친환경 땜납기술로 年로열티 60억 줄인다…생기원

한국생산기술연구원(원장 나경환, 이하 생기원)은 20% 이상 원료비가 적게 들면서 품질이 우수한 4원계 무연솔더(Pb-Free Solder) 조성 개발에 성공했다고 14일 발표했다.

무연솔더란 납이 들어가지 않은 땜납 재료. 땜납 5천년 역사를 지탱해 온 것은 주석과 납으로 이뤄진 Sn-Pb계 솔더였으나, 국내 부품업체들은 최근 세계적으로 전자부품의 환경규제가 강화되면서 대비책 마련에 고심해왔다.

생기원 이종현 박사팀은 최근 3년 간 연구로 기존 3원계(Sn-3.0Ag-0.5Cu) 조성을 완전히 대체할 수 있는 4원계(Sn-Ag-Cu-In) 무연솔더 조성 개발에 성공했다고 밝혔다. 이로써 세계 무연솔더 사용량의 약 5분의 1 이상을 차지하는 우리나라는 관련 재료의 중국 수출을 확대하는 한편, 연간 약 60억원의 로열티를 줄일 수 있을 것으로 기대되고 있다.

지난 2006년 7월1일 유럽연합(EU)의 유해물질 사용제한 지침(RoHS)이 가동되면서 컴퓨터, TV, 냉장고 등 전자기기를 수출하기 위해 내부 인쇄회로기판(PCB)과 전자부품의 무연화가 필수적으로 요구되고 있다.

이 박사팀은 국내외에서 무연솔더 합금 조성방법으로 흔히 사용돼온 3원계 조성을 4원계 조성방식으로 대체하는 데 성공, 무연솔더 시장의 품질을 강화하는데 일조할 수 있게 됐다.

3원계 조성은 일본이 중심으로 추진해온 무연솔더 조성 방법으로, 일본 업체들의 영업전략에 의해 국내 시장 역시 같은 방법으로 급속히 재편됐었다. 이 때문에 국내 부품소재 업체들은 3%의 로열티를 지불하면서 3원계 솔더 방식을 사용하고 있는 상황. 최근 은 가격이 급격히 상승하면서 부품소재 업체들이 고충이 더해지고 있다.

전자부품 업계에선 은 함량을 낮춘 솔더 조성을 적용해 가격경쟁력을 높이려는 시도가 이뤄지고 있지만, 은 함량이 적을수록 습윤성이 떨어진다는 게 약점으로 대두되고 있다.

이 박사팀은 인듐(In)을 첨가해 은의 함량을 최소화하는 4원계 조성 개발에 성공, 은 함량을 줄였을 때 발생하는 습윤성 문제를 해결할 수 있게 됐다. 인듐은 융점이 낮고 습윤성과 연성이 좋다는 특성을 보인다. 솔더 재료의 최대 사용국인 중국에서 가장 많이 보유하고 있으며, 최근 국내에서도 인듐의 재활용 공정기술이 속속 개발되면서 국내 수급이 안정화되고 있다.

이 박사팀이 개발한 4원계 조성 방식은 솔더 접합부의 대표적인 신뢰성 평가항목인 열 회전도 및 충격 신뢰성 테스트에서 기존 3원계 조성보다 우수한 특성을 보이는 것으로 나타났다. 이로써 무연솔더 조성에서 요구되는 우수한 습윤성과 강도, 연신율, 피로특성 등 기계적 성질을 강화하고, 저렴한 가격 조건을 만족시킴으로써 기술 경쟁력을 확보할 수 있게 됐다.

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