JPH11151591A - 高温無鉛はんだ合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合
金とほぼ同等なはんだぬれ速度を有し、固相線温度以上
の半溶融状態（特に２６０゜Ｃ以上）で機械的強度や形
状保持性が維持可能なＳｂ−Ｓｎ系高温無鉛はんだ合金
を提供する。 【解決手段】 Ｓｂ−Ｓｎ系高温無鉛はんだ合金は、Ｓ
ｎの添加量が２５％重量から４４重量％の範囲内であ
り、残りがＳｎからなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロエレクト
ロニクス等の分野で例えばプリント基板等に実装する電
子部品の内部接合等に使用可能な高温無鉛はんだ合金に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な高温はんだに対しては、高温で
溶融しないまたは溶融しにくく（すなわち耐リフロー性
を有し）、高温時に機械的強度が維持できること等が要
求されている。ここで、高温はんだとは、固相線温度が
１８３゜Ｃ以上であるはんだをいう。

【０００３】一般に、Ｐｂ−Ｓｎ系では、Ｐｂが９５重
量％、Ｓｎが５重量％である高温はんだ（固相線温度は
３０７゜Ｃ、液相線温度は３２７゜Ｃ）や、Ｐｂが９０
重量％、Ｓｎが１０重量％である高温はんだ（固相線温
度は２７０゜Ｃ、液相線温度は３０１゜Ｃ）が用いられ
ている。また、Ｐｂ−Ａｇ系では、Ｐｂが９７．５重量
％、Ａｇが２．５重量％である高温はんだ（固相線温度
は３０４゜Ｃ、液相線温度は３０４゜Ｃ）が用いられて
いる。さらに、Ｐｂ−Ａｇ−Ｓｎ系では、Ｐｂが９７．
５重量％、Ａｇが１．５重量％、Ｓｎが１重量％である
高温はんだ（固相線温度は３０９゜Ｃ、液相線温度は３
０９゜Ｃ）が用いられている。

【０００４】上述した高温はんだには、コストを低減す
るためや耐リフロー性を得るために、Ｐｂが９０重量％
以上含まれている。さらに、例えば、電子部品のコイル
やトランス等の内部には磁性材料等の支持体に絶縁被覆
導線が巻線されている。このような巻線の端部と素子等
を接合する場合にははんだ付けが一般に行われている
が、はんだ付けの際には絶縁被覆導線のポリウレタン等
からなる被覆部分をはんだの熱等によって破壊しないと
はんだ付けを行うことができないため、はんだ付けの温
度として３８０゜Ｃから４２０゜Ｃの範囲内が一般的に
採用されており、このような理由からも上述した高温は
んだにはＰｂが９０重量％以上含まれている。

【０００５】ところで、現在、基板等と電子部品等との
接合には、Ｐｂ−Ｓｎ系では、Ｐｂが３７重量％、Ｓｎ
が６３重量％であるはんだ（固相線温度は１８３゜Ｃ、
液相線温度は１８３゜Ｃ）、Ｐｂ−Ａｇ−Ｓｎ系では、
Ｐｂが３６重量％、Ａｇが２重量％、Ｓｎが６２重量％
であるはんだ（固相線温度は１７９゜Ｃ、液相線温度は
１９０゜Ｃ）がそれぞれ用いられ、一般に２２０゜Ｃか
ら２４０゜Ｃの範囲内のリフロー温度ではんだ付けが行
われている。

【０００６】なお、基板に実装される電子部品等の内部
接合に使用されているはんだが上述のはんだ付けの際に
溶融すると、溶融したはんだが流れ出したり、流れ出し
たはんだが球状となって例えば高密度精細ピッチ化され
た基板上の回路をブリッジしたりする。これを避けるた
めには、上述したリフロー温度においても溶融しない、
または溶融しにくい（すなわち耐リフロー性を有する）
はんだを使用する必要がある。従って、一般には、固相
線温度が少なくとも２４０゜Ｃ以上である高温はんだが
用いられている。

【０００７】以上のように、Ｐｂははんだに不可欠な金
属であり、Ｐｂを含むはんだは電子機器の接合プロセス
において長い年月を経て最も有効なはんだとして用いら
れており、またその信頼性も確立されてきていた。しか
し、このようなはんだが使用されている電子機器製品の
自然界への廃棄等によってはんだに含まれるＰｂが徐々
に溶出して地下水のＰｂ汚染を招くことから、Ｐｂを含
むはんだを使用することは重要な環境汚染問題の１つと
なっている。

