【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、はんだ合金、特にヤニ入り線はんだ
用のはんだ合金に関する。
電子機器のはんだ付けに使用するヤニ入りはん
だはSnとPbを合金したものであり、その配合比
率を変えることにより適宜用途にあつた溶融温度
のものを選ぶことができる。一般にヤニ入りはん
だとしては、Snが40〜63重量％、残部Pbから成
るものが多く使用されるが、それはこの組成内に
あるものが183〜240℃で溶融するためはんだ鏝で
のはんだ付け作業に適しているからである。
しかるに、ヤニ入りはんだの約半分の量を占め
るSnは現在地球上で枯渇してゆく資源であるた
め、ヤニ入りはんだにおいてもその使用量をなる
べく少くすることが望まれているものである。
また、従来のヤニ入りはんだは上述した如く温
度的には鏝付け作業に適しているものであるが、
接合強度において必ずしも十分なものとはいえな
かつた。つまり、電子機器の信頼度を更に高める
ためには従来のSn―Pbはんだ合金よりも機械的
強度の強いはんだ合金が必要である。
ここで電子機器用のヤニ入りはんだ合金として
具備すべき条件を示すと下記の如くとなる。
(1) 液相線温度が高過ぎないこと
液相線温度が高いとそれを溶かすはんだ鏝の
温度も必然的に高くせざるをえなくなり、その
結果高温となつたはんだ鏝が熱に弱い電子部品
に影響して損傷させてしまうという虞れがあ
る。また、液相線温度の高いヤニ入りはんだを
溶かすはんだ鏝は、はんだ付け時、温度降下し
た鏝先の支持回復に時間がかかるため液相線温
度の高いヤニ入りはんだでは流れ作業で次から
次へと連続してはんだ付けすることができず作
業性を損うことになる。それ故、電子部品に熱
損傷を与えず、しかも作業性を損わない液相線
温度としては240℃以下が望ましい。
(2) 固相線温度が余り高くなく、しかも低過ぎな
いこと
固相線温度が高いということは、それよりも
上にある液相線温度も高くなることであり上記
(1)の条件の理由と同様、電子部品への熱影響お
よび作業性に問題が生ずる。しかるに液相線温
度が余りに低過ぎるとはんだ付け後はんだが凝
固するまでに時間がかかり、その間作業者は、
はんだ付け部が動かないように手で持つて待つ
ていなければならずやはり作業性に支障をきた
すことになる。ヤニ入りはんだとしての固相線
温度は170〜190℃にあれば作業性に何ら支障を
きたすことがなくなる。
(3) 鏝を用いたはんだ付けにおいて、はんだ付け
性が良好であること
JIS Ｃ 2512で規格化された樹脂系フラツク
スをはんだに充填し、これをはんだ鏝で電子部
品のリード線にはんだ付けした場合、はんだ付
け性が良好でなければならない。
(4) 塑性加工が可能であること
ヤニ入り線はんだの製造は、先ず押出機では
んだ合金を或る程度の太さに押出すと同時に押
出された線はんだの長手方向内部にヤニを充填
する。そしてヤニの充填された太い線状はんだ
を更に所望の線径まで伸線機で伸線して細いヤ
ニ入り線はんだとする。従つて、はんだ合金は
押出時に割れたり或いは伸線時に折れて切断す
るようなことがないものでなければならない。
(5) はんだ付け部に信頼性があること
テレビ、ラジオ、ビデオテープレコーダー等
の民生機器では製品完成後、振動試験を行う
が、はんだ付け部は該試験に十分耐えるような
ものでなければならない。
(6) 材料が廉価であること
最近の電子部品は大量生産されるため価格が
安くなつており、電子機器自体も安くしなけれ
ばならなくなつている。従つて電子機器メーカ
ーからは電子部品以外の副資材についてもその
副資材供給業者に対してコストダウンが迫られ
ている。つまり、電子機器の副資材であるヤニ
入りはんだとしては原料価格の大半を占める高
価なSnの含有量を少くしてこれに対拠してゆ
かなければならない。経済的な面から見れば
Snは45重量％以下が望ましい。
ここに本発明者らは上記のような条件をいずれ
も十分満足させるはんだ合金として、Sn25〜45
重量％、Sb0.5〜３重量％、Bi1〜５重量％残部
Pbからなる合金がよいことを見い出し本発明を
完成させた。
本願発明はんだ合金の組成範囲とその理由は次
の如くである。
Sn：はんだの濡れ性と適正なはんだ付け温度
を得るためのもので、25重量％より少ない
と濡れ性が悪くなり、またその分Pbや他
の成分が多くなつて液相線温度が高くなつ
てしまう。しかるに、45重量％を越えても
はんだの濡れ性の効果はそれ以上期待でき
ないしSnの多量の添加は材料費の高騰に
つながることになる。
Sb：Sbは、はんだの強度を向上させ、はんだ
付け後のはんだ表面に光沢を持たせる効果
がある。0.5重量％未満ではその効果が現
れず、３重量％より多くなるとはんだ付け
性を害するようになる。
Bi：Sn―Pb―Sb系合金にBiを添加すると液相
線、固相線を下げてはんだ付けの作業性を
改善することができる。１重量％より少な
いと温度降下の効果がないが、５重量％を
越えるとかえつて固相線温度が下がり過ぎ
て作業性を悪くする。また、Biを多量に
添加すると合金自体が脆くなり押出や伸線
等の塑性加工時、割れや切断の原因とな
る。
なお、本発明はんだ合金において多少の不純物
の混入、はんだ付け性や溶融温度を著しく変化さ
せない限り許容できるものである。はんだ合金の
不純物としてはAg、Cu、Zn、Fe、Al、As等が
考えられるが、Ag、Cuについては本発明が目的
とする溶融温度、即ち液相線温度240℃以下、固
相線温度190℃以下にある限りはんだ付け性、加
工性、信頼度等の特性に何ら悪影響を及ぼすこと
がない。上述本発明はんだ合金の組成内において
Agは１重量％まで、Cuは0.3重量％まで混入して
