KR20160027453A - Hybrid Composite Solder Alloys and Their Fabrication Methods - Google Patents

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KR20160027453A
KR20160027453A KR1020140114323A KR20140114323A KR20160027453A KR 20160027453 A KR20160027453 A KR 20160027453A KR 1020140114323 A KR1020140114323 A KR 1020140114323A KR 20140114323 A KR20140114323 A KR 20140114323A KR 20160027453 A KR20160027453 A KR 20160027453A
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김용진
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    • B22F3/12Both compacting and sintering

Abstract

The present invention relates to a hybrid composite solder alloy and a manufacturing method thereof and, more specifically, provides a hybrid composite solder alloy which includes a solder matrix material, a carbon reinforcing material, and a metal medium material wherein each interface layer is formed between the metal medium material and the solder matrix material, and between the metal medium material and the carbon reinforcing material; and the metal medium material is formed by one or more selected from a group of lithium, aluminum, silicon, vanadium, chrome, manganese, iron, yttrium, zirconium, niobium and neodymium. The present invention provides the hybrid composite solder alloy which reinforces the solder matrix material with the carbon reinforcing material and the metal medium material to enhance joint robustness, electricity conductivity, relative density and a melting point. More specifically, provided is the hybrid composite solder alloy which increases the joint strength with a network microstructure; increases electrical conductivity with the carbon reinforcing material with high current density; reduces the relative density with the carbon reinforcing material and the metal medium material having low specific gravity; and forms an intermetal compound and reduces the melting point by arranging the metal medium in the solder matrix material.

Description

혼성 복합 솔더 합금 및 이의 제조방법{Hybrid Composite Solder Alloys and Their Fabrication Methods}≪ Desc / Clms Page number 1 > Hybrid Composite Solder Alloys <

본 발명은 혼성 복합 솔더 합금과 이의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 솔더 기지재를 카본 보강재와 금속 매개재로 강화하여 접합 강성, 전기 전도성, 상대 밀도 및 용융점을 향상시킨 혼성 복합 솔더 합금에 관한 것이다.
The present invention relates to a hybrid composite solder alloy and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a hybrid composite solder alloy which is reinforced with a carbon reinforcing material and a metal-based material to improve solder joint rigidity, electrical conductivity, relative density and melting point.

솔더는 충분한 퍼짐성(adhesion)과 젖음성(wettability)을 가져 회로 기판 위에서 전자 부품을 완전히 접합시킬 수 있어야 한다. 또한, 외부 충격에 대하여 접합 부위가 파괴되지 않는 강한 내구성과 내진성을 가져야 한다. 현재 퍼짐성, 젖음성, 내구성, 내진성이 우수한 솔더가 개발되고 있다.
The solder must have sufficient adhesion and wettability to be able to fully bond the electronic components on the circuit board. Also, it should have a strong durability and an earthquake-proof property that does not break the joint part against external impact. At present, solders having excellent spreadability, wettability, durability and vibration resistance are being developed.

플립 칩 기술의 발전으로 반도체 칩과 접속 패드 사이의 거리가 계속 줄어들고 있고, 작은 피치(pitch)에서도 우수한 전기 전도성과 빠른 신호 전송 속도를 가지는 솔더가 요구되고 있다. 따라서, 솔더는 전류 밀도(current density)가 높고 핀(pin)에 부과되는 다양한 전기 신호를 빠르고 정확하게 전달할 수 있어야 한다. With the development of flip chip technology, the distance between the semiconductor chip and the connection pad has been continuously reduced, and there is a demand for a solder having excellent electrical conductivity and a high signal transmission rate even at a small pitch. Accordingly, the solder must have high current density and be capable of quickly and accurately delivering various electric signals to the pins.

또한, 최근 작고 가벼운 전자 기기에 대한 수요가 증가하면서 반도체 패키지 분야에서도 작고 가벼운 솔더에 대한 요구가 증가하고 있다. 정밀 제조 기술의 발전은 작은 크기의 솔더 볼 또는 얇은 형태의 솔더 와이어 생산을 가능하게 한다. 그러나 솔더는 기본적으로 중금속(heavy metal)으로 이루어져 있어 비중을 줄이는 것은 매우 어렵다. 중금속은 주기율표에서 구리와 납 사이의 비중이 4.5 g/cm3보다 큰 금속을 말한다.
In addition, with the recent increase in demand for small and light electronic devices, there is an increasing demand for small and light solders in the semiconductor package field. Advances in precision manufacturing technology enable the production of small-sized solder balls or thin-form solder wires. However, it is very difficult to reduce the weight because the solder is basically composed of heavy metal. Heavy metals are metals whose specific gravity between copper and lead is greater than 4.5 g / cm 3 in the periodic table.

이에 따라, 작고 가벼운 그래핀, 카본 나노 튜브, 카본 파이버 등의 카본 보강재(carbon reinforcement)를 솔더 기지재(solder matrix)에 고용시켜 비중을 줄이려는 연구가 현재 활발히 진행되고 있다.
Accordingly, studies have been actively conducted to reduce the specific gravity by employing carbon reinforcement such as small and light graphene, carbon nanotube, and carbon fiber in a solder matrix.

한편, 2원계 주석-납 유연 솔더는 고상선 온도(solidus temperature)와 액상선 온도(liquidus temperature)가 183.0 ℃로 동일하고, 냉각 중 균열 발생량이 적으면서 용융점 온도가 낮아서, 다른 전자 부품에 대한 열 손상 가능성이 적은 장점을 가지고 있다. On the other hand, binary tin-lead solder has the same solidus temperature and liquidus temperature of 183.0 ° C, has a low cracking amount during cooling, and has a low melting point temperature, It has the advantage of less possibility of damage.

환경 오염 문제로 납 사용이 제한되면서 무연 솔더가 유연 솔더를 대체하고 있고, 실제로 2원계 주석-은 무연 솔더가 현재 많이 사용되고 있다. 그러나, 상기 무연 솔더의 시작(onset) 용융점은 221.0 ℃로 183.0 ℃의 시작(onset) 용융점을 가지는 유연 솔더보다 38.0 ℃ 정도 높아서 그에 따른 작업 온도의 상승은 다른 전자 부품에 대한 열 손상 가능성을 증가시키고 있다. As the use of lead is restricted due to environmental pollution, lead-free solder substitutes for flexible solder, and in fact, binary tin-lead-free solder is now widely used. However, the onset melting point of the lead-free solder is about 38.0 degrees Celsius higher than that of the flexible solder having an onset melting point of 183.0 degrees Celsius at 221.0 degrees Celsius, which in turn increases the probability of thermal damage to other electronic components have.

이에 따라, 기존 유연 솔더와 비슷한 용융점을 가지면서도, 좁은 용융 온도 범위를 가지는 새로운 저용융점, 고신뢰성 무연 솔더를 현재 개발하고 있다.
Accordingly, a new low melting point, high reliability lead-free solder having a melting point similar to that of conventional solder and having a narrow melting temperature range is currently under development.

비특허문헌 1은 다층 카본 나노 튜브를 무연 솔더 합금에 강화하여 복합 솔더 합금의 전단 강도(shear strength)와 경도(hardness)를 높이는 방법에 대하여 기술하고 있다. Non-Patent Document 1 describes a method for enhancing the shear strength and hardness of a composite solder alloy by reinforcing the multilayer carbon nanotube to a lead-free solder alloy.

그러나, 다층 카본 나노 튜브는 솔더 합금과의 반응성이 낮아 화합물 형성으로 인한 용융점 감소 효과가 미미한 것으로 보고하고 있다.
However, the multi-layer carbon nanotubes have a low reactivity with the solder alloy, so that the effect of decreasing the melting point due to the formation of the compound is insignificant.

비특허문헌 2는 니켈을 다층 카본 나노 튜브 표면에 코팅하여 다층 카본 나노 튜브와 솔더 합금 사이의 젖음성(wettability)을 높이고, 동시에 복합 솔더 합금의 극한 인장 강도(ultimate tensile strength)를 높이는 방법을 개시하고 있다. Non-Patent Document 2 discloses a method of increasing the wettability between the multilayer carbon nanotube and the solder alloy by coating nickel on the surface of the multilayer carbon nanotube and simultaneously increasing the ultimate tensile strength of the composite solder alloy have.

그러나, 니켈은 반응성(reactivity)이 비교적 낮아 카본 나노 튜브와 탄화물을 형성할 가능성이 낮다. 또한, 카본 나노 튜브를 코팅하는 방법으로 전기 도금 방법, 물리 기상 증착(physical vapor deposition) 방법 및 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 방법이 제안되고 있지만, 이러한 방법으로 카본 나노 튜브의 반응성을 높이기는 아주 어렵다.
However, nickel is relatively unlikely to form carbides with carbon nanotubes because of its relatively low reactivity. In addition, electroplating, physical vapor deposition, and chemical vapor deposition methods have been proposed as coating methods for carbon nanotubes. However, it is very difficult to increase the reactivity of carbon nanotubes by such a method. it's difficult.

이에, 본 발명자들은 우수한 특성을 나타내는 솔더 합금에 관하여 연구를 수행하던 중, 솔더 기지재를 카본 보강재 및 금속 매개재로 강화하여 접합 강성, 전기 전도성, 상대 밀도 및 용융점을 향상시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the inventors of the present invention confirmed that it is possible to improve the joint stiffness, electrical conductivity, relative density and melting point by strengthening the solder matrix with a carbon reinforcing material and a metal intermediate material while studying the solder alloy exhibiting excellent characteristics Thus completing the present invention.

비특허 문헌 1: Sha Xu, Yan Cheong Chan, Kaili Zhang, K. C. Yung, J. Alloys Comp., 595, pp. 92102 (2014).Non-Patent Document 1: Sha Xu, Yan Cheong Chan, Kaili Zhang, K.C. Yung, J. Alloys Comp., 595, pp. 92102 (2014). 비특허 문헌 2: Zhongbao Yang, Wei Zhou, Ping Wu, Mater. Sci. Eng. A., 590, pp. 295300 (2014).Non-Patent Document 2: Zhongbao Yang, Wei Zhou, Ping Wu, Mater. Sci. Eng. A., 590, pp. 295300 (2014).

