KR101865727B1 - Lead-free solder composition - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 무연 솔더 조성물 총 100 중량%에 대하여, 은(Ag) 0.1 내지 1.7 중량%, 비스무스(Bi) 1.5 내지 3.5 중량%, 구리(Cu) 0.01 내지 0.8 중량%, 니켈(Ni) 0.001 내지 0.0099 중량%, 및 잔부 주석(Sn)을 포함한다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention is characterized in that 0.1 to 1.7% by weight of silver (Ag), 1.5 to 3.5% by weight of bismuth (Bi), 0.01 to 0.8% by weight of copper %, Nickel (Ni) 0.001 to 0.0099 wt%, and the balance tin (Sn).
Description
고강도 무연 솔더 조성물에 관한 것이다.High-strength lead-free solder composition.
솔더링용 재료는 납땜을 주로 사용하였으나 최근 환경 규제에 의하여 전자제품에의 납땜 사용이 금지되었으며, 자동차 분야에서도 2016년부터 차량 내 납 성분 사용을 엄격하게 금지할 예정이다. 이에 따라 기존에 사용되던 납 성분 기반의 솔더 재료는 다양한 종류의 금속 합금으로 대체하여 사용되고 있다.Soldering is mainly used for soldering, but it is prohibited to use soldering to electronic products due to recent environmental regulations. In the automobile field, we will strictly prohibit the use of lead in vehicles from 2016. Accordingly, the solder material based on the lead component used in the past has been replaced by various kinds of metal alloys.
하지만 무연 솔더 재료는 기존의 납 합금 계열에 비해 강도가 떨어지고 부식에 약하며, 이온마이그레이션 현상 유발이 쉬운 단점을 가지고 있다However, lead-free solder materials have lower strength than conventional lead-based alloys, they are weak against corrosion and have a disadvantage that ion migration phenomenon is easy
신규 무연솔더 적용 및 사용량의 확대에 따라 신뢰성 향상에 대한 연구가 다각적으로 진행되고 있다. 무연 솔더의 신뢰성 향상을 위한 방법으로는 There are various studies on the improvement of reliability according to the application of new lead-free solder and the increase of usage. As a method for improving the reliability of lead-free solder
1) 열 피로 (Thermal Fatigue)에 의한 솔더 합금의 결정립계 성장을 억제하는 방법1) How to suppress grain growth of solder alloy by thermal fatigue
2) 솔더 표면의 부식을 억제하는 방법2) How to suppress corrosion of solder surface
3) 기판과 솔더 사이에 형성되는 금속간 화합물 (Intermetallic Compound)의 성장을 억제하는 방법 3) a method for suppressing the growth of an intermetallic compound formed between a substrate and a solder
4) 고용강화를 통하여 솔더의 강도를 향상시키는 방법 등이 시도되고 있다.And 4) methods of improving the strength of solder through strengthening of employment.
기존의 기술 중 가장 기본적으로 사용되는 방법으로는 합금상의 조절을 통하여 강도 및 열 피로에 대한 신뢰성을 강화하는 방법이 있다. 이 방법을 통하여 솔더 합금의 고용강화, 결정립계 미세화, 녹는점 변화 등 다양한 장점을 구현할 수 있다. One of the most basic methods of existing techniques is to enhance the reliability of strength and thermal fatigue by adjusting the alloy phase. Through this method, it is possible to realize various advantages such as solidification of solder alloy, refinement of grain boundary, and change of melting point.
이러한 솔더 합금 설계 과정은 최종 제품의 물리적 특성을 향상시킬 수 있다는 점에 있어서 솔더 제조시 기본적으로 사용되는 방법이다.This solder alloy design process is basically used in manufacturing solder in that it can improve the physical properties of the final product.
일반적인 무연 솔더 조성물은 적용 범위 및 목적에 따라 Sn-Ag-Cu계, Sn-Bi계, Sn-Ag계, Sn-Zn-Bi계 등이 사용되며, 특히, Sn-Ag-Cu계가 가장 넓은 범위로 통용되는 조성이다. Sn-Ag-Cu계 무연 솔더 조성물은 일반 전자 제품에 적용되며, 고신뢰성, 즉, 우수한 열피로(Thermal-fatigue) 특성이 요구되는 자동차 또는 이에 준하는 수준의 제품에는 Sn-Ag-Cu계 무연 솔더 조성물에 다른 원소를 첨가하여 적용한다. Sn-Ag-Cu-based, Sn-Bi-based, Sn-Ag-based, and Sn-Zn-Bi based solders are used in general lead-free solder compositions. Is the composition commonly used. The Sn-Ag-Cu-based lead-free solder composition is applied to general electronic products, and a Sn-Ag-Cu-based lead-free solder is used for an automobile or a similar level of products requiring high reliability, that is, excellent thermal fatigue characteristics Add another element to the composition and apply.
