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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Weichlot, das Auf Sn-Ag-Cu basiert,
ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche einer bedruckten Leiterplatte
und ein Verfahren zum Montieren eines elektronischen Bauteils, insbesondere
ein Weichlot, ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer
bedruckten Leiterplatte und ein Verfahren zum Montieren eines elektronischen
Bauteils, wobei zum Zeitpunkt des Lötens die Verhinderung des Kupferverzehrs
erzielt wird.
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Herkömmlicherweise
wird eine Legierung von 63 Massen-% Sn und 37 Massen-% Pb als ein
Weichlot zum Beschichten eines Kupferschaltkreises auf einer Leiterplatte
und für
die Verbindung zwischen einer Aufstellfläche oder Durchgangslöchern in
einer Leiterplatte und Leitern von zu montierenden Teilen verwendet.
In der Vergangenheit ist jedoch die Umweltverschmutzung infolge
von Blei, das aus ausrangierter Elektronikausrüstung herausgelöst worden
ist, ein Problem zuzuordnen und bei der Herstellung von Elektronikteilen
ist Weichlot, das kein Pb enthält,
intensiv entwickelt worden.
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Als
ein bleifreies Weichlot, das kein Pb enthält, sind eine auf Sn-Cu basierende
Legierung, eine auf Sn-Ag-Cu basierende Legierung und eine auf Sn-Zn
basierende Legierung repräsentativ
und Legierungen, die unter Hinzufügung von Bi, In und/oder Ge
zu diesen Legierungen erzielt worden sind, wurden ebenfalls untersucht.
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Bei
der auf Sn-Cu basierenden Legierung hat jedoch selbst eine Legierung
mit 99,2 Massen-% Sn und 0,8 Massen-% Cu, die eine eutektische Zusammensetzung
ist, einen ver gleichsweise hohen Schmelzpunkt von 227°C und daher
besteht der Nachteil, dass in dem Fall, bei dem die Zusammensetzung
zum Zweck der Verhinderung des unten beschriebenen Kupferverzehrs
geändert
wird, dass der Schmelzpunkt höher
wird, so dass die Leiterplatte und die zu montierenden elektronischen
Bauteile zum Zeitpunkt des Lötens
der hohen Temperatur nicht widerstehen können. Die Wärmewiderstandstemperatur der
allgemein im Gebrauch befindlichen Leiterplatten beträgt ungefähr 260°C.
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Bei
der auf Sn-Zn basierenden Legierung beträgt der Schmelzpunkt des Weichlotes
mit 91 Massen-% Sn und 9 Massen-% Zn, der eutektischen Zusammensetzung,
199°C, was
nahe an dem Schmelzpunkt vom 183°C
der Legierung mit 63 Massen-% Sn und 37 Massen-% Pb liegt, das eine
eutektische Zusammensetzung ist. Demgemäß ist dies eine Legierung,
die vom Standpunkt des Schmelzpunktes aus zu bevorzugen ist. Da jedoch
Zn ein aktives Element ist, besteht der Nachteil, dass das Weichlot
signifikant oxidiert, so dass es schwierig ist, einen guten Lötzustand
zu erzielen.
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Bei
der auf Sn-Ag-Cu basierenden Legierung hat die eutektische Legierung
aus drei Elementen mit 95,8 Massen-% Sn, 3,5 Massen-% Ag und 0,8
Massen-% Cu einen Schmelzpunkt von 217°C, der höher als der Schmelzpunkt der
Legierung aus 63 Massen-%
Sn und 37 Massen-% Pb und der auf Sn-Zn basierenden Legierung ist,
aber vom Standpunkt des Wärmewiderstandes
des Leiterplatte und dergleichen immer noch niedrig genug ist, um
als ein Weichlot verwendet zu werden. Selbst wenn in einem Fall,
bei dem die Behandlungstemperatur zum Beschichten eines Kupferschaltkreises
auf einer Leiterplatte und für
die Verbindung zwischen einer Aufstellfläche oder Durchgangslöchern in
einer Leiterplatte und Leitern von zu montierenden Teilen als 250°C angenommen
wird, kann zusätzlich
ein ausgezeichneter Lötzustand
erzielt werden, dessen mechanische Eigenschaften ebenfalls ausgezeichnet
sind, und daher ist unter den vorstehend beschriebenen bleifreien
Weichloten die auf Sn-Ag-Cu basierende Legierung die für die praktische
Anwendung geeignetste.
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Auf
Sn-Ag-Cu basierende Legierungen sind beispielsweise offenbart in
der
ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 2-34295,
der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 2-179388,
der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 4-333391,
der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 6-269983, und
der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 11-77366.
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Das
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei-2-34295 offenbarte Weichlot dient zur Schaffung eines bleifreien
Weichlotes, während
das in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung Nr.
Hei-2-179388 offenbarte Weichlot zum Zweck der Verbesserung des
Korrosionswiderstandes und der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit
dient. Zusätzlich
dient das in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei-4-333391 offenbarte Weichlot zum Zweck der Erhöhung der
Dauerstandfestigkeit, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei-6-269983
beschriebene Weichlot dient zum Zweck der Erhöhung der Benetzbarkeit auf
dem auf Ni basierenden Basismaterial und das in der ungeprüften japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. Hei-11-77366 beschriebene Weichlot dient zum Zweck der Erhöhung der
Festigkeit im Hinblick auf thermische Dauerfestigkeit und Anschlusscharakteristika.
