JP2000052083A - 鉛フリ−はんだ合金 - Google Patents
鉛フリ−はんだ合金Info
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- JP2000052083A JP2000052083A JP23355198A JP23355198A JP2000052083A JP 2000052083 A JP2000052083 A JP 2000052083A JP 23355198 A JP23355198 A JP 23355198A JP 23355198 A JP23355198 A JP 23355198A JP 2000052083 A JP2000052083 A JP 2000052083A
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- solder alloy
- alloy
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Abstract
(57)【要約】
【課題】マンハッタン現象や凝固偏析をよく防止できる
鉛フリ−はんだ合金を提供する。 【解決手段】Ａｇ０．５〜５．０重量％、Ａｕ０．３〜
１０．０重量％、残部Ｓｎからなることを特徴とする構
成であり、Ｃｕを０．１〜２．０重量％添加し、また、
ＰまたはＧａを０．５重量％以下添加することができ
る。
鉛フリ−はんだ合金を提供する。 【解決手段】Ａｇ０．５〜５．０重量％、Ａｕ０．３〜
１０．０重量％、残部Ｓｎからなることを特徴とする構
成であり、Ｃｕを０．１〜２．０重量％添加し、また、
ＰまたはＧａを０．５重量％以下添加することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子部品の実装に使
用する鉛フリ−はんだ合金に関するものである。
用する鉛フリ−はんだ合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子部品の実装に使用するはんだ
合金には、鉛を多量に含有するものが使用されている。
しかしながら、かかる鉛入りはんだでは、廃棄した回路
基板から鉛が溶出しこの溶出鉛による生態系への悪影響
や環境汚染が問題視されつつあり、鉛フリ−はんだ合金
の使用が要請されている。この鉛フリ−はんだ合金とし
ては、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金、例えばＳｎ−３．５Ａ
ｇ（共晶）やＳｎ−Ｂｉ系、例えばＳｎ−７．５Ｂｉ−
２Ａｇ−０．５Ｃｕ（アロイＨ合金）等が知られてい
る。
合金には、鉛を多量に含有するものが使用されている。
しかしながら、かかる鉛入りはんだでは、廃棄した回路
基板から鉛が溶出しこの溶出鉛による生態系への悪影響
や環境汚染が問題視されつつあり、鉛フリ−はんだ合金
の使用が要請されている。この鉛フリ−はんだ合金とし
ては、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金、例えばＳｎ−３．５Ａ
ｇ（共晶）やＳｎ−Ｂｉ系、例えばＳｎ−７．５Ｂｉ−
２Ａｇ−０．５Ｃｕ（アロイＨ合金）等が知られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電子部品の実装、特に
リフロ−法実装では、はんだ付け時、電子部品の加熱の
不均一が避けられず、上記Ｓｎ−３．５Ａ共晶はんだに
よるリフロ−では、電子部品（チップタイプ）の片サイ
ド電極のクリ−ムはんだが先に融点に達して液相化さ
れ、この際電子部品の他サイド電極のクリ−ムはんだが
固相のままである状態が生じ、片サイド電極のクリ−ム
はんだの液相化による表面張力で電子部品が起立されて
他サイド電極が浮き上がり（いわゆる、マンハッタン現
象）、はんだ付け不良が発生することがある。
リフロ−法実装では、はんだ付け時、電子部品の加熱の
