JPH09206983A - はんだ材料 - Google Patents
はんだ材料Info
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- JPH09206983A JPH09206983A JP4044696A JP4044696A JPH09206983A JP H09206983 A JPH09206983 A JP H09206983A JP 4044696 A JP4044696 A JP 4044696A JP 4044696 A JP4044696 A JP 4044696A JP H09206983 A JPH09206983 A JP H09206983A
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- bismuth
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 環境汚染のおそれがなく、機械的強度が充分
で、かつ、従来の錫−鉛系はんだ材料と略同じ溶融温度
特性を示すはんだ材料を提供すること。 【解決手段】 亜鉛が 0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5
〜8重量%、残部が実質的に錫からなる化学組成(但
し、亜鉛が5重量%を超え、10重量%未満であり、ビス
マスが3重量%を超え、8重量%未満であり、残部が実
質的に錫からなる化学組成を除く。)とすること。即
ち、はんだ材料を、線分AB、線分BC、線分CD、線
分DE、線分EF及び線分FAによって囲まれる領域の
化学組成とする。
で、かつ、従来の錫−鉛系はんだ材料と略同じ溶融温度
特性を示すはんだ材料を提供すること。 【解決手段】 亜鉛が 0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5
〜8重量%、残部が実質的に錫からなる化学組成(但
し、亜鉛が5重量%を超え、10重量%未満であり、ビス
マスが3重量%を超え、8重量%未満であり、残部が実
質的に錫からなる化学組成を除く。)とすること。即
ち、はんだ材料を、線分AB、線分BC、線分CD、線
分DE、線分EF及び線分FAによって囲まれる領域の
化学組成とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ材料に関す
るものである。
るものである。
【0002】
【従来の技術】産業が高度に発達し、電子機器産業にお
いても電子回路素子の実装技術の高度化が進んでいる
が、その電子回路素子の接合には、長期間に亘る使用に
よって特性、信頼性の評価を受けてきた錫と鉛とからな
るはんだが依然として広く用いられている。
いても電子回路素子の実装技術の高度化が進んでいる
が、その電子回路素子の接合には、長期間に亘る使用に
よって特性、信頼性の評価を受けてきた錫と鉛とからな
るはんだが依然として広く用いられている。
【0003】鉛は、人体内に蓄積すると、手腕の伸筋麻
痺、疝痛(腹部のさし込むような痛み)、鉛緑(歯茎の
菌に接する部分に生じる暗緑色乃至青色の線状)、貧血
等の鉛中毒症状が顕れ、人体に有害な物質である。
痺、疝痛(腹部のさし込むような痛み)、鉛緑(歯茎の
菌に接する部分に生じる暗緑色乃至青色の線状)、貧血
等の鉛中毒症状が顕れ、人体に有害な物質である。
【0004】近年、米国及び欧州を中心に、環境汚染の
問題が指摘され、環境汚染に対する規制の法案化が活発
に議論されている。更に、現実問題として、多量に発生
する産業廃棄物、電気製品廃棄物(鉛を多量に含有する
はんだが使用されている)も環境汚染の原因として指摘
されている。
問題が指摘され、環境汚染に対する規制の法案化が活発
に議論されている。更に、現実問題として、多量に発生
する産業廃棄物、電気製品廃棄物(鉛を多量に含有する
はんだが使用されている)も環境汚染の原因として指摘
されている。
【0005】そこで、鉛−亜鉛合金のはんだ(以下、鉛
はんだと呼ぶ)の特性を具備する鉛はんだ代替材料の使
用が望まれるのであるが、これ迄の代替材料は鉛はんだ
に較べて融点が高くなる傾向がある。この傾向は、接合
(はんだ付け)しようとする電子部品に対して熱損傷さ
せる問題に繋がる。また、高温でのはんだ付けに耐え得
る電子部品を開発しようとすると、このような電子部品
はコスト高になり、電子機器の製造コストが嵩むことに
なる。
はんだと呼ぶ)の特性を具備する鉛はんだ代替材料の使
用が望まれるのであるが、これ迄の代替材料は鉛はんだ
に較べて融点が高くなる傾向がある。この傾向は、接合
(はんだ付け)しようとする電子部品に対して熱損傷さ
せる問題に繋がる。また、高温でのはんだ付けに耐え得
る電子部品を開発しようとすると、このような電子部品
はコスト高になり、電子機器の製造コストが嵩むことに
なる。
【0006】現状のはんだは、共晶組成の錫−鉛合金
で、63重量%錫、37重量%鉛の組成であり、共晶温度は
約 183℃である。従って、電子回路素子の実装では、で
きるだけ鉛はんだを用いての接合温度領域で使用できる
はんだ材料が求められている。しかし、このようなはん
だ材料として満足できるものは未だ開発されていないの
が現状である。鉛を含まぬはんだ材料として種々のもの
があるが、これらのうちで、例えば錫−銀系合金のはん