【０００８】従って、上述のＰｂを含むＰｂ−Ｓｎ系共
晶はんだまたは共晶近傍のはんだの代わりにＰｂフリー
はんだ（無鉛はんだ）の開発に対する要求が高まってい
る。このようなはんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−
Ｚｎ系、およびＳｎ−Ｂｉ系のはんだが有望であるが、
これらのはんだの液相線温度は基板等と電子部品等との
接合において現在使用されているはんだの液相線温度よ
りも１０゜Ｃから２０゜Ｃ高くなる。従って、はんだ付
けの際の一般的なリフロー温度は２３０゜Ｃから２６０
゜Ｃの範囲内であると予想される。そのため、このよう
なリフロー温度においても溶融しない、または溶融しに
くい（すなわち耐リフロー性を有する）高温無鉛はんだ
の開発が進められている。

【０００９】特開平７−５１８８３号公報には、Ｓｂが
０．１重量％から５重量％、Ｂｉが１０重量％から２０
重量％、Ｚｎが４重量％から６重量％、Ａｇが０．１重
量％から３重量％、残りがＳｎからなる無鉛はんだ合金
が開示されており、特開平７−８８６７９号公報には、
Ｓｂが２．５重量％から３．５重量％、Ｂｉが１．５重
量％から２．５重量％、Ｃｕが１重量％から２重量％、
残りがＳｎからなる無鉛はんだ合金が開示されており、
特開平８−１６４４９５号公報には、Ｚｎが３重量％か
ら５重量％、Ｂｉが１０重量％から２３重量％、残りが
Ｓｎからなる無鉛はんだ合金が開示されている。これら
の無鉛はんだ合金は、上述した基板等と電子部品等の接
合に使用されている共晶はんだまたは共晶近傍はんだの
代わりに用いられるが、これらは上述したリフロー温度
（２３０゜Ｃから２６０゜Ｃの範囲内）では完全に溶融
することから、上述の要求を満足する高温無鉛はんだと
して使用することができない。

【００１０】また、特開昭４９−３８８５８号公報に
は、Ｓｂが３重量％から８重量％、Ａｇが２重量％から
４重量％、Ｂｉが０．５重量％から２０重量％、Ｃｕが
０．５重量％から１．５重量％、残りがＳｎからなる高
温はんだが開示されており、特開昭５４−６１０５０号
公報には、Ｓｂが５重量％から１０重量％、残りがＳｎ
からなるＳｂ−Ｓｎ系合金に０．０１重量％から０．５
重量％のＮｉを添加した高温はんだが開示されている。
こららの高温無鉛はんだでは、１００゜Ｃまたは１５０
゜Ｃの温度においても機械的強度が維持されまたは安定
な機械的強度を有するが、これらの固相線温度は２４０
゜Ｃ以下であり、また固相線温度以上の温度の半溶融状
態で機械的強度や形状保持性を維持できない。従って、
これらを上述した要求を満足する高温無鉛はんだとして
使用することができない。

【００１１】さらに、特開昭６１−２６９９９８号公報
には、０．５重量％から２５重量％のＳｂと１重量％か
ら３０重量％のＡｇの少なくともどちらか一方を含み、
不可避不純物としての酸素の含有量を５ｐｐｍ以下と
し、さらに平均結晶粒径を３μｍ以下としたＳｎ高温は
んだ合金が開示されている。この高温はんだ合金は、Ｐ
ｂを含まず、特に半導体チップの接合部分等に使用され
ており、熱疲労特性に優れている。しかし、そのため
に、酸素の含有量を５ｐｐｍ以下とし、さらに、平均結
晶粒径を３μｍ以下としているので、このような高温は
んだの製造時に不活性ガス雰囲気中、真空中等において
急冷凝固を行う必要がある。これにより、従来の設備を
そのまま使用してこのようなはんだを製造することがで
きないので、設備投資または設備の改造が必要となる。
また、従来の高温はんだと比較してその製造コストが非
常に高くなる。

