JPH07246493A - はんだ合金 - Google Patents
はんだ合金Info
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- JPH07246493A JPH07246493A JP6066676A JP6667694A JPH07246493A JP H07246493 A JPH07246493 A JP H07246493A JP 6066676 A JP6066676 A JP 6066676A JP 6667694 A JP6667694 A JP 6667694A JP H07246493 A JPH07246493 A JP H07246493A
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- JP
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- solder
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- solder alloy
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-
- 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
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C13/00—Alloys based on tin
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱サイクルストレスによるはんだ接合部の疲
労破壊を緩和できるはんだ合金を提供し、さらに従来で
は避けるべきとされているＣｕの混入を積極的に解明し
て、Ｃｕ添加はんだの有効利用を計る。 【構成】 Ｓｎ５７〜６５重量％、Ｓｂ０．１〜０．５
重量％、Ｔｅ０．００２〜０．０５重量％、および残部
Ｐｂからなるはんだ合金を基本構成とした。基本構成
に、さらにＧａ０．００１〜０．０５重量％を加えたは
んだ合金とした。さらにまた、Ｃｕを０．１〜０．３重
量％含有するはんだ合金とした。
労破壊を緩和できるはんだ合金を提供し、さらに従来で
は避けるべきとされているＣｕの混入を積極的に解明し
て、Ｃｕ添加はんだの有効利用を計る。 【構成】 Ｓｎ５７〜６５重量％、Ｓｂ０．１〜０．５
重量％、Ｔｅ０．００２〜０．０５重量％、および残部
Ｐｂからなるはんだ合金を基本構成とした。基本構成
に、さらにＧａ０．００１〜０．０５重量％を加えたは
んだ合金とした。さらにまた、Ｃｕを０．１〜０．３重
量％含有するはんだ合金とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電子機器のプリント
基板などにおいて電子部品の接合に利用するはんだ合金
の改良に係り、特に長期間の熱サイクルストレスによっ
てはんだ接合部が疲労破壊する現象を緩和するための技
術に関するものである。
基板などにおいて電子部品の接合に利用するはんだ合金
の改良に係り、特に長期間の熱サイクルストレスによっ
てはんだ接合部が疲労破壊する現象を緩和するための技
術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】はんだは冶金的なヌレ現象を利用して複
数の部材を電気的、あるいは機械的に接合するものであ
る。電子機器の組み立てや電子部品の実装に使用される
はんだとしては、従来から慣行的にＳｎ−Ｐｂ合金の中
でも比較的融点が低い共晶はんだ（Ｓｎ６３wt％、Ｐｂ
３７wt％、融点約１８３度Ｃ）が用いられている。この
はんだを用いるのは、電子部品、プリント基板、および
樹脂素材などの耐熱保証温度が低いという理由による。
数の部材を電気的、あるいは機械的に接合するものであ
る。電子機器の組み立てや電子部品の実装に使用される
はんだとしては、従来から慣行的にＳｎ−Ｐｂ合金の中
でも比較的融点が低い共晶はんだ（Ｓｎ６３wt％、Ｐｂ
３７wt％、融点約１８３度Ｃ）が用いられている。この
はんだを用いるのは、電子部品、プリント基板、および
樹脂素材などの耐熱保証温度が低いという理由による。
【０００３】ところで、接合部のはんだは電子機器のオ
ン・オフによる発熱・冷却、あるいは使用環境温度雰囲
気の昇降などによる熱サイクルによって全方向から圧縮
・引っ張り・せん断・ねじれなどのストレスを受ける。
そしてこれらのストレスを打ち消すように、はんだは組
織の移動と再結晶を繰り返す。特に、はんだの固相温度
近くまで温度が上昇したり、大きいストレスを受けた部
分は結晶の粗大化の進行が著しい。また、はんだが冷え
ると結晶は固くなり、移動も遅くなるので、収縮による
ストレスが大きくなる。この結晶組織がストレスに耐え
られなくなれば、その部分は疲労破壊によりしわにな
り、これが進行すれば亀裂が発生する。この亀裂が大き
くなれば、外観的には割れとなる。
ン・オフによる発熱・冷却、あるいは使用環境温度雰囲
気の昇降などによる熱サイクルによって全方向から圧縮
・引っ張り・せん断・ねじれなどのストレスを受ける。
そしてこれらのストレスを打ち消すように、はんだは組
織の移動と再結晶を繰り返す。特に、はんだの固相温度
近くまで温度が上昇したり、大きいストレスを受けた部
分は結晶の粗大化の進行が著しい。また、はんだが冷え
ると結晶は固くなり、移動も遅くなるので、収縮による
ストレスが大きくなる。この結晶組織がストレスに耐え
