JPH07266080A - Solder material and its production - Google Patents
Solder material and its productionInfo
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- JPH07266080A JPH07266080A JP7975094A JP7975094A JPH07266080A JP H07266080 A JPH07266080 A JP H07266080A JP 7975094 A JP7975094 A JP 7975094A JP 7975094 A JP7975094 A JP 7975094A JP H07266080 A JPH07266080 A JP H07266080A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、金属または／およびセ
ラミックス材料を、はんだ付けやろう付けなどにより接
合（以後、単に、はんだ接合という）する際に使用する
はんだ材料、およびその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solder material used for joining a metal or / and a ceramic material by soldering or brazing (hereinafter, simply referred to as solder joining), and a method for producing the same. Is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属やセラミックス材料などの、同種材
料や非類似の組成をもつ異種材料を接合する技術の一つ
に、はんだ付けがある。このはんだ付けに使用する代表
的なはんだ材料として、Ｓｎ−Ｐｂ系合金はんだ材料が
知られている。Ｓｎ−Ｐｂ系はんだは、融点が低いの
で、はんだごてやトーチランプを用いて容易に加熱溶融
することができるために、鉄、銅、ニッケル、鉛、錫、
亜鉛等、およびこれらの合金の接合に用いられている。2. Description of the Related Art Soldering is one of the techniques for joining the same kind of material or different kinds of materials having dissimilar compositions such as metal and ceramics. As a typical solder material used for this soldering, Sn—Pb based alloy solder material is known. Since the Sn-Pb-based solder has a low melting point, it can be easily heated and melted by using a soldering iron or a torch lamp, and therefore, iron, copper, nickel, lead, tin,
It is used for joining zinc and other alloys.
【０００３】しかしながら、はんだによる接合は、ろう
付けや溶接による接合に比べて強度がはるかに弱いとい
う問題があった。特に、苛酷な環境下で使用される場合
には、これらＳｎ−Ｐｂ系合金はんだ材料では、はんだ
材料が凝固したはんだ付け部の強度が不十分であった。However, soldering has a problem that the strength is much weaker than brazing or welding. In particular, when used in a harsh environment, these Sn—Pb alloy solder materials had insufficient strength at the soldered portion where the solder material solidified.
【０００４】ところで、現在種々の用途に利用されてい
る電子部品は、自動車に搭載される電子部品に代表され
るように、その使用環境は低温から高温までと苛酷なも
のである。また、電子部品の小型化、微細化のためには
んだ接合部のサイズは数十μｍ以下になりつつある。こ
れら電子部品に、従来のはんだ材料を適用した場合、振
動などにより亀裂が発生して回路の破損が生じやすい。
特に、冷熱サイクル下では、被接合材の母材とはんだ母
材との熱膨張係数の差に基づく熱応力が発生する。従来
のはんだ材料の融点は２００℃程度で、室温が再結晶温
度を越えているため、金属組織的に非常に不安定であ
り、熱応力によって変形を受けやすい。このような熱応
力が繰り返し付加されると、疲労破壊する。そのため、
はんだ材料の使用範囲が制限されるという問題を有して
いた。そこで、はんだ材料の高強度化、耐熱疲労性向上
が望まれていた。By the way, the electronic parts currently used for various purposes are harsh from low temperature to high temperature, as represented by electronic parts mounted on automobiles. In addition, the size of solder joints is becoming tens of μm or less due to miniaturization and miniaturization of electronic components. When a conventional solder material is applied to these electronic components, cracks are likely to occur due to vibration and the like, and circuit damage is likely to occur.
In particular, under a cold heat cycle, thermal stress is generated based on the difference in thermal expansion coefficient between the base material of the material to be joined and the solder base material. Since the melting point of the conventional solder material is about 200 ° C. and the room temperature exceeds the recrystallization temperature, it is very unstable in terms of metal structure and is easily deformed by thermal stress. Repeated application of such thermal stress causes fatigue failure. for that reason,
There is a problem that the range of use of the solder material is limited. Therefore, it has been desired to increase the strength of the solder material and improve the thermal fatigue resistance.
【０００５】このため、はんだ材料の高強度化、耐熱疲
労性を向上させる方法として、 (1)はんだ材料に合金元
素を添加して強化する方法（例えば、特開平3-204194号
公報）、 (2)粒子等の強化材をはんだ母材中に分散させ
る方法（例えば、特開平2-142698号公報、特開平3-1695
00号公報、特開平3-204193号公報）等が提案されてい
る。Therefore, as a method of increasing the strength and improving the thermal fatigue resistance of the solder material, (1) a method of adding an alloying element to the solder material to strengthen it (for example, JP-A-3-204194), 2) A method of dispersing a reinforcing material such as particles in a solder base material (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-142698, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-1695
No. 00, JP-A-3-204193, etc.) have been proposed.
【０００６】特開平3-204194号公報には、Ｓｎ：１〜60
wt％含有するＰｂ合金基材に、Ｓｂ：0.01〜10wt％及び
前記Ｓｎと化合物を形成しやすい元素を含有させて、Ｓ
ｂＳｎ化合物からなる結晶粒界部内に金属間化合物粒子
を分散状に析出せしめた「熱疲労特性に優れたＰｂ合金
ろう」が開示されている。これより、Ｐｂ合金ろうの結
晶粒界部内に金属間化合物が分散状に析出するので、粒
界部における粒界すべりが抑制され、熱疲労特性、耐ク
リープ性に優れたＰｂ合金ろうを提供することができる
としている。Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-204194 discloses Sn: 1-60.
A Pb alloy base material containing wt% contains Sb: 0.01 to 10 wt% and an element that easily forms a compound with the Sn, and S
A "Pb alloy brazing material having excellent thermal fatigue properties" is disclosed in which intermetallic compound particles are dispersedly precipitated in a grain boundary portion made of a bSn compound. As a result, the intermetallic compound is dispersedly precipitated in the crystal grain boundary portion of the Pb alloy brazing material, so that the grain boundary sliding in the grain boundary portion is suppressed, and the Pb alloy brazing material having excellent thermal fatigue characteristics and creep resistance is provided. I'm trying to do it.
【０００７】特開平2-142698号公報には、錫と鉛とを主
成分とするはんだと、接合後の強度を高める金属製強化
材と、前記はんだの前記強化材への濡れを促進させるフ
ラックスとからなり、前記はんだと前記強化材と前記フ
ラックスとを混合攪拌して加熱溶融して複合化させた
「複合はんだ」が開示されている。これより、粉状はん
だと強化材とフラックスとを混合攪拌させると、強化材
をはんだ中にほぼ均一に分散することができる。これを
加熱溶融すると、フラックスがはんだの強化材への濡れ
を促進させることにより、はんだと強化材との複合材料
とすることができる。このため、接合強度を改善するこ
とができる、としている。また、強化材として安価な複
合はんだが製造でき、容易に加熱溶融させることができ
るとしている。Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2-142698 discloses a solder containing tin and lead as main components, a metal reinforcing material for increasing strength after joining, and a flux for promoting wetting of the solder by the reinforcing material. And a "composite solder" in which the solder, the reinforcing material, and the flux are mixed and stirred, heated and melted to form a composite. From this, when the powdery solder, the reinforcing material, and the flux are mixed and stirred, the reinforcing material can be dispersed almost uniformly in the solder. When this is heated and melted, the flux promotes the wetting of the solder with the reinforcing material, whereby a composite material of the solder and the reinforcing material can be obtained. Therefore, the joint strength can be improved. It also states that an inexpensive composite solder can be manufactured as a reinforcing material and can be easily heated and melted.
【０００８】特開平3-169500号公報には、高融点金属間
化合物（Ｃｕ−Ｓｎ系，Ａｇ−Ｓｎ系，Ｎｉ−Ｓｎ系，
Ｓｂ−Ｓｎ系の化合物、及びＳｂ，Ｉｎ，Ａｇの金属粒
子の１種以上）とＳｎまたはＰｂ或いはＳｎ−Ｐｂ系粉
末からなる原料粉末を、小径の金属ボールと共に不活性
ガスで密封したポットに入れ、これを回転して前記金属
ボールの衝撃エネルギにより前記原料粉末を微細化する
「はんだ粉末の製造方法」が開示されている。これよ
り、従来の噴霧法に対して結晶粒の粗大化の恐れがな
く、Ｓｎ−Ｐｂ系合金に添加した化合物、金属粒を微細
に分散できるとしている。Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-169500 discloses a high melting point intermetallic compound (Cu-Sn system, Ag-Sn system, Ni-Sn system,
Sb-Sn compound, and one or more metal particles of Sb, In, Ag) and Sn or Pb or Sn-Pb based powder are placed in a pot sealed with an inert gas together with small-sized metal balls. There is disclosed a "solder powder manufacturing method" in which the raw material powder is finely divided by the impact energy of the metal ball by putting it in and rotating it. As a result, the compound and metal particles added to the Sn-Pb alloy can be finely dispersed without fear of coarsening of crystal grains as compared with the conventional spraying method.