いてもはんだ合金の特性に影響を与えないことが
わかつた。しかるに、Zn、Fe、Al、Asはいずれ
も0.05重量％以上混入するとはんだ合金の特性、
特にはんだ付け性を悪くするものである。例え
ば、Znは本発明はんだ合金に0.03重量％混入した
だけではんだ付け時Znの酸化物が発生してはん
だ付け性を害し、しかもはんだ付け後はんだ表面
に該酸化物が付着して表面状態を汚くしてしまう
ものである。
次に本発明実施例および比較例、参考例を第１
表に示す。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solder alloy, particularly a solder alloy for use in wire soldering. The resin-containing solder used for soldering electronic devices is an alloy of Sn and Pb, and by changing the blending ratio, it is possible to select a solder with a melting temperature that suits the application. Generally, resin-containing solder consisting of 40 to 63% by weight Sn and the balance Pb is often used, but this is because solders in this composition melt at 183 to 240°C, so soldering with a soldering iron is required. This is because it is suitable for However, since Sn, which accounts for about half of the amount of resin-containing solder, is a resource that is currently being depleted on the earth, it is desirable to reduce the amount of Sn used in resin-containing solder as much as possible. In addition, as mentioned above, conventional resin-cored solder is suitable for troweling work in terms of temperature, but
It could not be said that the bonding strength was necessarily sufficient. In other words, in order to further improve the reliability of electronic devices, a solder alloy with higher mechanical strength than the conventional Sn--Pb solder alloy is required. Here, the conditions that should be met as a resin-cored solder alloy for electronic devices are as follows. (1) The liquidus temperature should not be too high. If the liquidus temperature is high, the temperature of the soldering iron that melts it must also be raised, and as a result, the high temperature soldering iron will melt the heat-sensitive electrons. There is a risk that the parts may be affected and damaged. In addition, when using a soldering iron that melts resin-cored solder with a high liquidus temperature, it takes time to recover the support of the iron tip whose temperature has dropped during soldering. It is not possible to solder the parts continuously, which impairs work efficiency. Therefore, it is desirable that the liquidus temperature be 240°C or less, which will not cause thermal damage to electronic components and will not impair workability. (2) The solidus temperature is neither too high nor too low. A high solidus temperature means that the liquidus temperature above it also becomes high.
