JPH09155586A - 無鉛はんだ合金 - Google Patents
無鉛はんだ合金Info
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- JPH09155586A JPH09155586A JP7334081A JP33408195A JPH09155586A JP H09155586 A JPH09155586 A JP H09155586A JP 7334081 A JP7334081 A JP 7334081A JP 33408195 A JP33408195 A JP 33408195A JP H09155586 A JPH09155586 A JP H09155586A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電子部品を実装する場合でのフロ−法またはリ
フロ−法はんだ付けに使用できる優れた機械的強度を有
する無鉛はんだ合金を提供する。 【解決手段】Ａｇ０．５〜３．５重量％、Ｃｕ０．３〜
２．０重量％、Ｉｎ１．０〜４．０重量％、残部Ｓｎか
らなる。酸化防止を図るためにＰまたはＧａを０．５重
量％以下添加することができる。
フロ−法はんだ付けに使用できる優れた機械的強度を有
する無鉛はんだ合金を提供する。 【解決手段】Ａｇ０．５〜３．５重量％、Ｃｕ０．３〜
２．０重量％、Ｉｎ１．０〜４．０重量％、残部Ｓｎか
らなる。酸化防止を図るためにＰまたはＧａを０．５重
量％以下添加することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプリント回路基板に
電子部品を実装する場合に使用する無鉛はんだに関する
ものである。
電子部品を実装する場合に使用する無鉛はんだに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ブリント回路基板への電子部品の実装に
は、フロ−法またはリフロ−法が使用されている。すな
わち、電子部品をプリント回路基板に仮固定し、フラッ
クスを塗布し、次いで、はんだ浴に浸漬させて溶融はん
だを付着させ、この付着はんだを冷却・凝固させる方法
（フロ−法）、または電子部品をプリント回路基板にク
リ−ムはんだで仮固定し、加熱炉に通してクリ−ムはん
だを溶融・凝固させる方法（リフロ−法）が使用されて
いる。従来、上記フロ−法及びリフロ−法でのはんだに
は、Ｐｂ−Ｓｎ系のはんだが主に使用されてきたが、Ｐ
ｂは毒性の強い重金属である。近来、環境問題が地球規
模で取り上げられ、鉛についても生態系への悪影響や汚
染が問題視されつつあり、はんだの無鉛化が検討されて
いる。
は、フロ−法またはリフロ−法が使用されている。すな
わち、電子部品をプリント回路基板に仮固定し、フラッ
クスを塗布し、次いで、はんだ浴に浸漬させて溶融はん
だを付着させ、この付着はんだを冷却・凝固させる方法
（フロ−法）、または電子部品をプリント回路基板にク
リ−ムはんだで仮固定し、加熱炉に通してクリ−ムはん
だを溶融・凝固させる方法（リフロ−法）が使用されて
いる。従来、上記フロ−法及びリフロ−法でのはんだに
は、Ｐｂ−Ｓｎ系のはんだが主に使用されてきたが、Ｐ
ｂは毒性の強い重金属である。近来、環境問題が地球規
模で取り上げられ、鉛についても生態系への悪影響や汚
染が問題視されつつあり、はんだの無鉛化が検討されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記電子部品の実装に
使用する無鉛はんだとして、「少なくとも５０重量％の
Ｂｉと、最大約５０重量％のＳｎ並びに有効量のＣｕ、
Ｉｎ、Ａｇ等からなる無鉛すず−ビスマスはんだ合金」
が提案されている（特開平７−１１７９号公報）。
使用する無鉛はんだとして、「少なくとも５０重量％の
Ｂｉと、最大約５０重量％のＳｎ並びに有効量のＣｕ、
Ｉｎ、Ａｇ等からなる無鉛すず−ビスマスはんだ合金」
が提案されている（特開平７−１１７９号公報）。
【０００４】しかしながら、この無鉛はんだ合金におい
