JPS6272496A - はんだ合金 - Google Patents

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。