본 발명의 목적은, SUMMARY OF THE INVENTION [0006]

혼성 복합 솔더 합금을 제공하는 데 있다.
Hybrid composite solder alloy.

본 발명의 다른 목적은, Another object of the present invention is to provide

솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재 각각의 분말을 혼합하는 단계(단계 1); 및(Step 1) of mixing the respective powders of the solder base material, the carbon reinforcing material and the metal intermediate material; And

상기 단계 1에서 제조된 혼합 분말을 압축 후, 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법을 제공하는 데 있다.
And a step of compressing and heat-treating the mixed powder produced in the step 1 (step 2). The present invention also provides a method for producing a hybrid composite solder alloy.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,

솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재를 포함하는 혼성 복합 솔더 합금이되, A composite composite solder alloy comprising a solder matrix, a carbon stiffener, and a metal-

상기 금속 매개재와, 솔더 기지재 및 카본 보강재 사이에 각각 계면층을 가지고, An interfacial layer between the metal-based material, the solder substrate and the carbon reinforcement,

상기 금속 매개재는 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 실리콘, 타이타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 이트리움, 지르코늄, 니오븀, 네오디뮴으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다.
Wherein the metal mediator is at least one selected from the group consisting of lithium, magnesium, aluminum, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, yttrium, zirconium, niobium and neodymium.

또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,

솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재 각각의 분말을 혼합하는 단계(단계 1); 및(Step 1) of mixing the respective powders of the solder base material, the carbon reinforcing material and the metal intermediate material; And

상기 단계 1에서 제조된 혼합 분말을 압축 후, 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법을 제공한다.
And a step of compressing and heat-treating the mixed powder produced in the step 1 (step 2).

본 발명은 솔더 기지재를 카본 보강재와 금속 매개재로 강화하여 접합 강성, 전기 전도성, 상대 밀도 및 용융점을 향상시킨 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다. 더욱 자세하게는 네트워크 미세 구조로 접합 강성을 증가시키고, 전류 밀도가 높은 카본 보강재로 전기 전도성을 증가시키고, 비중이 낮은 카본 보강재와 금속 매개재로 상대 밀도를 감소시키고, 금속 매개재를 솔더 기지재에 고용시켜 금속간 화합물을 형성하고 용융점을 감소시킨 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다.The present invention provides a hybrid composite solder alloy having solder matrix materials reinforced with a carbon reinforcing material and a metal compound to improve bonding rigidity, electrical conductivity, relative density and melting point. More specifically, the network microstructure increases bond stiffness, increases electrical conductivity with high current density carbon stiffeners, reduces relative density with low specific gravity carbon stiffeners and metal intermediates, To form an intermetallic compound and to reduce the melting point of the composite composite solder alloy.

본 발명에 따른 혼성 복합 솔더 합금 제조방법은 솔더 기지재, 카본 보강재, 금속 매개재 분말을 혼합, 압축 및 열처리하는 간단한 공정을 통하여 금속 매개재를 이용한 계면층 형성이 가능하므로, 더욱 우수한 성능을 갖는 혼성 복합 솔더 합금을 제조할 수 있다.
The hybrid composite solder alloy manufacturing method according to the present invention can form an interfacial layer using a metal-based material through a simple process of mixing, compressing, and heat-treating a solder base material, a carbon reinforcement material, and a metal- A hybrid composite solder alloy can be manufactured.

도 1은 본 발명에 따른 혼성 복합 솔더 합금 구성체가 혼성 복합 솔더 합금으로 전이되는 과정을 나타낸 모식도이고;
도 2는 다층 카본 나노 튜브 및 실시예 3에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 3은 실시예 1 내지 9 및 비교예 1에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 카본 보강재 함유량에 따른 전기 저항률을 나타낸 그래프이고;
도 4는 실시예 1 내지 9 및 비교예 1에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 카본 보강재 함유량에 따른 절대 밀도 및 상대 밀도를 나타낸 그래프이고;
도 5는 실시예 2, 4, 6, 8 및 비교예 1에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 시차 주사 열량을 나타낸 그래프이고;
도 6은 실시예 2, 4, 6, 8 및 비교예 1에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 X-선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이고;
도 7은 제조예 3에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 8은 제조예 1 내지 6 및 비교예 2에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 카본 보강재 함유량에 따른 전기 저항률을 나타낸 그래프이고;
도 9는 제조예 1 내지 6 및 비교예 2에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 카본 보강재 함유량에 따른 절대 밀도 및 상대 밀도를 나타낸 그래프이고;
도 10은 제조예 2, 4, 6 및 비교예 2에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 시차 주사 열량을 나타낸 그래프이고;
도 11은 제조예 2, 4, 6 및 비교예 2에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 X-선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a process of transferring a hybrid composite solder alloy composition according to the present invention to a hybrid composite solder alloy; FIG.
2 is a photograph of the multilayer carbon nanotube and the hybrid composite solder alloy produced in Example 3 by scanning electron microscope;
FIG. 3 is a graph showing electrical resistivities of the hybrid composite solder alloy prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 according to the content of carbon reinforcing material;
4 is a graph showing the absolute density and the relative density of the hybrid composite solder alloy prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 according to the content of the carbon reinforcing material;
5 is a graph showing the differential scanning calorie of the hybrid composite solder alloy prepared in Examples 2, 4, 6 and 8 and Comparative Example 1;
6 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the hybrid composite solder alloy prepared in Examples 2, 4, 6 and 8 and Comparative Example 1;
7 is a photograph of the hybrid composite solder alloy produced in Production Example 3 by scanning electron microscope;
8 is a graph showing electrical resistivities of the hybrid composite solder alloys prepared in Production Examples 1 to 6 and Comparative Example 2 according to the content of carbon reinforcing material;
9 is a graph showing the absolute density and the relative density of the hybrid composite solder alloy produced in Production Examples 1 to 6 and Comparative Example 2 according to the content of the carbon reinforcing material;
10 is a graph showing the differential scanning calorie of the hybrid composite solder alloy prepared in Production Examples 2, 4 and 6 and Comparative Example 2;
11 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the hybrid composite solder alloy produced in Production Examples 2, 4 and 6 and Comparative Example 2. FIG.

본 발명은,According to the present invention,

솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재를 포함하는 혼성 복합 솔더 합금이되, A composite composite solder alloy comprising a solder matrix, a carbon stiffener, and a metal-

상기 금속 매개재와, 솔더 기지재 및 카본 보강재 사이에 각각 계면층을 가지고, An interfacial layer between the metal-based material, the solder substrate and the carbon reinforcement,

상기 금속 매개재는 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 실리콘, 타이타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 이트리움, 지르코늄, 니오븀, 네오디뮴으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다.
Wherein the metal mediator is at least one selected from the group consisting of lithium, magnesium, aluminum, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, yttrium, zirconium, niobium and neodymium.

이하, 본 발명에 따른 혼성 복합 솔더 합금을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the hybrid composite solder alloy according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 혼성 복합 솔더 합금은 솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재를 포함하는 혼성 복합 솔더 합금이되, 상기 금속 매개재와, 솔더 기지재 및 카본 보강재 사이에 각각 계면층을 가진다.
The hybrid composite solder alloy according to the present invention is a hybrid composite solder alloy including a solder base material, a carbon reinforcement material and a metal-based material, and has an interface layer between the metal-based material, the solder base material and the carbon reinforcement material.

본 발명은 솔더 기지재를 카본 보강재와 금속 매개재로 강화하여 접합 강성, 전기 전도성, 상대 밀도 및 용융점을 향상시킨 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다.The present invention provides a hybrid composite solder alloy having solder matrix materials reinforced with a carbon reinforcing material and a metal compound to improve bonding rigidity, electrical conductivity, relative density and melting point.

본 발명은 솔더 기지재를 카본 보강재와 금속 매개재로 강화하여 접합 강성을 향상시킨 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다. The present invention provides a hybrid composite solder alloy in which a solder matrix is reinforced with a carbon reinforcing material and a metal matrix to improve bonding rigidity.

솔더 기지재는 내산화성과 접합 강성은 비교적 높으나, 탄성과 충격 흡수성이 낮아 외부 충격 시 접합 부위에서 박리가 일어날 수 있다. 카본 보강재는 탄성과 충격 흡수성은 높으나, 솔더 기지재와의 반응성이 낮은 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점은 금속 매개재를 카본 보강재와 반응시킨 후, 솔더 기지재에 고용시켜 사용하면 해결될 수 있다. 금속 매개재로 솔더 기지재와 카본 보강재 사이 계면에서 화합물을 형성한 후, 내산화성이 비교적 높은 솔더 기지재로 카본 보강재와 금속 매개재를 코팅하여 산화를 방지하여 사용하면 혼성 복합 솔더 합금의 접합 강성을 증가시킬 수 있다.
Solder bases are relatively high in oxidation resistance and bond stiffness, but they are low in elasticity and impact absorbability, which may lead to peeling at the joints during external impact. The carbon reinforcing material has high elasticity and impact absorbability, but has a low reactivity with the solder base material. This problem can be solved by reacting a metal-based material with a carbon reinforcing material and then using the material in a solder base material. When a compound is formed at the interface between a solder matrix and a carbon stiffener using a metal matrix, the solder matrix having a relatively high oxidation resistance is coated with a carbon matrix and a metal matrix to prevent oxidation. When the bond stiffness Can be increased.

본 발명은 솔더 기지재를 카본 보강재와 금속 매개재로 강화하여 전기 전도성을 향상시킨 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다. The present invention provides a hybrid composite solder alloy in which the solder matrix is reinforced with a carbon reinforcing material and a metal matrix to improve electrical conductivity.

