JP2001150181A - スズ−ビスマス系無鉛はんだ - Google Patents
スズ−ビスマス系無鉛はんだInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 少量の添加元素で伸び特性を改善できるスズ
−ビスマス系無鉛はんだを提供する。 【解決手段】 (a) ビスマス45〜75重量％又は45〜70重
量％又は45〜65重量％、(b) リン0.003 〜0.1 重量％及
び(c) 残部スズから成る伸び特性を有するスズ-ビスマ
ス系無鉛はんだ。少量のリンの添加で、リン添加のない
はんだ、又は典型的な鉛系はんだ、又は従来の典型的な
無鉛はんだより優れた伸び特性を有する無鉛はんだが提
供できる。更に添加元素であるリンが微量で良いため、
添加前の基合金の他の特質に悪影響を及ぼすことがな
い。
−ビスマス系無鉛はんだを提供する。 【解決手段】 (a) ビスマス45〜75重量％又は45〜70重
量％又は45〜65重量％、(b) リン0.003 〜0.1 重量％及
び(c) 残部スズから成る伸び特性を有するスズ-ビスマ
ス系無鉛はんだ。少量のリンの添加で、リン添加のない
はんだ、又は典型的な鉛系はんだ、又は従来の典型的な
無鉛はんだより優れた伸び特性を有する無鉛はんだが提
供できる。更に添加元素であるリンが微量で良いため、
添加前の基合金の他の特質に悪影響を及ぼすことがな
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スズ−ビスマス系
無鉛はんだに関し、より詳細には機械的性質特に幅広い
組成範囲で伸び特性が優れたスズ−ビスマス系無鉛はん
だに関する。
無鉛はんだに関し、より詳細には機械的性質特に幅広い
組成範囲で伸び特性が優れたスズ−ビスマス系無鉛はん
だに関する。
【０００２】
【従来の技術】代表的なはんだとしてスズ−鉛系がある
が、近年の地球環境問題から鉛を構成元素として含まな
いはんだが要望されている。この要望に対してスズ−銀
系、スズ−亜鉛系等の鉛を含まないはんだが提案されて
いるが、融点がスズ−鉛系よりも高いといった問題点が
あり、融点を下げるために添加元素を加えると機械的性
質が劣化しやすいといった問題がある。
が、近年の地球環境問題から鉛を構成元素として含まな
いはんだが要望されている。この要望に対してスズ−銀
系、スズ−亜鉛系等の鉛を含まないはんだが提案されて
いるが、融点がスズ−鉛系よりも高いといった問題点が
あり、融点を下げるために添加元素を加えると機械的性
質が劣化しやすいといった問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】鉛を含まないという点
で地球環境に配慮したはんだとしてスズ−ビスマス系は
んだが提案され使用されているが、このはんだは鉛を使
用せずスズ−鉛系はんだより安全性は高いものの機械的
性質で劣り、例えば回路配線基板等の電子機器中で使用
する際の長期間の繰り返し使用により信頼性が低下して
誤作動が懸念されるようになる。従ってスズ−ビスマス
系無鉛はんだに、他の元素を添加して伸び特性を含めた
機械的性質を改良する試みが行われている。例えば特開
平８−252688号公報には、スズ−ビスマス系無鉛はんだ
に銀を添加したはんだが開示されている。このはんだで
は、第３元素として0.1 〜2.5 重量％という比較的多量
の銀を添加する必要があり、基合金であるスズ−ビスマ
ス系無鉛はんだの特質に悪影響を及ぼす可能性があり、
しかもスズ含有量が40〜57重量％という比較的狭い範囲
でしか破断伸びがスズ−鉛系はんだより大きくならない
という欠点がある。
で地球環境に配慮したはんだとしてスズ−ビスマス系は
んだが提案され使用されているが、このはんだは鉛を使
用せずスズ−鉛系はんだより安全性は高いものの機械的
性質で劣り、例えば回路配線基板等の電子機器中で使用
する際の長期間の繰り返し使用により信頼性が低下して
誤作動が懸念されるようになる。従ってスズ−ビスマス
系無鉛はんだに、他の元素を添加して伸び特性を含めた
機械的性質を改良する試みが行われている。例えば特開
平８−252688号公報には、スズ−ビスマス系無鉛はんだ
に銀を添加したはんだが開示されている。このはんだで
は、第３元素として0.1 〜2.5 重量％という比較的多量
の銀を添加する必要があり、基合金であるスズ−ビスマ
ス系無鉛はんだの特質に悪影響を及ぼす可能性があり、
しかもスズ含有量が40〜57重量％という比較的狭い範囲
でしか破断伸びがスズ−鉛系はんだより大きくならない
