JP3346848B2 - Lead-free solder alloy - Google Patents
Lead-free solder alloyInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、無鉛(非Pb)はんだ
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lead-free (non-Pb) solder.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、はんだ合金は基材としてスズ
=鉛はんだあるいはスズ=鉛=ビスマスはんだがあり、
鉛は合金組成において不可欠であった。2. Description of the Related Art Conventionally, a solder alloy has a tin = lead solder or a tin = lead = bismuth solder as a base material.
Lead was essential in the alloy composition.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし鉛は人体にとっ
て有毒な重金属であり、採鉛や鉛の廃棄による地球環境
の汚染、あるいは人体、生体への悪影響が問題になって
いる。ところが現状としては、電子機器において電子部
品の実装などで鉛はんだ合金が大量に使用されている。
従って、鉛を使用しない無鉛はんだを提供することがで
きれば、工業全体としても鉛害を効果的に抑制すること
ができる。However, lead is a heavy metal that is toxic to the human body, and pollution of the global environment due to lead collection and disposal of lead, or adverse effects on the human body and living organisms, has become a problem. However, at present, a large amount of lead solder alloy is used for mounting electronic components in electronic devices.
Therefore, if a lead-free solder that does not use lead can be provided, lead damage can be effectively suppressed as a whole industry.
【0004】ところで、スズ=鉛はんだにおいて鉛はス
ズの融点である232度Cを下げる作用を有しており、
鉛を37重量%合金したはんだは融点183度Cの共晶
はんだとして広く用いられている。即ち、電子部品は熱
に弱いので、はんだ接合時の加熱温度も低温で行う必要
があり、共晶はんだはこれらの要求に適合しているので
ある。しかしはんだの融点が余り低すぎても電子部品の
発熱や太陽熱で影響を受けてしまい、はんだ接合の本来
的な目的から外れてしまうことになる。従って、無鉛は
んだを組成する場合には、はんだ付けが行いやすく、か
つ外部からの熱雰囲気で影響を受けないような接合用合
金を開発する必要がある。共晶はんだに代替できる合金
の条件としては、少なくとも融点が130〜200度C
の範囲でなければならない。さらに好ましくは、従来の
共晶はんだの融点である183度Cに近いことが、現状
のはんだ付けラインを修正する必要なく、そのまま利用
することができる。また、電装部品のはんだ付けに際し
ても、車載部品などのように使用環境が過酷な部分には
耐ヒートサイクル性も確保することが好ましい。By the way, in tin-lead solder, lead has the effect of lowering the melting point of tin, 232 ° C.,
Solder in which lead is alloyed at 37% by weight is widely used as a eutectic solder having a melting point of 183 ° C. That is, since electronic components are vulnerable to heat, it is necessary to perform heating at a low temperature at the time of soldering, and eutectic solder meets these requirements. However, even if the melting point of the solder is too low, it is affected by the heat generated by the electronic components and the solar heat, which deviates from the original purpose of the solder joint. Therefore, when forming a lead-free solder, it is necessary to develop a joining alloy that is easily solderable and is not affected by an external heat atmosphere. The condition of the alloy which can be substituted for the eutectic solder is that the melting point is at least 130 to 200 ° C.
Must be in the range. More preferably, a temperature close to 183 ° C., which is the melting point of the conventional eutectic solder, can be used as it is without having to modify the current soldering line. Also, when soldering electrical components, it is preferable to ensure heat cycle resistance in a severe use environment such as in-vehicle components.
【0005】本発明は鉛害の回避という点に着目し、無
鉛はんだ合金を組成する際に、従来のスズ=鉛はんだに
おける鉛の作用を十分代替できる無鉛はんだ合金を提供
することを目的とするものである。An object of the present invention is to provide a lead-free solder alloy which can sufficiently substitute for the action of lead in conventional tin-lead solder when forming a lead-free solder alloy, focusing on avoiding lead damage. Things.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明では、上述した目
的を達成するために、スズを基材として複数種類の金属
で合金を組成した。即ち、Snを基材として、Bi(ビ
スマス)、Sb(アンチモン)、Zn(亜鉛)、Ag
(銀)をそれぞれ10〜20重量%、0.1〜5重量
%、4〜6重量%、0.1〜3重量%の配分とし、合金
を組成した。In the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, an alloy is composed of a plurality of kinds of metals using tin as a base material. That is, using Sn as a base material, Bi (bismuth), Sb (antimony), Zn (zinc), Ag
(Silver) was distributed at 10 to 20% by weight, 0.1 to 5% by weight, 4 to 6% by weight, and 0.1 to 3% by weight, respectively, to form alloys.
