(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ電子パッケージングに用いられる基板及び電子部品について優れた濡れ性と広がり性を有し、特に人間環境に無害なソルダー合金を製造できるようにした無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法に関し、本発明の無鉛ソルダー合金組成物は、無鉛ソルダーＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇ、又はＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇにセラミックス粉末が添加される。本発明によれば、従来の無鉛ソルダー（ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ−ｓｏｌｄｅｒ）に対する代替品として作用する、新たな無鉛ソルダー合金組成を提供するので、広がり性、濡れ性、そして機械的な性質で従来のソルダーより優れた効果がある。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無鉛ソルダー粉末Ｓｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇ、及びＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇの中から選んだ１種の無鉛ソルダー粉末と、
Ｃｕ  ｃｏａｔｅｄ  ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）を含み、粒子の大きさが１０〜７０ｎｍであるナノ粉末添加剤と、
からなる無鉛ソルダー合金組成物にフラックスを含んだ無鉛ソルダーペースト。
【請求項２】
前記ナノ粉末添加剤の含量は、前記無鉛ソルダー合金組成物を基準に、前記Ｃｕ  ｃｏａｔｅｄ  ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）が０．００５〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする、請求項１に記載の無鉛ソルダーペースト。
【請求項３】
無鉛ソルダー粉末Ｓｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇ、及びＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇの中から選んだ１種の無鉛ソルダー粉末に、
Ｃｕ  ｃｏａｔｅｄ  ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）を含み、粒子の大きさが１０〜７０ｎｍであるナノ粉末添加剤を混合して無鉛ソルダー合金組成物を製造し、得られた無鉛ソルダー合金組成物にフラックスを混合して製造することを特徴とする、無鉛ソルダーペーストの製造方法。
【請求項４】
前記ナノ粉末添加剤の含量は、前記無鉛ソルダー合金組成物を基準に、前記Ｃｕ  ｃｏａｔｅｄ  ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）が０．００５〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする、請求項３に記載の無鉛ソルダーペーストの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法に関し、より詳細には、非毒性の組成を有しており、鉛（Ｐｂ）の毒性によって発生する環境問題を解決することで、鉛等のような有害な金属元素が環境に与える影響を最小化する無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｓｎ−Ｐｂ系有鉛ソルダーは、長期にわたって電子機器の最も有効な接合材料として使用されてきた。しかし、ソルダーを使用した電子機器の廃棄時に酸性雨によって、ソルダー中に含有された鉛（Ｐｂ）成分が溶出されて地下水を汚染させ、これが人体に吸収されれば知能低下、生殖機能低下等、人体に害を与える環境汚染物質として指摘されている。このような有鉛ソルダーを用いた接合技術として、特に印刷回路基板に半導体チップや抵抗チップのような小型電子部品を実装するための接合材として用いられている。
【０００３】
特に、鉛（Ｐｂ）を含む製品は、厳しく制限されている実情で、Ｓｎ−Ｐｂソルダーは、無鉛ソルダーに置き換えられている。マイクロ電子機器にＰｂの使用を禁止する多様な規制が存在する。従って、Ｓｎ−Ｐｂソルダーは、環境的な無鉛ソルダーの開発のためにＰｂ ｆｒｅｅ Ｓｎ−Ａｇソルダーで置き換えなければならない。このような理由で、最近はソルダー合金の製造時、鉛の使用を規制したり、排除したりすることにより環境親和的な無鉛ソルダー組成物は多様に開発され試みられてきた。
【０００４】
このような無鉛ソルダーと関連した技術が韓国登録特許第０２０９２４１号及び韓国登録特許第０８１４９７７号に提案されたことがある。
【０００５】
以下で従来技術として、韓国登録特許第０２０９２４１号及び韓国登録特許第０８１４９７７号に開示された無鉛ソルダー組成物、そして高温系無鉛ソルダー組成物とこれを用いた電子機器及び印刷回路基板を簡略に説明する。
【０００６】
韓国登録特許第０２０９２４１号である従来技術１の無鉛ソルダー組成物は、鈴（Ｓｎ）と、銀（Ａｇ）と、ビスマス（Ｂｉ）と、インジウム（Ｉｎ）とからなった無鉛ソルダー組成物において、前記鈴(Ｓｎ)は８２〜９３重量％、銀（Ａｇ）は２重量％、ビスマス（Ｂｉ）は３〜１０重量％、インジウム（Ｉｎ）は２〜６重量％が配合されて組成されたことを特徴とする。
【０００７】
しかし、従来技術１による無鉛ソルダー組成物を具現するために必要なインジウム（Ｉｎ）が高価であり、ビスマス（Ｂｉ）を含むソルダーは、ビスマス（Ｂｉ）含量の増加に伴って延性が悪くなり、脆性を起こす問題点があった。
【０００８】
図１は、韓国登録特許第０８１４９７７号（以下「従来技術２」という）で無鉛ソルダー組成物の酸化物発生量の抑制原理を概略的に示す模式図である。図１に示すように従来技術１の高温系無鉛ソルダー組成物は、銅２〜５重量％、ニッケル０．００１〜１．０重量％、シリコン０．００１〜０．０５未満の重量％、燐０．００１〜０．２重量％、コバルト０．００１〜０．０１未満の重量％及び錫を残部に含む。
【０００９】
しかし、従来技術２も高温系無鉛ソルダー組成物を具現するために必要なインジウムが高価であるため、使用するのに限界があるという問題点があった。
【００１０】