Sn-Ag-Cu계 무연 솔더 조성물은, 솔더링후 극심한 온도 변화가 반복되면, 모재별 열팽창 계수차에 의해 발생한 응력에 의해 솔더 접합부에 크랙(Crack)이 발생하게 된다. 크랙이 발생하면, 접합 강도가 저하되어 제품에 신뢰성 문제가 발생하게 된다.When Sn-Ag-Cu-based lead-free solder composition is repeatedly subjected to extreme temperature changes after soldering, cracks are generated in the solder joint due to the stress caused by the difference in coefficient of thermal expansion of the base material. If a crack is generated, the bonding strength is lowered, and a reliability problem is caused in the product.
본 발명의 일 실시예는 고온 안정성, 강도 및 젖음성(wetting)이 우수한 무연 솔더 조성물을 제공한다.One embodiment of the present invention provides lead-free solder compositions that are excellent in high temperature stability, strength, and wetting.
또한, 본 발명의 일 실시예는 인체에 무해하고 친환경적인 무연 솔더 조성물을 제공한다.Further, one embodiment of the present invention provides a lead-free solder composition harmless to the human body and environment-friendly.
또한, 본 발명의 일 실시예는 전자 제품 및 자동차에 적용 가능한 무연 솔더 조성물을 제공한다.In addition, one embodiment of the present invention provides a lead-free solder composition applicable to electronic products and automobiles.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 무연 솔더 조성물 총 100 중량%에 대하여, 은(Ag) 0.1 내지 1.7 중량%, 비스무스(Bi) 1.5 내지 3.5 중량%, 구리(Cu) 0.01 내지 0.8 중량%, 니켈(Ni) 0.001 내지 0.0099 중량%, 및 잔부 주석(Sn)을 포함한다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention is characterized in that 0.1 to 1.7% by weight of silver (Ag), 1.5 to 3.5% by weight of bismuth (Bi), 0.01 to 0.8% by weight of copper %, Nickel (Ni) 0.001 to 0.0099 wt%, and the balance tin (Sn).
은(Ag)을 0.3 내지 1.5 중량%로 포함할 수 있다.And silver (Ag) in an amount of 0.3 to 1.5% by weight.
비스무스(Bi)를 2.0 내지 3.3 중량%로 포함할 수 있다.And 2.0 to 3.3% by weight of bismuth (Bi).
구리(Cu)를 0.1 내지 0.6 중량%로 포함할 수 있다.And 0.1 to 0.6% by weight of copper (Cu).
니켈(Ni)을 0.003 내지 0.007 중량%로 포함할 수 있다.And 0.003 to 0.007% by weight of nickel (Ni).
인(P) 및 코발트(Co) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.Phosphorus (P), and cobalt (Co).
인(P)을 1.0 내지 3.0중량%로 더 포함할 수 있다.And 1.0 to 3.0% by weight of phosphorus (P).
코발트(Co)를 1.0 내지 2.0 중량%로 더 포함할 수 있다.And 1.0 to 2.0% by weight of cobalt (Co).
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 합금은 전술한 무연 솔더 조성물로 제조된다.The lead-free solder alloy according to one embodiment of the present invention is made of the lead-free solder composition described above.
본 발명의 일 실시예에 의한 전자 부품은 전술한 무연 솔더 합금을 포함한다.An electronic component according to an embodiment of the present invention includes the above-described lead-free solder alloy.
본 발명의 일 실시예에 의한 자동차는 전술한 무연 솔더 합금을 포함한다.An automobile according to an embodiment of the present invention includes the above-described lead-free solder alloy.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 고온 안정성, 강도 및 젖음성이 우수하다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention is excellent in high-temperature stability, strength and wettability.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 솔더 합금으로서 자동차, 전자제품, 특히 초소형 전자제품 등에 유용하게 적용할 수 있다.In addition, the lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention is useful as a solder alloy for automobiles, electronic products, particularly, microelectronic products.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Thus, in some embodiments, well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명의 실시예들에서, 중량%(wt%)는 전체 조성물의 중량에서 해당 성분이 차지하는 중량을 백분율로 표시한 것이다.
