JP2000351065A - 鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法にて半田付けされた接合体 - Google Patents
鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法にて半田付けされた接合体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉛フリー半田においてその融点の低温化を図
り、かつ該鉛フリー半田にて接合される部分における接
合強度の劣化を防止する、鉛フリー半田の半田付け方
法、及び当該半田付け方法を用いて半田付けされた接合
体を提供する。 【解決手段】 鉛を含有しない錫の合金である鉛フリー
半田を溶融し、溶融した上記鉛フリー半田を凝固させる
とき、当該鉛フリー半田にて接合される接合体及び上記
鉛フリー半田の少なくとも一方に対して超音波振動を作
用させて凝固させる。よって、上記接合体との接合界面
にて上記鉛フリー半田における含有成分の結晶の微細化
及び上記含有成分の偏析防止を行い、上記接合界面にお
ける接合強度を増すことができる。
り、かつ該鉛フリー半田にて接合される部分における接
合強度の劣化を防止する、鉛フリー半田の半田付け方
法、及び当該半田付け方法を用いて半田付けされた接合
体を提供する。 【解決手段】 鉛を含有しない錫の合金である鉛フリー
半田を溶融し、溶融した上記鉛フリー半田を凝固させる
とき、当該鉛フリー半田にて接合される接合体及び上記
鉛フリー半田の少なくとも一方に対して超音波振動を作
用させて凝固させる。よって、上記接合体との接合界面
にて上記鉛フリー半田における含有成分の結晶の微細化
及び上記含有成分の偏析防止を行い、上記接合界面にお
ける接合強度を増すことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉛を含有しない、
いわゆる鉛フリー半田を用いた半田付け方法、及び当該
半田付け方法を用いて半田付けされた接合体に関する。
いわゆる鉛フリー半田を用いた半田付け方法、及び当該
半田付け方法を用いて半田付けされた接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境保護が叫ばれ、プリント基板
上に電子部品を固定するときに以前より使用しているＳ
ｎ−Ｐｂ（錫−鉛）系の半田に含まれている鉛も環境ひ
いては人体に悪影響を及ぼすことから、該鉛を含有しな
い、いわゆる鉛フリー半田が開発されつつある。現在、
鉛フリー半田としては、Ｓｎ−Ｃｕ（錫−銅）系、Ｓｎ
−Ａｇ（錫−銀）系、Ｓｎ−Ｚｎ（錫−亜鉛）系、Ｓｎ
−Ｂｉ（錫−ビスマス）系、Ｓｎ−Ｉｎ（錫−インジウ
ム）系、Ｉｎ−Ａｇ（インジウム−銀）系、等が開発さ
れ、特に、上記Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚ
ｎ系が有力である。
上に電子部品を固定するときに以前より使用しているＳ
ｎ−Ｐｂ（錫−鉛）系の半田に含まれている鉛も環境ひ
いては人体に悪影響を及ぼすことから、該鉛を含有しな
い、いわゆる鉛フリー半田が開発されつつある。現在、
鉛フリー半田としては、Ｓｎ−Ｃｕ（錫−銅）系、Ｓｎ
−Ａｇ（錫−銀）系、Ｓｎ−Ｚｎ（錫−亜鉛）系、Ｓｎ
−Ｂｉ（錫−ビスマス）系、Ｓｎ−Ｉｎ（錫−インジウ
ム）系、Ｉｎ−Ａｇ（インジウム−銀）系、等が開発さ
れ、特に、上記Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚ
ｎ系が有力である。
【０００３】しかしながら、従来の、鉛を含有する上記
Ｓｎ−Ｐｂ系の共晶半田の融点である１８３℃に比べ
て、上記Ｓｎ−Ｃｕ系の、例えばＳｎ−０．７Ｃｕの組
成にてなる鉛フリー半田における融点は２２７℃であ
り、上記Ｓｎ−Ａｇ系の、例えばＳｎ−３．５Ａｇの組
成にてなる鉛フリー半田における融点は２２１℃であ
り、上記Ｓｎ−Ｚｎ系の、例えばＳｎ−８Ｚｎの組成に
てなる鉛フリー半田における融点は１９９℃である。こ
れらの中では、上記Ｓｎ−Ｚｎ系の融点が最も低いが、
Ｚｎは酸化しやすいため、上述のようにプリント基板上
への電子部品の固定用として使用するには、上記酸化防
止の有効な手段が見出せていない現状にあってはＳｎ−
Ｚｎ系の鉛フリー半田には問題がある。よって、現在の
ところ有力な鉛フリー半田としては、上記Ｓｎ−Ｃｕ
系、及びＳｎ−Ａｇ系となるが、いずれの場合も上述の
ように上記共晶半田の融点に比べて約４０℃程、融点が
高い。
Ｓｎ−Ｐｂ系の共晶半田の融点である１８３℃に比べ
て、上記Ｓｎ−Ｃｕ系の、例えばＳｎ−０．７Ｃｕの組
成にてなる鉛フリー半田における融点は２２７℃であ
り、上記Ｓｎ−Ａｇ系の、例えばＳｎ−３．５Ａｇの組
成にてなる鉛フリー半田における融点は２２１℃であ
り、上記Ｓｎ−Ｚｎ系の、例えばＳｎ−８Ｚｎの組成に
てなる鉛フリー半田における融点は１９９℃である。こ
れらの中では、上記Ｓｎ−Ｚｎ系の融点が最も低いが、
Ｚｎは酸化しやすいため、上述のようにプリント基板上
