수 있으며, 고가인 은(Ag)의 함량을 적절한 범위로 제어한 솔더 페이스트를 제공하는 것이다.A third technical problem to be achieved by the present invention is to provide a solder paste having excellent TC reliability, spreadability and drop impact resistance reliability, surface oxidation can be prevented, and the content of expensive silver (Ag) controlled in an appropriate range .

본 발명이 이루고자 하는 네 번째 기술적 과제는 TC 신뢰성, 퍼짐성 및 낙하 내충격 신뢰성이 우수하고, 표면 산화가 방지될 수 있으며, 고가인 은(Ag)의 함량을 적절한 범위로 제어한 반도체 부품을 제공하는 것이다.A fourth technical problem to be achieved by the present invention is to provide a semiconductor component that has excellent TC reliability, spreadability and drop impact resistance reliability, can prevent surface oxidation, and control the content of expensive silver (Ag) in an appropriate range .

본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 은(Ag) 2.8 중량%(wt%) 내지 3.5 wt%; 구리(Cu) 0.01 wt% 내지 0.9 wt%; 비스무트(Bi) 2 wt% 내지 4 wt%; 니켈(Ni) 0.02 wt% 내지 0.09 wt%; 게르마늄(Ge) 0.003 wt% 내지 0.01 wt%; 및 잔부 주석(Sn) 및 불가피한 불순물을 포함하는 무연 솔더 합금을 제공한다.The present invention in order to achieve the first technical problem, silver (Ag) 2.8 wt% (wt%) to 3.5 wt%; 0.01 wt% to 0.9 wt% of copper (Cu); 2 wt% to 4 wt% of bismuth (Bi); 0.02 wt% to 0.09 wt% of nickel (Ni); 0.003 wt% to 0.01 wt% of germanium (Ge); and a lead-free solder alloy containing the remainder tin (Sn) and unavoidable impurities.

일부 실시예들에 있어서, 무연 솔더 합금의 구리의 함량은 솔더의 젖음성이 약화되지 않는 0.7 wt% 내지 0.9 wt%이고 Cu-OSP 패드에 적용될 수 있다.In some embodiments, the copper content of the lead-free solder alloy is 0.7 wt% to 0.9 wt%, so that the wettability of the solder is not weakened and can be applied to the Cu-OSP pad.

본 발명의 다른 태양은 은(Ag) 2.8 중량%(wt%) 내지 3.5 wt%; 구리(Cu) 0.01 wt% 내지 0.3 wt%; 비스무트(Bi) 2 wt% 내지 4 wt%; 니켈(Ni) 0.02 wt% 내지 0.09 wt%; 및 잔부 주석(Sn) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 전해 니켈 패드에 적용되는 것을 특징으로 하는 무연 솔더 합금을 제공한다.Another aspect of the present invention is silver (Ag) 2.8 wt% (wt%) to 3.5 wt%; 0.01 wt% to 0.3 wt% of copper (Cu); 2 wt% to 4 wt% of bismuth (Bi); 0.02 wt% to 0.09 wt% of nickel (Ni); and the remainder tin (Sn) and unavoidable impurities, and provides a lead-free solder alloy, characterized in that it is applied to an electrolytic nickel pad.

본 발명의 또 다른 태양은 은(Ag) 2.8 중량%(wt%) 내지 3.5 wt%; 구리(Cu) 0.5 wt% 내지 0.7 wt%; 비스무트(Bi) 2 wt% 내지 4 wt%; 니켈(Ni) 0.02 wt% 내지 0.09 wt%; 및 잔부 주석(Sn) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 무전해 니켈 패드에 적용되는 것을 특징으로 하는 무연 솔더 합금을 제공한다.Another aspect of the present invention is silver (Ag) 2.8 wt% (wt%) to 3.5 wt%; 0.5 wt% to 0.7 wt% of copper (Cu); 2 wt% to 4 wt% of bismuth (Bi); 0.02 wt% to 0.09 wt% of nickel (Ni); and the balance tin (Sn) and unavoidable impurities, and provides a lead-free solder alloy, characterized in that it is applied to an electroless nickel pad.

일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금은 인(P) 및 갈륨(Ga)으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하고, 인 및 갈륨으로부터 선택된 1종 이상의 총 함량이 약 0.0002 wt% 내지 약 0.003 wt%일 수 있다.In some embodiments, the lead-free solder alloy further comprises at least one selected from phosphorus (P) and gallium (Ga), wherein the total content of the at least one selected from phosphorus and gallium is from about 0.0002 wt % to about 0.003 It may be wt%.

일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금은 인듐(In) 약 0.01 wt% 내지 약 0.7 wt%를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the lead-free solder alloy may further include about 0.01 wt% to about 0.7 wt% of indium (In).

본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제 및 세 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 상기 무연 솔더 합금을 포함하는 솔더볼 및 솔더 페이스트를 제공한다.The present invention provides a solder ball and a solder paste including the lead-free solder alloy in order to achieve the second technical problem and the third technical problem.

본 발명은 상기 네 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 복수의 제 1 단자들이 형성된 기판; 상기 기판 상에 실장되고, 상기 복수의 제 1 단자들에 대응되는 복수의 제 2 단자들을 갖는 반도체 장치; 및 대응되는 상기 제 1 단자들과 상기 제 2 단자들을 각각 연결하는 솔더 범프들을 포함하는 반도체 부품을 제공한다. 이 때, 상기 솔더 범프는 상기 무연 솔더 합금을 포함할 수 있다.In order to achieve the fourth technical problem, the present invention includes: a substrate on which a plurality of first terminals are formed; a semiconductor device mounted on the substrate and having a plurality of second terminals corresponding to the plurality of first terminals; and solder bumps respectively connecting the corresponding first terminals and the second terminals. In this case, the solder bump may include the lead-free solder alloy.

본 발명의 솔더 합금을 이용하면 TC 신뢰성, 퍼짐성 및 낙하 내충격 신뢰성이 우수하고, 표면 산화가 방지될 수 있는 솔더볼, 솔더 페이스트, 및 반도체 부품을 제조할 수 있다.By using the solder alloy of the present invention, it is possible to manufacture a solder ball, a solder paste, and a semiconductor component having excellent TC reliability, spreadability, and drop impact resistance reliability and preventing surface oxidation.

도 1a는 비스무트를 불포함하는, 접합된 솔더 합금 내의 미세 구조의 개념도 및 TC(thermal cycling) 3000회 실시 후의 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 이미지를 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무연 솔더 합금으로서 접합된 솔더 합금 내의 미세 구조의 개념도 및 TC 3000회 실시 후의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 1c는 비스무트 함량의 변화에 따른 솔더 합금의 단면을 나타낸 이미지들이다.
도 2는 실시예 1-1 내지 실시예 1-5의 무연 솔더 합금을 이용하여 본딩한 결과를 나타댄 확대 이미지들이다.
도 3은 비교예 1-1 내지 비교예 1-5의 무연 솔더 합금을 이용하여 본딩한 결과를 나타댄 확대 이미지들이다.
도 4는 비교예 1-3의 접합 계면에 대하여 에칭을 통해 다른 성분을 제거하고 Ag₃Sn 금속간 화합물만 남긴 상태에서의 사시 이미지 및 평면 이미지이다.
도 5는 비교예 1-1, 비교예 1-5, 비교예 1-6, 및 실시예 1-5의 솔더 합금들을 이용하여 형성한 접합 계면을 나타낸 평면 이미지들이다.
도 6은 실시예 1-3, 실시예 1-5, 비교예 1-1, 및 비교예 1-3에 대한 TC 신뢰성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1-1, 실시예 1-3, 실시예 1-5, 비교예 1-1, 비교예 1-3, 및 비교예 1-7에 대한 TC 신뢰성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1-1, 실시예 1-3, 실시예 1-5, 비교예 1-1, 및 비교예 1-3의 솔더 합금들에 대한 낙하 충격 신뢰성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 2-5 내지 실시예 2-8의 조성을 갖는 무연 솔더 합금을 무전해 니켈 패드 상에 본딩하고, 그 계면을 확대한 현미경 이미지들이다.
도 10은 실시예 2-5 내지 실시예 2-8의 조성을 갖는 무연 솔더 합금에 대하여 하이스피드 시어 테스트를 수행한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11a는 실시예 2-9에 대한 본딩 시험 결과를 나타낸 단면 이미지들이고, 도 11b는 실시예 2-10에 대한 본딩 시험 결과를 나타낸 단면 이미지들이다.
도 11c는 플럭스를 적용한 Cu 패드 상에 실시예 2-9 내지 2-13의 솔더볼을 실장하여 리플로우시켰을 때, 솔더볼이 웨팅(wetting)되어 퍼진 면적을 측정한 결과를 나타낸다.
도 12는 실시예 3-3, 실시예 3-7, 및 실시예 3-8의 조성을 갖는 무연 솔더 합금을 이용하여 표면실장한 단면을 나타낸 이미지들이다.
도 13a는 실시예 4-1, 4-2, 4-4, 4-7, 및 4-8의 가열 시간에 따른 산화물 형성의 추이를 나타낸 그래프이다.
도 13b는 플럭스를 적용한 Cu 패드 상에 실시예 4-2 내지 4-8의 솔더볼을 실장하여 리플로우시켰을 때, 솔더볼이 웨팅(wetting)되어 퍼진 면적을 측정한 결과를 나타낸다.
도 13c는 실시예 1-1, 실시예 4-1, 및 비교예 1-1에 대한 낙하 충격 신뢰성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 부품을 나타낸 개략도이다.1A shows a conceptual diagram of a microstructure in a bonded solder alloy without bismuth, and a scanning electron microscope (SEM) image after performing TC (thermal cycling) 3000 times.
1B shows a conceptual diagram of a microstructure in a solder alloy joined as a lead-free solder alloy according to an embodiment of the present invention and an SEM image after performing TC 3000 times.
1C is an image showing a cross-section of a solder alloy according to a change in bismuth content.
2 is an enlarged image showing the bonding result using the lead-free solder alloy of Examples 1-1 to 1-5.
3 is an enlarged image showing bonding results using lead-free solder alloys of Comparative Examples 1-1 to 1-5.
4 is a perspective image and a planar image of the bonding interface of Comparative Example 1-3 in a state where other components are removed through etching and only Ag ₃ Sn intermetallic compound is left.
5 is a plan view of a bonding interface formed by using the solder alloys of Comparative Example 1-1, Comparative Example 1-5, Comparative Example 1-6, and Example 1-5.
6 is a graph showing the results of evaluating TC reliability for Examples 1-3, Examples 1-5, Comparative Examples 1-1, and Comparative Examples 1-3.
7 is a graph showing the TC reliability test results for Example 1-1, Example 1-3, Example 1-5, Comparative Example 1-1, Comparative Example 1-3, and Comparative Example 1-7.
8 is a graph showing drop impact reliability test results for solder alloys of Examples 1-1, 1-3, 1-5, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-3.
9 is an enlarged microscope image of a lead-free solder alloy having the composition of Examples 2-5 to 2-8 bonded to an electroless nickel pad and the interface thereof.
10 is a graph showing the results of a high-speed shear test on lead-free solder alloys having compositions of Examples 2-5 to 2-8.
11A is a cross-sectional image showing a bonding test result for Examples 2-9, and FIG. 11B is a cross-sectional image showing a bonding test result for Examples 2-10.
11C shows the results of measuring the area where the solder balls are wetting and spread when the solder balls of Examples 2-9 to 2-13 are mounted and reflowed on a Cu pad to which flux is applied.
12 is an image showing cross-sections of surface mounting using lead-free solder alloys having compositions of Examples 3-3, 3-7, and 3-8.
13A is a graph showing the transition of oxide formation according to heating time in Examples 4-1, 4-2, 4-4, 4-7, and 4-8.
13B shows the results of measuring the area spread by wetting of the solder balls when the solder balls of Examples 4-2 to 4-8 are mounted and reflowed on the Cu pad to which the flux is applied.
13C is a graph showing the drop impact reliability test results for Example 1-1, Example 4-1, and Comparative Example 1-1.
14 is a schematic diagram illustrating a semiconductor component according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention concept will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the inventive concept may be modified in various other forms, and the scope of the inventive concept should not be construed as being limited by the embodiments described below. The embodiments of the inventive concept are preferably interpreted as being provided in order to more completely explain the inventive concept to those of ordinary skill in the art. The same symbols refer to the same elements from time to time. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the inventive concept is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the inventive concept, a first component may be referred to as a second component, and conversely, the second component may be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in the present application is only used to describe specific embodiments, and is not intended to limit the inventive concept. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, expressions such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, but one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.Unless defined otherwise, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the inventive concept belongs, including technical and scientific terms. In addition, commonly used terms as defined in the dictionary should be construed as having a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant technology, and unless explicitly defined herein, in an overly formal sense. It will be understood that they shall not be construed.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.In cases where certain embodiments are otherwise practicable, a specific process sequence may be performed different from the described sequence. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.

첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다. In the accompanying drawings, variations of the illustrated shapes can be expected, for example depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, changes in shape resulting from the manufacturing process. As used herein, all terms “and/or” include each and every combination of one or more of the recited elements. In addition, the term "substrate" as used herein may mean a laminate structure including a substrate itself or a substrate and a predetermined layer or film formed on the surface thereof. Also, in this specification, the term "surface of a substrate" may mean an exposed surface of the substrate itself, or an outer surface of a predetermined layer or film formed on the substrate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주석(Sn)을 주성분으로 하고 은(Ag) 약 2.8 중량%(wt%) 내지 약 3.5 wt%; 구리(Cu) 약 0.01 wt% 내지 약 0.9 wt%; 비스무트(Bi) 약 2 wt% 내지 약 4 wt%; 및 니켈(Ni) 약 0.02 wt% 내지 약 0.09 wt% 포함하는 무연 솔더 합금이 제공된다. 상기 무연 솔더 합금은 그 외에도 다른 금속 원소를 소정 함량 더 포함할 수 있으며, 상기 무연 솔더 합금의 나머지 부분은 주석(Sn)으로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 무연 솔더 합금은 불가피한 불순물을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, tin (Sn) as a main component and silver (Ag) about 2.8 wt% (wt%) to about 3.5 wt%; about 0.01 wt % to about 0.9 wt % copper (Cu); about 2 wt % to about 4 wt % bismuth (Bi); and about 0.02 wt% to about 0.09 wt% of nickel (Ni). The lead-free solder alloy may further include other metal elements in a predetermined content, and the remaining portion of the lead-free solder alloy may be made of tin (Sn). However, the lead-free solder alloy may further include unavoidable impurities.

여기서 "주성분"(main component)이라 함은 상기 무연 솔더 합금의 전체 성분 100 중량부에 대하여 50 중량부를 초과하는 성분을 의미한다.Herein, the term “main component” refers to a component exceeding 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total component of the lead-free solder alloy.

본 무연(lead free) 솔더 합금에 있어서, "무연"은 의도적으로 납을 첨가하지 않음을 의미하며, 납의 함량은 0이거나 불가피한 불순물 수준이다.In the present lead free solder alloy, "lead free" means that no lead is intentionally added, and the lead content is zero or an unavoidable impurity level.

은(Ag) 함량Silver (Ag) content

상기 무연 솔더 합금에서 은(Ag)의 함량이 약 3.5 중량%를 초과하면, 예컨대 3.6 중량% 이상이면 본딩 패드에 접합되었을 때 금속간 화합물의 일종인 Ag₃Sn의 크기가 과도하게 성장하여 접합 계면에서의 신뢰성이 저하될 수 있다. 구체적으로, 은의 함량이 3.6 중량% 이상이 되면, 본딩 패드에 접합될 때 Ag₃Sn 금속간 화합물이 판상으로 형성되어 분말 상태로 존재하는 Ag₃Sn 금속간 화합물의 입자를 감소시킨다. 이는 곧 분산 강화 효과(dispersion strengthening effect)의 저하를 가져와 접합 계면에서의 신뢰성 및 접합 특성을 열화시킬 수 있다.When the content of silver (Ag) in the lead-free solder alloy exceeds about 3.5 wt%, for example, 3.6 wt% or more, the size of Ag ₃ Sn, which is a kind of intermetallic compound, when joined to the bonding pad is excessively grown and the bonding interface reliability may be reduced. Specifically, when the content of silver is 3.6 wt % or more, Ag ₃ Sn intermetallic compound is formed in a plate shape when bonded to the bonding pad, thereby reducing particles of Ag ₃ Sn intermetallic compound present in a powder state. This may lead to a decrease in the dispersion strengthening effect, which may deteriorate reliability and bonding properties at the bonding interface.

특히 은의 함량이 3.6 중량% 이상이면 본딩 패드에 접합되었을 때 Ag₃Sn의 금속간 화합물이 판상으로 성장하여 솔더 내에 분산된 Ag₃Sn 금속간 화합물의 입자의 분율이 크게 감소되 것이 확인되었다.In particular, when the silver content is 3.6 wt% or more, it was confirmed that the Ag ₃ Sn intermetallic compound grew in a plate shape when bonded to the bonding pad, and the fraction of Ag ₃ Sn intermetallic compound particles dispersed in the solder was greatly reduced.

상기 무연 솔더 합금에서 은(Ag)의 함량이 2.8 중량%보다 작으면 본딩 패드에 접합되었을 때 금속간 화합물의 일종인 Cu₆Sn₅ 또는 (Cu,Ni)₆Sn₅의 크기가 과도하게 성장하여 접합 계면에서의 신뢰성이 저하될 수 있다. 구체적으로, 은의 함량이 2.8 중량%보다 작으면 비교적 가혹한 용융 조건 하에서 접합 계면에서 Cu₆Sn₅ 또는 (Cu,Ni)₆Sn₅ 금속간 화합물의 입도 크기가 지나치게 커져 신뢰성이 저하된다.If the content of silver (Ag) in the lead-free solder alloy is less than 2.8 wt%, the size of Cu ₆ Sn ₅ or (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ , which is a kind of intermetallic compound, when bonded to the bonding pad is excessively grown. Reliability at the bonding interface may be reduced. Specifically, when the content of silver is less than 2.8 wt%, the particle size of the Cu ₆ Sn ₅ or (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ intermetallic compound at the bonding interface under relatively severe melting conditions becomes excessively large, thereby reducing reliability.

특히 은의 함량이 2.8 중량%에 미달하면 솔더 합금이, 예컨대 장시간 지속된 고온 또는 고온과 저온의 다수회 반복과 같은 가혹 조건을 경험하였을 때 본딩 계면에서 Ag₃Sn의 금속간 화합물이 더 크게 성장하여 솔더 솔더 내에 분산된 Ag₃Sn 금속간 화합물의 입자의 분율이 크게 감소되는 것이 확인되었다. 이는 은의 함량이 2.8 중량%에 미달하면 Ag₃Sn 금속간 화합물의 입자에 의한 피닝(pinning) 효과가 제대로 발휘되지 못한 데 따른 것으로 이해되나, 본 발명이 특정 이론에 의해 제한되는 것은 아니다.In particular, when the content of silver is less than 2.8% by weight, the intermetallic compound of Ag ₃ Sn grows larger at the bonding interface when the solder alloy is subjected to severe conditions such as high temperature sustained for a long time or multiple repetitions of high temperature and low temperature. It was confirmed that the fraction of particles of Ag ₃ Sn intermetallic compound dispersed in the solder was greatly reduced. It is understood that the pinning effect by the particles of the Ag ₃ Sn intermetallic compound is not properly exhibited when the silver content is less than 2.8 wt%, but the present invention is not limited by a specific theory.

이상에서 설명된 현상들을 고려할 때 은의 함량은 약 2.8 중량% 내지 약 3.5 중량%, 약 2.8 중량% 내지 약 3.1 중량%, 약 3.1 중량% 내지 약 3.3 중량%, 또는 약 3.3 중량% 내지 약 3.5 중량%일 수 있다.Considering the phenomena described above, the content of silver is about 2.8 wt% to about 3.5 wt%, about 2.8 wt% to about 3.1 wt%, about 3.1 wt% to about 3.3 wt%, or about 3.3 wt% to about 3.5 wt% It can be %.

비스무트(Bi) 함량Bismuth (Bi) content

상기 무연 솔더 합금에서 비스무트(Bi)의 함량이 2 중량% 이상이 되면, 본딩된 솔더 합금 내의 주석(Sn) 결정립(grain) 내에 주석의 서브 그레인(sub-grain)이 형성될 수 있다. 주석 결정립 내에 형성되는 서브 그레인은 본딩된 솔더의 강도가 개선될 수 있다.When the content of bismuth (Bi) in the lead-free solder alloy is 2 wt% or more, tin sub-grains may be formed in tin (Sn) grains in the bonded solder alloy. The sub-grains formed in the tin grains may improve the strength of the bonded solder.

도 1a는 비스무트를 불포함하는, 접합된 솔더 합금 내의 미세 구조의 개념도 및 TC 3000회 실시 후의 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 이미지를 나타낸다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무연 솔더 합금으로서 접합된 솔더 합금 내의 미세 구조의 개념도 및 TC 3000회 실시 후의 SEM 이미지를 나타낸다.1A shows a conceptual diagram of a microstructure in a bonded solder alloy without bismuth and a scanning electron microscope (SEM) image after TC 3000 cycles. 1B shows a conceptual diagram of a microstructure in a solder alloy joined as a lead-free solder alloy according to an embodiment of the present invention and an SEM image after performing TC 3000 times.

도 1a를 참조하면, 주석 결정립들과 이들 사이에서 네트워크를 이루며 분포하는 Ag₃Sn 분말 및 Cu₆Sn₅ 분말이 관찰된다. 한편 도 1b를 참조하면, 주석 결정립들 사이에 Ag₃Sn 분말 및 Cu₆Sn₅ 분말이 네트워크를 이루며 분포하는 점은 도 1a에 도시된 바와 동일하지만 도 1b의 주석 결정립들이 서브 그레인을 포함한다는 점에서 차이가 있다. Referring to FIG. 1A , Ag ₃ Sn powder and Cu ₆ Sn ₅ powder distributed in a network between tin grains and them are observed. Meanwhile, referring to FIG. 1b , Ag ₃ Sn powder and Cu ₆ Sn ₅ powder are distributed in a network between the tin grains is the same as that shown in FIG. 1a, but the tin grains of FIG. 1b include sub-grains. There is a difference in

주석 결정립의 서브 그레인은 주석 내에 고용(固溶)된 비스무트로 인해 형성되며 비스무트가 주석 결정립 내에 네트워크 형상으로 분포함에 따라 형성될 수 있다.Sub-grains of tin grains are formed due to bismuth dissolved in tin, and may be formed as bismuth is distributed in a network shape in tin grains.

