JP2012183558A - 鉛フリーはんだ合金及びそれを用いたはんだ継手 - Google Patents
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
【課題】鉛や金等を含有することなく、液相線温度が２５０℃〜４００℃程度必要となる高温はんだ付けに対応し、はんだ接合部の高信頼性を確保した鉛フリーはんだ合金及び当該鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けを行ったはんだ継手を低価格で提供することである。
【解決手段】Ａｌを１〜１０重量％、濡れ性を改善する添加成分として、Ｇａが０．００１〜１重量％、Ｉｎが０．１〜１０重量％、Ｇｅが０．００１〜１０重量％、Ｓｉが０．１〜１０重量％、及びＳｎが０．１〜１０重量％の中から選ばれる１種又は２種以上を配合し、残部をＺｎ及び不可避不純物からなる鉛フリーはんだ合金。更に、前記組成に、Ｍｎ及び、又はＴｉを０．０００１〜１重量％を加えて配合することにより、はんだ接合部の表面酸化が抑制される等のはんだ接合の信頼性が向上する。
【選択図】なし
【解決手段】Ａｌを１〜１０重量％、濡れ性を改善する添加成分として、Ｇａが０．００１〜１重量％、Ｉｎが０．１〜１０重量％、Ｇｅが０．００１〜１０重量％、Ｓｉが０．１〜１０重量％、及びＳｎが０．１〜１０重量％の中から選ばれる１種又は２種以上を配合し、残部をＺｎ及び不可避不純物からなる鉛フリーはんだ合金。更に、前記組成に、Ｍｎ及び、又はＴｉを０．０００１〜１重量％を加えて配合することにより、はんだ接合部の表面酸化が抑制される等のはんだ接合の信頼性が向上する。
【選択図】なし
Description
本発明は、鉛フリーはんだ合金に関し、詳しくはＺｎ−Ａｌを基本組成とする高温鉛フリーはんだ合金及び当該はんだ合金を用いてはんだ付けを行ったはんだ継手に関する。
電子部品等のはんだ付けにおいて、人体や環境に有害な鉛を含まないはんだ合金が用いられており、液相線温度が２００℃〜２５０℃の温度域においてＳｎ−Ａｇ系及びＳｎ−Ｃｕ系はんだ合金等の実用化が進んでいる。一方、車載用電子部品やパワートランジスタ素子のダイボンディング等においては２５０℃〜４００℃のより高温の温度域でのはんだ接合に対応した高い液相線温度を有するはんだ合金が必要とされている。
しかしながら、係る高温はんだ合金は、鉛を高濃度に含有したはんだ合金や金を高濃度に配合したはんだ合金が依然として市場で多く用いられている。
しかしながら、係る高温はんだ合金は、鉛を高濃度に含有したはんだ合金や金を高濃度に配合したはんだ合金が依然として市場で多く用いられている。
一方では、環境への配慮から、鉛や金を配合しない高温はんだ合金の検討がなされている。例えば、特許文献１及び特許文献２にはＳｎ-Ｚｎはんだ合金にＭｇやＧａ、Ｇｅを添加した鉛フリーはんだ合金が、特許文献３にはＳｎ-Ｓｂ鉛フリーはんだ合金が、特許文献４にはＳｎ-Ａｕ-Ａｇ鉛フリーはんだ合金が、特許文献５にはＳｎ-Ｓｂ-Ｃｕ鉛フリーはんだ合金がそれぞれ開示されている。
しかし、上記特許文献１〜５は、液相線温度こそ２５０℃以上を有し、高温域でのはんだ接合として提案されているものの、それぞれ問題点を有している。
例えば、特許文献１及び特許文献２の鉛フリーはんだ合金は、何れもＺｎ−Ａｌ基本組成として、特許文献１はＡｌの配合量を１〜７重量％として、これにＭｇ及びＧａを配合したものであり、特許文献２はＡｌの配合量を２〜９重量％として、これにＧｅ並びにＳｎ及び／又はＩｎを配合したものであり、従来のＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金に比べ濡れ性が改善されているが満足するには至っていないのが現状である。
特許文献３の鉛フリーはんだ合金は、２５〜４４重量％のＳｂと残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金で、機械的強度特性に優れているという半面、はんだ接合部の脆さとＳｂの人体への有害性が指摘されており、問題点を残している。
特許文献４の鉛フリーはんだ合金は、Ａｕが４０〜５５重量％、Ａｇが２〜１２重量％、残部をＳｎからなる鉛フリーはんだ合金であり、機械的強度特性や信頼性に優れているが、貴金属特にＡｕを多量に含有しているため高コストが問題として残されている。
特許文献５の鉛フリーはんだ合金は、Ｓｂが１０〜４０重量％、Ｃｕが０．５〜１０重量％、残部をＳｎからなる鉛フリーはんだ合金であり、特許文献３同様に機械的強度特性に優れているが、Ｓｂの高配合に伴う有害性やはんだ接合部の脆さの問題点が残されている。
例えば、特許文献１及び特許文献２の鉛フリーはんだ合金は、何れもＺｎ−Ａｌ基本組成として、特許文献１はＡｌの配合量を１〜７重量％として、これにＭｇ及びＧａを配合したものであり、特許文献２はＡｌの配合量を２〜９重量％として、これにＧｅ並びにＳｎ及び／又はＩｎを配合したものであり、従来のＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金に比べ濡れ性が改善されているが満足するには至っていないのが現状である。