카본 보강재는 우수한 전기 전도성을 가진다. 예를 들어, 그래핀 리본(카본 보강재)은 1.0 × 108 A/cm2의 전류 밀도를 가지고, 단층 카본 나노 튜브(카본 보강재)는 4.0 × 109 A/m2의 전류 밀도를 가진다. 그러나, 나노 사이즈에서 마이크로 사이즈로 정률 증가하는 과정에서 전기 전도성이 훼손되고, 고온에서 산화되며, 소수성적(hydrophobic) 계면 특성으로 인하여 서로 응집한다. 금속 매개재로 솔더 기지재와 카본 보강재 사이를 연결하고 보완하여 사용하면 정률 증가하는 과정에서 전기 전도성이 훼손되는 것을 방지할 수 있다. 고온에서 산화되는 카본 보강재를 내산화성이 비교적 높은 솔더 기지재로 코팅하여 사용하면 산화를 방지할 수 있다. 솔더 기지재를 카본 보강재와 혼합하여 소결하면 솔더 기지재가 용융되면서 카본 보강재의 응집을 풀 수 있어 혼성 복합 솔더 합금의 전기 전도성을 증가시킬 수 있다.Carbon reinforcing materials have excellent electrical conductivity. For example, the graphene ribbon (carbon reinforcing material) has a current density of 1.0 × 10 8 A / cm 2 , and the single-walled carbon nanotube (carbon reinforcing material) has a current density of 4.0 × 10 9 A / m 2 . However, as the nanoscale-to-microcrystalline size increases, the electrical conductivity is degraded, oxidized at high temperatures, and agglomerates due to the hydrophobic interface properties. As a metal mediator, it is possible to prevent the electrical conductivity from being damaged in the process of increasing the rate when the solder base material and the carbon reinforcement material are connected and supplemented. Oxidation can be prevented by using a carbon reinforcing material oxidized at a high temperature coated with a solder base material having a relatively high oxidation resistance. When the solder base material is mixed with the carbon reinforcing material and sintered, the solder base material can be melted and aggregation of the carbon reinforcement material can be released, thereby increasing the electrical conductivity of the hybrid composite solder alloy.

본 발명은 솔더 기지재를 카본 보강재와 금속 매개재로 강화하여 상대 밀도를 향상시킨 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다. The present invention provides a hybrid composite solder alloy in which the solder matrix is reinforced with a carbon reinforcing material and a metal matrix to improve the relative density.

카본 보강재와 금속 매개재는 비중이 낮아 솔더 기지재에 고용시켜 사용하면 혼성 복합 솔더 합금의 상대 밀도를 감소시킬 수 있다. 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)는 2.27 g/cm3의 비중을 가지고, 마그네슘(금속 매개재)은 1.74 g/cm3의 더욱 낮은 비중을 가진다. 카본 보강재와 금속 매개재를 솔더 기지재에 고용시켜 사용하면 혼성 복합 솔더 합금의 상대 밀도를 감소시킬 수 있다.Because of the low specific gravity of the carbon reinforcing material and the metal matrix, it is possible to reduce the relative density of the hybrid composite solder alloy when used in a solder matrix. The multilayer carbon nanotube (carbon reinforcing material) has a specific gravity of 2.27 g / cm 3 , and the magnesium (metal-mediated material) has a lower specific gravity of 1.74 g / cm 3 . The use of carbon stiffener and metal matrix in the solder matrix can reduce the relative density of the hybrid composite solder alloy.

본 발명은 솔더 기지재를 카본 보강재와 금속 매개재로 강화하여 용융점을 향상시킨 혼성 복합 솔더 합금을 제공한다. The present invention provides a hybrid composite solder alloy in which a solder matrix is reinforced with a carbon reinforcing material and a metal matrix to improve the melting point.

솔더 기지재는 내열성이 우수하고, 고온에서도 안정적이지만, 높은 용융점을 가진다. 예를 들어, 주석을 기반으로 하는 무연 솔더 합금(솔더 기지재)은 210.0 내지 230.0 ℃ 정도의 높은 시작(onset) 용융점을 가져 새로운 원소 첨가로 용융점을 낮추려는 연구가 현재 활발히 진행되고 있다. 상기 무연 솔더 합금(솔더 기지재)에 마그네슘(금속 매개재)이 고용되면 마그네슘 화합물이 형성되고 공정 조성(eutectic composition)으로 이동하여 용융점이 감소될 수 있다. 그러므로, 금속 매개재를 솔더 기지재에 고용시켜 사용하면 혼성 복합 솔더 합금의 용융점을 감소시킬 수 있다.
The solder base material is excellent in heat resistance and stable at high temperatures, but has a high melting point. For example, lead-free solder alloys based on tin (solder base materials) have an onset melting point as high as 210.0 to 230.0 ° C, and studies for lowering the melting point by adding new elements are currently being actively pursued. When the magnesium (metal-mediator) is dissolved in the lead-free solder alloy (the solder matrix), a magnesium compound is formed and migrated to a eutectic composition, whereby the melting point can be reduced. Therefore, the melting point of the hybrid composite solder alloy can be reduced by employing a metal-mediated material in the solder matrix.

상기 솔더 기지재는 주석, 구리, 바나듐, 금, 은, 아연, 텅스텐, 백금, 납, 비스무트, 인듐, 니켈, 코발트, 안티몬, 희토류, 이들의 산화물, 질화물, 황화물, 인화물 및 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 솔더 기지재가 이에 제한되는 것은 아니다. Wherein the solder base material is selected from the group consisting of tin, copper, vanadium, gold, silver, zinc, tungsten, platinum, lead, bismuth, indium, nickel, cobalt, antimony, rare earths, oxides, nitrides, sulfides, At least one selected may be used, but the solder base material is not limited thereto.

상기 솔더 기지재의 일례로, 2원계 주석-은 무연 솔더 합금은 내산화성과 내열성이 높고, 고온에서도 안정적이며, 접합 강성이 비교적 높아 전자 부품을 회로 기판에 부착시키는 접합 재료로 현재 많이 사용되고 있다. 그러나, 탄성과 충격 흡수성이 작아 외부 충격에 약하고, 전기 전도성이 금, 은, 구리 등에 비해 낮으며, 비중이 아주 높고, 시작(onset) 용융점 또한 221.0 ℃로 183.0 ℃의 시작(onset) 용융점을 가지는 2 원계 주석-납 유연 솔더 합금보다 38.0 ℃ 정도 높다. 본 발명에서는 상기 솔더 기지재를 카본 보강재 및 금속 매개재로 보완함으로써 문제점을 해결한다. As one example of the solder base material, the binary tin-silver solder alloy has high oxidation resistance and heat resistance, is stable at high temperature, and has a relatively high bonding rigidity, so that it is widely used as a bonding material for attaching an electronic component to a circuit board. However, it has low elasticity and shock absorbing property, is weak against external impact, has low electric conductivity as compared with gold, silver, copper, etc., has a high specific gravity and has an onset melting point of 221.0 캜 and an onset melting point of 183.0 캜 It is 38.0 ° C higher than that of 2-element tin-lead flexible solder alloy. In the present invention, the solder matrix is supplemented with a carbon reinforcing material and a metal matrix to solve the problem.

이때, 상기 혼성 복합 솔더 합금은 80 내지 97 질량%의 솔더 기지재를 포함할 수 있다. 만약, 혼성 복합 솔더 합금이 80 질량% 미만으로 솔더 기지재(예를 들어, 2원계 주석-은 무연 솔더 합금)를 포함하면 내산화성과 내열성이 낮은 문제점이 있고, 97 질량%를 초과하여 솔더 기지재를 포함하면 탄성과 충격 흡수성이 작아 외부 충격에 약한 문제점이 있다.
At this time, the hybrid composite solder alloy may include a solder base of 80 to 97 mass%. If the hybrid composite solder alloy contains less than 80 mass% of solder base material (for example, binary tin-silver-free solder alloy), oxidation resistance and heat resistance are low, and more than 97 mass% When the ash is contained, the elasticity and the impact absorbability are small, and thus there is a problem in that it is vulnerable to an external impact.

상기 카본 보강재는 다이아몬드, 풀러린, 카본 나노 튜브, 그래핀, 카본 섬유, 카본 블랙, 활성 카본, 유리질 카본, 인조 카본 및 그래핀 리본으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. The carbon reinforcing material may be at least one selected from the group consisting of diamond, fullerene, carbon nanotube, graphene, carbon fiber, carbon black, activated carbon, vitreous carbon, artificial carbon and graphene ribbon.

상기 카본 보강재의 일례로, 다층 카본 나노 튜브는 탄성과 충격 흡수성이 높고, 전기 전도성이 구리 정도로 높으며, 비중이 2.27 g/cm3로 낮다. 그러나, 나노 사이즈에서 마이크로 사이즈로 정률 증가하는 과정에서 전기 전도성이 훼손되고, 고온에서 산화되며, 소수성적 계면 특성으로 인하여 서로 심하게 응집하고, 화학적으로 안정하여 무연 솔더 합금과의 반응성이 낮다. 또한 530.0 ℃에서 급격히 산화되며 650.0 ℃에서 열분해(thermal decompose)된다.As an example of the carbon reinforcing material, the multi-layer carbon nanotube has high elasticity and impact absorbability, high electrical conductivity and high specific gravity of 2.27 g / cm < 3 >. However, in the process of increasing the nanoscale to micro size, the electrical conductivity is damaged, oxidized at high temperature, agglomerated severely due to hydrophobic interface properties, chemically stable and reactivity with lead-free solder alloy is low. It is also rapidly oxidized at 530.0 ° C and thermally decomposed at 650.0 ° C.