도 1c는 솔더 합금 내의 비스무트 함량에 따른 주석 결정립의 구조 변화를 나타낸 단면 이미지들이다. 여기서 '1 reflow'는 리플로우를 1회 시킨 후의 단면임을 나타내고, '5 reflows'는 리플로우를 5회 시킨 후의 단면임을 나타낸다. 또 도 1c에서 노란색 점선으로 둘러싼 부분이 주석 결정립에 해당한다.1C is a cross-sectional image showing the structural change of tin grains according to the bismuth content in the solder alloy. Here, '1 reflow' indicates a cross-section after reflowing once, and '5 reflows' indicates a cross-section after reflowing 5 times. Also, a portion surrounded by a yellow dotted line in FIG. 1C corresponds to a tin grain.

비스무트를 1 wt% 포함하면 비스무트를 불포함하는 경우("No Bi")에 비하여 주석 결정립의 크기는 감소하지만 아직 서브 그레인은 형성되지 않는다. 반면 비스무트의 함량이 3 wt% 및 4 wt%인 솔더 합금은 주석 결정립 내에 그물 모양의 비스무트 네트워크가 형성되고 주석의 서브 그레인이 형성된 것이 시각적으로 확인 가능하다.When 1 wt% of bismuth is included, the size of tin grains is reduced compared to the case where bismuth is not included (“No Bi”), but sub-grains are not formed yet. On the other hand, in the solder alloys having bismuth content of 3 wt% and 4 wt%, it can be visually confirmed that a network-like bismuth network is formed in the tin grains and sub-grains of tin are formed.

상기 무연 솔더 합금에서 비스무트(Bi)의 함량이 4 중량%를 초과하면, 상기솔더 합금을 이용하여 제조한 패키지의 낙하 충격 신뢰성(drop impact reliability)이 크게 저하될 수 있다.When the content of bismuth (Bi) in the lead-free solder alloy exceeds 4% by weight, drop impact reliability of a package manufactured using the solder alloy may be significantly reduced.

구리(Cu) 함량Copper (Cu) content

상기 무연 솔더 합금에서 구리(Cu)의 함량이 약 0.9 wt% 이하일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금의 구리 함량은 약 0.01 wt% 내지 약 0.9 wt%일 수 있다. 패키지의 본딩 패드의 종류에 따라 상기 본딩 패드와 상기 무연 솔더 합금 사이의 접합부에서의 계면화합물(즉, 금속간 화합물)이 낙하 충격 신뢰성과 같은 물성에 큰 영향을 줄 수 있음이 발견되었다.The content of copper (Cu) in the lead-free solder alloy may be about 0.9 wt% or less. In some embodiments, the copper content of the lead-free solder alloy may be about 0.01 wt % to about 0.9 wt %. It has been found that, depending on the type of bonding pad of the package, an interfacial compound (ie, an intermetallic compound) at the joint between the bonding pad and the lead-free solder alloy can have a great influence on physical properties such as drop impact reliability.

일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금의 구리 함량은 약 0.01 wt% 내지 약 0.3 wt%일 수 있다. 이 때 상기 무연 솔더 합금은 전해 니켈(electroplated nickel) 층을 갖는 본딩 패드에 적용되는 것일 수 있다.In some embodiments, the copper content of the lead-free solder alloy may be about 0.01 wt % to about 0.3 wt %. In this case, the lead-free solder alloy may be applied to a bonding pad having an electroplated nickel layer.

전해 니켈층을 갖는 본딩 패드에 약 0.01 wt% 내지 약 0.3 wt%의 구리 함량을 갖는 상기 무연 솔더 합금이 접합되면, 접합 계면에 Ni₃Sn₄ 및/또는 이로부터 유래한 (Ni,Cu)₃Sn₄와 같은 금속간 화합물이 형성될 수 있다. 상기 무연 솔더 합금의 구리 함량이 약 0.4 wt% 이상이 되면 Cu₆Sn₅ 및/또는 이로부터 유래한 (Cu,Ni)₆Sn₅ 및/또는 (Ni,Cu)₃Sn₄와 같이 결정 구조가 상이한 2종 이상의 금속간 화합물이 형성되어 바람직하지 않다.When the lead-free solder alloy having a copper content of about 0.01 wt % to about 0.3 wt % is bonded to a bonding pad having an electrolytic nickel layer, Ni ₃ Sn ₄ and/or (Ni,Cu) ₃ derived therefrom at the bonding interface. Intermetallic compounds such as Sn ₄ may be formed. When the copper content of the lead-free solder alloy is about 0.4 wt % or more, the crystal structure becomes Cu ₆ Sn ₅ and/or (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ and/or (Ni,Cu) ₃ Sn ₄ derived therefrom. Two or more different intermetallic compounds are formed, which is undesirable.

다만, 구리 함량이 약 0.7 wt% 내지 약 0.9 wt%에 이르면 금속간 화합물 중 (Ni,Cu)₃Sn₄가 생성되지 않고 (Cu,Ni)₆Sn₅의 1종 만의 금속간 화합물이 형성되기 때문에, 적어도 2종의 금속간 화합물이 형성되는 구리 함량이 약 0.4 wt% 이상 약 0.6 wt% 이하인 경우에 비하여 계면 화합물의 특성이 더 안정적일 수 있다.However, when the copper content reaches about 0.7 wt% to about 0.9 wt%, (Ni,Cu) ₃ Sn ₄ is not generated among the intermetallic compounds, and only one type of intermetallic compound of (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ is formed. Therefore, the properties of the interface compound may be more stable than when the copper content in which at least two kinds of intermetallic compounds are formed is about 0.4 wt % or more and about 0.6 wt % or less.

일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금의 구리 함량은 약 0.5 wt% 내지 약 0.9 wt%일 수 있다. 이 때 상기 무연 솔더 합금은 무전해 니켈(electroless nickel) 층을 갖는 본딩 패드에 적용되는 것일 수 있다.In some embodiments, the copper content of the lead-free solder alloy may be about 0.5 wt% to about 0.9 wt%. In this case, the lead-free solder alloy may be applied to a bonding pad having an electroless nickel layer.

무전해 니켈층을 갖는 본딩 패드는 예컨대 ENIG(electroless nickel-immersion gold), ENEPIG(electroless nickel-electroless palladium-immersion gold)와 같은 패드들을 들 수 있다. 이러한 무전해 니켈층을 갖는 본딩 패드에 약 0.5 wt% 내지 약 0.9 wt%의 구리 함량, 특히 약 0.7 wt% 내지 약 0.9 wt%의 구리 함량을 갖는 상기 무연 솔더 합금이 접합되면 낙하 충격 신뢰성이 양호하거나 우수한 접합 계면을 얻을 수 있다. The bonding pad having the electroless nickel layer may include, for example, pads such as electroless nickel-immersion gold (ENIG) and electroless nickel-electroless palladium-immersion gold (ENEPIG). When the lead-free solder alloy having a copper content of about 0.5 wt% to about 0.9 wt%, particularly about 0.7 wt% to about 0.9 wt%, is bonded to the bonding pad having such an electroless nickel layer, the drop impact reliability is good. Alternatively, an excellent bonding interface can be obtained.

일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금의 구리 함량은 약 0.7 wt% 내지 약 0.9 wt%일 수 있다. 이 때 상기 무연 솔더 합금은 구리로 된 본딩 패드에 적용되는 것일 수 있다. 상기 본딩 패드는, 예컨대 OSP(organic solderability preservative) 구리 패드일 수 있다.In some embodiments, the copper content of the lead-free solder alloy may be about 0.7 wt% to about 0.9 wt%. In this case, the lead-free solder alloy may be applied to a bonding pad made of copper. The bonding pad may be, for example, an organic solderability preservative (OSP) copper pad.

구리로 된 본딩 패드에 약 0.7 wt% 내지 약 0.9 wt%의 구리 함량을 갖는 상기 무연 솔더 합금이 접합되면, 구리 패드의 소모가 적으면서도 금속간 화합물의 두께가 얇아져 TC 신뢰성이 개선될 수 있다.When the lead-free solder alloy having a copper content of about 0.7 wt% to about 0.9 wt% is bonded to a bonding pad made of copper, the copper pad consumption is small and the thickness of the intermetallic compound is reduced, thereby improving TC reliability.

니켈(Ni) 함량Nickel (Ni) content

상기 무연 솔더 합금에서 니켈(Ni)의 함량이 약 0.02 wt% 내지 약 0.09 wt%일 수 있다. 니켈 함량이 약 0.02 wt% 내지 약 0.09 wt% 이내이면 TC 신뢰성과 낙하 충격 신뢰성이 개선될 수 있다. The content of nickel (Ni) in the lead-free solder alloy may be about 0.02 wt% to about 0.09 wt%. If the nickel content is within about 0.02 wt% to about 0.09 wt%, TC reliability and drop impact reliability may be improved.

게르마늄(Ge), 인(P) 및 갈륨(Ga) 함량Germanium (Ge), phosphorus (P) and gallium (Ga) content

일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금은 산화를 방지하기 위하여 게르마늄(Ge), 인(P), 및 갈륨(Ga)으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 무연 솔더 합금에서 게르마늄, 인, 및 갈륨으로부터 선택된 1종 이상의 총 함량은 약 0.0002 wt% 내지 약 0.015 wt%일 수 있다.In some embodiments, the lead-free solder alloy may further include at least one selected from germanium (Ge), phosphorus (P), and gallium (Ga) to prevent oxidation. The total content of at least one selected from germanium, phosphorus, and gallium in the lead-free solder alloy may be about 0.0002 wt% to about 0.015 wt%.

일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금에서 게르마늄, 인, 및 갈륨으로부터 선택된 1종 이상의 총 함량은 약 0.0002 wt% 내지 약 0.015 wt%, 약 0.0005 wt% 내지 약 0.014 wt%, 약 0.001 wt% 내지 약 0.013 wt%, 약 0.002 wt% 내지 약 0.012 wt%, 약 0.003 wt% 내지 약 0.011 wt%, 약 0.005 wt% 내지 약 0.010 wt%, 또는 상기 수치들 사이의 임의의 범위일 수 있다.In some embodiments, the total content of one or more selected from germanium, phosphorus, and gallium in the lead-free solder alloy is from about 0.0002 wt% to about 0.015 wt%, from about 0.0005 wt% to about 0.014 wt%, about 0.001 wt% to about 0.013 wt%, about 0.002 wt% to about 0.012 wt%, about 0.003 wt% to about 0.011 wt%, about 0.005 wt% to about 0.010 wt%, or any range in between.

인듐(In) 함량Indium (In) content

일부 실시예들에 있어서, 상기 무연 솔더 합금은 산화를 방지하기 위하여 인듐(In)을 약 0.01 wt% 내지 약 0.7 wt%를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 인듐의 함량은 약 0.01 wt% 이상 약 0.5 wt% 미만일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 인듐의 함량은 약 0.01 wt% 이상 및 약 0.1 wt% 이하일 수 있다.In some embodiments, the lead-free solder alloy may further include about 0.01 wt% to about 0.7 wt% of indium (In) to prevent oxidation. In some embodiments, the content of indium may be about 0.01 wt % or more and less than about 0.5 wt %. In some embodiments, the content of indium may be about 0.01 wt% or more and about 0.1 wt% or less.

