JP2002018589A - 鉛フリーはんだ合金 - Google Patents
鉛フリーはんだ合金Info
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- JP2002018589A JP2002018589A JP2000201514A JP2000201514A JP2002018589A JP 2002018589 A JP2002018589 A JP 2002018589A JP 2000201514 A JP2000201514 A JP 2000201514A JP 2000201514 A JP2000201514 A JP 2000201514A JP 2002018589 A JP2002018589 A JP 2002018589A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Sn主成分の鉛フリーはんだは、濡れ性に乏し
く、未はんだ、ブリッジ、ボイド等のはんだ付け欠陥を
発生させていた。本発明は、濡れ性を向上させたSn主成
分の鉛フリーはんだを提供することにある。 【解決手段】Sn主成分にGaを０．００５〜０．２質量％
添加した鉛フリーはんだ合金であり、またSn主成分にGa
を０．００５〜０．２質量％添加した鉛フリーはんだ合
金である。さらにこれらの鉛フリーはんだの機械的特性
を向上させるためにCu、Sb、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo等
を添加したり、融点を低下させるためにBi、In、Zn等を
添加したり、また酸化を防止するためにP、Ge等を添加
したりすることもできる。
く、未はんだ、ブリッジ、ボイド等のはんだ付け欠陥を
発生させていた。本発明は、濡れ性を向上させたSn主成
分の鉛フリーはんだを提供することにある。 【解決手段】Sn主成分にGaを０．００５〜０．２質量％
添加した鉛フリーはんだ合金であり、またSn主成分にGa
を０．００５〜０．２質量％添加した鉛フリーはんだ合
金である。さらにこれらの鉛フリーはんだの機械的特性
を向上させるためにCu、Sb、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo等
を添加したり、融点を低下させるためにBi、In、Zn等を
添加したり、また酸化を防止するためにP、Ge等を添加
したりすることもできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉛を含有しないは
んだ合金、特にプリント基板に電子部品を実装する際に
使用するはんだ合金に関する。
んだ合金、特にプリント基板に電子部品を実装する際に
使用するはんだ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器類においてプリント基板に電子
部品を実装する際にははんだ合金が用いられており、電
子部品やプリント基板に対する作業性を考慮して、はん
だ付け性の良好なSn−Pb共晶近傍（６３Sn−Pb）のはん
だ合金が使用されている。さらにこの共晶はんだは、溶
融温度域が存在せず、瞬時に凝固するため、はんだ付け
後の凝固にかかる時間が短く、コンベア搬送等による振
動の影響も非常に少ないという信頼性の高いはんだ付け
が行なえるものである。
部品を実装する際にははんだ合金が用いられており、電
子部品やプリント基板に対する作業性を考慮して、はん
だ付け性の良好なSn−Pb共晶近傍（６３Sn−Pb）のはん
だ合金が使用されている。さらにこの共晶はんだは、溶
融温度域が存在せず、瞬時に凝固するため、はんだ付け
後の凝固にかかる時間が短く、コンベア搬送等による振
動の影響も非常に少ないという信頼性の高いはんだ付け
が行なえるものである。
【０００３】一般にテレビ、ラジオ、コンピューター等
の電子機器類は、故障したり、古くなって機能的に使い
にくくなったりした場合には廃棄処分される。これらの
電子機器類には、プリント基板のような合成樹脂と金属
導体やはんだが混在するもの、さらには金属製フレーム
等が使用されており、焼却処分ができないため、そのほ
とんどが埋立て廃棄されているのが現状である。
