JPH08206874A

JPH08206874A - はんだ材料

Info

Publication number: JPH08206874A
Application number: JP1804895A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamaguchi; 敦史山口; Kenichiro Suetsugu; 憲一郎末次; Tetsuo Fukushima; 哲夫福島; Akio Furusawa; 彰男古澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1996-08-13
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: JP3040929B2

Abstract

(57)【要約】【目的】はんだの融点を電子部品組立てが可能な程度
にまで下げることができると共に、機械的強度及び濡れ
性にすぐれた、無鉛のはんだ材料を提供する。【構成】ＳｎとＡｇを基本組成とし、Ａｇの含有量が
０．１〜２０重量％とする合金であって、その中に０．
１〜２５重量％のＢｉ、０．１〜２０重量％のＩｎのい
ずれか１種以上を含有し、残部がＳｎからなることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として電子回路基板
のはんだ付けに用いるクリームはんだ等におけるはんだ
材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子回路基板における表面実装
は、電子部品の小型化、高密度実装化の一途をたどって
いる。それに伴いはんだ材料の高機能化が必要となって
きている。

【０００３】しかし、環境問題の立場から、従来一般の
はんだ材料（Ｓｎ−Ｐｂ系合金）中に含まれる鉛の問題
が浮上してきている。すなわち、従来のはんだ材料を用
いた製品の廃棄物が酸性雨にさらされると、有害物質で
ある鉛が大量に溶出するので、その毒性は非常に深刻な
問題となっている。そのため鉛を含むはんだに代替する
ことができる鉛を含有しないはんだ（鉛レスはんだ）材
料の開発が必要となっている。

【０００４】以下に従来のはんだ材料の一例について説
明する。代表的なはんだ合金はその金属組成が錫と鉛の
共晶合金である、６３Ｓｎ−３７Ｐｂ（組成の比率６
３：３７は重量％以下同様）であり、１８３℃に共晶点
をもつものであった。

【０００５】また、鉛を含まないはんだ合金の一例につ
いて説明する。Ｓｎ−３．５Ａｇ合金はんだ、およびＳ
ｎ−５Ｓｂ合金はんだは、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだよりも
優れた機械的強度を持っている。また、濡れ性について
はＳｎ−Ｐｂ共晶はんだには若干劣るが、それでも代替
できる可能性があると考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｎ−
３．５Ａｇ合金はんだやＳｎ−５Ｓｂ合金はんだは融点
が高いため、作業温度が２２０℃〜２５０℃であるよう
な高温となり、電子部品の組立には温度が高すぎ、電子
部品を損傷させるという問題点を有していた。

【０００７】本発明の目的は、上記のような問題点を発
生することなく、上記はんだの融点を下げ、優れた機械
的強度を持つはんだ材料を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明は、上記
従来のＳｎ−３．５Ａｇ合金はんだの問題点（融点２２
１℃）を解消するため、ＳｎとＡｇを基本組成とし、Ａ
ｇの含有量が０．１〜２０重量％とする合金であって、
その中に０．１〜２５重量％のＢｉ、０．１〜２０重量
％のＩｎのいずれか１種以上を含有し、残部がＳｎから
なることを特徴とする。

【０００９】本願の第２発明は、同様の目的を達成する
ため、ＳｎとＡｇを基本組成とし、Ａｇの含有量が０．
１〜２０重量％とする合金であって、その中に０．１〜
２５重量％のＢｉ、０．１〜２０重量％のＩｎのいずれ
か１種以上を含有すると共に、０．１〜３．０重量％の
Ｃｕ、０．１〜１５重量％のＺｎのいずれか１種以上を
含有し、残部がＳｎからなることを特徴とする。

【００１０】第１発明及び第２発明においてＡｇの含有
量は３．５重量％を中心にして、０．５〜６重量％の範
囲にあることが好適である。また主組成であるＳｎの含
有量は７５〜９８重量％の範囲にあることが好適であ
る。

【００１１】本願の第３発明は、上記従来のＳｎ−５Ｓ
ｂ合金はんだの問題点（融点２４０℃）を解消するた
め、ＳｎとＳｂを基本組成とし、Ｓｂの含有量が０．１
〜２０重量％とする合金であって、その中に０．１〜３
０重量％のＢｉ、０．１〜２０重量％のＩｎのいずれか
１種以上を含有し、残部がＳｎからなることを特徴とす
る。

【００１２】本願の第４発明は、同様の目的を達成する
ため、ＳｎとＳｂを基本組成とし、Ｓｂの含有量が０．
１〜２０重量％とする合金であって、その中に０．１〜
３０重量％のＢｉ、０．１〜２０重量％のＩｎのいずれ
か１種以上を含有すると共に、０．１〜３．０重量％の
Ｃｕ、０．１〜１５重量％のＺｎのいずれか１種以上を
含有し、残部がＳｎからなることを特徴とする。

