JP2783981B2 - はんだ合金 - Google Patents

はんだ合金

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JP2783981B2
JP2783981B2 JP6269024A JP26902494A JP2783981B2 JP 2783981 B2 JP2783981 B2 JP 2783981B2 JP 6269024 A JP6269024 A JP 6269024A JP 26902494 A JP26902494 A JP 26902494A JP 2783981 B2 JP2783981 B2 JP 2783981B2
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直樹 村岡
敏行 桝田
多佳彦 尾本
仁一 尾崎
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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、電子機器や電機機器の
回路基板上に小型のチップ部品や半導体部品を実装する
際に主として使用されるはんだ合金に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の発展に従い使用される
材料特性も多様化し、特に、過酷な条件下でのはんだ付
けに対する信頼性の要求が多くなっている。従来のPb
−Sn共晶はんだでは、加熱や冷却といった環境の変化
が激しい条件下で使用する場合、はんだ材料が熱疲労を
受け、表面にクラックが生じたり、基板から剥離するこ
とが問題となっていた。原因としては、はんだ材料の延
性、機械的特性が環境の変化に追従できずに発生するも
のと考えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐熱特性、
耐クリープ特性にすぐれ、容易に熱疲労によるクラック
やはんだ付け剥離が発生しないはんだ合金を提供するこ
とを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の第1発明〜第7発明は次のように構成されて
いる。
【0005】第1発明は、組成が、Sn60〜65重量
%、Sb0.1〜1.0重量%、Bi0.1〜1.0重
量%、Ag1.0〜3.0重量%、Pb残部のすべてま
たはその大部分、からなるはんだ合金に係るものであ
る。第2発明は、第1発明のはんだ合金において、Ge
0.005〜0.05重量%を含むものである。
【0006】第3発明は、第1発明のはんだ合金におい
て、Ni0.005〜0.05重量%を含むものであ
る。
【0007】第4発明は、組成が、Sn60〜65重量
%、Sb0.1〜1.0重量%、Bi0.1〜1.0重
量%、Cu0.01〜0.1重量%、Pb残部のすべて
またはその大部分、からなるはんだ合金に係るものであ
る。
【0008】第5発明は、組成が、Sn60〜65重量
%、Sb0.1〜1.0重量%、Bi0.1〜1.0重
量%、Te0.001〜0.005重量%、Pb残部の
すべてまたはその大部分、からなるはんだ合金に係るも
のである。
【0009】第6発明は、組成が、Sn60〜65重量
%、Sb0.1〜1.0重量%、Ag0.1〜0.5重
量%、Cu0.01〜0.1重量%、Pb残部のすべて
またはその大部分、からなるはんだ合金に係るものであ
る。
【0010】第7発明は、第6発明のはんだ合金におい
て、Te0.001〜0.005重量%を含むものであ
る。
【0011】
【作用】第1発明のはんだ組成において、Sn60重量
%以下では、溶融温度が上昇し部品やプリント基板に熱
ストレスを与える。また、Sn65重量%以上でも溶融
温度が上昇して不具合を生じる。
【0012】Sbの添加は、結晶組織を微細化させ、機
械的特性を改善する効果がある。しかしながら、Sb添
加量が0.1重量%以下では、その効果は不十分で、一
方1.0重量%以上では溶融温度の上昇と結晶組織が粗
大化する。
【0013】Biの添加は、結晶組織に延性を与え応力
を緩和させる効果がある。しかしながら、Bi添加量が
0.1重量%以下では、その効果は不十分で、一方1.
