JPH09206983A - Soldering material - Google Patents
Soldering materialInfo
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- JPH09206983A JPH09206983A JP4044696A JP4044696A JPH09206983A JP H09206983 A JPH09206983 A JP H09206983A JP 4044696 A JP4044696 A JP 4044696A JP 4044696 A JP4044696 A JP 4044696A JP H09206983 A JPH09206983 A JP H09206983A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ材料に関す
るものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solder material.
【0002】[0002]
【従来の技術】産業が高度に発達し、電子機器産業にお
いても電子回路素子の実装技術の高度化が進んでいる
が、その電子回路素子の接合には、長期間に亘る使用に
よって特性、信頼性の評価を受けてきた錫と鉛とからな
るはんだが依然として広く用いられている。2. Description of the Related Art The industry is highly developed, and the electronic circuit industry is also advancing the sophistication of the mounting technology for electronic circuit elements. Solders composed of tin and lead, which have been evaluated for their properties, are still widely used.
【0003】鉛は、人体内に蓄積すると、手腕の伸筋麻
痺、疝痛(腹部のさし込むような痛み)、鉛緑(歯茎の
菌に接する部分に生じる暗緑色乃至青色の線状)、貧血
等の鉛中毒症状が顕れ、人体に有害な物質である。When lead accumulates in the human body, extensor paralysis of the arms and arms, colic (pain-like pain in the abdomen), lead green (a dark green to blue line formed in the part of the gums that contacts bacteria), Lead poisoning symptoms such as anemia appear, and it is a harmful substance to the human body.
【0004】近年、米国及び欧州を中心に、環境汚染の
問題が指摘され、環境汚染に対する規制の法案化が活発
に議論されている。更に、現実問題として、多量に発生
する産業廃棄物、電気製品廃棄物(鉛を多量に含有する
はんだが使用されている)も環境汚染の原因として指摘
されている。In recent years, the problem of environmental pollution has been pointed out mainly in the United States and Europe, and legislation on regulation for environmental pollution has been actively discussed. Furthermore, as a practical problem, industrial wastes and electrical product wastes (solder containing a large amount of lead is used) that are generated in large quantities have been pointed out as causes of environmental pollution.
【0005】そこで、鉛−亜鉛合金のはんだ(以下、鉛
はんだと呼ぶ)の特性を具備する鉛はんだ代替材料の使
用が望まれるのであるが、これ迄の代替材料は鉛はんだ
に較べて融点が高くなる傾向がある。この傾向は、接合
(はんだ付け)しようとする電子部品に対して熱損傷さ
せる問題に繋がる。また、高温でのはんだ付けに耐え得
る電子部品を開発しようとすると、このような電子部品
はコスト高になり、電子機器の製造コストが嵩むことに
なる。Therefore, it is desired to use a lead solder substitute material having the characteristics of a lead-zinc alloy solder (hereinafter, referred to as lead solder). Tends to be high. This tendency leads to a problem of causing thermal damage to electronic components to be joined (soldered). Further, if an attempt is made to develop an electronic component that can withstand soldering at high temperature, such an electronic component will increase in cost, and the manufacturing cost of electronic equipment will increase.
【0006】現状のはんだは、共晶組成の錫−鉛合金
で、63重量%錫、37重量%鉛の組成であり、共晶温度は
約 183℃である。従って、電子回路素子の実装では、で
きるだけ鉛はんだを用いての接合温度領域で使用できる
はんだ材料が求められている。しかし、このようなはん
だ材料として満足できるものは未だ開発されていないの
が現状である。鉛を含まぬはんだ材料として種々のもの
があるが、これらのうちで、例えば錫−銀系合金のはん
だは、共晶温度が 221℃と高く、高価な銀を含有するこ
とでコスト高になる。The current solder is a tin-lead alloy having a eutectic composition, which has a composition of 63% by weight tin and 37% by weight lead, and the eutectic temperature is about 183 ° C. Therefore, in mounting electronic circuit elements, there is a demand for a solder material that can be used in the joining temperature region using lead solder as much as possible. However, the present situation is that a satisfactory solder material has not yet been developed. There are various lead-free solder materials. Among them, tin-silver alloy solder, for example, has a high eutectic temperature of 221 ° C, which increases the cost due to the inclusion of expensive silver. .
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の事情に鑑み、生体に無害で環境汚染のおそれがなく、
かつ、現状の鉛はんだと略同等の温度で接合できるはん
だ材料を提供することにある。In view of the above circumstances, an object of the present invention is to be harmless to living organisms and not to cause environmental pollution.
