JPH08243782A - はんだ合金およびそれを用いたはんだ付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境等に対して悪影響を及す鉛を使用するこ
となく、例えばはんだ付けに際して必要とされる条件を
満足させたはんだ合金を提供する。 【構成】 亜鉛を 3〜12重量% 含有し、残部が実質的に
錫からなり、酸素含有量が100ppm以下であるはんだ合
金、あるいは亜鉛を 3〜12重量% 、アンチモン、インジ
ウム、金、銀および銅から選ばれる少なくとも 1種を 3
重量% 以下含有し、残部が実質的に錫からなり、酸素含
有量が100ppm以下であるはんだ合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、環境安全性の高いはん
だ合金、およびそれを用いたはんだ付け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、各種機器におけるはんだ接続
には、融点が低く、酸化性雰囲気中でもぬれ性がよい等
の点から、鉛−錫系のはんだ合金が多用されている。

【０００３】ところで、鉛は毒性を有することから、鉛
やそれを含む合金等を扱う業務については規制がなされ
ており、鉛中毒等の発生はほとんど皆無となっている。
しかし、最近の環境破壊に対する関心の高まりによっ
て、鉛を含むはんだ合金を用いた各種機器、特に電子機
器の廃棄処理についても問題視され始めている。

【０００４】すなわち、鉛を含むはんだ合金を多量に使
用した廃電子機器は、従来、通常の産業廃棄物や一般廃
棄物と同様に、主として埋め立て処理することが一般的
であった。しかしながら、鉛を含むはんだ合金を多量に
使用した廃電子機器をそのまま埋立て等により処理し続
けると、廃電子機器中に存在する鉛成分の溶出によっ
て、環境や生物等に対して悪影響を及ぼすことが危惧さ
れている。

【０００５】このようなことから、鉛を含むはんだ合金
を多量に使用した廃電子機器を処理する際には、鉛を回
収した後に処理することを義務付ける方向に進んでい
る。しかし、現状では廃電子機器等から有効かつ容易に
鉛を回収する技術が見出されておらず、また鉛の回収コ
ストが製品コストの増大を招くおそれがあること等か
ら、鉛を用いないはんだ合金の開発が強く望まれてい
る。

【０００６】上述したような鉛を用いないはんだ合金と
して、例えば錫をベースとし、これにアンチモン、銀、
ゲルマニウム、チタン等を複合添加したもの等が一部実
用化されているが、これらは特殊な用途を対象としたも
のであり、鉛−錫系はんだ合金のように、ごく一般的な
はんだ付けに適用することが可能なはんだ合金、すなわ
ち前述した低融点でぬれ性に優れる等の特性に加えて、
リフローはんだ工程等に適用し得る、母材と反応して脆
い化合物や脆化層を形成しない等の条件を全て満足する
はんだ合金は、現状では見出されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、鉛を
含むはんだ合金を多量に使用した廃電子機器等を処理す
る際には、鉛を回収した後に処理することを義務付ける
方向に進んでいることから、環境等に対して悪影響を及
す鉛を用いないはんだ合金の開発が望まれている。鉛を
用いないはんだ合金は一部で実用化されているものの、
鉛−錫系はんだ合金に匹敵するようなはんだ付け性や耐
侯性等は実現されていない。

【０００８】このようなことから、環境等に対して悪影
響を及ぼすことがなく、かつ鉛−錫系はんだ合金に匹敵
するようなはんだ付け性や耐侯性等を有するはんだ合金
が強く求められている。

【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、環境等に対して悪影響を及す鉛を使
用することなく、例えばはんだ付けに際して必要とされ
る条件を満足させたはんだ合金、およびそれを用いたは
んだ付け方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段と作用】本発明のはんだ合
金は、亜鉛を 3〜12重量% 含有し、残部が実質的に錫か
らなり、酸素含有量が100ppm以下であること（請求項
１）、あるいは亜鉛を 3〜12重量% 、アンチモン、イン
ジウム、金、銀および銅から選ばれる少なくとも 1種を
3重量% 以下含有し、残部が実質的に錫からなり、酸素
含有量が100ppm以下であること（請求項２）を特徴とし
ている。

【００１１】また、本発明のはんだ付け方法は、上記し
た本発明のはんだ合金を用いたはんだ付け方法であっ
て、前記はんだ合金を用いて非酸化性雰囲気中ではんだ
接続を行うことを特徴としている。

【００１２】ここで、はんだ合金に要求される特性は、
(1)ぬれ性に優れること、 (2)はんだ接続する機器に熱
損傷等を与えない温度ではんだ付け可能である、すなわ
ち融点が473K前後であること、 (3)母材との反応により
脆い金属間化合物や脆化層を形成しないこと、 (4)自動
化に適用可能な供給形態（ペーストや粉末等）がとれる
こと、 (5)はんだ合金に含まれる金属成分の酸化物がぬ
れ不良、ボイド、ブリッジ等の欠陥の発生原因とならな
いこと、等である。特に、電子機器のはんだ接続におい
ては、溶融はんだを細間隙に流入させて母材との接合を
行うため、はんだ合金の表面張力、粘性、流動性等が重
要である。従来の鉛−錫系はんだ合金は、上述したよう
な条件をよく満足するものとして多用されてきたが、前
述したように環境等に対して悪影響を及ぼすという重大
な欠点を有している。

【００１３】これに対して、本発明のはんだ合金、すな
わち錫に少なくとも亜鉛を 3〜12重量% の範囲で添加し
た合金は、鉛を含まないと共に、亜鉛等の各成分の安全
性が高いことから、環境等に対して悪影響を及ぼすこと
がなく、かつ上述したはんだ合金に要求される特性をほ
とんど満足するものである。

