KR100436455B1

KR100436455B1 - 무납납땜합금

Info

Publication number: KR100436455B1
Application number: KR10-2001-0037369A
Authority: KR
Inventors: 사와무라다다시; 고미야히사시; 이나자와쓰구오; 나카가와후지오
Original assignee: 니혼 아루밋토 가부시키가이샤
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2004-06-22
Also published as: US6692691B2; SG111021A1; CN1192850C; JP2002011592A; CA2351912A1; CN1329964A; EP1166938A3; TW527252B; EP1166938A2; JP3786251B2; US20020015659A1; KR20020002263A; MY126111A; CA2351912C

Abstract

Pb이 전혀 포함되지 않고, 피접합부인 프린트기판의 Cu가 구성원소인 Ni과 결합함으로써, 납땜합금 중에 확산하는 것을 억제하고, 소위, Cu 침출 현상을 충분히 방지하며, 그 위에 납땜부에 발생하는 미세한 크랙을 억제하고, 더구나 납땜접합부의 기계적 강도가 높은 무납납땜합금을 제공한다.

Ag이 3.5∼6.0중량%, Ni가 0.001∼1.0중량%, 잔부가 Sn으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무납납땜합금이다.

Description

무납납땜합금{Pb-free Soldering Alloy}

본 발명은, Pb을 전혀 포함하지 않은 무납납땜합금에 관한 것이다.

종래, 예컨대, 특개평10-13015호 공보 및 특개평11-277290호 공보에서, Ag, Ni 및 잔부가 Sn으로 이루어지는 Pb를 전혀 포함하지 않은 무납납땜합금이 표시되고 있다.

상술한 특개평10-13015호 공보에서는, Ag, Ni 및 잔부가 Sn으로 이루어지는 Pb를 전혀 포함하지 않은 무납납땜합금이 표시되고 있지만, 구체적성분비가 표시되고 있지 않았다.

또한, 상술의 특개평11-277290호 공보에서는, Ni가, 0.01∼0.5중량%, Ag이 0.5∼3.39중량%, 잔부가 Sn으로 이루어지는 무납납땜합금이 표시되어 있다. 그러나, Ag가 0.5∼3.39중량%라면, 적은 함유량이기 때문에, Sn의 함유량이 많다. 이 때문에, 피접합부인 프린트기판의 Cu가 납땜합금에 확산함으로써, 소위, Cu 침출 (leaching)이 많고, 접합부분의 기계적 강도가 저하한다는 문제점이 있었다.

또한, Sn에 대하여 Ag의 첨가량이 3.5% 미만에서는, 납땜부에 과잉의 Sn이β-Sn으로서 석출하고, 응고시에 납땜상층부에, 수축공(shrinkage cacity)에 의한 미세한 크랙이 발생하였다.

따라서, 본 발명은, Pb가 전혀 포함되지 않고, 피접합부인 프린트기판의 Cu가 구성원소인 Ni와 결합함에 의해, 납땜합금중에 확산하는 것을 억제하고, 소위, Cu 침출 현상을 충분히 방지하며, 그 위에 납땜부에 발생하는 미세한 크랙을 억제하고, 더구나 납땜접합부의 기계적 강도가 높은 무납납땜합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1항의 본 발명은, Ag이 3.5∼6.0중량%, Ni가 0.001∼1.O 중량%, 잔부가 Sn으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무납납땜합금이다.

제2항의 본 발명은, P, Ga, Ge 중 어느 일종 이상을 0.001∼1중량% 첨가하는 제1항에 기재된 무납납땜합금이다.

제1항의 본 발명에 의하면, Sn-Ag 납땜합금에 Ni를 첨가함으로써, 납땜합금중으로 Cu가 확산하는 것을 막는다. 그 때문에, 리드선 등의 가는 동선(銅線)의 납땜시에는, 가는 동선으로부터 납땜합금에 용출하는 Cu가 감소하여, 결과적으로 가는 동선의 동 침출을 방지하고, 가는 동선이 가늘게 되는 것을 억제함으로써 가는 동선 그 자체의 기계적 강도를 확보할 수 있다.

