JPH08132278A

JPH08132278A - はんだ合金

Info

Publication number: JPH08132278A
Application number: JP26902494A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsumoto; 壽夫松本; Naoki Muraoka; 直樹村岡; Toshiyuki Masuda; 敏行桝田; Takahiko Omoto; 多佳彦尾本; Jinichi Ozaki; 仁一尾崎
Original assignee: ISHIKAWA KINZOKU KK
Current assignee: ISHIKAWA KINZOKU KK
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 1996-05-28
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JP2783981B2

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱特性及び耐クリープ特性にすぐれ、容易
に熱疲労によるクラックやはんだ付け剥離が発生しない
はんだ合金を提供する。【構成】組成が、Ｓｎ６０〜６５重量％、Ｓｂ０．１
〜１．０重量％、Ｂｉ０．１〜１．０重量％、Ａｇ１．
０〜３．０重量％、Ｐｂ残部のすべてまたはその大部
分、からなるはんだ合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器や電機機器の
回路基板上に小型のチップ部品や半導体部品を実装する
際に主として使用されるはんだ合金に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の発展に従い使用される
材料特性も多様化し、特に、過酷な条件下でのはんだ付
けに対する信頼性の要求が多くなっている。従来のＰｂ
−Ｓｎ共晶はんだでは、加熱や冷却といった環境の変化
が激しい条件下で使用する場合、はんだ材料が熱疲労を
受け、表面にクラックが生じたり、基板から剥離するこ
とが問題となっていた。原因としては、はんだ材料の延
性、機械的特性が環境の変化に追従できずに発生するも
のと考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐熱特性、
耐クリープ特性にすぐれ、容易に熱疲労によるクラック
やはんだ付け剥離が発生しないはんだ合金を提供するこ
とを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の第１発明〜第７発明は次のように構成されて
いる。

【０００５】第１発明は、組成が、Ｓｎ６０〜６５重量
％、Ｓｂ０．１〜１．０重量％、Ｂｉ０．１〜１．０重
量％、Ａｇ１．０〜３．０重量％、Ｐｂ残部のすべてま
たはその大部分、からなるはんだ合金に係るものであ
る。第２発明は、第１発明のはんだ合金において、Ｇｅ
０．００５〜０．０５重量％を含むものである。

【０００６】第３発明は、第１発明のはんだ合金におい
て、Ｎｉ０．００５〜０．０５重量％を含むものであ
る。

【０００７】第４発明は、組成が、Ｓｎ６０〜６５重量
％、Ｓｂ０．１〜１．０重量％、Ｂｉ０．１〜１．０重
量％、Ｃｕ０．０１〜０．１重量％、Ｐｂ残部のすべて
またはその大部分、からなるはんだ合金に係るものであ
る。

【０００８】第５発明は、組成が、Ｓｎ６０〜６５重量
％、Ｓｂ０．１〜１．０重量％、Ｂｉ０．１〜１．０重
量％、Ｔｅ０．００１〜０．００５重量％、Ｐｂ残部の
すべてまたはその大部分、からなるはんだ合金に係るも
のである。

【０００９】第６発明は、組成が、Ｓｎ６０〜６５重量
％、Ｓｂ０．１〜１．０重量％、Ａｇ０．１〜０．５重
量％、Ｃｕ０．０１〜０．１重量％、Ｐｂ残部のすべて
またはその大部分、からなるはんだ合金に係るものであ
る。

【００１０】第７発明は、第６発明のはんだ合金におい
て、Ｔｅ０．００１〜０．００５重量％を含むものであ
る。

【００１１】

【作用】第１発明のはんだ組成において、Ｓｎ６０重量
％以下では、溶融温度が上昇し部品やプリント基板に熱
ストレスを与える。また、Ｓｎ６５重量％以上でも溶融
温度が上昇して不具合を生じる。

【００１２】Ｓｂの添加は、結晶組織を微細化させ、機
械的特性を改善する効果がある。しかしながら、Ｓｂ添
加量が０．１重量％以下では、その効果は不十分で、一
方１．０重量％以上では溶融温度の上昇と結晶組織が粗
大化する。

【００１３】Ｂｉの添加は、結晶組織に延性を与え応力
を緩和させる効果がある。しかしながら、Ｂｉ添加量が
０．１重量％以下では、その効果は不十分で、一方１．
０重量％以上では結晶組織が粗大化し、機械的特性を低
下させる。

【００１４】Ａｇの添加は、溶融温度の低下と機械的特
性を改善する効果がある。しかしながら、Ａｇの添加量
が１．０重量％以下では、その効果は不十分で、一方
３．０重量％以上では溶融温度の上昇とコスト高を招き
その効果は期待できない。

