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JP2012006054A - Solder alloy, and solder joined body using the same - Google Patents

Solder alloy, and solder joined body using the same Download PDF

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JP2012006054A
JP2012006054A JP2010145372A JP2010145372A JP2012006054A JP 2012006054 A JP2012006054 A JP 2012006054A JP 2010145372 A JP2010145372 A JP 2010145372A JP 2010145372 A JP2010145372 A JP 2010145372A JP 2012006054 A JP2012006054 A JP 2012006054A
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solder
solder alloy
alloy
glass
present
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Japanese (ja)
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Takayuki Moriwaki
隆行 森脇
Nobuhiko Chiwata
伸彦 千綿
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new solder alloy capable of suppressing over a long period of time, the change over time such as the material oxidation of the solder alloy or the blackening of the surface of a solder-joined part while maintaining the characteristics of a lead-free solder alloy capable of soldering an oxide material such as glass and ceramics, and also to provide a solder-joined body using the alloy.SOLUTION: The new solder alloy comprises, by mass, 0.5-9.0% Zn, 0.1-4.0% Sb, 0.005-0.500% Cr and the balance Sn with inevitable impurities, and may contain ≤0.2% Al.

Description

本発明は、例えばガラスやセラミックといった酸化物材料への優れた接合強度を維持しつつ、経時変化によるはんだ接合部のはんだ表面の黒化を抑制できる、はんだ合金およびこれを用いたはんだ接合体に関するものである。   The present invention relates to a solder alloy capable of suppressing blackening of the solder surface of a solder joint due to change over time while maintaining excellent joint strength to an oxide material such as glass or ceramic, and a solder joint body using the same. Is.

ガラス等の酸化物材料と接合できる無鉛はんだ合金として、Sn−Zn−Sb−Al系はんだ合金が特許文献1で提案されている。特許文献1に開示されるはんだ合金は、酸化物材料との接合能を確保するために、所定量のZnを添加し、はんだ合金とガラスとの接合界面の白濁を抑制するために、所定量のSbとAlを添加することで、それらの優れた特性を得ている。
特許文献1のはんだ合金は、一般的なガラスフリットよりも低い温度で接合することができ、昨今の環境問題に配慮したはんだ合金である。また、特許文献1のはんだ合金は、酸化物材料と直接接合できるため、ガラス等の酸化物材料への前処理が必要なく、従来の工法を簡略化できる可能性を有している。
As a lead-free solder alloy that can be bonded to an oxide material such as glass, a Sn—Zn—Sb—Al solder alloy is proposed in Patent Document 1. The solder alloy disclosed in Patent Document 1 is added with a predetermined amount of Zn in order to ensure the bonding ability with the oxide material, and in order to suppress white turbidity at the bonding interface between the solder alloy and the glass. By adding Sb and Al, excellent characteristics thereof are obtained.
The solder alloy of Patent Document 1 can be bonded at a temperature lower than that of a general glass frit, and is a solder alloy in consideration of the recent environmental problems. Moreover, since the solder alloy of patent document 1 can be joined directly with an oxide material, it does not require pre-processing to oxide materials, such as glass, and has the possibility of simplifying the conventional construction method.

特開2004−082199号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-082199

本発明者らの検討によれば、上述した特許文献1のはんだ合金を用いてガラス等の酸化物材料と接合した接合体を、水分の存在する大気中で長時間保持すると、はんだ表面の金属光沢が失われて黒化する、はんだの経時変化という、新たな問題を確認した。   According to the study by the present inventors, when the joined body joined to the oxide material such as glass using the solder alloy of Patent Document 1 described above is held for a long time in the atmosphere containing moisture, the metal on the solder surface A new problem has been confirmed, which is the loss of luster and blackening, and the aging of the solder.

このようなはんだ合金の経時変化は、ペアガラスなどの外気に直接暴露されるような用途では、接合強度や気密性の劣化を引き起こし、十分な長期信頼性を得ることが困難となる。また、家具など意匠性が必要とされる用途においては、その製品価値を下げるなど大きな問題となる。   Such changes in the solder alloy over time cause deterioration in bonding strength and airtightness in applications where the solder alloy is directly exposed to the outside air, such as a pair of glasses, making it difficult to obtain sufficient long-term reliability. Further, in applications that require design properties such as furniture, there is a big problem such as lowering the product value.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、ガラスやセラミックなどの酸化物材料と接合が可能な無鉛はんだ合金の特性を維持しつつ、はんだ合金の素材酸化およびはんだ接合部のはんだ表面の黒化という経時変化を長期間に渡って抑制できる、新しいはんだ合金およびこれを用いたはんだ接合体を提供することである。   In view of the above problems, the object of the present invention is to maintain the characteristics of a lead-free solder alloy that can be joined to an oxide material such as glass or ceramic, and to oxidize the solder alloy and to blacken the solder surface of the solder joint. It is an object of the present invention to provide a new solder alloy and a solder joined body using the same, which can suppress a change with time over a long period of time.

