JP3224185B2 - はんだ合金及びはんだ粉末及びはんだペースト及びプリント配線板及び電子部品及びはんだ付け方法及びはんだ付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明ははんだ合金及びはんだ粉
末及びはんだペースト及びプリント配線板及び電子部品
及びはんだ付け方法及びはんだ付け装置に係り、特に鉛
（Ｐｂ）を含まないはんだ合金及びはんだ粉末及びはん
だペースト及びプリント配線板及び電子部品及びはんだ
付け方法及びはんだ付け装置に関する。

【０００２】電子部品をプリント配線板に実装する際、
一般にはんだ付けによる実装が行われている。はんだ
は、低温で溶融しかつ電気的接続特性が良好であるた
め、電子部品のプリント配線板への実装に用いて好適で
ある。しかるに、近年はんだに含有される鉛（Ｐｂ）の
人体に与える影響が問題となってきている。

【０００３】従って、鉛（Ｐｂ）を含有しないはんだの
提供が望まれている。

【０００４】

【従来の技術】一般に、自動化された電子部品のはんだ
付け作業においては、数種の半田が用いられている。例
えばＳｎ６３−Ｐｂ３７は、６３重量パーセントの錫
（Ｓｎ）と３７重量パーセントの鉛（Ｐｂ）を含有した
はんだであり、１８３℃で溶融する共晶合金である。ま
た、Ｓｎ６２−Ｐｂ３６−Ａｇ２は、６２重量パーセン
トの錫（Ｓｎ）と３６重量パーセントの鉛（Ｐｂ）と２
重量パーセントの銀（Ａｇ）を含有したはんだであり、
１７９℃で溶融する共晶合金である。

【０００５】これらのはんだは、溶融温度が低くまた機
械的特性（例えば、引張強度や伸び率）及び電気的特性
（電気抵抗）が良好であるため、自動化されたはんだ付
け作業に優れた特性を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記のよう
に従来用いられているはんだは、鉛（Ｐｂ）を含有した
構成とされている。鉛は毒性を有することが知られてお
り、近年この鉛及び鉛を含有する組成物の使用には厳し
い制限が課されるようになってきている。

【０００７】また、鉛を含有する半田を用いた電気製品
等が廃棄されることにより鉛が暴露された状態となるこ
とを未然に防止する必要がある。よって、鉛を含有しな
い代替はんだを提供することにより、鉛を含有するはん
だの依存を減じることが重要である。

【０００８】一方、はんだの特性としては、はんだ付け
作業時における電子部品に対する熱の影響を低減する点
より、はんだの溶融温度を低減させることが重要であ
る。更に、上記のように鉛を含有しない代替はんだとし
ても、またはんだの溶融温度を低減させても、従来と同
程度或いはそれ以上の機械的強度等を有する構成とする
ことが必要である。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、鉛を含有しない代替はんだを提供することを目的
とする。また、他の目的は、はんだの溶融温度を低減す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では下記の手段を講じたことを特徴とする
ものである。請求項１記載の発明に係るはんだ合金は、
４０重量パーセントの錫（Ｓｎ）と、５５重量パーセン
トのビスマス（Ｂｉ）と、５重量パーセントのインジュ
ウム（Ｉｎ）とからなることを特徴とするものである。
また、請求項２記載の発明に係るはんだ合金は、３４重
量パーセントの錫（Ｓｎ）と、４６重量パーセントのビ
スマス（Ｂｉ）と、２０重量パーセントのインジュウム
（Ｉｎ）とからなることを特徴とするものである。ま
た、請求項３記載の発明に係るはんだ粉末は、請求項１
または２記載のはんだ合金を、直径２０〜６０μｍの球
体形成としたことを特徴とするものである。また、請求
項４記載の発明は、請求項３記載のはんだ粉末におい
て、粉末表面に錫（Ｓｎ）もしくはゲルマニウム（Ｇ
ｅ）を 0.1〜 5重量パーセント有する合金をメッキした
ことを特徴とするものである。また、請求項５記載の発
明に係るはんだペーストは、80〜95重量パーセントの含
有量を有する請求項３または４記載のはんだ粉末と、全
体として20〜 5重量パーセントの含有量を有するアミン
ハロゲン塩と多価アルコールと高分子材料との混合物と
を混合した構成としたことを特徴とするものである。ま
た、請求項６記載の発明に係るはんだペーストは、80〜
95重量パーセントの含有量を有する請求項３または４記
載のはんだ粉末と、全体として20〜 5重量パーセントの
含有量を有する有機酸と多価アルコールと高分子材料と
混合物とを混合した構成としたことを特徴とするもので
ある。また、請求項７記載の発明は、ベース材と、該ベ
ース材上に形成された電子部品端子接続パターンとを具
備するプリント配線板において、上記電子部品端子接続
パターンに、請求項１または２記載のはんだ合金をメッ
キしたことを特徴とするものである。また、請求項８記
載の発明は、電子部品本体より接続端子が延出した構成
の電子部品において、上記接続端子に、請求項１または
２記載のはんだ合金をメッキしたことを特徴とするもの
である。また、請求項９記載の発明は、電子部品本体に
接続端子として突起電極が形成された構成の電子部品に
おいて、上記突起電極を請求項１または２記載のはんだ
合金により形成したことを特徴とするものである。ま
た、請求項１０記載の発明に係るはんだ付け方法は、請
求項１または２記載のはんだ合金を用いて被接合部材に
対してはんだ付け処理を行うはんだ付け工程と、上記は
んだ付け工程終了後にはんだ付けした部位を冷却する冷
却工程とを有することを特徴とするものである。また、
請求項１１記載の発明に係るはんだ付け装置は、請求項
１または２記載のはんだ合金を用いて被接合部材に対し
てはんだ付け処理を行うはんだ付け処理装置と、上記は
んだ付け工程終了後にはんだ付けした部位を冷却する冷
却装置とを具備することを特徴とするものである。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【作用】上記構成とされたはんだ合金，はんだ粉末，は
んだペースト，プリント配線板及び電子部品は、鉛を含
有しない構成であるため、鉛の毒性に係わる各種悪影響
を排除することができ安全性が向上すると共に、環境規
制対策に対応することができる。

【００３７】また、上記構成とされたはんだ合金は、機
械的強度を維持しつつ、従来よりも低温ではんだ付けを
行うことが可能となるため、はんだ付けを行う被接合材
に対するダメージを低減でき、被接合材に対する前処理
の簡単化及び被接合材を構成する材料の低コスト化を図
ることができる。

【００３８】また、上記のはんだ付け方法及びはんだ付
け装置を用いることにより、機械的特性の良好なはんだ
付け処理を行うことが可能となる。

【００３９】

【実施例】次に本発明の実施例について以下説明する。
本発明者は、鉛（Ｐｂ）を含有しないはんだ合金とし
て、各種金属を含有した合金を作成しその特性を調べた
ところ、錫（Ｓｎ），ビスマス（Ｂｉ），インジュウム
（Ｉｎ）を含有させたはんだ合金、及び錫（Ｓｎ），銀
（Ａｇ），ビスマス（Ｂｉ）を含有させたはんだ合金
が、鉛を含有している従来のはんだ（以下、有鉛はんだ
という）と近似した機械特性及び電気的特性を示すこと
が判った。

