KR20160107892A - 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것으로
주석(Sn), 은(Ag), 비스무스(Bi), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 및 인듐(In)을 포함하는 조성물로서, 상기 조성물 전체 중량 기준 Sn 82-96 중량%, Ag 0.07-3.4 중량%, Bi 4-10 중량%, Cu 0.6-1.4 중량%, Sb 0.02-3.0 중량% 및 In 0.2-0.8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하여 주석-납의 합금과 유사한 수준이면서 젖음성이 개선되면서 및 기계적 특성에 있어서도 경도가 개선된 친환경적이며, 작업 용이성이 유리하며, 가격 경제성이 있는 무연 솔더 조성물을 공급하고자 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것이다.

Description

용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물{Ease favorable eco-friendly lead-free solder composition}

본 발명은 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것으로 주석(Sn), 은(Ag), 비스무스(Bi), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 및 인듐(In)을 포함하는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것으로서 상기 조성물 전체 중량 기준 Sn 82-96 중량%, Ag 0.07-3.4 중량%, Bi 4-10 중량%, Cu 0.6-1.4 중량%, Sb 0.02-3.0 중량% 및 In 0.2-0.8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것이다.

솔더링(soldering)은 현재 전자기기 제조에 필수적인 접합법으로 두 이종재료를 저융점 삽입 금속을 녹여 접합하는 접합 방식이다.

흔히 납땜(솔더)으로 알려져 있는 이접합법은 비교적 저온에서 접합이 이루어진다는 특성으로

솔더의 기능은 여러 가지 반도체 소자를 기판 위에 고정시키고 소자와 전자 기판의 회로를 전기적으로 연결시키는 역할을 하며 전자소자에서 발생하는 열을 기판으로 방출하게 하는 통로역할도 하게 된다.

이러한 솔더링은 공정비용이 저가이며, 접합법이 간단하다는 특징을 가지고 있으며, 그리고 저온 단시간 작업이기 때문에, 전자 부품처럼 열에 민감한 부품들의 손상 없이 접합이 가능하며, 프린트 배선판상의 많은 접속부를 동시에 접속이 가능하다.

이전에는 주석(Sn)-납(Pb) 2원계 합금 솔더가 널리 사용되었다.

이는 주석-납계 솔더의 고상선 온도(solidus temperature)와 액상선 온도(liquidus temperature)가 183 로 동일하여 냉각시 크랙 발생이 적고, 용융온도가 낮아 전자부품에 대한 열 손상이 적기 때문이다.

납은 합금의 젖음성, 강도, 기계적 특성을 결정하는 성분으로 작용하여 왔으며, 특히 납이 포함됨으로써 융점이 183 까지 낮출 수 있어서, 전자부품과 반도체 공정의 솔더링(soldering) 공정시 발생하는 열적 손상(damage)을 방지할 수 있었다.

상기의 효과로 전자산업에 있어 Pb-Sn계 유연(有鉛) 솔더는 오랜 기간 동안 전자기기의 가장 유용한 접합재료로 사용되어 왔다.

그러나 솔더를 사용한 전자기기의 폐기 시에 산성비에 의해 솔더에 함유된 Pb 성분이 용출되어 지하수를 오염시키고, 이것이 인체에 흡수되면 지능저하, 생식기능저하 등 인체에 해를 미치는 환경오염 물질로 지적되고 있다.

특히 세계적으로 전자산업에서 납(Pb)의 사용을 제한하려는 경향이 증가하였고, 유해물질에 대한 국제규제정책으로 인하여 납의 사용을 금지 화하고 있다.

따라서 환경오염 문제로 납의 사용이 제한됨에 따라, 주석-납계 솔더를 대체할 수 있는 무연(lead-free 또는Pb-free) 솔더에 대한 많은 연구가 절실히 필요한 실정이다.

