KR100453074B1

KR100453074B1 - 무연 솔더 합금

Info

Publication number: KR100453074B1
Application number: KR10-2002-0014555A
Authority: KR
Inventors: 성백기
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2004-10-15
Also published as: KR20030075373A

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판(PCB)에 전자부품을 실장하기 위해 사용되는 솔더 합금에 관한 것으로, 납(Pb) 성분을 배제하여 Cu 0.05 내지 2.0중량%, Ni 0.001 내지 2.0중량%, P 0.001 내지 1.0 중량% 및 나머지가 Sn으로 이루어진 4원 합금으로 조성함으로써, 전자부품 실장시 산화 및 브릿지 불량을 대폭 감소시킬 수 있도록 개량한 무연 솔더 합금을 제공함.

Description

무연 솔더 합금{solder alloy}

본 발명은 인쇄회로기판(PCB)에 전자부품을 실장하기 위한 접합재로 사용되는 솔더 합금에 관한 것으로서, 특히 납(Pb) 성분을 배제하여 전자부품 실장시 산화 및 브릿지 불량을 감소시킬 수 있도록 개량한 무연 솔더 합금에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 솔더링(soldering)은 납땜을 이용한 접합기술로서, 특히 인쇄회로기판(PCB)에 반도체칩이나 저항칩과 같은 소형 전자부품을 실장하기 위한 접합재로 이용되고 있다. 이러한 납땜을 이용한 접합기술은 최근 전자제품의 소형경량화와 고기능화에 따라 부품장착의 고밀도화가 요구되므로 한층 더 고도화된 수준이 요구되고 있다. 즉, 부품장착의 고밀도화로 인하여 인쇄회로기판(PCB)과 실장 부품 및 솔더 등이 온도변화나 열팽창 차이, 진동 등에 의한 반복응력의 영향을 보다 더 많이 받게 되므로, 납땜접합부에 있어서 솔더 합금 조직이 조대화되어 피로파괴 등에 의한 균열이 발생된다. 이러한 납땜부의 균열은 예컨대, 인쇄회로기판에 실장된 부품의 단선불량과 같은 치명적인 결함 발생의 요인으로 작용한다.

한편, 종래에는 인쇄회로기판에 전자부품을 장착하기 위한 솔더링 재료로서 주석(Sn)과 납(Pb)으로 이루어진 2원계 공정합금, 예컨대, Sn 60중량% - Pb 40중량%로 이루어진 공정솔더합금이나, Sn 63중량% - Pb 37중량%로 이루어진 공정솔더합금을 주로 사용하였다. 그러나, 종래의 Sn-Pb 솔더 합금은 폐기시 납이 유출되어 환경오염의 원인이 되는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 최근의 전자업계에서는 솔더 합금의 제조시 납사용을 규제하거나 또는 배제함으로써 환경 친화적인 무연 솔더 합금 개발을 활발하게 추진하고 있는 추세에 있으며, 이와 같은 무연 솔더 합금으로서는 일본 공개특허공보 2000-225490호에 개시된 Cu-Ni-Sn 3원 합금이 알려져 있다.상기 Cu-Ni-Sn 3원공정 무연 솔더 합금은 기존의 Sn -Cu 합금에 있어서 Cu의 조성 일부를 Ni로 치환한 것으로서, Cu가 0.05 내지 2.0 중량%, Ni이 0.001 내지 2.0 중량%이고, 나머지가 Sn으로 조성되어 있다.그러나, 상기 무연솔더합금은 기존의 납(Pb)을 함유하지 않으므로 환경오염을 줄일 수 있으며, 기계적 강도가 다소 상승하는 점은 있으나, 솔더링시 산화에 의한 드로스(Dross)가 과다하게 발생하여 접합강도가 저하되는 문제점이 있으며, 또한 솔더의 퍼짐성과 젖음성이 떨어져 솔더링부위에 실형태의 브릿지(Bridge)가 발생하여 쇼트발생과 같은 결함을 유발시키는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 종래의 무연 솔더 합금이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 산화발생을 억제하여 납땜부의 강도를 향상시킴과 동시에 퍼짐성을 높여 실 브릿지 발생을 억제할 수 있는 환경친화적 무연 솔더 합금을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무연 솔더 합금은, Cu 0.05 내지 2.0중량%, Ni 0.001 내지 2.0중량%, P 0.001 내지 1.0 중량% 및 나머지가 Sn으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 무연 솔더 합금을 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 무연 솔더 합금은 Cu 0.05 내지 2.0중량%, Ni 0.001 내지 2.0중량%, P 0.001 내지 1.0 중량% 및 나머지가 Sn으로 이루어진다.

