KR0175079B1 - 고강도 땜납합금 - Google Patents

Abstract

보다 기계적 강도가 강하고, 또한 웨팅성이 뛰어난 고강도 땜납합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Si가 0.0005∼0.35중량%, Ag가 0∼5.0중량, Sb가 0∼10.0중량, Bi가 0∼10.0중량, Sn이 20∼95중량%, Pb가 0∼70중량%, Ca가 0∼0.5중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 땜납합금이다.

Description

[발명의 명칭]

고강도 땜납합금

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은, 기계적 강도가 우수한 고강도 땜납합금에 관한 것이다.

[배경기술]

종래에, 본 출원인은 기계적 강도가 우수한 고강도 땜납합금에 대하여 일본국 특원평 5-67552 호로서 제안하였다.

상술한 특원평 5-67552 호에서 제안한 고강도 땜납합금의 구성성분은, Ag와 Ge의 합계가 0.8∼7.0(Ag와 Ge 모두 0중량%보다 큼)으로서, 이 결과 얻어진 땜납합금의 기계적 강도가 큰폭으로 강화되었다.

그리하여, 본 발명은 보다 기계적 강도가 우수하고, 웨팅성(Wetness)이 뛰어난 고강도 땜납합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

본 발명은, Si가 0.0005∼0.35중량%,

Ag가 0∼5.0중량%,

Sb가 0∼10.0중량%,

Bi가 0∼10.0중량%,

Sn이 20∼95중량%,

Pb가 0∼70중량%,

Ca가 0∼0.5중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 땜납합금이다.

본 발명자 등은, 일본국 특원평 5-67552 호의 『고강도 땜납합금』에서 나타난 바와 같이 Ge첨가에 의해 땜납합금의 기계적 성질의 고강도화에 성공하였다. 그러나, 땜납인두를 이용하는 납땜작업에 있어서, 현재 이용하는 땜납인두는 Cu로 이루어진 로드에 Fe에 도금을 한 것이 이용되고 있기 때문에, 땜납합금중의 첨가 Ge와 땜납인두의 Fe가 반응을 일으키게 되어, 땜납인두의 표면에 제거하기 어려운 화합물층이 부착되기 쉽다는 것이 판명되었다. 따라서 땜납의 기계적 강도의 강화를 도모하기 위한 땜납합금으로서의 첨가원소를 검토하여 본 결과, Si의 첨가효과를 발견하였다.

Si와 같은 고융점금속(1,414℃)을 Sn-Pb땜납합금(공정용융온도 183℃)에 첨가하는 것은 기발한 것이 아닐지도 모른다. 그러나 Si의 미소한 첨가는 땜납합금의 특성에 커다란 영향을 준다는 것이 수많은 연구로부터 판명되었다.

Si를 0.0005∼0.35중량%로 되도록 첨가하면, 이하의 효과가 발생한다.

(1) Si를 함유하는 땜납합금으로 이루어진 땜납접합부의 강도는, 종래의 땜납합금의 적어도 2배 가까이 향상한다.

(2) 땜납에 있어서 웨팅성이 뛰어나다는 것은 매우 중요한 일인데, 특히 Si는 땜납합금의 웨팅성을 높인다. 이 효과는 극히 소량의 Pb를 함유하는 합금의 경우에는, 한층 더 현저하게 발휘된다.

(3) Cu로 이루어진 로드에 Fe의 도금을 행한 시판하는 땜납인두를 이용하여, 본 발명에 의한 Si땜납합금으로 작업하였을 때, 예를 들어 장시간 작업을 계속하였다고 해도, 땜납인두의 표면에 화합물층이 생기지 않고, 작업을 계속할 수 있다.

(4) 합금중에 환원력이 강한 Si를 포함하기 때문에 Si의 환원효과에 의해서, 납땜부의 접합부에 기포가 존재하지 않는다. 이에 따라서 납땜부의 신뢰성이 향상한다.

이와 같이 Si의 첨가는 납땜합금에 획기적인 영향을 주나, 원래 Si는 환원원소이므로, 땜납시에, 환원효과가 발휘되는 환원원소로서는, 통상, Al, Mn, Si, P 등을 생각할 수 있는 데, Al, Mn에 대하여는, 그 효과가 인정되지 않고, 납땜부의 표면상에 제거하기 곤란한 산화물층이 발생하며, 땜납합금으로서 실용화가 불가능하다는 것이 판명되었다.

P에 대하여는, 땜납으로의 첨가원소로서 이미 실용화되어 있으나, Si의 첨가효과에는 미치지 않는다.

땜납합금의 용융온도가 183℃인 것에 반하여, Si의 용융온도는 1,414℃이므로, Sn-Pb계 땜납합금에 Si를 첨가하기 위해서는, Ca-Si합금 예를 들면, Si의 용융온도와 비교하여 저온도인 용융온도 1012℃의 CaSi₂화합물을 이용하는 것이 좋다. 이 때문에 Si와 동시에 Ca가 땜납합금중에 잔류하게 되는데, 첨가된 Ca로서는 땜납합금의 강도를 높인 후에 상승효과가 있다. 특히 이것은 땜납합금으로서 Pb을 포함하는 경우에 발휘된다.

평축받이합금으로서 알려진 Pb베이스합금(Bahn메탈)에는, 그 강도를 높이기 위해서 Ca를 첨가하는 것이 알려져 있다.

본 발명합금의 제작에 대해서는, Si첨가를 위해서, Ag-Sn의 공정합금(Si 4.5중량%, Ag 95.5중량% ; 공정온도 830℃)을 모합금으로서 이용할 수도 있다. 이 때 Si를 0.001%첨가할 때에는 Ag로서는 0.21%가 포함되게 되는데, Ag는 땜납합금의 결정미세화에 공헌한다.

