JPH07195190A - 高温はんだ - Google Patents
高温はんだInfo
- Publication number
- JPH07195190A JPH07195190A JP1130994A JP1130994A JPH07195190A JP H07195190 A JPH07195190 A JP H07195190A JP 1130994 A JP1130994 A JP 1130994A JP 1130994 A JP1130994 A JP 1130994A JP H07195190 A JPH07195190 A JP H07195190A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- temp
- temperature
- thermal fatigue
- soldering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ハイブリッドＩＣ、パワートランジスター、
コイル部品のように使用時に発熱する電子部品を組み込
んだ電子機器では、使用時に温度が上昇し、不使用時に
は室温まで下がるというヒートサイクルがかかるため、
熱の膨張収縮ではんだ付け部にヒビ割れを生じることが
ある。本発明では、耐熱疲労性に富み、しかもはんだ付
け性や耐銀喰われに優れた高温はんだを提供することに
ある。 【構成】 Ｂｉを１重量％以上、Ｓｎを２重量％以上で
それぞれＰｂに対して室温で固溶限以内添加したＰｂ主
成分のマトリックス中に、Ｎｉ3ＧｅやＮｉ3Ｉｎのよう
な金属間化合物を５体積％以内分散させてあり、しかも
固相線温度が２３０度以上である高温はんだ。
コイル部品のように使用時に発熱する電子部品を組み込
んだ電子機器では、使用時に温度が上昇し、不使用時に
は室温まで下がるというヒートサイクルがかかるため、
熱の膨張収縮ではんだ付け部にヒビ割れを生じることが
ある。本発明では、耐熱疲労性に富み、しかもはんだ付
け性や耐銀喰われに優れた高温はんだを提供することに
ある。 【構成】 Ｂｉを１重量％以上、Ｓｎを２重量％以上で
それぞれＰｂに対して室温で固溶限以内添加したＰｂ主
成分のマトリックス中に、Ｎｉ3ＧｅやＮｉ3Ｉｎのよう
な金属間化合物を５体積％以内分散させてあり、しかも
固相線温度が２３０度以上である高温はんだ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｐｂを主成分とした高
温はんだ、特に耐熱疲労性に優れた高温はんだに関す
る。
温はんだ、特に耐熱疲労性に優れた高温はんだに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電子機器のはんだ付けに用いら
れるはんだはＳｎが６３重量％、残部Ｐｂの所謂「共晶
はんだ」或は共晶はんだに近い組成のＳｎ−Ｐｂはんだ
が使用されている。このように電子機器のはんだ付けに
共晶はんだを使用する理由は、この組成のはんだがＳｎ
−Ｐｂはんだ中液相線温度が一番低いため、電子部品や
プリント基板に対して熱影響が少ないからである。
れるはんだはＳｎが６３重量％、残部Ｐｂの所謂「共晶
はんだ」或は共晶はんだに近い組成のＳｎ−Ｐｂはんだ
が使用されている。このように電子機器のはんだ付けに
共晶はんだを使用する理由は、この組成のはんだがＳｎ
−Ｐｂはんだ中液相線温度が一番低いため、電子部品や
プリント基板に対して熱影響が少ないからである。
【０００３】ところで、近時の電子機器では全体を小型
化するために電子部品をプリント基板の両面に実装する
ことがある。この実装方法は、先ずプリント基板の一方
の面に電子部品を搭載してはんだ付けを行い、次にもう
一方の面に電子部品を搭載してはんだ付けをするとい
う、二度付けである。一度目と二度目のはんだ付けを共
晶はんだで行うと、二度目のはんだ付け時に、一度目に
はんだ付けした部分が溶融して電子部品が脱落してしま
う。そのため、二度付けのプリント基板では、一度目の
はんだ付けには、固相線温度の高い高温はんだではんだ
付けをしておく。高温はんだではんだ付けした後、共晶
はんだではんだ付けすると、一度目にはんだ付けした部
分を全く溶融させることなくはんだ付けができる。
化するために電子部品をプリント基板の両面に実装する
ことがある。この実装方法は、先ずプリント基板の一方
の面に電子部品を搭載してはんだ付けを行い、次にもう
