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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정재필
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수18
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솔더링은 모든 전자 제품 조립에 있어 기본적인 접합 기술로, 최신 기술의 구현을 위하여 최첨단 전자 부품 접합에도 필수적으로 사용되는 공정이다. 솔더링의 주재료인 솔더 중에서는 Sn-Pb계의 유연솔더가 솔더링성이 우수하며 전자부품 실장에 적합한 재료로서 오랜 시간 사용되어 왔다. 그러나 납의 유해성으로 인한 사용 규제에 따라 납을 포함하지 않은 무연솔더의 개발이 요구되고 있다.
무연솔더로써 현재까지 Sn-Ag계, Sn-Bi계, Sn-Cu계, Sn-Zn계, Sn-Ag-Cu계, Sn-In계 솔더 등 다양한 조성의 합금들이 개발되었다. 여기에 더 우수한 금속학적, 기계적, 열적 특성을 가지는 솔더를 개발하기 위한 방법으로 나노입자를 복합한 형태의 솔더합금을 제조하기도 한다.
본 연구는 무연솔더 중에서 저온의 융점을 가지면서 인장강도가 뛰어난 Sn-Bi계 솔더에 나노입자를 첨가하여 단점인 취성을 보완하고 연성이 향상된 나노복합솔더의 개발에 관한 것이다.
나노복합솔더는 Sn-57.6Bi-0.4Ag 솔더 합금에 Ta2O5 나노입자를 0.05 wt%, 0.15 wt%, 0.3 wt%. 0.6 wt%의 비율로 첨가하여 제조하였으며 개발된 나노복합솔더는 우수한 젖음성과, 저온의 융점, 높은 연신율의 특성을 가진다.
나노복합솔더의 금속학적, 기계적 특성을 조사하기 위하여 시차 주사 열량계(Differential Scanning Calorimetry, DSC)를 통해 융점을 측정하고 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 미세구조를 관찰하였다. 솔더링성의 평가를 위해 젖음력을 측정하고 만능재료 시험기를 통해 인장강도와 연신율과 같은 기계적 특성을 확인하였다. 개발된 나노복합솔더의 융점은 기존의 Sn-Bi계 솔더의 융점인 139℃보다 1~2℃ 정도로 미세하게 감소하였다. 미세구조는 Ta2O5의 첨가량이 증가할수록 β-Sn상의 크기가 작아지며 전체 β-Sn상의 영역이 감소하였으며 나노입자의 첨가로 솔더의 미세구조가 미세해지는 것을 확인하였다. 나노입자로 복합 강화된 솔더의 젖음력 또한 나노입자를 첨가하지 않은 솔더에 비하여 0.46 mN 더 향상되었으며 인장강도와 연신율 또한 나노입자의 첨가를 통해 성능이 개선되는 경향을 보였다. 특히 연신율의 경우 나노입자를 첨가하지 않은 솔더에 비하여 최대 90% 향상되었다. 개발된 솔더합금으로 유연인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)에 1608 LED chip을 실장하고 결함, 저항, 전단강도를 측정하여 접합 특성 및 전기적 특성을 알아보았다. 나노입자가 첨가로 접합부의 결함이 감소하고 전단강도가 증가하여 접합 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 전기적 특성 평가를 위한 저항 측정 실험에서는 나노입자가 첨가된 솔더합금으로 실장한 접합부의 저항값이 기존 솔더합금과 미세한 차이만을 보여 나노입자의 첨가가 솔더합금의 전기적 특성에 영향을 주지 않음을 확인하였다.
무연솔더로써 현재까지 Sn-Ag계, Sn-Bi계, Sn-Cu계, Sn-Zn계, Sn-Ag-Cu계, Sn-In계 솔더 등 다양한 조성의 합금들이 개발되었다. 여기에 더 우수한 금속학적, 기계적, 열적 특성을 가지는 솔더를 개발하기 위한 방법으로 나노입자를 복합한 형태의 솔더합금을 제조하기도 한다.
본 연구는 무연솔더 중에서 저온의 융점을 가지면서 인장강도가 뛰어난 Sn-Bi계 솔더에 나노입자를 첨가하여 단점인 취성을 보완하고 연성이 향상된 나노복합솔더의 개발에 관한 것이다.