이상에서 설명한 상기 무연 솔더 합금은 솔더볼, 솔더 페이스트 등의 형태로 제공될 수 있다.The lead-free solder alloy described above may be provided in the form of a solder ball, a solder paste, or the like.

솔더 페이스트는 상기 무연 솔더 합금 100 중량부에 대하여 플럭스를 약 3 중량부 내지 약 25 중량부 포함할 수 있다. 상기 플럭스는, 예컨대 RMA 타입의 페이스트용 플럭스일 수 있으며 상온에서 액상일 수 있다. 그러나 상기 플럭스가 여기에 한정되는 것은 아니다.The solder paste may include about 3 parts by weight to about 25 parts by weight of the flux based on 100 parts by weight of the lead-free solder alloy. The flux may be, for example, a flux for an RMA type paste, and may be liquid at room temperature. However, the flux is not limited thereto.

상기 솔더 합금과 상기 플럭스의 혼합물은 상온에서 페이스트(paste) 상을 형성할 수 있다.The mixture of the solder alloy and the flux may form a paste phase at room temperature.

상기 솔더볼은 직경 약 50 ㎛ 내지 약 1000 ㎛일 수 있으며, 상기 솔더 합금을 구형으로 성형하여 제공될 수 있다.The solder ball may have a diameter of about 50 μm to about 1000 μm, and may be provided by molding the solder alloy into a spherical shape.

기타 상기 솔더 합금은 크림(cream), 바(bar), 와이어(wire)와 같은 임의의 성상으로 제공될 수 있다.In addition, the solder alloy may be provided in any shape such as cream, bar, or wire.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to specific examples and comparative examples, but these examples are only for clearer understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예로서 하기 표 1-1과 같은 조성을 갖는 무연 솔더 합금을 제조하고, 비교예로서 하기 표 1-2와 같은 조성을 갖는 무연 솔더 합금을 제조하였다.As an example, a lead-free solder alloy having the composition shown in Table 1-1 was prepared, and as a comparative example, a lead-free solder alloy having the composition shown in Table 1-2 was prepared.

< 표 1-1 >< Table 1-1 >

< 표 1-2 >< Table 1-2 >

도 2는 실시예 1-1 내지 실시예 1-5의 무연 솔더 합금을 이용하여 본딩한 결과를 나타댄 확대 이미지들이다. 도 3은 비교예 1-1 내지 비교예 1-5의 무연 솔더 합금을 이용하여 본딩한 결과를 나타댄 확대 이미지들이다.2 is an enlarged image showing the bonding result using the lead-free solder alloy of Examples 1-1 to 1-5. 3 is an enlarged image showing bonding results using lead-free solder alloys of Comparative Examples 1-1 to 1-5.

도 2의 실시예 및 비교예의 이미지들의 각각은 위로부터 아래로 각각 측단면 이미지, 솔더 조직의 확대 이미지, 접합 계면의 확대 이미지이다.Each of the images of the Example and Comparative Example of FIG. 2 is a side cross-sectional image, an enlarged image of a solder structure, and an enlarged image of a bonding interface, respectively, from top to bottom.

도 2에서 보는 바와 같이 실시예들의 무연 솔더 합금은 각 접합 계면에서 판상의 Ag₃Sn 금속간 화합물이 형성되지 않은 것을 볼 수 있다. 반면 도 3에 나타낸 비교예 1-2 내지 비교예 1-5의 무연 솔더 합금은 각 접합 계면에서 상당한 크기를 갖는 판상의 Ag₃Sn 금속간 화합물이 형성된 것이 관찰되었다.As shown in FIG. 2 , in the lead-free solder alloys of the embodiments, it can be seen that a plate-shaped Ag ₃ Sn intermetallic compound is not formed at each bonding interface. On the other hand, in the lead-free solder alloys of Comparative Examples 1-2 to 1-5 shown in FIG. 3 , it was observed that a plate-shaped Ag ₃ Sn intermetallic compound having a significant size was formed at each bonding interface.

도 4는 비교예 1-3의 접합 계면에 대하여 에칭을 통해 다른 성분을 제거하고 Ag₃Sn 금속간 화합물만 남긴 상태에서의 사시 이미지 및 평면 이미지이다.4 is a perspective image and a planar image of the bonding interface of Comparative Example 1-3 in a state where other components are removed through etching and only Ag ₃ Sn intermetallic compound is left.

도 4를 참조하면, 판상의 Ag₃Sn 금속간 화합물이 상당한 크기로 다수 성장해 있음이 확인되었다.Referring to FIG. 4 , it was confirmed that a large number of plate-shaped Ag ₃ Sn intermetallic compounds were grown to a considerable size.

도 5는 비교예 1-1, 비교예 1-5, 비교예 1-6, 및 실시예 1-5의 솔더 합금들을 이용하여 형성한 접합 계면을 나타낸 평면 이미지들이다. 즉, 상기 솔더 합금들을 이용하여 접합 계면을 형성한 후 다른 성분을 제거하고 Ag₃Sn 금속간 화합물만 남긴 상태의 평면 이미지들이다.5 is a plan view of a bonding interface formed by using the solder alloys of Comparative Example 1-1, Comparative Example 1-5, Comparative Example 1-6, and Example 1-5. That is, after the bonding interface is formed using the solder alloys, other components are removed and only the Ag ₃ Sn intermetallic compound is left.

도 5를 참조하면, 리플로우를 60초 동안 1회만 수행한 후에는 비교예 1-1의 솔더 합금을 이용한 접합 계면에서 Cu₆Sn₅ 금속간 화합물의 결정립이 약간 성장한 것이 관찰되었을 뿐 다른 솔더 합금을 이용한 접합 계면에서는 (Cu,Ni)₆Sn₅ 금속간 화합물의 결정립이 거의 성장하지 않은 채 비교적 미세한 분말상을 유지하는 것이 관찰되었다.("1st reflow"로 표시된 이미지들)Referring to FIG. 5 , after the reflow was performed only once for 60 seconds, it was observed that the crystal grains of the Cu ₆ Sn ₅ intermetallic compound were slightly grown at the bonding interface using the solder alloy of Comparative Example 1-1 and other solder alloys At the bonding interface using the (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ intermetallic compound, it was observed that the grains of the (Cu,Ni) 6 Sn 5 intermetallic compound hardly grew and maintained a relatively fine powdery state (images marked with “1st reflow”).

반면 핫플레이트를 이용하여 5분간 250 ℃의 고온을 유지한 후 냉각하여 형성한 가혹 조건의 접합 계면에서는 다소 차이가 있었다. 은(Ag)의 함량이 2.8 중량%에 미달하거나 비스무트를 불포함하는 비교예 1-6 및 비교예 1-1의 경우 Cu₆Sn₅ 및 (Cu,Ni)₆Sn₅의 금속간 화합물의 결정립이 상당히 성장해 있는 것이 관찰되었다. 반면, 은의 함량이 2.8 중량% 이상인 실시예 1-5와 비교예 1-5의 경우 Ag₃Sn 화합물 분말에 의한 피닝 효과로 인해 (Cu,Ni)₆Sn₅의 금속간 화합물의 결정립의 성장이 크게 둔화되는 것이 관찰되었다. ("Hot Plate"로 표시된 이미지들)On the other hand, there was a slight difference in the bonding interface under severe conditions formed by cooling after maintaining a high temperature of 250 °C for 5 minutes using a hot plate. In Comparative Examples 1-6 and 1-1 in which the content of silver (Ag) is less than 2.8 wt% or does not contain bismuth, the crystal grains of the intermetallic compound of Cu ₆ Sn ₅ and (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ are Significant growth was observed. On the other hand, in the case of Examples 1-5 and Comparative Example 1-5 in which the silver content was 2.8 wt% or more, the growth of the crystal grains of the (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ intermetallic compound was inhibited due to the pinning effect by the Ag ₃ Sn compound powder. A significant slowing was observed. (Images marked "Hot Plate")

접합 계면에서의 Ag₃Sn 금속간 화합물의 결정립 크기가 크면 써멀 사이클링(thermal cycling, TC) 신뢰성에 좋지 않은 영향을 미친다.If the grain size of the Ag ₃ Sn intermetallic compound at the bonding interface is large, thermal cycling (TC) reliability is adversely affected.

접합 계면에서의 Ag 함량에 따른 접합 강도(bonding hardness)를 측정하기 위하여 비파괴 파단 강도 시험을 수행하였다. 구리 패드 위에 실시예 1-3, 실시예 1-5, 비교예 1-1, 비교예 1-3, 및 비교예 1-5의 솔더 합금들을 접합한 샘플을 다수 준비하고, 이들에 대하여 팁으로 측방향에서 힘을 가하여 탈락되는지 여부를 측정하였다. 전단 팁에 가해지는 고정 강도는 1020 gf로 설정하고 전단 팁의 높이는 25 ㎛, 전단 팁의 시험 속도는 100 ㎛/초로 하였다.A non-destructive rupture strength test was performed to measure the bonding hardness according to the Ag content at the bonding interface. A plurality of samples prepared by bonding the solder alloys of Examples 1-3, 1-5, Comparative Example 1-1, Comparative Example 1-3, and Comparative Example 1-5 on a copper pad were prepared, and with respect to these, a tip was used. Whether or not it fell off by applying a force in the lateral direction was measured. The fixing strength applied to the shear tip was set to 1020 gf, the height of the shear tip was 25 μm, and the test speed of the shear tip was 100 μm/sec.

표 1-3은 시험된 각 솔더 합금들에 대한 비파괴 파단 강도 시험 결과를 나타낸다.Table 1-3 shows the non-destructive strength test results for each solder alloy tested.

< 표 1-3 >< Table 1-3 >

표 1-3에서 보는 바와 같이, 실시예 1-3의 솔더 합금은 비교예 1-3의 솔더 합금과 대비하여 은의 함량이 약 1 wt% 더 낮음에도 불구하고 더 우수한 강도를 보이는 것을 알 수 있다. 또, 실시예 1-5의 솔더 합금도 비교예 1-5의 솔더 합금과 대비하여 은의 함량이 약 1 wt% 더 낮음에도 불구하고 더 우수한 강도를 보이는 것을 알 수 있다. 이는 솔더 합금 내의 은의 함량이 3.6 중량% 이내이기 때문에 접합 계면에서 Ag₃Sn 금속간 화합물이 판상으로 과성장되어 형성되는 것이 억제되고, 그에 따라 분산 강화 효과가 발휘된 데 따른 것으로 해석된다. As shown in Table 1-3, it can be seen that the solder alloy of Example 1-3 exhibits superior strength compared to the solder alloy of Comparative Example 1-3 despite the silver content being lower by about 1 wt% . In addition, it can be seen that the solder alloy of Example 1-5 also exhibits superior strength compared to the solder alloy of Comparative Example 1-5 despite the silver content being lower by about 1 wt%. This is interpreted as because the silver content in the solder alloy is within 3.6 wt %, so that the Ag ₃ Sn intermetallic compound is overgrowth and formed in a plate shape at the bonding interface is suppressed, and thus the dispersion strengthening effect is exhibited.