られなくなれば、その部分は疲労破壊によりしわにな
り、これが進行すれば亀裂が発生する。この亀裂が大き
くなれば、外観的には割れとなる。
【０００４】上述したように接合部が割れた場合には電
気抵抗が高くなるため、電源をオンしたときにはそこに
流れる電流によって温度上昇が発生し、かつ物理的強度
が低下する。そして割れがますます増幅されてしまい、
接合の目的を失うことになる。さらに、電気特性も悪化
するので、機器の誤動作を引き起こしたり、最悪の場合
には流れる電流によってスパークやアークが発生して発
火する原因にもなる。特に一般の民生機器のみならず、
最近のインバータ製品などのような直流、大電流を扱う
機器、さらには使用環境の厳しい車載電装品では熱スト
レスの問題は非常に重要であり、耐熱ストレス性に優れ
たはんだ接合材料の開発が不可欠である。
気抵抗が高くなるため、電源をオンしたときにはそこに
流れる電流によって温度上昇が発生し、かつ物理的強度
が低下する。そして割れがますます増幅されてしまい、
接合の目的を失うことになる。さらに、電気特性も悪化
するので、機器の誤動作を引き起こしたり、最悪の場合
には流れる電流によってスパークやアークが発生して発
火する原因にもなる。特に一般の民生機器のみならず、
最近のインバータ製品などのような直流、大電流を扱う
機器、さらには使用環境の厳しい車載電装品では熱スト
レスの問題は非常に重要であり、耐熱ストレス性に優れ
たはんだ接合材料の開発が不可欠である。
【０００５】そこで、はんだ合金の組成として公知のＳ
ｎ９０重量％、Ｃｄ９重量％、Ｚｎ１重量％で融点が２
３８〜２６０度Ｃのはんだや、Ｓｎ９５重量％、Ｓｂ５
重量％で融点が２３５〜２４０度Ｃのはんだが提供され
ている。また、Ｓｎ−Ｐｂベースのはんだ合金にＣｄ、
Ａｇ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｉ
ｎ、ＡｓあるいはＧａなどを添加したはんだや、Ｓｎ−
Ｐｂ−Ｂｉベース、およびＳｎ−Ｐｂ−Ｓｂベースのは
んだ、さらにはこれらに微量のＡｇ、Ｃｕを添加したは
んだなどが公知である（例えば特公昭４９−２１０２
８、４９−２３９８６、５３−１１３２４５など）。
ｎ９０重量％、Ｃｄ９重量％、Ｚｎ１重量％で融点が２
３８〜２６０度Ｃのはんだや、Ｓｎ９５重量％、Ｓｂ５
重量％で融点が２３５〜２４０度Ｃのはんだが提供され
ている。また、Ｓｎ−Ｐｂベースのはんだ合金にＣｄ、
Ａｇ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｉ
ｎ、ＡｓあるいはＧａなどを添加したはんだや、Ｓｎ−
Ｐｂ−Ｂｉベース、およびＳｎ−Ｐｂ−Ｓｂベースのは
んだ、さらにはこれらに微量のＡｇ、Ｃｕを添加したは
んだなどが公知である（例えば特公昭４９−２１０２
８、４９−２３９８６、５３−１１３２４５など）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これら従来のはんだ合
金のうち、融点が共晶はんだの場合の１８３度Ｃから大
きくずれている組成を持つものは、はんだ付けの作業温
度を大幅に変更しなければならず、作業効率上での問題
があると同時に、電子部品の耐熱温度からの制約を解決
することができないという課題がある。また、Ｓｎ−Ｐ
ｂ−Ｂｉベースの低融点はんだでは電子部品の耐熱温度
条件は満足するものの、高温でのクリープ特性や耐衝撃
性が劣るので、利用範囲が限られるという課題がある。
さらにまた、上述したように添加すべき元素が明示され
てはいるものの、個々の添加量は明らかではなく、その
効果が十分ではない技術も見られた。特に、Ｇａを添加
する例は上記従来例において既に開示されているが、Ｇ
ａを添加する根拠および添加量については曖昧であり、
明確な基準はなかった。
金のうち、融点が共晶はんだの場合の１８３度Ｃから大
きくずれている組成を持つものは、はんだ付けの作業温
度を大幅に変更しなければならず、作業効率上での問題
があると同時に、電子部品の耐熱温度からの制約を解決
することができないという課題がある。また、Ｓｎ−Ｐ
ｂ−Ｂｉベースの低融点はんだでは電子部品の耐熱温度
条件は満足するものの、高温でのクリープ特性や耐衝撃
性が劣るので、利用範囲が限られるという課題がある。
さらにまた、上述したように添加すべき元素が明示され
てはいるものの、個々の添加量は明らかではなく、その
効果が十分ではない技術も見られた。特に、Ｇａを添加
する例は上記従来例において既に開示されているが、Ｇ
ａを添加する根拠および添加量については曖昧であり、
明確な基準はなかった。
【０００７】さらに、添加する元素によってははんだの
溶解状態でどろ付きが発生し、実際のはんだ付け作業で
はブリッジなどの不良が多発したり、はんだカスが大量
に発生するという課題もある。特に、上記従来例ではＣ
ｕを添加する技術が開示されてはいるものの、添加する
ことについての合理的理由は開示されていない。はんだ
合金の分野では、ＰｂはんだではＰｂの柔らかさを改善
する目的でＣｕが添加されたはんだは公知である。一
方、Ｓｎを含んだはんだ合金ではＣｕを添加すれば結晶
粒が大きいＳｎ−Ｃｕ金属間化合物が形成され、脆くな
るので、Ｃｕの添加は避けるべきであるとされている。
溶解状態でどろ付きが発生し、実際のはんだ付け作業で
はブリッジなどの不良が多発したり、はんだカスが大量
に発生するという課題もある。特に、上記従来例ではＣ
ｕを添加する技術が開示されてはいるものの、添加する
ことについての合理的理由は開示されていない。はんだ
