KR100814977B1 - 고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및인쇄회로기판 - Google Patents

고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및인쇄회로기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 무연 솔더 합금에 의한 솔더링 시, 솔더가 산소와 결합하여 산화물이 발생되어 작업성이 저하되고, 고온용의 경우 빠른 생성속도와 다량으로 산화물이 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 실리콘(Si), 인(P), 및 코발트(Co)를 포함한 무연 솔더 조성물에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 상기 동 2~5중량%, 니켈 0.001~1.0중량%, 실리콘 0.001~0.05 미만 중량%, 코발트 0.001~0.01 미만 중량%, 인 0.001~0.2중량%, 및 주석을 잔부로 포함하는 고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판에 관한 것이다.
따라서 본 발명에 의하면 400℃ 이상의 고온에서 용융솔더의 산화를 지속적이고 효과적으로 방지할 뿐만 아니라, 초미량의 실리콘 및 코발트 원소를 첨가함에도 불구하고, 종래의 무연솔더링 온도 및 젖음성을 유지함과 동시에 솔더링 후 변색방지 및 인쇄회로기판의 동패드 침식방지 및 기계적 특성이 월등히 향상되는 고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판을 제공하는 효과를 갖는다.
프리 납, 무연 솔더 조성물, 납땜합금.

Description

고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판{Pb free solder Composition for high temperature system, electronic equipment and PCB with the same}
도1은 본 발명에 따른 무연솔더 조성물의 산화물 발생량 억제원리를 개략적으로 나타낸 모식도.
도2는 도1의 모식도에 대한 초기상태의 원소분석결과도 및 결과표.
도3은 도1의 모식도에 대한 3시간 드로스(Dross) 실험후의 원소분석결과도 및 결과표.
도4는 도1의 모식도에 대한 Auger Si 측정 peak
도5는 도1의 모식도에 대한 Auger SiO2 측정 peak
도6은 고온 솔더의 3시간 Dross 실험후의 Auger 분석 결과표.
본 발명은 고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기 판에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 인체에 유해한 납을 포함하지 않고, 주석(Sn), 동(Cu), 니켈(Ni), 및 인(P)으로 이루어진 4원계 조성물에 실리콘(Si) 및 코발트(Co)를 함유시킴으로써, 상기 실리콘에 의해 산화물 발생이 지속적으로 억제되어 솔더링의 작업효율이 향상되고, 소량의 첨가에 의하여 종래의 무연 솔더링 온도 및 젖음성을 유지함과 동시에 변색이 방지되며, 코발트(Co)를 실리콘과 함께 소량으로 함유시킴에 따라 산화물 발생방지, 동침식방지 및 접합파단하중가 월등히 향상되는 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판에 관한 것이다.
종래에는 솔더합금의 제조시 납사용을 규제하거나 배제함으로써 환경 친화적인 무연솔더 조성물은 다양하게 개발되고 시도되어 왔다. 그러나, 종래기술에 따른 무연 솔더 조성물은 솔더링시 산화가 심하며, 장시간 사용시 PCB기판의 동패드 침식으로 인하여 용탕내에 동 함유량이 증가되고, 이로 인하여 Soldering 작업성 및 Soldering한 PCB Assey의 품질 및 신뢰성 저하의 주원인이 되고 있는 실정이다.
또한, 고온용 무연솔더의 특징은 기존의 Pb 대신 고가인 Sn등을 원재료로 사용함으로 가격 상승 및 용융시(Soldering) 산화(Dross)가 유연솔더보다 극도로 심하여, 사용자 측면에서 경제적 부담이 커질 뿐만 아니라, 용융 솔더에 혼재된 산화물이 PCB Assey'의 Soldering Fillet(솔더링부)에 혼입되어 Soldering 조립set에 대한 신뢰성이 저하된다.
특히, 고온 솔더의 사용시 솔더링 온도가 일반 웨이브용 솔더의 사용 온도보다 많이 높기 때문에 산화물의 발생량이 급격하게 증가하며, 산화물에 의한 작업성 저하된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, JP2004-154864A, JP2004-181458A에는 SnCu계 모합금 솔더에 P, Ni, Ge, Ga등 산화방지용 원소를 첨가한 솔더합금이 개발되었다.
