KR20070082061A - Pb free solder composition, electronic equipment and pcb with the same - Google Patents
Pb free solder composition, electronic equipment and pcb with the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20070082061A KR20070082061A KR1020070015641A KR20070015641A KR20070082061A KR 20070082061 A KR20070082061 A KR 20070082061A KR 1020070015641 A KR1020070015641 A KR 1020070015641A KR 20070015641 A KR20070015641 A KR 20070015641A KR 20070082061 A KR20070082061 A KR 20070082061A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- weight
- free solder
- lead
- copper
- silicon
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C13/00—Alloys based on tin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
- H05K3/3463—Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
Description
도1은 본 발명에 따른 무연솔더 조성물의 산화물 발생량 억제원리를 개략적으로 나타낸 모식도.1 is a schematic diagram showing the principle of the amount of oxide suppression of the lead-free solder composition according to the present invention.
도2는 도1의 모식도에 대한 초기상태의 원소분석결과도 및 결과표.FIG. 2 is an element analysis result diagram and a result table of an initial state with respect to the schematic diagram of FIG.
도3은 도1의 모식도에 대한 3시간 드로스(dross) 실험후의 원소분석결과도 및 결과표.FIG. 3 is an element analysis result diagram and a result table after a 3-hour dross experiment for the schematic diagram of FIG. 1. FIG.
도4는 도1의 모식도에 대한 아우거(Auger) Si 측정 피크(peak).FIG. 4 is an Auger Si measurement peak for the schematic diagram of FIG. 1. FIG.
도5는 도1의 모식도에 대한 아우거 SiO2 측정 피크.FIG. 5 is a Auger SiO 2 measurement peak for the schematic diagram of FIG. 1. FIG.
본 발명은 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 인체에 유해한 납을 포함하지 않고, 주 석(Sn), 동(Cu), 은(Ag)으로 이루어진 3원계 조성물에 실리콘(Si)을 함유시켜, 상기 실리콘에 의해 산화물 발생이 지속적으로 억제되어 솔더링의 작업효율이 향상되고, 소량의 첨가에 의하여 종래의 무연 솔더링 온도 및 젖음성을 유지함과 동시에 변색이 방지되며, 젖음성이 향상되고, 변색이 방지되며, 코발트(Co)를 실리콘과 함께 소량으로 함유시킴에 따라 산화물 발생방지, 동침식방지 및 접합파단하중이 월등히 향상되는 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판에 관한 것이다.The present invention relates to a lead-free solder composition and an electronic device and a printed circuit board using the same. More specifically, the present invention contains silicon (Si) in a ternary composition made of tin (Sn), copper (Cu), and silver (Ag) without containing lead that is harmful to the human body, thereby generating oxides by the silicon. This is continuously suppressed to improve the work efficiency of soldering, and the addition of a small amount maintains the conventional lead-free soldering temperature and wettability while preventing discoloration, improving wettability, preventing discoloration, and cobalt (Co) silicon. The present invention relates to a lead-free solder composition, and an electronic device and a printed circuit board using the same, which contain a small amount together to prevent oxide generation, copper erosion, and bonding failure load.
종래의 경우 납이 포함된 합금은 오래전부터 다양하게 사용되어 왔고, 이중에서 주석-납계 유연솔더는 오랜기간동안 인쇄회로기판의 부품실장시 접합재로 사용되어 왔다. 보다 구체적으로 솔더링(soldering)은 납땜을 이용한 접합기술로서, 특히 인쇄회로기판(PCP)에 반도체칩이나 저항칩과 같은 소형 전자부품을 실장하기 위한 접합재로 이용되고 있다. 이러한 납땜을 이용한 접합기술로서, 특히 인쇄회로기판에 반도체칩이나 저항칩과 같은 소형 전자부품을 실장하기 위한 접합재로 이용되고있다. In the conventional case, lead-containing alloys have been used for a long time, and tin-lead-based flexible solders have been used as bonding materials in component mounting of printed circuit boards for a long time. More specifically, soldering is a bonding technique using soldering, and in particular, it is used as a bonding material for mounting small electronic components such as semiconductor chips and resistance chips on a printed circuit board (PCP). As a joining technique using such soldering, it is used as a bonding material for mounting small electronic components such as semiconductor chips and resistor chips, in particular on printed circuit boards.
이러한 납땜을 이용한 접합기술은 최근 전자제품의 소형경량화와 고기능화에 따라 부품장착의 고밀도화가 요구되므로 한층 더 고도화된 수준이 요구되고 있다. 한편, 이와 같은 솔더링 재료로서 주석(Sn), 납(Pb)으로 이루어진 2원계공정합금을 주로 사용하여 왔으나, 이를 폐기할 경우 납이 유출되어 환경오염의 원인이 되고, 이에 따라 납 사용을 규제하기에 이르렀다. 이는 납에 의해 환경오염에 이어 인체에도 치명적인 악영향을 미치기 때문이다. Joining technology using such a solder is required to be more advanced because of the high density of component mounting in accordance with the recent miniaturization and high functionality of electronic products. On the other hand, as a soldering material, binary process alloys composed of tin (Sn) and lead (Pb) have been mainly used. However, when this is disposed of, lead is leaked, which causes environmental pollution. Reached. This is because lead has a fatal adverse effect on the human body following environmental pollution.
따라서 최근에는 솔더합금의 제조시 납사용을 규제하거나 배제함으로써 환경 친화적인 무연 솔더 조성물은 다양하게 개발되고 시도되어 왔다. 그러나, 종래기술에 따른 무연 솔더 조성물은 유연솔더에 비하여 융점이 높고, 젖음성이 떨어질 뿐만 아니라, 솔더링시 용융솔더의 산화가 심하게 발생되어 솔더링 작업성이 떨어지고, 솔더링에 의한 PCB Assey의 품질과 신뢰성이 저하되는 문제점을 지니고 있다. Therefore, in recent years, various environmentally friendly lead-free solder compositions have been developed and attempted by regulating or excluding lead in the manufacture of solder alloys. However, the lead-free solder composition according to the prior art has a higher melting point and lower wettability as compared to the flexible solder, and also causes severe oxidation of the molten solder during soldering, resulting in poor soldering workability, and improved quality and reliability of PCB Assey by soldering. It has a problem of deterioration.
또한, 종래기술에 따른 무연솔더는 젖음성등 솔더링 접합성을 만족시키면서 종래의 유연솔더(Sn37Pb)의 융점 183℃에 근접한 개발품이 없는 상태로, Reflow Oven의 교체등 솔더링 공정 개선에 의존해서 사용되고 있다. 이는 Cu, Ag, Zn, Bi, In 등 극히 수적으로 제한된 저융점 금속만이 융점강하 첨가 원소로 대상이 되기 때문이다. In addition, the lead-free solder according to the prior art is used in accordance with the improvement of the soldering process, such as replacement of the reflow oven without the development of near the melting point of 183 ℃ of the conventional solder (Sn37Pb) while satisfying the soldering bonding properties such as wettability. This is because only a very limited number of low melting point metals such as Cu, Ag, Zn, Bi, In, etc. are targeted as the melting point drop addition element.
