WO1997012719A1

WO1997012719A1 - Soudure sans plomb

Info

Publication number: WO1997012719A1
Application number: PCT/JP1996/002774
Authority: WO
Inventors: Toshikazu Murata; Hiroji Noguchi; Sadao Kishida; Toshihiko Taguchi; Shozo Asano; Ryo Oishi; Takashi Hori
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.; Senju Metal Industry Co., Ltd.
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1997-04-10
Also published as: US6241942B1; DE69632866D1; CN1087994C; US20020015660A1; US6488888B2; EP0855242B1; MY114565A; CN1198117A; EP0855242A1; EP0855242A4; DE69632866T2

Description

明細書鉛フリ一はんだ合金技術分野

本発明は、鉛を全く含有せず、しかも熱損傷を与えずに電子部品をはんだ付けするのに適したはんだ合金に関する。

背景技術

Sn - Pb合金は古来より長い間はんだ付けに使用されてきたが、電子部品をプリント基板等にはんだ付けする場合のはんだ合金についても、未だに Sn - Pb合金が最も一般的である。

テレビ、ラジオ、ビデオ、テープレコーダー、コンピューター、複写機、プリン夕のような電子機器は、廃棄に際して埋め立て処分されることがある。これらの電子機器は、外枠やプリント基板がプラスチックのような合成樹脂、導体部やフレームが金属製、といったように多様な材料から構成されているので、焼却処分には適していないからである。

近年、ガソリン、重油等の化石燃料の多用により、大気中に硫黄酸化物が大量に放出されて雨の酸性度が增してきているので、酸性雨の影響が顕著になっている。酸性雨は地中に埋められた電子機器に使われているはんだを溶出させて地下にしみ込ませ、地下水を汚染するようになる。こうして鉛で汚染された地下水を長年飲用していると、人体に鉛分が蓄積され、鉛毒を起こす恐れが出てくる。このような機運から、電子機器業界では、鉛を含まないはんだ、所謂「鉛フリーはんだ合金」が求められている。

従来より鉛フリーはんだ合金として、 Sn主成分の Sn— Ag合金や Sn - Sb合金があつた。 Sn _ Ag合金では、 Sn— 3. 5 Agが共晶組織の合金で、その溶融温度は 221 °C である。この最も融点が低い共晶組織の Sn - Ag合金を使用しても、はんだ付け温度は 260〜280 °Cというかなり高い温度であり、この温度ではんだ付けを行うと熱に弱い電子部品は熱損傷を受けて機能劣化や破壊等を起こしてしまう恐れがある。また、 Sn— Sb合金で最も溶融温度の低い組成は Sn— 5 Sbであるが、この組成の溶融温度は、固相線温度で 235 て、液相線温度で 240 てという高い温度であるため、はんだ付け温度は、 Sn—3. 5 Ag合金よりもさらに高い 280 〜300 °Cとなり、やはり熱に弱い電子部品を熱損傷が避けられない。

このように Sn— Ag合金や Sn— Sb合金の溶融温度がかなり高いため、これらの合金の溶融温度を低下させる手段を講じたはんだ合金が多数提案されている。例えば、特開平 6 - 15476 号公報、同 6 — 344180号公報、同 7 — 1 178号公報、同 Ί - 40079 号公報、同 7 - 51883 号公報を参照。

これらの公報に開示されているはんだ合金は、溶融温度を下げるために、 B iや I nを多量に含有する。 B iと I nは共に Sn - Agおよび Sn - Sbはんだ合金の溶融温度を下げるのに有効であるものの、その多量添加には次の問題がある。 B iを多量に添加すると、はんだ合金が非常に硬く、かつ脆くなつてしまう。その結果、はんだ合金を線状に塑性加工できなくなつたり、電子部品のはんだ付けに使用すると、はんだ付け部に少しの衝撃が加わっただけで簡単に剝離してしまうことが起こる。 I nは価格が非常に高いため、はんだ合金に大量に添加することは望ましくない。はんだ付け中における電子部品を熱損傷を避けるには、はんだ付け温度を 250 て以下とすることが適当であり、この温度ではんだ付けを行うには、はんだ台金の液相線温度が 210 て以下、好ましくは 200 °C以下であることが望ましい。