また、図面には示していないが、最近、Ｓｎ，Ａｇ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｚｎ等を含むソルダーの発達において、特にＳｎ，Ａｇ，Ｃｕを含む組成に関心が集中している。それぞれ言及された無鉛ソルダーは問題点を持っている。例えば、Ｚｎは酸化とそれに伴うソルダーリング性の減少に敏感である。Ｂｉを含むソルダーは、Ｂｉ含量の増加に伴って延性が悪くなって脆性を起こす。Ｓｎ−Ｃｕソルダーは、値段が安いが、濡れ性が非常に良くない。Ｉｎを含んだソルダーは高い。Ａｇを含むソルダーにおいては、粗大な針状の金属間化合物であるＡｇ３Ｓｎを形成するのが容易であってソルダーリング性が接合部の強度を減少させる。結論として、無鉛ソルダーだけでなく、前述の短所（特に、濡れ性）を最少化することが要求される。
【００１１】
さらに、Ｓｎ−０．７Ｃｕ，Ｓｎ−３．５Ａｇ，ＳＡＣ３０５ ｓｏｌｄｅｒ（９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ）の微細構造は、樹脂相とＳｎ，Ａｇ３Ｓｎ，Ｃｕ６Ｓｎ５からなる工程相とを含む。しかし、Ａｇ３ＳｎとＣｕ６Ｓｎ５の模様と構造は、ソルダーの信頼性のための重要な要素である。もし、マトリックス内でＡｇの含有量が２ｗｔ％より多ければ、Ａｇ３Ｓｎの粗大な板状が発生し、これはソルダーリング性を弱化させる。一方、Ｓｎ−Ａｇ合金内でＡｇの含有量が２ｗｔ％より小さければ、これは液相の温度を高め、液相＋固相の共存領域を大きくし、接合部の強度を減少させるという短所がある。従って、このような金属間化合物の成長は、セラミックスナノ粉末添加強化剤を用いて抑制される必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決するためのものであって、Ｓｎ−Ｃｕと添加剤、Ｓｎ−Ａｇと添加剤、又はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕと添加剤を基にするＳｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金を用いて、マイクロ電子パッケージングに用いられる基板及び電子部品について優れた濡れ性と広がり性を有し、特に人間環境に無害なソルダー合金を製造できるようにした無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法を提供することである。
【００１３】
また、本発明のもう一つの目的は、Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金にセラミックスナノ粉末を添加剤として添加する過程において、ナノ粉末添加剤を通じてソルダー粒子の大きさを減少させ、致命的な針状のＡｇ３Ｓｎの大きさと厚さを最小化するため、接合強度を増加させ、濡れ性を向上させる無鉛ソルダー合金組成物及びソルダー合金の製造方法を提供することである。
【００１４】
また、本発明のもう一つの目的は、ソルダーの接合信頼性と濡れ性に対する信頼度の高いソルダー微細構造が得られ、ナノ粉末添加剤によってＡｇ３Ｓｎ等の金属間化合物の微細構造が微細になり、その厚さが減少し、ソルダーの粒径もナノ粒子添加剤の添加によって減少するので、ソルダー接合部のクリープ（ｃｒｅｅｐ）と疲労特性を改善させることができるようにした無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法を提供することである。
【００１５】
また、本発明のもう一つの目的は、ソルダーの材料によって濡れ性（ｗｅｔｔｉｎｇ）の低下を防止して、接合部で被接合物の間に接触不良を防止するため、優れた機械的特性と濡れ性だけでなく、微細化されて均一な微細構造を有するソルダーを開発可能な無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記のような目的を達成するための本発明の特徴によれは、本発明は、無鉛ソルダーＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇ又はＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇにセラミックス粉末が添加された無鉛ソルダー合金組成物を通じて達成される。
【００１７】
また、本発明における前記セラミックス粉末に添加する添加剤は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ ｃｏａｔｅｄ ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）及びＺｒＯ２の少なくとも何れか一つを含むことができる。
【００１８】
また、本発明における前記セラミックス粉末の含量は、Ｌａ２Ｏ３が０．０１〜１．０ｗｔ％、ＳｉＣは０．０１〜１．０ｗｔ％、Ｃｕ−ＣＮＴは０．００５〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明における前記セラミックス粉末の大きさは、１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ及びＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ系の少なくとも何れか一つのソルダー粉末を混合するステップと、前記混合ソルダー粉末を溶融させるステップと、前記溶融された粉末に添加剤を添加するステップとを含む無鉛ソルダー合金の製造方法を通じて達成される。
【００２１】
また、本発明における前記添加剤の添加ステップを遂行する時、前記添加剤は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ ｃｏａｔｅｄ ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）及びＺｒＯ２の少なくとも何れか一つのセラミックス粉末であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明における前記添加剤の添加ステップを遂行する時、前記セラミックス粉末の含量は、Ｌａ２Ｏ３が０．０１〜１．０ｗｔ％，ＳｉＣは０．０１〜１．０ｗｔ％，Ｃｕ−ＣＮＴは０．００５〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来の無鉛ソルダー（ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ  ｓｏｌｄｅｒ）に対する代替品として作用する新たな無鉛ソルダー合金組成を提供するので、広がり性、濡れ性、そして機械的な性質で従来のソルダーより優れた効果がある。
【００２４】
また、本発明は、ソルダーがＳｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕを基盤金属とした３つの別途の合金系を基礎とし、これに追加されたナノメートル大きさのセラミックス粒子は、ソルダー合金のマトリックス組織とＡｇ３Ｓｎ金属化合物を均一に微細化し、広がり性を向上させる効果がある。即ち、大きなＡｇ３Ｓｎ金属化合物は、亀裂と空洞（ｖｏｉｄ）を起こすことによってソルダー連結部に損傷を与え、ソルダー連結部の信頼度を落とすため、微細なＡｇ３Ｓｎ化合物を含む本発明のソルダーは信頼度とソルダー連結部の寿命を増加させる。