또한, 종래기술에 따른 무연솔더는 젖음성, 내식성 등의 솔더링 접합성을 만족하면서 종래의 유연솔더(Sn37Pb)의 융점 183℃를 만족할 수 없다. 그리고 이는 대부분의 무연솔더는 Sn에 Cu, Ag, Zn, Bi, In 등 저융점 금속을 소량첨가하여 융점강하를 구현하고 있으나, 이에 따른 융점강하(저융점화)된 무연솔더의 개발은 더 이상의 진전되지 않고, 한계에 도달된 실정이다. In addition, the lead-free solder according to the prior art does not satisfy the melting point of 183 ° C of the conventional solder (Sn37Pb) while satisfying the soldering bonding properties such as wettability, corrosion resistance. And most lead-free solders have a small melting point by adding a small amount of low melting point metals such as Cu, Ag, Zn, Bi, In to Sn, but the development of lead-free solders with low melting point (low melting point) is no longer possible. No progress has been made and the limit has been reached.
따라서, 현재에는 융점 220℃ 내지 230℃의 SnAgCu의 Ag계통 및 SnCu의 비Ag 계통합금이 주류를 이루고 있다. 이와 같이, 솔더의 융점강하 측면에서는 개량에 한계에 도달되어, 주로 솔더링의 특성향상, 작업성 향상, 품질 및 신뢰성 향상에 대하여 개발이 집중되어있다. Therefore, the Ag system of SnAgCu and the non-Ag system alloy of SnCu of melting | fusing point 220 degreeC-230 degreeC are the mainstream now. As described above, in terms of lowering the melting point of the solder, improvement has reached a limit, and development is mainly focused on improving soldering characteristics, improving workability, and improving quality and reliability.
그리고, 무연솔더는 융점이 높다는것 외에 고가 원재료의 사용 및 솔더링 산화에 따른 드로스가 유연솔더 보다 많이 발생되어, 생산비용이 증가할 뿐아니라 용융솔더에 혼재된 산화물이 PCB Assey의 솔더링 필렛(솔더링부)에 혼입되어 솔더링 조립의 품질 및 신뢰성의 저하에 주 원인이 되고 있다. In addition, lead-free solder has a higher melting point, more expensive dross due to the use of expensive raw materials and soldering oxidation, resulting in higher production costs, and increased oxides in the solder solder fillet of PCB Assey. ), The main cause of the deterioration of the quality and reliability of soldering assembly.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, KR 10-0327767, JP 3622788, JP 3296289에 기재된 바와 같이, SnAgCu 및 SnCu 계의 모함금 솔더에 P, Ni, Ge, Ga 등 산화방지용 원소를 첨가한 솔더합금이 개발되어 있다. 그러나, 첨가원소인 Ge, Ga, Ni의 경우, 융점이 상승되고, 경화로 인하여 열 가공 및 열피로에 노출될 경우, 솔더부에 크랙이 발생하는 등 신뢰성을 저하시킬 우려가 되어 제한적으로 사용되고 있다.In order to solve the above problems, as described in KR 10-0327767, JP 3622788, and JP 3296289, a solder alloy in which an anti-oxidation element such as P, Ni, Ge, and Ga is added to SnAgCu and SnCu-based mother alloy solders has been developed. It is. However, in the case of Ge, Ga, and Ni, which are additional elements, the melting point is increased, and when exposed to thermal processing and thermal fatigue due to hardening, there is a concern that the reliability may be degraded, such as cracks in the solder portion, and thus it is used in a limited manner. .
특히, P의 경우 다량으로 첨가될 경우, 솔더함금의 경화로 인해 솔더링부가 브리틀해지는 역효과가 발생된다. 또한, 용융시 P이 솔더링 용탕표면에 부상하여 용융솔더의 산화가 방지되나, P은 휘발성이 강하여 260℃ 전후의 솔더링 온도에서 Dross(산화물) 발생이 일시적으로 방지되는 효과는 있으나, 웨이브 솔더링(Wave soldering) 및 딥 솔더링(Dip soldering)의 경우, 수백 ㎏의 솔더를 용탕에 충진한 후, 소량의 소모량만 보충하는 방식으로 수개월 동안 연속적으로 사용하는 경우가 대부분이고, 이와 같은 조건에서 P 첨가 원소는 단순히 단시간의 드로스 방지효과만을 나타내고 지속적 산화방지는 기대할 수 없는 문제점을 지니고 있다. In particular, when P is added in a large amount, the adverse effect of bridging the soldering portion due to hardening of the solder alloy occurs. In addition, P melts on the soldering surface to prevent oxidation of the molten solder. However, P has a high volatility to temporarily prevent generation of oxides at soldering temperatures around 260 ° C. However, wave soldering (Wave) In the case of soldering and dip soldering, hundreds of kilograms of solder are filled in the molten metal, followed by continuous use for several months by replenishing only a small amount of consumption. It only shows a short dross prevention effect and continuous oxidation has an unexpected problem.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명 의 목적은 Sn-Pb 및 Sn-Ag-Cu 솔더에 필적할 수 있는 기계적 특성 및 작업성을 갖고, 주석(Sn), 동(Cu), 은(Ag)으로 이루어진 3원계 조성물에 실리콘(Si) 또는 실리콘 및 코발트(Co)를 함유시킴으로써, 용융솔더의 산화를 지속적이고 효과적으로 방지할 뿐만 아니라, 초미량의 원소를 첨가함에도 불구하고, 종래의 무연솔더링 온도 및 젖음성을 유지함과 동시에 솔더링 후 변색방지, 인쇄회로기판의 동패드 침식방지 등 솔더링 접합성을 향상시킬 수 있는 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention has a mechanical property and workability comparable to Sn-Pb and Sn-Ag-Cu solder, tin (Sn), copper ( By incorporating silicon (Si) or silicon and cobalt (Co) in a ternary composition composed of Cu) and silver (Ag), the oxidation of the molten solder is prevented continuously and effectively, and despite the addition of an extremely small amount of elements In order to provide a lead-free solder composition and an electronic device and a printed circuit board using the same, the lead-free soldering temperature and wettability can be improved while soldering adhesion can be improved, such as preventing discoloration after soldering and copper pad erosion of a printed circuit board. .