상기한 바와 같은 조성을 가지는 본 발명에 의한 무연 솔더 합금은, 기존의 Cu-Ni-Sn 3원 무연 솔더 합금에 있어서 산화물의 반응을 억제시켜 솔더의 강도를 증가시키고, 납땜부의 열응력 및 진동 등에 견딜 수 있는 내스트레스성을 향상시키는 동시에 유동성을 증가시킬 수 있도록 하기 위한 목적으로 소량의 인(P)을 첨가한 것이다.

인(P)은 미소량을 첨가하게 되는 경우에 있어서도 솔더의 특성에 큰 영향을 미치는 합금 원소로서, 첨가량이 0.001중량% 이하일 경우에는 솔더 합금에 그 특성의 영향을 거의 미치지 못하게 된다. 그리고, 1.0 중량% 이상이 첨가되는 경우에도 마찬가지이며, 오히려 솔더의 유동성이 저하되는 등의 악영향을 미치게 되므로 본 발명에 의한 솔더 합금에서는 인의 적정 함량범위가 0.001 내지 1.0 중량%로 한정하였다.

하기 표 1은 종래의 3원계 무연 솔더 합금과 본 발명에 의한 4원계 무연 솔더 합금의 특성을 비교하기 위하여 시험한 결과를 나타내 보인 것이다.

하기 표 1에 기재된 비교예 1은 현재 인쇄회로기판의 부품 납땜용으로 통상 사용되고 있는 Sn-Pb-Ni 무연 솔더 합금을 이용한 것이고, 실시예 1 내지 실시예 3은 본 발명에 따른 4원계 무연 솔더 합금으로서 본 발명의 청구범위에 기재된 각 구성 성분 및 수치 한정된 범위 이내의 조성을 갖도록 제조한 것이다.

하기표 1은 납조 온도 260°C 내지 271°C, 예열 온도 90°C 내지 110°C의조건에서 동일한 규격과 랜드수를 가지는 인쇄회로기판에 솔더링을 실시하여 터치(Touch) 및 미납 불량의 포인트를 측정하여 수득한 결과를 나타낸 것이다.

단위: ppm

구분	비고예(Sn-Cu-Ni)	실시예 1(Sn-Cu-Ni-P)	실시예 2(Sn-Cu-Ni-P)	실시예 3(Sn-Cu-Ni-P)
납땜결점율	터치 불량	2,603	688	728	182
	미납 불량	0	324	283	0
	합 계	2,602	1,012	1,011	182

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 4원소 무연솔더합금(Sn-Cu-Ni-P)의 실시 예 1 및 실시 예 2는 미납불량이 다소 발생하였으나 기존의 3원소 무연솔더합금(Sn-Cu-Ni)에 비하여 터치불량이 1/4 정도 줄었으며, 실시 예 3는 미납불량도 발생하지 않을 뿐만 아니라 터치불량 포인트 수는 기존의 3원소 무연솔더합금(Sn-Cu-Ni)에 비하여 1/13 이하로 줄어든 것을 알 수 있다.이와 같이 본 발명에 의한 4원소 무연 솔더 합금(Sn-Cu-Ni-P)은 기존의 무연 솔더 합금(Sn-Cu-Ni)에 비하여 납땜 결점율이 대폭 향상된 우수성을 보이고 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의한 무연 솔더 합금은 기존의 Cu-Ni-Sn 3원 무연 솔더 합금에 인(P)을 미소량 첨가하여 산화물의 반응을 억제시킴으로써, 솔더의 강도를 증가시키고, 납땜부의 열응력 및 진동 등에 견딜 수 있는 내스트레스성을 향상시키는 동시에 유동성을 증가시켜 솔더링 결함을 대폭 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있으며, 납 성분을 완전히 배제함으로써 환경친화적인 솔더 합금을 제공할 수 있다.

Claims

Cu 0.05 내지 2.0중량%, Ni 0.001 내지 2.0중량%, P 0.001 내지 1.0 중량% 및 나머지가 Sn으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무연 솔더 합금.