또한, Ni가 납땜에 분산함으로써, 납땜 그 자체의 기계적 강도를 확보할 수 있다는 이점이 있다.

전자부품과 프린트기판을 납땜할 때에, 종래의 Sn-Pb 납땜합금이라도 프린트기판의 Cu박에서 Cu가 납땜합금중으로 용출하여 확산하고 있었다.

그러나, Pb를 포함하는 납땜합금이 환경 문제로 사용할 수 없게 되는 경우, Sn을 주성분으로 하는 무납납땜합금으로서는 Cu의 확산이 종래의 Sn-Pb 납땜합금보다 현저하게 되어 Cu가 다량으로 확산한다. 이것은, 납땜합금중의 Sn에 대하여 Cu는 확산하기 쉽기 때문이다. 그 때문에, 종래부터의 기술로서, Cu 침출을 방지하는 납땜으로서는, Pb가 많이 들어간 것을 사용하고 있었다.

이 때문에, Sn-Ag-Cu계 납땜합금이나 Sn-Ag-Cu-Bi계 납땜합금으로서는 Sn이 주성분이며, 종래의 납땜합금보다 Cu 침출이 증가하여, 리드선 등의 기계적 강도를 저하시킨다.

또한, Ag이 3.5∼6.0중량%라면, 많은 함유량이기 때문에, 납땜합금중의 β-Sn이 감소하고, 미세한 Ag₃Sn이 존재하는 것과, Ni의 분산의 상승효과에 의해, 납땜접합부의 기계적 강도가 높아진다. 또한, Ni를 첨가함으로써, 납땜시에 모재인 동박으로부터 납땜측으로 확산될 것일 Cu가 Ni에 저해되고, 납땜합금 중에 확산하는 것을 방지되는 것을 발견하였다.

제2항의 본 발명에 의하면, P, Ga, Ge 중 어느 일종 이상을 0.001 ∼1중량% 첨가하기 때문에, 납땜시의 납땜합금의 산화를 방지하고, 드로스(dross)의 발생을 억제하여, 양호한 납땜성을 준다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 본 발명을, 그 실시예에 따라서 설명한다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예1에서, Ni가 0.01중량%, P가 0.05중량%, Ag가 3.8중량%, 잔부의 Sn이 96.14중량%으로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 225℃이었다.

실시예2에서, Ni가 0.05중량%, Ga가 0.05중량%, Ag이 3.8중량%, 잔부의 Sn이 96.1중량%로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 225℃이었다.

실시예3에서, Ni가 0.1중량%, Ge가 0.05중량%, Ag이 4.0중량%, 잔부의 Sn이 95.86중량%로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 227℃이었다.

실시예4에서, Ni가 0.3중량%, P이 0.07중량%, Ga가 0.03중량%, Ag이 4.0중 량%, 잔부의 Sn이 95.6중량%로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 290℃이었다.

실시예5에서, Ni가 0.5중량%, Ga가 0.05중량%, Ge가 0.05중량%, Ag이 4.0중량%, 잔부의 Sn이 95.4중량%로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 356℃이었다.

실시예6에서, Ni가 1.0중량%, P가 0.03중량%, Ge가 0.07중량%, Ag이 4.5중 량%, 잔부의 Sn이 94.4중량%로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 420℃이었다.

비교예1에서, Ni가 0.05중량%, Ag이 2.5중량%, 잔부의 Sn이 97.45중량%으로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 224℃이었다.

비교예2에서, Ni가 0.1중량%, Ag이 3.3중량%, 잔부의 Sn이 96.6중량%로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 223℃이었다.

비교예3에서, Ag가 3.5중량%, 잔부의 Sn이 96.5중량%로 이루어지는 무납납땜합금은 그 용융온도는 221℃이었다.