だは、共晶温度が 221℃と高く、高価な銀を含有するこ
とでコスト高になる。
で、63重量%錫、37重量%鉛の組成であり、共晶温度は
約 183℃である。従って、電子回路素子の実装では、で
きるだけ鉛はんだを用いての接合温度領域で使用できる
はんだ材料が求められている。しかし、このようなはん
だ材料として満足できるものは未だ開発されていないの
が現状である。鉛を含まぬはんだ材料として種々のもの
があるが、これらのうちで、例えば錫−銀系合金のはん
だは、共晶温度が 221℃と高く、高価な銀を含有するこ
とでコスト高になる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の事情に鑑み、生体に無害で環境汚染のおそれがなく、
かつ、現状の鉛はんだと略同等の温度で接合できるはん
だ材料を提供することにある。
の事情に鑑み、生体に無害で環境汚染のおそれがなく、
かつ、現状の鉛はんだと略同等の温度で接合できるはん
だ材料を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、亜鉛が
0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が実
質的に錫からなる化学組成(但し、亜鉛が5重量%を超
え、10重量%未満であり、ビスマスが3重量%を超え、
8重量%未満であり、残部が実質的に錫からなる化学組
成を除く。)を有するはんだ材料に係るものである。
0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が実
質的に錫からなる化学組成(但し、亜鉛が5重量%を超
え、10重量%未満であり、ビスマスが3重量%を超え、
8重量%未満であり、残部が実質的に錫からなる化学組
成を除く。)を有するはんだ材料に係るものである。
【0009】
【発明の実施の形態】上記化学組成のうちで、亜鉛が5
から10重量%、ビスマスが 0.5〜3重量%、残部が実質
的に錫からなる化学組成を有するはんだ材料は、後述す
る示差走査熱量測定において、実質的に単一の吸収ピー
ク温度を示し、プリント配線板の実装に用いて特に好適
である。
から10重量%、ビスマスが 0.5〜3重量%、残部が実質
的に錫からなる化学組成を有するはんだ材料は、後述す
る示差走査熱量測定において、実質的に単一の吸収ピー
ク温度を示し、プリント配線板の実装に用いて特に好適
である。
【0010】前記化学組成のうちで、亜鉛が 0.5〜5重
量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が実質的に錫か
らなる化学組成を有するはんだ材料は、前記の示差走査
熱量測定において、複数の吸収ピーク温度を示し、融解
温度範囲が広いことから、プリント配線板の実装以外の
接合(例えばはんだ鏝(ごて)を使用してのはんだ付
け)に接合作業が容易で好適である。
量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が実質的に錫か
らなる化学組成を有するはんだ材料は、前記の示差走査
熱量測定において、複数の吸収ピーク温度を示し、融解
温度範囲が広いことから、プリント配線板の実装以外の
接合(例えばはんだ鏝(ごて)を使用してのはんだ付
け)に接合作業が容易で好適である。
【0011】なお、前記「はんだ材料」とは、前記組成
の合金のみならず、この合金を構成する合金化前の単体
やこれら単体の混合物をも含む概念である。
の合金のみならず、この合金を構成する合金化前の単体
やこれら単体の混合物をも含む概念である。
【0012】また、前記「残部が実質的に錫からなる」
とは、残部が錫及び不可避的不純物からなることのほ
か、錫、亜鉛及びビスマス以外の少量の第三の元素の積
極的な含有を排除するものではない。
とは、残部が錫及び不可避的不純物からなることのほ
か、錫、亜鉛及びビスマス以外の少量の第三の元素の積
極的な含有を排除するものではない。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0014】はんだに求められる特性としては、溶融温
度特性、機械的強度、はんだ付け性(被接合材に対する
濡れ性)等の種々の特性が挙げられる。以下に、鉛を含
まぬ錫−亜鉛−ビスマス三元系合金について、特に機械
的強度及び溶融温度特性を主として検討した結果を説明
する。本実施例では、機械的強度については脆さを特性
値として検討した。溶融温度特性としては、鉛はんだの
共晶温度が 183℃であることから、略 200±20℃に融点
があることを要件として検討した。
度特性、機械的強度、はんだ付け性(被接合材に対する
濡れ性)等の種々の特性が挙げられる。以下に、鉛を含
まぬ錫−亜鉛−ビスマス三元系合金について、特に機械
的強度及び溶融温度特性を主として検討した結果を説明
する。本実施例では、機械的強度については脆さを特性
値として検討した。溶融温度特性としては、鉛はんだの
共晶温度が 183℃であることから、略 200±20℃に融点
があることを要件として検討した。
【0015】<はんだ試料の作製>純度99.999重量%
(以下、重量%を単に%で表す)の粒状錫、純度 99.99
99%の粒状亜鉛及び純度 99.9999%のビスマスのインゴ
ットを用い、下記表1に示す配合になるようにかつ全量
が33gになるように秤量し、これらを容量5ccの坩堝に