【００１３】第３発明及び第４発明においてＳｂの含有
量は５重量％を中心にして、１〜９重量％の範囲にある
ことが好適である。また主組成であるＳｎの含有量は８
０〜９８重量％の範囲にあることが好適である。

【００１４】

【作用】第１発明及び第２発明において、ＳｎとＡｇを
基本組成とする合金に、Ｂｉ、Ｉｎの一方又は両方を添
加するのは、融点を下げるためである。このような目的
を達成するため、Ｂｉ、Ｉｎのそれぞれの組成を０．１
重量％以上としている。

【００１５】また、Ｂｉ、Ｉｎの組成がそれぞれ２５、
２０重量％を超えると機械的強度が得られなくなるので
好ましくない。さらにＢｉ、Ｉｎの添加量を増大する
と、濡れ性を良好なものとすることができる。

【００１６】図１は、Ｓｎ−３．５Ａｇ合金にＢｉを添
加した場合の添加量の変化に伴う融点の変化を示すもの
である。図１から明らかなように、Ｂｉの添加量が増加
するとともに融点は直線的に低下し、２５重量％の添加
により融点は１７５℃まで降下する。

【００１７】図２は、Ｓｎ−３．５Ａｇ合金にＢｉを添
加した場合の添加量の変化に伴う引張り強度の変化を示
すものである。図２から明らかなように、Ｂｉの添加量
が約１０重量％で引張り強度が最大値を示し、Ｂｉの添
加量が２５重量％を超えると、Ｓｎ−３．５Ａｇ合金の
引張り強度よりも低下する。

【００１８】図３はＳｎ−３．５Ａｇ合金にＢｉを３重
量％添加した場合（Ｓｎ−３．５Ａｇ−３Ｂｉ）と、２
０重量％添加した場合（Ｓｎ−３．５Ａｇ−２０Ｂｉ）
の濡れ性を示すものである。図３から明らかなように、
６０Ｓｎ−４０Ｐｂ共晶はんだと同等の濡れ性を示し、
特にＢｉを２０重量％添加したものは、６０Ｓｎ−４０
Ｐｂ共晶はんだよりも良好な濡れ性を示す。

【００１９】上記図１〜図３に示した傾向は、Ｓｎ−
３．５Ａｇ合金にＩｎを添加した場合、或いはＢｉ及び
Ｉｎの両者を添加した場合にもみられ、又Ａｇの含有量
を異ならしたときにもみられる。

【００２０】なお、Ｉｎの添加についてはＳｎホイスカ
の発生を抑制する作用をも有している。

【００２１】第２発明において、ＳｎとＡｇを基本組成
とし、Ｂｉ、Ｉｎの一方又は両方を添加したものに、更
にＣｕ、Ｚｎを添加するのは強度を向上させるためであ
る。

【００２２】強度確保のためＣｕ、Ｚｎのそれぞれの組
成を０．１重量％以上としている。また、２２１℃未満
の融点を確保するためにそれぞれ、３．０、１５重量％
以下とした。

【００２３】第３発明及び第４発明において、ＳｎとＳ
ｂを基本組成とする合金に、Ｂｉ、Ｉｎの一方又は両方
を添加するのは、第１発明と同様、融点を下げ、濡れ性
を改善するためである。この目的を達成するため、Ｂ
ｉ、Ｉｎのそれぞれの組成を０．１重量％以上とし、ま
た機械的強度の低下を防ぐため、Ｂｉ、Ｉｎのそれぞれ
の組成を３０、２０重量％以下としている。

【００２４】第４発明において、ＳｎとＳｂを基本組成
とし、Ｂｉ、Ｉｎの一方又は両方を添加したものに、更
にＣｕ、Ｚｎを添加するのは強度を向上させるためであ
る。

【００２５】強度確保のためＣｕ、Ｚｎのそれぞれの組
成を０．１重量％以上とし、又２４０℃未満の融点を確
保するためにそれぞれ、３．０、１５重量％以下とし
た。

【００２６】

【実施例】表１に本発明のはんだ材料の各実施例をその
組成率（重量％）と共に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示す実施例１〜実施例７は、Ｓｎ
（錫）とＡｇ（銀）を基本組成とし、その中にＢｉ（ビ
スマス）、Ｉｎ（インジウム）のいずれか１種以上を含
有したはんだ材料に係るもの、すなわち第１発明の実施
例である。

【００２９】特に実施例６、実施例７は、ＳｎとＡｇを
基本組成とし、その中にＢｉ、Ｉｎのいずれか１種以上
を含有すると共に、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）のいずれ
か１種以上を含有したはんだ材料に係るもの、すなわち
第２発明の実施例である。