【００４０】そこで本発明者は、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎを含
有させたはんだ合金、及びＳｎ，Ａｇ，Ｂｉを含有させ
たはんだ合金に注目し、各組成材料の含有率を変化させ
ることにより、はんだ材料として良好な性質を示すＳ
ｎ，Ｂｉ，Ｉｎの組成比及びＳｎ，Ａｇ，Ｂｉの組成比
を求める試験を行った。また、これに合わせてＳｎ，Ｂ
ｉ，Ｉｎに加えて、これ以外の金属元素もしくは非金属
元素を添加したはんだ合金を作成し、その特性について
も調べる試験を行った。

【００４１】先ず、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎより構成されるは
んだ合金について説明する。図１及び図２はＳｎ，Ｂ
ｉ，及びＩｎを含有させたはんだ合金に対し、引張強
度，伸び率，破断時間，破断面形状，融点を夫々試験し
て求めた試験結果を示している。また図３は、Ｓｎ，Ｂ
ｉ，Ｉｎにこれ以外の金属元素もしくは非金属元素を添
加したはんだ合金に対し、引張強度，伸び率，破断時
間，破断面形状，融点を夫々試験して求めた試験結果を
示している。

【００４２】ここで、本発明者が行った試験方法及び試
験装置について説明する。試験に際しては、各種組成比
を有するはんだ合金よりなる試験片を作成し、この試験
片に対して引張試験を行うことにより、図１乃至図３に
おける引張強度，伸び率，破断時間，破断面形状の各項
目を試験し、融点については熱電対を用いて測定した。

【００４３】試験片の形状としては、ＪＩＳ７号試験片
（断面積40mm²,標点距離30mm) を適用し、また試験片を
作成する方法としては、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎの各種金属及
びこれ以外の金属元素もしくは非金属元素を重量比で配
合し、これを電気炉(400℃)で加熱溶融し、鋳型にて鋳
造した。

【００４４】また、引張試験装置としては、インストロ
ン製 model 4206(引張速度 0.5mm/min）を用い、これに
上記のように鋳造された試験片を装着し、引張強度，伸
び率，破断時間を測定し、また破断後の試験片の破断面
形状を観察した。また、溶融点の測定に際しては、各種
組成比のはんだ合金を電気炉(400℃) で加熱溶融して熱
電対を挿入し、自然放置により冷却中の温度プロファイ
ル測定により融点（液相線）を判定した。

【００４５】更に、図１乃至図３に示す各試験結果にお
いて、最右欄にある判定欄は、引張強度，伸び率，破断
時間，破断面形状，融点の夫々の特性を総合的に判断し
た結果を示しており、はんだ材料として適用できる場合
（基準合格の場合）には○印が、また基準不合格の場合
には×印が付されている。

【００４６】本試験においては、はんだ材料として適用
できる基準として、(1) 引張強度が2kg/mm² 以上で、
(2) 伸び率が30％以上で、かつ(3) 融点が 155℃以下で
あることとした。この基準は、はんだ材料として従来の
有鉛はんだと同等以上の特性である。

【００４７】続いて、上記の試験方法及び試験装置によ
り求められた試験結果について考察する。図１は、Ｓｎ
−Ｂｉ−Ｉｎ三元共晶はんだ合金に対して、Ｂｉの含有
量をなるべく一定となるように設定した上で、Ｉｎの添
加量を変化させたはんだ合金の各特性を示している。

【００４８】同図より、引張強度に関してはＩｎの添加
量が５０重量パーセント未満の場合には基準値を満たし
ているが、比較例３，４のように５０重量パーセントを
越えた場合には基準値を満足しなくなる。また、伸び率
に関しては、比較例１，２のようにＩｎの添加量が 0.5
重量パーセント未満の場合には基準値を満足させない
が、 0.5重量パーセント以上の場合には基準値を満た
す。

【００４９】更に、融点においては、同図に示す全ての
試験例において基準値を満足している。従来における有
鉛はんだにおいては、はんだ付け処理を行う被接合材
（例えば電子部品等）の耐熱温度の限界を約１８３℃と
して有鉛はんだの組成が行われていた。

【００５０】しかるに、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎを含有するは
んだ合金では、融点（即ち、液相化温度）が低くなるた
め、従来の有鉛はんだよりも低温ではんだ付けを行うこ
とが可能となり、はんだ付けを行う被接合材に対するダ
メージを低減でき、被接合材に対する前処理の簡単化及
び電子部品を構成する材料の低コスト化を図ることがで
きる。

【００５１】また、図１の試験結果より、融点はＩｎの
添加量が増大するほど低下する傾向を示しており、よっ
てＩｎの添加量を調整することによりはんだ合金の融点
を制御することも可能である。よって、近年のように被
接合材（例えば、半導体装置）の多様化により、はんだ
付け温度に制約が生じるような場合においても、これに
十分対応することができる。

【００５２】尚、破断時間に注目すると、比較例１，２
のようにＩｎの添加量が 0.5重量パーセント未満の場
合、及び比較例３のようにＩｎの添加量が５０重量パー
セントを越えた場合には破断時間が短くなっており耐久
性に劣ることが判る。但し、比較例４に示されるよう
に、Ｉｎの添加量が５０重量パーセントを越えた場合に
おいても破断時間が適正値（約 40min〜 60min) の範囲
に入っているものもあるため、破断時間に関してはＢｉ
の添加量が０（零）であるため破断時間が延長されたも
のと考える。

【００５３】また、破断面形状に注目すると、Ｉｎの添
加量が 5.0重量パーセント以下の場合には脆性破壊とな
っており、Ｉｎの添加量が 5.0重量パーセントを越える
と延性破壊となる。この破断面形状ははんだ合金の特性
に特に影響を与えるものではないが、機械的強度の面か
らいえば破断面形状は脆性破壊よりも延性破壊の方が望
ましい。

【００５４】図１の試験結果より上記の考察をまとめる
と、Ｓｎ−Ｂｉ共晶はんだ合金に対してＩｎを 0.5重量
パーセント以上で、かつ50.0重量パーセント未満の添加
した場合（図１における実施例１-1〜１-5）に、はんだ
材料として適した特性を有するはんだ合金を得ることが
できる。

【００５５】また、実施例１-5においては、引張強度は
基準値をやや上回る値で満足しているが、伸び率におい
ては他の比較例及び実施例に比べて大きく向上してい
る。よって、はんだ合金の組成比率をＳｎ：約34.0重量
パーセント，Ｂｉ：約46.0重量パーセント，Ｉｎ：約2
0.0重量パーセントとすることにより、伸び率の極めて
良好なはんだ合金を得ることができ、特に可撓変位する
フレキシブル基板におけるはんだ付け等の、はんだ接続
位置に大きな撓みが印加される部位のはんだ付けに用い
て大きな効果を期待することができる。

【００５６】尚、上記のＳｎ，Ｂｉ，Ｉｎの組成比を約
34.0重量パーセント，約46.0重量パーセント，約20.0重
量パーセントとしたのは、はんだ合金（試験片）の作成
時に若干の測定誤差等を含むためであり、よって上記の
Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎの組成比には、Ｓｎ，Ｂｉにおいては
±１重量パーセント、Ｉｎにおいては±0.1 重量パーセ
ントの誤差が含まれると推定される。よって、この誤差
分を“約”という語で示している。また、上記の事項は
請求項４においても同様である。

【００５７】続いて、図２を用いて本発明者が行った試
験結果について説明する。図２は、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ三
元共晶はんだ合金に対して、Ｉｎの含有量をなるべく一
定となるように設定した上で、Ｂｉの添加量を変化させ
たはんだ合金の各特性を示している。

