JP2003245793A - ハンダ用組成物、ハンダ付け方法および電子部品 - Google Patents
ハンダ用組成物、ハンダ付け方法および電子部品Info
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Abstract
に低温での加熱で流動化が可能であり、ハンダ濡れ性に
優れ、固形化後には、別の部分でのハンダ付け時の加熱
温度付近でも流動化しにくく、高強度のハンダ接合部を
得ることができ、特に電子部品の内部接続形成用として
好適に用いられる低コストのハンダ用組成物、ハンダ付
け方法および電子部品を提供すること。 【解決手段】 錫または錫合金から成る第1金属粉2
と、第1金属粉2よりも高い融点を持ち、銅または銅合
金から成る第2金属粉とを含むハンダ用組成物である。
ハンダ用組成物における全ての金属粉を100質量%と
した場合に、第1金属粉2の含有割合が60質量%より
大きく85質量%以下であり、第2金属粉4の含有割合
が15質量%以上で40質量%より小さい。
Description
ハンダ付け方法および電子部品に係り、さらに詳しく
は、鉛を含まず、しかもハンダ付け時には比較的に低温
での加熱で流動化が可能であり、ハンダ濡れ性に優れ、
固形化後には、別の部分でのハンダ付け時の加熱温度付
近でも流動化しにくく、高強度のハンダ接合部を得るこ
とができ、特に電子部品の内部接続形成用として好適に
用いられるハンダ用組成物、ハンダ付け方法および電子
部品に関する。
の融点以上に上げて行ってきた。しかしながら、この方
法では、電子部品をハンダ合金の融点以上に温度を上げ
る必要があり、耐熱性のない電子部品の場合には、この
ハンダ付けの際の熱によって欠陥品となる場合もあり、
その製造歩留まりが大きく低下することがある。また、
近年では、地球環境保全の立場から、鉛(Pb)を含ま
ないハンダの使用が求められているが、電子部品の内部
接続形成用の高温ハンダは今のところなく、この開発も
求められている。
示すように、融点が異なる二種類の金属粉を混合して成
る鉛を含まないハンダペーストが開発されている。しか
しながら、この公報に開示してある金属粉の組合せと配
合割合では、特に電子部品の内部接続形成用としては不
十分であった。なぜなら、この公報に示すハンダペース
トでは、ハンダ付け後の最終組成合金の溶融温度が21
5°C以下であり、その後に行われる別のハンダ付け工
程での加熱温度(200〜270°C)に対する耐熱性
が不十分だからである。さらに、前記公報に示すハンダ
ペーストでは、銀を比較的に多量に用いるために高価で
あった。
実状に鑑みてなされ、鉛を含まず、しかもハンダ付け時
には比較的に低温での加熱で流動化が可能であり、ハン
ダ濡れ性に優れ、固形化後には、別の部分でのハンダ付
け時の加熱温度付近でも流動化しにくく、高強度のハン
ダ接合部を得ることができ、特に電子部品の内部接続形
成用として好適に用いられる低コストのハンダ用組成
物、ハンダ付け方法および電子部品を提供することを目
的とする。
成するために、本発明に係るハンダ用組成物は、錫また
は錫合金から成る第1金属粉と、前記第1金属粉よりも
高い融点を持ち、銅または銅合金から成る第2金属粉と
を含むハンダ用組成物であって、前記ハンダ用組成物に
おける全ての金属粉を100質量%とした場合に、前記
第1金属粉の含有割合が60質量%より大きく85質量
%以下であり、前記第2金属粉の含有割合が15質量%
以上で40質量%より小さいことを特徴とする。
用様態に応じて粉末状態のものであっても、圧縮成形し
た固形物であっても、フラックスを含有するペースト状
態のものであってもよい。
への拡散が極めて速く、容易に合金を形成し、かつ銀
(Ag)よりも安価である。通常、ハンダ付けは、単一合
金を作製し、それをハンダ付けの際に熱をかけて溶融さ
せ、ハンダ付けを行う。しかし、Cuの含有量が多くなる
に従い、その融点は高くなり、電子部品の耐熱温度以上
になるため、通常、そのような合金をハンダ粉とは用い
ることはせず、従って、ハンダ接合部は、そのような合
金組成にはならない。
よれば、後述する本発明の方法を採用することにより、
鉛を含ませることなく、電子部品の耐熱温度以下の温度
でハンダ組成物を流動化させ、良好なハンダ濡れ角を実
現し、固形化後には、別の部分でのハンダ付け時の加熱
温度付近でも流動化しにくく、高強度のハンダ接合部を
得ることができる。すなわち、本発明によれば、比較的
