JPH01237095A - はんだ材 - Google Patents
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- JPH01237095A JPH01237095A JP63061919A JP6191988A JPH01237095A JP H01237095 A JPH01237095 A JP H01237095A JP 63061919 A JP63061919 A JP 63061919A JP 6191988 A JP6191988 A JP 6191988A JP H01237095 A JPH01237095 A JP H01237095A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、はんだ材に関するものであり、さらに詳しく
述べるならば、疲労が起こり易い環境で使用される部品
のはんだ付け、特に電子部品を印刷基板に接合する用途
に適したはんだ材に関するものである。
述べるならば、疲労が起こり易い環境で使用される部品
のはんだ付け、特に電子部品を印刷基板に接合する用途
に適したはんだ材に関するものである。
(従来の技術)
−mに、はんだ材は5n−Pb二元系を基本成分として
おり、またその性質を改善するため各種成分を添加する
ことが知られている。
おり、またその性質を改善するため各種成分を添加する
ことが知られている。
特公昭40−25885号公報は、はんだ用電気鏝先の
銅がはんだに溶は込んで、はんだが損耗することを防止
するために、はんだ材に銅、銀、ニッケル等を添加する
ことを開示する。その損耗防止作用は銀、ニッケルによ
り銅をはんだ中にw1細均−に分布させることにあると
説明されている。
銅がはんだに溶は込んで、はんだが損耗することを防止
するために、はんだ材に銅、銀、ニッケル等を添加する
ことを開示する。その損耗防止作用は銀、ニッケルによ
り銅をはんだ中にw1細均−に分布させることにあると
説明されている。
特公昭45−2093号公報は、アルミニウム合金との
ろう接部でのはんだの耐食性がAgまたはsbの添加に
より改善され、またはんだ材の流動性および作業性がC
dの添加により改善されることを開示する。
ろう接部でのはんだの耐食性がAgまたはsbの添加に
より改善され、またはんだ材の流動性および作業性がC
dの添加により改善されることを開示する。
特に集積回路、印刷基板等に使用されるはんだ材の改良
を意図した従来技術には次のものがある。
を意図した従来技術には次のものがある。
特公昭52 30377号公報は、ろう接されるW4.
IIII線がはんだにより溶解され、溶損し、あるいは
強度低下をきたすことを防止するために、CuとAgの
同時添加を開示する。Cuにより被ろう接材料がはんだ
により食われることを抑制し、一方Cu添加によりはん
だの融点が上昇して被ろう接材料が溶解され易くなるこ
とをAgのもつ融点低下作用により防止するところにC
uとAgの同時添加の作用があると説明されている。
IIII線がはんだにより溶解され、溶損し、あるいは
強度低下をきたすことを防止するために、CuとAgの
同時添加を開示する。Cuにより被ろう接材料がはんだ
により食われることを抑制し、一方Cu添加によりはん
だの融点が上昇して被ろう接材料が溶解され易くなるこ
とをAgのもつ融点低下作用により防止するところにC
uとAgの同時添加の作用があると説明されている。
特開昭56−144893号公報は、セラミックコンデ
ンサの銀リード線の銀がはんだに拡散してコンデンサー
の特性を悪くしたりあるいは銀面を剥離させる欠点を解
消するとともに、高速はんだ付けを可能にすることを目
的とし、Sa−Sb−Ag−Pb系はんだ材を提案する
。
ンサの銀リード線の銀がはんだに拡散してコンデンサー
の特性を悪くしたりあるいは銀面を剥離させる欠点を解
消するとともに、高速はんだ付けを可能にすることを目
的とし、Sa−Sb−Ag−Pb系はんだ材を提案する
。
特開昭59−70490号公報は、半導体メモリにおけ
る部材接合に使用されているAuろう材に匹敵する特性
を有する安価なろう材として5b(1〜15%)−Sn
(I n)(1〜65%)−Pb系およびSb−Ag
−5n (I n) −pb系酸成分提案する。
る部材接合に使用されているAuろう材に匹敵する特性
を有する安価なろう材として5b(1〜15%)−Sn
(I n)(1〜65%)−Pb系およびSb−Ag
−5n (I n) −pb系酸成分提案する。
(発明が解決しようとする課題)
集積回路、印刷基板に搭載された電子部品のはんだ付け
