JP2003290976A - はんだ合金及びその製造方法、並びにはんだ合金ペースト - Google Patents
はんだ合金及びその製造方法、並びにはんだ合金ペーストInfo
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- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＰｂやＢｉを含有することなく、３００℃以
上の融点を有するとともに、機械特性に優れる高温用の
はんだ合金とその製造方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 本発明に係るはんだ合金は、重量％で、
６％〜７０％のＳｎと、５０％未満のＣｕとを含み、残
部が実質Ｓｂからなり、融点が３０６℃〜３４８℃の範
囲であることを特徴としている。係るはんだ合金を熱電
素子１０２の接合に用いるならば、第１、第２はんだ層
１０５，１０６に高融点のはんだ合金を用いることがで
き、安価に、Ｐｂを含まないレーザモジュールを構成す
ることができる。
上の融点を有するとともに、機械特性に優れる高温用の
はんだ合金とその製造方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 本発明に係るはんだ合金は、重量％で、
６％〜７０％のＳｎと、５０％未満のＣｕとを含み、残
部が実質Ｓｂからなり、融点が３０６℃〜３４８℃の範
囲であることを特徴としている。係るはんだ合金を熱電
素子１０２の接合に用いるならば、第１、第２はんだ層
１０５，１０６に高融点のはんだ合金を用いることがで
き、安価に、Ｐｂを含まないレーザモジュールを構成す
ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３００℃以上の高
い融点を有する高温用のはんだ合金とその製造方法に関
するものである。
い融点を有する高温用のはんだ合金とその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、半導体レーザなどのモジュー
ルを冷却するための熱電素子の組み立てや、熱電素子の
実装、あるいはエナメル被覆導線の被覆剥離とはんだ付
けを同時に行う用途等に、３００℃程度以上の融点を有
する高温用のはんだが用いられている。
ルを冷却するための熱電素子の組み立てや、熱電素子の
実装、あるいはエナメル被覆導線の被覆剥離とはんだ付
けを同時に行う用途等に、３００℃程度以上の融点を有
する高温用のはんだが用いられている。
【０００３】このような高温用のはんだに用いられる合
金としては、Ｓｎ−Ｐｂ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ系合
金、Ｐｂ−Ａｇ系合金など、３００℃程度の高い融点を
有するはんだ合金が用いられるのが一般的であるが、い
ずれのはんだ合金もＰｂを含有しているため、人体や環
境への配慮からその使用が制限される傾向にある。
金としては、Ｓｎ−Ｐｂ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ系合
金、Ｐｂ−Ａｇ系合金など、３００℃程度の高い融点を
有するはんだ合金が用いられるのが一般的であるが、い
ずれのはんだ合金もＰｂを含有しているため、人体や環
境への配慮からその使用が制限される傾向にある。
【０００４】そこで、高温用はんだの無鉛化を実現した
はんだ合金が、特開平１１−３２０１７７号公報に開示
されている。係る公報に記載のはんだ合金は、Ｓｎ−Ｂ
ｉ−Ｃｕ系合金にＡｇ，Ｉｎ，Ｚｎ等を必要に応じて添
加したものである。しかしながら、係るはんだ合金に
は、材料を脆化させるＢｉが含まれていることから、脆
く、機械特性に劣るという問題点があった。
はんだ合金が、特開平１１−３２０１７７号公報に開示
されている。係る公報に記載のはんだ合金は、Ｓｎ−Ｂ
ｉ−Ｃｕ系合金にＡｇ，Ｉｎ，Ｚｎ等を必要に応じて添
加したものである。しかしながら、係るはんだ合金に
は、材料を脆化させるＢｉが含まれていることから、脆
く、機械特性に劣るという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決するために成されたものであって、ＰｂやＢｉを含
有することなく、３００℃以上の融点を有するととも
に、機械特性に優れる高温用のはんだ合金を提供するこ
とを目的としている。また本発明は、上述のはんだ合金
の製造方法を提供することを目的としている。尚、本願
でいう「融点」とは、特定組成における固相線温度をい
うものとする。
解決するために成されたものであって、ＰｂやＢｉを含
有することなく、３００℃以上の融点を有するととも
に、機械特性に優れる高温用のはんだ合金を提供するこ
とを目的としている。また本発明は、上述のはんだ合金
の製造方法を提供することを目的としている。尚、本願
でいう「融点」とは、特定組成における固相線温度をい
うものとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下の構成を採用した。本発明に係るはん
だ合金は、重量％で、６％〜７０％のＳｎと、５０％未
満のＣｕとを含み、残部が実質Ｓｂからなり、融点が３
０６℃〜３４８℃の範囲であることを特徴としている。
に、本発明は以下の構成を採用した。本発明に係るはん
だ合金は、重量％で、６％〜７０％のＳｎと、５０％未
満のＣｕとを含み、残部が実質Ｓｂからなり、融点が３
