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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012163351A JP2014018859A (ja) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | はんだ |
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JP2012163351A JP2014018859A (ja) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | はんだ |
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JP2012163351A Pending JP2014018859A (ja) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | はんだ |
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2012
- 2012-07-24 JP JP2012163351A patent/JP2014018859A/ja active Pending
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