JPH1052791A - 鉛フリーはんだ合金 - Google Patents

鉛フリーはんだ合金

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JPH1052791A
JPH1052791A JP22190796A JP22190796A JPH1052791A JP H1052791 A JPH1052791 A JP H1052791A JP 22190796 A JP22190796 A JP 22190796A JP 22190796 A JP22190796 A JP 22190796A JP H1052791 A JPH1052791 A JP H1052791A
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JP
Japan
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alloy
solder alloy
solder
tensile strength
weight
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Application number
JP22190796A
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English (en)
Inventor
Toshiichi Murata
敏一 村田
Hiroshi Noguchi
博司 野口
Sadao Kishida
貞雄 岸田
Narutoshi Taguchi
稔孫 田口
Takashi Hori
隆志 堀
Makoto Oishi
良 大石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Senju Metal Industry Co Ltd
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Senju Metal Industry Co Ltd
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の鉛フリーはんだ合金は、はんだとして
要求される引張強度や伸び等の機械的特性が充分でな
く、またはんだ付け性にも問題のあるものであった。本
発明は、機械的特性に優れ、しかもはんだ付け性が良好
な鉛フリーはんだ合金を提供することにある。 【解決手段】 本発明の鉛フリーはんだ合金は、Snを
主成分とし、Biが20重量%を越え40重量%以下添
加するとともに、機械的特性を改善するためAgを0.
1〜3重量%添加してある。該鉛フリーはんだ合金に
は、さらに引張強度向上のためCu、In、Znのうち
から選ばれた1種以上を0.1〜1重量%添加すること
もできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉛を全く含有せず、し
かも従来の鉛フリーはんだ合金よりも優れた特性を有す
るはんだ合金に関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器のはんだ付けに用いられるはん
だ合金としては、Sn−Pb合金が一般的であり、古来
より長い間使用されてきていた。Sn−Pb合金は、共
晶組成(63Sn−Pb)の融点が183℃という低い
ものであり、そのはんだ付け温度は230〜240℃と
いう熱に弱い電子部品に対しては熱損傷を与えることが
ない温度である。しかもSn−Pb合金は、はんだ付け
性が極めて良好であるとともに、液相線温度と固相線温
度間の温度差がなく、はんだ付け時に直ぐに凝固して、
はんだ付け部に振動や衝撃が加わってもヒビ割れや剥離
を起こさないという優れた特長を有している。
【0003】一般に、テレビ、ビデオ、ラジオ、テープ
レコーダー、コンピューター、複写機のような電子機器
は、故障したり、古くなって使い勝手が悪くなったりし
た場合は、廃棄処分される。これらの電子機器は、外枠
やプリント基板がプラスチックのような合成樹脂であ
り、また導体部やフレームが金属製であるため、焼却処
分ができず、ほとんどが地中に埋められている。
【0004】ところで近年、ガソリン、重油等の石化燃
料の多用により、大気中に硫黄酸化物が大量に放出さ
れ、その結果、地上に降る雨は酸性雨となっている。酸
性雨は地中に埋められた電子機器のはんだを溶出させて
地下に染み込み、地下水を汚染するようになる。このよ
うに鉛を含んだ地下水を長年飲用していると、人体に鉛
分が蓄積され、鉛毒を起こす虞が出てくる。このような
機運から、電子機器業界では鉛を含まないはんだ、所謂
「鉛フリーはんだ合金」の出現が望まれてきている。
【0005】従来より鉛フリーはんだ合金としてSn主
