JP2003019591A - 錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末およびその製造方法 - Google Patents
錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末およびその製造方法Info
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Abstract
保存性にも優れた錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末を
提供する 【解決手段】 錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末とし
て、錫を主成分とし、少なくとも7〜10重量%の亜鉛
を必須に含有するはんだ合金粉末を用い、この化学組成
のはんだ合金粉末を酸溶液に浸漬して表面処理を施し、
適宜種類・濃度の酸溶液に浸漬したとき、イオン化傾向
の高い亜鉛がイオンとして錫よりも優先的に溶け出して
粉末表面の亜鉛量が減少するように構成する。そして、
このはんだ合金粉末を原料として、クリームはんだに加
工するとき、室温以下では亜鉛―活性剤間の反応を抑え
て保存性を高め、且つ加熱時において、はんだが溶融す
るまで粉末内部の亜鉛を酸化させないで、良好な濡れ性
をも保持する。
Description
―亜鉛系鉛フリーはんだ粉末およびその製造方法に関す
る。
点が低く、酸化性雰囲気の中でも濡れ性が良好であるこ
と等の点から、錫―鉛系はんだ合金粉末が多用されてい
た。しかし、鉛は毒性を有していることから、近年、特
に環境汚染防止の観点から、鉛を含むはんだ合金粉末を
用いた各種機器、中でも電子機器の廃棄処理の弊害が問
題になっている。
ら、最近、はんだの鉛フリー化が急速に進んでいる。こ
の鉛フリー化の中でも、電子回路素子の実装工程の1つ
であるリフローはんだ付けに使用する鉛フリーはんだ合
金粉末の実用化が進んでいる。従来、このリフローはん
だ付け用の鉛フリーはんだ合金粉末の中に、たとえば亜
鉛を9重量%(共晶点組成)前後含有した錫―亜鉛系の
ものがある。錫―亜鉛合金の共晶温度は199℃であ
り、錫を主成分とした鉛フリーはんだの中では、最も錫
―鉛合金の共晶点に近いものであり、原料コストの面で
も、他の鉛フリーはんだ合金粉末より安価である。
上記リフローはんだ付けに用いられるクリームはんだ
は、はんだ粉末とフラックスを混合したものであるが、
フラックスには、はんだ溶融時に、はんだ付け対象物の
表面を清浄にし、はんだの濡れ性を良くするための活性
剤が添加されている。また、錫―鉛系はんだよりも濡れ
性の点で劣る鉛フリーはんだにおいては、濡れ性を向上
させるために、活性剤を強化せざるを得ないが、この活
性剤と、はんだ粉末がクリームはんだの保存中に反応す
ると、反応生成物によってクリームはんだの粘性が著し
く増加し、プリント基板への印刷が不可能になってしま
うという問題がある。
の場合、製造されたはんだ粉末の表面および内部に亜鉛
を主成分とする相が存在し、表面には亜鉛が酸化物を形
成している。したがって、このはんだ粉末をフラックス
と混合してクリームはんだに加工すると、亜鉛が活性な
金属元素であるため、保存中に、フラックス中の活性剤
と容易に反応し、クリームはんだの粘度上昇が錫―鉛系
はんだよりも急速且つ大幅に発生してしまう。この粘度
上昇を防止するために活性剤の強さや添加量を抑える
と、はんだ加熱時に生成する亜鉛酸化物を還元すること
ができず、はんだの濡れ広がり性が低下してしまう問題
があった。
だ材料は、粉末の状態では酸素との親和力の強い亜鉛が
粉末表面で酸化物となることが避けられない。これをフ
ラックスと混合してクリームはんだに加工すると、亜鉛
酸化物と活性剤とが反応することによってクリームはん
だの濡れ性並びに長期の保存性の点で問題が発生してい
まう。従来、これら濡れ性と長期保存性の両立が極めて
困難で、それが有効な鉛フリーのクリームはんだが普及
しない大きな障害となっていた。
の良好な濡れ性を保持しつつ保存性にも優れた錫―亜鉛
系鉛フリーはんだ合金粉末を提供することにある。
た従来の課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、亜
鉛が酸化しやすい一方、イオン化傾向が高いことに着目
し、錫を主成分とし、少なくとも7〜10重量%の亜鉛
を必須に含有する錫―亜鉛系はんだ合金粉末を、適宜の
種類・濃度の酸溶液に浸漬すると、イオン化傾向の高い
亜鉛がイオンとして錫よりも優先的に溶け出し、表層の
亜鉛量が減少することを見出し、本発明を完成させるに
至った。
―亜鉛系鉛フリーはんだ粉末は、たとえば以下に示す実
施の形態のとおり、錫を主成分とし、少なくとも7〜1
0重量%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末であっ
て、該はんだ合金粉末を酸溶液に浸漬して粉末表面の亜
鉛量を低減する表面処理を施してなることを特徴とす
る。
フリーはんだ粉末は、たとえば以下に示す実施の形態の
とおり、請求項1に記載した前記はんだ合金粉末を、錫
金属塩の溶液に浸漬して粉末表面を錫で覆ってなること
を特徴とする。
フリーはんだ粉末の製造方法は、たとえば以下に示す実
施の形態のとおり、錫を主成分とし、少なくとも7〜1
0重量%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末を、酸