の電子機器類は、故障したり、古くなって機能的に使い
にくくなったりした場合には廃棄処分される。これらの
電子機器類には、プリント基板のような合成樹脂と金属
導体やはんだが混在するもの、さらには金属製フレーム
等が使用されており、焼却処分ができないため、そのほ
とんどが埋立て廃棄されているのが現状である。
【０００４】ところで近年、この埋立て処分された電子
機器類のプリント基板が酸性雨に曝されることにより、
はんだ中の鉛が溶出し、地下水を汚染するという環境上
の問題を引き起こすことが懸念されている。この鉛を含
有した地下水を長年飲用すると、人体に悪影響を及ぼす
ことが知られており、電子機器類に使用されるはんだか
ら鉛のような有害成分を排除しようという動きが活発化
し、鉛フリーはんだが強く求められている。
機器類のプリント基板が酸性雨に曝されることにより、
はんだ中の鉛が溶出し、地下水を汚染するという環境上
の問題を引き起こすことが懸念されている。この鉛を含
有した地下水を長年飲用すると、人体に悪影響を及ぼす
ことが知られており、電子機器類に使用されるはんだか
ら鉛のような有害成分を排除しようという動きが活発化
し、鉛フリーはんだが強く求められている。
【０００５】鉛フリーはんだとはSnを主成分とし、Cu、
Ag、Bi、Zn等の金属元素を添加したものであり、Sn−
０．７Cu（融点：２２７℃）、Sn−３．５Ag（融点２２
１℃）、Sn−５８Bi（融点：１３９℃）、Sn−９Zn（融
点：１９９℃）等の二元合金の他、用途に応じてさらに
添加金属元素を組み合わせて三元合金以上にしたものが
ある。
Ag、Bi、Zn等の金属元素を添加したものであり、Sn−
０．７Cu（融点：２２７℃）、Sn−３．５Ag（融点２２
１℃）、Sn−５８Bi（融点：１３９℃）、Sn−９Zn（融
点：１９９℃）等の二元合金の他、用途に応じてさらに
添加金属元素を組み合わせて三元合金以上にしたものが
ある。
【０００６】上述のSn−Zn系合金は、はんだ付け時の濡
れ性が著しく悪いものである。さらにZnは非常に酸化し
やすい成分であるため、特に大気中でのはんだ付け作業
を考慮するとドロスの発生が著しく、はんだ付け作業に
困難をきたし、実用性にも乏しいものである。またSn−
Bi系合金は大気中でのドロスの発生は比較的問題にはな
らないものの、Bi添加量が多い場合にはBi特有の機械的
な脆さを呈するため、はんだ接合部の信頼性が懸念され
るものである。
れ性が著しく悪いものである。さらにZnは非常に酸化し
やすい成分であるため、特に大気中でのはんだ付け作業
を考慮するとドロスの発生が著しく、はんだ付け作業に
困難をきたし、実用性にも乏しいものである。またSn−
Bi系合金は大気中でのドロスの発生は比較的問題にはな
らないものの、Bi添加量が多い場合にはBi特有の機械的
な脆さを呈するため、はんだ接合部の信頼性が懸念され
るものである。
【０００７】大気中でのはんだ付け作業の安定性をも考
慮に入れると、Sn−Cu系やSn−Ag系合金、さらにその構
成元素を組み合わせたSn−Ag−Cu系合金等が一般的に用
いられている。
慮に入れると、Sn−Cu系やSn−Ag系合金、さらにその構
成元素を組み合わせたSn−Ag−Cu系合金等が一般的に用
いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、電子機
器類におけるプリント基板に電子部品を実装する際に
は、電子部品やプリント基板に対するはんだ付け性を考
慮して使用するはんだ合金が選定されている。
器類におけるプリント基板に電子部品を実装する際に
は、電子部品やプリント基板に対するはんだ付け性を考
慮して使用するはんだ合金が選定されている。
【０００９】ところで、はんだ付け作業の際には、いく
つかのはんだ付け欠陥、即ち、未はんだ、ブリッジ、ボ
イド等が生じてしまう。一般にSn主成分のはんだ合金は
濡れ性に乏しい。特にSn−Cu系合金は、はんだ付け性が
不充分ではんだ付け欠陥が多発するため、濡れ性の向上
が強く求められている。濡れ性の向上には、AgやBiの添
加で効果があり、一般的に利用されている。その例とし
て、Sn−Ag共晶合金やSn−Ag−Cu系（ Sn−３．５Ag−
０．７Cu）、そしてSn−Ag−Cu−Bi系（ Sn−２Ag−
