JPH11277290A - Pbフリ―半田および半田付け物品 - Google Patents
Pbフリ―半田および半田付け物品Info
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- JPH11277290A JPH11277290A JP11020044A JP2004499A JPH11277290A JP H11277290 A JPH11277290 A JP H11277290A JP 11020044 A JP11020044 A JP 11020044A JP 2004499 A JP2004499 A JP 2004499A JP H11277290 A JPH11277290 A JP H11277290A
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Abstract
にエージングを行った時に電極喰われが生じにくく、半
田引張り強度、耐熱衝撃性に優れるPbフリー半田およ
び半田付き物品を提供することにある。 【解決手段】本発明のPbフリー半田は、Ni0.01
ないし0.5重量%と、Ag0.5ないし3.39重量
%と、Sn96.6重量%以上と、を含有してなること
を特徴とする。本発明の半田付け物品は、溶融したSn
へ拡散しやすい遷移金属導体を含有する部品と、上述し
た実施形態のPbフリー半田と、からなり、前記Pbフ
リー半田を前記部品に塗布し接合させ、前記遷移金属導
体と電気的および機械的に接合してなることを特徴とす
る。
Description
よび半田付き物品に関するものである。
および機械的接続を得るために半田が用いられている、
この半田は、SnとPbを主成分としたものが一般的に
用いられてきたが、環境問題を考慮してPbを含まない
Snを主成分とし残部がAg,Bi,Cu,In,Sb
等からなる半田、いわゆるPbフリー半田、が用いられ
ている。近年においてはこのPbフリー半田を用いるこ
とによって、半田付き性が良好な電気的接合部を有する
半田付け物品が製造されている。
主成分とする半田、特にPbフリー半田は、半田付け時
または半田付け後の熱エージングを行った場合に、電気
的接合部に電極喰われが起こりやすい。また、半田付け
する電極としてSnへ拡散しやすい組成を用いる場合や
電極厚みが薄い場合に、より一層電極喰われが起こりや
すいという問題点があった。
Pbフリー半田があるが、半田付け時における耐電極喰
われ性の向上を目的としてNiを添加した場合、硬いS
nAg合金が更に一層硬くなり塑性変形能が著しく低下
するという問題点があった。塑性変形能が低下して半田
の絞りが悪くなると耐熱衝撃性が低下し、クラックの発
生による抵抗値の増加や回路オープン等の原因となる。
け後にエージングを行った時に電極喰われが生じにく
く、半田引張り強度、耐熱衝撃性に優れるPbフリー半
田および半田付き物品を提供することにある。
に、本発明の一つの実施形態のPbフリー半田は、Ni
0.01ないし0.5重量%と、Ag0.5ないし3.
39重量%と、Sn96.6重量%以上と、を含有して
なることを特徴とする。
半田は、Ni0.01ないし0.5重量%と、Cu0.
5ないし2.0重量%と、Ag0.5ないし2.89重
量%と、、Sn96.6重量%以上と、を含有してなる
ことを特徴とする。
半田は、Ni0.01ないし0.5重量%と、Cu0.
5ないし2.0重量%ならびにSb0.5ないし5.0
重量%のうち少なくとも1種と、残部Snと、を含有し
てなることを特徴とする。
拡散しやすい遷移金属導体を含有する部品と、上述した
実施形態のPbフリー半田と、からなり、前記Pbフリ
ー半田を前記部品に塗布し接合させ、前記遷移金属導体
と電気的および機械的に接合してなることを特徴とす
る。
前記遷移金属導体は、Cu,Ag,Ni,Au,Pd,
Pt,Znの単体もしくは合金のうち少なくとも1種類
を用いることを特徴とする。
て、Niの添加量は全体100重量%のうち0.01な
いし0.5重量%が好ましい。Niの添加量が0.01
重量%未満であると耐電極喰われ性が劣化し半田付け時
の電極残存面積が低下する。他方、Niの添加量が0.
