JPH09174279A - はんだ合金 - Google Patents

はんだ合金

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JPH09174279A
JPH09174279A JP35077395A JP35077395A JPH09174279A JP H09174279 A JPH09174279 A JP H09174279A JP 35077395 A JP35077395 A JP 35077395A JP 35077395 A JP35077395 A JP 35077395A JP H09174279 A JPH09174279 A JP H09174279A
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JP
Japan
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temperature
solder
solder alloy
alloy
soldering
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Pending
Application number
JP35077395A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiichi Murata
敏一 村田
Hiroshi Noguchi
博司 野口
Sadao Kishida
貞雄 岸田
Narutoshi Taguchi
稔孫 田口
Shozo Asano
省三 浅野
Kunihito Takaura
邦仁 高浦
Makoto Oishi
良 大石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Senju Metal Industry Co Ltd
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Senju Metal Industry Co Ltd
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Senju Metal Industry Co Ltd, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Senju Metal Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Sn主成分のはんだ合金で鉛の含有量を少な
くして酸性雨による鉛の溶出を少なくし、またSn主成
分の鉛フリーはんだ合金における欠点、即ち溶融温度が
高いこと、はんだ付け性が悪いこと、脆性があってはん
だ付け部が剥離しやすいこと、等の欠点を解消する。 【解決手段】 Pb2〜8重量%、残部Snからなるは
んだ合金に、Ag、Cu、Zn、Bi、In、Ni、P
等から選ばれた1種以上を適宜量添加してあり、しかも
液相線温度が220℃以下となっていて、はんだ付け時
にプリント基板や電子部品を熱損傷しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品のはんだ
付けに適したはんだ合金に関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器のはんだ付けに用いられるはん
だ合金としては、Sn−Pb合金が一般的であり、古来
より長い間使用されてきていた。Sn−Pb合金は、共
晶組成(63Sn−Pb)の溶融温度が183℃であ
り、そのはんだ付け温度は230〜240℃という熱に
弱い電子部品に対しては熱損傷を与えることがない温度
である。しかもSn−Pb合金は、はんだ付け性が極め
て良好であるとともに、適当な柔軟性を有しているた
め、はんだ付け後、はんだ付け部に衝撃が加えられて
も、それを緩和して剥離させにくくし、さらに鏝付け用
に適した線状加工もしやすいという優れた特長を有して
いる。
【0003】一般に、テレビ、ビデオ、ラジオ、テープ
レコーダー、コンピューター、複写機のような電子機器
は、故障したり、古くなって使い勝手が悪くなったりし
た場合は、廃棄処分される。これらの電子機器は、外枠
やプリント基板がプラスチックのような合成樹脂であ
り、また導体部やフレームが金属製であるため、焼却処
分ができず、ほとんどが地中に埋められている。
【0004】ところで近年、ガソリン、重油等の石化燃
料の多用により、大気中に硫黄酸化物が大量に放出さ
れ、その結果、地上に降る雨は酸性雨となっている。酸
性雨は地中に埋められた電子機器のはんだ中の鉛分を溶
出させて地下に染み込み、地下水を汚染するようにな
る。このように鉛を含んだ地下水を長年月飲用している
と、人体に鉛分が蓄積され、鉛毒を起こすことが懸念さ
れている。このような機運から、電子機器業界では鉛を
含まないはんだ、所謂「鉛フリーはんだ合金」の出現が