しかし、 B iおよびまたは I nを添加して Sn— Agまたは Sn— Sbはんだ合金の液相線温度を下げる従来の手段では、 B iおよび/または 1 nを多量に添加しないと液相線温度を 200 °C以下に低下させることは困難である。その上、たとえ液相線温度を 200 て以下に低下することができても、合金の凝固が終了する温度である固相線温度が低くなりすぎて、はんだ付け後にはんだ付け部の合金が完全に凝固するまでに時間がかかる。その結果、はんだ付け部が完全凝固する前に少しでも振動や衝撃を受けると、はんだ付け部にヒビ割れが起こつてしまう。

従来の鉛フリーはんだ合金の別の問題点は、液相線温度を固相線温度に近づくように下げると、引張強度や伸び率といった機械的特性が不十分となって、はんだ付け後の接着強度が弱くなり、衝撃を受けると簡単に剝がれることである。本発明の目的は、液相線温度が 210 て、好ましくは 200 て以下であり、同時に合金の凝固がそれぞれ終了または実質的に終了する温度である固相線温度またはピーク温度が液相線温度に近い鉛フリ一はんだ合金を提供することである。本発明の別の目的は、はんだ付け後の接着強度が良好な鉛フリ一はんだ合金を提供することである。

本発明のより具体的な目的は、次のような特性を備えた鉛フリーはんだ合金を提供することである。

1 ) はんだ付け中に熱に弱い電子部品に対して熱損慯を与えないように、 250 °C 以下、好ましくは 230〜240 °Cの温度ではんだ付けできること。

2) はんだ付け性が極めて良好であること。

3) はんだ付け後にすばやく凝固して、はんだ付け直後に振動や衝撃が加わってもはんだ付け部がヒビ割れや剝離を起こさないように、液相線温度と固相線温度

(または合金の凝固が実質的に終了するピーク温度）との間の温度範囲（凝固温度範囲）が狭く、かつ Sn - Pb合金の共晶温度に近いこと。

4) はんだ付け後、はんだ付け部に衝擊が加えられても剥離しないように接着強度が高いこと。

5) はんだごてを用いてはんだ付けできるよう、線状に塑性加工し易いこと。

発明の開示

Sn - 合金共晶台金の共晶温度（183°C ) に近い共晶温度を持つ Sn主成分の台金として、 Sn— 9Zn 合金（共晶温度： 199 °C ) がある。しかし、 Sn— 9Zn 合金は、機械的強度、特に引張り強度があまり高くないため、はんだ付けに使用しても良好な接着強度が得られない。本発明者らは、 N i、 Ag、およびまたは C uの添加が、 Sn - Zn合金の引張強度、従って接着強度を、電子部品のはんだ付けに十分に使用できるように改善するのに極めて有効であることを見出した。

このように引張強度を向上させたはんだ合金の溶融温度は、特に Agを添加した場合に、はんだ付け時に電子部品を熱損傷させてしまう程度まで高くなつてしまうことがある。そのような場合には、 Agと一緒に比較的多量の B iを添加すると、溶融温度を著しく高めずに、引張強度を向上することができる。

広義には、本発明は、

Zn： 2〜10wt % ；

N i ： 0. 01〜 1 wt ₀、 Ag： 0. 05〜3. 5 wt %、および Cu : 0. 1〜 3 wt %から選んだ少なくとも 1種；

Bi ： 0〜30w ： In : 0 ~ 3 wt% ; P : 0〜 l % ;

残部 Sn、

から本質的になり、引張強度が 5 kg f /mm² 以上、伸びが 10%以上である鉛フリーはんだ合金である。

1 態様において、本発明の鉛フリーはんだ合金は、

Zn ： 7 〜10wt% ；

Ni ： 0.01〜 1 wt%、 Ag： 0.1~3.5 wt%および Cu ： 0.1〜 3 wt %から選ばれた少なくとも 1 種、

任意添加元素として Bi ： 0.2~ 6 wt%. In ： 0.5〜 3 wt %、 P ： 0.001 〜 1 wt %の 1 種もしくは 2種以上、

残部 Sn、から本質的になる。

別の態様において、本発明の鉛フリーはんだ合金は、 Zn： 2〜10wt%、 Bi ： 10 〜30wt%、 Ag： 0·05〜 wt%、任意添加元素として P ： 0.001〜 1 wt%、残部 Sn から本質的になる。