本発明者らは、ガラス等の酸化物材料との接合に用いるはんだ合金として、Sn、Znを主成分としたものに特定量のSbとCrを複合添加することで、はんだ合金の経時変化を抑制できるという新たな効果が得られることを見出し、本発明に到達した。   As a solder alloy used for joining with an oxide material such as glass, the present inventors can add a specific amount of Sb and Cr to a main component of Sn and Zn, thereby changing the solder alloy over time. The inventors have found that a new effect of being able to be suppressed is obtained, and have reached the present invention.

すなわち、質量%で、Zn:0.5〜9.0%、Sb:0.1〜4.0%およびCr:0.005〜0.500%を含み、残部Snおよび不可避的不純物からなるはんだ合金である。
また、本発明のはんだ合金は、質量%で、Zn:1.5〜6.5%であることが好ましい。
また、本発明のはんだ合金は、質量%で、Sb:1.0〜3.5%であることが好ましい。
また、本発明のはんだ合金は、質量%で、Cr:0.010〜0.400%であることが好ましい。
また、本発明のはんだ合金は、質量%で、Al:0.2%以下を含むことができる。
また、本発明のはんだ合金は、酸化物または酸化表面を有する部材を接合するのに適している。
また、本発明のはんだ合金により、酸化物または酸化表面を有する部材を接合することができ、安価なはんだ接合体を提供することができる。
That is, solder containing Zn: 0.5 to 9.0%, Sb: 0.1 to 4.0% and Cr: 0.005 to 0.500%, and remaining Sn and inevitable impurities in mass% It is an alloy.
Moreover, it is preferable that the solder alloy of this invention is the mass% and is Zn: 1.5-6.5%.
Moreover, it is preferable that the solder alloy of this invention is mass% and is Sb: 1.0-3.5%.
Moreover, it is preferable that the solder alloy of this invention is the mass% and is Cr: 0.010-0.400%.
Moreover, the solder alloy of this invention can contain Al: 0.2% or less by the mass%.
Moreover, the solder alloy of the present invention is suitable for joining members having oxide or oxidized surfaces.
Moreover, the member which has an oxide or an oxidation surface can be joined by the solder alloy of this invention, and an inexpensive solder joined body can be provided.

本発明のはんだ合金は、例えば、ペアガラスまたはガラス容器等のようなシーリングや太陽電池などのガラス基板上に形成された透明導電膜との配線接合に好適なものであり、特にはんだ接合部のはんだの経時変化を抑制し、その接合信頼性や黒化による意匠性の劣化を改善することができるため、その工業的価値は極めて大きい。   The solder alloy of the present invention is suitable for wiring bonding with a transparent conductive film formed on a glass substrate such as a sealing or solar cell such as a pair glass or a glass container. The industrial value is extremely large because it is possible to suppress the time-dependent change of the solder and improve the design reliability due to the joining reliability and blackening.

上述したように、本発明の重要な特徴は、Sn−Zn系はんだ合金に特定量のSbとCrを複合添加した合金を採用したことにある。
以下、本発明のはんだ合金の成分組成(質量%)を限定した理由について説明する。
As described above, an important feature of the present invention is that an alloy obtained by adding a specific amount of Sb and Cr to a Sn—Zn solder alloy is employed.
Hereinafter, the reason for limiting the component composition (mass%) of the solder alloy of the present invention will be described.

Zn:0.5〜9.0%
Znは、ガラスやセラミック等の酸化物材料と接合するための基本元素である。本発明のはんだ合金の接合機構は、Snより酸素親和性の高いZnをはんだ合金中に含有することで、溶融はんだ表面に形成されるZn系酸化膜が、ガラス等の酸化物材料の表面で酸化物層を形成することで接合していると考えられる。
Znの含有量は、ガラス等の酸化物材料と十分な接合強度を得るために0.5%以上必要である。さらに高い接合強度を得るためには、1.5%以上が好ましい。また、2.0%以上含有することがより好ましい。
一方、はんだ合金中に過度にZnを添加した場合は、はんだ付け中に多量のドロスが発生し、ガラス等の酸化物材料とのぬれ性を阻害する要因となる。また、Znを含むはんだ合金は、水分の存在する大気中で長時間保持すると、はんだ表面の黒化を助長する。したがって、本発明においてZnの含有量は、9.0%以下とする。好ましくは、6.5%以下であり、より好ましくは、4.5%以下である。
Zn: 0.5-9.0%
Zn is a basic element for bonding with an oxide material such as glass or ceramic. The joining mechanism of the solder alloy of the present invention is such that Zn having a higher oxygen affinity than Sn is contained in the solder alloy so that the Zn-based oxide film formed on the surface of the molten solder is on the surface of an oxide material such as glass. It is thought that it joins by forming an oxide layer.
The Zn content needs to be 0.5% or more in order to obtain sufficient bonding strength with an oxide material such as glass. In order to obtain higher bonding strength, 1.5% or more is preferable. Moreover, it is more preferable to contain 2.0% or more.
On the other hand, when Zn is excessively added to the solder alloy, a large amount of dross is generated during soldering, which becomes a factor that impedes wettability with an oxide material such as glass. In addition, when a solder alloy containing Zn is held for a long time in an atmosphere containing moisture, blackening of the solder surface is promoted. Therefore, in the present invention, the Zn content is 9.0% or less. Preferably, it is 6.5% or less, more preferably 4.5% or less.