【０００９】特開平3-204193号公報には、半田金属と、
該半田金属に分散し該半田金属の凝固時に結晶核となり
得るＣｕ6 Ｓｎ5 ，Ａｇ3 Ｓｎ，Ｃｕ3 Ｓｎ，Ａｇ3 Ｓ
ｂ，ＳｎＳｂ，Ｉｎ2 Ｓｎ，ＩｎＳｎ4 ，Ａｇ2 Ｉｎな
どの金属間化合物とからなる「半田材料」が開示されて
いる。これより、半田金属の凝固時に結晶核となり得る
金属間化合物を半田金属に分散させているので、半田金
属が凝固した半田付け部の強度を向上させるのに有利で
ある。特に、半田付け部の高温における強度、例えば耐
熱性、冷熱耐久性を向上させることができる。従って、
特に使用環境が苛酷な車載用電子機器に使用するのに適
している、としている。Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-204193 discloses a solder metal,
Cu 6 Sn 5 can become crystal nuclei during dispersion solidify the solder metal solder metal, Ag 3 Sn, Cu 3 Sn , Ag 3 S
b, SnSb, In 2 Sn, consisting of intermetallic compounds such as InSn 4, Ag 2 In "solder material" is disclosed. As a result, the intermetallic compound that can become crystal nuclei when the solder metal is solidified is dispersed in the solder metal, which is advantageous for improving the strength of the soldered portion where the solder metal is solidified. In particular, the strength of the soldered portion at high temperatures, such as heat resistance and cold heat durability, can be improved. Therefore,
It is said that it is particularly suitable for use in in-vehicle electronic devices where the operating environment is harsh.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
3-204194号公報に記載されたＰｂ合金ろうは、Ｓｂを不
可避の元素として含有している。そのため、このＰｂ合
金ろうの融点が上がり、合金ろうの流動性が悪くなり、
さらには濡れ広がり性が悪くなるという問題を有してい
る。また、金属間化合物粒子を、ＳｂＳｎ化合物からな
る結晶粒界部内のみに分散させることが開示されている
が、この化合物そのものが不安定であるために、例えそ
の中に他の化合物を分散させても、熱的に不安定な状態
が解消できないという問題を有している。また、はんだ
母材の組織変化が生じやすいため、十分な強度が得られ
ないという問題を有している。SUMMARY OF THE INVENTION
The Pb alloy brazing material described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-204194 contains Sb as an unavoidable element. Therefore, the melting point of the Pb alloy brazing material rises, the fluidity of the alloy brazing material deteriorates,
Furthermore, there is a problem that the wettability and spreadability deteriorate. Further, it is disclosed that the intermetallic compound particles are dispersed only in the crystal grain boundary part made of the SbSn compound. However, since this compound itself is unstable, for example, another compound is dispersed therein. However, there is a problem that the thermally unstable state cannot be resolved. Further, there is a problem that sufficient strength cannot be obtained because the structure of the solder base material is apt to change.
【００１１】また、特開平2-142698号公報に記載された
複合はんだは、フラックスによりＮｉやＣｕなどの金属
製強化材の分散性を向上し母材との濡れを促進するとし
ているが、十分ではない。すなわち、この複合はんだ
は、はんだ母材との界面反応によって濡れを起こさせて
いるので、熱的に不安定な系であり、加熱される環境下
では化合物層の拡大などの不具合が生ずるという問題を
有している。また、はんだ付けにおいて、金属とはんだ
母材、特にＳｎとの適切な濡れを生じさせるための界面
反応のコントロールが難しいという問題を有している。Further, the composite solder described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-142698 is said to improve the dispersibility of the metallic reinforcing material such as Ni or Cu by the flux to promote the wetting with the base material. is not. In other words, this composite solder is a thermally unstable system because wetting is caused by an interfacial reaction with the solder base material, and problems such as expansion of the compound layer occur in a heated environment. have. Further, in soldering, there is a problem that it is difficult to control the interfacial reaction for causing proper wetting of the metal and the solder base material, particularly Sn.
【００１２】また、特開平3-169500号公報に記載された
はんだ粉末の製造方法は、衝撃的な外力で混合させるた
めに、はんだ中に不純物が混入し易く、そのために、濡
れ性が変化するという問題を有している。また、適切な
分散形態を生ずるには、長時間の混合が必要であるとい
う問題を有している。Further, in the method for producing solder powder described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-169500, impurities are easily mixed in the solder because the solder powder is mixed with an impacting external force, and therefore the wettability changes. I have a problem. Further, there is a problem that long-term mixing is required to produce an appropriate dispersion form.
【００１３】また、特開平3-204193号公報に開示された
半田材料は、金属間化合物を外部より混入させて分散さ
せる方法が開示されているが、元来、化合物ははんだと
の濡れ性に劣るものであり、はんだ付けの過程で分散粒
子が排除され易く、良好な分散形態が得られにくいとい
う問題を有している。また、分散相の混合割合が小さい
ため、十分な分散強化効果が得られず、機械的性質の改
善割合が小さいという問題を有している。Further, the solder material disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-204193 discloses a method of mixing and dispersing an intermetallic compound from the outside, but originally, the compound has a wettability with the solder. It is inferior, and it has a problem that dispersed particles are easily removed in the process of soldering and it is difficult to obtain a good dispersed form. Further, since the mixing ratio of the dispersed phase is small, there is a problem that a sufficient dispersion strengthening effect cannot be obtained and the improvement ratio of mechanical properties is small.
【００１４】そこで、本発明者らは、上述のごとき従来
技術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実
験を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。Therefore, the inventors of the present invention have earnestly studied to solve the problems of the prior art as described above, and as a result of various systematic experiments, the present invention has been accomplished.
【００１５】（発明の目的）本発明の目的は、強度や耐
熱疲労性に優れたはんだ材料、およびその製造方法を提
供することにある。(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide a solder material excellent in strength and thermal fatigue resistance, and a method for producing the same.
【００１６】本発明者らは、上述の従来技術の問題に対
して、以下のことに着眼した。すなわち、はんだ合金の
機械的性質の改善方法として、合金元素の添加、分
散相混合、などが行われているが、前者のでは、はん
だ付け工程においてすべてが溶融状態となっており、例
え凝固した後でも強化相の熱的不安定さが解消できな
い。また、後者のでは、均一混合などの要求から混合
される分散強化相のサイズに制限があり、強化効果に有
効なサイズのものを混合することが難しい。The present inventors have focused their attention on the following problems of the prior art. That is, as a method of improving the mechanical properties of the solder alloy, addition of alloying elements, dispersed phase mixing, etc. are performed, but in the former, everything was in a molten state in the soldering process, and solidified, for example. Even afterwards, the thermal instability of the strengthening phase cannot be eliminated. In the latter case, the size of the dispersion-strengthening phase to be mixed is limited due to the requirement of uniform mixing, and it is difficult to mix those having a size effective for the strengthening effect.
【００１７】ところで、本発明者らは、これらの詳細な
研究を行った結果、結晶粒の粗大化により機械的性質の
劣化を抑制するためには、粒径が１μｍ程度以下の微細
粒子を均一にはんだ母材中に分散させるのがよく、ま
た、分散相の熱的安定性が優れたものがより好適である
ことが分かった。そこで、これらを実現する方法とし
て、はんだ材料原料として母材の少なくとも一部と化合
物を形成する高融点元素を配合し、急冷凝固法によりは
んだ材料を作製することに着眼した。すなわち、はんだ
材料原料として、母材の少なくとも一部と化合物を形成
する高融点元素を配合し、溶融状態から１０2 ℃／ｓ程
度より大きい速度で急速に冷却することにより、高融点
元素は瞬時にはんだ母材構成元素と金属間化合物を形成
し、凝固後には母材中に超微細の金属間化合物を分散さ
せることができる。By the way, as a result of these detailed studies, the present inventors have found that in order to suppress deterioration of mechanical properties due to coarsening of crystal grains, fine particles having a grain size of about 1 μm or less are uniformly dispersed. It has been found that it is better to disperse it in the solder base material and that the dispersed phase has excellent thermal stability. Therefore, as a method for realizing these, the present inventors have focused on preparing a solder material by a rapid solidification method by mixing a high melting point element that forms a compound with at least a part of a base material as a solder material raw material. That is, a high melting point element that forms a compound with at least a part of a base material is mixed as a solder material raw material, and the high melting point element is instantaneously cooled by rapidly cooling from a molten state at a rate higher than about 10 2 ° C / s. It is possible to form the intermetallic compound with the constituent elements of the solder base metal, and to disperse the ultrafine intermetallic compound in the base metal after solidification.
