KR20180064567A - Fe 침식 방지용 땜납 합금, 수지 플럭스가 함유된 땜납, 선 땜납, 수지 플럭스가 함유된 선 땜납, 플럭스 피복 땜납, 납땜 이음 및 납땜 방법 - Google Patents

Abstract

인두 끝의 장수명화를 위해서, 인두 끝 침식을 억제하고, 또한, 탄화물의 인두 끝에의 부착이 억제된 Fe 침식 방지용 땜납 합금, 수지 플럭스가 함유된 땜납, 선 땜납, 수지 플럭스가 함유된 선 땜납, 플럭스 피복 땜납, 납땜 이음 및 납땜 방법을 제공한다. 질량％로, Fe: 0.02 내지 0.1％, Zr: 0％ 초과 0.2％ 이하, 잔부가 Sn을 포함하는 합금 조성을 갖고, Fe 침식의 방지용으로서 사용된다.

Description

Fe 침식 방지용 땜납 합금, 수지 플럭스가 함유된 땜납, 선 땜납, 수지 플럭스가 함유된 선 땜납, 플럭스 피복 땜납, 납땜 이음 및 납땜 방법

본 발명은 인두 끝 침식 및 플럭스의 탄화를 억제할 수 있는 Fe 침식 방지용 땜납 합금, 수지 플럭스가 함유된 땜납, 선 땜납, 수지 플럭스가 함유된 선 땜납, 플럭스 피복 땜납, 납땜 이음 및 납땜 방법에 관한 것이다.

프린트 기판 등의 단자의 접속에는, 주로 Sn-Ag-Cu계 납 프리 땜납 합금이 사용되고 있다. Sn-Ag-Cu계 납 프리 땜납 합금은, 플로우 솔더링, 리플로우 솔더링, 납땜 인두를 사용한 납땜 등의 다양한 공법에 사용되고 있다.

납땜 인두를 사용한 납땜으로서는, 매뉴얼 솔더링과 같은 수작업의 납땜을 들 수 있다. 최근에는, 납땜 인두를 사용한 납땜의 자동화가 진행되고, 납땜은 인두 로봇에 의해 자동으로 행해지고 있다.

납땜 인두는, 발열체와 인두 끝으로 구성되어 있고, 발열체의 열을 인두 끝으로 전도하여 인두 끝을 가열한다. 발열체의 열이 효율적으로 인두 끝으로 전도되도록 하기 위해서, 인두 끝의 코어재에는 양호한 열 전도성을 갖는 Cu가 사용되고 있다. 그러나, Cu에 직접 땜납이 접촉되면, Cu가 땜납 합금 중의 Sn에 의해 침식되어버려, 인두 끝 형상이 변형되어서 납땜 인두으로서의 사용이 곤란해진다. 그래서, Sn에 의한 인두 끝 침식을 억제하기 위해서, 인두 끝에는 Fe 및 Fe 합금 도금에 의한 피복이 실시되고 있다.

이와 같이, 인두 끝의 수명을 연장시키는 관점에서, 인두 끝에는 Fe 및 Fe 합금 도금에 의한 피복이 실시되고 있지만, 납땜의 자동화에 의해 납땜의 횟수가 증가함에 따라서, 인두 끝 표면의 피복에 침식이 발생하게 된다. Fe 및 Fe 합금의 침식이 발생하는 원인은, 땜납 합금 중의 Sn과 Fe가 상호 확산에 의해 합금화하고, 이것이 용융 땜납 중의 Sn에 용해하기 쉬워지기 때문이다. 이로 인해, 납땜 인두측의 대응으로는 한계가 있고, Fe 침식의 발생이 억제되는 땜납 합금이 검토되고 있다.

특허문헌 1에서는, Sn-Ag-Cu계 땜납 합금에 Co를 첨가한 합금이 제안되어 있다. 이 문헌에 의하면, Co는, Sn-Ag-Cu계 땜납 합금에 첨가되면 땜납 합금 중으로의 Fe의 확산을 억제하고, Fe 침식을 억제할 수 있는 효과가 있다.

또한, Sn-Ag-Cu-Co계 땜납 합금으로서, 특허문헌 2 및 3에서는, 리플로우 솔더링에서 사용하는 것을 전제로 하고, 금속 간 화합물의 생성이나 보이드의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한 땜납 합금이 제안되어 있다.

