JPH09326554A

JPH09326554A - 電子部品接合用電極のはんだ合金及びはんだ付け方法

Info

Publication number: JPH09326554A
Application number: JP8143905A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sakai; 良典酒井; Kenichiro Suetsugu; 憲一郎末次; Atsushi Yamaguchi; 敦史山口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-06
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 1997-12-16
Also published as: CN1195311A; WO1997046350A1; US6325279B1; US6077477A; DE69712174T2; EP1084791A1; DE69712174D1; KR100510046B1; EP0858859A1; EP0858859B1; EP1084792A1; KR19990036201A; CN1094084C; EP0858859A4

Abstract

(57)【要約】【課題】鉛を含まず、組織が微細で、耐熱疲労特性に
優れた電子部品接合用電極のはんだ合金を提供する。【解決手段】主要構成成分がＳｎ、Ａｇ及びＣｕから
構成される電子部品接合用電極のはんだ合金であって、
各成分の重量比が、Ｓｎが９２〜９７重量％、Ａｇが
３．０〜６．０重量％及びＣｕが０．１〜２．０重量％
からなることを特徴とする電子部品接合用電極のはんだ
合金であって、Ｓｎを主成分とするはんだに、Ａｇを少
量添加することにより、微細な合金組織を持ち、組織変
化を少なくすることが可能で、耐熱疲労時に優れた合金
を得ることができる。また、Ｃｕを少量添加することに
より、金属間化合物を生成し接合強度を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路基板へ部
品実装を行うための電子部品接合用電極表面のはんだ合
金及びそのはんだ付け方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子部品実装技術において、電子
部品を搭載実装した電子回路基板を用いた商品が増加し
てきている。それに伴い、はんだ付け部の機械的接合強
度の向上や、熱衝撃強度の向上等の高信頼化への要求が
高まってきている。一方、地球環境保護への関心が高ま
る中、電子回路基板などの産業廃棄物の処理について法
的規制が検討されている。

【０００３】以下、従来の電子部品のはんだ付け接合用
電極表面のはんだ合金及びそのはんだ付け方法の概要に
ついて、図面を参照しながら説明する。図１は従来の電
子部品接合用電極の電極構成を示す概要図で、図２は従
来の電子部品接合用電極の接合界面における金属組織図
である。図１において、３はＳｎ・Ｐｂ、４はＮｉ、５
はＡｇであって、これらは、はんだ合金で、電子部品７
の電極を構成している。特に、電極表面材料にはＳｎ、
Ｐｂ合金が使われている。図２の電子部品接合用電極の
接合界面の金属組織図において、１はα固溶体でＳｎリ
ッチ相である。２はβ固溶体でＰｂリッチ相である。以
上のような従来のはんだ合金は、電極表面における金属
組成がＳｎ９０重量％及びＰｂを１０重量％からなるも
のが用いられおり、その融点は１８３℃〜２１０℃であ
る。この電極に接合用金属であるはんだ合金によりはん
だ付けを行うと、その合金組織は、α固溶体１とβ固溶
体２がラメラ状となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のはんだ付けにお
いて、電子部品のはんだ付け接合用電極のはんだ合金
は、接合用はんだ合金によりはんだ付けを行うと、その
合金組織がラメラ状となり、特に、高温環境下において
繰り返し晒されると、その組織の肥大化が生じ、はんだ
に応力がかかると、その組織界面ですべりが生じ、はん
だクラックが生じるという問題点を有していた。

【０００５】また、環境保護の立場から、はんだ合金
（Ｓｎ−Ｐｂ合金）中に含まれる鉛の規制が進みつつあ
り、従来のはんだ合金によりはんだ付けされた電子回路
基板の廃棄物は、酸性雨に晒されると、鉛が大量に溶出
し、その溶出物質が人体に悪影響を与えるという問題点
が指摘されている。本発明は上記問題点に鑑み、電子部
品のはんだ付けにおいて、はんだ接合部に鉛を含まない
ようにするとともに、接合部の合金組織を微細化し、高
温環境下でのくり返し熱疲労特性にも優れたはんだ合金
による電子部品の電極表面構成を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電子部品接合用
電極のはんだ合金は、主要構成成分がＳｎ、Ａｇ及びＣ
ｕから構成されるはんだ合金であって、各成分の重量比
が、Ｓｎが９２〜９６重量％、Ａｇが３．５〜６．０重
量％及びＣｕが０．５〜２．０重量％からなることを特
徴とする電子部品接合用電極のはんだ合金であり、Ｓｎ
を主成分とするはんだに、Ａｇ及びＣｎを少量添加する
ことにより、耐熱疲労特性及び機械的接合強度の優れた
はんだ合金が得られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、主要構成成分がＳｎ、Ａｇ及びＣｕから構成される
電子部品接合用電極のはんだ合金であって、各成分の重
量比が、Ｓｎが９２〜９７重量％、Ａｇが３．０〜６．
０重量％及びＣｕが０．１〜２．０重量％からなること
を特徴とする電子部品接合用電極のはんだ合金であり、
Ｓｎを主成分とするはんだに、Ａｇを少量添加すること
により微細な合金組織を有する耐熱疲労特性に優れた合
金を得るととも、融点を上げることができる。さらに、
Ｃｕを少量添加することにより、金属間化合物の生成が
はかられ、機械的接合強度が向上する。

