JP3328210B2

JP3328210B2 - 電子部品実装品の製造方法

Info

Publication number: JP3328210B2
Application number: JP00488399A
Authority: JP
Inventors: 眞▲覩▼ 横沢; 和廣青井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2002-09-24
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: JP2000208934A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉛による環境負荷
を低減した電子部品実装品の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子部品をプリント配線基板に実
装するための接合用はんだとしては、鉛（Ｐｂ）と錫
（Ｓｎ）との合金が広く用いられてきた。また、実装を
容易にするために、電子部品の電極端子には、はんだと
同じ成分、すなわちＰｂとＳｎとからなる金属皮膜がメ
ッキなどにより形成されていた。

【０００３】近年、Ｐｂの有する毒性やＰｂ使用品のリ
サイクルの困難さに鑑みて、Ｐｂを使用しない電子機器
製品の開発が進められている（例えば、実装エレクトロ
ニクス学会誌，vol.1 pp275〜277(1998)）。電子部品を
接合するためのはんだとしても、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−
Ａｇ糸、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系など各種の鉛フリ
ーはんだが提案されている。

【０００４】例えば、特開平８−３２３４９５号公報に
は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系の鉛フリーはんだが開示
されている。同公報には、例えば、Ｓｎメッキを施した
電子部品のリードを、Ｓｎ−５Ｚｎ−１０Ｂｉ−５Ｉｎ
はんだ（各元素記号の数値は重量％、ただし、Ｓｎは残
部を占める。以下同様）を用いて基板にリフロー実装し
た例が開示されている。この例では、フィレット部の形
成が良好ではなかったことが報告されている。また、は
んだ箔を用いた実装例であるが、Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕなど
のメタライズを施した基板上に、Ｓｎ−８Ｚｎ−４Ｂｉ
−１０Ｉｎ−１Ａｇはんだ箔を用いてパワーモジュール
を実装した例が開示されている。

【０００５】一方、特開平１０−１３０１５号公報に
は、鉛を含むはんだ実装品から鉛を回収する方法が開示
されている。この方法は、はんだ実装品をウェーブソル
ダリング装置内の鉛フリーはんだに浸漬して鉛を回収す
るものである。鉛を回収するために使用される鉛フリー
はんだとしては、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ系、
Ｓｎ−Ｂｉ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系が挙げられており、
具体的には、Ｓｎ−５８Ｂｉ共晶はんだ、Ｓｎ−１５Ｂ
ｉ、Ｓｎ−５Ｂｉ、Ｓｎ−１０Ｂｉ−３Ａｇはんだなど
を、基板の耐熱性などに応じて使い分けることが開示さ
れている。このように、鉛フリーはんだを用いて鉛を回
収する検討もなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】鉛フリーはんだは、環
境負荷を低減させる上では好ましい材料であるが、はん
だぬれ性、フィレット形状、接合強度など接合特性の面
では、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだに劣っている。これらの接合
特性は、実用上極めて重要であるが、鉛フリーはんだが
上記のように各種存在することもあり、特に、鉛フリー
はんだと電子部品の端子に形成される金属皮膜との組み
合わせについては未だ十分に検討されていない。

【０００７】そこで、本発明は、環境負荷の低減に好ま
しいはんだと、電子部品の端子に形成される金属皮膜と
の好ましい組み合わせにより、優れた接合特性を発揮す
る電子部品実装品の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべ
く、本発明の電子部品実装品の製造方法は、１〜５重量
％のビスマスと、０〜５重量％の金、銀、銅、パラジウ
ム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオ
スミウムから選ばれる少なくとも１種の金属とを含み、
残部が実質的に錫からなる組成を有する金属皮膜を形成
した電子部品の端子を、１〜３重量％のビスマスと、０
〜５重量％の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウ
ム、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムから選ば
れる少なくとも１種の金属とを含み、残部が実質的に錫
からなり、鉛が２重量％未満である組成を有するはんだ
を用いて基板に接合することを特徴とする。

【０００９】本発明の製造方法によれば、はんだと金属
皮膜との良好な組み合わせにより、はんだぬれ性、フィ
レット形状、接合強度などにおいて優れた特性を発揮す
る電子部品実装品を提供できる。

【００１０】本発明の電子部品実装品の製造方法におい
ては、金属皮膜およびはんだの少なくとも一方が、１〜
５重量％の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、
イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムから選ばれる
少なくとも１種の金属を含むことが好ましい。また、金
属皮膜が、１〜３重量％のビスマスを含むことが好まし
い。さらに、金属皮膜およびはんだが、実質的に鉛を含
まないことが好ましい。

【００１１】また、上記電子部品実装用はんだは、１〜
３重量％のビスマスと、１〜５重量％の金、銀、銅、パ
ラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウムお
よびオスミウムから選ばれる少なくとも１種の金属と、
残部が実質的に錫からなり、鉛が２重量％未満であって
もよい。

