솔더링 공정은 전자 시대가 시작된 이래로 모든 전자 제품을 조립하는데 있어 기본적인 기술이다. 기존에 사용 된 Sn-Pb계 솔더는 인체 유해성과 환경오염 문제로 인하여 RoHS(restriction of the use of hazardous substance), WEEE(waste electrical and electronic equipment), ELV(...
솔더링 공정은 전자 시대가 시작된 이래로 모든 전자 제품을 조립하는데 있어 기본적인 기술이다. 기존에 사용 된 Sn-Pb계 솔더는 인체 유해성과 환경오염 문제로 인하여 RoHS(restriction of the use of hazardous substance), WEEE(waste electrical and electronic equipment), ELV(end of life vehicles) 등의 규제가 발의됨에 따라, 무연솔더(Pb-free solder)의 적용이 진행되고 있다. 현대 기술이 발전함에 따라 더욱 우수한 기계적, 전기적 특성 등 다양해지는 요건들을 만족시킬 수 있는 조성을 가진 솔더의 개발이 필요하다. 납이 함유되지 않은 Sn계 무연솔더 대체품으로는 Sn-Ag계, Sn-Zn계, Sn-Cu계, Sn-Ag-Cu계, Sn-Ag-Bi-In계, Sn-Bi계 등으로 조성된 솔더들이 있지만 더욱 우수한 전기적, 열적·기계적 특성을 가지는 솔더를 형성하기 위해 지속적인 연구와 개발이 필요하다. 우수한 품질의 솔더의 개발을 위한 방법 중 한 가지는 솔더 합금에 나노 입자를 첨가하는 것이다. 본 연구는 나노 입자로 보강된 무연솔더 합금 조성물 및 제조방법에 관한 것이다. 나노복합솔더의 조성은 Sn-Bi 솔더 합금에 SnO2 나노입자를 0.1wt%, 0.3wt%, 0.5wt%, 0.7wt% 비율로 첨가하여 Sn-Bi-xSnO2 솔더를 제조하였다. 개발 된 솔더는 독성이 없으며 우수한 퍼짐성, 젖음성 및 기계적 특성을 가지고 있다. 나노입자로 보강된 솔더의 특성평가는 주사 전자 현미경(SEM)으로 미세구조를 분석하였으며, 시차 주사 열량계(DSC)로 융점을 측정하였고, 솔더링성 평가를 위해 퍼짐성과 젖음성 시험, 기계적 특성 평가인 인장시험 및 미세경도시험을 실시하였다. 미세구조 분석결과 SnO2 나노입자의 첨가량이 증가할수록 β-Sn phase의 크기가 감소하여 나노입자가 상(phase) 미세화 효과를 향상시키는 것을 확인하였다. 융점 측정 결과 Sn-Bi 솔더에 SnO2 나노입자의 함량이 증가할수록 조금씩 감소하는 경향을 보였다. 또한, SnO2 나노입자의 첨가량이 증가할수록 영점시간이 감소하였고, 퍼짐성이 증가하여 우수한 젖음성과 퍼짐성을 갖는 것을 확인하였다. 인장강도, 연신율, 미세경도 측정 결과, SnO2 나노입자 함량이 0.5wt% 까지 높아질수록 물성이 증가하는 경향을 보이다가 0.7wt%로 과도하게 첨가된 경우에는 인장강도와 미세경도의 값이 다시 감소하는 것이 확인 되었다. 연신율은 SnO2 나노 입자가 증가함에 따라 계속 증가하였다.
솔더링 공정은 전자 시대가 시작된 이래로 모든 전자 제품을 조립하는데 있어 기본적인 기술이다. 기존에 사용 된 Sn-Pb계 솔더는 인체 유해성과 환경오염 문제로 인하여 RoHS(restriction of the use of hazardous substance), WEEE(waste electrical and electronic equipment), ELV(end of life vehicles) 등의 규제가 발의됨에 따라, 무연솔더(Pb-free solder)의 적용이 진행되고 있다. 현대 기술이 발전함에 따라 더욱 우수한 기계적, 전기적 특성 등 다양해지는 요건들을 만족시킬 수 있는 조성을 가진 솔더의 개발이 필요하다. 납이 함유되지 않은 Sn계 무연솔더 대체품으로는 Sn-Ag계, Sn-Zn계, Sn-Cu계, Sn-Ag-Cu계, Sn-Ag-Bi-In계, Sn-Bi계 등으로 조성된 솔더들이 있지만 더욱 우수한 전기적, 열적·기계적 특성을 가지는 솔더를 형성하기 위해 지속적인 연구와 개발이 필요하다. 우수한 품질의 솔더의 개발을 위한 방법 중 한 가지는 솔더 합금에 나노 입자를 첨가하는 것이다. 본 연구는 나노 입자로 보강된 무연솔더 합금 조성물 및 제조방법에 관한 것이다. 나노복합솔더의 조성은 Sn-Bi 솔더 합금에 SnO2 나노입자를 0.1wt%, 0.3wt%, 0.5wt%, 0.7wt% 비율로 첨가하여 Sn-Bi-xSnO2 솔더를 제조하였다. 개발 된 솔더는 독성이 없으며 우수한 퍼짐성, 젖음성 및 기계적 특성을 가지고 있다. 나노입자로 보강된 솔더의 특성평가는 주사 전자 현미경(SEM)으로 미세구조를 분석하였으며, 시차 주사 열량계(DSC)로 융점을 측정하였고, 솔더링성 평가를 위해 퍼짐성과 젖음성 시험, 기계적 특성 평가인 인장시험 및 미세경도시험을 실시하였다. 미세구조 분석결과 SnO2 나노입자의 첨가량이 증가할수록 β-Sn phase의 크기가 감소하여 나노입자가 상(phase) 미세화 효과를 향상시키는 것을 확인하였다. 융점 측정 결과 Sn-Bi 솔더에 SnO2 나노입자의 함량이 증가할수록 조금씩 감소하는 경향을 보였다. 또한, SnO2 나노입자의 첨가량이 증가할수록 영점시간이 감소하였고, 퍼짐성이 증가하여 우수한 젖음성과 퍼짐성을 갖는 것을 확인하였다. 인장강도, 연신율, 미세경도 측정 결과, SnO2 나노입자 함량이 0.5wt% 까지 높아질수록 물성이 증가하는 경향을 보이다가 0.7wt%로 과도하게 첨가된 경우에는 인장강도와 미세경도의 값이 다시 감소하는 것이 확인 되었다. 연신율은 SnO2 나노 입자가 증가함에 따라 계속 증가하였다.