【０００８】請求項２に記載の発明は、主要構成成分が
Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ，Ｃｕ及びＩｎから構成される電子部
品接合用電極のはんだ合金であって、各成分の重量比
が、Ｓｎが８１．０〜９０．５重量％、Ａｇ３．５〜
６．６重量％、Ｂｉが５〜１０重量％、Ｃｕが０．１〜
２．０重量％及びＩｎが０．１〜１．０重量％からなる
ことを特徴とする電子部品接合用電極のはんだ合金であ
り、請求項１に記載の上記特徴に加えて、Ｂｉを少量添
加することにより、濡れ性を改善することができる。さ
らに、Ｉｎを少量添加することにより、合金の伸び特性
及び耐熱疲労特性を改善することができる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２記載のはんだ合金で構成された電子部品接合用電極の
はんだ付け方法であって、はんだ付け時の凝固過程にお
いて、トップ温度経過後プリヒート温度まで５℃／ｓｅ
ｃ〜１５℃／ｓｅｃの温度勾配で急冷、凝固させること
を特徴とするはんだ付け方法であり、はんだ付け時の凝
固過程において、急冷凝固させることによって、Ａｇ₃
Ｓｎ、Ｃｕ₃Ｓｎ、Ｃｕ₆Ｓｎ₅等の金属化合物を微細
分散させるので、機械化強度及び耐熱疲労特性を向上す
ることができる。

【００１０】以下、本発明の実施形態について説明す
る。本発明においてはんだ合金の組成を上述のように限
定した理由を説明する。Ａｇは、耐熱疲労特性を改善さ
せるが、その添加量が３．０重量％よりも少なければそ
の効果は十分ではない。また、２２０℃以上２５０℃以
下の融点を確保するためには、６．０重量％以下としな
ければならない。それを越えて添加すると融点は急激に
上昇してしまうので好ましくない。よって、Ａｇの好適
な添加量は３．０〜６．０重量％である。

【００１１】Ｂｉは、濡れ性を改善するが、添加量が５
重量％よりも少なければその効果は十分ではない。ま
た、１８重量％を越えるとはんだ付け強度が得られなく
なるので好ましくない。よって、Ｂｉの添加量は５〜１
８重量％が好適である。Ｃｕは、高温特性を改善し、接
合材料として、機械的強度を向上する効果があるが、
０．１重量％よりも少ない添加ではその効果は現れず、
２．０重量％を越えて添加すると硬く、脆くなり、特性
を劣化させてしまう。よって、Ｃｕの好適な添加量は
０．１〜２．０重量％である。

【００１２】Ｉｎは、伸び特性、濡れ性及び耐熱疲労特
性を改善させる効果があるが、０．１重量％よりも少な
い添加ではその効果が現れず、１．０重量％を越えて添
加する合金の機械的強度を劣化させる。そのため、Ｉｎ
の好適な添加量は０．１〜１．０重量％である。以下、
実施の形態を、表１、及び表２に基づき具体的に説明す
る。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】表１は本発明の実施例１、２におけるはん
だ合金と比較例１、２のはんだ合金についてその組成、
融点、濡れ性、接合強度、及び熱衝撃特性について比較
したものである。融点は、それぞれのはんだ合金を熱分
析により測定した。また、濡れ性、接合強度、熱衝撃試
験は、それぞれのはんだ合金を大気用ＲＭＡタイプのク
リームはんだにしたものを作製しそれを用いて行った。

【００１６】濡れ性については、０．５ｍｍピッチのＯ
ＦＰを実装後、その１リードあたりのピーリング強度を
測定した。熱衝撃試験は、気相式熱衝撃試験機により、
試験条件；−４０℃（３０分）〜常温（５分）〜８０℃
（３０分）、５００サイクルで行い、クラックの有無で
評価した。

【００１７】上記のはんだ合金をクリームはんだにする
場合、フラックスの種類は特に限定されることはなく、
大気リフロー対応、窒素リフロー対応、ＲＡ、ＲＭＡ等
のフラックスの使用が可能であった。好ましくは、活性
力があり、かつ比較的腐食性にも優れる大気用ＲＭＡタ
イプのフラックスが適していた。なお、比較例１は、Ｓ
ｎ９６．５重量％、Ａｇ３．５重量％のはんだ合金であ
り、比較例２は、Ｓｎ６３重量％、Ｐｂ３７重量％のは
んだ合金である。

