KR100444786B1 - Smokeless solder composition of low melting point be improved mechanical attrbute - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기계적 성질이 개선된 저융점의 무연땜납 조성물에 관한 것으로써, Sn-Pb계 합금은 인체에 해로운 납을 다량 함유하고 있어서 무연땜납을 주로 사용하는데 종래의 무연땜납은 인듐을 다량 함유한 것은 비싼 가격에 비해 품질이 떨어지고, 아연(Zn)을 사용한 것은 납땜 후 취성이 발생하여 모재와의 젖음성과 경도가 떨어지는 문제점으로 인해 이상적인 납땜을 할 수 없었다.The present invention relates to a low-melting lead-free solder composition with improved mechanical properties. Sn-Pb-based alloys contain a large amount of lead harmful to humans, and lead-free solders are used. Conventional lead-free solders contain a large amount of indium. The quality was poor compared to the expensive price, and the use of zinc (Zn) could not be ideal soldering due to the problem of brittleness after soldering and the wettability and hardness of the base material falls.
본 발명은 상기 문제점의 해결을 위해 중량비로 구리(Cu)2-4중량%, 안티몬(Sb)2-12중량%, 은(Ag)1-3중량% 에 잔부 주석(Sn)으로 조성한 무연땜납으로서, 이러한 본 발명의 무연땜납은 경도가 강하여 납땜 후 최종 접합강도가 기존의 무연땜납에 비하여 월등히 향상된 효과가 있고, 또한 납이 함유되어 있지 않아서 작업환경 등의 개선효과가 높으며, 종래의 무연땜납 조성물보다 높은 용융온도 및 응고온도 구간을 갖고 있어 젖음성이 상당히 우수하고, 경도의 개선에 의해 표면 후처리 사상작업인 연삭성이 매우 우수한 것이다.In order to solve the above problems, the present invention is a lead-free solder composed of copper (Cu) 2-4% by weight, antimony (Sb) 2-12% by weight, silver (Ag) 1-3% by weight of tin (Sn). As such, the lead-free solder of the present invention has a high hardness, so that the final bonding strength after soldering is significantly improved compared to the conventional lead-free solder, and also does not contain lead, and thus the effect of improving the working environment is high. It has a higher melting temperature and solidification temperature section than the composition, and the wettability is considerably excellent, and the surface workability finishing operation is very excellent in grinding ability by improving the hardness.
Description
본 발명은 기계적 성질이 개선된 저융점의 무연땜납 조성물에 관한 것으로써, 더욱 상세히는 자동차 차체구조의 부품과 부품의 내/외관 연결부 용접 또는 용접부 용접불량을 수정하거나 자동차용 전자기기 및 부속 배선 등을 납땜하고자 할 때 땜납성과 기계적 성질이 매우 우수하고, 땜납 모재에 반복하중과 일정 피로강도를 필요로 하는 경우에 적당하면서도 납땜 후에 표면 후처리 작업성이 좋아서 기계적 성질이 개선된 저융점의 무연땜납 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a low-melting lead-free solder composition with improved mechanical properties, and more particularly, to correct welding of internal / external connections or weld failures of parts and components of a vehicle body structure, automotive electronic devices, and accessory wiring. Low-melting lead-free solder that has excellent solderability and mechanical properties when soldering, and is suitable for the case where cyclic load and constant fatigue strength are required for the solder base material, but the mechanical properties are improved due to good surface post-treatment after soldering. It relates to a composition.
일반적으로 납땜(soldering)은 납재를 사용해서 모재(母材)를 녹이지 않고 접합하는 방법으로서, 즉 접합부를 용융시키지 않고 좁은 모재(母材)의 경계면에 표면장력의 작용에 의해 모재보다 융점이 낮은 금속(합금)을 용융 첨가하여 접합하는 땜방법을 말하며, 이 경우 납과 합금화(合金化)하는 아주 작은 부분을 제외하고는 모재의 금속은 녹지 않고 고체 그대로 있다.In general, soldering is a method of joining a base material without melting the base material by using a brazing material, that is, melting point is lower than that of the base material by the action of surface tension on the interface of the narrow base material without melting the joint part. It refers to a soldering method in which a low metal (alloy) is melted and joined. In this case, except for a very small portion alloyed with lead, the metal of the base metal does not melt and remains solid.