본 발명에 따른 무연 솔더 조성물은 은 0.1~4.0 중량%, 동 0.1~2중량%, 실리콘 0.001~0.05 미만 중량% 및 주석을 잔부로 포함하는 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판을 제공한다. 또한, 본 발명은 코발트 0.001~0.01 미만 중량%를 더 포함하여 실리콘 및 코발트의 동시함유에 따른 시너지 효과를 기대할 수 있는 무연 솔더 조성물을 제공한다. The lead-free solder composition according to the present invention provides a lead-free solder composition containing 0.1 to 4.0% by weight of silver, 0.1 to 2% by weight of copper, less than 0.001 to 0.05% by weight of silicon and tin, and electronic devices and printed circuit boards using the same. do. In addition, the present invention provides a lead-free solder composition that can be expected to further include the synergistic effect of the cobalt content of silicon and cobalt further comprises 0.001 ~ less than 0.01% by weight.
도1은 본 발명에 따른 무연솔더 조성물의 산화물 발생량 억제원리를 개략적으로 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the principle of suppressing the amount of oxide generation of the lead-free solder composition according to the present invention.
도면에 나타낸 바와 같이, SnAgCu 모합금에 산화물 발생억제를 위하여 P 및 Si 원소를 첨가한 솔더 합금을 사용하여 웨이브 솔더링(Wave Soldering)을 할 경우, 우선, 미량 첨가된 P 및 Si 원소량의 일부는 용융 솔더 모합금의 탈산에 소모된 후 일부 용융 솔더 모합금에 고용되나, P 및 Si은 용융 Sn에 거의 고용되지 않 는 원소로써, 첨가된 P 및 Si 원소의 대부분은 비중차에 의해서 표면에 부상하게 된다. 그리고, 상기 인산화물 및 실리콘산화물 피막은 대기중의 산소와 용융 솔더를 차단하여 무연솔더의 산화물 발생을 억제한다. As shown in the figure, in the case of wave soldering using a solder alloy containing P and Si elements to suppress oxide generation in the SnAgCu master alloy, first, a part of the amount of the added P and Si elements is After being consumed in the deoxidation of the molten solder master alloy, it is dissolved in some molten solder master alloy, but P and Si are hardly dissolved in the molten Sn, and most of the added P and Si elements float on the surface due to the specific gravity difference. Done. In addition, the phosphate and silicon oxide film blocks oxygen and molten solder in the atmosphere to suppress oxide generation of the lead-free solder.
그러나, P의 경우 표면에 부상된 일부는 산화막을 형성시키나 상당 부분은 대기중으로 휘발되어, 용융솔더 표면의 산화물 발생의 지속적인 억제 효과가 떨어진다. 반면, Si의 경우 대기중으로 휘발되지 않아 용융 솔더 표면에 지속적으로 실리콘 산화물을 형성시켜, 산화물 발생억제 효과가 지속된다. 이에 대한 실험데이터는 도2 및 도3을 통해 확인할 수 있다.However, in the case of P, a portion of the surface floating on the surface forms an oxide film, but a large portion of the surface is volatilized to the atmosphere, thereby degrading the continuous suppression of oxide generation on the surface of the molten solder. On the other hand, Si does not volatilize to the atmosphere and continuously forms silicon oxide on the surface of the molten solder, thereby suppressing the oxide generation effect. Experimental data on this can be seen through FIGS. 2 and 3.
도2는 도1의 모식도에 대한 실지 측정 Data로써 용해,주조하여 소정의 Ingot를 제조한 후, 상하 방향으로 절단,연마하여 솔더 합금 단면의 Auger 원소 분석 결과이다. 도3은 동일 방법으로 제작한 Ingot를 260℃에서 3시간 Dross 실험(산화실험)를 한 경우의 Auger 원소 분석 결과이다. 도2에 나타낸 바와 같이, 초기상태에는 Ingot 표면에 인이 부상되어 상부에 1.86질량%로 대부분 농축되어 있으며, P의 하부로 Si이 분포되어 있고, 이는 1,2,3의 지점별 성분 데이터를 통해 확인할 수 있다. FIG. 2 is a result of Auger element analysis of a solder alloy cross section by melting and casting a predetermined ingot by melting and casting as actual measurement data of the schematic diagram of FIG. Figure 3 is an Auger element analysis result when the Ingot produced by the same method for 3 hours Dross experiment (oxidation experiment) at 260 ℃. As shown in Fig. 2, in the initial state, phosphorus is floated on the surface of the ingot, and is mostly concentrated at 1.86% by mass at the top, and Si is distributed at the lower part of P. This can be confirmed by point-specific component data.
그리고, 도3에 나타낸 바와 같이, 260℃에서 3시간 동안 Dross 실험한 경우는, 상부에는 P이 0.06질량%, Si이 0.08질량%로 Si이 상대적으로 P보다 더 잔존하고 있으며, 하부 방향의 2 지점에서도 P 보다는 Si이 더 잔존하고 있음을 알 수 있다. 또한, Auger의 Peak치를 보면, 상부에는 SiO2로 간주되는 실리콘 산화물이 형성되어 있는 반면, 하부 방향 2, 3 지점에는 도4에서 알 수 있듯이 SiO2 Peak치가 아닌 Si Peak가 나타나고 있다. As shown in Fig. 3, in the case of the dross experiment at 260 ° C. for 3 hours, P is 0.06% by mass and Si is 0.08% by mass, and Si remains relatively higher than P. It can be seen that Si remains more than P at the point. In addition, the peak value of Auger shows that silicon oxide, which is regarded as SiO 2 , is formed on the upper side, while the
이상의 결과로부터 용융 초기의 용융 솔더 표면에는 P과 Si가 용융 솔더로부터 비중차에 의하여 P. Si 순으로 부상된후, P는 상당부분 휘발되며 연속적인 공기와의 접촉에 의하여 일부만이 산화막을 형성하는 한편, Si의 경우는 대부분의 첨가량이 SiO2등 산화실리콘막을 형성하여 용융솔더의 산화를 억제한다고 사료된다. From the above results, after P and Si were floated in the order of P. Si due to the specific gravity difference from the molten solder on the surface of the molten solder in the initial stage of melting, P was volatilized to a large extent and only a portion of the oxide film was formed by continuous contact with air. On the other hand, in the case of Si, most of the addition amount forms a silicon oxide film such as SiO 2 to suppress oxidation of the molten solder.
본 발명에 따른 무연 솔더조성물의 성분조성별 성질 및 용도를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the properties and uses of the composition of the lead-free solder composition according to the invention as follows.
Sn(주석)은 무연 솔더의 필수성분으로서 베이스 메탈로 사용된다. Sn (tin) is used as the base metal as an essential component of lead-free solders.
