JP2000254793A

JP2000254793A - 低含鉛はんだ合金

Info

Publication number: JP2000254793A
Application number: JP11061323A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Oki; 賢一大木
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2000-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のスズ鉛共晶はんだよりも鉛の含有量が
大幅に少なく、かつ、スズ鉛共晶はんだと同等の温度で
はんだ付けができ、同等の性能をもつ低含鉛はんだ合金
を提供する。【解決手段】 Pbが５．８〜２０重量％、Biが０〜１０
重量％、Agが０〜３．５重量％、Cuが０〜２重量％、In
が０〜３重量％、残部がSnの合金から成る低含有鉛はん
だ合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来のスズ鉛共晶はん
だ合金に比較して、鉛含有率が少量であるはんだ合金に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的に使用されてきたスズ鉛共
晶はんだは、鉛が重量比で３７〜４０％含まれいる。し
かし、環境問題が深刻化している中、有毒物である鉛の
使用を規制する動きがある。

【０００３】そのため、近年、鉛含有ゼロの鉛フリーは
んだが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鉛フリ
ーはんだは、スズ鉛共晶はんだと比較して融点温度が高
いため、はんだ付け温度をスズ鉛共晶はんだの場合より
１０℃以上高くすることが必要である。一方、一般的な
基板実装部品の耐熱性は、スズ鉛共晶はんだのはんだ付
け条件に合わせてあるため、はんだ付け温度を上げると
部品の信頼性に支障をきたす。よって、スズ鉛共晶はん
だの代替えとして、鉛フリーはんだを一般的な基板実装
部品に使用することができなかった。

【０００５】本発明は、鉛の含有量が大幅に少なく環境
汚染を低減することが出来き、はんだ付け温度及び半田
接合部の性能はスズ鉛共晶はんだと同等であり、従来の
スズ鉛共晶はんだの代替えとして、一般の基板実装部品
に広く使用することが出来る低含有鉛はんだ合金を提供
することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、 Pbが５．８
〜２０重量％、Biが０〜１０重量％、Agが０〜３．５重
量％、Cuが０〜２重量％、Inが０〜３重量％、残部がSn
の合金から成る低含有鉛はんだ合金、または、同合金を
使用したクリームはんだ、または、溶融後の金属組成の
重量％が同合金と同じになるクリームはんだである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を表を用いて説明
する。表1に従来例と本実施例の合金組成及び融点温度
を示す。なお、スズ鉛共晶はんだの従来例として、Ｓn
が６３重量％、Ｐｂが３７重量％の合金を用い、鉛フリ
ーはんだの従来例として、Ｓｎが９０重量％、Ｂｉが
７．５重量％、Ａｇが２重量％、Ｃｕが０．５重量％の
合金を用いた。本実施例では、Ｐｂが３．７〜１８．
５重量％、Ｂｉが３．７５〜６．７５重量％、Ａｇが１
〜１．８重量％、Ｃｕが０．２５〜０．４５重量％、
残部がＳｎの組み合わせから５パターンを設定して試験
を行った。

【０００８】なお、Ｂｉの添加は融点を下げる効果があ
るが、１０重量％以上では合金がもろくなり性能が低下
する。Ａｇの添加は強度を高める効果があるが、３．５
重量％以上では融点が上昇してしまう。Ｃｕの添加は濡
れ性が増す効果があるが、２重量％以上では融点が上昇
してしまう。したがって、求める性能（融点・強度・濡
れ性）に応じて、上記の範囲内で添加すれば良い。

【０００９】表１に示したように、実施例２〜５は融点
温度を２００℃以下にすることができ、スズ鉛共晶はん
だと同等の温度ではんだ付けが可能であることが確認で
きた。また、表1の結果より、融点温度が２００℃の場
合のＰｂ混入率を近似的に求めたところ、５．８重量％
であった。従って、Ｐｂが５．８重量％以上であること
が望ましいと考えられる。なお、環境問題を考慮する
と、Ｐｂは２０重量％以下に抑えることが望ましい。

【００１０】表２にはんだ付け接合部の性能評価結果を
示す。まず濡れ性について評価し、次に接続信頼性の評
価として、強度・抵抗変化率・絶縁性についての性能評
価を行った。なお、これらの試験においては、スズ鉛共
晶はんだと同じリフロー条件で半田付けを行っている。

【００１１】濡れ性については、０．５ｍｍピッチＱ
ＦＰ（Quad Flat Package ）における半田付け時のハ゜ッ
ト゛濡れ部分を評価した。データ値はパッド面積に対する
濡れ部分の割合（％）である。従来の鉛フリーはんだで
は溶けない部分が生じた。本実施例においては、実施例
２〜５が１００％を示し、スズ鉛共晶はんだと同等の濡
れ性が確認できた。

【００１２】強度については、０．５ｍｍピッチＱＦＰ
における熱衝撃試験後のリード引き剥がし強度を測定し
た。実施例１〜３はスズ鉛共晶はんだに比べるとやや低
いが、接続信頼性の判断において充分な強度である。実
施例４及び実施例５についてはスズ鉛共晶はんだと同等
の強度が確認できた。

【００１３】抵抗変化率については、ＱＦＰ及びチップ
部品における熱衝撃試験２００サイクル後の抵抗変化率
（％）を測定した。データ値は試験結果の最大値で示し
てある。従来の鉛フリーはんだは接続不良により測定が
不可能であった。一般的に、信頼性の評価において抵抗
変化率が１０％以下であることが求められるが、本実施
例は全てこの基準を満たしており、スズ鉛共晶はんだと
同等の性能であることが確認できた。

【００１４】絶縁性については、ＪＩＳ２形くし形基板
を電圧印加し、高温多湿放置後の抵抗値を測定した。デ
ータ値は試験結果の最小値で示してある。一般的に、信
頼性の評価において抵抗値が１０¹²Ω以上であることが
求められるが、本実施例は全てこの基準を満たしてお
り、スズ鉛共晶はんだと同等の性能であることが確認で
きた。

【００１５】以上の結果から、濡れ性及び接続信頼性に
おいて、本実施例２〜５はスズ鉛共晶はんだとほぼ同等
の性能があることが確認できた。

【００１６】なお、本実施例ではBiを用いたが、Inでも
同様の効果が得られる。この場合、BiおよびInのいずれ
か1種または2種を混入する。ただし、Ｉｎは高価である
ため、コストを考慮した場合は、３重量％以内が適当で
ある。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、以上に説明したように、従来
のスズ鉛共晶はんだよりも鉛の含有量が大幅に少ないは
んだ合金であるため環境汚染を低減することが出来き
る。さらに、半田接合部の性能及びはんだ付け温度がス
ズ鉛共晶はんだと同等であることにより、従来のスズ鉛
共晶はんだの代替えとして、一般の基板実装部品に広く
使用することが出来る。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 Pbが５．８〜２０重量％、Biが０〜１０
重量％、Agが０〜３．５重量％、Cuが０〜２重量％、In
が０〜１０重量％、残部がSnの合金から成る低含有鉛は
んだ合金。
【請求項２】請求項１の組成を有する合金粒子と、フ
ラックスとを混練してなる低含有鉛はんだペースト。
【請求項３】溶融後の金属組成が請求項１の組成を有
するように、金属とフラックスとを混練してなる低含有
鉛はんだペースト。