KR100209241B1 - 무연솔더 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주석(Sn)과, 은(Ag)과, 비스무스(Bi)와, 인듐(In)으로 구성된 무연 솔더(lead free solder) 조성물에 있어서, 상기 주석(Sn)은 82-93중량%, 은(Ag)은 2중량%, 비스무스(Bi)는 3-10중량%, 인듐(In)은 2-6 중량%가 배합되어 조성된 무연 솔더 조성물에 관한 것으로서, 종래 기술의 Sn-Pb 2원계 공정 솔더와 동등하거나 더 우수한 기계적·전기적 특성 및 작업성을 가지면서 인체에 유해한 납(Pb) 성분을 전혀 포함하지 않기 때문에 폐기시 납(Pb) 용출에 따른 환경오염, 자연 생태계 파괴 등의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

무연솔더(lead free solder) 조성물
본 발명은 솔더(solder) 조성물에 관한 것으로서, 특히 인체에 유해한 납(Pb) 성분이 전혀 포함되지 않은 무연 솔더(lead free solder) 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 솔더는 각종 모재를 접합시키거나 밀봉시키기 위해 사용하는 합금을 말하는데, 그 중 전기·전자제품에 장착되는 인쇄회로기판에 전자부품을 실장시킬 때 사용되는 것을 공정 솔더라 한다.
종래 기술에 의한 솔더 조성물은 대부분 주석(Sn)과 납(Pb)으로 구성된 Sn-Pb 2원계 합금인데, 그 중 180-200℃ 범위 내의 융점을 가지는 솔더 조성물을 공정 솔더로 이용하였다.
상기 Sn-Pb 2원계 합금 중 주석(Sn) 63 중량%와 납(Pb) 37 중량%가 배합되어 조성된 합금은 융점이 183℃이고, 응고 범위(액상선 188℃, 고상선 183℃)가 매우 좁아 공정 솔더로 많이 이용되었다.
또한, 상기와 같이 63중량%의 주석(Sn)과 37중량%의 납(Pb)이 배합되어 조성된 솔더의 여러 가지 물리적 특성을 측정하여 아래의 표1에 나타내었다.
그러나, 종래 기술에 의한 솔더 조성물은 인체에 유해한 납(Pb) 성분을 전체 조성비 100중량% 에 대해 적어도 30중량% 이상씩 다량 함유하고 있기 때문에 폐기시 유독성 납(Pb)의 용출량이 많아 - 산성용액(PH4)에 침적시켜 보면 납(Pb) 용출량이 40-50ppm이 되며, 이는 산업 폐기물 관련 법규의 규정에도 크게 위배되는 수치임 - 환경오염, 자연 생태계 파괴 등을 초래하여 생태계에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공정 솔더에 적합한 기계적·전기적 특성 및 작업성을 가지면서도 환경오염 규제 대상물인 납(Pb) 성분을 전혀 포함하지 않는 무연솔도 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무연 솔더 조성물은 주석(Sn)과, 은(Ag)과, 비스무스(Bi)와, 인듐(In)으로 구성된 무연 솔더 조성물에 있어서, 상기 주석(Sn)은 82-93중량%, 은(Ag)은 2중량%, 비스무스(Bi)는 3-10중량%, 인듐(In)은 2-6 중량%가 배합되어 조성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 무연 솔더 조성물의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 무연 솔더 조성물은 주석(Sn)과, 은(Ag)과, 비스무스(Bi)와, 인듐(In)으로 구성된다.
여기서, 상기 주석(Sn)은 독성이 없고 접합모재의 퍼짐성을 좋게 하는 솔더의 조성에 필수적인 성분으로서, 최적 함유량은 전체 조성비 100중량%에 대해 82-93 중량%이다.
또한, 상기 은(Ag)은 솔더의 열피로성을 향상시키는 성분으로서, 최적 함유량은 전체 조성비 100중량%에 대해 2중량%이다.
또한, 사이 비스무스(Bi)는 주석(Sn)의 융점(232℃)을 감소시키는 성분으로서, 최적 함유량은 전체 조성비 100중량%에 대해 3-10중량%이다.