은과 비스무트의 함량에 따른 TC 신뢰성을 평가하기 위하여, 실시예 1-3, 실시예 1-5, 비교예 1-1, 및 비교예 1-3의 솔더 합금들을 기판에 부착한 샘플들을 다수 준비하였다. 상기 샘플들에 대하여 30분을 한 사이클로 하여 -55℃와 +125℃를 오가는 복수의 사이클을 수행하고 볼 전단 강도(ball shear strength)를 측정하였다. 전단 팁 속도는 500 ㎛/초로 하고, 전단 팁 높이는 20 ㎛로 설정되었으며 1000 사이클마다 볼 전단 강도를 측정하여 도 6에 도시하였다.In order to evaluate the TC reliability according to the content of silver and bismuth, a plurality of samples in which the solder alloys of Examples 1-3, 1-5, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-3 were attached to a substrate were prepared. did. For the samples, a plurality of cycles of -55°C and +125°C were performed using 30 minutes as one cycle, and ball shear strength was measured. The shear tip speed was set to 500 μm/sec, the shear tip height was set to 20 μm, and the ball shear strength was measured every 1000 cycles, which is shown in FIG. 6 .

도 6을 참조하면, 비교예 1-1의 솔더 합금은 최초 접합 이후 3000회 TC 사이클이 진행되면서 강도가 905 gf(gram force)로부터 680 gf로 약 25% 감소하였고, 비교예 1-3의 솔더 합금은 최초 접합 이후 3000회 TC 사이클이 진행되면서 강도가 1232 gf로부터 1023 gf로 약 17% 감소하였다.Referring to FIG. 6 , the solder alloy of Comparative Example 1-1 decreased in strength by about 25% from 905 gf (gram force) to 680 gf as 3000 TC cycles were performed after initial bonding, and the solder of Comparative Example 1-3 The strength of the alloy decreased by about 17% from 1232 gf to 1023 gf after 3000 TC cycles after initial bonding.

한편, 실시예 1-3의 솔더 합금은 최초 접합 이후 3000회 TC 사이클이 진행되면서 강도가 1224 gf로부터 1098 gf로 약 10% 감소하였고, 실시예 1-5의 솔더 합금은 최초 접합 이후 3000회 TC 사이클이 진행되면서 강도가 1290 gf로부터 1167 gf로 약 9.5% 감소하는 데 그쳤다.On the other hand, the solder alloy of Examples 1-3 decreased in strength by about 10% from 1224 gf to 1098 gf as 3000 TC cycles were performed after the initial bonding, and the solder alloy of Examples 1-5 was TC 3000 times after the initial bonding As the cycle progressed, the strength decreased only about 9.5% from 1290 gf to 1167 gf.

따라서 은의 함량이 상대적으로 더 적은 실시예 1-3 및 실시예 1-5의 솔더 합금이 은 함량이 더 높은 비교예 1-3의 솔더 합금에 비하여 더 우수한 TC 신뢰성을 보이는 것을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the solder alloys of Examples 1-3 and 1-5 having a relatively low silver content showed better TC reliability than the solder alloys of Comparative Examples 1-3 having a higher silver content.

비스무트 함량이 TC 신뢰성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실시예 1-1, 실시예 1-3, 실시예 1-5, 비교예 1-1, 비교예 1-3, 및 비교예 1-7에 대하여 TC 신뢰성 시험을 수행하였다. 각 솔더 합금에 대하여 패키지를 20개 제작한 후 30분을 한 사이클로 하여 -55℃와 +125℃를 오가는 사이클을 수행하면서 실시간(in situ) 저항 측정을 하였으며, 데이터는 100 사이클마다 불량이 발생한 수를 카운트하고 그 결과를 도 7에 도시하였다.For Example 1-1, Example 1-3, Example 1-5, Comparative Example 1-1, Comparative Example 1-3, and Comparative Example 1-7 to investigate the effect of the bismuth content on TC reliability A TC reliability test was performed. After fabricating 20 packages for each solder alloy, the resistance was measured in situ while cycled between -55°C and +125°C in 30 minutes as a cycle. were counted and the results are shown in FIG. 7 .

도 7에서 보는 바와 같이 비스무트를 불포함하거나(비교예 1-1) 2 wt% 미만으로 포함하는 경우(비교예 1-7) Cu-OSP 패드에서 TC 신뢰성이 크게 향상되지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 실시예 1-1, 실시예 1-3, 및 실시예 1-5를 비교하면 비스무트의 함량이 4 wt%까지 증가할수록 TC 신뢰성이 개선되는 것이 확인되었다. 또, 실시예 1-3에 비하여 은의 함량이 4 wt%로 증가하는 비교예 1-3의 경우, 실시예 1-3에 비하여 TC 신뢰성이 열화되는 것이 확인되었다.As shown in FIG. 7 , it was found that TC reliability was not significantly improved in the Cu-OSP pad when bismuth was not included (Comparative Example 1-1) or included in an amount of less than 2 wt% (Comparative Example 1-7). In addition, when Example 1-1, Example 1-3, and Example 1-5 were compared, it was confirmed that the TC reliability was improved as the bismuth content increased to 4 wt%. In addition, in the case of Comparative Example 1-3 in which the silver content was increased to 4 wt% compared to Example 1-3, it was confirmed that the TC reliability was deteriorated compared to Example 1-3.

비스무트 함량이 낙하 충격 신뢰성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실시예 1-1, 실시예 1-3, 실시예 1-5, 비교예 1-1, 및 비교예 1-3에 대하여 낙하 충격 신뢰성 시험을 수행하였다. JESD22-B110A의 어셈블리 기계 충격(assembly mechanical shock) 표준에서 1500G의 가속도에 0.5 ms의 지속 시간(duration time)을 사용하는 조건 "B"를 사용하여 낙하 충격 신뢰성을 분석하였다. 도 8은 낙하 충격 신뢰성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.In order to examine the effect of the bismuth content on the drop impact reliability, a drop impact reliability test was performed on Examples 1-1, 1-3, 1-5, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-3. carried out. Drop shock reliability was analyzed using condition "B" using an acceleration of 1500 G and a duration time of 0.5 ms in the assembly mechanical shock standard of JESD22-B110A. 8 is a graph showing the results of the drop impact reliability test.

도 8을 참조하면, 비스무트 함량이 4 wt%인 실시예 1-5의 합금 조성은 비스무트를 불포함하는 비교예 1-1에 근접하였다. 그 외 비스무트를 약 2 wt% 내지 약 3 wt% 함유하는 실시예 1-1 및 실시예 1-3의 솔더 합금은 은을 4 wt% 함유하는 비교예 1-3의 솔더 합금에 비하여 더 우수한 낙하 충격 신뢰성을 보였다.Referring to FIG. 8 , the alloy composition of Examples 1-5 having a bismuth content of 4 wt% was close to that of Comparative Example 1-1 without bismuth. In addition, the solder alloys of Examples 1-1 and 1-3 containing about 2 wt% to about 3 wt% of bismuth had better drop compared to the solder alloys of Comparative Example 1-3 containing 4 wt% of silver. impact reliability.

니켈의 함량이 Cu-OSP 패드의 접합 계면에 형성되는 금속간 화합물의 조성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실시예 1-2, 실시예 1-3, 비교예 1-1, 및 비교예 1-4의 조성을 갖는 솔더 합금을 구리 패드에 접합하고 각각의 두 지점(P1, P2)에서의 접합 계면에 형성된 금속간 화합물의 조성을 에너지 분산형 분광분석법(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS)으로 분석하여 표 1-4에 정리하였다.In order to examine the effect of the nickel content on the composition of the intermetallic compound formed at the bonding interface of the Cu-OSP pad, Example 1-2, Example 1-3, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-4 A solder alloy having a composition of It is summarized in 1-4.

< 표 1-4 >< Table 1-4 >

표 1-4에서 보는 바와 같이 니켈을 불포함하는 비교예 1-1의 솔더 합금의 경우 Cu₆Sn₅의 금속간 화합물이 형성되었다. 한편, 니켈을 포함하는 실시예 1-2, 실시예 1-3, 및 비교예 1-4의 솔더 합금들의 경우 (Cu,Ni)₆Sn₅의 금속간 화합물이 형성되었다.As shown in Table 1-4, in the case of the solder alloy of Comparative Example 1-1 not containing nickel, an intermetallic compound of Cu ₆ Sn ₅ was formed. On the other hand, in the case of the solder alloys of Examples 1-2, Examples 1-3, and Comparative Examples 1-4 containing nickel (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ intermetallic compound was formed.

Cu₆Sn₅에 비하여 (Cu,Ni)₆Sn₅가 강도, 열팽창계수, 변형응력 등의 특성에서 우수함이 알려져 있고, TC 신뢰성 및 낙하 충격 신뢰성도 더 우수함이 알려져 있다. 따라서 (Cu,Ni)₆Sn₅의 금속간 화합물이 접합 계면에 형성되도록 니켈 함량은 0.02wt% 이상인 것이 바람직하다.Compared to Cu ₆ Sn ₅ , (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ is known to be superior in characteristics such as strength, coefficient of thermal expansion, and strain stress, and it is known that TC reliability and drop impact reliability are also superior. Accordingly, the nickel content is preferably 0.02 wt% or more so that the (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ intermetallic compound is formed at the bonding interface.

추가적인 실시예로서 하기 표 2-1에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 무연 솔더 합금을 제조하고, 금속 패드에 대한 본딩 시험을 수행하였다.As an additional example, a lead-free solder alloy having a composition as shown in Table 2-1 was prepared, and a bonding test was performed on the metal pad.

< 표 2-1 >< Table 2-1 >

표 2-1에서 전해 니켈은 구리 패드 위에 전해 니켈층을 전기도금으로 형성하고, 그 위에 금 층을 형성한 것을 의미한다. 또, 표 2-1에서 무전해 니켈(ENEPIG)은 구리 패드 위에 무전해 니켈층 및 무전해 팔라듐층을 각각 무전해 방식으로 차례로 형성하고, 그 위에 금 층을 형성한 것을 의미한다. 여기서 ENEPIG는 electroless nickel-electroless palladium-immersion gold를 나타내고, ENIG는 electroless nickel-electroless immersion gold를 나타낸다. 구리 패드는 순수한 구리 표면을 갖는 본딩 패드이다.In Table 2-1, electrolytic nickel means that an electrolytic nickel layer is formed on a copper pad by electroplating, and a gold layer is formed thereon. In addition, in Table 2-1, electroless nickel (ENEPIG) means that an electroless nickel layer and an electroless palladium layer are sequentially formed on a copper pad by an electroless method, respectively, and a gold layer is formed thereon. Here, ENEPIG stands for electroless nickel-electroless palladium-immersion gold, and ENIG stands for electroless nickel-electroless immersion gold. The copper pad is a bonding pad having a pure copper surface.

전해 니켈 패드Electrolytic Nickel Pad

실시예 2-1 내지 실시예 2-4에 대한 본딩 시험은 이들 각각에 대하여 리플로우를 1회 및 10회 실시하고, 그 후 접합 계면에 형성된 금속간 화합물의 종류와 조성을 각각 두 포인트(P1, P2)에 대하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 2-2에 정리하였다.In the bonding test for Examples 2-1 to 2-4, reflow was performed once and 10 times for each of them, and then the type and composition of the intermetallic compound formed at the bonding interface were measured at two points (P1, P2) was analyzed, and the results are summarized in Table 2-2 below.

