JP2001358458A - Pbフリーはんだ接続を有する電子機器 - Google Patents
Pbフリーはんだ接続を有する電子機器Info
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- JP2001358458A JP2001358458A JP2000180713A JP2000180713A JP2001358458A JP 2001358458 A JP2001358458 A JP 2001358458A JP 2000180713 A JP2000180713 A JP 2000180713A JP 2000180713 A JP2000180713 A JP 2000180713A JP 2001358458 A JP2001358458 A JP 2001358458A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、Ag系電極に高信頼にはんだ接続し
た電子機器を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明は上記目的を達成するために、電子
部品に形成された第1の電極と、回路基板に形成された
第2の電極とを電気的に接続する電子機器であって、該
第2の電極がAg系電極であり、該第1の電極と該第2
の電極とをSn−Ag−Bi系もしくはSn−Ag−C
u−Bi系もしくはSn−Ag−Cu−Bi−In系も
しくはSn−Ag−Bi−In系のPbフリーはんだで
接続したものである。
た電子機器を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明は上記目的を達成するために、電子
部品に形成された第1の電極と、回路基板に形成された
第2の電極とを電気的に接続する電子機器であって、該
第2の電極がAg系電極であり、該第1の電極と該第2
の電極とをSn−Ag−Bi系もしくはSn−Ag−C
u−Bi系もしくはSn−Ag−Cu−Bi−In系も
しくはSn−Ag−Bi−In系のPbフリーはんだで
接続したものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム等
の電極に対して環境に優しいPbフリーはんだ合金を用
いて適するように接続した電子機器に関するものであ
る。
の電極に対して環境に優しいPbフリーはんだ合金を用
いて適するように接続した電子機器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、有機基板等の回路基板にLSI等
の電子部品を接続して電子回路基板を製造するには、S
n−Pb共晶はんだ、及びこのSn−Pb共晶はんだ近
傍で、融点も類似なSn−Pbはんだ、或いは、これら
に少量のBiやAgを添加したはんだ合金が用いられて
いる。これらのはんだには、いずれもPbが約40重量
%含まれている。また融点は、いずれもほぼ183℃で
あり、220〜240℃でのはんだ付けが可能である。
また、はんだ付けされるQFP(Quad Flat Package)
−LSI等の電子部品の電極は、Fe−Ni系合金であ
る42アロイ表面に90重量%Sn−10重量%Pb
(以下Sn−10Pbと略す)層をめっき等で施した電
極が一般的に用いられている。これは、はんだぬれ性が
良好であり、かつ保存性が良く、ウィスカーの発生の問
題がないためである。
の電子部品を接続して電子回路基板を製造するには、S
n−Pb共晶はんだ、及びこのSn−Pb共晶はんだ近
傍で、融点も類似なSn−Pbはんだ、或いは、これら
に少量のBiやAgを添加したはんだ合金が用いられて
いる。これらのはんだには、いずれもPbが約40重量
%含まれている。また融点は、いずれもほぼ183℃で
あり、220〜240℃でのはんだ付けが可能である。
また、はんだ付けされるQFP(Quad Flat Package)
−LSI等の電子部品の電極は、Fe−Ni系合金であ
る42アロイ表面に90重量%Sn−10重量%Pb
(以下Sn−10Pbと略す)層をめっき等で施した電
極が一般的に用いられている。これは、はんだぬれ性が
良好であり、かつ保存性が良く、ウィスカーの発生の問
題がないためである。
【0003】現在、このSn−Pb共晶系はんだの代替
となりえるPbを含まないPbフリーはんだ材料が研究
・開発されている。特に、Pbフリーはんだ材料として
は融点、ぬれ性、機械的性質、接続信頼性、材料供給
性、コスト等の観点からSn−Ag−Cu系はんだが有
力候補となっている。
となりえるPbを含まないPbフリーはんだ材料が研究
・開発されている。特に、Pbフリーはんだ材料として
は融点、ぬれ性、機械的性質、接続信頼性、材料供給
性、コスト等の観点からSn−Ag−Cu系はんだが有
力候補となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このSn−Ag−Cu
系はんだをAg−Pd合金、Ag−Pt合金、Ag等の
Ag系電極との接続に使用した場合、電極中のAgが上
記はんだ内に拡散して大量に入り込み、上記接続部の組
