JPS63112092A - 低融点はんだ合金 - Google Patents

低融点はんだ合金

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JPS63112092A
JPS63112092A JP25748086A JP25748086A JPS63112092A JP S63112092 A JPS63112092 A JP S63112092A JP 25748086 A JP25748086 A JP 25748086A JP 25748086 A JP25748086 A JP 25748086A JP S63112092 A JPS63112092 A JP S63112092A
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JP
Japan
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solder
soldering
melting point
temperature
solder alloy
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JP25748086A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Iida
広之 飯田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400°C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリント基板のはんだ付は等に用いられるは
んだ付は用はんだ合金に関し、詳細には耐熱性の低い電
子部品のはんだ付けに使用される低融点はんだ合金に関
するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、はんだ合金の組成をS n + p b +
 B i+Inの4元合金とし、これらの比率を所定の
組成範囲とすることにより、 低融点ではんだ付は性、熱疲労性に優れ、特に耐熱性の
低い電子部品のはんだ付に適した低融点はんだ合金を提
供しようとするものである。
〔従来の技術〕
近年、電子機器分野における部品実装の高密度化の進歩
に伴い、リード線のない所謂チップ型電子部品が多用さ
れるようになり、例えばプリント基板へのはんだ付は方
法としても、従来の部品リード線だけをはんだ浴に浸漬
する方法から、部品全体をはんだ浴に浸漬するディップ
方式、あるいははんだ粉末とフラックスとを混合したク
リームはんだをチップ型電子部品の電極に対応する位置
(プリント基板の銅箔ラン、ド部)に塗布した後、部品
を載置した状態でプリント基板全体を電気オープン中に
投入しはんだ粉末を溶かしてはんだ付けするりフロ一方
式等に変わってきている。
ところで、上述のディップ方式やりフロ一方式によるチ
ップ型部品のはんだ付は方法は、いずれも従来の部品リ
ード線だけを浸漬するはんだ付け方法と比較して電子部
品に対する熱負荷が非常に大きく、耐熱性の悪い電子部
品がはんだ付は時に故障し、所望の電気特性が得られな
くなるという大きな問題を抱えている。
この対策としては、例えば耐熱性の良い電子部品だけを
ディップ方式またはりフロ一方式により一括してはんだ
付けした後、耐熱性の悪い部品を熱負荷がかからないよ
うに手はんだ付けするという方法等が考えられているが
、この場合にははんだ付は工程が2工程となり、生産効
率が低下して製造コストも増大するという欠点を有する
。
工程を増やさずに上述の問題を解決するには、はんだ付
は温度を下げ、電子部品への熱負荷を軽減すれば良い。
すなわち、従来プリント基板への電子部品のはんだ付け
には融点183℃前後のSnpb共晶はんだが用いられ
ており、はんだ付は温度は前記融点よりも40℃以上高
い220〜250°C程度に設定されていることから、
このSnPb共晶はんだよりも融点がなるべく低く、し
かもはんだ付は時及びはんだ付は後に問題を生じない低
融点はんだ合金の開発が望まれる。
そこで、はんだ付は温度を下げる検討が各方面でなされ
ており、例えば特開昭58−218394号公報には、
Pb、SnにBiを添加した3元合金からなる低融点は
んだ合金が提案されている。
しかしながら、Biを添加すると融点は低くなるものの
、多量の添加は合金を脆くすることになり、熱疲労特性
を悪化する虞れがある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そこで本発明は、上記問題点を解決するために提案され
たものであって、融点が低く、はんだ付は性や熱疲労特
