JPH02280991A - はんだ材料 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の産業上利用分野） 本発明はばんだ材料、さらに詳細には低融点で、かつ、
導電性を低下させずに機械的強度を向上させたクリープ
特性に優れたはんだ材料に関するものである。

（発明の従来技術とその問題点） 従来、はんだ材料は融点が低いためにヤング率、硬さ、
引張強さ、疲労強さなどの機械的強度が小さい、さらに
、常温で再結晶するため、その強度は時間の経過と共に
低下する。このため、特性改善を目的としてＳｎやｐｂ
中に含まれる不純物を取り除いたり、酸化物残渣の除去
あるいは積極的に他の金属を添加する方法が取られてい
る。しかし、上記の方法では、はんだの流動性や接着性
の改善は図れても、その機械的強度は５ｎ６３％−Ｐｂ
３７％共晶はんだと同等であるのが現状である。

また、一般に機械的強度と導電性は互いに相反する関係
にある。即ち、機械的強度の向上には溶質元素量および
加工等による転位等格子欠陥の増大が有効であるが、溶
質元素や格子欠陥の存在はいずれも導電率低下を招くこ
とになり、従来技術に拘泥するかぎり上記両特性値を満
足することは困難であった。

このため、高信頼性を要求される衛星通信、海底通信お
よびマイクロソルダリング等においては低融点で高強度
、高導電性のはんだ材料が要望されている。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、低融
点で、かつ、導電性を低下させずに機械的強度を向上さ
せたクリープ特性に優れたはんだ材料を提供することを
目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の問題点を解決するため、本発明によるはんだ材料
は、０．１重量％以上、５重量％以下のジルコン（Ｚｒ
）、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミ
ニウム（Ａ　Ｉ　）　、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔ
ｉ）およびマンガン（Ｍｎ）の１種類または複数種類を
、酸素分圧１０−８気圧以上、０．２気圧未満で、温度
１００℃以上、固溶線以下で熱処理して形成した酸化物
微粒子をはんだ基材に分散させたことを特徴としている
。

すなわち、本発明によるはんだ材料によれば、Ｓｎある
いはｐｂおよびその合金にＺｒ、Ｍｇ、Ｓｉ、ＡＩ、Ｖ
、ＴｉおよびＭｎの１種類または複数種類を添加し、１
０−８気圧以上、０．２気圧以下の酸素雰囲気中で熱処
理を施すことにより、これら添加元素の酸化物微粒子を
はんだ基材中に微細に分散させることによって得られる
高強度、高導電性はんだ材料に関するものである。

本発明をさらに詳しく説明する。

本発明によるはんだ材料によれば、はんだ基材にＺｒ、
Ｍｇ、Ｓｉ、ＡＩ、Ｖ、ＴｉおよびＭｎの１種類または
複数種類を添加し、溶融して合金としたものを熱処理し
、酸化物としたものである。

上述の添加物、すなわちＺｒ、Ｍｇ、Ｓｉ、ＡＩ、Ｖ、
ＴｉおよびＭｎの１種類または複数種類は酸化物微粒子
として合金中に微細に分散させることによって、はんだ
基材を高強度、高導電性とするために添加され、その添
加量は０．１〜５重量％である。前記元素の添加量が０
．１重量％未満であると、添加効果がなく、一方５重量
％を越えると、内部酸化から外部酸化への遷移が起き、
酸化物微粒子の生成の代わりに外部酸化膜の生成をきた
すので分散強化機構が働かず、はんだ材料の強度、導電
性を低下させる恐れがあるからである。

本発明においてはんだ基材は基本的に限定されるもので
はない、たとえば、Ｓｎ、Ｐｂ、５ｎ−ｐｂ金合金Ｉｎ
、Ｂｉ、Ｉｎ−Ｂ１合金などを例としてあげることがで
きる。

このようにＺｒ、Ｍｇ、ＳＬ、ＡＩ、Ｖ、ＴｉおよびＭ
ｎの１種類または複数種類を０．１〜５重量％添加した
はんだ基材を熱処理し、前記添加元素を酸化物とし、微
細に分散させるものであるが、このような熱処理条件は
、酸素分圧１０°８気圧から０．２気圧、温度１００℃
以上、固溶線以下の温度である。

酸素分圧が１０−８気圧未満であると、前記添加元素が
充分酸化されず、微細な酸化物にならない恐れがあり、
一方０．２気圧を越えると高強度、高導電性のものがで
きにくいばかりでなく、はんだ付は性が低下する恐れを
生じる。