発明を実施するための最良の形態

本発明を以下に詳細に説明する。以下の説明において、合金組成に関するは全て重量％である。

本発明にかかる鉛フリ一はんだ合金は、従来の Sn— Pb合金の代替品となるものである。従って、この合金の溶融温度範囲、即ち、液相線温度と固相線温度は、 Sn— Pb合金の共晶温度である 183 °Cに近いことが望ましい。本発明の鉛フリ一はんだ合金の溶融温度範囲は好ましくは 183°C±30°Cである。液相線温度は好ましくは 210 て以下、より好ましくは 200 °C以下である。はんだ合金の液相線温度が 210 て以下であれば、はんだ付け温度を 250 °C以下とすることができ、電子部品への熱影響を解消ないし少なくできる。また、はんだ合金の固相線温度（またはピーク温度）は好ましくは 150 て以上、より好ましくは 170 て以上、特に好ましくは 180 °C以上である。固相線温度が 0 よりも下がると、はんだ付け後にはんだ合金が凝固するまでに時間がかかって、その間にはんだ付け部に多少の衝撃や振動が加わつた場合、はんだ付け部がひび割れを起こしてしまう。はんだ付け部の接合強度は、使用したはんだ合金の引張強度に相関し、はんだ合金に要求される引張強度の水準ははんだ付けの目的に応じて異なる。電子部品のはんだ付け用に用いるはんだ合金に必要な（破断点）引張強度は 5 kg f /mm ² 以上である。はんだ合金の引張強度が 5 kg f /mm² 未満であると、はんだ付け部に衝撃が加わった場合に容易に剝離してしまうことがあるので信頼性が低下する。また、一般にはんだ合金は、はんだごてを使ってはんだ付けする場合にはんだ合金を線状形態で使用できるようにするため、塑性加工により線状に変形できる程度の伸び率を有している必要がある。塑性加工を円滑に行うには、少なくとも 10%の伸び率がはんだ合金に要求される。

本発明のはんだ合金は、破断点引張強度が 5 k g f /mm² 以上、伸び率が 10 %以上という必要な機械的特性を満たしている。好ましくは、引張強度が 10 kg i /ram²およびまたは伸び率が 20 %以上である。

ところで、 2成分系合金を溶融状態から固化するように冷却していくと、液体中に固体を晶出し始める液相線温度と、全てが完全に凝固し終わる固相線温度とに熱の大きな放出がある。従って、この冷却過程を示差熱分析で追跡すると、液相線温度と固相線温度のところでチャートは山形となる。

—方、 3成分系以上の合金では、液相線温度と固相線温度との間に固相線温度よりも熱の放出の多い温度が見られることがある。この場合には、温度が固相線温度に達しないうちに、上記の温度で合金がほとんどが凝固してしまう。このような合金の冷却過程を示差熱分析すると、液相線温度と固相線温度との間に固相線温度におけるよりも熱放出の大きな山形を持ったチャートが得られることから、この熱放出の大きい温度をピーク温度と称している。液相線温度と固相線温度との間にこのピーク温度を持つ合金は、固相線温度まで降温する前に、ピーク温度で合金がほとんど凝固してしまうので、ピーク温度を実質的に固相線温度と見なすことができる。このようなピーク温度を持つ合金では、ピーク温度が 170 °C 以上であれば、固相線温度 150 °C未満と低くても、電子部品用のはんだ合金として充分使用可能となる。

この状況は、特に多量の B iを含有する、本発明の上記第 2の態様の鉛フリーはんだ合金についてあてはまる。この態様では、 Sn— Zn系合金に B iを大量に添加するため、合金の液相線温度が下がるが、固相線温度も、 Sn - Biの共晶温度である 135 てに向かってさらに大きく低下することがある。しかし、本発明によれば、かかる Sn— Zn— Bi系はんだ合金でも、組成を適当に選択することにより、合金の固相線温度が 135 °C近辺まで低下しても、ピーク温度を 170 °C以上にすることができ、それにより Sn_Pb共晶はんだの代替合金として十分に使用できる。

