JP3776505B2 - はんだ接合 - Google Patents
はんだ接合 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3776505B2 JP3776505B2 JP11146596A JP11146596A JP3776505B2 JP 3776505 B2 JP3776505 B2 JP 3776505B2 JP 11146596 A JP11146596 A JP 11146596A JP 11146596 A JP11146596 A JP 11146596A JP 3776505 B2 JP3776505 B2 JP 3776505B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- specific gravity
- alloy
- solder
- flux
- mixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
- H05K3/3485—Applying solder paste, slurry or powder
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板のはんだ付けに用いるクリームはんだに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の実装技術において、電子部品の小型化、高密度実装化が急速に進んでいる。それに伴い、はんだ材料の狭ピッチ化、高機能化への要求が急速に高まっている。また、環境への関心が高まる中、電子回路基板などの産業廃棄物の処理についても法的規制が検討されている。
【0003】
以下に上述した従来のはんだ材料の一例について、図面を参照して説明する。図2は従来のはんだ材料の合金組織、及び従来のはんだ材料と銅ランドとの接合界面における金属組成を示すものである。図2において、4はα固溶体でSnリッチ相である。5はβ固溶体でPbリッチ相である。6は金属間化合物であり、その組成はCu3 Snである。7も金属間化合物であり、その組成はCu6 Sn5 である。8はCuランドであり、9は電子部品のリードである。
【0004】
以上説明したように、従来のはんだ合金は、その金属組成がSnとPbの共晶合金であり、その構成成分は、Snが63重量%及びPbが37重量%から構成され、183℃に共晶点をもつものである。また、その合金組織はα固溶体4中にβ固溶体5が均一に分布しラメラ状となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、環境保護の立場から、はんだ材料(Sn−Pb合金)中に含まれる鉛の規制が国際的に急速に進みつつある。従来のはんだ材料によりはんだ付けされたプリント回路基板の廃棄物は、酸性雨にさらされると、鉛が大量に溶出し、その溶出物質が人体に悪影響を与えるという問題点が指摘されている。また、この問題点を解決するために開発された鉛を含有しないはんだ材料は、銅ランドへの濡れ性、及び電子部品とのはんだ付け強度を、Sn−Pb合金のように合わせ持つものは存在しなかった。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑み、はんだ材料中に鉛を含まず、かつ、濡れ性及びはんだ付け強度の改善されたクリームはんだ材料を提供するもので、Sn合金の粉末を2種類以上混合し、ペースト化しクリームはんだとすることによって、濡れ性及びはんだ付け強度が同一組成の単一粉によるクリームはんだよりも向上した、優れたクリームはんだ材料を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明はSnを主成分とする合金に関し、2種類以上の粉末をフラックスにより混合して、全体として所望の重量比になるように構成し、粉末の比重の差を利用し、銅ランドと電子部品との間ではんだの組成を傾斜分布させることにより、銅ランドに対しては濡れ性を向上させ、また、電子部品に対しては接合界面強度を向上させて、はんだ付け強度を向上させることができるクリームはんだである。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、Snを主成分とし、Ag,Bi,Cu,In,及びZnから選択される1つの成分からなり、比重が7.3〜8.8(g/cm3以下同様)である2種類以上の合金粉末をフラックスと混合して、所望の重量比になるように構成し、銅ランド側には、Bi,Inを成分とする合金を、電子部品側には、Ag,Zn,Cuを成分とする合金を分布させ、銅ランドと電子部品間で前記成分からなるはんだを比重の差により組成を傾斜させたはんだ接合方法であり、例えば、銅ランドに対しては濡れ性を向上させ、電子部品に対してははんだ付け強度を向上する合金をそれぞれ分布させるので、従来の同一組成の単一粉によるクリームはんだに比して、濡れ性及び接合強度を向上することができる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、合金の構成成分として、Sn、Ag、及びBiにより構成されるクリームはんだにおいて、96.5Sn3.5Ag(数字は重量%、以下同様)で比重7.5の合金粉末と42Sn58Biで比重8.8の合金粉末を所望の重量比になるようにフラックスと混合することを特徴とし、96.5Sn3.5Agと42Sn58Bi粉末をフラックスにより混合したクリームはんだは、それぞれの比重の差により、銅ランド側には42Sn58Bi、また、電子部品側には96.5Sn3.5Agが傾斜分布をするので、濡れ性はBiによりSnの表面張力が下げられるため向上し、はんだ付け強度は96.5Sn3.5Agにより高められる。