成分のSn−Ag合金やSn−Sb合金、Sn−Zn合
金、Sn−Bi合金等はあった。
【0006】Sn−Ag合金は、最も溶融温度の低い組
成がSn−3.5Agの共晶組成であり、その溶融温度
は221℃である。この組成のはんだ合金のはんだ付け
温度は260〜280℃というかなり高い温度となるた
め、この温度ではんだ付けを行うと熱に弱い電子部品は
熱損傷を受けて機能劣化や破壊等を起こしてしまうもの
であった。
【0007】Sn−Sb合金は、最も溶融温度の低い組
成がSn−5Sbであるが、この組成の溶融温度は、固
相線温度が235℃、液相線温度が240℃という高い
温度であるため、はんだ付け温度は、上述Sn−3.5
Ag合金よりもさらに高い280〜300℃となり、や
はり熱に弱い電子部品を熱損傷させてしまうものであっ
た。
【0008】Sn−Zn合金は、共晶組成がSn−9Z
nでその共晶温度が199℃であり、従来の63Sn−
Pb共晶はんだの共晶温度の183℃に近いという温度
的な優位性を有している。しかしながら、Znは酸化し
やすい金属であり、しかもはんだ付け性に難点があるた
め、はんだ付け時の雰囲気やフラックス等の選定が難し
いという問題があった。
【0009】Sn−Bi合金は、共晶組成がSn−42
Biで共晶温度が139℃である。この共晶温度はSn
−Pb共晶はんだの共晶温度よりもかなり低い温度であ
るが、はんだ付け後にはんだ付け部を高温雰囲気に曝さ
ない限り充分に使用可能なものである。またSn−Bi
合金は他の鉛フリーはんだ合金よりもはんだ付け性に優
れているという特長を有している。しかしながら、Sn
−Bi合金は、脆くて硬いため引張強度や伸び等の機械
的特性に問題のあるものであった。本発明は、他の鉛フ
リーはんだよりもはんだ付け性が良好なSn−Biを主
体とした鉛フリーはんだ合金である。
【0010】従来よりSn−Biを主体としたはんだ合
金は多数提案されていた。例えば特開昭59−1890
96号、同62−252693号、特開平2−7003
3号、同7−1179号、同7−40079号、同7−
51883号、同8−132277号、同8−1644
95号等である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来のS
n−Bi系はんだ合金は、機械的特性において満足の得
られるものではなかった。つまり従来の該合金は、引張
強度、伸び等の機械的特性に問題のあるものであった。
本発明は、Sn−Bi系はんだ合金の特長である低融点
で、しかもはんだ付け性が良好であることを生かすとと
もに機械的特性を改善した鉛フリーはんだ合金を提供す
ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】Biは脆性があって硬い
ため、Biを添加した合金は引張強度が弱く、伸びも少
ないものであった。そのため従来のSn−Bi系はんだ
合金ではBiの添加量は20重量%までが限度であると
考えられていた。しかしながら、本発明者らはSn−B
i系はんだ合金では、Biを大量に添加すると、かえっ
て引張強度が増加し、伸びも大きくなることを見いだし
たものである。
【0013】本発明は、Biが20重量%を越え40重
量%以下、Agが0.1重量%以上で3重量%以下、そ
して残部がSnからなることを特徴とする鉛フリーはん
だ合金であり、またBiが20重量%を越え40重量%
以下、Agが0.1重量%以上で3重量%以下、および
Cu、In、Znから選ばれた1種以上が0.1重量%
以上で1重量%以下、そして残部がSnからなることを
特徴とする鉛フリーはんだ合金である。
【0014】
【発明の実施の形態】はんだの機械的特性については、
接合強度がはんだ合金自体の引張り強度と略一致するも
のであるため、或る程度の引張り強度を有していなけれ
ばならない。電子機器のはんだ付け用として必要な引張
り強度は5Kgf/mm2以上であるが、さらに充分な信頼
性を望むのであれば8Kgf/mm2以上であることが好まし
い。本発明では、引張強度が8Kgf/mm2以上を目的とし
た。
【0015】またはんだ合金に要求される特性として
は、伸び率がある。伸び率が大きくなればなるほど、は
んだ付け部に掛かる衝撃を吸収して、はんだ付け部の剥
離やヒビ割れを防止することができるようになる。つま
り、はんだ付け部に外的衝撃が加わった場合、伸び率の
小さいはんだ合金では、母材と被はんだ付け部間で衝撃
を吸収できず、はんだが破壊してしまう。そのため、は
んだ合金には、或る程度の伸び率が必要である。はんだ
合金として要求される伸び率は10%以上である。
【0016】Sn−Bi系はんだ合金において、Biは
引張強度や伸びに大いに影響するものである。Biの添
加量が20重量%以下であったり、40重量%を越えた
りすると、所望の引張強度や伸び率を得ることができな