【００１２】一般的に、溶融温度域（固相線温度から液
相線温度の範囲内）が４５０゜Ｃ以下である合金材料を
はんだと呼んでいるが、固相線温度が２６０゜Ｃ以上で
あるはんだでは、ベース金属はＰｂであるため、Ｐｂが
含まれている。Ｐｂを含まないはんだとしては、Ａｕが
８０重量％でＳｎが２０重量％である高温はんだ（固相
線温度が２８０゜Ｃ、液相線温度が２８０゜Ｃ）がある
が、Ａｕ−Ｓｎ系の高温はんだは、従来の高温はんだと
比較してコストが非常に高くなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、種々の
高温はんだが研究および開発されているが、地下水の汚
染等で問題となっているＰｂを含むことなく、コストを
低減し、従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだとほぼ同等なは
んだぬれ速度を有し、固相線温度以上の温度の半溶融状
態（特に２６０゜Ｃ以上）で機械的強度や形状保持性を
維持可能な高温はんだを作製することは難しかった。

【００１４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、本発明の目的は、コストを低減し、従来のＰｂ
−Ｓｎ系高温はんだとほぼ同等なはんだぬれ速度を有
し、固相線温度以上の温度の半溶融状態（特に２６０゜
Ｃ以上）で機械的強度や形状保持性を維持可能な高温無
鉛はんだ合金を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の高温無鉛はんだ合金は、２５重量％から４
４重量％の範囲内のＳｂを含み、残りがＳｎからなるこ
とを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１７】通常、２元系合金の液体と固体の状態の組
合わせとしては、１）液体状態で完全に溶け合い、固体
状態でも完全に溶け合う場合、２）液体状態で完全に溶
け合い、固体状態でも一部溶け合う場合、３）液体状態
で完全に溶け合い、固体状態では全く溶け合わない場
合、４）液体状態で一部溶け合い、固体状態でも一部溶
け合う場合、５）液体状態で一部溶け合い、固体状態で
は全く溶け合わない場合、６）液体状態でも固体状態で
も全く溶け合わない場合の６つに限られる。

【００１８】なお、固相線温度以下では、１つまたは２
つの固体が存在し、液相線温度以下では、１つまたは２
つの液体が存在する。また、固相線温度と液相線温度と
の間は半溶融状態であり、固体と液体が混在している。

【００１９】電子機器等の接合プロセスには、上述の
１）から３）の場合のはんだ合金が使用されている。

【００２０】これまで、固相線温度以上の温度の半溶融
状態では、機械的強度や形状保持性は維持できないと考
えられてきたが、ベース金属をＳｎとした２元系の包晶
型合金系（Ｓｂ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ等）の
高温はんだ、特にＳｂ−Ｓｎ系はんだについて、Ｓｂを
２５重量％から４４重量％とし、残りをＳｎとした組成
とすることにより、従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだと同
等のはんだぬれ速度を有し、固相線温度以上の温度の半
溶融状態（特に２６０゜Ｃ）で機械的強度や形状保持性
が維持可能な高温はんだ合金を作製することができた。

【００２１】従って、このような高温はんだ合金を用い
れば、例えばプリント基板と電子部品とをはんだ付けす
る際の２６０゜Ｃ以上のリフロー温度で電子部品の内部
接合等に使用されている高温はんだが完全に溶融するこ
となく、はんだが流れだすことを防ぐことができる。

【００２２】なお、高温はんだ合金の組成を上記のよう
に限定したのは次のような理由からである。

【００２３】すなわち、Ｓｎは、接合材料に対するぬれ
性を得るために必要な金属であり、はんだのベース金属
として必須の金属であるからである。なお、ぬれ性Ｓ
は、銅基板に対するはんだのぬれを示し、次式で表され
る。

【００２４】Ｓ＝（Ｄ−ｈ）／Ｄ×１００（％） ここで、Ｄは銅基板上のはんだが溶融した時に全くぬれ
広がらず球状になったと仮定した場合の球の直径であ
り、ｈは銅基板上のはんだが溶融した時のはんだの高さ
である。

【００２５】一方、Ｓｂは、その添加量の増加に伴っ
て、硬くて脆くなるが、高温での機械的強度（クリープ
特性等）を向上させる性質を有するからである。

【００２６】ところで、Ｓｎをベース金属とした２元系
の中で、Ｓｂ−Ｓｎの固相線温度は２４６゜Ｃと最も高
く、Ｓｂが０から９．０重量％での固相線温度または液
相線温度は２３２゜Ｃから２４０゜Ｃであり、Ｓｂが１
０．５重量％から４２重量％での固相線温度は２４６゜
Ｃであることが状態図から知られている。