Moreover, it is to provide a solder material that can be bonded at a temperature substantially equal to that of the current lead solder.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、亜鉛が
0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が実
質的に錫からなる化学組成(但し、亜鉛が5重量%を超
え、10重量%未満であり、ビスマスが3重量%を超え、
8重量%未満であり、残部が実質的に錫からなる化学組
成を除く。)を有するはんだ材料に係るものである。That is, according to the present invention, zinc is
0.5 to 10% by weight, bismuth 0.5 to 8% by weight, the balance substantially consisting of tin (provided that zinc exceeds 5% by weight, less than 10% by weight, bismuth exceeds 3% by weight,
The chemical composition is less than 8% by weight and the balance is substantially tin. ) Is included in the solder material.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】上記化学組成のうちで、亜鉛が5
から10重量%、ビスマスが 0.5〜3重量%、残部が実質
的に錫からなる化学組成を有するはんだ材料は、後述す
る示差走査熱量測定において、実質的に単一の吸収ピー
ク温度を示し、プリント配線板の実装に用いて特に好適
である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Of the above chemical compositions, zinc is 5
To 10% by weight, bismuth 0.5 to 3% by weight, and the balance being substantially tin, the solder material shows a substantially single absorption peak temperature in the differential scanning calorimetry described below, It is particularly suitable for use in mounting a wiring board.
【0010】前記化学組成のうちで、亜鉛が 0.5〜5重
量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が実質的に錫か
らなる化学組成を有するはんだ材料は、前記の示差走査
熱量測定において、複数の吸収ピーク温度を示し、融解
温度範囲が広いことから、プリント配線板の実装以外の
接合(例えばはんだ鏝(ごて)を使用してのはんだ付
け)に接合作業が容易で好適である。Among the above chemical compositions, a solder material having a chemical composition of 0.5 to 5% by weight of zinc, 0.5 to 8% by weight of bismuth, and the balance of substantially tin is used in the above-mentioned differential scanning calorimetry. Since it exhibits a plurality of absorption peak temperatures and has a wide melting temperature range, the joining work is easy and suitable for joining other than mounting of a printed wiring board (for example, soldering using a soldering iron (iron)).
【0011】なお、前記「はんだ材料」とは、前記組成
の合金のみならず、この合金を構成する合金化前の単体
やこれら単体の混合物をも含む概念である。The "solder material" is a concept that includes not only the alloy having the above composition but also the simple substance or a mixture of these simple substances before alloying which constitutes this alloy.
【0012】また、前記「残部が実質的に錫からなる」
とは、残部が錫及び不可避的不純物からなることのほ
か、錫、亜鉛及びビスマス以外の少量の第三の元素の積
極的な含有を排除するものではない。In addition, the above "the balance consists essentially of tin"
The term does not exclude that the balance consists of tin and unavoidable impurities, and positively contains a small amount of a third element other than tin, zinc and bismuth.
【0013】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0014】はんだに求められる特性としては、溶融温
度特性、機械的強度、はんだ付け性(被接合材に対する
濡れ性)等の種々の特性が挙げられる。以下に、鉛を含
まぬ錫−亜鉛−ビスマス三元系合金について、特に機械
的強度及び溶融温度特性を主として検討した結果を説明
する。本実施例では、機械的強度については脆さを特性
値として検討した。溶融温度特性としては、鉛はんだの
共晶温度が 183℃であることから、略 200±20℃に融点
があることを要件として検討した。The characteristics required for solder include various characteristics such as melting temperature characteristics, mechanical strength, solderability (wettability with respect to materials to be joined) and the like. Below, the results of mainly examining the mechanical strength and melting temperature characteristics of the lead-free tin-zinc-bismuth ternary alloy will be described. In this example, the mechanical strength was examined using brittleness as a characteristic value. Regarding the melting temperature characteristics, since the eutectic temperature of lead solder is 183 ℃, we examined that the melting point should have a melting point of about 200 ± 20 ℃.
【0015】<はんだ試料の作製>純度99.999重量%
(以下、重量%を単に%で表す)の粒状錫、純度 99.99
99%の粒状亜鉛及び純度 99.9999%のビスマスのインゴ
ットを用い、下記表1に示す配合になるようにかつ全量
が33gになるように秤量し、これらを容量5ccの坩堝に
充填した。<Preparation of solder sample> Purity 99.999% by weight
Granular tin (hereinafter,% by weight is simply expressed as%), purity 99.99
Using a 99% granular zinc and 99.9999% pure bismuth ingot, the ingots were weighed so as to have the composition shown in Table 1 below and the total amount was 33 g, and these were filled in a crucible having a capacity of 5 cc.
【0016】 [0016]
【0017】次に、磁性坩堝中の上記原料に対し、ノズ
ルから3リットル/分の流量で窒素ガスを吹き付けなが
ら大気中で溶融し、溶湯が均一組成になるように 400℃
に2〜3時間保持した後、鋳造によって棒状はんだ試料
を作製した。Next, the above raw materials in the magnetic crucible were melted in the atmosphere while blowing nitrogen gas from the nozzle at a flow rate of 3 liters / minute, so that the molten metal had a uniform composition at 400 ° C.
After holding for 2 to 3 hours, a rod-shaped solder sample was prepared by casting.
【0018】はんだ試料は、径が4〜6mm、長さが 100
mm程度になるように作製された金属製の鋳型に溶湯を注
入し、作製されたものである。この注湯により、はんだ
の金属に対する濡れ性、広がり性を定性的であるが評価
することができる。そのため、注湯時には鋳型を55±5
℃の温度に保持した。また、この注湯後に、残りのはん
だ溶湯をセラミックス管に流し込んで凝固状態を観察し
た。The solder sample has a diameter of 4 to 6 mm and a length of 100.
