JP2003126988A

JP2003126988A - はんだ合金、はんだ付け方法及びはんだ接続基板

Info

Publication number: JP2003126988A
Application number: JP2002213093A
Authority: JP
Inventors: Emiko Higashinakagaha; 恵美子東中川; Koichi Tejima; 光一手島; Shinji Arai; 真次荒井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2003-05-08

Abstract

(57)【要約】【目的】環境等に対して悪影響を及す鉛を使用するこ
となく、例えばはんだ付けに際して必要とされる条件を
満足させたはんだ合金を提供する。【構成】錫を主成分とし、亜鉛を３〜１２重量％含有
し、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であるはんだ合金、
及びこれを用いたはんだ付け方法並びにはんだ接続基板
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、環境安全性の高いはん
だ合金、およびそれを用いたはんだ付け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、各種機器におけるはんだ接続
には、融点が低く、酸化性雰囲気中でもぬれ性がよい等
の点から、鉛−錫系のはんだ合金が多用されている。

【０００３】ところで、鉛は毒性を有することから、鉛
やそれを含む合金等を扱う業務については規制がなされ
ており、鉛中毒等の発生はほとんど皆無となっている。
しかし、最近の環境破壊に対する関心の高まりによっ
て、鉛を含むはんだ合金を用いた各種機器、特に電子機
器の廃棄処理についても問題視され始めている。

【０００４】すなわち、鉛を含むはんだ合金を多量に使
用した廃電子機器は、従来、通常の産業廃棄物や一般廃
棄物と同様に、主として埋め立て処理することが一般的
であった。しかしながら、鉛を含むはんだ合金を多量に
使用した廃電子機器をそのまま埋立て等により処理し続
けると、廃電子機器中に存在する鉛成分の溶出によっ
て、環境や生物等に対して悪影響を及ぼすことが危惧さ
れている。

【０００５】このようなことから、鉛を含むはんだ合金
を多量に使用した廃電子機器を処理する際には、鉛を回
収した後に処理することを義務付ける方向に進んでい
る。しかし、現状では廃電子機器等から有効かつ容易に
鉛を回収する技術が見出されておらず、また鉛の回収コ
ストが製品コストの増大を招くおそれがあること等か
ら、鉛を用いないはんだ合金の開発が強く望まれてい
る。

【０００６】上述したような鉛を用いないはんだ合金と
して、例えば錫をベースとし、これにアンチモン、銀、
ゲルマニウム、チタン等を複合添加したもの等が一部実
用化されているが、これらは特殊な用途を対象としたも
のであり、鉛−錫系はんだ合金のように、ごく一般的な
はんだ付けに適用することが可能なはんだ合金、すなわ
ち前述した低融点でぬれ性に優れる等の特性に加えて、
リフローはんだ工程等に適用し得る、母材と反応して脆
い化合物や脆化層を形成しない等の条件を全て満足する
はんだ合金は、現状では見出されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、鉛を
含むはんだ合金を多量に使用した廃電子機器等を処理す
る際には、鉛を回収した後に処理することを義務付ける
方向に進んでいることから、環境等に対して悪影響を及
す鉛を用いないはんだ合金の開発が望まれている。鉛を
用いないはんだ合金は一部で実用化されているものの、
鉛−錫系はんだ合金に匹敵するようなはんだ付け性や耐
侯性等は実現されていない。

【０００８】このようなことから、環境等に対して悪影
響を及ぼすことがなく、かつ鉛−錫系はんだ合金に匹敵
するようなはんだ付け性や耐侯性等を有するはんだ合金
が強く求められている。

【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、環境等に対して悪影響を及す鉛を使
用することなく、例えばはんだ付けに際して必要とされ
る条件を満足させたはんだ合金、およびそれを用いたは
んだ付け方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段と作用】本発明のはんだ合
金は、亜鉛を３〜１２重量％含有し、残部が実質的に錫
からなり、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であること、
あるいは亜鉛を３〜１２重量％、アンチモン、インジウ
ム、金、銀および銅から選ばれる少なくとも１種を３重
量％以下含有し、残部が実質的に錫からなり、酸素含有
量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴としている。

【００１１】また、本発明のはんだ付け方法は、上記し
た本発明のはんだ合金を用いたはんだ付け方法であっ
て、前記はんだ合金を用いて非酸化性雰囲気中ではんだ
接続を行うことを特徴としている。

【００１２】ここで、はんだ合金に要求される特性は、
（１）ぬれ性に優れること、（２）はんだ接続する機器
に熱損傷等を与えない温度ではんだ付け可能である、す
なわち融点が４７３Ｋ前後であること、（３）母材との
反応により脆い金属間化合物や脆化層を形成しないこ
と、（４）自動化に適用可能な供給形態（ペーストや粉
末等）がとれること、（５）はんだ合金に含まれる金属
成分の酸化物がぬれ不良、ボイド、ブリッジ等の欠陥の
発生原因とならないこと、等である。特に、電子機器の
はんだ接続においては、溶融はんだを細間隙に流入させ
て母材との接合を行うため、はんだ合金の表面張力、粘
性、流動性等が重要である。従来の鉛−錫系はんだ合金
は、上述したような条件をよく満足するものとして多用
されてきたが、前述したように環境等に対して悪影響を
及ぼすという重大な欠点を有している。

【００１３】これに対して、本発明のはんだ合金、すな
わち錫に少なくとも亜鉛を３〜１２重量％の範囲で添加
した合金は、鉛を含まないと共に、亜鉛等の各成分の安
全性が高いことから、環境等に対して悪影響を及ぼすこ
とがなく、かつ上述したはんだ合金に要求される特性を
ほとんど満足するものである。