【００５８】同図より、引張強度に関してはＢｉの添加
量が 5.0重量パーセントを越えた場合には基準値を満た
しているが、比較例１０，１１のようにＢｉの添加量が
5.0重量パーセント以下の場合には基準値を満足しなく
なる。また、伸び率に関しては、比較例１２〜１５のよ
うにＢｉの添加量が60.0重量パーセント以上の場合には
基準値を満足させないが、60.0重量パーセント未満の場
合には基準値を満たす。

【００５９】更に、融点においては、実施例１５で示す
Ｂｉ１００パーセントを除いて、同図に示す全ての試験
例において基準値を満足している。よって、図２に示す
試験結果からも、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎを含有するはんだ合
金では融点（即ち、液相化温度）を低くすることができ
ることが実証される。

【００６０】また、図２の試験結果より、融点はＢｉの
添加量が増大するほど上昇する傾向を示しており、よっ
てＢｉの添加量を調整することによってもはんだ合金の
融点を制御することが可能である。尚、破断時間に注目
すると、比較例１０，１１のようにＢｉの添加量が 5.0
重量パーセント以下の場合、及び比較例１２〜１５のよ
うにＢｉの添加量が60.0重量パーセント以上の場合に
は、破断時間が短くなっており耐久性に劣ることが判
る。また、破断面形状に注目すると、Ｂｉの添加量が5
5.0重量パーセント未満の場合には延性破壊となってお
り、Ｂｉの添加量が55.0重量パーセント以上で脆性破壊
となる。

【００６１】図２の試験結果より上記の考察をまとめる
と、Ｓｎ−Ｉｎ共晶はんだ合金に対してＢｉを 5.0重量
パーセント越えた値で、かつ60.0重量パーセント未満の
添加した場合（図２における実施例２-1，２-2）に、は
んだ材料として適した特性を有するはんだ合金を得るこ
とができる。

【００６２】更に、上記した図１の試験結果と、図２の
試験結果とを総合的に判断すると、はんだ材料として適
した特性を有するはんだ合金の組成比は、Ｂｉの含有量
を60.0重量パーセントを越えない含有量とし、Ｉｎの含
有量を50.0重量パーセントを越えない含有量とし、かつ
残量をＳｎとした組成の場合であるということができ
る。

【００６３】また、図１に示したようにＩｎの含有量を
変化させた場合と図２に示したようにＢｉの含有量を変
化させた場合において共に判定値が良好となるはんだ合
金の組成比率は、Ｓｎ：約40.0重量パーセント，Ｂｉ：
約55.0重量パーセント，Ｉｎ：約 5.0重量パーセントで
ある。よって、はんだ合金の組成比率を上記のように設
定することにより最も良好なはんだ特性を得ることがで
きる。

【００６４】尚、上記のＳｎ，Ｂｉ，Ｉｎの組成比にお
いても、各組成比の値に“約”という語を付したのは、
はんだ合金（試験片）の作成時に、Ｓｎ，Ｂｉにおいて
は±１重量パーセント、Ｉｎにおいては±0.1 重量パー
セントの誤差が含まれると推定される。また、上記の事
項は請求項３においても同様である。

【００６５】続いて、図３を用いて本発明者が行った試
験結果について説明する。図３は、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ三
元共晶はんだ合金に対して、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎ以外の金
属元素を添加したはんだ合金を作成し、その特性につい
て試験した結果を示している。尚、図３では添加する金
属として銀（Ａｇ）と亜鉛（Ｚｎ）を用いた例を示して
いる。

【００６６】Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ三元共晶はんだ合金に対
してＡｇ，Ｚｎを添加した場合、比較例２１及び比較例
２２に示されるように、Ａｇ，Ｚｎの添加量が 5.0重量
パーセント以上の時は伸び率が基準値を満たさなくな
る。しかるに、Ａｇ，Ｚｎの添加量が 1.0重量パーセン
ト以上の場合には伸び率は基準値を満足させる。

【００６７】また、融点においては同図に示す全ての実
験例において基準値を満足しており、よって図３に示す
実験結果からＳｎ，Ｂｉ，Ｉｎ三元共晶はんだ合金に対
してＡｇ，Ｚｎを添加した構成のはんだ合金においても
融点（即ち、液相化温度）を低くすることができること
が実証される。

【００６８】よって、実施例３-1，３-2に示されるよう
に、Ａｇ，Ｚｎの添加量が1.0 以上でかつ 5.0未満の組
成比を有するはんだ合金は、全ての試験項目において基
準値を満足させる。また図３より、Ｂｉ及びＩｎの含有
量は、前記した図１の試験結果と図２の試験結果とを総
合的に判断することにより求められた値を満足してい
る。即ち、Ｂｉの含有量は60.0重量パーセントを越えな
い含有量となっており、かつＩｎの含有量は50.0重量パ
ーセントを越えない含有量となっている。

【００６９】図３の実験結果より上記の考察をまとめる
と、Ｂｉを60.0重量パーセントを越えない含有量とし、
Ｉｎを50.0重量パーセントを越えない含有量とし、Ａｇ
またはＺｎを 1.0重量パーセント以上で5.0 重量パーセ
ント未満の含有量とし、更に残量をＳｎとした組成とす
ることにより、はんだ材料として適した特性を有するは
んだ合金を得ることができる。

【００７０】尚、図３に示す試験においては、Ｓｎ−Ｂ
ｉ−Ｉｎ三元共晶はんだ合金に添加する金属材料として
Ａｇ，Ｚｎを適用した例を示したが、Ａｇ，Ｚｎに代え
てゲルマニウム（Ｇｅ），ガリウム（Ｇａ）等の金属元
素を添加してもよく、また非金属元素であるりん（Ｐ）
を添加しても図３に示す特性と近似した特性を得ること
ができる。

【００７１】更に、図３に示す試験においてはＳｎ−Ｂ
ｉ−Ｉｎ三元共晶はんだ合金に金属材料としてアンチモ
ン（Ｓｂ）を添加してもよい。このＳｂを添加すること
で、Ｓｎ−Ｐｂメッキに対する拡散の防止を図れる作用
・効果が発生する。ＰｂとＢｉが接触する場合、拡散の
発生により金属結晶の膨れ，剥離が発生し部品との接続
強度が著しく劣化する。Ｓｂを添加することでこのよう
な拡散を防止できることは、部品接合の信頼性上非常に
有利である。また、添加するＳｂの添加量は、1.0 〜5.
0 重量パーセントの範囲にすることが望ましく、その範
囲において引張強度と伸びを考慮して決定される。

【００７２】続いて、Ｓｎ，Ａｇ，Ｂｉより構成される
はんだ合金について説明する。図４はＳｎ，Ａｇ，及び
Ｂｉを含有させたはんだ合金に対し、引張強度，伸び
率，破断時間，破断面形状，融点を夫々試験して求めた
試験結果を示している。尚、図４に示される実験結果を
求めるに際し、本発明者が行った試験方法及び試験装置
は、前記した図１乃至図３に示される実験結果を求める
際に行った試験方法及び試験装置と同一（既述した通
り）であるためその説明は省略する。

【００７３】また、図１乃至図３に示した各試験結果と
同様に、図４においても、最右欄にある判定欄は、引張
強度，伸び率，破断時間，破断面形状，融点の夫々の特
性を総合的に判断した結果を示しており、はんだ材料と
して適用できる場合（基準合格の場合）には○印が、ま
た基準不合格の場合には×印が付されている。

【００７４】更に、本試験においては、はんだ材料とし
て適用できる基準として、(1) 引張強度が7kg/mm² 以上
で、(2) 伸び率が7.0 ％以上で、かつ(3) 融点が 220℃
以下であることとした。この基準は、前記したＳｎ，Ｂ
ｉ，Ｉｎにより構成されるはんだ材料の基準と異なる値
となっている。