일본 특허 제4577888호 공보 일본 특허 공표 제2008-521619호 공보 일본 특허 공표 제2009-506203호 공보

상기한 바와 같이 특허문헌 1 내지 3에 기재된 땜납 합금은 모두 Co를 함유하기 때문에, Fe의 땜납 합금 중으로의 확산을 억제하는 점에서, 인두 끝의 수명을 연장시킬 수 있다.

그러나, 인두 끝의 수명이 연장됨에 따라서, 새로운 문제가 발생한다는 것을 알 수 있었다. Co는 Fe 침식을 억제하기는 하지만, 탄소와 반응하기 쉬운 성질도 갖는다. 이로 인해, 몇천 회의 납땜을 행하면, 인두 끝에 탄화물이 부착되는 문제가 표면화되게 되었다.

납땜 인두를 사용한 납땜에서는, 단자 표면의 산화막을 파괴하여 땜납이 젖기 쉽게 하기 위해서, 통상 로진을 기재로 하는 플럭스가 사용되고 있고, 납땜 시에는, 땜납과 함께 로진도 가열된다. 이 때에, 땜납 합금 중의 Co는, 로진의 탄소 및 산소와 반응하여 다량의 탄화물을 생성하고, 인두 끝에 탄화물을 부착시킨다. 탄화물은 Co와의 화학 반응에 의해 인두 끝에 부착되어 있기 때문에, 에어 클리닝을 해도 인두 끝에서 제거되기 어렵다. 따라서, 사용 빈도가 증가함에 따라서, 탄화물의 부착 면적이 증가하고, 최종적으로 납땜이 곤란해져 버린다.

또한, 특허문헌 2 및 3에 기재된 땜납 합금은, 리플로우 솔더링에서 사용하는 땜납 합금이기 때문에, 납땜 인두를 사용하는 것은 상정되어 있지 않다. 가끔 Co를 함유하기 때문에 Fe 침식을 억제할 수 있었다고 해도, 특허문헌 1과 동일하게 탄화물의 부착을 억제할 수는 없다. 여기서, 특허문헌 3에는 와이어의 형태로 사용하는 것도 개시되어 있지만, 실시예에서는 펀칭에 의해 구상화하는 점에서, 특허문헌 3에 기재된 땜납 합금은 리플로우 솔더링에서 사용하는 것을 전제로 하고 있다. 이로 인해, 특허문헌 3에 기재된 발명에서는, 납땜 인두로 납땜을 행한 경우의 과제가 상정되어 있지 않고, 당연한 것이지만, 그 과제의 해결 수단도 강구되어 있지 않다.

본 발명의 과제는, 인두 끝의 장수명화를 위해서, 인두 끝 침식을 억제하고, 또한, 탄화물의 인두 끝에의 부착이 억제된 Fe 침식 방지용 땜납 합금, 수지 플럭스가 함유된 땜납, 선 땜납, 수지 플럭스가 함유된 선 땜납, 플럭스 피복 땜납, 납땜 이음 및 납땜 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 당초, Co 함유량의 저감에 의해 탄화물의 인두 끝에의 부착을 억제하는 것을 검토하였다. 그러나, 탄화물의 부착은 억제되었지만, Fe 침식을 억제할 수는 없었다. 그래서, 본 발명자들은, Co를 함유하지 않는 합금 조성으로 되돌아와, 우선은, Fe 침식을 억제함과 함께 Co보다도 탄화물의 부착이 억제될 가능성이 있는, Fe를 함유하는 땜납 합금에 착안하였다. 즉, 발명자들은, Sn-Ag-Cu-Fe 땜납 합금에 대해서, Fe 침식과 로진의 탄화 억제의 양립이 가능한 원소에 대하여 검토하였다.

Zr은 산화하기 쉽고, 제조상의 관점에서 취급하기 어려운 원소이기 때문에, 종래, 적극적으로 첨가되는 일은 없었다. 한편, Zr이 Sn-Ag-Cu-Fe 땜납 합금에 첨가되면, 납땜 접합 계면에서의 금속 간 화합물의 계면 성장을 억제한다는 것이 알려져 있다. 그래서, Sn-Ag-Cu-Fe 땜납 합금에서는, Fe가 첨가되어 있음으로써 Fe 침식의 억제 효과가 있기는 하지만, Sn의 확산 또한 억제하여 Fe 침식의 억제 효과를 향상시키기 때문에, 굳이, 취급하기 어려운 원소인 Zr을 첨가하였다. 그 결과, Fe 침식의 억제 효과가 향상됨과 함께, 예상 외에도, 로진의 탄화를 억제하는 지견이 얻어졌다. 나아가, 로진이 조금 탄화했다고 해도, 인두 끝에의 탄화물의 부착은 거의 보이지 않는다는 지견도 얻어졌다.