상기 납땜은 보통 사용하는 땜납의 녹는점이 450℃ 보다 높은지 낮은지를 구별하여, 450℃ 보다 높은 고온에서 녹는 납을 사용하는 것은 경(硬)납땜 또는 브레이징(brazing)이라 하고, 녹는점이 450℃ 보다 낮은 납을 사용하는 것은 연(軟)납땜 또는 일반적으로 말하는 납땜이라 한다.The solder is distinguished whether the melting point of the commonly used solder is higher than or lower than 450 ℃, the use of lead melting at a higher temperature than 450 ℃ is called hard soldering or brazing, the melting point is lower than 450 ℃ The use of lead is referred to as lead soldering or generally speaking soldering.
상기와 같이 용융점이 450℃ 이상인 경납땜에 사용하는 경납으로는 황동납·은납·양은납·망간납·금납 등이 있으며, 황동납은 아연량이 40~70% 로 변하는 데 따라 녹는점은 740~900℃로 변하고, 은납은 은-구리의 공정합금(共晶合金)에 다시 녹는점을 내리기 위해 아연·카드뮴·주석을 첨가한다. 양은납은 구리-니켈-아연의 합금인데, 보통의 것은 아연이 11~13%, 니켈이 42~50% 이다. 망간납은 구리-망간 또는 구리-아연-망간의 합금이고, 금납은 녹는점이 983~1,020℃인 금-은-구리 합금인데, 필요에 따라 아연·카드뮴을 첨가한다.As mentioned above, braze used for brazing with melting point of 450 ℃ or higher includes brass lead, silver lead, silver lead, manganese lead and gold lead, and the melting point of brass lead is 40 ~ 70%. At 900 ° C, silver lead is added zinc, cadmium, and tin to bring the melting point back to the eutectic alloy of silver-copper. Lead silver is an alloy of copper-nickel-zinc, usually 11-13% zinc and 42-50% nickel. Manganese lead is an alloy of copper-manganese or copper-zinc-manganese, and gold-lead is a gold-silver-copper alloy having a melting point of 983 to 1,020 ° C. Zinc and cadmium are added as necessary.
상기 경납은 냉연/열연 압연강, 스테인레스강, 알루미늄합금 등의 판과 관의동종 및 이종 모재에 적용되며, 기계적 강도, 내식성, 내열성, 내마모성은 우수하지만 융점이 높아 용접열에 의해서 모재의 열변형이 발생하므로 모재의 표면 후처리(판금 및 사상) 공정을 필요로 한다.The braze is applied to homogeneous and dissimilar substrates of plates and pipes such as cold rolled / hot rolled steel, stainless steel, and aluminum alloy, and has excellent mechanical strength, corrosion resistance, heat resistance, and abrasion resistance, but has high melting point. As such, it requires a surface post-treatment (sheet metal and finishing) process of the base metal.
또한, 자동차 차체구조의 부품과 부품의 내/외관 연결부를 용접하기 위해 종래에는 경납땜의 일종으로 가스금속아크 용접법인 불활성아크용접(Metal insert gas welding)으로 용가제(metal filler)인 CuSi3계를 사용하여 왔으나, 이는 융점이 1025℃ 로서 아크용접열에 의한 모재의 손상 즉, 열변형 및 용접표면 연소가 발생하게 되는 문제점이 있다.In addition, in order to weld the parts of the vehicle body structure and the internal / external connections of the parts, conventionally, as a kind of brazing, CuSi3 based metal filler is used by metal insert gas welding, which is a gas metal arc welding method. Although it has been used, this is a melting point of 1025 ℃ there is a problem that the damage of the base material due to arc welding heat, that is heat deformation and welding surface combustion occurs.
