JPH106077A - 耐熱疲労性に優れた高強度はんだ - Google Patents
耐熱疲労性に優れた高強度はんだInfo
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- JPH106077A JPH106077A JP5717297A JP5717297A JPH106077A JP H106077 A JPH106077 A JP H106077A JP 5717297 A JP5717297 A JP 5717297A JP 5717297 A JP5717297 A JP 5717297A JP H106077 A JPH106077 A JP H106077A
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- thermal fatigue
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】クラックの発生し易い苛酷な温度条件ストレス
下でも、長期間クラックが発生しない高強度はんだを提
供する。 【解決手段】Ｓｎ−Ｐｂはんだに、Ｓｂ０．３〜１．０
重量％、Ｇａ０．００１〜０．１重量％及びＡｇ０．３
〜３．０重量％と、Ｃｕ０．１〜０．５重量％及び／ま
たはＩｎ０．３〜２．０重量％を添加混合した。
下でも、長期間クラックが発生しない高強度はんだを提
供する。 【解決手段】Ｓｎ−Ｐｂはんだに、Ｓｂ０．３〜１．０
重量％、Ｇａ０．００１〜０．１重量％及びＡｇ０．３
〜３．０重量％と、Ｃｕ０．１〜０．５重量％及び／ま
たはＩｎ０．３〜２．０重量％を添加混合した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、耐熱疲労性に優
れた高強度はんだに係り、詳記すれば、車両用の電装品
のように絶えず振動にさらされ、熱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。
れた高強度はんだに係り、詳記すれば、車両用の電装品
のように絶えず振動にさらされ、熱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。
【０００２】
【従来の技術】一般に、はんだ材は、Ｓｎ−Ｐｂ二元素
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。車両用の電装
品のように、絶えず振動にさらされる環境で使用される
はんだ付けした印刷基板に於いては、はんだ内部にクラ
ックが発生して、通電不良による動作ミスを起こす等の
問題が発生している。
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。車両用の電装
品のように、絶えず振動にさらされる環境で使用される
はんだ付けした印刷基板に於いては、はんだ内部にクラ
ックが発生して、通電不良による動作ミスを起こす等の
問題が発生している。
【０００３】この原因は、使用環境温度雰囲気の昇降な
どによる熱サイクルによって全方向から圧縮・引っ張り
・セン断・ねじれなどのストレスを受けることと、印刷
基板が振動にされることなどによる機械的影響により、
基板及び実装部品に強い応力が発生し、それを接合部材
であるはんだが受け持つことになるため、はんだは常に
強い応力がかかった状態に置かれ、そのため長期間の使
用によって疲労破壊するものと推察される。
どによる熱サイクルによって全方向から圧縮・引っ張り
・セン断・ねじれなどのストレスを受けることと、印刷
基板が振動にされることなどによる機械的影響により、
基板及び実装部品に強い応力が発生し、それを接合部材
であるはんだが受け持つことになるため、はんだは常に
強い応力がかかった状態に置かれ、そのため長期間の使
用によって疲労破壊するものと推察される。
【０００４】このような問題を解決するため、Ｓｎ−Ｐ
ｂはんだに、種々の元素を添加することが提案されてい
る。例えば、特開平３−３２４８７号公報に於いては、
ＳｂとＩｎを添加することが開示され、特開平６−７１
