JPS6272496A - はんだ合金 - Google Patents

はんだ合金

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JPS6272496A
JPS6272496A JP21095085A JP21095085A JPS6272496A JP S6272496 A JPS6272496 A JP S6272496A JP 21095085 A JP21095085 A JP 21095085A JP 21095085 A JP21095085 A JP 21095085A JP S6272496 A JPS6272496 A JP S6272496A
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JP
Japan
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silver
effect
solder
alloy
solder alloy
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JP21095085A
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Inventor
Mitsuo Akiyama
秋山 光雄
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MATSUO HANDA KK
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MATSUO HANDA KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は5n−Pb−BiZ元合金にAg又はCuもし
くはその両者を含有させてなる合金であり、Ag及びA
u等で被覆された基板および部品のはんだ付けに適用さ
れる。
[従来の技術] 電子部品は一般にその個別部品を基板にはんだ付けした
形で用いられる。基板及び部品のはんだ材部はAg又は
Au等の金属被覆が施されることが多い。例えば、ガラ
スやセラミック基板にAg又はAuの膜で導電パターン
が形成され、個別部品や端イ等のはんだ接続部にもAg
等の金属被覆が施され、これらは相互にはんだ付けで接
続される。
従来、これらの電子部品等のはんだ付けには、通常の5
n−PbZ元合金が用いられてきたが、これらの合金を
用いる場合には、導電パターンの金属被覆や個別部品の
接続部の金属被覆が溶融はんだ中に急速に溶解し、いわ
ゆる銀くわれ現象を生じ、はんだ付けが不完全となり、
接続の信頼性を極度に低下させていた。
これらの問題を解決するため、5n−PbZ元合金中に
Agを適量含有させたAg入りはんだが提案され、実際
に使用されてきたが、Agの含有量は、米国規格QQS
−571では、Sn62−Pb残部のはんだに1.75
〜2.25%(以下%はすべて重量%である)、平均2
.0%、英国規格BS219では、1.8〜2.2%、
西ドイツ規格DIN1707では5n63−Pb残部は
んだに1.3〜1.5%、5n60のはんだに3.0〜
4.0%とそれぞれ定められているように1通常、2.
0%程度であった。のAgを含有させていた。しかしな
がら、これらのAg入りはんだはAgが高価なために必
然的にその価格が高くなっていたので、Ag含有量の減
少が望まれてきた。さらに最近では5n60〜62%の
Ag入りはんだで低温あるいは高温においてはんだ付け
する低融点あるいは高融点のはんだの必要性も高くなっ
てきた。
E本発明が解決しようとする問題点] しかし、はんだ合金の価格の低減のために、Agの含有
量のみを低下させると、銀くわれ防止の目的を達成する
ことができなくなる0例えば、5n60−Pb40のは
んだの場合、Ag含有量は2.0%が限度であって、そ
れ以下にすると銀くわれ防止効果はいちじるしく低下し
、実用に供しえない。さらに、Sn−Pb−Ag3元合
金の範囲だけで、はんだ付性等の特性考慮すると、実用
に供し得る低融点又は高融点の銀くわれ防止はんだを得
ることは困難である。
[問題点を解決するための手段] このような問題点を解決すべく1種々検討を加えた結果
、Sn−Pb−Ag3元合金にBiを加えた4元合金及
びその4元合金にざらにCuを添加した合金に到達し、
本発明を完成した。この4元合金に基づく本発明のはん
だ合金の特徴はAg含有量が従来より少なくても高い銀
くわれ防止効果を有し、かつ、融点を従来よりも高いも
のにも低いものにも容易に調製することができることに
ある。
[作用] 本発明のはんだ合金の顕著な作用効果はBiとAgとの
併用により、銀くわれ防止効果が相乗的に向上すること
であり、Ag含有量を低減させることが可能になると共
に、Biの含有量により銀〈われ防止はんだの融点の調
節もできるようになる。
さらに、このようなりiとAgとを併用した銀くわれ防
