JP3346848B2 - 無鉛はんだ合金 - Google Patents
無鉛はんだ合金Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、無鉛（非Ｐｂ）はんだ
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、はんだ合金は基材としてスズ
＝鉛はんだあるいはスズ＝鉛＝ビスマスはんだがあり、
鉛は合金組成において不可欠であった。
＝鉛はんだあるいはスズ＝鉛＝ビスマスはんだがあり、
鉛は合金組成において不可欠であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし鉛は人体にとっ
て有毒な重金属であり、採鉛や鉛の廃棄による地球環境
の汚染、あるいは人体、生体への悪影響が問題になって
いる。ところが現状としては、電子機器において電子部
品の実装などで鉛はんだ合金が大量に使用されている。
従って、鉛を使用しない無鉛はんだを提供することがで
きれば、工業全体としても鉛害を効果的に抑制すること
ができる。
て有毒な重金属であり、採鉛や鉛の廃棄による地球環境
の汚染、あるいは人体、生体への悪影響が問題になって
いる。ところが現状としては、電子機器において電子部
品の実装などで鉛はんだ合金が大量に使用されている。
従って、鉛を使用しない無鉛はんだを提供することがで
きれば、工業全体としても鉛害を効果的に抑制すること
ができる。
【０００４】ところで、スズ＝鉛はんだにおいて鉛はス
ズの融点である２３２度Ｃを下げる作用を有しており、
鉛を３７重量％合金したはんだは融点１８３度Ｃの共晶
はんだとして広く用いられている。即ち、電子部品は熱
に弱いので、はんだ接合時の加熱温度も低温で行う必要
があり、共晶はんだはこれらの要求に適合しているので
ある。しかしはんだの融点が余り低すぎても電子部品の
発熱や太陽熱で影響を受けてしまい、はんだ接合の本来
的な目的から外れてしまうことになる。従って、無鉛は
んだを組成する場合には、はんだ付けが行いやすく、か
つ外部からの熱雰囲気で影響を受けないような接合用合
金を開発する必要がある。共晶はんだに代替できる合金
の条件としては、少なくとも融点が１３０〜２００度Ｃ
の範囲でなければならない。さらに好ましくは、従来の
共晶はんだの融点である１８３度Ｃに近いことが、現状
のはんだ付けラインを修正する必要なく、そのまま利用
することができる。また、電装部品のはんだ付けに際し
ても、車載部品などのように使用環境が過酷な部分には
耐ヒートサイクル性も確保することが好ましい。
ズの融点である２３２度Ｃを下げる作用を有しており、
鉛を３７重量％合金したはんだは融点１８３度Ｃの共晶
はんだとして広く用いられている。即ち、電子部品は熱
に弱いので、はんだ接合時の加熱温度も低温で行う必要
があり、共晶はんだはこれらの要求に適合しているので
ある。しかしはんだの融点が余り低すぎても電子部品の
発熱や太陽熱で影響を受けてしまい、はんだ接合の本来
的な目的から外れてしまうことになる。従って、無鉛は
んだを組成する場合には、はんだ付けが行いやすく、か
つ外部からの熱雰囲気で影響を受けないような接合用合
金を開発する必要がある。共晶はんだに代替できる合金
の条件としては、少なくとも融点が１３０〜２００度Ｃ
の範囲でなければならない。さらに好ましくは、従来の
共晶はんだの融点である１８３度Ｃに近いことが、現状
のはんだ付けラインを修正する必要なく、そのまま利用
することができる。また、電装部品のはんだ付けに際し
ても、車載部品などのように使用環境が過酷な部分には
耐ヒートサイクル性も確保することが好ましい。
【０００５】本発明は鉛害の回避という点に着目し、無
鉛はんだ合金を組成する際に、従来のスズ＝鉛はんだに
おける鉛の作用を十分代替できる無鉛はんだ合金を提供
することを目的とするものである。
鉛はんだ合金を組成する際に、従来のスズ＝鉛はんだに
おける鉛の作用を十分代替できる無鉛はんだ合金を提供
することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述した目
的を達成するために、スズを基材として複数種類の金属
で合金を組成した。即ち、Ｓｎを基材として、Ｂｉ（ビ
スマス）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｚｎ（亜鉛）、Ａｇ
（銀）をそれぞれ１０〜２０重量％、０．１〜５重量
％、４〜６重量％、０．１〜３重量％の配分とし、合金