【００７５】これは、近年の電子機器の多様化に伴い、
はんだ材料として伸び率はさほど必要としないが、高い
引張強度を有する特性が望まれるものがあり、以下説明
するＳｎ，Ａｇ，Ｂｉより構成されるはんだ合金はこの
ような要求に対応することを目的として作成されたもの
であるからである。

【００７６】図４の試験結果について考察する。図４
は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ三元共晶はんだ合金に対して、Ａ
ｇの含有量をなるべく一定となるように設定した上で、
Ｂｉの添加量を変化させたはんだ合金の各特性を示して
いる。

【００７７】同図より、引張強度に関してはＳｎ，Ａ
ｇ，Ｂｉより構成されるはんだ合金は、実施例４-1〜４
-6で示される各合金組成において基準値を満たしている
ことが判る。しかるに、有鉛はんだである比較例３０、
ＳｎとＢｉとの二元共晶はんだ合金である比較例３１、
及びＳｎとＡｇとの二元共晶はんだ合金である比較例３
２の各引張強度特性は、Ｓｎ，Ａｇ，Ｂｉより構成され
るはんだ合金に比べて低下しており基準値を満足してい
ない。

【００７８】また、伸び率に関しては、同図に示す全て
の試験例において基準値を満足している。尚、伸び率と
引張強度は相反する特性を示すことが知られており、引
張強度の特性が良好となる程伸び率は低下する傾向を示
す。上記したように、Ｓｎ，Ａｇ，Ｂｉより構成される
はんだ合金は特に高い引張強度特性を得ることを目的と
しており、よって実施例４-1〜４-6は高い引張強度特性
を有している反面、伸び率に関しては比較例３０〜３２
に対して低い値となっている。

【００７９】更に、融点においても、同図に示す全ての
試験例において基準値を満足している。特に、実施例４
-1〜４-6は１３９℃〜２２０℃の範囲の融点を有してい
る。従来における有鉛はんだにおいては、はんだ付け処
理を行う被接合材（例えば電子部品等）の耐熱温度の限
界を約１８３℃として有鉛はんだの組成が行われてい
た。しかるに、現状ではＳｎ−Ｐｂよりなる有鉛はんだ
に第３物質を添加することによりはんだの融点を調整す
ることが行われており、融点が２２０℃以上のはんだも
販売されている。従って、１３９℃〜２２０℃の範囲の
融点を有する実施例４-1〜４-6を適宜選定することによ
り、引張強度の特性の良好なはんだ合金を目的に応じて
選定して使用することが可能となる。

【００８０】また、破断時間に注目すると、破断時間は
伸び率に比例するため、実施例４-1〜４-6の破断時間特
性は比較例３０〜３２に対して低い値となっている。し
かるに、上記したように実施例４-1〜４-6は引張強度の
特性の良好であり、また破断時間の領域も約230sec〜67
0secとはんだ合金を用いた実装において特に問題となる
値ではない。

【００８１】また、破断面形状に注目すると、機械的強
度の面からいえば破断面形状は脆性破壊よりも延性破壊
の方が望ましいが、上記のようにＳｎ，Ａｇ，Ｂｉより
構成されるはんだ合金は高い引張強度特性を得ることを
目的としているため、実施例４-1〜４-6に示されるよう
に破断面形状が脆性破壊であっても特に問題となること
はない。

【００８２】図４の試験結果をまとめると、実施例４-1
〜４-6に示されるＳｎ，Ａｇ，Ｂｉより構成されるはん
だ合金は、実施例３０〜３２で示される他の組成を有す
る共晶はんだ合金に対して、極めて良好な引張強度特性
を得ることができる。また融点に関しては、従来からは
んだ処理に用いている温度範囲内で種々の値に設定する
ことが可能である。従って、被はんだ付け部材の特性等
に応じてはんだ付け温度の選定の自由度を向上すること
ができ、かつ高い引張強度を有するはんだ付け処理が可
能となる。

【００８３】また、実施例４-1〜４-6に示されるＳｎ，
Ａｇ，Ｂｉの組成比を定量的に解析すると、Ｓｎ，Ａ
ｇ，Ｂｉの各成分の組成比は、定数 Xの値を 0≦ X＜10
0 とした場合、Ｓｎの含有量は96.5×(100−X)/100重量
パーセント、Ａｇの含有量は 3.5×(100−X)/100重量パ
ーセント、Ｂｉの含有量は X重量パーセントとして示す
ことができる。よって、定数Ｘの値を適宜選定すること
により、被はんだ付け部材の特性に適合した融点を有
し、かつ高い引張強度のはんだ合金を得ることができ
る。

【００８４】尚、実施例４-1は請求項１０に、実施例４
-2は請求項１１に、実施例４-3は請求項１２に、実施例
４-4は請求項１３に、実施例４-5は請求項１４に、実施
例４-6は請求項１５に夫々対応している。続いて、上記
した各はんだ合金の応用例について説明する。

【００８５】図５は、上記した各はんだ合金を用いては
んだ粉末を形成した実施例を示している。図５（Ａ）
は、図１に示した実施例１-1〜１-5及び図２に示した実
施例２-1，２-2のはんだ合金を直径２０〜６０μｍの球
体形状とすることによりはんだ粉末を形成したものであ
る。また、図５（Ｂ）は、図３に示した実施例３-1，３
-2のはんだ合金を直径２０〜６０μｍの球体形状とする
ことによりはんだ粉末を形成したものである。更に、図
５（ｃ）は、図４に示した実施例４-1〜４-6のはんだ合
金を直径２０〜６０μｍの球体形状とすることによりは
んだ粉末を形成したものである。

【００８６】また、図５（Ｄ）は、図１に示した実施例
１-1〜１-5及び図２に示した実施例２-1，２-2のはんだ
合金粉末の表面に、ＳｎもしくはＧｅを 0.1〜 5.O重量
パーセント有する合金をメッキして、全体の直径が２０
〜６０μｍの球体形状とした構成のはんだ粉末を示して
いる。

【００８７】また、図５（Ｅ）は、図３に示した実施例
３-1，３-2のはんだ合金粉末の表面に、ＳｎもしくはＧ
ｅを 0.1〜 5.O重量パーセント有する合金をメッキし
て、全体の直径が２０〜６０μｍの球体形状とした構成
のはんだ粉末を示している。更に、図５（Ｆ）は、図４
に示した実施例４-1〜４-6のはんだ合金粉末の表面に、
ＳｎもしくはＧｅを 0.1〜 5.O重量パーセント有する合
金をメッキして、全体の直径が２０〜６０μｍの球体形
状とした構成のはんだ粉末を示している。

【００８８】また、図５（Ｇ）は、図１に示した実施例
１-1〜１-5及び図２に示した実施例２-1，２-2のはんだ
合金粉末の表面に、20.0重量パーセントを越えるＳｎと
60.0重量パーセントを越えないビスマス（Ｂｉ）を含有
する合金をメッキして、全体の直径が２０〜６０μｍの
球体形状とした構成のはんだ粉末を示している。

【００８９】また、図５（Ｈ）は、図３に示した実施例
３-1，３-2のはんだ合金粉末の表面に、20.0重量パーセ
ントを越えるＳｎと60.0重量パーセントを越えないビス
マスＢｉを含有する合金をメッキして、全体の直径が２
０〜６０μｍの球体形状とした構成のはんだ粉末を示し
ている。