０６℃〜３４８℃の範囲であることを特徴としている。
【０００７】本発明の係る構成によれば、３００℃以上
の高い融点を有するとともに、ＰｂやＢｉを含まないの
で、安全で機械特性に優れたはんだ合金を提供すること
ができる。従って、例えば本発明に係るはんだ合金を熱
電素子の接合に用いるならば、この熱電素子をレーザモ
ジュールに実装する際に用いるはんだ合金の融点も高い
ものを用いることができるので、レーザモジュールの動
作温度を高温化することができ、かつ熱電素子の実装用
に用いるはんだ合金の自由度も大きくなる。
の高い融点を有するとともに、ＰｂやＢｉを含まないの
で、安全で機械特性に優れたはんだ合金を提供すること
ができる。従って、例えば本発明に係るはんだ合金を熱
電素子の接合に用いるならば、この熱電素子をレーザモ
ジュールに実装する際に用いるはんだ合金の融点も高い
ものを用いることができるので、レーザモジュールの動
作温度を高温化することができ、かつ熱電素子の実装用
に用いるはんだ合金の自由度も大きくなる。
【０００８】以下、本発明に係るはんだ合金の組成範囲
についてより詳細に説明する。本発明者らは、以下の合
金組成をシミュレーションによる状態図から導出してお
り、その詳細は後述の実施例で述べることとする。Ｓｎ
及びＳｂ：これらの元素は本発明に係る無鉛はんだ合金
の母相を構成する組成物であり、本発明に係るはんだ合
金は、これらにＣｕ及び必要に応じてＡｇを添加するこ
とで、その融点を３０６℃〜３４８℃の範囲内で制御可
能としたことが大きな特徴である。従って、Ｓｎ及びＳ
ｂの含有量は、添加元素のＣｕ（及びＡｇ）とのバラン
スにより適宜決定される。Ｃｕ：Ｃｕを添加すること
で、最大で３４８℃の高い融点を有するはんだ合金とす
ることができる。尚、Ｓｎ、Ｓｂのみからなるはんだ合
金の融点は３２２℃である。
についてより詳細に説明する。本発明者らは、以下の合
金組成をシミュレーションによる状態図から導出してお
り、その詳細は後述の実施例で述べることとする。Ｓｎ
及びＳｂ：これらの元素は本発明に係る無鉛はんだ合金
の母相を構成する組成物であり、本発明に係るはんだ合
金は、これらにＣｕ及び必要に応じてＡｇを添加するこ
とで、その融点を３０６℃〜３４８℃の範囲内で制御可
能としたことが大きな特徴である。従って、Ｓｎ及びＳ
ｂの含有量は、添加元素のＣｕ（及びＡｇ）とのバラン
スにより適宜決定される。Ｃｕ：Ｃｕを添加すること
で、最大で３４８℃の高い融点を有するはんだ合金とす
ることができる。尚、Ｓｎ、Ｓｂのみからなるはんだ合
金の融点は３２２℃である。
【０００９】次に、本発明に係るはんだ合金は、重量％
で１０％以上以上のＡｇを含み、前記Ｃｕ含有量が１０
％以上とされており、融点が３０６℃以上３３５℃以下
の範囲とすることもできる。すなわち、上記はんだ合金
に、Ａｇを添加し、かつＣｕ含有量を１０％以上とする
ことで、上記範囲での融点の調整を行うことが可能とな
る。
で１０％以上以上のＡｇを含み、前記Ｃｕ含有量が１０
％以上とされており、融点が３０６℃以上３３５℃以下
の範囲とすることもできる。すなわち、上記はんだ合金
に、Ａｇを添加し、かつＣｕ含有量を１０％以上とする
ことで、上記範囲での融点の調整を行うことが可能とな
る。
【００１０】次に、本発明に係るはんだ合金は、前記融
点が、３２２℃〜３４８℃の範囲とされたことを特徴と
する。本発明の係る構成によれば、３００℃以上の特に
高融点のはんだ合金を提供することができる。
点が、３２２℃〜３４８℃の範囲とされたことを特徴と
する。本発明の係る構成によれば、３００℃以上の特に
高融点のはんだ合金を提供することができる。
【００１１】次に、本発明に係るはんだ合金は、重量％
で、６０％未満のＡｇを含むことを特徴とする。Ｃｕ含
有量が５０重量％以上、Ａｇ含有量が６０重量％以上の
範囲では、はんだとして利用可能な温度範囲で、液相が
生じない合金となる。
で、６０％未満のＡｇを含むことを特徴とする。Ｃｕ含
有量が５０重量％以上、Ａｇ含有量が６０重量％以上の
範囲では、はんだとして利用可能な温度範囲で、液相が
生じない合金となる。
【００１２】次に、本発明に係るはんだ合金は、その形
状が、粒径１００μｍ以下の粒状である構成とすること
ができる。係る形状を備えることで、ペースト化した際
に良好な濡れ広がり性を有するはんだ合金を提供するこ
とができる。
状が、粒径１００μｍ以下の粒状である構成とすること
ができる。係る形状を備えることで、ペースト化した際
に良好な濡れ広がり性を有するはんだ合金を提供するこ
とができる。
【００１３】次に、本発明に係るはんだ合金の製造方法
は、先に記載のはんだ合金の製造方法であって、前記は
んだ合金の組成物が溶解された溶融物を冷却するに際し
て、液体急冷法を用いることを特徴とする。本発明の係
る構成によれば、溶解されたはんだ組成物を、急冷する
ことで組成物の均一性を維持することができ、組成元素
の融点の影響により複数の融点が発現することがないは
んだ合金を容易に製造することができる。また、係る急
冷法を用いることでペースト化することが可能な粒状の
はんだ合金を容易に得ることができる利点がある。
は、先に記載のはんだ合金の製造方法であって、前記は
んだ合金の組成物が溶解された溶融物を冷却するに際し
て、液体急冷法を用いることを特徴とする。本発明の係
る構成によれば、溶解されたはんだ組成物を、急冷する
ことで組成物の均一性を維持することができ、組成元素
の融点の影響により複数の融点が発現することがないは
んだ合金を容易に製造することができる。また、係る急