ては、Ｂｉを多量に含有しているために伸び特性の点で
制約があり、厳しいヒ−トサイクルにより過酷な熱歪を
受けたり、過酷な振動を受ける用途、例えば、自動車電
装用回路板への適用には問題がある。また、Ｂｉのため
に濡れ性の低下も避け難く、はんだ付け工程における生
産速度の低下も懸念される。
ては、Ｂｉを多量に含有しているために伸び特性の点で
制約があり、厳しいヒ−トサイクルにより過酷な熱歪を
受けたり、過酷な振動を受ける用途、例えば、自動車電
装用回路板への適用には問題がある。また、Ｂｉのため
に濡れ性の低下も避け難く、はんだ付け工程における生
産速度の低下も懸念される。
【０００５】上記電子部品の実装においては、電子部品
の保護のために、はんだ付け温度を２３０℃〜２４０℃
の範囲内に抑制することが必要である。この温度範囲よ
り高温の融点のはんだに対しては、鉛を含まないはんだ
が多種類存在する。例えば、特開平２−１７９３８７号
公報には、「Ａｇを重量比で１０〜３０％、Ｓｎを重量
比で７０〜９０％、さらにＣｕ、Ｉｎ、Ｇａの一種以上
を重量比で０．０５〜５％からなる低融点Ａｇはんだ」
が開示されており、このはんだの液相線温度は３３０℃
〜４１０℃の範囲であり、上記した電子部品の実装には
使用できない。
の保護のために、はんだ付け温度を２３０℃〜２４０℃
の範囲内に抑制することが必要である。この温度範囲よ
り高温の融点のはんだに対しては、鉛を含まないはんだ
が多種類存在する。例えば、特開平２−１７９３８７号
公報には、「Ａｇを重量比で１０〜３０％、Ｓｎを重量
比で７０〜９０％、さらにＣｕ、Ｉｎ、Ｇａの一種以上
を重量比で０．０５〜５％からなる低融点Ａｇはんだ」
が開示されており、このはんだの液相線温度は３３０℃
〜４１０℃の範囲であり、上記した電子部品の実装には
使用できない。
【０００６】しかしながら、本発明者においては、上記
低融点Ａｇはんだの合金系であっても、Ａｇを３．５重
量％以下にすると液相線温度を２２０℃〜２３０℃の範
囲に抑え得るばかりか、ＡｇとＳｎとの金属間化合物で
あるＡｇ3Ｓｎを緻密に分散させることにより引張り強
度を有効に向上できることを知った。特に、はんだ粉末
の場合、Ａｇが多量になると上記Ａｇ3Ｓｎがウイスカ
として、粉末表面から突き出すために平滑な球状化が得
られないが、Ａｇを３．５重量％以下とすれば、表面が
充分に平滑なほぼ球形の粉末はんだが得られることを知
った。本発明の目的は、電子部品を実装する場合でのフ
ロ−法またはリフロ−法はんだ付けに使用できる優れた
機械的強度を有する無鉛はんだ合金を提供することにあ
る。
低融点Ａｇはんだの合金系であっても、Ａｇを３．５重
量％以下にすると液相線温度を２２０℃〜２３０℃の範
囲に抑え得るばかりか、ＡｇとＳｎとの金属間化合物で
あるＡｇ3Ｓｎを緻密に分散させることにより引張り強
度を有効に向上できることを知った。特に、はんだ粉末
の場合、Ａｇが多量になると上記Ａｇ3Ｓｎがウイスカ
として、粉末表面から突き出すために平滑な球状化が得
られないが、Ａｇを３．５重量％以下とすれば、表面が
充分に平滑なほぼ球形の粉末はんだが得られることを知
った。本発明の目的は、電子部品を実装する場合でのフ
ロ−法またはリフロ−法はんだ付けに使用できる優れた
機械的強度を有する無鉛はんだ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】本発明に係る無鉛はんだ
合金は、Ａｇ０．５〜３．５重量％、Ｃｕ０．３〜２．
０重量％、Ｉｎ１．０〜４．０重量％、残部Ｓｎからな
ることを特徴とする構成であり、酸化防止を図るために
ＰまたはＧａを０．５重量％以下添加することが好まし
い。
合金は、Ａｇ０．５〜３．５重量％、Ｃｕ０．３〜２．
０重量％、Ｉｎ１．０〜４．０重量％、残部Ｓｎからな
ることを特徴とする構成であり、酸化防止を図るために
ＰまたはＧａを０．５重量％以下添加することが好まし
い。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明に係る無鉛はんだ合金にお