In the examples of the present invention, the% by weight (wt%) represents the weight of the total composition in terms of the weight of the total composition as a percentage.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 은(Ag), 비스무스(Bi), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)을 포함한다. 이하에서는 각 성분별로 구체적으로 설명한다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention includes Ag, Bi, Cu, Ni and Sn. Hereinafter, each component will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 은(Ag)을 조성물 총 중량에 대하여, 0.1 내지 1.7 중량%로 포함한다. 더욱 구체적으로는 0.3 내지 1.5 중량%로 포함하고, 더욱 구체적으로는 0.5 내지 1.0 중량%로 포함한다. 전술한 범위 내에서 솔더링시 생성되는 치밀한 침상 구조의 Sn-Ag의 금속간 화합물이 솔더 합금의 강도를 강화시킨다. 또한, 연신율을 개선하여 열피로 특성 및 내낙하성을 향상시킨다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention comprises silver (Ag) in an amount of 0.1 to 1.7% by weight based on the total weight of the composition. More specifically 0.3 to 1.5% by weight, and more specifically 0.5 to 1.0% by weight. The intermetallic compound of Sn-Ag having a dense needle-shaped structure produced upon soldering within the above-mentioned range strengthens the strength of the solder alloy. Further, the elongation is improved to improve the thermal fatigue characteristics and the dropping resistance.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 비스무스(Bi)를 조성물 총 중량에 대하여, 1.5 내지 3.5 중량%로 포함한다. 더욱 구체적으로는 2.0 내지 3.3 중량%로 포함하고, 더욱 구체적으로는 2.3 내지 2.8 중량%로 포함한다. 전술한 범위 내에서 포함할 시, 극심한 온도 변화가 발생하는 환경에서도 내한성이 개선된다. 또한 원자의 크기가 큰 Bi의 조직내 확산에 의해 전단 응력에 대한 저항력이 생기고, 반복적인 열피로 시험에 의한 균열(crack) 개시 및 균열 속도 및 균열의 범위를 감소시킬 수 있다. 따라서, 솔더 합금의 열피로 특성을 향상시킬 수 있다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention comprises 1.5 to 3.5% by weight of bismuth (Bi) based on the total weight of the composition. More specifically from 2.0 to 3.3% by weight, and more specifically from 2.3 to 2.8% by weight. When included in the above-mentioned range, the cold resistance is improved even in an environment where an extreme temperature change occurs. In addition, resistance to shear stress can be induced by diffusion of Bi atoms having a large atom size, and crack initiation, cracking speed and crack range can be reduced by repeated thermal fatigue test. Therefore, the thermal fatigue characteristics of the solder alloy can be improved.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 구리(Cu)를 조성물 총 중량에 대하여, 0.01 내지 0.8 중량%로 포함한다. 더욱 구체적으로는 0.1 내지 0.6 중량%로 포함하고, 더욱 구체적으로는 0.1 내지 0.5 중량%로 포함한다. 전술한 범위 내에서 포함할 시, Sn 솔더 합금의 융점을 저하시키고, 모재와의 반응성을 개선하여 퍼짐성을 향상시킨다. 전술한 범위를 만족하지 못하면, 불용성 화합물 및 융점의 범위(액상선)가 증가하여 작업성을 저하 시킬 수 있다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention contains copper (Cu) in an amount of 0.01 to 0.8% by weight based on the total weight of the composition. More specifically 0.1 to 0.6% by weight, and more specifically 0.1 to 0.5% by weight. When contained within the above-mentioned range, the melting point of the Sn solder alloy is lowered and the reactivity with the base material is improved to improve the spreadability. If the above range is not satisfied, the range of the insoluble compound and the melting point (liquidus line) increases, and the workability can be lowered.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 니켈(Ni)을 조성물 총 중량에 대하여, 0.001 내지 0.0099 중량%로 포함한다. 더욱 구체적으로는 0.003 내지 0.007 중량%로 포함하고, 더욱 구체적으로는 0.004 내지 0.006 중량%로 포함한다. 