一方の面に電子部品を搭載してはんだ付けをするとい
う、二度付けである。一度目と二度目のはんだ付けを共
晶はんだで行うと、二度目のはんだ付け時に、一度目に
はんだ付けした部分が溶融して電子部品が脱落してしま
う。そのため、二度付けのプリント基板では、一度目の
はんだ付けには、固相線温度の高い高温はんだではんだ
付けをしておく。高温はんだではんだ付けした後、共晶
はんだではんだ付けすると、一度目にはんだ付けした部
分を全く溶融させることなくはんだ付けができる。
【０００４】また高温はんだは、電子機器の使用時に温
度が上昇するような箇所にも用いられる。たとえば、ハ
イブリッドＩＣ、パワートランジスタ、コイル部品等
は、通電するとそれ自体が発熱し、温度が上昇する。こ
のような電子部品を共晶はんだではんだ付けすると、融
点の低いはんだは電子部品の熱で溶融してしまう。そこ
で使用時に発熱するような電子部品は高温はんだではん
だ付けするようにしている。
度が上昇するような箇所にも用いられる。たとえば、ハ
イブリッドＩＣ、パワートランジスタ、コイル部品等
は、通電するとそれ自体が発熱し、温度が上昇する。こ
のような電子部品を共晶はんだではんだ付けすると、融
点の低いはんだは電子部品の熱で溶融してしまう。そこ
で使用時に発熱するような電子部品は高温はんだではん
だ付けするようにしている。
【０００５】従来より、電子機器に用いる高温はんだと
しては各種のものがあった。一般に高温はんだとして
は、Ｐｂ主成分にＳｎ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｂｉ等の金属を少
量添加したものや、Ｓｎ主成分にＰｂ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ等の金属を少量添加したものであった。
しては各種のものがあった。一般に高温はんだとして
は、Ｐｂ主成分にＳｎ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｂｉ等の金属を少
量添加したものや、Ｓｎ主成分にＰｂ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ等の金属を少量添加したものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の高温
はんだをハイブリッドＩＣ、パワートランジスター、コ
イル等の発熱部品のはんだ付けに使用した場合、電子機
器を長期間使用しているうちに、はんだ付けした高温は
んだに亀裂が入り、導通不良を起こすことがあった。こ
の原因は、電子機器の内部が使用時に電子部品の発熱で
温度が上がり、使用後は室温に戻るという温度の繰り返
し、即ちヒートサイクルがかかるからである。高温はん
だの熱膨張率と、被はんだ付け部である非金属のプリン
ト基板の熱膨張率を比較すると、熱膨張率はプリント基
板の方が大きいため、はんだ付け部にヒートサイクルが
かかった場合、プリント基板が大きく膨張収縮を繰り返
し、高温はんだがプリント基板に引っ張られたり圧迫さ
れたりする。この長期間にわたる膨張収縮により、つい
には高温はんだが疲労を起こし、亀裂が入ってしまうわ
けである。
はんだをハイブリッドＩＣ、パワートランジスター、コ
イル等の発熱部品のはんだ付けに使用した場合、電子機
器を長期間使用しているうちに、はんだ付けした高温は
んだに亀裂が入り、導通不良を起こすことがあった。こ
の原因は、電子機器の内部が使用時に電子部品の発熱で
温度が上がり、使用後は室温に戻るという温度の繰り返
し、即ちヒートサイクルがかかるからである。高温はん
だの熱膨張率と、被はんだ付け部である非金属のプリン
ト基板の熱膨張率を比較すると、熱膨張率はプリント基
板の方が大きいため、はんだ付け部にヒートサイクルが
かかった場合、プリント基板が大きく膨張収縮を繰り返
し、高温はんだがプリント基板に引っ張られたり圧迫さ
れたりする。この長期間にわたる膨張収縮により、つい
には高温はんだが疲労を起こし、亀裂が入ってしまうわ
けである。
【０００７】このヒートサイクルに対しては、Ｐｂ主成
分の高温はんだよりもＳｎ主成分の高温はんだの方が耐
熱疲労性に乏しい。これは、Ｓｎ主成分の高温はんだは
硬度が大きく、伸びが少ないためである。従って、ヒー
トサイクルがかかるプリント基板のはんだ付けにはＰｂ
主成分の高温はんだが多く用いられている。
分の高温はんだよりもＳｎ主成分の高温はんだの方が耐