冷法を用いることでペースト化することが可能な粒状の
はんだ合金を容易に得ることができる利点がある。
【００１４】次に、本発明に係る製造方法においては、
前記急冷時の冷却速度を、１０4Ｋ／ｓｅｃ以上とする
ことが好ましい。急冷時の冷却速度を上記の速度以上と
することで、各組成物が均一に混合されたはんだ合金を
得ることができ、組成物の偏析により複数の融点が生じ
るのを防ぐことができる。また、冷却速度が上記の値よ
りも小さくなると、１００μｍ以下の粒径のはんだ合金
を得にくくなる。
前記急冷時の冷却速度を、１０4Ｋ／ｓｅｃ以上とする
ことが好ましい。急冷時の冷却速度を上記の速度以上と
することで、各組成物が均一に混合されたはんだ合金を
得ることができ、組成物の偏析により複数の融点が生じ
るのを防ぐことができる。また、冷却速度が上記の値よ
りも小さくなると、１００μｍ以下の粒径のはんだ合金
を得にくくなる。
【００１５】次に、本発明に係る製造方法は、前記液体
急冷法により、前記はんだ合金を粒径１００μｍ以下の
粒状に形成することを特徴とする。係る製造方法によれ
ば、ペースト化が容易な大きさの粒状のはんだ合金を得
ることができ、はんだ合金の適用範囲を広げることがで
きる。
急冷法により、前記はんだ合金を粒径１００μｍ以下の
粒状に形成することを特徴とする。係る製造方法によれ
ば、ペースト化が容易な大きさの粒状のはんだ合金を得
ることができ、はんだ合金の適用範囲を広げることがで
きる。
【００１６】次に、本発明に係る製造方法は、前記液体
急冷法として、単ロール法、双ロール法、ガスアトマイ
ズ法のいずれかを用いることを特徴とする。本発明に係
る製造方法においては、上記いずれの冷却方法を用いて
も、組成物が均一に混合され、組成物の偏析が生じにく
く、融点の安定したはんだ合金を製造することができ
る。
急冷法として、単ロール法、双ロール法、ガスアトマイ
ズ法のいずれかを用いることを特徴とする。本発明に係
る製造方法においては、上記いずれの冷却方法を用いて
も、組成物が均一に混合され、組成物の偏析が生じにく
く、融点の安定したはんだ合金を製造することができ
る。
【００１７】
【実施例】以下、実施例により本発明をより詳細に説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。 （実施例１）本発明者らは、本発明に係るはんだ合金に
ついて、その適切な組成範囲を得るために、種々の合金
組成における状態図をシミュレーションにより求めてい
る。その計算結果を図１〜図１７及び表１，２を参照し
て以下に説明する。本発明者らが用いたシミュレーショ
ン方法は、Ｃｕ含有量及びＡｇ含有量を固定し、Ｓｎ及
びＳｂの２元状態図を作成する方法である。表１に、本
実施例におけるシミュレーションの計算条件で用いたＣ
ｕ及びＡｇの含有量を示す。また、図１〜図１７に、表
１に示す条件のうち、３００℃〜３５０℃に固相線が存
在するものについて計算により求めた状態図を示す。
尚、各条件と状態図との対応関係及び各条件における上
記温度範囲の固相線の存在の有無も併せて表１に記載し
ている。
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。 （実施例１）本発明者らは、本発明に係るはんだ合金に
ついて、その適切な組成範囲を得るために、種々の合金
組成における状態図をシミュレーションにより求めてい
る。その計算結果を図１〜図１７及び表１，２を参照し
て以下に説明する。本発明者らが用いたシミュレーショ
ン方法は、Ｃｕ含有量及びＡｇ含有量を固定し、Ｓｎ及
びＳｂの２元状態図を作成する方法である。表１に、本
実施例におけるシミュレーションの計算条件で用いたＣ
ｕ及びＡｇの含有量を示す。また、図１〜図１７に、表
１に示す条件のうち、３００℃〜３５０℃に固相線が存
在するものについて計算により求めた状態図を示す。
尚、各条件と状態図との対応関係及び各条件における上
記温度範囲の固相線の存在の有無も併せて表１に記載し
ている。
【００１８】表２に、表１に示す各条件で計算された状
態図から導出された融点を、その組成とともに示す。こ
の表に示すように、本願発明の組成範囲に含まれるＳ
ｎ、Ｓｂ及びＣｕを含むはんだ合金について、３００℃
〜３４８℃の範囲内に、固相線が平坦な部分を確認し
た。使用上は、この「固相線が平坦な部分」を有する組
成範囲とするのがより望ましい。この「固相線が平坦な
部分」とは、図１〜図１６の各状態図に示す太線部に対
応し、各状態図における固相線のうち合金の組成に依存
せず一定の温度を示す部分を示す。また、Ａｇを添加し
たものについては、含有量が１０重量％以上の範囲で３
０６〜３３５℃の融点が得られることが確認された。す
なわち、Ａｇを添加することで、本発明に係るはんだ合
金は、その融点を調整することが可能である。尚、Ａｇ
を添加する場合には、Ａｇ単体の添加では３７３℃の液
相温度が低下しないため、必ずＣｕとともに添加するこ
とが必要である。その際、Ｃｕ含有量が多すぎると、液
相が生じなくなる傾向があり、Ｃｕ含有量とＡｇ含有量
の和は、６０重量％以下とするのがよいことが確認され
た。
態図から導出された融点を、その組成とともに示す。こ
の表に示すように、本願発明の組成範囲に含まれるＳ
ｎ、Ｓｂ及びＣｕを含むはんだ合金について、３００℃
〜３４８℃の範囲内に、固相線が平坦な部分を確認し
た。使用上は、この「固相線が平坦な部分」を有する組
成範囲とするのがより望ましい。この「固相線が平坦な