そのため、同一組成で単一粉末により構成されるクリームはんだよりも、銅ランドへの濡れ性を向上させ、また、電子部品リードとのはんだ付け強度も向上させることができる。
【0010】
請求項3に記載の発明は、合金の構成成分として、Sn、Ag、Bi、及びCuにより構成されるクリームはんだにおいて、96.5Sn3.5Agで比重7.5、42Sn58Biで比重8.8、及び99.3Sn0.7Cuで比重7.3の合金粉末を所望の重量比になるようにフラックスと混合することを特徴とし、請求項3記載の発明に、さらに、99.3Sn0.7Cu粉末を混合したので、はんだの銅濃度を増加させることによって、銅ランドからの銅の溶融、拡散を防止でき、はんだ付け品質を向上させることができる。
【0011】
請求項4に記載の発明は、合金の構成成分として、Sn、Ag、Bi、Cu、及びInにより構成されるクリームはんだにおいて、96.5Sn3.5Agで比重7.5、42Sn58Biで比重8.8、48Sn52Inで比重7.3及び99.3Sn0.7Cuで比重7.3の合金粉末を所望の重量比になるようにフラックスと混合することを特徴とし、請求項4記載の発明に、さらに、48Sn52In粉末を混合したので、濡れ性を適宜改善することができる。
【0012】
請求項5に記載の発明は、合金の構成成分として、Sn、Ag、Bi、Cu、In、及びZnにより構成されるクリームはんだにおいて、96.5Sn3.5Agで比重7.5、42Sn58Biで比重8.8、48Sn52Inで比重7.3、99.3Sn0.7Cuで比重7.3、及び91Sn9Znで比重7.2の合金粉末を所望の重量比になるようにフラックスと混合することを特徴とし、請求項5記載の発明に、さらに、91Sn9Zn粉末を混合したので、はんだ付け強度を適宜改善することができる。
【0018】
以下、本発明の実施の形態について、表1、2および図1を用いて説明する。
本発明において、はんだ合金の組成を上述のように限定した理由を説明する。
Agは、はんだ付け強度を改善させるが、その添加量が1.7重量%よりも少なければ、はんだ付け強度を改善させる効果が十分ではない。また、電子部品に熱損傷を与えないようにするため、220℃以下の融点を確保するためには、3.3重量%以下としなければならない。それを越えて添加すると、融点は急激に上昇するので好ましくない。よって、Agの好適な添加量は1.7〜3.3重量%である。
【0019】
Biは、濡れ性を改善するが、添加量が5重量%よりも少なければ、その効果は十分ではない。また、18重量%を越えるとはんだ付け強度が得られなくなるので好ましくない。よって、Biの添加量は5〜18重量%が好適である。
Cuは、はんだ/銅ランド接合界面の金属間化合物の形成を抑制させる効果があるが、0.05重量%よりも少ない添加ではその効果は現れず、0.65重量%を越えて添加すると、硬く、脆くなり特性を劣化する。よって、Cuの好適な添加量は0.05〜0.65重量%である。
【0020】
Inは、濡れ性を改善させる効果があるが、0.5重量%よりも少ない添加ではその効果が現れず、2.5重量%を越えて添加すると、合金の機械的強度を劣化させる。そのため、Inの好適な添加量は0.5〜2.5重量%である。
本発明のクリームはんだは、上記特性を生かして構成され、その溶融後の合金成分として、Snを約80〜95重量%、Agを約1.7〜3.3重量%、Biを約5〜18重量%、Cuを約0.05〜0.65重量%、Inを約0.5〜2.5重量%、及びZnを0.5〜6.5重量%の範囲で構成されるものである。
【0021】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
表1は、本発明の実施例におけるSn合金の比重を示したものである。
上記Sn合金において、96.5Sn3.5Ag、及び91Sn9Znは、Sn−Pb合金はんだに比べ、電子部品とのはんだ付け強度は高いが、銅ランドへの濡れ性は劣る。また、Bi及びInはSnの表面張力を下げ、Snの銅ランドへの濡れ性を向上させることができる。また、Cuをはんだ中に含有させることにより、銅ランドの溶融及び拡散によるはんだ付け品質の劣化を抑制できるという特性を有する。
【0022】
【表1】
【0023】
そして、本発明はSn合金の上記特性を考慮し、表2に示すように2種類以上の合金粉末をフラックスと混合することによって提供される。