熱疲労性に乏しい。これは、Ｓｎ主成分の高温はんだは
硬度が大きく、伸びが少ないためである。従って、ヒー
トサイクルがかかるプリント基板のはんだ付けにはＰｂ
主成分の高温はんだが多く用いられている。
【０００８】またハイブリッドＩＣのような電子部品を
従来のＰｂ主成分の高温はんだで、はんだ付けすると、
熱疲労ではんだ付け部に亀裂が入るばかりでなく、基板
のマウントとの接着力を弱くさせることがあった。この
接着力低下の原因は、銀喰われ現象である。つまり、ハ
イブリッドＩＣの基板はセラミックでできており、セラ
ミックの表面にＡｇ／Ｐｄペーストが焼き付けられてい
る。このようなセラミック基板を従来の高温はんだでは
んだ付けすると、Ａｇ／Ｐｄ中のＡｇが高温はんだ中に
拡散溶解してしまい、接着面積が少なくなって接着強度
が弱くなってしまうものである。
従来のＰｂ主成分の高温はんだで、はんだ付けすると、
熱疲労ではんだ付け部に亀裂が入るばかりでなく、基板
のマウントとの接着力を弱くさせることがあった。この
接着力低下の原因は、銀喰われ現象である。つまり、ハ
イブリッドＩＣの基板はセラミックでできており、セラ
ミックの表面にＡｇ／Ｐｄペーストが焼き付けられてい
る。このようなセラミック基板を従来の高温はんだでは
んだ付けすると、Ａｇ／Ｐｄ中のＡｇが高温はんだ中に
拡散溶解してしまい、接着面積が少なくなって接着強度
が弱くなってしまうものである。
【０００９】さらに従来のＰｂを主成分とした高温はん
だは、はんだ付け性が悪く、はんだ付け不良を起こすと
いう問題もあった。Ｓｎ−Ｐｂはんだではんだ付け性に
効果のあるのはＳｎであり、Ｐｂが多いとはんだ付け性
が悪くなる。そのためＰｂ主成分の高温はんだのはんだ
付け性を良好にするため、Ｓｎを多量に添加したいとこ
ろであるが、Ｓｎを多量に添加すると固相線温度が下が
ってしまい、高温はんだとしての特性がなくなってしま
う。
だは、はんだ付け性が悪く、はんだ付け不良を起こすと
いう問題もあった。Ｓｎ−Ｐｂはんだではんだ付け性に
効果のあるのはＳｎであり、Ｐｂが多いとはんだ付け性
が悪くなる。そのためＰｂ主成分の高温はんだのはんだ
付け性を良好にするため、Ｓｎを多量に添加したいとこ
ろであるが、Ｓｎを多量に添加すると固相線温度が下が
ってしまい、高温はんだとしての特性がなくなってしま
う。
【００１０】本発明は、従来のＰｂ主成分の高温はんだ
よりも耐熱疲労性に富み、銀喰われが少なく、しかもは
んだ付け性に優れた高温はんだを提供することにある。
よりも耐熱疲労性に富み、銀喰われが少なく、しかもは
んだ付け性に優れた高温はんだを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、複数の金属
を溶融させて合金にした場合、主要金属を固溶させると
耐熱疲労性が良好となり、しかも或る種の金属間化合物
をマトリックス中で均一に分散させると、さらに耐熱疲
労性向上に効果のあることを見いだし本発明を完成させ
た。
を溶融させて合金にした場合、主要金属を固溶させると
耐熱疲労性が良好となり、しかも或る種の金属間化合物
をマトリックス中で均一に分散させると、さらに耐熱疲
労性向上に効果のあることを見いだし本発明を完成させ
た。
【００１２】本発明は、Ｂｉを１重量％以上でＰｂに対
して室温で固溶限以内、Ｓｎを２重量％以上でＰｂに対
して室温で固溶限以内添加したＰｂ主成分のマトリック
ス中に、Ｎｉ3Ｇｅ、Ｎｉ3Ｇａ、ＮｉＢｉ3、Ｔｉ3Ｓ
ｎ、Ａｇ3Ｔｅ、Ｂｉ2Ｔｅ3、Ａｇ2Ｓｎ、Ａｇ3Ｉｎ、
Ｎｉ3Ｉｎのうちのいずれか１種以上を５体積％以内を
限度として分散させてあり、しかも固相線温度が２３０
℃以上にあることを特徴とする高温はんだである。
して室温で固溶限以内、Ｓｎを２重量％以上でＰｂに対
して室温で固溶限以内添加したＰｂ主成分のマトリック
ス中に、Ｎｉ3Ｇｅ、Ｎｉ3Ｇａ、ＮｉＢｉ3、Ｔｉ3Ｓ
ｎ、Ａｇ3Ｔｅ、Ｂｉ2Ｔｅ3、Ａｇ2Ｓｎ、Ａｇ3Ｉｎ、
Ｎｉ3Ｉｎのうちのいずれか１種以上を５体積％以内を
限度として分散させてあり、しかも固相線温度が２３０
℃以上にあることを特徴とする高温はんだである。
【００１３】本発明の高温はんだが固相線温度を２３０
℃以上としたのは、プリント基板を二度はんだ付けする
場合、二度目のはんだとして共晶はんだを使用するが、
共晶はんだのはんだ付け温度が２００〜２３０℃である
ため、この温度よりも高くなければならないからであ
