비스므스 솔더 합금에 증가하는 관심: 비스므스 록!

최근 비스므스 솔더 합금에 대해서 들어본 적이 없다면, 가까운 미래에 변화가 있을 것입니다.

저 용해 비스므스 솔더는 지금 사용이 증가하고 있고—58Bi/42Sn 는 공융 온도138°C 이고  57Bi/42Sn/1Ag 는 137-139°C 녹는 (둘 다 무연 대체재입니다) 보다 낮은 용해 온도로 인기가 높아지고 있습니다.

저온 솔더는 저온 공정 요구 사항이 열손실과 전반적인 비용을 감소시키기 때문에 높은 융해 온도 합금에서 장점이 있습니다.

얇은 층으로 갈라지는 박리층 또는 “팝콘 현상” 등과 같은 불량이 저온 솔더를 사용하여 최소화 되거나 제거될 수 있습니다.

박리 또는 팝콘 현상 오류 모드는 습기에 민감한 장치 (MSDs)가 플라스틱 요소에 분산된 습기가 열로 인해 급속히 팽창할 때 발생합니다.

이러한 저온 합금은 또한 온도 민감 요소, 스텝 솔더링 공정, 또는 재작업에 사용하는데 장점이 있습니다.

대부분 솔더의 기본 금속은 주석이고 232oC에서 녹습니다.

많은 합금 요소가 합금의 융해 온도를 낮추기 위해서 사용됩니다.

갈륨, 인듐, 비스므스 및 카드뮴은 솔더 합금의 융해 온도를 감소하는데 효과적입니다.

그러나 카드뮴은 독성 때문에 종종 고려되지 않습니다.

갈륨 함유 합금은 일반적으로 실온 또는 약간 그 이상인 온도에서 액상선 때문에 실질적이지 않습니다.

이러한 이유로 합금에 있어서 비스므스 및 인듐이 저온 주석 기반 솔더 합금에 적합합니다.

인듐 및 비스므스 둘 다 독특한 물리적 속성을 제공합니다.

BiSnAg 합금은 표준 틴 리드 솔더보다 (Sn63/Pb37 또는 Sn63 공융 - 183°C 낮은 융해 온도를 갖는 반면, 마감된 제품 들의 작동 온도를 견디기 위한 경우들에서 충분히 높습니다.

추가로 기계적인 속성은 Sn63과 유사하지만, 이 솔더 합금에는 납이 포함되어 있지 않습니다.

합금은 137-139°C거의 공융됩니다.  20-40°C 의 리플로우 온도 액상선 이상이 일반적으로 권장되기 때문에 BiSnAg 합금은 여전히 대략 180°C의 최대 리플로우 공정 온도만을 요구합니다. Sn63 어셈블리는 일반적으로205-215°C을 요구하며 (또는 리플로우가 무연 BGAs - 225-230°C인 경우 그 이상), 공정 온도 240-245°C 가 무연 어셈블리에 일반적입니다.

HP가 수행한 작업 (bisnag_strength_and_fatigue___hp.pdf) 층밀림 세기 전단 강도, 크리프 저항, 내피로성, 및 다른 기계적인 시험에서 BiSnAg 가 90°C 까지 합리적인 강도를 포함한, 대부분의 조건하에서 속성 도달 또는 Sn63을 능가하는 것을 보여줍니다.

비스므스 함유 합금에 실제 우려 사항들이 약간 있습니다.

주된 우려사항의 하나는 비스므스가 상당히 취약해 지는 경향이 있고 두 번째로, 납이 존재하는 애플리케이션에 사용된 경우 낮은 공융이 96°C 에서 형성될 수 있습니다. 낮은 공융의 형성은 업계가 처음에 무연 도장으로 전환되었을 때; 대부분의 어셈블리들이 단지 부분적으로 무연이고 납 오염이 정말 문제가 되었을 때 주된 우려사항입니다. 

전환이 진행됨에 따라, 이 상황은 훨씬 덜 문제가 됩니다; 오늘날 비스므스 함유 물질가 더 실행 가능한 옵션입니다.

여기서 대부분의 초점은 BiSnAg 구성요소이며, 왜냐하면 초기 HP는 BiSn 공융 합금의 열 피로 주기에 증가된 안티젠 (또는 Au의 작은 추가가 관찰되었기 때문입니다.

 -25°에서75°C (BiSnAg)에서 모든 어셈블리들이 7,000 열주기에 생존하고 실제로 Sn63를 능가했습니다..

BiSnAg 열피로는 Sn63에 비교할 수 있거나 우수합니다 (심지어 0-100°C 범위에서 및 Pb 오염이 없음).

HP는 안티젠이 입자 크기를 감소시키고 미세구조를 안정화시켰을 수도 있다고 제안했습니다; 더 정밀한 미세구조가 일반적으로 더 나은 기계 속성을 위해서 이상적입니다. (bisnag_low_temperature_solder_hp.pdf).

다음 게시물에 SMT 공정에서 BiSnAg 합금을 사용했을 때 고려할 수 있는 일부 정보를 요약하여 공유해 드리겠습니다.