４８０号公報では、ＳｂとＴｅを添加することが開示さ
れている。
ｂはんだに、種々の元素を添加することが提案されてい
る。例えば、特開平３−３２４８７号公報に於いては、
ＳｂとＩｎを添加することが開示され、特開平６−７１
４８０号公報では、ＳｂとＴｅを添加することが開示さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記ＳｂとＩｎを添加
したはんだは、−数十℃〜＋百数十℃という苛酷な熱衝
撃ストレスを繰り返し与えた場合は、はんだ接合面が剥
離する欠点があった。また、ＳｂとＴｅを添加したはん
だは、上記苛酷な熱衝撃ストレスを繰り返し与えた場合
は、はんだフイレットに多くのシワが発生し、はんだ接
合面が剥離する欠点があった。
したはんだは、−数十℃〜＋百数十℃という苛酷な熱衝
撃ストレスを繰り返し与えた場合は、はんだ接合面が剥
離する欠点があった。また、ＳｂとＴｅを添加したはん
だは、上記苛酷な熱衝撃ストレスを繰り返し与えた場合
は、はんだフイレットに多くのシワが発生し、はんだ接
合面が剥離する欠点があった。
【０００６】従って、上記従来法のいずれも、苛酷な温
度条件のストレス下で、長期間クラックが発生しないは
んだ材という点では、実用上未だ充分に満足すべきもの
ではない。この発明は、クラックの発生し易い苛酷な温
度条件ストレス下でも、長期間クラックが発生しないは
んだ材を提供することを目的とする。
度条件のストレス下で、長期間クラックが発生しないは
んだ材という点では、実用上未だ充分に満足すべきもの
ではない。この発明は、クラックの発生し易い苛酷な温
度条件ストレス下でも、長期間クラックが発生しないは
んだ材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するため、一連の基礎的研究の結果、Ｓｎ−Ｐｂ
はんだに、Ｓｂ、Ｇａ及びＡｇと、ＣｕまたはＩｎを特
定量添加混合したはんだは、苛酷な温度条件ストレス下
でもクラックが発生しない極めて耐熱疲労性に優れた高
強度はんだとなることを見いだし、本発明に到達した。
を解決するため、一連の基礎的研究の結果、Ｓｎ−Ｐｂ
はんだに、Ｓｂ、Ｇａ及びＡｇと、ＣｕまたはＩｎを特
定量添加混合したはんだは、苛酷な温度条件ストレス下
でもクラックが発生しない極めて耐熱疲労性に優れた高
強度はんだとなることを見いだし、本発明に到達した。
【０００８】即ち、本発明は、Ｓｎ−Ｐｂはんだに、Ｓ
ｂ０．３〜１．０重量％、Ｇａ０．００１〜０．１重量
％及びＡｇ０．３〜３．０重量％と、Ｃｕ０．１〜０．
５重量％及び／またはＩｎ０．３〜２．０重量％を添加
混合したことを特徴とする。
ｂ０．３〜１．０重量％、Ｇａ０．００１〜０．１重量
％及びＡｇ０．３〜３．０重量％と、Ｃｕ０．１〜０．
５重量％及び／またはＩｎ０．３〜２．０重量％を添加
混合したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に使用するＳｎ−Ｐｂはん
だは、Ｓｎ２〜９５重量％で残部がＰｂとするのが良
い。この組成範囲に於いては、比較的低温でのはんだ付
けが可能となるからである。上記組成範囲の中で、特に
Ｓｎ６３重量％、Ｐｂ３７重量％のＳｎ−Ｐｂ共晶はん
だを使用するのが好ましい。
だは、Ｓｎ２〜９５重量％で残部がＰｂとするのが良
い。この組成範囲に於いては、比較的低温でのはんだ付
けが可能となるからである。上記組成範囲の中で、特に
Ｓｎ６３重量％、Ｐｂ３７重量％のＳｎ−Ｐｂ共晶はん
だを使用するのが好ましい。
【００１０】本発明のＳｂは、固溶されている組織を微
細化させる役割をするものであり、添加量を０．３〜
１．０重量％としたのは、この上限を上回ると、Ｓｂを
含む化合物が生成し、この下限を下回ると、その添加の
効果を発揮しないからである。Ｇａの添加量は０．００
１〜０．１重量％であり、この上限を上回ると、はんだ
表面に酸化物を作り、メタルとの接着が悪化するいわゆ
るドロツキが生じると共にヌレ性が悪化し、この下限を
下回ると、はんだの耐疲労性が悪化する。
細化させる役割をするものであり、添加量を０．３〜