그러나, Ge, Ga, Ni 첨가원소의 경우, 고가인 것 뿐만 아니라 특정량 이상 첨가하면 열가공 및 열피로에 노출될 경우, 솔더부에 crack이 발생하는 등 신뢰성이 저하되고, 특히, P를 다량 첨가할 경우 솔더합금의 과경화로 인하여 솔더링부가 브리틀해지는 역효과가 발생된다.
또한, 용융시에 P(인)은 Soldering용탕 표면에 부상하여 용융 Solder의 산화를 방지하는 효과가 있으나, 휘발성이 강하며, 고온솔더의 일반적인 작업온도가 420℃~520℃ 전후의 솔더링 온도이므로 인의 경우는 휘발 온도가 380도인 것을 감안하면 Dross(산화물) 발생방지에 대하여 효과가 극히 미미하다.
그리고, Dip soldering의 경우 솔더를 용탕에 충진한 후, 소량의 소모량만 보충하는 방식으로 수개월동안 연속적으로 사용하는 경우가 대부분인 것을 감안하면, 초기 용탕 충진시의 단시간의 Dross방지는 할 수 있으나, 지속적인 산화방지 의 효과는 기대할 수 없다.
또한, 온도를 높이기 위하여 Ni등의 함유량을 높이는데 Ni의 함유량이 0.1%이상되면 솔더합금의 과경화로 인한여 브리틀 해지면서 솔더링 특성에 역효과를 나타내는 문제점을 지니고 있다.
그리고, 일반 범용의 솔더 조성물의 경우 사용온도가 260±10℃ 이지만, 고온용의 경우 460~540℃에서 사용함으로 일반 범용의 솔더 조성물에 비하여 빠른 생 성속도와 다량으로 산화물이 발생되고, 내산화성이 요구되는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 Sn-Pb 및 Sn-Cu-Ni-P 솔더에 필적하는 기계적 특성 및 작업성을 갖고, Pb을 포함하지 않으면서도 주석(Sn), 동(Cu), 니켈(Ni), 및 인(P)으로 이루어진 4원계 조성물에 실리콘(Si) 및 코발트(Co)를 함유시킴으로써, 상기 실리콘에 의해 산화물의 발성이 지속적으로 억제되고, 솔더링의 작업효율이 향상되며 변색이 방지되는 고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고온 디핑(dipping)인 침적용으로, 고온에서 작업시 산화물 발생이 일반 솔더링 온도에서보다 산화물 생성 속도가 빠르고 산화물 발생량이 훨씬 많아짐에 따라 실리콘과 코발트를 첨가함에 따라 고온에서 솔더링시 산화물 발생억제에 효과적이고, 솔더링 후 변색방지 등 솔더링 접합성을 향상시킬 수 있는 고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 동 2~5중량%, 니켈 0.001~1.0중량%, 실리콘 0.001~0.05 미만 중량%, 코발트 0.001~0.01 미만 중량%, 인 0.001~0.2중량%, 및 주석을 잔부로 포함하 는 고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판을 제공한다.
도1은 본 발명에 따른 무연솔더 조성물의 산화물 발생량 억제원리를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, SnCu 모합금에 산화물 발생억제를 위하여 P 및 Si 원소를 첨가한 솔더 합금을 사용하여 부품 리드 표면에 딥 솔더링(Dip Soldering)을 할 경우, 우선, 미량 첨가된 P 및 Si 원소량의 일부는 용융 솔더 모합금의 탈산에 소모된 후 일부 용융 솔더 모합금에 고용되나, P 및 Si은 용융 Sn에 거의 고용되지 않는 원소로써, 첨가된 P 및 Si 원소의 대부분은 비중차에 의해서 표면에 부상하게 된다. 그리고, 상기 인산화물 및 실리콘산화물 피막은 대기중의 산소와 용융 솔더를 차단하여 무연솔더의 산화물 발생을 억제한다.