合金の分野では、ＰｂはんだではＰｂの柔らかさを改善
する目的でＣｕが添加されたはんだは公知である。一
方、Ｓｎを含んだはんだ合金ではＣｕを添加すれば結晶
粒が大きいＳｎ−Ｃｕ金属間化合物が形成され、脆くな
るので、Ｃｕの添加は避けるべきであるとされている。
【０００８】この発明は上述したような従来の課題を解
決しようとするもので、熱サイクルストレスによるはん
だ接合部の疲労破壊を緩和できるはんだ合金を提供する
ことを目的とし、これによって機器の寿命を延ばすこと
ができると同時に、信頼性を向上するものである。ま
た、従来では避けるべきとされているＣｕの混入を積極
的に解明して、Ｃｕ添加はんだの有効利用を計ることも
目的としている。
決しようとするもので、熱サイクルストレスによるはん
だ接合部の疲労破壊を緩和できるはんだ合金を提供する
ことを目的とし、これによって機器の寿命を延ばすこと
ができると同時に、信頼性を向上するものである。ま
た、従来では避けるべきとされているＣｕの混入を積極
的に解明して、Ｃｕ添加はんだの有効利用を計ることも
目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、はんだ合金の組成をＳｎ５７〜６５重量％、Ｓｂ
０．１〜０．５重量％、Ｔｅ０．００２〜０．０５重量
％、および残部Ｐｂからなるものとした。また、この配
分にＧａ０．００１〜０．０５重量％を加えたはんだ合
金も用いることとした。さらにまた、Ｃｕを０．１〜
０．３重量％含有するはんだ合金も上記目的を達成する
手段として採用した。
に、はんだ合金の組成をＳｎ５７〜６５重量％、Ｓｂ
０．１〜０．５重量％、Ｔｅ０．００２〜０．０５重量
％、および残部Ｐｂからなるものとした。また、この配
分にＧａ０．００１〜０．０５重量％を加えたはんだ合
金も用いることとした。さらにまた、Ｃｕを０．１〜
０．３重量％含有するはんだ合金も上記目的を達成する
手段として採用した。
【００１０】
【作用】Ｓｎ−Ｐｂはんだの耐熱サイクルストレスを向
上するためには、特定部分にストレスを集中させないよ
うに柔らかくしたり、反対に強度を上げるために硬度を
高めて固くしたり、また結晶を大きくして粒界を減らす
などの方法がある。この発明では従来のＳｎ−Ｐｂはん
だの融点を大幅に変更することなく、熱サイクルストレ
スに耐え得る結晶組織とするために、Ｓｎ−Ｐｂはんだ
組成に上述した範囲でＳｂ、ＴｅおよびＧａを添加し、
さらには従来では忌避されていたＣｕの含有を許容した
ものである。
上するためには、特定部分にストレスを集中させないよ
うに柔らかくしたり、反対に強度を上げるために硬度を
高めて固くしたり、また結晶を大きくして粒界を減らす
などの方法がある。この発明では従来のＳｎ−Ｐｂはん
だの融点を大幅に変更することなく、熱サイクルストレ
スに耐え得る結晶組織とするために、Ｓｎ−Ｐｂはんだ
組成に上述した範囲でＳｂ、ＴｅおよびＧａを添加し、
さらには従来では忌避されていたＣｕの含有を許容した
ものである。
【００１１】Ｓｎの下限を５７重量％としたのは、電子
部品の耐熱温度を考慮して液相温度を２００度Ｃ以下に
設定するためである。また、上限を６５重量％としたの
は、これより多い配分では液相温度が上昇し、電子部品
の実装に好ましくないからである。Ｓｂは融点が６３０
度Ｃと高いものの、０．１〜０．５重量％程度を添加す
ればＳｎ、およびＰｂ中によく溶融し、固相中で分散さ
れる。そしてこの分散によって合金の硬度を高め、機械
的強度を向上させる。
部品の耐熱温度を考慮して液相温度を２００度Ｃ以下に
設定するためである。また、上限を６５重量％としたの
は、これより多い配分では液相温度が上昇し、電子部品
の実装に好ましくないからである。Ｓｂは融点が６３０
度Ｃと高いものの、０．１〜０．５重量％程度を添加す
ればＳｎ、およびＰｂ中によく溶融し、固相中で分散さ
れる。そしてこの分散によって合金の硬度を高め、機械
的強度を向上させる。
【００１２】Ｔｅを添加することによって、Ｐｂ−Ｔ
ｅ、Ｓｎ−Ｔｅ、およびＳｂ−Ｔｅのように異種金属と
の間で形成された金属間化合物の微小な塊が残留し、固
相中のＳｎ−Ｐｂはんだ合金中で微細分散され、Ｓｎお
よびＰｂの固相中における結晶粒成長を有効に阻止す
る。同時に、Ｔｅの添加はＰｂ中に分散しているＳｂの
結晶粒成長を阻止する作用を行い、これによってＳｎ、
Ｐｂ、およびＳｂの初期結晶組織を熱的、および機械的
な再結晶の繰り返しにおける応力による影響を軽減し、
常に初期状態を維持しようとする。これらＳｂとＴｅの
所定量の添加ははんだ合金の物性に有効に作用するもの
で、Ｓｂの添加によって合金の硬度を高める一方、Ｔｅ
を添加することによって結晶粒の成長を阻止して合金の
粘度を高めるという２つの有効な作用を同時に合わせ持
つことになる。また、Ｔｅの金属間化合物は融点が高い
ので、２００〜２５０度Ｃ程度の温度では溶融せず、他
の金属との比重の関係から溶融はんだの表面層に浮いて
集まる。従って、Ｔｅを多量に添加しても効果は変わら
ないばかりか、カスの発生過多や、はんだの泥つきが生
じてはんだ付け不良の原因になる。しかも、溶融はんだ
槽のカス掃除を頻繁にしなければならず、メンテナンス
に労力を費やすことになる。そこで、本発明ではこれら
を勘案して、Ｔｅの添加量を最大で０．０５重量％とし
た。Ｔｅの最小値である０．００２重量％は、上記作用
を達成するための極限値である。鋳造状態のはんだ継手
部は、Ｔｅ化合物が他の原子の移動を抑えて結晶の粗大
化を止めてしまい、化合物の融点が約９００度Ｃと高い