【0007】[0007]
【作用】Snそのものは毒性がなく、接合母材に対する
ヌレを得るという作用を行うものであり、はんだ基材と
して必須の金属である。BiはSnと合金を組成するこ
とによってSnの本来の融点である232度Cを大幅に
降下させる機能を持っている。Biの配分を20重量%
にした場合には合金の液相温度は約200度Cまで降下
する。Znの添加は従来のSn−Pb共晶はんだに近似
する固相温度を達成するための作用を行う。Biだけの
添加で液相温度を降下させるとすれば、固相温度は予定
温度以下に低下してしまう。Znの添加は、Biによっ
て固相温度が予定温度以下に降下してしまうのを防止
し、固相温度を維持する。91対9配分のSn−Zn合
金では融点が199度Cの共晶になるが、本発明ではB
iの含有量が多いので、Bi−ZnおよびBi−Snの
反応も考慮される。従って、これら3種類の反応を考慮
して、Znの含有量が決定されることになる。[Action] Sn itself has no toxicity and has a function of obtaining wetting of the joining base material, and is an essential metal as a solder base material. Bi has a function of drastically lowering 232 ° C., which is the original melting point of Sn, by forming an alloy with Sn. 20% by weight of Bi
, The liquidus temperature of the alloy drops to about 200 ° C. The addition of Zn acts to achieve a solidus temperature approaching that of conventional Sn-Pb eutectic solders. If the liquid phase temperature is lowered by adding only Bi, the solid phase temperature drops below a predetermined temperature. The addition of Zn prevents the solid phase temperature from dropping below a predetermined temperature due to Bi, and maintains the solid phase temperature. In the case of the Sn-Zn alloy having a 91: 9 distribution, a eutectic having a melting point of 199 ° C. is obtained.
Since the content of i is large, the reaction of Bi-Zn and Bi-Sn is also considered. Therefore, the content of Zn is determined in consideration of these three types of reactions.
【0008】SbはSn中に分散することによって、S
nのβ→α変態を防止する。また、Bi自体が脆い素材
であるから、Sn=Bi合金も脆くなるが、Sbを添加
してSn中に分散させることによって粘りを強くし、S
n=Bi合金の脆さを改善するという作用も持ってい
る。なお、SbはBiと完全に混合する性質であるか
ら、Sbの添加による弊害は発生しない。Agは成分中
ではもっとも原子半径が小さく、はんだ溶融中には接合
母材への拡散スピードを早める。これによってヌレ性を
改善してはんだ合金と母材との接合強度を高める。ま
た、Agは合金中に分散し、衝撃強度を増加させる。こ
れらの作用は添加量が0.1重量%から次第に現れ、漸
次大きくなるが、3重量%を越えると合金の融点が上限
期待値よりも高くなってしまうので、これを越えない範
囲とした。Sb is dispersed in Sn to form Sb.
Prevent β → α transformation of n. Further, since Bi itself is a brittle material, the Sn = Bi alloy also becomes brittle. However, by adding Sb and dispersing it in Sn, the toughness is increased, and
It also has the effect of improving the brittleness of the n = Bi alloy. Since Sb is completely mixed with Bi, no adverse effect is caused by the addition of Sb. Ag has the smallest atomic radius among the components, and accelerates the diffusion speed to the joining base material during the melting of the solder. This improves wettability and increases the bonding strength between the solder alloy and the base material. Ag is dispersed in the alloy and increases the impact strength. These effects gradually appear from 0.1% by weight and gradually increase, but if it exceeds 3% by weight, the melting point of the alloy becomes higher than the expected upper limit.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明の目的を実現するための好まし
い実施例を示す。 (実施例1)Bi14重量%、Sb2重量%、Zn5重
量%、Ag0.3重量%、残部Snのはんだ合金を組成
した。 (実施例2)Bi14重量%、Sb2重量%、Zn5重
量%、Ag2重量%、残部Snのはんだ合金を組成し
た。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments for realizing the object of the present invention will be described below. (Example 1) A solder alloy of 14 wt% Bi, 2 wt% Sb, 5 wt% Zn, 0.3 wt% Ag, and the balance Sn was prepared. (Example 2) A solder alloy of 14 wt% Bi, 2 wt% Sb, 5 wt% Zn, 2 wt% Ag, and the balance Sn was prepared.
【0010】実施例1の合金の物理的特性は、融点18
5〜189度C、引張強度7.3kgf/mm2 、伸び率1.