또한, 상기 인듐(In)은 비스무스(Bi)와 함께 솔더의 융점을 감소시키는 동시에 젖음성과 열피로성을 향상시키는 성분으로서, 최적 함유량은 전체 조성비 100중량%에 대해 2-6중량%이다.
이와같은 조성에서, 상기 비스무스(Bi)의 함유량이 증가할수록 드로스(dross)성은 감소하나 인듐(In)의 함유량이 증가할수록 드로스에 대한 저항성이 증가되어 무연 솔더 합금의 산화 발생이 최소화된다.
[제1, 2, 3 실시예]
본 발명의 제1실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 주석(Sn) 93중량%와, 은(Ag) 2중량%와, 비스무스(Hi) 3중량%와, 인듐(In) 2중량%가 배합되어 조성된다.
본 발명의 제2실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 주석(Sn) 91중량%와, 은(Ag) 2중량%와, 비스무스(Hi) 3중량%와, 인듐(In) 4중량%가 배합되어 조성된다.
본 발명의 제3실시예에 의한 무연 솔도 조성물은 주석(Sn) 89중량%와, 은(Ag) 2중량%와, 비스무스(Bi) 3중량%와, 인듐(In) 6중량%가 배합되어 조성된다.
상기와 같이 조성된 본 발명의 제1, 2, 3실시예에 의한 무연솔더 조성물의 여러 가지 물리적 특성을 측정하여 아래의 표 2에 나타내었다.
상기한 표 2에 나타난 물성 측정치를 살펴보면 융점은 공정 솔더에 적합한 180-200℃ 범위를 약간 벗어나는 경우도 있으나 비교적 상기 범위 내에 있고, 응고 범위가 매우 좁아 공정 솔더에 적합하고, 젖음시간(wetting time)과 젖음력(wetting force)은 표 1에 나타난 종래의 Sn-Pb 2원계 솔더와 거의 동등하거나 더 우수하며, MIL Spec.을 만족한다.
또한, 표 1과 표 2에 나타난 물성 측정치를 근거로하여 본 발명의 제1, 2실시예에 의한 Sn-Pn-Ag-Bi 4원계 솔더와 종래의 Sn-Pb 2원계 솔더를 계속 비교해 보면 경도는 본 발명이 종래 기술보다 2-3배 정도 높고, 인장강도는 본 발명과 종래기술이 거의 동등하나, 연신율은 본 발명이 종래 기술보다 약간 낮다.
아울러, 본 발명의 실시예에 의한 무연 솔더 합금의 미세조직을 살펴보면 셀룰라 덴드라인트(cellular dendfrite)조직, 덴드라이트 바운드리(dendrite boundary)에서 공정조직이 나타나고, 전체적으로 조직이 매우 미세하여 기계적 특성이 향상된다.
결국, 본 발명에 의한 무연 솔더는 상기에서 설명한 각 구성 성분의 작용과 각 실시예의 물적 측정치에서 미루어 알 수 있듯이 종래 기술의 솔더와 동등하거나 더 우수한 기계적·전기적 특성 및 작업성을 가지므로 종래 기술의 Sn-Pb 2원계 솔더와 마찬가지로 공정 솔더에 적합하다.
또한, 상기와 같이 납(Pb) 성분을 전혀 포함하지 않은 무연 솔더는 폐기시 산성용액(PH4)의에서의 납(Pb) 용출량이 0이 되므로 납 용출에 따른 환경오염을 유발시키지 않는다.
이와 같이 본 발명은 종래 기술의 Sn-Pb 2원계 공정 솔더와 동등하거나 더 우수한 기계적전기적 특성 및 작업성을 가지면서 인체에 유해한 납(Pb) 성분을 전혀 포함하지 않기 때문에 폐기시 납(Pb) 용출에 따른 환경오염, 자연 생태계 파괴 등의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 소수의 실시예로 설명되어 있지만 첨부된 청구 범위 내에서 그 이상의 실시예 조성이 가능하고, 당 업계에 숙련된 사람이면 본 발명을 다양하게 변화 및 변형시킬 수 있으나 그러한 변화 및 변형은 첨부된 본 발명의 청구 범위 영역에 속하는 것을 알 수 있다.

Claims (1)

  1. 주석(Sn)과, 은(Ag)과, 비스무스(Bi)와, 인듐(In)으로 구성된 무연 솔더 조성물에 있어서, 상기 주석(Sn)은 82-93중량%, 은(Ag)은 2중량%, 비스무스(Bi)는 3-10중량%, 인듐(In)은 2-6중량%가 배합되어 조성된 것을 특징으로 하는 무연 솔더 조성물.
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