【００１８】さらに、母材の少なくとも一部と化合物を
形成する高融点元素として、はんだ材料として通常用
いられているＳｎやＰｂとの化合物形成能があること、
得られる化合物が熱的安定性に優れていること、得
られる化合物および／またはＳｎなどのはんだ構成元素
と他の高融点元素などとの化合物に対して、これら化合
物をより微細にする効果を有していること、に着眼し
た。これらを実現する物質として、希土類元素に着目
し、該希土類元素を含有させることによって、はんだ母
材中に微細かつ熱的に安定な金属間化合物を分散させる
ことが可能となり、これより、本発明のはんだ材料およ
びその製造方法を成すに至った。Furthermore, it has the ability to form a compound with Sn or Pb, which is usually used as a solder material, as a high melting point element that forms a compound with at least a part of the base material.
The obtained compound has excellent thermal stability, and has an effect of making these compounds finer than the obtained compound and / or a compound of a solder constituent element such as Sn and another refractory element. I focused on what I was doing. As a substance that realizes these, focusing on a rare earth element, and by including the rare earth element, it becomes possible to disperse a fine and thermally stable intermetallic compound in the solder base material. The soldering material and its manufacturing method have been completed.
【００１９】[0019]
（第１発明の構成）本発明のはんだ材料は、Ｓｎまたは
Ｐｂを主成分とするはんだ母材と、該はんだ母材中に分
散させた希土類元素の１種以上を含有する化合物とから
なることを特徴とする。(Structure of the First Invention) The solder material of the present invention comprises a solder base material containing Sn or Pb as a main component, and a compound containing at least one rare earth element dispersed in the solder base material. Is characterized by.
【００２０】（第２発明の構成）本発明のはんだ材料の
製造方法は、ＳｎまたはＰｂを含有しはんだ母材を構成
する母材原料，希土類元素の１種以上を含有する強化物
質原料とからなる原料を準備する原料準備工程と、前記
原料を溶融してはんだ溶湯を形成する溶湯形成工程と、
該溶湯を１０2 ℃／秒以上の冷却速度で急速に冷却する
ことにより，ＳｎまたはＰｂを主成分とするはんだ母材
中に，希土類元素の１種以上を含有する化合物を析出分
散させる冷却工程と、からなることを特徴とする。(Structure of the Second Invention) The method for manufacturing a solder material according to the present invention comprises a base material raw material which contains Sn or Pb and constitutes a solder base material, and a reinforcing material raw material which contains at least one rare earth element. A raw material preparing step of preparing a raw material, and a molten metal forming step of melting the raw material to form a solder molten metal,
A cooling step in which a compound containing at least one rare earth element is precipitated and dispersed in a solder base material containing Sn or Pb as a main component by rapidly cooling the molten metal at a cooling rate of 10 2 ° C / sec or more. And consist of.
【００２１】[0021]
【作用】本発明のはんだ材料およびその製造方法が、優
れた効果を発揮するメカニズムについては、未だ必ずし
も明らかではないが、次のように考えられる。The mechanism by which the solder material and the method for producing the same of the present invention exert excellent effects is not clear yet, but it is considered as follows.
【００２２】（第１発明の作用）本発明のはんだ材料
は、ＳｎまたはＰｂを主成分とするはんだ母材と、該は
んだ母材中に分散させた希土類元素の１種以上を含有す
る化合物とからなる。はんだ母材中で、希土類元素含有
化合物は、母材のマトリックス中、粒界、あるいはさら
に他の化合物などが存在すれば該化合物中の少なくとも
何れかに微細に分散して、転位の運動の障害や粒界すべ
りの抵抗となるので外力に対する力学的強化効果を奏す
る。また、微細な分散相は再結晶、結晶粒粗大化を抑制
するので、熱的組織変化を抑制する効果を奏することが
できる。(Operation of First Invention) The solder material of the present invention comprises a solder base material containing Sn or Pb as a main component, and a compound containing at least one rare earth element dispersed in the solder base material. Consists of. In the solder base material, the rare earth element-containing compound is finely dispersed in the matrix of the base material, grain boundaries, or at least any other compound in the presence of other compounds, which causes obstacles to dislocation movement. It also acts as a resistance against grain boundary slip, and thus exerts a mechanical strengthening effect against external force. Further, since the fine dispersed phase suppresses recrystallization and crystal grain coarsening, it is possible to exert an effect of suppressing thermal microstructure change.
【００２３】このはんだ材料を、はんだ付けに用いる
と、はんだ接合部の母材部が微細かつ熱的に安定な希土
類元素含有化合物により分散強化されているので、はん
だ付け後の熱負荷等に対してもはんだ材料の金属組織の
粗大化を防止または抑制することができ、このはんだ材
料を用いた接合部は強度および耐熱疲労性に優れてい
る。When this solder material is used for soldering, since the base material of the solder joint is dispersed and strengthened by the fine and thermally stable rare earth element-containing compound, it is against heat load after soldering. However, coarsening of the metal structure of the solder material can be prevented or suppressed, and the joint portion using this solder material is excellent in strength and thermal fatigue resistance.
【００２４】また、このはんだ材料を用いて接合された
物品は、苛酷な使用環境下（例えば、厳しい冷熱サイク
ル）において、はんだ接合部が金属組織的に安定である
ため機械的性質の劣化が起こりにくく、また亀裂等も生
じにくく、優れた強度および耐熱疲労性を実現すること
ができる。これより、はんだ材料の強度および耐熱疲労
性に優れたはんだ材料とすることができるものと考えら
れる。In addition, in an article joined by using this solder material, the mechanical properties of the solder joint are deteriorated because the solder joint is metallographically stable under a harsh environment of use (for example, a severe thermal cycle). It is also difficult to cause cracks and the like, and excellent strength and thermal fatigue resistance can be realized. From this, it is considered that a solder material having excellent strength and thermal fatigue resistance can be obtained.
【００２５】（第２発明の作用）本発明のはんだ材料の
製造方法は、先ず、ＳｎまたはＰｂを含有しはんだ母材
を構成する母材原料と、希土類元素の１種以上を含有す
る強化物質原料とからなる原料を準備する（原料準備工
程）。本工程において、所定の配合組成のはんだ材料の
素材を形成する。(Operation of Second Invention) In the method for manufacturing a solder material of the present invention, first, a base material which contains Sn or Pb and constitutes a solder base material, and a strengthening substance containing at least one kind of a rare earth element. A raw material consisting of raw materials is prepared (raw material preparing step). In this step, a solder material having a predetermined composition is formed.
【００２６】次に、前記原料を溶融してはんだ溶湯を形
成する（溶湯形成工程）。本工程において、所定の配合
組成のはんだ材料の均質な溶融状態を形成する。Next, the raw materials are melted to form a molten solder (molten metal forming step). In this step, a homogeneous molten state of the solder material having a predetermined composition is formed.
【００２７】次いで、該溶湯を１０2 ℃／秒以上の冷却
速度で急速に冷却することにより、ＳｎまたはＰｂを主
成分とするはんだ母材中に、希土類元素の１種以上を含
有する化合物を析出・分散させる（冷却工程）。本工程
において、溶湯を１０2 ℃／秒以上の冷却速度で急速冷
却すると、溶湯中の希土類元素の１種以上を含有する強
化物質は、はんだ母材中の１種以上の元素と金属間化合
物を形成し、同時にその周囲を取り囲むようにはんだ母
材が晶出する。。これより、ＳｎまたはＰｂを主成分と
するはんだ母材と、該はんだ母材中に析出・分散させた
希土類元素の１種以上を含有する化合物とからなるはん
だ材料を、容易に得ることができる。Then, the molten metal is rapidly cooled at a cooling rate of 10 2 ° C./sec or more, whereby a compound containing at least one rare earth element is added to the solder base material containing Sn or Pb as a main component. Precipitate and disperse (cooling process). In this step, when the molten metal is rapidly cooled at a cooling rate of 10 2 ° C / sec or more, the strengthening substance containing at least one kind of rare earth element in the molten metal becomes an intermetallic compound with one or more elements in the solder base metal. , And at the same time, the solder base material crystallizes so as to surround it. . From this, a solder material composed of a solder base material containing Sn or Pb as a main component and a compound containing at least one rare earth element precipitated / dispersed in the solder base material can be easily obtained. .
