JP2752258B2 - 無鉛及び無ビスマスのスズ合金はんだ組成物 - Google Patents
無鉛及び無ビスマスのスズ合金はんだ組成物Info
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Description
更に詳しくは、本発明は鉛またはビスマスを含まず、し
かも優れたはんだ付け特性を達成する改良されたはんだ
組成物に関する。
組み立てにおいては、スズと鉛を含むはんだを使用し、
機械的および電気的接続を与えることは良く知られてい
る。スズと鉛を含むはんだは、典型的には自動はんだ付
けおよび手によるはんだ付けの両者において高信頼性の
接続を与え、また印刷回路板上にはんだ付けを極度に助
成する表面を与える。
ける上記スズ−鉛はんだの使用は、作業者を鉛にさらす
毒性効果および危険廃棄物の避けられない発生により、
益々問題となってきている。この環境的関心により、環
境に入る鉛の量を制限する動きが起きている。最近、連
邦および多くの国の政府機関は、スズ−鉛はんだの代替
え品を見いだし、作業者が鉛にさらされるのを減らし及
び環境に戻される鉛廃棄物の量を減らすことを電子工業
に対し強く推進しはじめた。鉛に長時間さらされること
は、作業者の健康に著しく影響を与えうる。たとえば、
少量の鉛さえ妊娠作業者の胎児の神経学的発達に影響を
与えうる。
スズ63%と鉛37%は大部分の電子工業はんだ付け操作に
おいて歴史的に使用してきた。これらの合金は、その低
融点、機械強度、低い相対価格、および優れた漏れ性と
電気伝導度のために、選ばれ好んで用いられてきた。
は、製造または組み立て中に高温にさらすことにより容
易に破壊される。伝熱および熱分布の限界および問題か
ら、印刷回路板は典型的には使用された合金の液相線温
度より高温度にさらされる。この問題に答え、電子工業
製造業者はスズ−鉛合金に代わる別の合金を探究してい
る。
て試みられた。しかし、この合金はその多くの問題のた
めすぐに拒否された。たとえば、ビスマスを含む合金
は、劣ったはんだ付け性を示し、極度に劣った剥離強度
および電子工業はんだ付けに対して減少した濡れ特性を
示す。更に、このビスマス合金は、電子工業で実施され
ている機械的熱サイクル強度試験に典型的には不合格で
ある。ビスマスは典型的には鉛鉱石から採掘されるか
ら、鉛の生産を維持し、ビスマスを回収しなければなら
ない。更に、成長する電子工業の要求に応じるには、ビ
スマスの既知の埋蔵量では完全に不適当である。そこ
で、ビスマスを含む合金はスズ−鉛合金の代替え品とし
ては受入れられない。
示すはんだ組成物を提供していない。現在、連邦の軍お
よび商業的はんだ仕様書は、適当な無毒組成物に欠けて
いる。次の従来技術の特許は、これらの要求に合うには
不適当な試みを示している。
+/−0.3%、銅2+/−0.3%、銀5+/−0.3%、残
りスズを含み、225乃至250℃の融点を有する合金を開示
している。この合金を流動するのに要するはんだ付け温
度は、印刷回路板および部品の多くを破壊するから、電
子工業はんだ付けにおいて使用できない液相線温度を有
する。電子工業はんだ付けおよびコーテングの目的のた
めに、この合金を使用できる実現可能な装置または手段
は現在存在しない。高い銀含有量のため、この合金は市
場では経済上不利である。
にぎりぎりに受入れられる濡れおよび電気伝導特性を有
するスズ96.5%および銀3.5+/−0.5%のスズ−銀合金
を開示している。しかし、この合金は、広範囲な電子印
刷回路板組み立て品における使用を妨げる機械強度の弱
さを有する。たとえば、クリープ強度、加圧下での流動
測定、伸び%、破壊前の金属伸びは、現在使用されてい
るスズ−鉛合金よりかなり低い。普通のスズ−鉛合金で
さえ、はんだ継ぎ目応力破壊が、振動または温度変動が
起こる印刷回路板における多くの場破壊の原因である。
更に、221℃の液相線温度は、自動はんだ付けが多くの
場合に印刷回路板および/または部品を破壊する温度に
おいて遂行されることを要求する。銀の高含有量のた
め、この合金の価格はスズ−鉛合金よりかなり高い。合
金に添加する銀の各パーセントあたり、この価格は約0.