【００２７】以下、本発明の実施の形態の高温無鉛はん
だ合金について説明する。

【００２８】ここでは、２つの成分組成の異なるＰｂ−
Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明の実施の形態の５つの成
分組成の異なるＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金とを作製
し、それぞれ種々の測定を行うことによりその特性を評
価する。

【００２９】まず、作製した高温はんだ合金の溶融温度
域を示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ）を用いて測定し
た。測定条件は次の通りである。

【００３０】 サンプル量 ： ２５ｍｇ アンプレンジ： １０ｍＪ／秒 昇温速度 ： ５゜Ｃ／分 なお、図１９に示すように、固相線温度は吸熱開始点の
延長線（ＤＳＣカーブの平らな部分）と吸熱ピーク温度
１の接線の交差する点に対応する温度、液相線温度は吸
熱が完全に終了した点に対応する温度としている。ま
た、吸熱があった順序で吸熱ピーク温度１、吸熱ピーク
温度２、および吸熱ピーク温度３としている。

【００３１】図１は従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金
と本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の
溶融温度域（固相線温度、吸熱ピーク温度、液相線温
度）の測定結果を示す図、図２は従来のＰｂ−Ｓｎ系高
温はんだ合金においてＳｎの添加量が５重量％から１０
重量％の範囲内である場合の溶融温度域の測定結果を示
す図、図３は本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温は
んだ合金においてＳｂの添加量が５重量％から４４重量
％の範囲内である場合の溶融温度域の測定結果を示す図
である。なお、図２において縦軸は温度（゜Ｃ）、横軸
はＳｎの添加量（重量％）を示し、図３において縦軸は
温度（゜Ｃ）、横軸はＳｂの添加量（重量％）を示して
いる。

【００３２】図１、図２および図３から、Ｐｂ−Ｓｎ系
高温はんだ合金（合金Ｎｏ．１およびＮｏ．２）におい
て、Ｓｎの添加量が５重量％から１０重量％の範囲内で
の固相線温度は２７０゜Ｃから３０７゜Ｃ、その範囲内
での液相線温度は３０７゜Ｃから３２１゜Ｃであり、Ｓ
ｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金（合金Ｎｏ．３からＮｏ．
７）において、Ｓｂの添加量が５重量％から４４重量％
の範囲内での固相線温度は２３７゜Ｃから２４４゜Ｃ、
その範囲内での液相線温度は２５３゜Ｃから４１５゜Ｃ
である。これにより、Ｓｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金にお
ける液相線温度は、Ｓｂの添加量が５重量％から増加す
るに伴って上昇し、Ｓｎの添加量が２２重量％以上にお
いてＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の液相線温度よりも高
くなっていることがわかる。

【００３３】次に、作製した高温はんだ合金の種々の引
張荷重における引張溶断温度を熱機械分析装置（ＴＭ
Ａ）を用いて測定した。測定条件は次の通りである。

【００３４】 引張荷重 ： ２ｇ、５０ｇ、１００ｇ サンプル寸法 ： 縦１０ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ１ｍｍ サンプルレンジ： ２０００μｍ 昇温速度 ： ５゜Ｃ／分 なお、ここでは、はんだの伸び寸法が急激に増加した場
合の温度を引張溶断温度としている。

【００３５】図４から図１０は従来のＰｂ−Ｓｎ系高温
はんだ合金と本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温は
んだ合金の種々の引張荷重におけるはんだの伸び寸法の
測定結果を示す図である。なお、図４から図１０におい
て、縦軸ははんだの伸び寸法（×１０μｍ）、横軸は温
度（゜Ｃ）をそれぞれ示している。

