JP2634553B2 - 錫、銀、およびインジウムを含有する、鉛を含まない合金 - Google Patents

錫、銀、およびインジウムを含有する、鉛を含まない合金

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JP2634553B2 JP5104717A JP10471793A JP2634553B2 JP 2634553 B2 JP2634553 B2 JP 2634553B2 JP 5104717 A JP5104717 A JP 5104717A JP 10471793 A JP10471793 A JP 10471793A JP 2634553 B2 JP2634553 B2 JP 2634553B2
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    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、はんだ付けに使用する
鉛を含まない合金に関する。さらに特定すれば、本発明
は錫、銀、およびインジウムを含有する、鉛を含まない
はんだ組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】異なるはんだ組成物は、独自の特性を持
ち、この特性は該組成物を特定の用途に適するようにす
る。はんだの使用に重要な２つの特性は、融点および融
点範囲である。
【０００３】特定用途に選択されたはんだは、結合され
る温度感受性のすべての構成部品を傷めないような、十
分に低い融点を有すべきである。しかし、融点はまた、
形成された結合が、装置の運転温度、または引き続くは
んだ付け作業により影響され得ないように十分高くある
べきである。最近の電子部品への使用では、微小電子部
品の温度感受性は、比較的低温でのはんだの使用を要求
する。これに対し、鉛管敷設で、管を結合および密封す
るためのはんだは、構成部品が温度感受性でないので、
一般により高い作業温度で適用される。
【０００４】はんだの溶融範囲がまた、考慮される。純
粋な元素金属は融点を有する。しかしながら、共融組成
物を除いて、殆どの合金はある温度範囲で溶融する。合
金は固相化温度と呼ばれる温度で溶融し始めるが、液相
化温度と呼ばれるより高い温度に達するまで完全には液
体にならない。固相化温度と液相化温度の間の範囲はペ
ースト状(pasty)領域と呼ばれる。ペースト状範囲内の
温度で、合金は、異なる金属組成を含む液相および固相
の混合物を含有する。固相は、より高い融点の成分を含
有し、そして液相はより低い融点の成分を含有する。溶
解分離（liquation）と呼ばれる、二成分の分離は、合
金の化学組成、および得られる接合部の物理的特徴を改
変し得る。
【０００５】溶解分離は、サーキットボードのような、
部品が、はんだ付け装置の中に、コンベヤベルトによっ
て搬送される、自動はんだ付け作業で特に問題になり得
る。はんだが、ウエイヴソルダリング（wave solderin
g）のような工程で適用された後、コンベヤは、部品を
冷却ゾーンに運ぶ。はんだ付けされた結合部が、冷却す
るにつれ、はんだは固化する。もし、ペースト状範囲の
大きいはんだが用いられると、はんだ付けされた結合部
のある部分は、はんだのある部分は液体のままであるの
に、固化し始める。コンベヤベルトの振動は、従って、
２種の金属相を分離し得る。振動および溶解分離は、は
んだの結晶化を崩壊し得る。崩壊した結合部は物理的に
弱化され得、そして電気を不十分に導通するか、あるい
は全く導通せず、誤作動しがちか、または全く機能しな
い回路となる。そのような適用において、共融はんだ、
または非常に狭いペースト状範囲のはんだを用いるのが
好ましい。
【０００６】小さいペースト状範囲を有するはんだはま
た、構成部品が、装置に逐次的に加えられる、ある種の
「ステップはんだ付け」において重要である。これらの
作業もまた、特定の融点を有するはんだに依存する。ス
テップはんだ付けにおいては、最初の構成部品は、比較
的高融点のはんだを用いて、結合される。後の構成部品
が結合される時、より低い融点のはんだが用いられ、よ
り先にはんだ付けされた結合部は、はんだ付け作業によ
って影響されない。次に、より低い融点を有するはんだ
を用いて、構成部品が加えられ得る。異なった融点を有
するはんだの適用は、そのようなステップはんだ付けプ
ロセスにとって、決定的である。数回のはんだ付けステ
ップがなされるのであれば、はんだの溶融範囲は小さい
ことが重要である。
【０００７】自動化されたはんだ付け作業においては、
数種のはんだが、一般に用いられる。Ｓｎ６３Ｐｂ３７
は、６３％の錫および３７％の鉛を含有し、１８３℃で
溶融する共融合金である。Ｓｎ６２Ｐｂ３６Ａｇ０２
は、６２％の錫、２％の銀、および３６％の鉛を含有
し、１７９℃で溶融する共融合金である。これらのはん
だは、自動化されたはんだ付け用として、優れた特性を
有する。しかしながら、それらは、鉛を含有するという
難点を有する。
【０００８】鉛は毒性を有することが知られている。こ
のため、鉛および鉛を含有する組成物の使用には、厳し