る。
℃以上としたのは、プリント基板を二度はんだ付けする
場合、二度目のはんだとして共晶はんだを使用するが、
共晶はんだのはんだ付け温度が２００〜２３０℃である
ため、この温度よりも高くなければならないからであ
る。
【００１４】
【作用】前述のようにＰｂ主成分の高温はんだは、はん
だ付け性が悪いものであり、はんだ付け性改善のために
はＳｎが効果がある。Ｓｎの添加量が２重量％より少な
いと、はんだ付け性改善に効果がなく、しかるにＳｎの
固溶限を越えて添加すると耐熱疲労性を害するようにな
る。Ｐｂに対するＳｎの室温における固溶限は１０重量
％であり、本発明ではＳｎの添加量を上限１０重量％と
した。
だ付け性が悪いものであり、はんだ付け性改善のために
はＳｎが効果がある。Ｓｎの添加量が２重量％より少な
いと、はんだ付け性改善に効果がなく、しかるにＳｎの
固溶限を越えて添加すると耐熱疲労性を害するようにな
る。Ｐｂに対するＳｎの室温における固溶限は１０重量
％であり、本発明ではＳｎの添加量を上限１０重量％と
した。
【００１５】Ｂｉは、Ｐｂ主成分の合金に対して固相線
温度と液相線温度間の溶融範囲を調整するものであり、
本発明の高温はんだにおけるＢｉの添加量は１重量％以
上で上限が室温での固溶限である１８重量％以下であ
る。Ｂｉの添加量が１重量％よりも少ないと固相線温度
と液相線温度が高くなり過ぎてしまい、はんだ付け温度
も高くなって電子部品を熱損傷させてしまう。またＢｉ
の添加量が室温での固溶限を越えてしまうと耐熱疲労性
を悪くしてしまう。
温度と液相線温度間の溶融範囲を調整するものであり、
本発明の高温はんだにおけるＢｉの添加量は１重量％以
上で上限が室温での固溶限である１８重量％以下であ
る。Ｂｉの添加量が１重量％よりも少ないと固相線温度
と液相線温度が高くなり過ぎてしまい、はんだ付け温度
も高くなって電子部品を熱損傷させてしまう。またＢｉ
の添加量が室温での固溶限を越えてしまうと耐熱疲労性
を悪くしてしまう。
【００１６】本発明では、Ｐｂ主成分でＰｂに対してＢ
ｉ、Ｓｎを固溶限以内添加するとともに、Ｎｉ3Ｇｅ、
Ｎｉ3Ｇａ、ＮｉＢｉ3、Ｔｉ3Ｓｎ、Ａｇ3Ｔｅ、Ｂｉ2
Ｔｅ3、Ａｇ2Ｓｎ、Ａｇ3Ｉｎ、Ｎｉ3Ｉｎのうちのいず
れか１種以上を５体積％以内を限度としてＰｂ主成分の
マトリックス中に分散させるものであるが、これらの金
属間化合物はＰｂ主成分のはんだ合金に対して耐熱疲労
性を改善する効果がある。しかるに、これらの金属間化
合物が５体積％を越えて添加されると耐熱疲労性改善に
効果がなくなり、かえって耐熱疲労性を悪くしてしま
う。
ｉ、Ｓｎを固溶限以内添加するとともに、Ｎｉ3Ｇｅ、
Ｎｉ3Ｇａ、ＮｉＢｉ3、Ｔｉ3Ｓｎ、Ａｇ3Ｔｅ、Ｂｉ2
Ｔｅ3、Ａｇ2Ｓｎ、Ａｇ3Ｉｎ、Ｎｉ3Ｉｎのうちのいず
れか１種以上を５体積％以内を限度としてＰｂ主成分の
マトリックス中に分散させるものであるが、これらの金
属間化合物はＰｂ主成分のはんだ合金に対して耐熱疲労
性を改善する効果がある。しかるに、これらの金属間化
合物が５体積％を越えて添加されると耐熱疲労性改善に
効果がなくなり、かえって耐熱疲労性を悪くしてしま
う。
【００１７】
【実施例および比較例】実施例および比較例を表１に示
す。
す。
【００１８】
【表１】
【００１９】 固相線温度（℃）…完全に固体になったときの温度 ピーク温度（℃）…ほとんどが液体になったときの温度 はんだ付け性…アルミナ基板上にＡｇ／Ｐｄペーストで
焼結したマウントにボール状のはんだを乗せ、リフロー
炉で加熱してはんだ付け状態を観察する。 銀喰われ…溶融はんだ中に銀線を一定時間浸して、その
細り具合を測定する。 耐熱疲労性…プリント基板にディスクリート部品のリー
ドを挿入してはんだ付けを行い、これを−５０℃〜＋１
５０℃を繰り返す雰囲気中に曝して、接合部にヒビ割れ
が発生するまでの時間を、共晶はんだを基準にして比較
した数値である。 比較例１…Ｐｂ−３Ｓｎ高温はんだ 比較例２…特開昭５６−１４４８９３号 比較例３…共晶はんだ
焼結したマウントにボール状のはんだを乗せ、リフロー
炉で加熱してはんだ付け状態を観察する。 銀喰われ…溶融はんだ中に銀線を一定時間浸して、その
細り具合を測定する。 耐熱疲労性…プリント基板にディスクリート部品のリー
ドを挿入してはんだ付けを行い、これを−５０℃〜＋１
５０℃を繰り返す雰囲気中に曝して、接合部にヒビ割れ
が発生するまでの時間を、共晶はんだを基準にして比較