【0024】
【表2】
【0025】
表2は、本発明のはんだ合金について、その組成(重量%)、濡れ性、及び接合強度(はんだ付け強度)を示したものである。
また、濡れ性及び接合強度は、それぞれのはんだ合金を大気用RMAタイプのクリームはんだにしたものを用いて測定した。
濡れ性については、銅基板上でのはんだの濡れ拡がり率を測定した。
【0026】
接合強度については、0.5mmピッチのQFPを実装後、その1リードあたりのピーリング強度を測定した。
この実施例から明らかなように、本発明による2種類以上の合金粉末を混合したクリームはんだは、その単体のクリームはんだに比して、濡れ性及び接合強度において改善された効果を有する。
【0027】
また、図1は、本発明の実施例におけるはんだ合金における元素濃度変化の一例を示すものである。図1において、1は本発明のクリームはんだで、溶融凝固後のフィレット状態を示している。2は銅ランドであり、3は電子部品リードである。
表1と図1を参照して、請求項2に記載の発明について説明する。96.5Sn3.5Agと42Sn58Bi粉末をフラックスにより混合したクリームはんだは、表1に示されたそれぞれの比重の差により、銅ランド側には42Sn58Bi、また、電子部品側には96.5Sn3.5Agが、図1に示すような傾斜で分布する。銅ランド側に分布する42Sn58Biでは、BiによりSnの表面張力が下げられ、Snの銅ランドへの濡れ性は向上する。一方、電子部品とのはんだ付け強度は、96.5Sn3.5Agにより高められる。そのため、同一組成で単一粉末により構成されるクリームはんだよりも、銅ランドへの濡れ性は向上し、電子部品リードとのはんだ付け強度も向上する。
【0028】
本発明は、Snを主成分とした合金粉末の特性を生かした多様な組合せが可能であり、それぞれの合金の比重の差により組成を傾斜分布し、濡れ性及びはんだ付け強度を向上させることができる。
また、99.3Sn0.7Cu粉末を混合しているのは、はんだの銅濃度を増加させることによって、銅ランドからの銅の溶融及び拡散により発生する硬く脆い金属間化合物の生成を抑制し、はんだ付け品質を向上させるためである。
【0029】
次に、本発明の実施例について表2を用いて説明する。
本実施例のクリームはんだとして、(96.5Sn3.5Ag)90重量%、(48Sn52Bi)10重量%の合金粉末を混合し、大気用RMAのフラックスを用いてクリームはんだとしたものを用いて、その濡れ性及び接合強度を測定し、これと、溶融後の組成が同一の単一合金粉末で、同じフラックスを用いてクリームはんだにしたものの各測定値と比較した。その結果は表2に示されている。この表から明らかなように、混合粉を用いたクリームはんだは、単一粉によるクリームはんだと比較して、濡れ性及び接合強度の両方において向上が見られた。また、参考例の63Sn37Pb合金によるクリームはんだと比較しても、濡れ性及び接合強度の両方において勝っており、それぞれの特性の大幅な向上を図ることができた。また、実施例2から実施例13においても、単一粉によるクリームはんだよりも、混合粉によるクリームはんだが全ての場合において濡れ性及び接合強度の両方において向上が図られており、その効果が顕著に現れている。
【0030】
なお、本発明のはんだ合金をクリームはんだにする場合、フラックスの種類は特に限定されることはなく、大気リフロー対応、窒素リフロー対応、RA、RMA等のフラックスの使用が可能である。好ましくは、活性力があり、かつ比較的耐腐食性にも優れる大気用RMAタイプのフラックスが適している。
【0031】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明は、Snを主成分とする合金粉末を2種類以上をフラックスと混合し、全体として所望の重量比になるように構成されたクリームはんだを用いることにより、はんだ付け部の銅ランド側と電子部品側で、はんだ組成に傾斜分布を持たせることができ、濡れ性及びはんだ付け強度の向上を図ることができるクリームはんだを得ることができる。
【0032】
また、その組成に鉛を含んでいないはんだも同時に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例におけるはんだ合金の元素濃度変化の一例を示す図である。
【図2】従来のはんだ材料の合金組織図である。
Claims (5)
- Snを主成分とし、Ag,Bi,Cu,In,及びZnから選択される1つの成分からなり、比重が7.3〜8.8(g/cm3以下同様)である2種類以上の合金粉末をフラックスと混合して、所望の重量比になるように構成し、銅ランド側には、Bi,Inを成分とする合金を、電子部品側には、Ag,Zn,Cuを成分とする合金を分布させ、銅ランドと電子部品間で前記成分からなるはんだを比重の差により組成を傾斜させたはんだ接合方法。
- 96.5Sn3.5Ag(数字は重量%、以下同様)で比重7.5の合金粉末と42Sn58Biで比重8.8の合金粉末を所望の重量比になるようにフラックスと混合することを特徴とする請求項1記載のはんだ接合方法。