나노복합솔더는 Sn-57.6Bi-0.4Ag 솔더 합금에 Ta2O5 나노입자를 0.05 wt%, 0.15 wt%, 0.3 wt%. 0.6 wt%의 비율로 첨가하여 제조하였으며 개발된 나노복합솔더는 우수한 젖음성과, 저온의 융점, 높은 연신율의 특성을 가진다.
나노복합솔더의 금속학적, 기계적 특성을 조사하기 위하여 시차 주사 열량계(Differential Scanning Calorimetry, DSC)를 통해 융점을 측정하고 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 미세구조를 관찰하였다. 솔더링성의 평가를 위해 젖음력을 측정하고 만능재료 시험기를 통해 인장강도와 연신율과 같은 기계적 특성을 확인하였다. 개발된 나노복합솔더의 융점은 기존의 Sn-Bi계 솔더의 융점인 139℃보다 1~2℃ 정도로 미세하게 감소하였다. 미세구조는 Ta2O5의 첨가량이 증가할수록 β-Sn상의 크기가 작아지며 전체 β-Sn상의 영역이 감소하였으며 나노입자의 첨가로 솔더의 미세구조가 미세해지는 것을 확인하였다. 나노입자로 복합 강화된 솔더의 젖음력 또한 나노입자를 첨가하지 않은 솔더에 비하여 0.46 mN 더 향상되었으며 인장강도와 연신율 또한 나노입자의 첨가를 통해 성능이 개선되는 경향을 보였다. 특히 연신율의 경우 나노입자를 첨가하지 않은 솔더에 비하여 최대 90% 향상되었다. 개발된 솔더합금으로 유연인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)에 1608 LED chip을 실장하고 결함, 저항, 전단강도를 측정하여 접합 특성 및 전기적 특성을 알아보았다. 나노입자가 첨가로 접합부의 결함이 감소하고 전단강도가 증가하여 접합 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 전기적 특성 평가를 위한 저항 측정 실험에서는 나노입자가 첨가된 솔더합금으로 실장한 접합부의 저항값이 기존 솔더합금과 미세한 차이만을 보여 나노입자의 첨가가 솔더합금의 전기적 특성에 영향을 주지 않음을 확인하였다.
목차
제 1 장 서론 1제 2 장 이론적 배경 52.1. 솔더링 52.1.1. 젖음성 62.1.2. 확산과 금속간화합물의 생성 82.1.3. 플럭스 92.2. 무연솔더 112.2.1. 납의 사용 규제 112.2.2. 무연솔더의 종류 및 특징 112.3. 저온솔더 132.4. 나노물질 복합을 통한 솔더의 강화 16제 3 장 실험 방법 193.1. 나노복합솔더 페이스트의 제조 193.2. 나노복합솔더의 성능 평가 213.2.1. 융점 측정 시험 213.2.2. 젖음력 측정 시험 223.3. 나노복합솔더의 금속학적 특성 평가 243.3.1. 미세구조 관찰 243.4. 나노복합솔더의 기계적 특성 평가 253.4.1. 인장강도 측정 시험 253.4.2. 연신율 측정 시험 253.5. 나노복합솔더의 접합 특성 평가 273.5.1. 결함 측정 시험 273.5.2. 전단강도 측정 시험 283.6. 나노복합솔더의 전기적 특성 평가 303.6.1. 저항 측정 실험 30제 4 장 결과 및 고찰 314.1. 나노복합솔더의 성능 평가 314.1.1. 융점 측정 결과 324.1.2. 젖음력 측정 결과 354.2. 나노복합솔더의 금속학적 특성 평가 434.2.1. 미세구조 분석 434.3. 나노복합솔더의 기계적 특성 평가 454.3.1. 인장강도 측정 결과 454.3.2. 연신율 측정 결과 494.4. 나노복합솔더의 접합 특성 평가 554.4.1. 결함 측정 결과 554.4.2. 전단강도 측정 결과 584.5. 나노복합솔더의 전기적 특성 평가 634.5.1. 저항 측정 결과 63제 5 장 결론 65참고문헌 68Abstract 75
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