상기 실정으로 전자산업에서 Pb를 함유한 솔더를 대체하기 위한 노력으로 대표적인 무연 솔더 조성으로는 주석(Sn)-은(Ag) 2원계 합금, 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 3원계 합금 등이 개발되어 있는데, 상기 조성은 통상적으로 융점이 217 이상으로 주석-납계 솔더에 비하여 약 30 이상 높고, 그에 따라 실장(mounting)시 작업온도가 상승하게 되어 전자부품에 대한 열 손상이 발생하는 문제점이 있다.

이에 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu)와 함께 비스무스(Bi), 니켈(Ni), 인듐(In), 코발트(Co), 아연(Zn) 등을 더 포함하는 다원계 합금 솔더 등이 제안되었으나, 솔더의 용융온도가 높고, 젖음성(wettablility)이 떨어지며, 충분한 접합성(bondability)을 확보할 수 없는 등의 문제점이 여전히 존재한다.

Sn-Ag계 중 Sn3.5Ag 솔더 합금은 Sn37Pb공정솔더에 비해 인성, 크리프 특성이 우수한 것으로 알려져 있으며, 비교적 높은 융점(221 )을 가지므로 고온용 재료로 주목 받고 있다.

그러나 Sn-Ag의 무연솔더는 기존의 Sn-Pb 솔더에 비하여 융점이 높으며, 연신율이 낮아 솔더링 공정에 문제점을 야기하고, 작업 온도(융점)가 높아 전자제품 및 반도체 장치에 손상을 줄 수 있으며, 젖음성이 부족할 뿐만 아니라 기계적 특성이 떨어져서 신뢰성이 부족하다.

따라서, 융점이 주석-납의 합금과 유사한 수준이면서, 저온 솔더링이 가능한 수준이고, 젖음성 및 기계적 특성이 우수한 새로운 무연 솔더 재료에 대한 개발이 더욱 요청되는 실정이다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하면서도, 적정 용융 온도 범위를 가지는 함금 솔더 조성물에 대하여 연구한 끝에, 친환경적이며, 작업 용이성이 유리하며, 가격 경제성이 있는 무연 솔더 조성물을 개발하기에 이르렀다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 융점이 주석-납의 합금과 유사한 수준이면서 젖음성 및 기계적 특성이 우수한 친환경적이며, 작업 용이성이 유리하며, 가격 경제성이 있는 무연 솔더 조성물을 공급하고자한다.

본 발명은 주석(Sn), 은(Ag), 비스무스(Bi), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 및 인듐(In)을 포함하는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한것로서, 상기 조성물 전체 중량 기준 Sn 82-96 중량%, Ag 0.07-3.4 중량%, Bi 4-10 중량%, Cu 0.6-1.4 중량%, Sb 0.02-3.0 중량% 및 In 0.2-0.8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 Sn의 함량은 조성물 총 중량 중 82-96 중량%로 함유될 수 있으며, 바람직하게는 87-91 중량%로 함유될 수 있다.

상기 Ag의 함량은 조성물 총 중량 중 0.07-3.4 중량%로 함유될 수 있으며, 바람직하게는 0.5-2.7 중량%로 함유될 수 있다.

상기 Bi의 함량은 조성물 총 중량 중 4-10 중량%, 더욱 바람직하게는 6-8 중량%일 수 있다.

상기 Cu의 함량은 조성물의 총 중량 중 0.6-1.4 중량%, 바람직하게는0.8-1.2 중량%일 수 있다.

상기 Sb의 함량은 조성물의 전체 솔더 조성물에 대해 0.02-3.0 중량%가 함유될 수 있으며, 바람직하게는 0.9-2.4 중량%로 함유될 수 있다.

상기 In의 함량은 조성물의 전체 솔더 조성물에 대해 0.2-0.8 중량%가 함유될 수 있으며, 바람직하게는 0.4-0.6 중량%로 함유될 수 있다.