部分」とは、図１〜図１６の各状態図に示す太線部に対
応し、各状態図における固相線のうち合金の組成に依存
せず一定の温度を示す部分を示す。また、Ａｇを添加し
たものについては、含有量が１０重量％以上の範囲で３
０６〜３３５℃の融点が得られることが確認された。す
なわち、Ａｇを添加することで、本発明に係るはんだ合
金は、その融点を調整することが可能である。尚、Ａｇ
を添加する場合には、Ａｇ単体の添加では３７３℃の液
相温度が低下しないため、必ずＣｕとともに添加するこ
とが必要である。その際、Ｃｕ含有量が多すぎると、液
相が生じなくなる傾向があり、Ｃｕ含有量とＡｇ含有量
の和は、６０重量％以下とするのがよいことが確認され
た。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】（実施例２）本実施例では、上述のシミュ
レーション結果に基づき、Ｓｎ41Ｓｂ34Ｃｕ13Ａｇ
12（重量％）なる組成のはんだ合金を作製し、融点の評
価を行った。以下にその製造工程と評価方法を説明す
る。まず、上記組成となるように、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，
Ａｇを秤量して容器に封入し、この容器ごと４００℃に
加熱して前記組成物を溶解した。次いで、この溶解液
を、ガスアトマイズ法により急冷して粉末状のはんだ合
金を得た。得られたはんだ合金の平均粒径は２０μｍで
あった。また、比較試料として、上記試料と同等の溶解
液を空冷して得られたバルク材を粉砕したものを作製し
た。次に、上記工程により得られた２種類のはんだ合金
について、融点測定を行った。測定には、ＳＩＩ（セイ
コーインスツルメンツ）社製、示差走査熱量計を用い
た。図１８及び図１９に測定結果を示す。図１８は、溶
解液の上記液体急冷法を用いた本発明に係るはんだ合金
の融点測定結果であり、図１９は、上記比較試料の融点
測定結果である。これらの図に示すように、本発明に係
る製造方法により製造されたはんだ合金では、吸熱量の
ピークが１箇所のみに観察されており、単一の融点を有
するはんだ合金であることがわかる。これに対して、比
較試料のはんだ合金は、吸熱量に３箇所のピークが観察
されており、３つの融点が存在していることがわかる。
これは、比較試料でははんだ合金の冷却中に組成物の偏
析が生じて、それぞれの組成物の融点ではんだ合金の融
解が生じたためであると考えられる。
レーション結果に基づき、Ｓｎ41Ｓｂ34Ｃｕ13Ａｇ
12（重量％）なる組成のはんだ合金を作製し、融点の評
価を行った。以下にその製造工程と評価方法を説明す
る。まず、上記組成となるように、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，
Ａｇを秤量して容器に封入し、この容器ごと４００℃に
加熱して前記組成物を溶解した。次いで、この溶解液
を、ガスアトマイズ法により急冷して粉末状のはんだ合
金を得た。得られたはんだ合金の平均粒径は２０μｍで
あった。また、比較試料として、上記試料と同等の溶解
液を空冷して得られたバルク材を粉砕したものを作製し
た。次に、上記工程により得られた２種類のはんだ合金
について、融点測定を行った。測定には、ＳＩＩ（セイ
コーインスツルメンツ）社製、示差走査熱量計を用い
た。図１８及び図１９に測定結果を示す。図１８は、溶
解液の上記液体急冷法を用いた本発明に係るはんだ合金
の融点測定結果であり、図１９は、上記比較試料の融点
測定結果である。これらの図に示すように、本発明に係
る製造方法により製造されたはんだ合金では、吸熱量の
ピークが１箇所のみに観察されており、単一の融点を有
するはんだ合金であることがわかる。これに対して、比
較試料のはんだ合金は、吸熱量に３箇所のピークが観察
されており、３つの融点が存在していることがわかる。
これは、比較試料でははんだ合金の冷却中に組成物の偏
析が生じて、それぞれの組成物の融点ではんだ合金の融
解が生じたためであると考えられる。
【００２２】次に、上記にて作製したはんだ合金の機械
特性を評価するために、硬度の測定を行った。また、比
較のために、表３に示す各種はんだ合金についても同様
の測定を行った。その測定結果を表３に併記する。表３
に示すように、本発明に係るはんだ合金は、突出して優
れた硬度を有しており、機械特性に優れ、高温用途での
部材の実装に用いて好適なはんだ合金であることが確認
された。
特性を評価するために、硬度の測定を行った。また、比
較のために、表３に示す各種はんだ合金についても同様
の測定を行った。その測定結果を表３に併記する。表３
に示すように、本発明に係るはんだ合金は、突出して優
れた硬度を有しており、機械特性に優れ、高温用途での
部材の実装に用いて好適なはんだ合金であることが確認
された。
【００２３】
【表３】
【００２４】（実施例３）本発明に係るはんだ合金に
は、その基本的な組成物であるＳｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、（及
びＡｇ）以外の元素を添加することができ、その添加元
素としては、Ｐ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｎｉ
等を挙げることができる。本例では、上記添加元素とし
てＺｎを用いた場合のはんだ合金の融点の変化を検証す
るために、表４に示すＺｎを含む合金組成のはんだ合金
の融点を上記実施例１と同様の計算により求めた。その
結果も表４に併記する。尚、表４に示す各組成では、全