【００２８】ここで、溶湯の冷却速度を１０2 ℃／秒以
上としたのは、該冷却速度が１０2℃／秒未満の場合、
希土類元素を含有する金属間化合物が粗大な晶出物を形
成して強化に寄与しにくいという問題を有しているから
である。Here, the cooling rate of the molten metal is set to 10 2 ° C / sec or more, when the cooling rate is less than 10 2 ° C / sec.
This is because the intermetallic compound containing a rare earth element has a problem in that it forms coarse crystallized substances and is unlikely to contribute to strengthening.
【００２９】[0029]
（第１発明の効果）本発明のはんだ材料は、強度および
耐熱疲労性に優れている。(Effect of the first invention) The solder material of the present invention is excellent in strength and thermal fatigue resistance.
【００３０】（第２発明の効果）本発明の製造方法によ
り、ＳｎまたはＰｂを主成分とするはんだ母材中に希土
類元素含有化合物を分散させたはんだ材料を、容易に製
造することができる。また、本発明により得られたはん
だ材料は、強度および耐熱疲労性に優れている。(Effect of Second Invention) By the manufacturing method of the present invention, a solder material in which a rare earth element-containing compound is dispersed in a solder base material containing Sn or Pb as a main component can be easily manufactured. Further, the solder material obtained by the present invention is excellent in strength and thermal fatigue resistance.
【００３１】[0031]
【実施例】先ず、本発明のはんだ材料（第１発明）およ
びはんだ材料の製造方法（第２発明）について、さらに
具体的にした発明や限定した発明などの発明（その他の
発明）について説明する。First, the solder material (first invention) and the method for manufacturing the solder material (second invention) according to the present invention will be described with respect to the inventions (other inventions) such as more specific inventions and limited inventions. .
【００３２】〔その他の発明の説明〕[Description of Other Inventions]
【００３３】本発明のはんだ母材は、ＳｎまたはＰｂを
主成分とするものであれば、特に限定はない。例えば、
一般に用いられている鉛（Ｐｂ）または／および−すず
（Ｓｎ）系合金が挙げられ、また該合金を基本組成とし
て、それに各種の添加元素を含有したもの等が挙げられ
る。例えば、Ｐｂ含有量が０〜９８ｗｔ％のＰｂ−Ｓｎ
系合金、Ａｇ，Ｉｎ，Ｓｂなどの元素を含む多元素系Ｐ
ｂまたは／およびＳｎ系合金が挙げられる。その中で
も、Ｐｂ含有量が３０〜９５ｗｔ％のＰｂ系合金、Ｓｎ
含有量が５〜１００ｗｔ％のＳｎ系はんだが好適であ
る。The solder base material of the present invention is not particularly limited as long as it has Sn or Pb as a main component. For example,
Commonly used lead (Pb) or / and-tin (Sn) based alloys can be mentioned, and those containing the alloy as a basic composition and various additive elements can also be mentioned. For example, Pb-Sn with a Pb content of 0 to 98 wt%
System alloy, multi-element system P containing elements such as Ag, In, Sb
b and / or Sn-based alloys. Among them, a Pb-based alloy having a Pb content of 30 to 95 wt%, Sn
Sn-based solder having a content of 5 to 100 wt% is suitable.
【００３４】本発明のはんだ材料のはんだ母材中に分散
させた希土類元素（Ｓｍ，Ｎｄ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙなど）
の１種以上を含有する化合物は、該はんだ材料の強度や
耐熱疲労性を向上させるための分散相であり、ＰｂやＳ
ｎなどの母材金属より融点が高く、熱や外部応力に対し
て安定な化合物である。この化合物は、具体的には、炭
化物、窒化物、酸化物、金属間化合物などの高融点化合
物が挙げられる。なお、はんだの特殊性、すなわち、再
溶融して使用するために、強化相がはんだ母材とよく濡
れること、比重差が少ないことなどが好ましく、これら
条件を満足するものとして、金属間化合物が好適であ
る。金属間化合物としては、Ｆｅ系，Ｔｉ系，Ａｌ系な
ど何れのものでも適用できるが、濡れ性や比重差等の観
点からはんだ母材構成元素を含有するものが好適であ
る。具体的には、Ｃｕ−Ｓｎ系，Ｎｉ−Ｓｎ系，Ｉｎ−
Ｓｎ系，Ｆｅ−Ｓｎ，Ａｇ−Ｓｎや、希土類−Ｓｎ，希
土類−Ｐｂが挙げられる。なお、該金属間化合物中の大
半または一部を希土類元素が占有する形態の場合には、
熱的安定性が高い。Rare earth elements (Sm, Nd, La, Ce, Y, etc.) dispersed in the solder base material of the solder material of the present invention.
The compound containing at least one of Pb and S is a dispersed phase for improving the strength and thermal fatigue resistance of the solder material.
It is a compound that has a higher melting point than the base metal such as n and is stable against heat and external stress. Specific examples of this compound include high melting point compounds such as carbides, nitrides, oxides, and intermetallic compounds. Incidentally, the peculiarity of the solder, that is, in order to be used after remelting, it is preferable that the strengthening phase is well wetted with the solder base material, that the difference in specific gravity is small, and the intermetallic compound is one that satisfies these conditions. It is suitable. As the intermetallic compound, any of Fe-based compounds, Ti-based compounds, Al-based compounds, and the like can be applied, but those containing a solder base metal constituent element are preferable from the viewpoint of wettability, specific gravity difference, and the like. Specifically, Cu-Sn system, Ni-Sn system, In-
Examples include Sn-based, Fe-Sn, Ag-Sn, rare earth-Sn, and rare earth-Pb. In the case where the rare earth element occupies most or part of the intermetallic compound,
High thermal stability.
【００３５】この希土類元素含有化合物の含有量は、分
散相の体積割合で１ vol％〜３０ vol％であることが好
ましい。該割合が１ vol％未満の場合、希土類元素含有
化合物による強化効果が十分得られない虞がある。ま
た、該割合が３０ vol％を超える場合、はんだ材料中の
不融化合物の割合が多くなり、濡れ広がり性、流動性な
どが低下する虞がある。なお、該割合が、５〜２５ vol
％の場合、本発明の効果をよりよく発揮でき、より好ま
しい。The content of the rare earth element-containing compound is preferably 1 vol% to 30 vol% in volume ratio of the dispersed phase. If the ratio is less than 1 vol%, the strengthening effect of the rare earth element-containing compound may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the proportion exceeds 30 vol%, the proportion of the infusible compound in the solder material increases, and the wettability and fluidity may deteriorate. The ratio is 5 to 25 vol.
In the case of%, the effect of the present invention can be better exhibited, which is more preferable.
【００３６】希土類元素の含有量は、はんだ材料に対し
て0.０５ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。該
含有量が0.０５ｗｔ％未満の場合、希土類元素添加によ
る強化効果が十分得られない虞がある。また、該含有量
が１０ｗｔ％を超える場合、はんだ材料中の不融化合物
の割合が多くなり、濡れ広がり性、流動性などが低下す
る虞がある。このとき、他の高融点金属元素を含有しな
い場合には、該含有量の下限値は0.１ｗｔ％以上である
ことが好ましい。なお、該割合が、０．１〜５ｗｔ％の
場合、本発明の効果をよりよく発揮でき、より好まし
い。The content of the rare earth element is preferably 0.05 wt% to 10 wt% with respect to the solder material. If the content is less than 0.05 wt%, the strengthening effect due to the addition of the rare earth element may not be sufficiently obtained. Further, when the content exceeds 10 wt%, the proportion of the infusible compound in the solder material increases, and there is a risk that the wettability and the fluidity will decrease. At this time, when other refractory metal element is not contained, the lower limit of the content is preferably 0.1 wt% or more. In addition, when the ratio is 0.1 to 5 wt%, the effect of the present invention can be more effectively exhibited, which is more preferable.
【００３７】なお、希土類元素含有化合物は、さらに、
Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕの少なくとも１種以上を含有してなる
ことが好ましい。なお、これら添加物質の含有量は、0.
０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。該割合
が0.０１ｗｔ％未満の場合、希土類元素含有化合物の微
細化効果が十分得られない虞がある。また、該割合が１
０ｗｔ％を超える場合、はんだ付けにおいて、不融化合
物の量が課題となって濡れ広がり性を阻害する虞があ
る。なお、該割合が、0.０５〜３ｗｔ％の場合、本発明
の効果をよりよく発揮でき、より好ましい。The rare earth element-containing compound is
It is preferable to contain at least one kind of Fe, Ni and Cu. The content of these additive substances is 0.