75ドル/ポンド(5.00ドル/トロイオンスの銀相場基準
で)だけ増加する。
重量%、銀0.05乃至3重量%、残りスズからなり、440
乃至630゜Fの温度範囲を有する合金を開示している。こ
の合金はその組成物中にアンチモンを使用していない。
その結果、この合金は、印刷回路板または部品を破壊す
ることなく、広範囲の電子工業はんだ付け用途に使用す
るには高過ぎる融点を有する。更に、Lubranoらの開示
の合金は、劣ったはんだ付け性能、遅い濡れ時間、およ
び電子工業の組み立て用途には不適当な機械的強度を有
する。
ン0.5乃至4%、亜鉛0.5乃至4%、銀0.1乃至3%、銅
0.1乃至2%、スズ88乃至98.8%を含む合金を開示して
いる。この合金中の亜鉛含有量は、合金を急速に酸化さ
せる。これは、極度に高い欠陥水準をもたらす高いドロ
ス形成を生じる濡れおよび流動を抑制する。多量の電子
工業はんだ付けにこのような組成物を使用するにおいて
の生産損失は、この組成物をスズ−鉛はんだに対する受
入れ難い代替え品にする。
銅、ニッケル、銀及びアンチモンを含む合金を開示して
いる。Ballentineらの開示した全ての合金の組み合わせ
は、電子工業組み立てで要求されるものを越える液相線
温度を有する。開示された最低液相線温度は、電子工業
で使用するには受入れられない238℃である。
されていないから、スズ−鉛はんだ合金の物理特性と応
用性能を達成でき、毒性元素を含まない、鉛またはビス
マスを有しない合金組成物が電子工業で必要である。
更に、本発明は現在利用できるはんだ組成物には見い出
されない新しい利点を提供し、現在利用できる組成物の
欠点の多くを克服する。
の中への部品の組み立てにおける特別の応用を有する新
規でかつ独特なはんだ組成物に関する。本発明のはんだ
組成物は、濡れ、剥離強度、低融点、物理強度、疲労抵
抗、電気伝導度のような望ましい物理特性を達成し、し
かも既知のスズ−鉛はんだ合金に見い出される有毒元素
を含まない。
刷回路板コーテングにおいて、スズ−鉛合金の実行可能
な代替え品として使用できる物理特性の独特のセットを
与えるスズ、銀、銅及びアンチモンの組み合わせを含
む。本発明の合金は、スズ−鉛合金、スズ−銀合金また
はビスマスを含む合金よりも優れた疲労抵抗を有する一
層強い機械的継ぎ目を生じる物理特性を有する。更に、
その融点温度は、他の鉛またはビスマスを含まない別の
はんだ合金よりも低い。
210乃至216℃の融点(液相線温度)を有し、重量%にお
いてスズ90.3乃至99.2%、銀0.5乃至3.5%、銅0.1乃至
2.8%及びアンチモン0.2乃至2.0%からなる。
可能な代替え品であるはんだ組成物を提供することであ
る。
びその上への部品の組み立てに良く適するはんだ合金組
成物を提供することである。
電子工業で受け入れられるはんだ合金組成物を提供する
ことである。
安全なはんだ合金組成物を提供することである。
及び銀を含み鉛及びビスマスを含まないはんだ組成物で
ある。本発明のはんだ合金組成物は、電子工業並びに印
刷回路板の組み立ておよびコーテングの要求に経済的に
かなう物理特性と応用性能を有する。特に、当該合金
は、理想的物理特性を示し、しかも作業者および環境に
有害な従来技術におけるような有毒元素を含まない。
すのは重量で次の組成からなることが見い出された。
%、アンチモン0.6%及びスズ96.6%を含むことができ
る。この組成物の融点温度は210乃至216℃の範囲であ
る。優れた濡れ性と結合して、216℃の液相線温度は、
本発明の合金を、大部分の印刷回路板または電子部品を
損傷することなく、現存の多量はんだ付け装置および手
によるはんだ付け装置で使用することを可能にする。本
発明のはんだ組成物に対し使用される商品名はCASTINで
ある。
びたとえば、優れた物理強度、電気伝導性、熱サイクル
疲労を有する。この優れた物理特性の結果として、本発
明のはんだ合金組成物は、電子工業組み立ておよび印刷
回路板製造に現在使用されている既知のスズ−鉛合金の
代わりに成功してなることができる。電子工業はんだ付
けに使用されている大部分の主要装置がこの組成物に使
用できる。低融解温度は、板またはその中の部品に熱損
傷を起こさないように十分に低い。
く適している。“熱風レベリング”または“ロールスズ
めっき”の使用により、当該合金を回路板のコーテング
および印刷回路板製造に使用できる。これらの方法は回
路板上のはんだ付け性を向上する。また、ウエーブはん
だ付け機械を使用するときは、当該合金を印刷回路板上
で電子部品の組み立てに使用できる。当該合金はまた、
棒、インゴット、ワイヤー、チップ、リボン、粉末、プ