이때, 상기 혼성 복합 솔더 합금은 0.01 내지 3 질량%의 카본 보강재를 포함할 수 있다. 만약, 혼성 복합 솔더 합금이 0.01 질량% 미만으로 카본 보강재(예를 들어, 다층 카본 나노 튜브)를 포함하면 전기 전도성 증가가 미미한 문제점이 있고, 3 질량%를 초과하여 카본 보강재를 포함하면 고온에서 산화되는 문제점이 있다.
At this time, the hybrid composite solder alloy may include carbon reinforcement in an amount of 0.01 to 3 mass%. If the hybrid composite solder alloy contains less than 0.01% by mass of carbon reinforcing material (for example, multi-layer carbon nanotubes), there is a problem that the increase in electric conductivity is insignificant. When the carbon reinforcing material is contained in excess of 3% by mass, .

본 발명의 혼성 복합 솔더 합금에서, 상기 금속 매개재는 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 실리콘, 타이타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 이트리움, 지르코늄, 니오븀, 네오디뮴으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다. In the hybrid composite solder alloy of the present invention, the metal-based material is at least one selected from the group consisting of lithium, magnesium, aluminum, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, yttrium, zirconium, niobium, and neodymium do.

상기 금속 매개재의 일례로, 마그네슘과 알루미늄은 각각 1.74 g/cm3과 2.70 g/cm3의 비중을 가지며, 반응성이 높아 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)와 무연 솔더 합금(솔더 기지재) 사이 계면에서 화합물을 형성한다. 특히, 무연 솔더 합금에 마그네슘을 고용시키면 마그네슘 화합물이 형성되고 공정 조성으로 이동하여 용융점이 감소된다. 마그네슘은 다층 카본 나노 튜브와 Mg2C3의 마그네슘 탄화물을 형성하고, 무연 솔더 합금과 Mg2Sn의 마그네슘 화합물을 형성한다. 마그네슘은 다층 카본 나노 튜브와 무연 솔더 합금을 서로 연결하는 일종의 매개재(intermediate material)로 사용된다. 마그네슘 함유량이 증가할수록 마그네슘 화합물은 증가하고 용융점은 감소한다. 그러나, 마그네슘은 쉽게 산화된다.Magnesium and aluminum have a specific gravity of 1.74 g / cm 3 and 2.70 g / cm 3 , respectively, and have high reactivity, so that the interface between the multilayer carbon nanotube (carbon reinforcement) and the lead-free solder alloy (solder matrix) ≪ / RTI > In particular, when magnesium is melted in a Pb-free solder alloy, a magnesium compound is formed, which moves to the process composition and the melting point is reduced. Magnesium forms multi-layer carbon nanotubes and magnesium carbide of Mg 2 C 3 , forming a lead-free solder alloy and a magnesium compound of Mg 2 Sn. Magnesium is used as an intermediate material for interconnecting multi-layer carbon nanotubes and lead-free solder alloys. As the magnesium content increases, the magnesium compound increases and the melting point decreases. However, magnesium is easily oxidized.

이때, 상기 혼성 복합 솔더 합금은 0.01 내지 10 질량%의 금속 매개재를 포함할 수 있다. 만약, 혼성 복합 솔더 합금이 0.01 질량% 미만으로 금속 매개재(예를 들어, 마그네슘)을 포함하면 반응성이 미미한 문제점이 있고, 10 질량%를 초과하여 금속 매개재를 포함하면 쉽게 산화되는 문제점이 있다.
At this time, the hybrid composite solder alloy may include 0.01 to 10 mass% of a metal-based material. If the mixed composite solder alloy contains less than 0.01% by mass of a metal-containing material (for example, magnesium), the reactivity is insignificant. If the mixed-type solder alloy contains more than 10% by mass of the metal- .

본 발명은 혼성 복합 솔더 합금은 하기와 같은 특성을 가진다. The present invention has the following characteristics of the hybrid composite solder alloy.

이하, 솔더 기지재의 일례로 무연 솔더 합금(주석 및 은), 카본 보강재의 일례로 다층 카본 나노 튜브, 금속 매개재의 일례로 마그네슘을 포함하는 혼성 복합 솔더 합금의 특성을 기재하였다. Hereinafter, characteristics of a lead-free solder alloy (tin and silver) as an example of a solder base material, a multilayer carbon nanotube as an example of a carbon reinforcement material, and a composite hybrid solder alloy containing magnesium as an example of a metal intermediate material are described.

혼성 복합 솔더 합금은 요철이 심한 전자 부품을 회로 기판에 신뢰성 있게 부착하기 위하여 사용된다. Hybrid composite solder alloys are used to reliably attach highly irregular electronic components to circuit boards.

무연 솔더 합금은 내산화성과 접합 강성은 비교적 높지만, 탄성과 충격 흡수성이 낮다. 다층 카본 나노 튜브는 복잡한 그물망 미세 구조를 가지며, 탄성과 충격 흡수성이 높다. 마그네슘은 두 구성체 사이를 서로 연결하고 보완하여 접합 부위가 박리되는 것을 방지한다. 다층 카본 나노 튜브의 복잡한 그물망 미세 구조, 무연 솔더 합금의 비교적 높은 접합 강성, 마그네슘의 연결과 보완이 합쳐져 혼성 복합 솔더 합금의 접합 강성은 더욱 향상된다.Lead-free solder alloys are relatively high in oxidation resistance and bond stiffness, but have low elasticity and shock absorption. The multi-layered carbon nanotube has a complicated mesh microstructure, and has high elasticity and impact absorbability. Magnesium bonds and bonds between the two constituents to prevent peeling of the joints. The composite microstructure of multilayer carbon nanotubes, the relatively high bonding stiffness of the lead-free solder alloy, and the bonding and complementing of the magnesium are combined to further improve the bonding stiffness of the hybrid composite solder alloy.

다층 카본 나노 튜브는 구리 정도의 전류 밀도를 가져 무연 솔더 합금에 강화되면 혼성 복합 솔더 합금의 전기 전도성은 향상된다. 그러나, 다층 카본 나노 튜브가 너무 많이 강화되면 무연 솔더 합금 사이 계면에서 기공(pore)과 균열(crack)이 발생하고 혼성 복합 솔더 합금의 전기 전도성은 서서히 감소한다. The multilayer carbon nanotubes have a current density of about copper, so that the electrical conductivity of the hybrid composite solder alloy improves when the solder alloy is reinforced with the lead-free solder alloy. However, if the multilayer carbon nanotubes are excessively strengthened, pores and cracks are generated at the interface between the lead-free solder alloy, and the electrical conductivity of the hybrid composite solder alloy gradually decreases.

주석과 은은 각각 7.37 g/cm3과 10.49 g/cm3 정도의 비중을 가지지만, 다층 카본 나노 튜브, 마그네슘 및 알루미늄의 비중이 낮아 혼성 복합 솔더 합금의 비중은 감소된다. 특히, 다층 카본 나노 튜브는 화학적으로 매우 안정하여 너무 많이 강화하면 무연 솔더 합금 사이 계면에서 기공과 균열이 발생하고 혼성 복합 솔더 합금의 상대 밀도는 급격히 감소한다.Tin and silver have a specific gravity of about 7.37 g / cm 3 and 10.49 g / cm 3 , respectively, but the specific gravity of the multi-layer carbon nanotube, magnesium and aluminum is low, and the specific gravity of the hybrid composite solder alloy is reduced. In particular, multilayer carbon nanotubes are chemically very stable, and if they are strengthened too much, pores and cracks will occur at the interface between the Pb-free solder alloy and the relative density of the hybrid composite solder alloy will decrease sharply.

혼성 복합 솔더 합금은 208.0 내지 199.0 ℃의 시작(onset) 용융점을 가지며, 마그네슘 함유량에 따라 용융점 조절이 가능하다. 그러나, 마그네슘은 쉽게 산화되어, 마그네슘 함유량이 증가할수록 전기 전도성은 급격히 감소한다.
The hybrid composite solder alloy has an onset melting point of 208.0-199.0 ° C and is capable of controlling the melting point according to the magnesium content. However, magnesium is easily oxidized, and as the magnesium content increases, the electrical conductivity decreases sharply.

본 발명은,According to the present invention,

솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재 각각의 분말을 혼합하는 단계(단계 1); 및(Step 1) of mixing the respective powders of the solder base material, the carbon reinforcing material and the metal intermediate material; And

상기 단계 1에서 제조된 혼합 분말을 압축 후, 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법을 제공한다.
And a step of compressing and heat-treating the mixed powder produced in the step 1 (step 2).

본 발명에 따른 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법에 있어서 단계 1은 솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재 각각의 분말을 혼합하는 단계이다. In the method for producing a hybrid composite solder alloy according to the present invention, step 1 is a step of mixing powders of a solder base material, a carbon reinforcing material, and a metal-based material, respectively.

상기 단계 1의 혼합단계를 수행함으로써, 분말 간의 에너지 상태를 높일 수 있고, 솔더 기지재와 금속 매개재, 카본 보강재와 금속 매개재가 서로 접촉하여 후속 열처리 공정에서 계면화합물을 형성할 수 있도록 한다.
By performing the mixing step in the step 1, the energy state between the powders can be increased, and the solder matrix, the metal medium, the carbon reinforcement and the metal medium are brought into contact with each other so that the interfacial compound can be formed in the subsequent heat treatment process.

상기 단계 1의 혼합은 볼 밀링 공정으로 수행되는 것일 수 있고, 각각의 분말들을 혼합한 후, 이를 볼 밀링함으로써 수행될 수 있다. The mixing of step 1 may be performed by a ball milling process, and may be performed by mixing each of the powders and then ball milling them.

또한, 상기 단계 1의 혼합은 카본 보강재 및 금속 매개재 분말을 먼저 혼합한 후, 솔더 기지재를 첨가하여 다시 혼합한 것일 수 있다.
In addition, in the mixing of the step 1, the carbon reinforcing material and the metal-mediated powder may be mixed first, then the solder base material may be added and mixed again.

이때, 상기 볼 밀링 공정은 1분 내지 100 시간 동안 수행될 수 있다. At this time, the ball milling process may be performed for 1 minute to 100 hours.