05重量%を超えると、Pbフリー半田の液相線温度が
上昇し、同じ温度で半田付けした場合にブリッジ不良や
外観不良が生じ、これを回避するために高い温度で半田
付けすると高熱による電子部品の特性不良が生じる。
元素、Sn−Ni−Ag−Cuの4元素からなるPbフ
リー半田において、Cuの添加量は全体100重量%の
うち0.5ないし2.0重量%であることが好ましい。
Cuの添加量が0.5重量%未満であると、接合強度の
改善効果が小さい。他方、Cuの添加量が2.0重量%
を超えると、過剰にCu6Sn5,Cu3Sn等の硬くて
脆い金属化合物が析出することで接合強度が低下する。
また、Pbフリー半田の液相線温度が上昇し、同じ温度
で半田付けした場合にブリッジ不良や外観不良が生じ、
これを回避するために高い温度で半田付けすると高熱に
より電子部品が破壊され特性不良が生じる。また、S
n,Ni等の添加量が減少することに伴う不具合が生じ
る。
元素からなるPbフリー半田において、Agの添加量は
全体100重量%のうち0.5ないし3.39重量%で
あることが好ましい。Agの添加量が0.5重量%未満
であると、接合強度の改善効果が小さい。他方、Agの
添加量が3.39重量%を超えると、過剰にAg3Sn
等の硬い金属化合物が析出することで接合強度が低下す
る。また、Pbフリー半田の液相線温度が上昇し、同じ
温度で半田付けした場合にブリッジ不良や外観不良が生
じ、これを回避するために高い温度で半田付けすると高
熱により電子部品が破壊され特性不良が生じる。また、
Sn,Ni等の添加量が減少することに伴う不具合が生
じる。
uの4元素からなるPbフリー半田において、Agの添
加量は全体100重量%のうち0.5ないし2.89重
量%であることが好ましい。Agの添加量が0.5重量
%未満であると、接合強度の改善効果が小さい。他方、
Agの添加量が2.89重量%を超えると、Ag+Cu
の添加量が3.39重量%を超えるため、Ag3Sn,
Cu6Sn5,Cu3Sn等の硬い金属化合物が同時析出
することで接合強度が低下する不具合が生じる。また、
Sn,Ni等の添加量が減少することに伴う不具合が生
じる。
元素からなるPbフリー半田において、Sbの添加量は
全体100重量%のうち0.5ないし5.0重量%であ
ることが好ましい。Sbの添加量が0.5重量%未満で
あると、接合強度の改善効果が小さい。他方、Sbの添
加量が5.0重量%を超えると、半田引張り強度が低下
して耐熱衝撃性や加工性が低下するとともに、Snまた
はNi等の添加量が減少することに伴う不具合が生じ
る。
融したSnへ拡散しやすい遷移金属導体の組成は、例え
ばCu,Ag,Ni,Au,Pd,Pt,Znの単体も
しく合金等があり、合金としてはAg/Pd,Ag/P
t等がある。より好ましくは、Cu,Ag,Niの単体
もしくはその合金である。
成中に上記成分以外に微量の不可避不純物を含むもので
あってもよい。不可避不純物としては、例えばPb,B
i,Cu,Na等が挙げられる。
と、部品の遷移金属導体と電気的および機械的に接合し
たPbフリー半田とを含めた全体をさす。例えば、部品
搭載基板に形成された導体と部品に形成された導体を電
気的および機械的に接続させたもの、電子部品素子と端
子とを電気的および機械的に接続させたもの、電子部品
素子の電極同士を電気的および機械的に接続させたもの
等がある。
Pbフリー半田を溶融させボール状に加工し、半田ボー
ルを部品に載せてフラックスを塗布した後、大気中で所
定の温度に加熱して部品の導体を結合することにより得
られる。また、半田槽中に本発明のPbフリー半田を液
相温度より高い温度で溶融させ、フラックスを塗布した
部品を静止溶融半田中に浸漬する浸漬半田付けにより部
品の導体を結合することでも得られる。また、噴流半田
槽中に本発明のPbフリー半田を液相温度より高い温度
で溶融させ、フラックスを塗布した部品を溶融半田に接
触させるフロー半田付けにより部品の導体を結合するこ
とによっても得られる。また、部品をPbフリー半田中
に浸漬した時、溶融した半田中で揺動を行ってもよい。
なお、部品と溶融した半田との接触回数は特に限定しな
い。
としては、例えばガラスエポキシ製やフェノール製のプ
リント基板、アルミナやムライト等のセラミック基板、
金属の表面にセラミック等の絶縁膜を有する基板等が挙
げられる。Pbフリー半田と電気的に接合させる遷移金
属からなる導体部分としては、プリント基板等の配線回
路、電子部品の端子電極、リード端子等が挙げられる。
について、実施例に基づいて具体的に説明する。まず、
表1に示す組成割合でSn,Pb,Ni,Ag,Cu,
Sbを混合してなる複数の半田を準備し、それぞれ実施
例1ないし12と比較例1ないし7の半田とした。
成した複数の単板コンデンサを準備し静電容量を測定し
た。次にあらかじめ260℃に溶融しておいた実施例1
ないし12と比較例1ないし7の半田にそれぞれ浸漬
し、静電容量変化法に基づき半田浸漬前後の単板コンデ
ンサの静電容量の差分値をとり、浸漬前の静電容量に対
する前記差分値を求めて電極の残存率を算出して、半田
付け時の電極残存面積率の測定を行った。なお、Cu電
極は10秒間浸漬後の容量変化、Ag電極は電極喰われ
しやすいため3秒間浸漬後の容量変化を測定した。
し7の半田についてJISZ3197に準拠して半田広
