KR920007930B1

KR920007930B1 - Process for removing copper in the molten solder

Info

Publication number: KR920007930B1
Application number: KR1019890017523A
Authority: KR
Inventors: 김우석
Original assignee: 삼성전기 주식회사; 서주인
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1992-09-19
Also published as: KR910009374A

Abstract

The method for removing Cu, specially Cu6Sn5 or Cu3Sn from molten solder comprises: (a) heating an molten solder bath (1) consisting of 60 % Sn and 40 % Pb at 260-300 deg.C; (b) stirring the solder with an anti-soldering stainless stirrer; (c) cooling the heated solder bath to 190-193 deg.C, which temperature is 10 deg.C above the solid phase curve; and (d) filtering the melt solder with an anti-soldering stainless sieve (2). Solder property is enhanced and the time to change the solder is prolonged by removing Cu.

Description

How to remove copper in molten solder

제1도는 본 발명에 부합되는 스테인레스망이 삽입된 납땜욕의 개략도.1 is a schematic diagram of a solder bath in which a stainless steel mesh is inserted according to the present invention.

제2도는 종래 납땜욕과 본 발명에 따라 동을 제거한 납땜욕내의 용융납땜처리기간에 따른 동성분의 농도변화를 나타내는 그래프.2 is a graph showing a change in concentration of copper components in accordance with a molten soldering treatment period in a conventional soldering bath and a soldering bath in which copper is removed according to the present invention.

본 발명은 용융납땜(solder)중에 존재하는 동(Cu)을 제거하는 방법에 관한 것으로 보다 상세하게 설명하면, 용융납땜욕에서 석출물형태로 존재하는 Cu₆Sn₅혹은 Cu₃Sn 등과 같은 Cu 금속간화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing copper (Cu) present in the molten solder (detailed in detail), Cu metal between the Cu metal such as Cu ₆ Sn ₅ or Cu ₃ Sn in the form of precipitates in the molten solder bath It relates to a method for removing a compound.

일반적으로 전자분야에서는 PCV등과 같이 구리수소자가 조립된 것 또는 모재가 Cu인 것등을 용융납땜욕에서 용융납땜처리를 행하게 된다.In general, in the electronic field, a molten soldering process is performed in a molten solder bath such that a copper water element is assembled, such as PCV, or a base metal is Cu.

한편, 이와 같은 용융납땜(flow soldering)시 가장 혼입되기 쉬운 원소는 Cu인데, PCB와 같이 Cu 소자가 조립되거나 모재가 Cu인 경우에는 납땜시, 납땜욕(solder bath)내로 Cu가 용식되므로서 그 함량이 증가하게 된다.On the other hand, the most likely element to be incorporated during such flow soldering is Cu. When the Cu element is assembled or the base metal is Cu, such as PCB, Cu is dissolved in the solder bath during soldering. The content will increase.

그러나, Cu는 Sn과 Pb에 대하여 대개는 고용하지는 않지만 용융납땜에 혼입된 Cu는 금속간화합물인 Cu₆Sn₅또는 Cu₃Sn등과 같은 금속간화합물을 형성시킬 수 있는바, 이러한 Cu 금속간화합물이 납땜욕내에 0.2-0.3%정도 존재할 경우에는 브리지(bridge)나 고드름 현상과 같은 납땜불량이 급속하게 증가하게 되고 또한, 납땜욕의 온도 상승 효과 및 용융납땜의 유동성이 나빠지게 되어 납땜성이 저하되는 것이다.However, Cu is not usually employed for Sn and Pb, but Cu incorporated in the molten solder can form an intermetallic compound such as Cu ₆ Sn ₅ or Cu ₃ Sn, which is an intermetallic compound. When 0.2-0.3% is present in this soldering bath, soldering defects such as bridges or icicles rapidly increase, and the soldering temperature is deteriorated and the molten solder fluidity is deteriorated. Will be.