【００１４】すなわち、図１に示すように、亜鉛と錫と
は全率固溶であり、いかなる混合比においても析出物を
作らずに合金化するため、例えば良好なはんだ接続性が
得られる。そして、特に亜鉛を３〜１２重量％の範
囲で含有する亜鉛−錫合金は、その融点が４９３Ｋ以下
と低く、例えば亜鉛を９重量％含有する亜鉛−錫合
金では融点が４７１Ｋと、はんだ付けに適する低融点を
有している。錫に対する亜鉛の添加量が３重量％未
満であっても、また１２重量％を超えても、いずれも
はんだ合金に必要とされる低融点が得られなくなる。一
般に、電子機器のはんだ付け温度を１０度下げると、電
子部品の寿命は２倍になると言われていることから、
はんだ合金の低融点化は非常に有効である。

【００１５】また、本発明ではんだ合金として用いる亜
鉛−錫合金は、導電性に優れる錫との全率固溶合金であ
ることから、その導電性等の特性は錫単体とほとんど同
一の性質を有し、プリント基板等の導体として多用され
ている銅に対するぬれ性も高いものである。さらに、亜
鉛は他の金属と比較しても安価であり、例えば電子機器
に多様多量に使用されるはんだ合金として、鉛−錫系は
んだ合金と同程度に安価に提供できる。

【００１６】本発明の錫を主成分とするはんだ合金に
は、上述した亜鉛に加えて、アンチモン、インジウム、
金、銀および銅から選ばれる少なくとも１種の元素を
３重量％以下の範囲で添加してもよい。これらは、はん
だ合金のさらなる低融点化やぬれ性の改善に寄与する
が、これらの元素を３重量％を超えて添加すると、はん
だ外観が悪くなる（つやがなくなる）。上述した添加元
素のうち、アンチモンや銅は本発明のはんだ合金のぬれ
性の改善に寄与する元素であり、またインジウム、金、
銀は、本発明のはんだ合金の低融点化に寄与する元素で
ある。

【００１７】また、本発明のはんだ合金は、例えば酸
素、窒素、水素等の不可避の不純物を少量含んでいても
特に問題はないか、特に酸素ははんだ合金を脆くするお
それがあるため、その含有量は１００ｐｐｍ以下とす
る。

【００１８】ところで、上述した本発明の錫を主成分と
するはんだ合金は、その主要構成元素である亜鉛がはん
だ接続中に酸化しやいという難点を有しているが、これ
ははんだ付けを窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で
行うことにより解決可能である。本発明のはんだ付け方
法は、このように本発明のはんだ合金を用いて非酸化性
雰囲気中ではんだ接続する方法であり、これによって本
発明のはんだ合金の酸化によるぬれ不良や電気的な接続
不良等の発生が防止できる。

【００１９】また、本発明のはんだ付け方法において
は、通常のはんだ接続と同様に、超音波を付加しながら
実施してもよい。

【００２０】なお、本発明のはんだ合金は、上述したよ
うな各種電子機器等のはんだ付けに有効に使用し得るほ
か、環境安全性に優れると共に低融点であるという性質
を利用して、従来鉛−錫系合金が用いられきてきた用
途、例えばヒューズ等に利用することも可能である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２２】実施例１〜８、比較例１まず、表１に合金組成をそれぞれ示す各はんだ合金を溶
解、製造した。これら各はんだ合金の融点を表１に示
す。

【００２３】次に、上述した各はんだ合金を用いて、電
子部品を搭載したプリント基板（銅張積層板）に、窒素
を局所的に流しながらはんだ付けを実施した。なお、は
んだ付け温度は、いずれも各合金の融点に対して１０〜
３０Ｋ程度高い温度とした。そして、上記はんだ付けの
際に、ぬれ性を確認すると共に、はんだ付け後の耐候性
を評価した。これらの結果を、各はんだ合金の安全性の
確認結果と共に表１に併せて示す。

【００２４】なお、表中の比較例１は、従来の鉛−錫系
はんだ合金であり、上記実施例のはんだ合金の評価の基
礎として掲げたものである。

【００２５】

【表１】表１から明らかなように、各実施例のはんだ合金は、低
融点を有していると共に、ぬれ性についても従来の鉛−
錫系はんだ合金と同様に良好であり、優れたはんだ付け
性を有している。また、長時間の使用にも脆化等の性質
の変化は見られず、従来の鉛−錫系はんだ合金と同様
に、優れた耐候性を有している。これに対して、鉛−錫
系はんだ合金は、従来から多量に使用されているよう
に、低融点を有していると共に、ぬれ性や耐候性に優れ
ているものの、鉛の毒性が環境等に対しても問題とな
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のはんだ合
金は、低融点で、ぬれ性や耐候性に優れると共に、有害
な鉛を含まずに環境安全性等に優れるものである。従っ
て、環境等に対して悪影響を及すことがなく、かつはん
だ付けに際して必要とされる条件を満足させたはんだ合
金を安価に提供することが可能となる。また、本発明の
はんだ付け方法によれば、そのようなはんだ合金を用い
て良好なはんだ接続が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】亜鉛と錫の二元合金の状態図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒井真次神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 5E319 AC01 BB01 BB05 CC22 GG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】錫を主成分とし、亜鉛を３〜１２重量％
含有し、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特
徴とするはんだ合金。
【請求項２】錫を主成分とし、亜鉛を３〜１２重量％
含有し、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下であるはんだ合
金を用いて、非酸化雰囲気中ではんだ接続を行うことを
特徴とするはんだ付け方法。
【請求項３】プリント基板と、前記プリント基板に搭載される電子部品と、錫を主成分とし、亜鉛を３〜１２重量％含有し、酸素含
有量が１００ｐｐｍ以下であり、前記プリント基板と前
記電子部品とをはんだ付けしたはんだ合金と、を有することを特徴とするはんだ接続基板。