【００１８】また、接合用金属としてのはんだ合金は、
表２に示すはんだ合金を使用した。（実施の形態１）実施例１のはんだ合金は、Ｓｎ９４．
５重量％、Ａｇ５．０重量％、Ｃｕ０．５重量％の三成
分はんだ合金である。このはんだ合金を大気用ＲＭＡの
フラックスを用いてクリームはんだとし、その融点、濡
れ性、接合強度、熱衝撃試験を行った。その結果は表１
に示すとおりである。また、表１に記載していないが、
はんだの引張り強度試験を行った結果、８．３ｋｇｆ／
ｍｍ²であった。比較例２の同試験結果が６．５ｋｇｆ
／ｍｍ ²であったことと比較すると、引張り強度の点で
も顕著な向上があった。

【００１９】次に、はんだ付け時の凝固過程において、
急冷凝固させると、金属間化合物（Ａｇ₃Ｓｎ）の成長
が抑制され、これを微細分散させるので、機械的強度の
上昇、耐熱疲労特性の向上を図ることができた。前記の
α固溶体、β固溶体においても、同様に組織の微細化を
実現できた。なお、急冷凝固手段としては、冷風吹付け
法を用い、約１０℃／秒の冷却速度ではんだ付け部を冷
却した。（実施の形態２）実施例２のはんだ合金は、Ｓｎ８９．
５重量％、Ａｇ３重量％、Ｂｉ５重量％、Ｃｕ１．５重
量％、Ｉｎ１重量％の五成分はんだ合金である。

【００２０】各試験結果は表１に示すとおりであるが、
実施例１に比較し、融点の低下及び接合強度の向上を図
ることができた。この実施例２のはんだ合金について
も、はんだ付け時に、急冷凝固させた。その結果、実施
例１と同様に機械的強度の上昇、耐熱疲労特性の向上を
図ることができた。

【００２１】なお、急冷凝固手段としては、実施例１に
おいて記載したように、冷風吹付法が好適であり、その
冷却速度は５〜１５℃／秒、特に１０℃／秒前後が好適
である。さらに、急冷凝固によって、Ａｇ₃Ｓｎ、Ｃｕ
₃Ｓｎ及びＣｕ₆Ｓｎ₅等の生成される金属酸化物を微
細分散させるので、機械的強度及び耐熱疲労特性を向上
することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明は、Ｓ
ｎを主成分とするはんだに、Ａｇを少量添加することに
より、合金組織を微細にし、組織変化を少なくすること
が可能で、耐熱疲労特性に優れた合金を得ることができ
る。さらに、Ｂｉを少量添加することにより、濡れ性を
改善することができる。また、Ｃｕを少量添加すること
により、金属間化合物を生成し接合強度を改善する。ま
た、Ｉｎを少量添加することにより、合金の伸び特性を
改善して耐熱疲労特性を改善することができる。

【００２３】また、はんだ付けの冷却過程において、急
冷凝固させることにより、はんだ合金組織を微細化し、
これを分散させるので、機械的強度及び耐熱疲労特性に
優れたはんだ合金を得ることができる。また、鉛を含ま
ない電子部品の接合用電極を提供できるので、表２に示
したような、鉛を含まない接合用金属であるはんだ合金
で接合することによって、接合部全体に鉛を含まないは
んだ付けが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電子部品接合用電極の電極構成を示す概
要図である。

【図２】従来の電子部品接合用電極の接合界面における
金属組織図である。

【符号の説明】

１固溶体２ β固溶体３Ｓｎ・Ｐｂ合金６電子部品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主要構成成分がＳｎ、Ａｇ及びＣｕから
構成される電子部品接合用電極のはんだ合金であって、
各成分の重量比が、Ｓｎが９２〜９７重量％、Ａｇが
３．０〜６．０重量％及びＣｕが０．１〜２．０重量％
からなることを特徴とする電子部品接合用電極のはんだ
合金。
【請求項２】主要構成成分がＳｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ
及びＩｎから構成される電子部品接合用電極のはんだ合
金であって、各成分の重量比が、Ｓｎが８１〜９１重量
％、Ａｇ３．０〜６．０重量％、Ｂｉが５〜１０重量
％、Ｃｕが０．１〜２．０重量％及びＩｎが０．１〜
１．０重量％からなることを特徴とする電子部品接合用
電極のはんだ合金。
【請求項３】請求項１または２記載のはんだ合金で構
成された電子部品接合用電極のはんだ付け方法であっ
て、はんだ付け時の凝固過程において、トップ温度経過
後プリヒート温度まで５℃／ｓｅｃ〜１５℃／ｓｅｃの
温度勾配で急冷、凝固させることを特徴とする電子部品
接合用電極のはんだ付け方法。