WO1995034401A1 - Alliage de soudage a haute resistance - Google Patents

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Toranosuke Kawaguchi
Takayuki Hayashi
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    • B23K35/262—Sn as the principal constituent

Definitions

  • the present invention relates to a high-strength solder alloy having high mechanical strength.
  • the components of the high-strength solder alloy proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 5-6 7552 are the total of 0.8 and 7.0 (0.8 to 7.0 (both Ag and Ge are less than 0% by weight). The mechanical strength of the resulting solder alloy was greatly enhanced.
  • an object of the present invention is to provide a high-strength solder alloy having higher mechanical strength and excellent wettability. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a Si force of 0.005 to 0.35% by weight
  • a high-strength solder alloy wherein Ca is comprised of 0.5 to 0.5% by weight.
  • the present inventors succeeded in increasing the mechanical properties of the solder alloy by adding Ge as shown in “High-strength solder alloy” of Japanese Patent Application No. 5-675552. .
  • the current soldering iron uses a rod made of Cu with Fe applied to it, so that it is half-finished. It was found that the addition of Ge in the alloy and the Fe of the soldering iron caused a reaction, and the compound layer, which was difficult to remove, easily adhered to the surface of the soldering iron. Therefore, as a result of examining the elements to be added to the solder alloy to measure the mechanical strength of the solder, the effect of adding Si was found.
  • Adding a refractory metal such as Si (1,414 ° C) to a Sn—Pb solder alloy may be surprising.
  • a number of studies have shown that small additions of Si have a significant effect on the properties of solder alloys.
  • Si has an epoch-making effect on the solder alloy, but since Si is originally a reducing element, A 1, Mn, Si, P, etc. are conceivable, but for A1, Mn, the effect is not recognized, and an oxide layer that is difficult to remove is formed on the surface of the soldered part, making it impossible to use as a solder alloy. It turned out that there was.
  • the melting temperature of solder alloy is 183 ° C, while the melting temperature of Si is 1, 4 Since it is 14 ° C, in order to add Si to the Sn-Pb-based solder alloy, the melting temperature is lower than the melting temperature of Ca-Si alloy, for example, Si. It is preferable to use a CaSi 2 compound at a temperature of 110 ° C. For this reason, the Ca force remains in the solder alloy at the same time as the Si, but the added Ca has a synergistic effect in increasing the strength of the solder alloy. This is particularly true when Pb is included as a solder alloy.
  • the eutectic alloy (Si 4.5% by weight, Ag 95.5% by weight; eutectic temperature 830 ° C) can be used as the master alloy.
  • the force Ag which includes 0.21%, contributes to the refinement of the crystallinity of the solder alloy.
  • the addition of Si requires a considerable increase in the melting temperature in the production of the alloy, so the effect of adding Si is relatively large for solder alloys with a relatively high boiling point and high Sn content. .
  • the present invention is characterized in that it contains 0.005 to 0.35% by weight of Si force, and in addition, Ag is 0 to 5.0% by weight and Sb force is 0 to 10.0%.
  • a high-strength solder alloy characterized by the following characteristics.
  • the present invention has the following effects as described above.
  • a CaSi 2 alloy was added to a solder alloy containing 10% by weight of Pb and 90% by weight of Sn so that the Si force was 0.003% by weight.
  • a solder wire containing grease was made, and this spread test (JISZ-3197-1986) was performed. The sample was placed on the test plate, heated at a temperature 40 to 50 C higher than the liquidus temperature of the solder, melted for about 30 seconds, and spread on the test plate. The spread surface after the test was measured with a branometer.
  • the former embodiment of the present invention has a tensile strength of 7.8 kgf / mm 2
  • has 5.3 kgf / mm. mm 2 indicating a 43% increase in strength.
  • a solder alloy (60%, Pb weight 40%) was also prepared under the same conditions.