い制限が課されている。鉛を含有するはんだの使用に関
する制限は、鉛管敷設に関して最も厳しい。鉛管敷設に
おいて、最近まで最も知られた鉛管用はんだは、５０％
の錫および５０％の鉛を含有するＳｎ５０Ｐｂ５０であ
った。最近の合衆国法規は、飲用水システムで鉛を含有
するはんだの使用を禁じ、鉛管工にＳｎ５０Ｐｂ５０の
使用を止め、そして鉛を含まないはんだに替えることを
強制している。
【０００９】鉛管敷設は最も鮮明な例であるが、鉛を含
有するはんだの別の用途もまた、規制されている。合衆
国労働安全衛生局（ＯＳＨＡ）は、作業場所の空気中の
許容鉛濃度を規制する、複合の広範囲の鉛規制値を設け
た。空中の鉛濃度が高くなった状態で、ＯＳＨＡ規制
は、労働者の暴露を最小にするための厳しい要求を有す
る。鉛を含有するはんだを使用するほとんどの状況が、
ＯＳＨＡ規制値を発動するに十分高い鉛濃度を生み出さ
ないが、はんだ中の鉛の使用に関する、より厳しい制限
が課され得る。そのような規制が無くても、労働者の鉛
への暴露を減じることは、なお望ましい。
【００１０】それ故、鉛を含有しない代替はんだを提供
することにより、特定の応用のために、鉛を含有するは
んだへの依存を減じることが望ましい。
【００１１】また、電子部品の組立に適した、比較的低
融点の鉛を含有しないはんだを提供することが望まし
い。
【００１２】さらに、自動化されたはんだ付け作業の用
途に適した、比較的狭いペースト状範囲を有する鉛を含
有しないはんだ組成を提供することが望ましい。
【００１３】また、一般に用いられているＳｎ６３Ｐｂ
３７のような鉛を含有するはんだを代替し得る鉛を含有
しないはんだ組成を提供することも望ましい。
【００１４】
【発明の要旨】本発明の目的は、通常の鉛を含有するは
んだよりも毒性の少ない、結合および密閉用のはんだ組
成物を提供することにある。
【００１５】本発明の一つの目的は、鉛を含まないはん
だ合金であって、約１６７℃から約２１２℃の間の固相
化温度、および約１７９℃から約２１３℃の間の液相化
温度を有する有効量の、錫、銀、およびインジウムを含
有する組成物を提供することにある。
【００１６】本発明の他の目的は、電子部品の組立に適
した、比較的低融点の鉛を含有しないはんだ組成物を提
供することにある。本明細書で用いられる用語「鉛を含
まない」は、合金またははんだが鉛を含有しない、また
は本質的に鉛が無いことを意味する。「本質的に鉛を含
有しない」という意味のガイドラインとして、Federal
Supply Service, General Services Administrationの
Commissionerにより承認された、Federal Specificatio
n QQ-S-571E Interim Amendment 5(ER) 28 December 19
89の3.2.1.1.1節（鉛は０．２％を越えるべきではな
い）を参照のこと。さらに、本発明の目的は、自動化さ
れたはんだ付け作業の使用に適した、比較的狭いペース
ト状範囲を有する、鉛を含有しないはんだ組成物を提供
することにある。
【００１７】また、本発明の目的は、一般に用いられて
いるＳｎ６３Ｐｂ３７のような鉛を含有するはんだを代
替し得る鉛を含有しないはんだを提供することにある。
【００１８】本発明に従って、錫、銀、およびインジウ
ムを含有するはんだが提供される。本発明の上記および
他の目的、および他の利点は、下記の詳細な説明を考慮
すれば明かになる。
【００１９】
【発明の構成】本発明は、有効量の錫、銀、およびイン
ジウムを含有する組成物に関する。これらの組成は、電
子部品のはんだ付け作業に適している。好ましい合金
は、低融点および比較的狭いペースト状範囲を有する合
金である。
【００２０】本発明の一つの実施態様は、約７０重量％
から約９２重量％の錫、約１重量％から約６重量％の
銀、および約４重量％から約３５重量％のインジウムを
含有する組成物である。好ましい組成は約７７．２重量
％の錫、約２．８重量％の銀、および約２０重量％のイ
ンジウムである。
【００２１】本発明の合金組成物は、当該分野の公知技
術によって調製し得る。例えば、重量で計り取った錫、
銀、およびインジウムを加熱中の容器配置し得る。次
に、これらの金属は、何れの従来の溶融技術を用いて
も、共融し得る。該金属が、すべての物質が液体になる
温度まで加熱された時、該混合物は冷却し得、適当な型
に流し込み得る。冷却後、該合金は棒状などの適切な型
に製造し得る。
【００２２】以下の実施例は、本発明の例証となるが、
本発明の実施態様を制限するものではない。実施例、明
細書のいずれの箇所においても、特に断わり書きがない
限り、全ての割合および百分率は重量である。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）次の組成を有する合金を調製した。 錫 ９１．９％ 銀 ３．３％ インジウム ４．８％ 得られた合金は、２１２．１℃の固相化温度、および２
１３．５℃の液相化温度を有する。この合金は１．４℃
のペースト状範囲を有する。
【００２４】（実施例２）次の組成を有する合金を調製
した。 錫 ８７．７％ 銀 ３．２％ インジウム ９．１％ 得られた合金は、２０２．４℃の固相化温度、および２
