JP2638759B2 - 無鉛半田 - Google Patents
無鉛半田Info
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- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C13/00—Alloys based on tin
- C22C13/02—Alloys based on tin with antimony or bismuth as the next major constituent
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Description
配線用として用いられる汎用の無鉛半田に関するもので
あって、より詳しくは錫−銀−ビスマス系無鉛半田に関
するものである。
途に適合するように固有の特性を持つが、通常の半田で
はその溶融温度および凝固温度範囲が重要である。
の部品、特に温度に敏感な部品に損傷を与えない程度に
低い溶融温度を有すべきものであるが、半田付け後には
使用中に接合状態が熱的に安定するように高い溶融温度
範囲を持つことが必要である。
系から構成されるため、共晶組成以外の特定組成を有す
るようになる場合には、半田付け後に溶融状態から凝固
が始まる液相線を通過するようになって、液相と固相と
が共存するようになり、次いで、完全に凝固が終了する
固相線に至る凝固温度範囲を持つようになるが、万一、
この半田の凝固温度範囲が広い場合には、半田付け後に
凝固時間が長引き収縮現象を生じることがあるので、で
きるだけ狭い凝固温度範囲を持つことが必要となる。
には、連続的な自動半田付けを行う時、段階的な半田付
けができる点でより有利となる。
ばSn−Pb系合金を挙げることができる。このSn−
Pb系合金はいろいろな機械的、物理的特性が優れてお
り、主に配管、熱交換器のような構造用および一般電子
産業用として多用されている。
一旦摂取されると排泄されずに体内に蓄積される。実例
として米国の疾病管理センター(CDC)において明示
した鉛の毒性は血中濃度10μg/dl以上となれば致
命的であり、特に幼児には知能の低下を誘発させ、ま
た、鉛の廃棄物は土壌を汚染させる問題がある。
0Pb等のような従来の配管用の半田は広い温度範囲に
おいて使用が可能であり、強い機械的連結部位を形成
し、銅パイプ溶接に大変有用であるが、鉛が水に溶け込
んで長い時間が経過した後には健康に致命的な障害を与
えるという事が発見され、飲料水を供給するパイプのよ
うな配管用半田でも鉛の使用が規制されることとなっ
た。
れば米国の場合、1987年に商用ペイント(cons
umer paint)分野において、鉛使用が全面的
に規制されて以来、米国環境保護庁(EPA)において
は毒性物質規制法(Toxic substance
Control Act,TSCA)の下において鉛を
含む中間生成物の製造業者は最終生成物の廃棄と回収に
対する義務があるものと規定し、米国の下院はPb除去
(Pb−Cleanup)基金の財源として100〜2
00%の税金を賦課するように提案(HR2479)し
ており、また、米国の上院においても鉛暴露規制法(L
ead Exposure Act,S−729)を発
表、産業用鉛の全面規制を提案した。更に、米国職業安
全衛生管理局(OSHA)においては大気中および作業
場において許容される鉛の濃度を規制した鉛の基準を制
定しており、大気中に多くの鉛が放出されている状況に
おいて従事者の鉛に対する暴露を最少化すべきであると
要求している。このように米国においては法を以て配管
工に対して、特に50Sn−50Pbの使用を禁止し、
飲料に係わる全ての分野において鉛含有半田の使用を禁
止しており、配管以外の他の鉛含有半田に対しても使用
を規制している。このような趨勢は韓国内に於いても殆
ど大同小異となっているのが実情である。
頭するに伴い無鉛半田が開発され始めた。米国特許第
1,778,733号に開示されたところによれば、S
n−Ag(0.05〜3%)−Cu(0.7〜6%)か
らなる組成を有する無鉛半田が提案されており、更に、
米国特許第4,929,423号にはSn−Bi(0.
08〜20%)−Ag(0.01〜1.5%)−Cu
(0.02〜1.5%)−P(0.01%)−稀土類元
素混合物からなる組成を有する無鉛半田が提案されてい
る。
に開示されたところによれば、Sn(87〜97%),
Ag(0.1〜3%),Bi(3〜7%)からなる組成
を有する無鉛半田が提案されており、更に日本特開平5
−228685号公報にはSn(92〜95.8%),
Ag(3〜5%),Bi(1.2〜3%)を含有する無
鉛半田が提案されている。しかし、上記の無鉛半田は溶
融温度が高い高温用無鉛半田となるため、特殊用途には
適合するが一般部品の半田付けには使用し難いという欠
点がある。
等は上記の従来の無鉛半田が有する欠点を解決するた
め、度重なる研究と実験を行い、その結果に基づいて本
発明をなすに至ったものであり、本発明はSn−Ag−
Bi系無鉛半田の組成を適切に制御することによって、
既存のSn−40Pb半田よりも機械的強度が増加し、
特に、一般電子部品の電子機器配線用として好適なSn
−Ag−Bi系無鉛半田を提供することを目的とする。
本発明の無鉛半田は、重量%でAg:3.1〜7%,B
i:6〜30%および残部Snからなる組成を有するも
のであることを特徴とする。また、本発明の無鉛半田
は、Ag,BiおよびSnを含み、固相線温度が138
〜200℃であり、液相線温度が144〜220℃であ
ることも特徴とする。以下、本発明について詳しく説明
する。
に含有されるAgは、半田の低い溶融温度を考慮すると
3%近くの共晶組成を保つようにするのが良いが、熱疲
労特性改善のため3.1%以上添加することが好まし
い。
と、半田の溶融温度を急上昇させることになるため、7
%以下の量で含有させることが好ましい。
n−3%Ag合金系(溶融温度221℃)に添加した場
合、溶融温度を下げ、湿潤性を向上させる役割をする。
