JP2543985B2 - はんだ材 - Google Patents
はんだ材Info
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- JP2543985B2 JP2543985B2 JP1164055A JP16405589A JP2543985B2 JP 2543985 B2 JP2543985 B2 JP 2543985B2 JP 1164055 A JP1164055 A JP 1164055A JP 16405589 A JP16405589 A JP 16405589A JP 2543985 B2 JP2543985 B2 JP 2543985B2
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- Japan
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- solder
- solder material
- fatigue resistance
- particles
- fatigue
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、はんだ材に関するものであり、さらに詳し
く述べるならば、自動車用の電装品のように絶えず振動
にさらされ、疲労が起こり易い環境で使用される部品の
はんだ付け、特に電子部品を印刷基板に接合する用途に
適したはんだ材に関するものである。
く述べるならば、自動車用の電装品のように絶えず振動
にさらされ、疲労が起こり易い環境で使用される部品の
はんだ付け、特に電子部品を印刷基板に接合する用途に
適したはんだ材に関するものである。
（従来の技術） 一般に、はんだ材はSn−Pb二元系を基本成分としてお
り、またその性質を改善するため各種成分を添加するこ
とが知られている。
り、またその性質を改善するため各種成分を添加するこ
とが知られている。
特公昭40−25885号公報は、はんだ用電気鏝先の銅が
はんだに溶け込んで、はんだが損耗することを防止する
ために、はんだ材に銅、銀、ニッケル等を添加すること
を開示する。その損耗防止作用は銀、ニッケルにより銅
をはんだ中に微細均一に分布させることにあると説明さ
れている。
はんだに溶け込んで、はんだが損耗することを防止する
ために、はんだ材に銅、銀、ニッケル等を添加すること
を開示する。その損耗防止作用は銀、ニッケルにより銅
をはんだ中に微細均一に分布させることにあると説明さ
れている。
特公昭45−2093号公報は、アルミニウム合金とのろう
接部でのはんだの耐食性がAgまたはSbの添加により改善
され、またはんだ材の流動性および作業性がCdの添加に
より改善されることを開示する。
接部でのはんだの耐食性がAgまたはSbの添加により改善
され、またはんだ材の流動性および作業性がCdの添加に
より改善されることを開示する。
特に集積回路、印刷基板等に使用されるはんだ材の改
良を意図した従来技術には次のものがある。
良を意図した従来技術には次のものがある。
特公昭52−30377号公報は、ろう接される銅細線がは
んだにより溶解され、溶損し、あるいは強度低下をきた
すことを防止するために、CuとAgの同時添加を開示す
る。Cuにより被ろう接材料がはんだにより食われること
を抑制し、一方Cu添加によりはんだの融点が上昇して被
ろう接材料が溶解され易くなることをAgのもつ融点低下
作用により防止するところにCuとAgの同時添加の作用が
あると説明されている。
んだにより溶解され、溶損し、あるいは強度低下をきた
すことを防止するために、CuとAgの同時添加を開示す
る。Cuにより被ろう接材料がはんだにより食われること
を抑制し、一方Cu添加によりはんだの融点が上昇して被
ろう接材料が溶解され易くなることをAgのもつ融点低下
作用により防止するところにCuとAgの同時添加の作用が
あると説明されている。
特開昭56−144893号公報は、セラミックコンデンサー
の銀リード線の銀がはんだに拡散してコンデンサーの特
性を悪くしたりあるいは銀面を剥離させる欠点を解消す
るとともに、高速はんだ付けを可能にすることを目的と
し、Sn−Sb−Ag−Pb系はんだ材を提案する。
の銀リード線の銀がはんだに拡散してコンデンサーの特
性を悪くしたりあるいは銀面を剥離させる欠点を解消す
るとともに、高速はんだ付けを可能にすることを目的と
し、Sn−Sb−Ag−Pb系はんだ材を提案する。
特開昭59−70490号公報は、半導体メモリにおける部
材接合に使用されているAuろう材に匹敵する特性を有す
る安価なろう材としてSb1〜15％−Sn（In）１〜65％−P
b系およびSb−Ag−Sn（In）−Pb系成分を提案する。
材接合に使用されているAuろう材に匹敵する特性を有す