体に対するＺｎ含有量を変化させ、Ｚｎ以外の組成（１
００−Ｚｎ）に対して、Ｃｕ（２０重量％）とＡｇ（２
０重量％）とを固定し、その残部をＳｎ＋Ｓｂとしてい
る。また、Ｚｎを含まないものでは、融点を２つ記載し
ているが、これらの融点はＳｎ及びＳｂの組成を特定す
れば１点の融点となる。さらに、Ｚｎを含むものについ
ては、適当に定めた比率により決まる融点のうち、１点
の融点を記載している。
は、その基本的な組成物であるＳｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、（及
びＡｇ）以外の元素を添加することができ、その添加元
素としては、Ｐ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｎｉ
等を挙げることができる。本例では、上記添加元素とし
てＺｎを用いた場合のはんだ合金の融点の変化を検証す
るために、表４に示すＺｎを含む合金組成のはんだ合金
の融点を上記実施例１と同様の計算により求めた。その
結果も表４に併記する。尚、表４に示す各組成では、全
体に対するＺｎ含有量を変化させ、Ｚｎ以外の組成（１
００−Ｚｎ）に対して、Ｃｕ（２０重量％）とＡｇ（２
０重量％）とを固定し、その残部をＳｎ＋Ｓｂとしてい
る。また、Ｚｎを含まないものでは、融点を２つ記載し
ているが、これらの融点はＳｎ及びＳｂの組成を特定す
れば１点の融点となる。さらに、Ｚｎを含むものについ
ては、適当に定めた比率により決まる融点のうち、１点
の融点を記載している。
【００２５】表４に示すように、Ｚｎ添加量が３０重量
％以下の範囲では、はんだ合金の融点は３１０℃付近で
あり、本発明の要件である３０６〜３４８℃の範囲内に
融点を有していることがわかる。これに対して、Ｚｎ添
加量が３０重量％を越える場合には、その融点は１９２
℃である。この例の通り、本発明に係るはんだ合金の成
分系は、特定量の添加元素については上記融点の範囲を
保持することがわかる。すなわち、添加元素によりその
添加上限は変わるが、本成分系は添加元素の存在を許容
することが分かる。
％以下の範囲では、はんだ合金の融点は３１０℃付近で
あり、本発明の要件である３０６〜３４８℃の範囲内に
融点を有していることがわかる。これに対して、Ｚｎ添
加量が３０重量％を越える場合には、その融点は１９２
℃である。この例の通り、本発明に係るはんだ合金の成
分系は、特定量の添加元素については上記融点の範囲を
保持することがわかる。すなわち、添加元素によりその
添加上限は変わるが、本成分系は添加元素の存在を許容
することが分かる。
【００２６】
【表４】
【００２７】（実施例４）次に、本発明に係るはんだ合
金の適用例として、本発明に係るはんだ合金を適用した
熱電素子と、この熱電素子を冷却手段として備えるレー
ザモジュールについて図面を参照して説明する。図２０
は、本発明に係るはんだ合金を用いて好適な熱電素子の
一例を示す分解側面図であり、図２１は、図２０に示す
熱電素子を冷却手段として備えたレーザモジュールの部
分断面構造の一例を示す図である。図２０に示す熱電素
子１０２の組み立てに、本発明に係るはんだ合金を用い
る場合には、粒状のはんだ合金をフラックス等と混合し
たペースト状のものを用いる。そして、このペースト状
のはんだを、図２０に示す一対の電極１０２ａ、１０２
ｂの内面１１２ａ及び１１２ｂにスクリーン印刷などに
より塗布し、予め実装しておいた素子本体１０２ｃを挟
み込むように接合する。その後、各種配線や必要に応じ
て洗浄を行い、図２１に示す熱電素子１０２が得られ
る。
金の適用例として、本発明に係るはんだ合金を適用した
熱電素子と、この熱電素子を冷却手段として備えるレー
ザモジュールについて図面を参照して説明する。図２０
は、本発明に係るはんだ合金を用いて好適な熱電素子の
一例を示す分解側面図であり、図２１は、図２０に示す
熱電素子を冷却手段として備えたレーザモジュールの部
分断面構造の一例を示す図である。図２０に示す熱電素
子１０２の組み立てに、本発明に係るはんだ合金を用い
る場合には、粒状のはんだ合金をフラックス等と混合し
たペースト状のものを用いる。そして、このペースト状
のはんだを、図２０に示す一対の電極１０２ａ、１０２
ｂの内面１１２ａ及び１１２ｂにスクリーン印刷などに
より塗布し、予め実装しておいた素子本体１０２ｃを挟
み込むように接合する。その後、各種配線や必要に応じ
て洗浄を行い、図２１に示す熱電素子１０２が得られ
る。
【００２８】次に、熱電素子１０２を冷却手段として備
えたレーザモジュールについて説明する。図２１に示す
レーザモジュールは、箱状のパッケージ１０３の内側
に、熱電素子１０２と、レーザチップ等（図示略）が実
装されたレーザキャリア１０１とが配設されており、熱
電素子１０２の図示下面とパッケージ１０３の底面とは
第１はんだ層１０５を介して互いに接合され、熱電素子
１０２の図示上面と、レーザキャリア１０１の図示下面
とは第２はんだ層１０６を介して接合されている。ま
た、熱電素子１０２は、対向して配置された一対の電極
１０２ａ、１０２ｂとその間に挟持された素子本体１０
２ｃとがはんだにより接合されて構成されている。そし
て、上記第１、第２はんだ層と、熱電素子１０２の接合
に用いられているはんだには、いずれも高温用のはんだ
が用いられている。
えたレーザモジュールについて説明する。図２１に示す
レーザモジュールは、箱状のパッケージ１０３の内側
に、熱電素子１０２と、レーザチップ等（図示略）が実