に低温でハンダ付けすることができるため、電子部品の
信頼性を損なうことはない。したがって、本発明のハン
ダ用組成物は、特に電子部品の内部接続形成用として好
適に用いられ、しかも低コストである。
えると、後工程での別の部分に対するハンダ付け時の加
熱(200〜270°C)に際して、ハンダの流れ出し
が生じやすくなる傾向にあり好ましくなく、60%以下
では、ハンダ接合部の強度が低下する傾向にある。した
がって、上記範囲が好ましい。
g、Sn-Ni、Sn-Sb、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-Inの内の少なくと
も1種以上の金属粉を含み、前記第2金属粉が、Cu粉お
よび/またはSn-Cuの金属粉を含む。第1金属粉の全体
を100質量%とした場合に、Sn粉は、好ましくは、
65〜80質量%であることが好ましい。第2金属粉の
全体を100質量%とした場合に、Cu粉は、好ましく
は、20〜35質量%であることが好ましい。このよう
な組成範囲の場合に、本発明の効果が特に大きい。
-Cuの金属粉の組成は特に限定されないが、Cu3Sn、Cu
4Sn、Cu5Sn、Cu6Sn5、Cu20Sn6の内の少なくとも
1種以上の金属粉である。このような組成の場合に、本
発明の効果が特に大きい。
00〜245°Cの範囲にあり、前記第2金属粉の融点
が、415〜1083°Cの範囲にある。このような融
点の金属粉を選択することで、本発明の効果が特に大き
くなる。
が、3〜30μmであり、前記第2金属粉の平均粒径
が、5〜40μmであることが好ましい。また、前記第
1金属粉の平均粒径が、前記第2金属粉の平均粒径に比
較して、小さい。このような平均粒径の関係にある時
に、本発明の効果が特に大きくなる。
のハンダ用組成物を用い、前記第1金属粉の融点以上の
温度であって、前記第2金属粉の融点以下の温度で、前
記ハンダ用組成物を加熱し、前記第1金属粉を溶融さ
せ、溶融状態の第1金属粉に対して、前記第2金属粉を
構成する金属成分を拡散させつつ、前記ハンダ用組成物
を流動させてハンダ付けを行い、少なくとも一部が合金
化されたハンダ接合部を形成することを特徴とする。
従来よりも低い温度でのハンダ付けが可能になり、しか
も固形化後のハンダ接合部は、後工程での別の部分に対
するハンダ付け時の加熱(200〜270°C)に際し
ても、流動化して染み出すことがなくなる。
面で切断した場合に、切断面における単位面積当たりの
錫および錫合金金属面の面積が45〜80%となるよう
に、前記ハンダ用組成物における第1金属粉および第2
金属粉の種類および配合割合を選択する。本発明におい
て、錫および錫合金金属面の面積が80%を超えると、
後工程での別の部分に対するハンダ付け時の加熱(20
0〜270°C)に際して、ハンダの流れ出しが生じや
すくなる傾向にあり好ましくなく、45%未満では、ハ
ンダ接合部の強度が低下する傾向にある。
び錫合金金属面以外に、銅金属面、または銅と錫との合
金の金属面が表れる。これらの金属面で構成されるはん
だ合金は、液相量が極めて少なく、後工程でのハンダ付
け時の加熱に際して、ハンダ接合部が流れ出すことを防
止する効果を持つ。
Au、Ni、Sb、Zn、Bi、Inの内の少なくとも1種以上が、
前記ハンダ接合部100質量%に対して、10質量%以
下の量で含ませても良い。
有する電子部品であって、前記ハンダ接合部を任意の断
面で切断した場合に、切断面における単位面積当たりの
錫および錫合金金属面の面積が45〜80%であり、前
記切断面には、前記錫および錫合金金属面以外に、銅金
属面、または銅と錫との合金の金属面が表れていること
を特徴とする。
では、後工程での別の部分に対するハンダ付け時の加熱
(200〜270°C)に際して、ハンダの流れ出しが
生じ難く、しかも、ハンダ接合部の強度が向上してい
る。
び錫合金金属面に対して、銅金属面、または銅と錫との
合金の金属面が、分散して配置されている。このような
切断面を持つハンダ接合部では、特に、後工程での別の
部分に対するハンダ付け時の加熱(200〜270°
C)に際して、ハンダの流れ出しが生じ難く、しかも、
ハンダ接合部の強度が向上している。
品用パッケージの内部に形成してある。従来では、ハン
ダ接合部が電子部品用パッケージの内部に形成してある
時に、外部端子などを後工程でハンダ付け接合する時の
加熱により、内部のハンダ接合部からのハンダの流れ出