Cu(동)은 약간의 융점을 강하시키며, 접합체의 접합강도를 향상시키고, 0.1중량% 미만으로 첨가할 경우, 상기 효과가 적고 2중량%을 초과하여 첨가는 융점이 상승되므로, 0.1~2중량% 범위의 첨가가 바람직하다. Cu (copper) lowers the melting point slightly, improves the bonding strength of the bonded body, when added in less than 0.1% by weight, the effect is small and the addition of more than 2% by weight, the melting point is increased, 0.1 to 2% Addition in the% range is preferred.
Ag(은)은 합금의 용점을 강하시키고, 자체독성이 없고, 접합모재의 퍼짐성을 좋게하고, 열피로 특성을 향상시킨다. 그리고 0.1중량% 미만으로 첨가할 경우, 상기 효과가 적고, 4중량%를 초과하여 첨가하면 융점이 상승되므로 0.1~4중량% 범위의 첨가가 바람직하다.Ag (silver) lowers the melting point of the alloy, has no self-toxicity, improves the spreadability of the bonded base material, and improves the thermal fatigue characteristics. And when added in less than 0.1% by weight, the above-mentioned effect is less, when the addition of more than 4% by weight because the melting point is increased, the addition of 0.1 to 4% by weight is preferred.
Si(실리콘)은 본 발명의 주 첨가 원소로써 부상성 및 비휘발성을 지니고 있어, Sn-Ag-Cu의 솔더 모합금에 소량 첨가함으로써 산화물 발생을 억제하면서도 인(P)과 달리 장시간이 경과해도 그 효과가 지속되며, 솔더링 후 솔더링 부위의 변 색을 방지에 뛰어난 효과를 나타낼 뿐만 아니라, 동침식 방지 효과도 향상시킨다. Si (silicon) is a main additive element of the present invention, floating and non-volatile, it is added to the solder master alloy of Sn-Ag-Cu in a small amount to suppress the generation of oxides, unlike the phosphorus (P) even after a long time The effect lasts, and it is not only excellent in preventing discoloration of the soldered part after soldering, but also improves anti-corrosion effect.
Co(코발트)는 부상성은 없으나, Si와 함께 첨가함으로써 소량의 첨가로 솔더링시 산화물의 생성이 억제되고, 변색 및 침식(erosion)이 방지되는 등 솔더링 특성 및 작업성을 더욱 향상시킨다. Co (cobalt) is not flotation, but by adding with Si, a small amount of addition suppresses the formation of oxide during soldering, and further improves soldering properties and workability such as discoloration and erosion prevention.
이하, 본 발명에 따른 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판의 바람직한 구체예에 대하여 실험데이터를 통한 성분조성범위에 따른 기능 및 효과에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the functions and effects of the composition of the composition of the lead-free solder composition and the electronic device and the printed circuit board using the same according to the composition of the composition through the experimental data will be described in detail.
본 발명에 따른 무연 솔더 조성물은 주석(Sn), 동(Cu), 은(Ag), 실리콘(Si), 및 코발트(Co)를 포함하여 이루어진다.The lead-free solder composition according to the present invention comprises tin (Sn), copper (Cu), silver (Ag), silicon (Si), and cobalt (Co).
이하, 그래프 1을 통하여 실리콘 및 코발트의 성분조성범위에 따른 산화방지효과에 대하여 자세히 기술한다.Hereinafter, the antioxidant effect according to the composition range of the silicon and cobalt through the
하기의 그래프 1은 산화량 발생량의 실험데이터로서, 주석-구리-은-인 및 주석-구리-은의 모합금에 실리콘 및 코발트를 함류량에 따라 선택적으로 각각 또는 동시에 용해하여 솔더링 조성물을 형성하고, 상기 솔더링 조성물을 직경 160㎜ SUS 도가니에서 핫플레이트를 사용하여 260℃로 가열하였다. 그리고, 결과물을 직경 140㎜의 교반자를 이용하여 60rpm의 회전속도로 1시간, 2시간, 3시간 동안 각각 교반한 후 시간대별로 산화물을 채취하여 무게를 측정하는 방식으로 산화량을 측정하였다. The following
그래프 1.
그래프 1.에 나타낸 바와 같이, Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu는 산화물 발생량이 1시간 경과 후 478(g), 2시간 경과 후 540(g), 3시간 경과 후 564(g)로 총 1,582(g)이 발생되었다. 그리고 이와 비교하여 Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu0.005P은 산화물 발생량이 1시간 경과 후 295(g), 2시간 경과 후 325(g), 3시간 경과 후 390(g)으로 총 1,010(g)이 발생되었다. 이는 P이 산화량을 감소시키는 역할을 하기 때문이다. As shown in Graph 1., Sn3Ag0.5Cu containing 0.5% by weight of Cu, 3% by weight of Ag and Sn as remainder was 478 (g) after 1 hour, 540 (g) after 2 hours, and 3 After the passage of time, a total of 1,582 (g) was generated in 564 (g). In comparison, Sn3Ag0.5Cu0.005P containing 0.5% by weight of Cu, 3% by weight of Ag, 0.005% by weight of P and Sn as a balance has 295 (g) after 1 hour and 325 (g) after 2 hours. ), 3 hours later, a total of 1,010 (g) occurred at 390 (g). This is because P plays a role of reducing the amount of oxidation.
그러나, 상기 Sn3Ag0.5Cu에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 산화물 발생량이 1시간 경과 후 270(g), 2시간 경과 후 302(g), 3시간 경과 후 345(g)으로 총 917(g)이 발생되었고, Sn3Ag0.5Cu0.005P에 비하여 산화량 발생량이 감소됨을 확인할 수 있다. 상기 결과로부터 P를 0.005중량%를 첨가한 경우, 3시간대에 Dross 발 생이 급격히 증가하는 한편 Si를 0.005중량% 첨가한 경우는 2시간대와 유사한 산화 속도를 나타냄으로써 Si 첨가의 경우가 P의 첨가 보다 지속적인 산화 방지 효과가 있다고 할 수 있다. However, when the Sn3Ag0.5Cu contains 0.005% by weight of Si, the amount of oxide generated is 270 (g) after 1 hour, 302 (g) after 2 hours, and 345 (g) after 3 hours. ) Was generated, and the amount of oxidation generated was reduced compared to Sn3Ag0.5Cu0.005P. From the above results, when 0.005% by weight of P was added, the occurrence of Dross increased rapidly in the 3 hour period, while 0.005% by weight of Si showed a similar oxidation rate as that of Si, which was more than that of P. It can be said to have a continuous antioxidant effect.
그리고, Si 0.05 중량%를 포함할 경우, 산화량 발생량은 더욱 감소됨을 확인할 수 있다.And, if it contains 0.05% by weight of Si, it can be seen that the amount of oxidation generated is further reduced.