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In
einem Fall, bei dem eine auf Sn-Ag-Cu basierende Legierung verwendet
wird, besteht jedoch das Problem, dass wenn die Legierung auf einen
Kupferschaltkreis einer Leiterplatte mittels eines Heissluft-Einebnungsverfahrens
aufgebracht wird, dass die Kupferplattierschicht auf der Leiterplatte
verzehrt wird, so dass sie dünner
wird und im schlimmsten Fall die Verdrahtung abgeschnitten wird.
Zusätzlich
wird in einem Fall, bei dem Teile durch Schwall-Löten gelötet werden,
die Kupferplattierschicht der Leiterplatte verzehrt und wird dünner, um
Lötdefekte
zu verursachen.
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Daher
ist ein Weichlot vorgeschlagen worden, das durch Hinzufügen von
1 Massen-% bis 4 Massen-% Cu zu einer auf Sn-Sb-Bi-In basierenden
Legierung erzielt worden ist (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung
Nr. Hei 11-77368). Zusätzlich
ist auch ein Weichlot, das durch Hinzufügen von 1 Massen-% bis 3 Massen-%
Cu zu einer auf Sn- Zn-Ni
basierenden Legierung erzielt worden ist, die eine auf Sn-Zn basierende
Legierung ist, erzielt worden ist, vorgeschlagen worden (japanische
ungeprüfte
Patentveröffentlichung
Nr. Hei 9-94688).
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Beide
in diesen Schriften offenbarten Weichlote sind dafür gestaltet,
dass sie den Kupferverzehr durch Hinzufügen von Cu verhindern. Der
Schmelzpunkt des ersteren Weichlots ist jedoch zu hoch, weil die
Solidus-Temperatur 208°C
ist, während
die Liquidus-Temperatur
342°C ist.
Da das zuletzt genannte Weichlot eine auf Sn-Zn basierende Legierung
ist, besteht das Problem bezüglich
der Oxidation wie vorstehend angegeben.
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Darüber hinaus
sind in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 11-216591
Daten erzielt worden, in denen tatsächlich die Messung der Legierungen
mit 96 Massen-% Sn, 3,5 Massen-% Ag und 0,5 Massen-% Co sowie mit
98,8 Massen-% Sn, 0,7 Massen-% Cu und 0,5 Massen-% Co durchgeführt wurden und
dergleichen sind unter der Annahme beschrieben, dass das Zusetzen
von Co den Kupferverzehr verhindern kann. Selbst in einem Fall,
bei dem Kupferverzehr verhindert werden kann, haben solche Zusammensetzungen
jedoch eine signifikante Erhöhung
der Liquidus-Temperaturen, so dass es schwierig ist, im Hinblick
auf die Sicherheit elektronische Teile bei zu verwendenden Produkten
anzuwenden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Weichlot zu schaffen,
das den Kupferverzehr verhindern kann und dessen Schmelzpunkt bis
zu dem Ausmaß gesteuert
ist, bei dem keine Zerstörung
der elektronischen Zeile auftritt, ein Verfahren zum Behandeln einer
Oberfläche
einer Leiterplatte, auf der das Weichlot verwendet wird und ein
Verfahren zum Montieren eines elektronischen Bauteils unter Verwendung
des Weichlotes zu schaffen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Weichlot 1,0 bis 4,0 Masse-%
Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06 Masse-% Co und den Rest
Sn und unvermeidliche Verunreinigungen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Weichlot 1,0
bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Co, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Ni und den Rest Sn und unvermeidlichen Verunreinigungen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Weichlot 1,0
bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Co, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Fe und den Rest Sn und unvermeidlichen Verunreinigungen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Weichlot 1,0
bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Co, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Ni, 0,02 bis 0,06 Masse-% Fe und den Rest Sn und unvermeidlichen
Verunreinigungen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung verhindert eine winzige Menge Co den Kupferverbrauch zum
Zeitpunkt des Lötens.
Da zusätzlich
dessen Gehalt eine winzige Menge ist, hat das Weichlot eine Zusammensetzung
nahe der eutektischen des auf Sn-Ag-Cu basierenden Weichlots und
dadurch kann die Erhöhung
der Liquidus-Temperatur kontrolliert werden. Da weiterhin das Weichlot
ein auf Sn-Ag-Cu basierendes Weichlot ist, kann eine hohe Benetzbarkeit
und eine hohe Streichfähigkeit
sichergestellt werden. In dem Fall, bei dem nicht nur Co, sondern
auch eine winzige Menge von Ni und/oder Fe enthalten ist, kann die
Schmelzrate des Kupfers gesenkt werden, während die Erhöhung der
Liquidus-Temperatur kontrolliert wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Verfahren zur Behandlung
der Oberfläche einer
Leiterplatte den Schritt Beschichten eines auf der Oberfläche einer
Leiterplatte ausgebildeten Schaltkreises mit einem Weichlot, bestehend
aus 1,0 bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06
Masse-% Co und dem Rest Sn und unvermeidlichen Verunreinigungen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Verfahren zur
Behandlung der Oberfläche
einer Leiterplatte den Schritt Beschichten eines auf der Oberfläche einer
Leiterplatte ausgebildeten Schaltkreises mit einem Weichlot, bestehend
aus 1,0 bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06
Masse-% Co, 0,02 bis 0,06 Masse-% Ni und dem Rest Sn und unvermeidlichen
Verunreinigungen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Verfahren zur
Behandlung der Oberfläche
einer Leiterplatte den Schritt Beschichten eines auf der Oberfläche einer