It is preferably from 01 wt% to 10 wt%. If the ratio is less than 0.01 wt%, the effect of refining the rare earth element-containing compound may not be sufficiently obtained. The ratio is 1
If it exceeds 0 wt%, the amount of the infusible compound may become a problem during soldering, and the wettability may be impaired. In addition, when the ratio is 0.05 to 3 wt%, the effect of the present invention can be better exhibited, which is more preferable.
【００３８】また、希土類元素含有化合物の分散形態と
しては、はんだ材料中に希土類元素含有化合物が分散さ
れていればよく、分散形態を特に限定するものではな
い。例えば、粗大化し易い結晶粒の内部でも、粗大化し
易い結晶粒の近傍（例えば、粒界）でも、あるいは、そ
れ以外の部分でもよい。なお、希土類元素含有化合物
が、Ｓｎまたは／およびＰｂや、それらとの境界あるい
は粒界に分散・存在する場合には、希土類元素含有化合
物の分散による強化効果が優れているので好ましい。特
に、これらの箇所を含め、はんだ材料の全体に均一に分
散させた場合には、本発明の効果をよりよく発揮するこ
とができ、より好ましい。The rare earth element-containing compound may be dispersed in any form as long as the rare earth element-containing compound is dispersed in the solder material, and the dispersion form is not particularly limited. For example, it may be inside the crystal grains that are likely to be coarsened, in the vicinity of the crystal grains that are likely to be coarsened (for example, a grain boundary), or in other portions. It is preferable that the rare earth element-containing compound is dispersed and / or present in Sn or / and Pb, or the boundary with them or the grain boundary, because the strengthening effect by the dispersion of the rare earth element-containing compound is excellent. In particular, it is more preferable to uniformly disperse the solder material throughout the solder material including these portions, because the effect of the present invention can be exhibited more effectively.
【００３９】また、希土類元素含有化合物の形状は、該
化合物そのものが微細であるのでどのような形状のもの
でも適用できる。なお、該化合物が１μｍを超える大き
さのものの場合には、針状や板状のように界面剪断応力
によってはんだ母材を拘束し易い形状のものが好まし
い。また、希土類元素含有化合物の形状は、針状あるい
は針状に近い形状、板状あるいは板状に近い形状である
場合には、本発明の該化合物含有による効果を、よりよ
く発揮できるので好ましい。The shape of the rare earth element-containing compound may be any shape because the compound itself is fine. When the compound has a size of more than 1 μm, it is preferable that the compound has a shape such as a needle shape or a plate shape that easily restrains the solder base material by interfacial shear stress. Further, the shape of the rare earth element-containing compound is preferably a needle shape, a shape close to a needle shape, a plate shape or a shape close to a plate shape, since the effect of the compound of the present invention can be better exhibited.
【００４０】また、希土類元素含有化合物の大きさは、
本発明の前記化合物の含有による効果を実現できる大き
さであればよいが、金属組織学的粗大化を抑制するため
には該化合物の大きさが0.０１〜１０μｍ程度であるこ
とが好ましい。さらに、本発明の効果をよりよく発揮さ
せるためには、0.０１〜５μｍであることが好ましい。The size of the rare earth element-containing compound is
The size of the compound of the present invention may be any size that can achieve the effect of the inclusion of the compound, but the size of the compound is preferably about 0.01 to 10 μm in order to suppress the metallographic coarsening. Further, in order to bring out the effect of the present invention better, it is preferably 0.01 to 5 μm.
【００４１】次いで、本発明のはんだ材料の製造方法に
ついて述べる。Next, a method for manufacturing the solder material of the present invention will be described.
【００４２】（原料準備工程）本発明のはんだ材料の製
造方法は、先ず、原料準備工程において、ＳｎまたはＰ
ｂを含有しはんだ母材を構成する母材原料と、希土類元
素の１種以上を含有する強化物質原料とからなる原料を
準備する。(Raw material preparing step) In the method of manufacturing a solder material according to the present invention, first, in the raw material preparing step, Sn or P is added.
A raw material is prepared which is composed of a base material raw material containing b and forming a solder base material, and a reinforcing material raw material containing one or more kinds of rare earth elements.
【００４３】母材原料は、ＳｎまたはＰｂを含有しはん
だ母材に適したものであれば特に限定するものではな
い。具体的には、Ｓｎ含有量が５〜１００ｗｔ％または
Ｐｂ含有量が３０〜９５ｗｔ％の合金、またはこれら両
者を含む合金が挙げられる。また、これらの母材原料
に、添加元素としてＡｇ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ｚ
ｎ等の１種または２種以上を添加したものを用いること
ができる。The base material is not particularly limited as long as it contains Sn or Pb and is suitable for the solder base material. Specifically, an alloy having an Sn content of 5 to 100 wt% or a Pb content of 30 to 95 wt%, or an alloy containing both of them is used. Further, Ag, In, Sb, Te, Bi, Z are added as additive elements to these base material materials.
It is possible to use one or two or more of n and the like added.
【００４４】母材原料の形状は、特に限定されるもので
はないが、溶湯形成工程で十分に溶融される形状であれ
ばよく、塊状（例えば、インゴット）、粉末状、板状、
線状などの何れの形態のものでも適用することができ
る。また、大きさは、溶湯形成において用いる手段や制
約条件に適合すればよい。The shape of the base material is not particularly limited, but may be any shape as long as it is sufficiently melted in the molten metal forming step, such as lump (eg ingot), powder, plate,
Any shape such as linear shape can be applied. Further, the size may be adapted to the means used in forming the molten metal and the constraint conditions.
【００４５】強化物質原料は、希土類元素の１種以上を
含有する物質である。後述の原料の溶湯を急冷凝固させ
たときに母材中に微細に析出・分散し、かつ、これより
得られる強化物質化合物がはんだ材料の強度や耐熱疲労
性を向上させるための分散相となるものが好ましい。具
体的には、サマリウム（Ｓｍ），ネオジム（Ｎｄ），ラ
ンタン（Ｌａ），セリウム（Ｃｅ），イットリウム
（Ｙ）などの希土類元素の単体（純物質）や、これら希
土類元素の混合物，化合物、これら希土類元素の１種以
上を含む混合物や化合物、これらの１種または２種以上
を用いることができる。なお、強化物質原料は、溶湯形
成工程においてはんだ中に十分に溶融するものであるこ
とが好ましい。この強化物質原料は、希土類元素の１種
以上が他の高融点元素との合金の形態でもよく、また、
はんだ母材との母合金として含有されていてもよい。そ
の中でも、特に、希土類元素の混合物であるミッシュメ
タル（Misch metal）は、安価であるため好適である。The raw material for the reinforcing substance is a substance containing at least one kind of rare earth element. When the molten metal of the raw material described below is rapidly solidified, it precipitates and disperses finely in the base metal, and the strengthening substance compound obtained from this becomes the dispersed phase for improving the strength and heat fatigue resistance of the solder material. Those are preferable. Specifically, rare earth element simple substances (pure substances) such as samarium (Sm), neodymium (Nd), lanthanum (La), cerium (Ce), and yttrium (Y), and mixtures and compounds of these rare earth elements, Mixtures and compounds containing one or more rare earth elements, and one or more of these can be used. In addition, it is preferable that the reinforcing material raw material is one that is sufficiently melted in the solder in the molten metal forming step. The raw material for the reinforcing material may be in the form of an alloy of one or more rare earth elements with another refractory element, and
It may be contained as a master alloy with the solder base material. Among them, Misch metal, which is a mixture of rare earth elements, is particularly preferable because it is inexpensive.
【００４６】強化物質原料の形状やサイズは、特に限定
されるものではないが、溶湯形成工程を短時間で行うた
めには、なるべく小さく切断したもの、または砕いたも
のが好ましい。The shape and size of the reinforcing material raw material are not particularly limited, but in order to carry out the molten metal forming step in a short time, it is preferable to cut it into as small pieces as possible or to crush it.
【００４７】強化物質原料の配合割合は、はんだ材料中
における強化相の化合物の体積割合によって計算される
が、化合物の体積割合が１〜３０ vol％となるように配
合することが好ましい。The mixing ratio of the reinforcing material raw material is calculated by the volume ratio of the compound of the reinforcing phase in the solder material, but it is preferable to mix it so that the volume ratio of the compound is 1 to 30 vol%.