It was manufactured by pouring the molten metal into a metal mold manufactured to have a size of about mm. With this pouring, the wettability and spreadability of the solder to the metal can be evaluated qualitatively. Therefore, the mold should be 55 ± 5 when pouring.
The temperature was kept at ° C. After this pouring, the remaining molten solder was poured into a ceramic tube and the solidified state was observed.
【0019】図4は、はんだ試料作製に供した鋳型を示
し、同図(a)は断面図(同図(b)のa−a線断面
図)、同図(b)は平面図である。4A and 4B show a mold used for preparing a solder sample. FIG. 4A is a sectional view (a sectional view taken along line aa in FIG. 4B) and FIG. 4B is a plan view. .
【0020】鋳型30は、金属製(この例では純鉄製)で
あり、一対の金型31、32からなり、鉛直に設けられた内
径4〜6mm、長さ 100mmのキャビティ34上に円錐形の受
け口33が設けられて構成されている。キャビティ34の下
端には、鋳型上面に開口する小径のガス抜孔35が設けら
れている。即ち、はんだ試料は、落し込みの鋳造方案に
よって作製される。The mold 30 is made of metal (made of pure iron in this example), is composed of a pair of molds 31 and 32, and has a conical shape on a vertically installed cavity 34 having an inner diameter of 4 to 6 mm and a length of 100 mm. The receiving port 33 is provided and configured. At the lower end of the cavity 34, a small-diameter gas vent hole 35 that opens to the upper surface of the mold is provided. That is, the solder sample is made by a drop casting scheme.
【0021】鋳型への注湯により、通常は長さ 100mmの
はんだ試料が得られるのであるが、溶湯の組成によって
は、流動性が悪くて長さが 100mmに達しないことがあ
る。亜鉛、ビスマスの含有量が多くなると、溶湯の流動
性が悪くなる傾向が見られる。その数例を挙げると、試
料No.16(93.0%Sn、 2.0%Zn、 5.0%Bi)及び試
料No.17(95.0%Sn、 2.0%Zn、 3.0%Bi)のはん
だ試料は長さが夫々70mm、試料No.9(82.0%Sn、 8.0
%Zn、10.0%Bi)のはんだ試料は長さが60mmであっ
た。Although a solder sample having a length of 100 mm is usually obtained by pouring into the mold, the flowability may be poor and the length may not reach 100 mm depending on the composition of the molten metal. When the contents of zinc and bismuth increase, the fluidity of the molten metal tends to deteriorate. To give a few examples, the solder samples of Sample No. 16 (93.0% Sn, 2.0% Zn, 5.0% Bi) and Sample No. 17 (95.0% Sn, 2.0% Zn, 3.0% Bi) have different lengths. 70 mm, sample No. 9 (82.0% Sn, 8.0
% Zn, 10.0% Bi) solder sample had a length of 60 mm.
【0022】<機械的強度>後述する溶融温度特性の検
討結果から、ビスマスの添加によって溶融温度を下げら
れることが判ったが、その反面、軟鑞にビスマスを含有
させると脆くなるという懸念がある。そこで、脆さの程
度を調べるため、はんだ試料を鏨(たがね)で切断し、
その破断面を観察する試験を行った。<Mechanical Strength> From the results of the examination of melting temperature characteristics described later, it was found that the addition of bismuth can lower the melting temperature, but on the other hand, there is a concern that the soft solder will become brittle when it contains bismuth. . Therefore, in order to investigate the degree of brittleness, the solder sample is cut with a chisel,
A test for observing the fracture surface was conducted.
【0023】即ち、図5に示すように、金敷24上に載置
したはんだ試料20を平鏨23によって切断する。このと
き、図示しないハンマによる衝撃荷重は略一定になるよ
うにする。That is, as shown in FIG. 5, the solder sample 20 placed on the anvil 24 is cut by a flat chisel 23. At this time, the impact load by a hammer (not shown) is set to be substantially constant.
【0024】そして図6に示すように、切断したはんだ
試料の破断面を観察し、延性破壊した破面21の下側に現
れる微細な凹凸面を呈する破面(脆性破面)部分22の幅
L’とはんだ試料の径Lとの比L’/Lを求めた。結果
は下記表2に示す通りである。Then, as shown in FIG. 6, by observing the fracture surface of the cut solder sample, the width of the fracture surface (brittle fracture surface) portion 22 presenting a fine uneven surface under the ductile fracture fracture surface 21. The ratio L '/ L between L'and the diameter L of the solder sample was determined. The results are shown in Table 2 below.
【0025】 [0025]
【0026】L’/Lの値が小さい程脆さが軽微で機械
的強度が良好であることを示している。表2には、L’
/Lが0に記号○を、>0〜0.2 に記号□を、 0.2〜0.