전술한 범위 내에서 포함할 시, Sn-Ni의 금속간 화합물은 합금의 두께를 감소시켜 강도 확보에 효과가 있으며, 반복 하중시험(항온/항습 시험, 열피로 시험)시, 솔더와 패드간의 조직내 확산을 억제하는 확산 방지막으로서의 특성으로 치밀한 구조 확보 및 솔더 합금의 강도를 향상시킨다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention contains nickel (Ni) in an amount of 0.001 to 0.0099% by weight based on the total weight of the composition. More specifically from 0.003 to 0.007% by weight, and more specifically from 0.004 to 0.006% by weight. When included in the above range, the intermetallic compound of Sn-Ni reduces the thickness of the alloy and is effective in securing strength. In the repeated load test (constant temperature / humidity test, thermal fatigue test) It is possible to secure a dense structure and improve the strength of the solder alloy due to its characteristics as a diffusion barrier film for suppressing diffusion.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 주석(Sn)을 조성물 총 중량이 100중량%를 만족하도록 잔부로 포함된다. 주석(Sn)은 자체 독성이 없고 다른 금속과의 고용성이 우수하여 다양한 합금의 제조가 용이하다.The lead-free solder composition according to one embodiment of the present invention includes tin (Sn) as the remainder so that the total weight of the composition is 100 wt%. Tin (Sn) is not self-toxic and has excellent solubility with other metals, making it easy to produce various alloys.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 인(P) 및 코발트(Co) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.The lead-free solder composition according to an embodiment of the present invention may further include at least one of phosphorus (P) and cobalt (Co).
인(P)을 더 포함하는 경우, 조성물 총 중량에 대하여, 1.0 내지 3.0중량%로 포함한다. 더욱 구체적으로는 1.3 내지 2.5 중량%로 포함하고, 더욱 구체적으로는 1.5 내지 2.0 중량%로 포함한다. 전술한 범위 내에서 포함할 시, 용융 산화물(Dross)의 발생량 감소되어 용융 솔더의 유동성 증가되고, 젖음 속도 및 퍼짐성이 향상될 수 있다.(P) is contained in an amount of 1.0 to 3.0% by weight based on the total weight of the composition. More specifically from 1.3 to 2.5% by weight, and more specifically from 1.5 to 2.0% by weight. When contained within the above-mentioned range, the amount of generation of the molten oxide (Dross) is reduced, the flowability of the molten solder is increased, and the wetting speed and spreadability can be improved.
코발트(Co)을 더 포함하는 경우, 조성물 총 중량에 대하여, 1.0 내지 2.0중량%로 포함한다. 더욱 구체적으로는 1.0 내지 1.8 중량%로 포함하고, 더욱 구체적으로는 1.0 내지 1.5 중량%로 포함한다. 전술한 범위 내에서 포함할 시, 솔더 합금의 인성을 증가시키며, 금속간 화합물의 성장을 억제하여 균열(crack)을 억제한다. 전술한 범위를 벗어나면, 작업성이 저하될 수 있다.If it further contains cobalt (Co), it contains 1.0 to 2.0% by weight based on the total weight of the composition. More specifically from 1.0 to 1.8% by weight, and more specifically from 1.0 to 1.5% by weight. When included within the above-mentioned range, the toughness of the solder alloy is increased, and the growth of the intermetallic compound is suppressed to suppress the crack. Exceeding the above range may result in deterioration of workability.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 솔더 페이스트(Solder Paste), 솔더 볼(Solder Ball), 솔더 바(Solder Bar), 솔더 와이어(Solder Wire), 솔더 범프(Solder Bump), 솔더 박판(Solder Plate), 솔더 분말과 솔더 펠렛(Solder powder), 솔더 리본(Solder Ribbon), 솔더링(Solder ring) 중 선택되는 1종 이상의 솔더 제품에 적용이 가능하다.The lead-free solder composition according to an embodiment of the present invention may be applied to various types of solder paste such as solder paste, solder ball, solder bar, solder wire, solder bump, Solder plate, solder powder, solder powder, solder ribbon, and solder ring.
본 발명의 일 실시예에 의한 무연 솔더 조성물은 무연 솔더 합금으로 제조될 수 있으며, 이러한 무연 솔더 합금은 전자 부품, 자동차에 유용하게 사용될 수 있다.