という欠点がある。
【０００４】この他に第３元素として、銅やインジウム
を添加することも試みられているが（特開平７−1179号
公報）、性能改良が不十分であったり経済性に欠けるな
どの問題がある。本発明は、極微量の添加で機械的性質
を改良できるスズ−ビスマス系無鉛はんだを提供するこ
とを目的とする。
を添加することも試みられているが（特開平７−1179号
公報）、性能改良が不十分であったり経済性に欠けるな
どの問題がある。本発明は、極微量の添加で機械的性質
を改良できるスズ−ビスマス系無鉛はんだを提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、(a) ビスマス
45〜75重量％、(b) リン0.003 〜0.1 重量％、及び(c)
残部スズから成る伸び特性を有することを特徴とするス
ズ- ビスマス系無鉛はんだであり、ビスマスは45〜70重
量％又は45〜65重量％としても良い。更に本発明では、
不可避的に混入することのある微量の不純物を含んでも
良い。
45〜75重量％、(b) リン0.003 〜0.1 重量％、及び(c)
残部スズから成る伸び特性を有することを特徴とするス
ズ- ビスマス系無鉛はんだであり、ビスマスは45〜70重
量％又は45〜65重量％としても良い。更に本発明では、
不可避的に混入することのある微量の不純物を含んでも
良い。
【０００６】以下本発明を詳細に説明する。前述の通り
従来から汎用されているスズ−鉛系はんだは、その成分
である鉛が環境を汚染し又人体に悪影響を及ぼすため、
はんだの無鉛化が要望されかつ実現している。無鉛はん
だとしてスズ−ビスマス系無鉛はんだが提案されている
が、この無鉛はんだは伸び特性が不十分で、無鉛化が達
成されてもはんだ本来の機能が損なわれるため、好まし
いはんだではなかった。そのため前述した銀、銅及びイ
ンジウム等を添加してはんだの特性改良が行われている
が、いずれのはんだも欠点があり、電子機器用等として
実用化されていないのが現状である。
従来から汎用されているスズ−鉛系はんだは、その成分
である鉛が環境を汚染し又人体に悪影響を及ぼすため、
はんだの無鉛化が要望されかつ実現している。無鉛はん
だとしてスズ−ビスマス系無鉛はんだが提案されている
が、この無鉛はんだは伸び特性が不十分で、無鉛化が達
成されてもはんだ本来の機能が損なわれるため、好まし
いはんだではなかった。そのため前述した銀、銅及びイ
ンジウム等を添加してはんだの特性改良が行われている
が、いずれのはんだも欠点があり、電子機器用等として
実用化されていないのが現状である。
【０００７】本発明は、スズとビスマスを主たる構成元
素とする無鉛はんだに、比較的少量のリンを添加したス
ズ−ビスマス系無鉛はんだであり、従来の第３元素を添
加したスズ−ビスマス系無鉛はんだでは解決されなかっ
た問題点を解決できる。第１に本発明では、特定量のリ
ンを第３元素として添加することにより従来のスズ−ビ
スマス系無鉛はんだでは得られない伸び特性が得られ
る。第２に本発明では、銀を添加元素とするスズ−ビス
マス系無鉛はんだと比較してスズ含有量の幅広い範囲で
伸び特性自体が同等又はそれ以上に維持される。スズ−
ビスマス−銀系はんだでは破断伸びがスズ−鉛系はんだ
を越えるスズ含有量の範囲が40〜57重量％程度と比較的
狭いのに対し、本発明ではリンの添加によりスズ含有量
が実質的に30〜55重量％という比較的広い範囲で伸び特
性が従来のスズ−鉛系はんだを上回り、スズ含有量の選
択の幅が広くなる。
素とする無鉛はんだに、比較的少量のリンを添加したス
ズ−ビスマス系無鉛はんだであり、従来の第３元素を添
加したスズ−ビスマス系無鉛はんだでは解決されなかっ
た問題点を解決できる。第１に本発明では、特定量のリ
ンを第３元素として添加することにより従来のスズ−ビ
スマス系無鉛はんだでは得られない伸び特性が得られ
る。第２に本発明では、銀を添加元素とするスズ−ビス
マス系無鉛はんだと比較してスズ含有量の幅広い範囲で
伸び特性自体が同等又はそれ以上に維持される。スズ−
ビスマス−銀系はんだでは破断伸びがスズ−鉛系はんだ
を越えるスズ含有量の範囲が40〜57重量％程度と比較的
狭いのに対し、本発明ではリンの添加によりスズ含有量
が実質的に30〜55重量％という比較的広い範囲で伸び特
性が従来のスズ−鉛系はんだを上回り、スズ含有量の選
択の幅が広くなる。
【０００８】第３に本発明では、リンの添加量が0.003
〜0.1 重量％という極微量であり、基合金であるスズ−