또한, 상기 Sn3Ag0.5Cu0.005Si에 Co 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 산화물 발생량은 1시간 경과 후 215(g), 2시간 경과 후 240(g), 3시간 경과 후 264(g)로 총 719(g)이 발생되었고, 상기 Sn3Ag0.5Cu0.005P 및 Sn3Ag0.5Cu0.005Si에 비하여 산화량 발생량이 감소됨을 확인할 수 있다.In addition, in the case of including 0.005% by weight of Co in Sn3Ag0.5Cu0.005Si, the amount of oxide generated was 215 (g) after 1 hour, 240 (g) after 2 hours, and 264 (g) after 3 hours, total 719 (g) was generated, and the amount of oxidation generated was reduced compared to the Sn3Ag0.5Cu0.005P and Sn3Ag0.5Cu0.005Si.
그리고, 상기 Sn0.3Ag0.7Cu0.005Si에 Co 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 비교재에 비해서 Si 및 Co의 소량 첨가에 의해 산화물 발생량이 감소됨을 확인할 수 있다. In addition, in the case of including 0.005% by weight of Co in Sn0.3Ag0.7Cu0.005Si, it can be confirmed that the amount of oxides is reduced by adding a small amount of Si and Co as compared to the comparative material.
따라서, Sn-Ag-Cu 모합금에 Si이 소량으로 첨가될 경우, 종래의 P이 첨가된 솔더링 조성물에 비하여, 산화량 발생량이 지속적으로 방지됨을 확인할 수 있고, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 보다 지속적이고 효과적으로 방지됨을 확인할 수 있다. Therefore, when a small amount of Si is added to the Sn-Ag-Cu master alloy, it can be seen that the amount of oxidation is continuously prevented compared to the conventional P-added soldering composition, and Si and Co are simultaneously added in small amounts. In this case, it can be confirmed that it is prevented more continuously and effectively.
이하, 그래프 2를 통하여 실리콘 및 코발트의 성분조성범위에 따른 젖음성에 대하여 자세히 기술한다.Hereinafter, the wettability according to the component composition range of silicon and cobalt will be described in detail through
하기의 그래프 2는 젖음성에 대한 실험데이터로서, 솔더링 조성물의 젖음 시간을 측정하기 위하여 MalCom사 SP2 Wetting Tester를 사용하여 260℃로 솔더를 용 융하여 1mm로 침지하여 5초간 유지후의 젖음시간을 측정하였다. The following
그래프 2.
그래프 2.에 나타낸 바와 같이, Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu의 젖음시간은 0.48 sec이고, 이와 비교하여 Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 젖음시간은 0.51 sec이다. As shown in Graph 2., the wet time of Sn3Ag0.5Cu containing 0.5% by weight of Cu, 3% by weight of Ag and Sn as remainder was 0.48 sec, compared to 0.5% by weight of Cu, 3% by weight of Ag, P 0.005 Wetting time of Sn3Ag0.5Cu0.005P containing the weight% and the remainder of Sn is 0.51 sec.
그리고, 상기 Sn3Ag0.5Cu에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 젖음시간은 0.44sec 이고, Si 0.05 중량 %를 포함시킬 경우, 젖음시간은 0.49sec로 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 젖음시간에 비하여 감소되나 Sn3Ag0.5Cu보다 젖음시간이 증가됨이 확인 되었다. In addition, when the Sn3Ag0.5Cu contains 0.005% by weight of Si, the wetting time is 0.44 sec, and when the Si0.05% by weight is included, the wetting time is 0.49 sec, which is reduced compared to the Sn3Ag0.5Cu0.005P wetting time. Wetting time was found to be higher than Sn3Ag0.5Cu.
또한, Sn3Ag0.5Cu0.05Si에 Co 0.01 중량 %를 포함시킬 경우, 젖음시간은 0.50sec 이고, Sn0.3Ag0.7Cu0.005Si에 Co 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 젖음시간은 1.10sec 이다.In addition, when 0.01 wt% of Co is included in Sn3Ag0.5Cu0.05Si, the wetting time is 0.50 sec, and when we include 0.005 wt% of Co in Sn0.3Ag0.7Cu0.005Si, the wetting time is 1.10sec.
따라서, Sn-Ag-Cu 모합금에 Si이 0.005중량%가 첨가될 경우는 젖음성이 다소 향상되나 0.05중량% 이상이 되면 젖음성이 떨어지는 것을 확인 할 수 있다. 이는 0.005중량% 초소량의 Si를 첨가하면, 용융 모합금 솔더 (SnAgCu) 내의 산소등을 제거하여 청정시키므로써 젖음성이 다소 향상되나, 0.05중량% 이상 첨가되면, 융점 상승과 더불어 과잉 Si에 의하여 용융 솔더의 젖음성이 떨어진다고 사료된다. 또한, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 젖음성이 보다 향상되나, Co 가 다량으로 예를들어 0.01 중량% 이상으로 첨가될 경우, 오히려 젖음성은 저하된다.Therefore, when 0.005% by weight of Si is added to the Sn-Ag-Cu master alloy, the wettability is slightly improved, but when the weight is 0.05% by weight or more, the wettability may be confirmed. The wettability is slightly improved by removing oxygen in the molten master alloy solder (SnAgCu) by adding a very small amount of Si to 0.005% by weight, but when added by 0.05% by weight or more, it is melted by excess Si with an increase in melting point. It is considered that the wettability of solder is poor. In addition, when Si and Co are added in small amounts simultaneously, the wettability is further improved, but when Co is added in a large amount, for example, 0.01 wt% or more, the wettability is lowered.
이하, 그래프 3을 통하여 실리콘 및 코발트의 성분조성범위에 따른 동침식량에 대하여 자세히 기술한다.Hereinafter, the copper erosion according to the composition range of the silicon and cobalt through the
하기의 그래프 3은 동침식량에 대한 실험데이터로서, 동침식량을 측정하기 위해 솔더를 용융시켜 260℃로 유지시키고, 직경 0.8mm의 동선을 용융솔더에 30mm 깊이로 침지하여 60초간 유지시킨 후, 상기 동선을 꺼내여 침지 전후의 무게를 측정하여 침식율(%)을 구하였으며, 5개 샘플의 평균값을 산출하였다. The following
그래프 3.
그래프 3에 나타낸 바와 같이, Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu의 동침식량은 58.3%이고, 이와 비교하여 Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 동침식량은 58.1%이다. As shown in
그리고, 상기 Sn3Ag0.5Cu에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 동침식량은 54.3%이고, Si 0.05 중량 %를 포함시킬 경우, 동침식량은 41.7%로서 Sn3Ag0.5Cu 및 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 침식량에 비하여 감소되었음을 확인할 수 있다. And, if the Sn3Ag0.5Cu containing 0.005% by weight of Si, copper erosion amount is 54.3%, when containing 0.05% by weight of Si, copper erosion amount is 41.7%, Sn3Ag0.5Cu and Sn3Ag0.5Cu0.005P erosion amount It can be confirmed that the reduction compared to the.
