JP2007111715A - はんだ合金 - Google Patents
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Abstract
【課題】Auワイヤーのはんだ付時に生じるAu食われを防止する鉛フリーのはんだ合金を提供する。
【解決手段】Sn−Cuはんだ合金、あるいはSn−Ag−Cuはんだ合金にAuを添加することで、Auワイヤーのはんだ付時におけるAuの食われを防止する。はんだ付を行う基板や部品によっては、接合強度が十分ではないが、Ni、Fe、Coの少なくとも一種以上が添加されると、機械的特性が改善され、はんだ付部に十分な接合強度を与える。P、Ga、Geの少なくとも一種以上が添加されると、はんだ合金の酸化が抑制され、フローソルダリング時に発生するドロスを大幅に抑制する。
【選択図】なし
【解決手段】Sn−Cuはんだ合金、あるいはSn−Ag−Cuはんだ合金にAuを添加することで、Auワイヤーのはんだ付時におけるAuの食われを防止する。はんだ付を行う基板や部品によっては、接合強度が十分ではないが、Ni、Fe、Coの少なくとも一種以上が添加されると、機械的特性が改善され、はんだ付部に十分な接合強度を与える。P、Ga、Geの少なくとも一種以上が添加されると、はんだ合金の酸化が抑制され、フローソルダリング時に発生するドロスを大幅に抑制する。
【選択図】なし
Description
本発明は、Au食われを防止する鉛フリーのはんだ合金に関する。
従来、Pbをほとんど含まない、いわゆる鉛フリーはんだ合金としてSn-Cuはんだ合金あるいは特許3027441号(特許文献1)で提案されているSn−Ag−Cuはんだ合金が広く用いられている。
また、ボイスコイル用のCu線の食われを防止する鉛フリーはんだ合金として、はんだ合金中のCu濃度を高めたSn−Cu−Ag−Niはんだ合金が特許3501700号公報(特許文献2)等で提案されている。
特許3027441号公報
特許3501700号公報
また、ボイスコイル用のCu線の食われを防止する鉛フリーはんだ合金として、はんだ合金中のCu濃度を高めたSn−Cu−Ag−Niはんだ合金が特許3501700号公報(特許文献2)等で提案されている。
そこで、本発明は、Auワイヤーのはんだ付時に生じるAu食われを防止する鉛フリーのはんだ合金を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、Cuが0.1〜3.0重量%、Agが0〜5.0重量%、Auが0.001〜0.5重量%、残部がSnおよび不可避不純物より成ることを特徴とする。
さらに、本発明は、Niが0.01〜0.5重量%、Feが0.01〜0.1重量%、Coが0.01〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加される前記はんだ合金である。
さらに、本発明は、Pが0.001〜0.1重量%、Gaが0.001〜0.1重量%、Geが0.001〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加される前記はんだ合金である。
さらに、本発明は、Niが0.01〜0.5重量%、Feが0.01〜0.1重量%、Coが0.01〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加される前記はんだ合金である。
さらに、本発明は、Pが0.001〜0.1重量%、Gaが0.001〜0.1重量%、Geが0.001〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加される前記はんだ合金である。
本発明によれば、鉛フリーはんだ合金であるSn−Cuはんだ合金、あるいはSn−Ag−Cuはんだ合金に所定の濃度のAuを添加することにより、はんだ付時にワイヤー等に用いられるAuの食われを防止する。
はんだ付後のはんだ合金中にワイヤーから多量のAuが混入することは、Auワイヤーが食われてしまうばかりではなく、はんだ合金中にSn−Auの金属間化合物が多量に形成される場合があり、はんだ付部の接合強度低下の原因となる。