【００９０】更に、図５（Ｉ）は、図４に示した実施例
４-1〜４-6のはんだ合金粉末の表面に、20.0重量パーセ
ントを越えるＳｎと60.0重量パーセントを越えないビス
マスＢｉを含有する合金をメッキして、全体の直径が２
０〜６０μｍの球体形状とした構成のはんだ粉末を示し
ている。

【００９１】上記した各実施例のように、はんだ合金を
直径が２０〜６０μｍの粉末体とすることにより、この
はんだ粉末をはんだペーストとして用いることが可能と
なる。また、図４（Ｄ）〜（Ｉ）に示した実施例のよう
に、はんだ合金をＳｎ、もしくはＧｅを 0.1〜 5.O重量
パーセント有する合金、或いは20.0重量パーセントを越
えるＳｎと60.0重量パーセントを越えないビスマスＢｉ
を含有する合金でメッキすることにより、はんだ合金の
酸化を防止することができ、はんだペーストの信頼性を
向上させることができる。

【００９２】続いて、上記した各はんだ粉末を用いたは
んだペーストについて説明する。上記したはんだ粉末を
用いてはんだペーストを作成する場合、本発明者の試作
では(1)80.0 〜95.0重量パーセントの含有量を有するは
んだ粉末と、全体として20.0〜 5.0重量パーセントの含
有量を有するアミンハロゲン塩と多価アルコールと高分
子材料との混合物とを混合した構成、或いは(2)80.0 〜
95.0重量パーセントの含有量を有するはんだ粉末と、全
体として20.0〜 5.0重量パーセントの含有量を有する有
機酸と多価アルコールと高分子材料と混合物とを混合し
た構成とした場合にはんだペーストとして良好な特性を
得られることが判った。

【００９３】また、はんだ粉末に混合するアミンハロゲ
ン塩としては、アクリルアミン塩酸塩，アニリン塩酸
塩，ジエチルアミン塩酸塩，シクロヘキシルアミン塩酸
塩，モノメチルアミン塩酸塩，ジメチルアミン塩酸塩，
トリメチルアミン塩酸塩，フェニルヒドラジン塩酸塩，
ｎ−ブチルアミン塩酸塩，０−メチルヒドラジン塩酸
塩，エチルアミン臭酸塩，シクロヘキシル臭酸塩，２−
アミノエチルブロミド臭酸塩，トリ−ｎ−ブチルアミン
臭酸塩等が好適である。

【００９４】また、はんだ粉末に混合する有機酸として
は、シュウ酸，マロン酸，コハク酸，グルタル酸，アジ
ピン酸，ピメリン酸，スベリン酸，アゼライン酸，セバ
シン酸，マレイン酸，洒石酸，安臭香酸，酢酸，ヒドロ
キシ酢酸，プロピオン酸，ブチリック酸，パレリック
酸，カプロン酸，エナント酸，カプリン酸，ラウリル
酸，ミリスチン酸，パルミチン酸，ステアリン酸等が好
適である。

【００９５】図６は上記した図１乃至図３に示されるは
んだ合金を用いたはんだ粉末を用いたはんだペーストの
混合例を示しており、また図７は上記した図４に示され
るはんだ合金を用いたはんだ粉末を用いたはんだペース
トの混合例を示している。上記したアミンハロゲン塩或
いは有機酸は活性剤として機能する。また、基材として
はアビエチン酸，デヒドロアビエチン酸，α−テルピネ
オール等を適用することができる。また、チクソ材は粘
度の調整をするものであり、高分子材である硬化ヒマシ
油等を適用することができる。また、溶剤としては多価
アルコールである２−メチル２，４−ペンタジオール等
を適用することができる。

【００９６】上記したはんだペーストを用いることによ
り、Ｐｂを用いないはんだペーストによりはんだリフロ
ー処理が可能となり、生産性の良いはんだ処理を行うこ
とが可能となる。図８は、プリント配線板に一般に行わ
れるはんだメッキに上記したはんだ合金を適用した例を
示している。

【００９７】同図に示されるように、プリント配線板１
はガラス−エポキシ製のベース材２の表面に銅（Ｃｕ）
により形成された外部接続端子３が形成さたれ構成とさ
れている。この外部接続端子３上に図１乃至図３を用い
て説明した各はんだ合金をメッキ処理したところ、Ｃｕ
と各はんだ合金との接合性は良好であり、外部接続端子
３上にはんだ合金膜４を形成することができた。

【００９８】また、図９は電子部品の接続端子（リー
ド）に一般に行われるはんだメッキに上記したはんだ合
金を適用した例を示している。また、本実施例において
は、電子部品として半導体装置５を例に挙げている。同
図に示されるように、半導体装置５は、樹脂パッケージ
６の側部よりＣｕ，42alloy,Covar 等により形成された
リード７が延出した構成とされている。このリード７上
に図１乃至図３を用いて説明した各はんだ合金をメッキ
処理したところ、Ｃｕ及び上記した各合金と各はんだ合
金との接合性は良好であり、リード７上にはんだ合金膜
８を形成することができた。

【００９９】上記のように、本発明に係るはんだ合金は
プリント配線板１に形成される外部接続端子３及び半導
体装置５のリード７に共にはんだメッキを行うとができ
るため、半導体装置５をプリント配線板１に実装する際
に外部接続端子３とリード７とを確実にはんだ付けする
ことができ、実装時における信頼性を向上させることが
できる。

【０１００】更に、図１０は電子部品の外部接続端子と
なる突起電極（バンプ）に上記したはんだ合金を適用し
た例を示している。また、本実施例においては、電子部
品として半導体装置９を例に挙げている。同図に示され
るように、半導体装置９は、半導体素子（図に現れず）
を搭載した基板１３と、この基板１３の上部に配設され
た樹脂パッケージ１４とにより構成される半導体装置本
体１０の下面に複数のはんだバンプ１１を配設した構成
とされている。このはんだバンプ１１はプリント基板１
２上に形成された所定の電極にはんだ付けされる。この
はんだバンプ１１として上記したはんだ合金を例えばボ
ールに形成したものを用いることにより、有鉛はんだを
用いることなく半導体装置９をプリント基板１２にフェ
イスダウンボンディングを行うことが可能となる。

【０１０１】続いて、上記したＰｂを含有しないはんだ
合金を用いたはんだ付け方法及びはんだ付け装置につい
て説明する。本発明者は、図１乃至図４に夫々示した実
験結果において、他の実施例に対して伸び率の値が異常
に大きい実施例が発生することに注目し、このように伸
び率の値が異常に大きいはんだ合金が発生する原因を究
明する実験を行った。

【０１０２】ここで伸び率の値が異常に大きい実施例と
は、図１における実施例１-5，図３における実施例３-
2，図４における実施例４-1等である。また、先に述べ
た図１乃至図４に夫々示した実験結果以外においても、
本発明者が実施した各種実験においてＳｎ，Ｂｉを含む
はんだ合金において頻繁に急激な伸び率の上昇が見られ
ることが判った。

【０１０３】先ず、本発明者が上記のように他の実施例
に対して伸び率の値が異常に大きい実施例が発生する理
由として考えたのは不純物の混入である。そこで、本発
明者は、前記したと同様の作成方法によりＳｎ，Ｂｉよ
りなるはんだ合金で試験片を作成し、伸び率を測定した
結果上記の異常が発生している試験片に対して成分分析
を行った。分析方法としては、蛍光Ｘ線分析法(SEIKO I
NSTRUMENTS製 :SFT7355 を使用) と誘導プラズマ発光分
光分析法（ＩＣＰ）を併用した。