いて、Ｓｎを基材とする理由は、毒性が極めて少なく、
母材に対する優れた濡れ性を付与でき、産出量も安定で
あり、安価であることによる。本発明において、Ａｇを
添加する理由は、はんだの融点をＳｎの融点である２３
２℃以下とすると共に、生成する金属間化合物であるＡ
ｇ3Ｓｎを緻密に分散させることによる機械的強度、特
に引張り強度の向上を得るためである。その添加量を
０．５〜３．５重量％とした理由は、０．５重量％以下
では融点を２３２℃以下にし難く、機械的強度の向上も
満足に達成し得ず、３．５重量％以上では、液相線温度
が高くなり過ぎるばかりかＡｇ3Ｓｎが過剰となり、機
械的特性、特に伸び特性が低下し脆くなり、はんだ粉末
の場合、表面からＡｇ3Ｓｎがウイスカとなって突き出
すために表面平滑な球形の粉末を得ることができないか
らである。
いて、Ｓｎを基材とする理由は、毒性が極めて少なく、
母材に対する優れた濡れ性を付与でき、産出量も安定で
あり、安価であることによる。本発明において、Ａｇを
添加する理由は、はんだの融点をＳｎの融点である２３
２℃以下とすると共に、生成する金属間化合物であるＡ
ｇ3Ｓｎを緻密に分散させることによる機械的強度、特
に引張り強度の向上を得るためである。その添加量を
０．５〜３．５重量％とした理由は、０．５重量％以下
では融点を２３２℃以下にし難く、機械的強度の向上も
満足に達成し得ず、３．５重量％以上では、液相線温度
が高くなり過ぎるばかりかＡｇ3Ｓｎが過剰となり、機
械的特性、特に伸び特性が低下し脆くなり、はんだ粉末
の場合、表面からＡｇ3Ｓｎがウイスカとなって突き出
すために表面平滑な球形の粉末を得ることができないか
らである。
【０００９】本発明において、Ｃｕを添加する理由は、
はんだの融点を低下させるばかりでなくＡｇとの相乗効
果により機械的特性を更に向上させるためである。その
添加量を０．３〜２．０重量％とした理由は、０．３重
量％以下では融点の低下及び機械的強度の向上を満足に
達成し得ず、２．０重量％以上では、液相線温度が高く
なり過ぎるばかりかＳｎ−Ｃｕ金属間化合物が多量に発
生しかえって機械的強度が低下するからである。
はんだの融点を低下させるばかりでなくＡｇとの相乗効
果により機械的特性を更に向上させるためである。その
添加量を０．３〜２．０重量％とした理由は、０．３重
量％以下では融点の低下及び機械的強度の向上を満足に
達成し得ず、２．０重量％以上では、液相線温度が高く
なり過ぎるばかりかＳｎ−Ｃｕ金属間化合物が多量に発
生しかえって機械的強度が低下するからである。
【００１０】本発明において、Ｉｎを添加する理由は、
はんだの融点を低下させるばかりでなくＳｎ−Ａｇ−Ｉ
ｎの金属間化合物の生成によりはんだの機械的強度を向
上させるためである。その添加量を１．０〜４．０重量
％とした理由は、１．０重量％以下では融点の低下及び
機械的強度の向上が殆ど得られず、４．０重量％以上で
は高価となるばかりか、低温部に固相変態点が出現し、
この変態点を跨ぐ温度変化に対し耐熱疲労性が低下する
からである。
はんだの融点を低下させるばかりでなくＳｎ−Ａｇ−Ｉ
ｎの金属間化合物の生成によりはんだの機械的強度を向
上させるためである。その添加量を１．０〜４．０重量
％とした理由は、１．０重量％以下では融点の低下及び
機械的強度の向上が殆ど得られず、４．０重量％以上で
は高価となるばかりか、低温部に固相変態点が出現し、
この変態点を跨ぐ温度変化に対し耐熱疲労性が低下する
からである。
【００１１】本発明において、ＰまたはＧａを添加する
理由は、はんだ溶融時にこれらの元素が優先的に酸化し
て他の元素の酸化を防止し、溶融はんだ表面に浮いて巻
き込まれることがなく、酸化による機械的強度の低下を
排除するためであり、その添加料を０．５重量％以下と
した理由は、これ以上では高価となるばかりか、はんだ
の脆弱化が招来されるからである。
理由は、はんだ溶融時にこれらの元素が優先的に酸化し
て他の元素の酸化を防止し、溶融はんだ表面に浮いて巻
き込まれることがなく、酸化による機械的強度の低下を