ため、高温時の再結晶を阻止しやすい。
ｅ、Ｓｎ−Ｔｅ、およびＳｂ−Ｔｅのように異種金属と
の間で形成された金属間化合物の微小な塊が残留し、固
相中のＳｎ−Ｐｂはんだ合金中で微細分散され、Ｓｎお
よびＰｂの固相中における結晶粒成長を有効に阻止す
る。同時に、Ｔｅの添加はＰｂ中に分散しているＳｂの
結晶粒成長を阻止する作用を行い、これによってＳｎ、
Ｐｂ、およびＳｂの初期結晶組織を熱的、および機械的
な再結晶の繰り返しにおける応力による影響を軽減し、
常に初期状態を維持しようとする。これらＳｂとＴｅの
所定量の添加ははんだ合金の物性に有効に作用するもの
で、Ｓｂの添加によって合金の硬度を高める一方、Ｔｅ
を添加することによって結晶粒の成長を阻止して合金の
粘度を高めるという２つの有効な作用を同時に合わせ持
つことになる。また、Ｔｅの金属間化合物は融点が高い
ので、２００〜２５０度Ｃ程度の温度では溶融せず、他
の金属との比重の関係から溶融はんだの表面層に浮いて
集まる。従って、Ｔｅを多量に添加しても効果は変わら
ないばかりか、カスの発生過多や、はんだの泥つきが生
じてはんだ付け不良の原因になる。しかも、溶融はんだ
槽のカス掃除を頻繁にしなければならず、メンテナンス
に労力を費やすことになる。そこで、本発明ではこれら
を勘案して、Ｔｅの添加量を最大で０．０５重量％とし
た。Ｔｅの最小値である０．００２重量％は、上記作用
を達成するための極限値である。鋳造状態のはんだ継手
部は、Ｔｅ化合物が他の原子の移動を抑えて結晶の粗大
化を止めてしまい、化合物の融点が約９００度Ｃと高い
ため、高温時の再結晶を阻止しやすい。
【００１３】Ｇａを０．００１〜０．０５重量％添加す
ることは、はんだ表面にできる酸化ドロスの発生を抑え
る作用を行う。同時に、Ｇａは別に添加しているＳｂと
金属間化合物を生成しやすく、Ｔｅの化合物と同様に鋳
造時には結晶核になり、広く分散して結晶組織を微細に
すると共に、粒界を強化する。だたし、Ｇａのあまり多
い配分は融点降下を引き起こすので、好ましくない。
ることは、はんだ表面にできる酸化ドロスの発生を抑え
る作用を行う。同時に、Ｇａは別に添加しているＳｂと
金属間化合物を生成しやすく、Ｔｅの化合物と同様に鋳
造時には結晶核になり、広く分散して結晶組織を微細に
すると共に、粒界を強化する。だたし、Ｇａのあまり多
い配分は融点降下を引き起こすので、好ましくない。
【００１４】さらに、ＴｅやＧａと他の金属との金属間
化合物は安定した物質であり、Ｓｎ、ＰｂやＳｂという
他の構成原子よりも大きく、結晶粒内にあってはＳｎ、
ＰｂあるいはＳｂの原子配列を攪乱する作用を行う。従
って、Ｓｎ、Ｐｂが混合した凝固組織が再結晶化すると
きには原子が規則的に配列することを回避する。また、
これらの金属間化合物は低い歪応力下においては原子群
がずれることを助長する機能を有しており、ＴｅやＧａ
が添加されていない合金と比較すれば、より低い応力で
クリープすることが判明した。通常、Ｓｂを添加すれば
耐クリープ性を高めることが公知であるが、Ｔｅおよび
Ｇａの添加によって耐クリープ性の効果は消失する。
化合物は安定した物質であり、Ｓｎ、ＰｂやＳｂという
他の構成原子よりも大きく、結晶粒内にあってはＳｎ、
ＰｂあるいはＳｂの原子配列を攪乱する作用を行う。従
って、Ｓｎ、Ｐｂが混合した凝固組織が再結晶化すると
きには原子が規則的に配列することを回避する。また、
これらの金属間化合物は低い歪応力下においては原子群
がずれることを助長する機能を有しており、ＴｅやＧａ
が添加されていない合金と比較すれば、より低い応力で
クリープすることが判明した。通常、Ｓｂを添加すれば
耐クリープ性を高めることが公知であるが、Ｔｅおよび
Ｇａの添加によって耐クリープ性の効果は消失する。
【００１５】ＣｕはＳｎ−Ｐｂはんだでは忌避すべき金
属であるとされているが、本発明では積極的にＣｕを添
加している。Ｃｕの添加による本発明のはんだ合金で
は、耐ヒートサイクル性への悪影響は全く見られなかっ
た。従来から、はんだにＣｕが入ることは、Ｃｕ箔を貼
ったプリント基板に電子部品などを実装するときの常態
である。通常、２４０度Ｃ〜２５０度Ｃで溶融するＳｎ
−Ｐｂがそれぞれ６３％、３７％のはんだ中に飽和する
Ｃｕは０．５％程度までであって、ＣｕはＳｎとの間で
Ｃｕ6Ｓｎ5の金属間化合物を生成する。そして、これが
凝固時に結晶粒界に集まって非常に脆い層となるので、
繰り返し応力や衝撃によるストレスに耐えることができ
ず、割れや亀裂が発生することになる。
属であるとされているが、本発明では積極的にＣｕを添
加している。Ｃｕの添加による本発明のはんだ合金で
は、耐ヒートサイクル性への悪影響は全く見られなかっ
た。従来から、はんだにＣｕが入ることは、Ｃｕ箔を貼
ったプリント基板に電子部品などを実装するときの常態
である。通常、２４０度Ｃ〜２５０度Ｃで溶融するＳｎ
−Ｐｂがそれぞれ６３％、３７％のはんだ中に飽和する
Ｃｕは０．５％程度までであって、ＣｕはＳｎとの間で
Ｃｕ6Ｓｎ5の金属間化合物を生成する。そして、これが
凝固時に結晶粒界に集まって非常に脆い層となるので、
繰り返し応力や衝撃によるストレスに耐えることができ
ず、割れや亀裂が発生することになる。
【００１６】ところが、従来のスズ鉛はんだとは異なっ
て、ＳｂおよびＴｅを添加し、さらにはＧａを添加した
はんだ合金では、これらの金属の添加によって生成され
る微細な金属間化合物によってＣｕの金属間化合物が粒
界に集まることを阻止することが判明した。即ち、従来
のＣｕによる悪影響は無視することができる。この物性