그리고, 450℃ 이하의 용융점에서 행하는 연납땜(납땜)은 기계적 강도를 필요로 하는 부분에 부적합하지만, 융점이 낮아 열변형이 없고 거의 모든 금속을 접합시킬 수 있으며, 전기부품의 접합과 수밀 및 기밀을 요하는 부분에 적용되고 있고, 자동차 차체 외판에 국부적인 손상이나 경납땜 부분의 용접이음부 용접불량 (pin hole) 수정용으로 적용되어 왔다.In addition, soldering performed at a melting point of 450 ° C. or lower is unsuitable for a part requiring mechanical strength, but has a low melting point, no thermal deformation, and almost all metals can be joined. It has been applied to parts that require, and has been applied for local damage to automobile body shells or for fixing pin holes of welded parts.
상기 연납땜에 땜 소재로 사용하는 땜납은 그 사용용도에 적합하도록 고유한 특성을 고려하며, 용융온도 및 응고온도 범위와 모재와의 친화력(젖음성(wetting)과 유동성(flow)을 말함), 모재의 종류, 표면상태, 땜납 작업방법 특히 가열방법, 분위기, 플럭스의 종류 및 특성에 따라 선택 사용되며, 땜납의 강도는 합금 자체의 강도도 중요하지만 모재강도, 접합간격, 모재형상, 브레이징 조건에 따라 선택 적용된다.Solder used as the solder material for the soldering, considering the unique characteristics to suit its use, the melting temperature and solidification temperature range and affinity with the base material (wetting and flow), the base material It is used depending on the type, surface condition, solder working method, especially heating method, atmosphere, and type and characteristics of the flux.The strength of the solder is also important for the strength of the alloy itself, but it depends on the strength of the base, the spacing of the joint, the shape of the base, and the brazing conditions. Optional applies.
즉, 특정용도에 따라 선택된 땜납은 인접한 부품, 특히 온도에 민감한 부품에 손상을 주지 않을 정도로 낮은 용융온도를 가져야 할 뿐만 아니라 납땜 후 사용중 접합상태가 열적으로 안정되도록 높은 용융온도 범위를 갖는 것이 필요하다.That is, the solder selected according to a particular application needs to have a low melting temperature not to damage adjacent parts, especially temperature sensitive parts, and a high melting temperature range so that the joint state is thermally stable during use after soldering. .
여기서, 합금의 용융온도 범위란 합금의 고상선과 액상선의 온도차이를 말하는 것으로 합금의 유동도, 납땜 후 부위 형상, 작업성, 브레이징 접합간격을 고려하면 용융온도 범위가 일반적으로 짧은 경우 유동도 및 작업성이 좋고 비교적 땜납 접합 간격이 좁은 곳에 좋다. 그리고, 브레이징 접합간격이 큰 경우 고상선과 액상선의 차이가 긴 합금을 사용하는 것이 바람직하다.Here, the melting temperature range of the alloy refers to the temperature difference between the solid state and the liquidus of the alloy, and considering the flowability of the alloy, the shape of the site after soldering, workability, and the brazing junction spacing, the flow rate and the work when the melting temperature range is generally short. It is good in a good place and relatively narrow solder joint spacing. In addition, when the brazing joint spacing is large, it is preferable to use an alloy having a long difference between the solidus and the liquidus.
상기 특성을 갖는 종래의 땜납으로 예를 들면 연납(solder)으로는 Sn-Pb계 합금이며, 경납(brazing)으로는 Cu-Si3계를 들 수 있는데, 이 중 상기 Sn-Pb계 합금은 가격대비 여러가지 기계적, 물리적 특성이 우수하여 주로 배관, 열교환기와 같은 구조용과 일반 전자산업용으로 다양하게 사용되고 있다.Conventional solders having the above characteristics include, for example, Sn-Pb-based alloys as solders, and Cu-Si3-based alloys as brazings, among which the Sn-Pb-based alloys have a price ratio. Because of its excellent mechanical and physical properties, it is mainly used for structural and general electronic industries such as piping and heat exchangers.
