JP2018008309A - はんだ合金 - Google Patents

Abstract

【課題】新規のはんだ合金を提供すること。【解決手段】Ｓｎ、Ｉｎ、及びＺｎを含有するはんだ合金であって、Ｉｎが２．５〜１５．０質量％であり、Ｚｎが０．５〜１０．０質量％であり、残部がＳｎ及び不可避不純物である、はんだ合金。【選択図】なし

Description

本発明は、はんだ合金に関する。

環境面の配慮から、鉛を含有しないはんだ合金の使用が推奨されている。はんだ合金は、その組成に応じてはんだとしての使用に適した温度域が変わってくる。

従来の有鉛はんだＳｎ−３７Ｐｂは融点が１８３℃ではんだ特性および作業性等が良好であったものの鉛を含むため環境問題の点から鉛フリー化が進められ、鉛フリーはんだとしてＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕが開発、実用化されている（特許文献１）。

特許第３０２７４４１号公報

したがって、本発明の目的は、新規のはんだ合金を提供することにある。

本発明者は、鋭意研究の結果、後述するＳｎ−Ｉｎ−Ｚｎからなるはんだ合金によって、上記目的を達成できることを見いだして、本発明に到達した。

したがって、本発明は以下の（１）以下を含む。
（１）
Ｓｎ、Ｉｎ、及びＺｎを含有するはんだ合金であって、
Ｉｎが２．５〜１５．０質量％であり、Ｚｎが０．５〜１０．０質量％であり、残部がＳｎ及び不可避不純物である、はんだ合金。
（２）
Ｓｎが７９〜９２質量％である、（１）に記載のはんだ合金。
（３）
Ｉｎが６．５〜１１．５質量％である、（１）〜（２）のいずれかに記載のはんだ合金。
（４）
Ｚｎが４．０〜８．０質量％である、（１）〜（３）のいずれかに記載のはんだ合金。
（５）
固相線温度が２１０℃以下である、（１）〜（４）のいずれかに記載のはんだ合金。
（６）
液相線温度が２１０℃以下である、（１）〜（５）のいずれかに記載のはんだ合金。
（７）
次の式： ［液相線温度］−［固相線温度］
の値が、５℃〜７０℃の範囲にある、（１）〜（６）のいずれかに記載のはんだ合金。
（８）
（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ合金ではんだ付けされた電子部品の内部接合はんだ継手。
（９）
（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ合金ではんだ付けされたパワートランジスタのはんだ継手。
（１０）
（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ合金を有するプリント回路板。
（１１）
（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ合金を有する電子部品。
（１２）
（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ合金を有するパワートランジスタ。
（１３）
（８）または（９）のいずれかに記載のはんだ継手又は（１０）に記載のプリント回路板または（１１）に記載の電子部品または（１２）に記載のパワートランジスタを有する電子機器。
（１４）
（８）または（９）のいずれかに記載のはんだ継手を有するパワーデバイス。
（１５）
（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ合金を材料とした部材。
（１６）
接合強度が１０ＭＰａ以上である、（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ合金。

本発明によれば、鉛が添加されて含まれることなく、１９０℃以下の温度域において、優れた特性を有するはんだ合金を得ることができる。本発明のはんだ合金は、鉛が添加されて含まれることなく、Ｐｂフリーであるために将来の環境規制の観点からも有利であり、高価なＡｇ等を使用しないために材料価格の点からも有利である。

以下に本発明を実施の態様をあげて詳細に説明する。本発明は以下にあげる具体的な実施の態様に限定されるものではない。

［はんだ合金］
本発明のはんだ合金は、Ｓｎ、Ｉｎ、及びＺｎを含有するはんだ合金であって、Ｉｎが２．５〜１５．０質量％であり、Ｚｎが０．５〜１０．０質量％であり、残部がＳｎ及び不可避不純物である。