くなる。Sn−Bi系はんだ合金ではBiの添加量は2
0重量%を越え40重量%以下で最適な引張強度と伸び
率を示すことが本発明者らの実験で判明した。
【0017】Sn−Biはんだ合金中でのAgは機械的
特性を改善する効果がある。本発明ではSn−Bi系は
んだ合金中、Biは機械的特性においては最適な添加量
となっており、引張強度では63Sn−Pbが5Kgf/mm
2であるのに対し、Biを20を越え40重量%以下添
加したSn−Bi系はんだ合金は8Kgf/mm2以上とな
る。しかしながら、さらに引張強度を向上させ、また伸
び率をもっと大きくなるようにすれば信頼性が向上す
る。このSn−Bi系はんだ合金にAgを少量添加する
と、引張強度や伸び率を増加させることができる。Sn
−Bi系はんだ合金において、Agの添加量が0.1重
量%より少ないと機械的特性改善の効果が現れず、3重
量%を越えて添加すると液相線温度が急激に上昇して、
はんだ付け温度が必然的に高くなってしまう。はんだ付
け温度が高くなると、電子部品に悪影響を及ぼすように
なるばかりでなく、はんだ付け後、はんだが完全に凝固
するまでに時間がかかって、その間に振動や衝撃を受け
ると、はんだがヒビ割れを起こしてしまうようになる。
【0018】さらにSn−Bi系はんだ合金の機械的特
性、特に引張強度を向上させためにCu、In、Znを
1種以上少量添加してもよい。引張強度向上のためにC
u、In、Znを添加する場合は、これらの金属は0.
1〜1重量%の添加となる。これらの金属が0.1重量
%より少ないと引張強度向上の効果が現れず、しかるに
1重量%を越えると、はんだ付け性を阻害したり、液相
線温度が急激に上がったりするようになる。
【0019】
【実施例】ここで本発明の代表的な実施例について記
す。 ○実施例1 Bi21重量%、Ag0.1重量%、残部Snからなる
はんだ合金は、固相線温度が138℃、液相線温度が2
09℃であり、このはんだ合金を自動はんだ付け装置の
はんだ槽に入れ、はんだ合金の温度を250℃にしてプ
リント基板のはんだ付けを行ったところ、熱による電子
部品の損傷や劣化はなかった。はんだ合金自体の引張り
強度は8.9Kgf/mm2であり、この値は信頼性において
充分な数値である。また伸び率も28%であるため、は
んだ付け後の外的衝撃によるヒビ割れの心配もない。
【0020】○実施例2 Bi25重量%、Ag0.5重量%、残部Snからなる
はんだ合金は、固相線温度が138℃、液相線温度が1
95℃である。実施例1と同様にしてプリント基板のは
んだ付けを行ったところ電子部品に対する熱影響はな
く、またはんだ付け部に不良の発生はなかった。このは
んだ合金の引張り強度は9.2Kgf/mm2という強い値で
ある。伸び率は14%と少し下がるが、本発明が目的と
する10%を充分に越えた値であった。
【0021】○実施例3 Bi40重量%、Ag1重量%、残部Snからなるはん
だ合金は、固相線温度が137℃、液相線温度が212
℃である。実施例1と同様にしてプリント基板のはんだ
付けを行ったところ、電子部品に対する熱影響はなく、
はんだ付け部に不良は発生していなかった。このはんだ
合金の引張強度は9Kgf/mm2、伸び率は14%であり、
充分に信頼性を有したものであることが分かった。
【0022】実施例および比較例を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】(表1の説明) ○引張強度および伸び率:JIS Z 2201の4号
試験片。試験方法はJIS Z 2241に準拠 ○はんだ付け性:30×30×0.5(mm)の銅板上に
はんだ合金片を載置し、はんだ合金の液相線温度+50
℃に保った溶融はんだ槽上に10秒間浮かせて、溶融は
んだで銅板を加熱する。このときのはんだ合金片の溶融
状態を観察する。銅板とはんだ合金の接触角が小さくて
濡れ広がったものを○、接触角少し大きくて余り濡れ広
がらなかったものを△、接触角が大きくてほとんど濡れ
広がらなったものを×とした。 ○固相線温度、液相線温度:示差熱分析装置で測定。
【0025】実施例におけるはんだ合金は、引張強度が
8kgf/mm2以上、伸びが10%以上であるため、はんだ
付け後に振動や衝撃を受けても剥離しにくく、しかもは
んだ付け性が従来の鉛フリーはんだ合金よりも優れてい
るものである。
【0026】比較例1、4、5、7のはんだ合金は、は
んだ付け性に問題がある。また比較例1、2、3のはん
だ合金は、引張強度が本発明が目的とする8Kgf/mm2
下であり、比較例4、6、7、8のはんだ合金、伸び率
が10%以下であった。
【0027】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明のはんだ合金
は、機械的特性が良好であるため、はんだ付け後のはん
だ付け部に充分な信頼をおけるものであり、またはんだ