그러나, 상기 Sn-Pb계 합금은 납을 함유하고 있고, 납은 분해되지 않는 금속으로 일단 사람이 섭취하면 외부로 방출되지 않고 체내에 축적되므로 일례로 미국산업안정청(OSHA)은 직업적으로 안정한 최고치를 40㎍/㎗ 이하로 규정하고 있다.However, since the Sn-Pb-based alloy contains lead, and lead is a metal that does not decompose, once it is ingested by humans, the Sn-Pb-based alloy is accumulated in the body without being released to the outside. It is prescribed | regulated to 40 micrograms / sec or less.
따라서, 연납땜으로 사용하는 땜납으로 납이 함유되지 않은 무연땜납을 개발하고 있으며, 이러한 무연땜납의 조성물은 이미 광범위하게 선행기술에서 보고된 바 있다. 즉, 기본적 성분과 비율을 잘 선택함으로써 특정 요구와 용도에 알맞는 무연 땜납이 많이 개발되어 왔다.Therefore, lead-free solders containing no lead as solders used for soldering have been developed, and compositions of such lead-free solders have been widely reported in the prior art. That is, many lead-free solders have been developed to suit specific needs and applications by well selecting basic components and ratios.
그 일례로 미국특허 제5,256,370호에는 접합, 봉합, 전자부품 등에 사용되는납땜용 무연땜납이 제시되어 있으며, 이는 주석(Sn: 50-92%), 은(Ag: 1-6%), 인듐 (In: 4-35%)의 조성을 갖는 땜납으로서, 전자부품의 접합에 사용하기 위해 인듐을 다량 함유하고 있는 것이 특징이다.For example, U. S. Patent No. 5,256, 370 shows lead-free solder for soldering used in bonding, sealing, electronic parts, etc., which includes tin (Sn: 50-92%), silver (Ag: 1-6%), indium ( In: 4-35%), the solder is characterized by containing a large amount of indium for use in joining electronic components.
그러나, 상기 땜납의 조성물중 인듐은 가격이 상당히 비싸고, 특히 5% 이상 첨가하는 경우에는 미세 조직상에 γ-Sn(Hexagonal)상이 나타나게 되어 온도변화에 따라 β-Sn(Fase Centered Cubic)으로의 상변이가 일어나 납땜 접합부위의 신뢰성에 문제가 발생하는 단점이 있다.However, indium in the composition of the solder is quite expensive, especially when 5% or more is added, the γ-Sn (Hexagonal) phase appears on the microstructure, the phase change to β-Sn (Fase Centered Cubic) with temperature changes This is a disadvantage that the problem occurs in the reliability of the solder joint.
그 외 Sn-Pb계 합금보다 여러가지 기계적, 물리적 특성이 우수한 무연땜납 조성물로 아연(Zn)을 사용하여 전자패키지 분야 및 배선용으로 개발된 것이 있는데, 이는 땜납 모재가 냉연/열연 압연강판, 스테인레스강판, 알루미늄합금, 동판 및 관의 후판일 경우 아연(Zn)이 3% 이상 첨가된 땜납 조성물은 납땜 후 취성이 발생하여 모재와 젖음성이 떨어지는 문제점이 있다.Other lead-free solder compositions with better mechanical and physical properties than Sn-Pb-based alloys have been developed for electronic packaging and wiring using zinc (Zn) .The solder base materials are cold rolled / hot rolled steel, stainless steel, In the case of the aluminum alloy, copper plate and tube thick plate, the solder composition to which zinc (Zn) is added 3% or more has a problem in that brittleness occurs after soldering and the base material and wettability are inferior.
또한, 그 뿐만 아니라 납땜 후 용접부의 후 처리 사상작업을 하면 땜납 조성물의 경도가 현저히 떨어져 사상작업에 의해 발생되는 표면열에 의해 땜납 부분이 녹아내리는 문제점도 있다.In addition, there is also a problem in that the post-treatment finishing work of the welded part after soldering causes a significant decrease in the hardness of the solder composition, thereby melting the solder part by the surface heat generated by the finishing work.