特許文献３の鉛フリーはんだ合金は、２５〜４４重量％のＳｂと残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金で、機械的強度特性に優れているという半面、はんだ接合部の脆さとＳｂの人体への有害性が指摘されており、問題点を残している。
特許文献４の鉛フリーはんだ合金は、Ａｕが４０〜５５重量％、Ａｇが２〜１２重量％、残部をＳｎからなる鉛フリーはんだ合金であり、機械的強度特性や信頼性に優れているが、貴金属特にＡｕを多量に含有しているため高コストが問題として残されている。
特許文献５の鉛フリーはんだ合金は、Ｓｂが１０〜４０重量％、Ｃｕが０．５〜１０重量％、残部をＳｎからなる鉛フリーはんだ合金であり、特許文献３同様に機械的強度特性に優れているが、Ｓｂの高配合に伴う有害性やはんだ接合部の脆さの問題点が残されている。
本発明は、前記事情に鑑み、鉛や金等を含有することなく、液相線温度が２５０℃〜４００℃程度必要となる高温はんだ付けに対応し、はんだ接合部の高信頼性を確保した鉛フリーはんだ合金及び当該鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けを行ったはんだ継手を低価格で提供することである。
発明者は、本発明の課題を解決すべく鋭意検討した結果、Ａｌを１〜１０重量％、濡れ性を改善する添加成分を特定量配合し、残部をＺｎ及び不可避不純物からなる鉛フリーはんだ合金とすることにより、液相線温度が２５０℃〜４００℃となる高温域でのはんだ接合に対応し、しかも、優れたはんだ特性を有することを見出し、発明の完成に至った。
即ち、本発明は、Ａｌを１〜１０重量％、濡れ性を改善する添加成分として、Ｇａが０．００１〜１重量％、Ｉｎが０．１〜１０重量％、Ｇｅが０．００１〜１０重量％、Ｓｉが０．１〜１０重量％、及びＳｎが０．１〜１０重量％の中から選ばれる１種又は２種以上を配合し、残部をＺｎ及び不可避不純物からなる鉛フリーはんだ合金からなる。
即ち、本発明は、Ａｌを１〜１０重量％、濡れ性を改善する添加成分として、Ｇａが０．００１〜１重量％、Ｉｎが０．１〜１０重量％、Ｇｅが０．００１〜１０重量％、Ｓｉが０．１〜１０重量％、及びＳｎが０．１〜１０重量％の中から選ばれる１種又は２種以上を配合し、残部をＺｎ及び不可避不純物からなる鉛フリーはんだ合金からなる。
更に、前記組成に、Ｍｎ及び、又はＴｉを０．０００１〜１重量％を加えて配合することにより、はんだ接合部の表面酸化が抑制される等のはんだ接合の信頼性が向上する。
本発明の鉛フリーはんだ合金は、鉛を含有しないはんだ合金であるため、環境に配慮したはんだ接合を可能とすることは勿論のこと、ＡｕやＡｇ等の高価な金属を含まずＺｎ及びＡｌを基本組成に、特定量のＧａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、及びＭｎの１種又は２種以上を添加した組成よりなるため、低価格でありながら高温はんだ接合に対応した高信頼性を有するはんだ接合に加え、アルミニウム部材に対しても高信頼性を有するはんだ接合を提供することが可能である。
以下に、本発明の高温鉛フリーはんだ合金について詳細に説明する。
本発明の高温鉛フリーはんだ合金は、Ｚｎ−Ａｌを基本組成として、濡れ性を改善する添加成分、更に、Ｍｎを加えて配合した鉛フリーはんだ合金及び当該鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けをしたはんだ継手である。
即ち、本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ｚｎに１〜１０重量％のＡｌを配合した基本組成に、濡れ性を改善する添加成分であるＧａが０．００１〜１重量％、Ｉｎが０．１〜１０重量％、Ｇｅが０．００１〜１０重量％、Ｓｉが０．１〜１０重量％、及びＳｎが０．１〜１０重量％の中から選ばれる１種又は２種以上を配合した鉛フリー合金であり、更に、はんだ接合部の酸化を抑制する効果を有するＭｎ及び、又はＴｉを０．０００１〜１重量％を加えて配合したことを特徴とする鉛フリーはんだ合金である。
本発明の高温鉛フリーはんだ合金は、Ｚｎ−Ａｌを基本組成として、濡れ性を改善する添加成分、更に、Ｍｎを加えて配合した鉛フリーはんだ合金及び当該鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けをしたはんだ継手である。
即ち、本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ｚｎに１〜１０重量％のＡｌを配合した基本組成に、濡れ性を改善する添加成分であるＧａが０．００１〜１重量％、Ｉｎが０．１〜１０重量％、Ｇｅが０．００１〜１０重量％、Ｓｉが０．１〜１０重量％、及びＳｎが０．１〜１０重量％の中から選ばれる１種又は２種以上を配合した鉛フリー合金であり、更に、はんだ接合部の酸化を抑制する効果を有するＭｎ及び、又はＴｉを０．０００１〜１重量％を加えて配合したことを特徴とする鉛フリーはんだ合金である。