Leiterplatte ausgebildeten Schaltkreises mit einem Weichlot, bestehend
aus 1,0 bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06
Masse-% Co, 0,02 bis 0,06 Masse-% Fe und dem Rest Sn und unvermeidlichen
Verunreinigungen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Oberflächenbehandlungsverfahren einer
Leiterplatte den Schritt Beschichten eines auf der Oberfläche einer
Leiterplatte ausgebildeten Schaltkreises mit einem Weichlot, bestehend
aus 1,0 bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06
Masse-% Co, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Ni, 0,02 bis 0,06 Fe und dem Rest Sn und unvermeidlichen Verunreinigungen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Verfahren zum Montieren
eines elektronischen Bauteils den Schritt Löten eines Elektronikteils auf
eine Schaltung, die auf einer Oberfläche einer bedruckten Leiterplatte
ausgebildet ist, mit einem Weichlot, bestehend aus 1,0 bis 4,0 Masse-%
Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06 Masse-% Co und dem Rest Sn und unvermeidlichen
Verunreinigungen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Verfahren zum
Montieren eines elektronischen Bauteils den Schritt Löten eines
Elektronikteils auf einen Schaltkreis, der auf der Oberfläche einer
Leiterplatte ausgebildet ist, mit einem Weichlot, bestehend aus
1,0 bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Co, 0,02 bis 0,06 Masse-% Ni und dem Rest Sn und unvermeidlichen
Verunreinigungen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Verfahren zum
Montieren eines elektronischen Bauteils den Schritt Löten eines
elektronischen Bauteils auf einen Schaltkreis, der auf der Oberfläche einer
Leiterplatte ausgebildet ist, mit einem Weichlot, bestehend aus
1,0 bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Co, 0,02 bis 0,06 Masse-% Fe und dem Rest Sn und unvermeidlichen Verunreinigungen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Verfahren zum
Montieren eines elektronischen Bauteils den Schritt Löten eines
elektronischen Bauteils auf einen Schaltkreis, der auf der Oberfläche einer
Leiterplatte ausgebildet ist, mit einem Weichlot, bestehend aus
1,0 bis 4,0 Masse-% Ag, 0,2 bis 1,3 Masse-% Cu, 0,02 bis 0,06 Masse-%
Co, 0,02 bis 0,06 Masse-% Ni, 0,02 bis 0,06 Masse-% Fe und dem Rest
Sn und unvermeidlichen Verunreinigungen.
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Mit
diesen Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine bedruckte Leiterplatte mit hoher Zuverlässigkeit
ungeachtet dessen erzielt werden, ob auf dieser ein elektronisches
Bauteil montiert ist oder nicht.
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1 ist
ein Phasendiagramm einer Legierung aus Sn-2%Ag-Cu-0,04%Co, wobei
der Cu-Gehalt entlang der Horizontalachse angegeben ist;
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2 ist ein Diagramm von Sn-Ag-Cu-Co(-Ni),
das die Beziehung zwischen dem Co-Gehalt und dem Cu-Gehalt zeigt,
wenn der Ag-Gehalt auf 2 Masse-% fixiert ist, wobei 2A den
Ni-freien Fall zeigt, während 2B den
Fall zeigt, dass 0,04 Masse-% Ni enthalten sind;
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3 ist ein Diagramm von Sn-Ag-Cu-Co(-Ni),
das die Beziehung zwischen dem Co-Gehalt und dem Ag-Gehalt zeigt,
wenn der Cu-Gehalt auf 0,8 Masse-% festgelegt ist, wobei 3A den
Ni-freien Fall zeigt, während 3B den
Fall mit einem Gehalt von 0,04 Masse-% Ni zeigt;
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4A ist
eine grafische Darstellung von Sn-2%Ag-0,8%Cu-0,04%Co-Ni, die die
Beziehung zwischen dem Ni-Gehalt und der Liquidus-Temperatur zeigt, während 4B eine
grafische Darstellung von Sn-2%Ag-0,8%Cu-0,04%Co-Ni ist, die die Beziehung zwischen
dem Ni-Gehalt und der Schmelzrate von Kupfer zeigt;
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5 ist
eine grafische Darstellung Sn-Ag-Cu-Co-Ni, die das Evaluierungsergebnis
der Beziehung zwischen dem Co-Gehalt und dem Ni-Gehalt zeigt, wenn
der Ag-Gehalt auf 2 Masse-% festgelegt ist und der Cu-Gehalt auf
0,8 Masse-% festgelegt ist;
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6A ist
eine grafische Darstellung von Sn-3,5%Ag-0,8%Cu-0,06%Co-Fe, die
die Beziehung zwischen dem Fe-Gehalt und der Liquidus-Temperatur
zeigt, während 6B eine
grafische Darstellung von Sn-3,5%Ag-0,8%Cu-0,06%Co-Fe ist, die die Beziehung
zwischen dem Fe-Gehalt und der Schmelzrate von Kupfer zeigt;
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7 ist
eine grafische Darstellung von Sn-Ag-Cu-Co-Fe, die das Evaluierungsergebnis
der Beziehung zwischen dem Co-Gehalt und dem Fe-Gehalt zeigt, wenn
der Ag-Gehalt auf 3,5 Masse-% festgelegt und der Cu-Gehalt auf 0,8
Masse-% festgelegt ist;
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8 ist eine grafische Darstellung von Sn-Ag-Cu-Co-Ni-Fe,
die die Beziehung zwischen dem Ni-Gehalt und dem Fe-Gehalt zeigt,
wenn der Ag-Gehalt auf 3,5 Masse-% und der Cu-Gehalt auf 0,8 Masse-%
festgelegt ist und der Co-Gehalt variiert wird; und
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9A ist
eine grafische Darstellung von Sn-Ag-Cu-Co, die die Beziehung zwischen
dem Co-Gehalt und der Liquidus-Temperatur in einem Weichlot aus
Sn, 3,5 Masse-% Ag und 0,8 Masse-% Cu zeigt, während 9B eine
grafische Darstellung von Sn-Ag-Cu-Co ist, die die Beziehung zwischen
dem Co-Gehalt und der Schmelzrate des Kupfers in dem Weichlot mit
Sn, 3,5 Masse-% Ag und 0,8 Masse-% Cu zeigt.