이 납땜을 350℃, 400℃에서 2초간, 납땜을 하여, 납땜부의 Cu 선의 감소를 조사한 결과, Ni를 첨가함으로써, Cu 선의 Cu의 확산이 억제되고 있다는 것을 확인하였다.

<표1>

Cu 침출시험 결과

	Sn중량%	Ag중량%	Ni중량%	P중량%	Ga중량%	Ge중량%	고상선℃	액상선℃	단면율(%)
	Sn중량%	Ag중량%	Ni중량%	P중량%	Ga중량%	Ge중량%	고상선℃	액상선℃	350℃×2초	400℃×2초
실시예1	96.14	3.8	0.01	0.05			221	225	91.7	84.6
실시예2	96.10	3.8	0.05		0.05		221	225	92.9	84.9
실시예3	95.85	4.0	0.1			0.05	221	227	93.3	85.2
실시예4	95.6	4.0	0.3	0.07	0.03		221	290	93.8	86.1
실시예5	95.4	4.0	0.5		0.05	0.05	221	356	94.8	90.1
실시예6	94.4	4.5	1.0	0.03		0.07	221	420	96.7	91.9
비교예1	97.45	2.5	0.05				221	224	85.5	78.2
비교예2	96.6	3.3	0.1				221	223	87.6	79.6
비교예3	96.5	3.5	0				221	221	86.1	80.2
납땜 전의 Cu선	100으로 한 경우

또한, 납땜부의 강도를 조사하기 위해서 황동에 Sn 도금된 1.2 mm 각의 핀을 구멍지름 1.8 mm, 랜드바깥둘레 3.0 mm의 동패턴의 기판에 삽입하여, 납땜을 하였다. 이 때의 납땜합금은, 30 mg으로 하여, 액상 플럭스를 사용하고, 인두로 납땜을 하여, 시험편을 작성하였다. 인두선단부의 온도는, 350 ℃ 및 400℃로 하고,납땜 시간은 모두 2초로 하였다.

작성한 시험편의 핀을 인장시험기를 써서 인장속도 10 mm/분으로 잡아빼고, 또한 필요한 인장하중을 측정하였다. 측정은 5회 행하고, 그 평균치를 표에 나타내었다. 또한, 드로스의 발생량을 측정하기 위해서, 분류(噴流)납땜조에서 납땜합금을 8시간 분류시키고, 발생한 드로스를 취출하여, 칭량을 행하였다.

표2에서는 8시간 분류시킨 드로스량과 1시간당의 드로스량을 나타내었다.

<표2>

인장시험 및 드로스생성시험결과

	인장시험(×10²N)	드로스발생량(100kg당)
	350℃×2초	400℃×2초	8시간 분류	1시간당
실시예1	3.3	3.1	2.43kg	0.30kg
실시예2	3.4	3.1	2.44kg	0.31kg
실시예3	3.7	3.2	2.41kg	0.30kg
실시예4	3.9	3.2	2.35kg	0.29kg
실시예5	4.0	3.3	2.22kg	0.28kg
실시예6	4.4	3.6	2.11kg	0.27kg
비교예1	3.0	2.8	4.35kg	0.54kg
비교예2	3.2	3.0	4.25kg	0.53kg
비교예3	3.2	2.9	4.18kg	0.52kg

본 발명은, Pb가 전혀 포함되지 않고, 피접합부인 프린트기판의 Cu가 구성원소인 Ni와 결합함에 의해, 납땜합금중에 확산하는 것을 억제하고, 소위, Cu 침출 현상을 충분히 방지하며, 그 위에 납땜부에 발생하는 미세한 크랙을 억제하고, 더구나 납땜접합부의 기계적 강도가 높은 무납납땜합금을 제공한다.

Claims

Ag가 3.5∼6.0중량%, Ni가 0.001∼1.0중량%, 잔부가 Sn으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무납납땜합금.
제 1 항에 있어서, P, Ga, Ge 중 어느 1종 이상을 0.001∼1중량% 첨가하는 무납납땜합금.