を組成した。
的を達成するために、スズを基材として複数種類の金属
で合金を組成した。即ち、Ｓｎを基材として、Ｂｉ（ビ
スマス）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｚｎ（亜鉛）、Ａｇ
（銀）をそれぞれ１０〜２０重量％、０．１〜５重量
％、４〜６重量％、０．１〜３重量％の配分とし、合金
を組成した。
【０００７】
【作用】Ｓｎそのものは毒性がなく、接合母材に対する
ヌレを得るという作用を行うものであり、はんだ基材と
して必須の金属である。ＢｉはＳｎと合金を組成するこ
とによってＳｎの本来の融点である２３２度Ｃを大幅に
降下させる機能を持っている。Ｂｉの配分を２０重量％
にした場合には合金の液相温度は約２００度Ｃまで降下
する。Ｚｎの添加は従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだに近似
する固相温度を達成するための作用を行う。Ｂｉだけの
添加で液相温度を降下させるとすれば、固相温度は予定
温度以下に低下してしまう。Ｚｎの添加は、Ｂｉによっ
て固相温度が予定温度以下に降下してしまうのを防止
し、固相温度を維持する。９１対９配分のＳｎ−Ｚｎ合
金では融点が１９９度Ｃの共晶になるが、本発明ではＢ
ｉの含有量が多いので、Ｂｉ−ＺｎおよびＢｉ−Ｓｎの
反応も考慮される。従って、これら３種類の反応を考慮
して、Ｚｎの含有量が決定されることになる。
ヌレを得るという作用を行うものであり、はんだ基材と
して必須の金属である。ＢｉはＳｎと合金を組成するこ
とによってＳｎの本来の融点である２３２度Ｃを大幅に
降下させる機能を持っている。Ｂｉの配分を２０重量％
にした場合には合金の液相温度は約２００度Ｃまで降下
する。Ｚｎの添加は従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだに近似
する固相温度を達成するための作用を行う。Ｂｉだけの
添加で液相温度を降下させるとすれば、固相温度は予定
温度以下に低下してしまう。Ｚｎの添加は、Ｂｉによっ
て固相温度が予定温度以下に降下してしまうのを防止
し、固相温度を維持する。９１対９配分のＳｎ−Ｚｎ合
金では融点が１９９度Ｃの共晶になるが、本発明ではＢ
ｉの含有量が多いので、Ｂｉ−ＺｎおよびＢｉ−Ｓｎの
反応も考慮される。従って、これら３種類の反応を考慮
して、Ｚｎの含有量が決定されることになる。
【０００８】ＳｂはＳｎ中に分散することによって、Ｓ
ｎのβ→α変態を防止する。また、Ｂｉ自体が脆い素材
であるから、Ｓｎ＝Ｂｉ合金も脆くなるが、Ｓｂを添加
してＳｎ中に分散させることによって粘りを強くし、Ｓ
ｎ＝Ｂｉ合金の脆さを改善するという作用も持ってい
る。なお、ＳｂはＢｉと完全に混合する性質であるか
ら、Ｓｂの添加による弊害は発生しない。Ａｇは成分中
ではもっとも原子半径が小さく、はんだ溶融中には接合
母材への拡散スピードを早める。これによってヌレ性を
改善してはんだ合金と母材との接合強度を高める。ま
た、Ａｇは合金中に分散し、衝撃強度を増加させる。こ
れらの作用は添加量が０．１重量％から次第に現れ、漸
次大きくなるが、３重量％を越えると合金の融点が上限
期待値よりも高くなってしまうので、これを越えない範
囲とした。
ｎのβ→α変態を防止する。また、Ｂｉ自体が脆い素材
であるから、Ｓｎ＝Ｂｉ合金も脆くなるが、Ｓｂを添加
してＳｎ中に分散させることによって粘りを強くし、Ｓ
ｎ＝Ｂｉ合金の脆さを改善するという作用も持ってい
る。なお、ＳｂはＢｉと完全に混合する性質であるか
ら、Ｓｂの添加による弊害は発生しない。Ａｇは成分中
ではもっとも原子半径が小さく、はんだ溶融中には接合
母材への拡散スピードを早める。これによってヌレ性を
改善してはんだ合金と母材との接合強度を高める。ま
た、Ａｇは合金中に分散し、衝撃強度を増加させる。こ
れらの作用は添加量が０．１重量％から次第に現れ、漸
次大きくなるが、３重量％を越えると合金の融点が上限
期待値よりも高くなってしまうので、これを越えない範
囲とした。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の目的を実現するための好まし
い実施例を示す。 （実施例１）Ｂｉ１４重量％、Ｓｂ２重量％、Ｚｎ５重
量％、Ａｇ０．３重量％、残部Ｓｎのはんだ合金を組成
した。 （実施例２）Ｂｉ１４重量％、Ｓｂ２重量％、Ｚｎ５重
量％、Ａｇ２重量％、残部Ｓｎのはんだ合金を組成し
た。