【００１４】すなわち、図１に示すように、亜鉛と錫と
は全率固溶であり、いかなる混合比においても析出物を
作らずに合金化するため、例えば良好なはんだ接続性が
得られる。そして、特に亜鉛を 3〜12重量% の範囲で含
有する亜鉛−錫合金は、その融点が493K以下と低く、例
えば亜鉛を 9重量% 含有する亜鉛−錫合金では融点が47
1Kと、はんだ付けに適する低融点を有している。錫に対
する亜鉛の添加量が 3重量% 未満であっても、また12重
量% を超えても、いずれもはんだ合金に必要とされる低
融点が得られなくなる。一般に、電子機器のはんだ付け
温度を10度下げると、電子部品の寿命は 2倍になると言
われていることから、はんだ合金の低融点化は非常に有
効である。

【００１５】また、本発明ではんだ合金として用いる亜
鉛−錫合金は、導電性に優れる錫との全率固溶合金であ
ることから、その導電性等の特性は錫単体とほとんど同
一の性質を有し、プリント基板等の導体として多用され
ている銅に対するぬれ性も高いものである。さらに、亜
鉛は他の金属と比較しても安価であり、例えば電子機器
に多様多量に使用されるはんだ合金として、鉛−錫系は
んだ合金と同程度に安価に提供できる。

【００１６】本発明の錫を主成分とするはんだ合金に
は、上述した亜鉛に加えて、アンチモン、インジウム、
金、銀および銅から選ばれる少なくとも 1種の元素を 3
重量%以下の範囲で添加してもよい。これらは、はんだ
合金のさらなる低融点化やぬれ性の改善に寄与するが、
これらの元素を 3重量% を超えて添加すると、はんだ外
観が悪くなる（つやがなくなる）。上述した添加元素の
うち、アンチモンや銅は本発明のはんだ合金のぬれ性の
改善に寄与する元素であり、またインジウム、金、銀
は、本発明のはんだ合金の低融点化に寄与する元素であ
る。

【００１７】また、本発明のはんだ合金は、例えば酸
素、窒素、水素等の不可避の不純物を少量含んでいても
特に問題はないか、特に酸素ははんだ合金を脆くするお
それがあるため、その含有量は100ppm以下とする。

【００１８】ところで、上述した本発明の錫を主成分と
するはんだ合金は、その主要構成元素である亜鉛がはん
だ接続中に酸化しやいという難点を有しているが、これ
ははんだ付けを窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で
行うことにより解決可能である。本発明のはんだ付け方
法は、このように本発明のはんだ合金を用いて非酸化性
雰囲気中ではんだ接続する方法であり、これによって本
発明のはんだ合金の酸化によるぬれ不良や電気的な接続
不良等の発生が防止できる。

【００１９】また、本発明のはんだ付け方法において
は、通常のはんだ接続と同様に、超音波を付加しながら
実施してもよい。

【００２０】なお、本発明のはんだ合金は、上述したよ
うな各種電子機器等のはんだ付けに有効に使用し得るほ
か、環境安全性に優れると共に低融点であるという性質
を利用して、従来鉛−錫系合金が用いられきてきた用
途、例えばヒューズ等に利用することも可能である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２２】実施例１〜８、比較例１ まず、表１に合金組成をそれぞれ示す各はんだ合金を溶
解、製造した。これら各はんだ合金の融点を表１に示
す。

【００２３】次に、上述した各はんだ合金を用いて、電
子部品を搭載したプリント基板（銅張積層板）に、窒素
を局所的に流しながらはんだ付けを実施した。なお、は
んだ付け温度は、いずれも各合金の融点に対して10〜 3
0K程度高い温度とした。そして、上記はんだ付けの際
に、ぬれ性を確認すると共に、はんだ付け後の耐候性を
評価した。これらの結果を、各はんだ合金の安全性の確
認結果と共に表１に併せて示す。

【００２４】なお、表中の比較例１は、従来の鉛−錫系
はんだ合金であり、上記実施例のはんだ合金の評価の基
礎として掲げたものである。

【００２５】

【表１】 表１から明らかなように、各実施例のはんだ合金は、低
融点を有していると共に、ぬれ性についても従来の鉛−
錫系はんだ合金と同様に良好であり、優れたはんだ付け
性を有している。また、長時間の使用にも脆化等の性質
の変化は見られず、従来の鉛−錫系はんだ合金と同様
に、優れた耐候性を有している。これに対して、鉛−錫
系はんだ合金は、従来から多量に使用されているよう
に、低融点を有していると共に、ぬれ性や耐候性に優れ
ているものの、鉛の毒性が環境等に対しても問題とな
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のはんだ合
金は、低融点で、ぬれ性や耐候性に優れると共に、有害
な鉛を含まずに環境安全性等に優れるものである。従っ
て、環境等に対して悪影響を及すことがなく、かつはん
だ付けに際して必要とされる条件を満足させたはんだ合
金を安価に提供することが可能となる。また、本発明の
はんだ付け方法によれば、そのようなはんだ合金を用い
て良好なはんだ接続が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 亜鉛と錫の二元合金の状態図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 亜鉛を 3〜12重量% 含有し、残部が実質
   的に錫からなり、酸素含有量が100ppm以下であることを
   特徴とするはんだ合金。
2. 【請求項２】 亜鉛を 3〜12重量% 、アンチモン、イン
   ジウム、金、銀および銅から選ばれる少なくとも 1種を
   3重量% 以下含有し、残部が実質的に錫からなり、酸素
   含有量が100ppm以下であることを特徴とするはんだ合
   金。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のはんだ合
   金を用いたはんだ付け方法であって、 前記はんだ合金を用いて非酸化性雰囲気中ではんだ接続
   を行うことを特徴とするはんだ付け方法。