本発明の鉛フリーはんだ合金は、従来のＺｎを多量に含有する鉛フリーはんだ合金の問題点であった濡れ性の悪さを改善し、また、車載用電子部品やパワートランジスタ素子のダイボンディング等において必要とされる高温でのはんだ接合にも対応した高い液相線温度を有することを特徴としている。
本発明の鉛フリーはんだ合金の特徴の一つである優れた濡れ性は、Ｚｎ-Ａｌ基本組成に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、及びＳｎを特定量配合することによって可能となる。
また、上記組成に追加して、Ｍｎ及び、又はＴｉを特定量添加することにより、飛躍的にはんだ接合部の酸化が抑制されて、はんだ接合の高い信頼性を有することを可能とした。
そして、本発明の鉛フリーはんだ合金の特徴として、従来の電子部品に多く用いられている銅及びニッケルメッキ部材は勿論のこと、アルミニウム材料に対しても良好な接合特性を有することである。
本発明の鉛フリーはんだ合金の特徴の一つである優れた濡れ性は、Ｚｎ-Ａｌ基本組成に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、及びＳｎを特定量配合することによって可能となる。
また、上記組成に追加して、Ｍｎ及び、又はＴｉを特定量添加することにより、飛躍的にはんだ接合部の酸化が抑制されて、はんだ接合の高い信頼性を有することを可能とした。
そして、本発明の鉛フリーはんだ合金の特徴として、従来の電子部品に多く用いられている銅及びニッケルメッキ部材は勿論のこと、アルミニウム材料に対しても良好な接合特性を有することである。
本発明の鉛フリーはんだ合金の構成成分であるＡｌの配合量は、本発明の効果を有する範囲において制限はないが、１〜１０重量％が好ましく、６重量％付近が更に好ましい。これは、図１に示すＺｎ−Ａｌの２成分状態図からもわかるように共晶点であるＡｌが６重量％と合致し、液相線温度が最も低くなる配合量であり、はんだ付けの作業性に有利な点とも合致する。
本発明の鉛フリーはんだ合金の構成成分である濡れ性を改善する添加成分は、本発明の効果を有する範囲において種類と配合量に制限はないが、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ，Ｓｉ、及びＳｎが好ましく、前述の各成分は単独でも複数を組み合わせて配合しても構わない。また、それぞれの成分の配合量はＧａが０．００１〜１重量％、Ｉｎが０．１〜１０重量％、Ｇｅが０．００１〜１０重量％、Ｓｉが０．１〜１０重量％、及びＳｎが０．１〜１０重量％が好ましい。
本発明の鉛フリーはんだ合金の構成成分であるＭｎ及びＴｉの配合量は、本発明の効果を有する範囲において、制限はないが、０．０００１〜１重量％が好ましい。その他元素を適量添加しても構わない。勿論、その他成分には不可避不純物は含まれる。
また、本発明の鉛フリーはんだ合金は、上記の構成成分に加え、本発明の効果を損なわない範囲において他の組成を配合しても構わない。
そして、本発明の鉛フリーはんだ合金は、その形態に制限はなく、インゴット・棒タイプ、ペーストタイプ、はんだ箔やワイヤー等への製品供給形態に応用が可能で、ディップタイプ及びリフロータイプのはんだ付けにも対応可能である。
また、本発明の鉛フリーはんだ合金は、上記の構成成分に加え、本発明の効果を損なわない範囲において他の組成を配合しても構わない。
そして、本発明の鉛フリーはんだ合金は、その形態に制限はなく、インゴット・棒タイプ、ペーストタイプ、はんだ箔やワイヤー等への製品供給形態に応用が可能で、ディップタイプ及びリフロータイプのはんだ付けにも対応可能である。
上述の如く、本発明の鉛フリーはんだ合金を用いることにより、濡れ性に優れ、高い信頼性を有するはんだ継手を得ることが可能である。
Claims (6)
- Ａｌが１〜１０重量％、及び濡れ性を改善する添加成分を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。
- 濡れ性を改善する添加成分が、Ｇａが０．００１〜１重量％、Ｉｎが０．１〜１０重量％、Ｇｅが０．００１〜１０重量％、Ｓｉが０．１〜１０重量％、及びＳｎが０．１〜１０重量％の中から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の鉛フリーはんだ合金。
- Ａｌが５〜７重量％であることを特徴とする請求項１乃至２記載の鉛フリーはんだ合金。
- Ｍｎ及び、又はＴｉを０．０００１〜１重量％含有させたことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の鉛フリーはんだ合金。
- 濡れ性を改善する添加成分として、Ｇａを０．００１〜１重量％含有することを特徴とする請求項３乃至請求項４記載の鉛フリーはんだ合金。
- 請求項１乃至請求項５記載の鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けしたはんだ継手。
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