그러나, P의 경우 260℃에서 행해지는 일반적인 솔더링에서는 표면에 부상된 일부는 산화막을 형성시키나 상당 부분은 대기중으로 휘발되어, 용융솔더 표면의 산화물 발생의 지속적인 억제 효과가 떨어진다. 반면, Si의 경우 대기중으로 휘발되지 않아 용융 솔더 표면에 지속적으로 실리콘 산화물을 형성시켜, 산화물 발생억제 효과가 지속된다. 이에 대한 실험데이터는 도2 및 도3을 통해 확인할 수 있다.
도2는 도1의 모식도에 대한 실지 측정 Data로써 용해,주조하여 소정의 Ingot를 제조한 후, 상하 방향으로 절단,연마하여 솔더 합금 단면의 Auger 원소 분석 결과이다. 도3은 동일 방법으로 제작한 Ingot를 260℃에서 3시간 Dross 실험(산화실험)를 한 경우의 Auger 원소 분석 결과이다. 도2에 나타낸 바와 같이, 초기상태에는 Ingot 표면에 인이 부상되어 상부에 1.86중량%로 대부분 농축되어 있으며, P의 하부로 Si이 분포되어 있고, 이는 1,2,3의
Figure 112007013892116-pat00001
지점별 성분 데이터를 통해 확인할 수 있다.
그리고, 도3에 나타낸 바와 같이, 260℃에서 3시간 동안 Dross 실험한 경우는, 상부에는 P이 0.06질량%, Si이 0.08질량%로 Si이 상대적으로 P보다 더 잔존하고 있으며, 하부 방향의 2
Figure 112007013892116-pat00002
지점에서도 P 보다는 Si이 더 잔존하고 있음을 알 수 있다. 또한, Auger의 Peak치를 보면, 상부에는 SiO2로 간주되는 실리콘 산화물이 형성되어 있는 반면, 하부 방향 2, 3
Figure 112007013892116-pat00003
지점에는 도4에서 알 수 있듯이 SiO2 Peak치가 아닌 Si Peak가 나타나고 있다.
이상의 결과로부터 260℃의 일반 솔더링의 경우 용융 초기의 용융 솔더 표면에는 P과 Si가 용융 솔더로부터 비중차에 의하여 P. Si 순으로 부상된후, P는 상당부분 휘발되며 연속적인 공기와의 접촉에 의하여 일부만이 산화막을 형성하는 한편, Si의 경우는 대부분의 첨가량이 SiO2등 산화실리콘막을 형성하여 용융솔더의 산화를 억제한다고 사료된다.
그러나, 고온솔더의 작업온도가 인의 휘발온도인 380℃ 보다 높은 420~520℃까지 고온에서 작업을 함에 따라, 인의 경우는 부상하면서 짧은 시간 내에 대기중으로 휘발되어 산화물 발생 억제 효과가 지속적으로 유지되지 못한다.
반면, 실리콘의 경우는 용탕내에서 부상하면서도 대기중으로는 휘발되지 않고, 산화물 발생을 지속적으로 억제하게 된다.
도6은 420℃에서 3시간 Dross 실험후 Auger 원소분석을 한 결과로써 상기 현상에 대한 입증 실험 데이터이다. 즉, Ingot의 펴면 상부에는 P(인)이 전혀 검출 되지 않았으며 Si(실리콘)이 1.09중량% 검출된 것으로 보아 P(인)은 용융솔더 표면에서 거의 휘발됐고, Si(실리콘)은 고온에서도 잔존하여 실리콘 산화막을 형성하여 용융 솔더 표면과 대기와 차단하는 역할을 하여 산화를 억제한다.
본 발명에 따른 무연 솔더조성물의 성분조성별 성질 및 용도를 살펴보면 다음과 같다.
Sn(주석)은 무연 솔더 조성물의 필수성분으로서 베이스 메탈로 사용된다.
Cu(동)은 조직을 미세화시켜 접합체의 접합강도를 향상시키고, 전자부품이나 인쇄회로기판의 동 침식을 억제하기 위한 것으로서, 최적함유량으로 2~5중량%를 갖는다.