０．５Cu−７．５Bi）等のはんだ合金があるが、Agはコ
スト面で、Biは機械的な脆さの面で、その添加量は少量
に抑えることが望まれている。本発明は、一般に濡れ性
の乏しいSn主成分の鉛フリーはんだにおいて、はんだ付
け性を改善したはんだ合金を提供することにある。
つかのはんだ付け欠陥、即ち、未はんだ、ブリッジ、ボ
イド等が生じてしまう。一般にSn主成分のはんだ合金は
濡れ性に乏しい。特にSn−Cu系合金は、はんだ付け性が
不充分ではんだ付け欠陥が多発するため、濡れ性の向上
が強く求められている。濡れ性の向上には、AgやBiの添
加で効果があり、一般的に利用されている。その例とし
て、Sn−Ag共晶合金やSn−Ag−Cu系（ Sn−３．５Ag−
０．７Cu）、そしてSn−Ag−Cu−Bi系（ Sn−２Ag−
０．５Cu−７．５Bi）等のはんだ合金があるが、Agはコ
スト面で、Biは機械的な脆さの面で、その添加量は少量
に抑えることが望まれている。本発明は、一般に濡れ性
の乏しいSn主成分の鉛フリーはんだにおいて、はんだ付
け性を改善したはんだ合金を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Sn主成分
の鉛フリーはんだ合金のはんだ付け作業性、特にはんだ
の濡れ性を向上させる手段について鋭意検討を重ねた結
果、Sn主成分の合金にGaを添加した合金が濡れ性を向上
させることを見い出し、本発明を完成させた。しかもGa
添加は前述のAgやBiを含有した合金の場合にも濡れ性向
上の効果があり、Ag或いはBi添加量の低減化にも寄与す
るものである。
の鉛フリーはんだ合金のはんだ付け作業性、特にはんだ
の濡れ性を向上させる手段について鋭意検討を重ねた結
果、Sn主成分の合金にGaを添加した合金が濡れ性を向上
させることを見い出し、本発明を完成させた。しかもGa
添加は前述のAgやBiを含有した合金の場合にも濡れ性向
上の効果があり、Ag或いはBi添加量の低減化にも寄与す
るものである。
【００１１】本発明は、Ga０．００５〜０．２質量％、
残部Snからなることを特徴とする鉛フリーはんだ合金で
あり、またGa０．００５〜０．２質量％、Ag０．１〜４
質量％、残部Snからなることを特徴とする鉛フリーはん
だ合金である。
残部Snからなることを特徴とする鉛フリーはんだ合金で
あり、またGa０．００５〜０．２質量％、Ag０．１〜４
質量％、残部Snからなることを特徴とする鉛フリーはん
だ合金である。
【００１２】本発明におけるGaの添加量は、０．００５
質量％より少ないとはんだの濡れ性の向上に効果がな
く、しかるに０．２質量％より多いと溶融はんだ表面に
おける粘性が増してはんだの流動性を阻害し、はんだ付
け作業に困難をきたすものである。
質量％より少ないとはんだの濡れ性の向上に効果がな
く、しかるに０．２質量％より多いと溶融はんだ表面に
おける粘性が増してはんだの流動性を阻害し、はんだ付
け作業に困難をきたすものである。
【００１３】本発明のGa添加合金は、濡れ性向上の効果
があるものの機械的強度が要求されるような部位に対し
ては充分でない。このような部位をはんだ付けするよう
な場合は、機械的特性を向上させる強度改善元素とし
て、Cu、Sb、Ni、Fe、Mn、Cr、Mo等の金属のいずれか一
種または二種以上を添加することもできる。これらいず
れの金属もSnに固溶或いは金属間化合物を生成して機械
的強度を向上させるが、添加量が多いと液相線温度が上
昇し、はんだの流動性を阻害するため、Cu、Sbについて
はその合計量がはんだ全量の３質量％以下、Ni、Co、F
e、Mn、Cr、Moについてはその合計量がはんだ全量の
０．５質量％以下が好ましい。
があるものの機械的強度が要求されるような部位に対し
ては充分でない。このような部位をはんだ付けするよう
な場合は、機械的特性を向上させる強度改善元素とし
て、Cu、Sb、Ni、Fe、Mn、Cr、Mo等の金属のいずれか一
種または二種以上を添加することもできる。これらいず
れの金属もSnに固溶或いは金属間化合物を生成して機械
的強度を向上させるが、添加量が多いと液相線温度が上
昇し、はんだの流動性を阻害するため、Cu、Sbについて
はその合計量がはんだ全量の３質量％以下、Ni、Co、F