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Als
Ergebnis wiederholter und sorgfältiger
experimenteller Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden
Anmeldung zur Lösung
der vorstehend beschriebenen Probleme wurde herausgefunden, dass
der Kupferverzehr verhindert werden kann, indem eine exakte Menge
von Co zugefügt
wird, wobei die Erhöhung der
Liquidus-Temperatur kontrolliert werden kann, beispielsweise indem
die Liquidus-Temperatur auf 230°C oder
darunter gesteuert wird, was im Hinblick auf die Wärmewiderstandstemperatur
der bedruckten Leiterplatte vorzuziehen ist, und zusätzlich kann
diese verhindernde Wirkung erhöht
werden, indem eine exakte Menge von Ni und/oder Fe zugesetzt wird.
Die Schmelzrate von Kupfer in einem Fall, bei dem Erfinder der vorliegenden
Anmeldung verschiedene Elemente zu Sn zugesetzt haben, ist in der
folgenden Tabelle 1 gezeigt. Die Tabelle 1 zeigt, dass je höher die
Schmelzrate von Kupfer ist, umso leichter schreitet der Kupferverzehr
fort.
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Wie
in der vorstehenden Tabelle 1 gezeigt, ist in einem Fall, bei dem
eine winzige Menge von Co, Ni oder Fe zugesetzt ist, die Schmelzrate
des Kupfers im Vergleich zu den Fällen, bei denen andere Elemente zugesetzt
worden sind, signifikant reduziert. Insbesondere ist die Reduktion
der Schmelzrate von Kupfer zu dem Zeitpunkt signifikant, zu welchem
Co unter diesen drei Elementarten zugesetzt ist. Wenn die Menge
der anderen Elemente, welche einer Legierung mit einer eutektischen
Zusammensetzung zugesetzt werden, steigt, steigt im Allgemeinen
die Liquidus-Temperatur und in dem Fall, bei dem die Menge des Zusatzes
winzig ist, kann die Erhöhung
der Liquidus-Temperatur auf ein Minimum begrenzt werden. Demgemäß wird davon ausgegangen,
dass durch Zusetzen einer winzigen Menge von Co, Ni und/oder Fe
der Kupferverzehr verhindert werden kann, während die Erhöhung der
Liquidus-Temperatur gesteuert werden kann.
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Im
Folgenden werden die chemischen Bestandteile, welche in Weichloten
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten sind, und der Grund dafür, warum die Weichlote auf
solche Zusammensetzungen begrenzt sind, beschrieben.
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Ag: 1,0 bis 4,0 Masse-%
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Ag
ist ein Element, das die Wirkung hat, die Benetzbarkeit von Weichlot
zu erhöhen.
Das heißt,
durch Zusetzen von Ag zum Zeitpunkt, zu welchem das Weichlot benetzt
wird, kann verkürzt
werden. Die Ergebnisse der Messung der Benetzbarkeit von Weichloten
von aus Sn-Ag-Cu basierenden Legierungen mittels eines Benetzungsausgleichsverfahrens,
das unter Punkt 8.3.1.2 JIS Z 3197 vorgeschrieben ist, sind in der
folgenden Tabelle 2 gezeigt. Bei diesem Test wurde eine Phosphor
desoxidierte Kupferplatte mit einer Dicke von 3 mm, einer Breite
von 5 mm und einer Länge
von 50 mm als ein Teststück
verwendet, nachdem dieses für
20 Minuten auf 130°C
erhitzt worden war, um oxidiert zu werden. Zusätzlich wurde eine Lösung, die
durch Zusetzen und Lösen
von 0,39 ± 0,01
g Diethylaminhydrochlorid in einer Lösung, die durch Lösen von
25 g von Colophonium als Flussmittel in Isopropylalkohol erzielt
worden war, verwendet. Die Temperatur des Lötbades betrug 250°C, die Eintauchrate
in das Lötbad
betrug 16 mm/sec, die Eintauchtiefe betrug 2 mm und die Eintauchzeit
betrug 10 sec.
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Wie
in der Tabelle 2 gezeigt, überschritt
die Zeitspanne, die ein Weichlot aus auf Sn-Cu basierenden Legierungen,
dem kein Ag zugesetzt worden war, zum Benetzen benötigte, in
allen Fällen
2 sec, während
die Zeitpanne, die ein Weichlot zum Benetzen benötigte, bei einer auf Sn-1,2%Ag-Cu
basierenden Legierung oder einer auf Sn-3,5%Ag-Cu basierenden Legierung,
der Ag zugesetzt war, in den meisten Fällen unter 2 sec betrug.
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In
dem Fall, bei dem der Gehalt an Ag in dem Weichlot unter 1,0 Masse-%
betrug, kann der vorstehend beschriebene Effekt der Verkürzung der
Benetzungszeit nicht erzielt werden. Wenn andererseits der Ag-Gehalt 4,0
Masse-% übersteigt,
wird die Liquidus-Temperatur
hoch, so dass das Risiko besteht, dass an der bedruckten Leiterplatte
und den elektronischen Bauteilen zum Zeitpunkt des Lötens ein
Defekt auftritt. Demgemäß sollte
der Gehalt an Ag in dem Weichlot im Bereich von 1,0 bis 4,0 Masse-%
liegen.