充填した。
(以下、重量%を単に%で表す)の粒状錫、純度 99.99
99%の粒状亜鉛及び純度 99.9999%のビスマスのインゴ
ットを用い、下記表1に示す配合になるようにかつ全量
が33gになるように秤量し、これらを容量5ccの坩堝に
充填した。
【0016】
【0017】次に、磁性坩堝中の上記原料に対し、ノズ
ルから3リットル/分の流量で窒素ガスを吹き付けなが
ら大気中で溶融し、溶湯が均一組成になるように 400℃
に2〜3時間保持した後、鋳造によって棒状はんだ試料
を作製した。
ルから3リットル/分の流量で窒素ガスを吹き付けなが
ら大気中で溶融し、溶湯が均一組成になるように 400℃
に2〜3時間保持した後、鋳造によって棒状はんだ試料
を作製した。
【0018】はんだ試料は、径が4〜6mm、長さが 100
mm程度になるように作製された金属製の鋳型に溶湯を注
入し、作製されたものである。この注湯により、はんだ
の金属に対する濡れ性、広がり性を定性的であるが評価
することができる。そのため、注湯時には鋳型を55±5
℃の温度に保持した。また、この注湯後に、残りのはん
だ溶湯をセラミックス管に流し込んで凝固状態を観察し
た。
mm程度になるように作製された金属製の鋳型に溶湯を注
入し、作製されたものである。この注湯により、はんだ
の金属に対する濡れ性、広がり性を定性的であるが評価
することができる。そのため、注湯時には鋳型を55±5
℃の温度に保持した。また、この注湯後に、残りのはん
だ溶湯をセラミックス管に流し込んで凝固状態を観察し
た。
【0019】図4は、はんだ試料作製に供した鋳型を示
し、同図(a)は断面図(同図(b)のa−a線断面
図)、同図(b)は平面図である。
し、同図(a)は断面図(同図(b)のa−a線断面
図)、同図(b)は平面図である。
【0020】鋳型30は、金属製(この例では純鉄製)で
あり、一対の金型31、32からなり、鉛直に設けられた内
径4〜6mm、長さ 100mmのキャビティ34上に円錐形の受
け口33が設けられて構成されている。キャビティ34の下
端には、鋳型上面に開口する小径のガス抜孔35が設けら
れている。即ち、はんだ試料は、落し込みの鋳造方案に
よって作製される。
あり、一対の金型31、32からなり、鉛直に設けられた内
径4〜6mm、長さ 100mmのキャビティ34上に円錐形の受
け口33が設けられて構成されている。キャビティ34の下
端には、鋳型上面に開口する小径のガス抜孔35が設けら
れている。即ち、はんだ試料は、落し込みの鋳造方案に
よって作製される。
【0021】鋳型への注湯により、通常は長さ 100mmの
はんだ試料が得られるのであるが、溶湯の組成によって
は、流動性が悪くて長さが 100mmに達しないことがあ
る。亜鉛、ビスマスの含有量が多くなると、溶湯の流動
性が悪くなる傾向が見られる。その数例を挙げると、試
料No.16(93.0%Sn、 2.0%Zn、 5.0%Bi)及び試
料No.17(95.0%Sn、 2.0%Zn、 3.0%Bi)のはん
だ試料は長さが夫々70mm、試料No.9(82.0%Sn、 8.0
%Zn、10.0%Bi)のはんだ試料は長さが60mmであっ
た。
はんだ試料が得られるのであるが、溶湯の組成によって
は、流動性が悪くて長さが 100mmに達しないことがあ
る。亜鉛、ビスマスの含有量が多くなると、溶湯の流動
性が悪くなる傾向が見られる。その数例を挙げると、試
料No.16(93.0%Sn、 2.0%Zn、 5.0%Bi)及び試
料No.17(95.0%Sn、 2.0%Zn、 3.0%Bi)のはん
だ試料は長さが夫々70mm、試料No.9(82.0%Sn、 8.0
%Zn、10.0%Bi)のはんだ試料は長さが60mmであっ
た。
【0022】<機械的強度>後述する溶融温度特性の検
討結果から、ビスマスの添加によって溶融温度を下げら
れることが判ったが、その反面、軟鑞にビスマスを含有
させると脆くなるという懸念がある。そこで、脆さの程
度を調べるため、はんだ試料を鏨(たがね)で切断し、
その破断面を観察する試験を行った。
討結果から、ビスマスの添加によって溶融温度を下げら
れることが判ったが、その反面、軟鑞にビスマスを含有
させると脆くなるという懸念がある。そこで、脆さの程
度を調べるため、はんだ試料を鏨(たがね)で切断し、
その破断面を観察する試験を行った。
【0023】即ち、図5に示すように、金敷24上に載置
したはんだ試料20を平鏨23によって切断する。このと
き、図示しないハンマによる衝撃荷重は略一定になるよ
うにする。
したはんだ試料20を平鏨23によって切断する。このと
き、図示しないハンマによる衝撃荷重は略一定になるよ
うにする。
【0024】そして図6に示すように、切断したはんだ
試料の破断面を観察し、延性破壊した破面21の下側に現
れる微細な凹凸面を呈する破面(脆性破面)部分22の幅
L’とはんだ試料の径Lとの比L’/Lを求めた。結果
は下記表2に示す通りである。
試料の破断面を観察し、延性破壊した破面21の下側に現
れる微細な凹凸面を呈する破面(脆性破面)部分22の幅
L’とはんだ試料の径Lとの比L’/Lを求めた。結果
は下記表2に示す通りである。
【0025】
【0026】L’/Lの値が小さい程脆さが軽微で機械
的強度が良好であることを示している。表2には、L’
/Lが0に記号○を、>0〜0.2 に記号□を、 0.2〜0.