により、本発明のはんだ合金では耐ヒートサイクル性が
劣化しないだけでなく、積極的にＣｕを合金中に添加し
て飽和状態に近づけることによって、被はんだ付け物体
から溶融はんだへのＣｕ拡散を抑制する。また、接合界
面付近でＣｕが高濃度に層状化することを防ぎ、界面で
の接合強度を高める効果を生じる。
て、ＳｂおよびＴｅを添加し、さらにはＧａを添加した
はんだ合金では、これらの金属の添加によって生成され
る微細な金属間化合物によってＣｕの金属間化合物が粒
界に集まることを阻止することが判明した。即ち、従来
のＣｕによる悪影響は無視することができる。この物性
により、本発明のはんだ合金では耐ヒートサイクル性が
劣化しないだけでなく、積極的にＣｕを合金中に添加し
て飽和状態に近づけることによって、被はんだ付け物体
から溶融はんだへのＣｕ拡散を抑制する。また、接合界
面付近でＣｕが高濃度に層状化することを防ぎ、界面で
の接合強度を高める効果を生じる。
【００１７】なお、配分中に明示していないが、残量中
には不可避不純物も含まれていることはいうまでもな
い。
には不可避不純物も含まれていることはいうまでもな
い。
【００１８】
【実施例】この発明の合金組成について、他の合金組成
と共にクリープ性および耐ヒートショック性に関する評
価試験を行った。結果は次の通りである。 （実施例１）先ずクリープ試験の結果を示す。サンプル
は、製造後室温管理で３月以上経過した線径１．０±
０．０１mmの糸はんだを使用した。糸はんだは製造工程
で伸線時に結晶がつぶれているため、長期間放置して回
復させることにより、各サンプルの条件を同様にした。
サンプル組成は以下の通りである。このサンプルをそれ
ぞれ図１のように組み立て、固定部から重りまでの長さ
２００mmとして７．３Ｎ／mm2 の荷重を負荷した。 （サンプル１）Ｓｎ６２．６４７、Ｓｂ０．３、Ｔｅ
０．０５、Ｇａ０．００３、Ｐｂ３７ （サンプル２）Ｓｎ６３、Ｐｂ３７ （サンプル３）Ｓｎ６３、Ｓｂ０．３、Ｐｂ３６．７ ここで、サンプル１が本発明品である。図２、図３はそ
れぞれ室温１２〜１７度Ｃ、１９〜２４度Ｃにおいて、
サンプル１とサンプル２、サンプル１とサンプル３を比
較したクリープ特性で、それぞれ２本の糸はんだの時間
の経過による伸びをプロットした。何れのほうも本発明
品であるサンプル１が他のはんだよりも速くクリープ
し、破断までの時間は短いが、伸びに関しては上回っ
た。その理由としては、結晶の移動がより小さい力で起
こり、外部から加えられた応力をすばやく緩和する特性
に結びついたものと考えられる。
と共にクリープ性および耐ヒートショック性に関する評
価試験を行った。結果は次の通りである。 （実施例１）先ずクリープ試験の結果を示す。サンプル
は、製造後室温管理で３月以上経過した線径１．０±
０．０１mmの糸はんだを使用した。糸はんだは製造工程
で伸線時に結晶がつぶれているため、長期間放置して回
復させることにより、各サンプルの条件を同様にした。
サンプル組成は以下の通りである。このサンプルをそれ
ぞれ図１のように組み立て、固定部から重りまでの長さ
２００mmとして７．３Ｎ／mm2 の荷重を負荷した。 （サンプル１）Ｓｎ６２．６４７、Ｓｂ０．３、Ｔｅ
０．０５、Ｇａ０．００３、Ｐｂ３７ （サンプル２）Ｓｎ６３、Ｐｂ３７ （サンプル３）Ｓｎ６３、Ｓｂ０．３、Ｐｂ３６．７ ここで、サンプル１が本発明品である。図２、図３はそ
れぞれ室温１２〜１７度Ｃ、１９〜２４度Ｃにおいて、
サンプル１とサンプル２、サンプル１とサンプル３を比
較したクリープ特性で、それぞれ２本の糸はんだの時間
の経過による伸びをプロットした。何れのほうも本発明
品であるサンプル１が他のはんだよりも速くクリープ
し、破断までの時間は短いが、伸びに関しては上回っ
た。その理由としては、結晶の移動がより小さい力で起
こり、外部から加えられた応力をすばやく緩和する特性
に結びついたものと考えられる。
【００１９】（実施例２）次に、本発明のはんだ合金を
含んで耐ヒートショック試験を行った。試験に用いたプ
リント基板は図４に示したもので、紙フェノールの片面
基板であり、８ピン（Ａ）、および１５ピン（Ｂ）の２
種類の２．５mmピッチのコネクタのそれぞれ全ピンをは
んだ付けし、１００サイクルおよび２００サイクルのヒ
ートサイクルを行った。コネクタは６６ナイロン製で、
ピンは真鋳ピンに予めＳｎ鍍金したものである。はんだ
条件としては、ＲＡタイプのロジン系フラックスを塗布
し、調製したはんだ浴へ浸漬してはんだ付けを行った。
はんだ温度は全サンプル共に２５０±１度Ｃである。は
んだ付けの後、１日放置し、はんだ付けフィレット部を
１０倍のルーペで観察してはんだ盛り量、外観異常を検
査して完全なサンプルであることを確認し、−４０度Ｃ
〜＋８０度Ｃの気相式ヒートショック槽に入れ、それぞ
れ３０分間各温度に曝した状態を１サイクルとした。な
お、常温曝し時間は取らず、冷熱のみのヒートショック
を与えた。そして、１００サイクルおよび２００サイク
ルのヒートサイクルが完了した後に、フィレット部を１
０倍のルーペで観察した。
含んで耐ヒートショック試験を行った。試験に用いたプ
リント基板は図４に示したもので、紙フェノールの片面
基板であり、８ピン（Ａ）、および１５ピン（Ｂ）の２
種類の２．５mmピッチのコネクタのそれぞれ全ピンをは
んだ付けし、１００サイクルおよび２００サイクルのヒ
ートサイクルを行った。コネクタは６６ナイロン製で、
ピンは真鋳ピンに予めＳｎ鍍金したものである。はんだ
条件としては、ＲＡタイプのロジン系フラックスを塗布
