JP2019107700A - 鉛フリーはんだ組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
んだは、通常は非常に脆性であるので、従来のワイヤの押出し及びスプール巻き取り技術を用いてワイヤに成形することはできない。上記の脆性を克服するシステム100を図1に示す。システム100は、ダイ112を有する押出機110、加熱区域114、及びスプール116を含む。
うな加熱炉であってよく、或いは強制空気又は放射熱の熱を用いる任意の他の装置であってよい。幾つかの態様においては、強制空気の熱を供給源からワイヤ118上に直接送ることができる。他の態様においては、それを通して加熱空気が流されている管にワイヤ118を通し、管でワイヤを取り囲むことができる。
I.ビスマス/銅はんだ合金ビレットの形成:
[0035]ビスマス、銅、及びガリウムを、窒素雰囲気中において直径1インチのビレットにキャストすることによって、ビスマス/銅はんだ合金を形成した。
[0036]図2は、代表的な実験用のワイヤ押出し及び巻取装置を示す。ダイ212を有する押出機212内において、220〜250℃及び12,410KPa(1800psi
)〜13,445KPa(1950psi)の圧力ではんだ合金ビレット202を押出して、約0.762mm(0.030インチ)の直径を有するワイヤ状はんだ218を形成した。押出の後、ワイヤ状はんだ218を加熱区域に通した。加熱区域は、管又はトンネル214を通してワイヤ状はんだ218を軸方向に送ることによって形成した。管の末端(214a及び214b)を開放して、ワイヤ状はんだ218が導入及び排出されるようにした。管214を通してヒートガン220からの加熱空気を向けて、管214内の空気を約93〜121℃(200〜250°F)に維持した。
はんだの溶融特性を求めた。融点は、材料が溶融し始めた温度として求めた。
[0040]NETZSCH LFA 447NanoFlash(登録商標)装置を用い、ASTM−E1461標準規格にしたがって熱伝導率を試験した。面外方向電導率を試験するためには、試料寸法は10×10×0.8mmであり、標準的な10×10mmの正方形の試料支持台を用いる。
[0042]電気計器を用いて、所定の長さ範囲において所定の電圧下で試料の抵抗を測定することによって、はんだ材料の電気抵抗を求めた。抵抗は、抵抗及び試料の断面積を用いて計算した。
[0044]引張り強さは、Instron 4465機を用いて室温においてキャストしたビレット又は押出したワイヤのいずれかを試験することによって求めた。
III.結果:
[0046]ダイを通してビレットを押出して直径0.030インチのワイヤを形成し、スプール上に巻き取った。表1に、10重量%の銅、0.1重量%のガリウム、及び残余量のビスマスを含み、図2の実験構成にしたがって押出したワイヤ状はんだの特性を示す。
[0047]実施例1に関して上記に記載したようにして、ビスマス/銅はんだビレットを形成した。ダイを用いて、250〜300℃及び1500〜1800ポンド/平方インチ(psi)において、2.1〜3.0メートル/分(7〜10フィート/分)の押出し速度ではんだ合金ビレットを押出して、約0.762mm(0.030インチ)の直径を有するワイヤ状はんだを形成した。押出されたワイヤ状はんだは、押出プロセスの後に熱処理プロセスにかけなかった。10重量%の銅、0.1重量%のガリウム、及び残余量のビスマスを含むワイヤ状はんだは、51mm(2インチ)の内側ハブ径、及び102mm(4インチ)の直径を有する2つの外側フランジを有するスプール上にうまく巻回することができなかった。より具体的には、ワイヤ状はんだは、スプール上にそれらを巻回しようと試みると、2以上の片に分解した。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[1]
ワイヤ状はんだ組成物であって:
約85〜95重量%のビスマス;及び
少なくとも5重量%の銅;
を含み;
ワイヤ状はんだは約1ミリメートル未満の直径を有し、そして
ワイヤ状はんだは少なくとも20%の破断点伸びを有する、
前記ワイヤ状はんだ組成物。
[2]
約5〜15重量%の銅;及び
約0.01〜約1重量%のガリウム;
を含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[3]
約5〜15重量%の銅;及び
約0.01〜約0.1重量%のガリウム;
を含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[4]
約8〜10重量%の銅;及び
約0.01〜約0.5重量%のガリウム;
を含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[5]
約10重量%の銅;及び
約0.1重量%のガリウム;