性に優れた低融点はんだ合金を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は、融点100〜160℃程度であること、は
んだ付は性が良いこと、熱疲労特性が従来のSnPb共
晶はんだと同等以上であること等を条件に低融点はんだ
合金を開発せんものと鋭意研究を重ねた結果、SnPb
B i基低融点はんだの熱疲労特性が悪い原因はBi含
有量15重量%以上にあること、Bi含有量を15重景
気以下とし新たにInを5重量%以上加えることにより
融点、はんだ付は性、熱疲労特性の点で電子機器に使用
し得る特性を確保できることを見出した。
本発明の低融点はんだ合金は、かかる知見に基づいて完
成されたものであって、Sn40〜70】「量%、Bi
2〜15重量%、In5〜15重景%、残部Pbよりな
ることを特徴とするものであって、融点(固相線温度及
び液相線温度)が100〜160℃の範囲にある4元は
んだ合金である。
一般に2種以上の成分からなる液体と固体が平衡を保っ
て共存する場合、縦軸に温度、横軸に組成をとったグラ
フにおいて、液相と同相とが平衡を保つ温度を液相の組
成について描けば液相線温度、固相の組成について描け
ば固相線温度である。
言い換えれば同相線温度ははんだが融けはじめる温度、
液相線温度ははんだが融は終わる温度であるが、本発明
ではこれら同相線温度、液相線温度がいずれも100〜
160℃の範囲内となるような組成とする。
ここで、融点160℃は、従来のもの(例えばSnPb
共晶はんだ)に比べてはんだ付は温度を約25℃下げる
ことができる温度であり、耐熱性の低い電子部品をリフ
ロ一方式にて一括はんだ付けしても問題のない温度であ
る。勿論、融点は低ければ低いほどはんだ付けする電子
部品にとって好適であるが、融点100℃以下では電子
部品の動作中の発熱によりはんだが融解して断線等の危
険が生ずるため、本発明では融点100℃以上の組成と
する。
本発明において、Inを添加した理由は、はんだに良好
なぬれ性を付与してはんだ付は性を向上させ、かつ融点
を低くするためであり、その含有量を5〜15重星%と
限定した理由は、5重量%未満ではIn添加の効果が充
分に得られないこと、15重量%を越えると融点が10
0℃未満になることによる。また、Inは高価なもので
あるので、製造コストの点からも多量に使用するのは実
用的でない。
また、はんだの融点を低くするためBiを添加している
が、Biの含有量を2〜15重量%と限定した理由は、
Bi2重量%未満では効果が殆ど得られないこと、15
重景気を越えるとはんだ合金を脆くすることによる。
Snは、はんだに良好なぬれ性を付与し、かつ強固な接
着強度を確保するために含有させるが、本発明者の実験
によれば、組成40〜70重景%が景気の特性を付与す
るための最適値である。
なお、上述の4元はんだ合金に、さらにAg。
sb、p等の添加剤を0〜2重量%の割合で添加しても
良い、これら添加剤を添加することによって、酸化防止
等の効果を得ることができる。
本発明の低融点はんだ合金は、そのまま溶融して例えば
ディップ方式のはんだ浴としても良いし、あるいはロジ
ン系樹脂や溶剤、活性剤等と混合してクリームはんだを
調製し、リフロ一方式によりはんだ付けするようにして
も良い、この場合、使用されるロジン系樹脂、溶剤、活
性剤どしては、通常のクリームはんだに使用可能なもの
が何れも使用できる。
〔作用〕
Biの添加は融点を下げるのに有効であるが、本発明で
はその含有量を15重景気以下とすることにより熱疲労
特性を確保する。
同時にInを5重量%以上添加し、融点を100〜16
0℃の範囲に設定し、良好なぬれ性を付与する。
〔実施例〕
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発
明がこれら実施例に限定されるものでないことは言うま
でもない。
第1表に示すような組成で、Sn、pb、Bi。
Inからなる4元はんだ合金(試料1〜試料14)を作
成した。同様に、第2表に示すような組成でSn、Pb
からなる2元合金(比較試料1)及びSn、Pb、Bt
からなる3元合金(比較試料2〜比較試料6)を作成し
、これらを比較例とした。
得られた各はんだ合金について、次のような方法で融点
、はんだ付は性及び熱疲労特性を評価した。
先ず、上述の各はんだ合金の融点(固相線温度及び液相
線温度)を示差熱分析装置を用いて測定した。
一方、一般にはんだ付は性は、与えられたはんだ温度で
はんだ付けが完了するまでの時間(部品がはんだでぬれ
るまでの時間)で評価され、この時間が短い程はんだ付
は性が良いとされる。通常のチップ型部品と活性化ロジ
ンフランクスを用いた場合、はんだ付は温度180℃で
5秒以内ではんだ付けが完了することが望ましい。そこ