따라서, 종래에는 납땜욕내의 Cu 금속간 화합물의 농도가 0.2-0.3% 정도에 이르게 되면, 납땜성을 향상시키기 위하여 납땜욕전체의 납땜을 교환하여 왔다.Therefore, conventionally, when the concentration of the Cu intermetallic compound in the solder bath reaches about 0.2-0.3%, the solder in the solder bath has been replaced in order to improve the solderability.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반여건 및 문제점들을 개선하기 위한 것으로서, 용융납땜욕에서 석출물 형태로 존재하는 Su₆Sn₅또는 Cu₃Sn 등과 같은 Cu 금속간 화합물의 석출이 용이한 용융납땜욕벽면 및 내부에 존재한다는 사실에 근거하여 본 발명을 제한하게 된 것으로서, 본 발명은 일정한 온도로 납땜욕을 가열하고 교반, 냉각 및 망에 의해 걸려주는 처리를 일정 횟수만큼 반복하므로서, 납땜욕에 존재하는 Cu₆Sn₅나 Cu₃Sn 등과 같은 금속간 화합물을 제거하여 납땜성을 향상시킴은 물론, 납땜욕내의 납땜 교환기시를 가일층 연장시킬 수 있는 용융납땜중의 Cu 제거방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention is to improve the conventional conditions and problems as described above, the molten solder bath is easy to precipitate the Cu intermetallic compound such as Su ₆ Sn ₅ or Cu ₃ Sn present in the form of precipitates in the molten solder bath The present invention is limited based on the fact that it exists on the wall and inside, and the present invention heats the soldering bath at a constant temperature, and is present in the soldering bath by repeating the treatment by stirring, cooling and netting a certain number of times. The purpose of the present invention is to provide a method for removing Cu in molten solder which can improve solderability by removing intermetallic compounds such as Cu ₆ Sn ₅ or Cu ₃ Sn and further extend the solder exchange in the solder bath. There is this.

본 발명은 60%의 Sn과 40%의 Pb로 이루어진 용융납땜욕을 260-300℃의 온도로 가열하는 단계와, 비납땜성을 갖는 재질로 이루어진 봉으로 가열된 상기 납땜을 교반하는 단계와, 교반후 가열된 납땜욕을 납땜의 고상선이상인 190-193℃의 온도까지 냉각하는 단계 ; 및 비납땜성을 갖는 재질로 이루어진 망으로 걸러주는 단계를 통하여 Cu를 제거하는 것을 특징으로 한다.The present invention comprises the steps of heating a molten solder bath consisting of 60% Sn and 40% Pb to a temperature of 260-300 ℃, stirring the solder heated with a rod made of a non-solderable material, Cooling the heated solder bath after stirring to a temperature of 190-193 ° C. above the solidus line of the solder; And removing Cu through a filtering step made of a non-solderable material.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

금속간화합물은 이 화합물을 형성하는 순수성분보다는 용융점이 훨씬 높을뿐만 아니라 순수성분과는 전혀 다른 성질을 갖게 된다.The intermetallic compound not only has a much higher melting point than the pure component forming the compound, but also has completely different properties from the pure component.

따라서, 용융납땜처리는 190-210℃의 온도의 용융납땜욕에서 행하여지며, 이때 Cu에 의해 생성되는 Cu₆Sn₅나 Cu₃Sn 등과 같은 금속간화합물은 용융납땜욕에서 고상의 석출물로 존재하게 된다.Therefore, the molten soldering process is performed in a molten solder bath at a temperature of 190-210 ° C, wherein intermetallic compounds such as Cu ₆ Sn ₅ or Cu ₃ Sn produced by Cu are present as solid precipitates in the molten solder bath. do.

상기 Cu₆Sn₅나 Cu₃Sn 등과 같은 금속간화합물은 용융납땜욕 내부(용융납땜)에서 석출되는 것보다는 불균일 핵생성위치인 용융납땜욕벽에서 석출되는 것이 에너지적으로 볼 때 더 쉽기 때문에 많은 Cu₆Sn₅나 Cu₃Sn 등의 금속간화합물이 용융납땜욕벽에 부착되어 있다.The intermetallic compound such as Cu ₆ Sn ₅ or Cu ₃ Sn is more easily deposited in the molten solder bath wall at the heterogeneous nucleation site than in the molten solder bath (melt solder) because it is easier to see energy. Intermetallic compounds, such as ₆ Sn ₅ and Cu ₃ Sn, are attached to the molten solder bath wall.