6%、ヤング率9.3×104 kg/cm2であった。銅板上
での接合ヌレ性および接合流動性は何れも良好であっ
た。なお、接合に際してRMAフラックスを使用し、2
40度Cの温度雰囲気で行った。実施例2の合金の物理
的特性は、融点182〜183度C、引張強度6.7kg
f/mm2 、伸び率1.1%、ヤング率9.4×104 kg/c
m2であった。銅板上での接合ヌレ性および接合流動性は
何れも良好であった。なお、接合に際してRMAフラッ
クスを使用し、240度Cの温度雰囲気で行った。The physical properties of the alloy of Example 1 are as follows:
5-189 ° C., tensile strength 7.3 kgf / mm 2 , elongation 1.
It was 6% and the Young's modulus was 9.3 × 10 4 kg / cm 2 . Both the joining wetting property and the joining fluidity on the copper plate were good. In addition, RMA flux is used for joining,
The test was performed in a temperature atmosphere of 40 ° C. Physical properties of the alloy of Example 2 were as follows: melting point: 182 to 183 ° C .; tensile strength: 6.7 kg.
f / mm 2 , elongation 1.1%, Young's modulus 9.4 × 10 4 kg / c
It was m 2. Both the joining wetting property and the joining fluidity on the copper plate were good. The joining was performed in an atmosphere of 240 ° C. using an RMA flux.
【0011】結果から明らかなように、2つの合金の融
点は共晶はんだの融点である183度Cと非常に近く、
現状で採用しているはんだ付けラインをそのまま転用し
ても問題はないことがわかる。Biだけを14重量%添
加した場合のSn合金の液相温度は約210度C程度で
あり、固相温度が180度Cより低くなってしまうが、
Znを5重量%添加したことが相乗的に作用し、液相温
度を下げながら固相温度の降下を抑制することができ
た。As is apparent from the results, the melting points of the two alloys are very close to 183 ° C., which is the melting point of the eutectic solder.
It can be understood that there is no problem even if the currently used soldering line is diverted as it is. The liquidus temperature of the Sn alloy when only 14% by weight of Bi is added is about 210 ° C., and the solid phase temperature is lower than 180 ° C.
The addition of 5% by weight of Zn acted synergistically, and was able to suppress the drop in solidus temperature while lowering the liquidus temperature.
【0012】上記2つの実施例から明らかなように、本
発明の無鉛はんだ合金は電子部品の実装などに用いる低
温はんだとして従来からあるSn−Pb共晶はんだとほ
ぼ同等の作業温度を達成することが可能であると共に、
他の物理的特性においても良好な数値を示している。実
施例1と実施例2以外の範囲であっても、融点が200
度Cを越えないように、かつ固相温度が低下しないよう
にBiとZnの配分を調整すれば、物理的特性は上記範
囲を大きく外れない良好な値を示すものと推測される。As is apparent from the above two embodiments, the lead-free solder alloy of the present invention achieves a working temperature almost equal to that of a conventional Sn-Pb eutectic solder as a low-temperature solder used for mounting electronic parts and the like. Is possible,
Other physical properties also show good values. Even in a range other than those of Example 1 and Example 2, the melting point is 200.
If the distribution of Bi and Zn is adjusted so as not to exceed the temperature C and not to lower the solid phase temperature, it is presumed that the physical properties show good values which do not greatly deviate from the above range.
【0013】[0013]
【発明の効果】本発明では上述したように従来の有鉛は
んだ合金とは全くことなり、鉛は一切利用していないの
で、鉛害の問題は完全に回避することができる。しか
も、従来のSn−Pb共晶はんだと同等の温度ではんだ
付け作業を行うことができるので、現状の作業ラインの
環境を全く変更することなく、熱に弱い電子部品の接合
が可能である。また、はんだ合金としての物理的特性も
良好な状態を確保しているので、従来の共晶はんだと同
等の性能を有する代替合金として採用することができ、
用途としては非常に広い。As described above, the present invention is completely different from the conventional leaded solder alloy and uses no lead, so that the problem of lead damage can be completely avoided. In addition, since the soldering operation can be performed at the same temperature as that of the conventional Sn-Pb eutectic solder, it is possible to join electronic components that are vulnerable to heat without changing the current working line environment. In addition, since the physical properties of the solder alloy have also maintained a good state, it can be adopted as an alternative alloy having the same performance as the conventional eutectic solder,
Very wide use.
Claims (1)
量%、Zn4〜6重量%、Ag0.1〜3重量%、残部
Snからなることを特徴とする無鉛はんだ合金。1. A lead-free solder alloy comprising 10 to 20% by weight of Bi, 0.1 to 5% by weight of Sb, 4 to 6% by weight of Zn, 0.1 to 3% by weight of Ag, and the balance Sn.
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JP21902093A JP3346848B2 (en) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | Lead-free solder alloy |
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- 1993-08-11 JP JP21902093A patent/JP3346848B2/en not_active Expired - Fee Related
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