への電子部品の固定用として使用するには、上記酸化防
止の有効な手段が見出せていない現状にあってはＳｎ−
Ｚｎ系の鉛フリー半田には問題がある。よって、現在の
ところ有力な鉛フリー半田としては、上記Ｓｎ−Ｃｕ
系、及びＳｎ−Ａｇ系となるが、いずれの場合も上述の
ように上記共晶半田の融点に比べて約４０℃程、融点が
高い。
【０００４】例えば、プリント基板上への電子部品の固
定用に、上記Ｓｎ−Ｃｕ系及びＳｎ−Ａｇ系の鉛フリー
半田を使用する場合、一般的な電子部品の耐熱温度が約
２３０℃であることから、従来の上記共晶半田を用いる
場合には約５０℃の熱的余裕があったが、上記Ｓｎ−Ｃ
ｕ系及びＳｎ−Ａｇ系の鉛フリー半田では温度的にほと
んど余裕がなくなってしまう。又、例えばアルミ電解コ
ンデンサ等のような弱耐熱性部品についてはなおさらで
ある。そこで、できるだけ従来の共晶半田における融
点、若しくはそれ以下に鉛フリー半田の融点を下げるた
め、融点を下げる作用を有する金属である融点降下作用
金属としてＢｉ（ビスマス）やＩｎ（インジウム）等を
添加した、例えばＳｎ−３．５Ａｇ−６Ｂｉや、Ｓｎ−
３．５Ａｇ−３Ｂｉ−３Ｉｎ等の組成からなる鉛フリー
半田が提案されている。
定用に、上記Ｓｎ−Ｃｕ系及びＳｎ−Ａｇ系の鉛フリー
半田を使用する場合、一般的な電子部品の耐熱温度が約
２３０℃であることから、従来の上記共晶半田を用いる
場合には約５０℃の熱的余裕があったが、上記Ｓｎ−Ｃ
ｕ系及びＳｎ−Ａｇ系の鉛フリー半田では温度的にほと
んど余裕がなくなってしまう。又、例えばアルミ電解コ
ンデンサ等のような弱耐熱性部品についてはなおさらで
ある。そこで、できるだけ従来の共晶半田における融
点、若しくはそれ以下に鉛フリー半田の融点を下げるた
め、融点を下げる作用を有する金属である融点降下作用
金属としてＢｉ（ビスマス）やＩｎ（インジウム）等を
添加した、例えばＳｎ−３．５Ａｇ−６Ｂｉや、Ｓｎ−
３．５Ａｇ−３Ｂｉ−３Ｉｎ等の組成からなる鉛フリー
半田が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の共晶半田では、
ほぼ瞬時的に溶融状態から凝固状態へ変化する。一方、
上記Ｂｉを添加することで、その添加量に比例して鉛フ
リー半田の融点は下がるが、例えばＢｉを含有させるこ
とで該鉛フリー半田では、溶融状態から凝固するまでの
温度範囲が従来の共晶半田に比べて広くなり、凝固進行
中において部分的に凝固した部分と未だ溶融状態にある
部分とが混在する状態が生じる。よって、図８に示すよ
うに、電子部品１とプリント基板５の電極２との接合部
分３にて、鉛フリー半田４中にて大きく成長した例えば
Ｂｉの結晶が偏析する場合が発生する。尚、図８の接合
部拡大部分は、接合部分３における鉛フリー半田４の組
成を模式的に図示しており、図示する”○”が例えばＢ
ｉに相当し、”□”は例えばＡｇに相当する。又、電極
２との接合界面部分に図示する”△”は、電極２の材質
であるＣｕと、鉛フリー半田内のＳｎとの化合物に相当
する。
ほぼ瞬時的に溶融状態から凝固状態へ変化する。一方、
上記Ｂｉを添加することで、その添加量に比例して鉛フ
リー半田の融点は下がるが、例えばＢｉを含有させるこ
とで該鉛フリー半田では、溶融状態から凝固するまでの
温度範囲が従来の共晶半田に比べて広くなり、凝固進行
中において部分的に凝固した部分と未だ溶融状態にある
部分とが混在する状態が生じる。よって、図８に示すよ
うに、電子部品１とプリント基板５の電極２との接合部
分３にて、鉛フリー半田４中にて大きく成長した例えば
Ｂｉの結晶が偏析する場合が発生する。尚、図８の接合
部拡大部分は、接合部分３における鉛フリー半田４の組
成を模式的に図示しており、図示する”○”が例えばＢ
ｉに相当し、”□”は例えばＡｇに相当する。又、電極
２との接合界面部分に図示する”△”は、電極２の材質
であるＣｕと、鉛フリー半田内のＳｎとの化合物に相当
する。
【０００６】一方、Ｂｉ自体の硬度は、Ｓｎ，Ａｇに比
べて高いため、例えば数十重量％にてＢｉを含有させた
ときに、Ｂｉ結晶の上記偏析によってＢｉが集合した部
分における当該鉛フリー半田の強度は脆くなってしま
う。よって、上記電極２との接合界面部分にＢｉ結晶が
偏在し凝固してしまったようなときには、該接合界面部
分での接合強度は低くなる。したがって、上記電極２と
電子部品１との十分な接合強度が得られないという問題
が生じる。そこで、その接合強度の信頼性の点から現在
でのＢｉ含有量は、数重量％に留まざるを得ず、よって
融点の十分な低温化が図られていないのが現状である。
又、このような現状の鉛フリー半田を使用したときに
は、上述のようにその融点が共晶半田よりも高いため、
共晶半田を用いる場合に比べて半田溶融に要する例えば
電力が多くならざるを得ず、コスト、省エネルギー的に
も問題があり、又、耐熱性の低い部品は上記鉛フリー半
田を用いた半田付けができない。本発明は、このような
問題点を解決するためになされたもので、鉛フリー半田
においてその融点の低温化を図り、かつ該鉛フリー半田
にて接合される部分における接合強度の劣化を防止す