【００３６】図４から図１０に示すように、例えば、引
張荷重が１００ｇである場合、Ｐｂ−Ｓｂ系高温はんだ
合金（合金Ｎｏ．１およびＮｏ．２）の固相線温度およ
びＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金（合金Ｎｏ．３およびＮ
ｏ．４）の固相線温度はそれぞれはんだの伸び寸法が急
激に増加する温度（引張溶断温度）とほぼ一致してい
る。これは、固相線温度＝引張溶断温度であるから、こ
れらの高温はんだ合金（合金Ｎｏ．１からＮｏ．４）は
固相線温度以上の温度の半溶融状態では機械的強度や形
状保持性を維持できないことを示している。一方、Ｓｂ
−Ｓｎ系高温はんだ合金（合金Ｎｏ．５からＮｏ．７）
においては、固相線温度に達してもはんだの伸び寸法に
急激な増加は見られない。これは、固相線温度＜引張溶
断温度（＝固相線温度＋約１５゜Ｃ以上）であるから、
これらの高温はんだ合金（合金Ｎｏ．５からＮｏ．７）
は固相線温度以上の温度の半溶融状態でも機械的強度や
形状保持性を維持できることを示している。従って、こ
の結果から、Ｓｂの添加量を２２重量％から４４重量％
の範囲内にし、残りをＳｎからなる組成とすることによ
り、固相線温度以上の温度の半溶融状態でも機械的強度
や形状保持性を維持可能な高温無鉛はんだ合金を作製す
ることができる。

【００３７】図１１は従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合
金と本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金
の種々の引張荷重における引張溶断温度の測定結果を示
す図であり、図１２は従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合
金においてＳｎの添加量が５重量％から１０重量％の範
囲内である場合の引張溶断温度の測定結果を示す図、図
１３は本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合
金においてＳｂの添加量が５重量％から４４重量％の範
囲内である場合の引張溶断温度の測定結果を示す図であ
る。図１２において、縦軸は引張溶断温度（゜Ｃ）、縦
軸はＳｎの添加量（重量％）を示し、図１３において、
縦軸は引張溶断温度（゜Ｃ）、縦軸はＳｂの添加量（重
量％）を示している。

【００３８】図１２に示す従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はん
だ合金では、Ｓｎの添加量が増加しても引張溶断温度に
大きな変化は見らず、むしろ低下している。しかし、図
１３に示す本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はん
だ合金では、Ｓｂの添加量が２２重量％付近から増加す
るに従って引張溶断温度も増加する傾向が見られる。特
に、Ｓｂの添加量が３３重量％を越えた付近で従来のＰ
ｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と同等の引張溶断温度が得ら
れ、Ｓｂの添加量が４４重量％では従来のＰｂ−Ｓｎ系
高温はんだ合金よりも引張溶断温度が約１１％から約３
５％も高くなっていることがわかる。

【００３９】なお、固相線温度（２４０゜Ｃ）以上の温
度の半溶融状態（特に２６０゜Ｃ以上）でも機械的強度
や形状保持性を維持可能な高温無鉛はんだはんだを得る
ためには、引張溶断温度が２６０゜Ｃである必要があ
る。図１３に示すように、引張溶断温度を２６０゜Ｃ以
上とする場合に必要なＳｂの添加量は、引張荷重が２ｇ
では２３重量％以上、引張荷重が５０ｇでは２５重量％
以上、引張荷重が１００ｇでは２９重量％以上である。

【００４０】ここで、引張荷重が２ｇである場合には、
形状保持性の維持を期待できるが、機械的強度はほとん
どないと考えられる。しかし、引張荷重が５０ｇである
場合には十分な機械的強度と形状保持性を維持できる。
従って、引張溶融温度が２６０゜Ｃ以上で引張荷重が５
０ｇである場合のＳｂの添加量である２５重量％は少な
くとも必要である。

【００４１】以上のことから、Ｓｂの添加量を２５重量
％から４４重量％の範囲内にし、残りをＳｎからなる組
成とすることにより、固相線温度以上の温度の半溶融状
態（特に２６０゜Ｃ以上）でも機械的強度や形状保持性
を維持可能な高温無鉛はんだ合金を作製することができ
る。

【００４２】図１４および図１５は従来のＰｂ−Ｓｎ系
高温はんだ合金と本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高
温はんだ合金の種々の引張荷重における半溶融領域（引
張溶断温度と固相線温度の間の温度領域）を示す図であ
る。なお、図１５において、縦軸は半溶融領域（゜
Ｃ）、横軸は引張荷重（ｇ）を示している。ここで、半
溶融領域は引張溶断温度と固相線温度との差で示され
る。

【００４３】図１４および図１５からわかるように、Ｓ
ｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金（合金Ｎｏ．６およびＮｏ．
７）の半溶融領域はその他の高温はんだ合金（合金Ｎ
ｏ．１からＮｏ．５）の半溶融領域と比較して大きいこ
とから、そのような高温はんだ合金（合金Ｎｏ．６およ
びＮｏ．７）では、固相線温度以上の温度の半溶融状態
でも機械的強度や形状保持性を維持できる温度範囲が広
くなっている。例えば、引張荷重が１００ｇである場合
のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金（合金Ｎｏ．６）では２
７０゜Ｃまで、Ｓｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金（合金Ｎ
ｏ．７）では３４０゜Ｃまでは機械的強度や形状保持性
を維持できることを示している。