e、Mn、Cr、Moについてはその合計量がはんだ全量の
０．５質量％以下が好ましい。
【００１４】またプリント基板に搭載した電子部品の熱
損傷や機能劣化を抑制する目的として、はんだ付け作業
温度を低くする必要性がある場合には、融点低下元素と
して、Bi、In、Zn、のいずれか一種または二種以上を添
加することができる。これらの金属の添加はBiの機械的
な脆さの面、そしてIn或いはZnの溶融はんだ表面の酸化
によるはんだ付け作業の困難さやはんだ付け性の阻害の
面を考慮すると、その添加量には限度があるため、その
合計量がはんだ全量の０．５質量％以上、５質量％以下
であることが望ましい。
損傷や機能劣化を抑制する目的として、はんだ付け作業
温度を低くする必要性がある場合には、融点低下元素と
して、Bi、In、Zn、のいずれか一種または二種以上を添
加することができる。これらの金属の添加はBiの機械的
な脆さの面、そしてIn或いはZnの溶融はんだ表面の酸化
によるはんだ付け作業の困難さやはんだ付け性の阻害の
面を考慮すると、その添加量には限度があるため、その
合計量がはんだ全量の０．５質量％以上、５質量％以下
であることが望ましい。
【００１５】さらにまたはんだ付け作業時の酸化を防ぐ
目的で、P、Ge等の酸化防止元素のいずれか一種または
二種以上を添加することもできる。これらの元素は、は
んだ合金の溶融時、溶融はんだの表面を薄い酸化膜で覆
って大気との接触を遮断し、高温で溶融しているはんだ
の酸化を防止する。これらの元素の添加量が多いと酸化
膜が厚くなりすぎて、はんだ付け性を阻害するようにな
るため、その合計量がはんだ全量の０．２質量％以下が
好ましい。
目的で、P、Ge等の酸化防止元素のいずれか一種または
二種以上を添加することもできる。これらの元素は、は
んだ合金の溶融時、溶融はんだの表面を薄い酸化膜で覆
って大気との接触を遮断し、高温で溶融しているはんだ
の酸化を防止する。これらの元素の添加量が多いと酸化
膜が厚くなりすぎて、はんだ付け性を阻害するようにな
るため、その合計量がはんだ全量の０．２質量％以下が
好ましい。
【００１６】
【実施例】実施例および比較例を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】（表の説明） １：Cu板（厚さ0.3mm×巾10mm×長さ30mm）に酸化処理
（120℃×20分）を施し、試験板とする。該試験板の表
面にはんだ付け用フラックスを塗布し、260℃に加熱保
持された各種はんだ中へ浸漬して時間軸に対する濡れ曲
線を得る。所謂ウエッティングバランス法にて、ゼロク
ロスタイムを測定し、各種はんだ合金について比較し
た。ゼロクロスタイムが２秒以下であったものを優、２
秒を超え３秒以下のものを良、３秒を超えるものを劣と
した。 ２：はんだの鋳造材に旋盤加工を施し、JIS Z2201の４
号試験片を得る。万能試験機を用いて該試験片の標点間
距離の約２０％／分相当量のクロスヘッド速度にて引張
試験を行ない、その最大応力をもとめ、バルク強度とし
た。
（120℃×20分）を施し、試験板とする。該試験板の表
面にはんだ付け用フラックスを塗布し、260℃に加熱保
持された各種はんだ中へ浸漬して時間軸に対する濡れ曲
線を得る。所謂ウエッティングバランス法にて、ゼロク
ロスタイムを測定し、各種はんだ合金について比較し
た。ゼロクロスタイムが２秒以下であったものを優、２
秒を超え３秒以下のものを良、３秒を超えるものを劣と
した。 ２：はんだの鋳造材に旋盤加工を施し、JIS Z2201の４
号試験片を得る。万能試験機を用いて該試験片の標点間
距離の約２０％／分相当量のクロスヘッド速度にて引張
試験を行ない、その最大応力をもとめ、バルク強度とし
た。
【００１９】本発明の鉛フリーはんだは、棒、ワイヤ
ー、プリフォーム（リボン、ペレット、ディスク、ワッ
シャー、ボール）、粉末(ソルダペースト)等の種々の製
品供給形態に応用可能である。
ー、プリフォーム（リボン、ペレット、ディスク、ワッ
シャー、ボール）、粉末(ソルダペースト)等の種々の製
品供給形態に応用可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のはんだ合