装されたレーザキャリア１０１とが配設されており、熱
電素子１０２の図示下面とパッケージ１０３の底面とは
第１はんだ層１０５を介して互いに接合され、熱電素子
１０２の図示上面と、レーザキャリア１０１の図示下面
とは第２はんだ層１０６を介して接合されている。ま
た、熱電素子１０２は、対向して配置された一対の電極
１０２ａ、１０２ｂとその間に挟持された素子本体１０
２ｃとがはんだにより接合されて構成されている。そし
て、上記第１、第２はんだ層と、熱電素子１０２の接合
に用いられているはんだには、いずれも高温用のはんだ
が用いられている。
【００２９】図２１に示すレーザモジュールにおいて
は、熱電素子１０２が、本発明に係るはんだ合金を用い
て接合されているので、その耐熱温度を３００℃以上と
することができる。従って、熱電素子１０２とレーザキ
ャリア１０１、又は熱電素子１０２とパッケージ１０３
とを接合するための第１、第２はんだ層１０５、１０６
に使用するはんだ合金として、高融点のはんだ合金を用
いることができるので、Ｓｎ−Ｓｂ合金や、Ｓｎ−Ａｇ
−Ｃｕ合金などの高融点のはんだ合金をはんだ層１０
５、１０６に用いることができ、レーザモジュールの接
合に用いられるはんだ合金を無鉛化することができる。
つまり、従来は、熱電素子１０２の接合にＳｎ−Ｓｂ合
金のはんだが用いられていたため、はんだ層１０５、１
０６はより融点の低い含Ｐｂ合金を用いるか、あるいは
高価な金属を含むＡｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｓｉ合金、Ａ
ｕ−Ｇｅ合金を用いる必要があったが、本発明に係るは
んだ合金により、鉛を使用せず、かつ安価にレーザモジ
ュールを作製することができる。
は、熱電素子１０２が、本発明に係るはんだ合金を用い
て接合されているので、その耐熱温度を３００℃以上と
することができる。従って、熱電素子１０２とレーザキ
ャリア１０１、又は熱電素子１０２とパッケージ１０３
とを接合するための第１、第２はんだ層１０５、１０６
に使用するはんだ合金として、高融点のはんだ合金を用
いることができるので、Ｓｎ−Ｓｂ合金や、Ｓｎ−Ａｇ
−Ｃｕ合金などの高融点のはんだ合金をはんだ層１０
５、１０６に用いることができ、レーザモジュールの接
合に用いられるはんだ合金を無鉛化することができる。
つまり、従来は、熱電素子１０２の接合にＳｎ−Ｓｂ合
金のはんだが用いられていたため、はんだ層１０５、１
０６はより融点の低い含Ｐｂ合金を用いるか、あるいは
高価な金属を含むＡｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｓｉ合金、Ａ
ｕ−Ｇｅ合金を用いる必要があったが、本発明に係るは
んだ合金により、鉛を使用せず、かつ安価にレーザモジ
ュールを作製することができる。
【００３０】また、図２１に示すレーザモジュールを作
製する場合、パッケージ１０３の内底面に熱電素子１０
２を接合し、次いで、熱電素子１０２上にレーザキャリ
ア１０１を順次接合して作製することができるが、熱電
素子１０２の上下面の接合を一度で行うこともできる。
その場合には、熱電素子１０２の両面にスクリーン印刷
などによりペースト状のはんだを塗布したものを用意
し、パッケージ１０３内に熱電素子１０２を配置し、熱
電素子１０２上にレーザキャリア１０１を配置した状態
で、全体を加熱することにより熱電素子１０２の外面側
のはんだを溶解し、位置出しを行った後に冷却してはん
だを硬化させればよい。
製する場合、パッケージ１０３の内底面に熱電素子１０
２を接合し、次いで、熱電素子１０２上にレーザキャリ
ア１０１を順次接合して作製することができるが、熱電
素子１０２の上下面の接合を一度で行うこともできる。
その場合には、熱電素子１０２の両面にスクリーン印刷
などによりペースト状のはんだを塗布したものを用意
し、パッケージ１０３内に熱電素子１０２を配置し、熱
電素子１０２上にレーザキャリア１０１を配置した状態
で、全体を加熱することにより熱電素子１０２の外面側
のはんだを溶解し、位置出しを行った後に冷却してはん
だを硬化させればよい。
【００３１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、重量％で、６％〜７０％のＳｎと、５０％未満
のＣｕとを含み、残部が実質Ｓｂからなり、融点が３０
６℃〜３４８℃の範囲としたことで、高融点でありかつ
機械特性にも優れたはんだ合金を提供することができ
る。また、本発明に係るはんだ合金において、Ｓｎ含有
量を２５重量％以上、Ｃｕ含有量を３０％以上とするな
らば、３２０℃以上の高い融点を有するはんだ合金を提
供することができる。さらに、本発明に係るはんだ合金
において、その形状を粒径１００μｍ以下の粒状とする
ならば、フラックス等と混合してペースト化するのが極
めて容易であり、その場合にも、単一の融点を有するは
んだペーストを提供することができる。
よれば、重量％で、６％〜７０％のＳｎと、５０％未満
のＣｕとを含み、残部が実質Ｓｂからなり、融点が３０
６℃〜３４８℃の範囲としたことで、高融点でありかつ
機械特性にも優れたはんだ合金を提供することができ
る。また、本発明に係るはんだ合金において、Ｓｎ含有
量を２５重量％以上、Ｃｕ含有量を３０％以上とするな
らば、３２０℃以上の高い融点を有するはんだ合金を提
供することができる。さらに、本発明に係るはんだ合金
において、その形状を粒径１００μｍ以下の粒状とする
ならば、フラックス等と混合してペースト化するのが極