不均一が避けられず、上記Ｓｎ−３．５Ａ共晶はんだに
よるリフロ−では、電子部品（チップタイプ）の片サイ
ド電極のクリ−ムはんだが先に融点に達して液相化さ
れ、この際電子部品の他サイド電極のクリ−ムはんだが
固相のままである状態が生じ、片サイド電極のクリ−ム
はんだの液相化による表面張力で電子部品が起立されて
他サイド電極が浮き上がり（いわゆる、マンハッタン現
象）、はんだ付け不良が発生することがある。
【０００４】これに対し、上記アロイＨはんだ合金で
は、固相線温度と液相線温度との間にかなりの差があり
（固相線温度１８５℃、液相線温度２１５℃）、上記チ
ップタイプ電子部品の片サイド電極側のはんだが固相状
態のときに他サイド電極側のはんだが固液共存状態（液
相状態よりも表面張力が小）となり、他サイド電極側の
はんだが液相状態のときに片サイド電極側のはんだが固
液共存状態となり、共晶はんだ合金使用の場合に較べて
両電極間に作用する表面張力の差を小さくできるので、
マンハッタン現象の抑制に有利である。
は、固相線温度と液相線温度との間にかなりの差があり
（固相線温度１８５℃、液相線温度２１５℃）、上記チ
ップタイプ電子部品の片サイド電極側のはんだが固相状
態のときに他サイド電極側のはんだが固液共存状態（液
相状態よりも表面張力が小）となり、他サイド電極側の
はんだが液相状態のときに片サイド電極側のはんだが固
液共存状態となり、共晶はんだ合金使用の場合に較べて
両電極間に作用する表面張力の差を小さくできるので、
マンハッタン現象の抑制に有利である。
【０００５】しかしながら、Ｂｉを含有するはんだ合金
では、いわゆる、凝固偏析現象によるウィ−クポイント
が発生し易い。すなわち、はんだが凝固する過程におい
て、易放熱部位のはんだ部分（通常、電子部品側）が難
放熱部位のはんだ部分（通常、基板側）よりも早く固相
化し、この固相部分がＢｉ欠乏状態で安定化しようと
し、その結果まだ液相状態にあるはんだ部分側にＢｉが
追い込まれてその液相状態部分がＢｉリッチに状態とな
り、かかる凝固偏析の結果、Ｂｉリッチの低融点組成部
分が発生し、しかもこの部分がＢｉリッチのために機械
的に脆く、熱的・機械的なウィ−クポイントとなる。
では、いわゆる、凝固偏析現象によるウィ−クポイント
が発生し易い。すなわち、はんだが凝固する過程におい
て、易放熱部位のはんだ部分（通常、電子部品側）が難
放熱部位のはんだ部分（通常、基板側）よりも早く固相
化し、この固相部分がＢｉ欠乏状態で安定化しようと
し、その結果まだ液相状態にあるはんだ部分側にＢｉが
追い込まれてその液相状態部分がＢｉリッチに状態とな
り、かかる凝固偏析の結果、Ｂｉリッチの低融点組成部
分が発生し、しかもこの部分がＢｉリッチのために機械
的に脆く、熱的・機械的なウィ−クポイントとなる。
【０００６】本発明の目的は、マンハッタン現象や凝固
偏析をよく防止できる鉛フリ−はんだ合金を提供するこ
とにある。
偏析をよく防止できる鉛フリ−はんだ合金を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る鉛フリ−は
んだ合金は、Ａｇ０．５〜５．０重量％、Ａｕ０．３〜
１０．０重量％、残部Ｓｎからなることを特徴とする構
成であり、Ｃｕを０．１〜２．０重量％添加し、また、
ＰまたはＧａを０．５重量％以下添加することができ
る。
んだ合金は、Ａｇ０．５〜５．０重量％、Ａｕ０．３〜
１０．０重量％、残部Ｓｎからなることを特徴とする構
成であり、Ｃｕを０．１〜２．０重量％添加し、また、
ＰまたはＧａを０．５重量％以下添加することができ
る。
【０００８】本発明に係るはんだ合金において、Ｓｎを
基材とする理由は、毒性が極めて少なく、母材に対する
優れた濡れ性を付与でき、産出量も安定であり、安価で
あることによる。
基材とする理由は、毒性が極めて少なく、母材に対する
優れた濡れ性を付与でき、産出量も安定であり、安価で
あることによる。
【０００９】本発明において、Ａｇを添加する理由は、