Sb:0.1〜4.0%
Sbは、はんだ合金素材の酸化を抑制するための必須元素である。詳細な検証はできていないが、SbがSn中に固溶することで、はんだ合金中のZnの過度な酸化を抑制し、はんだ合金の経時変化を抑制していると考えられる。
Sbの含有量は、Znの過度な酸化を防ぎ、十分なはんだ合金の経時変化の抑制効果を得るために0.1%以上必要である。さらに長期的な経時変化の抑制効果を得るためには、1.0%以上が好ましい。また、1.5%以上含有することがより好ましい。
一方、はんだ合金中のSbの含有量が多すぎると、ガラスなどの酸化物材料との接合強度を低下させることが懸念される。したがって、本発明においてSbの含有量は、4.0%以下とする。好ましくは、3.5%以下であり、より好ましくは、2.5%以下である。
Sb: 0.1-4.0%
Sb is an essential element for suppressing oxidation of the solder alloy material. Although detailed verification has not been made, it is considered that Sb is dissolved in Sn so that excessive oxidation of Zn in the solder alloy is suppressed and a change with time of the solder alloy is suppressed.
The content of Sb is required to be 0.1% or more in order to prevent excessive oxidation of Zn and to obtain a sufficient effect of suppressing change with time of the solder alloy. Furthermore, 1.0% or more is preferable in order to obtain a long-term change suppressing effect. Moreover, it is more preferable to contain 1.5% or more.
On the other hand, when the content of Sb in the solder alloy is too large, there is a concern that the bonding strength with an oxide material such as glass is lowered. Therefore, in the present invention, the Sb content is 4.0% or less. Preferably, it is 3.5% or less, More preferably, it is 2.5% or less.

Cr:0.005〜0.500%
Crは、本発明のはんだ合金をはんだ付けした接合体のはんだ表面の黒化を抑制するために最も重要な元素である。Sn−Zn−Sb系はんだ合金中に添加されたCrは、ガラス等の酸化物材料とはんだ付けを行う際に、溶融はんだ表面にCr系酸化膜を形成する。本発明のはんだ合金は、このCr系酸化膜がはんだ表面の黒化を抑制していると考えられる。またCrは、はんだ付け中のドロスの発生を抑制し、ガラス等の酸化物材料との接合にも寄与する。
Crの含有量は、はんだ表面の黒化の抑制効果を得るために0.005%以上必要である。さらに、長期的な黒化の抑制効果を得るためには、0.010%以上が好ましい。また、0.050%以上含有することが好ましい。
一方、はんだ合金中に過度にCrが添加される場合には、はんだの溶融温度が上昇することで、酸化物材料等へのはんだ付け温度を上昇させ作業効率を低下させる。したがって、本発明においてCrの含有量は、0.500%以下とする。好ましくは、0.400%以下であり、より好ましくは、0.200%以下である。
Cr: 0.005 to 0.500%
Cr is the most important element for suppressing blackening of the solder surface of the joined body to which the solder alloy of the present invention is soldered. Cr added to the Sn—Zn—Sb solder alloy forms a Cr oxide film on the surface of the molten solder when soldering with an oxide material such as glass. In the solder alloy of the present invention, this Cr-based oxide film is considered to suppress the blackening of the solder surface. Moreover, Cr suppresses generation | occurrence | production of the dross during soldering and contributes also to joining with oxide materials, such as glass.
The Cr content needs to be 0.005% or more in order to obtain an effect of suppressing blackening of the solder surface. Furthermore, in order to obtain a long-term blackening suppressing effect, 0.010% or more is preferable. Moreover, it is preferable to contain 0.050% or more.
On the other hand, when Cr is excessively added to the solder alloy, the melting temperature of the solder rises, thereby raising the soldering temperature to the oxide material or the like and lowering the working efficiency. Therefore, in the present invention, the Cr content is 0.500% or less. Preferably, it is 0.400% or less, More preferably, it is 0.200% or less.