0重量%以上では結晶組織が粗大化し、機械的特性を低
下させる。
【0014】Agの添加は、溶融温度の低下と機械的特
性を改善する効果がある。しかしながら、Agの添加量
が1.0重量%以下では、その効果は不十分で、一方
3.0重量%以上では溶融温度の上昇とコスト高を招き
その効果は期待できない。
【0015】第2発明のはんだ組成において、Ge添加
は第1発明のはんだ組織をより微細化させ、機械的特性
を更に改善させるが、Ge添加量が0.005重量%以
下では、その効果は不十分で、一方0.05重量%以上
では溶融温度を急上昇させる。
【0016】第3発明のはんだ組成において、Ni添加
は第1発明のはんだ組織をより微細化させ、機械的特性
を更に改善させるが、Ni添加量が0.005重量%以
下では、その効果は不十分で、一方0.05重量%以上
では溶融温度を急上昇させる。
【0017】第4発明のはんだ組成において、第1発明
のはんだ組成からAgを除外し、これに代えてCuを添
加したのは、組織をより微細化させ、機械的特性をさら
に改善する効果があるからである。しかしながら、Cu
添加量が0.01重量%以下では、その効果は不十分
で、一方0.1重量%以上では溶融温度の上昇と結晶組
織の粗大化により機械的特性を低下させる。
【0018】第5発明のはんだ組成において、第1発明
のはんだ組成からAgを除外し、これに代えてTeを添
加したのは、組織をより微細化させ、機械的特性をさら
に改善する効果があるからである。しかしながら、Te
添加量が0.001重量%以下では、その効果は不十分
で、一方0.005重量%以上では溶融温度を急上昇さ
せる。
【0019】第6発明のはんだ組成において、Sn60
重量%以下では、溶融温度が上昇する。またSn65重
量%以上でも、溶融温度が上昇して部品やプリント基板
に熱ストレスを与える。
【0020】Sbの添加は、組織の微細化による、機械
的特性の改善に効果がある。しかしながら、Sb添加量
が0.1重量%以下では、その効果は不十分で、一方
1.0重量%以上では溶融温度の上昇と結晶組織の粗大
化により機械的特性を低下させる。Agの添加は、溶融
温度を下げる作用と組織を微細化し、機械的特性の改善
に効果がある。しかしながら、Ag添加量が0.1重量
%以下では、その効果は不十分で、一方0.5重量%以
上では効果が期待できるがコスト高となる。
【0021】Cuの添加は、Agの添加量を少なくして
も同様以上の機械的特性を維持させることを目的とす
る。しかしながら、Cu添加量が0.01重量%以下で
は、その効果は不十分で、一方0.1重量%以上では溶
融温度の上昇と結晶組織の粗大化により機械的特性を低
下させる。
【0022】第7発明のはんだ組成において、第6発明
のはんだ組成にTeを添加したのは、より組織の微細化
と機械的特性の改善を図ることを目的とする。しかしな
がら、Te添加量が0.001重量%以下では、その効
果は不十分で、一方0.005重量%以上では溶融温度
が上昇する。
【0023】
【実施例】実施例1〜実施例8として、表1に示す組成
のはんだ合金を製作した。表1における組成割合いを示
す数字は、重量%を示し、また溶融温度は(固相線温度
〜液相線温度)を示す(後記表2も同じ)。
【0024】
【表1】
【0025】実施例1〜実施例3は、第1発明の実施例
であり、また実施例2は第2発明の、実施例3は第3発
明の夫々の実施例でもある。
【0026】実施例4は第4発明の実施例であり、実施
例5は第5発明の実施例である。
【0027】実施例6〜実施例8は、第6発明の実施例
であり、また実施例8は第7発明の実施例でもある。
【0028】実施例1〜8においてPを微量添加し、又
実施例1〜5においてGaを微量添加しているのは、い
ずれも、酸化防止を図るためである。
【0029】上記実施例1〜実施例8と比較するための
比較例1〜比較例3として、表2に示す組成のはんだ合
金を製作した。
【0030】
【表2】
【0031】上記実施例1〜実施例8及び比較例1〜比
較例3について、常温時の引張り試験(測定1)、高温
時の引張り試験(測定2)、常温時の破断時間測定によ
るクリープ試験(測定3)、高温時の抜落ち時間測定試
験(測定4)を行った。その測定結果を、表3に示す。
【0032】
【表3】
【0033】測定1〜測定4の測定条件等は、次に示す
とおりである。
【0034】測定1:装置:引張り試験機(島津製作所
製商品名:オートグラフ) 温度:常温(25℃) 引張速度:10(mm/min.) 評価:引張強さ(Kgf/mm2) 伸 び (mm) 測定2:装置:引張り試験機(島津製作所製商品名:オ
ートグラフ) 温度:高温(100℃) 引張速度:10(mm/min.) 評価:引張強さ(Kgf/mm2) 伸 び (mm) 測定3:装置:図1に示す装置及び試験片 温度:常温(25℃) 荷重:15kg(7.5N/mm2)〔クリープ抵抗〕 評価:破断するまでの時間(Hr.) 試験方法:常温(25℃)で図1のように形成したはん
だ合金試験片に7.5N/mm2 の荷重を加え破断までの時
間を測定した。