The lead-free solder composition according to an embodiment of the present invention may be made of a lead-free solder alloy, and such a lead-free solder alloy may be usefully used in electronic parts and automobiles.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example 1 내지 6, 1 to 6, 비교예Comparative Example 1 내지 3 : 무연 1 to 3: Lead-free 솔더Solder 조성물의 제조 Preparation of composition
하기 표 1과 같은 조성으로 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3에 따른 무연 솔더 조성물을 제조하였다.Lead-free solder compositions according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared with the compositions shown in Table 1 below.
(중량%)silver
(weight%)
(중량%)Bismuth
(weight%)
(중량%)Copper
(weight%)
(중량%)nickel
(weight%)
(중량%)sign
(weight%)
(중량%)cobalt
(weight%)
제조예Manufacturing example : : 솔더Solder 페이스트의 제조 Manufacture of pastes
원심 분리법을 사용하여, 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 조성을 갖는 파우더를 각각 제조한 후, 균체(sieve)를 이용하여 대략 20 내지 38㎛의 직경을 갖는 진구형의 타입4(type4)의 분말을 얻었다. 이때의 용융 온도는 600℃이며, 제조중 산화 방지를 위한 불활성 가스로는 아르곤(Ar)을 사용하였다. 그 후, 분말과 유해 물질(Cl, Br)이 미포함된 할로겐 프리(Halogen free) 플럭스를 88.5:11.5의 중량비로 하여, 페이스트를 제조 하였다. 조건은, 진공 믹서의 교반 속도를 60rpm로 하였으며, 진공 분위기 1기압(1atm)으로 15분간 교반하였다.
Powders having the compositions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were each prepared using a centrifugal separation method and then classified into a sieve type 4 (type 4 having a diameter of approximately 20 to 38 탆 using a sieve) ) Powder. At this time, the melting temperature was 600 ° C, and argon (Ar) was used as an inert gas for preventing oxidation during production. Thereafter, a halide free flux in which the powder and the harmful substances (Cl, Br) were not added was adjusted to a weight ratio of 88.5: 11.5 to prepare a paste. The conditions were as follows: the stirring speed of the vacuum mixer was 60 rpm, and the mixture was stirred for 15 minutes under a vacuum of 1 atm (1 atm).
시험예Test Example : 무연 : Lead-free 솔더Solder 조성물의 특성 평가 Evaluation of composition characteristics
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 무연 솔더 조성물로부터 제조된 솔더 합금에 대하여 하기 시험 방법으로 특성을 평가하였다. ROL1급 할로겐 프리 플럭스를 사용하여 솔더 페이스트 제조 후 시험 평가하였으며, 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The properties of the solder alloys prepared from the lead-free solder compositions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated by the following test methods. ROL1 halogen-free flux was used to evaluate the solder paste, and the results are shown in Table 2 below.
하기 표 2에서 퍼짐성은 수치로 표현하고, 열충격(125℃, -40℃, 2000cycle)은 균열의 발생유무는 OK 또는 NG로 표현하였으며, 금속간 화합물층(IMC)층의 두께는 수치로 표현하였다. 또한, 강도 저하율은 수치로 표현하였다.In Table 2, spreadability is expressed as numerical value. In the case of thermal shock (125 ° C, -40 ° C, 2000cycle), the occurrence of cracks is expressed as OK or NG, and the thickness of the intermetallic compound layer (IMC) layer is expressed by numerical value. In addition, the rate of decrease in strength was expressed by numerical value.
사이클0
cycle
변화율burglar
Rate of change
1) 퍼짐성 비교1) Comparison of spreadability
조성별 융점(액상선)을 기준으로 +50℃의 온도 조건에서 30초가 가열하여 퍼짐 정도를 마이크로메타를 사용하여 확인하였다. The degree of spreading by heating for 30 seconds at a temperature of + 50 ° C based on the melting point (liquid phase) of each composition was confirmed using a micrometer.
그 결과, 상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 첨가된 성분의 종류 및 함량에 따라 퍼짐 정도의 차이가 발생하였으며, 종래의 3원계 조성인 비교예 1 및 2 대비, 실시예 4 내지 6의 퍼짐성이 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 3과 같이 니켈(Ni)이 많이 포함될 경우, 니켈(Ni)의 융점이 높고 산화에 취약한 특성 때문에 퍼짐성이 저하됨을 알 수 있었다. As a result, as shown in Table 2, there was a difference in degree of spreading depending on the kind and content of the added components, and compared with Comparative Examples 1 and 2, which are the conventional ternary system, and spreadability of Examples 4 to 6 was excellent . In addition, as in Comparative Example 3, when nickel (Ni) was included in a large amount, spreadability was deteriorated due to a high melting point of nickel (Ni) and a characteristic of being vulnerable to oxidation.