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Cu: 0,2 bis 1,3 Masse-%
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Cu
ist ein Element, das die Wirkung hat, den Kupferverzehr eines Kupferschaltkreises
auf einer bedruckten Leiterplatte zu verhindern. Die Eigenschaften
von JIS H63A-Weichlot,
das ein Sn-Pb-eutektisches Weichlot ist, und dem Cu zugesetzt worden
war, sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt.
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Wie
in der Tabelle 3 gezeigt, wird, wenn der Cu-Gehalt steigt, die Schmelzrate
des Kupfers gesenkt, um einen Kupferverzehr zu verhindern. Andererseits
steigt die Liquidus-Temperatur.
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In
dem Fall, bei dem der Gehalt an Cu in dem Weichlot unter 0,2 Masse-%
liegt, ist der vorstehend beschriebene Effekt der Verhinderung des
Kupferverzehrs ungenügend.
Wenn andererseits der Cu-Gehalt über
1,3 Masse-% geht, wird die Liquidus-Temperatur hoch, so dass das
Risiko besteht, dass an der bedruckten Leiterplatte und den elektronischen
Bauteilen zum Zeitpunkt des Lötens
ein Defekt auftritt. 1 ist ein Phasendiagramm einer
Legierung aus Sn-2%Ag-Cu-0,04%Co, wobei der Cu-Gehalt entlang der Horizontalachse
angegeben ist. In der 1 zeigt die durchgezogene Linie
die Liquidus-Temperatur und die Doppelpunkt-Strich-Linie zeigt die
Solidus-Temperatur. In dem Fall von beispielsweise einer Legierung
aus Sn-2%Ag-Cu-0,04%Co geht die Liquidus-Temperatur über 240°C, wie dies in der 1 gezeigt
ist, wenn der Cu-Gehalt über
1,3 Masse-% steigt. Demgemäß liegt
der Cu-Gehalt in dem Weichlot im Bereich von 0,2 bis 1,3 Masse-%.
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Die
Beziehung zwischen den Ag- und Cu-Gehalten und der Liquidus-Temperatur
(°C) und
der Schmelzrate von Kupfer (μm/sec)
in einem auf Sn-Ag-Cu basierenden Weichlot sind in den folgenden
Tabellen 4 bzw. 5 gezeigt. In diesen Weichloten sind die Restbestandteile
alle Sn.
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Co: 0,02 bis 0,06 Masse-%
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Co
ist ein Element, das die Wirkung hat, Kupferverzehr durch Zusatz
in einer winzigen menge zu verhindern, wie dies vorstehend beschrieben
ist. Hierbei kann in dem Fall, bei dem der Gehalt Co in dem Weichlot unter
0,02 Masse-% ist, die Wirkung des Verhinderns von Kupferverzehr
nicht erzielt werden. Wenn andererseits der Co-Gehalt über 0,06
Masse-% hinausgeht, wird die Liquidus-Temperatur hoch, so dass das
Risiko besteht, dass an der bedruckten Leiterplatte und den elektronischen
Bauteilen zum Zeitpunkt des Lötens
ein Defekt verursacht wird. Da zusätzlich die Viskosität hoch wird,
werden die im Folgenden gezeigten Ungleichförmigkeiten verursacht. Zunächst tritt
in dem Fall, bei dem der Kupferschaltkreis auf der Leiterplatte
mit Weichlot mittels eines Heissluft-Einebnungsverfahrens beschichtet
wird, ein Defekt auf, bei dem die Dicke der Weichlot-Beschichtung
ungleichförmig
wird. Zusätzlich
tritt in einigen Fällen
ein kritischer Defekt ein, bei dem keine Weichlot-Beschichtung errichtet
wird oder bei dem zwischen benachbarten Schaltkreisen eine Weichlotbrücke errichtet
wird. Zweitens wird der Weichlotstrahlverlauf in dem strömenden Weichlot
unstabil, so dass die Lötausbeute
gesenkt wird und in der Menge des Weichlotes desjenigen Teils, der
durch Weichlot mit einem elektronischen Bauteil verbunden ist, eine
Dispersion auftritt, so dass eine kriti sche Ungleichförmigkeit
auftritt, wobei die Zuverlässigkeit
der Verbindungen verringert ist. Demgemäß sollte der Co-Gehalt in dem
Weichlot in einem Bereich von 0,02 bis 0,06 Masse-% sein. Zusätzlich ist
der Fall, bei dem der Co-Gehalt 0,02 bis 0,04 Masse-% beträgt, insbesondere
zu bevorzugen, weil die Erhöhung
der Liquidus-Temperatur extrem klein ist.
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Ni: 0,02 bis 0,06 Masse-%
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Ni
ist ein Element, das die Wirkung hat, Kupferverzehr durch Zusetzen
einer winzigen Menge desselben auf die gleiche Weise wie Co, wie
vorstehend beschrieben, zu verhindern. In dem Fall, bei dem hierbei
der Gehalt an Ni in dem Weichlot geringer als 0,02 Masse-% ist,
kann keine Wirkung zum Verhindern von Kupferverzehr durch den Zusatz
von Ni erzielt werden. Wenn andererseits der Ni-Gehalt über 0,06
Masse-% hinausgeht, wird die Liquidus-Temperatur hoch, so dass das
Risiko besteht, dass an der bedruckten Leiterplatte und den elektronischen
Bauteilen zum Zeitpunkt des Lötens
ein Defekt verursacht wird. Demgemäß sollte der Gehalt an Ni in
dem Weichlot im Bereich von 0,02 bis 0,06 Masse-% liegen.