상기 P(인)은 솔더링 시 산화물의 생성을 억제하여 솔더링의 작업을 향상시키기 위한 것으로서, 0.001 중량% 미만으로 첨가될 경우, 상기 효과가 발생되지 않고,0.2 중량%를 초과하여 첨가될 경우, 융점이 상승됨에 따라, 최적함유량은 0.001~0.2중량% 이다.
Ni(니켈)은 동 패드침식을 방지 및 접합강도 향상을 위한 첨가원소로서, 0.001 중량% 미만의 첨가는 효과가 없으며, 1.0 중량% 를 초과할 경우 급격한 융점 상승과, 과경화가 발생하므로, 0.001~1.0중량% 로 포함되는 것이 바람직하다.
Si(실리콘)은 본 발명의 주 첨가 원소로써 부상성 및 비휘발성을 지니고 있어, Sn-Cu의 솔더 모합금에 소량 첨가함으로써 산화물 발생을 억제하면서도 인(P)과 달리 장시간이 경과해도 그 효과가 지속되며, 솔더링 후 솔더링 부위의 변색을 방지에 뛰어난 효과를 나타낼 뿐만 아니라, 동침식 방지 효과도 향상시킨다.
Co(코발트)는 부상성은 없으나, Si와 함께 첨가함으로써 소량의 첨가로 솔더링시 산화물의 생성이 억제되고, 변색 및 침식(erosion)이 방지되는등 솔더링 특성 및 작업성을 더욱 향상 시킨다.
이하, 본 발명에 따른 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판의 바람직한 구체예에 대하여 실험데이터를 통한 성분조성범위에 따른 기능 및 효과에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 무연 솔더 조성물은 주석(Sn), 동(Cu), 니켈(Ni), 실리콘(Si), 및 코발트(Co)를 포함하여 이루어진다.
이하, 그래프 1을 통하여 실리콘 및 코발트의 성분조성범위에 따른 산화방지효과에 대하여 자세히 기술한다.
하기의 그래프 1은 산화량 발생량의 실험데이터로서, 주석-구리-니켈-인의 모합금을 제조후 고주파 용해로를 이용하여 실리콘 및 코발트를 함류량에 따라 선택적으로 각각 또는 동시에 용해하여 솔더링 조성물을 형성하고, 합금 조성물에서 각각 샘플을 채위하여 DSC 분석방법 (5℃/분) 으로 상기 합금의 융점을 측정하였다. 또한, 산화량을 측정함에 있어서는 솔더 3Kg을 직경 160mm SUS 도가니에 넣고 핫플레이트를 사용하여 270℃로 가열하였다. 이러한 결과물을 직경 140mm의 교반자를 사용하여 60rpm의 회전 속도로 1시간, 2시간, 3시간동안 교반한 후 각 시간대별로 산화물을 채취하여 무게를 측정함으로써 시간 경과에 따른 산화량을 측정하였다.
그래프 1.
Figure 112007013892116-pat00004
그래프 1.에 나타낸 바와 같이, Cu 4 중량%, Ni 0.1 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn4Cu0.1Ni0.005P은 산화물 발생량이 1시간 경과 후 567(g), 2시간 경과 후 641(g), 3시간 경과 후 773(g)로 총 2,235(g)이 발생되었다. 이와 비교하여 Sn4Cu는 산화물 발생량이 1시간 경과 후 567(g), 2시간 경과 후 641(g), 3시간 경과 후 773(g)로 총 1,981(g)이 발생되었다.
그리고, Sn4Cu0.1Ni0.005P의 산화물 발생량이 Sn4Cu의 산화물 발생량이 보다 적은 이유는 Ni와 P이 산화량을 감소시키는 역할을 하기 때문이다.
또한, 상기 Sn4Cu0.1Ni0.005P에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 산화물 발생량이 1시간 경과 후 390(g), 2시간 경과 후441(g), 3시간 경과 후 512(g)으로 총 1,343(g)이 발생되었고, Sn4Cu 및 Sn4Cu0.1Ni0.005P에 비하여 산화량 발생량이 감소됨을 확인할 수 있다. 그리고, Si 0.05 중량%를 포함할 경우, 산화량 발생량은 더욱 감소됨을 확인할 수 있다.