金は、鉛フリーはんだを用いているため、このはんだ合
金ではんだ付けされた電子機器類が故障や老巧化によっ
て埋立て処分されても、酸性雨で鉛成分が溶出せず、近
年重要視されている環境問題に適合したものである。ま
た本発明のはんだ合金によれば、Sn主成分であるにもか
かわらず、はんだ付け性が良好で安定したはんだ付け作
業が確保されるという優れた効果を有するものである。
金は、鉛フリーはんだを用いているため、このはんだ合
金ではんだ付けされた電子機器類が故障や老巧化によっ
て埋立て処分されても、酸性雨で鉛成分が溶出せず、近
年重要視されている環境問題に適合したものである。ま
た本発明のはんだ合金によれば、Sn主成分であるにもか
かわらず、はんだ付け性が良好で安定したはんだ付け作
業が確保されるという優れた効果を有するものである。
Claims (9)
- 【請求項１】Ga０．００５〜０．２質量％、残部Snから
なることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。 - 【請求項２】Ga０．００５〜０．２質量％、Ag０．１〜
４質量％、残部Snからなることを特徴とする鉛フリーは
んだ合金。 - 【請求項３】前記鉛フリーはんだ合金が、さらに強度改
善元素を含有する請求項１または２記載の鉛フリーはん
だ合金。 - 【請求項４】前記強度改善元素としてCuおよび／または
Sbを合計で３質量％以下含有することを特徴とする鉛フ
リーはんだ合金。 - 【請求項５】前記強度改善元素として、Ni、Co、Fe、M
n、Cr、およびMoからなる群から選ばれた１種または２
種以上を合計で０．５質量％以下含有することを特徴と
請求項３または４記載の鉛フリーはんだ合金。 - 【請求項６】前記鉛フリーはんだ合金が、さらに融点低
下元素を含有することを特徴とする請求項１、２ないし
５記載の鉛フリーはんだ合金。 - 【請求項７】前記融点低下元素として、Bi、InおよびZn
からなる群から選ばれた１種または２種以上を合計で
０．５〜５質量％含有することを特徴とする請求項６記
載の鉛フリーはんだ合金。 - 【請求項８】前記鉛フリーはんだ合金が、さらに酸化防
止元素を含有することを特徴とする請求項１、２ないし
６記載の鉛フリーはんだ合金。 - 【請求項９】前記酸化防止元素として、Pおよび／また
はGeを合計で０．２質量％以下添加することを特徴とす
る鉛フリーはんだ合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000201514A JP2002018589A (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | 鉛フリーはんだ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000201514A JP2002018589A (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | 鉛フリーはんだ合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002018589A true JP2002018589A (ja) | 2002-01-22 |
Family
ID=18699193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000201514A Pending JP2002018589A (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | 鉛フリーはんだ合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002018589A (ja) |
Cited By (26)
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- 2000-07-03 JP JP2000201514A patent/JP2002018589A/ja active Pending
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