< 표 2-2 >< Table 2-2 >

Cu 함량이 0.001 wt%인 실시예 2-1의 경우, 리플로우를 반복하여도 큰 조성의 변화 없이 Ni₃Sn₄의 금속간 화합물이 형성되었다. 1종의 금속간 화합물이 형성되므로 접합 계면의 신뢰성이 높다.In the case of Example 2-1 having a Cu content of 0.001 wt%, an intermetallic compound of Ni ₃ Sn ₄ was formed without a significant change in composition even after repeated reflow. Since one type of intermetallic compound is formed, the reliability of the bonding interface is high.

Cu 함량이 0.2 wt%인 실시예 2-2의 경우, 리플로우를 반복하여도 약간의 조성 변화는 있었지만 대체로 Ni₃Sn₄와 (Ni,Cu)₃Sn₄의 금속간 화합물들이 형성되었다. (Ni,Cu)₃Sn₄는 Ni₃Sn₄의 일부 Ni이 Cu로 치환되었을 뿐이고, 결정 구조는 서로 동일하기 때문에 접합 계면 내에서의 응력이 크지 않으며, 따라서 접합 계면의 신뢰성이 비교적 높다.In the case of Example 2-2 having a Cu content of 0.2 wt%, although there was a slight composition change even after repeated reflow, intermetallic compounds of Ni ₃ Sn ₄ and (Ni,Cu) ₃ Sn ₄ were formed. In (Ni,Cu) ₃ Sn ₄ , some Ni of Ni ₃ Sn ₄ is replaced with Cu, and since the crystal structures are the same, the stress in the bonding interface is not large, and thus the reliability of the bonding interface is relatively high.

Cu 함량이 각각 0.5 wt%, 0.8 wt%인 실시예 2-3 및 실시예 2-4의 경우에는 Cu₆Sn₅의 일부 Cu가 Ni로 치환된 (Cu,Ni)₆Sn₅가 생성되었다가 리플로우가 반복됨에 따라 (Ni,Cu)₃Sn₄가 생성됨을 알 수 있었다. 이는 기본이 되는 결정구조가 Cu₆Sn₅에서 Ni₃Sn₄구조로 크게 변화됨에 따라 계면 화합물 층 내 큰 응력이 발생되어 TC신뢰성 및 내충격 신뢰성을 크게 저하시키게 된다.In the case of Examples 2-3 and 2-4, each having a Cu content of 0.5 wt% and 0.8 wt%, (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ was generated in which some Cu of Cu ₆ Sn ₅ was substituted with Ni. As the reflow was repeated, it was found that (Ni,Cu) ₃ Sn ₄ was generated. As the basic crystal structure is greatly changed from Cu ₆ Sn ₅ to Ni ₃ Sn ₄ structure, a large stress is generated in the interfacial compound layer, which greatly reduces TC reliability and impact resistance reliability.

또한, 실시예 2-3과 실시예 2-4를 비교하면, Cu의 함량이 높을수록 10회의 리플로우를 행한 제품에서 계면 화합물에 Cu의 함량이 높은 것을 확인할 수 있었다. 그 결과 0.5wt% Cu 함량을 갖는 실시예 2-3에서는 결정 구조의 차이가 큰 2종의 계면 화합물들((Ni,Cu)₃Sn₄, (Cu,Ni)₆Sn₅)이 함께 형성되는 반면 0.8 wt%의 Cu 함량을 갖는 실시예 2-4에서는 1종의 계면 화합물((Cu,Ni)₆Sn₅)이 형성되어 더 안정적인 물성을 갖는다.In addition, when Example 2-3 and Example 2-4 were compared, it was confirmed that the higher the Cu content, the higher the Cu content in the interfacial compound in the product subjected to reflow 10 times. As a result, in Example 2-3 having 0.5wt% Cu content, two types of interfacial compounds ((Ni,Cu) ₃ Sn ₄ , (Cu,Ni) ₆ Sn ₅ ) having a large difference in crystal structure are formed together. On the other hand, in Example 2-4 having a Cu content of 0.8 wt%, one type of interfacial compound ((Cu,Ni) ₆ Sn ₅ ) is formed, and thus has more stable physical properties.

따라서, 전해 니켈 패드에서는 Cu의 함량이 0.001 내지 0.3 wt%인 실시예 2-1 및 실시예 2-2, 그리고 Cu 함량이 0.7 내지 0.9 wt%인 실시예 2-4가 Cu 함량이 0.5 wt%인 실시예 2-3에 비하여 더 유리한 효과를 갖는 것을 알 수 있다. 다만, 0.7 내지 0.9 wt%의 Cu 함량을 갖는 실시예 2-4에 비하여 0.001 내지 0.3 wt%의 Cu 함량을 갖는 실시예 2-2가 더 바람직하다.Accordingly, in the electrolytic nickel pad, Examples 2-1 and 2-2 having a Cu content of 0.001 to 0.3 wt%, and Examples 2-4 having a Cu content of 0.7 to 0.9 wt%, have a Cu content of 0.5 wt% It can be seen that the phosphorus Example 2-3 has a more advantageous effect. However, Example 2-2 having a Cu content of 0.001 to 0.3 wt% is more preferable than Example 2-4 having a Cu content of 0.7 to 0.9 wt%.

무전해 니켈 패드Electroless Nickel Pad

실시예 2-5 내지 실시예 2-8에 대한 본딩 시험은 이들 각각의 조성을 갖는 솔더 합금을 무전해 니켈(ENEPIG와 ENIG) 패드 상에 본딩하고, 그 단면을 관찰하였다. 도 9는 각 단면의 접합 계면을 확대한 SEM 이미지들이다.In the bonding test for Examples 2-5 to 2-8, solder alloys having their respective compositions were bonded onto electroless nickel (ENEPIG and ENIG) pads, and cross sections thereof were observed. 9 is an enlarged SEM image of the bonding interface of each cross-section.

도 9를 참조하면, 솔더 합금과 무전해 니켈 패드 사이의 접합 계면에 고인(phosphorus(P)-rich) 니켈층이 형성되며, 이러한 고인 니켈층은 낙하 충격 신뢰성을 저하시킨다. 다만, 솔더 합금층의 구리 함량이 높을수록 고인 니켈층의 두께가 얇아지는 것이 확인되었으며, 이에 따라 낙하 충격 신뢰성이 개선된다.Referring to FIG. 9 , a phosphorus (P)-rich nickel layer is formed at the bonding interface between the solder alloy and the electroless nickel pad, and the high phosphorus nickel layer deteriorates drop impact reliability. However, it was confirmed that the higher the copper content of the solder alloy layer, the thinner the thick nickel layer became, and thus the drop impact reliability was improved.

낙하 충격 신뢰성을 확인하기 위하여, 무전해 니켈 패드에 본딩된 각 실시예의 솔더 합금의 샘플을 각각 100개씩 준비하고, 이들에 대하여 하이스피드 시어 테스트(high speed shear test, HSST)를 수행하였다. 팁 속도는 500 mm/초, 접합 표면으로부터의 팁 높이는 20 마이크로미터(㎛)였다. In order to confirm the drop impact reliability, 100 samples of each of the solder alloys of each Example bonded to the electroless nickel pad were prepared, and a high speed shear test (HSST) was performed on them. The tip speed was 500 mm/sec and the tip height from the bonding surface was 20 micrometers (μm).

팁으로 솔더 부분을 충격하여 제거한 표면에 잔존하는 솔더의 면적이 75% 초과이면 연성(ductile), 50% 초과 75% 이하이면 준 연성(quasi-ductile), 25% 초과 50% 이하이면 준 취성(quasi-brittle), 그리고 25% 이하이면 취성(brittle)으로 각각 판정하였다. If the area of solder remaining on the surface removed by impacting the solder part with the tip exceeds 75%, it is ductile, if it exceeds 50% and less than 75%, it is quasi-ductile, if it exceeds 25% and less than 50%, it is quasi-brittle ( quasi-brittle) and 25% or less as brittle, respectively.

그런 다음 각 실시예의 샘플들에 대하여 각 특성의 비율을 카운트하여 도 10에 도시한 바와 같이 막대 그래프를 그렸다. 도 10을 참조하면 구리 함량이 높을수록 연성으로 판정된 샘플의 비율이 증가하고, 구리 함량이 낮을수록 취성으로 판정된 샘플의 비율이 증가함을 알 수 있다. HSST 결과, 취성에 가까울수록 낙하 충격 신뢰성이 열등하고, 연성에 가까울수록 낙하 충격 신뢰성이 우수하다고 볼 수 있다. 따라서, ENEPIG와 같은 무전해 니켈 패드에 대해서는 구리 함량이 증가할수록 낙하 충격 신뢰성이 우수하다.Then, a bar graph was drawn as shown in FIG. 10 by counting the ratio of each characteristic for the samples of each Example. Referring to FIG. 10 , it can be seen that as the copper content increases, the proportion of the samples determined to be ductile increases, and as the copper content decreases, the proportion of the samples determined to be brittle increases. As a result of HSST, it can be seen that the closer the brittleness is, the inferior the drop impact reliability is, and the closer the ductility is, the better the drop impact reliability is. Therefore, for an electroless nickel pad such as ENEPIG, as the copper content increases, the drop impact reliability is excellent.

구리 패드copper pad

실시예 2-9 및 실시예 2-10에 대한 본딩 시험은 이들 각각의 조성을 갖는 솔더 합금을 구리 패드에 1회 리플로우로 본딩하고 그 단면을 관찰하였다. 또, 1회 리플로우 한 후 가혹 조건인 250 ℃의 고온에서 5분 동안 유지하고, 그 단면을 관찰하였다.In the bonding test for Examples 2-9 and 2-10, solder alloys having their respective compositions were bonded to a copper pad by reflow once and the cross-section was observed. In addition, after reflowing once, it was maintained for 5 minutes at a high temperature of 250 °C, which is a severe condition, and the cross section was observed.

도 11a는 실시예 2-9에 대한 본딩 시험 결과를 나타낸 단면 이미지들이고, 도 11b는 실시예 2-10에 대한 본딩 시험 결과를 나타낸 단면 이미지들이다.11A is a cross-sectional image showing a bonding test result for Examples 2-9, and FIG. 11B is a cross-sectional image showing a bonding test result for Examples 2-10.

실시예 2-9의 솔더 합금은 1회 리플로우 후에는 구리 패드의 두께가 약 44.9 마이크로미터(㎛)였고, 가혹 조건에 5분간 방치한 후에는 구리 패드의 두께가 약 37.6 ㎛였다. 따라서 구리 패드의 두께는 약 7.3㎛ 감소하였고, 이는 1회 리플로우 직후의 두께와 비교할 때 약 16.3%에 해당한다.In the solder alloy of Examples 2-9, the thickness of the copper pad was about 44.9 micrometers (μm) after one reflow, and the thickness of the copper pad was about 37.6 μm after being left in severe conditions for 5 minutes. Therefore, the thickness of the copper pad was reduced by about 7.3 μm, which corresponds to about 16.3% compared to the thickness immediately after one reflow.

실시예 2-10의 솔더 합금은 1회 리플로우 후에는 구리 패드의 두께가 약 45.9 ㎛였고, 가혹 조건에 5분간 방치한 후에는 구리 패드의 두께가 약 42.6 ㎛였다. 따라서 구리 패드의 두께는 약 3.3㎛ 감소하였고, 이는 1회 리플로우 직후의 두께와 비교할 때 약 7.2%에 해당한다.In the solder alloy of Examples 2-10, the thickness of the copper pad was about 45.9 μm after one reflow, and the thickness of the copper pad was about 42.6 μm after being left in the harsh condition for 5 minutes. Accordingly, the thickness of the copper pad was reduced by about 3.3 μm, which corresponds to about 7.2% compared to the thickness immediately after one reflow.

