JP6487362B2 - はんだ合金 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子部品をプリント配線基板に実装するためのはんだ合金に関するものである。

従来、各種電子部品をプリント配線基板に実装するため、はんだが用いられている（特許文献１参照）。こうしたはんだは錫を主体として様々な金属を添加して溶融、合金化して使用されている。

しかし、この合金中には、はんだ付性を阻害する金属酸化物が含まれている。はんだ槽に新規の棒はんだを入れて、はんだ付けを行うための基板を流した場合、その基板に対するスルーホールの濡れ上がりが悪いという問題点があった。

しかし、このような問題点は、経験的にはんだの吹き出し量や、はんだ槽に流す基板の角度を調整することで改善できる場合が多い。このような調整を行いつつ、はんだ槽の運転を継続することで、濡れ上がりは徐々に向上されてくる。

特開２０１１−５６５８１号公報

このようなはんだ付け工程中での濡れ上がり性の改善は、はんだ付条件の設定および変更によるものもあるが、この改善作業中に溶融はんだはフラックスとの接触により溶融はんだ中に浮遊分散している酸化金属が還元することも大きな要因と考えられる。

はんだ合金中の金属酸化物金属が溶融金属の流動性を阻害するとともに、フラックスの基板に対する洗浄活性能力が溶融はんだ金属中に浮遊含有している金属酸化物の還元に使用されてしまうからである。

すなわち、はんだ槽の運転開始時において、フラックス中に含有する活性能力は、はんだ中に含まれる微細な金属酸化物の還元に使用される。その結果、フラックスにおけるはんだの接合に寄与する効力が低下し、さらに金属酸化物が濡れ上りを悪化してしまうものと考えられる。

そして、運転の継続に従い、微細な金属酸化物が還元されて消費し尽くされると、ようやくフラックスの作用をはんだの接合に振り向けることができ、濡れ上りを向上させることができる。

上述した従来のはんだは、運転の継続に従って徐々に濡れ上りを向上させることができるが、この濡れ上がりを向上させるために長時間を要してしまうという問題点があった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、十分な還元能を有することで新規のはんだ槽に使用した場合でも使用開始時から良好な濡れ上りを実現することのできるはんだ合金を提供することを目的とする。

本発明者らは、はんだ合金中に含まれる酸化物を除去するために溶融金属に水素を混合分散させることで、上述した課題の解決を図ることとした。

第１発明に係るはんだ合金は、錫を主成分とし、水素を含有すると共に、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎの化学成分を構成する元素のうち何れか１以上の元素のみからなるはんだ合金において、上記水素は、はんだ合金全重量に対する重量％で、０．０００２重量％以上かつ０．０１重量％以下含有することを特徴とする。

上述した構成からなるはんだ合金によれば、混入した水素は金属酸化物を還元することができる。還元に使用されない余剰の水素は溶融金属中に分散して存在することになる。このような状態のはんだ合金を急速冷却することにより水素を含有したはんだ合金が取り出すことができる。

また、はんだ中の微細な酸化物が除去されることから溶融はんだの拡散速度が均一化するため、拡散速度の不均一さに起因して発生するカーケンタルボイドの発生を効果的に防止することができる。

また、本発明に係るはんだ合金によると、はんだ付け個所において成長する、微細な錫の針状の単結晶である錫ウィスカの生成を効果的に防止することができる。
また、本発明を適用したはんだ合金の溶融はんだ金属中に水素を分散、混合するという実施形態を溶融金属を使用してはんだ付けを行うフローはんだ付けに継続して実施することにより、酸化物を取り続けることとなり、はんだ槽の腐食の防止、はんだ濡れ上がりの継続的な効果が発揮できる。

以下、本発明の実施形態に係るはんだについて詳細に説明する。はんだ合金は、少なくとも錫を含む合金であり、例えばJIS Z 3282:2006記載の「４．合金系」，「種類」及び「記号」 表１記載のはんだ合金等に示す鉛を含むはんだ合金や、表２に示す鉛を含有しないはんだ合金等、任意のはんだ合金を用いることができる。このはんだ合金には、錫以外に、例えば、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ等の化学成分がそれぞれの含有率をもって添加されている。なお、はんだ合金は、JIS Z 3282:2006記載の４．合金系，種類及び記号 表１、表２に示す化学成分の範囲に限定されるものではなく、他のいかなる周知の化学成分の範囲で構成されるものであってもよい。

水素は、はんだ中に金属酸化物が含有していない証として含有が確認できる。

水素は、はんだ合金の全重量に対して重量％で、０．０００２％以上含有されている。水素は、水素分子の状態よりも、水素原子（水素イオン）の状態で含有され錫の結晶格子中に非拡散性水素として存在している。 水素がはんだ合金の全重量に対して０．０００２重量％未満であると金属中の酸化物が還元されたとは判断できず、良好な濡れ上り性を確保することは難しい。なお、従来のはんだにおける水素の含有量は、はんだ合金の全重量に対して重量％で、０．０００１％程度である。

また、水素は、はんだ合金の重量全体に対して多量に含有していたほうが望ましいが本試験では０．０１重量％の含有までが確認できた最大量である。

本実施形態に係るはんだは、溶融はんだ中に水素を混合させ所定時間攪拌した後に急速冷却することにより製造される。

以下、本発明を適用したはんだ合金の実施例について説明をする。
１）水素含有量試験
溶融はんだ中に化学的に発生させた水素を分散、混合させる。混合時間による水素含有量の変化を確認する。
はんだ合金 Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ
溶融温度 ２５０℃
測定方法 イオン化質量分析装置
結果を表１に示す。この表１において水素含有量は、はんだ合金の全重量に対する重量％である。混合時間が長くなるにつれて、水素含有量が高くなる傾向が示されている。

２）はんだ濡れ性試験
はんだ合金としては、Sn-3.0%Ag-0.5%Cuを使用し、濡れ性の測定方法は、ＪＩＳ Ｚ ３１９７：２０１２、８．３．１．１ はんだ広がり法に基づく。やに入りはんだのフラックスは水素の反応の特徴を確認するために、本発明例として松脂ＷＷＷのみを使用して水素を含有させたはんだ合金と比較例として通常のはんだ合金でやに入りはんだを作成したものを試料とした。

上記の結果 水素を含有させたはんだ合金のほうが、はんだ付け性試験のはんだ広がり率において平均で5.2％の上昇が確認できた。

Claims (1)

1. 錫を主成分とし、水素を含有すると共に、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎの化学成分を構成する元素のうち何れか１以上の元素のみからなるはんだ合金において、
   上記水素は、はんだ合金全重量に対する重量％で、０．０００２重量％以上かつ０．０１重量％以下含有することを特徴とするはんだ合金。