このため、予め接合強度の低下に影響を及ぼさない程度の微量のAuを添加することにより、Auの食われ現象を回避し、はんだ付部の接合強度低下を防ぐことを見出したものである。
Auの添加量が0.001重量%未満であると、Auの食われ防止効果はほとんどない。
また、Auの添加量が0.5重量%超であると、はんだ合金中にSn−Auの金属間化合物が多量に形成される場合があり、強度低下の原因となるため好ましくない。
はんだ付後のはんだ合金中にワイヤーから多量のAuが混入することは、Auワイヤーが食われてしまうばかりではなく、はんだ合金中にSn−Auの金属間化合物が多量に形成される場合があり、はんだ付部の接合強度低下の原因となる。
このため、予め接合強度の低下に影響を及ぼさない程度の微量のAuを添加することにより、Auの食われ現象を回避し、はんだ付部の接合強度低下を防ぐことを見出したものである。
Auの添加量が0.001重量%未満であると、Auの食われ防止効果はほとんどない。
また、Auの添加量が0.5重量%超であると、はんだ合金中にSn−Auの金属間化合物が多量に形成される場合があり、強度低下の原因となるため好ましくない。
さらに、本発明によれば、Niが0.01〜0.5重量%、Feが0.01〜0.1重量%、Coが0.01〜0.1重量%の少なくとも一種以上を添加し、機械的特性を向上させ、はんだ付部に十分な接合強度を与える。
Niが0.01重量%未満、Feが0.01重量%未満、Coが0.01重量%未満であるとはんだ付部の接合強度の改善にはほとんど効果はない。
また、Niが0.5重量%超、Feが0.1重量%超、Coが0.1重量%超であると、はんだ合金の液相線温度の上昇、およびはんだ合金の流動性の低下が見られ、はんだ付性の低下を招くために好ましくない。
Niが0.01重量%未満、Feが0.01重量%未満、Coが0.01重量%未満であるとはんだ付部の接合強度の改善にはほとんど効果はない。
また、Niが0.5重量%超、Feが0.1重量%超、Coが0.1重量%超であると、はんだ合金の液相線温度の上昇、およびはんだ合金の流動性の低下が見られ、はんだ付性の低下を招くために好ましくない。
さらに、本発明によれば、Pが0.001〜0.1重量%、Gaが0.001〜0.1重量%、Geが0.001〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加され、はんだ合金の酸化が抑制され、特に、フローソルダリング時に発生するドロスと呼ばれる酸化物を大幅に抑制する。
Pが0.001重量%未満、Gaが0.001重量%未満、Geが0.001重量%未満であるとはんだ合金の酸化抑制効果はほとんど見られない。
Pが0.1重量%超、Gaが0.1重量%超、Geが0.1重量%超であると、はんだ合金が脆くなり、はんだ付部の接合強度低下の原因となるために好ましくない。
Pが0.001重量%未満、Gaが0.001重量%未満、Geが0.001重量%未満であるとはんだ合金の酸化抑制効果はほとんど見られない。
Pが0.1重量%超、Gaが0.1重量%超、Geが0.1重量%超であると、はんだ合金が脆くなり、はんだ付部の接合強度低下の原因となるために好ましくない。
以下、本発明を、その実施例に基づいて説明する。
Sn−Cuはんだ合金、あるいはSn−Ag−Cuはんだ合金にAuを同時に添加したはんだ合金を用いて、AuワイヤーのAu食われ試験を実施した。
Cuが、0.1重量%、0.5重量%、0.7重量%、3.0重量%、Agが、0.1重量%、1.0重量%、3.0重量%、5.0重量%、Auが、0.001重量%、0.05重量%、0.5重量%含有し、残部がSnおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
300℃で溶融させたはんだ合金にAuワイヤー(線径1.0mm)を1秒間浸漬させ、浸漬前後のAuワイヤーの断面積変化率から残存率を算出することで評価を行った。このときの試験結果を表1に示す。
Sn−Cuはんだ合金、あるいはSn−Ag−Cuはんだ合金にAuを同時に添加したはんだ合金を用いて、AuワイヤーのAu食われ試験を実施した。
Cuが、0.1重量%、0.5重量%、0.7重量%、3.0重量%、Agが、0.1重量%、1.0重量%、3.0重量%、5.0重量%、Auが、0.001重量%、0.05重量%、0.5重量%含有し、残部がSnおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
