JPH0124599B2 - - Google Patents
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- JPH0124599B2 JPH0124599B2 JP59019654A JP1965484A JPH0124599B2 JP H0124599 B2 JPH0124599 B2 JP H0124599B2 JP 59019654 A JP59019654 A JP 59019654A JP 1965484 A JP1965484 A JP 1965484A JP H0124599 B2 JPH0124599 B2 JP H0124599B2
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Classifications
-
- 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
- B23K35/268—Pb as the principal constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
この発明は、Sn―Pb―Bi―Cu系のはんだ合金
に関し、とくに、各種電子回路基板、半導体部品
等の電子部品のはんだ付けに際し、銀くわれを防
止するとともに、はんだ接合部の繰り返し応力に
対する耐疲労特性を向上させるものである。 一般に、各種電子回路基板等の電子部品は、ガ
ラス、セラミツク、合成樹脂等の基板の表面に、
銀めつきを施して導電パターンを形成し、この導
電パターンに端子や個別部品等をはんだ付けした
ものが使用されている。これらの電子部品のはん
だ付けにSn―Pb系のはんだ合金を用いた場合、
基板上の銀めつき膜がはんだ合金中に拡散溶解し
て、いわゆる銀くわれ現象が発生し、接合部のは
んだ付け強度が著しく低下する。また、薄型の電
子回路基板のように耐熱性の低い電子部品に融点
の高いはんだ合金ではんだ付けすると、亀裂がで
きて製品の品質を害することになる。 このような問題を解決するはんだ合金として、
従来から各種の提案がなされており、たとえば
Sn―Pb―Cd系(特公昭49−21028号)、Sn―Pb
―Cd―Ag系(特公昭49−23986号)、Bi―Pb系、
Bi―Sb/Ag―Pb系(特開昭53−113245号)、Bi
―Sn―Pb系、Bi―Sn―Sb/Ag―Pb系(特開昭
54−72738号)、Sn―Ag―Sb―Pb系(特開昭56−
144893号)、Sn―Cd―P―Pb系(特公昭57−
39880号)、Sn―Pb―REM系、Sn―Pb―Ag―
REM系(特開昭57−160594号)、Bi―Pb―Sn系
(特開昭58−218394号)等が知られている。 これらのはんだ合金は、銀くわれが防止され、
低温度でのはんだ付けが可能である点では、すぐ
れた効果を有しているが、経済性、作業性、衛生
面のほか、ぬれ性等の点において一長一短がある
ほか、はんだ接合部の機械的強度については、な
お改善すべき問題が残されていた。 とくに、半導体パワーデバイスのように、金属
フレームにシリコンペレツトをはんだ付けする構
造のものでは、金属フレームとシリコンとの熱膨
張率の差によつて生ずる歪が接合部のはんだによ
つて吸収されるため、はんだ接合部には、機械的
性質として引張り、クリープ、曲げなどの繰り返
し応力に耐えられる接合強度が要求される。しか
し、従来のはんだ合金では、接合部が繰り返し応
力を受けると、疲労によりはんだ材の特性が劣化
して、接合部が早期に剥離することが多く、半導
体部品の信頼性に大きな影響を与えるという問題
がある。 この発明者らは、上記の問題を解決するため、
種々の実験と検討とを重ねた結果、Sn―Pb―Bi
系はんだ合金に、一定範囲のCuを添加すること
により、従来のはんだ合金の銀くわれ防止効果を
損うことなく、しかも繰り返し応力に対する耐疲
労特性にすぐれたはんだ合金が得られることを見
出して、この発明を完成するに至つたのである。 すなわち、この発明のはんだ合金は、20〜47重
量%のSn、2〜12重量%のBi、0.03〜0.5重量%
のCu、残部Pbの組成からなることを特徴とする
ものである。 この発明の各成分の組成範囲およびその限定理
由は、下記の通りである。 Snは、20重量%未満の含有量では、固相線温
度が183℃以上となり、融点が高くなつて過熱に
よる酸化が著しくなり、耐熱性の低い電子部品に
悪影響を与えるから適当でない。また、47重量%
を超えて含有すると、Agとの金属間化合物の生
成が促進されるため、硬くて脆い接合部が形成さ
れ易く、電子回路基板上のAgめつき膜の溶解防
止効果が減少するだけでなく、はんだ合金の製造
コストが高くなるので好ましくない。 Biは、Agの溶解を抑制するのに有効な元素で
あるだけでなく、はんだ自体の融点を低下させる
効果がある。しかしこの発明のはんだ合金の場
合、2重量%未満の含有量では、この効果が十分
でなく、また12重量%を超えて含有すると、はん
だの融点が下がりすぎるだけでなく、はんだ自体
の粘性が減少して脆くなるので機械的強度が低下