止はんだに、さらに少量のCuを添加させると、その銀
くわれ防止性が飛躍的に増大することも見出した。
本発明における銀くわれ防止用はんだの各金属成分の組
成範囲の限定は次のとおりである。Sn含有量が80%
を越えると、SnとAgとの間−の全屈間化合物の生成
が促進され、銀の侵食速度は増大する傾向が認めれられ
、第1図に示すように、90%以上では実用的に銀くわ
れ防止を図ることが極めて困難となるばかりでなく、S
n含有量の増大に伴なう価格の上昇はさけられない。一
方、Sn含有量が20%以下では銀の侵食速度は急速に
低下するが、融点が高くなり、はんだ付作業性が悪化す
る。たとえ、この高融点をBiの添加によって低下させ
るとしても、その添加量は極めて多くなり、この合金の
機械的強度は脆さが増大して実用性をいちじるしく減す
る。したがって、Snの含有量は20〜90%の範囲に
なり、好ましくは20〜80%の範囲である。
Biの添加による5n−PbZ元合金の銀くわれ防止効
果に及ぼす影響であるが、単独添加ではほとんど影響を
与えない、すなわち、その添加による銀侵食速度はわず
かに低下し、銀くわれ防止性をわずかに改善させる傾向
が認められるが、実質的な向上は期待できない。したが
って、その添加の範囲は比較的に自由度があるが、上述
のSn含有量の範囲の限定について説明したように、は
んだ合金の実用的な要求に基づく融点に見合う量とせざ
るを得す、かつその機械的強度等の点から、30%を越
える含有量は好ましくない。
Biの添加量の下限であるが、5n−Pb2元共品合金
の場合にはもともと融点が低いため、Biの添加による
融点の低下を要求されることは少なく、むしろB1−A
gの併用効果を発揮させるために必要な量が要求される
ので、その最低必要量として下限を規定した。
Agの添加量については経済的な観点から、その使用量
の上限を通常用いられているSn−Pb−Ag3元はん
だ合金諸規格の下限に近い2%とした。なお、当然のこ
とながら、本発明による効果をもってすれば、Agの添
加量が2.0%のとき、従来の諸規格によるはんだ合金
よりも銀くわれ防止効果は数段向上し、Ag添加量が2
%以下のときでも従来品に比較して銀くわれ防止効果は
同等あるいはそれ以上になると期待される。Ag添加量
が0.2%以下ではBiとの併用効果がわずかであるか
ら、下限は0.2%とするが、好ましくは0.5%であ
る。
以上Sn−Pb−B1−Ag4元はんだ合金の夫々の金
属成分の組成範囲を示したが、これらのはんだ合金にざ
らにCuを加えて銀くわれ防止効果を向上させることが
できる。そのCuの添加量はつぎの理由からその範囲が
限定される。
すなわち、Cuの添加量が1.0%を越えると5n−C
u金属間化合物の生成量が多くなり、溶融時にこれら化
合物が析出浮遊し、はんだ付性を悪化させるので必然的
にはんだ浴温度を上昇させる必要が生ずる。したがって
、はんだ付温度の上)lが銀の侵食速度を急速に増大さ
せるという不利を伴なうことになりはんだ付の信頼性を
損なうから、Cu添加量は1.0%以下におさえること
が必要である。また、Cu添加量0.1%以下では銀く
われ防止効果の向上はあまり期待できないので、0.1
〜1.0%の範囲とする。
[発明の効果] 本発明によるSn−Pb−B1−Ag4元はんだ合金お
よびこれにCuを添加したはんだ合金は相対的にAgの
使用量を低減させ、価格の低下に直接的につながるばか
りでなく、低Sn含有量の場合でもその融点をBiの添
加により低下することができるので、この面からも価格
の低下に結びつく。さらに、融点の幅広いはんだ合金を
提供できるので、はんだ付は設計の上からも多くの利点
が得られる。
[実施例] 次に1本発明の実施例を第1表および第2表によって示
す。
まず第1表は5n−Pb2元合金にBiおよびAgを併
用した4元はんだ合金のBiとAgの併用効果を示した
もので、銀くわれ防止性を銀線の溶断時間をもって表わ
し、従来品と比較した。また第2表は上記4元合金にざ
らにCuを添加した場合の銀くわれ防止効果を示したも
のである。
はんだ合金の銀くわれ防止性を評価するために銀線の溶
断時間をもって表現したが、この溶断時間の測定方法は
次のとおりである。
所定の温度に保持されたはんだ合金の融液の中に第2図
に示すような所定の線径の銀線の先端をU字形に折り曲
げたものを2mm/minの速度で、2mmの深さまで
浸漬し、そのまま保持する。はんだ浴中の銀線が溶解す
ると銀線のはんだ浴上の先端部が垂直に保持できなくな
り倒れるので、この倒れるまでの時間をもって銀線溶断
時間とした。なお使用する銀線のはんだ浴に対する濡れ
性を一定にし、溶断時間のばらつきを少なくするために
塩素含有量0.03%の樹脂系の液状フラックス(固形
分10%)を塗布した。
第1表の実施例をさらにくわしく説明すると、試料N0
.1−10はS n 58− P b 42 (7) 
2元合金をベースとし、これにBiおよびAgを単独あ
るいは併用して添加したはんだ合金の各温度における銀