る安価なろう材としてSb1〜15％−Sn（In）１〜65％−P
b系およびSb−Ag−Sn（In）−Pb系成分を提案する。
特開昭63−313689号公報はPb62〜72％、Sn28〜38％を
基本組成とし、これにCu0.05％〜1.0％、Sb0.05〜1.0
％、In0.05〜1.0％、Cd0.05〜1.0％、Fe0.05％〜1.0％
の１種以上を添加し、リード端子間のブリッジを防止す
ることを特徴とするはんだ合金組成を提案する。
基本組成とし、これにCu0.05％〜1.0％、Sb0.05〜1.0
％、In0.05〜1.0％、Cd0.05〜1.0％、Fe0.05％〜1.0％
の１種以上を添加し、リード端子間のブリッジを防止す
ることを特徴とするはんだ合金組成を提案する。
（発明が解決しようとする課題） 集積回路、印刷基板に搭載された電子部品のはんだ付
けに使用されるはんだ材の特性に関して、近年、リード
線を基板のランド部に接合した印刷基板のはんだ内部に
クラックが発生して通電不良による動作ミスを起こす問
題が注目されている。この原因は、使用温度の周期的変
化により基板および実装部品に応力が発生し、それを接
合部材であるはんだが受け持つことになるため、はんだ
は常に応力がかかった状態に置かれ、長期間の使用にお
いては疲労破壊に至るものと推察される。さらに、通電
によるはんだ付部の温度上昇、電子部品の発熱などの熱
影響、さらには印刷基板が振動されることなどによる機
械的影響も長期間の使用中は疲労破壊を加速する原因で
あると考えられる。基本的組成からなるSn−Pb二元系は
んだ材は上述のような長期間熱的および機械的応力にさ
らされる環境に使用すると、耐疲労性の点で問題がある
ことが明らかになった。ところが、従来、Pb−Sn系二元
系合金にCuやNiを添加すると耐疲労性が向上すると言わ
れているもののはんだがさらされる環境において耐疲労
性を改良する観点からなされた研究は見られない。
けに使用されるはんだ材の特性に関して、近年、リード
線を基板のランド部に接合した印刷基板のはんだ内部に
クラックが発生して通電不良による動作ミスを起こす問
題が注目されている。この原因は、使用温度の周期的変
化により基板および実装部品に応力が発生し、それを接
合部材であるはんだが受け持つことになるため、はんだ
は常に応力がかかった状態に置かれ、長期間の使用にお
いては疲労破壊に至るものと推察される。さらに、通電
によるはんだ付部の温度上昇、電子部品の発熱などの熱
影響、さらには印刷基板が振動されることなどによる機
械的影響も長期間の使用中は疲労破壊を加速する原因で
あると考えられる。基本的組成からなるSn−Pb二元系は
んだ材は上述のような長期間熱的および機械的応力にさ
らされる環境に使用すると、耐疲労性の点で問題がある
ことが明らかになった。ところが、従来、Pb−Sn系二元
系合金にCuやNiを添加すると耐疲労性が向上すると言わ
れているもののはんだがさらされる環境において耐疲労
性を改良する観点からなされた研究は見られない。
（課題を解決するための手段） 本発明者等は、はんだ材の耐疲労性改善の方法を鋭意
研究した結果、InとSbの同時添加が有効であることを見
出し、本発明を完成した。
研究した結果、InとSbの同時添加が有効であることを見
出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、重量％で、Pb20〜35％未満、Sb
0.05〜１重量％未満、In0.1〜５％およびSn残部から実
質的になる組成、およびこの組成にAg0.05〜５重量％お
よび／またはCu0.05〜２重量％添加したはんだ材を提案
する。
0.05〜１重量％未満、In0.1〜５％およびSn残部から実
質的になる組成、およびこの組成にAg0.05〜５重量％お
よび／またはCu0.05〜２重量％添加したはんだ材を提案
する。
本発明において、Pb20〜35％未満、Sn残部の組成範囲
としたのは、この組成範囲においてはSn−Pb二元系の共
晶組成に近く、共晶組成範囲においては比較的低温での
はんだ付が可能となるからである。また、SbとInの下限
をそれぞれ0.05％と0.1％としたのは、これ未満では、
詳しくは後述するSbとInの作用による耐疲労性の向上が
図られないからである。また、SbとInの含有量がそれぞ
れ１％以上となり、また５％を越えると、耐疲労性が低
下する傾向が現われるため、これらの含有量を上限とし
た。Sn−Pb−Sb−In系で好ましい組成は、Sn−28〜34
％、Pb−0.5〜0.9％、Sb−0.5〜３％Inである。上記Sn
−Pb−Sb−In系組成に加えられるAgとCuはさらに耐疲労
性を改善させる効果がある。その含有量の上限をそれぞ
れ５％と２％としたのは、この含有量を越えるとAg−Sn
の大きな金属間化合物が生成され、耐疲労性を低下さ