상기한 용융납땜욕의 가열단계는, 용융납땜욕벽에 부착되어 있는 Cu₆Sn₅나 Cu₃Sn등과 같은 금속간화합물을 가열단계에 이어 행하는 교반단계에서 이 부착된 금속간화합물이 쉽게 떨어져 용융납땜욕내부로 들어가도록 포텐셜에너지(potential energy)를 높여주기 위하여 행하는 단계로서, 그 가열온도는 260-300℃가 바람직한데, 그 이유는 260℃이하에서는 교반시 부착물을 용융납땜욕벽면으로부터 이탈시키기에 충분한 에너지를 부여하지 못하며, 300℃이상에서도 효과는 있으나 그 효과의 향상 정도가 거의 없으므로 경제적인 관점을 고려한다면 300℃ 이하로 하여야 하기 때문이다.In the heating step of the molten solder bath, the intermetallic compound attached to the molten solder bath wall is easily melted in the stirring step in which the intermetallic compound such as Cu ₆ Sn ₅ or Cu ₃ Sn is heated after the heating step. In order to increase the potential energy to enter the inside of the bath, the heating temperature is preferably 260-300 ° C. The reason for this is to remove the deposit from the molten solder bath wall below 260 ° C when stirring. It does not give enough energy, and the effect is more than 300 ℃, but the improvement of the effect is almost no considering the economical point of view should be less than 300 ℃.

한편, 가열단계에 이어 행하는 교반단계는 용융납땜욕의 가열에 의해 용융납땜욕면에 부착되어 있는 금속간화합물들이 에너지적으로 불안정한 상태에 있음으로, 이들 부착물들을 납땜욕면으로부터 이탈시켜 용융납땜욕 내부로 들어가도록 충분히 교반을 해주어야 하며, 교반용으로 사용되는 교반봉은 적어도 용융납땜욕에서 충분히 견딜 수 있고 특히, 비납땜성인 재질로 이루어지는 것이면 어느것이나 가능하며, 바람직한 것으로는 스테인레스 재질의 교반봉을 들 수 있다.On the other hand, in the stirring step performed after the heating step, the intermetallic compounds attached to the molten solder bath surface are in an energy instable state by heating the molten solder bath, so that these deposits are removed from the solder bath surface to the inside of the molten solder bath. The mixing rod should be sufficiently stirred to enter the stirring rod, and the stirring rod used for the stirring may be at least enough to withstand the molten solder bath, and in particular, it may be made of a non-solderable material, and a stirring rod made of stainless steel is preferable. .

한편, 가열단계에 이어 행하는 냉각단계는 교반에 의해서 납땜욕벽에서 떨어져 용융납땜욕내부에 존재하는 금속간화합물들을 냉각단계에 이어서 행하는 망으로 걸러주는 처리를 보다 용이하게 하기 위하여 행하는 단계로서, 사용된 납땜의 고상선보다 10℃ 이상의 온도까지 냉각시키는 것이 바람직한데, 납땜처리용으로는 60%의 Sn과 40%의 Pb로 이루어진 납땜이 주로 사용되는데, 이 납땜의 고상선은 대략 183℃이므로, 이때에는 190℃ 내지 193℃까지 냉각시키는 것이 바람직하다.On the other hand, the cooling step following the heating step is carried out to facilitate the treatment of filtering the intermetallic compounds present in the molten soldering bath inside the molten soldering bath away from the brazing bath wall by stirring, and more easily. It is preferable to cool it to a temperature above 10 ° C. above the solidus line of the solder. For the soldering treatment, a solder composed of 60% Sn and 40% Pb is mainly used. Since the solidus line of the solder is approximately 183 ° C, It is preferred to cool to 190 ° C to 193 ° C.

한편, 냉각단계에 이어 행하는 걸러주는 단계는 소정크기를 갖는 망으로, Cu₃Sn이나 Cu₆Sn₅의 금속화합물의 양에 따라, 수차례 행하여 이들 금속간 화합물들을 제거하는 단계로서, 망으로 사용되는 재질은 상기 교반봉과 같이 비납땜성을 갖고, 용융납땜욕의 온도에서 변형이나 용융됨이 없이 원활하게 걸러주는 작업을 수행할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하며 바람직한 망으로는 스테인레스 망을 들 수 있다.On the other hand, the filtering step following the cooling step is a network having a predetermined size, depending on the amount of the metal compound of Cu ₃ Sn or Cu ₆ Sn ₅ to be carried out several times to remove these intermetallic compounds, used as a network The material to be used is non-soldered like the stirring rod, and any material can be used as long as it can perform a smooth filtering operation without deformation or melting at the temperature of the molten solder bath. .