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Fe: 0,02 bis 0,06 Masse-%
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Fe
ist ein Element, das die Wirkung hat, Kupferverzehr durch Zusetzen
einer winzigen Menge desselben auf die gleiche Weise wie Ni, wie
vorstehend beschrieben, zu verhindern. In dem Fall, bei dem hierbei
der Gehalt an Fe in dem Weichlot unter 0,02 Gewichts-% liegt, kann
die Wirkung des Verhinderns von Kupferverzehr nicht erzielt werden.
Wenn andererseits der Fe-Gehalt über
0,06 Gewichts-% hinausgeht, wird die Liquidus-Temperatur hoch, so
dass das Risiko besteht, dass an der bedruckten Leiterplatte und
den elektronischen Bauteilen zum Zeitpunkt des Lötens ein Defekt verursacht
wird. Da zusätzlich
die Viskosität
hoch wird, ist die Benetzbarkeit des Weichlotes gesenkt. Demgemäß sollte
der Gehalt an Fe in dem Weichlot im Bereich von 0,02 bis 0,06 Gewichtsliegen.
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In
dem Fall, bei dem ein auf der Oberfläche einer bedruckten Leiterplatte
ausgebildeter Schaltkreis mit Weichlot beschichtet wird, das eine
solche Zusammensetzung hat, kann eine bedruckte Leiterplatte erzielt werden,
bei der der Kupferverzehr extrem klein ist. In dem Fall, bei dem
an einem Schaltkreis, der auf der Oberfläche einer bedruckten Leiterplatte
ausgebildet ist, ein elektronischer Bauteil mit einem Weichlot mit
einer solchen Zusammensetzung angelötet wird, kann zusätzlich die
Zuverlässigkeit
der Montage verbessert werden.
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Wie
vorstehend beschrieben ist es vorzuziehen, dass die Liquidus-Temperatur
(Schmelzpunkt) des Weichlots 240°C
oder darunter ist, und es ist insbesondere für die Liquidus-Temperatur des Weichlots
vorzuziehen, dass diese unter 230°C
liegt. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Schmelzrate des Kupfers
für die praktische
Verwendung 0,17 μm/sec
oder darunter liegt.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Relation zu Vergleichsbeispielen,
die aus dem Umfang der Patentansprüche herrühren, konkret beschrieben.
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Zunächst wurden
Weichlote mit Zusammensetzunge wie in den Tabellen 6 bis 14 im Folgenden
beschrieben, hergestellt. Hierbei sind die restlichen Teile der
in den 6 bis 14 gezeigten
Zusammensetzungen alle Sn und unvermeidliche Verunreinigungen.
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Dann
wurden die Schmelzrate von Kupfer, die Schmelztemperatur, die Viskosität und die
Weichlotstreichfähigkeit,
bezogen auf diese Weichlote, gemessen.
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Beim
Messen der Schmelzrate des Kupfers wurde eine Isoproylalkohol-Lösung, die
20 Masse-% Colophonium enthielt, als ein Flussmittel auf einen Kupferdraht
geschichtet, dessen Durchmesser 0,5 mm betrug, und danach wurde
der Kupferdraht in ein Weichlotbad für eine feststehende Zeitspanne
eingetaucht und dann wurde das Maß der Verminderung des Radius
des Kupferdrahtes gemessen.
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Beim
Messen der Schmelztemperatur wurde die Solidus-Temperatur mittels
einer thermischen Differentialanalyse-Methode gemessen. Zusätzlich wurde
ein geschmolzenes Weichlot in einen Prüftiegel gebracht, so dass dessen
Viskosität
durch einen Viskotester-V-04
(hergestellt von Rion Co., Ltd.) gemessen wurde, während die
Temperatur des Weichlots von ungefähr 310°C graduell abgekühlt wurde,
um die Temperatur zu bestimmen, bei der die Viskosität plötzlich erhöht war,
welche die Liquidus-Temperatur war. Zum Zeitpunkt der Messung dieser
Schmelztemperatur wurde auch die Viskosität gemessen.
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Die
Messung der Weichlotstreichfähigkeit
basierte auf dem „8.3.1.1-Streichfähigkeitstest", beschrieben in
dem Lötflussmitteltestverfahren
gemäß JIS Z
3197. Konkret wurden 0,3 g Weichlot und Flussmittel auf einer oxidierten
Kupferplatte platziert, die für
30 sec auf 250°C
erhitzt war, um das Weichlot auszubreiten. Danach wurde das Weichlot
durch Kühlen
verfestigt und die Höhe
desselben wurde gemessen, um die Weichlotstreichfähigkeit
zu berechnen.
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Die
Ergebnisse des Vorstehenden sind in den folgenden Tabellen 15 bis
23 gezeigt. In den Tabellen 15 bis 23 sind die O, Δ und X gemäß der folgenden
Angaben aufgeführt.
Eine Liquidus-Temperatur, die 230°C oder
darunter beträgt,
ist mit O angegeben, eine Liquidus-Temperatur, die über 230°C hinausgeht
und niedriger als 240°C
ist, ist mit Δ bezeichnet,
und eine Liquidus-Temperatur, die über 240°C hinausgeht, ist mit X bezeichnet.
