KR100194147B1 - 무연땜납합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무연땜납합금에 관한 것으로서, 주석(Sn), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 은(Ag) 및 비스무스(Bi)로 구성된다. 바람직하기로는, 1.0~5.5%중량%의 Cu, 0.1~3.0중량%의 Sb, 0.1~5.0중량%의 Ag, 1.5~12중량%의 Bi 및 잔량의 Sn으로 구성되며, 상기 조성의 땜납합금은 납을 사용하지 않으므로 공해방지에 도움이 되며, 융점이 종래의 땜납합금과 거의 유사하므로 현재 통용되고 있는 장비를 사용하여 기존의 방법으로 납땜공정을 수행할 수 있어 추가의 장비나 공정의 변경이 요구되지 않으므로 비용면에서도 유리하다.

Description

무연땜납합금

본 발명은 납을 함유하지 않는 무연땜납합급에 관한 것이다.

종래의 땜납합금은 주석과 납을 주성분으로 하며, 이 중에서 납은 필수요소로서 포함되어 있다. 땜납합금에 있어서 납의 역할은 땜납합금의 주석과 접합되는 금속재료의 구성재료인 구리 사이의 반응을 촉진시켜 금속간 화합물(Cu3Sn 또는 Cu6Sn5)의 생성을 조장하며, 주석의 융점(232℃)을 낮춰주는 역할을 한다. 땜납합금은 주로 전자부품과 프린트기판(Printed Wiring Board)을 접합할 때 사용되므로, 열에 약한 전자부품의 접합시 땜납합금의 융점은 중요한 인자로서 작용한다.

그러나, 납은 인체에 유해한 중금속으로서, 대기중에서 산화되거나 물과의 접촉시 분해되며, 시간의 흐름에 따라 서서히 용출되어 지하수를 오염시키거나 인체에 치명적인 영향을 미치므로, 그 사용이 규제되고 있다.

따라서, 납을 함유하지 않는 땜납조성물에 대한 요구가 증대되고 있으나, 납을 사용하지 않고 주석만을 사용할 경우, 융점이 높아지고, 용융시 주석의 β→α변태에 의해 강도는 상승하지만 충격강도가 떨어진다. 그래서, 납을 함유하지 않으면서도 종래의 땜납과 같은 물성을 갖는 땜납합금의 개발이 요망되어 왔다.

따라서, 본 발명은 인체 및 환경에 무해한 무연땜납합금을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 주석(Sn), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 은(Ag) 및 비스무스(Bi)를 함유하는 땜납합금에 의해 달성된다. 상기 땜납합금은 바람직하기로는, 1.0~5.5%중량%의 Cu, 0.1~3.0중량%의 Sb, 0.1~5.0중량%의 Ag, 1.5~12중량%의 Bi 및 잔량의 Sn을 함유한다. 또한, 상기 땜납합금은 납땜 작업에 따라 페이스트 형태, 막대 형태, 또는 땜납합금 내부에 플럭스를 넣어 성형시킨 와이어 형태로 성형될 수 있다.

주석(Sn)은 자체에 독성이 없고, 접합모재에 대하여 습윤성을 제공하는 작용을 가진 것으로서, 땜납기재로서 필수금속이다.

비스무스(Bi)는 주석의 융점인 고상선(固相線)을 하강시키는 역할을 한다. 비스무스의 함량이 높을수록, 땜납합금의 융점은 낮아진다. 따라서, 적절한 융점을 가진 땜납합금을 얻기위해서는 1.5중량% 이상의 함량으로 사용되어야 한다. 그러나, 비스무스 자체는 취성소재이므로, 최종합금의 물성을 유지하기 위해서는 최대한 12중량% 이하의 함량으로 한정하는 것이 바람직하다.

안티몬(Sb)은 주석의 용융시 β→α변태를 방지함으로써 땜납합금의 충격강도를 향상시키는 작용을 한다. 또한, 안티몬은 주석-비스무스 합금의 취성을 개선한 역할을 한다.