【００１２】上記電子部品実装用はんだは、本発明の上
記実装品の製造方法を提供するために特に好適な組成を
有する。

【００１３】上記はんだは、実質的に鉛を含まないこと
が好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について説明する。なお、以下の説明において、組成表
示に用いる％表示はすべて重量％である。

【００１５】まず、はんだおよび金属皮膜について説明
する。はんだは、Ｓｎを主成分とし、さらにＢｉを必須
成分として含んでいる。Ｂｉの含有量は、１〜３％であ
る。Ｂｉを添加することにより、はんだの融点が低下
し、低温域での接着が可能となる。また、はんだのぬれ
性、および環境の温度変化に対する信頼性（以下、単に
「信頼性」という）が向上する。さらに、フィレット形
状も改善される。一方、Ｂｉの含有量が３％を超える
と、信頼性や接合強度が低下する場合がある。

【００１６】さらに、上記はんだには、金（Ａｕ）、銀
（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐ
ｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニ
ウム（Ｒｕ）およびオスミウム（Ｏｓ）から選ばれる少
なくとも１種の金属が０〜５％、好ましくは１〜５％の
範囲で添加される。これらの金属を添加することによ
り、はんだ粒子を小さくすることができる。また、フィ
レット形状なども改善される。一方、これらの金属の含
有量が５％を超えると、融点が高くなるために実装温度
を高くする必要が生じる。また、特に貴金属を５％以上
用いると材料費が高額となる。

【００１７】なお、上記金属の中では、Ａｕ，Ａｇ，Ｃ
ｕ，ＰｄおよびＰｔが好ましく、Ａｇ、Ｃｕがさらに好
ましい。

【００１８】このはんだは、基本的には、Ｐｂを含まな
いように調製されるが、微量の不純物としてＰｂが含有
されることもある。また、フロー実装の場合には、Ｐｂ
を含有する端子から、Ｐｂがはんだに流入するおそれも
ある。

【００１９】Ｐｂは、ＳｎおよびＢｉと、Ｐｂ：２〜６
％、Ｂｉ：４〜６％、Ｓｎ：残部の組成範囲において、
低融点物質（固相線：９８℃）を形成する。この低融点
物質が存在すると、接合の信頼性が低下する。したがっ
て、Ｐｂは、はんだに含有されないことが好ましいが、
混入したとしても、２％未満となるように管理すること
が好ましい。

【００２０】電子部品の端子には、はんだと同様、Ｓｎ
を主成分とする金属皮膜が予め形成される。この金属皮
膜は、Ｂｉを必須成分として含んでいる。Ｂｉの含有量
は、１〜５％、好ましくは１〜３％である。Ｂｉを添加
することにより、はんだ付け性が改善され、ウイスカー
の発生も抑制される。一方、Ｂｉの含有量が５％を超え
ると、特にフロー実装の際にはんだ中に流出して信頼性
や接合強度を低下させるおそれがある。

【００２１】さらに、金属皮膜には、はんだと同様、金
（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐ
ｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム
（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびオスミウム（Ｏ
ｓ）から選ばれる少なくとも１種の金属が０〜５％、好
ましくは１〜５％の範囲で添加される。これらの金属を
添加することにより、はんだ付け性などが改善される。
一方、これらの金属の含有量が５％を超えると、材料費
が高額となる。

【００２２】このように、はんだのみならず金属皮膜に
もＢｉなどを添加することにより、はんだと端子の金属
皮膜とは、ともにＳｎを主成分とし、少なくともＢｉを
含む組成を有することになる。はんだと金属皮膜とを同
種の成分とすると、電子部品と基板との接合時における
成分移動が少なくなるために、短時間で接合させること
ができる。また、接合部の表面の均一性も向上する。

【００２３】以下、本発明の電子部品実装品の例を図面
を用いて説明する。図１は、フロー実装により電子部品
を実装した例であり、図２は、リフロー実装による例で
ある。いずれの場合も、電子部品５，７は、その端子
６，８に形成された金属皮膜２に接着したはんだ１によ
り、プリント配線基板３の銅箔（ランド）部４上に接合
されている。

【００２４】このように、本発明における電子部品の実
装には、フロー実装、リフロー実装のいずれを用いても
構わない。フロー実装、リフロー実装の条件にも特に制
限はないが、実装の条件は、例えば、フロー実装ではロ
ジン系のフラックスを用い、ピーク温度２５０〜２７０
℃で５〜１０秒間処理、リフロー実装ではＭＡタイプの
フラックスを用い、ピーク温度２３０〜２５０℃、保持
時間１０〜２０秒間とすればよい。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は以下の実施例により制限されるもの
ではない。

【００２６】表１に示した各種組成のはんだを用い、同
じく表１に示した各種組成の金属皮膜を形成した端子を
備えた電子部品を基板に接合し、図１に示したような断
面を有する実装品を作製した。