【0035】測定4:装置:図2に示す装置 温度:高温(100℃) 荷重:1kgf 〔クリープ抵抗〕 評価:銅リード線が抜け落ちるまでの時間(Hr.) 試験方法:高温(100℃)で図2のように片面銅ラン
ドスルーホール基板に直径1mmの銅線を55mgのは
んだではんだ付けし、下方に1kgfの荷重を加え破断まで
の時間を測定した。
【0036】測定の結果、常温時の引張り試験(測定
1)においては、実施例1〜実施例8と比較例1〜比較
例3との間に、引張強さ・伸びについての顕著な差は認
められないが、高温(100℃)時の引張り試験(測定
2)においては、実施例1〜実施例8は、比較例1、比
較例2に対し、その引張強度が十分に高いことが認めら
れた(比較例3とほぼ同等)。特に上記実施例1〜実施
例8は、常温時の破断時間測定によるクリープ試験(測
定3)において、比較例1〜比較例3に対し、その破断
時間が2.3倍〜14.6倍にもなり、耐クリープ性が
格段に優れたものであることが認められた。
【0037】更に上記実施例1〜実施例8は、高温時の
抜落ち時間測定試験(測定4)において、比較例1〜比
較例3に対し、その抜落ち時間が1.5倍〜13.6倍
にもなり、高温時のはんだ付け部の接合強度が極めて優
れたものであることが認められた。
【0038】本発明のはんだ合金は、棒、ワイヤ、リボ
ン、プリフォーム、はんだ粉末等の形態で用いることが
でき、又フラックスを含有するものについても、使用可
能である。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、耐熱特性及び耐クリー
プ特性にすぐれ、特に高温時のはんだ付け部の接合強度
及び引張強度にすぐれたはんだ合金を提供することがで
きる。
【0040】そして、本発明のはんだ合金を用いて、精
密電子機器や自動車用電子機器のはんだ付けを行った場
合には、熱疲労によるクラックやはんだ付け剥離が発生
しない、信頼性のあるはんだ付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】常温時の破断時間測定によるクリープ試験に用
いる装置と試験片を示す図。
【図2】高温時の抜落ち時間測定試験に用いる装置を示
す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾本 多佳彦 大阪府堺市築港浜寺西町7番21号 石川 金属株式会社内 (72)発明者 尾崎 仁一 大阪府堺市築港浜寺西町7番21号 石川 金属株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−106591(JP,A) 特開 昭57−98643(JP,A) 特開 昭59−153857(JP,A) 特開 昭64−71593(JP,A) 特開 平3−204194(JP,A) 特開 平3−32487(JP,A) 特開 平3−255637(JP,A) 特開 平7−195189(JP,A) 特開 昭61−273296(JP,A) 特開 平7−32188(JP,A) 特開 昭49−63382(JP,A) 特開 平1−237095(JP,A) 特開 平7−178587(JP,A) 特公 平3−28996(JP,B2) ろう接便覧編集委員会編「ろう接便 覧」(昭42−11−15)、株式会社産報、 第112頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 35/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Sn60〜65重量%、Sb0.1〜
    1.0重量%、Bi0.1〜1.0重量%、Ag1.0
    〜3.0重量%、Ge0.005〜0.05重量%およ
    びPbを含むはんだ合金。
  2. 【請求項2】 Sn60〜65重量%、Sb0.1〜
    1.0重量%、Bi0.1〜1.0重量%、Ag1.0
    〜3.0重量%、Ni0.005〜0.05重量%およ
    びPbを含むはんだ合金。
  3. 【請求項3】 Sn60〜65重量%、Sb0.1〜
    1.0重量%、Bi0.1〜1.0重量%、Cu0.0
    1〜0.1重量%およびPbを含むと共に、Gaおよび
    Pを添加したはんだ合金。
  4. 【請求項4】 Sn60〜65重量%、Sb0.1〜
    1.0重量%、Bi0.1〜1.0重量%、Te0.0
    01〜0.005重量%およびPbを含むはんだ合金。
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US6033488A (en) * 1996-11-05 2000-03-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Solder alloy

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ろう接便覧編集委員会編「ろう接便覧」(昭42−11−15)、株式会社産報、第112頁

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