した数値である。 比較例１…Ｐｂ−３Ｓｎ高温はんだ 比較例２…特開昭５６−１４４８９３号 比較例３…共晶はんだ
【００２０】
【発明の効果】本発明の高温はんだは、耐熱疲労性に優
れているため、使用時に内部の温度が上がるような電子
機器に用いた場合、はんだ付け部が熱疲労でヒビ割れす
ることがなくなり、電子機器の寿命を長くすることがで
きるばかりでなく、銀喰われが少なく、しかもＡｇ／Ｐ
ｄ焼結部分に対してもはんだ付けがよいことからハイブ
リッドＩＣのはんだ付けには最適なものである。
れているため、使用時に内部の温度が上がるような電子
機器に用いた場合、はんだ付け部が熱疲労でヒビ割れす
ることがなくなり、電子機器の寿命を長くすることがで
きるばかりでなく、銀喰われが少なく、しかもＡｇ／Ｐ
ｄ焼結部分に対してもはんだ付けがよいことからハイブ
リッドＩＣのはんだ付けには最適なものである。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｂｉを１重量％以上でＰｂに対して室温
で固溶限以内、Ｓｎを２重量％以上でＰｂに対して室温
で固溶限以内添加したＰｂ主成分のマトリックス中に、
Ｎｉ3Ｇｅ、Ｎｉ3Ｇａ、ＮｉＢｉ3、Ｔｉ3Ｓｎ、Ａｇ3
Ｔｅ、Ｂｉ2Ｔｅ3、Ａｇ2Ｓｎ、Ａｇ3Ｉｎ、Ｎｉ3Ｉｎ
のうちのいずれか１種以上を５体積％以内を限度として
分散させてあり、しかも固相線温度が２３０℃以上にあ
ることを特徴とする高温はんだ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1130994A JPH07195190A (ja) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | 高温はんだ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1130994A JPH07195190A (ja) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | 高温はんだ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07195190A true JPH07195190A (ja) | 1995-08-01 |
Family
ID=11774414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1130994A Pending JPH07195190A (ja) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | 高温はんだ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07195190A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003188041A (ja) * | 2001-12-18 | 2003-07-04 | Sanyo Electric Co Ltd | チップ部品およびそれを実装した回路装置 |
| CN105935845A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-14 | 上海无线电设备研究所 | 一种碲化铋纳米颗粒强化锡银铜焊料及其使用方法 |
-
1994
- 1994-01-06 JP JP1130994A patent/JPH07195190A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003188041A (ja) * | 2001-12-18 | 2003-07-04 | Sanyo Electric Co Ltd | チップ部品およびそれを実装した回路装置 |
| CN105935845A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-14 | 上海无线电设备研究所 | 一种碲化铋纳米颗粒强化锡银铜焊料及其使用方法 |
| CN105935845B (zh) * | 2016-06-08 | 2018-06-19 | 上海无线电设备研究所 | 一种碲化铋纳米颗粒强化锡银铜焊料及其使用方法 |
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