１．０重量％としたのは、この上限を上回ると、Ｓｂを
含む化合物が生成し、この下限を下回ると、その添加の
効果を発揮しないからである。Ｇａの添加量は０．００
１〜０．１重量％であり、この上限を上回ると、はんだ
表面に酸化物を作り、メタルとの接着が悪化するいわゆ
るドロツキが生じると共にヌレ性が悪化し、この下限を
下回ると、はんだの耐疲労性が悪化する。
【００１１】Ａｇの添加量は０．３〜３．０重量％であ
り、この上限を上回ると、化合物が生成し、この下限を
下回ると、はんだの耐疲労性が悪化する。Ｃｕの添加量
は０．１〜０．５重量％であり、この上限を上回ると、
ヌレ性が悪化し、この下限を下回ると、はんだの耐疲労
性が悪化する。
り、この上限を上回ると、化合物が生成し、この下限を
下回ると、はんだの耐疲労性が悪化する。Ｃｕの添加量
は０．１〜０．５重量％であり、この上限を上回ると、
ヌレ性が悪化し、この下限を下回ると、はんだの耐疲労
性が悪化する。
【００１２】Ｉｎの添加量は０．３〜２．０重量％であ
り、この上限を上回ると、ドロツキとヌレ性が悪化し、
この下限を下回ると、はんだの耐疲労性が悪化する。本
発明に於いては、ＣｕとＩｎとは、いずれか一方を添加
すれば良い。しかしながら、ＣｕとＩｎとの両方を併用
すると、耐疲労性が更に一段と向上する。
り、この上限を上回ると、ドロツキとヌレ性が悪化し、
この下限を下回ると、はんだの耐疲労性が悪化する。本
発明に於いては、ＣｕとＩｎとは、いずれか一方を添加
すれば良い。しかしながら、ＣｕとＩｎとの両方を併用
すると、耐疲労性が更に一段と向上する。
【００１３】
【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を更に説明する
が、本発明はこの実施例に限定されない。次表１に、本
発明の合金組成のはんだの実施例と、本発明に属さない
実験用はんだ及び市販のはんだを比較のために挙げ、そ
れぞれのはんだの耐熱衝撃性の試験を行った。Ｓｎ−Ｐ
ｂ共晶合金は、マレ−Ｓｎ（純度：３Ｎ）と同和Ｐｂ
（純度：４Ｎ）とを、Ｓｎ−３７Ｐｂとなるように配合
し、これに次表１に記載の元素を、次表１に記載の量配
合した。尚、表１中、×印は配合しない元素である。
が、本発明はこの実施例に限定されない。次表１に、本
発明の合金組成のはんだの実施例と、本発明に属さない
実験用はんだ及び市販のはんだを比較のために挙げ、そ
れぞれのはんだの耐熱衝撃性の試験を行った。Ｓｎ−Ｐ
ｂ共晶合金は、マレ−Ｓｎ（純度：３Ｎ）と同和Ｐｂ
（純度：４Ｎ）とを、Ｓｎ−３７Ｐｂとなるように配合
し、これに次表１に記載の元素を、次表１に記載の量配
合した。尚、表１中、×印は配合しない元素である。
【００１４】
【表１】
【００１５】図１に示すように、上記表１に記載のはん
だを、それぞれ２５０℃のはんだ浴１とした。このはん
だ浴１に、紙フエノ−ル基盤２にリ−ド線４が貫通した
コンデンサ−３を浸漬して、はんだ付けした。尚、フラ
ックスは、樹脂系ポストフラックス（ソルダックスＦＲ
−２０６）を使用し、ＩＰＡ浸漬法（加熱なし）によっ
て洗浄した。図中５ａ，５ｂは、はんだのフイレットで
ある。コンデンサ−３として、小（Ａ）、中（Ｂ）及び
（大）の３種類について実験を行った。
だを、それぞれ２５０℃のはんだ浴１とした。このはん
だ浴１に、紙フエノ−ル基盤２にリ−ド線４が貫通した
コンデンサ−３を浸漬して、はんだ付けした。尚、フラ
ックスは、樹脂系ポストフラックス（ソルダックスＦＲ
−２０６）を使用し、ＩＰＡ浸漬法（加熱なし）によっ
て洗浄した。図中５ａ，５ｂは、はんだのフイレットで
ある。コンデンサ−３として、小（Ａ）、中（Ｂ）及び
（大）の３種類について実験を行った。
【００１６】熱衝撃試験は、上記はんだ付け品を、−４
０℃で３０分間放置後１２０℃で３０分間放置し、これ
を１サイクルとし、２００サイクル及び５００サイクル
繰り返し、フイレット５ａ，５ｂの外観をマクロ及びＳ
ＥＭ観察によって、表面状態及びクラック発生の有無を
判定した。２００サイクルの結果を次表２に、５００サ
イクルの結果を次表３に示す。