【０１０４】その結果、伸び率に異常が発生している試
験片の成分は、ＳｎとＢｉのみであり、不純物（第３元
素）は混入していないことが判った。次に、本発明者が
伸び率が大きくなる理由として考えたのは、試験片の作
成条件の差である。具体的には、Ｓｎ，Ｂｉを含むはん
だ合金を鋳型にて鋳造する際の冷却状態に注目し、冷却
の行い方（冷却速度）を種々変更し、作成された試験片
の特性を調べる実験を行った。以下、実験結果について
説明する。

【０１０５】図１１は、試験片の冷却速度を種々変更し
た場合における、各試験片の機械的特性（引張強度，伸
び率，破断時間，破断面形状）及び物質特性（表面状
態，金属組織状態）を調べた実験結果を示している。ま
た、本実験では試験片としてＳｎの含有率が42.0重量パ
ーセント，Ｂｉの含有率が58.0重量パーセントのＳｎ−
Ｂｉの二元共晶はんだ合金を用いた。

【０１０６】更に、本実験においては、冷却条件として
自然冷却，水冷（強制冷却），徐冷の３種類を設定し
た。ここで、自然冷却とは溶融した上記はんだ合金を鋳
型に充填した後常温雰囲気中に放置することにより冷却
する方法である（実施例５-1〜実施例５-3) 。また、水
冷とははんだ合金を鋳型に充填した後、鋳型を水により
強制的に冷却する方法である（実施例５-4）。更に、徐
冷とははんだ合金を鋳型に充填した後、鋳型を保温材内
に入れて徐々に冷却する方法である（実施例５-5）。

【０１０７】上記の各冷却方法を採用することにより、
溶融したはんだ合金の冷却速度を変更することができ
る。更に、自然冷却においては、鋳型の温度を２００℃
（実施例５-1），１００℃（実施例５-2），２５℃（実
施例５-3）の夫々に設定した上で溶融したはんだ合金を
流し込むことにより、同一の冷却方法を採用しつつ冷却
速度を変更する実験も試みた。

【０１０８】また、図１１に示される実施例５-1〜実施
例５-5の各機械的特性は、単一の試験片による実験結果
ではなく、バラツキ及び外乱の影響を低減させる面よ
り、３個のサンプル試験片を作成し、夫々に対して機械
的特性を求める実験を行った結果の平均値を示してい
る。

【０１０９】図１２は実施例５-1の各サンプル試験片の
実験結果であり、図１３は実施例５-2の各サンプル試験
片の実験結果であり、図１４は実施例５-3の各サンプル
試験片の実験結果であり、図１５は実施例５-4の各サン
プル試験片の実験結果であり、図１６は実施例５-5の各
サンプル試験片の実験結果である。

【０１１０】また、図１７は実施例５-1の各サンプル試
験片において平均値に最も近いサンプル試験片に対して
引張試験を行った荷重−伸び線図を示しており、図１８
は実施例５-2の各サンプル試験片において平均値に最も
近いサンプル試験片に対して引張試験を行った荷重−伸
び線図を示しており、図１９は実施例５-3の各サンプル
試験片において平均値に最も近いサンプル試験片に対し
て引張試験を行った荷重−伸び線図を示しており、図２
０は実施例５-4の各サンプル試験片において平均値に最
も近いサンプル試験片に対して引張試験を行った荷重−
伸び線図を示しており、図２１は実施例５-5の各サンプ
ル試験片において平均値に最も近いサンプル試験片に対
して引張試験を行った荷重−伸び線図を示している。

【０１１１】更に、図２２は実施例５-1の代表的な破断
面状態を示しており、図２３は実施例５-2の代表的な破
断面状態を示しており、図２４は実施例５-3の代表的な
破断面状態を示しており、図２５は実施例５-4の代表的
な破断面状態を示しており、図２６は実施例５-5の代表
的な破断面状態を示している。

【０１１２】図１１に示す実験結果は、上記した図１２
乃至図２５をまとめたものである。以下、図１１に示す
実験結果に基づき、冷却条件とはんだ合金の機械的特性
との関係について考察する。先ず、実施例５-1, 実施例
５-4, 実施例５-5に基づき、鋳型温度が２００℃であっ
た場合において、冷却条件（自然冷却，水冷，徐冷却）
を変更することにより冷却速度を変更した時の機械的特
性に注目する。

【０１１３】図１１の実験結果より、冷却速度が最も遅
い徐冷却の場合が最も伸び率が低く(20.44％）、続いて
冷却速度が早くなるに従い、自然冷却（伸び率33.67
％),水冷（伸び率89.48 ％) の順で伸び率は向上してい
る。従って、実施例５-1, 実施例５-4, 実施例５-5の実
験結果を比較することにより、冷却速度が速いほど伸び
率が向上することが判る。

【０１１４】続いて、実施例５-1〜実施例５-3に基づ
き、冷却条件を同一（自然冷却）とした上で鋳型温度を
変更することにより冷却速度を変更した時の機械的特性
に注目する。図１１の実験結果より、冷却速度が最も遅
い鋳型温度が２００℃の場合が最も伸び率が低く(33.67
％）、続いて鋳型温度が低くなるに従い、鋳型温度が１
００℃（伸び率137.50％),鋳型温度が２５℃（伸び率21
8.33％) の順で伸び率は向上している。従って、実施例
５-1〜実施例５-3の実験結果を比較することによって
も、冷却速度が速いほど伸び率が向上することが判る。

【０１１５】上記実験結果をまとめると、はんだ合金の
機械的特性は、はんだ合金の組成が同一である場合には
冷却速度に応じて変化し、冷却速度が速いほど伸び率が
向上することが判明した。また、これに伴い、冷却速度
が速いほど破断面形状も延性破断となっている。

【０１１６】このように冷却速度が速いほど伸び率が向
上する理由を考察すると、図１１の実験結果より、伸び
率が良好な値を示す実施例５-2〜実施例５-4においては
試験片の表面に鱗状の模様は観察されず（急冷しない一
般のＳｎ４２−Ｂｉ５８のはんだ合金は表面に鱗状の模
様が存在する）、また金属組織観察を行った結果実施例
５-2〜実施例５-4においてはＳｎの組織が肥大化してい
ることが判った。よって、上記の物質的特性から推定す
ると、伸び率が向上する原因は、Ｓｎの組織が肥大化に
起因しているものと思われる。

【０１１７】また、前述したように伸び率の急激な上昇
は、Ｓｎ，Ｂｉよりなるはんだ合金ばかりでなく他の組
成のはんだ合金においても発生しているため、これらの
他の組成のはんだ合金における伸び率の急激な上昇も冷
却速度を速くしたことに起因して発生しているものと思
われる。

【０１１８】上述してきた実験結果より、冷却速度が速
いほど伸び率が向上することが判明した。一方、伸び率
の良好なはんだ合金は、特に可撓変位するフレキシブル
基板におけるはんだ付け等の、はんだ接続位置に大きな
撓みが印加される部位のはんだ付けに用いて大きな効果
を期待することができる。従って、はんだ付け処理にお
いてはんだ合金を冷却することにより、伸び率の良好
な、従ってはんだ付け部位に荷重が印加されてもこれに
耐えうるはんだ付け処理をを行うことが可能となる。

【０１１９】以下、上記した理由に基づくはんだ付け方
法及びはんだ付け装置について説明する。図２７は、本
発明の一実施例であるはんだ付け方法をプリント配線板
のはんだ付け処理に適用した場合の工程図を示してい
る。尚、本発明に係るはんだ付け方法は、プリント配線
板のはんだ付け処理に限定されるものではなく、種々の
はんだ付け作業に適用できるものである。