또한, 상기 Sn4Cu0.1Ni0.005P0.005Si에 Co 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 산화물 발생량은 1시간 경과 후 365(g), 2시간 경과 후 426(g), 3시간 경과 후 478(g)로 총 1,269(g)이 발생되었고, 상기 Sn4Cu0.1Ni0.005P0.005Si에 비하여 산화량 발생량이 현저히 감소됨을 확인할 수 있다.
그리고, 상기 Sn4Cu0.1Ni0.005P0.005Si에 Co 0.01 중량 %를 포함시킬 경우, 각 시간대별 산화물 발생량은 현저히 감소됨을 확인할 수 있다.
따라서, Sn-Cu-Ni-P 모합금에 Si이 소량으로 첨가될 경우, 종래의 P이 첨가된 솔더링 조성물에 비하여, 산화량 발생량이 지속적으로 방지됨을 확인할 수 있고, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 보다 지속적이고 효과적으로 방지됨을 확인할 수 있다.
이하, 그래프 2를 통하여 실리콘 및 코발트의 성분조성범위에 따른 동침식량에 대하여 자세히 기술한다.
하기의 그래프 2는 동침식량에 대한 실험데이터로서, 동침식량을 측정하기 위해 솔더를 용융시켜 420℃로 유지시키고, 직경 0.8mm의 동선을 용융솔더에 30mm 깊이로 침지하여 60초간 유지시킨 후, 상기 동선을 꺼내여 침지 전후의 무게를 측정하여 침식율(%)을 구하였으며, 5개 샘플의 평균값을 산출하였다.
그래프 2.
Figure 112007013892116-pat00005
그래프 3에 나타낸 바와 같이, Cu 4 중량%, Ni 0.1 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn4Cu0.1Ni0.005P의 동침식량은 53.4%이고, 이와 비교하여 Sn4Cu의 동침식량은 58.9%이다.
그리고, 상기 Sn4Cu0.1Ni0.005P에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 동침식량은 49.5%이고, Si 0.05 중량 %를 포함시킬 경우, 동침식량은 45.5%로서, Sn4Cu 및 Sn4Cu0.1Ni0.005P의 침식량에 비하여 감소되었음을 확인할 수 있다.
또한, Sn4Cu0.1Ni0.005Si에 Co 0.01 중량 %를 포함시킬 경우, 동심식량은 10.3%로 월등히 감소되었음을 확인할 수 있다.
따라서, Sn-Cu-Ni-P 모합금에 Si이 소량으로 첨가될 경우, 동침식량이 감소됨을 확인할 수 있고, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 동침심량은 월등히 감소된다.
이하, 표 1을 참고로 실리콘 및 코발트의 성분조성범위에 따른 산화물 발생량, 융점, 변색, 젖음시간, 동침식율, 접합강도에 대하여 자세히 기술하고, 이를 통하여 Sn-Cu-Ni-P 모합금에 포함되는 실리콘 및 코발트의 최적 함유량에 대하여 기술한다.
표 1은 상술된 그래프 1,2 및 3을 데이터를 포함하고, 융점, 변색 및 접합강도의 시험데이터를 추가한 실리콘 및 코발트의 성분조성범위별 종합실험데이터이다.
표 1.
Figure 112007013892116-pat00006
우선, 표 1의 융점데이터에 나타낸 바와 같이, Sn4Cu0.1Ni0.005P의 융점은 362℃이고, 이와 비교하여,Cu 4 중량%, 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn4Cu의 융점은 357℃이다.
상기 Sn4Cu0.1Ni0.005P에 Si 0.005중량%를 포함시킬 경우 융점은 362℃이고, Sn4Cu0.1Ni0.005P에 Si 0.1중량%를 포함시킬 경우 융점은 365℃로 다소 상승한다.