に使用されるはんだ材の特性に関して、近年、リード線
を基板のランド部に接合した印刷基板のはんだ内部にク
ラックが発生して通電不良を起こす問題が注目されてい
る。この原因は、使用温度の周期的変化により基板およ
び実装部品に応力が発生し、それを接合部材であるはん
だが受は持つことになるため、はんだは常に応力がかか
った状態に置かれ、長期間の使用においては疲労破壊に
至るものと推察される。さらに、通電によるはんだ材部
の温度上昇、電子部品の発熱などの熱影響、さらには印
刷基板が振動されることなどによる機械的影響も長期間
の使用中には疲労破壊を加速する原因であると考えられ
る。
に使用されるはんだ材の特性に関して、近年、リード線
を基板のランド部に接合した印刷基板のはんだ内部にク
ラックが発生して通電不良を起こす問題が注目されてい
る。この原因は、使用温度の周期的変化により基板およ
び実装部品に応力が発生し、それを接合部材であるはん
だが受は持つことになるため、はんだは常に応力がかか
った状態に置かれ、長期間の使用においては疲労破壊に
至るものと推察される。さらに、通電によるはんだ材部
の温度上昇、電子部品の発熱などの熱影響、さらには印
刷基板が振動されることなどによる機械的影響も長期間
の使用中には疲労破壊を加速する原因であると考えられ
る。
基本的組成からなる5n−Pb二元系はんだ材は上述の
ような長期間熱的および機械的応力にさらされる環境に
使用すると、耐疲労性の点で問題があることが明らかに
なった。ところが、従来、−ffi的構造材料である鋼
材およびアルミニウム合金については素材あるいは溶接
継手の耐疲労性の研究がかなり行なわれているものの、
はんだ材については耐疲労性改良の観点からなされた研
究は見られない。
ような長期間熱的および機械的応力にさらされる環境に
使用すると、耐疲労性の点で問題があることが明らかに
なった。ところが、従来、−ffi的構造材料である鋼
材およびアルミニウム合金については素材あるいは溶接
継手の耐疲労性の研究がかなり行なわれているものの、
はんだ材については耐疲労性改良の観点からなされた研
究は見られない。
(課題を解決するための手段)
本発明者等は、はんだ材の耐疲労性改善の方法を鋭意研
究した結果、Inとsbの同時添加が有効であることを
見出し、本発明を完成した。
究した結果、Inとsbの同時添加が有効であることを
見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、重量%で、Pb35〜50%、S
b0.05〜1重量%未満、In0.1〜5%および5
nTA部から実質的になる組成、およびこの組成に.A
g0.05〜5重量%および/またはCu0.05〜2
重量%添加したはんだ材を提案する。
b0.05〜1重量%未満、In0.1〜5%および5
nTA部から実質的になる組成、およびこの組成に.A
g0.05〜5重量%および/またはCu0.05〜2
重量%添加したはんだ材を提案する。
本発明において、Pb35〜50%、Sn残部の組成範
囲としたのは、この組成範囲においては5n−Pb二元
系のほぼ共晶組成となり、共晶組成範囲においては比較
的低温でのはんだ付けが可能となるからである。また、
sbとInの下限をそれぞれ0105%と0.1%とし
たのは、これ未満では、詳しくは後述するsbとInの
作用による耐疲労性の向上が図られないからである。
囲としたのは、この組成範囲においては5n−Pb二元
系のほぼ共晶組成となり、共晶組成範囲においては比較
的低温でのはんだ付けが可能となるからである。また、
sbとInの下限をそれぞれ0105%と0.1%とし
たのは、これ未満では、詳しくは後述するsbとInの
作用による耐疲労性の向上が図られないからである。
また、sbとInの含有量がそれぞれ1%以上となり、
また5%を越えると、耐疲労性が低下する傾向が現われ
るため、これらの含有量を上限とした。5n−Pb−S
b−In系で好ましい組成は、S n−40〜45%P
b −0,5〜0.9%S b −0,5〜5%In
である。上記5n−Pb−Sb−I n系組成に加えら
れるAgとCuはさらに耐疲労性を改善させる効果があ
る。その含有量の上限をそれぞれ5%と2%としたのは
、この含有量を越えるとAgは耐疲労性を低下させ、C
uははんだ付性を低下させるからである。また好ましい
含有量はそれぞれ0.1%以上である。
また5%を越えると、耐疲労性が低下する傾向が現われ
るため、これらの含有量を上限とした。5n−Pb−S
b−In系で好ましい組成は、S n−40〜45%P
b −0,5〜0.9%S b −0,5〜5%In
である。上記5n−Pb−Sb−I n系組成に加えら
れるAgとCuはさらに耐疲労性を改善させる効果があ
る。その含有量の上限をそれぞれ5%と2%としたのは
、この含有量を越えるとAgは耐疲労性を低下させ、C
uははんだ付性を低下させるからである。また好ましい
含有量はそれぞれ0.1%以上である。
5n−Pb二元系合金の添加元素の影響を本発明の実験
結果を基にさらに詳しく説明する。
結果を基にさらに詳しく説明する。
下記表に示された量の成分を添加゛した合金につき、静
的強度および延性と耐疲労性の関係を調べるため、引張
試験と疲労試験を行なった。
的強度および延性と耐疲労性の関係を調べるため、引張
試験と疲労試験を行なった。
第1表
鋳造したままの状態および160℃Xll0時間の熱処
理状態のこれらの合金を加工して引張試験片とした。引
張試験は51s/sinの引張速度で行なった。この試
験結果を第2図に示す。
理状態のこれらの合金を加工して引張試験片とした。引
張試験は51s/sinの引張速度で行なった。この試
験結果を第2図に示す。
疲労試験は、第3図に示すフェノール樹脂基板1と、そ
の−面に形成された銅箔よりなるランド部2を貫通する
リード線3とを、はんだ付けした試験片を用いて行なっ
た。試験方法は、リード線に疲労試験機で、繰返周波数
2011x (片振り)、温度(80℃、一定)の条件
で引張荷重をかけ、クラックが発生したときの繰返し数
を疲労寿命として求める方法で行なった。この結果を第
1図に示す、なお、クラックは第4図に5で示すように
はんだ内に発生していた。
の−面に形成された銅箔よりなるランド部2を貫通する
リード線3とを、はんだ付けした試験片を用いて行なっ
た。試験方法は、リード線に疲労試験機で、繰返周波数
2011x (片振り)、温度(80℃、一定)の条件
で引張荷重をかけ、クラックが発生したときの繰返し数
を疲労寿命として求める方法で行なった。この結果を第
1図に示す、なお、クラックは第4図に5で示すように
はんだ内に発生していた。
疲労寿命を示す第1図において、5n−Pb二元系はん
だ材では疲労寿命は^A゛線と8[1’線の間にある。
だ材では疲労寿命は^A゛線と8[1’線の間にある。
これに対して、sbとInを同時添加すると疲労寿命の
大幅な改善が見られる。一方、静的機械的性質(第2図
)と耐疲労性(第1図)との対応関係に関しては、引張
強さが高いはんだ材(4,5,6)の耐疲労性が高い傾
向が認められる。一方、伸びが特に低いはんだ材(4)
は耐疲労性が優れているから、伸びと耐疲労性の対応関
係は少ないと思われる。
大幅な改善が見られる。一方、静的機械的性質(第2図
)と耐疲労性(第1図)との対応関係に関しては、引張
強さが高いはんだ材(4,5,6)の耐疲労性が高い傾
向が認められる。一方、伸びが特に低いはんだ材(4)
は耐疲労性が優れているから、伸びと耐疲労性の対応関
係は少ないと思われる。
上記実験結果の物性的根拠を説明するために幾つかの補
足実験を行なった。
足実験を行なった。
本発明の組成系であるPb−5n−8b−In系合金(
後述の実施例の試料5)の顕微鏡組織(1&率1000
倍)を第5図に示す。図中、白色部が鉛粒子であり、粗
粒の鉛粒子が初晶鉛、微粒の鉛粒子が共晶鉛である。灰
色部が錫マトリックスである。EPMAによりsbとI
nの分布を調べたところ、sbとInは比較的Sn粒子
中に優先的に固溶しており、またs0.Inともにこれ
らを主体とする析出物あるいは晶出物として局部的偏析
していないことが明らかとなった。本発明における任意
添加成分であるAgの分布をEPMA″′C′調べたと
ころAgは比較的Sn地に多く、網目状に高濃度で分布
していることが認められた。
後述の実施例の試料5)の顕微鏡組織(1&率1000
倍)を第5図に示す。図中、白色部が鉛粒子であり、粗
粒の鉛粒子が初晶鉛、微粒の鉛粒子が共晶鉛である。灰
色部が錫マトリックスである。EPMAによりsbとI
nの分布を調べたところ、sbとInは比較的Sn粒子
中に優先的に固溶しており、またs0.Inともにこれ
らを主体とする析出物あるいは晶出物として局部的偏析
していないことが明らかとなった。本発明における任意
添加成分であるAgの分布をEPMA″′C′調べたと
ころAgは比較的Sn地に多く、網目状に高濃度で分布
していることが認められた。
合金組成ならびに顕微鏡組織と耐疲労性の対応関係を検
討するためにsbとInを本発明の上限以上で多量に添
加したところ、引張強さの向上、伸びの低下、角ばった
金属間化合物の生成、5n−Pb合金を下回る耐疲労性
などの結果がもたらされた。