300℃で溶融させたはんだ合金にAuワイヤー(線径1.0mm)を1秒間浸漬させ、浸漬前後のAuワイヤーの断面積変化率から残存率を算出することで評価を行った。このときの試験結果を表1に示す。
Sn−Cuはんだ合金、あるいはSn−Ag−Cuはんだ合金にAuを添加したはんだ合金のAuワイヤーの残存率は、Auを添加していないはんだ合金と比較し、約10〜20%増加することが確認された。
以上の結果、Cuが0.1〜3.0重量%以下、Agが0〜5.0重量%以下、Auが0.001〜0.5重量%以下、および残部がSnおよび不可避不純物よりなることを特徴とするはんだ合金は、はんだ付時のAuワイヤーのAu食われを大きく抑制できることが明らかとなった。
以上の結果、Cuが0.1〜3.0重量%以下、Agが0〜5.0重量%以下、Auが0.001〜0.5重量%以下、および残部がSnおよび不可避不純物よりなることを特徴とするはんだ合金は、はんだ付時のAuワイヤーのAu食われを大きく抑制できることが明らかとなった。
Sn、Cu、Ag、Auの元素を添加した上途のはんだ合金に、機械的特性改善元素を添加した、はんだ合金の機械的特性を調査するために、はんだ付部の接合強度試験を実施した。
Cuが、0.5重量%、1.0重量%、3.0重量%、Agが1.0重量%、3.0重量%、5.0重量、Auが、0.05重量%、Niが、0.1重量%、0.5重量%、Feが0.01重量%、0.1重量%、Coが0.01重量%、0.1重量%含有し、残部がSnおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
Au食われ試験の結果、Auの添加量0.001〜0.5重量%において良好な結果を示したことから、Au濃度を0.05重量%に統一し、各機械的特性改善元素を添加して以後の試験を実施した。
片面基板(材質:紙フェノール、厚さ:1.6mm、銅パターン、ランド外径:3.0mm)にφ1.0mmのAuめっきワイヤーのピンを差し込み、液状フラックスを用いてはんだ付を行い、熱応力を除去するために100℃恒温槽において1時間放置後、引張試験機を用いて最大接合強度を測定し、はんだ付部の機械的特性を評価した。このときの試験結果を表2に示す。
Cuが、0.5重量%、1.0重量%、3.0重量%、Agが1.0重量%、3.0重量%、5.0重量、Auが、0.05重量%、Niが、0.1重量%、0.5重量%、Feが0.01重量%、0.1重量%、Coが0.01重量%、0.1重量%含有し、残部がSnおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
Au食われ試験の結果、Auの添加量0.001〜0.5重量%において良好な結果を示したことから、Au濃度を0.05重量%に統一し、各機械的特性改善元素を添加して以後の試験を実施した。
片面基板(材質:紙フェノール、厚さ:1.6mm、銅パターン、ランド外径:3.0mm)にφ1.0mmのAuめっきワイヤーのピンを差し込み、液状フラックスを用いてはんだ付を行い、熱応力を除去するために100℃恒温槽において1時間放置後、引張試験機を用いて最大接合強度を測定し、はんだ付部の機械的特性を評価した。このときの試験結果を表2に示す。
機械的特性改善元素であるNi、Fe、およびCoを添加したはんだ合金は、機械的特性改善元素を添加していないはんだ合金と比較して、最大接合強度が約15〜30%上昇した。また、破壊モードは、いずれの場合においても、はんだ合金−ピン界面であり、はんだ合金は十分な強度を保っているものと推察される。
以上の結果、AuワイヤーのAu食われを防止するはんだ合金に、Niが0.1〜0.5重量%、Feが0.01〜0.1重量%、Coが0.01〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加することにより、はんだ付部に十分な機械的特性を与えることが明らかとなった。
以上の結果、AuワイヤーのAu食われを防止するはんだ合金に、Niが0.1〜0.5重量%、Feが0.01〜0.1重量%、Coが0.01〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加することにより、はんだ付部に十分な機械的特性を与えることが明らかとなった。