望まれてきている。
【0005】鉛フリーはんだ合金の場合、供給量や毒性
の観点からベース金属としてSnが主成分となるもので
あるが、Sn自体の溶融温度は232℃であり、これを
合金化して溶融温度を下げることが行われている。Sn
と合金化して溶融温度を下げる金属としてAg、Zn、
Bi、In等であり、鉛フリーはんだ合金としてはSn
−Ag系、Sn−Zn系、Sn−Bi系、Sn−In系
が報告されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】Sn−Ag合金は、A
gが3.5重量%のところで221℃の共晶温度とな
り、この共晶温度はこれ以上Agを増やしても減らして
も液相線温度と固相線温度が上昇してしまうという最低
の温度である。またSn−Zn合金はZnが9重量%の
ところで198℃の共晶温度となり、これ以上Znを増
やしても減らしてもやはり液相線温度と固相線温度が上
昇してしまう。そのためSn−Ag合金やSn−Zn合
金をSn−Pb共晶はんだ合金と同様に使用できるよう
に、融点降下に効果のあるBiやInを添加してSn−
Ag系鉛フリーはんだ合金やSn−Zn系鉛フリーはん
だ合金としていたものである。またSn−Ag系鉛フリ
ーはんだ合金やSn−Zn系鉛フリーはんだ合金は、は
んだ付け性が悪いという問題もあった。
【0007】またSn−Bi合金はBiが21重量%ま
では液相線温度、固相線温度が降下し、Bi43重量%
で共晶(共晶温度:139℃)となるものである。しか
しながら、Sn中にBiを多量に添加すると、はんだ合
金が非常に脆くなり、はんだ付け部に少しの衝撃が加わ
っただけで簡単に剥離してしまうばかりでなく、固相線
温度の139℃がはっきりと出てくる。この固相線温度
は、はんだの温度としては低すぎるものであり、はんだ
付け後、はんだ合金が完全に凝固するまでに長い時間が
かかって、その間にはんだ付け部が少しでも動いてしま
うと、はんだ付け部にヒビ割れが生じて接着強度が弱く
なってしまうものであった。
【0008】Sn−In合金は、Inが48重量%で1
17度という低い共晶温度になるが、Sn−In合金で
Sn−Pb共晶合金と同程度の液相線温度にするために
は、Inを20重量%以上添加しなければならない。し
かしながら、Sn中にInが20重量%以上になると、
117℃という低い固相線温度が出て、Biの大量添加
と同様、はんだが完全に凝固するまでに長い時間がかか
って、はんだ付け部のヒビ割れや接着強度低下となって
しまう。
【0009】
【課題を解決するための手段】Pbは確かに有害な金属
であり、環境的にはできるだけ避けるのが好ましい金属
である。しかし、現在多く使用されているSn−Pb共
晶はんだは、Pbが37重量%も含有しており、このP
bが少しでも減少できれば、それだけ環境汚染に及ぼす
影響を少なくすることができる。
【0010】本発明者等は、Sn主成分でPbを少量含
有する合金にAg、Zn、Cu、Bi、In、Ni、P
等、従来の鉛フリーはんだ合金に用いられていた金属を
適量添加すると、鉛フリーはんだ合金の欠点、即ちはん
だ付け性の悪いこと、溶融温度が高過ぎたり低過ぎたり
すること、等が改善できることを見いだし、本発明を完
成させた。
【0011】本発明は、Pb2〜8重量%、残部Snか
らなるはんだ合金に、Ag0.1〜5重量%、Cu0.
1〜3重量%、Zn1〜15重量%、Bi0.1〜20
重量%、In0.1〜20重量%、Ni0.005〜1
重量%、P0.001〜0.1重量%のうちから選ばれ
た1種以上が添加されており、液相線温度が220℃以
下となっていることを特徴とするはんだ合金である。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明のはんだ合金の液相線温度
を220℃以下としたのは、一般にはんだ付け温度は液
相線温度+40〜50℃といわれており、従って液相線
温度が220℃を越えるとはんだ付け温度が高くなって
プリント基板や電子部品に熱損傷を与えるようになって
しまうからである。ちなみに固相線温度は低くても、固
相線温度ではんだがほとんど凝固した状態であれば、は
んだ付け時にはんだにヒビ割れや剥離は起こらないため
問題ないが、できれば固相線温度は160℃以上である
ことが好ましい。
【0013】Pbは、はんだ付け性を向上させ、またS
n主成分の合金において、他の合金との組合せによる溶
融温度を調整して、はんだ合金の溶融温度をはんだ付け
に適したものにすることができる。Pbは2重量%より
少ないとはんだ付け性の向上や溶融温度の調整に効果が
なく、しかるに8重量%を越えると、含有量が多くなり
過ぎて電子機器を廃棄した後、酸性雨によるPbの溶出
が多くなり、地下水汚染が懸念されるようになる。
【0014】Sn主成分合金におけるAgは、機械的強
度を向上させる効果がある。Agが0.1重量%より少
ないと、その効果が現れない。Agが5重量%よりも多