또한, Sn3Ag0.5Cu0.005Si에 Co 0.01 중량 %를 포함시킬 경우, 동심식량은 21.1%로 월등히 감소되었음을 확인할 수 있다. In addition, in the case of including 0.01 wt% of Co in Sn3Ag0.5Cu0.005Si, it can be seen that the concentricity is significantly reduced to 21.1%.
따라서, Sn-Ag-Cu 모합금에 Si이 소량으로 첨가될 경우, 동침식량이 감소됨을 확인할 수 있고, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 동침심량은 월등히 감소된다. Therefore, when a small amount of Si is added to the Sn-Ag-Cu master alloy, the copper erosion amount can be confirmed to be reduced, and when Si and Co are added in small amounts at the same time, the amount of copper erosion is significantly reduced.
이하, 표 1을 참고로 실리콘 및 코발트의 성분조성범위에 따른 산화물 발생량, 융점, 변색, 젖음시간, 동침식율, 접합강도에 대하여 자세히 기술하고, 이를 통하여 Sn-Ag-Cu 모합금에 포함되는 실리콘 및 코발트의 최적 함유량에 대하여 기술한다. Hereinafter, referring to Table 1, the amount of oxide generation, melting point, discoloration, wetting time, copper erosion rate, and bonding strength according to the composition range of silicon and cobalt are described in detail, and the silicon included in the Sn-Ag-Cu mother alloy through this. And the optimum content of cobalt.
표 1은 상술된 그래프 1,2 및 3을 데이터를 포함하고, 융점, 변색 및 접합강도의 시험데이터를 추가한 실리콘 및 코발트의 성분조성범위별 종합실험데이터이다.Table 1 is a comprehensive experimental data for each composition range of silicon and cobalt including the above-described
표 1.Table 1.
우선, 표 1의 융점데이터에 나타낸 바와 같이, Ag 3 중량%, Cu 0.5 중량%, 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu의 융점은 220℃이고, 이와 비교하여 Ag 3 중량%, Cu 0.5 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 융점은 221℃이다. 상기 Sn3Ag0.5Cu에 Si 0.005중량%를 포함시킬 경우 융점은 220℃이고, Sn3Ag0.5Cu에 Si 0.1중량%를 포함시킬 경우 융점은 224℃로 다소 상승한다. First, as shown in the melting point data of Table 1, the melting point of Sn3Ag0.5Cu containing 3% by weight of Ag, 0.5% by weight of Cu and Sn as remainder is 220 ° C, and 3% by weight of Ag and 0.5% by weight of Cu. Melting point of Sn3Ag0.5Cu0.005P containing%, P 0.005 weight%, and Sn remainder is 221 degreeC. The melting point is 220 ° C. when the
또한, Sn3Ag0.5Cu0.05Si에 Co 0.01중량%를 포함시킬 경우 223℃로 융점이 다소 상승하였다. 상기 결과로부터 통상적으로 금속 합금 상태도상 저융점 Sn 합금에 1400℃ 이상 고융점인 Si을 소량 첨가하면 그 융점이 급격히 상승되나 Si 첨가량에 비하여 융점 상승이 미미한 것으로 보아 전술한 바와 같이 용융 Si의 대부분은 용융 솔더 표면에 부상한 것에 기인 된다고 사료된다. In addition, the melting point slightly increased to 223 ° C. when 0.01 wt% of Co was included in
다음으로, 표 1의 변색데이터는 합금 조성물의 변색도를 측정하기 위하여 25X31X0.3mm의 무산소동(99.99%)을 260℃에서 3초간 침적하여 시편을 만든후, 이 시편을 250℃에서 10분간 가열후 변색 정도를 미놀타사 CM3700B 모델의 색수차계를 사용하여 노란색의 변색 정도를 나타내는 수치값을 측정하였다. Next, in order to measure the discoloration of the alloy composition, the color change data of Table 1 was made by depositing an oxygen-free copper (99.99%) of 25X31X0.3mm at 260 ° C for 3 seconds to make a specimen, and then heating the specimen at 250 ° C for 10 minutes. The degree of discoloration was measured using a chromatic aberration meter of the Minolta CM3700B model.
표 1에 나타낸 바와 같이, Ag 3 중량%, Cu 0.5 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu의 변색도는 16.47이고, 이와 비교하여 Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 변색도는 19.31이다. As shown in Table 1, the discoloration degree of Sn3Ag0.5Cu containing 3% by weight of Ag, 0.5% by weight of Cu and Sn as remainder is 16.47, compared with 0.5% by weight of Cu, 3% by weight of Ag, and 0.005% by weight of P. And Sn3Ag0.5Cu0.005P including Sn as a remainder is 19.31.
그리고, 상기 Sn3Ag0.5Cu에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 변색도는 15.66이고, Si 0.05 중량 %를 포함시킬 경우, 변색도는 6.6으로 월등히 감소되었으며, Sn3Ag0.5Cu 및 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 변색도에 비하여 감소되었음 확인할 수 있다. And, when the Sn3Ag0.5Cu containing 0.005% by weight of Si, discoloration is 15.66, when including 0.05% by weight of Si, the discoloration is significantly reduced to 6.6, Sn3Ag0.5Cu and Sn3Ag0.5Cu0.005P It can be seen that the reduction compared to the degree of discoloration.
또한, Sn3Ag0.5Cu0.005Si에 Co 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 변색도는 3.46으로, Co 0.01 중량 %를 포함시킬 경우, 변색도는 3.02로 월등히 감소되었음을 확인할 수 있다. In addition, when the amount of Sn3Ag0.5Cu0.005Si contained 0.005% by weight of Co, the degree of discoloration is 3.46, when including 0.01% by weight of Co, it can be seen that the degree of discoloration is significantly reduced to 3.02.
따라서, Sn-Ag-Cu 모합금에 Si이 소량으로 첨가될 경우, 변색도는 감소됨은 확인할 수 있고, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 변색도는 월등히 감소된다. Therefore, when a small amount of Si is added to the Sn-Ag-Cu master alloy, it is confirmed that the discoloration degree is reduced. When Si and Co are added in small amounts at the same time, the discoloration degree is significantly reduced.
