JP3305596B2 - はんだ合金 - Google Patents
はんだ合金Info
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- solder alloy
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- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ
−Ａｇ系はんだ合金に関する。
−Ａｇ系はんだ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】はんだ接合は、多くの電子部品の性能と
信頼性に対し重要な役目を負っている。現在最も広範囲
に使用されるはんだ合金は、共融６３％Ｓｎ−３７％Ｐ
ｂ合金で、その融点は１８３℃である。以下の説明にお
いて全ての成分％の表示は、重量％を意味するものとす
る。はんだ合金で結合（ボンド）を形成するためには、
融点以上の加熱が必要である。例えば、現在広く用いら
れているＰｂ−Ｓｎはんだ合金を用いて表面はんだを行
うには、リフローオーブンの温度プロファイル中で約２
１０−２２０℃の温度ピークを有し、このはんだ合金を
用いてウェーブはんだをするには、約２４０−２６０℃
の温度が必要である。現在電子部品の製造に際しては、
特に電子部品をパッケージするために、あるいはプリン
ト回路基板を製造するために、より安価なポリマー材料
が使用されている。しかし、このような安価な材料は温
度と湿度に対しより敏感であるために、このような傾向
は製造歩留まりの問題を引き起こしている。例えば、プ
ラスチックパケージされた集積回路は、高温（２００
℃）以上では、湿度に起因して劣化し易い、このような
歩留まりの問題を解決するためにはんだ作業を２００℃
以下で行うことのできる低融点合金が必要とされてい
る。
信頼性に対し重要な役目を負っている。現在最も広範囲
に使用されるはんだ合金は、共融６３％Ｓｎ−３７％Ｐ
ｂ合金で、その融点は１８３℃である。以下の説明にお
いて全ての成分％の表示は、重量％を意味するものとす
る。はんだ合金で結合（ボンド）を形成するためには、
融点以上の加熱が必要である。例えば、現在広く用いら
れているＰｂ−Ｓｎはんだ合金を用いて表面はんだを行
うには、リフローオーブンの温度プロファイル中で約２
１０−２２０℃の温度ピークを有し、このはんだ合金を
用いてウェーブはんだをするには、約２４０−２６０℃
の温度が必要である。現在電子部品の製造に際しては、
特に電子部品をパッケージするために、あるいはプリン
ト回路基板を製造するために、より安価なポリマー材料
が使用されている。しかし、このような安価な材料は温
度と湿度に対しより敏感であるために、このような傾向
は製造歩留まりの問題を引き起こしている。例えば、プ
ラスチックパケージされた集積回路は、高温（２００
℃）以上では、湿度に起因して劣化し易い、このような
歩留まりの問題を解決するためにはんだ作業を２００℃
以下で行うことのできる低融点合金が必要とされてい
る。
【０００３】現在のところ３種類の低融点はんだ合金が
入手可能であるが、それらは必ずしも使用に最適なもの
ではない。これら３種類のはんだ合金としては、例えば
５８％Ｂｉ−４２％Ｓｎと、５２％Ｉｎ−４８％Ｓｎ
と、４３％Ｓｎ−４３％Ｐｂ−１４％Ｂｉがある。前二
者の高Ｂｉ含有合金と高Ｉｎ含有合金に関しては、これ
らのはんだ合金は、業界標準のＳｎ−Ｐｂ合金の鉛成分
を含む最終製品と適合性がないために余り使用されてい
ない。これらのはんだ合金を鉛を含有する最終製品と共
に使用する場合には、これらのはんだ合金は、鉛含有合
金と相互作用して、非常に低い融点の３元相を作りだ
し、はんだ接合部に対し熱疲労抵抗を劣化させる。
入手可能であるが、それらは必ずしも使用に最適なもの
ではない。これら３種類のはんだ合金としては、例えば
５８％Ｂｉ−４２％Ｓｎと、５２％Ｉｎ−４８％Ｓｎ
と、４３％Ｓｎ−４３％Ｐｂ−１４％Ｂｉがある。前二
者の高Ｂｉ含有合金と高Ｉｎ含有合金に関しては、これ
らのはんだ合金は、業界標準のＳｎ−Ｐｂ合金の鉛成分
を含む最終製品と適合性がないために余り使用されてい
ない。これらのはんだ合金を鉛を含有する最終製品と共
に使用する場合には、これらのはんだ合金は、鉛含有合
金と相互作用して、非常に低い融点の３元相を作りだ
し、はんだ接合部に対し熱疲労抵抗を劣化させる。
【０００４】最後の４３％Ｓｎ−４３％Ｐｂ−１４％Ｂ
ｉはんだ合金に関しては、その溶融範囲が極めて広いた
めに業界で頻繁に使用されることはない。（約１３７−
１７０℃で溶融するが、残りの５−１０％の残留固形分
は、約１７８℃で溶融する。）幅広い融点範囲を有する
はんだ合金は、製造時の困難性および信頼性の問題を引
き起こすために好ましくはない。例えば、信頼性のある
はんだ接合部を形成するには、１７８℃以上に加熱し、
１３７℃の固体温度以下に冷却するような合金が必要で
ある。このように幅広い融点範囲を有すると、はんだ付
けされた製品がコンベアベルト上で生産ラインに沿って
移動する前に充分に冷却することができない。さらにま
た幅広い融点範囲を有することによりはんだ合金中の元
素の好ましくない分離を促進し、これにより熱疲労を加
速させる。またコンベアベルトから伝わる振動によりは
んだ接合部に不適切なヒレの形成あるいは分離が引き起
こされこれらは、検査あるいは信頼性の問題から好まし
くない。
ｉはんだ合金に関しては、その溶融範囲が極めて広いた
めに業界で頻繁に使用されることはない。（約１３７−
１７０℃で溶融するが、残りの５−１０％の残留固形分
は、約１７８℃で溶融する。）幅広い融点範囲を有する
はんだ合金は、製造時の困難性および信頼性の問題を引
き起こすために好ましくはない。例えば、信頼性のある
はんだ接合部を形成するには、１７８℃以上に加熱し、
１３７℃の固体温度以下に冷却するような合金が必要で
ある。このように幅広い融点範囲を有すると、はんだ付
けされた製品がコンベアベルト上で生産ラインに沿って
移動する前に充分に冷却することができない。さらにま
