JP2000208934A - 電子部品実装品とその製造方法、およびこれに用いるはんだ - Google Patents
電子部品実装品とその製造方法、およびこれに用いるはんだInfo
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Abstract
良好な接合特性を有する電子部品実装品を提供する。 【解決手段】 1〜5重量%のビスマスと、0〜5重量
%の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、イリジ
ウム、ルテニウムおよびオスミウムから選ばれる少なく
とも1種の金属とを含み、残部が実質的に錫からなる組
成を有する金属皮膜を形成した電子部品の端子を、1〜
5重量%のビスマスと、0〜5重量%の上記金などから
選ばれる少なくとも1種の金属とを含み、残部が実質的
に錫からなり、鉛が2重量%未満である組成を有するは
んだを用いて基板に接合する。
Description
を低減した電子部品実装品とその製造方法、およびこれ
に用いるはんだに関するものである。
装するための接合用はんだとしては、鉛(Pb)と錫
(Sn)との合金が広く用いられてきた。また、実装を
容易にするために、電子部品の電極端子には、はんだと
同じ成分、すなわちPbとSnとからなる金属皮膜がメ
ッキなどにより形成されていた。
サイクルの困難さに鑑みて、Pbを使用しない電子機器
製品の開発が進められている(例えば、実装エレクトロ
ニクス学会誌,vol.1 pp275〜277(1998))。電子部品を
接合するためのはんだとしても、Sn−Cu系、Sn−
Ag糸、Sn−Zn系、Sn−Bi系など各種の鉛フリ
ーはんだが提案されている。
は、Sn−Zn−Bi−In系の鉛フリーはんだが開示
されている。同公報には、例えば、Snメッキを施した
電子部品のリードを、Sn−5Zn−10Bi−5In
はんだ(各元素記号の数値は重量%、ただし、Snは残
部を占める。以下同様)を用いて基板にリフロー実装し
た例が開示されている。この例では、フィレット部の形
成が良好ではなかったことが報告されている。また、は
んだ箔を用いた実装例であるが、Cr−Ni−Auなど
のメタライズを施した基板上に、Sn−8Zn−4Bi
−10In−1Agはんだ箔を用いてパワーモジュール
を実装した例が開示されている。
は、鉛を含むはんだ実装品から鉛を回収する方法が開示
されている。この方法は、はんだ実装品をウェーブソル
ダリング装置内の鉛フリーはんだに浸漬して鉛を回収す
るものである。鉛を回収するために使用される鉛フリー
はんだとしては、Sn−Bi系、Sn−Bi−Ag系、
Sn−Bi−Zn系、Sn−Ag系が挙げられており、
具体的には、Sn−58Bi共晶はんだ、Sn−15B
i、Sn−5Bi、Sn−10Bi−3Agはんだなど
を、基板の耐熱性などに応じて使い分けることが開示さ
れている。このように、鉛フリーはんだを用いて鉛を回
収する検討もなされている。
境負荷を低減させる上では好ましい材料であるが、はん
だぬれ性、フィレット形状、接合強度など接合特性の面
では、Pb−Sn系はんだに劣っている。これらの接合
特性は、実用上極めて重要であるが、鉛フリーはんだが
上記のように各種存在することもあり、特に、鉛フリー
はんだと電子部品の端子に形成される金属皮膜との組み
合わせについては未だ十分に検討されていない。
点から良好に保ち、かつ環境負荷の低減にも好ましいは
んだを提供することを目的とする。また、はんだと電子
部品の端子に形成される金属皮膜との好ましい組み合わ
せにより、優れた接合特性を発揮する電子部品実装品と
その製造方法を提供することを目的とする。
く、本発明の電子部品実装品は、電子部品の端子をはん
だを用いて基板に接合した電子部品実装品であって、前
記端子と前記基板との接合部が、1〜5重量%のビスマ
スと、0〜5重量%の金、銀、銅、パラジウム、白金、
ロジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムか
ら選ばれる少なくとも1種の金属とを含み、残部が実質
的に錫からなり、鉛が2重量%未満である組成を有する
ことを特徴とする。
ぬれ性、フィレット形状、接合強度などにおいて優れた
特性を実現できる。
と基板との接合部が、1〜5重量%の金、銀、銅、パラ
ジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウムおよ
びオスミウムから選ばれる少なくとも1種の金属を含む
ことが好ましい。また、実質的には鉛を含まないことが
好ましい。さらに、ビスマスの含有量は、1〜3重量%
が好ましい。
は、1〜5重量%のビスマスと、0〜5重量%の金、
銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ル
テニウムおよびオスミウムから選ばれる少なくとも1種
の金属とを含み、残部が実質的に錫からなる組成を有す
る金属皮膜を形成した電子部品の端子を、1〜5重量%
のビスマスと、0〜5重量%の金、銀、銅、パラジウ
ム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオ
スミウムから選ばれる少なくとも1種の金属とを含み、
残部が実質的に錫からなり、鉛が2重量%未満である組
成を有するはんだを用いて基板に接合することを特徴と
する。
皮膜との良好な組み合わせにより、はんだぬれ性、フィ
レット形状、接合強度などにおいて優れた特性を発揮す
る電子部品実装品を提供できる。
ては、金属皮膜およびはんだの少なくとも一方が、1〜
5重量%の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、
イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムから選ばれる
少なくとも1種の金属を含むことが好ましい。また、金
属皮膜およびはんだの少なくとも一方が、1〜3重量%
のビスマスを含むことが好ましい。さらに、金属皮膜お
よびはんだが、実質的に鉛を含まないことが好ましい。
1〜5重量%のビスマスと、1〜5重量%の金、銀、
銅、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニ
ウムおよびオスミウムから選ばれる少なくとも1種の金
属と、残部が実質的に錫からなり、鉛が2重量%未満で
あることを特徴とする。
の上記実装品および製造方法を提供するために特に好適
な組成を有する。
ことが好ましい。また、1〜3重量%のビスマスを含む
ことが好ましい。
について説明する。なお、以下の説明において、組成表
示に用いる%表示はすべて重量%である。
する。はんだは、Snを主成分とし、さらにBiを必須
成分として含んでいる。Biの含有量は、1〜5%、好
ましくは1〜3%である。Biを添加することにより、
はんだの融点が低下し、低温域での接着が可能となる。
また、はんだのぬれ性、および環境の温度変化に対する
信頼性(以下、単に「信頼性」という)が向上する。さ
らに、フィレット形状も改善される。一方、Biの含有
量が5%を超えると、信頼性や接合強度が低下する場合
がある。
(Ag)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、白金(P
t)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニ
ウム(Ru)およびオスミウム(Os)から選ばれる少
なくとも1種の金属が0〜5%、好ましくは1〜5%の
範囲で添加される。これらの金属を添加することによ
り、はんだ粒子を小さくすることができる。また、フィ
レット形状なども改善される。一方、これらの金属の含
有量が5%を超えると、融点が高くなるために実装温度
を高くする必要が生じる。また、特に貴金属を5%以上
用いると材料費が高額となる。
u,PdおよびPtが好ましく、Ag、Cuがさらに好
ましい。
いように調製されるが、微量の不純物としてPbが含有
されることもある。また、フロー実装の場合には、Pb
を含有する端子から、Pbがはんだに流入するおそれも
ある。
%、Bi:4〜6%、Sn:残部の組成範囲において、
低融点物質(固相線:98℃)を形成する。この低融点
物質が存在すると、接合の信頼性が低下する。したがっ
て、Pbは、はんだに含有されないことが好ましいが、
混入したとしても、2%未満となるように管理すること
が好ましい。
を主成分とする金属皮膜が予め形成される。この金属皮
膜は、Biを必須成分として含んでいる。Biの含有量
は、1〜5%、好ましくは1〜3%である。Biを添加
することにより、はんだ付け性が改善され、ウイスカー
の発生も抑制される。一方、Biの含有量が5%を超え
ると、特にフロー実装の際にはんだ中に流出して信頼性
や接合強度を低下させるおそれがある。
(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、パラジウム(P
d)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム
(Ir)、ルテニウム(Ru)およびオスミウム(O
s)から選ばれる少なくとも1種の金属が0〜5%、好
ましくは1〜5%の範囲で添加される。これらの金属を
添加することにより、はんだ付け性などが改善される。
一方、これらの金属の含有量が5%を超えると、材料費
が高額となる。
もBiなどを添加することにより、はんだと端子の金属
皮膜とは、ともにSnを主成分とし、少なくともBiを
含む組成を有することになる。はんだと金属皮膜とを同
種の成分とすると、電子部品と基板との接合時における
成分移動が少なくなるために、短時間で接合させること
ができる。また、接合部の表面の均一性も向上する。
を用いて説明する。図1は、フロー実装により電子部品
を実装した例であり、図2は、リフロー実装による例で
ある。いずれの場合も、電子部品5,7は、その端子
6,8に形成された金属皮膜2に接着したはんだ1によ
り、プリント配線基板3の銅箔(ランド)部4上に接合
されている。
装には、フロー実装、リフロー実装のいずれを用いても
構わない。フロー実装、リフロー実装の条件にも特に制
限はないが、実装の条件は、例えば、フロー実装ではロ
ジン系のフラックスを用い、ピーク温度250〜270
℃で5〜10秒間処理、リフロー実装ではMAタイプの
フラックスを用い、ピーク温度230〜250℃、保持
時間10〜20秒間とすればよい。
明するが、本発明は以下の実施例により制限されるもの
ではない。
じく表1に示した各種組成の金属皮膜を形成した端子を
備えた電子部品を基板に接合し、図1に示したような断
面を有する実装品を作製した。
ド部として形成した紙フェノール基板を用いた。電子部
品の端子には、メッキ(Sn−Biなど2成分系)また
はディッピング(Sn−Bi−Ag−Cuなど4成分
系)により金属皮膜を形成した。なお、電子部品の端子
の寸法は、長さ3mm、幅1mm、厚さ0.3mmとし
た。また、電子部品の実装は、フロー実装により行っ
た。フロー実装は、ロジン系のフラックスを用い、大気
中、ピーク温度260℃で5秒間処理することにより行
った。
合特性を評価した。接合特性の評価項目は、以下のとお
りである。
みを観察した。はんだとなじんでいる面積が、95%以
上をA、90%以上95%未満をB、85%以上90%