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Description

曰月 糸田 β 高強度半田合金 技術分野
本発明は、 機械的強度の強い高強度半田合金に関する。 背景技術
従来、 本出願人は、 機械的強度の強い高強度半田合金を特願平 5 - 6 7 5 5 2号で提案した。
上述の特願平 5 - 6 7 5 5 2号で提案した高強度半田合金の構成成分は、 八 と 6 6の合計が0 . 8〜7 . 0 ( A gと G e共に 0重量％より大） であ り、 この結果得られた半田合金の機械的強度は、 大幅に強化された。
そこで、 本発明は、 より機械的強度が強く、 かつ、 濡れ性の優れた高強度 半田合金を提供することを目的とする。 発明の開示
本発明は、 S i力 0 . 0 0 0 5〜0 . 3 5重量％、
A g力 0〜5 . 0重量％、
S b力 0〜： L 0 . 0重量％、
B i力 0〜 1 0 . 0重量％、
S n力 2 0〜 9 5重量％、
P b力 0〜7 0重量％、
C aが、 0〜0 . 5重量％、 から成ることを特徴とする高強度半田合金で ある。
本発明者等は、 特願平 5— 6 7 5 5 2号の 『高強度半田合金』で、 示され るように G e添加によつて半田合金の機械的性質の高強度化に成功した。 しかし、 半田こてを用いる半田付け作業においては、 現用の半田こては C uから成るロッ ドに F eのめつきを施したものが用いられているため、 半 田合金中の添加 G eと半田こての F eとが反応を起こし、 半田こて表面に除 去しにくい化合物層がこびりつき易いことが判明した。 従って、 半田の機 械的強度の強化を計るための半田合金への添加元素を検討してみた結果、 S iの添加効果を発見した。
S iのような高融点金属 （ 1， 414°C) を S n— P b半田合金 （共晶溶 融温度 1 83°C) に添加することは奇想天外のことであるかもしれない。 しかし、 S iの微少な添加は半田合金の特性に大きな影響を与えることが数 多くの研究から判明した。
S iを 0. 0005〜0. 35重量％となるように添加すると、 以下の効 果を生じる。
( 1 ) S iを含有する半田合金から成る半田接合部の強度は、 従来の半田 合金の少なくとも 2倍近くに向上する。
(2 ) 半田にとって濡れ性の優れていることは、 極めて大切であるが、 特 に、 S iは半田合金の濡れ性を高める。 この効果はごく少量の P bを含む 合金の場合には、 一層顕著に発揮される。
(3 ) C uから成るロッ ドに F eのめつきを施した市販の半田こてを用 レ、、 本発明による含 S i半田合金で作業したとき、 たとえ長時間作業を継続 したとしても、 半田こての表面に化合物層を生じず、 作業を継続できる。
(4) 合金中に還元力の強い S iを含むため S iの還元効果によって、 半 田付け後の接合部にブローホールは存在しない。 このことによって半田付 け部の信頼性は向上する。
このように S iの添加は半田合金に画期的な影響を与えるが、 もともと S iは還元元素であるので、 半田付けに際して、 還元効果が発揮される還元 元素としては、 通常、 A 1 , M n , S i， P等が考えられるが、 A 1， Mnについては、 その効果が認められず、 半田付け部表面上に除去困難な酸 化物層を生じ、 半田合金として実用化不可能であるということが判明した。
Pについては、 半田への添加元素としてはすでに実用化されているが、 S iの添加効果には及ばない。
半田合金の溶融温度が 1 83°Cであるのに対し、 S iの溶融温度は、 1， 4 14°Cであるため、 S n— P b系半田合金に S iを添加するのためには、 C a - S i合金、 例えば、 S iの溶融温度と比較して低温度である溶融温度 1 0 1 2 °Cの C a S i 2 化合物を用いるのが良い。 このため、 S iと同時 に C a力 半田合金中に残留することになるが、 添加された C aとしては、 半田合金の強度を高める上で、 相乗効果がある。 特に、 このことは、 半田 合金として P bを含む場合に発揮される。
平軸受合金として知られる P bベース合金 （B ahnメタル） には、 その 強度を高めるために C aを添加することが知られている。
本発明合金の作製については、 S i添加のため、 ー ！！の共晶合金 ( S i 4. 5重量％, A g 95. 5重量％ ；共晶温度 830°C) を母合金と して用いることもできる。 このときには、 3丄を0. 001 %添加のときに は、 としては0. 2 1 %が含まれることになる力 A gは半田合金の結 晶微細化に貢献する。