3 に記号◇を、 0.3〜0.4 に記号△を、>0.4 に記号▽
を夫々付して表してある。
的強度が良好であることを示している。表2には、L’
/Lが0に記号○を、>0〜0.2 に記号□を、 0.2〜0.
3 に記号◇を、 0.3〜0.4 に記号△を、>0.4 に記号▽
を夫々付して表してある。
【0027】図1は、表2に示した結果をはんだ試料の
化学組成に関係づけて示すグラフである。図1中、表2
に示した記号に付した数字は、試料No. を示している。
化学組成に関係づけて示すグラフである。図1中、表2
に示した記号に付した数字は、試料No. を示している。
【0028】図1から、脆さが軽微で機械的強度が良好
な化学組成は、線分AB、線分BC、線分CD、線分D
E、線分EF及び線分FAによって囲まれる領域に在る
ことが理解できる。但し、点Aは99.0%Sn、 0.5%Z
n、 0.5%Biを、点Bは89.5%Sn、10.0%Zn、
0.5%Biを、点Cは87.0%Sn、10.0%Zn、 3.0%
Biを、点Dは92.0%Sn、 5.0%Zn、 3.0%Bi
を、点Eは87.0%Sn、 5.0%Zn、 8.0%Biを、点
Fは91.5%Sn、 0.5%Zn、 8.0%Biを夫々示す。
なお、亜鉛及びビスマスの溶融温度特性を含めての総合
的な良好な含有量の下限については、後に図2、図3、
図10及び図11によって明らかにされる。
な化学組成は、線分AB、線分BC、線分CD、線分D
E、線分EF及び線分FAによって囲まれる領域に在る
ことが理解できる。但し、点Aは99.0%Sn、 0.5%Z
n、 0.5%Biを、点Bは89.5%Sn、10.0%Zn、
0.5%Biを、点Cは87.0%Sn、10.0%Zn、 3.0%
Biを、点Dは92.0%Sn、 5.0%Zn、 3.0%Bi
を、点Eは87.0%Sn、 5.0%Zn、 8.0%Biを、点
Fは91.5%Sn、 0.5%Zn、 8.0%Biを夫々示す。
なお、亜鉛及びビスマスの溶融温度特性を含めての総合
的な良好な含有量の下限については、後に図2、図3、
図10及び図11によって明らかにされる。
【0029】表1の化学組成及び表2の結果から、ビス
マス含有量を一定にしての亜鉛含有量によるL’/Lの
変化及び亜鉛含有量を一定にしてのビスマス含有量によ
るL’/Lの変化を求めると、図2及び図3が得られ
る。
マス含有量を一定にしての亜鉛含有量によるL’/Lの
変化及び亜鉛含有量を一定にしてのビスマス含有量によ
るL’/Lの変化を求めると、図2及び図3が得られ
る。
【0030】図2から、ビスマス 3.0%以下では、亜鉛
が10.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇して脆くなる
ことが判る。また、ビスマスが 3.0%を超えた組成で
は、亜鉛が 3.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇して
脆くなることが判る。図3から、亜鉛が 5.0%以下で
は、ビスマスが 8.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇
して脆くなることが判る。また、亜鉛が 5.0%を超えた
組成では、ビスマスが 3.0%を超えるとL’/L急激に
上昇して脆くなることが判る。
が10.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇して脆くなる
ことが判る。また、ビスマスが 3.0%を超えた組成で
は、亜鉛が 3.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇して
脆くなることが判る。図3から、亜鉛が 5.0%以下で
は、ビスマスが 8.0%を超えるとL’/Lが急激に上昇
して脆くなることが判る。また、亜鉛が 5.0%を超えた
組成では、ビスマスが 3.0%を超えるとL’/L急激に
上昇して脆くなることが判る。
【0031】以上の結果から、好ましい亜鉛含有量の上
限は、ビスマス 3.0%以下では10.0%、ビスマスが 3.0
%を超えると 5.0%である。また、好ましいビスマス含
有量の上限は、亜鉛 5.0%以下では 8.0%、亜鉛が 5.0
%を超えると 3.0%である。
限は、ビスマス 3.0%以下では10.0%、ビスマスが 3.0
%を超えると 5.0%である。また、好ましいビスマス含
有量の上限は、亜鉛 5.0%以下では 8.0%、亜鉛が 5.0
%を超えると 3.0%である。
【0032】<溶融温度特性>示差走査型熱量計(DS
C:Differential Scanning Calorimeter)を用いて各は
んだ試料についての溶融温度特性を調べた。試験条件は
以下の通りである。各はんだ試料から4〜5mgを採取
し、アルミニウム製容器中に密閉し、 250℃迄5℃/分
の速度で昇温させ、この温度に数分間保持してから同様
の速度で降温させた。
C:Differential Scanning Calorimeter)を用いて各は
んだ試料についての溶融温度特性を調べた。試験条件は
以下の通りである。各はんだ試料から4〜5mgを採取
し、アルミニウム製容器中に密閉し、 250℃迄5℃/分
の速度で昇温させ、この温度に数分間保持してから同様
の速度で降温させた。
【0033】図7、図8は各はんだ試料のうちの試料N
o.5(87.0%Sn、10.0%Zn、 3.0%Bi)、試料No.