3 に記号◇を、 0.3〜0.4 に記号△を、>0.4 に記号▽
を夫々付して表してある。The smaller the value of L '/ L, the smaller the brittleness and the better the mechanical strength. In Table 2, L '
If / L is 0, the symbol is ◯,> 0 to 0.2 is the symbol □, and 0.2 to 0.
The symbol ◇ for 3, the symbol △ for 0.3 to 0.4, and the symbol ▽ for> 0.4
Are attached respectively.
【0027】図1は、表2に示した結果をはんだ試料の
化学組成に関係づけて示すグラフである。図1中、表2
に示した記号に付した数字は、試料No. を示している。FIG. 1 is a graph showing the results shown in Table 2 in relation to the chemical composition of the solder sample. Table 2 in FIG.
The numbers attached to the symbols shown in indicate the sample numbers.
【0028】図1から、脆さが軽微で機械的強度が良好
な化学組成は、線分AB、線分BC、線分CD、線分D
E、線分EF及び線分FAによって囲まれる領域に在る
ことが理解できる。但し、点Aは99.0%Sn、 0.5%Z
n、 0.5%Biを、点Bは89.5%Sn、10.0%Zn、
0.5%Biを、点Cは87.0%Sn、10.0%Zn、 3.0%
Biを、点Dは92.0%Sn、 5.0%Zn、 3.0%Bi
を、点Eは87.0%Sn、 5.0%Zn、 8.0%Biを、点
Fは91.5%Sn、 0.5%Zn、 8.0%Biを夫々示す。
なお、亜鉛及びビスマスの溶融温度特性を含めての総合
的な良好な含有量の下限については、後に図2、図3、
図10及び図11によって明らかにされる。From FIG. 1, the chemical compositions with slight brittleness and good mechanical strength are shown by line segment AB, line segment BC, line segment CD, and line segment D.
It can be understood that it exists in a region surrounded by E, line segment EF, and line segment FA. However, point A is 99.0% Sn, 0.5% Z
n, 0.5% Bi, point B is 89.5% Sn, 10.0% Zn,
0.5% Bi, point C 87.0% Sn, 10.0% Zn, 3.0%
Bi, point D is 92.0% Sn, 5.0% Zn, 3.0% Bi
Point E shows 87.0% Sn, 5.0% Zn, 8.0% Bi, and point F shows 91.5% Sn, 0.5% Zn, 8.0% Bi, respectively.
In addition, the lower limit of the overall good content including the melting temperature characteristics of zinc and bismuth will be described later with reference to FIGS.
This is made clear by FIGS. 10 and 11.
【0029】表1の化学組成及び表2の結果から、ビス
マス含有量を一定にしての亜鉛含有量によるL’/Lの
変化及び亜鉛含有量を一定にしてのビスマス含有量によ
るL’/Lの変化を求めると、図2及び図3が得られ
る。From the chemical composition of Table 1 and the results of Table 2, the change of L '/ L with the zinc content with the bismuth content kept constant and the L' / L with the bismuth content with the zinc content kept constant. 2 and FIG. 3 are obtained by obtaining the change of
【0030】図2から、ビスマス 3.0%以下では、亜鉛
が10.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇して脆くなる
ことが判る。また、ビスマスが 3.0%を超えた組成で
は、亜鉛が 3.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇して
脆くなることが判る。図3から、亜鉛が 5.0%以下で
は、ビスマスが 8.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇
して脆くなることが判る。また、亜鉛が 5.0%を超えた
組成では、ビスマスが 3.0%を超えるとL’/L急激に
上昇して脆くなることが判る。From FIG. 2, it can be seen that when the bismuth content is 3.0% or less, when the zinc content exceeds 10.0%, L '/ L sharply increases and becomes brittle. Also, in the composition where bismuth exceeds 3.0%, it is found that when zinc exceeds 3.0%, L '/ L sharply increases and becomes brittle. From FIG. 3, it can be seen that when the content of zinc is 5.0% or less, the content of bismuth exceeds 8.0%, L '/ L rapidly increases and becomes brittle. Further, in the composition in which zinc exceeds 5.0%, it is found that when bismuth exceeds 3.0%, L '/ L sharply increases and becomes brittle.
【0031】以上の結果から、好ましい亜鉛含有量の上
限は、ビスマス 3.0%以下では10.0%、ビスマスが 3.0
%を超えると 5.0%である。また、好ましいビスマス含
有量の上限は、亜鉛 5.0%以下では 8.0%、亜鉛が 5.0
%を超えると 3.0%である。From the above results, the preferable upper limit of the zinc content is 10.0% when the bismuth is 3.0% or less, and the bismuth content is 3.0%.
When it exceeds%, it is 5.0%. Further, the preferable upper limit of the bismuth content is 8.0% when the zinc content is 5.0% or less, and the zinc content is 5.0%.
When it exceeds%, it is 3.0%.