未満をC、85%未満をDとした。なお、はんだ浴のは
んだは、Sn/20Biを用いた。
000の研磨個を用いて金属顕微鏡を用いて観察した。
この断面形状のはんだが、図1に示したように、プリン
ト基板から電極端子に向かって円錐型(富士山型)に盛
り上がっている場合をA、若干型が崩れている場合を
B、部分的に接着していない場合をC、全く接着してお
らず盛り上がりがない場合をDとした。
板から脱離したときの力を測定した。この力が4kgf
を超える場合をA、3〜4kgfである場合をB、3k
gf未満である場合をCとした。
を用いて観察した。破断箇所がはんだ接合部以外の場合
をA、電極端子とはんだとの界面である場合をB、はん
だ内部での破断をCとした。
低温度、最高温度で各5分間保持する工程を1サイクル
として500サイクルの試験を行った。接合強度を試験
後、接合強度を測定し、電子部品が脱離したときの力に
より、上記と同様の基準を用いて評価した。
上全く問題がないレベルをA、Bとしている。
用いた場合を除いては、はんだと金属皮膜とがともに、
Sn−1〜5Bi−1〜5M(Mは貴金属または銅)で
あるときに、全体として良好な接合特性を得ることがで
きた。また、はんだのビスマス含有量が1〜3%である
ときに、さらに優れた接合特性を得ることができた。
合部は、電極端子の金属皮膜1重量部に対して接合用は
んだ30〜100重量部が含まれていた。一方、上記と
同様の金属皮膜およびはんだを用いたリフロー実装(2
40℃、10秒間)では、金属皮膜1重量部に対して接
合用はんだ2〜5重量部が含まれていた。
良好な接合特性を備えた電子部品実装品を提供すること
ができる。
装品)を示す断面図である。
実装品)を示す断面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 電子部品の端子をはんだを用いて基板に
接合した電子部品実装品であって、前記端子と前記基板
との接合部が、1〜5重量%のビスマスと、0〜5重量
%の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、イリジ
ウム、ルテニウムおよびオスミウムから選ばれる少なく
とも1種の金属とを含み、残部が実質的に錫からなり、
鉛が2重量%未満である組成を有することを特徴とする
電子部品実装品。 - 【請求項2】 端子と基板との接合部が、1〜5重量%
の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウ
ム、ルテニウムおよびオスミウムから選ばれる少なくと
も1種の金属を含む請求項1に記載の電子部品実装品。 - 【請求項3】 端子と基板との接合部が実質的に鉛を含
まない請求項1または2に記載の電子部品実装品。 - 【請求項4】 1〜5重量%のビスマスと、0〜5重量
%の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、イリジ
ウム、ルテニウムおよびオスミウムから選ばれる少なく
とも1種の金属とを含み、残部が実質的に錫からなる組
成を有する金属皮膜を形成した電子部品の端子を、1〜
5重量%のビスマスと、0〜5重量%の金、銀、銅、パ
ラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウムお
よびオスミウムから選ばれる少なくとも1種の金属とを
含み、残部が実質的に錫からなり、鉛が2重量%未満で
ある組成を有するはんだを用いて基板に接合することを
特徴とする電子部品実装品の製造方法。 - 【請求項5】 金属皮膜およびはんだの少なくとも一方
が、1〜5重量%の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロ
ジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムから
選ばれる少なくとも1種の金属を含む請求項4に記載の
電子部品実装品の製造方法。 - 【請求項6】 金属皮膜およびはんだが実質的に鉛を含
まない請求項4または5に記載の電子部品実装品の製造
方法。 - 【請求項7】 金属皮膜およびはんだの少なくとも一方
が、1〜3重量%のビスマスを含む請求項4〜6のいず
れかに記載の電子部品実装品の製造方法。 - 【請求項8】 1〜5重量%のビスマスと、1〜5重量
%の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、イリジ
ウム、ルテニウムおよびオスミウムから選ばれる少なく
とも1種の金属と、残部が実質的に錫からなり、鉛が2
重量%未満である組成を有することを特徴とする電子部
品実装用はんだ。 - 【請求項9】 実質的に鉛を含まない請求項8に記載の
電子部品実装用はんだ。 - 【請求項10】 1〜3重量%のビスマスを含む請求項
8または9に記載の電子部品実装用はんだ。
Priority Applications (1)
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JP00488399A JP3328210B2 (ja) | 1999-01-12 | 1999-01-12 | 電子部品実装品の製造方法 |
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1999
- 1999-01-12 JP JP00488399A patent/JP3328210B2/ja not_active Expired - Fee Related
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