【００２７】基板としては、厚さ３５μｍの銅箔をラン
ド部として形成した紙フェノール基板を用いた。電子部
品の端子には、メッキ（Ｓｎ−Ｂｉなど２成分系）また
はディッピング（Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｃｕなど４成分
系）により金属皮膜を形成した。なお、電子部品の端子
の寸法は、長さ３ｍｍ、幅１ｍｍ、厚さ０．３ｍｍとし
た。また、電子部品の実装は、フロー実装により行っ
た。フロー実装は、ロジン系のフラックスを用い、大気
中、ピーク温度２６０℃で５秒間処理することにより行
った。

【００２８】こうして作製した実装品について、各種接
合特性を評価した。接合特性の評価項目は、以下のとお
りである。

【００２９】・はんだぬれ性２３０℃のはんだ浴に３秒間浸漬させ、はんだとのなじ
みを観察した。はんだとなじんでいる面積が、９５％以
上をＡ、９０％以上９５％未満をＢ、８５％以上９０％
未満をＣ、８５％未満をＤとした。なお、はんだ浴のは
んだは、Ｓｎ／２０Ｂｉを用いた。

【００３０】・フィレット形状接合部の断面を＃１００〜１０００の研磨紙および＃３
０００の研磨個を用いて金属顕微鏡を用いて観察した。
この断面形状のはんだが、図１に示したように、プリン
ト基板から電極端子に向かって円錐型（富士山型）に盛
り上がっている場合をＡ、若干型が崩れている場合を
Ｂ、部分的に接着していない場合をＣ、全く接着してお
らず盛り上がりがない場合をＤとした。

【００３１】・接合強度電子部品を基板に垂直な方向に引っ張り、電子部品が基
板から脱離したときの力を測定した。この力が４ｋｇｆ
を超える場合をＡ、３〜４ｋｇｆである場合をＢ、３ｋ
ｇｆ未満である場合をＣとした。

【００３２】・破断面の状態上記接合強度試験により破断した面を走査型電子顕微鏡
を用いて観察した。破断箇所がはんだ接合部以外の場合
をＡ、電極端子とはんだとの界面である場合をＢ、はん
だ内部での破断をＣとした。

【００３３】・信頼性 −５５℃〜１５０℃の温度サイクル試験を実施した。最
低温度、最高温度で各５分間保持する工程を１サイクル
として５００サイクルの試験を行った。接合強度を試験
後、接合強度を測定し、電子部品が脱離したときの力に
より、上記と同様の基準を用いて評価した。

【００３４】

【表１】

【００３５】なお、上記評価基準Ａ〜Ｄは、すべて実用
上全く問題がないレベルをＡ、Ｂとしている。

【００３６】表１に示したように、従来の鉛含有組成を
用いた場合を除いては、はんだと金属皮膜とがともに、
Ｓｎ−１〜５Ｂｉ−１〜５Ｍ（Ｍは貴金属または銅）で
あるときに、全体として良好な接合特性を得ることがで
きた。また、はんだのビスマス含有量が１〜３％である
ときに、さらに優れた接合特性を得ることができた。

【００３７】なお、上記フロー実装では、電子部品の接
合部は、電極端子の金属皮膜１重量部に対して接合用は
んだ３０〜１００重量部が含まれていた。一方、上記と
同様の金属皮膜およびはんだを用いたリフロー実装（２
４０℃、１０秒間）では、金属皮膜１重量部に対して接
合用はんだ２〜５重量部が含まれていた。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
良好な接合特性を備えた電子部品実装品を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品実装品の一形態（フロー実
装品）を示す断面図である。

【図２】本発明の電子部品実装品の一形態（リフロー
実装品）を示す断面図である。

【符号の説明】

１接合用はんだ２金属皮膜３プリント配線基板４ランド部５，７電子部品６，８端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 3/34 B23K 35/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１〜５重量％のビスマスと、０〜５重量
％の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム、イリジ
ウム、ルテニウムおよびオスミウムから選ばれる少なく
とも１種の金属とを含み、残部が実質的に錫からなる組
成を有する金属皮膜を形成した電子部品の端子を、１〜
３重量％のビスマスと、０〜５重量％の金、銀、銅、パ
ラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウムお
よびオスミウムから選ばれる少なくとも１種の金属とを
含み、残部が実質的に錫からなり、鉛が２重量％未満で
ある組成を有するはんだを用いて基板に接合することを
特徴とする電子部品実装品の製造方法。
【請求項２】金属皮膜およびはんだの少なくとも一方
が、１〜５重量％の金、銀、銅、パラジウム、白金、ロ
ジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムから
選ばれる少なくとも１種の金属を含む請求項１に記載の
電子部品実装品の製造方法。
【請求項３】金属皮膜およびはんだが実質的に鉛を含
まない請求項１または２に記載の電子部品実装品の製造
方法。
【請求項４】金属皮膜が、１〜３重量％のビスマスを
含む請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品実装品の
製造方法。
【請求項５】電子部品の端子を基板のランド部に接合
する請求項１〜４のいずれかに記載の電子部品実装品の
製造方法。