【００３０】実施例８、実施例９は、ＳｎとＳｂ（アン
チモン）を基本組成とし、その中にＢｉ、Ｉｎのいずれ
か１種以上を含有したはんだ材料に係るもの、すなわち
第３発明の実施例である。

【００３１】又表１には、比較例として従来のはんだ材
料をその組成率（重量％）と共に示す。比較例１はＳｎ
−３．５Ａｇ合金はんだ、比較例２はＳｎ−５Ｓｂ合金
はんだ、比較例３は６３Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだであ
る。

【００３２】実施例１〜実施例９及び比較例１〜比較例
３の各融点、引張り強度及び濡れ性は、表１に示すとお
りである。濡れ性の評価は、○が最良、□が良、△が普
通であり、表１に示す事例のすべては普通以上であっ
て、不良のものはなかった。

【００３３】表１より明らかなように、Ｓｎ−Ａｇ合金
はんだ及びＳｎ−Ｓｂ合金はんだに、Ｂｉ、Ｉｎを添加
することにより、融点を下げることができ、特に実施例
２、実施例４、実施例５では融点を２００℃以下にする
ことができた。また機械的強度も６３Ｓｎ−３７Ｐｂ共
晶はんだに比較し、同等あるいは改善されている。さら
に濡れ性も実用に差しつかえなく、特に実施例２は６３
Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだと同等の良好な濡れ性を有し
ている。

【００３４】次に実施例６（Ａｇ３．５重量％、Ｂｉ３
重量％、Ｚｎ１％、Ｃｕ０．７％、Ｓｎ残部）のはんだ
材料及び実施例２（Ａｇ３．５重量％、Ｂｉ２０重量
％．Ｓｎ残部）のはんだ材料をペースト化してなるクリ
ームはんだを用いて、チップ部品実装に供したときの実
験結果を、比較例３（６３Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだ）
を材料とするクリームはんだの場合と比較して示すと、
表２のようになる。

【００３５】なお、ペースト化に用いたフラックスの組
成は、溶剤４０重量％、ロジン５５．３１重量％、活性
剤０．６９重量％、チキソ剤４重量％である。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２から明らかなように、実施例６及び実
施例２におけるチップ立ち発生率は１．７％、１．５５
％であって、比較例３の１．５％とほぼ同等であり、チ
ップ部品の実装を従来の場合とほぼ同様に行うことがで
きる。

【００３８】上記説明においては、第４発明の実施例を
具体的には挙げなかったが、実施例６（第２発明の実施
例）と実施例１（第１発明の実施例）との関係に見られ
るように、例えば実施例８（第３発明の実施例）のもの
にＺｎ、Ｃｕを添加することによって引張り強度を改善
できる実施例（第４発明の実施例相当のもの）を想定で
きることが自明であるからである。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、はんだの融点を電子部
品組立てが可能な程度にまで下げることができると共
に、機械的強度及び濡れ性にすぐれた、無鉛のはんだ材
料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓｎ−３．５Ａｇ合金にＢｉを添加した場合の
添加量と融点との関係を示す特性図。

【図２】Ｓｎ−３．５Ａｇ合金にＢｉを添加した場合の
添加量と引張り強度との関係を示す特性図。

【図３】本発明の実施例と比較例との濡れ性を比較して
示す特性図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古澤彰男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳｎとＡｇを基本組成とし、Ａｇの含有
量が０．１〜２０重量％とする合金であって、その中に
０．１〜２５重量％のＢｉ、０．１〜２０重量％のＩｎ
のいずれか１種以上を含有し、残部がＳｎからなること
を特徴とするはんだ材料。
【請求項２】ＳｎとＡｇを基本組成とし、Ａｇの含有
量が０．１〜２０重量％とする合金であって、その中に
０．１〜２５重量％のＢｉ、０．１〜２０重量％のＩｎ
のいずれか１種以上を含有すると共に、０．１〜３．０
重量％のＣｕ、０．１〜１５重量％のＺｎのいずれか１
種以上を含有し、残部がＳｎからなることを特徴とする
はんだ材料。
【請求項３】ＳｎとＳｂを基本組成とし、Ｓｂの含有
量が０．１〜２０重量％とする合金であって、その中に
０．１〜３０重量％のＢｉ、０．１〜２０重量％のＩｎ
のいずれか１種以上を含有し、残部がＳｎからなること
を特徴とするはんだ材料。
【請求項４】ＳｎとＳｂを基本組成とし、Ｓｂの含有
量が０．１〜２０重量％とする合金であって、その中に
０．１〜３０重量％のＢｉ、０．１〜２０重量％のＩｎ
のいずれか１種以上を含有すると共に、０．１〜３．０
重量％のＣｕ、０．１〜１５重量％のＺｎのいずれか１
種以上を含有し、残部がＳｎからなることを特徴とする
はんだ材料。