排除するためであり、その添加料を０．５重量％以下と
した理由は、これ以上では高価となるばかりか、はんだ
の脆弱化が招来されるからである。
【００１２】本発明においては、上記以外の元素を、Ｊ
ＩＳ Ｚ−３２８２に規定されているＡ級の範囲内で不
純物として含んでいてもよい。（但し、Ｐｂは０．１０
重量％以下） 本発明に係る無鉛はんだ合金は、フロ−法でのはんだ浴
やリフロ−法でのクリ−ムはんだの粉末はんだとして好
適に使用される。この粉末はんだの粒直径は６５〜２０
μｍ、クリ−ムはんだの組成は、通常、粉末はんだ８５
〜９３重量部、残部フラックスであり、フラックスの組
成は、ロジン２０〜６０重量部、活性剤０．２〜５重量
部、分離防止剤（チクソ剤）３〜２０重量部、溶剤残部
である。
ＩＳ Ｚ−３２８２に規定されているＡ級の範囲内で不
純物として含んでいてもよい。（但し、Ｐｂは０．１０
重量％以下） 本発明に係る無鉛はんだ合金は、フロ−法でのはんだ浴
やリフロ−法でのクリ−ムはんだの粉末はんだとして好
適に使用される。この粉末はんだの粒直径は６５〜２０
μｍ、クリ−ムはんだの組成は、通常、粉末はんだ８５
〜９３重量部、残部フラックスであり、フラックスの組
成は、ロジン２０〜６０重量部、活性剤０．２〜５重量
部、分離防止剤（チクソ剤）３〜２０重量部、溶剤残部
である。
【００１３】粉末はんだの製造には、高速回転するディ
スク面に溶融はんだを吹き当てて飛散させ、さらに不活
性ガスを吹き付けて急冷凝固させる方法（遠心噴霧
法）、溶融はんだをノズルから滴下させ、そこに不活性
ガスを吹き付けて飛散させつつ急冷凝固させる方法（ア
トマイズ法）等を使用できる。このようにして製造した
粉末はんだの粒内にはＡｇ3Ｓｎが生成しているが、そ
れがウイスカとなって粒表面から突出するようなことは
なく、表面が滑らかなほぼ球形の粒となる。本発明に係
る無鉛はんだ合金は、上記したはんだ浴、クリ−ムはん
だ以外に、棒状、線状、プリフォ−ム状、やに入りはん
だの形態で使用することもできる。
スク面に溶融はんだを吹き当てて飛散させ、さらに不活
性ガスを吹き付けて急冷凝固させる方法（遠心噴霧
法）、溶融はんだをノズルから滴下させ、そこに不活性
ガスを吹き付けて飛散させつつ急冷凝固させる方法（ア
トマイズ法）等を使用できる。このようにして製造した
粉末はんだの粒内にはＡｇ3Ｓｎが生成しているが、そ
れがウイスカとなって粒表面から突出するようなことは
なく、表面が滑らかなほぼ球形の粒となる。本発明に係
る無鉛はんだ合金は、上記したはんだ浴、クリ−ムはん
だ以外に、棒状、線状、プリフォ−ム状、やに入りはん
だの形態で使用することもできる。
【００１４】
〔実施例１〜３〕表１に示す組成の無鉛はんだを調整し
た。各実施例品について、固相線温度、液相線温度及び
機械的特性（引張り強度、伸び）を測定したところ、表
１の通りであった。なお、機械的特性は、ＪＩＳＺ−２
２０１の４号に規定されている試験片を調整し、ロ−ド
セル式万能試験機を使用し、引張り速度５ｍｍ／ｍｉ
ｎ、試験温度２５℃にて測定した。 〔比較例１及び２〕表１に示す組成の無鉛はんだを調整
した。固相線温度、液相線温度及び機械的特性（引張り
強度、伸び）を測定したところ、表１の通りであった。
た。各実施例品について、固相線温度、液相線温度及び
機械的特性（引張り強度、伸び）を測定したところ、表
１の通りであった。なお、機械的特性は、ＪＩＳＺ−２
２０１の４号に規定されている試験片を調整し、ロ−ド
セル式万能試験機を使用し、引張り速度５ｍｍ／ｍｉ
ｎ、試験温度２５℃にて測定した。 〔比較例１及び２〕表１に示す組成の無鉛はんだを調整
した。固相線温度、液相線温度及び機械的特性（引張り
強度、伸び）を測定したところ、表１の通りであった。
【００１５】
【表１】
【００１６】〔実施例４〜６〕表２に示す組成の無鉛は
んだを調整した。各実施例品について、上記と同様に固
相線温度、液相線温度及び機械的特性（引張り強度、伸
び）を測定したところ、表２の通りであった。 〔比較例３〕表２に示す組成の無鉛はんだを調整した。