リフォームのような種々の形状および寸法に形成するの
に良く適しており、また融剤コアと共に使用できる。従
って、本発明の合金は、はんだ線と加熱装置を使用して
部品を該板上に手ではんだ付けする電子部品の組み立て
に使用できる。
組成物は優れた濡れ特性と改良された生産性を有する。
従来技術のスズ−鉛合金は、処理中において浴に浸漬さ
れるPC板からの銅により容易に汚染される。本発明の組
成物は銅を含んでいるから、銅含有量の少量の増加は組
成物の性能にたやすく影響を与えない。更に、この新規
組成物は、従来技術のスズ−鉛はんだほど急速に銅を吸
収しない。その結果、この新規合金は、従来技術のスズ
−鉛合金よりもはるかに長く機能性を維持でき、全体と
してのはんだの消費を著しく減らし、製造業者の出費を
減らす。更に、金属間化合物が組成物の粒界にわたって
均一に分布しているから、被覆板のはんだ付け性が高ま
る。その結果、従来技術のはんだ組成物の使用では達成
できない一層高品位の印刷回路板を与える。
んだ付けにおいては、本発明の組成物は、現在使用の従
来技術のスズ−鉛はんだと同一の加熱温度、予備加熱温
度、プロセスパラメータを使用できる。表示組成物は、
高速の低欠陥のはんだ付けに対して重要な物理特性を示
す共融合金にごく近い。当該はんだ合金は、スズ−鉛合
金よりも容易に汚染されにくいから、はんだ浴の使用可
能寿命が伸びる。更に、ウエーブはんだ付けにより形成
されたはんだ継ぎ目は、はんだ継ぎ目にわたって金属間
化合物の均一な分布を有し、一層高い継ぎ目強度と優れ
た電気伝導性を生じる。
を使用し該板に部品を手ではんだ付けする電子部品の組
み立てにも使用できる。上記方法は、250乃至300℃で急
速に濡れ、広がる組成物を要求する。本発明の組成物
は、コアつき線はんだに容易に成形でき、手によるはん
だ付けに容易に成功して使用できる。
る。本発明のはんだ合金とスズ63%および鉛37%を含む
従来技術のスズ−鉛はんだ合金との独立の比較試験を以
下に示す。下記から分かるように、この合金の機械強度
は既知のスズ−鉛合金よりも優れている。
に対する十分に低い融解温度、優れた濡れ特性、優れた
機械強度を同時に有しており、印刷回路板の製造および
該板上への部品の組み立てにおける電子工業の要求に関
して、スズ−鉛合金の優れた代替え品になる。その優れ
たはんだ付け性と濡れ特性は、均一のパッド厚さおよび
低い銅溶解度を生じ、熱風レベリングのような印刷回路
板のはんだコーテングにおいてものすごい利点を与え
る。
に対し種々の変更と変形を行えることは、当業者には理
解される。全てのそのような変形および変更は、請求の
範囲に含まれることが意図されている。
Claims (16)
- 【請求項1】スズ90.3乃至99.2重量%、銀0.5乃至3.5重
量%、銅0.1乃至2.8重量%及びアンチモン0.2乃至2.0重
量%からなり、減少した毒性を有し、210℃乃至216℃の
融点(液相線温度)を有し、電子工業用組立適用の無鉛
及び無ビスマスのはんだ合金組成物。 - 【請求項2】請求項1に記載の合金組成物を外皮とし、
該外皮に融剤を充填してなる融剤入り線はんだ。 - 【請求項3】請求項1に記載の合金組成物の粒子、およ
び融剤からなるはんだペースト。 - 【請求項4】はんだ棒に形成され、電子工業用組立はん
だ機械において使用される請求項1に記載の合金組成
物。 - 【請求項5】はんだインゴットに形成された請求項1に
記載の合金組成物。 - 【請求項6】はんだ線に形成された請求項1に記載の合
金組成物。 - 【請求項7】はんだチップに形成された請求項1に記載
の合金組成物。 - 【請求項8】はんだリボンに形成された請求項1に記載
の合金組成物。 - 【請求項9】はんだ粉末に形成された請求項1に記載の
合金組成物。 - 【請求項10】はんだプリフォームに形成された請求項
1に記載の合金組成物。 - 【請求項11】印刷回路板の熱風レベリングに使用する
請求項1に記載の合金組成物。 - 【請求項12】印刷回路板上への部品の表面装着に使用
する請求項1に記載の合金組成物。 - 【請求項13】印刷回路板のはんだコーティングに使用
する請求項1に記載の合金組成物。 - 【請求項14】回路板のロールスズめっきに使用する請
求項1に記載の合金組成物。 - 【請求項15】印刷回路板上へ表面装着される電子部品
の組立に使用する請求項1に記載の合金組成物。 - 【請求項16】請求項10に記載の合金組成物のコアに融
剤を含有する融剤コア入りはんだ。
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