本発明の第 1の態様におけるはんだ合金は、 Zn： 7〜10wt% ； Ni ： 0.01〜 1 wt %、 Ag : 0.1~3.5 wt%および Cu： 0.1〜 3 wt%から選ばれた少なくとも 1種；任意添加元素として Bi : 0.2〜 6wt%、 In： 0.5~ 3 wt%, P ： 0.001- 1 wt% の 1種もしくは 2種以上、残部 Sn、から本質的になる組成を有する。この合金組成の限定理由を次に説明する。

Zn： 7〜10%

第 1 の態様に従って Biおよび/または Inを全くまたは少量しか含有しない Sn— Zn系合金では、 Znの添加 Sが 7 %未満または 10%超になると、合金の液相線温度が 183±30°Cの «5囲内、好ましくは 210 て以下にならない。 Zn含有量は好ましくは 8〜10%、より好ましくは 8.5~9.5 %である。

Ni ： 0.01~ 1 %、 Ag： 0.1〜3.5 %、 Cu : 0.1〜 3 %

Niは、 Sn - Zn系合金の凝固組織中の桔晶を微細化し、機械的特性を改善する効果がある。この効果は Ni添加量が 0.01%未满ではほとんどない。 1 %より多量に Niを添加すると、台金の液相線温度が急激に高くなり、はんだ付け温度が高くなるため、電子部品に熱損傷を与えるようになってしまう。 Ni含有量は、好ましくは 0.05〜0.5 %、より好ましくは 0.1~0.3 %、最も好ましくは 0.1〜0.2 %である。

Agも Sn - Zn系合金の機械的強度を改善する効果があるが、同時にこの合金の耐食性の向上にも有効である。 Ag添加量が 0.1 %より少ないと、これらの効果がほとんど現れず、 3.5 %を越えると、液相線温度が急激に上昇してしまい、はんだ付け温度が高くなつて電子部品に熱損傷を与えるようになる。 Ag含有量は、好ましくは 0.1~2.0 %、より好ましくは 0.1〜1.0 %、最も好ましくは 0.1〜0.5 %である。

Cuも、 Sn— Zn系台金の機械的強度改善に優れた効果を発揮する。また、溶融はんだ浴中での浸漬はんだ付け法により、導体が銅箔であるプリン卜基板に電子部品をはんだ付けする場合、溶融はんだ浴中に Cuが存在していると、プリント基板の銅箔を溶融はんだ中に拡散することを抑制する効果もある。 Cuの添加量が 0.1 %より少ないとこれらの効果がほとんど現れず、 3 %を越えると、 Sn_Cuの金属 5 間化合物が析出し、急激に液相線温度が上昇して、はんだ付け性を阻害するようになる。 Cu含有量は、好ましくは 0.1〜2.0 %、より好ましくは 0.1~1.0 %、最も好ましくは 0.1〜0.5 %である。

Bi ： 0.2〜 6 %、 In ： 0.5~ 3 %

Ag、 Cu、 Niの 1 種もしくは 2種以上を含有する Sn_ Zn合金に Biや Inを添加する 10 と、少量で溶融温度を下げることができるので、任意添加元素として、 Biと Inの —方または両方を比絞的少量添加してもよい。しかし、 Biの添加量が 0.2 %より少ないか、 Inの添加量が 0.5 %より少ないと、合金の溶融温度はほとんと低下しない。

Ag、 Niの 1 種もしくは 2種以上を含有する Sn— Zn合金に 6 %より多量に Bi 15 を添加すると、合金が硬く、脆くなり、はんだ合金を線状にするための塑性加工が困難となるばかりでなく、はんだ付け後に衝擊が加わるとはんだ部が容易に剝離するようになってしまう。 Biを添加する場合、その添加量は好ましくは】〜 6 %、より好ましくは 2〜 5 %である。

Inは非常に高価な金属であり、多量に添加しすぎると溶融温度範囲が 183て ± 20 30°Cを外れてしまう。従って、 Inの最大添加量を 3 %とする。 Inを添加する場合、その添加量は好ましくは 1〜 3 %、より好ましくは 2 ~ 3 %である。