Eine Schmelzrate von Kupfer unter 0,17 (μm/sec) ist mit O angegeben,
eine Schmelzrate von Kupfer, die 0,17 (μm/sec) oder darüber und
kleiner als 0,20 (μm/sec)
beträgt,
ist mit Δ bezeichnet,
und eine Schmelzrate von Kupfer, die 0,20 (μm/sec) oder höher ist,
ist mit X bezeichnet. Eine Viskosität, die 2,5 (cP) oder darunter
ist, ist mit O angegeben und eine Viskosität, die über 2,5 (cP) hinausgeht, ist
mit X angegeben. Eine Weichlotstreichfähigkeit, die 75 (%) oder darüber beträgt, ist
mit O angegeben, und eine Weichlotstreichfähigkeit, die unter 75 (%) beträgt, ist
mit X angegeben. Darin ist eine künstliche Evaluierung (gesamt),
die unter jedem Posten X hat, mit X angegeben, eine künstliche
Evaluierung, die in jedem Posten unter den künstlichen Evaluierungen, die
nicht als X bezeichnet sind, Δ enthält, mit Δ angegeben,
und die übrigen
künstlichen
Evaluierungen, d. h. die künstlichen
Evaluierungen mit O für
jeden Posten, sind mit O angegeben.
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Die
vorstehenden Ergebnisse sind in einer grafischen Darstellung gezeigt.
Hierbei bezeichnen O, Δ und
X, die in den folgenden grafischen Darstellungen gezeigt sind, künstliche
Evaluierungen in den vorstehend beschriebenen Tabellen 15 bis 23.
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Die 2A und 2B sind
grafische Darstellungen der Beziehung zwischen dem Co-Gehalt und dem Cu-Gehalt,
wenn der Ag-Gehalt auf 2 Masse-% festgelegt ist. 2A ist
eine grafische Darstellung des Evaluierungsergebnisses für den Fall,
dass kein Ni enthalten ist, während 2B eine
grafische Darstellung des Evaluierungsergebnisses für den Fall
ist, dass 0,04 Masse-% Ni enthalten sind. Das heißt, 2A zeigt die
Evaluierungsergebnisse der Nummern 1 bis 7, der Nummern 15 bis 21,
der Nummern 29 bis 35, der Nummern 48 bis 54, der Nummern 62 bis
68 und der Nummern 146 bis 149, während 2B die
Evaluierungsergebnisse der Nummern 8 bis 14, der Nummern 22 bis
28, der Nummern 36 bis 42, der Nummern 55 bis 61, der Nummern 69
bis 75 und der Nummern 150 bis 153 zeigt.
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Die 3A und 3B sind
grafische Darstellungen der Beziehung zwischen dem Co-Gehalt und dem Ag-Gehalt,
wenn der Cu-Gehalt auf 0,8 Masse-% festgelegt ist. 3A ist
die grafische Darstellung des Evaluierungsergebnisses für den Fall,
bei dem Ni nicht enthalten ist, während 3B eine
grafische Darstellung der Evaluierungsergebnisse für den Fall
ist, bei dem 0,04 Masse-% Ni enthalten sind. Das heißt, 3A zeigt
die Evaluierungsergebnisse der Nummern 39 bis 35, der Nummern 76
bis 82, der Nummern 90 bis 96, der Nummern 104 bis 110, der Nummern
118 bis 124 und der Nummern 132 bis 138, während 3B die
Evaluierungsergebnisse der Nummern 36 bis 42, der Nummern 83 bis
89, der Nummern 97 bis 103, der Nummern 111 bis 117, der Nummern
125 bis 131 und der Nummern 139 bis 145 zeigt.
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Die 4A und 4B sind
grafische Darstellungen der Beziehung zwischen dem Ni-Gehalt und der Liquidus-Temperatur,
während 4B eine
grafische Darstellung der Beziehung des Ni-Gehaltes und der Schmelzrate
von Kupfer ist. Das heißt,
die 4A und 4B zeigen
die Evaluierungsergebnisse der Nummern 31, der Nummer 38 und der Nummern
43 bis 47 (Evaluierungsergebnisse mit Bezug auf ein Weichlot aus Sn – 2 Masse-%
Ag – 0,8
Masse-% Cu – 0,04
Masse-% Co – Ni). 5 ist
eine grafische Darstellung des Evaluierungsergebnisses der Beziehung
zwischen dem Co-Gehalt und dem Ni-Gehalt, wenn der Ag-Gehalt auf 2 Masse-%
festgelegt ist und der Cu-Gehalt auf 0,8 Masse-% festgelegt ist.
Das heißt, 5 zeigt
die Evaluierungsergebnisse der Nummern 29 bis 33, der Nummern 36
bis 40, der Nummern 43 bis 45 und der Nummern 154 bis 162.
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Die 6A ist
eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Fe-Gehalt
und der Liquidus-Temperatur, während
die 6B eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen
dem Fe-Gehalt und der Schmelzrate des Kupfers ist. Das heißt, die 6A und 6B zeigen
die Evaluierungsergebnisse der Nummern 107 und 166 bis 168 (Evaluierungsergebnisse
mit Bezug auf ein Weichlot aus Sn – 3,5 Masse-% Ag – 0,8 Masse-%
Cu – 0,06
Masse-% Co – Fe). 7 ist
eine grafische Darstellung der Evaluierungsergebnisse der Beziehung
zwischen dem Co-Gehalt und dem Fe-Gehalt, wenn der Ag-Gehalt auf
3,5 Masse-% festgelegt ist und der Cu-Gehalt auf 0,8 Masse-% festgelegt
ist. Das heißt, 7 zeigt
die Evaluierungsergebnisse der Nummern 104 bis 108 und der Nummern
163 bis 171.