또한, 전극의 재질로서는 일반적으로 Cu가 사용되고 있지만, 용도에 따라서는 Ni나 Al이 사용되는 경우가 있다. Ni/Au 도금이 실시된 전극도 사용되고 있다. 그래서, 전극의 재질에 구애되지 않고, 인두 끝 수명의 장기화 및 탄화 억제 효과를 발휘하는 것을 확인하기 위해서, Cu를 함유하지 않는 Sn-Ag-Fe-Zr 땜납 합금의 검토를 행하였다. 또한, 비용 저감의 관점에서 Ag를 함유하지 않는 Sn-Fe-Zr 땜납 합금의 검토를 행하였다. 그 결과, 어느 땜납 합금에 있어서도 Sn-Ag-Cu-Fe 땜납 합금과 동일한 효과를 발휘한다는 지견이 얻어졌다.

이 지견들에 의해 얻어진 본 발명은 다음과 같다.

(1) 질량％로, Fe: 0.02 내지 0.1％, Zr: 0％ 초과 0.2％ 이하, 잔부가 Sn을포함하는 합금 조성을 갖는 것을 특징으로 하는, 탄화물의 인두 끝에의 부착이 억제된 Fe 침식 방지용 땜납 합금.

(2) 합금 조성은 추가로, Cu: 0.1 내지 4％를 함유하는, 상기 (1)에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금.

(3) 합금 조성은 추가로, Sb: 5 내지 20％, Ag: 4％ 이하 및 Bi: 3％ 이하의 1종 이상을 함유하는, 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금.

(4) 합금 조성은 추가로, Ni: 0.3％ 이하, 및 Co: 0.2％ 이하의 1종 이상을 함유하는, 상기 (1) 내지 상기 (3) 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금.

(5) 합금 조성은 추가로, P: 0.1％ 이하, Ge: 0.1％ 이하, 및 Ga: 0.1％ 이하의 1종 이상을 함유하는, 상기 (1) 내지 상기 (4) 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금.

(6) 상기 (1) 내지 상기 (5) 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금을 갖는 수지 플럭스가 함유된 땜납.

(7) 상기 (1) 내지 상기 (5) 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금을 갖는 선 땜납.

(8) 상기 (1) 내지 상기 (5) 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금을 갖는 수지 플럭스가 함유된 선 땜납.

(9) 땜납의 표면이 플럭스로 피복되어 있는, 상기 (1) 내지 상기 (9) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 피복 땜납.

(10) 상기 (1) 내지 상기 (5) 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금을 갖는 납땜 이음.

(11) 수지 플럭스가 함유된 땜납을 사용하여 납땜 인두로 납땜을 행하는 납땜 방법이며, 수지 플럭스가 함유된 땜납은 질량％로, Fe: 0.02 내지 0.1％, Zr: 0％ 초과 0.2％ 이하, Sn: 67.9％ 이상을 포함하는 땜납 합금과 플럭스를 포함하고, 땜납 합금의 용융 온도는 350℃ 이하이고, 납땜 인두로 수지 플럭스가 함유된 땜납을 240℃ 내지 450℃의 온도 영역까지 가열하여 땜납 합금 중의 Zr을 산화시켜서 산화지르코늄으로 하고, 산화지르코늄의 촉매 작용에 의해 플럭스 성분의 탄화를 억제하여 납땜 인두의 인두 끝에 플럭스의 탄화물 부착을 억제하는 납땜 방법.

도 1은, Sn-Fe-Zr 땜납 합금의 3원도를 나타낸다.

본 발명을 이하에 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 있어서, 땜납 합금 조성에 관한 「％」는, 특별히 지정하지 않는 한 「질량％」이다.

