JP2002346788A - 錫−銀系ハンダ合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な伸び特性等を示し、高接合信頼性を有
する錫−銀系ハンダ合金を提供する。 【解決手段】 Ａｇ３〜４重量％、Ｂｉ５〜１０重量
％、Ｐ５０〜５００ｐｐｍ、さらに所望によりＩｎ５重
量％以下、Ｃｕ１重量％以下含有し、残部がＳｎからな
ることを特徴とする錫−銀系ハンダ合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、錫−銀系ハンダ合
金に関し、詳しくは良好な伸び特性を有し、高接合信頼
性を有する錫−銀系ハンダ合金に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
ハンダ合金としては、Ｐｂ−Ｓｎの共晶組成付近の合金
が代表的なものとして周知である。また、Ｐｂ−Ｓｎの
共晶ハンダよりも強度を高めたＺｎ−Ｃｄからなる合金
等も知られている。しかしながら、前者のハンダ合金は
鉛の有害性が問題となっており、また後者のハンダはカ
ドミウム蒸気の作業者への悪影響等が問題となってお
り、近年の環境問題を解消し得ないものであった。

【０００３】そこで、ハンダ合金として有害なＰｂある
いはＣｄ等を含まない代表的な無鉛ハンダとして、Ｓｎ
−Ａｇ系ハンダ合金が種々提案されている。このＳｎ−
Ａｇ系のハンダは、現行のハンダ（Ｓｎ−３７重量％Ｐ
ｂ、融点１８３℃）の融点と比べ高くなる。そのため、
ハンダ付温度も高くなり部品への熱的影響が懸念され、
Ｓｎ−Ａｇ系ハンダの低融点化は大きな課題となってい
た。

【０００４】そこで、第３もしくは４元素の含有による
融点低下が行われているが、供給性、製造性等から、Ｉ
ｎ、Ｂｉ、Ｃｕが一般的である。例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃ
ｕ系ハンダでは２１７℃ぐらいまでが限界で、さらに低
い融点を得るにはＩｎ、Ｂｉの含有が必要となる。しか
し、Ｉｎの含有にはコスト面から限界がある。また、Ｂ
ｉの含有は融点を下げ、引張強さを向上させる効果があ
るが、反面破断伸びを低下させる。この伸び特性は、接
合部の信頼性に大きく関与していると言われていること
から、Ｂｉの含有は接合信頼性を低下させると考えられ
る。また、Ｂｉの含有量が５重量％以上のハンダでは、
電子基板ランド材料や電子部品電極材料のメッキの種類
によって強度劣化が著しく生じることが指摘されてい
る。このようにＢｉの含有により接合信頼性低下が問題
となっており、その一方で電子部品の耐熱性という観点
から、２０５℃付近の融点を有するハンダが必要とされ
ているのも事実である。

【０００５】このため高接合信頼性を有するＢｉ含有ハ
ンダ（Ｂｉ量が５重量％以上）の開発が求められてい
る。この高接合信頼性は、ハンダ組織の安定性、接合界
面の反応層の成長が遅いこと、ハンダ材料の伸び特性が
良好なこと等に起因するものと考えられる。

【０００６】従って、本発明の目的は、良好な伸び特性
等を示し、高接合信頼性を有する錫−銀系ハンダ合金を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、検討の結
果、ビスマス、ビスマスとインジウム、ビスマスと銅又
はビスマスとインジウムと銅を一定量含有する錫−銀系
ハンダ合金において、リンを特定量含有させることによ
って、上記目的が達成し得ることを知見した。

【０００８】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、Ａｇ３〜４重量％、Ｂｉ５〜１０重量％、Ｐ５０〜
５００ｐｐｍを含有し、残部がＳｎからなることを特徴
とする錫−銀系ハンダ合金を提供するものである。

【０００９】また、本発明は、Ａｇ３〜４重量％、Ｂｉ
５〜１０重量％、Ｉｎ５重量％以下、Ｐ５０〜５００ｐ
ｐｍを含有し、残部がＳｎからなることを特徴とする錫
−銀系ハンダ合金を提供するものである。

【００１０】さらに、本発明は、Ａｇ３〜４重量％、Ｂ
ｉ５〜１０重量％、銅１重量％以下、Ｐ５０〜５００ｐ
ｐｍを含有し、残部がＳｎからなることを特徴とする錫
−銀系ハンダ合金を提供するものである。

【００１１】また、本発明は、Ａｇ３〜４重量％、Ｂｉ
５〜１０重量％、Ｉｎ５重量％以下、銅１重量％以下、
Ｐ５０〜５００ｐｐｍを含有し、残部がＳｎからなるこ
とを特徴とする錫−銀系ハンダ合金を提供するものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の錫−銀系ハンダ合
金の実施の形態について説明する。