た幅広い融点範囲を有することによりはんだ合金中の元
素の好ましくない分離を促進し、これにより熱疲労を加
速させる。またコンベアベルトから伝わる振動によりは
んだ接合部に不適切なヒレの形成あるいは分離が引き起
こされこれらは、検査あるいは信頼性の問題から好まし
くない。
【０００５】以上述べたように、幅広い融点範囲を有す
るはんだ合金でもってはんだ付けされた製品の取扱いに
は、最新の注意が必要である。さらにまた４３Ｓｎ−４
３Ｐｂ−１４Ｂｉの合金の凝固点が１３７℃であるため
に信頼性の問題を引き起こす。例えばある場合には、は
んだ付けされた製品の周囲温度は、１００℃以上になる
こともある。はんだ合金の固相線温度がこのような使用
温度の上限に近づくと熱疲労耐性を劣化させる。このた
めはんだ製品が用いられる周囲温度に幅広い融点範囲が
近づくようなはんだ合金の使用は、はんだ結合部の熱疲
労を加速させることになる。
るはんだ合金でもってはんだ付けされた製品の取扱いに
は、最新の注意が必要である。さらにまた４３Ｓｎ−４
３Ｐｂ−１４Ｂｉの合金の凝固点が１３７℃であるため
に信頼性の問題を引き起こす。例えばある場合には、は
んだ付けされた製品の周囲温度は、１００℃以上になる
こともある。はんだ合金の固相線温度がこのような使用
温度の上限に近づくと熱疲労耐性を劣化させる。このた
めはんだ製品が用いられる周囲温度に幅広い融点範囲が
近づくようなはんだ合金の使用は、はんだ結合部の熱疲
労を加速させることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
はんだ合金は、業界標準のＳｎ−Ｐｂはんだ合金の成分
である鉛を含む最終製品と適合性があり、その融点はＳ
ｎ−Ｐｂはんだ合金の融点よりも１０−２０℃低く、そ
して融点範囲が２０℃以下である特徴を有する。
はんだ合金は、業界標準のＳｎ−Ｐｂはんだ合金の成分
である鉛を含む最終製品と適合性があり、その融点はＳ
ｎ−Ｐｂはんだ合金の融点よりも１０−２０℃低く、そ
して融点範囲が２０℃以下である特徴を有する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のはんだ合金は、
請求項１に記載したとうりである。即ち、Ｓｎを４８−
５２％，Ｐｂを４１−４４％，Ｂｉを７−９％，Ａｇを
０．３−０．９％含有する。そしてその合金の融点が、
１６６−１７２℃の範囲内にある。０．９％以上のＡｇ
の添加するとＡｇを含有する相が生成され、その融点は
１８３℃を超えてしまう。本発明の最適の好ましいはん
だ合金としては、約４９．７５％Ｓｎ＋４１．７５％Ｐ
ｂ＋８％Ｂｉ＋０．５％Ａｇの成分を有する。
請求項１に記載したとうりである。即ち、Ｓｎを４８−
５２％，Ｐｂを４１−４４％，Ｂｉを７−９％，Ａｇを
０．３−０．９％含有する。そしてその合金の融点が、
１６６−１７２℃の範囲内にある。０．９％以上のＡｇ
の添加するとＡｇを含有する相が生成され、その融点は
１８３℃を超えてしまう。本発明の最適の好ましいはん
だ合金としては、約４９．７５％Ｓｎ＋４１．７５％Ｐ
ｂ＋８％Ｂｉ＋０．５％Ａｇの成分を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明のはんだ合金は、Ｓｎ−Ｐ
ｂ−Ｂｉ−Ａｇ系をベースにして、Ｓｎ−Ｐｂ合金の融
点よりも低い融点を有する。本発明の合金は、さらに狭
い融点範囲２０℃以下、さらにその融点範囲は１０℃以
下と狭い。ここで使用される融点範囲とは、はんだ合金
が溶け出す溶融開始点（固相線温度）で合金の９５％が
溶けた状態（液相線温度）の範囲を意味する。本発明に
よるはんだ合金の融点範囲は、１６６−１７５℃の間で
あり、合金の数パーセント（２−３％）は、溶融温度を
数度超える温度まで完全には溶融しない。本発明によれ
ば、残留物は１９０℃以下、好ましくは１８５℃以下、
さらに好ましくは１８３℃以下で溶融する。その結果、
本発明のはんだ合金を用いるはんだプロセスの温度は、
共融Ｓｎ−Ｐｂ合金の処理温度よりも５−２０℃だけ下
がる。１９０℃以上の融点を有する残留固体は、より低
い温度ではんだ付けされた場合には、ヒレ成形と干渉す
る傾向があり、その結果はんだ接合部では、加速された
熱疲労に対して感受性が強くなる。
ｂ−Ｂｉ−Ａｇ系をベースにして、Ｓｎ−Ｐｂ合金の融
点よりも低い融点を有する。本発明の合金は、さらに狭
い融点範囲２０℃以下、さらにその融点範囲は１０℃以
下と狭い。ここで使用される融点範囲とは、はんだ合金
が溶け出す溶融開始点（固相線温度）で合金の９５％が
溶けた状態（液相線温度）の範囲を意味する。本発明に
よるはんだ合金の融点範囲は、１６６−１７５℃の間で
あり、合金の数パーセント（２−３％）は、溶融温度を
数度超える温度まで完全には溶融しない。本発明によれ
ば、残留物は１９０℃以下、好ましくは１８５℃以下、
さらに好ましくは１８３℃以下で溶融する。その結果、
本発明のはんだ合金を用いるはんだプロセスの温度は、
共融Ｓｎ−Ｐｂ合金の処理温度よりも５−２０℃だけ下
がる。１９０℃以上の融点を有する残留固体は、より低
い温度ではんだ付けされた場合には、ヒレ成形と干渉す
る傾向があり、その結果はんだ接合部では、加速された
熱疲労に対して感受性が強くなる。
【０００９】従来技術に係る３元のＳｎ−Ｐｂ−Ｂｉ含
有はんだ合金の好ましい組成範囲は、Ｓｎが４８−５２
％で、好ましくは４９−５１％で、さらに好ましくは５
０％であり、Ｐｂが４１−４４％で、好ましくは４１−
４３％で、さらに好ましくは４１．５−４２．５％でさ
らに理想的には４２％であり、Ｂｉが７−９％で、好ま
しくは７．５−８．５％で、さらに好ましくは８％であ
る。パーセント表示は全て重量パーセント表示である。
このようにして得られた３元のＳｎ−Ｐｂ−Ｂｉはんだ
合金の融点範囲は、１６９−１７５℃である。９％以上
のＢｉの組成パーセントは、このはんだ合金の一部の溶
融点を１３７℃にし、７％の以下のＢｉでは融点を充分
には下げることはできない。５２％以上のＳｎあるい
は、４１％以下のＰｂの組成％（あるいは４８％以下の
Ｓｎあるいは４４％以上のＰｂの組成％）は、このはん