Al:0.2%以下
本発明のはんだ合金には、Alを含有させることもできる。Alは、はんだ付けまたは、溶融時のはんだのドロス発生の抑制や、ガラス等の酸化物材料との接合に寄与する元素である。
しかしながら、Alを多く含有する場合には、はんだ合金中に形成されるAl系金属間化合物が成分偏析を引き起こし、上記特性が安定して得られないという製造上の問題が生じる。したがって、本発明のはんだ合金にはAlを0.2%以下添加することが好ましい。より好ましくは、0.1%以下である。
また、Alの効果を明確に得るためには、0.005%以上が好ましく、より好ましくは、0.01%以上である。
Al: 0.2% or less Al can also be contained in the solder alloy of the present invention. Al is an element that contributes to suppression of solder dross generation during soldering or melting, and bonding to an oxide material such as glass.
However, when a large amount of Al is contained, the Al-based intermetallic compound formed in the solder alloy causes component segregation, resulting in a manufacturing problem that the above characteristics cannot be obtained stably. Therefore, it is preferable to add 0.2% or less of Al to the solder alloy of the present invention. More preferably, it is 0.1% or less.
Further, in order to clearly obtain the effect of Al, 0.005% or more is preferable, and more preferably 0.01% or more.

残部Snおよび不可避的不純物
Snは、溶融温度の引下げに作用する、本発明のはんだ合金を構成する基本元素である。特にはんだの溶融温度を230℃以下にするためには、Snを88%以上配合することが望ましい。より好ましくは、90%以上である。
The remaining Sn and unavoidable impurities Sn are basic elements constituting the solder alloy of the present invention that act to lower the melting temperature. In particular, in order to set the melting temperature of the solder to 230 ° C. or lower, it is desirable to mix Sn by 88% or more. More preferably, it is 90% or more.

また、不可避的不純物としては、P、Si、BiおよびGaがある。PおよびSiは、はんだのぬれ性を阻害する。BiおよびGaは、水分が存在する大気中で長時間保持した場合にはんだ合金の耐食性の低下要因となる。また、Gaは、ボイドの発生の原因となる。したがって、これら元素の合計は、50ppm以下に規制することが好ましい。より好ましくは、合計で10ppm以下である。   Inevitable impurities include P, Si, Bi, and Ga. P and Si inhibit the wettability of the solder. Bi and Ga become factors that lower the corrosion resistance of the solder alloy when held for a long time in an atmosphere containing moisture. Ga also causes voids. Therefore, the total of these elements is preferably regulated to 50 ppm or less. More preferably, it is 10 ppm or less in total.

本発明のはんだ合金は、アルミナ等のセラミックやソーダライム系のガラスに対しては勿論のこと、あらゆる酸化物および酸化表面を有する部材に対して優れた接合能を発揮する。
また、本発明のはんだ合金は、従来、酸化表面の影響ではんだ付けが困難であったAl、SiやTi等の難接合材料であっても優れた接合能を発揮できる。
また、本発明のはんだ合金は、上記の酸化物および酸化表面を有する部材、窒化物や難接合材料だけでなく、ガラス基板上に形成されたITO、Mo、AlやCr膜等といったものにも適する。
また、本発明のはんだ合金は、上述の酸化物および酸化表面を有する部材・窒化物同士あるいは、相互の接合にのみ用いられるものではなく、接合能が確保できる酸化物および酸化表面を有する部材・窒化物以外の材料であってもよい。例えば、本発明のはんだ合金は、Al系合金、各種ステンレス鋼、銅やFe−Ni系合金といった金属に対しても接合能を有し、接合能に劣る相手材であっても、接合能を付与するための表面処理を施せば使用を制限するものではない。
また、本発明のはんだ合金は、酸化物および酸化表面を有する部材・窒化物表面に塗付することで、はんだ付けの下地処理の代替として用いることもできる。
The solder alloy of the present invention exhibits excellent bonding ability not only to ceramics such as alumina and soda lime glass but also to members having any oxide and oxidized surface.
In addition, the solder alloy of the present invention can exhibit excellent bonding ability even if it is a difficult-to-bond material such as Al, Si, or Ti that has been difficult to solder due to the influence of the oxidized surface.
In addition, the solder alloy of the present invention is not only a member having the above oxide and oxide surfaces, nitrides and difficult-to-join materials, but also to an ITO, Mo, Al, Cr film, etc. formed on a glass substrate. Suitable.
In addition, the solder alloy of the present invention is not only used for joining the above-mentioned oxide and oxide surface / nitride or between each other, but a member having an oxide and an oxide surface that can ensure the joining ability. A material other than nitride may be used. For example, the solder alloy of the present invention has bonding ability to metals such as Al-based alloys, various stainless steels, copper and Fe-Ni-based alloys. If the surface treatment for giving is given, use will not be restricted.
Moreover, the solder alloy of this invention can also be used as a substitute of the soldering | grounding process by apply | coating to the member and nitride surface which have an oxide and an oxidation surface.