で、本実施例では、上述の各はんだ合金と活性ロジンフ
ラックス(アサヒ化研社製、商品名GX−7)とを用い
、はんだ付は温度180℃でチップ型抵抗器がはんだで
濡れるまでの時間を測定した。測定には、メニスコグラ
フを使用し、濡れるまでの時間が短い程はんだ付は性が
良いと評価した。
また、熱疲労は、例えばチップ型部品をプリント基板に
はんだ付けした場合、部品とプリント基板の熱膨張係数
が異なるため、環境の温度変化によりはんだ付は部にス
トレスが加わることによって生ずる。このストレスが繰
り返されると、はんだに亀裂が生じ断線する。この現象
は熱疲労破壊といわれ、亀裂が生ずるまでに加えたスト
レス繰り返し回数が多い程熱疲労特性が良いと言える。
そこで、本実施例では、第1図に示すように、ガラスエ
ポキシプリント基板(1)上にチップ型部品の代わりに
銀電極(3) 、 (4)を設けたアルミナチップ基板
(2)をはんだ合金(5)によりはんだ付けした。なお
、はんだ付けに際しては、先のはんだ付は性の評価時と
同様の活性ロジンフラックスを使用した。そして、この
はんだ付けしたプリント基板(1)に対し、第2図に示
すようなプログラムで90℃から一40℃までのし一ト
サイクル試験を行い、はんだ接合部に亀裂が生ずるまで
のヒートサイクル数(N)を測定した。このヒートサイ
クル数が多い程、熱疲労特性が良いと評価した。
すなわち、本実施例では、はんだ接合部に加わるストレ
スの大きさεを0.05としたときにヒートサイクル数
Nが1500回を越えるものを良、 1000〜150
0回の範囲にあるものを中、 1000回以下のものを
悪として評価した。なお、はんだ接合部に加わるストレ
スの大きさは、ΔTをヒートサイクルの温度差、Δαを
ガラスエポキシプリント基板(1)とアルミナチップ基
板(2)の熱膨張係数の差、Lをアルミナチップ基板(
2)の長さ、【をはんだ合金(5)の厚さ〔アルミナチ
ップ基板(2)とガラスエポキシプリント基板(1)の
ギャップ〕としたときに、次式 で表されるもので、通常その対数値(log ε)の増
加に伴ってヒートサイクル回数の対数値(logN)は
直線的に減少する。
以上の測定方法による結果を第1表及び第2表に示す。
、これら第1表及び第2表より、はんだ合金としてSn
40〜70重量%、Bi2〜15重量%。
In5〜15重量%、残部Pbの組成範囲にある試料1
〜試料14は、比較例である比較試料1〜比較試料6に
比べて低融点で、はんだ付は性も良く、かつ熱疲労特性
にも研れていることがわかる。
〔発明の効果〕
以上の説明からも明らかなように、本発明でははんだ合
金の組成をSn40〜70重量%、Bi2〜15重景%
、In5〜15重量%、残部pbとしているので、低温
でもはんだ付は性が良く、信頼性の高いはんだ付けが可
能な低融点はんだ合金を提供することができる。
このように、はんだ付は温度を低くすることにより、耐
熱性の悪い電子部品もディップ方式あるいはりフロ一方
式により一括してはんだ付けすることが可能となり、生
産性や作業性等の点で実用性が高いと言える。
また、本発明のはんだ合金は、熱疲労特性が良好である
ので、耐環境性に優れ断線等の発生も抑えられるという
利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図はヒートサイクル試験の際のはんだ付は状態を説
明する概略側面図である。 第2図はヒートサイクル試験におけるヒートサイクルプ
ログラムを示すタイミングチャートである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Sn40〜70重量%、Bi2〜15重量%、In5〜
    15重量%、残部Pbよりなる低融点はんだ合金。
JP25748086A 1986-10-29 1986-10-29 低融点はんだ合金 Pending JPS63112092A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0363740A1 (en) * 1988-10-11 1990-04-18 KAWAKATSU, Ichiro Low temperature melting solder alloys
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CN105965172A (zh) * 2016-06-06 2016-09-28 厦门强力巨彩光电科技有限公司 一种低温焊接材料
CN106312362A (zh) * 2016-10-31 2017-01-11 深圳市唯特偶新材料股份有限公司 一种led用低温焊接材料及其制备方法

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