15(92.0%Sn、 3.0%Zn、 5.0%Bi)について、
上記試験によって得られたチャート図である。
o.5(87.0%Sn、10.0%Zn、 3.0%Bi)、試料No.
15(92.0%Sn、 3.0%Zn、 5.0%Bi)について、
上記試験によって得られたチャート図である。
【0034】試料No.5は昇温時の吸収ピークが1つ観察
されたが、試料No.15 では吸収ピークが2つ観察され
た。吸収ピークの温度をTP とし、ピーク温度からベー
スライン(図には示されていない)に外挿して交わった
点の固相温度に対応した温度をTS とし、反対側の液相
温度に対応した温度をTL とした。
されたが、試料No.15 では吸収ピークが2つ観察され
た。吸収ピークの温度をTP とし、ピーク温度からベー
スライン(図には示されていない)に外挿して交わった
点の固相温度に対応した温度をTS とし、反対側の液相
温度に対応した温度をTL とした。
【0035】各はんだ試料のDSCによる試験結果を纏
めて下記表3に示す。表3中、記号○は吸収ピークが1
つ観察されたことを表し、記号◎は吸収ピークが2つ観
察されたことを表している。
めて下記表3に示す。表3中、記号○は吸収ピークが1
つ観察されたことを表し、記号◎は吸収ピークが2つ観
察されたことを表している。
【0036】
【0037】
【0038】図9は、表3に示した試験結果をはんだ試
料の化学組成に関係づけて示すグラフである。図9中、
表3に示した記号に付した数字は、試料No. を示してい
る。
料の化学組成に関係づけて示すグラフである。図9中、
表3に示した記号に付した数字は、試料No. を示してい
る。
【0039】DSCで単一の吸収ピークを示すはんだ
は、溶融温度範囲が狭く、接合に際して加熱温度を比較
的低くできることから、プリント配線板の実装に好適で
ある。他方、DSCで2つの吸収ピークを示すはんだ
は、溶融温度範囲が広いことから、プリント配線板の実
装以外の、例えばはんだ鏝(ごて)を使用しての接合
に、作業が容易であって有利である。
は、溶融温度範囲が狭く、接合に際して加熱温度を比較
的低くできることから、プリント配線板の実装に好適で
ある。他方、DSCで2つの吸収ピークを示すはんだ
は、溶融温度範囲が広いことから、プリント配線板の実
装以外の、例えばはんだ鏝(ごて)を使用しての接合
に、作業が容易であって有利である。
【0040】従って、図9の線分GB、線分BC、線分
CD、線分DGで囲まれた領域の化学組成を有するはん
だは、プリント配線板の実装に特に好適である。図9中
の点A、B、C、D、E、Fが示す化学組成は先に説明
した通りである。図9中の点Gは、94.5%Sn、 5.0%
Zn、 0.5%Biの化学組成を示す。なお、試料No.4、
12、13、28は吸収ピークが2つであるが、いずれも吸収
ピーク温度の差が小さく単一ピークを示す組成と見做し
て実質上何ら差支えはない。吸収ピーク温度の差は、試
料No.4、試料No.12 及び試料No.28 で6℃、試料No.13
で5℃である。
CD、線分DGで囲まれた領域の化学組成を有するはん
だは、プリント配線板の実装に特に好適である。図9中
の点A、B、C、D、E、Fが示す化学組成は先に説明
した通りである。図9中の点Gは、94.5%Sn、 5.0%
Zn、 0.5%Biの化学組成を示す。なお、試料No.4、
12、13、28は吸収ピークが2つであるが、いずれも吸収
ピーク温度の差が小さく単一ピークを示す組成と見做し
て実質上何ら差支えはない。吸収ピーク温度の差は、試
料No.4、試料No.12 及び試料No.28 で6℃、試料No.13
で5℃である。
【0041】また、図9の線分AG、線分GE、線分E
F、線分FAで囲まれた領域の化学組成を有するはんだ
は、プリント配線板の実装以外の種々の接合に用いるの
に好適である。
F、線分FAで囲まれた領域の化学組成を有するはんだ
は、プリント配線板の実装以外の種々の接合に用いるの
に好適である。
【0042】表1の化学組成及び表3の結果から、ビス
マス含有量を一定にしての亜鉛含有量による吸収ピーク
温度TP1の変化及び亜鉛含有量を一定にしてのビスマス
含有量による吸収ピーク温度TP1の変化を求めると、図
10及び図11が得られる。
マス含有量を一定にしての亜鉛含有量による吸収ピーク
温度TP1の変化及び亜鉛含有量を一定にしてのビスマス
含有量による吸収ピーク温度TP1の変化を求めると、図
10及び図11が得られる。
【0043】図10、図11から、亜鉛、ビスマスはいずれ
も吸収ピーク温度を降下させる作用を示し、はんだによ
る接合を容易ならしめることが理解できる。亜鉛、ビス
マス共に 0.5%以下での上記作用が顕著であり、従っ
て、亜鉛、ビスマスは共に 0.5%以上含有することが有
利である。
も吸収ピーク温度を降下させる作用を示し、はんだによ
る接合を容易ならしめることが理解できる。亜鉛、ビス
マス共に 0.5%以下での上記作用が顕著であり、従っ
て、亜鉛、ビスマスは共に 0.5%以上含有することが有
利である。
【0044】次に、本発明に基づくはんだを使用した例
を説明する。
を説明する。
【0045】図12は、プリント配線板の実装工程を示す
ものである。先ず、図12(A)のように、プリント配線
板の絶縁基板2にスルーホール4を形成した後、スルー
ホールめっきによってスルーホール4を通じて基板2の
表、裏に導電層(例えば銅パターン)5を形成する。
ものである。先ず、図12(A)のように、プリント配線
板の絶縁基板2にスルーホール4を形成した後、スルー
ホールめっきによってスルーホール4を通じて基板2の
表、裏に導電層(例えば銅パターン)5を形成する。
【0046】次いで、図12(B)のように、銅パターン
5の周囲にはんだレジスト6を印刷で被着し、更に銅パ
ターン5の酸化防止のためにプリフラックス7を塗布す
る。
5の周囲にはんだレジスト6を印刷で被着し、更に銅パ
ターン5の酸化防止のためにプリフラックス7を塗布す
る。
【0047】次いで、図12(C)のように、基板2の裏
面においてプリフラックス7上に、液状フラックス8を
塗布する。この液状フラックスには、本出願人が先に特
願平7−174121号として提案したフラックスのう
ち、フラックス剤としての水添ロジンエチルアミン塩1
0.0%、エチルアミン塩酸塩 0.2%、溶媒としての水69.