本発明のはんだ合金は、酸化物材料を用いた接合部材に対して優れた接合強度と気密性を有しており、例えば、ペアガラス、ディスプレイ、真空容器またはガス封印容器等に好適である。   The solder alloy of the present invention has excellent bonding strength and airtightness with respect to a bonding member using an oxide material, and is suitable for, for example, a pair glass, a display, a vacuum container, or a gas sealed container.

本発明のはんだ合金を用いた酸化物や窒化物等の難接合材料との接合は、例えばガラス基板上への金属配線の固定には、常温のガラス基板上に溶融したはんだを塗布することで可能となる。また、ペアガラスやディスプレイ等の気密容器の封止には、はんだ合金の液相線以上に被接合部材を加熱する、または、被接合材の熱容量を考慮し、十分に加熱されたはんだこてを用い、被接合材をはんだ合金の液相線以下に予備加熱することで可能となる。
上述した被接合材への接合には、溶融はんだ中に酸素を取り込み、被接合材へのぬれを促進するため、はんだ合金に超音波振動を印加すると効果的である。
For joining with difficult-to-join materials such as oxides and nitrides using the solder alloy of the present invention, for example, for fixing metal wiring on a glass substrate, a molten solder is applied on a glass substrate at room temperature. It becomes possible. Also, for sealing hermetic containers such as paired glass and displays, the soldering iron must be heated sufficiently in consideration of the heat capacity of the material to be joined, or by heating the member to be joined above the liquidus line of the solder alloy. This is possible by preheating the material to be joined below the liquidus of the solder alloy.
In joining to the material to be joined, it is effective to apply ultrasonic vibration to the solder alloy in order to take in oxygen into the molten solder and promote wetting to the material to be joined.

表1の組成になるように、Sn、Zn、Sb、CrおよびAlを秤量した後、Ar雰囲気中で高周波溶解を行い、得られた合金溶湯を鋳型へ流し込み、はんだ合金を作製した。また、比較例であるSn、ZnおよびSbを添加したNo.6は、大気中で溶解し、鋳型へ流し込みはんだ合金を作製した。なお、表1に記載していない不純物元素である、P、Si、Bi、Gaは、合計で50質量ppm以下であった。
得られたはんだ合金は、はんだ合金の経時変化の抑制効果を確認するために、下記の試験方法で評価した。尚、本評価において、はんだ合金は、はんだ付けしやすいように直径1mmの線材と3mm角・長さ15mmの小片に加工してから使用した。
After weighing Sn, Zn, Sb, Cr and Al so as to have the composition shown in Table 1, high-frequency melting was performed in an Ar atmosphere, and the obtained molten alloy was poured into a mold to prepare a solder alloy. Moreover, No. which added Sn, Zn, and Sb which are comparative examples. 6 was dissolved in the atmosphere and poured into a mold to prepare a solder alloy. In addition, P, Si, Bi, and Ga, which are impurity elements not described in Table 1, were 50 mass ppm or less in total.
The obtained solder alloy was evaluated by the following test method in order to confirm the effect of suppressing the temporal change of the solder alloy. In this evaluation, the solder alloy was used after being processed into a wire rod having a diameter of 1 mm and a small piece having a 3 mm square and a length of 15 mm for easy soldering.

(評価試験1)
被接合材としては、30mm角・厚さ3mmにカットしたホウケイ酸ガラス(製品名TEMPAX)を用い、ホットプレート上にガラス板を設置してから、そのガラス板を約260℃に加熱した。その後、上記で準備したはんだ合金を加熱したガラス板上に載せ、約370℃に加熱したはんだこて(黒田テクノ社製 超音波はんだ付け装置 SUNBUNDER USM−III)に超音波振動を印加しながら、はんだ合金の厚みが約120μmとなるようにガラス板一面に塗布し、大気中で徐冷して試験片を作製した。
(Evaluation Test 1)
A borosilicate glass (product name TEMPAX) cut into a 30 mm square and a thickness of 3 mm was used as a material to be joined, and a glass plate was placed on a hot plate, and then the glass plate was heated to about 260 ° C. Thereafter, the solder alloy prepared above was placed on a heated glass plate, and ultrasonic vibration was applied to a soldering iron heated to about 370 ° C. (ultrasonic soldering device SUNBUNDER USM-III manufactured by Kuroda Techno Co., Ltd.) A test piece was prepared by coating the entire surface of the glass plate so that the thickness of the solder alloy was about 120 μm and gradually cooling in the air.

