JPH08224689A - 無鉛半田およびその使用 - Google Patents

無鉛半田およびその使用

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒径がより小さく、結晶成長が僅かであり、
従って、半田結合のより大きい強度を有する低融点の冒
頭に述べた種類の無鉛半田（スズ合金）を提供すること
にある。 【解決手段】 ビスマスおよび／またはインジウムと、
残部のスズおよび通常の不純物とを含むスズ合金からな
る無鉛半田に関し、コバルト０，００１−５％を添加し
たことによって、半田の総体的に微粒構造が得られ、例
えば、銅、ニッケル、金およびこれらの合金を濡らした
後、半田付したコンポーネントの結合強度を増大する微
粒の金属間相が得られることとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、０，１−５７％の
ビスマスまたは０，１−５０％のインジウムと、残部の
スズおよび通常の不純物とを含むスズ合金からなる無鉛
半田に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子工学および電気工学において工業的
に使用されるね半田に対しては、通常、下記の要求が課
せられる。即ち、半田は、熱的に接合される金属部材に
対して良好な濡れ挙動を示さなければならない。この場
合、半田の融点は、４５０℃を越えてはならない。実際
に、大半の半田は、４５０℃よりも遥かに低い、即ち、
１８０℃−３００℃の範囲の融点または熔融範囲を有す
る。電子工学については、融点が、最高運転温度よりも
十分に高いが、他方、半田付に際して上記温度に耐える
コンポーネントを製造するために、十分に低いことが肝
要である。
【０００３】上記要求は、従来、ＳｎＰｂ半田によって
広い範囲で満足される。しかしながら、環境保護の理由
から、鉛の使用禁止が予想されるので、ＳｎＰｂ半田を
無鉛半田で置換えなければならない。既に、特に低融点
であるのでＳｎＰｂ半田の代替品として適するＳｎＢｉ
半田およびＳｎＩｎ半田が知られている。上記の無鉛半
田は、ＳｎＰｂ半田と同様、銅基板、ニッケル基板およ
び金基板を濡らす（例えば、Ｍｏｒｒｉｓらの論文“Ｍ
ｉｃｒｏｓｔｒｕｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｃｈｎｉｃａ
ｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＳｎＩｎ ａｎｄ
ＳｎＢｉ Ｓｏｌｄｅｒｓ”およびＦｅｌｔｏｎらの論
文“Ｔｈｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ Ｔｉｎ−Ｂｉ
ｓｍｕｔｈ Ａｌｌｏｙ Ｓｏｌｄｅｒｓ”、１９９
３．７．，ｐ２５−２７，２８−３２参照）。
【０００４】半田は、２つの異種材料の間の境界面をな
す。接合すべき材料の異なる膨張係数によって、温度変
化時（例えば、コンポーネントの半田付または組込み
（合成樹脂の射出被覆）後の冷却時）、半田内に剪断応
力が現れる。
【０００５】純ＣｕＢｉ半田およびその金属間相（ＩＭ
Ｐ）は、室温において、室温よりも高い使用温度におい
て強い結晶成長傾向を示す粗粒状態にある。粗粒および
結晶成長は、半田結合の性質にマイナスの影響を与え
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、粒径
がより小さく、結晶成長が僅かであり、従って、半田結
合のより大きい強度を有する低融点の冒頭に述べた種類
の無鉛半田（スズ合金）を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明にも
とづき、スズ合金が、更に、０，００１−５％（ここ
で、％値は重量％である）を含むことによって、解決さ
れる。
【０００８】
【作用】コバルトは、半田の総体的に微粒構造を形成
し、例えば、銅、ニッケル、金およびこれらの合金を濡
らした後、半田付したコンポーネントの結合強度を増大
する微粒の金属間相（ＩＭＰ）（表参照）を形成する。
微粒の均一な金属間相は、より大きい全層硬さ、よりよ
い曲げ挙動、より大きい剪断強度および小さい弾性率
（Ｅ−Ｍｏｄｕｌ）を有するのみならず、特に、大きい
クリープ安定性を示す。ここで、クリープ安定性とは、
長期間の負荷時に現れる時間および温度に依存の変形プ
ロセスを意味する。
【０００９】
【表１】 本発明の好ましい実施例にもとづき、スズ合金は、Ｃｏ
０，００３−０，５％を含む。
【００１０】スズ合金が、ビスマスおよびインジウムを
含んでいる場合、更に詳細に云えば、ビスマス０，１−
２０％（好ましくは、５−２０％）およびインジウム
０，０５−３５％（好ましくは、３−３５％）を含んで
いる場合は、同様の良い結果が得られる。
【００１１】本発明に係る半田は、上述の性質にもとづ
き、特に、導体板、半導体構造要素およびすべての種類
の電子コンポーネントの半田付に適する。この場合、半
田付とは、すべての慣用の半田付技術（特に、手操作半
田付、リフロー半田付、蒸気相半田付、赤外線半田付、
高周波半田付、等）を意味する。
【００１２】別の使用目的は、銅、ニッケル、鉄および
これらの合金からなるテープの火炎スズメッキ、銅、ニ
ッケル、鉄、金およびこれらの合金からなる基板および
銅、金、ニッケル、パラジウムおよび銀をメタライジン
グしたコンポーネントおよび導体板の浸漬スズメッキで
ある。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下の実施例を参照して本発明を
詳細に説明する。合金ＳｎＢｉ５Ｉｎ３について０，５
％のコバルト添加の微粒化作用を示す（図１／２）。こ
の場合、熔融法（火炎スズメッキまたは浸漬スズメッ
キ）でスズ青銅（ＣｕＳｎ６）テープに厚さ１−３μｍ
の表面層を被覆した。
【００１４】
【発明の効果】上述したように、本発明によればコバル
トが半田の総体的に微粒構造を形成し、銅、ニッケル、
金やこれらの合金を濡らした後、コンポーネントの結合
強度を増大する微粒の金属間相を形成する。そのため
に、より大きい金属硬さ、より良い曲げ挙動、より大き
い剪断強度、小さい弾性率を有することになり、特に大
きなクリープ安定性を示す。従って電子コンポーネン
ト、合金テープのメッキ、合金基板やメタライジングし
たコンポーネント、導体板のスズメッキ等に有効とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】合金ＳｎＢｉ５Ｉｎ３について金属間相の拡大
図（倍率５０００：１）である。
【図２】合金ＳｎＢｉ５Ｉｎ３について０，５％のコバ
ルト添加の金属間相の拡大図（倍率５０００：１）であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 4/06 Ｃ２３Ｃ 4/06 // Ｂ２３Ｋ 101:36