固相線温度、液相線温度及び機械的特性（引張り強度、
伸び）を測定したところ、表２の通りであった。なお、
上記実施例及び比較例の何れにおいても、組成の元素以
外の不純物をＪＩＳ Ｚ−３２８２に規定されたＡ級の
範囲内で含んでいる。
んだを調整した。各実施例品について、上記と同様に固
相線温度、液相線温度及び機械的特性（引張り強度、伸
び）を測定したところ、表２の通りであった。 〔比較例３〕表２に示す組成の無鉛はんだを調整した。
固相線温度、液相線温度及び機械的特性（引張り強度、
伸び）を測定したところ、表２の通りであった。なお、
上記実施例及び比較例の何れにおいても、組成の元素以
外の不純物をＪＩＳ Ｚ−３２８２に規定されたＡ級の
範囲内で含んでいる。
【００１７】
【表２】
【００１８】また、上記各実施例１〜６及び比較例２，
３のそれぞれにつき、遠心噴霧法で粒径６５μｍ〜４５
μｍの粉末はんだを製造したところ、比較例粉末はんだ
では粒表面でのウイスカの突出が観察されたが、実施例
粉末はんだでは粒表面でのウイスカの突出はなく、平滑
表面のほぼ球形であった。また、各実施例のそれぞれに
対し、Ｐ、Ｇａのそれぞれにつき０．３重量％添加して
耐引張り強度を測定したところ、約１％〜５％の増加が
認められ、Ｐ、Ｇａ添加による酸化抑制効果を確認でき
た。
３のそれぞれにつき、遠心噴霧法で粒径６５μｍ〜４５
μｍの粉末はんだを製造したところ、比較例粉末はんだ
では粒表面でのウイスカの突出が観察されたが、実施例
粉末はんだでは粒表面でのウイスカの突出はなく、平滑
表面のほぼ球形であった。また、各実施例のそれぞれに
対し、Ｐ、Ｇａのそれぞれにつき０．３重量％添加して
耐引張り強度を測定したところ、約１％〜５％の増加が
認められ、Ｐ、Ｇａ添加による酸化抑制効果を確認でき
た。
【００１９】
【発明の効果】本発明に係る無鉛はんだは液相線温度が
２２１℃〜２２５℃の範囲内にあるから、電子部品を熱
的に安全にはんだ付けでき、引張りに優れ（Ｓｎ−Ｐｂ
の共晶はんだに較べ相当優れている）、伸びも充分であ
る（Ｓｎ−Ｐｂの共晶はんだに近い伸びを有する）か
ら、ヒ−トサイクルに基づく熱膨張収縮によく耐える耐
熱疲労性に優れたはんだ付けが可能となる。従って、本
発明によれば、電子部品をフロ−法やリフロ−法により
優れた接合信頼性並びに安全性で実装できる。
２２１℃〜２２５℃の範囲内にあるから、電子部品を熱
的に安全にはんだ付けでき、引張りに優れ（Ｓｎ−Ｐｂ
の共晶はんだに較べ相当優れている）、伸びも充分であ
る（Ｓｎ−Ｐｂの共晶はんだに近い伸びを有する）か
ら、ヒ−トサイクルに基づく熱膨張収縮によく耐える耐
熱疲労性に優れたはんだ付けが可能となる。従って、本
発明によれば、電子部品をフロ−法やリフロ−法により
優れた接合信頼性並びに安全性で実装できる。
Claims (2)
- 【請求項１】Ａｇ０．５〜３．５重量％、Ｃｕ０．３〜
２．０重量％、Ｉｎ１．０〜４．０重量％、残部Ｓｎか
らなることを特徴とする無鉛はんだ合金。 - 【請求項２】請求項１記載の無鉛はんだ合金にＰまたは
Ｇａが０．５重量％以下添加されていることを特徴とす
る無鉛はんだ合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33408195A JP3874031B2 (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 無鉛はんだ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33408195A JP3874031B2 (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 無鉛はんだ合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09155586A true JPH09155586A (ja) | 1997-06-17 |
| JP3874031B2 JP3874031B2 (ja) | 2007-01-31 |