【００１５】第２発明のはんだ組成において、Ｇｅ添加
は第１発明のはんだ組織をより微細化させ、機械的特性
を更に改善させるが、Ｇｅ添加量が０．００５重量％以
下では、その効果は不十分で、一方０．０５重量％以上
では溶融温度を急上昇させる。

【００１６】第３発明のはんだ組成において、Ｎｉ添加
は第１発明のはんだ組織をより微細化させ、機械的特性
を更に改善させるが、Ｎｉ添加量が０．００５重量％以
下では、その効果は不十分で、一方０．０５重量％以上
では溶融温度を急上昇させる。

【００１７】第４発明のはんだ組成において、第１発明
のはんだ組成からＡｇを除外し、これに代えてＣｕを添
加したのは、組織をより微細化させ、機械的特性をさら
に改善する効果があるからである。しかしながら、Ｃｕ
添加量が０．０１重量％以下では、その効果は不十分
で、一方０．１重量％以上では溶融温度の上昇と結晶組
織の粗大化により機械的特性を低下させる。

【００１８】第５発明のはんだ組成において、第１発明
のはんだ組成からＡｇを除外し、これに代えてＴｅを添
加したのは、組織をより微細化させ、機械的特性をさら
に改善する効果があるからである。しかしながら、Ｔｅ
添加量が０．００１重量％以下では、その効果は不十分
で、一方０．００５重量％以上では溶融温度を急上昇さ
せる。

【００１９】第６発明のはんだ組成において、Ｓｎ６０
重量％以下では、溶融温度が上昇する。またＳｎ６５重
量％以上でも、溶融温度が上昇して部品やプリント基板
に熱ストレスを与える。

【００２０】Ｓｂの添加は、組織の微細化による、機械
的特性の改善に効果がある。しかしながら、Ｓｂ添加量
が０．１重量％以下では、その効果は不十分で、一方
１．０重量％以上では溶融温度の上昇と結晶組織の粗大
化により機械的特性を低下させる。Ａｇの添加は、溶融
温度を下げる作用と組織を微細化し、機械的特性の改善
に効果がある。しかしながら、Ａｇ添加量が０．１重量
％以下では、その効果は不十分で、一方０．５重量％以
上では効果が期待できるがコスト高となる。

【００２１】Ｃｕの添加は、Ａｇの添加量を少なくして
も同様以上の機械的特性を維持させることを目的とす
る。しかしながら、Ｃｕ添加量が０．０１重量％以下で
は、その効果は不十分で、一方０．１重量％以上では溶
融温度の上昇と結晶組織の粗大化により機械的特性を低
下させる。

【００２２】第７発明のはんだ組成において、第６発明
のはんだ組成にＴｅを添加したのは、より組織の微細化
と機械的特性の改善を図ることを目的とする。しかしな
がら、Ｔｅ添加量が０．００１重量％以下では、その効
果は不十分で、一方０．００５重量％以上では溶融温度
が上昇する。

【００２３】

【実施例】実施例１〜実施例８として、表１に示す組成
のはんだ合金を製作した。表１における組成割合いを示
す数字は、重量％を示し、また溶融温度は（固相線温度
〜液相線温度）を示す（後記表２も同じ）。

【００２４】

【表１】

【００２５】実施例１〜実施例３は、第１発明の実施例
であり、また実施例２は第２発明の、実施例３は第３発
明の夫々の実施例でもある。

【００２６】実施例４は第４発明の実施例であり、実施
例５は第５発明の実施例である。

【００２７】実施例６〜実施例８は、第６発明の実施例
であり、また実施例８は第７発明の実施例でもある。

【００２８】実施例１〜８においてＰを微量添加し、又
実施例１〜５においてＧａを微量添加しているのは、い
ずれも、酸化防止を図るためであるが、これらは必須の
ものではない。

【００２９】上記実施例１〜実施例８と比較するための
比較例１〜比較例３として、表２に示す組成のはんだ合
金を製作した。

【００３０】

【表２】

【００３１】上記実施例１〜実施例８及び比較例１〜比
較例３について、常温時の引張り試験（測定１）、高温
時の引張り試験（測定２）、常温時の破断時間測定によ
るクリープ試験（測定３）、高温時の抜落ち時間測定試
験（測定４）を行った。その測定結果を、表３に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】測定１〜測定４の測定条件等は、次に示す
とおりである。