【0032】<溶融温度特性>示差走査型熱量計(DS
C:Differential Scanning Calorimeter)を用いて各は
んだ試料についての溶融温度特性を調べた。試験条件は
以下の通りである。各はんだ試料から4〜5mgを採取
し、アルミニウム製容器中に密閉し、 250℃迄5℃/分
の速度で昇温させ、この温度に数分間保持してから同様
の速度で降温させた。<Melting Temperature Characteristic> Differential scanning calorimeter (DS
C: Differential Scanning Calorimeter) was used to examine the melting temperature characteristics of each solder sample. The test conditions are as follows. 4 to 5 mg of each solder sample was sampled, sealed in an aluminum container, heated to 250 ° C. at a rate of 5 ° C./minute, held at this temperature for several minutes, and then cooled at the same rate.
【0033】図7、図8は各はんだ試料のうちの試料N
o.5(87.0%Sn、10.0%Zn、 3.0%Bi)、試料No.
15(92.0%Sn、 3.0%Zn、 5.0%Bi)について、
上記試験によって得られたチャート図である。FIGS. 7 and 8 show sample N of each solder sample.
o.5 (87.0% Sn, 10.0% Zn, 3.0% Bi), sample No.
15 (92.0% Sn, 3.0% Zn, 5.0% Bi)
It is a chart figure obtained by the above-mentioned test.
【0034】試料No.5は昇温時の吸収ピークが1つ観察
されたが、試料No.15 では吸収ピークが2つ観察され
た。吸収ピークの温度をTP とし、ピーク温度からベー
スライン(図には示されていない)に外挿して交わった
点の固相温度に対応した温度をTS とし、反対側の液相
温度に対応した温度をTL とした。In Sample No. 5, one absorption peak at the time of temperature rise was observed, but in Sample No. 15, two absorption peaks were observed. The temperature of the absorption peak is T P, and the temperature corresponding to the solid phase temperature at the point of extrapolation from the peak temperature to the baseline (not shown in the figure) is T S, and the liquidus temperature on the opposite side is The corresponding temperature was designated as T L.
【0035】各はんだ試料のDSCによる試験結果を纏
めて下記表3に示す。表3中、記号○は吸収ピークが1
つ観察されたことを表し、記号◎は吸収ピークが2つ観
察されたことを表している。Table 3 below summarizes the DSC test results of each solder sample. In Table 3, the symbol ◯ has an absorption peak of 1
Symbol ⊚ indicates that two absorption peaks were observed.
【0036】 [0036]
【0037】 [0037]
【0038】図9は、表3に示した試験結果をはんだ試
料の化学組成に関係づけて示すグラフである。図9中、
表3に示した記号に付した数字は、試料No. を示してい
る。FIG. 9 is a graph showing the test results shown in Table 3 in relation to the chemical composition of the solder sample. In FIG.
The numbers attached to the symbols shown in Table 3 indicate the sample numbers.
【0039】DSCで単一の吸収ピークを示すはんだ
は、溶融温度範囲が狭く、接合に際して加熱温度を比較
的低くできることから、プリント配線板の実装に好適で
ある。他方、DSCで2つの吸収ピークを示すはんだ
は、溶融温度範囲が広いことから、プリント配線板の実
装以外の、例えばはんだ鏝(ごて)を使用しての接合
に、作業が容易であって有利である。Solder exhibiting a single absorption peak in DSC has a narrow melting temperature range and can relatively lower the heating temperature at the time of joining, and is therefore suitable for mounting on a printed wiring board. On the other hand, the solder exhibiting two absorption peaks by DSC has a wide melting temperature range, and therefore the work is easy for joining other than mounting the printed wiring board, for example, using a soldering iron (iron). It is advantageous.
【0040】従って、図9の線分GB、線分BC、線分
CD、線分DGで囲まれた領域の化学組成を有するはん
だは、プリント配線板の実装に特に好適である。図9中
の点A、B、C、D、E、Fが示す化学組成は先に説明
した通りである。図9中の点Gは、94.5%Sn、 5.0%
Zn、 0.5%Biの化学組成を示す。なお、試料No.4、
12、13、28は吸収ピークが2つであるが、いずれも吸収
ピーク温度の差が小さく単一ピークを示す組成と見做し
て実質上何ら差支えはない。吸収ピーク温度の差は、試
料No.4、試料No.12 及び試料No.28 で6℃、試料No.13
で5℃である。Therefore, the solder having the chemical composition in the region surrounded by the line segment GB, the line segment BC, the line segment CD, and the line segment DG in FIG. 9 is particularly suitable for mounting on a printed wiring board. The chemical compositions indicated by points A, B, C, D, E, and F in FIG. 9 are as described above. Point G in FIG. 9 is 94.5% Sn, 5.0%
The chemical composition of Zn and 0.5% Bi is shown. Sample No. 4,
Although 12, 13, and 28 have two absorption peaks, any of them has a small difference in absorption peak temperature and is regarded as a composition showing a single peak. The difference in absorption peak temperature is 6 ℃ for sample No.4, sample No.12 and sample No.28, sample No.13
At 5 ° C.
【0041】また、図9の線分AG、線分GE、線分E
F、線分FAで囲まれた領域の化学組成を有するはんだ
は、プリント配線板の実装以外の種々の接合に用いるの
に好適である。Further, line segment AG, line segment GE, and line segment E of FIG.