る、鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方
法を用いて半田付けされた接合体を提供することを目的
とする。
べて高いため、例えば数十重量％にてＢｉを含有させた
ときに、Ｂｉ結晶の上記偏析によってＢｉが集合した部
分における当該鉛フリー半田の強度は脆くなってしま
う。よって、上記電極２との接合界面部分にＢｉ結晶が
偏在し凝固してしまったようなときには、該接合界面部
分での接合強度は低くなる。したがって、上記電極２と
電子部品１との十分な接合強度が得られないという問題
が生じる。そこで、その接合強度の信頼性の点から現在
でのＢｉ含有量は、数重量％に留まざるを得ず、よって
融点の十分な低温化が図られていないのが現状である。
又、このような現状の鉛フリー半田を使用したときに
は、上述のようにその融点が共晶半田よりも高いため、
共晶半田を用いる場合に比べて半田溶融に要する例えば
電力が多くならざるを得ず、コスト、省エネルギー的に
も問題があり、又、耐熱性の低い部品は上記鉛フリー半
田を用いた半田付けができない。本発明は、このような
問題点を解決するためになされたもので、鉛フリー半田
においてその融点の低温化を図り、かつ該鉛フリー半田
にて接合される部分における接合強度の劣化を防止す
る、鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方
法を用いて半田付けされた接合体を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１態様であ
る、鉛フリー半田の半田付け方法は、鉛を含有しない錫
の合金である鉛フリー半田を溶融し、溶融した上記鉛フ
リー半田を凝固させるとき、当該鉛フリー半田にて接合
される装着物及び被装着材、並びに上記鉛フリー半田の
少なくとも一方に対して上記装着物と被装着材との接合
強度を増す超音波振動を作用させる、ことを特徴とす
る。
る、鉛フリー半田の半田付け方法は、鉛を含有しない錫
の合金である鉛フリー半田を溶融し、溶融した上記鉛フ
リー半田を凝固させるとき、当該鉛フリー半田にて接合
される装着物及び被装着材、並びに上記鉛フリー半田の
少なくとも一方に対して上記装着物と被装着材との接合
強度を増す超音波振動を作用させる、ことを特徴とす
る。
【０００８】又、上記超音波振動は、上記鉛フリー半田
における含有成分の結晶の微細化及び上記含有成分の偏
析防止を行い、上記装着物と被装着材との接合強度を増
す振動であってもよい。
における含有成分の結晶の微細化及び上記含有成分の偏
析防止を行い、上記装着物と被装着材との接合強度を増
す振動であってもよい。
【０００９】又、本発明の第２態様である接合体は、上
記第１態様の鉛フリー半田の半田付け方法を用いて半田
付けされたことを特徴とする。
記第１態様の鉛フリー半田の半田付け方法を用いて半田
付けされたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態における、鉛フ
リー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法を用い
て半田付けされた接合体について、図を参照しながら以
下に説明する。尚、各図において同じ構成部分について
は同じ符号を付している。又、上記接合体の一例として
本実施形態では、被装着材の一例であるプリント基板上
に装着物の一例である電子部品を半田付けする場合にお
ける、上記プリント基板及び上記電子部品を例に採る。
リー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法を用い
て半田付けされた接合体について、図を参照しながら以
下に説明する。尚、各図において同じ構成部分について
は同じ符号を付している。又、上記接合体の一例として
本実施形態では、被装着材の一例であるプリント基板上
に装着物の一例である電子部品を半田付けする場合にお
ける、上記プリント基板及び上記電子部品を例に採る。
【００１１】本実施形態では、鉛を含有しない錫の合金
である半田、つまり鉛フリー半田の一例として、上記Ｓ
ｎ−Ａｇ系半田に当該鉛フリー半田の融点を下げる作用
を有する金属、つまり融点降下作用金属としてＢｉを添
加した鉛フリー半田を例に採る。しかしながら、鉛フリ
ー半田の組成は、これに限定するものではなく、上述し
たＳｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−
Ｉｎ系、Ｉｎ−Ａｇ系等であって、添加する上記融点降
下作用金属としてＢｉ，Ｉｎ，Ｃｕ等が考えられる。
尚、ここで、上記融点降下作用金属とは、約０．５重量
％を超えるものをいい、又、例えばＢｉ等の単体である
場合に限らず例えばＢｉ等を含有した合金の場合もあ
る。
である半田、つまり鉛フリー半田の一例として、上記Ｓ
ｎ−Ａｇ系半田に当該鉛フリー半田の融点を下げる作用
を有する金属、つまり融点降下作用金属としてＢｉを添
加した鉛フリー半田を例に採る。しかしながら、鉛フリ
ー半田の組成は、これに限定するものではなく、上述し
たＳｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−
Ｉｎ系、Ｉｎ−Ａｇ系等であって、添加する上記融点降
下作用金属としてＢｉ，Ｉｎ，Ｃｕ等が考えられる。
尚、ここで、上記融点降下作用金属とは、約０．５重量
％を超えるものをいい、又、例えばＢｉ等の単体である
場合に限らず例えばＢｉ等を含有した合金の場合もあ
る。
【００１２】上記鉛フリー半田の半田付け方法は、図１
に示されるような工程を有する。当該半田付け方法にて
使用した鉛フリー半田１０１は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉの組
成にてなるものを使用し、Ｂｉ含有量としては、２０重
量％、４０重量％とした。尚、Ｂｉ含有量の最大値は、
Ａｇを含まずＳｎと共晶状態となる５８重量％（Ｓｎ−
５８Ｂｉ）である。図１に示す鉛フリー半田の半田付け
方法において、ステップ（図内では「Ｓ」にて示す）１
では、上記組成における、例えばＳｎ−３．５Ａｇ−４
０Ｂｉの組成にてなる鉛フリー半田１０１を溶融する。
次のステップ２では、上記接合体を構成する、上記電子
部品１及びプリント基板５について、電子部品１と上記
プリント基板５上の電極２との接合部分３に対して鉛フ
リー半田１０１を接触させる。
に示されるような工程を有する。当該半田付け方法にて
使用した鉛フリー半田１０１は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉの組
成にてなるものを使用し、Ｂｉ含有量としては、２０重
量％、４０重量％とした。尚、Ｂｉ含有量の最大値は、
Ａｇを含まずＳｎと共晶状態となる５８重量％（Ｓｎ−
５８Ｂｉ）である。図１に示す鉛フリー半田の半田付け
方法において、ステップ（図内では「Ｓ」にて示す）１
では、上記組成における、例えばＳｎ−３．５Ａｇ−４
０Ｂｉの組成にてなる鉛フリー半田１０１を溶融する。
次のステップ２では、上記接合体を構成する、上記電子
部品１及びプリント基板５について、電子部品１と上記
プリント基板５上の電極２との接合部分３に対して鉛フ
リー半田１０１を接触させる。
【００１３】次のステップ３では、接合部分３を含む鉛
フリー半田１０１の冷却を開始し、さらに、少なくとも
上記接合部分３に下記の結晶の微細化及び偏在防止を図
る程度の周波数の振動、例えば数μｍの振幅が生じるよ
うに、超音波発振器の超音波ホーンをプリント基板５に
接触させる。このように接合部分３に対して超音波振動
を作用させることで、該超音波振動により鉛フリー半田
１０１が振動する。よって、図８に示すように肥大化し
たＢｉの結晶３１は、該振動の作用により、図３に示す
ように微細化され、かつ上記振動の作用により鉛フリー
半田１０１が混ぜ合わされるので、例えば電極２の接合
界面にＢｉの結晶が偏在することを防止することができ
る。その結果、当該鉛フリー半田１０１におけるＢｉ以
外の成分、例えばＳｎやＡｇ等に比べて硬度の高いＢｉ
の結晶が、例えば電極２の接合界面に集合した状態で偏
析し凝固することはなくなる。又、本実施形態における
鉛フリー半田１０１の成分のように、Ａｇを含有する場
合、ＳｎとＡｇとの合金が生成され析出するが、上記超
音波振動はこのようなＳｎ−Ａｇ合金の結晶をも微細化
するように働く。したがって、接合部分３の全体がほぼ
均一な組成となり、かつ各組成の結晶は微細化されてい
るので、接合部分３の全体の強度を均一化でき、上記電
極２の接合界面における接合強度を、超音波振動を作用
させない従来の場合に比べて、高めることができる。
フリー半田１０１の冷却を開始し、さらに、少なくとも
上記接合部分３に下記の結晶の微細化及び偏在防止を図
る程度の周波数の振動、例えば数μｍの振幅が生じるよ
うに、超音波発振器の超音波ホーンをプリント基板５に
接触させる。このように接合部分３に対して超音波振動
を作用させることで、該超音波振動により鉛フリー半田
１０１が振動する。よって、図８に示すように肥大化し
たＢｉの結晶３１は、該振動の作用により、図３に示す
ように微細化され、かつ上記振動の作用により鉛フリー
半田１０１が混ぜ合わされるので、例えば電極２の接合
界面にＢｉの結晶が偏在することを防止することができ
る。その結果、当該鉛フリー半田１０１におけるＢｉ以
外の成分、例えばＳｎやＡｇ等に比べて硬度の高いＢｉ
の結晶が、例えば電極２の接合界面に集合した状態で偏
析し凝固することはなくなる。又、本実施形態における
鉛フリー半田１０１の成分のように、Ａｇを含有する場
合、ＳｎとＡｇとの合金が生成され析出するが、上記超
音波振動はこのようなＳｎ−Ａｇ合金の結晶をも微細化
するように働く。したがって、接合部分３の全体がほぼ
均一な組成となり、かつ各組成の結晶は微細化されてい
るので、接合部分３の全体の強度を均一化でき、上記電
極２の接合界面における接合強度を、超音波振動を作用
させない従来の場合に比べて、高めることができる。
【００１４】さらに、上記超音波振動を作用することで
以下の効果を得ることもできる。即ち、上述したよう
に、Ｃｕを主成分とする電極２や電子部品１の電極の表
面部分には、鉛フリー半田１０１に含まれるＳｎと上記