8%、イソプロピルアルコール20.0%の配合のものを用
いた。この液状フラックスは、乾燥性、濡れ性が良好
で、環境に及ぼす揮発性有機化合物の影響の少ないもの
である。
面においてプリフラックス7上に、液状フラックス8を
塗布する。この液状フラックスには、本出願人が先に特
願平7−174121号として提案したフラックスのう
ち、フラックス剤としての水添ロジンエチルアミン塩1
0.0%、エチルアミン塩酸塩 0.2%、溶媒としての水69.
8%、イソプロピルアルコール20.0%の配合のものを用
いた。この液状フラックスは、乾燥性、濡れ性が良好
で、環境に及ぼす揮発性有機化合物の影響の少ないもの
である。
【0048】次に、図12(D)のように、スルーホール
4の周囲の表側の面上にクリームはんだ(はんだペース
ト)13を接着又はスクリーン印刷によって設ける。
4の周囲の表側の面上にクリームはんだ(はんだペース
ト)13を接着又はスクリーン印刷によって設ける。
【0049】次いで、図12(E)のように、抵抗やコン
デンサ等の電子部品9のリード10を基板2の表側からス
ルーホール4に挿入し、基板2の裏側へ貫通させる。そ
して、この状態でクリームはんだ13を加熱してリフロー
し、図12(F)のように、はんだ11によってリード10を
スルーホール4内に完全に固定し、電子部品9を基板2
上にマウントする。はんだリフローには、遠赤外線輻
射、レーザ加熱、VPS(Vapor Phase Soldering)等の
適宜の手段が採用可能である。
デンサ等の電子部品9のリード10を基板2の表側からス
ルーホール4に挿入し、基板2の裏側へ貫通させる。そ
して、この状態でクリームはんだ13を加熱してリフロー
し、図12(F)のように、はんだ11によってリード10を
スルーホール4内に完全に固定し、電子部品9を基板2
上にマウントする。はんだリフローには、遠赤外線輻
射、レーザ加熱、VPS(Vapor Phase Soldering)等の
適宜の手段が採用可能である。
【0050】このとき、レジスト6が存在しない領域で
は、はんだ11が銅パターン5と十分に合金化すると共
に、レジスト6の領域ではフラックス中のフラックス剤
12のみが部分的に残存する。
は、はんだ11が銅パターン5と十分に合金化すると共
に、レジスト6の領域ではフラックス中のフラックス剤
12のみが部分的に残存する。
【0051】図13は、はんだ鏝を用いて端子と線材とを
接合する要領を示すものである。
接合する要領を示すものである。
【0052】先ず、図13(A)のように、予め線材17の
先端部を露出させてこれを端子16に巻き付けておき、糸
はんだ18及び加熱したはんだ鏝19を用意する。
先端部を露出させてこれを端子16に巻き付けておき、糸
はんだ18及び加熱したはんだ鏝19を用意する。
【0053】次に、図13(B)のように、加熱したはん
だ鏝19の先端を接合部の線材17に接触する。
だ鏝19の先端を接合部の線材17に接触する。
【0054】次に、図13(C)のように、糸はんだ18の
先端部を接合部の線材17又は端子16に押し付け、これを
溶融する。
先端部を接合部の線材17又は端子16に押し付け、これを
溶融する。
【0055】次に、図13(D)のように、適量のはんだ
が溶けたとき、糸はんだ18を素早く軸線方向に離し、次
いではんだ鏝19を離脱させる。
が溶けたとき、糸はんだ18を素早く軸線方向に離し、次
いではんだ鏝19を離脱させる。
【0056】そして、図13(E)のように、はんだが冷
却して固化するのを待つ。この固化の時期は、はんだの
光沢の変化によって判断できる。
却して固化するのを待つ。この固化の時期は、はんだの
光沢の変化によって判断できる。
【0057】図12、図13のいずれの例にあっても、はん
だは脆くなく、また溶融温度特性も従来の錫−鉛合金の
はんだと略同じであるので接合の信頼性が高い上に、有
害な鉛を含有しないので環境汚染を起こすおそれがな
い。
だは脆くなく、また溶融温度特性も従来の錫−鉛合金の
はんだと略同じであるので接合の信頼性が高い上に、有
害な鉛を含有しないので環境汚染を起こすおそれがな
い。
【0058】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明の技術的思想に基づいて前記の実施例に種々の変形を
加えることができる。
明の技術的思想に基づいて前記の実施例に種々の変形を
加えることができる。
【0059】例えば、本発明に基づくはんだ材料は、電
気製品製造以外の種々の分野におけるはんだ付けに用い
ることができる。特に、人体に有害な鉛を含有しないこ
とから、食品の缶詰の製造用として好ましく使用でき
る。
気製品製造以外の種々の分野におけるはんだ付けに用い
ることができる。特に、人体に有害な鉛を含有しないこ
とから、食品の缶詰の製造用として好ましく使用でき
る。
【0060】また、使用目的に応じて、錫の少量を錫、
亜鉛、ビスマス以外の成分で置換した化学組成とし、こ
の置換成分によって種々の特性の改善を図ることができ
る。
亜鉛、ビスマス以外の成分で置換した化学組成とし、こ
の置換成分によって種々の特性の改善を図ることができ
る。
【0061】
【発明の作用効果】本発明に基づくはんだ材料は、亜鉛
が 0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が
実質的に錫からなる化学組成(但し、亜鉛が5重量%を
超え、10重量%未満であり、ビスマスが3重量%を超
え、8重量%未満であり、残部が実質的に錫からなる化
学組成を除く。)としているので、生体に有害な鉛を実
質的に含有しないことから、環境汚染を起こすおそれが
ない。
が 0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残部が
実質的に錫からなる化学組成(但し、亜鉛が5重量%を
超え、10重量%未満であり、ビスマスが3重量%を超
え、8重量%未満であり、残部が実質的に錫からなる化
学組成を除く。)としているので、生体に有害な鉛を実
質的に含有しないことから、環境汚染を起こすおそれが
ない。
【0062】その上、上記化学組成とすることにより、
機械的強度が充分で、かつ、溶融温度特性が従来の錫−
鉛系はんだ材料と略同じ程度であって接合が容易である
