KR19980019075A

KR19980019075A - 주석-은계 납땜질용 합금(tin-silver-based soldering alloy)

Info

Publication number: KR19980019075A
Application number: KR1019970041502A
Authority: KR
Inventors: 쥰이치 마쓰나가; 류지 니노미야
Original assignee: 구니미쓰 시로; 미쓰이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1998-06-05
Also published as: EP0826458B1; US5958333A; DE69707791D1; DE69707791T2; JPH1071488A; TW404872B; EP0826458A1

Abstract

본 발명은 유해한 Pb 또는 Cd를 함유하지 아니하며 인장강도, 신장율 및 융점이 우수한 납땜질용 합금을 제공한다. 따라서 본 발명에 의한 납땜질용 합금은 종래의 환경문제를 해결하며, 납땜온도를 낮게 설정하여 열손상을 납땜된 부위에만 한정하고, 우수한 인장강도와 신장율로 인해 가열 사이클에 의한 납땜질용 합금의 파괴를 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 주석-은계 납땜질용 합금은 필수적으로 Ag 3∼4 중량%, Bi 2∼6 중량%, In 2∼6 중량% 및 나머지 Sn으로 구성되어 있다.

Description

주석-은계 납땜질용 합금

본 발명은 주석-은계 납땜질용 합금에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융 특성이 합금 H 의 것과 동등하거나 그 보다 높고 인장강도와 신장율 등의 기계적 성질이 우수한 납땜질용 합금에 관한 것이다.

종래, Pb-Sn 에 가까운 공융(共融) 조성(eutectic composition) 을 가진 합금은 전형적인 납땜질용 합금으로 알려져 있다. 또한 Pb-Sn 납땜질용 공융 합금보다 강도가 높은 Zn-Cd 로 된 합금도 알려져 있다. 그러나 전자의 납땜질용 합금은 납의 독성이라는 문제점을 가지고 있고, 후자의 납땜질용 합금은 작업자에 대해 카드뮴이 미치는 부작용이라는 문제점을 가지고 있다. 따라서 이들 최근의 환경문제는 이들에 의해서도 아직 해결되지 않고 있다.

위와 같은 상황하에서 유해한 Pb 또는 Cd 를 전혀 함유하지 아니한 여러가지 종류의 은-주석계 납땜질용 합금이 제안되어 있다. 예컨대 Ag 2.0%, Cu 0.5%, Bi 7.5% 및 나머지가 Sn 으로 된 합금 H(Nippon Alpha Metals 사제) 가 알려져 있다. 이 합금 H의 융점은 Pb-Sn 공융성 땜납보다 높고 Pb 또는 Cd 를 전혀 함유하지 아니한 종래의 은-주석계 납땜질용 합금보다 낮은, 즉 212℃ 이므로 우수한 용융특성을 가지고 있다. 그러나 합금 H는 인장시험에서 그 신장율이 낮으므로, 땜질된 부위에 가열 사이클을 적용할 경우 기판과 땜질된 부위 사이의 열팽창을 흡수할 수 없어 땜질된 부위가 파손될 우려가 있었다.

본 발명자들은 유해한 Pb 또는 Cd 를 함유하지 않고 인장강도와 신장율이 우수한 납땜질용 합금에 대해 여러가지로 연구한 결과, 일본국 특허공개 제 8-187590 호 공보에 개시된 발명을 하였다. 상기한 일본국 특허공개 제 8-187590 호 공보에 개시된 발명은 납땜질용 공융 합금과 거의 동일한 인장강도와 신장율을 가지며 융점 성질이 우수한 납땜질용 합금을 제공하고 있다. 그러나 본 발명자들은 상기한 일본국 특허공개 제 8-187590 호 발명의 범위를 넘어선 우수한 성질을 가진 다른 납땜질용 합금을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

일반적으로 융점 성질이 불량해지면 납땜온도를 높게 설정해야 하므로 납땜 되는 부위를 열적으로 손상시키고 제품의 수명을 단축시킬 우려가 있다.

상기한 관점으로부터 본 발명의 목적은, 종래의 환경문제를 해결하고, 납땜 온도를 낮은 수준으로 설정하여 열손상을 납땜부위로 한정하며, 우수한 인장강도와 신장율로써 가열 사이클에 의한 납땜질용 합금의 손상을 방지하기 위하여, 유해한 Pb 또는 Cd를 함유하지 않고 인장강도, 신장율 및 융점 성질이 우수한 납땜질용 합금을 제공함에 있다.