だ合金の一部の融点を１３７℃にし／あるいは残留固体
の融点を１９０℃にする傾向がある。
有はんだ合金の好ましい組成範囲は、Ｓｎが４８−５２
％で、好ましくは４９−５１％で、さらに好ましくは５
０％であり、Ｐｂが４１−４４％で、好ましくは４１−
４３％で、さらに好ましくは４１．５−４２．５％でさ
らに理想的には４２％であり、Ｂｉが７−９％で、好ま
しくは７．５−８．５％で、さらに好ましくは８％であ
る。パーセント表示は全て重量パーセント表示である。
このようにして得られた３元のＳｎ−Ｐｂ−Ｂｉはんだ
合金の融点範囲は、１６９−１７５℃である。９％以上
のＢｉの組成パーセントは、このはんだ合金の一部の溶
融点を１３７℃にし、７％の以下のＢｉでは融点を充分
には下げることはできない。５２％以上のＳｎあるい
は、４１％以下のＰｂの組成％（あるいは４８％以下の
Ｓｎあるいは４４％以上のＰｂの組成％）は、このはん
だ合金の一部の融点を１３７℃にし／あるいは残留固体
の融点を１９０℃にする傾向がある。
【００１０】０．９％以下のＡｇ、好ましくは０．２−
０．９％のＡｇ、さらに好ましくは０．３−０．８％の
Ａｇ、さらにまた好ましくは０．５％のＡｇを添加する
ことにより、固相線温度と液相線温度を対応する３元の
Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉはんだ合金のそれよりも効果的に下げ
ることが見いだされた。特に０．２％以上で０．９％以
下のＡｇは、本発明の範囲内に入るが、その固相線温度
と液相線温度をそれぞれ１６６℃と１７３℃にすること
が見いだされた。０．９％の以上のＡｇの組成パーセン
トでは、好ましくない溶融組成相を示し、そして融点は
２００℃以上であった。通常、Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｎ
ｉ，Ｐｄ，Ｓｂ，Ｚｎのような元素が０．５％以下、好
ましくは０．２−０．５％以上存在しても余り悪い影響
はない。さらにまたＰ，Ｓｅ，Ｔｅが０．５％以下存在
しても問題はない。これらの元素の全体量は、０．５％
以下、好ましくは０．２−０．５％の間がよい。
０．９％のＡｇ、さらに好ましくは０．３−０．８％の
Ａｇ、さらにまた好ましくは０．５％のＡｇを添加する
ことにより、固相線温度と液相線温度を対応する３元の
Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉはんだ合金のそれよりも効果的に下げ
ることが見いだされた。特に０．２％以上で０．９％以
下のＡｇは、本発明の範囲内に入るが、その固相線温度
と液相線温度をそれぞれ１６６℃と１７３℃にすること
が見いだされた。０．９％の以上のＡｇの組成パーセン
トでは、好ましくない溶融組成相を示し、そして融点は
２００℃以上であった。通常、Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｎ
ｉ，Ｐｄ，Ｓｂ，Ｚｎのような元素が０．５％以下、好
ましくは０．２−０．５％以上存在しても余り悪い影響
はない。さらにまたＰ，Ｓｅ，Ｔｅが０．５％以下存在
しても問題はない。これらの元素の全体量は、０．５％
以下、好ましくは０．２−０．５％の間がよい。
【００１１】本発明のはんだ合金は、様々の公知の方
法、例えば元素の混合物を溶融するかあるいは部分的に
合金化した金属を溶融することにより得ることができ
る。これらのはんだ合金は、機械的に合金化することに
より、あるいは電気化学的プロセス（例えば、電気メッ
キ，無電界メッキ，電気泳動法）によりフィルム上に堆
積することにより用意できる。同時にまた化学的プロセ
ス、例えばＣＶＤあるいはＰＶＤあるいは蒸着あるいは
スパッタリング等も有効である。
法、例えば元素の混合物を溶融するかあるいは部分的に
合金化した金属を溶融することにより得ることができ
る。これらのはんだ合金は、機械的に合金化することに
より、あるいは電気化学的プロセス（例えば、電気メッ
キ，無電界メッキ，電気泳動法）によりフィルム上に堆
積することにより用意できる。同時にまた化学的プロセ
ス、例えばＣＶＤあるいはＰＶＤあるいは蒸着あるいは
スパッタリング等も有効である。
【００１２】本発明によるはんだ合金は、適当な技法に
よりワイヤ，リボン，棒，プリフォーム，合金粉末を含
有するはんだペースト（クリーム），適当なフラックス
材料あるいは他の化学構成体の形態で製品に変換でき
る。本発明のはんだ合金は、例えばスルーホールあるい
は従来の技法（例えば、ウェーブはんだ，ディップはん
だ，レーザはんだ，はんだペーストのリフローはんだ，
堆積およびパターン化されたはんだ相，プリフォームの
溶融）によって表面に搭載した回路ボードの製造に用い
ることができる。さらにまた本発明のはんだ合金は、２
つのボディ（レーザチップをサブマウントあるいは他の
アプリケーションにはんだ接合する）を機械的に接合す
る際に用いられ、このような場合においては低温はんだ
が必要でありあるいは好ましい。
よりワイヤ，リボン，棒，プリフォーム，合金粉末を含
有するはんだペースト（クリーム），適当なフラックス
材料あるいは他の化学構成体の形態で製品に変換でき
る。本発明のはんだ合金は、例えばスルーホールあるい
は従来の技法（例えば、ウェーブはんだ，ディップはん
だ，レーザはんだ，はんだペーストのリフローはんだ，
堆積およびパターン化されたはんだ相，プリフォームの
溶融）によって表面に搭載した回路ボードの製造に用い
ることができる。さらにまた本発明のはんだ合金は、２
つのボディ（レーザチップをサブマウントあるいは他の
アプリケーションにはんだ接合する）を機械的に接合す
る際に用いられ、このような場合においては低温はんだ
が必要でありあるいは好ましい。
【００１３】本発明は電子部品を比較的低温、例えば従
来のＰｂ−Ｓｎプロセスよりも５−２０℃低い温度で電
気的に相互接続することができる。例えば、リードを有
する抵抗，キャパシタ，トランジスタ，集積回路あるい
は他の電子素子等の第１素子を第２素子（プリント回路
基板）のはんだで濡れることができるボンディングパッ