成がAgリッチとなり、Ag3Snの針状結晶が異常成
長して、隣接する接続部と短絡するという問題が生じ
る。
系はんだをAg−Pd合金、Ag−Pt合金、Ag等の
Ag系電極との接続に使用した場合、電極中のAgが上
記はんだ内に拡散して大量に入り込み、上記接続部の組
成がAgリッチとなり、Ag3Snの針状結晶が異常成
長して、隣接する接続部と短絡するという問題が生じ
る。
【0005】本発明は、前記の従来技術の欠点を改良す
るものであり、Ag系電極に高信頼にはんだ接続した電
子機器を提供することを目的とする。特に、Pbフリー
はんだをAg−Pd合金、Ag−Pt合金、Ag等のA
g系電極との接続に使用した場合に、電極中のAgが上
記はんだ内に拡散して大量に入り込むことがなく、上記
接続部にAg3Snの針状結晶が異常成長して、隣接す
る接続部と短絡することを抑制した電子機器を提供する
ことを目的とする。
るものであり、Ag系電極に高信頼にはんだ接続した電
子機器を提供することを目的とする。特に、Pbフリー
はんだをAg−Pd合金、Ag−Pt合金、Ag等のA
g系電極との接続に使用した場合に、電極中のAgが上
記はんだ内に拡散して大量に入り込むことがなく、上記
接続部にAg3Snの針状結晶が異常成長して、隣接す
る接続部と短絡することを抑制した電子機器を提供する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために特許請求の範囲の通りに構成したものであ
る。
するために特許請求の範囲の通りに構成したものであ
る。
【0007】このようにBiを添加したPbフリーはん
だを用いることにより、Ag系電極中のAgが上記はん
だ内に拡散して入り込むのを防ぎ、上記接続部の組成が
Agリッチとなって、Ag3Snの針状結晶が異常成長
して、隣接する接続部と短絡するというような問題を防
止する。特にBi添加量が0.1〜10重量%であるこ
とが効果的である。このBi添加量が0.1重量%未満
であると、上記のようなAg系電極からはんだへのAg
の拡散抑止効果が不十分で、接続部の組成がAgリッチ
となり、Ag3Snの針状結晶が異常成長して、隣接す
る接続部と短絡が生じる可能性がある。また逆に、Bi
添加量が10重量%より多いと、接続界面へのBiの偏
析が顕著となり、接続信頼性が低下し、接続寿命が短く
なる。
だを用いることにより、Ag系電極中のAgが上記はん
だ内に拡散して入り込むのを防ぎ、上記接続部の組成が
Agリッチとなって、Ag3Snの針状結晶が異常成長
して、隣接する接続部と短絡するというような問題を防
止する。特にBi添加量が0.1〜10重量%であるこ
とが効果的である。このBi添加量が0.1重量%未満
であると、上記のようなAg系電極からはんだへのAg
の拡散抑止効果が不十分で、接続部の組成がAgリッチ
となり、Ag3Snの針状結晶が異常成長して、隣接す
る接続部と短絡が生じる可能性がある。また逆に、Bi
添加量が10重量%より多いと、接続界面へのBiの偏
析が顕著となり、接続信頼性が低下し、接続寿命が短く
なる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれら発明
の実施の形態に限定されるものではない。
によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれら発明
の実施の形態に限定されるものではない。
【0009】発明の実施の形態1 まず、Ag系電極との半田接続において好適なはんだ組
成を選定するために、Fe−Ni系合金(42アロイ)
で形成された電極であるリード上にSn−10Pbめっ
きを施したTSOP(0.5mmピッチ、48ピン)によ
る評価を行った。めっき厚みは約10μmとした。この
電極構造を持つ上記のTSOPを種々の組成のPbフリ
ーはんだを用いて、ガラスセラミック回路基板上の85
Ag−15Pd合金パッドにはんだ付けした。はんだ付
けは最高温度を220〜240℃として、大気中でリフ
ロー炉を用いて行った。TSOPはリードの剛性が大き
いため、実稼動時の部品自体の発熱、また、高温で使用
される場合、界面に発生する応力が大きくなる。このよ
うな場合には、この界面応力に耐えられるように十分な
界面強度を有する界面を形成させる必要がある。
成を選定するために、Fe−Ni系合金(42アロイ)
で形成された電極であるリード上にSn−10Pbめっ
きを施したTSOP(0.5mmピッチ、48ピン)によ
る評価を行った。めっき厚みは約10μmとした。この
電極構造を持つ上記のTSOPを種々の組成のPbフリ
ーはんだを用いて、ガラスセラミック回路基板上の85
Ag−15Pd合金パッドにはんだ付けした。はんだ付
けは最高温度を220〜240℃として、大気中でリフ
ロー炉を用いて行った。TSOPはリードの剛性が大き
いため、実稼動時の部品自体の発熱、また、高温で使用
される場合、界面に発生する応力が大きくなる。このよ
うな場合には、この界面応力に耐えられるように十分な
界面強度を有する界面を形成させる必要がある。
【0010】このTSOPを搭載したガラスセラミック