する。また溶融はんだの表面酸化が著しくなつ
て、はんだ付け作業性を害するので好ましくな
い。 Cuは、この発明のはんだ合金の特徴を与える
重要元素であつて、微量の添加によつて、機械的
強度を著しく向上させることができる。しかしこ
の発明のはんだ合金においてはBiとの配合関係
から0.03重量%未満の添加では十分な改善が得ら
れないので、最低0.03重量%は必要である。しか
し、0.5重量%を超えて添加すると融点が高くな
り、またはんだの機械的強度を低下させ、流動性
にも悪影響を与えるので適当でない。 次に、この発明のはんだ合金の機械的強度につ
いて試験した結果を、従来のSn―Pb系はんだ合
金と対比して第1表に示す。 試験用試料は、JIS6号に規定する試験片を調製
し、インストロン型万能試験機により引張り強さ
と伸びとを測定した。引張り速度は10mm/min、
試験温度は20℃である。 この発明のはんだ合金の化学成分(重量%)
は、Sn46%、Bi8%、Cu0.05%、Pb残部である。 従来のはんだ合金は、JIS―Z―3282に規定さ
れたA等級に属する製品である。
に関し、とくに、各種電子回路基板、半導体部品
等の電子部品のはんだ付けに際し、銀くわれを防
止するとともに、はんだ接合部の繰り返し応力に
対する耐疲労特性を向上させるものである。 一般に、各種電子回路基板等の電子部品は、ガ
ラス、セラミツク、合成樹脂等の基板の表面に、
銀めつきを施して導電パターンを形成し、この導
電パターンに端子や個別部品等をはんだ付けした
ものが使用されている。これらの電子部品のはん
だ付けにSn―Pb系のはんだ合金を用いた場合、
基板上の銀めつき膜がはんだ合金中に拡散溶解し
て、いわゆる銀くわれ現象が発生し、接合部のは
んだ付け強度が著しく低下する。また、薄型の電
子回路基板のように耐熱性の低い電子部品に融点
の高いはんだ合金ではんだ付けすると、亀裂がで
きて製品の品質を害することになる。 このような問題を解決するはんだ合金として、
従来から各種の提案がなされており、たとえば
Sn―Pb―Cd系(特公昭49−21028号)、Sn―Pb
―Cd―Ag系(特公昭49−23986号)、Bi―Pb系、
Bi―Sb/Ag―Pb系(特開昭53−113245号)、Bi
―Sn―Pb系、Bi―Sn―Sb/Ag―Pb系(特開昭
54−72738号)、Sn―Ag―Sb―Pb系(特開昭56−
144893号)、Sn―Cd―P―Pb系(特公昭57−
39880号)、Sn―Pb―REM系、Sn―Pb―Ag―
REM系(特開昭57−160594号)、Bi―Pb―Sn系
(特開昭58−218394号)等が知られている。 これらのはんだ合金は、銀くわれが防止され、
低温度でのはんだ付けが可能である点では、すぐ
れた効果を有しているが、経済性、作業性、衛生
面のほか、ぬれ性等の点において一長一短がある
ほか、はんだ接合部の機械的強度については、な
お改善すべき問題が残されていた。 とくに、半導体パワーデバイスのように、金属
フレームにシリコンペレツトをはんだ付けする構
造のものでは、金属フレームとシリコンとの熱膨
張率の差によつて生ずる歪が接合部のはんだによ
つて吸収されるため、はんだ接合部には、機械的
性質として引張り、クリープ、曲げなどの繰り返
し応力に耐えられる接合強度が要求される。しか
し、従来のはんだ合金では、接合部が繰り返し応
力を受けると、疲労によりはんだ材の特性が劣化
して、接合部が早期に剥離することが多く、半導
体部品の信頼性に大きな影響を与えるという問題
がある。 この発明者らは、上記の問題を解決するため、
種々の実験と検討とを重ねた結果、Sn―Pb―Bi
系はんだ合金に、一定範囲のCuを添加すること
により、従来のはんだ合金の銀くわれ防止効果を
損うことなく、しかも繰り返し応力に対する耐疲
労特性にすぐれたはんだ合金が得られることを見
出して、この発明を完成するに至つたのである。 すなわち、この発明のはんだ合金は、20〜47重
量%のSn、2〜12重量%のBi、0.03〜0.5重量%
のCu、残部Pbの組成からなることを特徴とする
ものである。 この発明の各成分の組成範囲およびその限定理
由は、下記の通りである。 Snは、20重量%未満の含有量では、固相線温
度が183℃以上となり、融点が高くなつて過熱に
よる酸化が著しくなり、耐熱性の低い電子部品に
悪影響を与えるから適当でない。また、47重量%
を超えて含有すると、Agとの金属間化合物の生
成が促進されるため、硬くて脆い接合部が形成さ
れ易く、電子回路基板上のAgめつき膜の溶解防
止効果が減少するだけでなく、はんだ合金の製造
コストが高くなるので好ましくない。 Biは、Agの溶解を抑制するのに有効な元素で
あるだけでなく、はんだ自体の融点を低下させる
効果がある。しかしこの発明のはんだ合金の場
合、2重量%未満の含有量では、この効果が十分
でなく、また12重量%を超えて含有すると、はん
だの融点が下がりすぎるだけでなく、はんだ自体
の粘性が減少して脆くなるので機械的強度が低下
する。また溶融はんだの表面酸化が著しくなつ
て、はんだ付け作業性を害するので好ましくな
い。 Cuは、この発明のはんだ合金の特徴を与える