付け性にも優れていることから、はんだ付け時に不良の
発生がなく、さらには比較的低い温度ではんだ付けが行
えるため、電子部品やプリント基板を熱損傷させないと
いう従来の鉛フリーはんだ合金にない優れた特長を有す
るものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸田 貞雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田口 稔孫 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内 (72)発明者 堀 隆志 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内 (72)発明者 大石 良 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Biが20重量%を越え40重量%以
    下、Agが0.1重量%以上で3重量%以下、そして残
    部がSnからなることを特徴とする鉛フリーはんだ合
    金。
  2. 【請求項2】 Biが20重量%を越え40重量%以
    下、Agが0.1重量%以上で3重量%以下、およびC
    u、In、Znから選ばれた1種以上が0.1重量%以
    上で1重量%以下、そして残部がSnからなることを特
    徴とする鉛フリーはんだ合金。
JP22190796A 1996-08-06 1996-08-06 鉛フリーはんだ合金 Pending JPH1052791A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000141079A (ja) * 1998-09-04 2000-05-23 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 無鉛はんだ合金
DE10003665C2 (de) * 1999-01-29 2003-06-26 Fuji Electric Co Ltd Lötmittel-Legierug
WO2008056676A1 (fr) * 2006-11-06 2008-05-15 Victor Company Of Japan, Limited Pâte à braser sans plomb, carte de circuit électronique utilisant cette pâte à braser sans plomb, et procédé de fabrication de carte de circuit électronique
KR20140050090A (ko) * 2011-08-02 2014-04-28 알파 메탈즈, 인코포레이티드 고 충격 인성 땜납 합금
JP2017045607A (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 積水化学工業株式会社 導電材料、接続構造体及び接続構造体の製造方法
CN112372176A (zh) * 2020-11-03 2021-02-19 哈尔滨理工大学 具有高界面可靠性的多元无铅钎料及其制备方法和应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000141079A (ja) * 1998-09-04 2000-05-23 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 無鉛はんだ合金
DE10003665C2 (de) * 1999-01-29 2003-06-26 Fuji Electric Co Ltd Lötmittel-Legierug
WO2008056676A1 (fr) * 2006-11-06 2008-05-15 Victor Company Of Japan, Limited Pâte à braser sans plomb, carte de circuit électronique utilisant cette pâte à braser sans plomb, et procédé de fabrication de carte de circuit électronique
KR20140050090A (ko) * 2011-08-02 2014-04-28 알파 메탈즈, 인코포레이티드 고 충격 인성 땜납 합금
JP2017045607A (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 積水化学工業株式会社 導電材料、接続構造体及び接続構造体の製造方法
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