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Die 8A, 8B und 8C sind
grafische Darstellungen der Evaluierungsergebnisse der Beziehungen
zwischen dem Ni-Gehalt und dem Fe-Gehalt, wenn der Ag-Gehalt auf
3,5 Masse-% festgelegt ist, der Cu-Gehalt auf 0,8 Masse-% festgelegt
ist und der Co-Gehalt variiert wird. 8A ist
eine grafische Darstellung des Evaluierungsergebnisses, wenn der
Co-Gehalt gleich 0,02 Masse-% ist, 8B ist
eine grafische Darstellung des Evaluierungsergebnisses, wenn der
Co-Gehalt gleich 0,06 Masse-% ist und 8C ist
eine grafische Darstellung des Evaluierungsergebnisses, wenn der
Co-Gehalt gleich 0,08 Masse-% ist. Das heißt, 8A zeigt
die Evaluierungsergebnisse der Nummer 105, der Nummer 112, der Nummern
163 bis 165 und der Nummern 172 bis 180, 8B zeigt
die Evaluierungsergebnisse der Nummer 107, der Nummer 114, der Nummern 166
bis 168 und der Nummern 181 bis 189 und 8C zeigt
die Evaluierungsergebnisse der Nummer 108, der Nummer 115, der Nummern
169 bis 171 und der Nummern 190 bis 198.
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Wie
in den 2A und 2B gezeigt,
werden in dem Fall, bei dem Co im Bereich von 0,02 bis 0,06 Masse-%
liegt, ausgezeichnete Ergebnisse selbst dann erzielt, wenn der Ag-Gehalt im Bereich
von 1,0 bis 4,0 Masse-% variiert, welches im Bereich der vorliegenden
Erfindung liegt. Ähnlich
werden, wie in den 3A und 3B gezeigt,
für den
Fall, bei dem Co im Bereich von 0,02 bis 0,06 Masse-% liegt, selbst
dann ausgezeichnete Ergebnisse erzielt, wenn der Cu-Gehalt im Bereich
von 0,2 bis 1,3 Masse-% variiert, was im Bereich der vorliegenden
Erfindung liegt.
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Zusätzlich ist,
wie in den 4 und 6 gezeigt,
bei dem Fall, bei dem Ni oder Fe enthalten sind, wenn deren Gehalt
gleich 0,06 Masse-% oder darunter liegt, die Liquidus-Temperatur in einem
Bereich, bei dem die elektronischen Bauteile und dergleichen zum
Zeitpunkt des Lötens
nicht beeinträchtigt
werden, während
in dem Fall, bei dem der Ni-Gehalt über 0,08
Masse-% hinausgeht, die Liquidus-Temperatur über 250°C gelangt, so dass sie in einem
Bereich ist, in welchem an den elektronischen Bauteilen und dergleichen
eine Störung verursacht
wird. In dem Fall, bei dem wie in den 4 gezeigt,
Ni enthalten ist, steigt die Liquidus-Temperatur verglichen mit
einem Weichlot, das kein Ni enthält
und den gleichen Gehalt an Ag, Cu und Co enthält, überhaupt nicht oder nur um
einen extrem kleinen Betrag, während
die Schmelzrate des Kupfers weiter vermindert wird. In dem Fall,
in welchem wie in 6 gezeigt, Fe enthalten
ist, wird die Liquidus-Temperatur,
verglichen mit dem Fall, bei dem Fe nicht enthalten ist, weiter
gesenkt, während
die Schmelzrate des Kupfers auf eine niedrige Rate gesteuert ist.
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Wie
in der 5, der Tabelle 21 und dergleichen gezeigt, werden
für den
Fall, dass der Co-Gehalt im Bereich von 0,02 bis 0,06 Masse-% und
der Ni-Gehalt im Bereich von 0,02 bis 0,06 Masse-% liegt, gute Ergebnisse
erzielt. Insbesondere werden in dem Fall, bei dem der Co-Gehalt
im Bereich von 0,02 bis 0,04 Masse-% und der Ni-Gehalt im Bereich
von 0,02 bis 0,04 Masse-% liegt, noch bessere Ergebnisse erzielt. Ähnlich wie
in der 7 und der Tabelle 22 und dergleichen gezeigt,
werden in dem Fall, bei dem der Co-Gehalt im Bereich von 0,02 bis
0,06 Masse-% und der Fe-Gehalt im Bereich von 0,02 bis 0,06 Masse-%
liegt, gute Ergebnisse erzielt.
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Zusätzlich werden,
wie in den 8 gezeigt, für den Fall,
bei dem Ni und Fe zusätzlich
zu Co enthalten sind, wenn der Co-Gehalt, der Ni-Gehalt und der
Fe-Gehalt jeweils im Bereich von 0,02 bis 0,06 Masse-% liegen, gute
Ergebnisse erzielt.
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Die
Wirkungen des Zusetzens von Co zu einem Weichlot mit Sn – 3,5 Masse-%
Ag – 0,8
Masse-% Cu, das ein herkömmliches
auf Sn-Ag-Cu basierendes Weichlot ist, sind in den grafischen Darstellungen,
basierend auf den vorstehend beschriebenen Tabellen dargestellt. 9A ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Co-Gehalt und der Liquidus-Temperatur
in dem Weichlot aus Sn – 3,5
Masse-% Ag – 0,8
Masse-% Cu zeigt, während 9B eine
grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Co-Gehalt und der
Schmelzrate des Kupfers in dem Weichlot aus Sn – 3,5 Masse-% Ag – 0,8 Masse-%
Cu zeigt.
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Aus
der 9A und der 9B ist
auch zu ersehen, dass in dem Fall, bei dem der Co-Gehalt im Bereich
von 0,02 bis 0,06 Masse-% liegt, der Kupferverzehr verhindert werden
kann, indem die Schmelzrate des Kupfers verringert wird, während die
Liquidus-Temperatur
innerhalb eines Bereiches kontrolliert wird, bei dem die bedruckte
Leiterplatte, die zu montierenden elektronischen Bauteile und dergleichen
nicht negativ beeinträchtigt
werden.