本発明のはんだ合金は、鉛が添加されて含まれることなく、Ｐｂフリーであるために環境負荷が低く、いわゆる無鉛はんだ合金ということができる。無鉛はんだ合金は、鉛が添加されて含まれることがなく、Ｐｂフリーとも呼ばれるが、環境負荷が十分に低い程度の含有量で、不可避不純物として鉛が含有されていてもよい。本発明のはんだ合金は、従来のＰｂフリーはんだが使用される温度域、例えば１９０℃以下の温度域においても、優れた特性を有する。すなわち、例えば、濡れ性、強度等といったはんだに求められる特性に優れている。

［Ｓｎ］
Ｓｎ（錫）が、本発明のはんだ合金の主要な構成元素として、含有される。好適な実施の態様において、はんだ合金に対するＳｎの含有量は、例えば７９〜９２質量％、７９〜８９質量％、８２〜８７質量％とすることができる。

［Ｉｎ］
はんだ合金に対するＩｎの含有量は、例えば２．５〜１５．０質量％、５．０〜１５．０質量％、７．０〜１３．０質量％、６．５〜１１．５質量％とすることができる。

［Ｚｎ］
はんだ合金に対するＺｎの含有量は、例えば０．５〜１０．０質量％、１．０〜１０．０質量％、３．０〜９．０質量％、４．０〜８．０質量％とすることができる。

［固相線温度］
固相線温度（融点）は、例えば２１０℃以下、２００℃以下とすることができ、１５０℃以上、１６０℃以上とすることができる。

［液相線温度］
液相線温度（凝固点）は、例えば２１０℃以下、２００℃以下とすることができ、１６０℃以上、１７０℃以上とすることができる。

［液相線温度と固相線温度］
好適な実施の態様において、次の式： ［液相線温度］−［固相線温度］
の値を、５℃〜７０℃の範囲、５℃〜３０℃の範囲、５℃〜２０℃の範囲とすることができる。

［好適な組成］
好適な実施の態様において、はんだ合金の組成は、例えば以下とすることができる。
Ｓｎ：Ｉｎ：Ｚｎ＝８４．０〜８５．０質量％：９．５〜１０．０質量％：５．５〜６．０質量％
Ｓｎ：Ｉｎ：Ｚｎ＝８４．４５２質量％：９．７５９質量％：５．７８８質量％

［接合強度］
はんだ合金の接合強度は、実施例に記載の手段によって、測定することができる。好適な実施の態様において、接合強度は、例えば１０ＭＰａ以上とすることができる。

［はんだ合金の形状］
本発明のはんだ合金の形状は、はんだとして使用する必要に応じた形状を、適宜採用することができる。実施例に記載のようにシート形状の部材とすることができ、さらに、例えばワイヤー、ペースト、ボール、板、棒などの形状の部材とすることができる。

以下に実施例をあげて、本発明を詳細に説明する。本発明は、以下に例示する実施例に限定されるものではない。

［例１：実施例１］
Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎを所定量秤量し、真空溶解でインゴットを溶製した。インゴットの各成分を蛍光Ｘ線で求め、表１に記載した。これを厚み０．２ｍｍのシート状に加工した。なお、インゴットの各成分はＩＣＰ発光分光分析器を用いて分析することもできる。

はんだ合金の固相線温度及び液相線温度の測定は、ＪＩＳ Ｚ３１９８−１：２０１４に準拠しＤＳＣによる方法で実施した。

２ｍｍ角のＳｉＣチップを用意し、片面にスパッタリングでＮｉ層、Ａｕ層の順にそれぞれ厚み１μｍで形成した。下地にＮｉ層、最表層にＡｕ層をそれぞれ厚み１μｍで電気めっきで形成したリードフレーム上に、２ｍｍ角に切断したＳｎ−Ｉｎ−Ｚｎのシートを乗せ、その上にスパッタ面が合金シートと向かい合うようにＳｉＣチップを載せて、２００℃に加熱し、リードフレームとＳｉＣチップを接合させた。この接合強度を測定した。