Ｃｕとの化合物が形成されているが、上記超音波振動を
作用させることで、該振動により上記Ｓｎ−Ｃｕ化合物
を含む層が鉛フリー半田１０１内へ拡散し、成長する。
このＳｎ−Ｃｕ化合物を含む層の厚み１０２が適切な値
になるように超音波振動を作用させることで、より上記
電極２の接合界面における接合強度を高めることができ
る。尚、上記厚み１０２は、上記適切値を超えると、逆
に、上記接合強度は弱くなるので、周波数や超音波振動
を制御する必要がある。
以下の効果を得ることもできる。即ち、上述したよう
に、Ｃｕを主成分とする電極２や電子部品１の電極の表
面部分には、鉛フリー半田１０１に含まれるＳｎと上記
Ｃｕとの化合物が形成されているが、上記超音波振動を
作用させることで、該振動により上記Ｓｎ−Ｃｕ化合物
を含む層が鉛フリー半田１０１内へ拡散し、成長する。
このＳｎ−Ｃｕ化合物を含む層の厚み１０２が適切な値
になるように超音波振動を作用させることで、より上記
電極２の接合界面における接合強度を高めることができ
る。尚、上記厚み１０２は、上記適切値を超えると、逆
に、上記接合強度は弱くなるので、周波数や超音波振動
を制御する必要がある。
【００１５】さらに又、上記超音波振動を与えること
で、鉛フリー半田の表面張力を低下させることができる
ので、いわゆる濡れ性を向上させることができる。よっ
て上記接合強度を高めることができる。
で、鉛フリー半田の表面張力を低下させることができる
ので、いわゆる濡れ性を向上させることができる。よっ
て上記接合強度を高めることができる。
【００１６】以上のように、超音波振動による上記接合
部分３における振幅値及び周波数は、上記接合体の接合
界面にて上記鉛フリー半田における含有成分、例えば上
述のようにＢｉ、の結晶の微細化、及びＳｎ−Ａｇのよ
うな生成された合金結晶の微細化、並びに上記含有成分
及び合金結晶の偏析防止を行い、上記接合界面における
プリント基板５の電極２と電子部品１の電極との接合強
度を増す値であり、さらには、上記接合界面に存在する
上記Ｓｎ−Ｃｕ化合物を含む層の厚みを増し上記接合界
面における接合強度を増す値であり、さらには上記濡れ
性を増す値である。
部分３における振幅値及び周波数は、上記接合体の接合
界面にて上記鉛フリー半田における含有成分、例えば上
述のようにＢｉ、の結晶の微細化、及びＳｎ−Ａｇのよ
うな生成された合金結晶の微細化、並びに上記含有成分
及び合金結晶の偏析防止を行い、上記接合界面における
プリント基板５の電極２と電子部品１の電極との接合強
度を増す値であり、さらには、上記接合界面に存在する
上記Ｓｎ−Ｃｕ化合物を含む層の厚みを増し上記接合界
面における接合強度を増す値であり、さらには上記濡れ
性を増す値である。
【００１７】又、上記超音波振動の作用を開始する時刻
としては、図２に示す時刻ｔ１のように、溶融している
鉛フリー半田１０１の冷却開始と同時に始めても良い
し、時刻ｔ０のように上記冷却開始前から始めても良
い。少なくとも、時刻ｔ２のように、当該鉛フリー半田
１０１の温度が当該鉛フリー半田１０１の凝固点に達す
る直前には、作用を開始する必要がある。尚、上記超音
波振動の作用の終了時点は、当該鉛フリー半田１０１が
完全に凝固した以後である。尚、上記超音波振動は、連
続的に作用させるのが好ましいが、断続的に作用させる
こともできる。
としては、図２に示す時刻ｔ１のように、溶融している
鉛フリー半田１０１の冷却開始と同時に始めても良い
し、時刻ｔ０のように上記冷却開始前から始めても良
い。少なくとも、時刻ｔ２のように、当該鉛フリー半田
１０１の温度が当該鉛フリー半田１０１の凝固点に達す
る直前には、作用を開始する必要がある。尚、上記超音
波振動の作用の終了時点は、当該鉛フリー半田１０１が
完全に凝固した以後である。尚、上記超音波振動は、連
続的に作用させるのが好ましいが、断続的に作用させる
こともできる。
【００１８】上述のように超音波振動を作用させた場
合、及び作用させない従来の場合における上記接合強度
を求める実験を行った。その実験方法を図７に示し、実
験結果を図４〜図６に示す。実験方法は、上記鉛フリー
半田を用いて上記電極２に接合した電子部品１のリード
を４５度方向へ引っ張り、上記リードと電極２との間の
剥離や、上記リード又は電極２の破断に至るまでの引張
強度を調べた。又、図４は、Ｓｎ−３．５Ａｇ−４０Ｂ
ｉの組成にてなる鉛フリー半田を用いた場合の実験結果
であり、図５は、Ｓｎ−３．５Ａｇ−２０Ｂｉの場合の
実験結果であり、図６は、Ｓｎ−３．５Ａｇ−６Ｂｉの
場合の実験結果である。尚、上記Ｓｎ−３．５Ａｇ−４
０Ｂｉの組成にてなる鉛フリー半田の融点は約１８０℃
であり、上記Ｓｎ−３．５Ａｇ−２０Ｂｉの組成にてな
る鉛フリー半田の融点は約２００℃であり、上記Ｓｎ−
３．５Ａｇ−６Ｂｉの組成にてなる鉛フリー半田の融点
は約２１６℃である。特に図４及び図５に示す実験結果
から明らかなように、超音波振動を作用させない場合に
比べて作用させた方が、引張強度が向上することがわか
る。さらに、図４及び図５と、図６との実験結果から明
らかなように、Ｂｉ含有量が多い鉛フリー半田におい