1. 합금 조성

(1) Fe: 0.02 내지 0.1％

Fe는, 땜납 합금 중으로의 Fe의 용출을 억제하고, 납땜 인두의 인두 끝을 피복하는 Fe 합금의 침식을 방지하기 위하여 유효한 원소이다. Fe 함유량이 0.02％ 미만이면 이들 효과를 충분히 발휘할 수 없다. Fe 함유량의 하한은 0.02％ 이상이고, 바람직하게는 0.03％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.04％ 이상이다. 한편, Fe 함유량이 0.1％를 초과하면, 땜납 합금의 용융 온도가 너무 높아져버려, 납땜 인두의 설정 온도를 높이지 않으면 안 되고, 납땜을 행하는 전자 부품의 내열 온도 등의 관점에서 바람직하지 않다. Fe 함유량의 상한은 0.1％ 이하이고, 바람직하게는 0.08％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.06％ 이하이다.

(2) Zr: 0％ 초과 0.2％ 이하

Zr은, Zr에 기초하는 촉매 작용에 의해, 플럭스 중에 존재하는 로진의 탄화를 억제하기 위하여 필요한 원소이다. Zr에 기초하는 촉매 작용은, 이하와 같은 거동을 나타낸다고 추정된다.

산화지르코늄은 산화성과 환원성의 양쪽 특성을 나타내는 점에서 촉매 작용을 나타낸다고도 생각된다(야마구찌 쯔또무 석유 학회지 Vol.36 No.4 P.250 내지 267)(1993)). 이로 인해, 산화지르코늄은, 산화 환원에 의한 로진의 탄화 자체를 억제할 수 있다고 추정된다. 이에 더하여, 가령 탄화물이 생성되었다고 해도 생성된 탄화물에 대한 환원 작용에 의해 탄화의 진행이 저해되기 때문에, 부차적으로 로진의 탄화를 억제할 수 있다고 추정된다. 또한, 가령 로진이 조금 탄화되었다고 해도, 인두 끝에의 탄화물의 부착은 거의 보이지 않는다.

또한, Zr은 240 내지 290℃에서 산화가 개시된다는 보고가 있다(나까무라 히데쯔구 외 공업 화약 (51)(6) P.383(1990)). 따라서, 상기 효과를 얻기 위해서, 납땜 온도는 240℃ 이상이 유효하다고 생각된다.

여기서, 납땜 인두에 의한 납땜 시에는, 통상 인두 끝 온도가 350℃ 내지 450℃이다. 본 발명의 땜납 합금을 납땜 인두에 의한 납땜에 사용하면, 납땜 시에는 땜납 합금 중의 Zr의 대부분이 산화지르코늄으로서 존재하고 있다고 생각된다. 이로 인해, 산화지르코늄에 의한 촉매 작용이 발휘되는 온도 영역을 감안하면, 본 발명의 땜납 합금은 납땜 인두에 의한 납땜에 적합하게 사용되는 것이다.

Zr 함유량이 0％이면 탄화 억제 효과를 발휘할 수 없다. Zr 함유량의 하한은 0％ 초과이고, 바람직하게는 0.001％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이다. 한편, Zr 함유량이 0.2％를 초과하면, Zr 화합물이 이상 석출되기 때문에, 땜납 합금의 용융 온도가 너무 높아져버려, 납땜 인두의 설정 온도를 높이지 않으면 안 되고, 납땜을 행하는 전자 부품의 내열 온도 등의 관점에서 바람직하지 않다. Zr 함유량의 상한은 0.2％ 이하이고, 바람직하게는 0.05％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.03％ 이하이다. 본 발명의 땜납 합금은 Zr 함유량이 미량이어도 탄화 억제 효과를 충분히 발휘할 수 있기 때문에, Zr 함유량의 상한은 특히 바람직하게는 0.006 이하이다.

(3) Cu: 0.1 내지 4％

Cu는, 전극의 재질이 Cu인 경우에 전극의 침식을 억제할 수 있는 임의 원소이다. Cu 함유량이 0.1％ 이상이면 상기 효과를 발휘할 수 있다. 이 관점에서, Cu 함유량의 하한은 바람직하게는 0.1％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.3％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.5％ 이상이다. 한편, Cu 함유량이 4％ 이하이면, 납땜의 작업 온도(240℃ 내지 450℃)의 온도 영역에 납땜 인두 온도를 설정할 수 있고, 납땜을 행하는 전자 부품의 열적 손상을 억제할 수 있다. 이로 인해, Cu 함유량의 상한은 바람직하게는 4％ 이하이고, 보다 바람직하게는 1.0％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.7％ 이하이다.

(4) Sb: 5 내지 20％, Ag: 4％ 이하 및 Bi: 3％ 이하의 1종 이상

Sb, Ag 및 Bi는, 땜납 합금의 습윤성을 향상시킬 수 있는 임의 원소이다.