ドに接合することができる。第１素子のリードは、導電
性金属例えば銅，銀，ニッケル，金，アルミから形成さ
れたワイヤリードあるいは素子の底部に配置された導電
性相のような他のリードである。はんだで濡れることが
可能なボンディングパッド（第２素子のリード）は、は
んだのパッドはＣｕの相、通常Ｓｎを含有したはんだ合
金で塗布されたＣｕ相，Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｕ相，Ｃｕ−Ｎ
ｉ−Ｐｄ相である。さらにＣｕのボンディングパッド
は、例えば、イミダゾールあるいはベンゾトリアゾール
のような有機系保護材でコーティングしてもよい。
来のＰｂ−Ｓｎプロセスよりも５−２０℃低い温度で電
気的に相互接続することができる。例えば、リードを有
する抵抗，キャパシタ，トランジスタ，集積回路あるい
は他の電子素子等の第１素子を第２素子（プリント回路
基板）のはんだで濡れることができるボンディングパッ
ドに接合することができる。第１素子のリードは、導電
性金属例えば銅，銀，ニッケル，金，アルミから形成さ
れたワイヤリードあるいは素子の底部に配置された導電
性相のような他のリードである。はんだで濡れることが
可能なボンディングパッド（第２素子のリード）は、は
んだのパッドはＣｕの相、通常Ｓｎを含有したはんだ合
金で塗布されたＣｕ相，Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｕ相，Ｃｕ−Ｎ
ｉ−Ｐｄ相である。さらにＣｕのボンディングパッド
は、例えば、イミダゾールあるいはベンゾトリアゾール
のような有機系保護材でコーティングしてもよい。
【００１４】
【実施例】実施例１〜６は従来の３元はんだ合金に関す
る実験例、実施例７は本発明の４元はんだ合金の実験
例、実施例８は従来の２元はんだ合金と本願発明の４元
はんだ合金との性能比較例である。 実施例１ ４３％Ｓｎ＋４３％Ｐｂ＋１４％Ｂｉを含有するＳｎ−
Ｐｂ−Ｂｉはんだ合金を高純度のＳｎ，Ｐｂ，Ｂｉ元素
から用意した。これらの合金は、アルゴン雰囲気下で内
径が１４ｍｍのシールした水晶性容器内に入れて、８０
０℃で約１時間保持して溶融し、その後室温で固化し
た。この溶融状態の合金は、組成を均一にするために、
この温度で繰り返し撹拌した。図１は、５℃／分の走査
レートで加熱した際の合金の差分走査熱量計プロファイ
ルを示す。このプロファイルは、熱抽出の少なくとも２
つの別個の領域が存在することを示している。これらの
領域は、異なる溶融組成相即ち合金のそれぞれの部分が
溶融する明らかに別個の温度を示している。低い温度領
域では、合金の大部分（３０％）が１３７℃で急速に融
解し、これは従来の５８Ｂｉ−４２Ｓｎ共融合金の融点
とほぼ同じである。残りの合金の大部分は、温度が１６
５℃になるまで固体状態を維持する、これは第２の熱抽
出のプレメルティング（固体状態拡散）における不連続
なスロープの変化により分かる。この１６５℃という温
度は、合金の残りの部分の第２の固相線温度である。合
金の大部分は、最終的に１７０℃で溶融する。５−１０
％の残留部分は、１７８℃まで完全には融解しない。
る実験例、実施例７は本発明の４元はんだ合金の実験
例、実施例８は従来の２元はんだ合金と本願発明の４元
はんだ合金との性能比較例である。 実施例１ ４３％Ｓｎ＋４３％Ｐｂ＋１４％Ｂｉを含有するＳｎ−
Ｐｂ−Ｂｉはんだ合金を高純度のＳｎ，Ｐｂ，Ｂｉ元素
から用意した。これらの合金は、アルゴン雰囲気下で内
径が１４ｍｍのシールした水晶性容器内に入れて、８０
０℃で約１時間保持して溶融し、その後室温で固化し
た。この溶融状態の合金は、組成を均一にするために、
この温度で繰り返し撹拌した。図１は、５℃／分の走査
レートで加熱した際の合金の差分走査熱量計プロファイ
ルを示す。このプロファイルは、熱抽出の少なくとも２
つの別個の領域が存在することを示している。これらの
領域は、異なる溶融組成相即ち合金のそれぞれの部分が
溶融する明らかに別個の温度を示している。低い温度領
域では、合金の大部分（３０％）が１３７℃で急速に融
解し、これは従来の５８Ｂｉ−４２Ｓｎ共融合金の融点
とほぼ同じである。残りの合金の大部分は、温度が１６
５℃になるまで固体状態を維持する、これは第２の熱抽
出のプレメルティング（固体状態拡散）における不連続
なスロープの変化により分かる。この１６５℃という温
度は、合金の残りの部分の第２の固相線温度である。合
金の大部分は、最終的に１７０℃で溶融する。５−１０
％の残留部分は、１７８℃まで完全には融解しない。
【００１５】実施例２ ５２％Ｓｎ＋４０％Ｐｂ＋８％Ｂｉからなる合金を実施
例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでもって
加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイルを
図２に示す。この５２％Ｓｎ−４０％Ｐｂ−８％Ｂｉの
はんだ合金は、熱抽出の少なくとも２つの別個の領域を
示し、その１つは１３７℃で他の領域は、それぞれ１７
２℃と１７６℃の固相線温度と液相線温度とを有する。
１３７℃の領域は、合金の約０．０５％がこの１３７℃
で溶融することを示している。たとえこの小量のもので
もはんだ合金の機械的特性に悪影響を及ぼす、その理由
は、合金の一部は合金の粒界で固体化し、熱疲労を加速
させる。残りの５−７％の残留部分が１８４℃で融解す
る。
例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでもって
加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイルを
図２に示す。この５２％Ｓｎ−４０％Ｐｂ−８％Ｂｉの
はんだ合金は、熱抽出の少なくとも２つの別個の領域を
示し、その１つは１３７℃で他の領域は、それぞれ１７
２℃と１７６℃の固相線温度と液相線温度とを有する。
１３７℃の領域は、合金の約０．０５％がこの１３７℃
で溶融することを示している。たとえこの小量のもので