【００４８】なお、母材原料又は／及び強化物質原料
は、さらに、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕの少なくとも１種以上を
含有してなることが好ましい。このようにすることによ
り、本発明のはんだ材料において、希土類元素を多く含
有する場合には、溶解時に雰囲気に注意する必要がある
が、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕの少なくとも１種以上の元素の添
加によって希土類元素の添加量を減らすことができ、溶
解工程を簡便にすることができる。また、該物質を強化
物質原料に含有させた場合には、さらに、希土類元素に
よって形成される化合物をより低コストの化合物とする
ことがきる。なお、これら添加物質の含有量は、はんだ
母材中の強化相の化合物の体積割合が、１〜３０ vol％
となるように希土類物質との配合割合を計算するとよ
い。The base material raw material and / or the reinforcing material raw material preferably further contains at least one or more of Fe, Ni and Cu. By doing so, when the solder material of the present invention contains a large amount of rare earth elements, it is necessary to pay attention to the atmosphere during melting, but by adding at least one element of Fe, Ni, Cu, The amount of rare earth element added can be reduced, and the dissolution process can be simplified. When the substance is contained in the raw material for the reinforcing substance, the compound formed by the rare earth element can be further reduced in cost. The content of these additive substances is such that the volume ratio of the compound of the strengthening phase in the solder base material is 1 to 30 vol%.
It is advisable to calculate the blending ratio with the rare earth substance so that
【００４９】（溶湯形成工程）次に、溶湯形成工程にお
いて、前記原料を溶融してはんだ溶湯を形成する。本工
程において、溶湯の形成方法としては、抵抗電気炉や高
周波炉などの一般的な方法が適用することができる。こ
のとき、母材原料と強化物質原料の投入の順序は特に限
定するものではない。(Molten Metal Forming Step) Next, in the molten metal forming step, the raw materials are melted to form a molten solder. In this step, as a method of forming the molten metal, a general method such as a resistance electric furnace or a high frequency furnace can be applied. At this time, the order of introducing the base material and the reinforcing material is not particularly limited.
【００５０】（冷却工程）次いで、冷却工程において、
溶湯を１０2 ℃／秒以上の冷却速度で急速に冷却するこ
とにより、ＳｎまたはＰｂを主成分とするはんだ母材中
に、希土類元素の１種以上を含有する化合物を析出・分
散させる。(Cooling Step) Next, in the cooling step,
By rapidly cooling the molten metal at a cooling rate of 10 2 ° C / sec or more, a compound containing at least one rare earth element is deposited / dispersed in the solder base material containing Sn or Pb as a main component.
【００５１】該冷却により、希土類元素またはほかの高
融点元素は、単独で或いは相互にはんだ母材中の元素と
化合物形成してはんだ母材中に微細に分散する。By the cooling, the rare earth element or other refractory element forms a compound with the element in the solder base material alone or mutually and finely dispersed in the solder base material.
【００５２】このとき、冷却速度は、１０-2℃／秒以上
である。該冷却速度が１０-2℃／秒未満の場合は、生成
する金属間化合物が粗大に晶出する虞がある。なお、好
適な冷却速度は、１０-4℃／秒以上である。At this time, the cooling rate is 10 -2 ° C / sec or more. If the cooling rate is less than 10 -2 ° C / sec, the resulting intermetallic compound may coarsely crystallize. The suitable cooling rate is 10 -4 ° C / sec or more.
【００５３】該冷却工程において、はんだ母材中析出・
分散させる希土類元素含有化合物は、粒径が５μｍ以下
であることが好ましい。さらに好ましくは、粒径が１μ
ｍ以下である。In the cooling step, precipitation in the solder base material
The rare earth element-containing compound to be dispersed preferably has a particle size of 5 μm or less. More preferably, the particle size is 1μ
m or less.
【００５４】また、分散状態は、はんだ材料中に希土類
元素含有化合物が分散されていればよく、分散状態を特
に限定するものではない。例えば、粗大化し易い結晶粒
の内部でも、粗大化し易い結晶粒の近傍（例えば、粒
界）でも、あるいは、それ以外の部分でもよい。なお、
希土類元素含有化合物が、Ｓｎまたは／およびＰｂや、
それらとの境界あるいは粒界に分散させる場合には、希
土類元素含有化合物の分散による強化効果が優れている
ので好ましい。特に、これらの箇所を含め、はんだ材料
の全体に均一に分散させた場合には、本発明の効果をよ
りよく発揮することができ、より好ましい。このような
状態を形成するには、溶湯から急冷凝固させる場合に、
１０4 ℃／秒以上の速度で冷却することが好ましい。The dispersion state is not particularly limited as long as the rare earth element-containing compound is dispersed in the solder material. For example, it may be inside the crystal grains that are likely to be coarsened, in the vicinity of the crystal grains that are likely to be coarsened (for example, a grain boundary), or in other portions. In addition,
The rare earth element-containing compound is Sn or / and Pb,
Dispersion at the boundary with them or at the grain boundary is preferable because the effect of strengthening by the dispersion of the rare earth element-containing compound is excellent. In particular, it is more preferable to uniformly disperse the solder material throughout the solder material including these portions, because the effect of the present invention can be exhibited more effectively. To form such a state, when quenching and solidifying from molten metal,
It is preferable to cool at a rate of 10 4 ° C / sec or more.
【００５５】本発明のはんだ材料は、用途によって使い
分けが可能であるという点で有利である。本発明のはん
だ材料は、急冷凝固によって作製した薄板、線材、粉末
を、そのままはんだ付けに用いてもよいが、さらには、
それらを積層したり、束ねたり、粉末固化したもの、あ
るいは粉末にフラックス等を混入してペースト状にして
もよい。The solder material of the present invention is advantageous in that it can be selectively used depending on the application. The solder material of the present invention may be a thin plate, wire or powder produced by rapid solidification, and may be used as it is for soldering.
They may be laminated, bundled, powder-solidified, or mixed with a flux or the like to form a paste.
【００５６】本発明のはんだ材料は、電子部品などのは
んだ接合部の機械的性質が大幅に改善され、外力（静
的、衝撃的）に対しても破損しにくく、熱歪みによる応
力、熱サイクルによる繰り返し熱応力に対しても破損し
にくい接合体を得るために有効である。The solder material of the present invention greatly improves the mechanical properties of solder joints of electronic parts and the like, is less likely to be damaged by external force (static, impact), stress due to thermal strain, and thermal cycle. It is effective to obtain a bonded body that is not easily damaged by repeated thermal stress due to.
【００５７】以下に、本発明の実施例を説明する。Examples of the present invention will be described below.
【００５８】第１実施例 先ず、原料を調整した。はんだ母材原料としてＰｂ−６
３wt％Ｓｎはんだに対して、強化物質原料としてミッシ
ュメタル（Ｌａ：９０wt％，Ｃｅ：６wt％）が全体の３
wt％となるように、両者の合計量で４０ｇを秤量し、原
料とした。First Example First, raw materials were prepared. Pb-6 as a solder base material
For 3 wt% Sn solder, misch metal (La: 90 wt%, Ce: 6 wt%) was used as a strengthening material raw material.
40 g of the total amount of both was weighed so as to be wt% and used as a raw material.
【００５９】次に、この原料を、アルミナるつぼに投入
後、アルゴンガス雰囲気とした電気炉中、８００℃×３
ｈｒ（時間）の条件で熱処理した後、アルゴンガス中で
放冷してインゴットを作製した。次いで、得られたイン
ゴットから２ｇ採取し、先端に開口部を設けた石英製ノ
ズル兼溶解るつぼ中で、アルゴンガス置換した急冷凝固
装置内にて９００℃で高周波溶解した。次に、溶解した
原料を、アルゴンガスを石英に導いて、回転体に吹きつ
け、冷却速度が１０5 ℃／秒となるように急速冷却し、
急冷凝固薄帯を作製し、はんだ材料を作製した。このと
き、単ロール法により、ロールサイズは直径３００mm、
厚さ５０mm、急冷時ロール回転数は２０００ r.p.m. と
した。得られた薄帯は、幅４ｍｍ、厚さ３０μｍであっ
た。Next, after putting this raw material into an alumina crucible, 800 ° C. × 3 in an electric furnace in an argon gas atmosphere.
After heat treatment under the condition of hr (hour), it was left to cool in argon gas to produce an ingot. Next, 2 g of the obtained ingot was sampled, and high-frequency melting was performed at 900 ° C. in a rapid solidification apparatus in which a gas was replaced with argon in a quartz nozzle-melting crucible having an opening at the tip. Next, the melted raw material was introduced into quartz by introducing argon gas, sprayed on a rotating body, and rapidly cooled to a cooling rate of 10 5 ° C / sec.
A rapidly solidified ribbon was prepared and a solder material was prepared. At this time, according to the single roll method, the roll size is 300 mm in diameter,
The thickness was 50 mm, and the rotation speed of the roll during quenching was 2000 rpm. The obtained ribbon had a width of 4 mm and a thickness of 30 μm.