さらに熱処理温度が１００°Ｃ未満であると、前記添加
元素の酸化物微粒子が充分に形成されない恐れがあり、
一方固溶線を越えると、前記材料が溶融するからである
。

以下実施例を説明する。

（実施例１） Ｓｎ−ＰｂはんだにＺｒを重量％がそれぞれ６０重量％
、３７重量％、３重量％となるように添加し、この混合
物をアルゴン（Ａｒ）気流中で溶融して５ｎ６０重量％
−Ｐｂ３７重量％−Ｚｒ３重量％合金のインゴットを形
成した。

このインゴットをＡｒ気流中で温度１００°Ｃのもとて
１０時間の焼鈍を行い、さらに鍛造および圧延して板厚
２ｍｍとした。この状態での引張強さは５　ｋｇｆ／ｍ
ｍ２、ビッカース硬さはＨｖ１４であり、また電気比抵
抗の値は１５μΩｃｍであった。

次に、この板を１０−６気圧の酸素分圧中で温度１００
℃のもとで、３０分間保持する熱処理を施した。処理後
の各特性値は引張強さが１１ｋｇｆ／ｍｍ’、ビッカー
ス硬さがＨｖ３０、電気比抵抗が１７μΩｃｍであり、
電気比抵抗はやや低下するが、機械的強度は大幅に向上
した。

このように、本発明によるはんだ材料は機械的強度と導
電性の両方に優れた特性を有し、従来、相反するとされ
ていた関係を解決している。

（実施例２） ＳｎにＳｉの重量％が２重量％になるように添加し、こ
の混合物をＡｒ気流中で溶融して５ｎ９８重量％−８ｉ
２重量％合金のインゴットを形成した。

このインゴットをＡｒ気流中で温度１５０℃のもとで５
時間の焼鈍を行い、さらに鍛造および圧延して外径５ｍ
ｍの線材とした。この状態での引張強さは２　ｋｇｆ／
ｍｍ”、ビッカース硬さはＨｖ５、電気比抵抗は１２μ
Ωｃｍであった。

次に、この線材を１０−６気圧の酸素分圧中で温度１５
０℃のもとで、３０分間保持する熱処理を施した。処理
後の各特性値は引張強さが５　ｋｇｆ／ｍｍ２、ビッカ
ース硬さがＨｖ１３、電気比抵抗が１２μΩｃｍであり
、電気的特性を低下させることなしに機械的強度を共晶
はんだ並みに向上させることができる。

（実施例３） ｐｂにＳｉの重量％が２重量％になるように添加し、こ
の混合物をＡｒ気流中で溶融してｐｂ９８重量％−Ｓｉ
２重量％合金のインゴットを形成した。

このインゴットをＡｒ気流中で温度１５０”Ｃのもとて
５時間の焼鈍を行い、さらに鍛造および圧延して外径５
ｍｍの線材とした。この状態での引張強さは１　ｋｇｆ
’／ｍｍ２、ビッカース硬さはＨｖ３、電気比抵抗は２
２μΩｃｍであった。

次に、この線材を１０−６気圧の酸素分圧中で温度１５
０℃のもとで、３０分間保持する熱処理を施しな、処理
後の各特性値は、引張強さが３ｋｇｆ／ｍｍ２、ビッカ
ース硬さがＨｖ８、電気比抵抗が２２μΩｃｍであり、
電気的特性を低下させることなしに機械的強度を共晶は
んだ並みに向上させることができな。

以上の効果は、Ｓｎ、Ｐｂおよびその合金以外のいわゆ
るはんだ材料、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス
（Ｂｉ）およびその合金等においても見られることを確
認した。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明は従来、高強度が図れなかっ
たはんだ材料の高強度化を実現すると共に、電気的特性
にも優れたはんだ材料を提供するものであり、宇宙、海
底などの高信頼性を要求される箇所に適用できる。また
、近年、急速に需要が増大しており、機械的強度と合わ
せて電気的特性を要求されるマイクロソルダリングへの
広汎な応用が期待される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）０．１重量％以上、５重量％以下のジルコン（Ｚ
   ｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）、アル
   ミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）
   およびマンガン（Ｍｎ）の１種類または複数種類を、酸
   素分圧１０＾−＾８気圧以上、０．２気圧未満で、温度
   １００℃以上、固溶線以下で熱処理して形成した酸化物
   微粒子をはんだ基材に含ませたことを特徴とするはんだ
   材料。
2. （２）前記はんだ基材は錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、錫（
   Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）合金、インジウム（Ｉｎ）、ビスマ
   ス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）−ビスマス（Ｂｉ）合
   金のいずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のはんだ材料。