上述したように S i添加については、 合金製作の上でかなり溶融温度を高 める必要があるので、 比較的沸点の高い S n含有量の高い半田合金の場合に は、 その添加効果が大きい。
この研究結果から本発明は、 S i力 0. 0005〜0. 35重量％含む ことが大きな特徴で、 この他 A gが、 0〜5. 0重量％、 S b力 0〜 1 0. 0重量％、 B i力 0〜 1 0. 0重量％、 S n力 20〜95重量 %、 P b力 0〜70重量％、 C a力 0〜0. 5重量％、 から構成されて いることを特徴とする高強度半田合金とした。
本発明は、 以上説明したように、 以下の効果を奏する。
( 1 ) S iを含有する半田合金から成る半田接合部の強度は、 従来の半田 合金の少なくとも 2倍近くに向上する。
(2) 半田にとって濡れ性の優れていることは、 極めて大切であるが、 特 に、 S iは半田合金の濡れ性を高める。 この効果はごく少量の P bでも存 在するときには顕著である。
(3) C uバー材の表面に F eめっきを施した市販の半田こてを用いて半 田付けを行ったとき、 半田こての表面に化合物層などが発生しないため、 半 田こてを清浄状態で長期に亘つて使用可能である。
( 4 ) 添加元素としての S iはもともと強力な還元性能を持つので、 S i含有半田合金を用いて作業を行うと、 半田接合部において起こりがちの ブローホールの発生を完全に防止できる。 このときの S i含有量として は、 0. 0005重量％という僅少量であろうと、 その添加効果を明確に認 めうる。
( 5 ) 環境問題に対応する P bフリ一の半田合金が要求されている現在、 S n—低 P b半田合金の開発において、 S i添加による新半田合金という本 発明の貢献は大きい。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を、 その実施例に基づいて説明する。
本実施例では、 P bが 1 0重量％、 S nが 90重量％から成る半田合金に S i力 0. 003重量％となるように C aS i 2 合金を用いて添加した。 この S iを添加した半田合金を用いて、 脂入り半田線を作り、 この拡がり 試験 （J I S Z— 3 1 97— 1 986) を行った。 試験板上に試料を載 せ、 半田の液相線温度より 40〜50 C高い温度で加熱し、 約 30秒間融解 して試験板上に拡がらせた。 テスト後の拡がり面をブラ二メータで測つ た。
この結果によると、 311 — ？ 1)合金 （ S nが重量 90 %, P bが重量 1 0%) のみである時には、 1. 8 cm2であったのに対し、 S iを含有させ た本実施例の半田合金では 2. 2 cm2となり、 約 20%もその拡がり性が向 上した。
次いで上記二種の合金を用いて、 直径 1画の合金線を作って引張り試験を 行った。 この結果引張り強度として前者の本発明の実施例は、 7. 8kgf/ mm2 、 S n— P b合金 （ S nが重量 90%, P bが重量 1 0%) は、 5. 3 kgf/mm2 であり、 約 43 %の強度増加を示した。
次に、 S i添加による半田接合部の機械的強度の向上について他の実施例 にて検討してみる。 S n力 63重量％， Pb力 37重量％から成る半 田合金に S i力 0. 008重量％、 八 が1. 68重量％となるように添 加した。 これは A g— S n共晶合金 （溶融温度 830。C) を用いて
5 iを添加した場合であって、 比較のため S n - P b合金 （ S nが重量
60%, P bが重量 40%) の半田合金も同一条件下で試料作製した。 両 合金を用いて直径 1 mmの合金線を作った。
これらの引張り試験を行った結果、 S iを含有しない従来の半田合金では 4. 2 kgf/cm2であるに対し、 この S iを含有する本実施例の半田合金から 成る半田合金線では、 6. 8 kgf/cm2で、 約 62 %という大きな強度増加が 見られた。

Claims

言青 求 の 範 囲
.
S iカ^ 0. 0005〜0. 35重量％、
A g力 0〜5. 0重量％、
S b力 0〜 1 0. 0重量％、
B i力 0〜； L 0. 0重量％、
S n力 20〜 95重量％、
P b力 0〜 70重量％、
C a力 0〜0. 5重量％、 から成ることを特徴とする高強度半田合金,
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