2) 열충격시 균열 비교2) Crack comparison during thermal shock
OSP로 마감된 FR-4 재질의 PCB에 실시예 1 내지 6, 비교예 1 및 3의 합금을 솔더링하여 열충격 설비에서 125℃, -40℃의 조건으로, 2000싸이클(30분/싸이클) 방치한 후 균열 발생의 유무를 확인 하였다.The alloys of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 3 were soldered to a PCB of FR-4 finished with OSP and allowed to stand for 2000 cycles (30 minutes / cycle) under conditions of 125 캜 and -40 캜 in a thermal shock plant And the presence of cracks was confirmed.
그 결과 상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 종래의 비교예 1 및 2에 비해 실시예의 합금에서 균열(crack)의 발생 시점이 양호한 것으로 확인되었다. As a result, as shown in Table 2, it was confirmed that the time of occurrence of cracks in the alloys of the Examples was better than that of Comparative Examples 1 and 2 of the prior art.
3) 금속간 화합물(IMC층) 변화율3) Intermetallic compound (IMC layer) change rate
열충격 균열 시험과 동일하게 평가된 시편의 금속간 화합물(IMC층)두께 변화를 확인하였다. IMC층의 두께의 영향에 대한 정확한 기준은 없으나, 솔더링 초기 대비 열충격(열피로) 시험시 IMC층 자체가 취성이 강한 특징을 가지고 있어 크랙의 기점으로 작용할 수 있기 때문에, IMC의 증가율이 낮은 것이 솔더링 초기 특성과 대비하여, 접합 신뢰성이 우수한 솔더라고 판단된다.The change in the intermetallic compound (IMC layer) thickness of the specimens evaluated in the same manner as in the thermal shock cracking test was confirmed. Although there is no precise standard for the influence of IMC layer thickness, IMC layer itself has strong brittleness when it is subjected to thermal shock test (thermal fatigue test) compared with the initial stage of soldering, Compared with the initial characteristics, it is judged to be solder with excellent bonding reliability.
한편, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6이 비교예 1 및 2 보다 양호한 것으로 확인 되었다. On the other hand, Examples 1 to 6 according to the present invention were found to be better than Comparative Examples 1 and 2.
4) 강도 저하율 4) Strength reduction rate
열충격 균열 시험 및 IMC층 변화율 시험과 동일하게 평가된 시편의 강도 변화율을 확인하였다. 강도의 변화는 내부 금속 조직의 조대화 및 균열 발생의 여부에 따라 그 차이를 보이며, 실시예와 비교예의 차이가 뚜렷하게 확인된 항목이다. 강도 저하율이 낮다는 말은 내부 크랙이 적다는 뜻이고, 이는 전기적인 저항변화가 적다는 뜻이다. 따라서, 강도 저하율은 고강도 무연 솔더 조성물과 일반 무연 솔더를 나누는 절대적인 기준이다. The strength change rate of the specimens evaluated in the same manner as in the thermal shock cracking test and IMC layer change rate test was confirmed. The change in strength varies depending on the coarsening and cracking of the internal metal structure, and the difference between the examples and the comparative examples is clearly confirmed. A lower rate of strength reduction means less internal cracks, which means less change in electrical resistance. Therefore, the rate of reduction in strength is an absolute criterion for separating high strength lead free solder composition and general lead free solder.
비교예 대비하여 실시예의 합금 및 기타 실시예의 합금에서의 강도 저하율이 현저히 낮음이 확인되었다. 이로써, 실시예의 조성은 고강도 무연솔더 조성물의 특성에 부합하는 것으로 결론을 낼 수 있었다. As compared with the comparative example, it was confirmed that the rate of decrease in the strength of the alloys of the examples and the alloys of the other examples was remarkably low. As a result, it was concluded that the composition of the examples conformed to the characteristics of the high strength lead-free solder composition.
