솔더 페이스트 document_id A220623109037

전자 기기는, 전자 부품을 프린트 기판 등의 회로 상에 배치하여 특정한 기능을 갖게 한 것으로, 전자 부품과 프린트 기판 등의 회로 접합에는 낮은 온도에서 접합할 수 있고, 저렴하고, 접합 신뢰성도 높아서, 예로부터 땜납이 사용되어 왔다. 또한 전자 기기에 사용되는 전자 부품에는, 부품 리드 등의 프린트 기판에 접합시킬 단자가 필요하여, 부품 본래의 기능을 완수하는 부품 소자와 부품 리드 등의 단자를 전자 부품 내부에서 접합시키는 지점에도 땜납이 사용되고 있다. 전자 기기의 납땜에 사용하는 땜납 합금은, Sn 과 Pb 의 땜납 합금 중에서도 용융 온도가 낮은 Sn 60％ 근방의 땜납 합금이 사용되고 있다. 특히 Sn63-Pb37 의 조성은, 고상선 온도와 액상선 온도가 183℃ 로 동일하기 때문에 땜납 냉각시의 크랙 발생이 적고, Sn 과 Pb 의 땜납 합금 중에서도 가장 용융 온도가 낮기 때문에, 전자 부품에 대한 열에 의한 손상이 적어, 일반적으로 땜납이라고 하면 Sn63-Pb37 땜납 합금을 가리킬 정도로 널리 사용되고 있다. 그에 대해, 전자 부품의 내부 접합용으로 Sn63-Pb37 땜납 합금을 사용하면, 전자 기기를 제조하기 위한 가열에 의해, 전자 부품 내부에서 땜납이 용출되어 쇼트되거나, 땜납으로 접합한 부품 소자와 리드가 떨어져, 전자 부품으로서의 기능을 완수할 수 없게 된다. 그 때문에 전자 부품의 내부 접합용 땜납은, Sn63-Pb37 땜납 합금보다 용융 온도가 높은 땜납이 사용되고 있다. 이들 땜납 합금은, 프린트 기판의 납땜에 사용되는 Sn63-Pb37 등의 땜납과 비교하여 용융 온도가 높기 때문에, 고온 땜납이라고 불리고 있다. 전자 부품의 내부 접합용으로 사용되는 고온 땜납의 조성은, Pb-10Sn (고상선 온도 268℃, 액상선 온도 302℃), Pb-5Sn (고상선 온도 307℃, 액상선 온도 313℃), Pb-2Ag-8Sn (고상선 온도 275℃, 액상선 온도 346℃), Pb-5Ag (고상선 온도 304℃, 액상선 온도 365℃) 등이 있고, 주로 Pb 가 주성분으로 되어 있다. 이들 고온 땜납은 고상선 온도가 260℃ 이상이기 때문에, 프린트 기판의 납땜에 사용하는 Sn63-Pb37 공정 (共晶) 땜납을 사용한 납땜 온도가 조금 높은 230℃ 로 되어도, Pb-10Sn 등의 고온 땜납으로 납땜한 전자 부품 내부의 납땜부는, 프린트 기판의 납땜시에 용융되는 경우가 없다. 전자 부품의 내부 접합에 사용하는 납땜은, 그 접합 부분이 미세하기 때문에 미세한 납땜이 가능한 리플로우 솔더링으로 실시되고 있다. 솔더 페이스트를 납땜부에 부착시키는 방법으로는, 인쇄하여 도포하는 방법, 디스펜서를 사용하여 솔더 페이스트를 토출하는 방법, 전사 핀에 솔더 페이스트를 부착하여 전사하는 방법 등이 있다. 리플로우 솔더링에 사용되는 솔더 페이스트는, 땜납 분말과 납땜용의 플럭스를 혼화한 것으로, 전자 부품의 소형화에 수반하여 솔더 페이스트에 사용되는 땜납 분말도 미세한 분말이 사용되도록 되고 있다. 이들 미세한 땜납 분말은 분말 표면이 산화되기 쉬워, 분말 표면이 청정한 땜납 분말이 필요하게 되었다. 그런데, 땜납을 사용하여 납땜된 전자 기기가 고장나거나, 낡아서 사용하기가 나빠진 경우, 수리하거나 무리해서 사용하지 않고 폐기 처분되었다. 