상기 조성물의 용융온도가 300 내지 370, 더욱 바람직하게는 330 내지 340 인 것을 특징으로 하는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것으로 주석-납의 합금과 유사한 수준이면서 젖음성이 개선되면서 및 기계적 특성에 있어서도 경도가 개선된 친환경적이며, 작업 용이성이 유리하며, 가격 경제성이 있는 무연 솔더 조성물을 공급하고자 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에 한정되지 않는다.

또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 주석(Sn), 은(Ag), 비스무스(Bi), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 및 인듐(In)을 포함하는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물로서, 상기 조성물 전체 중량 기준 Sn 82-96 중량%, Ag 0.07-3.4 중량%, Bi 4-10 중량%, Cu 0.6-1.4 중량%, Sb 0.02-3.0 중량% 및 In 0.2-0.8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물의 성분 조성별 성질 및 용도를 살펴보면 다음과 같다.

상기 Sn은 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물 총 중량 중 82-96 중량%로 함유될 수 있으며, 바람직하게는 87-91 중량%로 함유될 수 있다. 주석의 함유량은 다른 성분의 함유량에 비해 대부분을 차지하여 상대적으로 크다.

상기 Ag는 솔더 합금의 열피로 특성 및 낙하내성을 향상시키는 성분으로서, 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물 총 중량 중 0.07-3.4 중량%로 함유될 수 있으며, 바람직하게는 0.5-2.7 중량%로 함유될 수 있다.

상기 Ag의 함량이 0.07 중량% 미만인 경우에 열피로 특성을 나타내지 않아 바람직 못하고, 3.4 중량%를 초과하는 경우에는 충격인성이 저하되어 바람직하지 못하다.

더욱이, Bi-Ag계 함유물은 납-주석계와 유사한 경도값을 갖고, 260 이상의 융점을 가지며, 비교적 가격 경쟁력이 우수하기 때문에 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물로 특히 바람직하다.

상기 Bi는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물의 필수 성분으로서 베이스 메탈로 사용된다.

구체적으로 고상선의 온도가 255 이상인 Bi를 말하며 Sn의 융점을 하강시키는 역할을 수행한다.

상기 Bi는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물 총 중량 중 4-10 중량%, 더욱 바람직하게는 6-8 중량%일 수 있다. 이때, Bi의 함량이 4 중량% 미만이면, Sn의 융점을 하강시키지 못할 수 있고, 젖음성을 향상시키는 효과가 거의 없을 수 있으며, Bi 함량이 10 중량%를 초과하면 공정온도 범위에서 벗어나기 때문에 취성과 응고범위 증가가 나타나 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있을 뿐만 아니라 젖음성이 오히려 좋지 않은 문제가 있다.

상기 Cu는 접합시 접합강도, 경도와 같은 기계적 성질을 향상시키며, 솔더링 시 젖음성을 개선하는 성분으로, 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물의 총 중량 중 0.6-1.4 중량%, 바람직하게는0.8-1.2 중량%일 수 있는데, 상기 Cu의 함량이 0.6 중량% 미만일 경우, 상기의 효과가 발생되지 않아 바람직하지 못하고, Cu를 1.4 중량%를 초과하여 사용하는 경우, 액상선 온도가 상승하여 고상선 온도와 벌어져서 고상, 액상 공존영역이 증가하고 Cu-Sn 상의 분율이 증가하여 솔더 조성물의 액상선 온도 솔더링성(젖음성)의 저하가 발생할 경향이 있기 때문에 바람직하지 못하며 솔더 작업시 효율성 저하를 발생시켜 바람직하지 못하고, 합금의 기계적 특성을 지나치게 강하게 하여, 계면 반응층의 성장 속도를 증가시키는 단점이 있다.

상기 Sb는 Ag3Sb의 미세화를 통해 기계적, 열적 특성을 향상시키고, 솔더 조성물의 융점을 조절하는 성분이며, 플럭스 사용시 충분한 솔더링 접합을 이룰 수 있다.

