JPH1076389A - 耐熱衝撃性と耐酸化性とを併有するはんだ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐熱衝撃性（耐熱疲労性）に優れると共に、酸
化物の発生を抑制する耐酸化性をも併有したはんだを提
供する。 【解決手段】Ｓｎ−Ｐｂ系はんだに、Ｓｂ０．３〜１．
０重量％、Ａｇ０．３〜３．０重量％とＣｕ０．１〜
０．５重量％とを添加混合し、更に、Ｇａ０．００１〜
０．００３重量％、Ｐ０．００１〜０．１重量％、Ｇｅ
０．０１〜０．１重量％及びＩｎ０．３〜２．０重量％
のうちの１種以上を添加混合することによって、優れた
耐熱衝撃性を損なわずに、優れた耐酸化性を付与させ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、耐熱衝撃性（耐
熱疲労性）に優れると共に、酸化物の発生を抑制する耐
酸化性をも併有したはんだに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、はんだは、Ｓｎ−Ｐｂ二元素を
基本成分としており、またその性質を改善するため、各
種成分を添加することが知られている。車両用の電装品
のように、絶えず振動にさらされる環境下で使用される
はんだ付けした印刷基板に於いては、はんだ内部にクラ
ックが発生して、通電不良による動作ミスを起こす等の
問題が発生している。

【０００３】このような問題を解決するため、Ｓｎ−Ｐ
ｂ系はんだに、種々の元素を添加することが提案されて
いる。例えば、特開平３−３２４８７号公報に於いて
は、ＳｂとＩｎを添加することが開示され、特開平６−
７１４８０号公報では、ＳｂとＴｅを添加することが開
示されている。

【０００４】また、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだは、使用に際し
ては、殆どの場合溶融状態としている。しかして、この
際に、溶融されたはんだは、空気中若しくは溶融はんだ
中に含まれる酸素と反応して多量の酸化物が生成する。

【０００５】特に電子機器組み立ての際、プリント基板
のはんだ付けに利用される噴流型はんだ槽においては、
撹拌により多量の空気と接触することになるので、この
傾向が著しい。また、粉末状のはんだをペ−ストとして
使用する場合は、酸化物に起因したはんだボ−ルが発生
し、使用不能の状態となる場合がある。

【０００６】このような問題を解決するため、Ｓｎ−Ｐ
ｂ系はんだに、酸化防止の目的で種々の元素を添加する
ことが提案されている。例えば、（１）特公平３−２８
９９６号公報に於いては、Ａｇ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｉｎ及び
Ｃｄの少なくとも１種とＧｅを添加することが開示さ
れ、（２）特開平４−２００８９４号公報では、Ｇａと
Ｐを添加することが開示され、そして（３）特開昭５５
−８４２９７号公報では、Ｐを添加することが開示され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】耐熱衝撃性を高める目
的で、上記ＳｂとＩｎを添加するはんだは、−数十度℃
〜＋百十度℃という苛酷な熱衝撃ストレスを繰り返し与
えた場合は、はんだ接合面が剥離する欠点があった。ま
た、ＳｂとＴｅを添加したはんだは、上記苛酷な熱衝撃
ストレスを繰り返し与えた場合は、はんだフイレットに
多くのシワが発生し、はんだ接合面が剥離する欠点があ
った。更に、これらはんだは、酸化物の発生を抑制する
耐酸化性は全く有していない。

【０００８】耐酸化性を高める上記（１）の従来技術に
ついては、Ｇｅ添加範囲内０．００１〜０．０５重量％
内の０．０１重量％以下では、Ｇｅ添加効果が減少し、
特に他元素との複合添加の場合、酸化物発生量が逆に多
くなる問題があった。そればかりか、酸化防止効果も十
分満足すべきものではなかった。

【０００９】また、上記（２）については、該公報に記
載のように、Ｇａ０．０４〜０．１５重量％使用する
と、ドロスが多量に発生し、はんだ付け性が阻害される
問題があった。更に、上記（３）については、該公報に
記載のように、０．００３重量％以下のＰ単独添加で
は、噴流槽においては、逆に酸化物の発生量が多くなる
問題があった。そればかりか、これらはんだは、耐熱衝
撃性については、全て全く不満足であった。

【００１０】上記したように、従来は、耐熱衝撃性と耐
酸化性とを同時に付与したはんだは、全く知られていな
い。この発明は、優れた耐熱衝撃性と耐酸化性とを併有
するはんだを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだに、Ｓｂ０．３〜
１．０重量％、Ａｇ０．３〜３．０重量％とＣｕ０．１
〜０．５重量％とを添加混合し、更に、Ｇａ０．００１
〜０．００３重量％、Ｐ０．００１〜０．１重量％、Ｇ
ｅ０．０１〜０．１重量％及びＩｎ０．３〜２．０重量
％のうちの１種以上を添加混合したことを特徴とする。

