JPH1034376A - 無鉛はんだ - Google Patents
無鉛はんだInfo
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- JPH1034376A JPH1034376A JP19762596A JP19762596A JPH1034376A JP H1034376 A JPH1034376 A JP H1034376A JP 19762596 A JP19762596 A JP 19762596A JP 19762596 A JP19762596 A JP 19762596A JP H1034376 A JPH1034376 A JP H1034376A
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｐｂを含まず、しかもＰｂ含有はんだ合金の
もっていた特性をできるだけ保持した、特に耐熱疲労特
性に優れた無鉛はんだ合金を提供する。 【解決手段】 Ｂｉ０.１〜１０重量％、Ａｇ０.１〜５
重量％、Ｃｕ０.０５〜２重量％、Ｎｉ０.０００５〜
０.１重量％、Ｐ０.０００５〜０.０１重量％および残
部がＳｎからなる無鉛はんだ。また、さらに上記組成に
Ｉｎ０.０１〜０.５重量％を添加したはんだ合金。また
本発明は、上記はんだ合金の粉末を含有するクリームは
んだ、上記はんだ合金を用いた形成はんだ、および上記
はんだ合金を用いたヤニ入りはんだを含む。
もっていた特性をできるだけ保持した、特に耐熱疲労特
性に優れた無鉛はんだ合金を提供する。 【解決手段】 Ｂｉ０.１〜１０重量％、Ａｇ０.１〜５
重量％、Ｃｕ０.０５〜２重量％、Ｎｉ０.０００５〜
０.１重量％、Ｐ０.０００５〜０.０１重量％および残
部がＳｎからなる無鉛はんだ。また、さらに上記組成に
Ｉｎ０.０１〜０.５重量％を添加したはんだ合金。また
本発明は、上記はんだ合金の粉末を含有するクリームは
んだ、上記はんだ合金を用いた形成はんだ、および上記
はんだ合金を用いたヤニ入りはんだを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＰｂを含まないはん
だ付け用の無鉛はんだ合金に関する。
だ付け用の無鉛はんだ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のはんだはＳｎ（スズ）をベースと
し、またはＳｎ＋Ｂｉ（ビスマス）を配合したものをベ
ースとして、これにＰｂ（鉛）を加えた合金が用いられ
て来た。Ｐｂは合金中に於いてＳｎの融点２３２℃を下
げる作用をし、Ｐｂを３７重量％配合した合金は融点が
１８３℃の共晶はんだを形成し、その適切な融点のため
広く使用されてきた。このようにＰｂははんだ合金組成
において不可欠の成分であった。
し、またはＳｎ＋Ｂｉ（ビスマス）を配合したものをベ
ースとして、これにＰｂ（鉛）を加えた合金が用いられ
て来た。Ｐｂは合金中に於いてＳｎの融点２３２℃を下
げる作用をし、Ｐｂを３７重量％配合した合金は融点が
１８３℃の共晶はんだを形成し、その適切な融点のため
広く使用されてきた。このようにＰｂははんだ合金組成
において不可欠の成分であった。
【０００３】しかしＰｂは人畜にとって有害な元素であ
り、Ｐｂを含むはんだが廃棄されると、Ｐｂ成分が酸性
雨等により徐々に溶け出し、地下水中に浸透するなどの
重大な環境汚染を引き起こすことは明らかである。この
ようなＰｂによる環境汚染を防止すべきであるという世
界的な要請に応えるために、はんだ業界を中心に、Ｐｂ
を含まない無鉛はんだの研究が進められ、既に多くの技
術が開示されてきている。これらの技術においては、Ｐ
ｂの働きを代替するために、銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂ
ｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム
（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｔｉ）等が
組み合わせて使用されている。しかし、これらの元素の
中には、有毒なものや極めて高価なものもあり、しかも
必ずしも十分にＰｂの果していた機能を代替するもので
はなかった。
り、Ｐｂを含むはんだが廃棄されると、Ｐｂ成分が酸性
雨等により徐々に溶け出し、地下水中に浸透するなどの
重大な環境汚染を引き起こすことは明らかである。この
ようなＰｂによる環境汚染を防止すべきであるという世
界的な要請に応えるために、はんだ業界を中心に、Ｐｂ
を含まない無鉛はんだの研究が進められ、既に多くの技
術が開示されてきている。これらの技術においては、Ｐ
ｂの働きを代替するために、銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂ
ｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム
（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｔｉ）等が
組み合わせて使用されている。しかし、これらの元素の
中には、有毒なものや極めて高価なものもあり、しかも
必ずしも十分にＰｂの果していた機能を代替するもので
はなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｐｂ
を含まず、しかもＰｂ含有はんだ合金のもっていた特性
をできるだけ保持した、特に耐熱疲労特性に優れた無鉛
はんだ合金を提供するものである。
を含まず、しかもＰｂ含有はんだ合金のもっていた特性
をできるだけ保持した、特に耐熱疲労特性に優れた無鉛
はんだ合金を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の無鉛はんだは、
上記課題を解決するため、その成分がＢｉ０.１〜１０
重量％、Ａｇ０.１〜５重量％、Ｃｕ０.０５〜２重量
％、Ｎｉ０.０００５〜０.１重量％、Ｐ０.０００５〜
０.０１重量％および残部がＳｎからなることを特徴と
する。さらに本発明は、上記組成にＩｎ０.０１〜０.５
重量％を添加したはんだ合金に関する。また本発明は、
上記はんだ合金の粉末を含有するクリームはんだ、上記
はんだ合金を用いた成形はんだおよび上記はんだ合金を
用いたヤニ入りはんだを含む。
上記課題を解決するため、その成分がＢｉ０.１〜１０
重量％、Ａｇ０.１〜５重量％、Ｃｕ０.０５〜２重量
％、Ｎｉ０.０００５〜０.１重量％、Ｐ０.０００５〜
０.０１重量％および残部がＳｎからなることを特徴と
する。さらに本発明は、上記組成にＩｎ０.０１〜０.５
重量％を添加したはんだ合金に関する。また本発明は、
上記はんだ合金の粉末を含有するクリームはんだ、上記
はんだ合金を用いた成形はんだおよび上記はんだ合金を
用いたヤニ入りはんだを含む。
【０００６】本発明のはんだは上記構成をとることによ
り、有害なＰｂをまったく含有することなく、優れた特
性を発現することができる。以下にそれぞれの構成元素
のはんだ特性に及ぼす特徴を説明する。Ｓｎははんだ合
金の主成分であり、それ自体毒性がなく、接合母材への
ヌレ性に優れるという特性を有し、はんだ基材として不
可欠な成分である。ＳｎにＡｇを添加することにより、
機械的特性を改善することおよび融点を低下させること
ができる。Ａｇの配合量は、はんだ合金中０.１〜５重
量％、好ましくは０.７〜３重量％である。０.１重量％
より少ない場合はその効果は不十分であり、５重量％を
越えると溶融温度が高くなり、またコスト面でも不利と
なる。
り、有害なＰｂをまったく含有することなく、優れた特
性を発現することができる。以下にそれぞれの構成元素
のはんだ特性に及ぼす特徴を説明する。Ｓｎははんだ合
金の主成分であり、それ自体毒性がなく、接合母材への
ヌレ性に優れるという特性を有し、はんだ基材として不
可欠な成分である。ＳｎにＡｇを添加することにより、
機械的特性を改善することおよび融点を低下させること
ができる。Ａｇの配合量は、はんだ合金中０.１〜５重
量％、好ましくは０.７〜３重量％である。０.１重量％
より少ない場合はその効果は不十分であり、５重量％を
越えると溶融温度が高くなり、またコスト面でも不利と
なる。
【０００７】ＳｎにＡｇを添加したものにＢｉを添加す
ると、機械的強度が向上し、溶融温度を低下させること
ができる。Ｂｉの配合量は０.１〜１０重量％、好まし
くは０.５〜５重量％である。Ｂｉの配合量が０.１重量
％より低いとその効果は不十分であり、１０重量％より
多いと機械的強度は向上するが、機械的伸びが極端に低
下し、熱疲労が起きやすい。ＳｎにＡｇ、Ｂｉを添加し
たものに更にＣｕを添加すると、機械的強度と耐疲労強
度を改善することができる。Ｃｕは配合物中０.０５〜
２重量％添加する。０.０５重量％より少ないとその効
果は少なく、２重量％より多くなると溶融温度が上昇
し、従来の使用条件では使用できなかったり、また基板
に搭載された部品に熱的損傷を与える。
ると、機械的強度が向上し、溶融温度を低下させること
ができる。Ｂｉの配合量は０.１〜１０重量％、好まし
くは０.５〜５重量％である。Ｂｉの配合量が０.１重量
％より低いとその効果は不十分であり、１０重量％より
多いと機械的強度は向上するが、機械的伸びが極端に低
下し、熱疲労が起きやすい。ＳｎにＡｇ、Ｂｉを添加し
たものに更にＣｕを添加すると、機械的強度と耐疲労強
度を改善することができる。Ｃｕは配合物中０.０５〜
２重量％添加する。０.０５重量％より少ないとその効