【００２５】
また、本発明は、製造されたソルダー合金を通じて、ナノ粉末が添加されていない従来のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金に比して、より高い硬度を有して衝撃に対する抵抗が大きい効果がある。
【００２６】
また、本発明は、流動性（ｆｌｏｗ）と濡れ性（ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）が向上して、はんだ付け部の不良を抑制する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術２に係る無鉛ソルダー組成物の酸化物発生量の抑制原理を概略的に示す模式図である。
【図２】本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、ナノ粉末が添加されないソルダーとナノ粉末が添加されたソルダーの金属間化合物の平均厚さを示す写真である。
【図３】本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、ナノ粉末が添加されないソルダーとナノ粉末が添加されたソルダーの平均結晶粒径を示す写真である。
【図４】本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ及びＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーと添加剤が添加されたＳｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ及びＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーの広がり性を比較したグラフである。
【図５】本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーと添加剤が添加されたＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーの濡れ性を測定した結果グラフである。
【図６】本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーと添加剤が添加されたＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーの硬度を測定した結果グラフである。
【図７】本発明に係る無鉛ソルダー合金の製造方法を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物を用いて、無鉛ソルダーペーストの製造方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
上述のような目的を達成するための本発明の特徴によると、本発明は、無鉛ソルダーＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇ、Ｓｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇにセラミックス粉末が添加された無鉛ソルダー合金組成物を通じて達成される。
【００２９】
また、本発明における前記セラミックス粉末に添加する添加剤は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ ｃｏａｔｅｄ ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）及びＺｒＯ２の少なくとも何れか一つを含むことができる。
【００３０】
また、本発明における前記セラミックス粉末の含量は、Ｌａ２Ｏ３が０．０１〜１．０ｗｔ％、ＳｉＣは０．０１〜１．０ｗｔ％、Ｃｕ−ＣＮＴは０．００５〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明における前記セラミックス粉末の大きさは、１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ及びＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ系の少なくとも何れか一つのソルダー粉末を混合するステップと、前記混合ソルダー粉末を溶融させるステップと、前記溶融されたソルダー粉末に添加剤を添加するステップとを含む無鉛ソルダー合金の製造方法を通じて達成される。
【００３３】
また、本発明における前記添加剤の添加ステップを遂行する時、前記添加剤は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ ｃｏａｔｅｄ ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）及びＺｒＯ２の少なくとも何れか一つのセラミックス粉末であることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明における前記添加剤の添加ステップを遂行する時、前記セラミックス粉末の含量は、Ｌａ２Ｏ３が０．０１〜１．０ｗｔ％、ＳｉＣは０．０１〜１．０ｗｔ％、Ｃｕ−ＣＮＴは０．００５〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本明細書及び請求の範囲に使用された用語や単語は、発明者が自分の発明を最も最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義できるという原則に即して本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈すべきである。
【００３６】
明細書の全体において、どのような部分がどのような構成要素を「含む」とする時、これは特に反対される記載がない限り、別の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【００３７】
以下、図面を参考にして、本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法についての実施形態の構成を詳細に説明する。
【００３８】
