JP6365653B2 - はんだ合金、はんだ継手およびはんだ付け方法 - Google Patents
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Description
(1) 質量%で、Fe:0.02〜0.1%、Zr:0.001〜0.2%、残部がSnからなる合金組成を有することを特徴とする、炭化物の鏝先への付着が抑制されたFe食われ防止用はんだ合金。
(8) やに入りはんだを用いてはんだ鏝ではんだ付けを行うはんだ付け方法であって、
前記やに入りはんだは、質量%で、Fe:0.02〜0.1%、Zr:0.001〜0.2%、Sn:67.9%以上を含むはんだ合金とフラックスからなり、
前記はんだ合金の溶融温度は350℃以下であり、
前記はんだ鏝で前記やに入りはんだを240℃〜450℃の温度域まで加熱して前記はんだ合金中のZrを酸化させて酸化ジルコニウムとし、
前記酸化ジルコニウムの触媒作用により前記フラックス成分の炭化を抑制して前記はんだ鏝の鏝先にフラックスの炭化物の付着を抑制するはんだ付け方法。
(1) Fe:0.02〜0.1%
Feは、はんだ合金中へのFeの溶出を抑制し、はんだ鏝の鏝先を被覆するFe合金の食われを防止するために有効な元素である。Fe含有量が0.02%未満であるとこれらの効果を十分に発揮することができない。Fe含有量の下限は0.02%以上であり、好ましくは0.03%以上であり、より好ましくは0.04%以上である。一方、Fe含有量が0.1%を超えると、はんだ合金の溶融温度が高くなり過ぎてしまい、はんだ鏝の設定温度を上げなければならず、はんだ付けを行う電子部品の耐熱温度等の観点から好ましくない。Fe含有量の上限は0.1%以下であり、好ましくは0.08%以下であり、より好ましくは0.06%以下である。
Zrは、Zrに基づく触媒作用により、フラックス中に存在するロジンの炭化を抑制するために必要な元素である。Zrに基づく触媒作用は、以下のような挙動を示すと推察される。
Cuは、電極の材質がCuである場合に電極の食われを抑制することができる任意元素である。Cu含有量が0.1%以上であると上記効果を発揮することができる。この観点から、Cu含有量の下限は0.1%以上であり、好ましくは0.3%以上であり、より好ましくは0.5%以上である。一方、Cu含有量が4%以下であると、はんだ付けの作業温度(240℃〜450℃)の温度域にはんだ鏝温度を設定することができ、はんだ付けを行う電子部品の熱的損傷を抑制することができる。このため、Cu含有量の上限は4%以下であり、好ましくは1.0%以下であり、より好ましくは0.7%以下である。
Sb、Ag、およびBiは、はんだ合金の濡れ性を向上させることができる任意元素である。
NiおよびCoは、Fe合金に対する食われを抑制することができる任意元素である。
P、GeおよびGaは、Snの酸化を抑制することができる任意元素である。本発明のはんだ合金がこれらの元素を含有する場合には、これらの下限値は、各々好ましくは0.001%以上である。
本発明に係るはんだ合金は、溶融温度が350℃以下であることが望ましい。これは、はんだ鏝によるはんだ付けの際、鏝先温度は通常350〜450℃に加熱されるためである。
本発明に係るはんだ合金は、線状のはんだにフラックスが封止された材料で、やに入りはんだに適用することができる。フラックスは主成分としてロジンを含む従来のものを用いることができる。
また、本発明における「はんだ継手」とは電極の接続部をいい、本発明に係るはんだ合金で接続部が形成される。また、電極の材質としては、Cu、Ni、Alが挙げられ、Cu電極にNi/Auメッキが施された電極であってもよい。
本発明のはんだ合金を用いたはんだ付け方法は、やに入りはんだを用いてはんだ鏝ではんだ付けを行うはんだ付け方法であって、やに入りはんだは、質量%で、Fe:0.02〜0.1%、Zr:0%超え0.2%以下、Sn:67.9%以上を含むはんだ合金とフラックスからなり、はんだ合金の溶融温度は350℃以下であり、はんだ鏝でやに入りはんだを240℃〜450℃の温度域まで加熱してはんだ合金中のZrを酸化させて酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウムの触媒作用によりフラックス成分の炭化を抑制してはんだ鏝の鏝先にフラックス成分の炭化物の付着を抑制する。
自動はんだ付け装置(JAPAN UNIX社製、UNIX−413S)を用いて、鏝先の温度は380℃とし、はんだ送りスピードは10mm/秒とし、はんだ送り量は1ショットで15mmとして大気中ではんだ付けを行い、10ショット毎に1回、鏝先にエアークリーニングを行いながら、鏝先のFe食われを評価した。使用した鏝は、JAPAN UNIX社製の型番がP2D−Rであり、鏝の芯であるCuの表面に膜厚が500μmのFeメッキが施されている。また、やに入りはんだは、はんだ中のフラックス含有量が3質量%であり、フラックス中のロジン含有量が90%のものを用いた。
自動はんだ付け装置(JAPAN UNIX社製、UNIX−413S)を用いて、鏝先の温度は380℃とし、はんだ送りスピードを10mm/秒とし、はんだ送り量は1ショットで15mmとしてはんだ付けを行い、10ショット毎に1回エアークリーニングを行いながら、鏝先の炭化を評価した。使用したやに入りはんだはFe食われの評価で用いたものである。
Zr含有量が多い比較例4および9では、Zr化合物が異常析出し、はんだ合金の溶融温度が高くなり過ぎてしまい、鏝先の設定温度を上げなければならず、上記と同様の理由で、Fe食われ及び炭化の評価を行わなかった。
Claims (8)
- 質量%で、Fe:0.02〜0.1%、Zr:0.001〜0.2%、残部がSnからなる合金組成を有することを特徴とする、炭化物の鏝先への付着が抑制されたFe食われ防止用はんだ合金。
- 前記合金組成は、更に、Cu:0.1〜4%を含有する、請求項1に記載のFe食われ防止用はんだ合金。
- 前記合金組成は、更に、Sb:5〜20%、Ag:4%以下、およびBi:3%以下の1種以上を含有する、請求項1または2に記載のFe食われ防止用はんだ合金。
- 前記合金組成は、更に、Ni:0.3%以下、およびCo:0.2%以下の1種以上を含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のFe食われ防止用はんだ合金。
- 前記合金組成は、更に、質量%で、P:0.1%以下、Ge:0.1%以下、およびGa:0.1%以下の1種以上を含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のFe食われ防止用はんだ合金。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のFe食われ防止用はんだ合金を有するやに入りはんだ。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のFe食われ防止用はんだ合金を有するはんだ継手。
- やに入りはんだを用いてはんだ鏝ではんだ付けを行うはんだ付け方法であって、
前記やに入りはんだは、質量%で、Fe:0.02〜0.1%、Zr:0.001〜0.2%、Sn:67.9%以上を含むはんだ合金とフラックスからなり、
前記はんだ合金の溶融温度は350℃以下であり、
前記はんだ鏝で前記やに入りはんだを240℃〜450℃の温度域まで加熱して前記はんだ合金中のZrを酸化させて酸化ジルコニウムとし、
前記酸化ジルコニウムの触媒作用により前記フラックス成分の炭化を抑制して前記はんだ鏝の鏝先にフラックスの炭化物の付着を抑制するはんだ付け方法。
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