KR19980023280A - 솔더 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주석(Sn)과, 납(Pb)과, 은(Ag)과, 비스무스(Bi)로 구성되고, 더 상세하게는 상기 주석(Sn) 81∼93 중량%와, 상기 납(Pb) 3∼8 중량%와, 상기 은(Ag) 1∼3 중량%와, 상기 비스무스(Bi) 3∼8 중량%가 배합되어 조성된 솔더(solder) 조성물에 관한 것으로서, 종래 기술의 Sn-Pb 2원계 공정 솔더와 동등하거나 더 우수한 기계적·전기적 특성을 가지면서 인체에 유해한 납(Pb) 성분이 소량(전체 조성비 100 중량%에 대해 3∼8중량%)만 배합되어 조성되기 때문에 산성용액(pH4)에서의 납(Pb) 용출량이 1ppm 이하가 되어 폐기시 납(Pb) 용출에 따른 환경오염, 자연 생태계 파괴 등을 최대한 억제할 수 있는 효과가 있다.

Description

솔더(solder) 조성물
본 발명은 솔더(solder) 조성물에 관한 것으로서, 특히 인체에 유해한 납(Pb) 성분의 함량이 전체 조성비 100 중량%에 대해 3∼8 중량%로 크게 낮아진 솔더 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 솔더는 각종 부재를 접합시키거나 밀봉시키기 위해 사용하는 합금을 말하는 데, 그 중 전기·전자제품에 장착되는 인쇄회로기판에 전자부품을 실장시킬 때 사용되는 것을 공정 솔더라 한다.
종래 기술에 의한 솔더 조성물은 대부분 주석(Sn)과 납(Pb)으로 구성된 Sn-Pb 2원계 합금인 데, 그 중 180∼200℃ 범위 내의 융점을 가지는 솔더 조성물을 공정 솔더로 이용하였다.
상기 Sn-Pb 2원계 합금 중 주석(Sn) 63 중량%와 납(Pb) 37 중량%가 배합되어 조성된 합금은 융점이 183℃이고, 응고 범위(액상선 188℃, 고상선 183℃)가 매우 좁아 공정 솔더로 많이 이용되었다.
또한, 상기와 같이 63 중량%의 주석(Sn)과 37 중량%의 납(Pb)이 배합되어 조성된 솔더의 여러 가지 물리적 특성을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
표 1
조 성(중량%) 융 점(℃) 젖 음 성 경 도20℃,50/g,30초(Hv) 인장강도20℃, 10ψ-50t-40GI(Kg/mm2) 연신율(%) 전기저항20℃(μΩ·cm)
젖음시간(초) 젖음력(mN)
Sn-37Pb 183 0.2∼0.3 0.45∼0.55 8 6 48.2 14.2
그러나, 종래 기술에 의한 솔더 조성물은 인체에 유해한 납(Pb) 성분을 전체 조성비 100 중량%에 대해 적어도 30 중량% 이상씩 다량 함유하고 있기 때문에 폐기시 유독성 납(Pb)의 용출량이 많아 - 산성용액(pH4)에 침적시켜 보면 납 용출량이 40∼50ppm 이 됨 - 환경오염, 자연 생태계 파괴 등을 초래하여 생명체에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.
또한, 종래 기술에 의한 솔더 조성물의 산성용액(pH4)에서의 납 용출량 40∼50ppm은 산업 폐기물 관련 법규의 규정 - 산성비(pH4)에 노출시 납 용출량이 3ppm 미만이어야 함 - 에도 크게 위배되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, Sn-Pb 2원계 합금에서 주석(Sn)의 함유량을 증가시키고, 소량의 은(Ag)과 비스무스(Bi)를 추가하여 환경오염 규제 대상물인 납(Pb)의 함유량을 크게 감소시킴으로써 공정 솔더에 적합한 기계적·전기적 특성 및 납땜성을 가지면서도 산성용액(pH4)에서의 납 용출량이 1ppm 이하가 되는 솔더 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 솔더 조성물은 주석(Sn)과, 납(Pb)과, 은(Ag)과, 비스무스(Bi)로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 솔더 조성물은 실시예로서 주석(Sn) 81∼93 중량%와, 납(Pb) 3∼8 중량%와, 은(Ag) 1∼3 중량%와, 비스무스(Bi) 3∼8 중량%가 배합되어 조성되거나, 상기 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag)-비스무스(Bi) 4원계 합금에 동(Cu) 0.2∼0.4 중량%가 첨가되어 조성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 솔더 조성물의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 솔더 조성물은 주석(Sn)과, 납(Pb)과, 은(Ag)과, 비스무스(Bi)로 구성된다.
상기 주석(Sn)은 독성이 없고 접합모재의 퍼짐성을 좋게 하는 솔더의 조성에 필수적인 성분으로서, 최적 함유량은 전체 조성비 100 중량%에 대해 81∼93 중량%이다.
상기 납(Pb)은 주석(Sn)의 융점(232℃)을 감소시키는 성분으로서, 최적 함유량은 전체 조성비 100 중량%에 대해 3∼8 중량%이다.
여기서, 주석(Sn)은 납(Pb)보다 전기전도도와 열팽창계수가 우수하므로 주석(Sn)이 다량 함유된 솔더는 전기전도도와 열팽창계수 측면에서 효과적이다.