P ： 0.00卜 1 %

Znは非常に酸化しやすい金属であるため、 Znを含むはんだ合金を浸漬はんだ付けにおいて溶融状態に保持している間に、 Znが優先的に酸化されて Znの酸化物が 25 生成し、これがはんだ付けを阻害して、はんだ付け不良を起こすことがある。 Zn を含むはんだ合金に Pを添加すると、 Pは溶融したはんだ合金の表面に薄い膜を形成し、はんだ合金が周囲空気と直接触れるのを妨げるので、溶融はんだ合金の酸化が効果的に抑制される。かかる酸化抑制作用は、 Pの添加量が 0.001%より少ないとほとんど現れない。 Pの添加量が 1 %より多くなると、はんだ付け性が阻害される。 Pを添加する場合、その添加量は好ましくは 0.005〜0.5 %、より好ましくは 0.005~0.1 %、最も好ましくは 0.005〜0.05%である。

機械的特性改善のために Sn - Zn系はんだ合金に Agを単独で（Niや Cuを添加せずに）添加すると、台金の溶融温度が著しく高くなる場合がある。その場合には、本発明の第 2の態様に従って、溶融温度を低下させる目的で、 Biを比蛟的多量に (10〜30%) 添加してもよい。

本発明の第 2の態様のはんだ合金は、 Zn ： 2 -10%, B 10〜30%、 Ag： 0.05 〜 2 %、任意添加元素として P ： 0.001〜 1 %、残部 Snから本質的になる組成を有する。 Biを比铰的多量に添加したため、このはんだ合金は固相線温度が 135 °C 付近まで下がることがある。しかし、 Znと Agの添加量を上記範囲內とすることにより、合金のピーク温度は 170 て以上、ほとんどの場合には 180 て近辺にすることができる。従って、はんだ付け時にこのはんだ合金の実質的な凝固は比铰的短時間のうちに起こり、はんだ付け後の冷却中に振動や衝擊を受けてもはんだ付け部のヒビ割れ発生は最小限に抑えられる。

この本発明の第 2の態様のはんだ合金の合金組成の限定理由を次に説明する。 Zn ： 2〜。

第 1の態様に従って Biを比^的多 Sに添加した Sn- Zn系台金では、 Znの加 fi が 2 %未满または 10%超になると、合金の液相線温度が 200 て以下にならない Agと Biの併用添加の効果を十分に享受するには、 Zn含有量は好ましくは 4 〜 10' 、より好ましくは 7〜10%である。

Bi ： 10〜30%

Biの添加量が 10%よりも少ないと Sn— Zn_Ag系合金の液相線温度を 200 °C以下に下げることができず、 30%を越えて添加すると、伸びが少なくなつて合金に脆さが出てきてしまう。 Biの添加量は好ましくは 10〜25%、より好ましくは 15~25 ¾>、最も好ましくは 18〜24%である。

Ag ： 0.05〜 2 %

Agは Sn - Zn系台金の機械的強度を改善する効果があり、またこの台金の耐食性の向上にも有効である。 10〜30%の Biを含有する Sn - Zn系台金では、 Ag添加量が 0.05%より少ないとこれらの効果がほとんど現れず、 2 %を越えると液相線温度が急激に上昇してしまい、はんだ付け温度が高くなって電子部品に熱損傷を与えるようになる。 Ag含有量は、好ましくは 0. 05〜 1 %、より好ましくは 0. 05〜0. 5 %、最も好ましくは 0. 1〜0. 3 %である。

P ： 0. 001〜 1 %

溶融状態でのはんだ合金の Ζ πの酸化を防止するため、第 1 の態様と同様に Ρを添加してもよい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。これらの実施例は本発明の例示にすぎず、本発明を制限するものではない。

実施例

実施例 1

本実施例は、本発明の第 1 の態様に従って、 Agおよびノまたはを、場合により B i、 I nおよび/または Pと共に添加した S n— Z n系はんだ合金を例示する。

表 1 に示す組成の溶融はんだ合金を銪造して、中央に長さ 50 mm 、直 S 10 mm のネック部を持つ、 J 1 S 規格に準拠した引張試験片を得た。この引張試験片を用いて各はんだ合金の破断点引張強度と伸び率を測定した結果を表 1 に併せて示す < 表 1 にはまた、示差熱分析により求めた各はんだ台金の溶融温度、即ち、固相線温度（S. T. )と液相線温度（L. T. )とを示す。

比铰のために、従来の鉛フリーはんだ台金についても上記と同様に試験し、試験桔果を表 1 に一緒に示す。

表 1 の合金番号 1 の溶融はんだ合金を自動浸漬はんだ付け装置のはんだ槽に入れ、溶融はんだ合金の温度を 240 てに保持しながら、プリント基板への電子部品のはんだ付けを行った。はんだ付けされた電子部品を目視で検査したところ、熱による電子部品の損傷の徽候は認められなかった。

表 1 に示す残りの本発明例のはんだ合金も、同様にしてはんだ付けに使用できる。これらのはんだ合金はすべて液相線温度が 210 °C以下であるので、溶融はんだ合金の温度（はんだ付け温度）を 250 て以下にして浸漬はんだ付けを行うことができる。従って、電子部品への熟損傷は解消または最小限になる。また、これらのはんだ合金は固相線温度が 180 °C以上と高いので、凝固温度範囲が抉くなり、はんだ付け部の溶融はんだ合金がはんだ付け後に短時間ですばやく凝固し、はんだ付け部のひび割れも少ない

表 1

(,主）来の鉛フリ一はんた台金（i t 例）（合金番号 1〜ιιは本発明例）

待開平 T-1178号に己載のはんだ台金

ネ b 待開平 7 -40079号に記載のはんだ合金

待開平 7-51883号に己載のはんだ台金

1 M T. =溶 li^g; S. T. =固相線 L. T. =液相線

共 B日ロ金

Pを含有する合金番号 3を、溶融状態で浸漬はんだ付けに使用すると、前述したようにはんだ槽内での亜鉛の酸化が防止でき、はんだ槽から酸化物を除去する作業回数が少なくてすむ。

表 1 に示した本発明例のはんだ合金は全て、引張強度が 5 kg f/mm² 以上、伸び率が 10%以上（合金番号 4 を除いて 20%以上）であった。従って、これらのはんだ合金を用いてはんだ付けを行うと、はんだ付け部は十分な接着強度を持ち、また線状に十分に塑性加工でき、はんだ付け部に衝撃が加わつても剝がれにくし、。これに対して、従来の鉛フリーはんだ合金は、液相線温度が 210 てより高いか、および/または引張強度が 5 kg f / mm² 未満もしくは伸び率が 10%未満であった実施例 2

本実施例は、本発明の第 1 の態様に従って、 N iを単独で、または、 C _U、 B i、 1 nおよびノまたは Pと一緒に添加した Sn— Zn系はんだ合金を例示する。

調製したはんだ合金の合金組成を、実施例 1 に記載したようにして測定した引張強度、伸び率および溶融温度（液相線温度と固相線温度）と共に表 2 に示す。表 2の合金番号 1 の溶融はんだ合金を自動浸漬はんだ付け装置のはんだ槽に入れ、溶融はんだ台金の温度を 240 てに保持しながら、プリン卜基板への電子部品のはんだ付けを行った。はんだ付けされた電子部品を目視で検査したところ、熱による電子部品の損傷の徴候は Sめられなかった。

表 2からわかるように、この表に示した全てのはんだ合金の液相線温度が 210 て以下であるので、溶融はんだ合金の温度（はんだ付け温度）を 250 て以下にして浸漬はんだ付けを行うことができる。従って、罨子部品への熱損傷は解消または最小限になる。また、これらのはんだ合金は固相線温度が 180 °C以上と高いので、凝固温度 K囲が狭くなり、はんだ付け部の溶融はんだ合金がはんだ付け後に短時間ですばやく凝固し、はんだ付け部のひび割れも少ない。表 2

(：；£) 1 ： Μ. Τ. =溶融； S. T. =固相線；し Τ. =液相線 o 5

Pを含有する合金番号 3、 11および 13を、溶融状態で浸漬はんだ付けに使用すると、前述したようにはんだ槽内での亜鉛の酸化が防止でき、はんだ槽から酸化物を除去する作業回数が少なくてすむ。

表 2 に示した本発明例のはんだ合金は全て、引張強度が 5 kg f /mm² 以上、伸び率が 20%以上であった。従って、これらのはんだ合金を用いてはんだ付けを行うと、はんだ付け部は十分な接着強度を持ち、また線状に十分に塑性加工でき、はんだ付け部に' (fi撃が加わつても剝がれにくい。

実施例 3

本実施 ί列は、本発明の第 2の態様に従って、 Agを比铰的多置の B iと一緒に含有し、場合により Pを添加した Sn— Zn系はんだ合金を例示する。

調製したはんだ合金の合金組成を、実施例 1 に記載したようにして測定した引張強度、伸び率、ならびに溶融温度（液相線温度、ピーク温度、および固相線温度）と共に、表 3 に示す。表 3