もはんだ合金の機械的特性に悪影響を及ぼす、その理由
は、合金の一部は合金の粒界で固体化し、熱疲労を加速
させる。残りの５−７％の残留部分が１８４℃で融解す
る。
【００１６】実施例３ ５０％Ｓｎ＋４０％Ｐｂ＋１０％Ｂｉからなる合金を実
施例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでもっ
て加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイル
を図３に示す。実施例２と同様に合金の一部が１３７℃
で融解し、残りの大部分は、１６８℃と１７３℃の間で
融解し、５％の残留部分は、１８７℃で融解する。
施例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでもっ
て加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイル
を図３に示す。実施例２と同様に合金の一部が１３７℃
で融解し、残りの大部分は、１６８℃と１７３℃の間で
融解し、５％の残留部分は、１８７℃で融解する。
【００１７】実施例４ ５１．５％Ｓｎ＋４０％Ｐｂ＋９％Ｂｉからなる合金を
実施例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでも
って加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイ
ルを図４に示す。このプロファイルに示すような固相線
温度と液相線温度は、それぞれ１６８℃と１７４℃であ
る。２−３％の残りの部分は１８３℃で完全に溶ける。
Ｓｎの量を５２％以下に減少し、Ｂｉを９％以下に保つ
ことにより、１３７℃で発生する融解相はなくなり、こ
れにより融点が下がり融点範囲が６℃と狭くなる。
実施例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでも
って加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイ
ルを図４に示す。このプロファイルに示すような固相線
温度と液相線温度は、それぞれ１６８℃と１７４℃であ
る。２−３％の残りの部分は１８３℃で完全に溶ける。
Ｓｎの量を５２％以下に減少し、Ｂｉを９％以下に保つ
ことにより、１３７℃で発生する融解相はなくなり、こ
れにより融点が下がり融点範囲が６℃と狭くなる。
【００１８】実施例５ ４８％Ｓｎ＋４４％Ｐｂ＋８％Ｂｉからなる合金を実施
例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでもって
加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイルを
図５に示す。この合金は実施例４の合金と類似の溶融特
性を有するが、ただし、約７％の残留合金が１９１℃で
溶ける。前述したように１９０℃を超えて発生する融解
相（melting phases）は、はんだ温度を有効に減少させ
ることはない。
例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでもって
加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイルを
図５に示す。この合金は実施例４の合金と類似の溶融特
性を有するが、ただし、約７％の残留合金が１９１℃で
溶ける。前述したように１９０℃を超えて発生する融解
相（melting phases）は、はんだ温度を有効に減少させ
ることはない。
【００１９】実施例６ ４９％Ｓｎ＋４３％Ｐｂ＋８．０％Ｂｉからなる合金を
実施例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでも
って加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイ
ルを図６に示す。このプロファイルはＳｎの量を４８％
以上に増加することにより、残留合金の融点は１９１℃
から１８５℃に下がり、これによりはんだ温度を低下さ
せることができる。
実施例１と同様に用意した。５℃／分の走査レートでも
って加熱した際のこの合金の差分走査熱量計プロファイ
ルを図６に示す。このプロファイルはＳｎの量を４８％
以上に増加することにより、残留合金の融点は１９１℃
から１８５℃に下がり、これによりはんだ温度を低下さ
せることができる。
【００２０】実施例７ ４９．７５％Ｓｎ＋４１．７５％Ｐｂ＋８％Ｂｉ＋０．
５％Ａｇからなる合金を実施例１と同様に用意した。５
℃／分の走査レートでもって加熱した際のこの合金の差
分走査熱量計プロファイルを図７に示す。このプロファ
イルから４９．７５５％Ｓｎ−４１．７５％Ｐｂ−８％
Ｂｉ−０．５％Ａｇの合金の大部分の固相線温度は１６
６℃で、液相線温度は１７２℃である。２−３％以下の
残りの部分は、１７９℃で溶ける。０．９％以下だけ銀
を添加することにより合金の融点範囲を数℃下げること
ができる。しかし０．２％以下の銀では、合金の融点範
囲を余り下げることができない。このことは、図８の５
０．８％Ｓｎ−４１％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．２５％Ａｇ
合金の差分走査熱量計プロファイルから分かる。０．９
％以上の銀の添加は、１３７℃における低温の融点相
（melting phases）を引き起こす。図９Ａの５１％Ｓｎ
−４１％Ｐｂ−８％Ｂｉ−１％Ａｇ合金の差分走査熱量
計プロファイルから分かることである。同様に図９Ｂ
は、図９Ａの関連部分の拡大図であるが、これは０．９
％以上の銀の添加は、約２２０℃の融点を有する相を形
成することを示している。
５％Ａｇからなる合金を実施例１と同様に用意した。５
℃／分の走査レートでもって加熱した際のこの合金の差
分走査熱量計プロファイルを図７に示す。このプロファ
イルから４９．７５５％Ｓｎ−４１．７５％Ｐｂ−８％
Ｂｉ−０．５％Ａｇの合金の大部分の固相線温度は１６
６℃で、液相線温度は１７２℃である。２−３％以下の