상기 망의 크기는 금속간 화합물의 입자형태나 그 크기에 의해 제어되는 것으로서, 금속간 화합물이 침상으로 존재하는 경우에는 35메시(mesh) 정도가 바람직하다.The size of the network is controlled by the particle form of the intermetallic compound or its size. When the intermetallic compound is in the acicular shape, about 35 mesh is preferable.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

[실시예]EXAMPLE

납땜으로는 60% Sn과 40%의 Pb로 이루어진 납땜을 사용하였으며, 납땜온도는 190-210℃로 하여 Cu를 포함하는 소재를 용융납땜욕에서 용융납땜처리한후 용융납땜욕내의 Cu의 함량을 측정한바, 제2도의 A곡선과 같이 변화하였다.Soldering consisting of 60% Sn and 40% Pb was used for soldering. The soldering temperature was 190-210 ℃, and the Cu-containing material was melted in a molten solder bath, and then the content of Cu in the molten solder bath was measured. It measured and changed like the curve A of FIG.

또한, 납땜욕내의 Cu의 함량이 제2도의 A곡선과 같이 변화되는 용융납땜처리를 한 후 본 발명에 따라 용융납땜욕을 260℃로 가열하여 스테인레스봉으로 충분히 교반하고 190℃로 냉각한 다음, 제1도에 나타난 바와 같이, 스테인레스망(2)를 납땜욕(1)내에 삽입하여 걸러주는 작업을 수차례 행하는 Cu 제거처리공정을 주 1회씩 행하였다.Further, after the molten soldering treatment in which the content of Cu in the soldering bath is changed as shown by the curve A of FIG. 2, the molten soldering bath is heated to 260 ° C according to the present invention, sufficiently stirred with a stainless rod and cooled to 190 ° C. As shown in FIG. 1, the Cu removal processing process which inserts and filters the stainless steel net 2 into the soldering bath 1 several times was performed once a week.

본 발명에 따라 주1회씩 행한 후 납땜욕에 함유되어 있는 Cu의 함량을 측정하였더니 제2도의 B곡선과 같이 변화되었다. 제2도에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 Cu 제거처리를 행하지 않은 경우에는 2주정도 용융납땜처리를 하면 납땜성을 나쁘게 하는 0.2-0.3%의 Cu 양에 이르게 되므로 납땜욕내의 납땜을 교환하여야 하나, 본 발명에 의한 Cu 제거처리를 주 1회씩 실시하는 경우에는 6주정도 용융납땜처리를 행하더라도 용융납땜욕의 Cu 함량을 대략 0.1%에 불과하므로 납땜의 교환시기를 충분히 연장시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.After performing once a week according to the present invention, the content of Cu contained in the soldering bath was measured, and it changed as shown in the curve B of FIG. As shown in FIG. 2, in the case where the Cu removal treatment according to the present invention is not carried out, the molten soldering treatment for about two weeks leads to an amount of 0.2-0.3% of Cu, which degrades the solderability. However, when the Cu removal treatment according to the present invention is performed once a week, even if the molten soldering treatment is performed for about six weeks, the Cu content of the molten soldering bath is only about 0.1%. Able to know.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 용융 가열, 교반, 냉각 및 걸러주는 처리를 행하여 용융납땜욕에 함유되어 있는 Cu를 효과적으로 제거함으로써 납땜(soldering)성을 향상시킴과 동시에 납땜의 교환시기를 연장하므로 경제성을 높여주는 효과가 있는 것이다.As described above, by performing the melting heating, stirring, cooling, and filtering process according to the present invention to effectively remove Cu contained in the molten soldering bath, the soldering performance is improved and the replacement time of the solder is extended. The effect is to raise.

Claims

Heating a molten solder bath composed of 60% Sn and 40% Pb to a temperature of 260-300 ° C., stirring the heated solder with a stirring rod made of a non-solderable stainless material, and after stirring Cooling the heated solder bath to a temperature of 190-193 ° C. that is above the solidus line of the solder; And removing the copper (Cu) in the molten solder solder, characterized in that the step of filtering with a mesh made of a stainless material having a non-solderability.