し、調製したはんだ浴へ浸漬してはんだ付けを行った。
はんだ温度は全サンプル共に２５０±１度Ｃである。は
んだ付けの後、１日放置し、はんだ付けフィレット部を
１０倍のルーペで観察してはんだ盛り量、外観異常を検
査して完全なサンプルであることを確認し、−４０度Ｃ
〜＋８０度Ｃの気相式ヒートショック槽に入れ、それぞ
れ３０分間各温度に曝した状態を１サイクルとした。な
お、常温曝し時間は取らず、冷熱のみのヒートショック
を与えた。そして、１００サイクルおよび２００サイク
ルのヒートサイクルが完了した後に、フィレット部を１
０倍のルーペで観察した。
【００２０】はんだサンプルは次の４種類である。基本
的には、サンプル１にＣｕを添加したはんだ合金がサン
プル２、サンプル３にＣｕを添加したものがサンプル４
であって、サンプル３および４が本発明品である。 （サンプル１）Ｓｎ６３、Ｐｂ３７ （サンプル２）Ｓｎ６２．７、Ｃｕ０．３、Ｐｂ３７ （サンプル３）Ｓｎ６２．６４７、Ｓｂ０．３、Ｔｅ
０．０５、Ｇａ０．００３、Ｐｂ３７ （サンプル４）Ｓｎ６２．５３、Ｓｂ０．１６、Ｔｅ
０．００８、Ｇａ０．００２、Ｃｕ０．３、Ｐｂ３７
的には、サンプル１にＣｕを添加したはんだ合金がサン
プル２、サンプル３にＣｕを添加したものがサンプル４
であって、サンプル３および４が本発明品である。 （サンプル１）Ｓｎ６３、Ｐｂ３７ （サンプル２）Ｓｎ６２．７、Ｃｕ０．３、Ｐｂ３７ （サンプル３）Ｓｎ６２．６４７、Ｓｂ０．３、Ｔｅ
０．０５、Ｇａ０．００３、Ｐｂ３７ （サンプル４）Ｓｎ６２．５３、Ｓｂ０．１６、Ｔｅ
０．００８、Ｇａ０．００２、Ｃｕ０．３、Ｐｂ３７
【００２１】試験結果を表１に示す。
【表１】 判定は、８ピンコネクタおよび１５ピンコネクタに分け
て分析し、さらにプリント基板に対するコネクタの配置
がプリント基板の繊維に対して平行、あるいは直交であ
るかについても分けて行った。観察したはんだフィレッ
トは、表２に示した状態に応じて記号で表示すると同時
に、状態に応じて点数を与えた。即ち、はんだフィレッ
トに異常が全く見られないａの状態をポイント０とし、
割れが全周に及んだ完全割れをポイント６として、その
間をそれぞれ判定した。
て分析し、さらにプリント基板に対するコネクタの配置
がプリント基板の繊維に対して平行、あるいは直交であ
るかについても分けて行った。観察したはんだフィレッ
トは、表２に示した状態に応じて記号で表示すると同時
に、状態に応じて点数を与えた。即ち、はんだフィレッ
トに異常が全く見られないａの状態をポイント０とし、
割れが全周に及んだ完全割れをポイント６として、その
間をそれぞれ判定した。
【表２】
【００２２】ヒートサイクルを１００回繰り返した結
果、サンプル１ではコネクタの両端部近くのほとんどの
ピンにしわが発生しており、割れが生じたピンも見られ
た。サンプル２では、割れかけたピンがサンプル１に比
べて２倍以上に増えており、Ｓｎ−ＰｂはんだではＣｕ
の添加が悪影響を及ぼしていることを実証している。こ
れに対し、サンプル３では１００サイクルではほとんど
異常が見られなかった。また、サンプル４でもサンプル
３と比較して添加成分を半減させ、特にＴｅは６分の１
に抑えたうえ、Ｃｕを０．３重量％含ませたにもかかわ
らず、サンプル３とほぼ同様に異常が見られなかった。
これは、添加成分が良好に作用したばかりではなく、Ｃ
ｕの影響を相殺したものと判断することができる。
果、サンプル１ではコネクタの両端部近くのほとんどの
ピンにしわが発生しており、割れが生じたピンも見られ
た。サンプル２では、割れかけたピンがサンプル１に比
べて２倍以上に増えており、Ｓｎ−ＰｂはんだではＣｕ
の添加が悪影響を及ぼしていることを実証している。こ
れに対し、サンプル３では１００サイクルではほとんど
異常が見られなかった。また、サンプル４でもサンプル
３と比較して添加成分を半減させ、特にＴｅは６分の１
に抑えたうえ、Ｃｕを０．３重量％含ませたにもかかわ
らず、サンプル３とほぼ同様に異常が見られなかった。
これは、添加成分が良好に作用したばかりではなく、Ｃ
ｕの影響を相殺したものと判断することができる。
【００２３】次に、ヒートサイクルを２００回繰り返し
た結果を観察すると、サンプル１では半数のピンに割れ
が発生しており、状況は悪化していた。また、サンプル
２ではやはり悪化は進行していたが、サンプル１の悪化
がより進行していたため、両者の差はむしろ小さくなっ
ていた。サンプル３では、２００回のヒートサイクルの
結果がサンプル１の１００回目とほぼ同様の状況であっ
た。サンプル４にしてもサンプル３と同様の状態であ
り、サンプル１と２の関係とは異なり、Ｃｕの添加によ
る悪影響は見られなかった。
た結果を観察すると、サンプル１では半数のピンに割れ
が発生しており、状況は悪化していた。また、サンプル
２ではやはり悪化は進行していたが、サンプル１の悪化
がより進行していたため、両者の差はむしろ小さくなっ
ていた。サンプル３では、２００回のヒートサイクルの
結果がサンプル１の１００回目とほぼ同様の状況であっ
た。サンプル４にしてもサンプル３と同様の状態であ
り、サンプル１と２の関係とは異なり、Ｃｕの添加によ
る悪影響は見られなかった。
【００２４】上述したように、本発明品のはんだ合金
は、従来品と比較して明確にはんだ接合部のヒートサイ
クルストレスによる疲労を打ち消し、接合不良の度合い
を軽減することができた。
は、従来品と比較して明確にはんだ接合部のヒートサイ
クルストレスによる疲労を打ち消し、接合不良の度合い