상기 Sb의 함량은 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물의 전체 솔더 조성물에 대해 0.02-3.0 중량%가 함유될 수 있으며, 바람직하게는 0.9-2.4 중량%로 함유될 수 있다.

상기 Sb의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우, 상기의 효과가 발생하지 않아 바람직하지 못하고, 3.0 중량%를 초과하면, 솔더 조성물의 용융구간이 커져 작업 효율이 떨어짐으로 바람

직하지 못하다.

Sb의 함유량에 따라 용융온도와 유동성 조절을 용이하게 하여 젖음성과 기계적 물성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

상기 In의 함량은 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물의 전체 솔더 조성물에 대해 0.2-0.8 중량%가 함유될 수 있으며, 바람직하게는 0.4-0.6 중량%로 함유될 수 있다.

상기 In은 열피로 저항성이 우수하고 솔더의 유동성을 증가시켜 납땜성을 향상시키는 역할을 하며, 본 발명은 In을 첨가함으로써, 솔더의 젖음성을 향상시킬 수 있고, 동시에 Pb가 포함된 종래의 Sn-Pb계 솔더와 유사한 온도에서도 솔더링이 가능한 것을 특징으로 한다.

즉, 저온 솔더링이 가능하도록 융점을 낮추어 접합 모재가 되는 전자부품의 열충격으로 인한 손상을 최소화 할 수 있다.

무연 솔더의 접착력은 Sn-Pb에 비하여 많이 낮은 실정이며, 이런 특성으로 인하여 우수한 신뢰성을 요구로 하는 산업에서의 무연 솔더링 대체가 어려운 실정이다.

따라서, 본 발명에서는 접착력이 우수한 솔더를 제작하기 위하여 접착력 개선을 위하여 주석(Sn), 은(Ag), 비스무스(Bi), 구리(Cu), 안티몬(Sb) 및 인듐(In)을 함량에 따른 접착력을 분석하여 최적의 합금비를 결정하였다.

이러한 본 발명은 인체 무해한 납 성분을 함유하는 유연 솔더를 대체할 수 있는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물을 제공함과 동시에, 솔더링(soldering)으로 하여금 접합된 구조물 사이의 열팽창계수가 불일치할 경우 이를 수용할 수 있게 하는 척도가 되는 연성을 증가시켜 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물의 내산화성을 향상시키기 위하여 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 인(P), 알루미늄(Al), 및 실리콘(Si)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 성분을 조성물 전체 중량에 대하여 0.01-0.5 중량%로 더 첨가할 수 있다.

또한, 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물의 기계적 특성 및 계면 반응 특성을 향상시키기 위하여 아연(Zn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 망간(Mn), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 마그네슘(Mg), 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 성분을 조성물 전체 중량에 대하여 0.01-0.5 중량%로 더 첨가할 수 있다.

또한, 상기 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물은 용융온도가 300 내지 370, 더욱 바람직하게는 330 내지 340 인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 주석(Sn), 은(Ag), 비스무스(Bi), 구리(Cu), 안티몬(Sb) 및 인듐(In)을 포함하는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물을 진공 분위기에서 용융시켜 혼합 용융액을 제작하는 단계; 및

상기 혼합 용융액을 응고시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 가공방법으로 솔더의 제조방법은 여러 가지 금속 조성을 동시에 용융하여, 잘 혼합시켜주는 방법을 사용하여 제조할 수 있으므로, 그 제조방법을 특별히 제한하지 않는다.

먼저 상기의 배합비를 갖는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물을 진공 분위기에서 용융시켜 혼합 용융액을 제작하는 단계는, 상기의 원소 합금별로 중량비를 맞추어 용융장비에 투입한 후, 470-490 온도로 정상적으로 혼합될 수 있게 50-80분 동안 유지할 수 있으며 더욱 바람직하게는 480 온도로 65분 동안 유지할 수 있다.