만약, 혼성 복합 솔더 합금을 1 분 미만으로 볼 밀링하면 카본 보강재(예를 들어, 다층 카본 나노 튜브)와의 반응성이 낮은 문제점이 있고, 100 시간을 초과하여 볼 밀링하면 카본 보강재가 손상되는 문제점이 있다.
If the composite composite solder alloy is ball milled for less than 1 minute, reactivity with carbon reinforcing material (for example, multi-layer carbon nanotubes) is low. If ball milling is performed for more than 100 hours, carbon reinforcing material is damaged .

본 발명에 따른 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 혼합 분말을 압축 후, 열처리하는 단계이다. In the method for producing a hybrid composite solder alloy according to the present invention, step 2 is a step of compressing and heat-treating the mixed powder prepared in step 1 above.

상기 단계 2의 압축 과정을 통하여 분말 사이에서 접합(necking)이 형성되면서 원자의 확산(diffusion)이 보다 쉽게 일어나고, 결국 열처리를 통하여 솔더 기지재 및 카본 보강재 각각과 금속 매개재 간의 화합물이 형성될 수 있다.
As the necking is formed between the powders through the compression process of the step 2, diffusion of atoms occurs more easily, and as a result, a compound between each of the solder base material and the carbon reinforcing material and the metal intermediate material can be formed through the heat treatment have.

이때, 상기 단계 2의 열처리는 150.0 내지 650.0 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있고, 진공 분위기에서 수행될 수 있다. In this case, the heat treatment in step 2 may be performed at a temperature ranging from 150.0 to 650.0 ° C, and may be performed in a vacuum atmosphere.

만약, 상기 단계 2의 열처리가 150.0 ℃ 미만으로 수행되는 경우에는 마그네슘을 금속 매개재로 사용하는 경우, 수소화 마그네슘이 탈수소화되지 않는 문제점이 있고, 상기 단계 2의 열처리가 650.0 ℃을 초과하여 수행되는 경우에는 불필요한 에너지와 비용이 소모되는 문제점이 있다.If the heat treatment in step 2 is carried out at a temperature lower than 150.0 ° C., there is a problem that magnesium hydride is not dehydrogenated when magnesium is used as a metal mediator, and the heat treatment in step 2 is performed at a temperature higher than 650.0 ° C. There is a problem that unnecessary energy and cost are consumed.

본 발명에 따른 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법의 일례를 하기에 나타내었다.
An example of a method for producing a hybrid composite solder alloy according to the present invention is shown below.

수소화 마그네슘 분말과 알루미늄 분말(금속 매개재)을 다층 카본 나노 튜브 분말(카본 보강재)과 조성대로 혼합한 후 볼 밀링을 1 시간 동안 수행하여 에너지 상태(energy state)를 높인다. 주석 분말과 은 분말(솔더 기지재)을 혼합한 후 볼 밀링을 1 시간 동안 추가로 수행한다. 밀링한 분말을 프레스 몰드에 넣어 20 MPa의 압력을 일축 방향(uniaxial direction)으로 가하여 1.5 cm의 지름 × 2 cm의 높이의 디스크 형태 샘플(disk-shaped sample)로 성형한다. 탈수소화를 위하여 450.0 ℃의 유지 온도에서 3 시간 동안 진공 열처리하여 혼성 복합 솔더 합금을 제조한다.
After mixing magnesium hydride powder and aluminum powder (metal mediator) with the multilayer carbon nanotube powder (carbon reinforcing material) in the composition, ball milling is performed for 1 hour to increase the energy state. After mixing the tin powder and the silver powder (solder matrix), ball milling is performed for one hour. The milled powder is put into a press mold and a pressure of 20 MPa is applied in a uniaxial direction to form a disk-shaped sample of 1.5 cm in diameter × 2 cm in height. For the dehydrogenation, hybrid heat treatment is performed at a holding temperature of 450.0 ℃ for 3 hours to produce hybrid composite solder alloy.

이때, 상기 열처리에 의한 혼성 복합 솔더 합금의 탈수소화 반응 및 탄화 반응의 일례를 하기 반응식으로 나타낸다.
At this time, an example of the dehydrogenation reaction and the carbonization reaction of the hybrid composite solder alloy by the heat treatment is shown by the following reaction formula.

<반응식 1><Reaction Scheme 1>

Sn + Ag + MgH2 + Al + MWCNT(carbon) → Sn + Ag + MgH 2 + Al + MWCNT (carbon) →

Sn + Ag3Sn + Mg2Sn + Mg2C3 + Al + MWCNT(carbon) + H2(↑, gas)
Sn + Ag 3 Sn + Mg 2 Sn + Mg 2 C 3 + Al + MWCNT (carbon) + H 2 (↑, gas)

상기 반응식에서 알 수 있듯이, 수소화 마그네슘은 공기 중 산소와의 반응성이 마그네슘보다 낮아 마그네슘 전구(precursor) 분말 재료로 사용된다. 수소화 마그네슘은 350.0 ℃ 이상 고온 진공 분위기에서 쉽게 탈수소화되어 마그네슘으로 변하며 수소는 가스로 변하여 배출된다. 탈수소화된 마그네슘은 다층 카본 나노 튜브와 Mg2C3의 마그네슘 탄화물을 형성하고, 무연 솔더 합금과 Mg2Sn의 마그네슘 화합물을 형성하여, 다층 카본 나노 튜브와 무연 솔더 합금 사이에서 매개재로 사용된다.
As can be seen from the above reaction formula, magnesium hydride has lower reactivity with oxygen in air than magnesium and is used as a magnesium precursor powder material. Magnesium hydride is easily dehydrogenated in a high-temperature vacuum atmosphere at 350.0 ° C or higher to be converted to magnesium, and hydrogen is converted into gas and discharged. The dehydrogenated magnesium forms multi-layer carbon nanotubes and magnesium carbide of Mg 2 C 3 , forms a magnesium compound of Mg 2 Sn and a lead-free solder alloy, and is used as an intermediate between the multi-layer carbon nanotube and the lead-free solder alloy .

상기 혼성 복합 솔더 합금은 0.1 내지 400 μ·Ω㎝의 전기 저항률 또는 0.1 내지 7.5 g/cm3의 상대 밀도 또는 190 내지 230 ℃, 더욱 바람직하게는 199.0 내지 208.0 ℃의 시작(onset) 용융점을 가질 수 있다.
The hybrid composite solder alloy may have an electrical resistivity of 0.1 to 400 mu OMEGA cm or a relative density of 0.1 to 7.5 g / cm &lt; 3 &gt; or an onset melting point of 190 to 230 DEG C, more preferably 199.0 to 208.0 DEG C have.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

단계 1: 0.10 질량%의 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 분말, 0.66 질량%의 알루미늄(금속 매개재) 분말, 2.89 질량%의 마그네슘(금속 매개재) 분말을 혼합한 후 볼 밀링을 1 시간 동안 수행하고, 93.47 질량%의 주석(솔더 기지재) 분말, 2.89 질량%의 은(솔더 기지재) 분말을 혼합한 후 1 시간 동안 추가로 볼 밀링을 수행하였다.
Step 1: Mixing 0.10 mass% of multilayer carbon nanotube (carbon reinforcing material) powder, 0.66 mass% aluminum (metal mediator) powder and 2.89 mass% magnesium (metal mediator) powder, ball milling was performed for 1 hour 93.47% by mass of tin (solder base material) powder and 2.89% by mass of silver (solder base material) powder were mixed, followed by further ball milling for 1 hour.

단계 2: 밀링한 분말을 프레스 몰드에 넣어 20 MPa의 압력을 일축 방향으로 가하여 1.5 cm의 지름 × 2 cm의 높이의 디스크 형태 샘플을 성형하고, 450.0 ℃의 유지 온도에서 진공 열처리를 3 시간 동안 수행하여 혼성 복합 솔더 합금을 제조하였다.
Step 2: The milled powder was put into a press mold, and a pressure of 20 MPa was applied in a uniaxial direction to form a disc-shaped sample having a diameter of 1.5 cm and a height of 2 cm. A vacuum heat treatment was performed at a holding temperature of 450.0 캜 for 3 hours To produce a hybrid composite solder alloy.

<실시예 2 내지 15>&Lt; Examples 2 to 15 &

상기 실시예 1의 단계 1에서 다층 카본 나노 튜브, 알루미늄 및 마그네슘, 주석 및 은의 질량 %를 하기 표와 같이 조성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 혼성 복합 솔더 합금을 제조하였다.
A mixed composite solder alloy was prepared in the same manner as in Example 1, except that the mass% of the multilayer carbon nanotubes, aluminum and magnesium, tin and silver in the step 1 of Example 1 was changed as shown in the following table.