【０１２０】図２７に示されるプリント配線板のはんだ
付け処理方法では、先ずステップ１０にいおて、プリン
ト配線板のはんだ付け位置にフラックスを塗布するフラ
ックス塗布工程を実施する。このフラックス塗布工程
は、いわゆるはんだ濡れ性を向上するために行われるも
のであり、上述したＰｂを含まない各種はんだ合金に対
応して選定される。

【０１２１】続くステップ１２では、プリント配線板に
対して予備加熱を行う予備加熱工程が実施される。この
ように、プリント配線板に対して予備加熱を行うことに
より、はんだ合金の部分的な冷却に起因したはんだの不
均一化を防止することができる。

【０１２２】続くステップ１４では、プリント配線板に
溶融したはんだ合金を配設してはんだ付け処理を行うは
んだ付け工程が行われる。このはんだ付け工程では、例
えばはんだ合金を溶融したはんだ浴中にプリント配線板
を浸漬させることにより行われる。尚、上記したステッ
プ１０〜ステップ１４までの各工程は、有鉛はんだを用
いる従来方法においても実施されている工程である。

【０１２３】続くステップ１６では、はんだ付けした部
位を冷却する冷却工が実施される。この冷却工程は本発
明方法の特徴となる工程であり、ステップ１４のはんだ
付け工程において溶融され高温となっているはんだ合金
を急激に冷却することにより、前述したようにはんだ合
金の伸び率を向上させることができる。

【０１２４】この際、はんだ合金を急激に冷却する具体
的な方法としては、上記のはんだ付けした部位に冷媒
（例えば、冷却ガスまたは揮発性有機溶剤等）を吹き付
けることが考えられる。このように、冷却手段として冷
媒を用いることにより、局所的な（即ち、はんだ付け部
位のみに対する）冷却を行うことができ、プリント配線
板に配設される他の部品等に冷却により影響が及ぶのを
防止することができる。

【０１２５】図２８は、本発明の一実施例であるはんだ
付け装置を示している。同図に示すはんだ付け装置２０
は、前記した図２７に示したはんだ付け処理方法に対応
したものであり、被接合材として板状の部材（例えばプ
リント配線板）のはんだ付け処理に用いられるものであ
る。しかるに、本実施例に係るはんだ付け装置２０は、
プリント配線板のはんだ付け処理に限定されるものでは
なく、種々のはんだ付け作業に適用できるものである。

【０１２６】はんだ付け装置２０は、大略するとフラッ
クス塗布装置２１，予備加熱装置２２，はんだ付け処理
装置２３，搬送コンベア２４，及び本発明の特徴となる
冷却装置２５等により構成されている。プリント配線板
２６は、搬送コンベア２４に載置されて図中矢印で示す
方向に搬送される。また、プリント配線板２６の搬送方
向に対する上流側より順にフラックス塗布装置２１，予
備加熱装置２２，はんだ付け処理装置２３，冷却装置２
５が配設されている。

【０１２７】従って、プリント配線板２６は搬送コンベ
ア２４により搬送される過程において、フラックス塗布
装置２１によりプリント配線板２６のはんだ付け位置に
フラックスが塗布され、続く予備加熱装置２２によりプ
リント配線板２６の予備加熱処理が行われ、続くはんだ
付け処理装置２３により上記したＰｂを含まないはんだ
合金を用いて所定のはんだ付け処理が行われる。

【０１２８】上記のようにはんだ付け処理が行われたプ
リント配線板２６は、搬送コンベア２４により冷却装置
２５に送られる。冷却装置２５は、はんだ付け処理装置
２３により溶融され高温となっているはんだ合金を急激
に冷却する。これにより、前述したようにはんだ合金の
伸び率を向上させることができる。

【０１２９】冷却装置２５の具体的構成を図２９乃至図
３１に示す。図２９に示す冷却装置２５Ａは、冷媒とし
て液体窒素を用いたものであり、液体窒素は液体窒素タ
ンク２７に充填されている。この液体窒素タンク２７内
の液体窒素は気化器２８に供給される構成されており、
液体窒素はこの気化器２８において気化されて低温の冷
却ガスとなる。

【０１３０】気化器２８で生成さたれ冷却ガス（窒素ガ
ス）は、冷却ガスノズル３０が接続されている冷却ガス
供給パイプ２９に供給され、よって冷却ガスは冷却ガス
ノズル３０からプリント配線板２６のはんだ合金配設位
置に向け噴射される。これにより、プリント配線板２６
に配設されたはんだ合金は急冷却され、はんだ合金の伸
び率を向上させることができる。

【０１３１】一方、図３０に示す冷却装置２５Ｂは、冷
媒として揮発性溶剤であるフレオンを用いたものであ
る。フレオンはフレオンタンク３１に充填されている。
このフレオンタンク３１には、フレオン噴射ノズル３０
が接続されたフレオン供給パイプ３３が接続されてい
る。

【０１３２】フレオンタンク３１内のフレオンがフレオ
ン供給パイプ３３に流出する、上記のようにフレオンは
揮発性溶剤であるため気化して低温のフレオンガスが発
生する。この低温のフレオンガスは、フレオン供給パイ
プ３３を通りフレオン噴射ノズル３０からプリント配線
板２６のはんだ合金配設位置に向け噴射される。これに
より、プリント配線板２６に配設されたはんだ合金は急
冷却され、はんだ合金の伸び率を向上させることができ
る。

【０１３３】更に、図３１に示す冷却装置２５Ｃは、前
記した図２９に示した冷却装置２５Ａを利用して管状の
被接合材（本実施例ではパイプ材３４）に対する冷却処
理を行うよう構成されたものである。尚、図２９に示し
た構成と同一構成については同一符号を付してその説明
を省略する。

【０１３４】冷却装置２５Ｃは、冷却ガスノズル３５を
環状形状とすると共に、内側に向け冷却ガス（窒素ガ
ス）を噴射しうる複数の噴射口３６を設けた構成とされ
ている。この冷却ガスノズル３５は、筒状形状の冷却管
３７内に配設されている。図示されるように、はんだ鏝
３８を用いてＳｎ−Ｂｉ共晶糸はんだ３９を溶融してパ
イプ材３４に対しはんだ付け処理を行うと、このパイプ
材３４は冷却装置２５Ｃの冷却管３７内に挿入される。
前記したように、冷却管３７内には冷却ガス（を内側に
向け噴射する複数の噴射口３６を有した冷却ガスノズル
３５が設けられているため、パイプ材３４のはんだ付け
された部位は一括的に冷却ガスノズル３５により冷却さ
れる。

【０１３５】このように、冷却装置２５Ｃによれば被接
合材が管状形状を有しているパイプ材３４であっても、
はんだ合金の配設位置を均一に冷却することができ、均
一の伸び率特性を有するはんだ付け処理を行うことが可
能となる。尚、冷却装置２５の構成は図２９乃至図３１
に示した構成に限定されるものではなく、種々の構成の
冷却装置を適用することができる。

【０１３６】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、はんだ合
金，はんだ粉末，はんだペースト，プリント配線板及び
電子部品を鉛を含有しない構成とすることができ、鉛の
毒性に係わる各種悪影響を排除することができ安全性が
向上すると共に、環境規制対策に対応することができ
る。

【０１３７】また、上記構成とされたはんだ合金は、機
械的強度を維持しつつ、従来よりも低温ではんだ付けを
行うことが可能となるため、はんだ付けを行う被接合材
に対するダメージを低減でき、被接合材に対する前処理
の簡単化及び被接合材を構成する材料の低コスト化を図
ることができる。