Similar to the reason for condition (1), problems arise with heat effects on electronic components and workability. However, if the liquidus temperature is too low, it will take time for the solder to solidify after soldering, and during this time the operator will
The soldering part must be held in the hand to prevent it from moving, which again impedes workability. If the solidus temperature of resin-containing solder is between 170 and 190°C, there will be no problem with workability. (3) Good solderability when soldering with a soldering iron.Solder was filled with a resin flux standardized by JIS C 2512, and this was soldered to the lead wires of electronic components using a soldering iron. If so, the solderability must be good. (4) Possibility of plastic processing To manufacture resin-cored wire solder, first extrude the solder alloy to a certain thickness using an extruder, and at the same time fill the inside of the extruded wire solder in the longitudinal direction with resin. . Then, the resin-filled thick linear solder is further drawn with a wire drawing machine to a desired wire diameter to form a thin resin-filled wire solder. Therefore, the solder alloy must be such that it will not crack during extrusion or break and break during wire drawing. (5) The soldered parts must be reliable. Consumer devices such as televisions, radios, and video tape recorders are subjected to vibration tests after the product is completed, and the soldered parts must be able to withstand these tests. . (6) Inexpensive materials Recently, electronic parts have become cheaper because they are mass-produced, and electronic devices themselves have to be made cheaper. Therefore, electronic equipment manufacturers are pressuring suppliers of auxiliary materials other than electronic components to reduce costs. In other words, the content of expensive Sn, which accounts for most of the raw material cost, must be reduced for resin-containing solder, which is an auxiliary material for electronic devices. From an economic point of view
It is desirable that Sn be 45% by weight or less. Here, the present inventors have developed Sn25~45 as a solder alloy that fully satisfies all of the above conditions.
Weight%, Sb0.5~3wt%, Bi1~5wt% balance
They discovered that an alloy consisting of Pb is good and completed the present invention. The composition range of the solder alloy of the present invention and its reasons are as follows. Sn: This is used to obtain solder wettability and appropriate soldering temperature. If it is less than 25% by weight, wettability will deteriorate, and the amount of Pb and other components will increase accordingly, resulting in a higher liquidus temperature. I end up. However, even if Sn exceeds 45% by weight, no further effect on solder wettability can be expected, and addition of a large amount of Sn will lead to a rise in material costs. Sb: Sb has the effect of improving the strength of solder and giving gloss to the solder surface after soldering. If the amount is less than 0.5% by weight, the effect will not be exhibited, and if it is more than 3% by weight, the solderability will be impaired. Bi: Adding Bi to Sn--Pb--Sb alloys can lower the liquidus and solidus lines and improve soldering workability. If it is less than 1% by weight, there will be no effect of lowering the temperature, but if it exceeds 5% by weight, the solidus temperature will drop too much, which will impair workability. Furthermore, if a large amount of Bi is added, the alloy itself becomes brittle and may cause cracking or cutting during plastic processing such as extrusion or wire drawing. Incidentally, in the solder alloy of the present invention, some amount of impurity is allowed as long as it does not significantly change the solderability or melting temperature. Possible impurities in the solder alloy include Ag, Cu, Zn, Fe, Al, As, etc., but for Ag and Cu, the melting temperature targeted by the present invention, that is, the liquidus temperature is 240°C or less, and the solidus temperature is As long as the temperature is below 190°C, there will be no adverse effect on properties such as solderability, workability, and reliability. Within the composition of the solder alloy of the present invention described above,
It was found that even if Ag was mixed up to 1% by weight and Cu was mixed up to 0.3% by weight, it did not affect the properties of the solder alloy. However, when Zn, Fe, Al, and As are mixed at 0.05% by weight or more, the properties of the solder alloy
In particular, it impairs solderability. For example, if only 0.03% by weight of Zn is mixed into the solder alloy of the present invention, oxides of Zn will be generated during soldering, which will impair solderability.Furthermore, the oxides will adhere to the solder surface after soldering, resulting in poor surface condition. It makes things dirty. Next, Examples of the present invention, Comparative Examples, and Reference Examples are shown in the first section.
Shown in the table.
【表】
以上説明した如く、本発明ヤニ入り線はんだ用
合金は普通のヤニ入りはんだよりもSn量が少な
いにもかかわらず普通のヤニ入りはんだと同等以
上の特性を有し、ヤニ入りはんだとして電子機器
に用いた場合、信頼性、作業性の面で普通のヤニ
入りはんだよりも優れた効果を現すものである。
また、本発明はんだ合金は現在、将来とも不足ぎ
みで高価なSnの添加量が少ないため経済的な面
でも斯界に大きく寄与するものである。[Table] As explained above, the resin-cored wire solder alloy of the present invention has properties equal to or better than ordinary resin-cored solder, even though the Sn content is lower than that of ordinary resin-cored solder, and it can be used as resin-cored solder. When used in electronic devices, it exhibits superior effects in terms of reliability and workability compared to ordinary resin-containing solder.
In addition, the solder alloy of the present invention greatly contributes to the industry from an economic point of view, since it contains a small amount of Sn, which is currently and in the future likely to be in short supply and is expensive.