ビスマス系無鉛はんだの特質を損なうことなく、伸び特
性を改良できる。第４に本発明では、比較的高価な銀を
使用しないため経済的であり、大量に生産してもコスト
的な負担が少なくなる。
〜0.1 重量％という極微量であり、基合金であるスズ−
ビスマス系無鉛はんだの特質を損なうことなく、伸び特
性を改良できる。第４に本発明では、比較的高価な銀を
使用しないため経済的であり、大量に生産してもコスト
的な負担が少なくなる。
【０００９】前述の通りリンの添加量ははんだ全体の重
量に対して、0.003 〜0.1 重量％である。これは0.003
重量％未満であると添加効果が殆ど見られず、基合金で
あるスズ−ビスマス系無鉛はんだの伸び特性が代表的な
鉛系はんだのSn−37Pbの伸び特性より劣り、又0.1 重量
％を越えるとリン添加が逆効果になって伸び特性がSn−
37Pbより劣り、更に基合金であるスズ−ビスマスはんだ
の特性を損なう恐れがあるからである。
量に対して、0.003 〜0.1 重量％である。これは0.003
重量％未満であると添加効果が殆ど見られず、基合金で
あるスズ−ビスマス系無鉛はんだの伸び特性が代表的な
鉛系はんだのSn−37Pbの伸び特性より劣り、又0.1 重量
％を越えるとリン添加が逆効果になって伸び特性がSn−
37Pbより劣り、更に基合金であるスズ−ビスマスはんだ
の特性を損なう恐れがあるからである。
【００１０】本発明のスズ−ビスマス系無鉛はんだは従
来法と同様に製造すれば良く、例えば例えば所定割合の
金属スズと金属ビスマス及びスズ−リン母合金を加熱溶
融し、冷却凝固させれば良い。このように製造された本
発明のスズ−ビスマス系無鉛はんだは、その組成に応じ
て、約27〜42％の破断伸び及び139 〜179 ℃の範囲の融
点を有し、従来のスズ−ビスマス系無鉛はんだより優れ
た伸び特性と加工性を有している。特に望ましい組成は
スズ−50ビスマス−0.05リンであり、破断伸びが41％に
達し、融点が150 ℃になる。
来法と同様に製造すれば良く、例えば例えば所定割合の
金属スズと金属ビスマス及びスズ−リン母合金を加熱溶
融し、冷却凝固させれば良い。このように製造された本
発明のスズ−ビスマス系無鉛はんだは、その組成に応じ
て、約27〜42％の破断伸び及び139 〜179 ℃の範囲の融
点を有し、従来のスズ−ビスマス系無鉛はんだより優れ
た伸び特性と加工性を有している。特に望ましい組成は
スズ−50ビスマス−0.05リンであり、破断伸びが41％に
達し、融点が150 ℃になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明に係るスズ−ビスマス
系無鉛はんだの実施例を説明するが、該実施例は本発明
を限定するものではない。
系無鉛はんだの実施例を説明するが、該実施例は本発明
を限定するものではない。
【００１２】実施例１ 金属スズ、金属ビスマス及びスズ−リン母合金を、表１
に示す組成になるように総重量で10kg秤量し、黒鉛ルツ
ボを使用して大気中で電気炉にて約300 ℃で溶解した。
これをそのまま冷却し、熱電対で融点（℃）を測定し
た。又各金属及び合金を溶解後、重力偏析をなくすため
に十分攪拌し、150 ×60mm、高さ150 mmの内寸法、鋳型
厚み10mmの金型に鋳造した。得られた鋳物の下部より、
ＪＩＳ４号試験片を機械加工により採取し、ＪＩＳ−Ｚ
2241に準じた試験法によって引張速度0.5 mm／分で破断
伸び（％）を評価した。
に示す組成になるように総重量で10kg秤量し、黒鉛ルツ
ボを使用して大気中で電気炉にて約300 ℃で溶解した。
これをそのまま冷却し、熱電対で融点（℃）を測定し
た。又各金属及び合金を溶解後、重力偏析をなくすため
に十分攪拌し、150 ×60mm、高さ150 mmの内寸法、鋳型
厚み10mmの金型に鋳造した。得られた鋳物の下部より、
ＪＩＳ４号試験片を機械加工により採取し、ＪＩＳ−Ｚ
2241に準じた試験法によって引張速度0.5 mm／分で破断
伸び（％）を評価した。
【００１３】比較例１ リンを含まないこと以外は実施例１と同一の試料用はん
だを実施例１と同一条件で製造した。
だを実施例１と同一条件で製造した。
【００１４】
【表１】
【００１５】各はんだについて、測定した破断伸び
（％）及び融点（℃）を表１に纏めた。更にビスマス量
と破断伸びの関係を図１のグラフに示した。このグラフ
には参考として、スズ−リン母合金を銀に代えたこと以
外は実施例１と同一条件で製造したSn−58Bi−１Ag及び