Sn、Cu、Ag、Auの元素を添加した上途のはんだ合金に、酸化防止元素を添加した、はんだ合金の酸化防止効果を確認するために、ドロス(酸化物)発生試験を実施した。
Cuが、0.5重量%、0.7重量%、1.0重量%、3.0重量%、Agが1.0重量%、3.0重量%、5.0重量%、Auが0.05重量%、Niが0.1重量%、0.5重量%、Feが0.01重量%、0.1重量%、Coが0.01重量%、0.1重量%、Pが0.01重量%、0.1重量%、Gaが0.01重量%、0.1重量%、Geが0.01重量%、0.1重量%含有し、残部がSnおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
噴流はんだ槽においてはんだ合金10Kgを8時間噴流させ、発生したドロスを取り出し、秤量を行った。
試験温度は350℃、はんだ合金1Kgあたりのドロス発生量を測定することで評価を行った。ドロス発生試験の結果を表3に示す。
Cuが、0.5重量%、0.7重量%、1.0重量%、3.0重量%、Agが1.0重量%、3.0重量%、5.0重量%、Auが0.05重量%、Niが0.1重量%、0.5重量%、Feが0.01重量%、0.1重量%、Coが0.01重量%、0.1重量%、Pが0.01重量%、0.1重量%、Gaが0.01重量%、0.1重量%、Geが0.01重量%、0.1重量%含有し、残部がSnおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
噴流はんだ槽においてはんだ合金10Kgを8時間噴流させ、発生したドロスを取り出し、秤量を行った。
試験温度は350℃、はんだ合金1Kgあたりのドロス発生量を測定することで評価を行った。ドロス発生試験の結果を表3に示す。
酸化防止元素である、P、Ga、およびGeを添加したはんだ合金は、酸化防止元素を添加していないはんだ合金と比較して、1時間あたりのドロス発生量が約50%減少した。
以上の結果、AuワイヤーのAu食われを防止するはんだ合金に、Pが0.001〜0.1重量%、Gaが0.001〜0.1重量%、Geが0.001〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加することにより、はんだ合金の酸化を大きく抑制できることが明らかとなった。
本発明は、主に、AuワイヤーのAu食われを防止する際に使用する鉛フリーはんだ合金であり、やに入り糸はんだ、ソルダーペースト、棒はんだ、および線状はんだとして使用される。
以上の結果、AuワイヤーのAu食われを防止するはんだ合金に、Pが0.001〜0.1重量%、Gaが0.001〜0.1重量%、Geが0.001〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加することにより、はんだ合金の酸化を大きく抑制できることが明らかとなった。
本発明は、主に、AuワイヤーのAu食われを防止する際に使用する鉛フリーはんだ合金であり、やに入り糸はんだ、ソルダーペースト、棒はんだ、および線状はんだとして使用される。
Claims (3)
- Cuが0.1〜3.0重量%、Agが0〜5.0重量%、Auが0.001〜0.5重量%、残部がSnおよび不可避不純物より成ることを特徴とするはんだ合金。
- Niが0.01〜0.5重量%、Feが0.01〜0.1重量%、Coが0.01〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加される請求項1記載のはんだ合金。
- Pが0.001〜0.1重量%、Gaが0.001〜0.1重量%、Geが0.001〜0.1重量%の少なくとも一種以上が添加される請求項1または2記載のはんだ合金。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2005
- 2005-10-19 JP JP2005304117A patent/JP2007111715A/ja active Pending
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