を軽減することができた。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明ではＳｎ
−Ｐｂはんだ合金の組成にＳｂおよびＴｅを添加し、Ｓ
ｎ５７〜６５重量％、Ｓｂ０．１〜０．５重量％、Ｔｅ
０．００２〜０．０５重量％、および残部Ｐｂからなる
はんだ合金とし、さらにＧａ０．００１〜０．０５重量
％を加えたはんだ合金としたが、はんだ槽を通してプリ
ント基板の生産を行う工程において最も嫌われるはんだ
ブリッジや、末ヌレへの対策を考慮する必要がなくなっ
た。従って、量産性に優れたはんだ付けを行うことが可
能である。
−Ｐｂはんだ合金の組成にＳｂおよびＴｅを添加し、Ｓ
ｎ５７〜６５重量％、Ｓｂ０．１〜０．５重量％、Ｔｅ
０．００２〜０．０５重量％、および残部Ｐｂからなる
はんだ合金とし、さらにＧａ０．００１〜０．０５重量
％を加えたはんだ合金としたが、はんだ槽を通してプリ
ント基板の生産を行う工程において最も嫌われるはんだ
ブリッジや、末ヌレへの対策を考慮する必要がなくなっ
た。従って、量産性に優れたはんだ付けを行うことが可
能である。
【００２６】さらに、Ｔｅ、Ｓｂ、およびＧａの添加に
よって発生する金属間化合物は溶融はんだ中でもはんだ
の流動性を劣化させないばかりでなく、はんだ槽からプ
リント基板が離れる際のはんだ切れを良好にし、はんだ
フィレットを大きくすることができた。この物性によっ
て、はんだの付着量を増加させ、接合部の強度を向上さ
せることが可能となる。
よって発生する金属間化合物は溶融はんだ中でもはんだ
の流動性を劣化させないばかりでなく、はんだ槽からプ
リント基板が離れる際のはんだ切れを良好にし、はんだ
フィレットを大きくすることができた。この物性によっ
て、はんだの付着量を増加させ、接合部の強度を向上さ
せることが可能となる。
【００２７】さらにまた、従来では忌避すべきとされて
いたＣｕの含有が、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｇａを添加することに
よって悪影響を及ぼすことはなく、従来からの銅くわれ
という問題を一挙に解決することも可能となった。
いたＣｕの含有が、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｇａを添加することに
よって悪影響を及ぼすことはなく、従来からの銅くわれ
という問題を一挙に解決することも可能となった。
【図１】実施例１を実現するための試験装置を示す図、
【図２】実施例１におけるクリープ特性を示したグラ
フ、
フ、
【図３】同、クリープ特性を示した別のグラフ、
【図４】実施例２を実現するためのプリント基板の配列
を示す平面図である。
を示す平面図である。
Claims (3)
- 【請求項１】Ｓｎ５７〜６５重量％、Ｓｂ０．１〜０．
５重量％、Ｔｅ０．００２〜０．０５重量％、および残
部Ｐｂからなるはんだ合金。 - 【請求項２】請求項１にさらにＧａ０．００１〜０．０
５重量％を加えたはんだ合金。 - 【請求項３】請求項１または２にＣｕを０．１〜０．３
重量％含有したはんだ合金。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066676A JPH07246493A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | はんだ合金 |
| EP94106692A EP0671241A1 (en) | 1994-03-09 | 1994-04-28 | Solder alloy |
| CA002122376A CA2122376C (en) | 1994-03-09 | 1994-04-28 | Solder alloy having decreased fatigue rupture occurring on soldered joints exposed to heat cycle stress |
| US08/234,067 US5487868A (en) | 1994-03-09 | 1994-04-28 | Tin based solder alloy containing lead, antimony, and tellurium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066676A JPH07246493A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | はんだ合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07246493A true JPH07246493A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=13322771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066676A Pending JPH07246493A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | はんだ合金 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5487868A (ja) |
| EP (1) | EP0671241A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07246493A (ja) |
