72. 주석 및 주석합금도금-3

 

 

1. 주석 합금도금

주석합금도금은 종래는 주석-납도금이 저온에서 납땜이 용이하며 휘스커의 방지도 되어 주석합금도금의 주류였으나 RoHS의 환경규제로 납의 사용을 금지하는 법령에 따라 이 도금액은 인체와 접촉하는 부품에는 사용을 금하고 있어서 많은 양이 Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Bi 또는 Sn-Ag-Cu 합금도금으로 전환 되었다.

이 이유는 순수 주석도금은 휘스커 발생의 가능성이 크므로, 비교적 용융점이 주석-납합금에 근접하고, 합금도금이 가능하기 때문이다.

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<출처 : 써테크>

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2. 솔더(땜납)도금(Solder plating)

솔더의 성분인 납과 주석의 표준단극전위를 비교해 보면 양자 간에 경우 0.01V의 차이가 있을 뿐이다.

납의 표준전위는 -0.126V, 주석은 -0.136V로 이들 2종의 금속간의 표준단극전위의 차이는 거의 없으므로 쉽게 단순도금액으로부터 합금도금이 될 수가ㅏ 있다. 그리고 순주석의 융점이 232℃인데 비해 납을 10% 첨가하면 융점이 212℃이며, 40% 첨가하면 183℃로 낮아지므로, 납땜이 용이한 장점을 가지고 있다.

도금액으로서 종래 붕불화욕, 규불화욕, 페놀술폰산욕, 알카놀술폰산욕, 피로인산욕, 술파민산욕 등이 사용 되어 왔으나 근년에는 MSA(Methane Sulfonic Acid)욕, 즉 메탄술폰산욕이 이들보다 공해가 적고, 주석이 2가에서 4가로 산화 되는 율도 적으며, 넓은 범위의 pH(2.0~9.0)에 안정하고, 고속도도금에서 적용되고, 균일전착성이 좋은 많은 장점이 있어서 주석합금에는 주로 이 도금액이 만능적으로 사용되고 있다.

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3. 주석-구리 합금도금

주석-구리합금도금은 도금층 중의 구리의 함량이 1.0%로 낮을 때 녹는점이 212℃로 주석-납도금과 크게 차이가 없어 전자 부품의 접함을 위한 용도로 많이 이용되며 구리의 함량이 높아질수록 납땜의 용융점은 급하게 높아지는 것을 알 수 있으며 이러한 원인이 납땜을 어렵게 한다.

그러나 이 합금도금에서는 구리의 표준전극전위가 주석의 표준전극전위에 비해 매우 귀하기 때문에 단순염욕으로부터 주석을 공석시키는 것은 매우 어렵고, 시안화물, 붕불화물, 피로인산, 트리폴리인산 및 주석산, 메타술폰산염 등의 구리이온과 착화시켜서 도금을 하고 있으나, 도금에 많은 장점은 가진 메탄술폰산도금액이 주로 사용 되고 있다.

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4. 주석-비스무트 합금도금

주석-비스무트(Bi) 합금도금의 공정점(Eutectic point)는 138℃로 대단히 낮으나, 연신율이 적어서 기계적 변형에 대응이 부족하다. 이 때문에 2~5% Bi 합금이 주로 사용되며, 5%때의 융점은 223℃다. 휘스커에 대한 억제력은 크나, 열처리시 피막이 강하고 취약하여 납땜이 떨어지는 위험성이 있다.

도금에서도 Bi는 표준전위가 +0.32V, Sn는 -0.136V로 차이가 있으므로, 적절한 착화제가 필요하다.

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5. 주석-은 합금도금

초기에는 은이 고가의 금속이어서 주석-은 합금도금액의 사용을 기피하여 왔지만 주석-은합금도금층의 휘스커에 대한 억제력이 주석-납 합금도금과 대등하고 근래에 솔더 범프도금에 주목을 받기 시작하고 있다.

주석-은(3.5%) 합금의 융점은 221℃ 정도이다.

주석-은 합금도금액은 시안화화합물, 피로인산욕, 메탄설폰산욕이 있으나, 환경문제로 주로 메탄술폰산욕이 많이 사용 되고 있다. 주석-은 합금도금액은 은의 표준전극전위가 +0.779V, 주석은 -0.138V로 큰 차이가 있으므로 특별한 착화제를 이용하여 석출전위를 서로 근접하도록 조정하여야 한다.

메탄술폰사뇩에는 이러한 착화제로 2,2 dithiodianiline, thiourea, L-cystein 등을 사용한다.

근래엔느 주석-은 합금도금을 납땜성과 융점 저하를 위하여 Sn-3% Ag-0.5%, Cu 합금도금을 하고 있으며, 이것을 SAC(Sn-Ag-Cu)도금이라 칭하기도 한다.

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자료 출처 :

세진사 [방식 및 표면처리]

문운당 [핵심 도금ㆍ표면처리]

교육부 [금속 표면 처리]