【００４４】以上の結果から、Ｓｂの添加量を２５重量
％から４４重量％の範囲内にし、残りをＳｎからなる組
成とすることにより、固相線温度（２４０゜Ｃ）以上の
温度の半溶融状態（特に２６０゜Ｃ以上）でも機械的強
度や形状保持性を維持可能な高温無鉛はんだ合金を作製
することができる。

【００４５】次に、作製した高温はんだ合金のはんだぬ
れ速度（ゼロクロス時間（ＺＣＴ））をメニスコグラフ
装置を用いて測定した。測定条件は次の通りである。

【００４６】 サンプル ： 酸化銅板 サンプル寸法 ： 縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ０.５ｍｍ 浸漬深さ ： １．０ｍｍ 浸漬速度 ： ２．０ｍｍ／秒 温度 ： ３２５゜Ｃ、３５０゜Ｃ、３７５゜Ｃ、４００゜Ｃ 液状フラックス： ＲＡタイプ、なお、固形分量は３０重量％、ハロゲン含有 量は０．１２重量％、比重は０．８５７（２０゜Ｃ） なお、図２０に示すように、はんだぬれ速度（ゼロクロ
ス時間）をメニスコグラフ装置で測定した場合に得られ
るメニスカスカーブにおいて、ゼロクロス時間ははんだ
のぬれの進行における状態Ｂから状態Ｅに達するまでの
時間である。

【００４７】図１６は従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合
金と本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金
のはんだぬれ速度（ゼロクロス時間）の測定結果を示す
図、図１７は従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金におい
てＳｎの添加量が５重量％から１０重量％の範囲内であ
る場合のはんだぬれ速度（ゼロクロス時間）の測定結果
を示す図、図１８は本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系
高温はんだ合金においてＳｂの添加量が５重量％から４
４重量％の範囲内である場合のはんだぬれ速度（ゼロク
ロス時間）の測定結果を示す図である。なお、図１７に
おいて、縦軸ははんだぬれ速度（ゼロクロス時間）
（秒）、横軸はＳｎの添加量（重量％）を示し、図１８
において、縦軸ははんだぬれ速度（ゼロクロス時間）
（秒）、横軸はＳｂの添加量（重量％）を示している。
なお、図１６から図１８において、ゼロクロス時間（Ｚ
ＣＴ）が短いほど、はんだぬれ速度が速いことを示して
いる。

【００４８】一般に、Ｓｂの添加量の増加に伴ってはん
だぬれ性は悪くなることが知られている。これは、はん
だ付けの温度が３００゜Ｃ以下でＰｂ−Ｓｎ系共晶はん
だまたはＰｂ−Ｓｎ系共晶近傍のはんだと比較した場合
である。一方、図１６、図１７、および図１８からわか
るように、Ｓｂの添加量が３３重量％以下である場合に
は、従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と同等またはそ
れ以上のはんだぬれ速度を有するＳｂ−Ｓｎ系高温はん
だ合金が得られている。一方、Ｓｂの添加量が４４重量
％である場合には、従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金
と比較してＳｂ−Ｓｎ系の高温はんだ合金のはんだぬれ
速度は遅くなっている。しかし、例えば、このような高
温はんだ合金を窒素雰囲中で用いれば、またはこのよう
な高温はんだ合金に水溶性フラックス等の活性力の大き
いフラックスを使用すれば、はんだぬれ速度を改善する
ことができる。

【００４９】なお、Ｓｂの添加量が４５重量％以上であ
る場合には、固相線温度が３２５゜Ｃとなり、はんだ付
けの温度も４５０゜Ｃ以上が予想されるので、現在使用
している材料では耐熱性に問題が生じる。

【００５０】本発明においてＳｂ−Ｓｎの２元系の高温
はんだ合金を作製した理由は、上述の高温はんだ合金の
組成に例えばＡｇ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ等の元素を１種類
以上添加した場合、はんだの硬さ、脆さ、伸び、ぬれ性
等は改善されるが、固相線温度が低下するかまたは液相
線温度が上がって溶融温度域が広がるため、その使用が
困難となるからである。また、ＡｇやＩｎは非常に高価
であり、ＢｉはＰｂ精錬の副産物であるので、コストや
材料供給の安定性に問題が生じるためである。