본 발명은 상기한 종래 무연땜납의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 자동차용 전자기기 배선용으로 사용 가능한 융점을 갖는 동시에 응고온도 범위가 좁고 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 특히 냉연/열연 압연강판, 스테인레스강판, 알루미늄합금, 동판 및 관 등의 땜납 모재에 반복하중과 일정 피로강도를 필요로 하는 경우에 적당하면서도 납땜 후 표면 후처리 작업성이 우수한 기계적 성질이 개선된 저융점의 무연땜납 조성물을 제공하는데 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the conventional lead-free solder, and the object of the present invention is not only to have a melting point that can be used for automotive electronics wiring, but also to have a narrow solidification temperature range and excellent mechanical properties, in particular cold rolling. Low melting point with improved mechanical properties after soldering and suitable for cases where repeated loading and constant fatigue strength are required for solder base materials such as hot rolled rolled steel, stainless steel, aluminum alloy, copper plate and pipe It is to provide a lead-free solder composition.
이러한 본 발명은 주석(Sn)을 주요 조성물로 하면서 이에 구리(Cu), 안티몬 (Sb), 은(Ag) 을 적당량 복합 첨가하는 저융점의 무연땜납 조성물로 구성하면 납땜시의 젖음성 등이 현저히 향상되고 납땜을 한 다음 용접부의 후 처리 사상작업이 용이하므로 상기 목적을 효과적으로 달성할 수가 있다.In the present invention, when the tin (Sn) is a main composition and a low melting lead-free solder composition in which an appropriate amount of copper (Cu), antimony (Sb), and silver (Ag) is added thereto, the wettability during soldering is significantly improved. After the soldering, the post-processing work of the weld is easy, and thus the above object can be effectively achieved.
도 1 은 종래의 땜납들과 본 발명에 의한 무연땜납의 항복강과 인장강, 연신율 등의 기계적 특성을 비교하여 나타낸 그래프1 is a graph showing the comparison between the mechanical properties such as yield steel, tensile steel, elongation, etc. of the lead-free solder according to the conventional solders
도 2 는 종래의 Sn-37Pb 땜납과 본 발명의 예1 에 대한 응력- 변형관계를 측정하여 나타낸 선도Figure 2 is a diagram showing the measurement of the stress-strain relationship between the conventional Sn-37Pb solder and Example 1 of the present invention
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
Sn : 주석 Ag : 은Sn: Tin Ag: Silver
In : 인듐 Cu : 구리In: Indium Cu: Copper
Sb : 안티몬 Bi : 비스무트Sb: Antimony Bi: Bismuth
이하, 본 발명의 상기 목적을 효과적으로 달성할 수 있는 바람직한 실시예의 기술구성 및 작용을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings the technical configuration and operation of a preferred embodiment that can effectively achieve the above object of the present invention.
본 발명은 구리(Cu)2-4중량%, 안티몬(Sb)2-12중량%, 은(Ag)1-3중량% 에 잔부 주석(Sn)으로 조성되는 저융점의 무연땜납 조성물을 특징으로 한다.The present invention is characterized by a low melting lead-free solder composition composed of 2% by weight of copper (Cu), 2-12% by weight of antimony (Sb), and 1-3% by weight of silver (Ag). do.
여기서, 상기 본 발명의 무연땜납 조성물에 함유되는 은(Ag) 성분은 땜납의 젖음성, 크리프특성, 내식성, 전기전도도 및 열전도도를 개선시키는 역할을 하고, 자체로는 강하지 않지만 다른 원소와 결합하면 강한 강도를 가진다.Here, the silver (Ag) component contained in the lead-free solder composition of the present invention serves to improve the wettability, creep property, corrosion resistance, electrical conductivity and thermal conductivity of the solder, and is not strong by itself but strong when combined with other elements. Has strength.