図２には、本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、ナノ粉末が添加されないソルダーとナノ粉末が添加されたソルダーの金属間化合物の平均厚さが写真で示されており、図３には、本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、ナノ粉末が添加されないソルダーとナノ粉末が添加されたソルダーの平均結晶粒径が写真で示されており、図４には、本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ及びＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーと添加剤が添加されたＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ及びＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーの広がり性を比較したグラフが示されており、図５には、本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーと添加剤が添加されたＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーの濡れ性を測定した結果グラフが示されており、図６には、本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物の具現時、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーと添加剤が添加されたＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ無鉛ソルダーの硬度を測定した結果グラフが示している。
【００３９】
これらの図面によれば、本発明の無鉛ソルダー合金組成物は、無鉛ソルダーＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇ、Ｓｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇにセラミックス粉末が添加される。
【００４０】
この時、前記セラミックス粉末に添加する添加剤は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ及びＣｕ ｃｏａｔｅｄ ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ)の少なくとも何れか一つを含み、前記セラミックス粉末の含量は、Ｌａ２Ｏ３ が ０．０１〜１．０ｗｔ％、ＳｉＣは０．０１〜１．０ｗｔ％、Ｃｕ−ＣＮＴは０．００５〜１．０ｗｔ％である。そして、前記セラミックス粉末の大きさは１０μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
即ち、開発されたソルダー合金は、濡れ性と広がり性を改善した強化されたものであって、Ｓｎ−Ｃｕと添加剤、Ｓｎ−Ａｇと添加剤、又はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕと添加剤からなっている。選ばれた添加剤は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ−ＣＮＴ（ＣＮＴ:カーボンナノチューブ）のようなナノメートル級の大きさのセラミックス粉末である。代表的な無鉛ソルダーであるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ系のソルダー合金、ソルダーボール、ソルダーペーストを含むソルダー接合部及び工程は、Ａｇ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５等の強化された金属間化合物を含むソルダー接合部を生成する。
【００４２】
この時、前記無鉛ソルダー合金組成物は、Ｓｎ−Ｃｕソルダー合金でＣｕの含量は、０．１ｗｔ％〜２ｗｔ％（好ましくは、０．７ｗｔ％)からなっている。そして、Ｓｎ−Ａｇ合金は、０．５〜５ｗｔ％（好ましくは、３．５ｗｔ％）のＡｇからなっている。また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金は、０．５〜５ｗｔ％（好ましくは、３ｗｔ％）のＡｇと０．１〜２ｗｔ％（好ましくは、０．５ｗｔ％）のＣｕからなっている。ソルダーに加えた添加剤は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ−コーティングＣＮＴ（カーボンナノチューブ）である。添加剤それぞれの組成は、０．０１〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０５ｗｔ％）のＬａ２Ｏ３、０．０１〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０５ｗｔ％）のＳｉＣ、０．００５〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０１ｗｔ％）のＣｕ−ＣＮＴである。
【００４３】
無鉛ソルダー合金は、約９６．５ｗｔ％のＳｎ、３．０ｗｔ％の Ａｇ、０．５ｗｔ％のＣｕと、ナノメートル級の大きさの粉末添加強化剤とからなっている。添加強化剤の組成は、０．０１〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０５ｗｔ％）の Ｌａ２Ｏ３、０．０１〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０５ｗｔ％）のＳｉＣ、０．００５〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０１ｗｔ％）のＣｕ−ＣＮＴからなっている。添加剤のないＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（ＳＡＣ３０５）ソルダー合金と比較すれば、濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）の向上のためにゼロ時間（ｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓ ｔｉｍｅ）は短いのがよいか、Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ合金のゼロ時間は、１．０８ｓｅｃ、Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ合金にＬａ２Ｏ３を添加した場合、約７３．６％（０．２８５ｓｅｃ）で示され、ＳｉＣを添加した場合、７６．８％（０．２５ｓｅｃ）、Ｃｕ−ＣＮＴを添加した場合、２７．７％（０．７８ｓｅｃ）で示された。
【００４４】
そして、無鉛ソルダー合金は、約９６．５ｗｔ％のＳｎ、３．０ｗｔ％のＡｇ、０．５ｗｔ％のＣｕにＬａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ−ＣＮＴのようなナノ粉末添加強化剤からなっている。単一のＳｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕソルダーの場合、平均結晶粒度は約３０μｍで観察された。添加剤が含まれたソルダーとＳｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕソルダーを比較すれば、Ｌａ２Ｏ３が添加された時、平均結晶粒度は、３３．５％減少された２０μｍ、ＳｉＣが添加された場合、４０％減少された１７．６９μｍ、Ｃｕ−ＣＮＴが添加された場合、２８．６４％減少された２１．０７μｍで示された。即ち、添加剤の添加によってソルダーの結晶粒が微細化された。一般に、金属の結晶粒が微細化されれば、Ｈａｌｌ−Ｐｅｔｃｈ式により降伏強度と引張強度が増加する。