ので、接合の信頼性が高い。
機械的強度が充分で、かつ、溶融温度特性が従来の錫−
鉛系はんだ材料と略同じ程度であって接合が容易である
ので、接合の信頼性が高い。
【図1】本発明の実施例によるはんだ試料の化学組成と
機械的強度(L’/L)との関係を示すグラフである。
機械的強度(L’/L)との関係を示すグラフである。
【図2】同亜鉛含有量による機械的強度の変化を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図3】同ビスマス含有量による機械的強度の変化を示
すグラフである。
すグラフである。
【図4】同はんだ試料作製用鋳型を示し、同図(a)は
断面図(同図(b)のa−a線断面図)、同図(b)は
平面図である。
断面図(同図(b)のa−a線断面図)、同図(b)は
平面図である。
【図5】同はんだ試料の切断の要領を示す概略斜視図で
ある。
ある。
【図6】同はんだ試料の切断面の拡大正面図である。
【図7】同はんだ試料のDSC試験の結果の一例を示す
チャート図である。
チャート図である。
【図8】同はんだ試料のDSC試験の結果の他の例を示
すチャート図である。
すチャート図である。
【図9】同はんだ試料の化学組成とDSC試験における
吸収ピーク出現数との関係を示すグラフである。
吸収ピーク出現数との関係を示すグラフである。
【図10】同亜鉛含有量によるDSC試験における吸収ピ
ーク温度の変化を示すグラフである。
ーク温度の変化を示すグラフである。
【図11】同ビスマス含有量によるDSC試験における吸
収ピーク温度の変化を示すグラフである。
収ピーク温度の変化を示すグラフである。
【図12】同プリント配線板の実装の手順を示す拡大部分
断面図である。
断面図である。
【図13】同はんだ鏝を用いての端子と線材との接合の手
順を示す斜視図である。
順を示す斜視図である。
2…基板、4…スルーホール、5…銅パターン、6…レ
ジスト、7…プリフラックス、8…液状フラックス、9
…電子部品、10…リード、11、18…はんだ、13…クリー
ムはんだ、16…端子、17…線材、19…はんだ鏝、20…は
んだ試料、21…延性破面、22…脆性破面、23…平鏨、24
…金敷、30…鋳型、31、32…金型、34…キャビティ、L
…はんだ試料の径、L’…脆性破面の幅、TP1…吸収ピ
ーク温度
ジスト、7…プリフラックス、8…液状フラックス、9
…電子部品、10…リード、11、18…はんだ、13…クリー
ムはんだ、16…端子、17…線材、19…はんだ鏝、20…は
んだ試料、21…延性破面、22…脆性破面、23…平鏨、24
…金敷、30…鋳型、31、32…金型、34…キャビティ、L
…はんだ試料の径、L’…脆性破面の幅、TP1…吸収ピ
ーク温度
Claims (5)
- 【請求項1】 亜鉛が 0.5〜10重量%、ビスマスが 0.5
〜8重量%、残部が実質的に錫からなる化学組成(但
し、亜鉛が5重量%を超え、10重量%未満であり、ビス
マスが3重量%を超え、8重量%未満であり、残部が実
質的に錫からなる化学組成を除く。)を有するはんだ材
料。 - 【請求項2】 請求項1に記載した化学組成のうちで、
亜鉛が5〜10重量%、ビスマスが 0.5〜3重量%、残部
が実質的に錫からなる化学組成を有するはんだ材料。 - 【請求項3】 請求項1に記載した化学組成のうちで、
亜鉛が 0.5〜5重量%、ビスマスが 0.5〜8重量%、残
部が実質的に錫からなる化学組成を有するはんだ材料。 - 【請求項4】 示差走査熱量測定において、実質的に単
一の吸収ピーク温度を示す、請求項2に記載したはんだ
材料。 - 【請求項5】 示差走査熱量測定において、複数の吸収
ピーク温度を示す、請求項3に記載したはんだ材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4044696A JPH09206983A (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | はんだ材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4044696A JPH09206983A (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | はんだ材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09206983A true JPH09206983A (ja) | 1997-08-12 |
Family
ID=12580882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4044696A Pending JPH09206983A (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | はんだ材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09206983A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0976489A1 (en) * | 1996-12-17 | 2000-02-02 | Sony Corporation | Solder material |
WO2002005609A1 (fr) * | 2000-07-12 | 2002-01-17 | Rohm Co., Ltd. | Structure permettant l'interconnexion de conducteurs et procede de connexion |
WO2002034969A1 (fr) * | 2000-10-24 | 2002-05-02 | Fujitsu Limited | Alliage destine au brasage tendre et a des joints a brasure tendre |
JP2002361476A (ja) * | 2001-06-08 | 2002-12-18 | Showa Denko Kk | ハンダ金属、ハンダペースト、ハンダ付け方法、ハンダ付けした回路板、及びハンダ付けした接合物 |