접합 계면의 금속간 화합물의 두께가 두꺼울수록 TC(thermal cycling) 신뢰성 및 내충격 신뢰성이 저하된다. 도 11a 및 도 11b에서 보는 바와 같이, 구리 함량이 상대적으로 더 높으면 구리 패드의 소모가 감소하고 따라서 더 얇은 금속간 화합물이 얻어지며 TC 신뢰성 및 내충격 신뢰성이 개선될 수 있다.As the thickness of the intermetallic compound at the bonding interface increases, TC (thermal cycling) reliability and impact resistance reliability decrease. As shown in FIGS. 11A and 11B , when the copper content is relatively higher, the consumption of the copper pad is reduced, and thus a thinner intermetallic compound can be obtained, and the TC reliability and the impact resistance reliability can be improved.

그런데, 실시예 2-11 내지 실시예 2-13과 같이 Cu의 함량이 1.0 wt% 이상으로 증대될 경우 합금의 융점이 높아져, 도 11c와 같이 솔더볼의 젖음성(wetting property)이 저하되는 것이 관찰되었다. 도 11c는 플럭스를 적용한 Cu 패드 상에 실시예 2-9 내지 2-13의 솔더볼을 실장하여 리플로우시켰을 때, 솔더볼이 웨팅(wetting)되어 퍼진 면적을 측정한 결과를 나타낸다.However, as in Examples 2-11 to 2-13, when the Cu content was increased to 1.0 wt% or more, the melting point of the alloy increased, and it was observed that the wetting property of the solder ball was lowered as shown in FIG. 11C. . 11C shows the results of measuring the area where the solder balls are wetting and spread when the solder balls of Examples 2-9 to 2-13 are mounted and reflowed on a Cu pad to which flux is applied.

이상을 정리하면 전해 니켈 패드의 경우 구리 함량이 약 0.3 wt% 이하인 것이 신뢰성 측면에서 유리하다. 또, 무전해 니켈 패드의 경우 구리 함량이 약 0.5 wt% 내지 약 0.9 wt%인 것이 낙하 충격 신뢰성 측면에서 유리하다. 또, 구리 패드의 경우 구리 함량이 약 0.7 wt% 내지 약 0.9 wt%인 것이 TC 신뢰성, 내충격 신뢰성, 및 안정적인 웨팅 특성을 확보할 수 있으므로 접합 품질 측면에서 유리하다.Summarizing the above, in the case of an electrolytic nickel pad, it is advantageous in terms of reliability that the copper content is about 0.3 wt% or less. In addition, in the case of the electroless nickel pad, it is advantageous in terms of drop impact reliability that the copper content is about 0.5 wt% to about 0.9 wt%. In addition, in the case of a copper pad, it is advantageous in terms of bonding quality because it is possible to secure TC reliability, impact resistance reliability, and stable wetting characteristics when the copper content is about 0.7 wt% to about 0.9 wt%.

솔더 합금의 산화를 방지하기 위하여 본 발명의 일부 실시예들에 따른 솔더 합금에 첨가될 수 있는 게르마늄(Ge)과 인듐(In)의 영향을 알아보기 위하여 하기 표 3-1과 같은 조성을 갖는 솔더 합금들을 준비하여 솔더볼을 제조하였다.In order to investigate the effects of germanium (Ge) and indium (In) that may be added to the solder alloy according to some embodiments of the present invention in order to prevent oxidation of the solder alloy, a solder alloy having a composition as shown in Table 3-1 below Solder balls were prepared by preparing them.

< 표 3-1 >< Table 3-1 >

인듐을 불포함하는 실시예 3-5 및 실시예 3-6의 경우 제조 직후에는 밝기(brightness)가 양호하였지만, 마찰을 가한 후에는 변색되어 밝기가 감소하는 것이 확인되었다.In the case of Examples 3-5 and 3-6 containing no indium, the brightness was good immediately after manufacturing, but it was confirmed that the brightness decreased due to discoloration after friction was applied.

그리고 도 12에 보인 바와 같이, 인듐을 0.5 wt% 이상으로 함유하는 실시예 3-7과 실시예 3-8의 경우 표면 실장 시에 범프 내에 보이드가 포획되는 것이 발견되었다.And, as shown in FIG. 12 , in the case of Examples 3-7 and 3-8 containing indium in an amount of 0.5 wt% or more, voids were found to be trapped in the bumps during surface mounting.

무연 솔더 합금의 표면이 열적으로 산화되는 것을 방지하기 위하여 본 발명의 일부 실시예들에 따른 무연 솔더 합금에 첨가될 수 있는 게르마늄(Ge)과 인(P)의 영향을 알아보기 위하여 하기 표 4-1과 같은 조성을 갖는 솔더 합금들을 준비하여 솔더볼을 제조하였다.In order to investigate the effects of germanium (Ge) and phosphorus (P) that may be added to a lead-free solder alloy according to some embodiments of the present invention in order to prevent the surface of the lead-free solder alloy from being thermally oxidized, Table 4- A solder ball was manufactured by preparing solder alloys having the same composition as 1.

< 표 4-1 >< Table 4-1 >

도 13a는 실시예 4-1, 4-2, 4-4, 4-7, 및 4-8의 가열 시간에 따른 산화물 형성의 추이를 나타낸 그래프이다. 도 13a를 참조하면, Ge와 P를 포함하지 않는 실시예 4-1의 경우, 비교적 빠른 속도로 금속 산화물의 드로스(dross)가 형성되는 것이 관찰되었다. 대조적으로, Ge을 함유하는 실시예 4-2와 4-4의 경우, 비교적 느린 속도로 금속 산화물의 드로스가 형성되는 것이 관찰되었다. 다시 말해, Ge가 무연 솔더 합금의 표면이 열적으로 산화되는 속도를 지연시킬 수 있음이 확인되었다. 한편, P를 함유하는 실시예 4-7 및 4-8의 경우, 금속 산화물의 드로스가 형성되는 속도가 더욱 지연되는 것이 확인되었다.13A is a graph showing the transition of oxide formation according to heating time in Examples 4-1, 4-2, 4-4, 4-7, and 4-8. Referring to FIG. 13A , in the case of Example 4-1 that does not include Ge and P, it was observed that dross of the metal oxide was formed at a relatively high rate. In contrast, in the case of Examples 4-2 and 4-4 containing Ge, it was observed that dross of metal oxide was formed at a relatively slow rate. In other words, it was confirmed that Ge can retard the rate of thermal oxidation of the surface of the lead-free solder alloy. On the other hand, in the case of Examples 4-7 and 4-8 containing P, it was confirmed that the rate of dross formation of the metal oxide was further delayed.

도 13b는 플럭스를 적용한 Cu 패드 상에 실시예 4-2 내지 4-8의 솔더볼을 실장하여 리플로우시켰을 때, 솔더볼이 웨팅(wetting)되어 퍼진 면적을 측정한 결과를 나타낸다.13B shows the results of measuring the area where the solder balls were wetting and spread when the solder balls of Examples 4-2 to 4-8 were mounted and reflowed on the Cu pad to which the flux was applied.

도 13b를 참조하면, Ge의 함량이 0.003 wt% 내지 0.01 wt%인 실시예 4-2 내지 실시예 4-4의 솔더볼은 퍼짐성이 안정적으로 유지되는 것이 관찰되었다.Referring to FIG. 13B , it was observed that the spreadability of the solder balls of Examples 4-2 to 4-4 having a Ge content of 0.003 wt% to 0.01 wt% was stably maintained.

또 P의 함량이 0.003 wt%에서는 비교적 양호한 퍼짐성을 갖지만 P의 함량이 0.005 wt%인 경우 급격하게 퍼짐성이 악화되는 것이 관찰되었다. 이러한 점에서 P의 함량은 약 0.003 wt% 이하, 예를 들면 약 0.0002 wt% 내지 약 0.003 wt%인 것이 바람직함을 알 수 있다.In addition, it was observed that the spreadability was rapidly deteriorated when the content of P was 0.003 wt%, but had a relatively good spreadability when the content of P was 0.005 wt%. In this regard, it can be seen that the content of P is preferably about 0.003 wt% or less, for example, about 0.0002 wt% to about 0.003 wt%.

게르마늄 및 인의 함량이 낙하 충격 신뢰성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실시예 1-1, 실시예 4-1, 및 비교예 1-1에 대하여 낙하 충격 신뢰성 시험을 수행하였다. JESD22-B110A의 어셈블리 기계 충격(assembly mechanical shock) 표준에서 1500G의 가속도에 0.5 ms의 지속 시간(duration time)을 사용하는 조건 "B"를 사용하여 낙하 충격 신뢰성을 분석하였다. 도 13c는 실시예 1-1, 실시예 4-1, 및 비교예 1-1에 대한 낙하 충격 신뢰성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.A drop impact reliability test was performed on Examples 1-1, 4-1, and Comparative Example 1-1 in order to examine the effects of germanium and phosphorus content on the drop impact reliability. Drop shock reliability was analyzed using condition "B" using an acceleration of 1500 G and a duration time of 0.5 ms in the assembly mechanical shock standard of JESD22-B110A. 13C is a graph showing the drop impact reliability test results for Example 1-1, Example 4-1, and Comparative Example 1-1.

도 13c를 참조하면, 실시예 1-1 및 실시예 4-1의 솔더볼이 비교예 1-1의 솔더볼에 비하여 명백히 우수한 낙하 충격 신뢰성을 갖는 것이 확인된다. 따라서 우수한 낙하 충격 신뢰성을 확보하기 위하여 Ge 또는 P의 첨가가 필요함을 알 수 있다. 구체적으로, Ge의 함량은 실시예 4-2 내지 실시예 4-4의 함량인 약 0.003 wt% 내지 0.01 wt%이 적절하고, P의 함량은 약 0.0002 wt% 내지 약 0.003 wt%가 바람직하다.Referring to FIG. 13C , it is confirmed that the solder balls of Examples 1-1 and 4-1 have clearly superior drop impact reliability compared to the solder balls of Comparative Example 1-1. Therefore, it can be seen that the addition of Ge or P is necessary to secure excellent drop impact reliability. Specifically, the content of Ge is preferably about 0.003 wt% to 0.01 wt%, which is the content of Examples 4-2 to 4-4, and the content of P is preferably about 0.0002 wt% to about 0.003 wt%.

< 솔더 페이스트의 제조 ><Preparation of solder paste>

진공 가스 아토마이저(atomizer)를 이용하여 실시예 1-1 내지 실시예 1-5, 실시예 2-1 내지 실시예 2-10, 및 실시예 3-1 내지 실시예 3-8의 조성을 갖는 파우더를 각각 제조한 후 체(sieve)를 이용하여 대략 20 내지 38 ㎛의 직경을 갖는 타입 4(type 4)의 분말을 얻었다. 이 때, 용융 온도는 550 ℃, 가스는 아르곤(Ar) 가스를 이용하였다.Powders having the compositions of Examples 1-1 to 1-5, Examples 2-1 to 2-10, and Examples 3-1 to 3-8 using a vacuum gas atomizer After each preparation, a powder of type 4 having a diameter of about 20 to 38 μm was obtained using a sieve. At this time, the melting temperature was 550 °C, and argon (Ar) gas was used as the gas.