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ０，１−５７％のビスマスまたは０，１
    −５０％のインジウムと、残部のスズおよび通常の不純
    物とを含むスズ合金からなる無鉛半田において、スズ合
    金が、更に、コバルト０，００１−５％を含むことを特
    徴とする半田。
  2. 【請求項２】 スズ合金が、更にコバルト０，００３−
    ０，５％を含むことを特徴とする請求項１に記載の半
    田。
  3. 【請求項３】 スズ合金が、ビスマス５−５７％または
    インジウム３−５０％を含むことを特徴とする請求項１
    または請求項２に記載の半田。
  4. 【請求項４】 スズ合金が、ビスマス０，１−２０％ま
    たはインジウム０，０５−３５％を含むことを特徴とす
    る請求項１または請求項２に記載の半田。
  5. 【請求項５】 スズ合金が、ビスマス５−２０％または
    インジウム３−３５％を含むことを特徴とする半田。
  6. 【請求項６】 導体板、半導体素子およびすべての種類
    の電子コンポーネントの半田付のための請求項１−請求
    項５の１つまたは複数に記載の半田の使用。
  7. 【請求項７】 銅、ニッケル、鉄およびこれらの合金か
    らなるテープの火炎スズメッキのための請求項１−請求
    項５の１つまたは複数に記載の半田の使用。
  8. 【請求項８】 銅、ニッケル、鉄、金およびこれらの合
    金からなる基板、銅、金、ニッケル、パラジウムおよび
    銀をメタライジングしたコンポーネントおよび導体板の
    浸漬スズメッキのための請求項１−請求項５の１つまた
    は複数に記載の半田の使用。
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