しが問題になる。本発明では、後工程でのハンダ付けに
よる加熱温度が200〜270°Cであったとしても、
内部のハンダ接合部からのハンダの流れ出し現象は生じ
ない。
ケージ、セラミックパッケージなどが例示され、特に限
定されない。また、本発明に係る電子部品としては、ハ
ンダ接合部を持つものであれば特に限定されず、たとえ
ば、コイル、セラミックコンデンサ、セラミックインダ
クター、LCフィルター、HIC基板、電子回路用プリン
ト基板などが例示される。
形態に基づき説明する。図1は本発明の一実施形態に係
るハンダ用組成物をペースト状にした場合の要部概略断
面図、図2は本発明の一実施形態に係る電子部品の要部
断面図、図3は本発明の一実施形態に係るハンダ付け後
のハンダ接合部のSEM−EDX写真である。
組成物は、ペースト状であり、錫または錫合金から成る
第1金属粉2と、第1金属粉2よりも高い融点を持ち、
銅または銅合金から成る第2金属粉4とが、ペースト6
中に分散してある。ペーストとしては、特に限定されな
いが、たとえば溶剤、ロジン、活性剤、チキソ剤などを
含むフラックスで構成してある。
i、Sn-Sb、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-Inの内の少なくとも1種
以上の金属粉であり、その融点は、150〜245°C
である。第1金属粉2の粒径は、3〜30μmである。
に、Sn-Cuの金属粉を含むものであり、その融点は、4
15〜1083°Cである。第2金属粉4の粒径は、5
〜40μmである。
全ての金属粉を100質量%とした場合に、第1金属粉
2の含有割合が60質量%より大きく85質量%以下で
あり、第2金属粉4の含有割合が15質量%以上で40
質量%より小さい。
ハンダ用組成物を用いて、図2に示すように、コイル電
子部品10の樹脂パッケージ16の内部に、ハンダ接合
部20を形成する。コイル電子部品10は、フェライト
から成りドラム形状のコア材12を有し、その中央部
に、たとえば銅線から成るワイヤ14がコイル状に巻回
してあり、その両端部14aが、コア材12の両端部に
対して、ハンダ接合部20で固定してある。また、ハン
ダ接合部20では、導電性リードフレーム22の基端部
が、各ハンダ接合部20により接続固定してある。
脂パッケージ16の外部にまで延び、後工程において、
別のハンダ付け工程などにより形成された接合部32に
より、回路基板30に対して接続固定される。樹脂パッ
ケージ16は、図1に示すペースト状のハンダ用組成物
を、コア材12の両端部に塗布した後に熱処理してハン
ダ付けを行い、ハンダ接合部20を形成した後に、樹脂
モールディング法などで形成される。そのハンダ付け時
の熱処理温度は、第1金属粉2の融点以上の温度であっ
て、第2金属粉4の融点以下の温度であり、具体的に
は、260〜350°Cである。熱処理時間は、好まし
くは、3〜15秒程度である。
る。第2金属粉4の含有割合は、第1金属の含有割合に
比べて低いので、溶融状態の第1金属粉2に対して、第
2金属粉を構成する金属成分が拡散しつつ、ハンダ用組
成物が流動化することになる。しかも、その時における
ハンダ濡れ角は、30〜85度の範囲になり、ハンダ付
けにとって都合の良い濡れ角の範囲内となる。なお、好
ましいハンダ濡れ角の範囲は、40〜75度であり、本
実施形態では、その範囲内にある。なお、濡れ角が大き
すぎると、接合強度が低下する傾向にあり、濡れ角が小
さすぎると、流れ易すぎて作業性が悪くなる傾向にあ
る。ハンダ濡れ角は、JIS C 0050(199
6)の「3.2接触角」で説明されている溶融ハンダの
接触角として測定することができる。
属粉を構成する金属成分が拡散しつつ、ハンダ用組成物
が流動化し、その後に冷却されることで、ハンダ接合部
20が形成される。ハンダ接合部20では、図3に示す
ように、少なくとも一部が合金化され、切断面における
単位面積当たりの錫および錫合金金属面の面積が45〜
80%であり、錫および錫合金金属面以外に、銅金属
面、または銅と錫との合金の金属面が表れている。な
お、図3において、白い部分が、錫および錫合金金属面
であり、黒い部分が、銅金属面、または銅と錫との合金
の金属面である。図3に示すように、錫および錫合金金
属面に対して、銅金属面、または銅と錫との合金の金属
面が、分散して配置されている。
を含ませることなく、電子部品の耐熱温度以下の温度
(360〜400°C)でハンダ組成物を流動化させ、