回路基板を用いて、温度サイクル試験を行った。試験条
件は−55℃30分、125℃30分の1時間/1サイ
クルで行った。
回路基板を用いて、温度サイクル試験を行った。試験条
件は−55℃30分、125℃30分の1時間/1サイ
クルで行った。
【0011】図1に種々の組成のPbフリーはんだ接続
構造体のAg3Sn針状結晶の発生状況およびPbフリ
ーはんだ接続部のき裂発生予測寿命を示す。
構造体のAg3Sn針状結晶の発生状況およびPbフリ
ーはんだ接続部のき裂発生予測寿命を示す。
【0012】この結果より、表中を黒塗りしたPbフリー
はんだ組成が、Ag3Sn針状結晶発生がなく、かつ、
き裂発生寿命が比較的長いことが判明した。これは、Pb
フリーはんだ組成に適量のBiを含有することにより、
Ag−Pd電極からはんだ接続部へのAgの拡散が抑制
されることにより、はんだ組成がAgリッチにならず、
Ag3Sn針状結晶が発生しないものと考えられる。ま
た逆に、Biが含有されていたとしても、表中のSn−
2.8Ag−0.5Cu−15BiのようにBi含有量が多すぎ
ると、はんだ接続部の破断寿命の低下が大きく、実用に
耐えないこととなる。
はんだ組成が、Ag3Sn針状結晶発生がなく、かつ、
き裂発生寿命が比較的長いことが判明した。これは、Pb
フリーはんだ組成に適量のBiを含有することにより、
Ag−Pd電極からはんだ接続部へのAgの拡散が抑制
されることにより、はんだ組成がAgリッチにならず、
Ag3Sn針状結晶が発生しないものと考えられる。ま
た逆に、Biが含有されていたとしても、表中のSn−
2.8Ag−0.5Cu−15BiのようにBi含有量が多すぎ
ると、はんだ接続部の破断寿命の低下が大きく、実用に
耐えないこととなる。
【0013】図3にSn−Ag系はんだ接続部(はんだ
ボール)に発生したAg3Sn針状結晶の例を示す。ま
た、はんだ組成、冷却速度とAg3Sn針状結晶発生率
の関係を図4に示す。図3より、発生後、異常成長した
Ag3Sn針状結晶の長さは非常に長く、隣接するはん
だ接続部と短絡する可能性が大きいことがわかる。また
図4より、Sn−3.0Agでは冷却速度に関係なく、
Ag3Sn針状結晶の発生は見られないが、はんだ中の
Agの量が増え、Sn−(3.5〜5.0)Agとなる
と、Ag3Sn針状結晶の発生が著しく増し、特にリフ
ロー後の冷却速度が遅いほど、顕著になる。本発明のP
bフリーはんだはBiを含有するため、Ag−Pd合
金、Ag−Pt合金、Ag等のAg系電極との接続に使
用した場合にも、電極中のAgが上記はんだに拡散して
大量に入り込むことがなく、上記接続部にAg3Sn針
状結晶が異常成長して、隣接する接続部と短絡すること
がない。このAg3Sn針状結晶の成長についてはAg
量によるものであり、Sn−Ag系はんだであれば同等
量で同様の結果となる。
ボール)に発生したAg3Sn針状結晶の例を示す。ま
た、はんだ組成、冷却速度とAg3Sn針状結晶発生率
の関係を図4に示す。図3より、発生後、異常成長した
Ag3Sn針状結晶の長さは非常に長く、隣接するはん
だ接続部と短絡する可能性が大きいことがわかる。また
図4より、Sn−3.0Agでは冷却速度に関係なく、
Ag3Sn針状結晶の発生は見られないが、はんだ中の
Agの量が増え、Sn−(3.5〜5.0)Agとなる
と、Ag3Sn針状結晶の発生が著しく増し、特にリフ
ロー後の冷却速度が遅いほど、顕著になる。本発明のP
bフリーはんだはBiを含有するため、Ag−Pd合
金、Ag−Pt合金、Ag等のAg系電極との接続に使
用した場合にも、電極中のAgが上記はんだに拡散して
大量に入り込むことがなく、上記接続部にAg3Sn針
状結晶が異常成長して、隣接する接続部と短絡すること
がない。このAg3Sn針状結晶の成長についてはAg
量によるものであり、Sn−Ag系はんだであれば同等
量で同様の結果となる。
【0014】発明の実施の形態2次に、ガラスセラミッ
ク回路基板上の99Ag−1Pt合金パッドに対しては
んだ付けした。また、リード上にSnめっきを施した。
その他は前述の実施の形態1と同様の条件に基づいて実
験した。
ク回路基板上の99Ag−1Pt合金パッドに対しては
んだ付けした。また、リード上にSnめっきを施した。
その他は前述の実施の形態1と同様の条件に基づいて実
験した。
【0015】図2に種々の組成のPbフリーはんだ接続
構造体のAg3Sn針状結晶の発生状況およびPbフリ
ーはんだ接続部のき裂発生予測寿命を示すが、これから
も、表中を黒塗りしたPbフリーはんだ組成が、Ag3S
n針状結晶発生がなく、かつ、き裂発生寿命が比較的長
いことが判明した。
構造体のAg3Sn針状結晶の発生状況およびPbフリ
ーはんだ接続部のき裂発生予測寿命を示すが、これから
も、表中を黒塗りしたPbフリーはんだ組成が、Ag3S
n針状結晶発生がなく、かつ、き裂発生寿命が比較的長
いことが判明した。
【0016】以上説明した実施の形態に於いては、Sn
−Ag−Cu−Biを主成分とした系もしくはSn−A
g−Cu−Bi−Inを主成分とした系のPbフリーは
んだについて好適な実験結果を得たが、Sn−Ag−B
iを主成分とした系もしくはSn−Ag−Bi−Inを