Sb는 상기 효과 외에도, 온도 사이클 특성이나 내피로 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서, 본 발명의 땜납 합금이 Sb를 함유하는 경우에는, Sb 함유량의 하한은 바람직하게는 5％ 이상이고, 보다 바람직하게는 6％ 이상, 더욱 바람직하게는 7％ 이상이다. Sb 함유량이 20％ 이하이면 땜납 합금을 형성하는 것이 가능하게 된다. 본 발명의 땜납 합금이 Sb를 함유하는 경우에는, Sb 함유량의 상한은 바람직하게는 20％ 이하이고, 보다 바람직하게는 15％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 10％ 이하이다.

Ag는, 0.3％ 이상 함유하면 습윤성이 현저하게 향상되고, 1％ 이상이면 추가로 습윤성이 향상된다. 본 발명의 땜납 합금이 Ag를 함유하는 경우에는, Ag 함유량의 하한은 바람직하게는 0.3％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1％ 이상이다. 또한, Ag 함유량이 0.3％ 이상이면, 상기 효과 외에도 땜납 합금의 용융 온도를 저하시키기 때문에, 납땜 인두의 설정 온도를 낮출 수 있고, 이에 추가로 Fe 침식의 발생도 억제할 수 있다. 한편, Ag 함유량이 4％ 이하이면, SnAg의 조대한 화합물의 정출을 억제하고, 납땜 작업을 행할 때, 브리지 등의 결함을 억제할 수 있다. 본 발명의 땜납 합금이 Ag를 함유하는 경우에는, Ag 함유량의 상한은 바람직하게는 4％ 이하이고, 보다 바람직하게는 3.5％ 이하이다.

Bi는, 상기 효과 외에, 땜납 합금의 강도를 향상시켜, 땜납 합금의 용융 온도를 저하시킬 수 있다. 이러한 효과를 충분히 발휘하기 위해서, 본 발명의 땜납 합금이 Bi를 함유하는 경우에는, Bi 함유량의 하한은 바람직하게는 0.06％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.3％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.5％ 이상이다. 한편, Bi 함유량이 3％ 이하이면, Bi 단상의 정출을 억제하고, 낙하 충격성의 저하를 억제할 수 있다. 본 발명의 땜납 합금이 Bi를 함유하는 경우에는, Bi 함유량의 상한은 바람직하게는 3％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1％ 이하이다.

(5) Ni: 0.3％ 이하, 및 Co: 0.2％ 이하의 1종 이상

Ni 및 Co는, Fe 합금에 대한 침식을 억제할 수 있는 임의 원소이다.

Ni는, 상기 효과 외에, 땜납 합금의 내피로성을 개선할 수 있다. 이들 효과를 충분히 발휘하기 위해서, 본 발명의 땜납 합금이 Ni를 함유하는 경우에는, Ni 함유량의 하한은 바람직하게는 0.01％ 이상이다. 또한, Ni 함유량이 0.3％ 이하이면, 땜납 합금의 용융 온도의 상승에 수반하는 납땜 인두의 설정 온도의 상승을 방지함과 동시에, Fe 침식의 발생을 억제할 수 있다. 본 발명의 땜납 합금이 Ni를 함유하는 경우에는, Ni 함유량의 상한은 바람직하게는 0.3％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.1％ 이하이다.

Co는, Zr을 함유하지 않는 땜납 합금에 첨가되면 로진의 탄화를 촉진해버린다. 그러나, 땜납 합금이 Zr과 함께 Co를 함유하는 경우에는, Zr에 기초하는 로진의 탄화 자체가 억제되기 때문에, 탄화물의 부착을 저감시키면서, Fe 침식 억제 효과도 얻어진다. 본 발명의 땜납 합금이 Co를 함유하는 경우에 Co가 상기 효과를 발휘하기 위해서는, Co 함유량의 하한은 바람직하게는 0.005％ 이상이다. 또한, Co 함유량이 0.2％ 이하이면, 땜납 합금의 용융 온도의 상승을 방지할 수 있다. 본 발명의 땜납 합금이 Co를 함유하는 경우에는, Co 함유량의 상한은 바람직하게는 0.2％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.05％ 미만이다.

(6) P: 0.1％ 이하, Ge: 0.1％ 이하, 및 Ga: 0.1％ 이하의 1종 이상

P, Ge 및 Ga는, Sn의 산화를 억제할 수 있는 임의 원소이다. 본 발명의 땜납 합금이 이들 원소를 함유하는 경우에는, 이들의 하한값은, 각각 바람직하게는 0.001％ 이상이다.

