JP2001025891A - 鉛フリーはんだ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 融点がＳｎＰｂ系程度に低く、しかも引張強
度及び衝撃強度に優れた接合部が得られる鉛フリーはん
だを提供する。 【解決手段】 銀を０．１〜３重量％、ビスマスを３〜
７重量％、銅を０．５〜１重量％含み、残部錫からなる
ことを特徴とする鉛フリーはんだ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の電気機器や
電子素子の電気的接続に使用される鉛フリーはんだに関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えばプリント配線板への電気部品や電
子素子の実装、半導体素子のリードワイヤーのボンディ
ング、電線と端子との接続等のために、従来よりはんだ
が用いられている。従来のはんだは錫−鉛共晶はんだ
（以降「ＳｎＰｂ系」と称する）が一般的であったが、
近年では環境汚染の問題から鉛の使用量の削減、更には
全廃が推進されている。

【０００３】従来のＳｎＰｂ系に代わる材料として、錫
をベースに数種類の金属を添加した、所謂鉛フリーはん
だが各種提案されている。例えば、鉛の代わりに銀を主
成分として含むＳｎＡｇ系、ビスマスを主成分として含
むＳｎＢｉ系、亜鉛を主成分として含むＳｎＺｎ系の各
鉛フリーはんだが代表的である。しかしながら、表１に
これらの鉛フリーはんだの組成の一例を示すが、何れも
ＳｎＰｂ系に比べて融点が高く、例えばプリント配線板
の実装に用いた場合、基板に過剰の熱応力を与えたり、
極端な場合には基板を溶かすといった不具合を生じるこ
とがある。

【０００４】

【表１】

【０００５】一方、はんだ材料の品質・信頼性の課題も
多く、中でも近年、機器の小型化・携帯化に伴い落下な
どの衝撃ではんだ接続部が破壊するケースが増えてい
る。そのため、鉛フリーはんだ材料を選定する上でも、
一般的な指標である接続部の引張強度とともに衝撃強度
の確保が重要になってきている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
状況に鑑みてなされたものであり、融点がＳｎＰｂ系程
度に低く、しかも引張強度及び衝撃強度に優れた接合部
が得られる鉛フリーはんだを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
鉛に代わる金属を種々変えてその融点を低下させるとも
に、はんだ接合部の引張強度と衝撃強度とを測定したと
ころ、融点が低く、かつ引張強度と衝撃強度とがバラン
ス良く高い値を示すはんだ組成を得ることができた。本
発明はこのような知見に基づくものである。

【０００８】即ち、本発明は、上記の目的を達成するた
めに、銀を０．１〜３重量％、ビスマスを３〜７重量
％、銅を０．５〜１重量％含み、残部錫からなることを
特徴とする鉛フリーはんだを提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関して図面を参照
して詳細に説明する。本発明の鉛フリーはんだは、銀、
ビスマス及び銅を必須成分として特定量含み、残部錫か
らなる。

【００１０】銀の含有量は０．１〜３重量％である。銀
ははんだの耐熱疲労特性を改善する効果があり、０．１
重量％未満の添加ではその効果が得られず、本発明が目
的とする引張強度と衝撃強度とをバランス良く改善する
上で好ましくない。一方、３重量％を超える場合には液
相線温度が高くなり過ぎ、本発明が目的とする低融点化
を実現できない。

【００１１】ビスマスの含有量は３〜７重量％、好まし
くは３を超え４．５重量％である。ビスマスははんだの
融点を低下させる効果に優れるため、４重量％未満では
その効果が十分に現れない。一方でビスマスは接合部で
の偏在を起こしやすく、また脆性により伸びを減少させ
る性質を有するため、７重量％を超える配合ではこのよ
うな現象が顕著となり、本発明が目的とする引張強度と
衝撃強度とをバランス良く改善する上で好ましくない。