또한, 은 합금은 용융할 때 강한 침투력을 가지기 때문에 강한 접합면을 얻을 수 있다. 따라서, 그 함유량은 1-3중량% 함유되게 함이 바람직하다. 그 이유는 은(Ag) 성분 함유량이 3중량% 이하로 되면 젖음성 개선에 효과적이며, 금속의 변형(cleep)특성을 매우 안정적으로 유지시켜 주기 때문이다.In addition, since the silver alloy has a strong penetration force when molten, a strong bonding surface can be obtained. Therefore, it is preferable to make the content contain 1-3 weight%. The reason is that when the content of silver (Ag) is 3% by weight or less, it is effective in improving the wettability and maintains the cleep property of the metal very stably.
그리고, 상기 구리(Cu) 성분은 젖음성을 개선시키는 한편 열전도성, 도전성, 내부식성, 경도 개선용으로 전자기기 및 배선용 및 땜납모재가 냉연/열연 압연강판, 스테인레스강판, 알루미늄합금, 동판 및 관 일 경우 즉, 사용 용도에 따라 적용을 달리하는데 온도변화에 따라 γ-Sn01 β-Sn 으로 상변이가 일어나 납땜성이 저하되므로 구리 성분은 2-4중량% 범위내에서 함유되는 것이 바람직하다.In addition, the copper (Cu) component improves the wettability and is used for the improvement of thermal conductivity, conductivity, corrosion resistance, and hardness, and is used for electronic devices, wiring, and solder base materials as cold rolled / hot rolled steel sheets, stainless steel sheets, aluminum alloys, copper sheets, and pipes. In other words, the application is different depending on the intended use, but the phase change to γ-Sn01 β-Sn occurs due to the temperature change, and thus the solderability is lowered.
그리고, 안티몬(Sb)은 베어링합금, 축전지용 극판 등에 사용되는 금속으로 의약품이나 안료로 사용되고 있으며, 침상 수지상정 생성을 제어하여 다른 미세구조를 갖도록 하므로서 경도 개선용 첨가제로 사용한 것으로 3% 이상 적용시 경도가 현저히 높아지게 된다.In addition, antimony (Sb) is a metal used in bearing alloys, battery plates, etc., and is used as a medicine or pigment, and used as an additive for improving hardness by controlling the formation of acicular dendritic compounds to have different microstructures. The hardness is significantly higher.
상기 조성을 갖는 땜납은 금속 원재료를 계량하여 대기중에서 포트(pot)나 도가니를 사용하여 가열/교반하면서 용해하는 통상의 방법에 의해 주조되어 제조될 수 있다.Solder having the above composition can be cast and manufactured by a conventional method of measuring a metal raw material and melting it by heating / stirring using a pot or crucible in the air.
이때, 대기중에서 용해하는 것은 금속원료중의 불순물 또는 비금속 개재물과 합금용량이 대기와 반응하여 땜납 합금중에 용존질소나 용존산소와 같은 용존가스가 잔류하게 되며, 이로 인해 땜납 모재표면의 젖음성을 방해하여 납땜성이 저하되거나 땜납 접합부에 기공(void)이 발생되기 때문에 젖음성 뿐만 아니라 연전도도, 열피로특성 및 제품 신뢰성에 문제가 발생될 소지가 있다.At this time, dissolving in the atmosphere, impurities or non-metallic inclusions and alloy capacity in the metal raw material reacts with the atmosphere, so that dissolved gases such as dissolved nitrogen and dissolved oxygen remain in the solder alloy, thereby disturbing the wettability of the solder base surface. Since solderability is degraded or voids are generated in the solder joint, there is a possibility that problems may occur not only in wettability but also in electrical conductivity, thermal fatigue characteristics, and product reliability.
본 발명의 무연땜납은 여러가지 형태(ingot, rectangular, circular 등)로 제조될 수 있으며, 또한 다양한 크기의 구형 분말로도 제조될 수 있다. 상기 분말형태의 땜납의 경우에는 적당한 플럭스(flux)와 혼합하여 페이스트(solder paste)로도 제조가 가능하다.The lead-free solder of the present invention may be produced in various forms (ingot, rectangular, circular, etc.), and may also be made of spherical powders of various sizes. In the case of the solder in the form of powder, it can be prepared as a solder paste by mixing with a suitable flux.