【００４５】
【数１】
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【００４６】
本発明による組成を用いてソルダーを製造する場合に、ソルダー合金内に微細な厚さを有する金属間化合物（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ，ＩＭＣ）を有することが分かる。平均金属間化合物の厚さは、添加剤のないＳｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ （ＳＡＣ３０５５）ソルダー合金の場合、平均金属間化合物の厚さは約２．７μｍである。添加剤が含まれたソルダーとＳｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕソルダーを比較すれば、Ｌａ２Ｏ３が添加された時の平均金属間化合物の厚さは１８％減少された２．２μｍで示され、ＳｉＣが添加された場合、３７％減少された１．８４μｍ、Ｃｕ−ＣＮＴが添加された場合、７．８％減少された２．７１μｍで示された。
【００４７】
セラミックスナノ粉末が添加されたＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕソルダー合金は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕソルダーの広がり性と比較して相当に高い広がり性を有する。このように増加された広がり性は、電子回路及び電気システムのソルダー組立に大きな長所となる。このような広がり性がよいソルダーは、はんだ付け時に敏感な電子部品や、回路基板によく広がってはんだ付け部がよく形成されるので、はんだ付け部の不良減少と強度向上等の長所として作用する。
【００４８】
ナノサイズのＬａ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｃｕ−ＣＮＴが添加されたソルダーの場合、はんだ付け時に溶融された後凝固される時、融点がＳｎ（２３１）に比して遥かに高い Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ−ＣＮＴは、微細なナノサイズの固体で存在し、これによって添加された粉末が凝固時、固体核生成位置（ｓｅｅｄ、接種剤）として作用する。これにより、添加されたナノ粉末は、多くの核生成位置を提供してここで固体結晶が生成されるので、添加剤のないＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕソルダーに比して結晶粒が微細化される。また、ナノサイズのＬａ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｃｕ−ＣＮＴは、ソルダー中のＡｇ３Ｓｎ，Ｃｕ６Ｓｎ５等の金属間化合物（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ，ＩＭＣ）の成長を妨げて、金属間化合物が微細化されるため、ソルダーがより良い強度と特性を有するに寄与する。
【００４９】
本発明における添加強化剤の構成は、０．０１〜１．０ ｗｔ％Ｌａ２Ｏ３（好ましくは、０．０５ ｗｔ％）；０．０１〜１．０ ｗｔ％のＳｉＣ（好ましくは、０．０５ ｗｔ％）；０．００５〜１．０ ｗｔ％ Ｃｕ−ＣＮＴ（好ましくは、０．０１ ｗｔ％）として多様である。Ｌａ２Ｏ３とＳｉＣの含有量が０．０１ ｗｔ％より小さい場合は、ソルダーリング性の向上は示されなかった。一方、１．０ｗｔ％以上過剰添加された場合には、ソルダーリング性が低下し、濡れ不良のディウェッティング（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ)現状が起こる。
【００５０】
同様に、Ｃｕ−ＣＮＴが０．００５ｗｔ％以下に添加されれば、濡れ性の変化はなく、Ｃｕ−ＣＮＴが１．０ｗｔ％以上過剰添加されれば、ディウェッティング現状が起こる。
【００５１】
下記では、本発明においてソルダーの構成及び条件を表１に示した。
【００５２】
【表１】
2019188474.tif 000004
【００５３】
一方、上記表１でのように、ナノセラミックス粉末を以下のように２つ混合して添加する場合、含有量は次の通りである。
【００５４】
（１）Ｌａ２Ｏ３とＳｉＣの混合添加時、前記Ｌａ２Ｏ３の含有量は０．０１〜０．５ｗｔ％（好ましくは、０．０２ｗｔ％）で、前記ＳｉＣの含有量は０．０１〜０．５ｗｔ％（好ましくは、０．０３ｗｔ％）である。
【００５５】
（２）ＳｉＣとＣｕ−ＣＮＴの混合添加時、前記ＳｉＣの含有量は０．０１〜０．５ｗｔ％（好ましくは、０．０４ｗｔ％）で、前記Ｃｕ−ＣＮＴの含有量は０．００５〜０．５ｗｔ％（好ましくは、０．０１ ｗｔ％ Ｃｕ−ＣＮＴ）である。
【００５６】
（３）Ｌａ２Ｏ３とＣｕ−ＣＮＴの混合添加時、前記Ｌａ２Ｏ３の含有量は０．０１〜０．５ ｗｔ％（好ましくは、０．０４ ｗｔ％ Ｌａ２Ｏ３）で、前記Ｃｕ−ＣＮＴの含有量は０．００５〜０．５ ｗｔ％（好ましくは、０．０１ ｗｔ％）である。
【００５７】
（４）Ｌａ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合添加時、前記Ｌａ２Ｏ３の含有量は０．０１〜０．１ ｗｔ％（好ましくは、０．００５ｗｔ％）で、前記ＺｒＯ２の含有量は０．０１〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．５ ｗｔ％）である。
【００５８】
（５）ＳｉＣとＺｒＯ２の混合添加時、前記ＳｉＣの含有量は０．０１〜１．０ ｗｔ％（好ましくは、０．０５ ｗｔ％）で、前記ＺｒＯ２の含有量は０．０１〜１．０ ｗｔ％（好ましくは、０．５ ｗｔ％ＺｒＯ２）である。
【００５９】
（６）Ｃｕ−ＣＮＴとＺｒＯ２の混合添加時、前記Ｃｕ−ＣＮＴの含有量は０．００５〜１．０ ｗｔ％（好ましくは、０．０１ ｗｔ％）で、前記ＺｒＯ２の含有量は０．０１〜１．０ ｗｔ％（好ましくは、０．５ ｗｔ％ＺｒＯ２）である。
【００６０】
次に、ナノセラミックス粉末を以下のように３つ混合して添加する場合、含有量は次の通りである。
【００６１】
即ち、Ｌａ２Ｏ３，ＳｉＣとＣｕ−ＣＮＴの混合添加時、前記Ｌａ２Ｏ３の含有量は０．０１〜０．５ ｗｔ％（好ましくは、０．０２ ｗｔ％）で、前記ＳｉＣの含有量は０．０１〜０．５ ｗｔ％（好ましくは、０．０２ ｗｔ％）で、前記Ｃｕ−ＣＮＴの含有量は０．００５〜０．５ ｗｔ％（好ましくは、０．０１ ｗｔ％）である。
【００６２】
次に、ナノセラミックス粉末を以下のように４つ混合して添加する場合、含有量は次の通りである。