て、超音波振動の作用が有効であることが判る。
合、及び作用させない従来の場合における上記接合強度
を求める実験を行った。その実験方法を図７に示し、実
験結果を図４〜図６に示す。実験方法は、上記鉛フリー
半田を用いて上記電極２に接合した電子部品１のリード
を４５度方向へ引っ張り、上記リードと電極２との間の
剥離や、上記リード又は電極２の破断に至るまでの引張
強度を調べた。又、図４は、Ｓｎ−３．５Ａｇ−４０Ｂ
ｉの組成にてなる鉛フリー半田を用いた場合の実験結果
であり、図５は、Ｓｎ−３．５Ａｇ−２０Ｂｉの場合の
実験結果であり、図６は、Ｓｎ−３．５Ａｇ−６Ｂｉの
場合の実験結果である。尚、上記Ｓｎ−３．５Ａｇ−４
０Ｂｉの組成にてなる鉛フリー半田の融点は約１８０℃
であり、上記Ｓｎ−３．５Ａｇ−２０Ｂｉの組成にてな
る鉛フリー半田の融点は約２００℃であり、上記Ｓｎ−
３．５Ａｇ−６Ｂｉの組成にてなる鉛フリー半田の融点
は約２１６℃である。特に図４及び図５に示す実験結果
から明らかなように、超音波振動を作用させない場合に
比べて作用させた方が、引張強度が向上することがわか
る。さらに、図４及び図５と、図６との実験結果から明
らかなように、Ｂｉ含有量が多い鉛フリー半田におい
て、超音波振動の作用が有効であることが判る。
【００１９】又、このように超音波振動の作用により、
Ｂｉ含有量が従来に比べて多い鉛フリー半田であっても
その信頼性を得ることができる。よって、従来の鉛フリ
ー半田に比べて融点の低い鉛フリー半田を使用すること
ができ、その結果、例えば、弱耐熱性部品を鉛フリー半
田にてプリント基板等に固定することが可能となり、
又、鉛フリー半田を溶融させるために要する電力を従来
の鉛フリー半田の場合に比べて低下させることができ、
省エネルギー、究極的には環境保護に寄与することにな
るという効果もある。
Ｂｉ含有量が従来に比べて多い鉛フリー半田であっても
その信頼性を得ることができる。よって、従来の鉛フリ
ー半田に比べて融点の低い鉛フリー半田を使用すること
ができ、その結果、例えば、弱耐熱性部品を鉛フリー半
田にてプリント基板等に固定することが可能となり、
又、鉛フリー半田を溶融させるために要する電力を従来
の鉛フリー半田の場合に比べて低下させることができ、
省エネルギー、究極的には環境保護に寄与することにな
るという効果もある。
【００２０】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の第１態様の
鉛フリー半田の半田付け方法によれば、溶融している鉛
フリー半田を凝固させるときに超音波振動を作用させる
ことから、該鉛フリー半田にて接合される装着物及び被
装着材の少なくとも一方の接合界面にて、当該鉛フリー
半田の含有成分の結晶の微細化及び偏析防止が図られ、
上記接合界面における上記装着物と被装着材との接合強
度を、上記超音波振動を作用させない場合に比べて増す
ことができる。
鉛フリー半田の半田付け方法によれば、溶融している鉛
フリー半田を凝固させるときに超音波振動を作用させる
ことから、該鉛フリー半田にて接合される装着物及び被
装着材の少なくとも一方の接合界面にて、当該鉛フリー
半田の含有成分の結晶の微細化及び偏析防止が図られ、
上記接合界面における上記装着物と被装着材との接合強
度を、上記超音波振動を作用させない場合に比べて増す
ことができる。
【００２１】又、本発明の第２態様における、上記半田
付け方法を用いて半田付けされた接合体によれば、当該
接合体の接合界面では、上述のように鉛フリー半田の含
有成分の結晶の微細化及び偏析防止が図られており上記
接合界面における接合強度は上記超音波振動を作用させ
ない場合に比べて増している。よって、接合強度の高い
接合体を提供することができる。
付け方法を用いて半田付けされた接合体によれば、当該
接合体の接合界面では、上述のように鉛フリー半田の含
有成分の結晶の微細化及び偏析防止が図られており上記
接合界面における接合強度は上記超音波振動を作用させ
ない場合に比べて増している。よって、接合強度の高い
接合体を提供することができる。
【図１】 本発明の実施形態における鉛フリー半田の半
田付け方法の工程を示すフローチャートである。
田付け方法の工程を示すフローチャートである。
【図２】 図１に示す超音波振動を作用させるタイミン
グを説明するための図である。
グを説明するための図である。
【図３】 図１に示す半田付け方法における超音波振動
を作用させた場合における、プリント基板の電極と電子
部品との接合部分での、鉛フリー半田の含有成分の結晶
の状態を説明するための概念図である。
を作用させた場合における、プリント基板の電極と電子
部品との接合部分での、鉛フリー半田の含有成分の結晶
の状態を説明するための概念図である。
【図４】 Ｓｎ−３．５Ａｇ−４０Ｂｉの組成にてなる
鉛フリー半田の場合で、超音波振動の作用の有無と引張
強度との関係を示すグラフである。
鉛フリー半田の場合で、超音波振動の作用の有無と引張
強度との関係を示すグラフである。
【図５】 Ｓｎ−３．５Ａｇ−２０Ｂｉの組成にてなる
鉛フリー半田の場合で、超音波振動の作用の有無と引張