［例２：比較例］
例１の手順でＳｎ、Ａｇ、Ｃｕの合金を真空溶解し、厚み０．２ｍｍのシートを得た。このシートを使って、ＳｉＣチップとリードフレームを２４０℃に加熱することで接合させ、接合強度を試験した。また、シートをＤＳＣ測定し、液相線温度、固相線温度を、例１と同様に求めた。

［結果］
上記の結果を、次の表１にまとめて示す。

表１に本発明にかかる組成の実施例１および比較例のそれぞれの接合温度および接合強度を示す。これによれば、本発明にかかる実施例１は、従来の有鉛はんだ（Ｓｎ−３７Ｐｂ、融点１８３℃）とほぼ同等の融点を有し、比較例のそれよりも優れる。さらに接合強度についても同等以上であることがわかる。

［実験手法］
その他のはんだ合金特性である、はんだ合金のバルク強度、接合強度、はんだ広がり率については、それぞれ下記要領で測定することができる。

はんだ合金のバルク強度は、例えば島津製作所製 ＡＧ−２０ＫＮを用いて、ＪＩＳ Ｚ３１９８−２：２００３に準じて測定する。

接合強度は、例えばＭＩＬ ＳＴＤ−８８３Ｇに準じて測定する。荷重センサに取り付けられたツールが基板面まで下降し、装置が基板面を検出し下降を停止する。検出した基板面から設定された高さまでツールが上昇し、ツールで接合部を押して破壊時の荷重を計測する。

はんだ拡がり率は、例えばＪＩＳ Ｚ３１９８−３：２００３に準じて測定する。Ａｇ電極を備えたセラミック基板とＣｕ電極を備えたガラスエポキシ基板の二種類を使用し、加熱用のはんだ浴の温度は３３０℃、窒素雰囲気下で測定することができる。

本発明は、従来の有鉛はんだ温度域において、優れた特性を有するはんだ合金を提供する。本発明は産業上有用な発明である。

Claims (16)

1. Ｓｎ、Ｉｎ、及びＺｎを含有するはんだ合金であって、
   Ｉｎが２．５〜１５．０質量％であり、Ｚｎが０．５〜１０．０質量％であり、残部がＳｎ及び不可避不純物である、はんだ合金。
2. Ｓｎが７９〜９２質量％である、請求項１に記載のはんだ合金。
3. Ｉｎが６．５〜１１．５質量％である、請求項１〜２のいずれかに記載のはんだ合金。
4. Ｚｎが４．０〜８．０質量％である、請求項１〜３のいずれかに記載のはんだ合金。
5. 固相線温度が２１０℃以下である、請求項１〜４のいずれかに記載のはんだ合金。
6. 液相線温度が２１０℃以下である、請求項１〜５のいずれかに記載のはんだ合金。
7. 次の式： ［液相線温度］−［固相線温度］
   の値が、５℃〜７０℃の範囲にある、請求項１〜６のいずれかに記載のはんだ合金。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のはんだ合金ではんだ付けされた電子部品の内部接合はんだ継手。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載のはんだ合金ではんだ付けされたパワートランジスタのはんだ継手。
10. 請求項１〜７のいずれかに記載のはんだ合金を有するプリント回路板。
11. 請求項１〜７のいずれかに記載のはんだ合金を有する電子部品。
12. 請求項１〜７のいずれかに記載のはんだ合金を有するパワートランジスタ。
13. 請求項８または９のいずれかに記載のはんだ継手又は請求項１０に記載のプリント回路板または請求項１１に記載の電子部品または請求項１２に記載のパワートランジスタを有する電子機器。
14. 請求項８または９のいずれかに記載のはんだ継手を有するパワーデバイス。
15. 請求項１〜７のいずれかに記載のはんだ合金を材料とした部材。
16. 接合強度が１０ＭＰａ以上である、請求項１〜７のいずれかに記載のはんだ合金。