이렇게 제조된 본 발명의 무연땜납은 경도가 양호하므로 산업용으로 전반에 걸쳐 경납땜 대체로 사용가능하며, 자동차용 전자부품의 전자기기 배선용은 물론 특히 자동차 차체구조의 부품과 부품의 내/외관 연결부 용접 및 용접부 용접불량 수정용 또는 동적인 하중과 충격을 받는 전자기기 배선용과 배관의 용접, 열교환기의 구조용으로 사용가능한 기계적인 특성과 용점을 갖고 있다.The lead-free solder of the present invention manufactured as described above has good hardness, so that it can be used as an alternative to brazing throughout the industrial field, and is used for electronic device wiring of automotive electronic parts, as well as welding of internal / exterior connections of parts and components of automobile body structures. It has mechanical properties and advantages that can be used for correcting welding defects of welds, wiring of electronic devices subjected to dynamic loads and impacts, welding of pipes, and construction of heat exchangers.
또한, 응고범위가 좋아 단계적인 자동납땜에 매우 유리하고, 종래의 Sn-Pb계 보다도 기계적 강도가 증가되는 한편, 종래의 Sn-Ag계 무연땜납에 비하여 젖음성(납땜성)이 우수한 특징이 있다. 그리고, 플럭스(flux)로서는 로진계플럭스를 그대로 사용할 수 있으며, 본 발명은 인산계 플럭스를 사용하였다.In addition, the solidification range is very advantageous for the step-by-step automatic soldering, mechanical strength is increased compared to the conventional Sn-Pb-based, while the wettability (solderability) is superior to the conventional Sn-Ag-based lead-free solder. As the flux, a rosin-based flux can be used as it is, and the present invention used a phosphate-based flux.
이하, 본 발명을 여러 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to various examples.
[실시예 1]Example 1
아래의 표1과 같은 조성을 갖도록 고주파 유도로를 사용하여 대기중에서 용해하여 주조한 다음 주조된 땜납에 대하여 고상선 온도와 액상선 온도를 측정하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.After melting and casting in air using a high frequency induction furnace to have a composition as shown in Table 1 below, the solidus temperature and the liquidus temperature were measured for the cast solder, and the results are shown in Table 1 below.
상기 표에 나타난 바와 같이 주석 - 은 - 구리 - 안티몬으로 조성되는 본 발명의 예1~ 예3 의 경우에는 액상선 온도가 230~242℃ 범위내에서 고상선온도가 226 ~230℃ 범위내이고, 응고온도는 4~5℃의 범위이며, 인장강도는 8.7~13.7(kgf/㎡) 범위내로서, 이는 종래의 예1~예3 조성보다 기계적 특성이 우수함을 알 수 있다.In the case of Examples 1 to 3 of the present invention, which is composed of tin-silver-copper-antimony, as shown in the table, the liquidus temperature is in the range of 230 to 242 ° C, and the solidus temperature is in the range of 226 to 230 ° C. Solidification temperature is in the range of 4 ~ 5 ℃, tensile strength is within the range of 8.7 ~ 13.7 (kgf / ㎡), it can be seen that the mechanical properties are superior to the conventional compositions of Examples 1 to 3.
그리고, 납땜성과 우수한 기계적 특성이 요구되는 자동차 전자기기 및 배선용 뿐만 아니라 산업용으로 특히 자동차 차체구조의 부품과 부품의 내/외관 연결부 용접 또는 용접부 용접불량을 수정하기 위한 용도 등에 널리 사용될 수 있는 땜납 특성을 갖고 있음을 알 수 있다.In addition, it is not only used for automotive electronic devices and wiring requiring solderability and excellent mechanical properties, but also for soldering, which is widely used for industrial purposes, especially for welding internal / external connections of parts and parts of automobile body structures or for correcting welding defects. It can be seen that.