The solder having the chemical composition in the region surrounded by F and the line segment FA is suitable for use in various joints other than mounting of the printed wiring board.
【0042】表1の化学組成及び表3の結果から、ビス
マス含有量を一定にしての亜鉛含有量による吸収ピーク
温度TP1の変化及び亜鉛含有量を一定にしてのビスマス
含有量による吸収ピーク温度TP1の変化を求めると、図
10及び図11が得られる。From the chemical composition of Table 1 and the results of Table 3, the change of the absorption peak temperature T P1 with the zinc content with the bismuth content kept constant and the absorption peak temperature with the bismuth content with the zinc content kept constant When the change of T P1 is calculated,
10 and 11 are obtained.
【0043】図10、図11から、亜鉛、ビスマスはいずれ
も吸収ピーク温度を降下させる作用を示し、はんだによ
る接合を容易ならしめることが理解できる。亜鉛、ビス
マス共に 0.5%以下での上記作用が顕著であり、従っ
て、亜鉛、ビスマスは共に 0.5%以上含有することが有
利である。From FIGS. 10 and 11, it can be understood that both zinc and bismuth have the action of lowering the absorption peak temperature, and facilitate the joining by soldering. The above-mentioned effects are remarkable when both zinc and bismuth are 0.5% or less. Therefore, it is advantageous to contain both zinc and bismuth by 0.5% or more.
【0044】次に、本発明に基づくはんだを使用した例
を説明する。Next, an example using the solder according to the present invention will be described.
【0045】図12は、プリント配線板の実装工程を示す
ものである。先ず、図12(A)のように、プリント配線
板の絶縁基板2にスルーホール4を形成した後、スルー
ホールめっきによってスルーホール4を通じて基板2の
表、裏に導電層(例えば銅パターン)5を形成する。FIG. 12 shows a mounting process of the printed wiring board. First, as shown in FIG. 12 (A), through holes 4 are formed in an insulating substrate 2 of a printed wiring board, and then conductive layers (for example, copper patterns) 5 are formed on the front and back of the substrate 2 through the through holes 4 by through hole plating. To form.
【0046】次いで、図12(B)のように、銅パターン
5の周囲にはんだレジスト6を印刷で被着し、更に銅パ
ターン5の酸化防止のためにプリフラックス7を塗布す
る。Next, as shown in FIG. 12B, a solder resist 6 is applied by printing around the copper pattern 5, and a pre-flux 7 is applied to prevent the copper pattern 5 from being oxidized.
【0047】次いで、図12(C)のように、基板2の裏
面においてプリフラックス7上に、液状フラックス8を
塗布する。この液状フラックスには、本出願人が先に特
願平7−174121号として提案したフラックスのう
ち、フラックス剤としての水添ロジンエチルアミン塩1
0.0%、エチルアミン塩酸塩 0.2%、溶媒としての水69.
8%、イソプロピルアルコール20.0%の配合のものを用
いた。この液状フラックスは、乾燥性、濡れ性が良好
で、環境に及ぼす揮発性有機化合物の影響の少ないもの
である。Next, as shown in FIG. 12C, the liquid flux 8 is applied onto the preflux 7 on the back surface of the substrate 2. Among the fluxes previously proposed by the applicant as Japanese Patent Application No. 7-174121, hydrogenated rosin ethylamine salt 1 as a flux agent is used as the liquid flux.
0.0%, ethylamine hydrochloride 0.2%, water as solvent 69.
A mixture of 8% and isopropyl alcohol 20.0% was used. This liquid flux has good drying properties and wettability, and is less affected by volatile organic compounds on the environment.
【0048】次に、図12(D)のように、スルーホール
4の周囲の表側の面上にクリームはんだ(はんだペース
ト)13を接着又はスクリーン印刷によって設ける。Next, as shown in FIG. 12D, cream solder (solder paste) 13 is provided on the front side surface around the through hole 4 by adhesion or screen printing.
【0049】次いで、図12(E)のように、抵抗やコン
デンサ等の電子部品9のリード10を基板2の表側からス
ルーホール4に挿入し、基板2の裏側へ貫通させる。そ
して、この状態でクリームはんだ13を加熱してリフロー
し、図12(F)のように、はんだ11によってリード10を
スルーホール4内に完全に固定し、電子部品9を基板2
上にマウントする。はんだリフローには、遠赤外線輻
射、レーザ加熱、VPS(Vapor Phase Soldering)等の
適宜の手段が採用可能である。Next, as shown in FIG. 12E, the leads 10 of the electronic component 9 such as a resistor and a capacitor are inserted into the through holes 4 from the front side of the substrate 2 and penetrated to the back side of the substrate 2. Then, in this state, the cream solder 13 is heated and reflowed, and the leads 10 are completely fixed in the through holes 4 by the solder 11 as shown in FIG.
Mount on top. Appropriate means such as far infrared radiation, laser heating, and VPS (Vapor Phase Soldering) can be adopted for the solder reflow.