残りの部分は、１７９℃で溶ける。０．９％以下だけ銀
を添加することにより合金の融点範囲を数℃下げること
ができる。しかし０．２％以下の銀では、合金の融点範
囲を余り下げることができない。このことは、図８の５
０．８％Ｓｎ−４１％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．２５％Ａｇ
合金の差分走査熱量計プロファイルから分かる。０．９
％以上の銀の添加は、１３７℃における低温の融点相
（melting phases）を引き起こす。図９Ａの５１％Ｓｎ
−４１％Ｐｂ−８％Ｂｉ−１％Ａｇ合金の差分走査熱量
計プロファイルから分かることである。同様に図９Ｂ
は、図９Ａの関連部分の拡大図であるが、これは０．９
％以上の銀の添加は、約２２０℃の融点を有する相を形
成することを示している。
【００２１】実施例８ 従来の６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂの共融合金と、本発明の
４９．７５％Ｓｎ−４１．７５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．
５％Ａｇのはんだ合金のリフロー特性の比較テストを行
った。各組成のはんだペーストを従来の一般的な無洗浄
緩活性ロジン使用の技術から形成した。この従来の６３
％Ｓｎ−３７％Ｐｂと本発明の４９．７５％Ｓｎ−４
１．７５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．５％Ａｇのペーストを
同一のフラックスビークルを用いて濡れ性のないＡｌ２
Ｏ３製基板上にプリントした。この基板上のペーストの
パターンは、０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の直径で
０．１０インチ（２．５４ｍｍ）の高さのディスクであ
る。これらのサンプルを窒素の対流リフローオーブンの
中で上部を上にして加熱し、そして温度を構成した熱伝
対でもって監視した。これらのテストサンプルの熱プロ
ファイルを図１０に示す。この熱プロファイルは、この
実験におけるピークの上部と側面の温度は、１７９℃を
示しており、これは従来の６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂのは
んだ合金のそれよりも低い。図１１Ａは、冷却後の従来
技術による６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂのはんだ合金の写真
であり、Ｂは、本発明の４９．７５％Ｓｎ−４１．７５
％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．５％Ａｇのはんだ合金の写真で
ある。同図から分かるように、本発明の４９．７５％Ｓ
ｎ−４１．７５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．５％Ａｇの合金
は、優れたペーストのリフローを示しはんだ球が存在し
ないが、一方従来の６３Ｓｎ−３７Ｐｂのはんだ合金
は、このようなリフロー特性を全く示さないことが分か
った。
４９．７５％Ｓｎ−４１．７５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．
５％Ａｇのはんだ合金のリフロー特性の比較テストを行
った。各組成のはんだペーストを従来の一般的な無洗浄
緩活性ロジン使用の技術から形成した。この従来の６３
％Ｓｎ−３７％Ｐｂと本発明の４９．７５％Ｓｎ−４
１．７５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．５％Ａｇのペーストを
同一のフラックスビークルを用いて濡れ性のないＡｌ２
Ｏ３製基板上にプリントした。この基板上のペーストの
パターンは、０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の直径で
０．１０インチ（２．５４ｍｍ）の高さのディスクであ
る。これらのサンプルを窒素の対流リフローオーブンの
中で上部を上にして加熱し、そして温度を構成した熱伝
対でもって監視した。これらのテストサンプルの熱プロ
ファイルを図１０に示す。この熱プロファイルは、この
実験におけるピークの上部と側面の温度は、１７９℃を
示しており、これは従来の６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂのは
んだ合金のそれよりも低い。図１１Ａは、冷却後の従来
技術による６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂのはんだ合金の写真
であり、Ｂは、本発明の４９．７５％Ｓｎ−４１．７５
％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．５％Ａｇのはんだ合金の写真で
ある。同図から分かるように、本発明の４９．７５％Ｓ
ｎ−４１．７５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．５％Ａｇの合金
は、優れたペーストのリフローを示しはんだ球が存在し
ないが、一方従来の６３Ｓｎ−３７Ｐｂのはんだ合金
は、このようなリフロー特性を全く示さないことが分か
った。
【００２２】
【図１】４３％Ｓｎ−４３％Ｐｂ−１４％Ｂｉのはんだ
合金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表
す図
合金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表
す図
【図２】５２％Ｓｎ−４０％Ｐｂ−８％Ｂｉのはんだ合
金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表す
図
金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表す
図
【図３】５０％Ｓｎ−４０％Ｐｂ−１０％Ｂｉのはんだ