JP2003234433A (ja) * | 2001-10-01 | 2003-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置、半導体装置の実装方法、ならびに実装体およびその製造方法 |
US6649127B2 (en) | 1996-12-17 | 2003-11-18 | Sony Chemicals Corp | Lead-free solder material having good wettability |
US6915942B2 (en) | 2001-06-01 | 2005-07-12 | Nec Corporation | Method of manufacturing mount structure without introducing degraded bonding strength of electronic parts due to segregation of low-strength/low-melting point alloy |
US7169209B2 (en) | 2000-10-02 | 2007-01-30 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Functional alloy particles |
CN107447128A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-12-08 | 西安理工大学 | 一种低熔点合金及其制备方法 |
-
1996
- 1996-02-02 JP JP4044696A patent/JPH09206983A/ja active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6649127B2 (en) | 1996-12-17 | 2003-11-18 | Sony Chemicals Corp | Lead-free solder material having good wettability |
EP0976489A1 (en) * | 1996-12-17 | 2000-02-02 | Sony Corporation | Solder material |
US7018721B2 (en) | 2000-07-12 | 2006-03-28 | Rohm Co., Ltd. | Structure for interconnecting conductors and connecting method |
WO2002005609A1 (fr) * | 2000-07-12 | 2002-01-17 | Rohm Co., Ltd. | Structure permettant l'interconnexion de conducteurs et procede de connexion |
CN1299547C (zh) * | 2000-07-12 | 2007-02-07 | 罗姆股份有限公司 | 导体间的连接结构及其连接方法 |
US7169209B2 (en) | 2000-10-02 | 2007-01-30 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Functional alloy particles |
WO2002034969A1 (fr) * | 2000-10-24 | 2002-05-02 | Fujitsu Limited | Alliage destine au brasage tendre et a des joints a brasure tendre |
KR100760348B1 (ko) * | 2000-10-24 | 2007-09-20 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 땜납 접합부를 갖는 전기 또는 전자 기기 |
EP1332831A1 (en) * | 2000-10-24 | 2003-08-06 | Fujitsu Limited | Alloy for solder and solder joint |
EP1332831A4 (en) * | 2000-10-24 | 2004-07-28 | Fujitsu Ltd | ALLOY FOR SOFT BRAZING AND SOFT BRAZING JOINTS |
US6915942B2 (en) | 2001-06-01 | 2005-07-12 | Nec Corporation | Method of manufacturing mount structure without introducing degraded bonding strength of electronic parts due to segregation of low-strength/low-melting point alloy |
JP2002361476A (ja) * | 2001-06-08 | 2002-12-18 | Showa Denko Kk | ハンダ金属、ハンダペースト、ハンダ付け方法、ハンダ付けした回路板、及びハンダ付けした接合物 |
US6853077B2 (en) | 2001-10-01 | 2005-02-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device, semiconductor packaging method, assembly and method for fabricating the same |
JP2003234433A (ja) * | 2001-10-01 | 2003-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置、半導体装置の実装方法、ならびに実装体およびその製造方法 |
CN107447128A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-12-08 | 西安理工大学 | 一种低熔点合金及其制备方法 |
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