Sn
(질량%)
Sn
(mass%)
Ag
(질량%)
Ag
(mass%)
Al
(질량%)
Al
(mass%)
Mg
(질량%)
Mg
(mass%)
MWCNT
(질량%)
MWCNT
(mass%)
비교예 1Comparative Example 1 93.5693.56 2.892.89 0.660.66 2.892.89 0.000.00 실시예 1Example 1 93.4793.47 2.892.89 0.660.66 2.892.89 0.100.10 실시예 2Example 2 93.3893.38 2.882.88 0.660.66 2.882.88 0.190.19 실시예 3Example 3 93.1993.19 2.882.88 0.660.66 2.882.88 0.400.40 실시예 4Example 4 93.0093.00 2.872.87 0.660.66 2.872.87 0.600.60 실시예 5Example 5 92.8192.81 2.872.87 0.650.65 2.872.87 0.800.80 실시예 6Example 6 92.6292.62 2.862.86 0.650.65 2.862.86 1.001.00 실시예 7Example 7 92.4492.44 2.862.86 0.650.65 2.862.86 1.201.20 실시예 8Example 8 92.2592.25 2.852.85 0.650.65 2.852.85 1.401.40 실시예 9Example 9 92.0692.06 2.842.84 0.650.65 2.842.84 1.601.60

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

상기 실시예 1의 단계 1에서 0.66 질량%의 알루미늄(금속 매개재) 분말, 2.89 질량%의 마그네슘(금속 매개재) 분말, 93.51 질량%의 주석(솔더 기지재) 분말, 2.89 질량%의 은(솔더 기지재) 분말을 혼합하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 혼성 복합 솔더 합금을 제조하였다.
(Metal-mediator) powder, 2.89 mass% magnesium (metal-mediator) powder, 93.51 mass% tin (solder matrix) powder, 2.89 mass% silver Solder base material) powders were mixed in the same manner as in Example 1, thereby preparing a hybrid composite solder alloy.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

상기 실시예 1의 단계 1에서 다층 카본 나노 튜브를 포함하지 않고, 0.68 질량%의 알루미늄(금속 매개재) 분말, 0.00 질량%의 마그네슘(금속 매개재) 분말, 96.34 질량%의 주석(솔더 기지재) 분말, 2.98 질량%의 은(솔더 기지재) 분말을 혼합하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 솔더 합금을 제조하였다.
In step 1 of Example 1, the multi-layer carbon nanotubes were not included, and 0.68 mass% aluminum (metal-mediator) powder, 0.00 mass% magnesium (metal-mediator) powder, 96.34 mass% tin ) Powder, and 2.98% by mass of silver (solder base material) powder were mixed, to prepare a solder alloy.

<실험예 1> 혼성 복합 솔더 합금의 제조 모식도, 미세구조 및 성분 관찰<Experimental Example 1> Production of hybrid composite solder alloy, microstructure and composition observation

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1로 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 제조과정 및 성분을 관찰하기 위해, 혼성 복합 솔더 합금의 조성을 표 1에 표시하고, 다층 카본 나노 튜브 등의 혼성 복합 솔더 합금 구성체에서 혼성 복합 솔더 합금으로 전이되는 과정을 도 1에 도시하였으며, 혼성 복합 솔더 합금의 미세구조를 관찰하기 위해 주사전자현미경으로 관찰한 후 그 결과를 도 2에 도시하였고, X-선 회절 분석기로 혼성 복합 솔더 합금의 성분을 관찰한 후 도 6에 도시하였다.
In order to observe the manufacturing process and components of the hybrid composite solder alloy prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1, the composition of the hybrid composite solder alloy is shown in Table 1, and the composite composite solder alloy constituent such as multi-layer carbon nanotubes FIG. 1 shows a process of transferring the composite solder alloy to a hybrid composite solder alloy. FIG. 2 shows a result of observation by a scanning electron microscope to observe the microstructure of the hybrid composite solder alloy. The result is shown in FIG. The composition of the composite solder alloy is shown in FIG.

도 1에 나타낸 바와 같이, 마그네슘(금속 매개재)은 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)와 반응하여 마그네슘 탄화물을 형성하고, 무연 솔더 합금(솔더 기지재)과 반응하여 마그네슘 화합물을 형성하여, 솔더 기지재에 금속매개재 및 다층 카본 나노튜브가 고용된 형태로 혼성 복합 솔더 합금이 제조될 수 있다. 이에 따라, 혼성 복합 솔더 합금의 접합 강성, 전기 전도성, 상대 밀도 및 용융점 향상등의 다양한 특징이 발현될 수 있다.
As shown in Fig. 1, magnesium (metal-mediator) reacts with multi-layer carbon nanotubes (carbon reinforcement) to form magnesium carbide, reacts with a lead-free solder alloy (solder matrix) to form a magnesium compound, A hybrid composite solder alloy may be produced in which the metal matrix and the multi-walled carbon nanotube are solid-dissolved in the ash. Accordingly, various characteristics such as bonding rigidity, electrical conductivity, relative density, and melting point improvement of the hybrid composite solder alloy can be expressed.

도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 3으로 제조된 혼성 복합 솔더 합금은, 다층 카본 나노 튜브가 복잡한 미세 구조를 가짐에 따라 네트워크 미세 구조를 나타낸다. As shown in Fig. 2, the hybrid composite solder alloy produced in Example 3 exhibits a network microstructure as the multi-walled carbon nanotube has a complicated microstructure.

2원계 주석-은 무연 솔더 합금(솔더 기지재)은 내산화성과 접합 강성이 비교적 높다. 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)는 복잡한 미세 구조를 가진다. 마그네슘(금속 매개재)은 반응성이 높다. 그러므로, 내산화성과 접합 강성이 비교적 높은 무연 솔더 합금(솔더 기지재)을 복잡한 미세 구조를 가지는 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)와 반응성이 높은 마그네슘(금속 매개재)으로 강화하여 접합 강성을 향상시킨 혼성 복합 솔더 합금을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
2-element tin-silver lead-free solder alloy (solder base material) is relatively high in oxidation resistance and bonding stiffness. The multilayer carbon nanotubes (carbon reinforcement) have a complicated microstructure. Magnesium (metal-mediated) is highly reactive. Therefore, the lead-free solder alloy (solder matrix), which has a relatively high oxidation resistance and bonding rigidity, is reinforced with multi-layer carbon nanotubes (carbon reinforcement) having a complicated microstructure and magnesium having high reactivity It can be seen that a hybrid composite solder alloy can be produced.

도 6에 나타낸 바와 같이, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)를 함유하지 않은 비교예 1로 제조된 솔더 합금은 탄화물 피크가 나타나지 않으나, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)를 함유하는 실시예 2, 4, 6, 8에서 제조된 혼성 복합 솔더 합금은 탄화물 피크가 나타난다. As shown in Fig. 6, the solder alloy produced in Comparative Example 1 containing no multi-layer carbon nanotubes (carbon reinforcement) showed no carbide peaks, but in Examples 2 and 4 containing multi-walled carbon nanotubes (carbon reinforcement) , 6, and 8 show carbide peaks.

이를 통해, 마그네슘(금속 매개재)은 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)와 반응하여 마그네슘 탄화물을 형성하고 무연 솔더 합금(솔더 기지재)과 반응하여 마그네슘 화합물을 형성함을 알 수 있다.
As a result, magnesium (metal-mediated material) reacts with multi-layer carbon nanotubes (carbon reinforcing material) to form magnesium carbide, and reacts with lead-free solder alloy (solder matrix) to form a magnesium compound.

<실험예 2> 혼성 복합 솔더 합금의 전기적 특성<Experimental Example 2> Electrical characteristics of hybrid composite solder alloy

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1로 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 전기적 특성을 알아보기 위해, 전기 저항률을 면저항 측정기(FPP-RS8, Dasol Engineering, Korea)로 측정한 후 그 결과를 도 3에 도시하였다.
The electrical resistivity was measured with a sheet resistance meter (FPP-RS8, Dasol Engineering, Korea) in order to examine the electrical characteristics of the hybrid composite solder alloy prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1, Respectively.

도 3에 나타낸 바와 같이, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량은 0.00 내지 1.60 질량%이고, 이에 따른 전기 저항률은 63.28 내지 268.27 μΩ·㎝이다. As shown in Fig. 3, the content of the multilayer carbon nanotube (carbon reinforcement) is 0.00 to 1.60 mass%, and the electrical resistivity is 63.28 to 268.27 占 · m.

이에 따라, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량이 0.60 질량%될 때까지 혼성 복합 솔더 합금의 전기 저항률은 감소함을 알 수 있다. 그러나, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량이 0.60 질량%를 초과하면 혼성 복합 솔더 합금의 전기 저항률은 서서히 증가한다. 그러므로, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량이 0.60 질량% 정도일 때 혼성 복합 솔더 합금은 가장 작은 전기 저항율을 가지며, 이를 전자소자에 응용할 시 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있다.
As a result, the electrical resistivity of the hybrid composite solder alloy decreases until the content of the multilayer carbon nanotubes (carbon reinforcement) is 0.60 mass%. However, when the content of the multilayer carbon nanotubes (carbon reinforcement) exceeds 0.60 mass%, the electrical resistivity of the hybrid composite solder alloy gradually increases. Therefore, when the content of the multilayer carbon nanotubes (carbon reinforcement) is about 0.60 mass%, the hybrid composite solder alloy has the smallest electrical resistivity and can exhibit excellent electrical characteristics when applied to an electronic device.

<실험예 3> 혼성 복합 솔더 합금의 밀도<Experimental Example 3> Density of hybrid composite solder alloy

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1로 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 밀도를 알아보기 위해, 절대 밀도와 상대 밀도를 아르키메데스 방식의 밀도 측정기(AG204, Analytical Balance, METTLER TOLEDO, Switzerland)로 측정한 후 도 4에 도시하였다.
In order to investigate the density of the hybrid composite solder alloy prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1, absolute density and relative density were measured with an Archimedes type density meter (AG204, Analytical Balance, METTLER TOLEDO, Switzerland) Is shown in FIG.

도 4에 나타낸 바와 같이, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량은 0.00 내지 1.60 질량%이고, 이에 따른 절대 밀도는 7.262 내지 7.182 g/cm3이고, 상대 밀도는 7.258 내지 7.042 g/cm3이다. 4, a multi-wall carbon nanotubes (carbon reinforcing material) content of 0.00 to 1.60% by mass, and thus the absolute Density is 7.262 to 7.182 g / cm 3, a relative density of 7.258 to 7.042 g / cm 3.