合金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表
す図
合金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表
す図
【図４】５１．５％Ｓｎ−４０％Ｐｂ−９％Ｂｉのはん
だ合金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを
表す図
だ合金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを
表す図
【図５】４８％Ｓｎ−４４％Ｐｂ−８％Ｂｉのはんだ合
金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表す
図
金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表す
図
【図６】４９％Ｓｎ−４３％Ｐｂ−８％Ｂｉのはんだ合
金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表す
図
金の溶融状態を示す差分走査熱量計プロファイルを表す
図
【図７】４９．７５％Ｓｎ−４１．７５％Ｐｂ−８％Ｂ
ｉ−０．５％Ａｇのはんだ合金の溶融状態を示す差分走
査熱量計プロファイルを表す図
ｉ−０．５％Ａｇのはんだ合金の溶融状態を示す差分走
査熱量計プロファイルを表す図
【図８】５０．７５％Ｓｎ−４１％Ｐｂ−８％Ｂｉ−
０．２％Ａｇのはんだ合金の溶融状態を示す差分走査熱
量計プロファイルを表す図
０．２％Ａｇのはんだ合金の溶融状態を示す差分走査熱
量計プロファイルを表す図
【図９】５０．５％Ｓｎ−４０．５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−
１％Ａｇのはんだ合金の溶融状態を示す差分走査熱量計
プロファイル表す図、ＢはＡの部分拡大図
１％Ａｇのはんだ合金の溶融状態を示す差分走査熱量計
プロファイル表す図、ＢはＡの部分拡大図
【図１０】本発明のサンプル５９．７５％Ｓｎ−４１．
７５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．５％Ａｇのはんだ合金と、
従来の共融６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂのはんだ合金をテス
トする際に用いられた窒素対流リフローオーブンの温度
プロファイルを表す図
７５％Ｐｂ−８％Ｂｉ−０．５％Ａｇのはんだ合金と、
従来の共融６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂのはんだ合金をテス
トする際に用いられた窒素対流リフローオーブンの温度
プロファイルを表す図
【図１１】Ａは図１０の温度プロファイルに従って加熱
された本発明の５９．７５％Ｓｎ−４１．７５％Ｐｂ−
８％Ｂｉ−０．５％Ａｇのはんだ合金のリフロー特性を
表す図、Ｂは図１０の温度プロファイルに従って加熱さ
れた従来の共融６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂのはんだ合金の
リフローを表す図
された本発明の５９．７５％Ｓｎ−４１．７５％Ｐｂ−
８％Ｂｉ−０．５％Ａｇのはんだ合金のリフロー特性を
表す図、Ｂは図１０の温度プロファイルに従って加熱さ
れた従来の共融６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂのはんだ合金の
リフローを表す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊ ｅｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (56)参考文献 特開 昭62−72496（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−128192（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−269984（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−178587（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−36446（ＪＰ，Ｂ１) 欧州特許出願公開307638（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 35/26 C22C 13/00,30/06
Claims (5)
- 【請求項１】 ４８−５２％のＳｎ、４１−４４％のＰ
ｂ、７−９％のＢｉ、０．３−０．９％のＡｇからなる
はんだ合金において、 前記はんだ合金の融点が、１６６−１７２℃の範囲内に
あることを特徴とするはんだ合金。 - 【請求項２】 Ｓｎの組成％は４９−５１％，Ｐｂの組
成％は４１．５−４２．５％であることを特徴とする請
求項１のはんだ合金。 - 【請求項３】 Ｂｉの組成％は７．５−８．５％である
ことを特徴とする請求項２のはんだ合金。 - 【請求項４】 ４９．７５％のＳｎと、４１．７５％の
Ｐｂと、８％のＢｉと、０．５％のＡｇからなることを
特徴とする請求項２のはんだ合金。 - 【請求項５】 Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ａｇという基礎と
なる元素に加えて、さらに、Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｎｉ，
Ｐｄ，Ｓｂ，Ｚｎから選択された少なくとも１つの添加
元素からなり、その添加元素の総量が０．２−５％であ
る、ことを特徴とする請求項１のはんだ合金。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US55014595A | 1995-10-30 | 1995-10-30 | |