【００６３】
即ち、Ｌａ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｃｕ−ＣＮＴ及びＺｒＯ２の４つの添加剤を混合する場合、前記Ｌａ２Ｏ３の含有量は０．００１〜０．１ ｗｔ％（好ましくは、０．００５ ｗｔ％）で、前記ＳｉＣの含有量は０．０１〜１．０ ｗｔ％（好ましくは、０．０５ ｗｔ％）で、前記Ｃｕ−ＣＮＴの含有量は０．００５〜１．０ ｗｔ％（好ましくは、０．０１ ｗｔ％）で、前記ＺｒＯ２の含有量は０．０１〜１．０ ｗｔ％（好ましくは、０．４ ｗｔ％ＺｒＯ２）である。
【００６４】
本発明の主要要素として、Ｓｎが含有された無鉛ソルダーＳｎ−Ｃｕと、Ｓｎ−ＡｇとＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金で、Ｓｎ−Ｃｕと添加剤、Ｓｎ−Ａｇと添加剤、及びＳｎ−Ａｇ−Ｃｕと添加剤である。添加剤の添加は、ソルダーの濡れ性と広がり性を向上させる。
【００６５】
本発明の無鉛ソルダー合金組成物において、合金であるＳｎ−Ｃｕ合金は、重量比０．１〜２ｗｔ％のＣｕ（好ましくは、０．７ｗｔ％）からなっており、Ｓｎ−Ａｇ合金は重量比０．５〜５ｗｔ％のＡｇ（好ましくは、３．５ｗｔ％）からなっており、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金は、基本的に重量比０．５〜５ｗｔ％のＡｇ（好ましくは、３ｗｔ％）と重量比０．１〜２ｗｔ％のＣｕ（好ましくは、０．５ｗｔ％）からなっている。
【００６６】
本ソルダー合金は、セラミックスナノ粒子、或いはカーボンナノチューブを添加剤としている。選ばれた添加剤としては、Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｏｘｉｄｅ（Ｌａ２Ｏ３）、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ（ＳｉＣ）、銅コーティングカーボンナノチューブ（ｃｏｐｐｅｒ−ｃｏａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ，Ｃｕ−ＣＮＴ）等である。
【００６７】
本発明の合金で製造できるソルダーペーストの例として、ソルダー粉末の大きさが２０〜３８μｍ（ソルダーペースト規格でｔｙｐｅ４と分類される）の粉末合金を用いることができる。ナノ粒子添加剤は、Ｌａ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｃｕ−ＣＮＴであり、それぞれ約３０ｎｍ、７０ｎｍ、２０ｎｍの平均直径を有する。添加剤は、ソルダーの微細構造の特性を改善し、Ａｇ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５等のソルダー内の金属間化合物（ＩＭＣ）の大きさを微細化して、ソルダーの機械的強度と濡れ性を向上させる。
【００６８】
ソルダーの最適のソルダーリング性（はんだ付け性）を実現するための濡れ性を向上させるために、添加剤を加えたソルダーの構成要素を最適の組成とするのが必要である。
【００６９】
実施形態として、それぞれのソルダーの最適の組成は次の通りである。
【００７０】
ソルダー材料は、基本材料と添加剤と構成され、それぞれの添加剤は所定の比率で含まなければならない。Ｌａ２Ｏ３は、０．０１〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０５ｗｔ％）が含まれ、ＳｉＣは０．０１〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０５ｗｔ％）が含まれ、そして、Ｃｕ−ＣＮＴは０．００５〜１．０ｗｔ％（好ましくは、０．０１ｗｔ％）が含まられる。
【００７１】
もし、Ｌａ２Ｏ３やＳｉＣの比率が０．０１ｗｔ％より低ければ、ソルダー材料のＩＭＣは、Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金ソルダーのＩＭＣより厚くなり、一方、Ｌａ２Ｏ３やＳｉＣの組成が１．０ｗｔ％以上多過ぎると、ソルダーは脆性を有することにより接合面の亀裂発生及びソルダーリング性が悪化されることがある。同様に、もしＣｕ−ＣＮＴの比率が０．００５ｗｔ％より低ければ、濡れ性の向上に影響がなく、Ｃｕ−ＣＮＴの比率が１．０ｗｔ％以上多過ぎると、流動性が低くなる傾向があり、ソルダーリング性が低下する。
【００７２】
本発明の無鉛ソルダー合金製造及び特性試験−微細構造とＩＭＣ分布を調べるために、ＳＥＭで測定した。また、ソルダーリング性を測定するために広がり性、濡れ性、微小硬度試験を行った。
１．本特許ソルダー合金の製造のために、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ，ＳｎＣｕと添加物を５００℃で３０分間溶融
２．微細構造の観察：結晶粒径（Ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ)、金属間化合物（ＩＭＣ）の大きさ
３．硬度測定
４．濡れ性試験（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｂａｌａｎｃｅ ｔｅｓｔ）：ゼロ時間（Ｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓ ｔｉｍｅ）、２５０で
５．広がり性試験（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｔｅｓｔｓ）：ＪＩＳ−Ｚ−３１９７
【００７３】
溶融のための製造条件は、表２に示した。
【００７４】
【表２】
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【００７５】
＜試験＞
＊広がり性試験
広がり性試験は、ＪＩＳ−Ｚ−３１９７規格に基づいて実施した。先ず、Ａ ３０ ｍｍ×３０ ｍｍ×０．３ ｍｍの銅ピースを研磨した後、アルコールで洗浄する。乾燥後、均一な酸化膜を生成するために、１５０℃の温度で１時間加熱する。
【００７６】
０．３ｇのソルダー粉末を０．０３ｇのフラックスと混合し、銅ピースの中央に置く。そのピースを３０℃で加熱されて溶融されたソルダー槽（ｓｏｌｄｅｒ ｂａｔｈ）に置く。暫くして、銅ピースの中央に位置したソルダー粉末が溶け始める。銅ピースを３００℃で溶融されたソルダー槽に３０秒間保持して、ソルダー粉末が完全に溶けて広がれば、銅ピースをソルダー槽で取り出し、常温で冷却させる。冷却された銅板上に広がったソルダーを用いて広がり性実験を行う。
【００７７】
＊濡れ性試験