を含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[6]
約0.1重量%未満の鉛;
を更に含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[7]
約0.1重量%未満のスズ;
を更に含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[8]
はんだ組成物が、ビスマス、銅、及び1重量%未満のガリウムから構成される、[1]に記載のはんだ組成物。
[9]
ワイヤ状はんだが15GPa未満の弾性率を有する、[1]に記載のワイヤ状はんだ。
[10]
ワイヤ状はんだが10W/m−Kより高い熱伝導率を有する、[1]に記載のワイヤ状はんだ。
[11]
ワイヤ状はんだを形成する方法であって:
ビレットを押出して、約1ミリメートル未満の直径を有するワイヤ状はんだを形成し;
押出されたワイヤを約93℃〜約121℃の間の温度で熱処理し;そして
押出されたワイヤがその固相線温度よりも高い間に、押出されて熱処理されたワイヤをスプール上に巻き取る;
ことを含む、前記方法。
[12]
押出されたワイヤを少なくとも10秒間熱処理工程にかける、[11]に記載の方法。
[13]
熱処理工程の後10秒以内に、ワイヤ状はんだをスプール上に巻き取る、[11]に記載の方法。
[14]
押出工程において、ワイヤを約220℃〜約250℃の温度で押出す、[11]に記載の方法。
[15]
押出工程において、ワイヤを約1800psi〜約1950psiの圧力で押出す、[14]に記載の方法。
[16]
ワイヤ状はんだが、
約85〜95重量%のビスマス;
少なくとも5重量%の銅;
を含む、[11]に記載の方法。
[17]
ワイヤ状はんだが、ビスマス、銅、及び約1重量%以下のガリウムから構成される、[16]に記載の方法。
[18]
約85〜95重量%のビスマス;
約8〜12重量%の銅;及び
約0.001〜0.1重量%のガリウム;
を含むはんだ組成物。
[19]
ビスマス、銅、及びガリウムから構成される、[18]に記載のはんだ。
[20]
約10重量%の銅を含む、[18]に記載のはんだ組成物。
Claims (20)
- ワイヤ状はんだ組成物であって:
約85〜95重量%のビスマス;及び
少なくとも5重量%の銅;
を含み;
ワイヤ状はんだは約1ミリメートル未満の直径を有し、そして
ワイヤ状はんだは少なくとも20%の破断点伸びを有する、
前記ワイヤ状はんだ組成物。 - 約5〜15重量%の銅;及び
約0.01〜約1重量%のガリウム;
を含む、請求項1に記載のはんだ組成物。 - 約5〜15重量%の銅;及び
約0.01〜約0.1重量%のガリウム;
を含む、請求項1に記載のはんだ組成物。 - 約8〜10重量%の銅;及び
約0.01〜約0.5重量%のガリウム;
を含む、請求項1に記載のはんだ組成物。 - 約10重量%の銅;及び
約0.1重量%のガリウム;
を含む、請求項1に記載のはんだ組成物。 - 約0.1重量%未満の鉛;
を更に含む、請求項1に記載のはんだ組成物。 - 約0.1重量%未満のスズ;
を更に含む、請求項1に記載のはんだ組成物。 - はんだ組成物が、ビスマス、銅、及び1重量%未満のガリウムから構成される、請求項1に記載のはんだ組成物。
- ワイヤ状はんだが15GPa未満の弾性率を有する、請求項1に記載のワイヤ状はんだ。
- ワイヤ状はんだが10W/m−Kより高い熱伝導率を有する、請求項1に記載のワイヤ状はんだ。
- ワイヤ状はんだを形成する方法であって:
ビレットを押出して、約1ミリメートル未満の直径を有するワイヤ状はんだを形成し;
押出されたワイヤを約93℃〜約121℃の間の温度で熱処理し;そして
押出されたワイヤがその固相線温度よりも高い間に、押出されて熱処理されたワイヤをスプール上に巻き取る;
ことを含む、前記方法。 - 押出されたワイヤを少なくとも10秒間熱処理工程にかける、請求項11に記載の方法。
- 熱処理工程の後10秒以内に、ワイヤ状はんだをスプール上に巻き取る、請求項11に記載の方法。
- 押出工程において、ワイヤを約220℃〜約250℃の温度で押出す、請求項11に記載の方法。
- 押出工程において、ワイヤを約1800psi〜約1950psiの圧力で押出す、請求項14に記載の方法。
- ワイヤ状はんだが、
約85〜95重量%のビスマス;
少なくとも5重量%の銅;
を含む、請求項11に記載の方法。 - ワイヤ状はんだが、ビスマス、銅、及び約1重量%以下のガリウムから構成される、請求項16に記載の方法。
- 約85〜95重量%のビスマス;
約8〜12重量%の銅;及び
約0.001〜0.1重量%のガリウム;
を含むはんだ組成物。 - ビスマス、銅、及びガリウムから構成される、請求項18に記載のはんだ。
- 約10重量%の銅を含む、請求項18に記載のはんだ組成物。
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