은(Ag)은 원자반경이 작기 때문에 땜납합금의 용융시 접합모재로의 확산속도를 빠르게 해주어 땜납합금과 모재금속과의 접합강도를 높여주며, 구리(Cu)는 접합모재와 동일한 성분으로서, 접합강도의 상승에 도움을 준다.

이상과 같은 조성을 가진 납땜합금을 사용하면 납을 함유하지 않고도 납의 역할을 대신할 수 있는 금속을 함유하는 무연납땜합금을 제공할 수 있다.

이하에서, 본 발명의목적을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 나타낸다.

[실시예 1]

하기 표1에 나타낸 것과 같이, Cu 2.0중량%, Sb 0.8중량% Ag 0.2중량% 및 Bi 3.5중량%, 잔량의 Sn의 조성을 가진 땜납합금을 조성하고, 융점, 인장강도, 습윤력, 습윤시간을 포함하는 물성을 측정하였다.

[실시예 2]

하기 표1에 나타낸 것과 같이, Cu 2.0중량%, Sb 0.8중량% Ag 0.2중량% 및 Bi 5.5중량%, 잔량의 Sn의 조성을 가진 땜납합금을 조성하고, 융점, 인장강도, 습윤력, 습윤시간을 포함하는 물성을 측정하였다.

[실시예 3]

하기 표1에 나타낸 것과 같이, Cu 2.0중량%, Sb 0.8중량% Ag 0.2중량% 및 Bi 8.5중량%, 잔량의 Sn의 조성을 가진 땜납합금을 조성하고, 융점, 인장강도, 습윤력, 습윤시간을 포함하는 물성을 측정하였다.

[참고예 3]

기존의 Sn63중량%와 Pb37중량% 조성의 땜납합금을 사용하여 그 물성을 측정하였다. 실시예 1의 합금의 물성적 특성은 표1에 나타낸 바와 같이, 융점 215~225℃, 인장강도 70.1Mpa, 습윤력 344μn, 습윤시간 0.97sec 였다. 실시예 3의 합금의 물성적 특성은 융점 210~223℃, 인장강도 86.9Mpa, 습윤력 337μn, 습윤시간 0.55sec였다. 실시예 3의 합금의 물리적 특성은 융점 207~218℃, 인장강도 84.7Mpa, 습윤력 405μn, 습윤시간 0.49sec였다.

이에 대해, 참고예의 합금은 융점이 183℃, 인장강도가 43Mpa, 습윤력이 403μn, 습윤시간이 1.2sec였다.

상기 결과를 보아 알 수 있듯이, 본 실시예에 따른 땜납합금은 땜납합금의 중요한 특성인 습윤력 및 습윤시가닝 참고예의 납함유 땜납합금과 유사하거나 향상되었으며, 기계적 물성치인 인장강도는 뚜렷한 향상효과를 나타내었다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 땜납합금은 납을 사용하지 않으므로 공해방지에 도움이 되며, 융점이 종래의 땜납합금과 거의 유사하므로 현재 통용되고 있는 장비를 사용하여 기존의 방법으로 납댐공정을 수행할 수 있어, 추가의 장비나 공정의 변경이 요구되지 않으므로 비용면에서도 유리하다.

Claims (4)

1.5~2.5%중량%의 구리(Cu), 0.4~1.2중량%의 안티몬(Sb), 0.1~0.5중량%의 은(Ag), 2.0~12중량%의 비스무스(Bi) 및 잔량의 주석(Sn)을 함유하는 것을 특징으로 하는 땜납합금.

제1항에 있어서, 페이스트 상인 것을 특징으로 하는 땜납합금.

제1항에 있어서, 막대 상인 것을 특징으로 하는 땜납합금.

제1항에 있어서, 플럭스코어를 갖는 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 땜납합금.