せ、Cuははんだ付性を低下させるからである。また好ま
しい含有量はそれぞれ0.1％以上である。
としたのは、この組成範囲においてはSn−Pb二元系の共
晶組成に近く、共晶組成範囲においては比較的低温での
はんだ付が可能となるからである。また、SbとInの下限
をそれぞれ0.05％と0.1％としたのは、これ未満では、
詳しくは後述するSbとInの作用による耐疲労性の向上が
図られないからである。また、SbとInの含有量がそれぞ
れ１％以上となり、また５％を越えると、耐疲労性が低
下する傾向が現われるため、これらの含有量を上限とし
た。Sn−Pb−Sb−In系で好ましい組成は、Sn−28〜34
％、Pb−0.5〜0.9％、Sb−0.5〜３％Inである。上記Sn
−Pb−Sb−In系組成に加えられるAgとCuはさらに耐疲労
性を改善させる効果がある。その含有量の上限をそれぞ
れ５％と２％としたのは、この含有量を越えるとAg−Sn
の大きな金属間化合物が生成され、耐疲労性を低下さ
せ、Cuははんだ付性を低下させるからである。また好ま
しい含有量はそれぞれ0.1％以上である。
（作用） Sn−Pb二元系合金の添加元素の影響を本発明の実験結
果を基にさらに詳しく説明する。
果を基にさらに詳しく説明する。
SbとInの同時添加による強化（すなわち引張強さの向
上）がはんだの使用初期におけるすぐれた耐疲労性をも
たらす原因であると推察される。SbとInの添加により伸
び低下の傾向が生じ、これは一般には耐疲労性を劣化さ
せるが、電子部品使用条件下のはんだの変形は弾性限度
以内でなされていると推定され、この場合は低い伸びは
欠点にならない。一方、Sb、Inの添加量が多く、大きな
角ばった析出あるいは晶出物が生じると、これらの角部
が切欠となって疲労寿命を低減させると推察される。ま
たSbあるいはInを単独添加する場合、比較的多量に添加
すれば本発明の複合添加の場合と同等の引張強さを得る
ことは可能であるが、多量添加により析出あるいは晶出
物を発生し所望の耐疲労性を得ることはできない。これ
に対して、SbとInを同時添加すると比較的低含有量で所
望の引張強さを得ることができるため、このことが対疲
労性の大幅な改善をもたらしていると考えられる。この
引張強さの改善は、SbとInがSnマトリックスに優先的に
固溶することによりはんだ材の組織全体の強化に起因す
ると推察される。
上）がはんだの使用初期におけるすぐれた耐疲労性をも
たらす原因であると推察される。SbとInの添加により伸
び低下の傾向が生じ、これは一般には耐疲労性を劣化さ
せるが、電子部品使用条件下のはんだの変形は弾性限度
以内でなされていると推定され、この場合は低い伸びは
欠点にならない。一方、Sb、Inの添加量が多く、大きな
角ばった析出あるいは晶出物が生じると、これらの角部
が切欠となって疲労寿命を低減させると推察される。ま
たSbあるいはInを単独添加する場合、比較的多量に添加
すれば本発明の複合添加の場合と同等の引張強さを得る
ことは可能であるが、多量添加により析出あるいは晶出
物を発生し所望の耐疲労性を得ることはできない。これ
に対して、SbとInを同時添加すると比較的低含有量で所
望の引張強さを得ることができるため、このことが対疲
労性の大幅な改善をもたらしていると考えられる。この
引張強さの改善は、SbとInがSnマトリックスに優先的に
固溶することによりはんだ材の組織全体の強化に起因す
ると推察される。
ところで第１図は、後述の実施例、第１表のNo.10の
組成のはんだ材の6000倍の電子顕微鏡写真を示す。図
中、中央部に見える薄色の不定形の粒子がPb粒子であ
り、これと同色の多数の小さい粒子もPb粒子である。こ
れらのPb粒子を分散させている暗色の相はSn相である。
Pb粒子やSn粒子の中に多数の黒点状、小粒子はSb−In化
合物粒子である。InとSbを同時に添加すると、Snマトリ
ックスに強制的に固溶されていたInやSbは熱応力がかか
ると、In−Sb化合物となり、これが一部Sn、Pbの結晶粒
界に析出し、粒界の移動を抑制する。この結果、長期使
用中における結晶粒の粗大化が防止される。
組成のはんだ材の6000倍の電子顕微鏡写真を示す。図
中、中央部に見える薄色の不定形の粒子がPb粒子であ
り、これと同色の多数の小さい粒子もPb粒子である。こ
れらのPb粒子を分散させている暗色の相はSn相である。
Pb粒子やSn粒子の中に多数の黒点状、小粒子はSb−In化
合物粒子である。InとSbを同時に添加すると、Snマトリ
ックスに強制的に固溶されていたInやSbは熱応力がかか
ると、In−Sb化合物となり、これが一部Sn、Pbの結晶粒
界に析出し、粒界の移動を抑制する。この結果、長期使
用中における結晶粒の粗大化が防止される。
はんだの使用中にはんだに熱や応力がかかると、主と