그런 다음, 상기 분말 100 중량부에 대하여 RMA 타입의 페이스트용 플럭스를 12 중량부 첨가한 후 페이스트 믹서를 이용하여 1000 rpm의 속도로 3분 30초 동안 혼합하여 솔더 페이스트를 제조하였다.Then, 12 parts by weight of RMA-type flux for paste was added with respect to 100 parts by weight of the powder, and then mixed using a paste mixer at a speed of 1000 rpm for 3 minutes and 30 seconds to prepare a solder paste.

< 솔더바 및 솔더볼의 제조 >< Manufacturing of Solder Bars and Solder Balls >

진공 탈가스의 합금 장치를 이용하여 실시예 1-1 내지 실시예 1-5, 실시예 2-1 내지 실시예 2-10, 및 실시예 3-1 내지 실시예 3-8의 조성을 갖는 합금 솔더바를 각각 제조하였으며, 이 때의 공정 온도는 500 ℃였다. 또한 상기 합금 솔더바를 제조하기 위하여 버블링 (bubbling) 공정과 진공 탈가스 공정을 수행한 후 출탕하였다.Alloy solder having the composition of Examples 1-1 to 1-5, Examples 2-1 to 2-10, and Examples 3-1 to 3-8 using an alloying apparatus of vacuum degassing Each bar was prepared, and the process temperature at this time was 500 °C. In addition, in order to manufacture the alloy solder bar, a bubbling process and a vacuum degassing process were performed, followed by tapping.

또한 제조된 상기 합금 솔더바를 이용하여 0.3 mm의 직경을 갖는 솔더볼을 제조하였다.In addition, a solder ball having a diameter of 0.3 mm was manufactured using the manufactured alloy solder bar.

본 발명의 다른 태양은 반도체 부품을 제공한다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 부품(100)을 나타낸다.Another aspect of the present invention provides a semiconductor component. 14 illustrates a semiconductor component 100 according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 복수의 제 1 단자들(112)이 형성된 기판(110)이 제공된다. 상기 기판(110)은, 예를 들면, 인쇄회로 기판(printed circuit board, PCB) 또는 연성 인쇄회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB)일 수 있다.Referring to FIG. 14 , a substrate 110 on which a plurality of first terminals 112 are formed is provided. The substrate 110 may be, for example, a printed circuit board (PCB) or a flexible printed circuit board (FPCB).

상기 복수의 제 1 단자들(112)은 그 위에 도전성 커넥터가 결합될 수 있는 패드일 수 있으며 단일의 금속층 또는 복수의 금속이 적층된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 단자들(112)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 또는 이들의 2종 이상의 합금으로 될 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.The plurality of first terminals 112 may be pads to which a conductive connector may be coupled, and may have a structure in which a single metal layer or a plurality of metals are stacked. In addition, the first terminals 112 may be made of copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), or an alloy of two or more thereof, but is not limited thereto.

상기 기판(110) 상에는 상기 복수의 제 1 단자들(112)에 대응되는 복수의 제 2 단자들(122)을 갖는 반도체 장치(120)가 실장될 수 있다. 상기 제 2 단자들(122)은, 예를 들면, 플래시 메모리, 상변화 메모리(phase-change RAM, PRAM), 저항 메모리(resistive RAM, RRAM), 강유전체 메모리(ferroelectric RAM, FeRAM), 고체자기 메모리(magnetic RAM, MRAM) 등일 수 있지만 여기에 한정되지 않는다. 상기 플래시 메모리는, 예를 들면 낸드(NAND) 플래시 메모리일 수 있다. 상기 반도체 장치(120)는 하나의 반도체 칩으로 이루어질 수도 있고, 여러 개의 반도체 칩들이 적층된 것일 수도 있다. 또한, 상기 반도체 장치(120)는 그 자체가 하나의 반도체 칩일 수도 있고, 패키지 기판 위에 반도체 칩이 실장되고 상기 반도체 칩이 봉지재에 의하여 봉지된 반도체 패키지일 수도 있다.A semiconductor device 120 having a plurality of second terminals 122 corresponding to the plurality of first terminals 112 may be mounted on the substrate 110 . The second terminals 122 may include, for example, a flash memory, a phase-change RAM (PRAM), a resistive RAM (RRAM), a ferroelectric memory (FeRAM), and a solid-state magnetic memory. (magnetic RAM, MRAM), etc., but is not limited thereto. The flash memory may be, for example, a NAND flash memory. The semiconductor device 120 may be formed of one semiconductor chip or a stack of several semiconductor chips. Also, the semiconductor device 120 may be a single semiconductor chip or a semiconductor package in which a semiconductor chip is mounted on a package substrate and the semiconductor chip is sealed by an encapsulant.

복수의 상기 제 1 단자들(112)과 여기에 각각 대응되는 복수의 상기 제 2 단자들(122)은 도전성 커넥터(130)에 의하여 연결될 수 있다. 이 때, 상기 도전성 커넥터(130)는 위에서 언급한 바와 같은 조성을 갖는 무연 솔더 합금과 동일한 조성을 가질 수 있다.The plurality of first terminals 112 and the plurality of second terminals 122 corresponding thereto may be connected by a conductive connector 130 . In this case, the conductive connector 130 may have the same composition as the lead-free solder alloy having the above-mentioned composition.

이와 같은 도전성 커넥터(130)로 기판(110)과 반도체 장치(120)를 연결하는 경우, 내충격성 및 열충격 특성이 우수하여 신뢰성이 높은 솔더 접합을 얻을 수 있다.When the substrate 110 and the semiconductor device 120 are connected with the conductive connector 130 as described above, a solder joint with high reliability can be obtained due to excellent impact resistance and thermal shock characteristics.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims The present invention may be practiced with various modifications. Accordingly, modifications of future embodiments of the present invention will not depart from the technology of the present invention.

Claims

은(Ag) 2.8 중량%(wt%) 내지 3.5 wt%;
구리(Cu) 0.7 wt% 내지 0.9 wt%;
비스무트(Bi) 2 wt% 내지 4 wt%;
니켈(Ni) 0.02 wt% 내지 0.09 wt%;
인듐(In) 0.01 wt% 내지 0.1 wt%;
게르마늄(Ge) 0.003 wt% 내지 0.01 wt%; 및
잔부 주석(Sn) 및 불가피한 불순물;
을 포함하고, 주석 결정립 내에 Sn-Bi의 서브그레인을 포함하는 무연 솔더 합금.silver (Ag) 2.8 wt% (wt%) to 3.5 wt%;
0.7 wt% to 0.9 wt% of copper (Cu);
2 wt% to 4 wt% of bismuth (Bi);
0.02 wt% to 0.09 wt% of nickel (Ni);
0.01 wt% to 0.1 wt% of indium (In);
0.003 wt% to 0.01 wt% of germanium (Ge); and
balance tin (Sn) and unavoidable impurities;
A lead-free solder alloy comprising a sub-grain of Sn-Bi in the tin grains.

제 1 항에 있어서,
구리의 함량은 솔더의 젖음성이 약화되지 않는 0.8 wt% 내지 0.9 wt%이고 Cu-OSP 패드에 적용되는 것을 특징으로 하는 무연 솔더 합금.The method of claim 1,
A lead-free solder alloy, characterized in that the copper content is 0.8 wt% to 0.9 wt%, which does not weaken the wettability of the solder, and is applied to the Cu-OSP pad.

은(Ag) 2.8 중량%(wt%) 내지 3.5 wt%;
구리(Cu) 0.01 wt% 내지 0.3 wt%;
비스무트(Bi) 2 wt% 내지 4 wt%;
인듐(In) 0.01 wt% 내지 0.1 wt%;
니켈(Ni) 0.02 wt% 내지 0.09 wt%; 및
잔부 주석(Sn) 및 불가피한 불순물;
을 포함하고,
주석 결정립 내에 Sn-Bi의 서브그레인을 포함하고,
전해 니켈 패드에 적용되는 것을 특징으로 하는 무연 솔더 합금.silver (Ag) 2.8 wt% (wt%) to 3.5 wt%;
0.01 wt% to 0.3 wt% of copper (Cu);
2 wt% to 4 wt% of bismuth (Bi);
0.01 wt% to 0.1 wt% of indium (In);
0.02 wt% to 0.09 wt% of nickel (Ni); and
balance tin (Sn) and unavoidable impurities;
including,
Containing a sub-grain of Sn-Bi in the tin grains,
A lead-free solder alloy, characterized in that it is applied to an electrolytic nickel pad.

은(Ag) 2.8 중량%(wt%) 내지 3.5 wt%;
구리(Cu) 0.5 wt% 내지 0.9 wt%;
비스무트(Bi) 2 wt% 내지 4 wt%;
인듐(In) 0.01 wt% 내지 0.1 wt%;
니켈(Ni) 0.02 wt% 내지 0.09 wt%; 및
잔부 주석(Sn) 및 불가피한 불순물;
을 포함하고,
주석 결정립 내에 Sn-Bi의 서브그레인을 포함하고,
무전해 니켈 패드에 적용되는 것을 특징으로 하는 무연 솔더 합금.silver (Ag) 2.8 wt% (wt%) to 3.5 wt%;
0.5 wt% to 0.9 wt% of copper (Cu);
2 wt% to 4 wt% of bismuth (Bi);
0.01 wt% to 0.1 wt% of indium (In);
0.02 wt% to 0.09 wt% of nickel (Ni); and
balance tin (Sn) and unavoidable impurities;
including,
Containing a sub-grain of Sn-Bi in the tin grains,
A lead-free solder alloy, characterized in that it is applied to an electroless nickel pad.

제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
인(P) 및 갈륨(Ga)으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하고,
인 및 갈륨으로부터 선택된 1종 이상의 총 함량이 0.0002 wt% 내지 0.003 wt%인 것을 특징으로 하는 무연 솔더 합금.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
It further comprises at least one selected from phosphorus (P) and gallium (Ga),
A lead-free solder alloy, characterized in that the total content of at least one selected from phosphorus and gallium is 0.0002 wt % to 0.003 wt %.

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제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 따른 무연 솔더 합금을 포함하는 솔더볼.A solder ball comprising a lead-free solder alloy according to any one of claims 1 to 4.

제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 따른 무연 솔더 합금을 포함하는 솔더 페이스트.A solder paste comprising the lead-free solder alloy according to any one of claims 1 to 4.

복수의 제 1 단자들이 형성된 기판;
상기 기판 상에 실장되고, 상기 복수의 제 1 단자들에 대응되는 복수의 제 2 단자들을 갖는 반도체 장치; 및
대응되는 상기 제 1 단자들과 상기 제 2 단자들을 각각 연결하는 도전성 커넥터;
를 포함하고,
상기 도전성 커넥터는 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 따른 무연 솔더 합금과 조성이 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 부품.
a substrate on which a plurality of first terminals are formed;
a semiconductor device mounted on the substrate and having a plurality of second terminals corresponding to the plurality of first terminals; and
a conductive connector connecting the corresponding first terminals and the second terminals, respectively;
including,
The conductive connector is a semiconductor component, characterized in that the composition is the same as that of the lead-free solder alloy according to any one of claims 1 to 4.