一般的なSn−37Pbの破断伸びを示した。なお表１中のリ
ン添加はんだとリン無添加はんだとは、融点は実質的に
同一であり、これはリン添加量が微量であるからと推測
できる。
（％）及び融点（℃）を表１に纏めた。更にビスマス量
と破断伸びの関係を図１のグラフに示した。このグラフ
には参考として、スズ−リン母合金を銀に代えたこと以
外は実施例１と同一条件で製造したSn−58Bi−１Ag及び
一般的なSn−37Pbの破断伸びを示した。なお表１中のリ
ン添加はんだとリン無添加はんだとは、融点は実質的に
同一であり、これはリン添加量が微量であるからと推測
できる。
【００１６】表１及び図１から、ビスマス量が45〜75重
量％の範囲でリン無添加の対応するスズ−ビスマス系無
鉛はんだより伸び特性が改善されていることが分かる。
更にビスマス量が45〜70重量％の範囲で典型的なはんだ
であるSn−37Pbより伸び特性が改善され、かつビスマス
量が45〜65重量％の範囲で従来のスズ−ビスマス系無鉛
はんだであるSn−58Bi−１Agより伸び特性が改善されて
いることが分かる。
量％の範囲でリン無添加の対応するスズ−ビスマス系無
鉛はんだより伸び特性が改善されていることが分かる。
更にビスマス量が45〜70重量％の範囲で典型的なはんだ
であるSn−37Pbより伸び特性が改善され、かつビスマス
量が45〜65重量％の範囲で従来のスズ−ビスマス系無鉛
はんだであるSn−58Bi−１Agより伸び特性が改善されて
いることが分かる。
【００１７】実施例２ ビスマスの含有量を58重量％に固定し、リン添加量が表
２に示した0.001 重量％、0.005 重量％、0.05重量％及
び0.2 重量％である４種類のスズ−ビスマス−リン系無
鉛はんだを実施例１と同様にして製造した。
２に示した0.001 重量％、0.005 重量％、0.05重量％及
び0.2 重量％である４種類のスズ−ビスマス−リン系無
鉛はんだを実施例１と同様にして製造した。
【００１８】
【表２】
【００１９】各はんだについて、実施例１と同一条件で
破断伸び（％）及び融点（℃）を測定し、その結果を表
２に纏めた。更にリン添加量と破断伸びの関係を図２の
グラフに示した。このグラフには参考としてSn−58Bi−
１Ag及びSn−37Pbの破断伸びを示した。なお表２中のは
んだの融点は全て同一であり、これは前述の通りリン添
加量が微量だからであると推測できる。表２及び図２か
ら、リン添加量が0.003 〜0.1 重量％の範囲でリン無添
加の対応するスズ−ビスマス系無鉛はんだより伸び特性
が改善されていることが分かる。
破断伸び（％）及び融点（℃）を測定し、その結果を表
２に纏めた。更にリン添加量と破断伸びの関係を図２の
グラフに示した。このグラフには参考としてSn−58Bi−
１Ag及びSn−37Pbの破断伸びを示した。なお表２中のは
んだの融点は全て同一であり、これは前述の通りリン添
加量が微量だからであると推測できる。表２及び図２か
ら、リン添加量が0.003 〜0.1 重量％の範囲でリン無添
加の対応するスズ−ビスマス系無鉛はんだより伸び特性
が改善されていることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、(a) ビスマス45〜75重量％、
(b) リン0.003 〜0.1 重量％、及び(c) 残部スズから成
る伸び特性を有することを特徴とするスズ- ビスマス系
無鉛はんだ（請求項１）、(a) ビスマス45〜70重量％、
(b) リン0.003 〜0.1 重量％及び(c) 残部スズから成る
伸び特性を有することを特徴とするスズ- ビスマス系無
鉛はんだ（請求項２）、及び(a) ビスマス45〜65重量
％、(b) リン0.003 〜0.1重量％及び(c) 残部スズから
成る伸び特性を有することを特徴とするスズ- ビスマス
系無鉛はんだ（請求項３）である。
(b) リン0.003 〜0.1 重量％、及び(c) 残部スズから成
る伸び特性を有することを特徴とするスズ- ビスマス系
無鉛はんだ（請求項１）、(a) ビスマス45〜70重量％、
(b) リン0.003 〜0.1 重量％及び(c) 残部スズから成る
伸び特性を有することを特徴とするスズ- ビスマス系無
鉛はんだ（請求項２）、及び(a) ビスマス45〜65重量
％、(b) リン0.003 〜0.1重量％及び(c) 残部スズから
成る伸び特性を有することを特徴とするスズ- ビスマス
系無鉛はんだ（請求項３）である。
【００２１】ビスマス含有量が45〜75重量％であるとリ