- 96.5Sn3.5Agで比重7.5、42Sn58Biで比重8.8、及び99.3Sn0.7Cuで比重7.3の合金粉末を所望の重量比になるようにフラックスと混合することを特徴とする請求項1記載のはんだ接合方法。
- 96.5Sn3.5Agで比重7.5、42Sn58Biで比重8.8、48Sn52Inで比重7.3及び99.3Sn0.7Cuで比重7.3の合金粉末を所望の重量比になるようにフラックスと混合することを特徴とする請求項1記載のはんだ接合方法。
- 96.5Sn3.5Agで比重7.5、42Sn58Biで比重8.8、48Sn52Inで比重7.3、99.3Sn0.7Cuで比重7.3、及び91Sn9Znで比重7.2の合金粉末を所望の重量比になるようにフラックスと混合することを特徴とする請求項1記載のはんだ接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11146596A JP3776505B2 (ja) | 1996-05-02 | 1996-05-02 | はんだ接合 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11146596A JP3776505B2 (ja) | 1996-05-02 | 1996-05-02 | はんだ接合 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09295182A JPH09295182A (ja) | 1997-11-18 |
JP3776505B2 true JP3776505B2 (ja) | 2006-05-17 |
Family
ID=14561939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11146596A Expired - Fee Related JP3776505B2 (ja) | 1996-05-02 | 1996-05-02 | はんだ接合 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3776505B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20230241725A1 (en) * | 2022-01-19 | 2023-08-03 | Ning-Cheng Lee | Solder pastes and methods of using the same |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11138292A (ja) * | 1997-11-10 | 1999-05-25 | Showa Denko Kk | 無鉛ソルダペースト |
EP1180411A1 (en) * | 2000-08-17 | 2002-02-20 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free paste for reflow soldering |
US6896172B2 (en) | 2000-08-22 | 2005-05-24 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free solder paste for reflow soldering |
DE60142119D1 (de) | 2000-10-02 | 2010-06-24 | Asahi Kasei Emd Corp | Teilchen einer funktionellen metalllegierung. |
JP2002224880A (ja) * | 2000-11-28 | 2002-08-13 | Fujitsu Ltd | はんだペースト、および電子装置 |
CN100408251C (zh) * | 2002-12-31 | 2008-08-06 | 摩托罗拉公司 | 无铅混合合金焊膏 |
EP1614500A4 (en) * | 2003-04-01 | 2006-05-10 | Senju Metal Industry Co | WELDING IN PASTE |
DE102004034035A1 (de) * | 2004-07-13 | 2006-02-09 | W.C. Heraeus Gmbh | Bleifreie Lotpasten mit erhöhter Zuverlässigkeit |
JP2010029868A (ja) * | 2006-11-06 | 2010-02-12 | Victor Co Of Japan Ltd | 無鉛はんだペースト、それを用いた電子回路基板及びその製造方法 |
SG161110A1 (en) * | 2008-10-15 | 2010-05-27 | Autium Pte Ltd | Solder alloy |