이때 상기 완성된 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물의 융점은 260 초과, 바람직하게는 280 초과, 더욱 바람직하게는 260 내지 320 범위, 더더욱 바람직하게는 280 내지 300 범위이다.

여기서 상기의 혼합 용융액을 이루는 원소들이 균일한 상을 이룰 수 있도록 상기 혼합 용융액을 제작하는 단계 후에 상기 혼합 용융액을 교반기로 교반하는 단계를 더 포함될 수 있다.

다음으로 상기 혼합 용융액을 응고시키는 단계를 거친다. 이때 응고 방법으로 상기 혼합 용융액을 출탕 후 진공 챔버 내에서 노냉하는 것이 바람직하다.

상기 혼합 용융액을 응고시키는 단계 후 120 내지 180에서 균질화 열처리하는 단계가 더 포함될 수 있다.

이는 상기 무연 솔더 합금의 조직 안정화시키기 위함이고, 약 24시간 동안 120 내지 180의 온도를 유지하여 열처리 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기의 균질화 열처리 단계 후에도 필요에 따라 노냉하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기의 단계에서 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물이 볼, 잉곳, 바, 분말 등의 형태로 제작될 수 있다.

본 발명의 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물을 사용하여 집적회로 칩을 회로화된 기판에 전기적으로 접속시키는 방법으로는 웨이브 솔더링 부착법, 전착법 또는 솔더링 페이스트로서 적용될 수도 있다.

상기 발명품인 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물이 볼, 잉곳, 바, 분말 등의 형태 중 바형태의 제작물을 솔더링하며 측정하였다.

측정방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 솔더링 방법으로 여러 가지 방법을 사용할 수 있으므로, 그 측정방법을 특별히 제한하지 않는다.

상기의 측정결과 Ag의 첨가량이 3.4% 초과일 때 은의 농도가 높아져 주석에 잘 고용되지 못하고 과포화되어 표면장력이 증가되어 젖음성이 오히려 감소하는 결과를 얻게 되었으며, 이에 따라, 최적의 함량비는 Ag 0.07-3.4 중량%임을 확인할 수 있다.

Ag의 사용량은 0.07 내지 3.4중량%의 범위인데, 0.07중량% 미만이면 내산성 및 연성 등의 향상과 같은 첨가효과가 거의 없고, 3.4중량%를 초과하면 합금의 용융점이 상승하는 단점이 있다. 아울러, 상기 Ag의 함량은 현재 업계에서 사용하고 있는 범용적인 융점범위인 약 300370를 만족시키면서 연성 및 내산성을 최대한 높일 수 있는 범위는 0.5 내지 2.7 중량%이다.

Ag의 첨가량이 0.4 중량%일 때 219.9 , 0.7 중량%일 때 219.4 , 1.0 중량%일 때 218.8 , 2.0 중량%일 때 218.6, 2.2 중량%일 때 221.3 로 분석 되었다.

융점 변화 역시 Ag의 첨가량이2.0 중량%일 때 융점이 가장 낮게 나타났다.

상기 Bi의 첨가량이 10중량%일 때 약 1.15 sec로 젖음성이 기존 시편에 비하여 감소를 하였다. Bi의 첨가량이 9중량% 일 때 0.81 sec로 젖음성이 향상 되었으며, 8 중량% 첨가되었을 때 0.62 sec로 나타났다.

7 중량%으로 Bj가 첨가 되었을 때 0.33 sec로 가장 좋은 특성을 나타내었으며,

6 중량% 첨가시 0.45 sec로 오히려 젖음성이 감소하였다. 이에 따라 Bi 7 중량%에서 최적의 젖음성 특성을 확인할 수 있었다.

상기 Bi의 첨가에 따라 융점의 변화는 4 중량%일 때 217.6 로 측정되었으며, 5 중량%일 때 214 , 6 중량%일 때 212 , 7 중량%일 때 210.5 , 10 중량%일 때 207.3 로 측정되었다. 따라서 Bi의 첨가량이 증가하면 융점이 내려가게 된다.