【００１２】銅の含有量は０．５〜１重量％、好ましく
は０．５〜０．７重量％である。銅は銀と同様にはんだ
の耐熱疲労特性を改善する効果があり、０．５重量％未
満の添加ではその効果が得られず、本発明が目的とする
引張強度と衝撃強度とをバランス良く改善する上で好ま
しくない。また、銀と同様に多量の添加は液相線温度の
上昇を招くため、本発明の目的である低融点化を実現す
るためには、銅の含有量上限を１重量％とする。

【００１３】上記の組成範囲にあるはんだの融点は、１
８７〜２２０℃であり、従来のＳｎＰｂ系の融点１８３
℃に比べて若干高いものの、ほぼ満足できる程度にまで
低温化が図られている。

【００１４】以上のように、錫をベースに銀、ビスマス
及び銅を特定量配合したことにより、低融点化に加え
て、引張強度と衝撃強度とをバランス良く改善すること
ができる。従って、上記の金属以外が添加されるとこの
ような微妙なバランスが乱れるため、不純物として混入
されるもの以外は含有しないことが重要である。

【００１５】本発明の鉛フリーはんだの使用形態として
は、例えば平均粒径１０〜７５μｍ程度に分級したもの
を液状フラックスと混練してクリームはんだとすること
ができる。この場合の液状フラックスには制限がない
が、好ましくはＲＭＡフラックスまたは無残渣フラック
スを用いる。尚、ＲＭＡフラックスとしては塩素量が
０．０５％以下のものが好ましく、無残渣フラックスと
しては松脂や活性剤等の固形成分が３０％以下のものが
好ましい。

【００１６】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に説明す
る。 （供試はんだの調製）表２に示すように錫、銀、ビスマ
ス及び銅の配合量を変えて供試はんだ〜を作製し
た。そして、液状フラックスと混練してクリームはんだ
とし、下記に示す引張試験及び衝撃試験に供した。

【００１７】

【表２】

【００１８】（引張試験及び衝撃試験）先ず、図１に示
すように、銅板（タフピッチ銅：２０×５０×１ｍｍ）
１にレジスト２を介して各供試クリームはんだ３を印刷
し、それを２枚重ねた状態で加熱して各サンプルＡを作
成した。はんだの印刷条件及び加熱条件は、表３に示す
通りである。

【００１９】

【表３】

【００２０】そして、引張試験は、図２に示すようにサ
ンプルＡの一方の銅板１ａを引張試験機の固定端１０に
装着し、他方の銅板１ｂを図中矢印Ｆ方向に引っ張り、
はんだ接合部（符号３の部分）が剥離した時の引張力を
測定した。試験条件は、表４に示す通りである。

【００２１】また、衝撃試験は、図３に示すようにサン
プルＡの一方の銅板１ａを衝撃試験機２０の固定治具２
１に装着し、他方の銅板１ｂに重り２２（１００ｇ）を
取り付けた状態で試料ステージ２３を衝撃吸収パッド２
４に落下し、破壊限界強度を測定した。試験条件は、表
４に示す通りである。

【００２２】

【表４】

【００２３】（試験結果）引張強度の測定結果を図４
に、また衝撃強度の測定結果を図５に示す。図示されう
ように、銀、ビスマス及び銅の含有量が本発明の範囲内
にあるはんだ、は、総合的に見て引張強度及び衝撃
強度に優れることが判る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
融点がＳｎＰｂ系程度に低く、しかも引張強度及び衝撃
強度に優れた接合部が得られる鉛フリーはんだが提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】引張試験及び衝撃試験で使用されたサンプルを
示す斜視図である。

【図２】引張試験の試験方法を説明するための概略図で
ある。

【図３】衝撃試験の試験方法を説明するための概略図で
ある。

【図４】引張強度の測定結果を示す図である。

【図５】衝撃強度の測定結果を示す図である。

【符号の説明】 １ 銅板 ２ レジスト ３ クリームはんだ １０ 固定端 ２０ 衝撃試験機 ２１ 固定治具 ２２ 重り ２３ 試料ステージ ２４ 衝撃吸収パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 佐敏 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 BB01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銀を０．１〜３重量％、ビスマスを３〜
   ７重量％、銅を０．５〜１重量％含み、残部錫からなる
   ことを特徴とする鉛フリーはんだ。