Soldering plays a fundamental role in assembling all electronic products since the beginning of the electronic era. The implementation of RoHS(restriction of the use of hazardous substance) and WEEE(waste electrical and electronic equipment) and ELV(end of life vehicles) regulations forced the indus...
Soldering plays a fundamental role in assembling all electronic products since the beginning of the electronic era. The implementation of RoHS(restriction of the use of hazardous substance) and WEEE(waste electrical and electronic equipment) and ELV(end of life vehicles) regulations forced the industries to look beyond well-established Sn-Pb solders. Modern technology requires the development of a solder with a compositions that can satisfy various requirements such as better mechanical and electrical characteristics. Though Sn-Ag, Sn-Zn, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Bi-In, and Sn-Bi solders are identified as the potential candidates for replacing Sn-Pb lead free solders, the need for continuous upgradation in electrical, thermal and mechanical properties still remain to achieve reliable joints. One practical way to achieve desirable properties is to incorporate second phase nanoparticles to the solder alloy. The present work aims the fabrication of nanoparticle reinforced Pb-free solder alloy. The Sn-Bi-xSnO2 solder with varying SnO2 compositions 0.1wt%, 0.3wt%, 0.5wt% and 0.7wt% are fabricated. The as developed solder is free of toxicity and have excellent spreadability, wettability and mechanical properties. The solder have been characterized using Scanning electron microscopy(SEM) for microstructure, differential scanning calorimetry(DSC) for melting temperature, wetting test(Meniscograph) and Spreading test (JIS-Z-3197) for solderability and tensile test and microhardness test for mechanical property. Microstructure analysis shows the decrease in the size of β-Sn phase with increase in the amount of SnO2 nanoparticles thus confirming the phase refinement effect. DSC shows slight decrease in melting point of Sn-Bi solder with increasing the SnO2 nanoparticle addition. Furthermore, addition of SnO2 nanoparticles were beneficial for spreading and wetting properties as well, as increase in nanoparticle addition decreases the zero cross time and increases the spreading ratio. The addition of SnO2 nanoparticles are beneficial up to 0.5wt% for the microhardness and tensile strength as the further addition decreases the tensile strength of Sn-Bi solder. The elongations continues to increase with increasing SnO2 addition.
Soldering plays a fundamental role in assembling all electronic products since the beginning of the electronic era. The implementation of RoHS(restriction of the use of hazardous substance) and WEEE(waste electrical and electronic equipment) and ELV(end of life vehicles) regulations forced the industries to look beyond well-established Sn-Pb solders. Modern technology requires the development of a solder with a compositions that can satisfy various requirements such as better mechanical and electrical characteristics. Though Sn-Ag, Sn-Zn, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Bi-In, and Sn-Bi solders are identified as the potential candidates for replacing Sn-Pb lead free solders, the need for continuous upgradation in electrical, thermal and mechanical properties still remain to achieve reliable joints. One practical way to achieve desirable properties is to incorporate second phase nanoparticles to the solder alloy. The present work aims the fabrication of nanoparticle reinforced Pb-free solder alloy. The Sn-Bi-xSnO2 solder with varying SnO2 compositions 0.1wt%, 0.3wt%, 0.5wt% and 0.7wt% are fabricated. The as developed solder is free of toxicity and have excellent spreadability, wettability and mechanical properties. The solder have been characterized using Scanning electron microscopy(SEM) for microstructure, differential scanning calorimetry(DSC) for melting temperature, wetting test(Meniscograph) and Spreading test (JIS-Z-3197) for solderability and tensile test and microhardness test for mechanical property. Microstructure analysis shows the decrease in the size of β-Sn phase with increase in the amount of SnO2 nanoparticles thus confirming the phase refinement effect. DSC shows slight decrease in melting point of Sn-Bi solder with increasing the SnO2 nanoparticle addition. Furthermore, addition of SnO2 nanoparticles were beneficial for spreading and wetting properties as well, as increase in nanoparticle addition decreases the zero cross time and increases the spreading ratio. The addition of SnO2 nanoparticles are beneficial up to 0.5wt% for the microhardness and tensile strength as the further addition decreases the tensile strength of Sn-Bi solder. The elongations continues to increase with increasing SnO2 addition.
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