次に、上記で準備した試験片を、加速環境試験として、85℃85RH%とした高温高湿試験機(楠本化成社製 HIFLEX FH06C)内で試験片を1168時間放置した。このとき、本発明のはんだ合金を用いた試験片のいずれも、はんだとガラス板の接合界面から酸化等により生じると思われるはんだ接合部の白濁は確認されなかった。
ガラス板一面に塗布したはんだの表面の経時変化の抑制効果を確認するために、CIE 1931 Yxy表色系で規定される反射率(Y)を測定し、はんだ表面の黒化による金属光沢の変化を評価した。反射率は、分光測色計(コニカミノルタセンシング社製 MINOLTA CM−2600d)を用い、加速環境試験前(Y)および後(Y)のはんだ表面を測定した。はんだ表面の黒化の抑制効果は、変化率(%)を((Y−Y)/Y)×100(%)で評価した。なお、このときの受光範囲は、直径8mmとし、反射率は、はんだ表面の異なる4箇所を測定し、得られた値の平均値とした。
Next, the test piece prepared above was left as an accelerated environmental test in a high-temperature and high-humidity tester (HIFLEX FH06C manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd.) at 85 ° C. and 85 RH% for 1168 hours. At this time, in any of the test pieces using the solder alloy of the present invention, no white turbidity was observed in the solder joint portion, which appears to be caused by oxidation or the like from the joint interface between the solder and the glass plate.
In order to confirm the effect of suppressing the time-dependent change of the solder surface applied to one surface of the glass plate, the reflectance (Y) defined by the CIE 1931 Yxy color system is measured, and the change in the metallic luster due to the blackening of the solder surface Evaluated. The reflectance was measured by using a spectrocolorimeter (MINOLTA CM-2600d manufactured by Konica Minolta Sensing Co., Ltd.) before (Y B ) and after (Y A ) the solder surface before the acceleration environment test. The effect of suppressing the blackening of the solder surface was evaluated rate of change (%) in ((Y B -Y A) / Y B) × 100 (%). In addition, the light-receiving range at this time was 8 mm in diameter, and the reflectance was an average value of the values obtained by measuring four different locations on the solder surface.

表1に示すように、本発明例の変化率は、いずれも36.0%以下であり、反射率の低下が抑制され、はんだ表面に光沢があるのに対して、比較例の変化率は、いずれも40.0%を超えており、反射率の低下が大きく、はんだ表面の光沢が失われていた。これより、本発明のはんだ合金は、特定量のCrを添加することで、加速環境試験においても、はんだ表面の黒化を抑制できることが確認できた。また、本発明のはんだ合金は、さらにAlを添加することで、より優れた黒化抑制の効果を得ることも確認できた。   As shown in Table 1, the rate of change of each of the inventive examples is 36.0% or less, and the decrease in reflectance is suppressed and the solder surface is glossy, whereas the rate of change of the comparative example is , Both exceeded 40.0%, the drop in reflectance was large, and the gloss of the solder surface was lost. From this, it was confirmed that the solder alloy of the present invention can suppress blackening of the solder surface even in an accelerated environment test by adding a specific amount of Cr. Moreover, it has also confirmed that the solder alloy of this invention acquired the effect of the more excellent blackening suppression by adding Al further.

次に、CIE 1976 L表色系で規定される明度を測定し、はんだ合金表面の黒化による金属光沢の変化を評価した。明度は、分光測色計(コニカミノルタセンシング社製 MINOLTA CM−2600d)を用い、加速環境試験前(L )および後(L )でのはんだ表面を測定した。はんだ表面の黒化の抑制効果は、試験後のL の値から試験前のL の値を引いた明度差で評価した。なお、このときの受光範囲は、直径8mmとし、明度は、はんだ表面の異なる4箇所を測定し、得られた値の平均値とした。 Next, the brightness defined by the CIE 1976 L * a * b * color system was measured, and the change in metallic luster due to blackening of the solder alloy surface was evaluated. The brightness was measured using a spectrocolorimeter (MINOLTA CM-2600d manufactured by Konica Minolta Sensing Co., Ltd.) before and after the accelerated environmental test (L * B ) and after (L * A ). The effect of suppressing the blackening of the solder surface was evaluated by a brightness difference obtained by subtracting the L * B value before the test from the L * A value after the test. In addition, the light-receiving range at this time was 8 mm in diameter, and the brightness was an average of the values obtained by measuring four locations on the solder surface.

表1に示すように、本発明例の明度差は、いずれも−15.0%より小さく、明るいのに対して、比較例の明度差は、いずれも−17.0%より大きく、暗かった。これより、本発明のはんだ合金は、特定量のCrを添加することで、加速環境試験においても、はんだ表面の黒化を抑制できることが確認できた。本発明のはんだ合金は、さらにAlを添加することで、より優れた黒化抑制の効果を得ることも確認できた。   As shown in Table 1, the brightness differences of the inventive examples were all smaller than -15.0% and bright, whereas the brightness differences of the comparative examples were both larger than -17.0% and dark. . From this, it was confirmed that the solder alloy of the present invention can suppress blackening of the solder surface even in an accelerated environment test by adding a specific amount of Cr. It has also been confirmed that the solder alloy of the present invention can obtain a better blackening suppression effect by further adding Al.