【００６０】得られたはんだ材料の性能評価試験を、は
んだ接合試験により行った。まず、はんだ接合を行っ
た。すなわち、Ｃｕ板とＣｕ板の間に上記の薄帯を挟ん
でフラックスを塗布して２２０℃で溶融させて接合体を
得た。この接合体のＣｕ板とＣｕ板の接合部の断面にお
ける金属組織図を示す顕微鏡写真図（倍率：２０００
倍）を、図１に示す。図１より明らかなように、その組
織は、Ｐｂ相（白い部分）、Ｓｎ相（灰色の部分）が非
常に微細であることが分かる。また、希土類を含有する
化合物は微細であるために、２０００倍程度では観察不
可能であった。次に、接合後１６０℃で７２時間保持し
た時の接合部の断面における金属組織を示す顕微鏡写真
図（倍率：２０００倍）を、図２に示す。図２より明ら
かなように、化合物相は微細すぎて観察されなかった。A performance evaluation test of the obtained solder material was conducted by a solder joint test. First, solder joining was performed. That is, the above ribbon was sandwiched between Cu plates and flux was applied and melted at 220 ° C. to obtain a joined body. A micrograph (magnification: 2000) showing a metal structure diagram in the cross section of the Cu plate and the bonded portion of the Cu plate of this bonded body.
1) is shown in FIG. As is clear from FIG. 1, the structure has a very fine Pb phase (white part) and Sn phase (gray part). In addition, since the compound containing a rare earth is fine, it cannot be observed at about 2000 times. Next, FIG. 2 shows a micrograph (magnification: 2000 times) showing the metal structure in the cross section of the joint when the joint was held at 160 ° C. for 72 hours after the joining. As is clear from FIG. 2, the compound phase was too fine to be observed.
【００６１】（比較例１）強化物質原料を添加しないほ
かは、前記第１実施例と同様にしてＰｂ−６３wt％Ｓｎ
薄帯を作製し、前記第１実施例と同様の接合試験を行っ
た。比較用接合体の接合部の断面における金属組織図を
示す顕微鏡写真図（倍率：２０００倍）を、図３に示
す。図３より明らかなように、その組織は、ＰｂとＳｎ
相からなっており、各相の大きさは前記第１実施例の場
合より粗大であることが分かる。次に、接合後１６０℃
で７２時間保持した時の接合部の断面における金属組織
を示す顕微鏡写真図（倍率：２０００倍）を、図４に示
す。図４より明らかなように、図２の前記第１実施例に
比べて、Ｐｂ相とＳｎ相が著しく粗大化しているのが分
かる。(Comparative Example 1) Pb-63 wt% Sn was prepared in the same manner as in Example 1 except that the raw material for the reinforcing material was not added.
A thin strip was prepared and the same joining test as in the first embodiment was conducted. FIG. 3 shows a micrograph (magnification: 2000 times) showing a metallographic diagram in the cross section of the joint of the comparative joint. As is clear from FIG. 3, the organization is Pb and Sn.
It can be seen that the phase is composed of phases, and the size of each phase is coarser than that of the first embodiment. Next, after joining 160 ℃
FIG. 4 is a photomicrograph (magnification: 2000 times) showing the metal structure in the cross section of the bonded portion when held for 72 hours. As is clear from FIG. 4, the Pb phase and the Sn phase are significantly coarsened as compared with the first embodiment of FIG.
【００６２】（比較例２）第１実施例の強化物質原料に
変えてＮｉを２ｗｔ％添加したほかは、前記第１実施例
と同様にして比較用Ｐｂ−Ｓｎ系薄帯を作製し、前記第
１実施例と同様の接合試験を行った。比較用接合体の接
合部の断面における金属組織図を示す顕微鏡写真図（倍
率：２０００倍）を、図５に示す。図５より明らかなよ
うに、その組織は、Ｐｂ、Ｓｎ化合物からなっている
が、何れも非常に微細である。Ｎｉを含む化合物は、ほ
ぼ０．５μｍ程度の粒径であることが分かる。次に、接
合後１６０℃で７２時間保持した時の接合部の断面にお
ける金属組織を示す顕微鏡写真図（倍率：２０００倍）
を、図６に示す。図６より明らかなように、化合物は２
〜４μｍ程度に粗大化しており、しかもＰｂ、Ｓｎ相と
もに図２の前記第１実施例に比べて粗大化しているのが
分かる。(Comparative Example 2) A Pb-Sn-based ribbon for comparison was prepared in the same manner as in Example 1 except that Ni was added in an amount of 2 wt% instead of the reinforcing material used in Example 1. The same joining test as in the first embodiment was conducted. FIG. 5 shows a micrograph (magnification: 2000 times) showing a metallographic view of the cross section of the joint of the comparative joint. As is clear from FIG. 5, the structure is composed of Pb and Sn compounds, but both are very fine. It can be seen that the compound containing Ni has a particle size of about 0.5 μm. Next, a micrograph (magnification: 2000 times) showing the metal structure in the cross section of the joint portion when kept at 160 ° C. for 72 hours after joining.
Is shown in FIG. As is clear from FIG. 6, the compound is 2
It can be seen that the particles are coarsened to about 4 μm, and both the Pb and Sn phases are coarsened as compared with the first embodiment shown in FIG.
【００６３】第２実施例 先ず、原料を調整した。すなわち、はんだ母材原料とし
てＰｂ−３０wt％Ｓｎはんだに対して、強化物質原料と
してミッシュメタル（Ｌａ：５０wt％，Ｃｅ：５wt％）
が全体の０．５wt％となるように、両者の合計量で１０
０ｇを秤量し、原料とした。 Second Example First, raw materials were prepared. That is, for Pb-30 wt% Sn solder as a solder base material, misch metal (La: 50 wt%, Ce: 5 wt%) as a reinforcing material raw material.
Is 10% by the total amount of both so that it becomes 0.5 wt% of the whole.
0 g was weighed and used as a raw material.
【００６４】次に、この原料を溶解後、不活性ガスのジ
ェット気流中に吹きつけて急速冷却し、急冷凝固粉末を
作製し、本実施例に係るはんだ材料を得た。なお、この
ときの冷却条件は、冷却速度が１０4 ℃／秒であった。Next, after melting this raw material, it was blown into a jet stream of an inert gas for rapid cooling to produce a rapidly solidified powder, and a solder material according to this example was obtained. The cooling conditions at this time were a cooling rate of 10 4 ° C / sec.
【００６５】得られたはんだ材料の性能評価試験を、は
んだ接合試験により行った。まず、はんだ材料が粉末状
である以外は、前記第１実施例と同様にし、はんだ接合
を行い、接合体を得た。この接合体の接合部の断面にお
ける金属組織図を、光学顕微鏡により観察したところ、
第１実施例の図１に示されるように、Ｐｂ結晶粒，Ｓｎ
結晶粒がともに微細化された組織が観察された。なお、
強化物質としての希土類元素は、微細すぎて、観察でき
ないほどであった。A performance evaluation test of the obtained solder material was conducted by a solder joint test. First, solder bonding was performed in the same manner as in the first embodiment except that the solder material was powdery to obtain a bonded body. A metallographic view of the cross section of the bonded portion of this bonded body was observed with an optical microscope.
As shown in FIG. 1 of the first embodiment, Pb crystal grains, Sn
A structure in which both crystal grains were refined was observed. In addition,
The rare earth element as a strengthening substance was too fine to be observed.
【００６６】第３実施例 先ず、原料を調整した。すなわち、はんだ母材原料とし
てＳｎ−Ｂｉはんだに対して、強化物質原料としてミッ
シュメタル（Ｃｅ：７０wt％，Ｌａ等の希土類元素＋不
可避不純物）が全体の１．０wt％となるように、および
Ｎｉが全体の１．０wt％となるように、三者の合計量で
１００ｇを秤量し、原料とした。 Third Example First, raw materials were prepared. That is, with respect to Sn-Bi solder as a solder base material, misch metal (Ce: 70 wt%, La and other rare earth elements + unavoidable impurities) is 1.0 wt% of the whole as a reinforcing material, and Ni. So as to be 1.0 wt% of the total, 100 g was weighed by the total amount of the three and used as a raw material.