【００１３】本発明の錫−銀系ハンダ合金におけるＡｇ
含有量は３〜４重量％であり、最適には３．５重量であ
るが、ハンダ合金製造時の製造歩留りから上記範囲であ
る。

【００１４】また、Ｂｉ含有量は５〜１０重量％であ
る。Ｂｉ含有量が５重量％未満では、融点が高くなり、
また引張強度が低下する。また、１０重量％を超える
と、接合信頼性が低下する。

【００１５】さらに、Ｉｎを含有させる場合には、その
含有量は５重量％以下である。Ｉｎ含有量が５重量％を
超えるとコスト面から経済性に劣る。

【００１６】また、Ｃｕを含有させる場合には、その含
有量は１重量％以下である。Ｃｕ含有量が１重量％を超
えると継ぎ手強度が低下する。

【００１７】本発明の錫−銀系ハンダ合金ではリンを５
０〜５００ｐｐｍ含有する。リンを含有することによっ
て、接合信頼性が向上する。リンの含有量が５０ｐｐｍ
未満又は５００ｐｐｍを超えた場合には、いずれも接合
信頼性の向上効果が得られない。

【００１８】このように、本発明の錫−銀系ハンダ合金
は、リンを一定量含有することによって、接合信頼性が
向上する。

【００１９】

【実施例】以下、実施例等に基づき本発明を具体的に説
明する。なお、表１の合金組成において、数値のみは重
量％を示す。

【００２０】〔実施例１〜７及び比較例１〜１０〕表１
に示した組成となるように、総重量で１０ｋｇを秤量
し、黒鉛ルツボを使用して大気中で電気炉にて溶解し
た。溶解温度は３００℃とした。完全に各金属が溶解し
た後、重力偏析をなくすために、充分に撹拌した。

【００２１】このようにして得られた錫−銀系ハンダ合
金を用い、図１に示すように、形状１０×３０×１ｍｍ
の２枚の銅板先端部１０×５ｍｍ部に上記ハンダをそれ
ぞれ塗布した後、そのハンダ部を重ねることによって試
験片を作製した。その後、インストロン型引張試験機に
より、図１に示す上下方向に引張試験を行い、継ぎ手強
度を評価した。継ぎ手強度の評価は、初期と１００℃、
１０００時間経過後で行い、その劣化率で評価した。結
果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１の結果から明らかなように、リンを一
定量含有させることによって、継ぎ手強度の劣化率が小
さい（実施例１〜７）。これに対し、リンを含有しない
もの、あるいはリンの含有量が少量のものは継ぎ手強度
の劣化率が大きい（比較例１〜６）。また、ビスマスの
含有量が１０重量％を超えた場合には、リンを含有する
か否かに拘わらず、継ぎ手強度の劣化率が大きい（比較
例７〜１０）。

【００２４】また、実施例１、３、５〜７及び比較例１
〜２、４〜１０については、下記の方法によって界面観
察を行った。

【００２５】すなわち、上記引張試験後の試験片の断面
を研摩後、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、エネルギー分散
形Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用い観察し、また接合界面
の反応層の厚さを測定した。この反応層の厚さは、ＳＥ
Ｍで観察した写真から１０点を測定し平均した値であ
る。反応層の厚さを表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２から明らかなように、実施例１、３、
５〜７は、比較例１〜２、４〜１０に比べて、概ね接合
界面の反応層の成長が遅い。

【００２８】このように、反応層の成長抑制により、カ
ーケンドールボイドの生成が抑制され強度低下が防止で
きたと考えられる。また、反応層の成長に伴いハンダ
中、特に界面近傍で錫が欠乏しその結果、ビスマスが偏
析しやすくなる。このビスマスが界面近傍に偏析するこ
とによってクラックが脆いビスマス層を進行するため継
ぎ手強度が低下すると考えられる。このため、反応層の
成長抑制は継ぎ手強度低下抑制につながると考えられ
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明の錫−銀系ハンダ合金は、良好な
伸び特性等を示し、高接合信頼性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、継ぎ手強度の測定方法を示す簡略図で
ある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｇ３〜４重量％、Ｂｉ５〜１０重量
   ％、Ｐ５０〜５００ｐｐｍを含有し、残部がＳｎからな
   ることを特徴とする錫−銀系ハンダ合金。
2. 【請求項２】 Ａｇ３〜４重量％、Ｂｉ５〜１０重量
   ％、Ｉｎ５重量％以下、Ｐ５０〜５００ｐｐｍを含有
   し、残部がＳｎからなることを特徴とする錫−銀系ハン
   ダ合金。
3. 【請求項３】 Ａｇ３〜４重量％、Ｂｉ５〜１０重量
   ％、銅１重量％以下、Ｐ５０〜５００ｐｐｍを含有し、
   残部がＳｎからなることを特徴とする錫−銀系ハンダ合
   金。
4. 【請求項４】 Ａｇ３〜４重量％、Ｂｉ５〜１０重量
   ％、Ｉｎ５重量％以下、、銅１重量％以下、Ｐ５０〜５
   ００ｐｐｍを含有し、残部がＳｎからなることを特徴と
   する錫−銀系ハンダ合金。