【００３４】測定１：装置：引張り試験機（島津製作所
製商品名：オートグラフ）温度：常温（２５℃）引張速度：１０（mm/min.) 評価：引張強さ（Kgf/mm²) 伸び（mm) 測定２：装置：引張り試験機（島津製作所製商品名：オ
ートグラフ）温度：高温（１００℃）引張速度：１０（mm/min.) 評価：引張強さ（Kgf/mm²) 伸び（mm) 測定３：装置：図１に示す装置及び試験片温度：常温（２５℃）荷重：１５kg（7.5N/mm²）〔クリープ抵抗〕評価：破断するまでの時間（Ｈｒ．）試験方法：常温（２５℃）で図１のように形成したはん
だ合金試験片に７．５N/mm²の荷重を加え破断までの時
間を測定した。

【００３５】測定４：装置：図２に示す装置温度：高温（１００℃）荷重：１kgf 〔クリープ抵抗〕評価：銅リード線が抜け落ちるまでの時間（Ｈｒ．）試験方法：高温（１００℃）で図２のように片面銅ラン
ドスルーホール基板に直径１ｍｍの銅線を５５ｍｇのは
んだではんだ付けし、下方に1kgfの荷重を加え破断まで
の時間を測定した。

【００３６】測定の結果、常温時の引張り試験（測定
１）においては、実施例１〜実施例８と比較例１〜比較
例３との間に、引張強さ・伸びについての顕著な差は認
められないが、高温（１００℃）時の引張り試験（測定
２）においては、実施例１〜実施例８は、比較例１、比
較例２に対し、その引張強度が十分に高いことが認めら
れた（比較例３とほぼ同等）。特に上記実施例１〜実施
例８は、常温時の破断時間測定によるクリープ試験（測
定３）において、比較例１〜比較例３に対し、その破断
時間が２．３倍〜１４．６倍にもなり、耐クリープ性が
格段に優れたものであることが認められた。

【００３７】更に上記実施例１〜実施例８は、高温時の
抜落ち時間測定試験（測定４）において、比較例１〜比
較例３に対し、その抜落ち時間が１．５倍〜１３．６倍
にもなり、高温時のはんだ付け部の接合強度が極めて優
れたものであることが認められた。

【００３８】本発明のはんだ合金は、棒、ワイヤ、リボ
ン、プリフォーム、はんだ粉末等の形態で用いることが
でき、又フラックスを含有するものについても、使用可
能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、耐熱特性及び耐クリー
プ特性にすぐれ、特に高温時のはんだ付け部の接合強度
及び引張強度にすぐれたはんだ合金を提供することがで
きる。

【００４０】そして、本発明のはんだ合金を用いて、精
密電子機器や自動車用電子機器のはんだ付けを行った場
合には、熱疲労によるクラックやはんだ付け剥離が発生
しない、信頼性のあるはんだ付けを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】常温時の破断時間測定によるクリープ試験に用
いる装置と試験片を示す図。

【図２】高温時の抜落ち時間測定試験に用いる装置を示
す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾本多佳彦大阪府堺市築港浜寺西町７番21号石川金属株式会社内 (72)発明者尾崎仁一大阪府堺市築港浜寺西町７番21号石川金属株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組成が、Ｓｎ６０〜６５重量％、Ｓｂ
０．１〜１．０重量％、Ｂｉ０．１〜１．０重量％、Ａ
ｇ１．０〜３．０重量％、Ｐｂ残部のすべてまたはその
大部分、からなるはんだ合金。
【請求項２】請求項１記載のはんだ合金において、Ｇ
ｅ０．００５〜０．０５重量％を含むはんだ合金。
【請求項３】請求項１記載のはんだ合金において、Ｎ
ｉ０．００５〜０．０５重量％を含むはんだ合金。
【請求項４】組成が、Ｓｎ６０〜６５重量％、Ｓｂ
０．１〜１．０重量％、Ｂｉ０．１〜１．０重量％、Ｃ
ｕ０．０１〜０．１重量％、Ｐｂ残部のすべてまたはそ
の大部分、からなるはんだ合金。
【請求項５】組成が、Ｓｎ６０〜６５重量％、Ｓｂ
０．１〜１．０重量％、Ｂｉ０．１〜１．０重量％、Ｔ
ｅ０．００１〜０．００５重量％、Ｐｂ残部のすべてま
たはその大部分、からなるはんだ合金。
【請求項６】組成が、Ｓｎ６０〜６５重量％、Ｓｂ
０．１〜１．０重量％、Ａｇ０．１〜０．５重量％、Ｃ
ｕ０．０１〜０．１重量％、Ｐｂ残部のすべてまたはそ
の大部分、からなるはんだ合金。
【請求項７】請求項６記載のはんだ合金において、Ｔ
ｅ０．００１〜０．００５重量％を含むはんだ合金。