다음으로, 표 1의 접합파단하중(kgf)데이터는 접합파단하중을 측정하기 위하여 PCB 기판의 홀에 주석-비스무스로 도금된 직경 2mm의 와이어를 수직 삽입 후 웨이브 솔더링하여 시편을 만든 후 인장시험기를 사용하여 접합파단하중(kgf)을 측정하였다Next, the bond breaking load (kgf) data of Table 1 was measured by vertically inserting a wire of 2 mm diameter plated with tin-bismuth into the hole of the PCB board to measure the bond breaking load, and then wave-soldered a specimen to make a tensile tester. The bond breaking load (kgf) was measured using
표 1에 나타낸 바와 같이, Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu의 접합파단하중은 84kgf이고, 이와 비교하여 Cu 0.5 중량%, Ag 3 중량%, P 0.005 중량% 및 Sn을 잔부로 포함하는 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 접합파단하중은 89kgf이다. As shown in Table 1, the bonding load of Sn3Ag0.5Cu containing 0.5% by weight of Cu, 3% by weight of Ag and Sn as a balance is 84kgf, compared with 0.5% by weight of Cu, 3% by weight of Ag and 0.005% by weight of P. The junction break load of Sn3Ag0.5Cu0.005P containing% and Sn as remainder is 89 kgf.
그리고, 상기 Sn3Ag0.5Cu에 Si 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 접합파단하중은 95kgf이고, Si 0.05 중량 %를 포함시킬 경우, 접합파단하중 105kgf로 월등히 향상되었으며, Sn3Ag0.5Cu 및 Sn3Ag0.5Cu0.005P의 접합파단하중에 비하여 향상되었음 확인할 수 있다. And, when including 0.005% by weight of Si in the Sn3Ag0.5Cu, the bond breaking load is 95kgf, when including 0.05% by weight of Si, significantly improved to 105kgf, the Sn3Ag0.5Cu and Sn3Ag0.5Cu0.005P It can be confirmed that it is improved compared to the junction breaking load of.
또한, Sn3Ag0.5Cu0.005Si에 Co 0.005 중량 %를 포함시킬 경우, 접합파단하중은 96kgf로, Co 0.01 중량 %를 포함시킬 경우, 접합파단하중은 112kgf로 월등히 향상되었음을 확인할 수 있다. In addition, when including 0.005% by weight of Co in Sn3Ag0.5Cu0.005Si, the bonding breakage load was 96kgf, and when including 0.01% by weight of Co, it can be seen that the bonding breakdown load was significantly improved to 112kgf.
따라서, Sn-Ag-Cu 모합금에 Si이 소량으로 첨가될 경우, 접합파단하중는 향상됨은 확인할 수 있고, Si 및 Co가 동시에 소량으로 첨가될 경우, 접합파단강는 월등히 향상된다. Therefore, when a small amount of Si is added to the Sn-Ag-Cu master alloy, it can be confirmed that the bonding fracture load is improved. When Si and Co are added in small amounts at the same time, the bonding fracture steel is significantly improved.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 무연 솔더 조성물은 Sn-Ag-Cu 모합금에 소량의 Si를 첨가하는 것에 의해 종래의 무연 솔더링 온도 및 젖음성을 유지하며, 산화물발생량이 지속적으로 감소되고, 동침식량이 감소되고, 변색도가 감소되며, 접합파단강도가 증가된다. 또한, 상기 Si를 소량 포함하는 Sn-Ag-Cu 모합금에 Co가 극소량으로 첨가되어 Si 단독으로 포함될 경우에 비하여, 산화물발생량이 지속적으로 월등히 감소되고, 동침식량이 감소되고, 변색도가 감소되며, 접합파단하중가 증가된다. As described above, the lead-free solder composition according to the present invention maintains the conventional lead-free soldering temperature and wettability by adding a small amount of Si to the Sn-Ag-Cu master alloy, the amount of oxides is continuously reduced, and copper erosion This decreases, the discoloration decreases, and the bond breaking strength increases. In addition, when a small amount of Co is added to the Sn-Ag-Cu master alloy containing a small amount of Si, the amount of oxides is continuously reduced, copper erosion is reduced, and discoloration is reduced, compared with Si alone. As a result, the junction break load increases.
그러나, Si을 다량으로 함유할 경우, 즉 0.05 중량% 이상으로 함유할 경우, 융점이 다소 증가되고, 피접합물에 대한 젖음성이 떨어지는 점을 고려하여, Si의 함유량 최적치는 0.001~0.05 미만 중량%이다. However, in the case of containing a large amount of Si, that is, containing 0.05% by weight or more, the melting point is slightly increased, and considering the inferior wettability to the joined object, the optimum content of Si is less than 0.001 to 0.05% by weight. to be.
또한, Co를 다량으로 함유할 경우, 즉, 0.01 중량% 이상으로 함유할 경우, 젖음성이 떨어진다. 그리고, 0.05중량%의 소량의 Si와 더불어 초소량 첨가로도 각각의 월등한 효과를 나타내고 있는 바, Co의 함유량 최적치는 0.001~0.01 미만 중량%이다. In addition, when Co is contained in a large amount, that is, when it is contained in 0.01 weight% or more, wettability is inferior. In addition, with a small amount of 0.05% by weight of Si, even when the addition of a very small amount shows excellent effects, the optimum content of Co is 0.001 to less than 0.01% by weight.
또한, Sn-Ag-Cu 모합금에서 Cu(동)은 약간의 융점을 강하시키며, 접합체의 접합강도를 향상시키고, 0.1중량% 미만으로 첨가할 경우, 상기 효과가 적고 2중량%를 초과하여 첨가할 경우, 융점이 상승되므로, 동의 최적함유량은 0.1~2중량%를 이 고, Ag(은)은 합금의 융점을 강하시키고, 자체독성이 없고, 접합모재의 퍼짐성을 좋게하고, 열피로 특성을 향상시키고, 0.1중량% 미만으로 첨가할 경우, 상기 효과가 적고 4중량% 이상 첨가하면 융점이 상승되므로 은의 최적함유량은 0.1~4.0 중량% 이다. Sn(주석)은 무연 솔더의 필수성분으로서 베이스 메탈로 사용된다. In addition, Cu (copper) in the Sn-Ag-Cu master alloy slightly lowers the melting point, improves the bonding strength of the conjugate, and when added below 0.1% by weight, the effect is small and added in excess of 2% by weight. In this case, the melting point is increased, so the optimum content of copper is 0.1 to 2% by weight, and Ag (silver) lowers the melting point of the alloy, has no self-toxicity, improves the spreadability of the bonded base material, and improves thermal fatigue characteristics. When it is improved and added at less than 0.1% by weight, the above-mentioned effect is small and the addition of 4% by weight or more increases the melting point, so the optimum content of silver is 0.1 to 4.0% by weight. Sn (tin) is used as the base metal as an essential component of lead-free solders.