전자 기기를 폐기 처분하는 경우, 전자 기기를 구성하는 플라스틱, 유리, 금속 등은 회수하여 재사용하는 경우가 있지만, 프린트 기판은 수지부에 동박이 접착되고, 그 동박에 땜납이 부착되어 있어, 이들을 분리 회수하여 재사용하기가 곤란하기 때문에, 세밀하게 파쇄하여 묻거나, 그대로 매립 처분되었던 것이다. 최근 화석 연료가 다용됨으로써 지상으로 쏟아지는 비는 산성비가 되었고, 그 산성비가 땅 속으로 침투하여 매립 처분된 프린트 기판에 접촉하면, 땜납 중의 Pb 성분을 용출시키고, Pb 성분을 함유한 산성비가 더욱 땅 속 깊이 침투하여 지하수에 혼입된다. 그리고 Pb 성분을 함유한 지하수를 장기간에 걸쳐 인류가 음용하면, Pb 성분이 체내에 축적되어, 결국에는 Pb 중독을 일으킨다고 알려져 있다. 그 때문에 현재, 세계적 규모로 Pb 의 사용이 규제되도록 되고 있고, 당연히 종래의 납땜에서 사용되어 온 Pb-Sn 의 고온 땜납이나 Pb-Sn 의 공정 땜납도 규제의 대상이 되고 있다. 이와 같이 Pb-Sn 땜납의 사용이 규제되도록 되어 있기 때문에, 현재는 Pb 를 전혀 함유하지 않은 Pb 프리 땜납의 사용이 추장되게 되었다. Pb 프리 땜납이란, Sn, Ag, Sb, Cu, Zn, Bi, h, Ni, Cr, Fe, P, Ge, Ga 등의 원소를 2 종 이상 조합한 것이다. 2 원계의 Pb 프리 땜납으로는, Sn-3.5Ag (공정 온도 221℃), Sn-5Sb (공정 온도 240℃), Sn-0.75Cu (공정 온도 227℃), Sn-58Bi (공정 온도 139℃), Sn-52In (공정 온도 117℃) 등이 있고, 3 원계 혹은 그 이상의 다원계로는 상기 원소를 조합하여 융점이나 기계적 특성의 개선을 도모한 것이 있다. 현재, 많이 사용되고 있는 Pb 프리 땜납으로는 Sn-3Ag-0.5Cu (고상선 온도 217℃, 액상선 온도 220℃), Sn-8Zn-3Bi (고상선 온도 190℃, 액상선 온도 197℃), Sn-2.5Ag-0.5Cu-1Bi (고상선 온도 214℃, 액상선 온도 221℃) 등이다. 이들 납 프리 땜납은, 종래의 Sn63-Pb37 땜납 합금과 비교하여 약 40℃ 가까이 땜납 합금의 용융 온도가 높아져 있다. 그러나 Pb 규제에 의해 최초의 납땜에 고온의 Pb 프리 땜납을 사용하고자 생각하여도, Sn 주성분으로 고상선 온도가 260℃ 이상인 고온 땜납은 없었다. 예를 들어 고상선 온도 (공정 온도) 가 221℃ 인 Sn-Ag 계나 고상선 온도 227℃ 의 Sn-Sb 계에 있어서, Ag 를 늘려 가도 액상선 온도는 오르지만, 고상선 온도는 오르지 않는다. Sn-Sb 계는 Sb 를 극단적으로 늘린 경우에는, 액상선 온도도 극단적으로 오른다. 이것들에 다른 원소를 첨가하여도 고상 온도도 높아져, 이 특성을 바꿀 수는 없다. Pb 프리 땜납은 전자 부품의 내부 접합용 고온 땜납으로서 사용 불가능한 것으로 생각되었다. 또한 전자 부품의 내부 접합용 고온 땜납으로서, Zn, Al, Ge 에 Sn 및 In 을 첨가한 고온 땜납이나 Zn, Al, Ge, Mg 에 Sn 및 In 을 첨가한 고온 땝납도 개시되어 있다. 이들 고온 땜납은, 젖음성이 나쁜 Zn, Al, Mg 등을 함유하고 있으므로 전자 부품에 사용되기에는 적합하지 않았다. 이들 종래의 고온 땜납은 용융됨으로써 단일의 조성이 되는 것이지만, 단일 조성으로 용융시키지 않고 금속간 화합물에 의해 접합되는 고온 땜납으로서 일본 공개특허공보 2002-254194 가 개시되어 있다. 특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2002-254194호