표 2에 나타낸 바와 같이, 주석-은-비스무스-니켈로 조성되는 실시예 1 내지 6에 따른 솔더는, 비교예 1 및 3에 따른 솔더와 비교해 본 결과, 양호한 퍼짐 특성과, 열충격 시험(히트 사이클링)에 대한 신뢰성을 갖는다. 또한 향상된 접합강도를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 1 내지 6 중에서도 인 또는 코발트를 포함하는 실시예 4 내지 6이 퍼짐 특성, 열충격 시험(히트 사이클링), 접합강도 면에서 더욱 우수함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, the solder according to Examples 1 to 6 composed of tin-silver-bismuth-nickel, as compared with the solder according to Comparative Examples 1 and 3, showed good spreading characteristics and thermal shock test ). ≪ / RTI > Also, it was confirmed that it has an improved bonding strength. In Examples 1 to 6, it was confirmed that Examples 4 to 6 containing phosphorus or cobalt were superior in terms of spread characteristics, thermal shock test (heat cycling), and bonding strength.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (11)
은(Ag) 0.1 내지 1.7 중량%,
비스무스(Bi) 1.5 내지 3.5 중량%,
구리(Cu) 0.01 내지 0.8 중량%,
니켈(Ni) 0.001 내지 0.0099 중량%, 및
잔부 주석(Sn)을 포함하고,
인(P) 1.0 내지 3.0중량% 및 코발트(Co) 1.0 내지 2.0 중량% 중 1종 이상을 더 포함하는 무연 솔더 조성물.For a total of 100% by weight of the lead-free solder composition,
0.1 to 1.7% by weight of silver (Ag)
1.5 to 3.5% by weight of bismuth (Bi)
0.01 to 0.8% by weight of copper (Cu)
0.001 to 0.0099% by weight of nickel (Ni), and
The remainder tin Sn,
1.0 to 3.0% by weight of phosphorus (P) and 1.0 to 2.0% by weight of cobalt (Co).
상기 은(Ag)을 0.3 내지 1.5 중량%로 포함하는 무연 솔더 조성물.The method according to claim 1,
And 0.3 to 1.5% by weight of silver (Ag).
상기 비스무스(Bi)를 2.0 내지 3.3 중량%로 포함하는 무연 솔더 조성물.The method according to claim 1,
And 2.0 to 3.3% by weight of the bismuth (Bi).
상기 구리(Cu)를 0.1 내지 0.6 중량%로 포함하는 무연 솔더 조성물.The method according to claim 1,
And 0.1 to 0.6% by weight of copper (Cu).
상기 니켈(Ni)을 0.003 내지 0.007 중량%로 포함하는 무연 솔더 조성물.The method according to claim 1,
And 0.003 to 0.007% by weight of nickel (Ni).
은(Ag) 0.1 내지 1.7 중량%,
비스무스(Bi) 1.5 내지 3.5 중량%,
구리(Cu) 0.01 내지 0.8 중량%,
니켈(Ni) 0.001 내지 0.0099 중량%, 및
잔부 주석(Sn)을 포함하고,
인(P)을 1.0 내지 3.0중량% 더 포함하는 무연 솔더 조성물.For a total of 100% by weight of the lead-free solder composition,
0.1 to 1.7% by weight of silver (Ag)
1.5 to 3.5% by weight of bismuth (Bi)
0.01 to 0.8% by weight of copper (Cu)
0.001 to 0.0099% by weight of nickel (Ni), and
The remainder tin Sn,
And 1.0 to 3.0% by weight of phosphorus (P).
은(Ag) 0.1 내지 1.7 중량%,
비스무스(Bi) 1.5 내지 3.5 중량%,
구리(Cu) 0.01 내지 0.8 중량%,
니켈(Ni) 0.001 내지 0.0099 중량%, 및
잔부 주석(Sn)을 포함하고,
코발트(Co)를 1.0 내지 2.0 중량% 더 포함하는 무연 솔더 조성물.For a total of 100% by weight of the lead-free solder composition,
0.1 to 1.7% by weight of silver (Ag)
1.5 to 3.5% by weight of bismuth (Bi)
0.01 to 0.8% by weight of copper (Cu)
0.001 to 0.0099% by weight of nickel (Ni), and
The remainder tin Sn,
And 1.0 to 2.0% by weight of cobalt (Co).
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| KR100797161B1 (en) * | 2007-05-25 | 2008-01-23 | 한국생산기술연구원 | Quaternary pb-free solder composition incorporating sn-ag-cu-in |
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