또한, 본 발명에 따른 무연 솔더 조성물은 Cream, Bar, Wire 형태로 사용될 수 있으며, 무연 솔더 합금에 의해 고착되는 다수개의 전자부품을 포함하는 전자기기로 구현된다. 그리고 상기 전자기기는 컴퓨터, 디지털 비디오 캠코더, 디지털 텔레비젼, 디지털 카메라, 이동통신단말기 등 다양한 제품에 적용가능하다.In addition, the lead-free solder composition according to the present invention can be used in the form of Cream, Bar, Wire, it is implemented by an electronic device including a plurality of electronic components are fixed by the lead-free solder alloy. The electronic device is applicable to various products such as a computer, a digital video camcorder, a digital television, a digital camera, a mobile communication terminal, and the like.
그리고, 본 발명은 무연 솔더 합금에 의해 고착되는 인쇄회로기판으로서, 상기 무연 솔더 합금은 동 0.1~2중량%, 은 0.1~4.0 중량%, 실리콘 0.001~0.05 미만 중량%, 및 주석을 잔부로 포함하는 인쇄회로기판으로 구현된다. 또한 상기 무연 솔더 합금은 코발트 0.001~0.01 미만 중량%를 더 포함하여 이루어진다.In addition, the present invention is a printed circuit board is fixed by a lead-free solder alloy, the lead-free solder alloy is 0.1 to 2% by weight, 0.1 to 4.0% by weight of silver, less than 0.001 to 0.05% by weight of silicon, and tin remaining The printed circuit board is implemented. In addition, the lead-free solder alloy is further comprised of less than 0.001 ~ 0.01 wt% cobalt.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments, and various permutations, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be obvious to him.
상술된 바와 같이, 본 발명에 의하면 Sn-Pb 및 Sn-Ag-Cu에 필적할 수 있는 기계적 특성 및 작업성을 갖고, 주석(Sn), 동(Cu), 은(Ag)으로 이루어진 3원계 조 성물에 실리콘(Si) 또는 실리콘 및 코발트(Co)를 함유시킴으로써, 용융솔더의 산화를 지속적이고 효과적으로 방지할 뿐만 아니라, 초미량의 원소를 첨가함에도 불구하고, 종래의 무연솔더링 온도 및 젖음성을 유지함과 동시에 솔더링 후 변색방지 및 젖음성 향상 및 인쇄회로기판의 동패드 침식방지 등 솔더링 접합성을 향상시킬 수 있는 무연 솔더 조성물과 이를 이용한 전자기기 및 인쇄회로기판을 제공하는 효과를 갖는다.As described above, according to the present invention, it has a mechanical property and workability comparable to Sn-Pb and Sn-Ag-Cu, and is a ternary bath composed of tin (Sn), copper (Cu), and silver (Ag). By incorporating silicon (Si) or silicon and cobalt (Co) into the material, the oxidation of the molten solder is prevented continuously and effectively, and the conventional lead-free soldering temperature and wettability are maintained despite the addition of very small amounts of elements. At the same time, there is an effect of providing a lead-free solder composition and an electronic device and a printed circuit board using the same, which are capable of improving solderability such as discoloration prevention and wettability after soldering and copper pad erosion prevention of a printed circuit board.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060014296 | 2006-02-14 | ||
KR20060014296 | 2006-02-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070082061A true KR20070082061A (en) | 2007-08-20 |
KR100904651B1 KR100904651B1 (en) | 2009-06-25 |
Family
ID=38611796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070015641A KR100904651B1 (en) | 2006-02-14 | 2007-02-14 | Pb free solder Composition for wave and deeping, electronic equipment and PCB with the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100904651B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009022758A1 (en) * | 2007-08-14 | 2009-02-19 | Ecojoin | Pb-free solder compositions and pcb and electronic device using the same |
KR20240045834A (en) | 2022-09-30 | 2024-04-08 | 조선대학교산학협력단 | Soldering materials for SiC based module and the soldering method thereof |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102476249A (en) * | 2010-11-25 | 2012-05-30 | 中国科学院金属研究所 | Sn-Ag-Cu solder resisting atmospheric corrosion |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4144415B2 (en) * | 2003-01-07 | 2008-09-03 | 千住金属工業株式会社 | Lead-free solder |
-
2007
- 2007-02-14 KR KR1020070015641A patent/KR100904651B1/en active IP Right Grant
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009022758A1 (en) * | 2007-08-14 | 2009-02-19 | Ecojoin | Pb-free solder compositions and pcb and electronic device using the same |
KR20240045834A (en) | 2022-09-30 | 2024-04-08 | 조선대학교산학협력단 | Soldering materials for SiC based module and the soldering method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100904651B1 (en) | 2009-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3062956B1 (en) | Lead-free, silver-free solder alloys | |
KR100999331B1 (en) | Lead-free solder alloy | |
US9221131B2 (en) | Solder alloy | |
KR100904651B1 (en) | Pb free solder Composition for wave and deeping, electronic equipment and PCB with the same | |
JP4453473B2 (en) | Lead-free solder alloys, solder materials and solder joints using them | |
KR100904652B1 (en) | Pb free solder Composition for wave and deeping, electronic equipment and PCB with the same | |
KR100904656B1 (en) | Pb free solder Composition for wave and deeping, electronic equipment and PCB with the same | |
JP2008030064A (en) | Lead-free solder alloy | |
KR100887358B1 (en) | Diluent Pb free solder Composition, electronic equipment and PCB with the same | |
KR100814977B1 (en) | Pb free solder Composition for high temperature system, electronic equipment and PCB with the same | |
KR100904653B1 (en) | Pb free solder composition for wave and deeping, electronic equipment and PCB with the same | |
KR100904658B1 (en) | Pb free solder Composition for wave and deeping, electronic equipment and PCB with the same | |
KR100904657B1 (en) | Pb free solder Composition for wave and deeping, electronic equipment and PCB with the same | |
KR100844200B1 (en) | Diluent Pb free solder Composition, electronic equipment and PCB with the same | |
JP2008221330A (en) | Solder alloy | |
KR100887357B1 (en) | Pb free solder Composition for high temperature system, electronic equipment and PCB with the same | |
KR100904654B1 (en) | Pb free solder Composition for wave and deeping, electronic equipment and PCB with the same | |
JP5825265B2 (en) | Soldering method for printed circuit boards | |
JP2004330259A (en) | LEAD-FREE SnCu SOLDER ALLOY | |
KR100443230B1 (en) | Lead-free solder alloy | |
KR100903026B1 (en) | Leed-free alloy for soldering | |
TW202309305A (en) | Solder alloy and solder joint |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130605 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140605 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150624 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160729 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170710 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181017 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190618 Year of fee payment: 11 |