本発明の合金濡れ性測定のために、ウェッティングバランス試験機（ＲＥＳＣＡ ＳＡＴ ５０００）を用い、濡れ性試験片は、９９．９９％無酸素銅板１０ｍｍ × １ｍｍ × ３０ｍｍの大きさを用いた。銅試験片は、表面酸化層及び外部不純物を除去するために、炭化ケイ素のサンドペーパー（粒径  ＃１２００ ＆ ＃２４００）を用いて機械的研磨を行い、以後、超音波洗浄した。ウェッティングバランス試験の以前に、銅試片は、ＢＧＡタイプのフラックス（ＳＥＮＪＵ，Ｓｐａｒｋｌｅ Ｆｌｕｘ ＷＦ−６０６３Ｍ５）で少しコーティングし、さらに３０秒間ソルダー溶湯の上で活性化させた。銅試片は、ＢＧＡ２５０℃の溶融ソルダー（本発明のソルダー）に５秒間２ｍｍの深さまで２．５ｍｍ／ｓの速度で浸漬した。濡れ性試験で各試片の平均ゼロ時間（ｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓ ｔｉｍｅ）が測定される。
【００７８】
＜開発技術の動作説明＞
ソルダーＳｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ及びＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕに平均粒径３０ｎｍ であるＬａ２Ｏ３、７０ｎｍであるＳｉＣ、２０ｎｍであるＣｕ−ＣＮＴを添加する。これをアルミナ坩堝に入れて、１０／ｍｉｎの昇温速度で加熱される炉（Ｆｕｒｎａｃｅ）で５００℃の温度で１時間の間溶融する。ソルダー凝固後、サンプルを採取して研磨エッチングした後、微細構造を観察する。
【００７９】
＊測定結果
微細構造：ナノ粒子が添加されたＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ ｗｔ％ Ｃｕソルダーと、ナノ粒子が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕソルダー微細構造を比較した時、結晶粒径と沈殿物、マトリックスの分散で明確な差異が現れる。Ｌａ２Ｏ３が添加されたＳｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％ＣｕのＡｇ３Ｓｎ等の金属間化合物は微細化され、よく分散された。一方、ナノ粒子が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕソルダーの場合、Ａｇ３Ｓｎ等の金属間化合物が粗大化された。
【００８０】
商用Ｓｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕソルダー微細構造の微細化は、セラミックスナノ粒子添加によって、その物理的特性が向上することを示す。Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕにセラミックスナノ粒子を添加することによって微小硬度は増加するが、ナノ粒子が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕソルダーと比較して、Ｌａ２Ｏ３が添加される場合、硬度が５％増加し、ＳｉＣが添加される場合、１２．０１％，Ｃｕ−ＣＮＴが添加される場合、３．７２％が増加する。
【００８１】
結晶粒径（図２参照）は、電子顕微鏡で測定した微細構造を通じて確認した。ナノ粒子が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕソルダーの平均結晶粒径は、約３０μｍである。一方、Ｌａ２Ｏ３が添加されたＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕソルダーの平均結晶粒径は、約２０μｍである。ＳｉＣを添加した場合、平均結晶粒径は１７．６９μｍであり、Ｃｕ−ＣＮＴを添加した場合、結晶粒径は２１．０７μｍである。
【００８２】
また、ナノ粉末が添加されたＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕソルダーの金属間化合物の厚さを測定した。Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ−ＣＮＴが添加されるか、添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％のＣｕソルダーの合金の金属間化合物の厚さの大略的な測定は、図３から分かる。
【００８３】
Ｓｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％のＣｕソルダーで合金内の金属間化合物（ＩＭＣ）は、大部分Ａｇ３Ｓｎである。ナノ粉末が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕソルダーでの平均ＩＭＣ厚さは、２．９７μｍである反面、Ｌａ２Ｏ３が添加されたＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ＣｕソルダーのＩＭＣ厚さは、２．３７μｍである。ＳｉＣが添加されたものは１．８４μｍであり、Ｃｕ−ＣＮＴが添加されたものは２．７１μｍである。ナノセラミックス粒子の添加でＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ Ｃｕは、ＩＭＣ厚さが薄くなり、強度を増加させる。微細な粒子を有する合金は、電位移動により多くの妨害をして、合金の機械的特性を増加させる。
【００８４】
＊広がり性：本発明において製造したソルダーの広がり性を図４に示した。大略的に０．０３ｇのフラックス（ｆｌｕｘ）と約０．３ｇの試料ソルダー合金を銅薄板の中央に置く。そして、銅薄板は３００℃で保持される溶融ソルダー槽（ｂａｔｈ）に置く。試料ソルダーは、直ぐに溶融し始め、３０秒後に銅薄板をソルダー槽から取り出し、常温で冷やして広がり率を測定する。
【００８５】
＊広がり率（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ）は、ナノ粉末が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕは７７．７７％で、Ｌａ２Ｏ３が添加された場合、１３％増加して８８．１９％を示し、ＳｉＣが添加された場合、１％増加して７８．７％を示す。そして、Ｃｕ−ＣＮＴが添加された場合、７６．３８％程度となる。
【００８６】
そして、Ｓｎ−０．７Ｃｕ合金の広がり率は７１％、Ｌａ２Ｏ３が添加された場合、広がり率は７３％で、ＳｉＣが添加された場合、７４％である。Ｃｕ−ＣＮＴがＳｎ−０．７Ｃｕ合金に添加された場合、７５％を示す。
【００８７】
Ｓｎ−３．５Ａｇ合金の広がり率は７２％、Ｌａ２Ｏ３が添加された場合、広がり率は７４％を示し、ＳｉＣを添加した場合は７４％、Ｃｕ−ＣＮＴを添加した場合は７５％の広がり率を示す。
【００８８】
＊濡れ性: Ｓｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕに、０．０１〜１．０Ｗｔ％のＬａ２Ｏ３を添加した場合（好ましくは、０．０５ｗｔ％のＬａ２Ｏ３）、純粋なＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕソルダーと比較して遥かに低いｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓ ｔｉｍｅで最上の濡れ性を有する。両合金の濡れ特性の比較は、図６に示した。