【００６７】次に、この原料を、先端に開口部を設けた
石英製ノズル兼るつぼ中でアルゴンガス置換した密閉室
中で溶解後、冷却媒体中へ吹き出して急速冷却し、直径
０．５ｍｍの急冷凝固フィラメントを作製し、本実施例
に係るはんだ材料を得た。なお、このときの冷却条件
は、冷却速度が１０5 ℃／秒であった。Next, this raw material was melted in a closed chamber filled with argon gas in a quartz nozzle and crucible having an opening at the tip, and was then blown into a cooling medium for rapid cooling to a diameter of 0.5 mm. A rapidly solidified filament was produced to obtain a solder material according to this example. The cooling conditions at this time were a cooling rate of 10 5 ° C / sec.
【００６８】得られたはんだ材料の性能評価試験を、は
んだ接合試験により行った。まず、はんだ材料がフィラ
メント状である以外は、前記第１実施例と同様にし、は
んだ接合を行い、接合体を得た。この接合体の接合部の
断面における金属組織図を、光学顕微鏡により観察した
ところ、第１実施例の図１と同様に、Ｂｉ結晶粒，Ｓｎ
結晶粒がともに微細化された組織が観察された。なお、
強化物質としての希土類元素、およびＮｉは、微細すぎ
て、観察できないほどであった。A performance evaluation test of the obtained solder material was conducted by a solder joint test. First, solder bonding was performed in the same manner as in the first embodiment except that the solder material was filamentous to obtain a bonded body. When a metallographic view of the cross section of the bonded portion of this bonded body was observed with an optical microscope, it was found that Bi crystal grains and Sn were observed, as in FIG. 1 of the first embodiment.
A structure in which both crystal grains were refined was observed. In addition,
The rare earth element as a reinforcing material and Ni were too fine to be observed.
【００６９】（性能評価試験）第１実施例〜第３実施
例、比較例１、比較例２により得られた接合体の接合部
の性能評価試験を、熱サイクル疲労試験により行った。
熱サイクル疲労試験は、得られた接合体を、−４０℃
（３０分）〜１２０℃（３０分）で１サイクル６０分の
温度雰囲気に曝し、これを１００サイクル実施して行っ
た。その結果、希土類元素を添加した場合には、無添加
のものに比べて、はんだ母材の組織の粗大化が抑制され
ていた。また、無添加のものには、はんだ接合部に亀裂
が観察されるのに対して、希土類を添加したものでは亀
裂はほどんど観察されなかった。(Performance Evaluation Test) The performance evaluation test of the joints of the joints obtained in the first to third examples, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was conducted by the thermal cycle fatigue test.
In the thermal cycle fatigue test, the obtained joined body was tested at -40 ° C.
(30 minutes) -120 degreeC (30 minutes), it exposed to the temperature atmosphere for 1 cycle 60 minutes, and performed this 100 cycles. As a result, when the rare earth element was added, coarsening of the structure of the solder base material was suppressed as compared with the case where no rare earth element was added. Further, cracks were observed at the solder joints in the case of no addition, whereas cracks were scarcely observed in the case of adding rare earth.
【００７０】さらに、接合体の熱サイクル疲労試験前後
の静的強度を測定した。その結果、希土類元素を添加し
ないものでは試験後に強度がほぼ１／３に減少したのに
対し、本発明にかかる上記実施例の希土類元素を添加し
た場合には試験前後の静的強度の差が僅かであった。Further, the static strength of the joined body before and after the thermal cycle fatigue test was measured. As a result, in the case where the rare earth element was not added, the strength was decreased to about 1/3 after the test, whereas in the case where the rare earth element of the above-mentioned example according to the present invention was added, the difference in static strength before and after the test was found. It was a little.
【図１】本発明の第１実施例において得られたはんだ接
合部の断面の金属組織を示す顕微鏡写真図（倍率：２０
００倍）である。FIG. 1 is a micrograph showing a metal structure of a cross section of a solder joint portion obtained in a first embodiment of the present invention (magnification: 20).
00 times).
【図２】本発明の第１実施例において得られたはんだ接
合部にかかり、接合後１６０℃で７２時間保持した時の
接合部の断面の金属組織を示す顕微鏡写真図（倍率：２
０００倍）である。FIG. 2 is a photomicrograph showing the metal structure of the cross section of the soldered joint obtained in the first embodiment of the present invention and held at 160 ° C. for 72 hours after joining (magnification: 2
000 times).
【図３】比較例１において得られた比較用はんだ接合部
の断面の金属組織を示す顕微鏡写真図（倍率：２０００
倍）である。FIG. 3 is a micrograph showing a metal structure of a cross section of a comparative solder joint portion obtained in Comparative Example 1 (magnification: 2000).
Times).
【図４】比較例１において得られた比較用はんだ接合部
にかかり、接合後１６０℃で７２時間保持した時の接合
部の断面の金属組織を示す顕微鏡写真図（倍率：２００
０倍）である。FIG. 4 is a photomicrograph showing the metallographic structure of the cross section of the comparative solder joint obtained in Comparative Example 1 and held at 160 ° C. for 72 hours after joining (magnification: 200).
0 times).
【図５】比較例２において得られた比較用はんだ接合部
の断面の金属組織を示す顕微鏡写真図（倍率：２０００
倍）である。5 is a micrograph showing a metal structure of a cross section of a comparative solder joint portion obtained in Comparative Example 2 (magnification: 2000). FIG.
Times).
【図６】比較例２において得られた比較用はんだ接合部
にかかり、接合後１６０℃で７２時間保持した時の接合
部の断面の金属組織を示す顕微鏡写真図（倍率：２００
０倍）である。FIG. 6 is a micrograph showing a metal structure of a cross section of a comparative solder joint obtained in Comparative Example 2 and held at 160 ° C. for 72 hours after joining (magnification: 200).
0 times).
Claims (4)
材と、該はんだ母材中に分散させた希土類元素の１種以
上を含有する化合物とからなることを特徴とするはんだ
材料。1. A solder material comprising a solder base material containing Sn or Pb as a main component and a compound containing at least one rare earth element dispersed in the solder base material.
くとも１種以上を含有してなることを特徴とする請求項
１記載のはんだ材料。2. The solder material according to claim 1, wherein the compound contains at least one of Fe, Ni, and Cu.
成する母材原料と、希土類元素の１種以上を含有する強
化物質原料とからなる原料を準備する原料準備工程と、 前記原料を溶融してはんだ溶湯を形成する溶湯形成工程
と、 該溶湯を１０2 ℃／秒以上の冷却速度で急速に冷却する
ことにより、ＳｎまたはＰｂを主成分とするはんだ母材
中に、希土類元素の１種以上を含有する化合物を析出分
散させる冷却工程と、からなることを特徴とするはんだ
材料の製造方法。3. A raw material preparing step of preparing a raw material comprising a base material which contains Sn or Pb and constitutes a solder base material, and a reinforcing material raw material which contains one or more kinds of rare earth elements, and the raw material is melted. And a solder forming step of forming a molten solder, and by rapidly cooling the molten metal at a cooling rate of 10 2 ° C / sec or more, 1% of rare earth element is contained in the solder base material containing Sn or Pb as a main component. A method of manufacturing a solder material, comprising a cooling step of depositing and dispersing a compound containing at least one species.
および強化物質原料が、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕの少なくとも
１種以上を含有してなることを特徴とする請求項３記載
のはんだ材料の製造方法。4. In a raw material preparing step, a base material or /
The method for producing a solder material according to claim 3, wherein the reinforcing material raw material contains at least one or more of Fe, Ni, and Cu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7975094A JPH07266080A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Solder material and its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7975094A JPH07266080A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Solder material and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07266080A true JPH07266080A (en) | 1995-10-17 |
Family
ID=13698909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7975094A Pending JPH07266080A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Solder material and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07266080A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2329698A1 (en) * | 2008-08-21 | 2011-06-08 | Agere Systems, Inc. | Mitigation of whiskers in sn-films |
| JP2014222751A (en) * | 2014-05-07 | 2014-11-27 | アギア システムズ エルエルシーＡｇｅｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＬＬＣ | MITIGATION OF WHISKERS IN Sn FILMS |
-
1994
- 1994-03-25 JP JP7975094A patent/JPH07266080A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2329698A1 (en) * | 2008-08-21 | 2011-06-08 | Agere Systems, Inc. | Mitigation of whiskers in sn-films |
| JP2012500493A (en) * | 2008-08-21 | 2012-01-05 | アギア システムズ インコーポレーテッド | Reduction of whiskers in Sn film |
| US8653375B2 (en) | 2008-08-21 | 2014-02-18 | Agere Systems, Inc. | Mitigation of whiskers in Sn-films |
| JP2014222751A (en) * | 2014-05-07 | 2014-11-27 | アギア システムズ エルエルシーＡｇｅｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＬＬＣ | MITIGATION OF WHISKERS IN Sn FILMS |
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