線溶断時間を比較した。試料陥、1は5n58−Pb4
2の2元合金、試料陽、2.3はこれにAgのみを添加
した従来品であり、試料陽。
6〜lOが本発明のはんだ合金である。ここで試料N0
. 4 、5は1.iのみを添加したものであって、試
料N0.lの融点を下げるのみで、銀線溶断時間は試料
N0.1のそれと同等かわずかに大きいだけでBiの添
加による溶断時間の増大は期待できない。しかるに、こ
れにAgを併用した試料陥、6〜lOはその実施例に示
されるように溶断時間はAg単独含有の従来品のそれと
比較して明らかに相乗効果によって増加していることが
わかる。
例えば、試料N0.6の場合にはAg0.5%の添加に
もかかわらず、Ag1.0%含有の従来品と回等の溶断
時間を示し、試料陽、7はAgl。
0%であるか、試料間、2よりも溶断時間が大きくなり
、試料間、8のようにAg1.5%の添加でAg2.0
%の従来重陽、3と同等あるいはそれ以上の溶断時間を
示し、BiとAgとの併用による銀くわれ防止性の向上
が認められる。このような併用効果は試料間、11〜1
4の場合についてもまったく同様であることがわかる。
さらにこのようなりiとAgとの併用効果は5n−Pb
ベース合金のSn含有量の低下とともに顕著となる。こ
れを、試料+b、15〜21の例で説明すると、試料N
0.15に対しBiのみを添加した比較試ネ41b、1
8では、融点は低下するけれども銀線溶断時間にはほと
んど影響がなく、試料間、4゜5の場合及び試料間、1
3の場合と全く同じであるが、試料rb、19〜21の
実施例ではBiとAgとの併用による銀くわれ防止効果
が顕著に示されている。例えば、試料間、19はAg0
.5%の添加だけで、従来品試料間、16のAg1.0
%含有のものと溶断時間が同等であり、試料間。
21はAg1.5%の含有により、Ag2.0%含有し
ている従来試料N0.17と等価な溶断時間を得ること
ができる。
これらのBiとAgとの併用による銀くわれ防止性の向
上は試料間、22〜28に示した5n37−Pb63を
ベース合金とした場合及び試料N0.29〜32に示し
た5n30−Pb70をベース合金とした場合でもまっ
たく同様に認められ、BiとAgとの併用による相乗効
果が顕著なことを示している。
以上述べたSn−Pb−B1−Ag4元はんだ合金にざ
らにCuを少量添加することにより銀くわれ防止効果が
一層向上することを第2表の実施例により説明する。
試料11b、33〜38は5n55−B i 5−P 
b残の3元合金にCuおよびAgを夫々単独あるいは併
用して添加したはんだ合金の各はんだ温度における銀線
溶断時間を示したもので、Agを単独に添加した試料間
、34は第1表で説明したBiとAgとの併用効果によ
って銀くわれ防止性が向上した試料である。試料間、3
6及び38はそれぞれCIJを0.45%、0.6%を
Agと併用して添加したものであって、その銀線溶断時
間は比較試料間、33,34.35及び37と比較して
相乗的に増加していることがわかる。また、試料N0.
39〜44はS n45−B i 12−P b残の3
元合金にCu及びAgをそれぞれ単独あるいは併用して
添加したはんだ合金の各はんだ温度における銀線溶断時
間を示したものマ、試料間、40は第1表で説明したB
iとAgとの併用効果による銀くわれ防止性が向上した
試料である。試料間、42及び44は夫々Cuを0.3
%、0.4%をAgと併用して添加したものであって、
その銀線溶断時間は比較試料N0.39.40,41゜
43と比較して相乗的に増加していることがわかる。さ
らに、5n37−Bi 18−Pb残の3元合金を用い
た場合についても試料間、45〜50に示したように全
く同じ効果を与える。
(以下余白)
【図面の簡単な説明】
第1図は5n−Pb2元合金のSn含有量と銀線溶断時
間(この場合には溶断時間tを1/rLすなわち溶解速
度に見合う尺度に変換し、対数値をもって表示した)の
関係を示すグラフである。 第2図は銀線溶断時間を測定するための銀線の形状・寸
法及びはんだ浴中での浸漬状況を示す略図である。所定
の線径の銀線aの先端をU字形に曲げ、底部eの長さを
2mm、立上り部の長さ5mmとし、これを保持具すに
連結し、はんだ浴dの中に2mm深さに浸漬する。はん
だ浴中に浸漬された銀線が解けるとはんだ浴液面上の銀
線Cが倒れる。Cの倒れるまでの時間を銀線溶断時間と
する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)Sn20〜90重量%、Bi1.0〜30重量%、
    Ag0.2〜2.0重量%、残部Pbからなる組成のは
    んだ合金。 2)Sn20〜90重量%、Bi1.0〜30重量%、
    Ag0.2〜2.0重量%、残部Pbからなる組成の合
    金にCu0.1〜1.0重量%を添加してなるはんだ合
    金。
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