JP2012076086A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Mitsubishi Materials Corp | ハンダ粉末及びこの粉末を用いたハンダ用ペースト |
JP2015205293A (ja) * | 2014-04-18 | 2015-11-19 | 株式会社デンソー | はんだペースト、電子装置の製造方法および電子装置 |
KR102311179B1 (ko) * | 2020-02-26 | 2021-10-13 | 한국과학기술원 | 솔더 도전 입자와 플럭스 첨가제를 함유하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제 및 이를 이용한 전자부품 간 접속방법 |
-
1996
- 1996-05-02 JP JP11146596A patent/JP3776505B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20230241725A1 (en) * | 2022-01-19 | 2023-08-03 | Ning-Cheng Lee | Solder pastes and methods of using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09295182A (ja) | 1997-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3220635B2 (ja) | はんだ合金及びクリームはんだ | |
JP3761678B2 (ja) | 錫含有鉛フリーはんだ合金及びそのクリームはんだ並びにその製造方法 | |
JP3776505B2 (ja) | はんだ接合 | |
KR101059710B1 (ko) | 솔더 페이스트 및 인쇄 회로 기판 | |
JP5045673B2 (ja) | 機能部品用リッドとその製造方法 | |
JPH09326554A (ja) | 電子部品接合用電極のはんだ合金及びはんだ付け方法 | |
US5573602A (en) | Solder paste | |
TW200538226A (en) | Solder paste | |
JP2002537120A (ja) | Pcb製造における無鉛はんだ用合金粉末ペーストの使用 | |
JP3643008B2 (ja) | はんだ付け方法 | |
TWI695893B (zh) | 銲錫膏 | |
JP2010029868A (ja) | 無鉛はんだペースト、それを用いた電子回路基板及びその製造方法 | |
JP2003311469A (ja) | ソルダペースト、電子部品およびステップ・ソルダリング方法 | |
JP2003117681A (ja) | はんだペースト、および端子間の接続構造 | |
JP4337326B2 (ja) | 鉛フリーはんだおよびはんだ付け物品 | |
JP2001259884A (ja) | ペーストはんだ | |
JP2004241542A (ja) | はんだ付け方法およびこのはんだ付け方法により接合される部品および接合された接合構造体 | |
JP3580731B2 (ja) | 鉛フリー半田の半田付け方法、及び当該半田付け方法にて半田付けされた接合体 | |
JP2005340275A (ja) | 電子部品接合体、その製造方法、およびそれを含む電子装置 | |
JP2008028413A (ja) | 電子部品のはんだ付け方法 | |
JP2000343273A (ja) | はんだ合金 | |
JPH09277082A (ja) | ソルダペースト | |
JP2002120086A (ja) | 無鉛はんだ及びその製造方法 | |
JP3654161B2 (ja) | ソルダペーストとはんだ付け方法 | |
JP4732900B2 (ja) | クリームはんだ、及びそれを使用したはんだ付け方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050719 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050915 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051129 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060221 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060223 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100303 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110303 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |