JP3835582B2 - 高温はんだ付用Zn合金 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や機械部品の組立などにおける高温はんだ付用に好適なZn合金に関する。
【0002】
【従来の技術】
パワートランジスタ素子のダイボンディングを始めとする各種電子部品の組立工程におけるはんだ付では高温はんだ付が行われ、比較的高温の300℃程度の融点を有するはんだ合金(以下、単に「はんだ合金」という)が用いられている。このはんだ合金には、Pb−5質量%Sn合金に代表されるPb合金(Pb系はんだ合金)が従来より用いられている。
【0003】
近年、環境汚染に対する配慮からPbの使用を制限する動きが強くなってきている。こうした動きに対応して電子組立の分野においても、Pbを含まないはんだ合金が求められている。
【0004】
しかしながら、従来のPb系はんだ合金を代替できるはんだ合金はまだ提案されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、電子部品の組立などで用いるのに好適な300℃程度の融点を有する高温はんだ付用Zn合金を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の高温はんだ付用Zn合金は、Alを1〜7質量%、Mgを0.5〜6質量%、およびSnを13.2質量%以上25質量%以下含み、残部がZnおよび不可避不純物からなる。なお、Snは15質量%以下であることが好ましい。
【0007】
また、本発明の高温はんだ付用Zn合金は、Alを3〜4質量%、Mgを2.5〜3質量%、およびSnを1〜25質量%含み、残部がZnおよび不可避不純物からなる。
【0008】
この場合、Snの含有量が5〜15質量%であることがより好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、下記(1)、(2)の点にまず着目した。
【0010】
(1)Pb−5質量%Sn合金は、固相線温度と液相線温度がそれぞれ305℃、315℃である。
【0011】
(2)Zn−Al−Mg系3元共晶合金は、Alが3〜4質量%で且つMgが2.5〜3質量%の範囲内で、共晶温度が340℃付近にあるといわれている。
【0012】
そして、さらに研究を鋭意行った結果、Zn−Al−Mg系3元共晶合金は、Pb−5質量%Sn合金と比べると融点がまだ高いが、Zn−Al−Mg系3元共晶合金を基本とする合金は、上記Pb系はんだ合金を代替できるはんだ合金になり得ると考えた。そして、Zn−Al−Mg系3元共晶の融点を適当にさらに下げるためには、該共晶にSnを添加することが有効であることを見出だし、本発明に到達した。
【0013】
すなわち、本発明のはんだ合金(Zn系はんだ合金)は、Alを1〜7質量%、Mgを0.5〜6質量%、およびSnを1〜25質量%含み、残部がZnおよび不可避不純物からなる。
【0014】
本発明のZn系はんだ合金において、Al含有量を1〜7質量%、Mg含有量を0.5〜6質量%としたのは、これらの組成範囲を外れると、当該はんだ合金の融点が高くなりすぎ、340℃付近より低くできないためである。上記組成範囲内では、Al含有量を3〜4質量%、Mg含有量を2.5〜3質量%とするのがより好ましい。それは、Zn−Al−Mg系3元共晶組成あるいはそれに近い組成となるからである。
【0015】
Snは、Zn−Al−Mg系3元合金の融点を下げる元素である。特に好適な組成範囲では、310℃〜320℃までに固相線温度を下げられる。Sn含有量は、1質量%未満では上記融点低下効果が小さすぎるので、1質量%以上必要で、より好ましくは5質量%以上である。一方、Sn含有量の上限の限定理由は次の通りである。
【0016】
すなわち、ZnとSnは、Snが7質量%を超えると、180℃付近で共晶反応を起こすので、液相が出現する。しかるに、Sn含有量を25質量%以下、より好ましくは15質量%以下において一定量以下にすれば、上記液相量を適度に制御することができ、実用上問題はない。しかし、25質量%を超えると、上記共晶(Zn−Sn)反応により180℃以上の温度で生成する液相量が多くなりすぎて、はんだ合金として不適当になる。
【0017】
本発明のZn系はんだ合金は、ビッカース硬度100ぐらいの高い硬度を有するために、加工性は劣る。従って、熱間成形してはんだ合金材とするか、粉末にした後でペースト状のはんだ合金材とするのがよい。
【0018】
【実施例】
[実施例1〜9、比較例1]
Zn地金、Al地金、Mg地金およびSn地金(以上の原料は、いずれも純度99.9質量%)を用い、大気溶解炉によりZn合金を溶製した。溶製したZn合金を化学分析し、その結果を表1に示す。
【0019】
上記溶製したZn合金について、融点を測定し、濡れ性を評価した。融点の測定は、マック・サイエンス(MAC SCIENCE)社製熱分析装置(DSC3100型)を用い、昇温・降温速度を10℃/分として行った。また、濡れ性の評価は、次の(1)、(2)、(3)のようにして行った。
【0020】
(1)上記融点測定で得た各液相線温度より20℃高い温度に窒素気流中で保持するZn合金浴を調製する。
【0021】
(2)Agめっきを施した銅片を上記浴中に5秒間浸漬した後、該銅片を取り出し観察する。
【0022】
(3)取り出した銅片のAgめっき面にZn合金融液が濡れ広がった場合に「良」と、濡れ広がらなかった場合に「不良」と評価する。
【0023】
上記測定・評価の結果を表1に示す。
【0024】
なお、Snの添加量が7質量%を超えると、180℃以上の温度で微少量の液層が存在する。このため、表1において使用する固相線温度の用語は厳密なものではない。表1に示した固相線温度は、上記微少量の液相を無視し、合金の大部分を占めている固相部分が溶解を開始する温度を測定したものである。
【0025】
【表1】
【0026】
表1より、実施例のZn合金は、Snの添加により融点が適度に低下し、より好適な組成範囲では、310℃〜320℃の固相線温度を有しうるとともに、濡れ性にも問題がないので、電子部品や機械部品の組立において高温はんだ付用に好適であることがわかる。
【0027】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、従来のPb系はんだ合金を代替できる高温はんだ付用Zn合金を提供することができる。
Claims (4)
- Alを1〜7質量%、Mgを0.5〜6質量%、およびSnを13.2質量%以上25質量%以下含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなる高温はんだ付用Zn合金。
- Snの含有量が13.2質量%以上15質量%以下である請求項1に記載の高温はんだ付用Zn合金。
- Alを3〜4質量%、Mgを2.5〜3質量%、およびSnを1〜25質量%含み、残部がZnおよび不可避不純物からなる高温はんだ付用Zn合金。
- Snの含有量が5〜15質量%である請求項3に記載の高温はんだ付用Zn合金。
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JP01259298A JP3835582B2 (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 高温はんだ付用Zn合金 |
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