Figure 2012006054
Figure 2012006054

表2の組成になるようにSn、Zn、Sb、CrおよびAlを秤量した後、Ar雰囲気中で高周波溶解を行い、得られた合金溶湯を鋳型へ流し込み、はんだ合金を作製した。
得られたはんだ合金は、接合強度と素材酸化をより定量的に評価するために、下記の試験方法で評価した。尚、表2に記載していない不純物元素である、P、Si、Bi、Gaは、合計で50質量ppm以下であった。また、本評価において、はんだ合金は、はんだ付けしやすいように直径1mmの線材に加工してから使用した。
After weighing Sn, Zn, Sb, Cr and Al so as to have the composition shown in Table 2, high-frequency melting was performed in an Ar atmosphere, and the obtained molten alloy was poured into a mold to prepare a solder alloy.
The obtained solder alloy was evaluated by the following test method in order to more quantitatively evaluate the bonding strength and material oxidation. In addition, P, Si, Bi, and Ga, which are impurity elements not described in Table 2, were 50 ppm by mass or less in total. In this evaluation, the solder alloy was used after being processed into a wire having a diameter of 1 mm so that the soldering can be easily performed.

(評価試験1)
被接合材としては、30mm角・厚さ3mmにカットしたホウケイ酸ガラス(製品名TEMPAX)を用い、ホットプレート上にガラス板を設置してから、そのガラス板を約260℃に加熱した。その後、上記で準備したはんだ線材を加熱したガラス板上に載せ、約370℃に加熱したはんだこて(黒田テクノ社製 超音波はんだ付け装置 SUNBUNDER USM−III)に超音波振動を印加しながら、はんだ合金の厚みが約110μmとなるようにガラス板一面に塗布し、大気中で徐冷して試験片を作製した。
(Evaluation Test 1)
A borosilicate glass (product name TEMPAX) cut into a 30 mm square and a thickness of 3 mm was used as a material to be joined, and a glass plate was placed on a hot plate, and then the glass plate was heated to about 260 ° C. Thereafter, the solder wire prepared above is placed on a heated glass plate, and ultrasonic vibration is applied to a soldering iron heated to about 370 ° C. (ultrasonic soldering device SUNBUNDER USM-III manufactured by Kuroda Techno Co., Ltd.) A test piece was prepared by coating the entire surface of the glass plate so that the thickness of the solder alloy was about 110 μm and gradually cooling in the air.

はんだとガラス板の接合界面から酸化等により生じると思われるはんだ接合部の白濁の抑制効果を確認するために、上記で準備した試験片を、加速環境試験として、85℃85RH%とした高温高湿試験機(楠本化成社製 HIFLEX FH06C)内で試験片を1000時間放置した。
加速環境試験後の試験片のはんだ接合部の白濁領域は、はんだとガラス板の接合部をガラス側から観察し、30mm角のガラス板一面に対する白濁した面積を測定し、面積率で評価した。
In order to confirm the effect of suppressing the white turbidity of the solder joints, which are thought to be caused by oxidation, etc. from the joint interface between the solder and the glass plate, the test piece prepared above was used as an accelerated environment test at 85 ° C. and 85 RH%. The test piece was left for 1000 hours in a humidity tester (HIFLEX FH06C manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd.).
The cloudiness region of the solder joint portion of the test piece after the accelerated environment test was evaluated by observing the joint portion between the solder and the glass plate from the glass side, measuring the cloudy area with respect to the entire surface of the 30 mm square glass plate, and evaluating the area ratio.

表2に示すように、本発明例および比較例ともにはんだとガラス板の接合部の白濁面積率は、0%であった。これより、本発明のはんだ合金は、加速環境試験後においても特定量のSbを添加することで、比較例と同等のはんだとガラス板の接合部の白濁が抑制できることが確認できた。   As shown in Table 2, the cloudiness area ratio of the joint between the solder and the glass plate was 0% in both the inventive examples and the comparative examples. From this, the solder alloy of this invention has confirmed that the cloudiness of the junction part of the solder equivalent to a comparative example and a glass plate can be suppressed by adding a specific amount of Sb even after an accelerated environment test.

(評価試験2)
被接合材としては、上述した作製方法と同様に作製した試料片のはんだ表面を5mm角の格子状の5×5のマス目になるようにカッターナイフで切れ目を入れ、ピール試験片を作製した。
そして、このピール試験片を加速環境試験として、85℃85RH%とした高温高湿試験機(楠本化成社製 HIFLEX FH06C)内で試験片を1000時間放置した。
(Evaluation test 2)
As a material to be joined, a peel test piece was produced by cutting the solder surface of the sample piece produced in the same manner as the above-described production method with a cutter knife so as to form a 5 × 5 grid of 5 mm square grids. .
Then, the peel specimen was used as an accelerated environment test, and the specimen was left for 1000 hours in a high-temperature and high-humidity tester (HIFLEX FH06C manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd.) at 85 ° C. and 85 RH%.