상술한 바와 같이 Si첨가에 대하여는, 합금제작상 상당히 용융온도를 높일 필요가 있으므로, 비교적 끓는 점이 높고 Sn함유량이 높은 땜납합금의 경우에는, 그 첨가효과가 크다.

이 연구결과로부터 본 발명은, Si를 0.0005∼0.35중량% 포함하는 것이 큰 특징이고, 이 밖에 Ag가 0∼5.0중량%, Sb가 0∼10.0중량%, Bi가 0∼10.0중량%, Sn이 20∼95중량%, Pb가 0∼70중량%, Ca가 0∼0.5중량%로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고강도 땜납합금으로 하였다.

본 발명은, 이상에서 설명한 바와 같이, 이하의 효과를 가진다.

(1) Si를 함유하는 땜납합금으로 이루어지는 땜납접합부의 강도는, 종래의 땜납합금의 적어도 2배 가까이 향상한다.

(2) 땜납에 있어서 웨팅성이 뛰어나다는 것은 매우 중요한데, 특히 Si는 땜납합금의 웨팅성을 높인다. 이 효과는 매우 소량의 Pb라도 존재할때는 현저하다.

Si가 땜납합금의 웨팅성을 높이는 이유는, Sn등의 금속의 결정을 미세화 함으로써, 웨팅성을 높인다.

(3) Cu막대재의 표면에 Fe도금을 행한 시판하는 땜납인두를 이용하여 납땜을 행하였을 때, 땜납인두의 표면에 화합물층 등이 발생하지 않으므로, 납땜인두를 청정상태에서 장기간에 걸쳐 사용이 가능하다.

(4) 첨가원소로서의 Si는 원래 강력한 환원성능을 가지므로, Si가 함유된 땜납합금을 이용하여 작업을 행하면, 땜납접합부에 있어서 일어날 수 있는 기포의 발생을 완전하게 방지할 수 있다. 땜납접합부의 기포의 발생을 방지하는 이유는, Si와 O₂가 결합하여 SiO₂를 형성하고, 이로써 O₂가 제거되어, 땜납접합부의 기포의 발생이 방지된다. 이때의 Si함유량으로서는 0.0005중량%라는 근소량이라도 그 첨가효과를 명확하게 확인할 수 있다.

(5) 환경문제에 대응하여 Pb가 장해로 되지 않는 땜납합금이 요구되고 있는 현재, Sn-저Pb 땜납합금의 개발에 있어, Si첨가에 의한 새로운 땜납합금이라는 본 발명의 공헌은 크다.

Si 첨가에 의해 땜납합금의 강도가 높아짐으로써, 땜납합금의 사용량을 감소시키고, 이에 따라 당연히 Pb 사용량도 감소된다.

그 결과, 환경을 양호하게 한다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명을 그 실시예에 의거하여 설명한다.

본 실시예에서는 Pb가 10중량%, Sn이 90중량%로 이루어진 땜납합금에 Si가 0.003중량%로 되도록 CaSi₂합금을 이용하여 첨가하였다.

이 Si를 첨가한 땜납합금을 이용하여, 기름을 넣는 땜납선을 만들고, 이 확산시험(JIS Z-3197-1986)을 행하였다. 시험판상에 시료를 얹어놓고, 땜납의 액상선온도보다 40∼50℃높은 온도로 가열하고, 약 30초간 융해하여 시험판상에 확산시켰다. 테스트후의 확산면을 플라니미터로 측정하였다.

이 결과에 의하면, Sn-Pb합금(Sn이 중량 90%, Pb가 중량 10%)만일 때에는 1.8㎠이었던 것에 반하여, Si를 함유시킨 본 실시예의 땜납합금에서는 2.2㎠로 되어, 약 20%정도 그 확산성이 향상되었다.

이어서, 상기 2종의 합금을 이용하여, 직경 1㎜의 합금선을 만들어 인장시험을 행하였다. 이 결과 인장강도로서 전자의 본 발명의 실시예는, 7.8kgf/㎟, Sn-Pb합금(Sn이 중량 90%, Pb가 중량 10%)은 5.3kgf/㎟로서, 약 43%의 강도증가를 나타내었다.

다음에, Si첨가에 의한 땜납접합부의 기계적 강도의 향상에 대하여 다른 실시예로서 검토해 본다. Sn이 65중량%, Pb가 37중량%로 이루어진 땜납합금에 Si가 0.008중량%, Ag가 1.68중량%가 되도록 첨가하였다. 이것은 Ag-Sn공정합금(용융온도 830℃)을 이용하여 Si를 첨가한 경우로서, 비교하기 위해 Sn-Pb합금(Sn이 중량 60%, Pb가 중량 40%)의 땜납합금도 동일조건하에서 시료를 제작하였다. 양 합금을 이용하여 직경 1㎜의 합금선을 만들었다.

이들의 인장시험을 행한 결과, Si를 함유하지 않은 종래의 땜납합금에서는 4.2kgf/㎠인 것에 반하여, 이 Si를 함유하는 본 실시예의 땜납합금으로 이루어진 땜납합금선에서는 6.8kgf/㎠로서, 약 62%라는 큰 강도 증가를 보였다.

Claims (1)

1. Si가 0.0005∼0.35중량%, Ag가 0∼5.0중량%, Sb가 0∼10.0중량%, Bi가 0∼10.0중량%, Sn이 20∼95중량%, Pb가 0∼70중량%, Ca가 0∼0.5중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 땜납합금.