しかし、上記Biの添加量が6%以下では、その効果が
少なく、一方、30%以上では、低温の溶融温度を有
し、湿潤性は更に向上することになるが、半田自体が脆
弱となり溶融温度範囲を広げるようになる。
原料を秤量し、大気中においてポット(pot)やルツ
ボを用いて加熱、攪拌しながら溶融する通常の方法によ
り鋳造し、製造することができる。空気中において溶融
する場合、金属原料中の不純物、非金属性物質または合
金溶湯が空気と反応して半田合金中に溶存窒素や溶存酸
素のような溶存ガスを形成し、これによって基材材料表
面に対する湿潤性が妨げられて半田適性が低下したり、
半田付け接合部に空隙(void)が生ずるため熱伝
導、熱疲労特性および製品信頼性に問題が生じる場合が
ある。したがって、不純物または非金属性物質や空気中
において合金製造時に生ずる合金中の溶存ガスを最少化
し、半田適性を向上させ熱疲労特性および製品信頼性を
改善するため、本発明の半田製造時には真空状態または
不活性ガス雰囲気において溶融し、原料金属中、特にB
iの酸化を抑制し、ドロス(dross)の発生を最少
化する溶融方法がより好ましい。
無鉛半田はいろいろな形態(インゴット、長方形状の断
面を有するような形態、円形状の断面を有するような形
態など)に製造可能であり、更に、種々の大きさの球形
の粉体にも製造することができる。更に、粉体形態の半
田の場合には、適当なフラックスと混合して半田ペース
トも製造可能である。
は、一般電子部品の電子機器配線用として使用可能な融
点を有するのみならず、凝固範囲が狭く段階的な自動半
田付けに大変有効であり、従来のSn−Pb系よりも機
械的強度が増加するという特徴を有している。
するが、本発明はこれら代表的な実施例によって限定さ
れることはない。
属原料を秤量した後、高周波誘導炉を用いて10-3to
rr以下の真空状態において溶融し、鋳造した。製造し
た合金について凝固時の固相線温度と液相線温度とを測
定し、その結果を下記表1に示した。
温度が220℃、固相線温度が200℃であり、凝固温
度範囲は20℃となり汎用の無鉛半田として非常に好適
なものであることがわかる。
周波誘導炉を用いて金属原料を溶融し、鋳造した。鋳造
した合金について固相線および液相線凝固温度を測定
し、その結果を下記表2に示した。
温度が218℃、固相線温度が195℃であり、凝固温
度範囲は23℃となり、汎用の無鉛半田として非常に好
適なものであることがわかる。
活性ガス(N2 )を250〜300mbarに保ち金属
原料を溶融し、鋳造した。鋳造した合金について固相線
および液相線温度を測定し、その結果を下記表3に示し
た。
温度が206℃、固相線温度が180℃であり、凝固温
度範囲は26℃となり、汎用の無鉛半田として使用可能
なものであることがわかる。
同様な方法で製造し、製造した無鉛半田に対する凝固温
度測定結果を下記表4に示した。
温度が144℃、固相線温度が138℃であり、凝固温
度範囲は6℃となり、低温用として特に好適なものであ
ることがわかる。
し、製造した無鉛半田の凝固温度を測定し、その結果を
下記表5に示した。
が220℃、固相線温度が215℃であり、凝固温度範
囲が5℃である高温用無鉛半田となることがわかる。
同様な方法で製造し、その結果を下記表6に示した。
36℃、固相線温度が約211℃であり、凝固温度範囲
が12〜25℃となり、高温用無鉛半田となることがわ
かる。
Ag−6.9%,Biからなる組成の実施例2とSn−
3.5%,Ag−4.5%,Biから組成の比較例3を
溶融し、鋳造した。鋳造した夫々の合金について湿潤性
を測定した結果を図1に示した。
較例3の場合に比べ潤滑性が優れ、半田適性が優れるて
いることがわかる。
を調べるため、実施例2とSn−40Pb半田とについ
て機械的性質を測定し、その結果を図2に示した。
来例に比べて引張強度が極めて優れていることがわかる
が、これは、結局、半田付け後の最終接合強度が本発明
の無鉛半田を用いることにより、一層優れたものになる
ことを意味している。
による無鉛半田は、従来のSn−Pb系半田に比べて機
械的性質が優れており、半田付け後の最終接合強度が既
存の半田に比べて卓越しているばかりでなく、鉛が含ま
れていないため作業環境等が改善され、特に溶融温度が
低く凝固温度範囲が狭いことから従来の高温用Sn−A
g−Bi系無鉛半田に比べて一般電子部品の配線用等に
用いることができるものである。
フである。
性質を比較したグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 重量%で、Ag:3.1〜7%,Bi:
6〜30%および残部Snからなる組成を有する無鉛半
田。 - 【請求項2】 上記組成が重量%で、Ag:6〜7%,
Bi:29〜30%および残部Snである請求項1に記
載の無鉛半田。 - 【請求項3】 上記組成が重量%で、Ag:3.1〜4
%,Bi:6〜7%および残部Snである請求項1に記
載の無鉛半田。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105215569A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-06 | 苏州优诺电子材料科技有限公司 | 一种无铅焊料合金 |
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Non-Patent Citations (1)
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WELDING JOURNAL VOL.71 NO.10(1992)P.47−49「HOST OF NEW LEAD−FREE SOLDERS INTRODUCED」 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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