果は少なく、２重量％より多くなると溶融温度が上昇
し、従来の使用条件では使用できなかったり、また基板
に搭載された部品に熱的損傷を与える。
【０００８】本発明の特徴は特にＰおよびＮｉの配合に
よる優れた効果の発現である。Ｐははんだの耐熱疲労特
性と機械的特性（強度および伸び）を改善することがで
きる。しかもこれらの特性はＰの配合量の増加と共に著
しく改良される。Ｐの配合量は０.０００５〜０.０１重
量％である。配合量が０.０００５重量％未満ではその
効果はなく、０.０１重量％を越えると機械的強度は改
善されるが、溶融したはんだの表面張力が大きくなり、
大気中でのヌレに問題が生じる。またＮｉを添加するこ
とにより、耐熱疲労特性がより向上することが判明し
た。その効果はＮｉをＰとともに配合することにより一
層顕著となる。Ｎｉの配合量は０.０００５〜０.１重量
％である。０.０００５重量％より少ない場合はその効
果はなく、０.１重量％より多い場合は熱疲労特性の向
上は少なくなる。Ｉｎも耐熱疲労特性と機械的特性を改
良することができる。Ｉｎを配合することにより他の特
性を損なうことなくこれらの特性を改善する。Ｉｎの配
合量ははんだ組成物中０.０１〜０.５重量％、好ましく
は０.０１〜０.３重量％である。０.０１重量％より少
ないとその効果は現れず、０.５重量％より多いと酸化
物の生成が多くなって好ましくない。本発明はＳｎ、Ａ
ｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐを上記範囲に設定することに
より、従来のＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｓｂ系の
無鉛はんだよりも熱疲労特性に優れた無鉛はんだを提供
することができる。
よる優れた効果の発現である。Ｐははんだの耐熱疲労特
性と機械的特性（強度および伸び）を改善することがで
きる。しかもこれらの特性はＰの配合量の増加と共に著
しく改良される。Ｐの配合量は０.０００５〜０.０１重
量％である。配合量が０.０００５重量％未満ではその
効果はなく、０.０１重量％を越えると機械的強度は改
善されるが、溶融したはんだの表面張力が大きくなり、
大気中でのヌレに問題が生じる。またＮｉを添加するこ
とにより、耐熱疲労特性がより向上することが判明し
た。その効果はＮｉをＰとともに配合することにより一
層顕著となる。Ｎｉの配合量は０.０００５〜０.１重量
％である。０.０００５重量％より少ない場合はその効
果はなく、０.１重量％より多い場合は熱疲労特性の向
上は少なくなる。Ｉｎも耐熱疲労特性と機械的特性を改
良することができる。Ｉｎを配合することにより他の特
性を損なうことなくこれらの特性を改善する。Ｉｎの配
合量ははんだ組成物中０.０１〜０.５重量％、好ましく
は０.０１〜０.３重量％である。０.０１重量％より少
ないとその効果は現れず、０.５重量％より多いと酸化
物の生成が多くなって好ましくない。本発明はＳｎ、Ａ
ｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐを上記範囲に設定することに
より、従来のＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｓｂ系の
無鉛はんだよりも熱疲労特性に優れた無鉛はんだを提供
することができる。
【０００９】本発明の組成の金属原料からはんだ合金を
得るには、通常のはんだの製造方法を用いて行えばよ
い。本発明のはんだ合金を含有するクリームはんだを得
るには、一般に行われているように、はんだ合金を粉末
化して粉末はんだとし、これをロジン等の適切な樹脂、
グリコール類、多価アルコール類等の溶媒を主成分と
し、更に活性剤、粘度調整剤および酸化防止剤などの添
加剤を含有するフラックスとともに常法により均一に混
練して得ることができる。成形はんだおよびヤニ入りは
んだの業界で公知の一般な方法で作成することができ
る。
得るには、通常のはんだの製造方法を用いて行えばよ
い。本発明のはんだ合金を含有するクリームはんだを得
るには、一般に行われているように、はんだ合金を粉末
化して粉末はんだとし、これをロジン等の適切な樹脂、
グリコール類、多価アルコール類等の溶媒を主成分と
し、更に活性剤、粘度調整剤および酸化防止剤などの添
加剤を含有するフラックスとともに常法により均一に混
練して得ることができる。成形はんだおよびヤニ入りは
んだの業界で公知の一般な方法で作成することができ
る。
【００１０】
【実施例】実施例 １〜４ 表１に記載した組成の各金属原料を４００℃で２０分間
溶融して均一な合金とした。（できれば溶融容器、装置
等を含め、代表的なはんだ合金の製造方法を具体的に記
載して下さい。） 得られた合金を以下に示す評価方法を採用して、引張強