主成分とした系のPbフリーはんだについても同様の効
果はある。
−Ag−Cu−Biを主成分とした系もしくはSn−A
g−Cu−Bi−Inを主成分とした系のPbフリーは
んだについて好適な実験結果を得たが、Sn−Ag−B
iを主成分とした系もしくはSn−Ag−Bi−Inを
主成分とした系のPbフリーはんだについても同様の効
果はある。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、Ag系電極に高信頼に
はんだ接続した電子機器を提供することができる。特
に、PbフリーはんだをAg−Pd合金、Ag−Pt合
金、Ag等のAg系電極との接続に使用した場合に、電
極中のAgが上記はんだ内に拡散して大量に入り込むこ
とがなく、上記接続部にAg3Snの針状結晶が異常成
長して、隣接する接続部と短絡することを抑制した電子
機器を提供することができる。
はんだ接続した電子機器を提供することができる。特
に、PbフリーはんだをAg−Pd合金、Ag−Pt合
金、Ag等のAg系電極との接続に使用した場合に、電
極中のAgが上記はんだ内に拡散して大量に入り込むこ
とがなく、上記接続部にAg3Snの針状結晶が異常成
長して、隣接する接続部と短絡することを抑制した電子
機器を提供することができる。
【図1】各半田組成を用いた場合の針状結晶の発生状況
などを示した図。
などを示した図。
【図2】各半田組成を用いた場合の針状結晶の発生状況
などを示した図。
などを示した図。
【図3】Sn−Ag系はんだ接続部(はんだボール)に
発生したAg3Sn針状結晶の例を示した図。
発生したAg3Sn針状結晶の例を示した図。
【図4】Sn−Ag系はんだの組成、冷却速度とAg3
Sn針状結晶発生率の関係を示した図。
Sn針状結晶発生率の関係を示した図。
フロントページの続き (72)発明者 芹沢 弘二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中塚 哲也 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 下川 英恵 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Fターム(参考) 5E319 AC17 BB01 BB09 BB10 CC33
Claims (5)
- 【請求項1】電子部品に形成された第1の電極と、回路
基板に形成された第2の電極とを電気的に接続する電子
機器であって、該第2の電極がAg系電極であり、該第
1の電極と該第2の電極とをSn−Ag−Bi系もしく
はSn−Ag−Cu−Bi系もしくはSn−Ag−Cu
−Bi−In系もしくはSn−Ag−Bi−In系のP
bフリーはんだで接続したことを特徴とする電子機器。 - 【請求項2】前記Ag系電極が、Ag−Pd合金もしく
はAg−Pt合金もしくはAgであることを特徴とする
請求項1記載の電子機器。 - 【請求項3】前記PbフリーはんだのBi含有量は、
0.1〜10重量%であることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の電子機器。 - 【請求項4】前記Pbフリーはんだは、Snを主成分と
して、Agが1.5〜3重量%、Biが0.1〜10重
量%、Cuが0〜1重量%、Inが0〜10重量%を含
有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記
載の電子機器。 - 【請求項5】前記半田接続部におけるAgが約3重量以
下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記
載の電子機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000180713A JP2001358458A (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | Pbフリーはんだ接続を有する電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000180713A JP2001358458A (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | Pbフリーはんだ接続を有する電子機器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001358458A true JP2001358458A (ja) | 2001-12-26 |
Family
ID=18681746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000180713A Pending JP2001358458A (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | Pbフリーはんだ接続を有する電子機器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001358458A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004261863A (ja) * | 2003-01-07 | 2004-09-24 | Senju Metal Ind Co Ltd | 鉛フリーはんだ |