くなると低含有のPbでは溶融温度調整ができなくなっ
て液相線温度が上昇し、はんだ付け温度が高くなるた
め、プリント基板や電子部品を熱損傷するようになる。
【0015】Znは、Sn主成分合金の融点をSn−P
b共晶はんだの融点に近付けることができるものであ
る。Sn主成分の合金へのZnの添加量が1重量%より
少なかったり、15重量%よりも多くなったりすると、
融点調整効果のあるPbを添加しても適当な溶融温度を
得ることができなくなる。またZnが15重量%よりも
多くなると、はんだ付け性が悪くなってしまう。
【0016】Cuは、Ag同様に機械的強度の改善に効
果のあるものであるが、0.1重量%より少ないと、そ
の効果がなく、3重量%を越えると急激に液相線温度が
高くなってしまう。
【0017】NiもAg、Cu同様に機械的強度を改善
するものであり、0.005重量%よりも少ない添加で
は効果がなく、1重量%よりも多くなると、やはり液相
線温度が急激に高くなってしまう。
【0018】BiはSn主成分の合金の融点を下げるも
のであるが、0.1重量%未満では融点を下げる効果が
現れない。しかるにBiを20重量%よりも多く添加す
るとBi特有の脆さが出て伸びが少なくなり、線状加工
が困難になるとともに、はんだ付け後、はんだ合金が剥
離しやすくなってしまう。
【0019】InもSn主成分の合金の融点を下げるも
のであるが、0.1重量%未満では、その効果がなく、
20重量%よりも多く添加すると、かえって固相線温度
が下がり過ぎてしまい、はんだ付け後に、はんだが完全
に凝固するするまでに時間がかかるようになる。はんだ
の凝固までに時間がかかると、その間にはんだ付け部に
加わった振動や衝撃ではんだ付け部にヒビ割れや剥離が
発生してしまう。
【0020】Pは、溶融状態のはんだ表面を薄い被膜と
なって覆い、はんだが大気と接触をして酸化するのを防
止するするものである。Pは0.001重量%未満では
酸化防止の効果がなく、しかるに0.1重量%よりも多
くなると、はんだ付け性を極端に害するようになる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の最も典型的な実施例および実
施例に類似した比較例について説明する。
【0022】○実施例1 Sn−5Pb−3.5Agのはんだ合金の溶融温度は、
固相線温度が178℃、液相線温度が214℃であっ
た。このはんだ合金を自動はんだ付け装置のはんだ槽に
入れ、はんだの温度を250℃にしてプリント基板のは
んだ付けを行ったところ、プリント基板の変形はなく、
またツララ、ブリッジ、未はんだ等のはんだ付け不良も
発生していなかった。
【0023】○実施例2 Sn−5Pb−9Zn−0.2Agのはんだ合金の溶融
温度は、固相線温度が168℃、液相線温度が192℃
であった。このはんだ合金を自動はんだ付け装置のはん
だ槽に入れ、はんだの温度を240℃にしてプリント基
板のはんだ付けを行ったところ、ツララ、ブリッジ、未
はんだ等のはんだ付け不良は発生しなかった。
【0024】○実施例3 Sn−6Pb−5Biのはんだ合金の溶融温度は、固相
線温度が183℃、液相線温度が210℃であった。こ
のはんだ合金を自動はんだ付け装置のはんだ槽に入れ、
はんだの温度を250℃にしてプリント基板のはんだ付
けを行ったところ、ツララ、ブリッジ、未はんだ等のは
んだ付け不良の発生はなく、またはんだ付け後、はんだ
付け部をドライバーで叩いてもはんだ付け部が容易に剥
離するようなことはなかった。
【0025】○実施例4 Sn−6Pb−5Inのはんだ合金の溶融温度は、固相
線温度が183℃、液相線温度が206℃であった。こ
のはんだ合金を自動はんだ付け装置のはんだ槽に入れ、
はんだの温度を250℃にしてプリント基板のはんだ付
けを行ったところ、プリント基板が熱により変形するこ
とはなかった。
【0026】○比較例1 Sn−3.5Agの鉛フリーはんだ合金の溶融温度は、
共晶温度の221℃である。この鉛フリーはんだ合金を
自動はんだ付け装置のはんだ槽に入れ、はんだの温度を
270℃にしてプリント基板のはんだ付けを行ったとこ
ろ、プリント基板は大きく変形し、しかもはんだ付け部
にはツララ、ブリッジ、未はんだ等のはんだ付け不良が
大量に発生していた。
【0027】○比較例2 Sn−9Zn−0.2Agの鉛フリーはんだ合金合金の
溶融温度は、固相線温度が197℃、液相線温度が20
6℃である。この鉛フリーはんだ合金を自動はんだ付け
装置のはんだ槽に入れ、はんだの温度を240℃にして
プリント基板のはんだ付けを行ったところ、はんだ付け
部にはツララ、ブリッジ、未はんだ等のはんだ付け不良
が大量に発生していた。
【0028】○比較例3 Sn−5Biの鉛フリーはんだ合金の溶融温度は、固相
線温度が225℃、液相線温度が230℃であり、この
鉛フリーはんだ合金を自動はんだ付け装置のはんだ槽に
入れ270℃でプリント基板のはんだ付けを行ったとこ
ろ、プリント基板は大きく変形しており、またツララブ