【０１３８】更に、上記のはんだ付け方法及びはんだ付
け装置を用いることにより、機械的特性（伸び率）の良
好なはんだ付け処理を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎを含有したはんだ合金におい
て、Ｉｎの含有量を変化させた場合における引張強度，
伸び率，破断時間，破断面形状，融点等を求めた試験結
果を示す図である。

【図２】Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎを含有したはんだ合金におい
て、Ｂｉの含有量を変化させた場合における引張強度，
伸び率，破断時間，破断面形状，融点等を求めた試験結
果を示す図である。

【図３】Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎにこれ以外の金属元素もしく
は非金属元素を添加したはんだ合金に対し、引張強度，
伸び率，破断時間，破断面形状，融点を夫々試験して求
めた試験結果を示す図である。

【図４】Ｓｎ，Ａｇ，Ｂｉを含有したはんだ合金におい
て、主にＢｉの含有量を変化させた場合における引張強
度，伸び率，破断時間，破断面形状，融点等を求めた試
験結果を示す図である。

【図５】本発明の一実施例であるはんだ粉末を説明する
ための図である。

【図６】本発明の一実施例であるはんだペースト（はん
だ合金としてＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ及びＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ−
Ａｇを用いた場合）を説明するための図である。

【図７】本発明の一実施例であるはんだペースト（はん
だ合金としてＳｎ−Ａｇ−Ｂｉを用いた場合）を説明す
るための図である。

【図８】本発明の一実施例であるプリント配線板を説明
するための図である。

【図９】本発明の一実施例である電子部品（接続端子と
してリードを用いたもの）を説明するための図である。

【図１０】本発明の一実施例である電子部品（接続端子
としてバンプを用いたもの）を説明するための図であ
る。

【図１１】試験片作成条件とはんだ合金の機械的特性と
の関係を求めた実験結果を示す図である。

【図１２】図１１における実施例５-1の各サンプル試験
片の実験結果を示す図である。

【図１３】図１１における実施例５-2の各サンプル試験
片の実験結果を示す図である。

【図１４】図１１における実施例５-3の各サンプル試験
片の実験結果を示す図である。

【図１５】図１１における実施例５-4の各サンプル試験
片の実験結果を示す図である。

【図１６】図１１における実施例５-5の各サンプル試験
片の実験結果を示す図である。

【図１７】実施例５-1の各サンプル試験片において平均
値に最も近いサンプル試験片に対して引張試験を行った
荷重−伸び線図を示す図である。

【図１８】実施例５-2の各サンプル試験片において平均
値に最も近いサンプル試験片に対して引張試験を行った
荷重−伸び線図を示す図である。

【図１９】実施例５-3の各サンプル試験片において平均
値に最も近いサンプル試験片に対して引張試験を行った
荷重−伸び線図を示す図である。

【図２０】実施例５-4の各サンプル試験片において平均
値に最も近いサンプル試験片に対して引張試験を行った
荷重−伸び線図を示す図である。

【図２１】実施例５-5の各サンプル試験片において平均
値に最も近いサンプル試験片に対して引張試験を行った
荷重−伸び線図を示す図である。

【図２２】実施例５-1の代表的な破断面状態を示す図で
ある。

【図２３】実施例５-2の代表的な破断面状態を示す図で
ある。

【図２４】実施例５-3の代表的な破断面状態を示す図で
ある。

【図２５】実施例５-4の代表的な破断面状態を示す図で
ある。

【図２６】実施例５-5の代表的な破断面状態を示す図で
ある。

【図２７】本発明の一実施例であるはんだ付け方法を示
す工程図である。

【図２８】本発明の一実施例であるはんだ付け装置の構
成図である。

【図２９】冷却装置の一例を示す構成図である。

【図３０】冷却装置の一例を示す構成図である。

【図３１】冷却装置の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１，プリント配線板 ２ ベース材 ３ 外部接続端子 ４，８ はんだ合金膜 ５，９ 半導体装置 ６ 樹脂パッケージ ７ リード １１ はんだバンプ ３０ はんだ付け装置 ２１ フラックス塗布装置 ２２ 予備加熱装置 ２３ はんだ付け処理装置 ２４ 搬送コンベア ２５，２５Ａ〜２５Ｃ 冷却装置 ２６ プリント配線板 ２７ 液体窒素タンク ２８ 気化器 ２９ 冷却供給パイプ ３０，３５ 冷却ガスノズル ３１ フレオンタンク ３２ フレオン噴射ノズル ３３ フレオン供給パイプ ３４ パイプ材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２Ｃ (72)発明者 根本 義則 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 福島 由美子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−1179（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−238479（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−230894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177995（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−9992（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−13293（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−63491（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開629466（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/22 - 35/26 B23K 35/363 B22F 1/02 H05K 3/24 H05K 3/34

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４０重量パーセントの錫（Ｓｎ）と、 ５５重量パーセントのビスマス（Ｂｉ）と、 ５重量パーセントのインジュウム（Ｉｎ）と、からなる
   はんだ合金。
2. 【請求項２】 ３４重量パーセントの錫（Ｓｎ）と、 ４６重量パーセントのビスマス（Ｂｉ）と、 ２０重量パーセントのインジュウム（Ｉｎ）と、からな
   るはんだ合金。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のはんだ合金を、 直径２０〜６０μｍの球体形成としたことを特徴とする
   はんだ粉末。
4. 【請求項４】 請求項３記載のはんだ粉末において、 粉末表面に錫（Ｓｎ）もしくはゲルマニウム（Ｇｅ）を
   0.1〜 5重量パーセント有する合金をメッキしたことを
   特徴とするはんだ粉末。
5. 【請求項５】 80〜95重量パーセントの含有量を有する
   請求項３または４記載のはんだ粉末と、 全体として20〜 5重量パーセントの含有量を有するアミ
   ンハロゲン塩と多価アルコールと高分子材料との混合物
   とを混合した構成としたことを特徴とするはんだペース
   ト。
6. 【請求項６】 80〜95重量パーセントの含有量を有する
   請求項３または４記載のはんだ粉末と、 全体として20〜 5重量パーセントの含有量を有する有機
   酸と多価アルコールと高分子材料と混合物とを混合した
   構成としたことを特徴とするはんだペースト。
7. 【請求項７】 ベース材と、該ベース材上に形成された
   電子部品端子接続パターンとを具備するプリント配線板
   において、 上記電子部品端子接続パターンに、請求項１または２記
   載のはんだ合金をメッキしたことを特徴とするプリント
   配線板。
8. 【請求項８】 電子部品本体より接続端子が延出した構
   成の電子部品において、 上記接続端子に、請求項１または２記載のはんだ合金を
   メッキしたことを特徴とする電子部品。
9. 【請求項９】 電子部品本体に接続端子として突起電極
   が形成された構成の電子部品において、 上記突起電極を請求項１または２記載のはんだ合金によ
   り形成したことを特徴とする電子部品。
10. 【請求項１０】 請求項１または２記載のはんだ合金を
    用いて被接合部材に対してはんだ付け処理を行うはんだ
    付け工程と、 上記はんだ付け工程終了後にはんだ付けした部位を冷却
    する冷却工程とを有することを特徴とするはんだ付け方
    法。
11. 【請求項１１】 請求項１または２記載のはんだ合金を
    用いて被接合部材に対してはんだ付け処理を行うはんだ
    付け処理装置と、 上記はんだ付け工程終了後にはんだ付けした部位を冷却
    する冷却装置とを具備することを特徴とするはんだ付け
    装置。