합금원소 첨가에 따른 저온용 Sn-40Bi 솔더의 기계적 물성 평가Mechanical Properties Evaluation of Sn-40Bi Solders by Alloying Elements Addition

소개글

합금원소 첨가에 따른 저온용 Sn-40Bi 솔더의 기계적 물성 평가Mechanical Properties Evaluation of Sn-40Bi Solders by Alloying Elements Addition에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서 론
1.1 솔더링
1.1.1 솔더링의 정의
1.1.2 솔더링의 원리
1.1.3 무연 솔더 합금
1.2.1 Sn-Bi 계
1.2.2 Sn-Ag 계
1.2.3 Sn-In 계
1.3 연구의 목적

2. 이론적 배경
2.1 Based Sn-Bi 에서 합금원소 Cu의 첨가
2.2 Based Sn-Bi에서 Ag의 첨가

3. 실험 방법
3.1 합금설계
3.2 Polishing
3.3 인장 시험 시편 제작
3.4 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)
3.5 인장 시험

4. 실험 및 고찰
4.1 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)를 통한 미세구조 관찰
4.2 인장 시험을 통한 최대 인장강도 및 ductility 비교

5. 참고문헌

본문내용

게 되기 때문인 것으로 판단되어진다. 마지막으로 0.2 wt%의 In을 첨가한 Fig. 13에서는 석출물이 넓게 분포되어 고용강화되어진 것으로 판단되는데 강도 값의 증가는 기대되지만 본 실험의 궁극적인 목표인 ductility 향상은 기대하기 어려울 것으로 판단된다. 이는 이론적으로 고용강화(solid solution hardening)는 일반적으로 ductility의 감소를 확인해볼 수 있는 결과이다.
Fig. 9. Element mapping image
in the Sn-40Bi alloy obtained using EPMA
Fig. 10. Element mapping image
in the Sn-40Bi-0.5Ag alloy obtained using EPMA
Fig. 11. Element mapping image
in the Sn-40Bi-0.2Mn alloy obtained using EPMA
Fig. 12. Element mapping image
in the Sn-40Bi-0.1Cu alloy obtained using EPMA
Fig. 13. Element mapping image
in the Sn-40Bi-0.2In alloy obtained using EPMA
4.2 인장 시험을 통한 최대 인장강도 및 ductility 비교
인장 시험을 통하여 각 조성별 솔더 합금의 기계적 성질을 평가하였다. 앞선 연구 결과에 따르면 Sn-40Bi 합금에 0.1Cu 첨가 시 ductility 면에서 우수한 특성을 보였다. 이에 따라 본 인장 실험 결과에서는 Sn-40Bi 와 Sn-40Bi-0.1Cu를 통해 각 조성별 솔더 합금이 비교 평가되었다.
우선 각 strain rate 별로 시편들의 S-S curve(Fig. 14∼16)를 측정하고 각 조건에서의 ductility를 비교하였는데, 이를 각 솔더 조성별로 기존 문헌에서 가장 좋은 ductility를 나타내는 Sn-40Bi 조성과 0.1wt% Cu 첨가 조건을 기준 데이터로 판단하여 서로 비교해 보았다.
특이한 점을 살펴보면 우선 Fig. 17(a)에서는 Mn을 첨가하였는데 느린 strain rate에서는 강도가 첨가량에 따라 별 차이 없었으나 빠른 strain rate에서는 Mn의 첨가량이 증가함으로서 강도도 증가함을 관찰할 수 있었다. Fig. 17(b)에서는 Mn이 위의 결과와 같이 강도도 증가하였고 연성도 증가하였음을 관찰할 수 있었으며 차후 다른 환경에서의 실험이 기대된다. Fig. 17(e),(f)에서는 기존 문헌에서와는 상이하게 Ag가 0.5 wt% 첨가 시 0.1 wt% Cu보다 ductility가 우수하게 나온 점을 관찰할 수 있었다.
Fig. 14. Strain - Stress curve at strain rate of 10-2/sec
Fig. 15. Strain - Stress curve at strain rate of 10-3/sec
Fig. 16. Strain - Stress curve at strain rate of 10-4/sec
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Fig. 17. Comparison of ultimate tensile strength;
(a) Sn-40Bi-0.1Mn, (b) Sn-40Bi-0.2Mn,
(c) Sn-40Bi-0.1In, (d) Sn-40Bi-0.2In,
(e) Sn-40Bi-0.25Ag, and
(f) Sn-40Bi-0.5Ag.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Fig. 18. Comparison of elongation;
(a) Sn-40Bi-0.1Mn, (b) Sn-40Bi-0.2Mn,
(c) Sn-40Bi-0.1In, (d) Sn-40Bi-0.2In,
(e) Sn-40Bi-0.25Ag, and (f) Sn-40Bi-0.5Ag.
5. 참고문헌
1. J. M. Yoon : Mechanical properties of Sn-Bi-Ag Lead-free Solder, Department of Materials Science and Engineering(1996)
2. 이창배 : Sn-Bi 및 Sn-3.5Ag계 솔더의 젖음성 및 계면 반응에 관한 연구: 성균관대학교 대학원(1999).
3. 이왕주 : 저온솔더를 이용한 무연솔더 접합부의 보드레벨 신뢰성에 대한 연구 .한양대학교 대학원(2004).
4. M. McCORMACK*, H.S. CHEN, G.W. KAMMLOTT, and S. JIN : Significantly Improved of Bi-Sn Solder Alloys Mechanical Properties by Ag-Doping, Journal of Electronic Materials, VoI. 26, No. 8, (1997).
5. Fay Hua, Zequn Mei, Judy Glazer, and Ayn Lavagnino : Eutectic Sn-Bi as an Alternative Pb-Free Solder,
6. F, Hua, Z. Mei and J. Glazer : “Eutectic Sn-Bi as
Alternative to the Pb-free solders” 48th Electronic
Components and Technology Conference, 1998, pp. 277-283
7. Hisaaki Takao , Akira Tamada, Gideo Gasegawa : Mechanical Properties and Solder Joint Reliability of Low-Melting Sn-Bi-Cu Lead Free Solder Alloy, R&D review of Toyota CRDL Vol.39 No.2 p.49-56 (2005)
8. Official J. of the European Union, 45-C90E(2002).
9. 강정윤 : Pb Free Solder 개발에 대한 연구동향Withdrawal Force Curve of the Wetting, IEEE, Trans. Component and Packaging Technology, Vol. 22, No. 3(1999).

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