또한, P 및 Ge의 함유량이 상기 범위 내이면, 땜납 합금의 용융 온도의 상승을 방지할 수 있다. 본 발명의 땜납 합금이 이들 원소를 함유하는 경우에는, 이들의 함유량의 상한은, 각각 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

또한, Ga 함유량이 0.1％ 이하이면, Ga의 편석에 의한 저융점상의 생성 리스크를 저감할 수 있다. 본 발명의 땜납 합금이 Ga를 함유하는 경우에는, Ga 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

본 발명에 따른 땜납 합금의 잔부는 Sn이다. 전술한 원소 이외에 불가피적 불순물을 함유해도 된다. 불가피적 불순물을 함유하는 경우라도, 전술한 효과에 영향을 미치는 일은 없다. 또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 함유하지 않는 원소가 불가피적 불순물로서 함유되어도 전술한 효과에 영향을 미치는 일은 없다.

2. 땜납 합금의 용융 온도

본 발명에 따른 땜납 합금은, 용융 온도가 350℃ 이하인 것이 바람직하다. 이것은, 납땜 인두에 의한 납땜 시, 인두 끝 온도는 통상 350 내지 450℃로 가열되기 때문이다.

3. 수지 플럭스가 함유된 땜납, 선 땜납, 수지 플럭스가 함유된 선 땜납, 플럭스 피복 땜납

본 발명에 따른 땜납 합금은, 미리 땜납 중에 플럭스를 갖는 수지 플럭스가 함유된 땜납에 적합하게 사용된다. 또한, 인두에 땜납을 공급하는 관점에서, 선 땜납의 형태로 사용할 수도 있다. 나아가, 선 땜납에 플럭스가 밀봉되어 있는 수지 플럭스가 함유된 선 땜납에 적용할 수도 있다. 또한, 각각의 땜납의 표면에 플럭스가 피복되어 있어도 된다. 이에 추가로, 땜납 중에 플럭스를 갖지 않는 땜납의 표면에 플럭스가 피복되어 있어도 된다.

땜납 중의 플럭스 함유량은, 예를 들어 1 내지 10질량％이고, 플럭스 중의 로진 함유량은 70 내지 95％이다. 일반적으로, 로진은 유기 화합물이고 탄소나 산소를 함유한다는 점에서, 본 발명에서는 말단의 관능기 등에 한정되는 일이 없다.

4. 납땜 이음

또한, 본 발명에 있어서의 「납땜 이음」이란 전극의 접속부를 말하고, 본 발명에 따른 땜납 합금으로 접속부가 형성된다. 또한, 전극의 재질로서는 Cu, Ni, Al을 들 수 있고, Cu 전극에 Ni/Au 도금이 실시된 전극이어도 된다.

5. 납땜 방법

본 발명의 땜납 합금을 사용한 납땜 방법은, 수지 플럭스가 함유된 땜납을 사용하여 납땜 인두로 납땜을 행하는 납땜 방법이다.

본 발명에서 사용하는 수지 플럭스가 함유된 땜납은 전술한 플럭스와 땜납 합금을 포함한다.

수지 플럭스가 함유된 땜납의 땜납 합금은 질량％로, Fe: 0.02 내지 0.1％, Zr: 0％ 초과 0.2％ 이하, Sn: 67.9％ 이상을 포함하는 땜납 합금과 플럭스를 포함하고, 전술한 땜납 합금의 합금 조성을 갖는 것이 바람직하다. 플럭스 성분은 전술한 바와 같다.

본 발명의 납땜 방법은, 소정의 합금 조성을 갖는 땜납 합금을 소정의 온도로 설정된 인두 끝에 공급하고, 땜납 합금을 가열, 용융하여 전극 등에 납땜을 행한다. 예를 들어 단시간에서의 납땜 횟수가 많은 자동 납땜 장치에 적합하다. 또한, 본 발명에서는, 당연한 것이지만, 납땜 인두의 인두 끝 온도는 땜납 합금의 용융 온도보다도 고온으로 설정되어 있다. 이로 인해, 땜납 합금이 용융하여 수지 플럭스가 함유된 땜납이 대류함으로써, Zr이 산화하여 충분한 산화지르코늄이 생성되고, 그 촉매 작용에 의해 탄화를 억제할 수 있게 된다. 납땜 인두의 인두 끝 온도는, Zr의 산화에 의해 얻어진 산화지르코늄의 촉매 작용을 발휘시키기 때문에, 240 내지 450℃로 할 필요가 있고, 바람직하게는 350 내지 450℃이다. 가열 분위기는 특별히 제한되지 않고, 산화지르코늄에 의한 촉매 작용을 발휘할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 납땜 방법은, 통상의 납땜 인두에 의한 납땜과 비교하여 상기의 납땜 인두의 온도 범위를 만족시키기 때문에, Zr의 산화를 촉진하여 플럭스 성분의 탄화를 억제할 수 있다.