【0050】このとき、レジスト6が存在しない領域で
は、はんだ11が銅パターン5と十分に合金化すると共
に、レジスト6の領域ではフラックス中のフラックス剤
12のみが部分的に残存する。At this time, the solder 11 is sufficiently alloyed with the copper pattern 5 in the region where the resist 6 does not exist, and the flux agent in the flux is present in the region of the resist 6.
Only 12 partially remain.
【0051】図13は、はんだ鏝を用いて端子と線材とを
接合する要領を示すものである。FIG. 13 shows a procedure for joining terminals and wires using a soldering iron.
【0052】先ず、図13(A)のように、予め線材17の
先端部を露出させてこれを端子16に巻き付けておき、糸
はんだ18及び加熱したはんだ鏝19を用意する。First, as shown in FIG. 13 (A), the tip of the wire 17 is exposed in advance and wound around the terminal 16, and the thread solder 18 and the heated soldering iron 19 are prepared.
【0053】次に、図13(B)のように、加熱したはん
だ鏝19の先端を接合部の線材17に接触する。Next, as shown in FIG. 13B, the tip of the heated soldering iron 19 is brought into contact with the wire 17 at the joint.
【0054】次に、図13(C)のように、糸はんだ18の
先端部を接合部の線材17又は端子16に押し付け、これを
溶融する。Next, as shown in FIG. 13 (C), the tip of the thread solder 18 is pressed against the wire 17 or the terminal 16 at the joint to melt it.
【0055】次に、図13(D)のように、適量のはんだ
が溶けたとき、糸はんだ18を素早く軸線方向に離し、次
いではんだ鏝19を離脱させる。Next, as shown in FIG. 13D, when a proper amount of solder has melted, the thread solder 18 is quickly separated in the axial direction, and then the soldering iron 19 is separated.
【0056】そして、図13(E)のように、はんだが冷
却して固化するのを待つ。この固化の時期は、はんだの
光沢の変化によって判断できる。Then, as shown in FIG. 13E, it waits for the solder to cool and solidify. The timing of this solidification can be judged by the change in the gloss of the solder.
【0057】図12、図13のいずれの例にあっても、はん
だは脆くなく、また溶融温度特性も従来の錫−鉛合金の
はんだと略同じであるので接合の信頼性が高い上に、有
害な鉛を含有しないので環境汚染を起こすおそれがな
い。In both examples of FIGS. 12 and 13, the solder is not brittle and the melting temperature characteristics are almost the same as those of the conventional tin-lead alloy solder. Since it does not contain harmful lead, it does not cause environmental pollution.
【0058】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明の技術的思想に基づいて前記の実施例に種々の変形を
加えることができる。Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications can be made to the above embodiments based on the technical idea of the present invention.
【0059】例えば、本発明に基づくはんだ材料は、電
気製品製造以外の種々の分野におけるはんだ付けに用い
ることができる。特に、人体に有害な鉛を含有しないこ
とから、食品の缶詰の製造用として好ましく使用でき
る。For example, the solder material according to the present invention can be used for soldering in various fields other than the production of electric products. In particular, since it does not contain lead, which is harmful to the human body, it can be preferably used for the production of canned foods.
【0060】また、使用目的に応じて、錫の少量を錫、
亜鉛、ビスマス以外の成分で置換した化学組成とし、こ
の置換成分によって種々の特性の改善を図ることができ
る。Depending on the purpose of use, a small amount of tin
The chemical composition is replaced with a component other than zinc and bismuth, and various properties can be improved by this substituted component.
【0061】[0061]
【発明の作用効果】本発明に基づくはんだ材料は、亜鉛
が 0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が
実質的に錫からなる化学組成(但し、亜鉛が5重量%を
超え、10重量%未満であり、ビスマスが3重量%を超
え、8重量%未満であり、残部が実質的に錫からなる化
学組成を除く。)としているので、生体に有害な鉛を実
質的に含有しないことから、環境汚染を起こすおそれが
ない。The solder material according to the present invention has a chemical composition in which zinc is 0.5 to 10% by weight, bismuth is 0.5 to 8% by weight, and the balance is substantially tin (provided that zinc exceeds 5% by weight). , Less than 10% by weight, bismuth is more than 3% by weight, less than 8% by weight, and the balance is substantially chemical composition consisting essentially of tin.) Since it is not contained, there is no risk of causing environmental pollution.
【0062】その上、上記化学組成とすることにより、
機械的強度が充分で、かつ、溶融温度特性が従来の錫−
鉛系はんだ材料と略同じ程度であって接合が容易である
ので、接合の信頼性が高い。Moreover, by having the above chemical composition,
It has sufficient mechanical strength and has the same melting temperature characteristics as conventional tin-
Since it is almost the same as the lead-based solder material and easy to join, the joining reliability is high.
【図1】本発明の実施例によるはんだ試料の化学組成と
機械的強度(L’/L)との関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the chemical composition and mechanical strength (L ′ / L) of solder samples according to an example of the present invention.
【図2】同亜鉛含有量による機械的強度の変化を示すグ
ラフである。FIG. 2 is a graph showing changes in mechanical strength depending on the zinc content.