[실시예 2]Example 2
본 발명에 의한 무연땜납과 종래의 Sn-Pb계 납땜과의 특성을 서로 비교하기 위하여 상기 표1에서 종래의 Sn-37Pb 땜납 합금과 본 발명의 예1 에 의한 무연땜납에 대하여 기계적 특성을 비교한 것으로서 그 결과는 별첨된 도 1 과 같다.In order to compare the characteristics of the lead-free solder according to the present invention and the conventional Sn-Pb-based solder, the mechanical properties of the conventional Sn-37Pb solder alloy and the lead-free solder according to Example 1 of the present invention are compared in Table 1 above. The results are as shown in FIG. 1 attached.
즉, 도 1 은 종래의 땜납들과 본 발명에 의한 무연땜납의 항복강과 인장강, 연신율 등의 기계적 특성을 비교하여 나타낸 그래프로서, 이에 나타난 바와 같이본 발명의 예1의 경우 종래의 Sn-37Pb 납땜에 비하여 오히려 인장강도와 경도가 우수함을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 무연땜납을 이용하는 경우가 종래의 Sn-Pb계 땜납보다 더 최종 접합강도가 더 우수하고 표면 후처리 사상작업의 연삭성이 개선됨을 의미한다.That is, Figure 1 is a graph showing the comparison between the mechanical properties, such as yield steel and tensile steel, elongation of the conventional solders and lead-free solder according to the present invention, as shown in Example 1 of the present invention conventional Sn-37Pb It can be seen that the tensile strength and hardness is superior to the soldering, and the lead-free solder of the present invention has better final bonding strength than the conventional Sn-Pb-based solder and the grinding property of the surface post finishing finishing work. Means improved.
또한, 도 2 는 종래의 Sn-37Pb 땜납과 본 발명의 예1 에 대한 응력- 변형관계를 측정하여 나타낸 선도로서, 이에 나타난 바와 같이 본 발명 예1 의 무연땜납의 경우 Sb 첨가에 의해 AgSn 석출상을 더욱 균일하게 하기 때문에 젖음성과 경도가 우수하게 되며, 종래기술에 의한 무연땜납의 문제점인 취성(brittle)을 개선하게 된다.FIG. 2 is a diagram showing the measurement of the stress-strain relationship between the conventional Sn-37Pb solder and Example 1 of the present invention. As shown therein, in the case of the lead-free solder of Example 1 of the present invention, AgSn precipitated phase was added by Sb addition. Since we make it more uniform, wetting and hardness are excellent, and brittle, which is a problem of the lead-free solder according to the prior art, is improved.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 무연땜납은 종래의 Sn-Pb계 땜납에 비하여 기계적 성질이 우수하여 납땜 후 최종 접합강도가 기존의 무연땜납에 비하여 월등히 향상된 효과가 있으며, 특히 납이 함유되지 않아서 작업환경 등을 개선할 수 있고, 또한 종래의 무연땜납 조성물보다 높은 용융온도 및 응고온도 구간을 갖으므로 젖음성이 우수하고, 경도의 개선에 의해 표면 후처리 사상작업인 연삭성이 우수한 효과도 있다.As described above, the lead-free solder according to the present invention has superior mechanical properties compared to the conventional Sn-Pb-based solder, and thus the final bonding strength after soldering is significantly improved compared to the conventional lead-free solder, and particularly, no lead is contained. It is possible to improve the working environment and the like, and also has a higher melting temperature and solidification temperature section than the conventional lead-free solder composition. .
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|---|---|---|---|---|
| US11285569B2 (en) | 2003-04-25 | 2022-03-29 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Soldering material based on Sn Ag and Cu |
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| KR19980068127A (en) * | 1997-02-15 | 1998-10-15 | 김광호 | Lead-Free Alloys for Soldering |
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-
2001
- 2001-11-26 KR KR10-2001-0073671A patent/KR100444786B1/en not_active IP Right Cessation
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