強度との関係を示すグラフである。
鉛フリー半田の場合で、超音波振動の作用の有無と引張
強度との関係を示すグラフである。
【図６】 Ｓｎ−３．５Ａｇ−６Ｂｉの組成にてなる鉛
フリー半田の場合で、超音波振動の作用の有無と引張強
度との関係を示すグラフである。
フリー半田の場合で、超音波振動の作用の有無と引張強
度との関係を示すグラフである。
【図７】 上記引張強度の測定方法を説明するための図
である。
である。
【図８】 プリント基板の電極と電子部品との接合部分
について、超音波振動を作用させない場合における鉛フ
リー半田の含有成分の結晶の状態を説明するための概念
図である。
について、超音波振動を作用させない場合における鉛フ
リー半田の含有成分の結晶の状態を説明するための概念
図である。
１電子部品、２電極、１０１鉛フリー半田。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪狩 貴史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 末次 憲一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平野 正人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 日比野 俊治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山口 敦史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 BB01 BB08 BB10 CC22 GG20
Claims (9)
- 【請求項１】 鉛を含有しない錫の合金である鉛フリー
半田（１０１）を溶融し、 溶融した上記鉛フリー半田を凝固させるとき、当該鉛フ
リー半田にて接合される装着物（１）及び被装着材
（５）、並びに上記鉛フリー半田の少なくとも一方に対
して上記装着物と被装着材との接合強度を増す超音波振
動を作用させる、 ことを特徴とする鉛フリー半田の半田付け方法。 - 【請求項２】 上記超音波振動は、上記鉛フリー半田に
おける含有成分の結晶の微細化及び上記含有成分の偏析
防止を行い、上記装着物と被装着材との接合強度を増す
振動である、請求項１記載の鉛フリー半田の半田付け方
法。 - 【請求項３】 上記超音波振動は、上記装着物及び被装
着材の少なくとも一方の接合界面にて上記鉛フリー半田
における含有成分の結晶の微細化及び上記含有成分の偏
析防止を行い、上記接合界面における上記装着物と被装
着材との接合強度を増す振動である、請求項１又は２記
載の鉛フリー半田の半田付け方法。 - 【請求項４】 上記含有成分は、上記鉛フリー半田の融
点を降下させる作用を有する融点降下作用金属の成分で
ある、請求項２又は３記載の鉛フリー半田の半田付け方
法。 - 【請求項５】 上記装着物及び被装着材がＣｕを含有す
るとき、上記超音波振動は、上記鉛フリー半田に含まれ
るＳｎと上記Ｃｕとの化合物における、上記接合界面に
存在する層の厚みを増し上記接合界面における上記装着
物と被装着材との接合強度を増す振動である、請求項３
又は４記載の鉛フリー半田の半田付け方法。 - 【請求項６】 上記鉛フリー半田は、Ｓｎ−Ａｇ系組成
を主成分とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の
鉛フリー半田の半田付け方法。 - 【請求項７】 上記含有成分は、上記Ｓｎ−Ａｇの合金
成分である、請求項６記載の鉛フリー半田の半田付け方
法。 - 【請求項８】 上記融点降下作用金属は、Ｂｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、及びＩｎの少なくとも一つである、請求項４ない
し６のいずれかに記載の鉛フリー半田の半田付け方法。 - 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の鉛
フリー半田の半田付け方法を用いて半田付けされたこと
を特徴とする接合体。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16516599A JP3580731B2 (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法にて半田付けされた接合体 |
| EP00935564A EP1195217B1 (en) | 1999-06-11 | 2000-06-07 | Method of soldering using lead-free solder |
| DE60016413T DE60016413T2 (de) | 1999-06-11 | 2000-06-07 | Verfahren zum löten mit bleifreiem lötmaterial |
| US10/009,168 US6702175B1 (en) | 1999-06-11 | 2000-06-07 | Method of soldering using lead-free solder and bonded article prepared through soldering by the method |