はんだの融点をＳｎの融点である２３２℃以下とすると
共に、生成する金属間化合物である微細なＡｇ3Ｓｎを
緻密に分散させることにより機械的強度、特に引張り強
度の向上を得るためである。その添加量を０．５〜５．
０重量％とした理由は、０．５重量％未満では融点を２
３２℃以下にし難く、機械的強度の向上も満足に達成し
得ず、５．０重量％を越えると、液相線温度が高くなり
過ぎるばかりか粗大なＡｇ3Ｓｎ針状初晶が晶出し、機
械的特性、特に伸び特性が低下して脆くなからである。
はんだの融点をＳｎの融点である２３２℃以下とすると
共に、生成する金属間化合物である微細なＡｇ3Ｓｎを
緻密に分散させることにより機械的強度、特に引張り強
度の向上を得るためである。その添加量を０．５〜５．
０重量％とした理由は、０．５重量％未満では融点を２
３２℃以下にし難く、機械的強度の向上も満足に達成し
得ず、５．０重量％を越えると、液相線温度が高くなり
過ぎるばかりか粗大なＡｇ3Ｓｎ針状初晶が晶出し、機
械的特性、特に伸び特性が低下して脆くなからである。
【００１０】本発明において、Ａｕを添加する理由は、
ＡｕＳｎ4の金属間化合物を生成させて機械的強度を向
上させると共に上記Ａｇとの共存のもとではんだ融点を
上記２３２℃以下に維持しつつその液相線温度と固相線
温度との間の差をマンハッタン現象防止に有効な温度差
（１０〜２０℃程度）にするためである。その添加量を
０．３〜１０．０重量％とした理由は、０．３重量％未
満では液相線温度と固相線温度との間の差を１０〜２０
℃にし難く、機械的強度の向上も満足に達成し得ず、
３．５重量％を越えると、液相線温度が高くなり過ぎる
ばかりか粗大な金属間化合物が晶出して伸び特性が低下
し脆くなからである。
ＡｕＳｎ4の金属間化合物を生成させて機械的強度を向
上させると共に上記Ａｇとの共存のもとではんだ融点を
上記２３２℃以下に維持しつつその液相線温度と固相線
温度との間の差をマンハッタン現象防止に有効な温度差
（１０〜２０℃程度）にするためである。その添加量を
０．３〜１０．０重量％とした理由は、０．３重量％未
満では液相線温度と固相線温度との間の差を１０〜２０
℃にし難く、機械的強度の向上も満足に達成し得ず、
３．５重量％を越えると、液相線温度が高くなり過ぎる
ばかりか粗大な金属間化合物が晶出して伸び特性が低下
し脆くなからである。
【００１１】本発明において、Ｃｕを添加する理由は、
はんだの融点を上記２３２℃以下に維持しつつＡｇ及び
Ａｕとの相乗作用により機械的特性を更に向上させるた
めである。その添加量を０．１〜２．０重量％とした理
由は、０．１重量％未満では機械的強度の向上を満足に
達成し得ず、２．０重量％以上では、液相線温度が高く
なり過ぎるばかりかＳｎ−Ｃｕ金属間化合物が過剰に生
成されかえって延性が低下するからである。
はんだの融点を上記２３２℃以下に維持しつつＡｇ及び
Ａｕとの相乗作用により機械的特性を更に向上させるた
めである。その添加量を０．１〜２．０重量％とした理
由は、０．１重量％未満では機械的強度の向上を満足に
達成し得ず、２．０重量％以上では、液相線温度が高く
なり過ぎるばかりかＳｎ−Ｃｕ金属間化合物が過剰に生
成されかえって延性が低下するからである。
【００１２】本発明において、ＰまたはＧａを添加する
理由は、はんだ溶融時にこれらの元素が優先的に酸化し
て他の元素の酸化を防止し、溶融はんだ表面に浮いて巻
き込まれることがなく、酸化による機械的強度の低下を
排除するためであり、その添加料を０．５重量％以下と
した理由は、これ以上では高価となるばかりか、はんだ
の脆弱化が招来されるからである。
理由は、はんだ溶融時にこれらの元素が優先的に酸化し
て他の元素の酸化を防止し、溶融はんだ表面に浮いて巻
き込まれることがなく、酸化による機械的強度の低下を
排除するためであり、その添加料を０．５重量％以下と
した理由は、これ以上では高価となるばかりか、はんだ
の脆弱化が招来されるからである。