【００１２】要するに本発明は、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ
に、Ｓｂ０．３〜１．０重量％、Ａｇ０．３〜３．０重
量％とＣｕ０．１〜０．５重量％とを添加混合すること
によって優れた耐熱衝撃性を付与し、これに更に、Ｇａ
０．００１〜０．００３重量％、Ｐ０．００１〜０．１
重量％、Ｇｅ０．０１〜０．１重量％及びＩｎ０．３〜
２．０重量％のうちの１種以上を添加混合することによ
って、上記優れた耐熱衝撃性を損なわずに、優れた耐酸
化性を付与させたことを要旨とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。本発明に使用するＳｎ−Ｐｂ系はんだとしては、
電子工業で通常使用されるものが支障なく使用すること
ができる。特にＳｎ６３重量％、Ｐｂ３７重量％のＳｎ
−Ｐｂ共晶はんだを使用するのが好ましい。

【００１４】上記Ｓｎ−Ｐｂ系はんだに、Ｓｂ０．３〜
１．０重量％、Ａｇ０．３〜３．０重量％とＣｕ０．１
〜０．５重量％とを添加混合することによって優れた耐
熱衝撃性が付与される。本発明のＳｂは、固溶されてい
る組織を微細化させる役割をするものであり、添加量を
０．３〜１．０重量％としたのは、この上限を上回る
と、Ｓｂを含む化合物が生成し、この下限を下回ると、
その添加の効果を十分発揮しないからである。

【００１５】Ａｇの添加量は、０．３〜３．０重量％で
あり、この上限を上回ると、化合物が生成し、この下限
を下回ると、はんだの耐疲労性が悪化する。Ｃｕの添加
量は、０．１〜０．５重量％であり、この上限を上回る
と、ヌレ性が悪化し、この下限を下回ると、はんだの耐
疲労性が悪化する。

【００１６】上記成分に加えて、Ｇａ０．００１〜０．
００３重量％、Ｐ０．００１〜０．１重量％、Ｇｅ０．
０１〜０．１重量％及びＩｎ０．３〜２．０重量％のう
ちの１種以上を添加混合することによって、上記優れた
耐熱衝撃性を損なわずに、優れた耐酸化性を付与させる
ことができる。上記Ｇａ、Ｐ、Ｇｅ及びＩｎは、前記Ｓ
ｎ−Ｐｂ系はんだに、前記Ｓｂ等と同時に添加しても、
Ｓｂ等を添加混合した後添加しても差し支えない。

【００１７】Ｇａの添加量は、０．００１〜０．００３
重量％とするのが良く、この下限を下回ると、添加の効
果が十分発揮されないし、この上限を上回ると、ドロス
が多量に発生する。上記ドロスとは、９０％以上がはん
だに添加した金属を含み、金属光沢を有するねばねばし
た粘性物であり、はんだ付け性を害するものである。こ
れに対し、酸化物は、はんだが酸化して生成するさらさ
らした灰色の粒状若しくは粉状物であり、少量ならはん
だ付け性を害さない。

【００１８】Ｐの添加量は、０．００１〜０．１重量％
であり、この下限を下回ると、本発明の効果が十分発揮
されないし、この上限を上回ると、はんだの性質にザラ
ツキ、はじき、ぬれ不良などの悪影響を与える。Ｉｎの
添加量は、０．３〜２．０重量％であり、この上限を上
回ると、ドロツキとヌレ性が悪化し、この下限を下回る
と、はんだの耐疲労性が悪化する。

【００１９】Ｇｅの添加量は、０．０１〜０．１重量％
であり、この下限を下回ると、本発明の効果が十分発揮
されないし、この上限を上回ると、Ｇｅが高価なことか
ら経済性の点で問題がある。また、０．０１重量％以上
とすることによって、酸化防止の目的で複数の金属を添
加する複合添加時の酸化物の発生量を抑制する。

【００２０】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を更に説明する
が、本発明はこの実施例に限定されない。 実施例 ６３Ｓｎ−３７Ｐｂはんだ（Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ）
に、次表１に記載の元素を、次表１に記載の量添加した
本発明のはんだと、実験用はんだ並びに市販品につい
て、酸化試験と耐熱衝撃性試験を行った。尚、表中×印
は、合金元素を添加しないことを表す。