重要元素であつて、微量の添加によつて、機械的
強度を著しく向上させることができる。しかしこ
の発明のはんだ合金においてはBiとの配合関係
から0.03重量%未満の添加では十分な改善が得ら
れないので、最低0.03重量%は必要である。しか
し、0.5重量%を超えて添加すると融点が高くな
り、またはんだの機械的強度を低下させ、流動性
にも悪影響を与えるので適当でない。 次に、この発明のはんだ合金の機械的強度につ
いて試験した結果を、従来のSn―Pb系はんだ合
金と対比して第1表に示す。 試験用試料は、JIS6号に規定する試験片を調製
し、インストロン型万能試験機により引張り強さ
と伸びとを測定した。引張り速度は10mm/min、
試験温度は20℃である。 この発明のはんだ合金の化学成分(重量%)
は、Sn46%、Bi8%、Cu0.05%、Pb残部である。 従来のはんだ合金は、JIS―Z―3282に規定さ
れたA等級に属する製品である。
【表】
第1表の数値から明らかなように、この発明の
はんだ合金の引張り強さは、従来のはんだ合金の
うちSn60―Pb40と同等であるが、伸びがほぼ4
倍近くまで増大し、高い粘性を有していることが
わかる。したがつて、この発明のはんだ合金は、
繰り返し応力を受けても劣化し難く、破断に至る
までの時間が長く、従来のはんだ合金よりもはる
かにすぐれた耐疲労特性を備えていることにな
る。 また、この発明のはんだ合金のはんだ付け強度
の試験結果を、従来の銀くわれ防止用はんだ合金
と対比して第2表に示す。 アルミナ基板(30mm×30mm×1.0mm)の表面に、
Ag―Pdのめつき膜(厚さ20μm)を形成して、
その上にリード線(直径1.0mmのSnめつきされた
銅線)をはんだ付けしたもの(10個)について試
験した。 (1) はんだ付け条件 予備加熱 120℃×30sec 本加熱 230℃×40sec ホツトプレート加熱 (2) はんだ印刷条件 メタルマスク 穴径3.0mm、厚さ0.3mm (3) インストロン型万能試験機による引張り試験
条件 引張り速度 10mm/min 試験温度 20℃
はんだ合金の引張り強さは、従来のはんだ合金の
うちSn60―Pb40と同等であるが、伸びがほぼ4
倍近くまで増大し、高い粘性を有していることが
わかる。したがつて、この発明のはんだ合金は、
繰り返し応力を受けても劣化し難く、破断に至る
までの時間が長く、従来のはんだ合金よりもはる
かにすぐれた耐疲労特性を備えていることにな
る。 また、この発明のはんだ合金のはんだ付け強度
の試験結果を、従来の銀くわれ防止用はんだ合金
と対比して第2表に示す。 アルミナ基板(30mm×30mm×1.0mm)の表面に、
Ag―Pdのめつき膜(厚さ20μm)を形成して、
その上にリード線(直径1.0mmのSnめつきされた
銅線)をはんだ付けしたもの(10個)について試
験した。 (1) はんだ付け条件 予備加熱 120℃×30sec 本加熱 230℃×40sec ホツトプレート加熱 (2) はんだ印刷条件 メタルマスク 穴径3.0mm、厚さ0.3mm (3) インストロン型万能試験機による引張り試験
条件 引張り速度 10mm/min 試験温度 20℃
【表】
第2表の結果から明らかなように、この発明の
はんだ付け強度は、従来のはんだ合金に比べて2
倍以上であることが確認された。 なお、上記のはんだ付け強度試験に用いたアル
ミナ基板上のAg―Pbめつき膜のはんだ合金中へ
の拡散状態を調べるため、はんだ付け温度250℃
で20sec、160sec間、はんだ付けを行なつものに
ついて、はんだ付け部断面の組織を顕微鏡下で観
察したところ、はんだ付け時間20secではめつき
膜の拡散はほとんど見られず、はんだ付け時間
160secの場合でも、僅かに拡散層が判別できる程
度であつて、めつき膜がほぼ完全に近い状態で残
存しており、銀くわれ防止の点についても、すぐ
れた効果を発揮することが裏付けされた。 以上、説明したように、この発明のはんだ合金
は、従来のはんだ合金よりも大きな伸びを有し、
粘性がすぐれているので、はんだ接合部に繰り返
し応力が作用しても疲労による特性の劣化が生ぜ
ず、しかも銀くわれ防止効果については、従来の
この種のはんだ合金よりもすぐれた特性を有して
いるから、電子回路基板、半導体部品等の電子部
品のはんだ付け用として成型品はんだやクリーム
はんだに適用して、高信頼性および安定性が得ら
れるだけでなく、その他の電気機器部品および一
般工作品用の棒状はんだ、板状はんだ、やに入り
はんだ等にも広く適用することができる。
はんだ付け強度は、従来のはんだ合金に比べて2
倍以上であることが確認された。 なお、上記のはんだ付け強度試験に用いたアル
ミナ基板上のAg―Pbめつき膜のはんだ合金中へ
の拡散状態を調べるため、はんだ付け温度250℃
で20sec、160sec間、はんだ付けを行なつものに
ついて、はんだ付け部断面の組織を顕微鏡下で観
察したところ、はんだ付け時間20secではめつき
膜の拡散はほとんど見られず、はんだ付け時間
160secの場合でも、僅かに拡散層が判別できる程
度であつて、めつき膜がほぼ完全に近い状態で残