めて容易であり、その場合にも、単一の融点を有するは
んだペーストを提供することができる。
【００３２】次に、本発明に係るはんだ合金の製造方法
によれば、前記はんだ合金の組成物が溶解された溶融物
を冷却するに際して、液体急冷法を用いることで、組成
物の均一性を維持することができ、組成元素の融点の影
響により複数の融点が発現することがないはんだ合金を
容易に製造することができる。また、係る急冷法を用い
ることでペースト化することが可能な粒状のはんだ合金
を容易に得ることができる利点がある。
によれば、前記はんだ合金の組成物が溶解された溶融物
を冷却するに際して、液体急冷法を用いることで、組成
物の均一性を維持することができ、組成元素の融点の影
響により複数の融点が発現することがないはんだ合金を
容易に製造することができる。また、係る急冷法を用い
ることでペースト化することが可能な粒状のはんだ合金
を容易に得ることができる利点がある。
【図１】 図１は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図２】 図２は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図３】 図３は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図４】 図４は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図５】 図５は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図６】 図６は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図７】 図７は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図８】 図８は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図９】 図９は、本発明の実施例における状態図のシ
ミュレーション結果を示す図である。
ミュレーション結果を示す図である。
【図１０】 図１０は、本発明の実施例における状態図
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】 図１１は、本発明の実施例における状態図
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】 図１２は、本発明の実施例における状態図
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】 図１３は、本発明の実施例における状態図
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】 図１４は、本発明の実施例における状態図
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】 図１５は、本発明の実施例における状態図
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】 図１６は、本発明の実施例における状態図
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】 図１７は、本発明の実施例における状態図
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】 図１８は、実施例２に係る融点の測定結果
である。
である。
【図１９】 図１９は、比較試料の融点の測定結果であ
る。
る。
【図２０】 図２０は、本発明に係るはんだ合金の位置
的用例である熱電素子の分解側面図である。
的用例である熱電素子の分解側面図である。
【図２１】 図２１は、図２０に示す熱電素子を備えた
レーザモジュールの一例を示す部分断面図である。
レーザモジュールの一例を示す部分断面図である。
１０１ レーザキャリア
１０２ 熱電素子
１０２ａ、１０２ｂ 電極
１０２ｃ 素子本体
１０３ パッケージ
１０５ 第１はんだ層
１０６ 第２はんだ層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２３Ｋ 35/363 Ｂ２３Ｋ 35/363 Ｅ
35/40 ３４０ 35/40 ３４０Ｆ
Ｃ２２Ｃ 5/06 Ｃ２２Ｃ 5/06
12/00 12/00
13/00 13/00
Ｈ０１Ｌ 35/08 Ｈ０１Ｌ 35/08
(72)発明者 飯島 健三郎
静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式
会社内
(72)発明者 鈴木 順也
静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式
会社内
(72)発明者 関根 正好
静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式
会社内
(72)発明者 石田 清仁
宮城県仙台市青葉区上杉３−５−20
(72)発明者 貝沼 亮介
宮城県名取市手倉田字堰根172−15
(72)発明者 大沼 郁雄
宮城県柴田郡村田町字町146
Ｆターム(参考） 4K017 AA04 BA01 BA02 BA10 BB01
BB05 BB18 CA07 DA09 EB05
ED01 FA21
Claims (10)