してSn結晶粒が次第に粗大し、また使用初期には微細に
分散していた共晶Pb粒子が連続するようになる。このよ
うな結晶粒の粗大化に伴なってはんだの強度は低下し、
またPbの連続した相にクラックが発生し易くなる。Pb粒
子の連続化はSn粒子の結晶粒界の移動に伴って起こるの
で、Sn粒子の粗大化を防止することにより強度低下とク
ラック発生を同時に防止することができる。
してSn結晶粒が次第に粗大し、また使用初期には微細に
分散していた共晶Pb粒子が連続するようになる。このよ
うな結晶粒の粗大化に伴なってはんだの強度は低下し、
またPbの連続した相にクラックが発生し易くなる。Pb粒
子の連続化はSn粒子の結晶粒界の移動に伴って起こるの
で、Sn粒子の粗大化を防止することにより強度低下とク
ラック発生を同時に防止することができる。
本発明においては第１図に示すような、Sb−In化合物
粒子が結晶粒の粗大化からクラック発生に至る一連のプ
ロセスの進行を妨げる。
粒子が結晶粒の粗大化からクラック発生に至る一連のプ
ロセスの進行を妨げる。
また熱処理は静的機械的性質を向上するので耐疲労性
を改善し得るが、電子部品を実装した印刷基板のはんだ
のみを熱処理の温度にさらすことは実際上は困難であ
り、電子部品の熱影響が懸念されるため、熱処理により
印刷基板のはんだの耐疲労性を改善することは実用的で
はない。
を改善し得るが、電子部品を実装した印刷基板のはんだ
のみを熱処理の温度にさらすことは実際上は困難であ
り、電子部品の熱影響が懸念されるため、熱処理により
印刷基板のはんだの耐疲労性を改善することは実用的で
はない。
（実施例） 以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
疲労試験は、第２図に示すフェノール樹脂基板１と、
その一面に形成された銅箔よりなるランド部２を貫通す
るリード線３とを、はんだ付けした試験片を用いて行な
った。試験方法は、リード線に疲労試験機で、繰返周波
数20Hz（片振り）、温度（80℃、一定）の条件で引張荷
重をかけ、クラックが発生したときの繰返し数を疲労寿
命として求める方法で行なった。なお、クラックは第３
図に５で示すようにはんだ内に発生していた。
その一面に形成された銅箔よりなるランド部２を貫通す
るリード線３とを、はんだ付けした試験片を用いて行な
った。試験方法は、リード線に疲労試験機で、繰返周波
数20Hz（片振り）、温度（80℃、一定）の条件で引張荷
重をかけ、クラックが発生したときの繰返し数を疲労寿
命として求める方法で行なった。なお、クラックは第３
図に５で示すようにはんだ内に発生していた。
表中、比較材25はSn−Pb基本系組成のはんだ材であ
り、比較材26、27、28はSbのみを添加され、Sb−Inの同
時添加効果がないはんだ材である。これらの比較材より
も本発明の疲労寿命が長いことが明らかである。
り、比較材26、27、28はSbのみを添加され、Sb−Inの同
時添加効果がないはんだ材である。これらの比較材より
も本発明の疲労寿命が長いことが明らかである。
（発明の効果） 本発明によれば、はんだ材が例えば自動車に搭載され
る印刷基板のようにマイナス数十℃からプラス百数十℃
の低温から高温までの過酷な条件で使用される場合にお
いても、従来のはんだ材のようにクラックが発生するこ
となく、長期間安定して使用可能であり、はんだろう接
部の信頼性が向上する。
る印刷基板のようにマイナス数十℃からプラス百数十℃
の低温から高温までの過酷な条件で使用される場合にお
いても、従来のはんだ材のようにクラックが発生するこ
となく、長期間安定して使用可能であり、はんだろう接
部の信頼性が向上する。
第１図は本発明に係るはんだ材の金属電子顕微鏡写真、 第２図は耐疲労性試験に供した試験片の図面、 第３図は耐疲労性試験におけるクラック発生部を示す試
験片の図面である。 １……基板、２……ランド部、３……リード線、４……
はんだ、５……クラック
験片の図面である。 １……基板、２……ランド部、３……リード線、４……
はんだ、５……クラック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 彰 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 二村 憲一朗 愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 浅田 栄治 愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 福岡 辰彦 愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (56)参考文献 特公 昭57−30598（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】Pb20〜35重量％未満、Sb0.05〜１重量％未