０７．５℃の液相化温度を有する。この合金は５．１℃
のペースト状範囲を有する。
【００２５】（実施例３）次の組成を有する合金を調製
した。 錫 ８４．０％ 銀 ３．０％ インジウム １３．０％ 得られた合金は、１９４．１℃の固相化温度、および１
９９．２℃の液相化温度を有する。この合金は５．１℃
のペースト状範囲を有する。
【００２６】（実施例４）次の組成を有する合金を調製
した。 錫 ８０．４％ 銀 ２．９％ インジウム １６．７％ 得られた合金は、１８８．９℃の固相化温度、および１
９４．１℃の液相化温度を有する。この合金は５．２℃
のペースト状範囲を有する。
【００２７】（実施例５）次の組成を有する合金を調製
した。 錫 ７７．２％ 銀 ２．８％ インジウム ２０．０％ 得られた合金は、１７８．５℃の固相化温度、および１
８９．１℃の液相化温度を有する。この合金は１０．６
℃のペースト状範囲を有する。
【００２８】（実施例６）次の組成を有する合金を調製
した。 錫 ７４．２％ 銀 ２．７％ インジウム ２３．１％ 得られた合金は、１７１．６℃の固相化温度、および１
８３．４℃の液相化温度を有する。この合金は１１．８
℃のペースト状範囲を有する。
【００２９】（実施例７）次の組成を有する合金を調製
した。 錫 ７１．５％ 銀 ２．６％ インジウム ２５．９％ 得られた合金は、１６７．８℃の固相化温度、および１
７９．１℃の液相化温度を有する。この合金は１１．３
℃のペースト状範囲を有する。
【００３０】これらの合金は電子部品のはんだ付けする
用途について、記載されているが、はんだが用いられる
多くの用途に用い得る。これらのはんだの低融点は、特
に、温度に感受性の部品を接合あるいは密封するのに有
用である。
【００３１】本発明をその好適な実施態様に関して説明
したが、当業者にその種々の改変が明らかになり得るこ
とは理解されるべきである。前述の開示は、本発明を制
限することを意図するものではなく、または意味するも
のでもない。また、その反対に、すべてのそのような他
の態様、応用、改変、および等価の組み合わせを除外す
るものではなく、本発明は、請求の範囲およびその等価
物にのみ制限される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ イー．ティー． ホワイト アメリカ合衆国 ニューヨーク 13323, クリントン，マシュー ドライブ 328 (56)参考文献 特開 昭61−14096（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217193（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−29199（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】はんだ合金組成物であって、該組成物が、
    １６７℃から２１２℃の間の固相化温度、および１７９
    ℃から２１３℃の間の液相化温度を有する、８５重量％
    から９２重量％の錫、１重量％から６重量％の銀、およ
    び４重量％から１０重量％のインジウムからなる組成
    物。
  2. 【請求項２】８７．７重量％から９１．９重量％の錫、
    および４重量％から９．１重量％のインジウムを含有す
    る、請求項１に記載の組成物。
  3. 【請求項３】はんだ合金組成物であって、該組成物が１
    ６７℃から２１２℃の間の固相化温度、および１７９℃
    から２１３℃の間の液相化温度を有する、７０重量％か
    ら９２重量％の錫、２．５重量％から６重量％の銀、お
    よび４重量％から２５．９重量％のインジウムからなる
    組成物。
  4. 【請求項４】２．６重量％から６重量％の銀を含有す
    る、請求項３に記載の組成物。
  5. 【請求項５】７７．２重量％の錫、２．８重量％の銀、
    および２０重量％のインジウムを含有する、請求項３に
    記載の組成物。
  6. 【請求項６】多くとも９２重量％の錫、および少なくと
    も５重量％のインジウムを含有する、請求項３に記載の
    組成物。
  7. 【請求項７】多くとも８８重量％の錫、および少なくと
    も９重量％のインジウムを含有する、請求項３に記載の
    組成物。
  8. 【請求項８】多くとも８４重量％の錫、および少なくと
    も１３重量％のインジウムを含有する、請求項３に記載
    の組成物。
  9. 【請求項９】多くとも８０重量％の錫、および少なくと
    も１７重量％のインジウムを含有する、請求項３に記載
    の組成物。
  10. 【請求項１０】少なくとも７４重量％の錫、および多く
    とも２３重量％のインジウムを含有する、請求項９に記
    載の組成物。
  11. 【請求項１１】少なくとも７１重量％の錫、および多く
    とも２６重量％のインジウムを含有する、請求項９に記
    載の組成物。
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