【００１３】本発明においては、上記以外の元素をＪＩ
Ｓ Ｚ ３２８２に規定されているＡ級の範囲内で不純
物として含んでいてもよい。（但し、Ｐｂは０．１０重
量％以下）
Ｓ Ｚ ３２８２に規定されているＡ級の範囲内で不純
物として含んでいてもよい。（但し、Ｐｂは０．１０重
量％以下）
【００１４】本発明に係る鉛フリ−はんだ合金は、リフ
ロ−法でのクリ−ムはんだの粉末はんだの外、フロ−法
でのはんだ浴として好適に使用できる。この粉末はんだ
の粒直径は６５〜２０μｍ、クリ−ムはんだの組成は、
通常、粉末はんだ８５〜９３重量部、残部フラックスで
あり、フラックスの組成は、ロジン２０〜６０重量部、
活性剤０．２〜５重量部、分離防止剤（チクソ剤）３〜
２０重量部、溶剤残部である。
ロ−法でのクリ−ムはんだの粉末はんだの外、フロ−法
でのはんだ浴として好適に使用できる。この粉末はんだ
の粒直径は６５〜２０μｍ、クリ−ムはんだの組成は、
通常、粉末はんだ８５〜９３重量部、残部フラックスで
あり、フラックスの組成は、ロジン２０〜６０重量部、
活性剤０．２〜５重量部、分離防止剤（チクソ剤）３〜
２０重量部、溶剤残部である。
【００１５】粉末はんだの製造には、高速回転するディ
スク面に溶融はんだを吹き当てて飛散させ、さらに不活
性ガスを吹き付けて急冷凝固させる方法（遠心噴霧
法）、溶融はんだをノズルから滴下させ、そこに不活性
ガスを吹き付けて飛散させつつ急冷凝固させる方法（ア
トマイズ法）等を使用できる。
スク面に溶融はんだを吹き当てて飛散させ、さらに不活
性ガスを吹き付けて急冷凝固させる方法（遠心噴霧
法）、溶融はんだをノズルから滴下させ、そこに不活性
ガスを吹き付けて飛散させつつ急冷凝固させる方法（ア
トマイズ法）等を使用できる。
【００１６】本発明に係る鉛フリ−はんだ合金は、上記
したクリ−ムはんだやはんだ浴以外に、棒状、線状、プ
リフォ−ム状、やに入りはんだの形態で使用することも
できる。
したクリ−ムはんだやはんだ浴以外に、棒状、線状、プ
リフォ−ム状、やに入りはんだの形態で使用することも
できる。
【００１７】本発明に係る鉛フリ−はんだ合金は、液相
線温度と固相線温度との差が１０℃〜２０℃であり、チ
ップタイプ電子部品を回路基板に実装する間、電子部品
の両電極に温度差（通常、高くても１０℃以内）が生じ
ても、両電極の一方のはんだが固相状態−他方の電極
のはんだが固液共存状態、両電極のはんだが共に固液
共存状態、両電極の一方のはんだが固液共存状態−他
方の電極のはんだが液相状態の過程を経てはんだが溶融
・凝固し、両電極の一方のはんだが固相状態−他方の電
極のはんだが液相状態となるのを回避できるから、両電
極間に作用するはんだの表面張力の差を小さくでき、従
って偶力を小さくできるから、電子部品の起立乃至は傾
きをよく抑制できる。また、このように液相線温度と固
相線温度との差を相当に大きくしているにもかかわら
ず、Ｂｉ等の添加を排除してあるから、凝固偏析による
熱的・機械的ウィ−クポイントの発生をよく防止でき
る。更に、はんだ自体が優れた引張り強度及び延性を有
し、しかも、後述するように回路基板の銅導体との接合
界面も通常のＣｕ3Ｓｎ／Ｃｕ6Ｓｎ5の反応層になるか
ら、熱衝撃や機械的衝撃に強いはんだ付けが可能にな
り、車載用回路基板のような過酷な使用環境でも信頼性
に優れた実装が可能となる。
線温度と固相線温度との差が１０℃〜２０℃であり、チ
ップタイプ電子部品を回路基板に実装する間、電子部品
の両電極に温度差（通常、高くても１０℃以内）が生じ
ても、両電極の一方のはんだが固相状態−他方の電極
のはんだが固液共存状態、両電極のはんだが共に固液
共存状態、両電極の一方のはんだが固液共存状態−他
方の電極のはんだが液相状態の過程を経てはんだが溶融
・凝固し、両電極の一方のはんだが固相状態−他方の電
極のはんだが液相状態となるのを回避できるから、両電
極間に作用するはんだの表面張力の差を小さくでき、従