経時変化によるはんだの接合強度の変化を確認するために、加速環境試験前後のピール試験片でピール試験を実施した。ピール試験は、粘着テープ(ニチバン社製 CT−405AP−24)を試験片の一面に貼り付け、3度の引き剥がし試験を行い、はんだの剥がれが生じた領域を数えた。なお、ピール試験は、5×5のマス目のうち、エッジ部分の影響を無視するために、中央部の3×3のマス目の合計9マスで評価した。   In order to confirm the change in the bonding strength of the solder due to the change over time, a peel test was performed on the peel test pieces before and after the accelerated environment test. In the peel test, an adhesive tape (CT-405AP-24 manufactured by Nichiban Co., Ltd.) was attached to one surface of the test piece, a three-time peeling test was performed, and the areas where the solder was peeled were counted. In the peel test, in order to ignore the influence of the edge portion among the 5 × 5 cells, the evaluation was performed with a total of 9 cells of the 3 × 3 cells in the center.

表2に示すように、加速環境試験前では、本発明例および比較例のはんだ合金ともに、剥がれが生じず十分な強度を有していることが確認できた。また、加速環境試験後も同じく、本発明例および比較例のはんだ合金ともに、剥離が生じなかった。これより、本発明例のはんだ合金は、加速環境試験後においても特定量のZnを添加することで、比較例と同等の接合強度を有していることが確認できた。   As shown in Table 2, before the accelerated environment test, it was confirmed that both the solder alloys of the present invention example and the comparative example had sufficient strength without peeling. Similarly, after the accelerated environment test, no peeling occurred in the solder alloys of the present invention example and the comparative example. From this, it has confirmed that the solder alloy of the example of the present invention has a bonding strength equivalent to that of the comparative example by adding a specific amount of Zn even after the accelerated environmental test.

(評価試験3)
はんだ合金の素材酸化を評価するために、上記で作製したはんだ合金を、加速環境試験として、85℃85RH%とした高温高湿試験機(楠本化成社製 HIFLEX FH06C)内で、1000時間放置した。
はんだ合金の酸素値は、堀場製作所製のEMGA−620Wで測定した。
(Evaluation Test 3)
In order to evaluate the material oxidation of the solder alloy, the solder alloy produced as described above was allowed to stand for 1000 hours in a high-temperature and high-humidity tester (HIFLEX FH06C manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd.) at 85 ° C. and 85 RH% as an accelerated environment test. .
The oxygen value of the solder alloy was measured with EMGA-620W manufactured by Horiba.

表2に示すように、本発明例および比較例ともに加速環境試験前では、30質量ppm以下であった。
加速環境試験後は、本発明例および比較例ともにはんだ合金の酸素値が、100質量ppm以下であった。これより、本発明例のはんだ合金は、加速環境試験後においても特定量のSbを添加することで、比較例と同等に素材酸化を抑制できることが確認できた。
As shown in Table 2, it was 30 mass ppm or less before the accelerated environmental test in both the inventive example and the comparative example.
After the accelerated environment test, the oxygen value of the solder alloy was 100 mass ppm or less in both the inventive example and the comparative example. From this, it was confirmed that the solder alloy of the present invention example can suppress material oxidation as well as the comparative example by adding a specific amount of Sb even after the accelerated environment test.

Figure 2012006054
Figure 2012006054

Claims (7)

質量%で、Zn:0.5〜9.0%、Sb:0.1〜4.0%およびCr:0.005〜0.500%を含み、残部Snおよび不可避的不純物からなることを特徴とするはんだ合金。   It is characterized by comprising Zn: 0.5 to 9.0%, Sb: 0.1 to 4.0% and Cr: 0.005 to 0.500%, and remaining Sn and inevitable impurities. Solder alloy. 質量%で、Zn:1.5〜6.5%であることを特徴とする請求項1に記載のはんだ合金。   2. The solder alloy according to claim 1, wherein the content of Zn is 1.5 to 6.5% by mass. 質量%で、Sb:1.0〜3.5%であることを特徴とする請求項1または2に記載のはんだ合金。   The solder alloy according to claim 1, wherein Sb is 1.0 to 3.5% by mass. 質量%で、Cr:0.010〜0.400%であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のはんだ合金。   The solder alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein Cr: 0.010 to 0.400% in mass%. 質量%で、Al:0.2%以下含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のはんだ合金。   The solder alloy according to any one of claims 1 to 4, characterized by containing, by mass%, Al: 0.2% or less. 酸化物または酸化表面を有する部材を接合するものであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のはんだ合金。   The solder alloy according to any one of claims 1 to 5, wherein a member having an oxide or an oxidized surface is joined. 請求項1ないし5のいずれかに記載のはんだ合金で酸化物または酸化表面を有する部材が接合されてなることを特徴とするはんだ接合体。   6. A solder joint comprising a member having an oxide or an oxidized surface joined with the solder alloy according to claim 1.
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