【００２１】

【表１】

【００２２】(酸化試験)図１に示す装置を使用し、はん
だ浴温度を２５０℃とし、撹拌速度６０ｒｐｍで連続的
に撹拌して、３０分毎に発生する酸化物量をすくいだし
て秤量し、すくいだした酸化物量のはんだを添加する操
作を繰り返すことにより行った。結果を、平均酸化物量
と共に次表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２中、実験用はんだ１、２については、
３０分後の酸化物量が、他の時間に比べて多い。これは
ドロスが発生したためであり、３０分以後は一般的な酸
化物が発生する。ドロスが発生したはんだは、Ｇａ０．
０２重量％含有しているが、Ｇａ０．００３重量％含有
する本発明品１は、ドロスが発生しないことがわかる。

【００２５】表２の結果から、合金元素として、Ｓｂ、
Ａｇ及びＣｕに加えて、Ｐ及び／またはＧｅを添加した
はんだは、酸化物量が少ないことがわかる。また、表２
から明らかなように、Ｇｅを０．０１％以上添加する
と、ＰとＧｅとの複合添加時の酸化物の発生量が顕著に
抑制される。

【００２６】（耐熱衝撃性試験）図２に示すように、上
記表１に記載のはんだを、それぞれ２５０℃のはんだ浴
１とした。このはんだ浴１に、紙フエノ−ル基盤２にリ
−ド線４が貫通したコンデンサ−３を浸漬して、はんだ
付けした。尚、フラックスは、樹脂系ポストフラックス
（ソルダックスＦＲ−２０６）を使用し、ＩＰＡ浸漬法
（加熱なし）によって洗浄した。図中５ａ，５ｂは、は
んだのフイレットである。コンデンサ−３として、小
（Ａ）、中（Ｂ）及び大（Ｃ）の３種類について実験を
行った。

【００２７】熱衝撃試験は、上記はんだ付け品を、−４
０℃で３０分間放置後１２０℃で３０分間放置し、これ
を１サイクルとし、２００サイクル繰り返し、フイレッ
ト５ａ（表３中、１、３、５），５ｂ（表３中、２、
４、６）の外観をマクロ観察によって、表面状態及びク
ラック発生の有無を判定した。２００サイクルの結果を
次表３に示す。

【００２８】表３中、各フイレット部の判定は、次の基
準により行った。 ○：形状良好 △：界面変形あり ×：剥離あり

【００２９】

【表３】

【００３０】表３中、全体としての「評価」は、次の基
準により行った。 ◎：フイレット部に全く亀裂、変形のない場合 ○：一部界面変形または剥離があるが、軽度の場合 △：剥離及び界面変形が２つ以上の場合 ×：剥離及び変形多数で重度の場合

【００３１】表３から明らかなように、市販品及び実験
用はんだは、コンデンサＡ、Ｂ、Ｃのフイレット５ａ，
５ｂの１カ所以上にクラックまたは界面変形が発生した
のに対し、本発明のはんだ（本発明品１〜８）は、全て
にクラックが全く発生しなかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明のはんだは、耐酸化性と耐熱衝撃
性とを併有しているので、長時間プリント基板等のはん
だ付けに使用しても、酸化物の生成を効果的に防止する
ことができるから、はんだ付け不良の発生を効果的に回
避することができると共に、繰り返し熱衝撃という極め
て苛酷な温度条件下でもクラックが発生しないので、車
両用の電装品のように、絶えず振動にさらされる熱サイ
クルストレスのかかる部品に使用した場合に、疲労破壊
寿命を著しく向上させることができるという、この種従
来のはんだには見られない著しく顕著な効果を奏する。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の酸化試験に使用した装置の概略図であ
る。

【図２】耐疲労性の試験に供した試験片の断面図であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｎ−Ｐｂ系はんだに、Ｓｂ０．３〜１．
   ０重量％、Ａｇ０．３〜３．０重量％とＣｕ０．１〜
   ０．５重量％とを添加混合し、更に、Ｇａ０．００１〜
   ０．００３重量％、Ｐ０．００１〜０．１重量％、Ｇｅ
   ０．０１〜０．１重量％及びＩｎ０．３〜２．０重量％
   のうちの１種以上を添加混合したことを特徴とする耐熱
   衝撃性と耐酸化性とを併有するはんだ。
2. 【請求項２】前記Ｓｎ−Ｐｂ系はんだに、前記Ｓｂ、Ａ
   ｇ及びＣｕを添加し、更に前記Ｐ及び／またはＧｅを添
   加混合する請求項１に記載のはんだ。
3. 【請求項３】前記Ｓｎ−Ｐｂ系はんだは、Ｓｎ６３重量
   ％でＰｂ３７重量％のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだである請求
   項１または２に記載のはんだ。