이를 통해, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)는 2.27 g/cm3의 비중을 가져 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량이 증가할수록 혼성 복합 솔더 합금의 절대 밀도는 감소함을 알 수 있다. 한편, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)는 무연 솔더 합금(솔더 기지재)에 비해 젖음성이 낮아 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량이 증가할수록 혼성 복합 솔더 합금의 동공과 균열은 증가한다. 그러므로, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량이 증가할수록 혼성 복합 솔더 합금의 상대 밀도는 급격히 감소하므로, 이를 보다 가벼운 전자 소자에 응용할 수 있다.
As a result, it can be seen that the absolute density of the hybrid composite solder alloy decreases as the content of the multilayer carbon nanotube (carbon stiffener) increases due to the specific gravity of the multilayer carbon nanotube (carbon reinforcement) of 2.27 g / cm 3 . On the other hand, the wettability of multi-layer carbon nanotubes (carbon reinforcing material) is lower than that of lead-free solder alloy (solder matrix), and as the content of multi-layer carbon nanotubes (carbon stiffener) increases, the pores and cracks of hybrid composite solder alloy increase. Therefore, as the content of the multilayer carbon nanotubes (carbon stiffener) increases, the relative density of the hybrid composite solder alloy sharply decreases, which can be applied to a lighter electronic device.

<실험예 4> 혼성 복합 솔더 합금의 용융점Experimental Example 4 Melting Point of Hybrid Composite Solder Alloy

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1로 제조된 혼성 복합 솔더 합금의 용융점을 알아보기 위해, 시차 주사 열용량 분석기(Q100, TA Instrument, USA)로 측정한 후 시차 주사 열량을 도 5에 도시하였다.
FIG. 5 shows differential scanning calorimetry after measurement with a differential scanning calorimeter (Q100, TA Instrument, USA) to investigate the melting points of the hybrid composite solder alloys prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1. FIG.

도 5에 나타낸 바와 같이, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량은 0.00 내지 1.60 질량%이고, 이에 따른 시작(onset) 용융점은 208.0 내지 199.0 ℃이다. As shown in Fig. 5, the content of the multilayer carbon nanotubes (carbon reinforcement) is 0.00 to 1.60 mass%, and accordingly, the onset melting point is 208.0 to 199.0 占 폚.

이를 통해, 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재)는 솔더 기지재에 비해 젖음성이 낮아 다층 카본 나노 튜브(카본 보강재) 함유량이 증가할수록 혼성 복합 솔더 합금의 용융점 변화는 비교적 작지만, 다층 카본 나노 튜브의 함유량이 증가할수록 솔더 합금의 용융점이 낮아지므로 보다 낮은 온도에서 공정을 진행할 수 있다.
As a result, the melting point of the hybrid composite solder alloy is relatively small as the content of the multi-layer carbon nanotubes (carbon stiffener) increases. However, the content of the multi-layer carbon nanotubes The melting point of the solder alloy is lowered, so that the process can be carried out at a lower temperature.

<실험예 5> 마그네슘(금속 매개재) 함량에 따른 솔더 합금의 특성<Experimental Example 5> Characteristics of solder alloy according to magnesium (metal-mediated) content

하기 제조예 1 내지 6 및 비교예 2로 제조된 솔더 합금의 미세구조 및 성분을 관찰하기 위해, 솔더 합금의 조성을 표 1에 표시하고, 제조예 3으로 제조된 솔더 합금의 미세 구조 사진을 주사 전자 현미경으로 관찰하여 도 7에 도시하였으며, X-선 회절 분석기로 혼성 복합 솔더 합금의 성분을 관찰한 후 도 11에 도시하였다.In order to observe the microstructure and components of the solder alloy prepared in the following Production Examples 1 to 6 and Comparative Example 2, the composition of the solder alloy is shown in Table 1, and the microstructure photograph of the solder alloy manufactured in Production Example 3 is shown in Table 1 Observed with a microscope, and shown in FIG. 7. The composition of the hybrid composite solder alloy was observed with an X-ray diffractometer and then shown in FIG.

또한, 솔더 합금의 전기적 특성을 알아보기 위해 전기 저항률을 면저항 측정기(FPP-RS8, Dasol Engineering, Korea)로 측정한 후 이를 도 8에 도시하고, 솔더 합금의 밀도를 알아보기 위해 절대 밀도와 상대 밀도를 밀도 측정기(AG204, Analytical Balance, METTLER TOLEDO, Switzerland)로 측정한 후 도 9에 도시하였으며, 솔더 합금의 용융점을 알아보기 위해 시차 주사 열용량 분석기(Q100, TA Instrument, USA)로 측정한 후 시차 주사 열량을 도 10에 도시하였다.
In order to examine the electrical properties of the solder alloy, the electrical resistivity was measured with a sheet resistance meter (FPP-RS8, Dasol Engineering, Korea) and is shown in FIG. 8. The absolute density and the relative density The measurement of the melting point of the solder alloy was carried out using a differential scanning calorimeter (Q100, TA Instrument, USA) and measured by differential scanning calorimetry The amount of heat is shown in Fig.

<제조예 1 내지 6>&Lt; Preparation Examples 1 to 6 &

상기 실시예 1의 단계 1에서 다층 카본 나노 튜브를 포함하지 않고, 알루미늄 및 마그네슘, 주석 및 은의 질량 %를 하기 표와 같이 조성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 혼성 복합 솔더 합금을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the multilayer carbon nanotubes were not included in the step 1 of Example 1 and the mass% of aluminum, magnesium, tin, and silver was changed as shown in the following table, .

Sn
(질량%)
Sn
(mass%)
Ag
(질량%)
Ag
(mass%)
Al
(질량%)
Al
(mass%)
Mg
(질량%)
Mg
(mass%)
비교예 2Comparative Example 2 96.3496.34 2.982.98 0.680.68 0.000.00 제조예 1Production Example 1 95.4195.41 2.952.95 0.670.67 0.970.97 제조예 2Production Example 2 94.4894.48 2.922.92 0.670.67 1.931.93 제조예 3Production Example 3 93.5693.56 2.892.89 0.660.66 2.892.89 제조예 4Production Example 4 92.6292.62 2.862.86 0.650.65 3.863.86 제조예 5Production Example 5 91.6991.69 2.842.84 0.650.65 4.834.83 제조예 6Production Example 6 90.7590.75 2.812.81 0.640.64 5.805.80

도 7에 나타낸 바와 같이, 제조예 3으로 제조된 솔더 합금의 표면에 다수의 기공이 불규칙하게 존재함을 알 수 있다. As shown in Fig. 7, it can be seen that a large number of pores are irregularly present on the surface of the solder alloy manufactured in Production Example 3. [

도 11에 나타낸 바와 같이, 마그네슘(금속 매개재)을 함유하지 않은 비교예 2로 제조된 솔더 합금은 마그네슘 화합물 피크가 나타나지 않으나, 마그네슘(금속 매개재)을 함유하는 제조예 2, 4, 6의 솔더 합금은 마그네슘 화합물 피크가 나타남을 알 수 있다. 이를 통해, 마그네슘(금속 매개재)은 무연 솔더 합금(솔더 기지재)과 반응하여 마그네슘 화합물을 형성하여 금속 매개재와 솔더 기지재가 더욱 잘 결합할 수 있음을 알 수 있다.
As shown in Fig. 11, the solder alloy prepared in Comparative Example 2 containing no magnesium (metal-mediating material) did not show a magnesium compound peak, but it was found that, in Examples 2, 4 and 6 containing magnesium (metal- It can be seen that the magnesium compound peak appears in the solder alloy. As a result, magnesium (metal-mediated) reacts with the lead-free solder alloy (solder matrix) to form a magnesium compound, so that the metal matrix and the solder matrix can be better coupled.

도 8에 나타낸 바와 같이,마그네슘(금속 매개재) 함유량은 0.00 내지 5.80 질량%이고, 이에 따른 전기 저항률은 49.06 내지 108.04 μΩ·㎝이다. 이에 따라, 마그네슘(금속 매개재) 함유량이 증가할수록 혼성 복합 솔더 합금이 쉽게 산화되고 이에 따라 전기 저항률은 서서히 증가함을 알 수 있다.
As shown in Fig. 8, the content of magnesium (metal-mediated material) is 0.00 to 5.80 mass%, and the electrical resistivity thereof is 49.06 to 108.04 [micro] [Omega] -cm. Thus, it can be seen that as the magnesium (metal-mediated) content increases, the hybrid composite solder alloy easily oxidizes and the electrical resistivity gradually increases.

도 9에 나타낸 바와 같이, 마그네슘(금속 매개재) 함유량은 0.00 내지 5.80 질량%이고, 이에 따른 절대 밀도는 7.426 내지 7.096 g/cm3이고, 상대 밀도는 7.422 내지 7.061 g/cm3이다. 이에 따라, 마그네슘(금속 매개재)은 1.74 g/cm3 정도의 비중을 가지며 마그네슘(금속 매개재) 함유량이 증가할수록 혼성 복합 솔더 합금의 절대 밀도는 감소함을 알 수 있고, 마그네슘(금속 매개재) 함유량이 증가할수록 혼성 복합 솔더 합금의 상대 밀도는 서서히 감소함을 알 수 있다.
9, the magnesium (metal intermediate material) content of 0.00 to 5.80 mass%, and this according to the absolute density is 7.426 to 7.096 g / cm 3, a relative density of 7.422 to 7.061 g / cm 3. Accordingly, magnesium (metal intermediate material) can be seen that the absolute density is reduced in the mixed combined solder alloy has a specific gravity of about 1.74 g / cm 3 Mg (metal intermediate material) As the content increases, magnesium (metal intermediate material ), The relative density of hybrid composite solder alloy decreases gradually.

도 10에 나타낸 바와 같이, 마그네슘(금속 매개재) 함유량은 0.00 내지 5.80 질량%이고, 이에 따른 시작(onset) 용융점은 215.0 내지 198.0 ℃이다. 이에 따라, 마그네슘(금속 매개재)은 무연 솔더 합금(솔더 기지재)과 금속간 화합물을 형성하고 공정 조성으로 이동하여 솔더 합금의 용융점은 감소함을 알 수 있다.
As shown in Fig. 10, the magnesium (metal-mediator) content is 0.00 to 5.80 mass%, and thus the onset melting point is 215.0 to 198.0 占 폚. As a result, magnesium (metal-based material) forms an intermetallic compound with lead-free solder alloy (solder matrix) and moves to the process composition, so that the melting point of the solder alloy decreases.