０℃で３０分間放置後１２０℃で３０分間放置し、これ
を１サイクルとし、２００サイクル及び５００サイクル
繰り返し、フイレット５ａ，５ｂの外観をマクロ及びＳ
ＥＭ観察によって、表面状態及びクラック発生の有無を
判定した。２００サイクルの結果を次表２に、５００サ
イクルの結果を次表３に示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】表２中、「評価」は、次の基準により行っ
た。 ◎：フイレット部に全く亀裂、変形のない場合 ○：一部界面変形または剥離があるが、軽度の場合 △：剥離及び界面変形が２つ以上の場合 ×：剥離及び変形多数で重度の場合
た。 ◎：フイレット部に全く亀裂、変形のない場合 ○：一部界面変形または剥離があるが、軽度の場合 △：剥離及び界面変形が２つ以上の場合 ×：剥離及び変形多数で重度の場合
【００１９】
【表３】
【００２０】表３中、「評価」は、次の基準により行っ
た。 ◎：フイレット部に全く亀裂、変形のない場合 ○：一部界面変形がある場合 △：一部亀裂がある場合 ×：亀裂または界面変形が２つ以上ある場合 上記表２及び表３中の備考欄は、マクロ観察による評価
であり、ＳＥＭ観察によるＳＥＭ像と、ミクロ組織観察
によるフイレット断面を観察した写真を、物件提出書に
添付した。
た。 ◎：フイレット部に全く亀裂、変形のない場合 ○：一部界面変形がある場合 △：一部亀裂がある場合 ×：亀裂または界面変形が２つ以上ある場合 上記表２及び表３中の備考欄は、マクロ観察による評価
であり、ＳＥＭ観察によるＳＥＭ像と、ミクロ組織観察
によるフイレット断面を観察した写真を、物件提出書に
添付した。
【００２１】表２及び物件提出書に添付のＳＥＭ像から
明らかなように、２００サイクル後で、市販品（Ｓｂと
Ｉｎを添加したはんだ、ＳｂとＴｅを添加したはんだ及
びその他）及び実験用はんだは、コンデンサＡ、Ｂ、Ｃ
のフイレット５ａ，５ｂの１カ所以上にクラックが発生
したのに対し、本発明のはんだ（本発明品１〜４）は、
全てにクラックが全く発生しなかった。
明らかなように、２００サイクル後で、市販品（Ｓｂと
Ｉｎを添加したはんだ、ＳｂとＴｅを添加したはんだ及
びその他）及び実験用はんだは、コンデンサＡ、Ｂ、Ｃ
のフイレット５ａ，５ｂの１カ所以上にクラックが発生
したのに対し、本発明のはんだ（本発明品１〜４）は、
全てにクラックが全く発生しなかった。
【００２２】表３及び物件提出書に添付のＳＥＭ像から
明らかなように、５００サイクル後で、市販品及び実験
用はんだの全てに多くのクラックが発生したり、剥離し
たのに対し、本発明のはんだ（本発明品１〜４）は、コ
ンデンサ−大（Ｃ）については、全くクラックが発生し
なかった。また、Ｓｂ、Ｇａ、Ａｇ及びＣｕに、更にＩ
ｎを添加した本発明品２，３は、全てのコンデンサ−
（Ａ）〜（Ｃ）のいずれのフイレット５ａ，５ｂにもク
ラックが全く発生しなかった。
明らかなように、５００サイクル後で、市販品及び実験
用はんだの全てに多くのクラックが発生したり、剥離し
たのに対し、本発明のはんだ（本発明品１〜４）は、コ
ンデンサ−大（Ｃ）については、全くクラックが発生し
なかった。また、Ｓｂ、Ｇａ、Ａｇ及びＣｕに、更にＩ
ｎを添加した本発明品２，３は、全てのコンデンサ−
（Ａ）〜（Ｃ）のいずれのフイレット５ａ，５ｂにもク
ラックが全く発生しなかった。
【００２３】添付のフイレット断面を観察した写真から
明らかなように、市販品及び実験用はんだは、リ−ド線
のミクロ組織が粗大化しているが、本発明品２，３は、
界面組織が全く粗大化していない。このことは、ミクロ
組織が粗大化することにより、クラックが発生する理論
的根拠とも一致するものである。
明らかなように、市販品及び実験用はんだは、リ−ド線
のミクロ組織が粗大化しているが、本発明品２，３は、
界面組織が全く粗大化していない。このことは、ミクロ
組織が粗大化することにより、クラックが発生する理論
的根拠とも一致するものである。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、マイナス数十度からプ