リッジ、未はんだ等のはんだ付け不良が大量に発生して
いた。さらにこの鉛フリーはんだ合金ではんだ付けした
リードのはんだ付け部をドライバーで叩いたところ、は
んだ付け部が簡単に剥離してしまった。
【0029】○比較例4 Sn−5Inの鉛フリーはんだ合金の溶融温度は、固相
線温度が220℃、液相線温度が225℃であり、この
鉛フリーはんだ合金を自動はんだ付け装置のはんだ槽に
入れ270℃でプリント基板のはんだ付けを行ったとこ
ろ、プリント基板が大きく変形するという熱損傷を受け
ていた。
【0030】上記の実施例、比較例および他の実施例、
比較例を表1に示す
【0031】
【表1】
【0032】溶融温度:示差熱分析装置で測定。固相線
温度は、ピークが明確に現れた点を表示。 引張強度、伸び:試験片はJIS Z 2201 の4号試験片。
試験方法はJIS Z 2241に準拠。 はんだ付け方法:はんだ合金を自動はんだ付け装置のは
んだ槽に投入し、液相線温度+40℃に加熱して、プリ
ント基板のはんだ付けを行い、ツララ、ブリッジ、未は
んだ等の発生状態を目視で観察。
【0033】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明のはんだ合金
はPbの含有量が少ないため、このはんだ合金ではんだ
付けした電子機器を廃棄しても、従来のSn−Pbはん
だ合金よりも酸性雨によるPbの溶出を少なくすること
ができるという環境汚染防止に効果のあるものであり、
また従来のSn主成分の鉛フリーはんだ合金よりもはん
だ付け性が良好で、しかもは融点をはんだ付けに適した
温度にして、プリント基板や電子部品を熱損傷させた
り、はんだ付け後はんだ付け部にヒビ割れや剥離を起こ
させたりすることがないという優れた効果を有するもの
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸田 貞雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田口 稔孫 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内 (72)発明者 浅野 省三 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内 (72)発明者 高浦 邦仁 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内 (72)発明者 大石 良 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Pb2〜8重量%、残部Snからなるは
    んだ合金に、Ag0.1〜5重量%、Cu0.1〜3重
    量%、Zn1〜15重量%、Bi0.1〜20重量%、
    In0.1〜20重量%、Ni0.005〜1重量%、
    P0.001〜0.1重量%のうちから選ばれた1種以
    上が添加されており、液相線温度が220℃以下となっ
    ていることを特徴とするはんだ合金。
JP35077395A 1995-12-26 1995-12-26 はんだ合金 Pending JPH09174279A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35077395A JPH09174279A (ja) 1995-12-26 1995-12-26 はんだ合金

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JP35077395A JPH09174279A (ja) 1995-12-26 1995-12-26 はんだ合金

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002022302A1 (en) * 2000-09-18 2002-03-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solder material and electric or electronic device in which the same is used
JP2002151538A (ja) * 2000-11-10 2002-05-24 Nippon Steel Corp 半導体装置およびその製造方法
CN103273218A (zh) * 2013-06-17 2013-09-04 东莞市宝拓来金属有限公司 汽车玻璃发热镀膜带所用的焊锡材料及其应用
CN104148822A (zh) * 2014-07-28 2014-11-19 北京卫星制造厂 一种低温钎焊材料
CN105290653A (zh) * 2015-11-30 2016-02-03 苏州龙腾万里化工科技有限公司 一种松香焊锡条的制作方法

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