JPH09327790A - 無鉛はんだ合金 - Google Patents
無鉛はんだ合金Info
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- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
て、低融点を保持しつつ機械的強度を大幅に増加できる
電子部品用の無鉛はんだ合金を提供する。 【解決手段】Agが0.5〜3.5重量%、Biが3.
0〜5.0重量%、Cuが0.5〜2.0重量%、Sb
が0.5〜2.0重量%、残部が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
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。
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、Sn−Pb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。
する無鉛はんだとして、「Agが2.5〜3.0重量
%、Biが1.0〜2.0重量%、Cuが1.0重量
%、Sbが1.0〜2.0重量%、残部がSnからなる
はんだ合金」が提案されている(特開平7−88680
号公報の段落〔0029〕)。
て固相を形成する形態は、固溶体と化合物であり、合金
の特性は、固溶体の種類及び結晶粒の形と大きさ、金属
間化合物の種類、粒子の大きさ、分布状態等のミクロ組
織の状態によって異なる。上記無鉛はんだ合金におい
て、BiやSbはSnとで固溶体を形成し、AgやCu
はSnとで金属間化合物を形成し、その固溶体や金属間
化合物のミクロ組織の状態によって一定の温度的特性や
機械的特性が呈される。
g、Bi、Cu、Sb等の個々の元素の添加理由の開示
はない。一般にはんだ合金において、Biは、はんだ融
点の低下に有効であるが、Biを溶質とする固溶体は脆
く、機械的強度上、Bi添加量の増大は不利であると認
識されている。しかしながら、本発明者は、上記Sn−
Ag−Bi−Cu−Sb系はんだにおいては、Bi添加
量を3〜5重量%にすれば、3重量%以下の場合に較べ
て機械的強度を大幅に増加できることを知った。
−Ag−Bi−Cu−Sb系はんだにおいて、低融点を
保持しつつ機械的強度を大幅に増加できる電子部品用の
無鉛はんだ合金を提供することにある。
合金は、Agが0.5〜3.5重量%、Biが3.0〜
5.0重量%、Cuが0.5〜2.0重量%、Sbが
0.5〜2.0重量%、残部がSnからなることを特徴
とし、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。
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。
はんだの融点をSnの融点以下とすると共に、生成する
金属間化合物であるAg3Sn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、はんだ融点の低下に殆ど寄
与するところが無く、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金属間化合物初晶の晶出量が過
剰となり、機械的特性、特に伸び特性が低下し脆くな
り、また、表面からAg3Snがウイスカとなって突き
出すためにショ−トサ−キット発生の畏れがあるからで
あり、特に、はんだ粉末の場合、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。
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に殆ど寄
与させ得ず、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。
機械的強度の大幅な増加とはんだ融点の低下を達成する
ためである。その添加量を3.0〜5.0重量%とした
理由は、3.0重量%以下では機械的強度の大幅な増加
が得られないと共に融点の低下が僅少にとどまり、5.
0重量%以上ではSnとの固溶体の多量発生により低温
部に共晶点が出現し、使用環境温度がこの共晶点温度に
近づいたときに組織の粗大化、伸び特性の劣化が招来さ
れ、ひいては、はんだ付け接合部のクラック発生が懸念
されるからである。
Sn中に緻密分散の固溶体を形成させ、はんだの機械的
強度を向上させると共に接着強度を増強させるためであ
る。その添加量を0.5〜2.0重量%とした理由は、
0.5重量%以下では、機械的強度の向上が殆ど得られ
ず、また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、流動性が低下しはんだ付け不良が発生し
易くなり、伸び特性も低下してはんだ付け接合部のクラ
ック発生が懸念されるからである。
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、酸化による合金組成の変動を排
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。本発明においては、上
記以外の元素を、JIS 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)
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65〜20μm、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。
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。
た。各実施例品について、固相線温度、液相線温度及び
エ−ジング前後の機械的特性(引張り強度、伸び率)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、JIS Z−2201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/min、試験温度25℃にて測定し、エ
−ジングは150℃にて100時間とした。。
はんだを調整した。実施例と同様、固相線温度、液相線
温度及びエ−ジング前後の機械的特性(引張り強度、伸
び率)を測定したところ、表2の通りであった。
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、液相線温度及びエ−ジング前後の機械的特性(引
張り強度、伸び)を測定したところ、表3の通りであっ
た。 〔比較例3〕表3に示す組成の無鉛はんだを調整した。
固相線温度、液相線温度及びエ−ジング前後の機械的特
性(引張り強度、伸び)を測定したところ、表3の通り
であった。
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。また、各実施
例のそれぞれに対し、Pを100ppm、またはGaを
0.3重量%添加してエ−ジング前後の機械的特性(引
張り強度、伸び)を測定したところほぼ同様の結果が得
られ、かつ、フロ−法にてはんだ浴に用いた際、酸化物
の発生を著しく軽度にとどめ得たことから、P、Ga添
加による酸化抑制効果を確認できた。
の対比から明らかなように、Biが2.0重量%の比較
例1、3に較べて著しく優れた引張り強度を呈し、Bi
が6重量%の比較例2に較べて著しく優れた伸び率を呈
し、特にエ−ジングによる伸び率の低下がなく、加熱に
対する安定性を保証できる有利性がある。本発明におい
て、好適な実施形態は3.0重量%<Ag≦3.5重量
%、3.0重量%<Bi≦5.0重量%、0.5重量%
≦Cu<1重量%、0.5重量%≦Sb<1重量%、残
部Snである。
「Ag2.5〜3.0重量%、Bi1.0〜2.0重量
%、Cu1.0重量%、Sb1.0〜2.0重量%、残
部Snからなるはんだ合金」に対し、Biを3.0〜
5.0重量%と増加すると、以外にも機械的強度が大幅
に増加することを知見してBiの添加量を増量してお
り、液相線温度を更に降下させて機械的強度を有効に増
大でき、プリント回路基板への電子部品のフロ−法また
はリフロ−法による実装に使用する無鉛はんだとして極
めて有用である。
Claims (2)
- 【請求項1】Agが0.5〜3.5重量%、Biが3.
0〜5.0重量%、Cuが0.5〜2.0重量%、Sb
が0.5〜2.0重量%、残部が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。
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-
1996
- 1996-06-12 JP JP17294796A patent/JP3673021B2/ja not_active Expired - Fee Related
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