度および伸び、ヌレ性（ヌレ時間およびヌレ応力）およ
び耐熱疲労特性を評価した。これらの結果を表１および
表２に示した。
溶融して均一な合金とした。（できれば溶融容器、装置
等を含め、代表的なはんだ合金の製造方法を具体的に記
載して下さい。） 得られた合金を以下に示す評価方法を採用して、引張強
度および伸び、ヌレ性（ヌレ時間およびヌレ応力）およ
び耐熱疲労特性を評価した。これらの結果を表１および
表２に示した。
【００１１】比較例 １〜６ 表１に記載した組成で比較例１〜６のはんだを作成し
た。比較例１〜６のはんだについても実施例と同じよう
にその特性を評価し、結果を表１および２に示した。
た。比較例１〜６のはんだについても実施例と同じよう
にその特性を評価し、結果を表１および２に示した。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】〔はんだ合金の評価方法〕引張強度および伸び： はんだ合金を４００℃に保持し、
２７０℃に加熱した黒鉛製の鋳型に流し込み、６℃／秒
で冷却して、図１に示す形状の引張試験片を得た。この
試験片を常温で５ｍｍ／分の引張速度で引張試験を行
い、破断時の伸びと強度を求めた。ヌレ特性（銅に対して）： メニスコグラフ法により、２
３０〜２７０℃でのヌレ時間およびヌレ応力を評価し
た。 ヌレ時間：（ヌレ時間の評価法、および判定基準につい
て） ヌレ応力：（ヌレ応力の 〃 〃
）
２７０℃に加熱した黒鉛製の鋳型に流し込み、６℃／秒
で冷却して、図１に示す形状の引張試験片を得た。この
試験片を常温で５ｍｍ／分の引張速度で引張試験を行
い、破断時の伸びと強度を求めた。ヌレ特性（銅に対して）： メニスコグラフ法により、２
３０〜２７０℃でのヌレ時間およびヌレ応力を評価し
た。 ヌレ時間：（ヌレ時間の評価法、および判定基準につい
て） ヌレ応力：（ヌレ応力の 〃 〃
）
【００１５】熱疲労特性：はんだ合金を１００ｍｍ×１
００ｍｍ×１.８ｍｍの紙フェノール基板（裏面：銅
箔）上に８ピンのコネクター８個を２５０℃ではんだ付
けした。この取り付け態様は図２に示すとおりである。
この試料を＋８０℃（３０分）〜−４０℃（３０分）を
１サイクルとし熱衝撃試験にかけ、５００サイクルまで
５０サイクル毎にクラックの発生したピンの本数を調べ
た。次の式により、クラック発生率を表した。 （クラック発生率）＝（クラックの発生したピンの本
数）／（全ピン数）
００ｍｍ×１.８ｍｍの紙フェノール基板（裏面：銅
箔）上に８ピンのコネクター８個を２５０℃ではんだ付
けした。この取り付け態様は図２に示すとおりである。
この試料を＋８０℃（３０分）〜−４０℃（３０分）を
１サイクルとし熱衝撃試験にかけ、５００サイクルまで
５０サイクル毎にクラックの発生したピンの本数を調べ
た。次の式により、クラック発生率を表した。 （クラック発生率）＝（クラックの発生したピンの本
数）／（全ピン数）
【００１６】
【発明の効果】本発明の無鉛はんだ合金は、全く鉛を含
有せず、熱疲労特性に優れ、はんだ付け性も良好であ
る。
有せず、熱疲労特性に優れ、はんだ付け性も良好であ
る。
【図１】 はんだの引張特性評価用試験片形状を示す平
面および側面図。
面および側面図。
【図２】 はんだの熱衝撃試験評価用試験片の取り付け
態様を示す断面図。
態様を示す断面図。
１：はんだ ２：ランド部（銅
箔） ３：フェノール樹脂基板 ４：コネクター樹
脂 ５：ピン
箔） ３：フェノール樹脂基板 ４：コネクター樹
脂 ５：ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉浦 陽三 大阪府大阪市淀川区三津屋中３丁目８番10 号 株式会社ニホンゲンマ内 (72)発明者 盛林 俊之 大阪府大阪市淀川区三津屋中３丁目８番10 号 株式会社ニホンゲンマ内
Claims (7)
- 【請求項１】 Ｂｉ０.１〜１０重量％、Ａｇ０.１〜５
重量％、Ｃｕ０.０５〜２重量％、Ｎｉ０.０００５〜
０.１重量％、Ｐ０.０００５〜０.０１重量％および残
部がＳｎからなる無鉛はんだ合金。 - 【請求項２】 更にＩｎ０.０１〜０.５重量％を添加し
た請求項１記載の無鉛はんだ合金。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の無鉛はんだ合金
の粉末を含有するクリームはんだ。 - 【請求項４】 請求項１または２記載の無鉛はんだ合金
を用いた成形はんだ。 - 【請求項５】 請求項１または２記載の無鉛はんだ合金
を用いたヤニ入りはんだ。 - 【請求項６】 請求項１記載の無塩はんだ合金を用いた
基板。 - 【請求項７】 請求項１記載の無塩はんだ合金を用いた
電子製品。
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