Claims (14)

솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재를 포함하는 혼성 복합 솔더 합금이되,
상기 금속 매개재와, 솔더 기지재 및 카본 보강재 사이에 각각 계면층을 가지고,
상기 금속 매개재는 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 실리콘, 타이타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 이트리움, 지르코늄, 니오븀, 네오디뮴으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
A composite composite solder alloy comprising a solder matrix, a carbon stiffener, and a metal-
An interfacial layer between the metal-based material, the solder substrate and the carbon reinforcement,
Wherein the metal-based material is at least one selected from the group consisting of lithium, magnesium, aluminum, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, yttrium, zirconium, niobium and neodymium.
제1항에 있어서,
상기 솔더 기지재는 주석, 구리, 바나듐, 금, 은, 아연, 텅스텐, 백금, 납, 비스무트, 인듐, 니켈, 코발트, 안티몬, 희토류, 이들의 산화물, 질화물, 황화물, 인화물 및 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the solder base material is selected from the group consisting of tin, copper, vanadium, gold, silver, zinc, tungsten, platinum, lead, bismuth, indium, nickel, cobalt, antimony, rare earths, oxides, nitrides, sulfides, Wherein at least one selected from the group consisting of copper and tin is selected from the group consisting of copper,
제1항에 있어서,
상기 카본 보강재는 다이아몬드, 풀러린, 카본 나노 튜브, 그래핀, 카본 섬유, 카본 블랙, 활성 카본, 유리질 카본, 인조 카본 및 그래핀 리본으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon reinforcing material is at least one selected from the group consisting of diamond, fullerene, carbon nanotube, graphene, carbon fiber, carbon black, activated carbon, vitreous carbon, artificial carbon and graphene ribbon.
제1항에 있어서,
상기 혼성 복합 솔더 합금은 80 내지 97 질량%의 솔더 기지재를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the hybrid composite solder alloy comprises from 80 to 97 mass percent of a solder matrix.
제1항에 있어서,
상기 혼성 복합 솔더 합금은 0.01 내지 3 질량%의 카본 보강재를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the hybrid composite solder alloy comprises from 0.01 to 3 mass% of carbon reinforcement.
제1항에 있어서,
상기 혼성 복합 솔더 합금은 0.01 내지 10 질량%의 금속 매개재를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the hybrid composite solder alloy comprises 0.01 to 10 mass% of a metal-based material.
솔더 기지재, 카본 보강재 및 금속 매개재 각각의 분말을 혼합하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 제조된 혼합 분말을 압축 후, 열처리하는 단계(단계 2);를 포함하는 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법.
(Step 1) of mixing the respective powders of the solder base material, the carbon reinforcing material and the metal intermediate material; And
And compressing and heat-treating the mixed powder produced in step 1 (step 2).
제7항에 있어서,
상기 단계 1의 혼합은 볼 밀링 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the mixing of step 1 is performed by a ball milling process.
제8항에 있어서,
상기 볼 밀링 공정은 1분 내지 100 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the ball milling process is performed for 1 minute to 100 hours.
제7항에 있어서,
상기 단계 1의 혼합은 카본 보강재 및 금속 매개재 분말을 먼저 혼합한 후, 솔더 기지재를 첨가하여 다시 혼합한 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the mixing of step 1 is performed by first mixing a carbon reinforcing material and a metal-mediated powder, and then adding a solder base material and mixing the mixture.
제7항에 있어서,
상기 단계 2의 열처리는 150.0 내지 650.0 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the heat treatment in step 2 is performed in a temperature range of 150.0 to 650.0 ° C.
제1항에 있어서,
상기 혼성 복합 솔더 합금은 0.1 내지 400 μ·Ω㎝의 전기 저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the hybrid composite solder alloy has an electrical resistivity of 0.1 to 400 占 ㎝ m.
제1항에 있어서,
상기 혼성 복합 솔더 합금은 0.1 내지 7.5 g/cm3의 상대 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
The method according to claim 1,
Wherein said hybrid composite solder alloy has a relative density between 0.1 and 7.5 g / cm &lt; 3 &gt;.
제1항에 있어서,
상기 혼성 복합 솔더 합금은 190 내지 230 ℃의 시작(onset) 용융점을 갖는 것을 특징으로 하는 혼성 복합 솔더 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the hybrid composite solder alloy has an onset melting point of 190 to 230 占 폚.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106011515A (en) * 2016-06-20 2016-10-12 山东建筑大学 Method for preparing carbon nano tube powder enhanced tin-lead alloy
CN106216876A (en) * 2016-07-06 2016-12-14 宁波驰迈激光科技有限公司 A kind of alloy for surfacing material
CN106346111A (en) * 2016-09-18 2017-01-25 安徽克里斯特新材料有限公司 Press roller surface gas shielded surfacing process based on modified Fe-based graphene composite solder
CN106695158A (en) * 2016-12-28 2017-05-24 北京康普锡威科技有限公司 Soft solder containing graphene and preparation method of soft solder
CN108393607A (en) * 2018-04-08 2018-08-14 华北水利水电大学 A kind of high intensity antibiotic dental solder and preparation method thereof containing modified graphene
CN108817727A (en) * 2018-07-19 2018-11-16 河南科技大学 Pyrolysismethod synthesis is by force in conjunction with the high-strength Sn-Ag-Cu-RE system composite soldering and preparation method of the enhancing of copper-plated graphite alkene
CN109482861A (en) * 2018-12-25 2019-03-19 苏州思珀利尔工业技术有限公司 The preparation method of high tenacity polycrystalline diamond cutting tooth
CN110091094A (en) * 2019-05-17 2019-08-06 江苏三沃电子科技有限公司 A kind of halogen-free environmental solder(ing) paste and preparation method thereof
CN110315238A (en) * 2019-07-31 2019-10-11 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) A kind of carbon nanotube enhancing lead-free brazing, preparation method and its application
CN113307647A (en) * 2021-04-16 2021-08-27 长春工业大学 Indirect brazing method of aluminum nitride ceramic copper-clad plate
CN114414333A (en) * 2022-01-10 2022-04-29 湘潭大学 Preparation method and application of rare earth modified graphene oxide composite solder

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019027261A1 (en) * 2017-08-01 2019-02-07 서울시립대학교 산학협력단 Lead-free solder alloy composition and preparation method therefor
KR102248760B1 (en) * 2019-11-27 2021-05-04 서울시립대학교 산학협력단 Bonding composition and bonding method using the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005254254A (en) * 2004-03-09 2005-09-22 Toshiba Corp Lead-free solder, its manufacturing method and electronic component
JP2008300342A (en) * 2007-06-01 2008-12-11 Taisei Kaken:Kk Metal solder material containing carbon nanotube, conductive material, and semiconducting material
JP2009519136A (en) * 2005-12-20 2009-05-14 インテル コーポレイション Carbon nanotube solder composites for high performance interconnects
KR20140063662A (en) * 2011-08-02 2014-05-27 알파 메탈즈, 인코포레이티드 Solder compositions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005254254A (en) * 2004-03-09 2005-09-22 Toshiba Corp Lead-free solder, its manufacturing method and electronic component
JP2009519136A (en) * 2005-12-20 2009-05-14 インテル コーポレイション Carbon nanotube solder composites for high performance interconnects
JP2008300342A (en) * 2007-06-01 2008-12-11 Taisei Kaken:Kk Metal solder material containing carbon nanotube, conductive material, and semiconducting material
KR20140063662A (en) * 2011-08-02 2014-05-27 알파 메탈즈, 인코포레이티드 Solder compositions

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허 문헌 1: Sha Xu, Yan Cheong Chan, Kaili Zhang, K. C. Yung, J. Alloys Comp., 595, pp. 92102 (2014).
비특허 문헌 2: Zhongbao Yang, Wei Zhou, Ping Wu, Mater. Sci. Eng. A., 590, pp. 295300 (2014).

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106011515A (en) * 2016-06-20 2016-10-12 山东建筑大学 Method for preparing carbon nano tube powder enhanced tin-lead alloy
CN106216876A (en) * 2016-07-06 2016-12-14 宁波驰迈激光科技有限公司 A kind of alloy for surfacing material
CN106346111A (en) * 2016-09-18 2017-01-25 安徽克里斯特新材料有限公司 Press roller surface gas shielded surfacing process based on modified Fe-based graphene composite solder
CN106695158A (en) * 2016-12-28 2017-05-24 北京康普锡威科技有限公司 Soft solder containing graphene and preparation method of soft solder
CN108393607A (en) * 2018-04-08 2018-08-14 华北水利水电大学 A kind of high intensity antibiotic dental solder and preparation method thereof containing modified graphene
CN108817727A (en) * 2018-07-19 2018-11-16 河南科技大学 Pyrolysismethod synthesis is by force in conjunction with the high-strength Sn-Ag-Cu-RE system composite soldering and preparation method of the enhancing of copper-plated graphite alkene
CN109482861A (en) * 2018-12-25 2019-03-19 苏州思珀利尔工业技术有限公司 The preparation method of high tenacity polycrystalline diamond cutting tooth
CN110091094A (en) * 2019-05-17 2019-08-06 江苏三沃电子科技有限公司 A kind of halogen-free environmental solder(ing) paste and preparation method thereof
CN110315238A (en) * 2019-07-31 2019-10-11 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) A kind of carbon nanotube enhancing lead-free brazing, preparation method and its application
CN113307647A (en) * 2021-04-16 2021-08-27 长春工业大学 Indirect brazing method of aluminum nitride ceramic copper-clad plate
CN113307647B (en) * 2021-04-16 2022-05-31 长春工业大学 Indirect brazing method of aluminum nitride ceramic copper-clad plate
CN114414333A (en) * 2022-01-10 2022-04-29 湘潭大学 Preparation method and application of rare earth modified graphene oxide composite solder

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KR101654523B1 (en) 2016-09-07

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