WO2006021130A1 (fr) * | 2004-08-24 | 2006-03-02 | Minghan Cheng | Alliage de soudure sans plomb sn-0,7cu performant |
WO2009011341A1 (ja) * | 2007-07-13 | 2009-01-22 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | 車載実装用鉛フリーはんだと車載電子回路 |
JP5633837B2 (ja) * | 2012-06-30 | 2014-12-03 | 千住金属工業株式会社 | 鉛フリーはんだボール |
US9490232B2 (en) | 2013-12-09 | 2016-11-08 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus and method for fabricating the same |
US10002845B2 (en) | 2014-10-17 | 2018-06-19 | Fuji Electric Co., Ltd. | Lead-free soldering method and soldered article |
-
2000
- 2000-06-12 JP JP2000180713A patent/JP2001358458A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004261863A (ja) * | 2003-01-07 | 2004-09-24 | Senju Metal Ind Co Ltd | 鉛フリーはんだ |
WO2006021130A1 (fr) * | 2004-08-24 | 2006-03-02 | Minghan Cheng | Alliage de soudure sans plomb sn-0,7cu performant |
WO2009011341A1 (ja) * | 2007-07-13 | 2009-01-22 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | 車載実装用鉛フリーはんだと車載電子回路 |
JP5024380B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2012-09-12 | 千住金属工業株式会社 | 車載実装用鉛フリーはんだと車載電子回路 |
US8845826B2 (en) | 2007-07-13 | 2014-09-30 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free solder for vehicles and a vehicle-mounted electronic circuit using the solder |
JP5633837B2 (ja) * | 2012-06-30 | 2014-12-03 | 千住金属工業株式会社 | 鉛フリーはんだボール |
US9490232B2 (en) | 2013-12-09 | 2016-11-08 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus and method for fabricating the same |
US9530745B2 (en) | 2013-12-09 | 2016-12-27 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus and method for fabricating the same |
US9761552B2 (en) | 2013-12-09 | 2017-09-12 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus and method for fabricating the same |
US9812418B2 (en) | 2013-12-09 | 2017-11-07 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus and method for fabricating the same |
US10002845B2 (en) | 2014-10-17 | 2018-06-19 | Fuji Electric Co., Ltd. | Lead-free soldering method and soldered article |
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