【００８９】
ここで、図６は、Ｓｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ ＣｕとＬａ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｃｕ−ＣＮＴ，ＺｒＯ２が添加されたＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕの硬度測定を示すグラフである。
【００９０】
濡れ性のテストは、どのソルダーが与えられた時間内に基板やＰＣＢにより強い結合で濡れることができるかについての情報を提供する。この濡れ性に対する重要な変数（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）は、ゼロ時間（ｚｅｒｏ ｆｏｒｃｅ ｔｉｍｅ）Ｔ０である。ナノ粉末が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕのゼロ時間は１．０８秒、Ｌａ２Ｏ３が添加された場合０．２８５秒、ＳｉＣが添加された場合０．２５秒、Ｃｕ−ＣＮＴが添加された場合は０．７８秒に向上した。
【００９１】
＊硬度：ナノ粉末が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕの硬度は１１．４９ ＶＨＮで、Ｓｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ ＣｕにＬａ２Ｏ３を添加した場合の硬度値は１２．０５ＶＨＮで、ＳｉＣを添加した場合の硬度値は１２．０１ＶＨＮ、Ｃｕ−ＣＮＴを添加した場合の硬度値は１１．８６ＶＨＮ、ＺｒＯ２を添加した場合は１３．３ＶＨＮに増加されたことを図６を通じて分かる。堅くて微細に分散されたＡｇ３Ｓｎ相は、ナノ粉末が添加されないＳｎ−３．０ｗｔ％ Ａｇ−０．５ｗｔ％ Ｃｕで示される、広く形成されたＡｇ３Ｓｎよりもっと効果的に圧力に抵抗して硬度が増加する。
【００９２】
本発明は、はんだ付け材として用いられる。具体的には、ソルダーペースト（ｐａｓｔｅ）、ソルダーボール、ソルダー棒（ｂａｒ）、ソルダーワイヤ等と、これを活用した電子製品のはんだ付けに用いられる。現代電子機器の高集積、低電力又は携帯性、大きさ、作動電圧等の要求に応じる需要を満たせるために小型化している。一つの深刻なイッシュは、電子機器のソルダーリング部の濡れ性、広がり性とそれらの強度である。これを改善するために向上した濡れ性と微細化されたＡｇ３Ｓｎ化合物かるなるソルダーに対する要求が増加しているが、本開発ソルダーは、このような短所を改善するに用いられる。
【００９３】
図７には、本発明に係る無鉛ソルダー合金の製造方法がブロック図で示している。
【００９４】
本発明に係る無鉛ソルダー合金の製造方法は、ソルダー粉末混合ステップ（Ｓ１００）、混合ソルダー粉末溶融ステップ（Ｓ１１０）及び添加剤の添加ステップ（Ｓ１２０）を含む。
【００９５】
ソルダー粉末混合ステップ（Ｓ１００）は、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ及びＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ系の少なくとも何れか一つのソルダー粉末を混合するステップである。
【００９６】
添加剤の添加ステップ（Ｓ１２０）は、ソルダー粉末に添加剤を添加するステップであって、前記添加剤は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｕ ｃｏａｔｅｄ ＣＮＴ（Ｃｕ−ＣＮＴ）及びＺｒＯ２の少なくとも何れか一つのセラミックス粉末であることを特徴とし、前記セラミックス粉末の含量は、Ｌａ２Ｏ３が０．０１〜１．０ｗｔ％，ＳｉＣは０．０１〜１．０ｗｔ％、Ｃｕ−ＣＮＴは０．００５〜１．０ｗｔ％である。
【００９７】
図８には、本発明に係る無鉛ソルダー合金組成物を用いた無鉛ソルダーペーストを製造する方法がブロック図で示している。
【００９８】
本発明に無鉛ソルダー合金組成物を用いた無鉛ソルダーペーストを製造する方法は、粉末混合ステップ（Ｓ２００）と、フラックスと粉末の混合ステップ（Ｓ２１０）と、混合されたソルダー溶解ステップ（Ｓ２２０）及び実験特性分析ステップ（Ｓ２３０）とを含む。
【００９９】
粉末混合ステップ（Ｓ２００）は、ボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）で粉末を混合するステップで、ＳＡＣ（類型４，２０〜３８μｍサイズ）、Ｌａ２Ｏ３（３０ｎｍ）、混合条件（２００ｒｐｍ，１時間）で遂行する。
【０１００】
フラックスと粉末の混合ステップ（Ｓ２１０）は、適切な比率でフラックスと粉末を混合するステップで、ソルダーとフラックス混合比率を９：１で混合する。
【０１０１】
混合されたソルダー溶解ステップＳ２２０は、混合されたソルダーを溶解するステップで、５００℃の温度で３０分間持続し、昇温速度は５℃／分で冷却する。
【０１０２】
実験特性分析ステップ（Ｓ２３０）は、Ａｇ３Ｓｎ，Ｃｕ６Ｓｎ５の微細結晶粒構造（Ｓ２３２）、広がり性（Ｓ２３４）、濡れ性測定（Ｓ２３６）及び微小硬度（Ｓ２３８）測定を含む。
【０１０３】
以上のように、本発明は、たとえ限定された実施形態と図面に基づいて説明されたが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する分野で通常の知識を持つ者であれば、このような記載に基づいて様々な修正及び変形が可能である。
【０１０４】
このため、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものに定められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、無鉛ソルダー合金組成物及び無鉛ソルダー合金の製造方法に関し、本発明の無鉛ソルダー合金組成物は、無鉛ソルダーＳｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇ、Ｓｎ−（０．１〜２）ｗｔ％Ｃｕ−（０．５〜５）ｗｔ％Ａｇにセラミックス粉末が添加される。
【０１０６】
本発明によれば、従来の無鉛ソルダー（ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ  ｓｏｌｄｅｒ）に対する代替品として作用する新たな無鉛ソルダー合金組成を提供するので、広がり性、濡れ性、そして機械的な性質で従来のソルダーより優れた効果がある。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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