| CA (1) | CA2122376C (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020049539A (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 株式会社タムラ製作所 | 微小チップ部品用はんだ組成物 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6811892B2 (en) * | 2002-08-22 | 2004-11-02 | Delphi Technologies, Inc. | Lead-based solder alloys containing copper |
| US7644855B2 (en) * | 2002-09-19 | 2010-01-12 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Brazing filler metal, assembly method for semiconductor device using same, and semiconductor device |
| US20040129764A1 (en) * | 2003-01-07 | 2004-07-08 | Dong Chun Christine | Reducing surface tension and oxidation potential of tin-based solders |
| CN105189003A (zh) * | 2013-03-13 | 2015-12-23 | 日本斯倍利亚社股份有限公司 | 焊剂接合物及焊剂接合方法 |
| CN113874159B (zh) * | 2019-05-27 | 2023-06-02 | 千住金属工业株式会社 | 焊料合金、焊膏、焊球、焊料预制件、焊接接头和基板 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3839023A (en) * | 1969-07-15 | 1974-10-01 | Redemat Sa | Creep resistant lead alloys |
| US3793161A (en) * | 1972-08-11 | 1974-02-19 | Alpha Metals | Methods for electroplating solder |
| GB2171720A (en) * | 1985-02-21 | 1986-09-03 | London Scandinavian Metall | Grain refining a solder alloy |
| JPS61273296A (ja) * | 1985-05-29 | 1986-12-03 | Taruchin Kk | 耐食性はんだ合金 |
| US4734256A (en) * | 1986-04-21 | 1988-03-29 | Allied-Signal Inc. | Wetting of low melting temperature solders by surface active additions |
| JP2543941B2 (ja) * | 1988-03-17 | 1996-10-16 | 大豊工業株式会社 | はんだ材 |
| US4937045A (en) * | 1990-01-25 | 1990-06-26 | M. C. Canfield Sons | High-speed solder compositions |
| CA2078538C (en) * | 1991-10-28 | 1998-10-06 | Boon Wong | Fatigue resistant eutectic solder |
| JPH0825051B2 (ja) * | 1992-06-22 | 1996-03-13 | 株式会社日本スペリア社 | はんだ合金 |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP6066676A patent/JPH07246493A/ja active Pending
- 1994-04-28 CA CA002122376A patent/CA2122376C/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-28 EP EP94106692A patent/EP0671241A1/en not_active Withdrawn
- 1994-04-28 US US08/234,067 patent/US5487868A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020049539A (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 株式会社タムラ製作所 | 微小チップ部品用はんだ組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5487868A (en) | 1996-01-30 |
| CA2122376C (en) | 1999-06-01 |
| CA2122376A1 (en) | 1995-09-10 |
| EP0671241A1 (en) | 1995-09-13 |
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