Family
ID=18273313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33408195A Expired - Fee Related JP3874031B2 (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 無鉛はんだ合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3874031B2 (ja) |
Cited By (20)
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| EP1163971A1 (en) * | 2000-06-12 | 2001-12-19 | Hitachi, Ltd. | Electronic device and semiconductor device |
| EP1231015A1 (en) * | 2001-02-09 | 2002-08-14 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Lead-free solder and solder joint |
| JP2002307187A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-10-22 | Taiho Kogyo Co Ltd | 鉛フリーはんだ及びはんだ継手 |
| WO2003006200A1 (en) * | 2001-07-09 | 2003-01-23 | Quantum Chemical Technologies (S'pore) Pte Ltd. | Improvements in or relating to solders |
| KR20040063027A (ko) * | 2003-01-04 | 2004-07-12 | 삼화비철공업 주식회사 | 납땜용 무연합금 |
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| EP1707302A3 (en) * | 2005-03-30 | 2007-01-17 | Aoki Laboratories Ltd. | Pb-free solder alloy compositions comprising essentially tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), and phosphorus (P) |
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| JP2017159314A (ja) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 千住金属工業株式会社 | はんだ合金、はんだボール、チップソルダ、はんだペースト及びはんだ継手 |
| US9831210B2 (en) | 2016-01-15 | 2017-11-28 | Fujitsu Limited | Electronic device and electronic apparatus |
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| JP2022515254A (ja) * | 2018-12-27 | 2022-02-17 | アルファ・アセンブリー・ソリューションズ・インコーポレイテッド | 鉛フリーはんだ組成物 |
-
1995
- 1995-11-29 JP JP33408195A patent/JP3874031B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (30)
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