상기 은(Ag)은 솔더의 열피로특성을 향상시키는 성분으로서, 최적 함유량은 전체 조성비 100 중량%에 대해 1∼3 중량%이다.
상기 비스무스(Bi)는 납(Pb)과 마찬가지로 주석(Sn)의 융점을 감소시키는 동시에 드로스(dross)성을 감소시키는 성분으로서, 최적 함유량은 전체 조성비 100 중량%에 대해 3∼8 중량%이다.
제 1, 2 실시예
본 발명의 제 1 실시예에 의한 솔더 조성물은 주석(Sn) 92.5 중량%와, 납(Pb) 5 중량%와, 은(Ag) 1.5 중량%와, 비스무스(Bi) 3 중량%가 배합되어 조성된다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 솔더 조성물은 주석(Sn) 92.5 중량%와, 납(Pb) 5 중량%와, 은(Ag) 1.5 중량%와, 비스무스(Bi) 5 중량%가 배합되어 조성된다.
상기와 같이 조성된 본 발명의 제 1, 2 실시예에 의한 솔더의 여러 가지 물리적 특성을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
표 2
조 성(중량%) 융 점(℃) 젖 음 성 경 도20℃,50/g,30초(Hv) 인장강도20℃, 10ψ-50t-40GI(Kg/mm2) 연신율(%) 전기저항20℃(μΩ·cm)
젖음시간(초) 젖음력(mN)
Sn-5Pb-1.5Ag-3Bi 192∼195 0.14∼0.24 0.41∼0.52 22.5 6.8 8.2 14.5
Sn-5Pb-1.5Ag-5Bi 192∼196 0.14∼0.23 0.41∼0.54 25 7.0 6.0 14.5
상기 표 2에 나타난 물성 측정치를 살펴보면 융점은 공정 솔더에 적합한 180∼200℃ 범위 내에 있고, 응고 범위가 매우 좁아 공정 솔더에 적합하고, 젖음시간(wetting time)과 젖음력(wetting force)은 표 1에 나타난 종래의 Sn-Pb 2원계 솔더와 거의 동등하며, MIL Spec.을 만족한다.
또한, 표 1과 표 2에 나타난 물성 측정치를 근거로 하여 본 발명의 제 1, 2 실시예에 의한 Sn-Pb-Ag-Bi 4원계 솔더와 종래의 Sn-Pb 2원계 솔더를 계속 비교해 보면 경도는 본 발명이 종래 기술보다 3배 정도 높고, 인장강도와 전기저항은 본 발명과 종래 기술이 거의 동등하나, 연신율은 본 발명이 종래 기술보다 약간 낮다.
아울러, 본 발명의 실시예에 의한 솔더는 금속조직의 미세조직이 전체적으로 매우 미세하여 시효 특성 및 열피로특성이 우수하다.
결국, 본 발명에 의한 솔더는 상기에서 설명한 각 구성 성분의 작용과 각 실시예의 물적 측정치에서 미루어 알 수 있듯이 종래 기술의 솔더와 동등하거나 더 우수한 기계적·전기적 특성 및 납땜성을 가지므로 종래 기술의 Sn-Pb 2원계 솔더와 마찬가지로 공정 솔더에 적합하다.
또한, 상기와 같이 납(Pb)의 함유량이 전체 조성비 100 중량%에 대해 3∼8 중량%인 솔더를 산성용액(pH4)에 침적시켜 보면 납 용출량은 1ppm 이하로서 산업 폐기물 관련 법규의 규정에도 미치지 못하므로 납 용출에 따른 환경 오염은 거의 배제된다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 Sn-Sn-Pb-Ag-Bi 4원계 솔더에 0.2∼0.4 중량%의 동(Cu)을 첨가하여 동 침식을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 종래 기술의 Sn-Pb 2원계 공정 솔더와 동등하거나 더 우수한 기계적·전기적 특성을 가지면서 인체에 유해한 납(Pb) 성분이 소량(전체 조성비 100 중량%에 대해 3∼8중량%)만 배합되어 조성되기 때문에 산성용액(pH4)에서의 납(Pb) 용출량이 1ppm 이하가 되어 폐기시 납(Pb) 용출에 따른 환경오염, 자연 생태계 파괴 등을 최대한 억제할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 소수의 실시예로 설명되어 있지만 첨부된 청구 범위 내에서 그 이상의 실시예 조성이 가능하고, 당 업계에 숙련된 사람이면 본 발명을 다양하게 변화 및 변형시킬 수 있으나 그러한 변화 및 변형은 첨부된 본 발명의 청구 범위 영역에 속하는 것을 알 수 있다.

Claims (3)

  1. 주석(Sn)과, 납(Pb)과, 은(Ag)과, 비스무스(Bi)로 구성된 것을 특징으로 하는 솔더(solder) 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주석(Sn) 81∼93 중량%와, 상기 납(Pb) 3∼8 중량%와, 상기 은(Ag) 1∼3 중량%와, 상기 비스무스(Bi) 3∼8 중량%가 배합되어 조성된 것을 특징으로 하는 솔더 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    동(Cu) 0.2∼0.4 중량%가 첨가되어 조성된 것을 특징으로 하는 솔더 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19980041034A (ko) * 1996-11-30 1998-08-17 이형도 납함량이 적은 전자부품용 땜납

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