満、In0.1〜５重量％およびSn残部から実質的になり、
すぐれた耐疲労性を有することを特徴とするはんだ材。 - 【請求項２】Ag0.05〜５重量％および／またはCu0.05〜
２重量％をさらに含有することを特徴とする請求項１記
載のはんだ材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1164055A JP2543985B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | はんだ材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1164055A JP2543985B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | はんだ材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0332487A JPH0332487A (ja) | 1991-02-13 |
| JP2543985B2 true JP2543985B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=15785933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1164055A Expired - Lifetime JP2543985B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | はんだ材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543985B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2078538C (en) * | 1991-10-28 | 1998-10-06 | Boon Wong | Fatigue resistant eutectic solder |
| US5390845A (en) * | 1992-06-24 | 1995-02-21 | Praxair Technology, Inc. | Low-bridging soldering process |
| JP2783981B2 (ja) * | 1994-11-01 | 1998-08-06 | 石川金属株式会社 | はんだ合金 |
| JPH10233577A (ja) * | 1997-02-20 | 1998-09-02 | Taiho Kogyo Co Ltd | はんだペースト |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5476461A (en) * | 1977-11-30 | 1979-06-19 | Nippon Almit Kk | Solder alloy for bonding capacitor end |
| JPS5524720A (en) * | 1978-08-10 | 1980-02-22 | Asahi Glass Co Ltd | Solder for hard-to-solder material |
| JPS61273296A (ja) * | 1985-05-29 | 1986-12-03 | Taruchin Kk | 耐食性はんだ合金 |
| JPS6254597A (ja) * | 1985-09-02 | 1987-03-10 | Okamoto Kogyo Kk | 円筒状被溶接物の回転支持装置 |
| JPS62230493A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-09 | Taruchin Kk | はんだ合金 |
| JPS63313689A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 鉛半田組成 |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP1164055A patent/JP2543985B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0332487A (ja) | 1991-02-13 |
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|---|---|---|---|
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