い実施例を示す。 （実施例１）Ｂｉ１４重量％、Ｓｂ２重量％、Ｚｎ５重
量％、Ａｇ０．３重量％、残部Ｓｎのはんだ合金を組成
した。 （実施例２）Ｂｉ１４重量％、Ｓｂ２重量％、Ｚｎ５重
量％、Ａｇ２重量％、残部Ｓｎのはんだ合金を組成し
た。
【００１０】実施例１の合金の物理的特性は、融点１８
５〜１８９度Ｃ、引張強度７．３kgf/mm2 、伸び率１．
６％、ヤング率９．３×１０4 kg/cm2であった。銅板上
での接合ヌレ性および接合流動性は何れも良好であっ
た。なお、接合に際してＲＭＡフラックスを使用し、２
４０度Ｃの温度雰囲気で行った。実施例２の合金の物理
的特性は、融点１８２〜１８３度Ｃ、引張強度６．７kg
f/mm2 、伸び率１．１％、ヤング率９．４×１０4 kg/c
m2であった。銅板上での接合ヌレ性および接合流動性は
何れも良好であった。なお、接合に際してＲＭＡフラッ
クスを使用し、２４０度Ｃの温度雰囲気で行った。
５〜１８９度Ｃ、引張強度７．３kgf/mm2 、伸び率１．
６％、ヤング率９．３×１０4 kg/cm2であった。銅板上
での接合ヌレ性および接合流動性は何れも良好であっ
た。なお、接合に際してＲＭＡフラックスを使用し、２
４０度Ｃの温度雰囲気で行った。実施例２の合金の物理
的特性は、融点１８２〜１８３度Ｃ、引張強度６．７kg
f/mm2 、伸び率１．１％、ヤング率９．４×１０4 kg/c
m2であった。銅板上での接合ヌレ性および接合流動性は
何れも良好であった。なお、接合に際してＲＭＡフラッ
クスを使用し、２４０度Ｃの温度雰囲気で行った。
【００１１】結果から明らかなように、２つの合金の融
点は共晶はんだの融点である１８３度Ｃと非常に近く、
現状で採用しているはんだ付けラインをそのまま転用し
ても問題はないことがわかる。Ｂｉだけを１４重量％添
加した場合のＳｎ合金の液相温度は約２１０度Ｃ程度で
あり、固相温度が１８０度Ｃより低くなってしまうが、
Ｚｎを５重量％添加したことが相乗的に作用し、液相温
度を下げながら固相温度の降下を抑制することができ
た。
点は共晶はんだの融点である１８３度Ｃと非常に近く、
現状で採用しているはんだ付けラインをそのまま転用し
ても問題はないことがわかる。Ｂｉだけを１４重量％添
加した場合のＳｎ合金の液相温度は約２１０度Ｃ程度で
あり、固相温度が１８０度Ｃより低くなってしまうが、
Ｚｎを５重量％添加したことが相乗的に作用し、液相温
度を下げながら固相温度の降下を抑制することができ
た。
【００１２】上記２つの実施例から明らかなように、本
発明の無鉛はんだ合金は電子部品の実装などに用いる低
温はんだとして従来からあるＳｎ−Ｐｂ共晶はんだとほ
ぼ同等の作業温度を達成することが可能であると共に、
他の物理的特性においても良好な数値を示している。実
施例１と実施例２以外の範囲であっても、融点が２００
度Ｃを越えないように、かつ固相温度が低下しないよう
にＢｉとＺｎの配分を調整すれば、物理的特性は上記範
囲を大きく外れない良好な値を示すものと推測される。
発明の無鉛はんだ合金は電子部品の実装などに用いる低
温はんだとして従来からあるＳｎ−Ｐｂ共晶はんだとほ
ぼ同等の作業温度を達成することが可能であると共に、
他の物理的特性においても良好な数値を示している。実
施例１と実施例２以外の範囲であっても、融点が２００
度Ｃを越えないように、かつ固相温度が低下しないよう
にＢｉとＺｎの配分を調整すれば、物理的特性は上記範
囲を大きく外れない良好な値を示すものと推測される。
【００１３】
【発明の効果】本発明では上述したように従来の有鉛は
んだ合金とは全くことなり、鉛は一切利用していないの
で、鉛害の問題は完全に回避することができる。しか
も、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだと同等の温度ではんだ
付け作業を行うことができるので、現状の作業ラインの
環境を全く変更することなく、熱に弱い電子部品の接合
が可能である。また、はんだ合金としての物理的特性も
良好な状態を確保しているので、従来の共晶はんだと同
等の性能を有する代替合金として採用することができ、
用途としては非常に広い。
んだ合金とは全くことなり、鉛は一切利用していないの
で、鉛害の問題は完全に回避することができる。しか
も、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだと同等の温度ではんだ
付け作業を行うことができるので、現状の作業ラインの
環境を全く変更することなく、熱に弱い電子部品の接合