良好なハンダ濡れ角を実現し、高強度のハンダ接合部2
0を得ることができる。したがって、その後に樹脂パッ
ケージ16を形成することで、耐熱性に優れたコイル電
子部品10を製造することができる。すなわち、このコ
イル電子部品10における導電性リードフレーム22の
基端部を回路基板30にハンダ付けする際でも、その時
の加熱温度(230〜270°C)でも、ハンダ接合部
20が流動化して樹脂パッケージ16からフレーム22
を通して外部に染み出ることはない。
低温でハンダ付けすることができるため、コイル電子部
品10の信頼性を損なうことはない。したがって、本実
施形態のハンダ用組成物は、特に電子部品の内部接続形
成用として好適に用いられ、しかも低コストである。
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。たとえば、本発明に係る電子部品として
は、コイルに限らず、その他の電子部品にも適用するこ
とができる。
き説明するが、本発明は、これら実施例に限定されな
い。
粉としてのCu粉10〜60質量%とを混合して100質
量%になるように調合し、フラックス中に分散させ、ハ
ンダ用組成物ペーストを得た。ハンダ用組成物ペースト
における全ての金属粉を100質量%とした場合に、Sn
粉の含有割合とCu粉の含有割合とが、表1に示す割合と
なるハンダ用組成物ペーストの試料1〜7を得た。な
お、Sn粉の平均粒径は、7μmであり、Cu粉の平均粒径
は10μmであった。
図2に示すドラム形状のコア材12のコイル接合部に塗
布し、フレーム22に対して300°Cでハンダ付けを行
い、ハンダ接合部20を有する樹脂パッケージ前の複数
のコイル電子部品10(試料1〜7)を得た。各試料1
〜7について、Sn系金属面の面積比率、ハンダ濡れ
角、フレーム引っ張り強度、ハンダの流れ出しについて
測定した。結果を表1に示す。
行った。Sn系金属面の面積比率 各試料1〜7におけるハンダ接合部を切断し、その切断
面を研磨し、SEM−EDXよりCuの金属間化合物を
同定し、それ以外の面積をSn系金属面(錫金属面およ
び錫合金金属面の合計であり、錫と銅との合金の金属面
は含まない)の面積とし、そのSn系金属面の面積を、
単位面積に対する割合として計算した。結果を表1に示
す。また、切断面のSEM写真を図3に示す。
℃で溶かし、ハンダの濡れ角を測定した。具体的には、
JIS C 0050(1996)の「3.2接触角」
で説明されている溶融ハンダの接触角として測定して得
た値である。結果を表1に示す。ハンダ濡れ角は、濡れ
角が大きすぎると、接合強度が低下する傾向にあり、濡
れ角が小さすぎると、流れ易すぎて作業性が悪くなる傾
向にあることから、30〜85度の範囲内であることが
好ましい。
いて、コイルの両端のフレームを水平方向に引っ張り、
そのフレームがコイルのコア材から剥がれるまでの引張
強度を測定した。各試料について、それぞれ30個の試
料を準備し、測定し、その平均値を求めた。結果を表1
に示す。フレームの引張強度は、1.0N以上が好まし
い。
電子部品の各試料について、260℃の高温雰囲気下に1
分放置し、ハンダがフレームを伝わり外部に流れ出てい
るかの確認を目視で行った。各試料について、それぞれ
10個の試料を準備して測定し、1個でも流れ出しが見
つかった場合を、ハンダの流れ出し有りとした。ハンダ
の流れ出しが全てなかった場合を、無しとした。結果を
表1に示す。
とし、ハンダ濡れ角を30〜85度の範囲内とし、ハン
ダの流れ出しを無しとするためには、ハンダ用組成物に
おいて、錫粉の含有割合が60質量%より大きく85質
量%以下であることが好ましいことが確認できた。ま
た、錫金属面の面積比率は、45〜80%であることが
好ましいことが確認できた。
化させた以外は、実施例1における試料5と同様にして
測定を行った。結果を表2に示す。
大きくするためには、Sn粉およびCu粉の平均粒径は、そ
れぞれ3〜30μm、5〜40μmが好ましいことが確
認できた。
ば、鉛を含まず、しかもハンダ付け時には比較的に低温
での加熱で流動化が可能であり、ハンダ濡れ性に優れ、
固形化後には、別の部分でのハンダ付け時の加熱温度付
近でも流動化しにくく、高強度のハンダ接合部を得るこ
とができ、特に電子部品の内部接続形成用として好適に
用いられる低コストのハンダ用組成物、ハンダ付け方法
および電子部品を提供することができる。