실시예

표 1에 나타내는 땜납 합금을 제작하였다. 이들 땜납 합금은 모두 용융 온도가 350℃ 이하임을 확인하였다. 이 땜납 합금을 사용하여 수지가 함유된 땜납을 형성하고, Fe 침식과 탄화에 대하여 평가를 행하였다. 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.

<Fe 침식>

자동 납땜 장치(JAPAN UNIX(등록 상표)사제, UNIX(등록 상표)-413S)를 사용하여, 인두 끝의 온도는 380℃로 하고, 땜납 전송 스피드는 10mm/초로 하고, 땜납 이송량은 1 샷에 15mm로 하여 대기 중에서 납땜을 행하고, 10 샷마다 1회, 인두 끝에 에어 클리닝을 행하면서, 인두 끝의 Fe 침식을 평가하였다. 사용한 인두는, JAPAN UNIX(등록 상표)사제의 형식 번호가 P2D-R이고, 인두의 코어인 Cu의 표면에 막 두께가 500㎛인 Fe 도금이 실시되어 있다. 또한, 수지 플럭스가 함유된 땜납은, 납땜 중의 플럭스 함유량이 3질량％이고, 플럭스 중의 로진 함유량이 90％인 것을 사용하였다.

Fe 침식의 평가 방법은 25000 샷 시에, 인두 끝의 Fe 도금에 구멍이 뚫려, 코어재인 Cu가 노출된 상태를 ×라 하고, 구멍이 뚫리지 않은 상태를 ○라 하였다.

<탄화>

자동 납땜 장치(JAPAN UNIX(등록 상표)사제, UNIX(등록 상표)-413S)를 사용하여, 인두 끝의 온도는 380℃로 하고, 납땜 이송 스피드를 10mm/초로 하고, 납땜 이송량은 1 샷에 15mm로 하여 납땜을 행하고, 10 샷마다 1회 에어 클리닝을 행하면서, 인두 끝의 탄화를 평가하였다. 사용한 수지 플럭스가 함유된 땜납은 Fe 침식의 평가에서 사용한 것이다.

탄화의 평가 방법은, 10000 샷 시에, 인두 끝의 Fe 도금 부분에 탄화물이 부착된 상태를 ×라 하고, 탄화물이 부착되지 않은 상태를 ○라 하였다. 인두 끝의 Fe 도금 부분에 탄화물이 부착되면, 땜납과의 접촉 면적이 작아지고, 납땜성이 나빠진다.

또한, 표 1에서는, Fe 침식 및 탄화의 평가에 있어서, 평가를 하지 못한 경우에는 「-」라 하였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 37에서는, 모두 Fe 침식의 평가가 ○이고, 또한, 탄화의 평가도 ○였다.

한편, Fe 함유량이 적은 비교예 1 및 6은, 25000 샷 시점에서 Fe 침식이 발생하고, 인두의 코어인 Cu가 노출되어 있었다. 또한, Fe를 함유하지 않는 비교예 5에 대해서는 10000 샷 시점에서 Fe 침식이 발생했기 때문에, 탄화의 평가를 행하지 않았다.

Fe 함유량이 많은 비교예 2 및 7에서는, 땜납 합금의 용융 온도가 너무 높아져버려, 인두 끝의 설정 온도를 높이지 않으면 안 되고, 전자 부품의 내열 온도 관점에서 바람직하지 않다. 따라서, 수지 플럭스가 함유된 땜납으로서의 최저한의 성능을 갖지 않기 때문에, Fe 침식 및 탄화의 평가를 행하지 않았다.

Zr을 함유하지 않는 비교예 3 및 8에서는, Fe 함유량이 적절하기 때문에 Fe 침식이 발생하지 않았지만, Zr을 함유하지 않기 때문에 탄화를 억제할 수 없었다.