ンを添加しないスズ−ビスマス系無鉛はんだより伸び特
性が改善され、ビスマス含有量が45〜70重量％であると
典型的な鉛系はんだであるSn−37Pbより伸び特性が改善
され、かつビスマス含有量が45〜65重量％であると従来
のスズ−ビスマス系無鉛はんだであるSn−58Bi−１Agよ
り伸び特性が改善される。更に本発明における添加元素
であるリンはその添加量が0.003 〜0.1 重量％と微量で
あり、スズ−ビスマス系無鉛はんだが本来有する他の特
性に悪影響を及ぼすことが殆どない。
ンを添加しないスズ−ビスマス系無鉛はんだより伸び特
性が改善され、ビスマス含有量が45〜70重量％であると
典型的な鉛系はんだであるSn−37Pbより伸び特性が改善
され、かつビスマス含有量が45〜65重量％であると従来
のスズ−ビスマス系無鉛はんだであるSn−58Bi−１Agよ
り伸び特性が改善される。更に本発明における添加元素
であるリンはその添加量が0.003 〜0.1 重量％と微量で
あり、スズ−ビスマス系無鉛はんだが本来有する他の特
性に悪影響を及ぼすことが殆どない。
【図１】実施例１におけるリンを添加したスズ−ビスマ
ス系無鉛はんだとリンを添加していないスズ−ビスマス
系無鉛はんだの、ビスマス含有量と破断伸びの関係を示
すグラフ。
ス系無鉛はんだとリンを添加していないスズ−ビスマス
系無鉛はんだの、ビスマス含有量と破断伸びの関係を示
すグラフ。
【図２】実施例２におけるSn−58Biへのリンの添加量と
破断伸びの関係を示すグラフ。
破断伸びの関係を示すグラフ。
Claims (3)
- 【請求項１】 (a) ビスマス45〜75重量％、(b) リン0.
003 〜0.1 重量％及び(c) 残部スズから成る伸び特性を
有することを特徴とするスズ- ビスマス系無鉛はんだ。 - 【請求項２】 (a) ビスマス45〜70重量％、(b) リン0.
003 〜0.1 重量％及び(c) 残部スズから成る伸び特性を
有することを特徴とするスズ- ビスマス系無鉛はんだ。 - 【請求項３】 (a) ビスマス45〜65重量％、(b) リン0.
003 〜0.1 重量％及び(c) 残部スズから成る伸び特性を
有することを特徴とするスズ- ビスマス系無鉛はんだ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33443599A JP4338854B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | スズ−ビスマス系無鉛はんだ |
| EP00310396A EP1103337A1 (en) | 1999-11-25 | 2000-11-23 | Tin-bismuth-based lead-free solder |
| KR1020000070215A KR20010051912A (ko) | 1999-11-25 | 2000-11-24 | 주석-비스무쓰계 무연 솔더 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33443599A JP4338854B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | スズ−ビスマス系無鉛はんだ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001150181A true JP2001150181A (ja) | 2001-06-05 |
| JP4338854B2 JP4338854B2 (ja) | 2009-10-07 |
Family
ID=18277357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33443599A Expired - Fee Related JP4338854B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | スズ−ビスマス系無鉛はんだ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1103337A1 (ja) |
| JP (1) | JP4338854B2 (ja) |
| KR (1) | KR20010051912A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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