溶液に浸漬して粉末表面の亜鉛量を低減する表面処理を
施し、次いで洗浄して後に、乾燥させてなることを特徴
とする。
フリーはんだ粉末の製造方法は、たとえば以下に示す実
施の形態のとおり、錫を主成分とし、少なくとも7〜1
0重量%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末を、酸
溶液に浸漬して粉末表面の亜鉛量を低減する表面処理を
施した後、さらに錫金属塩の溶液に浸漬して粉末表面を
錫で覆い、次いで洗浄して後に、乾燥させてなることを
特徴とする。
いて詳細に説明する。
が、たとえば錫を主成分とし、少なくとも7〜10重量
%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末で、これを酸
溶液に浸漬して粉末表面の亜鉛量を低減する表面処理を
施して構成してなる錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末
である。
とし、少なくとも7〜10重量%の亜鉛と0〜4重量%
のビスマスを必須に含有するはんだ合金粉末で、これを
酸溶液に浸漬して粉末表面の亜鉛量を低減する表面処理
を施した錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末であっても
よい。使用する酸溶液としては、たとえば酢酸、ギ酸、
硫酸、硝酸などが考えられ、それら酸溶液のいずれか1
つ若しくは2つ以上を用いる。
だ合金粉末は、上記適宜種類・濃度の酸溶液に浸漬する
と、イオン化傾向の高い亜鉛がイオンとして錫よりも優
先的に溶け出し、極表層の亜鉛量が減少する。したがっ
て、このはんだ合金粉末を原料として、クリームはんだ
に加工するとき、室温以下では亜鉛―活性剤間の反応が
抑えられるため保存性に優れ、且つ加熱時において、は
んだが溶融するまで粉末内部の亜鉛が著しく酸化するこ
とがなく、濡れ性も阻害されることがない。加えて、は
んだ合金粉末の平均組成は初期の値を維持しているの
で、低融点という錫―亜鉛系はんだの長所が生かされる
のである。
た前記化学組成のはんだ合金粉末を、錫金属塩の溶液に
浸漬して粉末表面を錫で覆った構成にすることもでき
る。この他の例では、酸溶液に浸漬して表面処理した前
記化学組成のはんだ合金粉末を、さらに錫金属塩の溶液
に浸漬すると、上述したと同様に、イオン化傾向の高い
亜鉛がイオンとして溶け出し、溶液中の錫イオンが粉末
表面に析出し、極表層の亜鉛量はさらに減少する。この
場合、金属塩の種類、濃度、浸漬時間を調整することに
より、任意の厚みの錫コーティングを行うことができ
る。これにより、はんだ粉末表面にて亜鉛量の低減が促
進され、クリームはんだの保存性並びに濡れ性が、さら
に一層向上する。
上記した錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末を製造す
る。まずは、錫を主成分とし、少なくとも7〜10重量
%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末を、酸溶液に
浸漬して表面処理を施し、表層に存在する亜鉛を減少さ
せる。
を洗浄する。この洗浄工程の後、最後にはんだ合金粉末
を乾燥させる。以上の製造工程を経ることにより、保存
性並びに濡れ性の点で優れた上記錫―亜鉛系鉛フリーは
んだ合金粉末が作製される。
記した錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末を製造するこ
ともできる。まず、錫を主成分とし、少なくとも7〜1
0重量%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末を、酸
溶液に浸漬して表面処理を施し、表層に存在する亜鉛を
適宜量だけ減少させる。しかる後、酸溶液に浸漬した後
のはんだ合金粉末を、さらに錫金属塩の溶液に浸漬して
粉末表面を錫で覆う錫コーティングを施す。次いで、錫
コーティング後のはんだ合金粉末を洗浄する。この洗浄
工程の後、最後にはんだ合金粉末を乾燥させる。以上の
製造工程を経ることによって保存性並びに濡れ性の点
で、より一層優れた上記錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金
粉末が作製される。
示した錫・亜鉛・ビスマス以外に、他の各種少量元素を
含有する錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末を排除する
ものではないことは、勿論である。
をさらに具体的に説明するが、本発明は、この実施例に
限定されるものでないことは、勿論である。
めの実験を行った。実験に用いたはんだ合金粉末は、錫
―亜鉛系の粒径32〜45μmの真球粉である。実験を
行ったはんだ合金粉末(試料A〜M)の組成(重量
%)、表面処理方法、はんだ付け性及び保存性の特性評
価結果を、下記の表1に示した。はんだ合金粉末は、表
1に示した処理条件で処理を行い、水洗と乾燥を施した
後、フラックスと混合してペーストにして各種評価試験
に供している。表1中のはんだ付け性については、JI
S―Z―3284に準拠した方法で行ない、濡れ拡がり
性を評価した。試験は、より厳しい条件を模擬するた
め、大気雰囲気中で、プリヒートも150℃で2分間行
った。試験の結果、濡れ拡がり性が不良のものを「×」、