- 【請求項１】 重量％で、６％〜７０％のＳｎと、５０
％未満のＣｕとを含み、残部が実質Ｓｂからなり、 融点が３０６℃〜３４８℃の範囲であることを特徴とす
るはんだ合金。 - 【請求項２】 重量％で、１０％以上のＡｇを含み、前
記Ｃｕ含有量が１０％上とされており、融点が３０６℃
以上３３５℃以下の範囲であることを特徴とする請求項
１に記載のはんだ合金。 - 【請求項３】 前記融点が、３２２℃〜３４８℃の範囲
であることを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ
合金。 - 【請求項４】 重量％で、６０％未満のＡｇを含むこと
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
はんだ合金。 - 【請求項５】 形状が、粒径１００μｍ以下の粒状とさ
れたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項
に記載のはんだ合金。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項に記載
のはんだ合金の製造方法であって、 前記はんだ合金の組成物が溶解された溶融物を冷却する
に際して、 液体急冷法を用いることを特徴とするはんだ合金の製造
方法。 - 【請求項７】 前記急冷時の冷却速度を、１０4Ｋ／ｓ
ｅｃ以上とすることを特徴とする請求項６に記載のはん
だ合金の製造方法。 - 【請求項８】 前記液体急冷法により、前記はんだ合金
を粒径１００μｍ以下の粒状に形成することを特徴とす
る請求項６又は７に記載のはんだ合金の製造方法。 - 【請求項９】 前記液体急冷法として、単ロール法、双
ロール法、ガスアトマイズ法のいずれかを用いることを
特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載のは
んだ合金の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項１ないし５のいずれか１項に記
載のはんだ合金を用いたことを特徴とするはんだペース
ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104141A JP2003290976A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | はんだ合金及びその製造方法、並びにはんだ合金ペースト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104141A JP2003290976A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | はんだ合金及びその製造方法、並びにはんだ合金ペースト |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003290976A true JP2003290976A (ja) | 2003-10-14 |
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ID=29242855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002104141A Pending JP2003290976A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | はんだ合金及びその製造方法、並びにはんだ合金ペースト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003290976A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1298493C (zh) * | 2004-08-31 | 2007-02-07 | 广州有色金属研究院 | 一种自动钎焊用铜焊膏及其制备方法 |
| JP2007268569A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 粉末はんだ材料および接合材料 |
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| CN100481428C (zh) * | 2005-01-07 | 2009-04-22 | 株式会社瑞萨科技 | 半导体器件及其制造方法 |
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| CN106825998A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-13 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种用作大功率芯片封装的无氧化纳米铜焊膏及其制备方法 |
| WO2020122253A1 (ja) | 2018-12-14 | 2020-06-18 | 千住金属工業株式会社 | はんだ合金、はんだペースト、はんだプリフォーム及びはんだ継手 |
-
2002
- 2002-04-05 JP JP2002104141A patent/JP2003290976A/ja active Pending
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