| US550145 | 1995-10-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09122968A JPH09122968A (ja) | 1997-05-13 |
| JP3305596B2 true JP3305596B2 (ja) | 2002-07-22 |
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ID=24195933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27926196A Expired - Fee Related JP3305596B2 (ja) | 1995-10-30 | 1996-10-22 | はんだ合金 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP3305596B2 (ja) |
| DE (1) | DE69612258T2 (ja) |
| MX (1) | MX9605015A (ja) |
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| US20050199323A1 (en) | 2004-03-15 | 2005-09-15 | Nielson Daniel B. | Reactive material enhanced munition compositions and projectiles containing same |
| US7977420B2 (en) | 2000-02-23 | 2011-07-12 | Alliant Techsystems Inc. | Reactive material compositions, shot shells including reactive materials, and a method of producing same |
| FR2867469A1 (fr) | 2004-03-15 | 2005-09-16 | Alliant Techsystems Inc | Compositions reactives contenant un metal, et leur procede de production |
| EP2116807A2 (en) | 2005-10-04 | 2009-11-11 | Alliant Techsystems Inc. | Reactive Material Enhanced Projectiles And Related Methods |
| CN105870238B (zh) * | 2015-01-23 | 2018-05-08 | 比亚迪股份有限公司 | 一种光伏焊带和一种光伏组件 |
| CN105127611A (zh) * | 2015-09-28 | 2015-12-09 | 苏州龙腾万里化工科技有限公司 | 一种低温锡膏 |
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|---|---|---|---|---|
| FR939104A (fr) * | 1944-03-11 | 1948-11-04 | Philips Nv | Soudure douce |
| FR2496525A1 (fr) * | 1980-12-18 | 1982-06-25 | Alliages Etain Derives | Procede d'elaboration de soudure mate, notamment destinee a l'electronique ainsi que soudure obtenue par la mise en oeuvre de ce procede |
| DE3730764C1 (de) * | 1987-09-12 | 1988-07-14 | Demetron | Verwendung von Legierungen aus Zinn und/oder Blei als Weichlote zum Aufbringen von Halbleitern auf metallische Traeger |
| SU1500455A1 (ru) * | 1987-11-24 | 1989-08-15 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Припой дл низкотемпературной пайки |
| JPH0636446A (ja) * | 1992-07-20 | 1994-02-10 | Csk Corp | プリペイドカード検査装置及び検査方式 |
| JPH07336043A (ja) * | 1994-04-15 | 1995-12-22 | Hitachi Ltd | はんだ、はんだ接続方法および電子部品の実装構造体 |
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1996
- 1996-10-22 MX MX9605015A patent/MX9605015A/es unknown
- 1996-10-22 DE DE1996612258 patent/DE69612258T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-10-22 EP EP19960307637 patent/EP0770449B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-10-22 JP JP27926196A patent/JP3305596B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| EP0770449A1 (en) | 1997-05-02 |
| MX9605015A (es) | 1997-04-30 |
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