또한, Sn4Cu0.1Ni0.005P0.05Si에 Co 0.01중량%를 포함시킬 경우 364℃로 융점이 다소 상승하였다. 상기 결과로부터 통상적으로 금속 합금 상태도상 저융점 Sn 합금에 1400℃ 이상 고융점인 Si을 소량 첨가하면 그 융점이 급격히 상승되나 Si 첨가량에 비하여 융점 상승이 미미한 것으로 보아 전술한 바와 같이 용융 Si의 대부분은 용융 솔더 표면에 부상한 것에 기인 된다고 사료된다.
다음으로, 표 1의 변색데이터는 합금 조성물의 변색도를 측정하기 위하여 25X31X0.3mm의 무산소동(99.99%)을 420℃에서 3초간 침적하여 시편을 만든후, 이 시편을 250℃에서 10분간 가열후 변색 정도를 미놀타사 CM3700B 모델의 색수차계를 사용하여 노란색의 변색 정도를 나타내는 수치값을 측정하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이, Sn4Cu0.1Ni0.005P의 변색도는 16.8이고, 이와 비교하여 Sn4Cu의 변색도는 19.2이다.
그리고, 상기 Sn4Cu0.1Ni0.005P에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 변색도은 14.8이고, Si 0.05 중량 %를 포함시킬 경우, 변색도는 10.2로 월등히 감소되었으며, Sn4Cu 및 Sn4Cu0.1N0.005P의 변색도에 비하여 감소되었음 확인할 수 있다.
또한, Sn4Cu0.1Ni0.005P0.005Si에 Co 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 변색도는 6.5로, Co 0.01 중량 %를 포함시킬 경우 변색도는 4.07으로 월등히 감소되었음을 확인할 수 있다.
따라서, Sn-Cu-Ni-P 모합금에 Si이 소량으로 첨가될 경우, 변색도는 감소됨 은 확인할 수 있고, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 변색도는 월등히 감소된다.
다음으로, 표 1의 접합파단하중(kgf)데이터는 접합파단하중를 측정하기 위하여 PCB 기판의 홀에 주석-비스무스로 도금된 직경 2mm의 와이어를 삽입 후 웨이브 솔더링하여 시편을 만든 후 인장시험기를 사용하여 접합파단하중(kgf)를 측정하였다
표 1에 나타낸 바와 같이, Cu 4 중량%, Ni 0.1 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn4Cu0.1Ni0.005P의 접합파단하중는 98kgf이고, 이와 비교하여 Cu 4 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn4Cu의 접합파단하중는 90kgf이다.
그리고, 상기 Sn4Cu0.1Ni0.005P에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 접합파단하중는 106kgf이고, Si 0.05 중량 %를 포함시킬 경우, 접합파단하중 115kgf로 월등히 향상되었으며, Sn4Cu 및 Sn4Cu0.1Ni0.005P의 접합파단하중에 비하여 향상되었음 확인할 수 있다.
또한, Sn4Cu0.1Ni0.005P0.005Si에 Co 0.01 중량 %를 포함시킬 경우, 접합파단하중는 122kgf로 월등히 향상되었음을 확인할 수 있다.
따라서, Sn-Cu-Ni-P 모합금에 Si이 소량으로 첨가될 경우, 접합파단하중은 향상됨은 확인할 수 있고, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 접합파단하중은 월등히 향상된다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 무연 솔더 조성물은 Sn-Cu-Ni-P 모합금에 Si과 Co를 극소량으로 첨가되어, 산화물발생량이 지속적으로 월등히 감소되고, 동 침식량이 감소되고, 변색도가 감소되며, 접합파단하중이 증가된다.
그러나, Si을 다량으로 함유할 경우, 즉 0.05 중량% 이상으로 함유할 경우, 융점이 다소 증가되는 점을 고려하여, Si의 함유량 최적치는 0.001~0.05 미만 중량%이다.
또한, Co를 다량으로 함유할 경우, 즉, 0.01 중량% 이상으로 함유할 경우, 젖음성이 떨어진다. 그리고, 0.05중량%의 소량의 Si와 더불어 초소량 첨가로도 각각의 월등한 효과를 나타내고 있는 바, Co의 함유량 최적치는 0.001~0.01 미만 중량%이다.