| PCT/JP2000/003678 WO2000076708A1 (en) | 1999-06-11 | 2000-06-07 | Method of soldering using lead-free solder and bonded article prepared through soldering by the method |
| US10/759,191 US20040144829A1 (en) | 1999-06-11 | 2004-01-20 | Method of soldering lead-free solder, and joined object soldered by the soldering method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16516599A JP3580731B2 (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法にて半田付けされた接合体 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004161948A Division JP2004320046A (ja) | 2004-05-31 | 2004-05-31 | 鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法にて半田付けされた接合体 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000351065A true JP2000351065A (ja) | 2000-12-19 |
| JP3580731B2 JP3580731B2 (ja) | 2004-10-27 |
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ID=15807104
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|---|---|---|---|
| JP16516599A Expired - Fee Related JP3580731B2 (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法にて半田付けされた接合体 |
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| US (2) | US6702175B1 (ja) |
| EP (1) | EP1195217B1 (ja) |
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| DE (1) | DE60016413T2 (ja) |
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| US7287685B2 (en) * | 2004-09-20 | 2007-10-30 | International Business Machines Corporation | Structure and method to gain substantial reliability improvements in lead-free BGAs assembled with lead-bearing solders |
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| DE102006035626A1 (de) * | 2006-07-31 | 2008-02-07 | Zentrum für Material- und Umwelttechnik GmbH | Verfahren zum Anbringen eines Verbindungsleiters an einer photovoltaischen Solarzelle |
| DE102010000520A1 (de) * | 2010-02-23 | 2011-08-25 | SCHOTT Solar AG, 55122 | Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von Lot auf ein Werkstück |
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1999
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-
2004
- 2004-01-20 US US10/759,191 patent/US20040144829A1/en not_active Abandoned
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