Zr 함유량이 많은 비교예 4 및 9에서는, Zr 화합물이 이상 석출하고, 땜납 합금의 용융 온도가 너무 높아져버려, 인두 끝의 설정 온도를 높이지 않으면 안 되고, 상기와 동일한 이유로, Fe 침식 및 탄화의 평가를 행하지 않았다.

Fe 및 Zr을 함유하지 않고, Co를 함유하는 비교예 10에서는, Fe 침식의 문제는 해결되었어도, 탄화물의 부착이 보였다. 또한, Sn-Ag-Cu 땜납 합금에 Co를 함유하는 비교예 10은, Sn-Ag-Cu 땜납 합금에 Fe를 함유하는 비교예 8보다도 다량의 탄화물이 부착되었다.

또한, 본 실시예의 Sn-Fe-Zr계 땜납 합금에 대해서 3원도를 사용하여 상세하게 설명한다. 도 1은, Sn-Fe-Zr 땜납 합금의 3원도를 나타낸다. 도 1 중, 저변은 Sn 함유량(질량％), 좌변은 Zr 함유량(질량％), 우변은 Fe 함유량(질량％)이고, 「○」는 실시예 1 내지 5를 나타내고, 「×」는 비교예 1 내지 4를 나타내고, 망 모양의 영역은 본 발명의 조성 영역을 나타낸다. 도 1로부터 명백해진 바와 같이, Fe 및 Zr이 본 발명의 범위 내의 합금 조성에서는, 모두 Fe 침식 및 탄화를 억제할 수 있음을 알 수 있었다. 특히, Zr의 함유량이 0.001％의 실시예 3에 있어서도, 충분한 탄화 억제 효과를 발휘할 수 있음이 밝혀졌다. 한편, 본 발명의 범위 외의 합금 조성에서는 양자를 동시에 만족시킬 수 없었다. 이것은, 본 발명의 임의 원소를 함유하는 합금 조성에 있어서도 동일하다고 할 수 있다.

Claims (11)

1. 질량％로, Fe: 0.02 내지 0.1％, Zr: 0％ 초과 0.2％ 이하, 잔부가 Sn을 포함하는 합금 조성을 갖는 것을 특징으로 하는, 탄화물의 인두 끝에의 부착이 억제된 Fe 침식 방지용 땜납 합금.
2. 제1항에 있어서, 상기 합금 조성은 추가로, Cu: 0.1 내지 4％를 함유하는, Fe 침식 방지용 땜납 합금.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합금 조성은 추가로, Sb: 5 내지 20％, Ag: 4％ 이하 및 Bi: 3％ 이하의 1종 이상을 함유하는, Fe 침식 방지용 땜납 합금.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금 조성은 추가로, Ni: 0.3％ 이하, 및 Co: 0.2％ 이하의 1종 이상을 함유하는, Fe 침식 방지용 땜납 합금.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금 조성은 추가로, 질량％로, P: 0.1％ 이하, Ge: 0.1％ 이하 및 Ga: 0.1％ 이하의 1종 이상을 함유하는, Fe 침식 방지용 땜납 합금.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금을 갖는 수지 플럭스가 함유된 땜납.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금을 갖는 선 땜납.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금을 갖는 수지 플럭스가 함유된 땜납.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 땜납의 표면이 플럭스로 피복되어 있는, 플럭스 피복 땜납.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Fe 침식 방지용 땜납 합금을 갖는 납땜 이음.
11. 수지 플럭스가 함유된 땜납을 사용하여 납땜 인두로 납땜을 행하는 납땜 방법이며,
    상기 수지 플럭스가 함유된 땜납은 질량％로, Fe: 0.02 내지 0.1％, Zr: 0％ 초과 0.2％ 이하, Sn: 67.9％ 이상을 포함하는 땜납 합금이 플럭스를 포함하고,
    상기 땜납 합금의 용융 온도는 350℃ 이하이고,
    상기 납땜 인두로 상기 수지 플럭스가 함유된 땜납을 240℃ 내지 450℃의 온도 영역까지 가열하여 상기 땜납 합금 중의 Zr을 산화시켜서 산화지르코늄으로 하고,
    상기 산화지르코늄의 촉매 작용에 의해 상기 플럭스 성분의 탄화를 억제하여 상기 납땜 인두의 인두 끝에 플럭스의 탄화물의 부착을 억제하는 납땜 방법.

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