또한, Sn-Cu-Ni-P 모합금에서 Cu(동)은 약간의 융점을 강하시키며, 접합체의 접합강도를 향상시키고, 고온용에서 2중량% 미만으로 첨가될 경우 효과가 적게 발생되고, 5중량%를 초과하여 첨가될 경우 융점이 상승되므로, 동의 최적함유량은 2~5중량%를 이고, Ni의 최적함유량은 0.001~1.0중량%이고,
Sn(주석)은 무연 솔더의 필수성분으로서 베이스 메탈로 사용된다.
이와 같이, 상기 실리콘과 코발트는 각각 산화물 발생 억제 및 변색방지의 효과를 나타내고 있으나, 이들을 동시에 첨가함으로써, 보다 월등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무연 솔더 조성물은 Bar, Wire 형태로 사용될 수 있으며, 무연 솔더 합금에 의해 고착되는 다수개의 전자부품을 포함하는 전자기기로 구현된다. 그리고 상기 전자기기는 컴퓨터, 디지털 비디오 캠코더, 디지털 텔레비젼, 디지털 카메라, 이동통신단말기 등 다양한 제품에 적용된다.
또한, 본 발명은 고온계 무연 솔더 합금에 의해 고착되는 인쇄회로기판으로서, 상기 고온계 무연 솔더 합금은 동 2~5중량%, 니켈 0.001~1.0중량%, 실리콘 0.001~0.05 미만 중량%, 코발트 0.001~0.01 미만 중량%, 인 0.001~0.2중량%, 및 주석을 잔부로 포함하는 인쇄회로기판으로 구현된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 의하면 Sn-Pb 및 Sn-Cu-Ni-P 솔더에 필적하는 기계적 특성 및 작업성을 갖고, Pb을 포함하지 않으면서도 주석(Sn), 동(Cu), 니켈(Ni) 및 인(P) 이루어진 4원계 조성물에 실리콘(Si) 및 코발트(Co)를 함유시킴으로써, 상기 실리콘에 의해 산화물의 발성이 지속적으로 억제되어 솔더링의 작업효율이 향상되고, 변색이 방지되며, 실리콘(Si) 및 코발트(Co)를 동시에 포함함으로써, 산화물 발생방지, 침식방지 및 기계적 특성이 월등히 향상되고, 이에 더하여 퍼짐성 향상, 융점강하, 침식이 방지되고, 고온 디핑(dipping)인 침적용으로 고온에서 작업시 산화물 발생이 일반 솔더링 온도에서 보다 산화물 생성 속도가 빠르고 산화물 발생량이 훨씬 많아짐에 따라 실리콘과 코발트를 첨가함에 따라 고온에서 솔더링시 산화물 발생 억제에 효과적인 고온계 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전 자기기 및 인쇄회로기판을 제공하는 효과를 갖는다.

Claims (4)

  1. 동 2~5중량%, 니켈 0.001~1.0중량%, 실리콘 0.001~0.05 미만 중량%, 인 0.001~0.2중량%, 코발트 0.001~0.01 미만 중량% 및 주석을 잔부로 포함하는
    고온계 무연 솔더 조성물.
  2. 고온계 무연 솔더 합금에 의해 고착되는 다수개의 전자부품을 포함하는 전자기기로서,
    상기 고온계 무연 솔더 합금은 동 2~5중량%, 니켈 0.001~1.0중량%, 실리콘 0.001~0.05 미만 중량%, 코발트 0.001~0.01 미만 중량%, 인 0.001~0.2중량%, 및 주석을 잔부로 포함하는
    전자기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자기기는 컴퓨터, 디지털 비디오 캠코더, 디지털 텔레비젼, 디지털 카메라, 이동통신단말기 중 하나가 선택되는
    전자기기.
  4. 고온계 무연 솔더 합금에 의해 고착되는 인쇄회로기판으로서,
    상기 고온계 무연 솔더 합금은 동 2~5중량%, 니켈 0.001~1.0중량%, 실리콘 0.001~0.05 미만 중량%, 코발트 0.001~0.01 미만 중량%, 인 0.001~0.2중량%, 및 주석을 잔부로 포함하는
    인쇄회로기판.
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