がり率を測定した。なお、評価温度は作業性を考慮して
液相線温度+30℃とした。
たCuリード線でCu板を挟みこみ、あらかじめ260
℃に溶融しておいた試料1ないし12および比較例1な
いし7の半田に浸漬して半田付けして、試料1ないし1
2および比較例1ないし7の試験片を得た。これらの試
験片を引張り試験機を用いてCuリード線を引張り、そ
れぞれ接合強度を測定した。
し7の半田を、それぞれ液相線温度+100℃に加熱し
て溶融し、黒鉛鋳型に流し込んで凝固させた後に148
時間常温エージングして試料1ないし12および比較例
1ないし7の試験片を得た。これらの試験片を引張り速
度5mm/sで引張り、それぞれ半田引張り強度を測定
した。なお、試験片形状は平板型で試験部分は8×3m
mの長方形断面とし、切り欠きは無しとした。
1ないし12および比較例1ないし7の断面積を測定し
半田絞りを算出した。なお、評価方法はJISZ224
1(6.11項)に準拠した。
なる厚膜電極を形成し、表面を溶融したSnでめっき処
理したCuリード線でこれを挟み込み、あらかじめ26
0℃に溶融しておいた試料1ないし12および比較例1
ないし7の半田に浸漬して半田付けした。これらを−3
0℃と+125℃30分保持を1サイクルとするに保持
した熱衝撃槽に500サイクル投入して試料1ないし1
2および比較例1ないし7のフィレットを外観観察して
クラックの有無を判別し、それぞれ耐熱衝撃性を測定し
た。なお、半田付けはリード線側をガラスエポキシ基板
に取り付け、基板側に形成されたフィレットを評価個所
とした。耐熱衝撃性の評価はクラックのないものを○と
した。
率、接合強度、半田引張り強度、半田絞り、耐熱衝撃性
を表1にまとめた。なお、本発明の範囲内となるPbフ
リー半田および半田付け物品については総合評価を○と
した。
を含有する実施例1ないし12の半田は何れもCu電極
における電極残存面積率が95%以上、広がり率65%
以上、接合強度17N以上、半田引張り強度30以上、
半田絞り55以上、耐熱衝撃性優良となり満足できる結
果となった。
極における電極残存面積率が95%以上となったが、耐
熱衝撃性試験においてクラックが発生し、本発明の範囲
外となった。その理由としては、比較例4ないし7は半
田絞りが42ないし51%と低いことが挙げられる。
るため本発明の範囲外である。
りならびに耐熱衝撃性ともに優れたが、Cu電極におけ
る電極残存面積率がそれぞれ89.2%,7.0%、A
g電極における電極残存面積率がそれぞれ31.7%,
0%と劣るため、本発明の範囲外となった。
によれば、電極喰われしやすい遷移金属導体を含有する
部品の接合に用いても、所望する半田付き性、接合強
度、半田引張り強度、半田絞りを維持しつつ電極喰われ
を防ぎ、耐熱衝撃性に優れる。
Snへ拡散しやすい遷移金属導体を含有する部品と、上
述した実施形態のPbフリー半田と、からなり、前記P
bフリー半田を前記部品に塗布し接合させ、前記遷移金
属導体と電気的に接合してなることを特徴とすること
で、溶融したSnへ拡散しやすい遷移金属導体に対して
も、所望する半田付き性、接合強度、半田引張り強度、
半田絞りを維持しつつ電極喰われを防ぎ、耐熱衝撃性に
優れる本発明のPbフリー半田の上述した効果が存分に
発揮される。
遷移金属導体は、Cu,Ag,Ni,Au,Pd,P
t,Znの単体もしくは合金のうち少なくとも1種から
なることを特徴とすることで、溶融したSnへ拡散しや
すい遷移金属導体に対しても、所望する半田付き性、接
合強度、半田引張り強度、半田絞りを維持しつつ電極喰
われを防ぎ、耐熱衝撃性に優れる本発明のPbフリー半
田の上述した効果が存分に発揮される。
2雰囲気中で半田付けすることが多いが、本発明のPb
フリー半田はNiの添加量が少ないために大気中で容易
に半田付けすることができ、半田付け作業性に優れる。
の高価な電極喰われ抑制元素の添加量が少ないため、従
来のPbフリー半田に比べて半田コストを削減すること
が出来る。
Claims (5)
- 【請求項1】 Ni0.01ないし0.5重量%と、A
g0.5ないし3.39重量%と、Sn96.6重量%
以上と、を含有してなることを特徴とするPbフリー半
田。 - 【請求項2】 Ni0.01ないし0.5重量%と、C
u0.5ないし2.0重量%と、Ag0.5ないし2.
89重量%と、Sn96.6重量%以上と、を含有して
なることを特徴とするPbフリー半田。 - 【請求項3】 Ni0.01ないし0.5重量%と、C
u0.5ないし2.0重量%ならびにSb0.5ないし
5.0重量%のうち少なくとも1種と、残部Snと、を
含有してなることを特徴とするPbフリー半田。 - 【請求項4】 溶融したSnへ拡散しやすい遷移金属導
体を含有する部品と、請求項1ないし3の何れかに記載
のPbフリー半田と、からなり、 前記Pbフリー半田を前記部品に塗布し接合させ、前記
遷移金属導体と電気的および機械的に接合してなること
を特徴とする半田付け物品。 - 【請求項5】 前記遷移金属導体は、Cu,Ag,N
i,Au,Pd,Pt,Znの単体もしくは合金のうち
少なくとも1種からなることを特徴とする請求項4に記
載の半田付け物品。
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