良好なものを「○」、非常に良好なものを「◎」で示し
た。保存性に関しては、はんだ合金粉末とフラックスを
混合した後に、約4℃に保った冷蔵庫中で1週間保存し
た後の、ペーストの粘度上昇具合および印刷性により判
定した。濡れ広がり性と同様に、不良のものを「×」、良
好なものを「○」、非常に良好なものを「◎」で示した。
系鉛フリーはんだ合金粉末を用いたペーストは、比較例
(試料L・M)に比べ、濡れ性とともに保存性に優れる
ことが確認された。
でも、はんだ合金粉末の表面から亜鉛を溶出させるもの
であれば、必要な効果を得ることが確認されている。
ば、次のような顕著な効果が得られる。
錫―亜鉛系鉛フリーはんだ粉末として、錫を主成分と
し、少なくとも7〜10重量%の亜鉛を必須に含有する
化学組成のはんだ合金粉末を用い、該はんだ合金粉末を
酸溶液に浸漬して表面処理を施した構成とするため、こ
れを適宜種類・濃度の酸溶液に浸漬したとき、イオン化
傾向の高い亜鉛がイオンとして錫よりも優先的に溶け出
して粉末表面の亜鉛量を減少させることができ、その結
果、このはんだ合金粉末を原料として、クリームはんだ
に加工するとき、室温以下では亜鉛―活性剤間の反応が
抑えられるため保存性に優れ、且つ加熱時において、は
んだが溶融するまで粉末内部の亜鉛が著しく酸化するこ
とがなく、濡れ性が阻害されることがなく、結局、低融
点という錫―亜鉛系はんだの長所が生かしつつ、濡れ性
並びに保存性に優れた錫―亜鉛系はんだペーストを得る
ことができる。
錫―亜鉛系鉛フリーはんだ粉末として、錫を主成分と
し、少なくとも7〜10重量%の亜鉛を必須に含有する
化学組成のはんだ合金粉末を用い、該はんだ合金粉末
を、酸溶液に浸漬して粉末表面の表面処理を施した後、
さらに錫金属塩の溶液に浸漬して粉末表面を錫で覆った
構成とするため、酸溶液に浸漬して表面処理したはんだ
合金粉末を、さらに錫金属塩の溶液に浸漬したとき、イ
オン化傾向の高い亜鉛がイオンとして溶け出し、溶液中
の錫イオンが粉末表面に析出して亜鉛量の低減が促進さ
れ、クリームはんだの保存性並びに濡れ性を、更に一層
向上させることができ、その結果、低融点という錫―亜
鉛系はんだの長所が生かしつつ、濡れ性並びに保存性の
点で、更に一層優れた錫―亜鉛系はんだペーストを得る
ことができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 錫を主成分とし、少なくとも7〜10重
量%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末であって、
該はんだ合金粉末を酸溶液に浸漬して粉末表面の亜鉛量
を低減する表面処理を施してなることを特徴とする錫―
亜鉛系鉛フリーはんだ粉末。 - 【請求項2】 請求項1に記載した前記はんだ合金粉末
を、錫金属塩の溶液に浸漬して粉末表面を錫で覆ってな
ることを特徴とする錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉
末。 - 【請求項3】 錫を主成分とし、少なくとも7〜10重
量%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末を、酸溶液
に浸漬して粉末表面の亜鉛量を低減する表面処理を施
し、次いで洗浄して後に、乾燥させてなることを特徴と
する錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末の製造方法。 - 【請求項4】 錫を主成分とし、少なくとも7〜10重
量%の亜鉛を必須に含有するはんだ合金粉末を、酸溶液
に浸漬して粉末表面の亜鉛量を低減する表面処理を施し
た後、さらに錫金属塩の溶液に浸漬して粉末表面を錫で
覆い、次いで洗浄して後に、乾燥させてなることを特徴
とする錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末の製造方法。
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JP2001200361A JP4590133B2 (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 錫―亜鉛系鉛フリーはんだ合金粉末およびその製造方法 |
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
JPH08323495A (ja) * | 1995-03-31 | 1996-12-10 | Hitachi Ltd | 鉛フリーはんだ及びそれを用いた実装品 |
JPH09327789A (ja) * | 1996-06-10 | 1997-12-22 | Senju Metal Ind Co Ltd | ソルダペースト |
JP2000107882A (ja) * | 1998-10-01 | 2000-04-18 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 無鉛ハンダ粉及びその製造方法 |
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2001
- 2001-07-02 JP JP2001200361A patent/JP4590133B2/ja not_active Expired - Fee Related
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