討するためにsbとInを本発明の上限以上で多量に添
加したところ、引張強さの向上、伸びの低下、角ばった
金属間化合物の生成、5n−Pb合金を下回る耐疲労性
などの結果がもたらされた。
(作 用)
以上の実験および補足実験の結果より、sbとInの同
時添加による強化(すなわち引張強さの向上)がすぐれ
た耐疲労性をもたらす原因であると推察される。
時添加による強化(すなわち引張強さの向上)がすぐれ
た耐疲労性をもたらす原因であると推察される。
sbとInの添加によりもたらされる伸びの低下は一般
には耐疲労性を劣化させるが、電子部品使用条件下のは
んだの変形は弾性限度以内でなされていると推定され、
この場合は低い伸びは欠点にならない、一方、S0.I
nの添加量が多く、角ばった析出あるいは晶出物が生じ
ると、これらの角部が切欠となって疲労寿命を低減させ
ると推察される。またsbあるいはInを単独添加する
場合、比較的多量に添加すれば本発明の複合添加の場合
と同等の引張強さを得ることは可能であるが、多量添加
により析出あるいは晶出物を発生し所望の耐疲労性を得
ることはできない。
には耐疲労性を劣化させるが、電子部品使用条件下のは
んだの変形は弾性限度以内でなされていると推定され、
この場合は低い伸びは欠点にならない、一方、S0.I
nの添加量が多く、角ばった析出あるいは晶出物が生じ
ると、これらの角部が切欠となって疲労寿命を低減させ
ると推察される。またsbあるいはInを単独添加する
場合、比較的多量に添加すれば本発明の複合添加の場合
と同等の引張強さを得ることは可能であるが、多量添加
により析出あるいは晶出物を発生し所望の耐疲労性を得
ることはできない。
sbとInを同時添加すると比較的低含有量で所望の引
張強さを得ることができるため、このことが耐疲労性の
大幅な改善をもたらしていると考えられる。この引張強
さの改善は、sbとInがSnマトリックスに優先的に
固溶することによりはんだ材の組織全体の強化に起因す
ると推察される。
張強さを得ることができるため、このことが耐疲労性の
大幅な改善をもたらしていると考えられる。この引張強
さの改善は、sbとInがSnマトリックスに優先的に
固溶することによりはんだ材の組織全体の強化に起因す
ると推察される。
また熱処理は静的機械的性質を向上するので耐疲労性を
改善し得るが、電子部品を実装した印刷基板のはんだの
みを熱処理の温度にさらすことは実際上は困難であり、
電子部品の熱影響が懸念されるため、熱処理により印刷
基板のはんだの耐疲労性を改善することは実用的ではな
い。
改善し得るが、電子部品を実装した印刷基板のはんだの
みを熱処理の温度にさらすことは実際上は困難であり、
電子部品の熱影響が懸念されるため、熱処理により印刷
基板のはんだの耐疲労性を改善することは実用的ではな
い。
(実施例)
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
荷重を300g/−聰2と一定にした他は第1図と関連
して説明したところと同一条件で耐疲労性試験を行なっ
た。供試したはんだ材の組成は第2表で示すとおりであ
る。
して説明したところと同一条件で耐疲労性試験を行なっ
た。供試したはんだ材の組成は第2表で示すとおりであ
る。
試験結果を第2表に疲労寿命(サイクル)と第2表
第 2 表(続き)
(以下余白)
して示す。
5n−40%pb二元系はんだ材の比較例(No26
)と同一成分系(Sn−40%Pb)の本発明のはんだ
材は少なくとも2.3倍(Noj)で、最大33倍(N
o、19)の疲労寿命を達成する。
)と同一成分系(Sn−40%Pb)の本発明のはんだ
材は少なくとも2.3倍(Noj)で、最大33倍(N
o、19)の疲労寿命を達成する。
このように、本発明によればはんだ材の耐疲労性が大幅
に向上する。
に向上する。
(発明の効果)
本発明によれば、はんだ材が例えば自動車に搭載される
印刷基板のようにマイナス数十℃からプラス百数十℃の
低温から高温までの過酷な条件で使用される場合におい
ても、従来のはんだ材のようにクラックが発生すること
なく、長期間安定して使用で、はんだろう接部の信顆性
が向上する。
印刷基板のようにマイナス数十℃からプラス百数十℃の
低温から高温までの過酷な条件で使用される場合におい
ても、従来のはんだ材のようにクラックが発生すること
なく、長期間安定して使用で、はんだろう接部の信顆性
が向上する。
第1図は各種はんだ材の疲労寿命とせん断応力の関係を
示すグラフ、 第2図は各種はんだ材の引張強さと伸びを示すグラフ、 第3図は耐疲労性試験に供した試験片の図面、第4図は