成物をペースト状にした場合の要部概略断面図である。
要部断面図である。
後のハンダ接合部のSEM−EDX写真である。
Claims (14)
- 【請求項1】 錫または錫合金から成る第1金属粉と、 前記第1金属粉よりも高い融点を持ち、銅または銅合金
から成る第2金属粉とを含むハンダ用組成物であって、 前記ハンダ用組成物における全ての金属粉を100質量
%とした場合に、前記第1金属粉の含有割合が60質量
%より大きく85質量%以下であり、前記第2金属粉の
含有割合が15質量%以上で40質量%より小さいこと
を特徴とするハンダ用組成物。 - 【請求項2】 前記第1金属粉が、Sn、Sn-Ag、Sn-Ni、
Sn-Sb、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-Inの内の少なくとも1種以上
の金属粉を含み、 前記第2金属粉が、Cu粉および/またはSn-Cuの金属粉
を含むことを特徴とする請求項1に記載のハンダ用組成
物。 - 【請求項3】 前記第2金属粉に含まれるSn-Cuの金属
粉が、Cu3Sn、Cu4Sn、Cu5Sn、Cu6Sn5、Cu20Sn6
の内の少なくとも1種以上の金属粉であることを特徴と
する請求項2に記載のハンダ用組成物。 - 【請求項4】 前記第1金属粉の融点が、150〜24
5°Cの範囲にあり、前記第2金属粉の融点が、415
〜1083°Cの範囲にある請求項1〜3のいずれかに
記載のハンダ用組成物。 - 【請求項5】 前記第1金属粉の平均粒径が、3〜30
μmであり、前記第2金属粉の平均粒径が、5〜40μ
mであり、前記第1金属粉の平均粒径が、前記第2金属
粉の平均粒径に比較して、小さいことを特徴とする請求
項1〜4のいずれかに記載のハンダ用組成物。 - 【請求項6】 前記請求項1〜5のいずれかに記載のハ
ンダ用組成物を用いてハンダ付けを行う方法であって、 前記第1金属粉の融点以上の温度であって、前記第2金
属粉の融点以下の温度で、前記ハンダ用組成物を加熱
し、前記第1金属粉を溶融させ、溶融状態の第1金属粉
に対して、前記第2金属粉を構成する金属成分を拡散さ
せつつ、前記ハンダ用組成物を流動させてハンダ付けを
行い、少なくとも一部が合金化されたハンダ接合部を形
成することを特徴とするハンダ付け方法。 - 【請求項7】 前記ハンダ接合部を任意の断面で切断し
た場合に、切断面における単位面積当たりの錫および錫
合金金属面の面積が45〜80%となるように、前記ハ
ンダ用組成物における第1金属粉および第2金属粉の種
類および配合割合を選択することを特徴とする請求項6
に記載のハンダ付け方法。 - 【請求項8】 前記切断面には、前記錫および錫合金金
属面以外に、銅金属面、または銅と錫との合金の金属面
が表れることを特徴とする請求項7に記載のハンダ付け
方法。 - 【請求項9】 前記ハンダ接合部には、Ag、Au、Ni、S
b、Zn、Bi、Inの内の少なくとも1種以上が、前記ハン
ダ接合部100質量%に対して、10質量%以下の量で
含まれることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記
載のハンダ付け方法。 - 【請求項10】 ハンダ接合部を有する電子部品であっ
て、 前記ハンダ接合部を任意の断面で切断した場合に、切断
面における単位面積当たりの錫および錫合金金属面の面
積が45〜80%であり、 前記切断面には、前記錫および錫合金金属面以外に、銅
金属面、または銅と錫との合金の金属面が表れているこ
とを特徴とする電子部品。 - 【請求項11】 前記切断面には、前記錫および錫合金
金属面に対して、銅金属面、または銅と錫との合金の金
属面が、分散して配置されていることを特徴とする請求
項10に記載の電子部品。 - 【請求項12】 前記ハンダ接合部には、Ag、Au、Ni、
Sb、Zn、Bi、Inの内の少なくとも1種以上が、前記ハン
ダ接合部100質量%に対して、10質量%以下の量で
含まれることを特徴とする請求項10または11に記載
の電子部品。 - 【請求項13】 前記ハンダ接合部の融点が、217〜
800°Cの範囲にあることを特徴とする請求項10〜
12のいずれかに記載の電子部品。 - 【請求項14】 前記ハンダ接合部が、電子部品用パッ
ケージの内部に形成してある請求項10〜13のいずれ
かに記載の電子部品。
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