【００５１】

【発明の効果】以上、本発明によれば、Ｓｎ−Ｓｎ系に
おいて、Ｓｎの添加量を２５重量％から４４重量％の範
囲内にし、残りをＳｎからなる組成とすることにより、
地下水の汚染等で問題となるＰｂを全く含んでいないこ
とから環境に対して無害であり、資源的にも安定供給が
可能であり、コストを軽減でき、はんだ製造設備や電子
部品の製造設備の投資や改造を行うことなく従来の製造
設備をそのまま使用することができ、従来のＰｂ−Ｓｎ
系高温はんだ合金と比較して同等のはんだぬれ速度を有
し、固相線温度以上の温度の半溶融状態（特に２６０゜
Ｃ以上）で機械的強度や形状保持性が維持でき、従来の
Ｐｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の代わりに使用できる高温
無鉛はんだ合金を作製することができる。

【００５２】従って、本発明のＳｂ−Ｓｎ系高温無鉛は
んだ合金は、特にマイクロエレクトロニクスの分野で例
えばプリント基板等に実装する電子部品の内部接合に使
用することができ、その使用用途は非常に幅広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明の
実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の溶融温度域
の測定結果を示す図である。

【図２】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金においてＳ
ｎの添加量が５重量％から１０重量％の範囲内である場
合の溶融温度域の測定結果を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ
合金においてＳｂの添加量が５重量％から４４重量％の
範囲内である場合の溶融温度域の測定結果を示す図であ
る。

【図４】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明の
実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引張
荷重におけるはんだの伸び寸法の測定結果を示す図であ
る。

【図５】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明の
実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引張
荷重におけるはんだの伸び寸法の測定結果を示す図であ
る。

【図６】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明の
実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引張
荷重におけるはんだの伸び寸法の測定結果を示す図であ
る。

【図７】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明の
実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引張
荷重におけるはんだの伸び寸法の測定結果を示す図であ
る。

【図８】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明の
実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引張
荷重におけるはんだの伸び寸法の測定結果を示す図であ
る。

【図９】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明の
実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引張
荷重におけるはんだの伸び寸法の測定結果を示す図であ
る。

【図１０】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明
の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引
張荷重におけるはんだの伸び寸法の測定結果を示す図で
ある。

【図１１】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明
の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引
張荷重における引張溶断温度の測定結果を示す図であ
る。

【図１２】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金において
Ｓｎの添加量が５重量％から１０重量％の範囲内である
場合の引張溶断温度の測定結果を示す図である。

【図１３】本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はん
だ合金においてＳｂの添加量が５重量％から４４重量％
の範囲内である場合の引張溶断温度の測定結果を示す図
である。

【図１４】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明
の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引
張荷重における半溶融領域（引張溶断温度と固相線温度
の間の温度領域）を示す図である。

【図１５】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明
の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金の種々の引
張荷重における半溶融領域を示す図である。

【図１６】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金と本発明
の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金のはんだぬ
れ速度（ゼロクロス時間）の測定結果を示す図である。

【図１７】従来のＰｂ−Ｓｎ系高温はんだ合金において
Ｓｎの添加量が５重量％から１０重量％の範囲内である
場合のはんだぬれ速度（ゼロクロス時間）の測定結果を
示す図である。

【図１８】本発明の実施の形態のＳｂ−Ｓｎ系高温はん
だ合金においてＳｂの添加量が５重量％から４４重量％
の範囲内である場合のはんだぬれ速度（ゼロクロス時
間）の測定結果を示す図である。

【図１９】本発明の実施の形態における作製した高温は
んだ合金の溶融温度域を示差走査熱量分析装置で測定し
た場合に得られるＤＳＣカーブおよび温度上昇カーブの
関係を示す図である。

【図２０】本発明の実施の形態における作製した高温は
んだ合金のはんだぬれ速度（ゼロクロス時間）をメニス
コグラフ装置で測定した場合に得られるメニスカスカー
ブを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２５重量％から４４重量％の範囲内のＳ
   ｂを含み、残りがＳｎからなることを特徴とする高温無
   鉛はんだ合金。