存しており、銀くわれ防止の点についても、すぐ
れた効果を発揮することが裏付けされた。 以上、説明したように、この発明のはんだ合金
は、従来のはんだ合金よりも大きな伸びを有し、
粘性がすぐれているので、はんだ接合部に繰り返
し応力が作用しても疲労による特性の劣化が生ぜ
ず、しかも銀くわれ防止効果については、従来の
この種のはんだ合金よりもすぐれた特性を有して
いるから、電子回路基板、半導体部品等の電子部
品のはんだ付け用として成型品はんだやクリーム
はんだに適用して、高信頼性および安定性が得ら
れるだけでなく、その他の電気機器部品および一
般工作品用の棒状はんだ、板状はんだ、やに入り
はんだ等にも広く適用することができる。
1 被覆剤全体に対して25〜60重量%の鉄粉を含
有する被覆剤原料を固着剤と共に混練してなる被
覆剤を、軟鋼心線外周に塗布して被覆アーク溶接
棒を製造するに当り、流動度が19〜33秒/50g
(JIS Z 2502)である鉄粉を使用することを特
徴とする被覆アーク溶接棒の製造方法。
有する被覆剤原料を固着剤と共に混練してなる被
覆剤を、軟鋼心線外周に塗布して被覆アーク溶接
棒を製造するに当り、流動度が19〜33秒/50g
(JIS Z 2502)である鉄粉を使用することを特
徴とする被覆アーク溶接棒の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1965484A JPS60166191A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 耐疲労特性にすぐれたはんだ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1965484A JPS60166191A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 耐疲労特性にすぐれたはんだ合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60166191A JPS60166191A (ja) | 1985-08-29 |
JPH0124599B2 true JPH0124599B2 (ja) | 1989-05-12 |
Family
ID=12005229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1965484A Granted JPS60166191A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 耐疲労特性にすぐれたはんだ合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60166191A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5011658A (en) * | 1989-05-31 | 1991-04-30 | International Business Machines Corporation | Copper doped low melt solder for component assembly and rework |
US20090310318A1 (en) * | 2008-06-16 | 2009-12-17 | Cisco Technology, Inc. | Attaching a lead-free component to a printed circuit board under lead-based assembly conditions |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3725144A (en) * | 1968-04-16 | 1973-04-03 | Gen Motors Corp | Heat treatable creep resistant solder |
JPS5436751A (en) * | 1977-08-29 | 1979-03-17 | Toshiba Corp | Display device |
-
1984
- 1984-02-06 JP JP1965484A patent/JPS60166191A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3725144A (en) * | 1968-04-16 | 1973-04-03 | Gen Motors Corp | Heat treatable creep resistant solder |
JPS5436751A (en) * | 1977-08-29 | 1979-03-17 | Toshiba Corp | Display device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS60166191A (ja) | 1985-08-29 |
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