환언하자면 본 발명에 의하여 필수적으로 Ag 3 중량% 내지 4 중량%, Bi 2 중량% 내지 6 중량%, In 2 중량% 내지 6 중량% 및 나머지가 Sn 으로 되어 있는 주석-은계 납땜질용 합금이 제공되며, 이러한 구성에 의해 상기한 여러가지 문제를 해결 할 수 있다.

본 발명은 Sn 및 Ag 3.5%로 된 공융성 땜납에 관한 것이다.

첨가되는 Ag의 최적 체적이 3.5%이더라도 납땜질용 합금 제조시에 조성이 변할 수 있기 때문에 Ag를 3∼4%의 범위에서 첨가한다. Bi를 2% 이상 첨가하면 융점은 212℃ 또는 그 이하로 되고, Bi를 6% 초과하여 첨가하면 신장율은 합금 H보다 낮은 9% 미만으로 된다. In을 2% 이상 첨가하면 융점은 212℃ 또는 그 이하로 되지만 In을 6% 초과하여 첨가하면 In의 가격이 고가이므로 비경제적이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

(실시예)

Sn, Ag, Bi 및 Cu를 표 1의 조성표에 나온 조성이 되도록 총중량 10kg 으로 칭량(秤量) 하고, 이 혼합물을 흑연 도가니를 사용하는 분위기의 전기로에서 용융하였다. 용융온도를 300℃ 로 설정하고, 각 금속을 완전히 용융시킨후 비중에 의한 분리가 되지 않도록 이 혼합물을 충분히 교반하였다.

용융된 합금 혼합물을 안쪽 칫수 150×60mm, 높이 150mm, 두께 10mm의 모울드속에 부어 넣었다. 제조된 주물의 하부로부터 JIS No.4 시험편을 채취하여 JIS Z2241에 의한 시험법에 준하여 인장강도와 신장율을 측정하였다. 시험결과 표 1에 나와 있다.

마찬가지로 용융 혼합물 10kg을 냉각한후 그 융점을 열전쌍형 온도계로 측정하였다. 이 시험결과도 표 1에 나와 있다. 비교를 위해 일본국 특허공개 제 8-187590 호 공보에 개시된 납땜질용 합금, 합금 H 및 Pb-Sn 납땜질용 공융 합금의 성질도 마찬가지로 시험하여 그 결과를 표 1에 나타낸다.

	화학조성(중량%)	융점(℃)	기계적강도
	Ag	융점(℃)	Bi	In	Cu	Sn	인장강도(kgf/mm²)	신장율(%)
실시예	3.5	3.0	6.0	-	나머지	204	6.0	19
	3.5	4.0	2.0	-	나머지	211	5.7	22
	3.5	4.0	3.0	-	나머지	209	5.9	21
	3.5	4.0	4.0	-	나머지	207	6.1	20
	3.5	4.0	5.0	-	나머지	205	6.3	17
	3.5	2.0	3.0	-	나머지	212	5.0	29
	3.5	6.0	3.0	-	나머지	206	6.8	13
비교예	3.5	4.0	1.0	-	나머지	213	5.5	24
	3.5	1.0	3.0	-	나머지	214	4.5	33
	3.5	7.0	3.0	-	나머지	204	7.3	9
	2.0	7.5	-	0.5	나머지	212	6.9	12
	Pb-Sn공용성땜납(Pb-63Sn)	183	3.8	30

* : 합금 H

표 1로부터 본 발명의 조성범위내에 있는 납땜질용 합금은 그 인장강도가 5.0kgf/mm² 이상이고 신장율이 13% 이상이며 융점이 212℃ 이하인데 대하여, 비교예의 납땜용 합금의 어느것이라도 본 발명의 합금에서 나타나는 성질에 부합되는 것이 없음을 알 수 있다.

본 발명에 의하여 종래의 Pb-Sn 납땜질용 합금과 유사한 인장강도 및 신장율등의 기계적 성질을 가지며 환경문제를 유발하는 납이나 카드뮴이 함유되지 아니한 납땜질용 합금을 제조할 수 있다. 또한 합금 H와 동등하거나 그 보다 높은 우수한 융점을 가진 납땜질용 합금을 본 발명에 의해 제조할 수 있기 때문에 납땜 온도를 낮게 설정할 수 있다. 더욱이 이 납땜질용 합금은 우수한 내열성을 가지고 있으므로 가열 사이클을 적용하더라도 IC 기판과 각 부품 사이의 열팽창 차이를 흡수하도록 하여 제품의 손상을 극소화 할 수 있다.

Claims

필수적으로 Ag 3∼4 중량%, Bi 2∼6 중량%, In 2∼6 중량% 및 나머지 Sn 으로구성되어 있는 주석-은계 납땜질용 합금.