【図3】同ビスマス含有量による機械的強度の変化を示
すグラフである。FIG. 3 is a graph showing changes in mechanical strength depending on the bismuth content.
【図4】同はんだ試料作製用鋳型を示し、同図(a)は
断面図(同図(b)のa−a線断面図)、同図(b)は
平面図である。FIG. 4 shows the same solder sample preparation mold, in which FIG. 4 (a) is a sectional view (a sectional view taken along the line aa in FIG. 4 (b)) and FIG. 4 (b) is a plan view.
【図5】同はんだ試料の切断の要領を示す概略斜視図で
ある。FIG. 5 is a schematic perspective view showing a procedure for cutting the solder sample.
【図6】同はんだ試料の切断面の拡大正面図である。FIG. 6 is an enlarged front view of a cut surface of the solder sample.
【図7】同はんだ試料のDSC試験の結果の一例を示す
チャート図である。FIG. 7 is a chart showing an example of a DSC test result of the solder sample.
【図8】同はんだ試料のDSC試験の結果の他の例を示
すチャート図である。FIG. 8 is a chart showing another example of the result of the DSC test of the solder sample.
【図9】同はんだ試料の化学組成とDSC試験における
吸収ピーク出現数との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the chemical composition of the same solder sample and the number of appearance of absorption peaks in a DSC test.
【図10】同亜鉛含有量によるDSC試験における吸収ピ
ーク温度の変化を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing changes in absorption peak temperature in a DSC test depending on the zinc content.
【図11】同ビスマス含有量によるDSC試験における吸
収ピーク温度の変化を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a change in absorption peak temperature in a DSC test depending on the bismuth content.
【図12】同プリント配線板の実装の手順を示す拡大部分
断面図である。FIG. 12 is an enlarged partial cross-sectional view showing a procedure for mounting the same printed wiring board.
【図13】同はんだ鏝を用いての端子と線材との接合の手
順を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing a procedure for joining a terminal and a wire using the soldering iron.
2…基板、4…スルーホール、5…銅パターン、6…レ
ジスト、7…プリフラックス、8…液状フラックス、9
…電子部品、10…リード、11、18…はんだ、13…クリー
ムはんだ、16…端子、17…線材、19…はんだ鏝、20…は
んだ試料、21…延性破面、22…脆性破面、23…平鏨、24
…金敷、30…鋳型、31、32…金型、34…キャビティ、L
…はんだ試料の径、L’…脆性破面の幅、TP1…吸収ピ
ーク温度2 ... Substrate, 4 ... Through hole, 5 ... Copper pattern, 6 ... Resist, 7 ... Preflux, 8 ... Liquid flux, 9
… Electronic parts, 10… Lead, 11,18… Solder, 13… Cream solder, 16… Terminal, 17… Wire material, 19… Soldering iron, 20… Solder sample, 21… Ductile fracture surface, 22… Brittle fracture surface, 23 … Flat chisel, 24
… Anvil, 30… Mold, 31, 32… Mold, 34… Cavity, L
... Diameter of solder sample, L '... Width of brittle fracture surface, T P1 ... Absorption peak temperature
Claims (5)
〜8重量%、残部が実質的に錫からなる化学組成(但
し、亜鉛が5重量%を超え、10重量%未満であり、ビス
マスが3重量%を超え、8重量%未満であり、残部が実
質的に錫からなる化学組成を除く。)を有するはんだ材
料。1. Zinc 0.5 to 10% by weight and bismuth 0.5.
~ 8% by weight, the balance being essentially tin (where zinc is greater than 5% and less than 10% by weight, bismuth is greater than 3% and less than 8% by weight, and the balance is A solder material having a chemical composition substantially excluding tin).
亜鉛が5〜10重量%、ビスマスが 0.5〜3重量%、残部
が実質的に錫からなる化学組成を有するはんだ材料。2. The chemical composition according to claim 1, wherein
A solder material having a chemical composition in which zinc is 5 to 10% by weight, bismuth is 0.5 to 3% by weight, and the balance is substantially tin.
亜鉛が 0.5〜5重量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残
部が実質的に錫からなる化学組成を有するはんだ材料。3. The chemical composition according to claim 1, wherein
A solder material having a chemical composition in which zinc is 0.5 to 5% by weight, bismuth is 0.5 to 8% by weight, and the balance is substantially tin.
一の吸収ピーク温度を示す、請求項2に記載したはんだ
材料。4. The solder material according to claim 2, which exhibits a substantially single absorption peak temperature in differential scanning calorimetry.
ピーク温度を示す、請求項3に記載したはんだ材料。5. The solder material according to claim 3, which exhibits a plurality of absorption peak temperatures in differential scanning calorimetry.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4044696A JPH09206983A (en) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | Soldering material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4044696A JPH09206983A (en) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | Soldering material |
Publications (1)
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JPH09206983A true JPH09206983A (en) | 1997-08-12 |
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JP4044696A Pending JPH09206983A (en) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | Soldering material |
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Country | Link |
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- 1996-02-02 JP JP4044696A patent/JPH09206983A/en active Pending
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