耐疲労性試験におけるクラック発生部を示す試験片の図
面、 第5図は本発明のはんだ材の金属顕微鏡写真である。 1一基板、2−ランド部、3−リード線、4−はんだ、
5−クラック 特許出願人 大豊工業株式会社 特許出願人 トヨタ自動車株式会社特許出願代理
人 弁理士 村井卓雄 第2図 で 12 4 5 6
示すグラフ、 第2図は各種はんだ材の引張強さと伸びを示すグラフ、 第3図は耐疲労性試験に供した試験片の図面、第4図は
耐疲労性試験におけるクラック発生部を示す試験片の図
面、 第5図は本発明のはんだ材の金属顕微鏡写真である。 1一基板、2−ランド部、3−リード線、4−はんだ、
5−クラック 特許出願人 大豊工業株式会社 特許出願人 トヨタ自動車株式会社特許出願代理
人 弁理士 村井卓雄 第2図 で 12 4 5 6
Claims (2)
- 1.Pb35〜50重量%、Sb0.05〜1重量%未
満、In0.1〜5重量%およびSn残部から実質的に
なり、すぐれた耐疲労性を有することを特徴とするはん
だ材。 - 2.Ag0.05〜5重量%および/またはCu0.0
5〜2重量%さらに含有することを特徴とする請求項1
記載のはんだ材。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63061919A JP2543941B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | はんだ材 |
GB8906102A GB2216834B (en) | 1988-03-17 | 1989-03-16 | Soldering material |
US07/324,117 US4869871A (en) | 1988-03-17 | 1989-03-16 | Pb-Sn-Sb-In solder alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63061919A JP2543941B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | はんだ材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01237095A true JPH01237095A (ja) | 1989-09-21 |
JP2543941B2 JP2543941B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=13185055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63061919A Expired - Lifetime JP2543941B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | はんだ材 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JP2543941B2 (ja) |
GB (1) | GB2216834B (ja) |
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GB9124833D0 (en) * | 1991-11-22 | 1992-01-15 | Dow Corning Sa | Curable filled polysiloxane compositions |
-
1988
- 1988-03-17 JP JP63061919A patent/JP2543941B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-03-16 US US07/324,117 patent/US4869871A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-16 GB GB8906102A patent/GB2216834B/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2216834A (en) | 1989-10-18 |
GB8906102D0 (en) | 1989-04-26 |
JP2543941B2 (ja) | 1996-10-16 |
US4869871A (en) | 1989-09-26 |
GB2216834B (en) | 1991-09-25 |
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