JP5287852B2 - 引け巣が抑制された鉛フリーはんだ合金 - Google Patents
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Description
特許文献2:特開2005−186160号公報
本発明の鉛フリーはんだ合金では、典型的なSn−Ag−Cu系鉛フリーはんだよりAg含有量を低減させ、デンドライトを生成するSn量を増加させることで、引け巣の発生が抑制される。これは、Snデンドライト同士の結合が促進され、凝固割れが発生しにくくなるためではないかと推測される。しかし、Ag量の低減により、Sn−Ag−Cu系鉛フリーはんだの持つ優れた耐温度サイクル特性が悪影響を受ける。
本発明に係るSn−Bi−Ag−Cu系はんだ合金は、Agを低減させ、Snを増加させることで、Snデンドライト同士の結合を促進させ、はんだ表面の微細な凹凸や引け巣の発生を少なくする。それによるはんだ接合部の耐熱疲労特性の低下を、特定量のBiの添加により防ぐ。SnにBiのみを添加しても、はんだの耐熱疲労特性を維持することは難しい。Snと金属間化合物を形成する金属元素であるAgおよびCuを添加しないと、はんだの耐熱疲労特性(耐熱サイクル特性)が悪くなる。
ソルダペーストは、はんだ粉末を少量のフラックスと混合してペースト状にしたものであり、リフローはんだ付け法によるプリント基板への電子部品の実装に広く利用されている。ソルダペーストに用いるフラックスは、水溶性フラックスと非水溶性フラックスのいずれでもよいが、典型的には、適当な活性剤、溶剤、チキソ剤を含有するロジンベースの非水溶性フラックスであるロジン系フラックスである。
1)DSCによる融点の測定
試料を10〜40mg採取し、示差走査熱量測定装置(DSC)により、昇温速度5℃/minで、固相線温度と液相線温度を測定した。
厚さ1.6mmの6層プリント基板に所定パターンで配置された各はんだ付け部(1.6×1.2mm)に3.2×1.6×0.6mmのチップ抵抗をはんだ付けした。はんだ付けは、各はんだ合金の粉末とロジン系フラックスとから作製したソルダペーストをはんだ付け部に150μmの厚さで印刷塗布し、ピーク温度が245℃のリフロー炉で加熱するリフロー法により行った。
上記温度サイクル試験を行った基板において、残留するチップ抵抗のはんだフィレット部10個所を、透過X線装置により倍率15倍で観察して、径が300μm以上のボイドの総数を数えた。但し、部品下のボイドは考慮しなかった。
14×18×0.3mmの銅板を、中央の直径10mmのCu露出部を除いてソルダーレジストで被覆した。この銅板のCu露出部に、はんだ合金1gを載せ、更にロジン系フラックスを塗布した。この銅板を270℃に保持されているはんだ槽に浮かべた20×20×0.3mmの銅基板の上に載せて、30秒間放置し、はんだ合金を溶融させた。その後、銅板を取り出して、空冷した。
1)融点
本発明に係るはんだ合金の液相線温度はすべて230℃以下であり、固相線温度は170℃以上であった。電子部品やプリント基板への熱影響を考慮すると、液相線温度は230℃以下が好ましい。また高温時における接合強度を弱めないためには、固相線温度は170℃以上が好ましい。従って、本発明に係るはんだ合金は、電子部品のプリント基板へのはんだ付けに適した溶融特性を有する。
本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、温度サイクル(ヒートサイクル)試験後の接合強度が平均で30N以上、最小値が20N以上であった。
Sn−3Ag−0.5Cu合金ではボイドが45個である。ボイド低減を目的として開発されたSn−1Ag−0.7Cu合金やSn−0.3Ag−0.7Cu合金ではボイドが30前後である。従って、ボイドが25個以内であれば、ボイド低減効果は十分である。本発明に係る鉛フリーはんだ合金はボイド発生に関しても十分に満足できる結果を示した。
図1は、引け巣試験における本発明に係るはんだ合金の表面を、図2は、引け巣長さが大きかった比較例のはんだ合金の表面を示す。図1のはんだ合金では、表面がほぼなだらかで、引け巣もごく幅が小さい。一方、図2の比較例のはんだ合金では、表面がより荒く、大きな割れ目にみえる窪みが発生している。これが引け巣である。上述したように、引け巣長さが1mm以下であれば、実使用上問題なく、本発明に係るはんだ合金はいずれもこの条件を満足した。即ち、引け巣や表面の微細凹凸に関して、従来のSn−Sg−Cuはんだに比べて著しい改善が達成された。
Claims (6)
- 質量%で、Ag:0.1〜1.5%、Bi:2.5〜5.0%、Cu:0.5〜1.0%、Ni:0〜0.035%、残部がSnおよび不可避不純物よりなる組成を有する、鉛フリーはんだ合金。
- Niを0.015〜0.035%含有する、請求項1に記載のはんだ合金。
- 請求項1または2に記載のはんだ合金の粉末とフラックスとの混合物からなる、鉛フリーソルダペースト。
- 請求項3に記載のソルダペーストを用いることを特徴とするプリント基板のはんだ付け方法。
- 請求項1または2に記載の鉛フリーはんだ合金からなるはんだ接合部。
- 請求項1または2に記載の鉛フリーはんだ合金からなるはんだボール。
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