って偶力を小さくできるから、電子部品の起立乃至は傾
きをよく抑制できる。また、このように液相線温度と固
相線温度との差を相当に大きくしているにもかかわら
ず、Ｂｉ等の添加を排除してあるから、凝固偏析による
熱的・機械的ウィ−クポイントの発生をよく防止でき
る。更に、はんだ自体が優れた引張り強度及び延性を有
し、しかも、後述するように回路基板の銅導体との接合
界面も通常のＣｕ3Ｓｎ／Ｃｕ6Ｓｎ5の反応層になるか
ら、熱衝撃や機械的衝撃に強いはんだ付けが可能にな
り、車載用回路基板のような過酷な使用環境でも信頼性
に優れた実装が可能となる。
【００１８】
【実施例】〔実施例１〜１３〕表１に示す組成の鉛フリ
−はんだを調整した。各実施例品について、固相線温
度、液相線温度及び機械的特性（引張り強度、伸び）を
測定したところ、表１の通りであった。なお、機械的特
性は、ＪＩＳＺ ２２０１の４号に規定されている試験
片を調整し、ロ−ドセル式万能試験機を使用し、引張り
速度５ｍｍ／ｍｉｎ、試験温度２５℃にて測定した。ま
た、凝固偏析の有無を確認するために、リ−ド線タイプ
の電子部品のリ−ド線を基板のスルホ−ルに通して各実
施例はんだではんだ付けしその断面をＳＥＭ写真で観測
したところ、凝固偏析は観察されず、基板の銅導体とは
んだとの界面は正常なＣｕ3Ｓｎ／Ｃｕ6Ｓｎ5の反応層
であった。
−はんだを調整した。各実施例品について、固相線温
度、液相線温度及び機械的特性（引張り強度、伸び）を
測定したところ、表１の通りであった。なお、機械的特
性は、ＪＩＳＺ ２２０１の４号に規定されている試験
片を調整し、ロ−ドセル式万能試験機を使用し、引張り
速度５ｍｍ／ｍｉｎ、試験温度２５℃にて測定した。ま
た、凝固偏析の有無を確認するために、リ−ド線タイプ
の電子部品のリ−ド線を基板のスルホ−ルに通して各実
施例はんだではんだ付けしその断面をＳＥＭ写真で観測
したところ、凝固偏析は観察されず、基板の銅導体とは
んだとの界面は正常なＣｕ3Ｓｎ／Ｃｕ6Ｓｎ5の反応層
であった。
【００１９】〔比較例１〜３〕表２に示す組成の鉛フリ
−はんだを調整した。固相線温度、液相線温度及び機械
的特性（引張り強度、伸び）を測定したところ、表２の
通りであった。また、凝固偏析の有無を確認するため
に、リ−ド線タイプの電子部品のリ−ド線を基板のスル
−ホ−ルに通して各比較例はんだではんだ付けしその断
面をＳＥＭ写真で観測したところ、冷却速度の遅い基板
側界面にＢｉリッチの偏析層が認められた。なお、上記
実施例及び比較例の何れにおいても、組成の元素以外の
不純物をＪＩＳ Ｚ ３２８２に規定されたＡ級の範囲
内で含んでいる。
−はんだを調整した。固相線温度、液相線温度及び機械
的特性（引張り強度、伸び）を測定したところ、表２の
通りであった。また、凝固偏析の有無を確認するため
に、リ−ド線タイプの電子部品のリ−ド線を基板のスル
−ホ−ルに通して各比較例はんだではんだ付けしその断
面をＳＥＭ写真で観測したところ、冷却速度の遅い基板
側界面にＢｉリッチの偏析層が認められた。なお、上記
実施例及び比較例の何れにおいても、組成の元素以外の
不純物をＪＩＳ Ｚ ３２８２に規定されたＡ級の範囲
内で含んでいる。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】表１の測定結果から明らかなように、実
施例品においては強度及び伸び共に比較例１のＳｎ−Ａ
ｇ共晶はんだに匹敵し機械的強度上問題はない。特に、
Ｂｉ含有の比較例２（アロイＨはんだ合金）や比較例３
のようなＢｉの粗大晶出に起因する延性低下がない。そ
して比較例１のような共晶はんだとは異なり、固相線温
度と液相線温度との差を１０℃〜２０℃と相当に広くで
きるので、チップタイプ電子部品をマンハッタン現象を
防止して実装できる。また、はんだが不均一に冷却され
ても、比較例２や比較例３のようなＢｉ含有はんだで観
られる凝固偏析によるウィ−クポィントの発生もない。
更に、実施例１０及び１１から、銅の添加による引張り
