JP2014018859A - はんだ - Google Patents
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Abstract
【課題】接合強度を大幅に向上させることができるはんだを提供する。
【解決手段】鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が3.0 ｗｔ％以上であり、残部を主としてＳｎとする。
【選択図】図１
【解決手段】鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が3.0 ｗｔ％以上であり、残部を主としてＳｎとする。
【選択図】図１
Description
本発明は、はんだに関する。
近年、環境問題に配慮して、鉛（Ｐｂ）を含有しないはんだ（いわゆる鉛フリーはんだ）が広く使用されるようになってきた。この鉛フリーのはんだは、接合強度が低下するという問題があった。また、この鉛フリーはんだに於て、強度を改善するために、様々な元素を含有させることが提案されている。なかでも、Ｂｉ又はＳｂを含有させたものは、強度が大幅に向上する（例えば、特許文献１参照）。
しかし、その接合強度は十分でない場合があった。
解決しようとする課題は、鉛フリーはんだとすることで接合強度が低下する点である。
そこで、本発明に係るはんだは、鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が3.0 ｗｔ％以上であり、残部を主としてＳｎとしたものである。
また、鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が2.0 ｗｔ％以上であり、さらに、Ｇｅを0.05ｗｔ％以上0.5 ｗｔ％以下含有し、残部を主としてＳｎとしたものである。
また、Ｉｎを10ｗｔ％以下含有するものである。
また、Ｎｉを0.05ｗｔ％以下含有するものである。
また、鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が2.0 ｗｔ％以上であり、さらに、Ｇｅを0.05ｗｔ％以上0.5 ｗｔ％以下含有し、残部を主としてＳｎとしたものである。
また、Ｉｎを10ｗｔ％以下含有するものである。
また、Ｎｉを0.05ｗｔ％以下含有するものである。
本発明のはんだによれば、特許文献１のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだよりも、接合強度を大幅に向上させることができる。
本発明の第１の実施の形態のはんだ（はんだ合金）は、鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が3.0 ｗｔ％以上であり、残部を主としてＳｎとしたものである。本発明に於て、「残部を主としてＳｎとした」とは、一般的に使用されるＡｇ、Ｃｕや、はんだ合金のぬれ特性向上、酸化物抑制のためのＰ、Ｇａ等を含有する場合を含むものとする。
Ｂｉが1.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が低下する。
Ｂｉが5.0 ｗｔ％を超える場合、融点が低くなりすぎる。
Ｓｂが1.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が低下する。
Ｓｂが5.0 ｗｔ％を超える場合、融点が高くなりすぎる。
ＢｉとＳｂの含有量の総和が3.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が弱くなる。
Ｂｉが5.0 ｗｔ％を超える場合、融点が低くなりすぎる。
Ｓｂが1.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が低下する。
Ｓｂが5.0 ｗｔ％を超える場合、融点が高くなりすぎる。
ＢｉとＳｂの含有量の総和が3.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が弱くなる。
次に、第２の実施の形態について説明する。鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が2.0 ｗｔ％以上であり、さらに、Ｇｅを0.05ｗｔ％以上0.5 ｗｔ％以下含有し、残部を主としてＳｎとしたものである。
Ｂｉが1.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が低下する。
Ｂｉが5.0 ｗｔ％を超える場合、融点が低くなりすぎる。
Ｓｂが1.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が低下する。
Ｓｂが5.0 ｗｔ％を超える場合、融点が高くなりすぎる。
ＢｉとＳｂの含有量の総和が2.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が弱くなる。
Ｇｅが0.05ｗｔ％未満の場合、接合強度が低下する。
Ｇｅが0.5 ｗｔ％を超える場合、融点が高くなりすぎる。
Ｂｉが5.0 ｗｔ％を超える場合、融点が低くなりすぎる。
Ｓｂが1.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が低下する。
Ｓｂが5.0 ｗｔ％を超える場合、融点が高くなりすぎる。
ＢｉとＳｂの含有量の総和が2.0 ｗｔ％未満の場合、接合強度が弱くなる。
Ｇｅが0.05ｗｔ％未満の場合、接合強度が低下する。
Ｇｅが0.5 ｗｔ％を超える場合、融点が高くなりすぎる。
第３の実施の形態について説明する。Ｉｎを10ｗｔ％以下含有する。その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。Ｉｎが上限値を超える場合、融点が低くなりすぎる。
第４の実施の形態について説明する。Ｎｉを0.05ｗｔ％以下含有する。その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。Ｎｉが上限値を超える場合、融点が高くなりすぎる。
実施例１〜実施例５、及び、比較例１〜比較例４として、次のようなはんだを製造した。
実施例１：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−3.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例２：Ｓｎ−3.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例３：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−2.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例４：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−3.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例５：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例６：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ−0.5 Ｉｎ
実施例７：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ−0.03Ｎｉ
比較例１：Ｓｎ−3.0 Ａｇ−0.5 Ｃｕ
比較例２：Ｓｎ−37Ｐｂ
比較例３：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−3.0 Ｓｂ
比較例４：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ
なお、上記実施例１〜実施例７、及び、比較例１〜比較例４の表記に於て、Ｓｎが残部であることを示す。
実施例１：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−3.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例２：Ｓｎ−3.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例３：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−2.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例４：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−3.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例５：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ
実施例６：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ−0.5 Ｉｎ
実施例７：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ−0.15Ｇｅ−0.03Ｎｉ
比較例１：Ｓｎ−3.0 Ａｇ−0.5 Ｃｕ
比較例２：Ｓｎ−37Ｐｂ
比較例３：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−3.0 Ｓｂ
比較例４：Ｓｎ−4.0 Ａｇ−1.0 Ｃｕ−1.0 Ｂｉ−1.0 Ｓｂ
なお、上記実施例１〜実施例７、及び、比較例１〜比較例４の表記に於て、Ｓｎが残部であることを示す。
評価方法は、次のとおりとした。使用する基板は、1608、2012、3216、5025チップ部品を実装できるガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）を用い、メタルマスクを用いてクリームを印刷した。はんだは、基板の3216チップ電極部分にはんだを乗せ、更にクリームフラックスを少量塗布した。この上にチップ部品を乗せ、リフロー炉で実装した。リフロー温度条件は、通常の鉛フリーはんだで使用している条件とした。接合強度試験は、エスペック株式会社製熱衝撃試験器（ＴＳＡ−７１Ｌ−Ａ）を用いて、−40℃と 125℃を各30分ずつ繰り返すという条件で熱衝撃試験を行なった。そして、 500サイクル毎に接合強度試験を行ない、試験は2000サイクルまで行なった。接合強度試験は、図３に示すように、はんだＸにて基板１と一体化されたチップ部品２に、基板１と平行な方向のスラスト力Ｐを与えることにより行なった。
図１・図２は、各はんだで実装した3216チップ抵抗部品の熱衝撃試験後接合強度測定結果を示す。図１より、実施例１〜実施例５が、比較例１〜比較例３よりも接合強度が大きいことが分かった。すなわち、実施例１〜実施例５は、比較例１〜比較例３よりも耐熱衝撃試験特性が優れる。図２より、実施例５〜実施例７が、比較例４よりも接合強度が大きいことが分かった。すなわち、実施例５〜実施例７は、比較例４よりも耐熱衝撃試験特性が優れる。
実施例の耐熱衝撃試験特性が優れる（接合強度が大きい）理由を推測すると、ＢｉやＳｂはＳｎ中に多く固溶することができ、Ｓｎ中に異種元素を固溶させることで固溶硬化させ、剛性を高めることで熱応力に耐える強度が向上したと考えられる。すなわち、従来は、はんだはできるだけ軟らかくして、はんだが歪みを吸収しやすくなるほど、接合強度が大きいと考えられていたが、ある程度はんだ剛性を向上させることで、部品接合部の熱応力耐性がさらに向上できるのではないかと考えられる。しかし、片方だけの場合、又は、両者の合計の含有量が十分な含有量がなければ、接合強度の向上が十分ではない。本発明では、このようにして耐熱衝撃試験特性が優れたはんだを発明したものである。
なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、上記以外の元素を少量含有するも良い。
以上のように、本発明は、鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が3.0 ｗｔ％以上であり、残部を主としてＳｎとしたので、特許文献１のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだよりも、接合強度を大幅に向上させることができる。
また、鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が2.0 ｗｔ％以上であり、さらに、Ｇｅを0.05ｗｔ％以上0.5 ｗｔ％以下含有し、残部を主としてＳｎとしたので、特許文献１のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだよりも、接合強度を大幅に向上させることができる。
また、Ｉｎを10ｗｔ％以下含有するので、接合強度を大幅に向上させることができる。
また、Ｎｉを0.05ｗｔ％以下含有するので、接合強度を大幅に向上させることができる。
また、Ｉｎを10ｗｔ％以下含有するので、接合強度を大幅に向上させることができる。
また、Ｎｉを0.05ｗｔ％以下含有するので、接合強度を大幅に向上させることができる。
１ 基板
２ チップ部品
Ｐ スラスト力
Ｘ はんだ
２ チップ部品
Ｐ スラスト力
Ｘ はんだ
Claims (4)
- 鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が3.0 ｗｔ％以上であり、残部を主としてＳｎとしたことを特徴とするはんだ。
- 鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下、Ｓｂを1.0 ｗｔ％以上5.0 ｗｔ％以下含有し、かつ、ＢｉとＳｂの含有量の総和が2.0 ｗｔ％以上であり、さらに、Ｇｅを0.05ｗｔ％以上0.5 ｗｔ％以下含有し、残部を主としてＳｎとしたことを特徴とするはんだ。
- Ｉｎを10ｗｔ％以下含有する請求項２記載のはんだ。
- Ｎｉを0.05ｗｔ％以下含有する請求項２記載のはんだ。
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2012
- 2012-07-24 JP JP2012163351A patent/JP2014018859A/ja active Pending
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