が可能である。また、はんだ合金としての物理的特性も
良好な状態を確保しているので、従来の共晶はんだと同
等の性能を有する代替合金として採用することができ、
用途としては非常に広い。
Claims (1)
- 【請求項１】Ｂｉ１０〜２０重量％、Ｓｂ０．１〜５重
量％、Ｚｎ４〜６重量％、Ａｇ０．１〜３重量％、残部
Ｓｎからなることを特徴とする無鉛はんだ合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21902093A JP3346848B2 (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 無鉛はんだ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21902093A JP3346848B2 (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 無鉛はんだ合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0751883A JPH0751883A (ja) | 1995-02-28 |
| JP3346848B2 true JP3346848B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=16728998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21902093A Expired - Fee Related JP3346848B2 (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 無鉛はんだ合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3346848B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3232963B2 (ja) * | 1994-10-11 | 2001-11-26 | 株式会社日立製作所 | 有機基板接続用鉛レスはんだ及びそれを用いた実装品 |
| KR0158600B1 (ko) * | 1995-06-30 | 1999-01-15 | 이형도 | 기계적 특성이 우수한 무연땜납 |
| WO1997012719A1 (fr) | 1995-09-29 | 1997-04-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Soudure sans plomb |
| US6224690B1 (en) * | 1995-12-22 | 2001-05-01 | International Business Machines Corporation | Flip-Chip interconnections using lead-free solders |
| JP3220635B2 (ja) * | 1996-02-09 | 2001-10-22 | 松下電器産業株式会社 | はんだ合金及びクリームはんだ |
| IL132555A0 (en) * | 1997-04-22 | 2001-03-19 | Ecosolder Internat Pty Ltd | Lead-free solder |
| JP3160583B2 (ja) | 1999-01-27 | 2001-04-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 樹脂製基板 |
| US6503338B1 (en) | 2000-04-28 | 2003-01-07 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free solder alloys |
-
1993
- 1993-08-11 JP JP21902093A patent/JP3346848B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0751883A (ja) | 1995-02-28 |
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Legal Events
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