強度の向上も明らかである。
施例品においては強度及び伸び共に比較例１のＳｎ−Ａ
ｇ共晶はんだに匹敵し機械的強度上問題はない。特に、
Ｂｉ含有の比較例２（アロイＨはんだ合金）や比較例３
のようなＢｉの粗大晶出に起因する延性低下がない。そ
して比較例１のような共晶はんだとは異なり、固相線温
度と液相線温度との差を１０℃〜２０℃と相当に広くで
きるので、チップタイプ電子部品をマンハッタン現象を
防止して実装できる。また、はんだが不均一に冷却され
ても、比較例２や比較例３のようなＢｉ含有はんだで観
られる凝固偏析によるウィ−クポィントの発生もない。
更に、実施例１０及び１１から、銅の添加による引張り
強度の向上も明らかである。
【００２３】従って、本発明に係る鉛フリ−はんだによ
れば、はんだ自体の優れた強度と優れた接合界面強度の
ために電子部品を回路基板に優れた強度で実装でき、過
酷な熱的・機械的使用条件のもとでも鉛フリ−はんだに
よる信頼性の高い実装が可能になる。
れば、はんだ自体の優れた強度と優れた接合界面強度の
ために電子部品を回路基板に優れた強度で実装でき、過
酷な熱的・機械的使用条件のもとでも鉛フリ−はんだに
よる信頼性の高い実装が可能になる。
Claims (3)
- 【請求項１】Ａｇ０．５〜５．０重量％、Ａｕ０．３〜
１０．０重量％、残部Ｓｎからなることを特徴とする鉛
フリ−はんだ合金。 - 【請求項２】Ｃｕが０．１〜２．０重量％添加されてい
る請求項１記載の鉛フリ−はんだ合金。 - 【請求項３】ＰまたはＧａが０．５重量％以下添加され
ている請求項１または２記載の鉛フリ−はんだ合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23355198A JP2000052083A (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 鉛フリ−はんだ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23355198A JP2000052083A (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 鉛フリ−はんだ合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000052083A true JP2000052083A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16956844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23355198A Pending JP2000052083A (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 鉛フリ−はんだ合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000052083A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007111715A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Nihon Almit Co Ltd | はんだ合金 |
-
1998
- 1998-08-04 JP JP23355198A patent/JP2000052083A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007111715A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Nihon Almit Co Ltd | はんだ合金 |
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