융점이 기존 시편에 비하여 낮으며, 상기 젖음성 평가에서도 우수한 특성을 보였던 7 중량%가 최적의 함량비임을 확인할 수 있었다.

종래 Sn-Ag 계열의 무연 솔더 합금에 비하여 은 사용량을 현저히 줄이고 Bi의 첨가량을 늘려 원가절감효과를 가져올 수 있을 것으로 예상된다.

또한, 일반적으로 Bi 첨가에 의해서 솔더의 강도 및 젖음성은 향상되지만, 연신율과 내시효성이 저하되고, 열피로 특성이 저하되는 문제점이 있었으나, 초적의 함량비로 내시효성과 연신율을 증가시켰고, 융점을 낮추어 솔더의 강도, 젖음성, 접착력 등의 기계적 특성이 우수하고 고 신뢰성의 무연 솔더 제작이 가능하다.

본 솔더에서 융점은 Sb의 첨가량이 증가함에 따라 263 에서 271로 약 8 상승하는 것을 확인할 수 있었다.

따라서 Sb의 첨가량 조절에 따라 융점 조절이 가능하며, 솔더링에 적합한 용융온도 범위의 기준인 260 이상 320 이하를 만족하기 때문에 안티몬의 첨가량에 따라 무연 솔더로서 적합함을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따른 Sb의 첨가량에 따른 젖음각을 비교하면, 동일 조성에서 리플로우 온도가 높을수록 젖음각이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 동일한 리플로우 온도에서는 Sb의 첨가량이 증가할수록 젖음각이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

즉 리플로우 온도에 따라 젖음각이 개선되는 것을 확인할 수 있었으며, 솔더의 조성은 Sb의 첨가량에 따라 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

상기 솔더의 용융온도는 Sb 첨가량이 2 중량% 까지 증가됨에 따라 고상선은 약 260 ~ 261로 변화가 없었지만, 액상선이 증가하여 용융온도 범위가 증가함을 확인할 수 있었다.

즉, 융점은 263 에서 271로 약 8 증가하여 Sb 첨가에 의해 융점 조절이 가능한 것으로 입증되었으며, 고온용 솔더로서 적합한 융점을 가지는 것으로 판단된다.

다만, 고상선과 액상선의 차이가 커져서 솔더링 시 접합 특성에 영향을 줄 수 있으므로 Sb의 조성은 3.0 중량%가 최대이다.

상기 젖음성은 용융온도가 높을수록, Sb의 첨가량이 많을수록 향상되는 경향을 보였다. 특히 무연 솔더 합금의 젖음성은 용융온도보다 안티몬의 첨가량에 크게 의존했으며, 이는 Sb의 첨가가 용융 솔더의 유동성 증가에 큰 영향을 미치기 때문인 것을 확인할 수 있었다.

솔더의 용융온도를 고려하여 Sn-3.5Ag솔더는 260 , 본 발명에 따른 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물은 280 으로 설정하였다.

아울러 미세조직 내에 분포하는 금속간 화합물의 생성과 금속 및 Sn, Ag, Cu, In, Bi 및 Sb의 용질원자의 고용으로 인해 경도가 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

이상의 결론을 통해, 본 발명의 Sn-Ag-Cu-In-Bi-Sb의 6원계 고융점 무연 솔더 합금은 종래 Bi-Ag-Cu의 3원계 솔더, Bi-Ag-Cu-Sb의 4원계 솔더에 비해 젖음성이 개선되면서도 용융온도가 증가하여 기계적 성질에 있어서도 경도가 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (1)

1. 조성물 전체 중량 기준 Sn 82-96 중량%;
   Ag 0.07-3.4 중량%;
   Bi 4-10 중량%;
   Cu 0.6-1.4 중량%;
   Sb 0.02-3.0 중량%; 및
   In 0.2-0.8 중량%;를 포함하는 용이성이 유리한 친환경적 무연 솔더 조성물.