ラス百数十度の繰り返し熱衝撃という極めて苛酷な温度
条件下でもクラックが発生しないので、車両用の電装品
のように、絶えず振動にさらされる熱サイクルストレス
のかかる部品に使用した場合に、疲労破壊寿命を著しく
向上させることができ、はんだ付けを行った機器の信頼
性を向上させることができる。
ラス百数十度の繰り返し熱衝撃という極めて苛酷な温度
条件下でもクラックが発生しないので、車両用の電装品
のように、絶えず振動にさらされる熱サイクルストレス
のかかる部品に使用した場合に、疲労破壊寿命を著しく
向上させることができ、はんだ付けを行った機器の信頼
性を向上させることができる。
【００２５】
【図１】耐疲労性の試験に供した試験片の断面図であ
る。
る。
Claims (3)
- 【請求項１】Ｓｎ−Ｐｂはんだに、Ｓｂ０．３〜１．０
重量％、Ｇａ０．００１〜０．１重量％及びＡｇ０．３
〜３．０重量％と、Ｃｕ０．１〜０．５重量％及び／ま
たはＩｎ０．３〜２．０重量％を添加混合したことを特
徴とする耐熱疲労性に優れた高強度はんだ。 - 【請求項２】前記Ｓｎ−Ｐｂはんだは、Ｓｎ２〜９５重
量％で残部がＰｂである請求項１に記載のはんだ。 - 【請求項３】耐熱疲労特性の要求される部品のはんだ付
けに使用する請求項１または２に記載のはんだ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5717297A JPH106077A (ja) | 1996-04-26 | 1997-02-26 | 耐熱疲労性に優れた高強度はんだ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-129291 | 1996-04-26 | ||
| JP12929196 | 1996-04-26 | ||
| JP5717297A JPH106077A (ja) | 1996-04-26 | 1997-02-26 | 耐熱疲労性に優れた高強度はんだ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH106077A true JPH106077A (ja) | 1998-01-13 |
Family
ID=26398197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5717297A Pending JPH106077A (ja) | 1996-04-26 | 1997-02-26 | 耐熱疲労性に優れた高強度はんだ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH106077A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11285569B2 (en) | 2003-04-25 | 2022-03-29 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Soldering material based on Sn Ag and Cu |
-
1997
- 1997-02-26 JP JP5717297A patent/JPH106077A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11285569B2 (en) | 2003-04-25 | 2022-03-29 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Soldering material based on Sn Ag and Cu |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040824 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040830 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050224 |