(注） 1 ： Μ·τ· =溶融 : S. T. =固相線 ; ρ. τ. =ピーク ia ; L. T. =液相線 as 表 3の合金番号 1 の溶融はんだ合金を自動浸漬はんだ付け装置のはんだ槽に入れ、溶融はんだ合金の温度を 250 てに保持しながら、プリン卜基板への電子部品のはんだ付けを行った。はんだ付けされた電子部品を目視で検査したところ、熱による電子部品の損 ί»の徵候はめられなかった。表 3からわかるように、この表に示した全てのはんだ合金の液相線温度が 200 て以下であるので、溶融はんだ合金の温度（はんだ付け温度）を 250 °C以下にして浸漬はんだ付けを行うことができる。従って、電子部品への熱損傷は解消または最小限になる。これらのはんだ合金は固相線温度が比絞的低い（134〜164 の範囲内）が、はんだ合金が実 K的に凝固する温度であるピーク温度は 176〜189 °Cの範囲内と、固相線温度よりずっと高くなる。従って、固相線温度が低いにもかかわらず、これらの合金ははんだ付け時には短時間で実質的に凝固するので、冷却中に振動や衝撃を受けてもはんだ付け部のひび割れが最小限となる。

Pを含有する台金番号 3、 6および 7を、溶融状態で浸漬はんだ付けに使用すると、前述したようにはんだ槽内での亜鉛の酸化が防止でき、はんだ槽から酸化物を除去する作業回数が少なくてすむ。

表 3 に示した本発明例のはんだ合金は全て、引張強度が 10kg f /mm² 以上、伸び率が 10 %以上であった。従って、これらのはんだ合金を用いてはんだ付けを行うと、はんだ付け部は十分な接着強度を持ち、また線状に十分に塑性加工でき、はんだ付け部に衝撃が加わつても剝がれにくい。

産業上の利用可能性

本発明のはんだ合金は、鉛フリーの Sn主成分の合金であるにもかかわらず、実施例 1 、 2 に示すように、液相線温度が 210 °C以下で固相線温度が 180 °C以上、或いは実施例 3 に示すように液相線温度が 200 °C以下でピーク温度が 170 て以上であり、液相線温度と固相線温度またはピーク温度との間の凝固温度範囲が比铰的狭い。そのため、はんだ付け中の電子部品の熱損傷が解消ないし最小限となり、はんだ付け部のひび割れも最小限となる。

さらに、本発明のはんだ合金は、 5 kg f /mm² 以上の引張強度と 10%以上の伸び率を示すので、はんだ付け部の接着強度が高く、衝撃を受けてもはんだ付け部が剥がれにくく、線状の容易に塑性加工できる。従って、本発明の鉛フリーはんだ合金は、電子部品のはんだ付けに現在一般に用いられている Sn— Pbに替わって十分に使用することができ、それにより地下水の Pb汚染を防ぐことができる。以上に本発明を具体的に説明したが、本発明の思想または範囲を逸脱せずに多くの変更を加えることができることは当業者には理解されよう。

Claims

請求の範囲

1. Zn ： 2〜10wt% ；

Ni ： 0.01〜 1 wt%、 Ag： 0· 05〜3.5 wt%、および Cu ： 0, 1~ 3 wt%から選んだ少なくとも 1 種；

Bi ： 0 ~30wt%、 In： 0〜 3 wt%、 P ： 0 ~ 1 % ；

残部 Sn、

から本質的になり、引張強度が 5 kgf/mm² 以上、伸びが 10%以上である鉛フリーはんだ合金。

2. Zn ： 7〜10wt% ；

Ni ： 0.01〜 1 wt%、 Ag ： 0.1〜3· 5 wt%および Cu ： 0.1〜 3 wt όから選んだ少なくとも 1 種、

Bi : 0 ~ 6 w 、 In ： 0〜 3 wt%、 P ： 0〜 l wt% ;

残部 Sn、

から本質的になる、鉛フリーはんだ合金。

3. 0.2〜 6 \^%の^と 0.5〜 3 wt%の Inの一方または両方を含有する請求の ¾ 囲第 2項記載の鉛フリ一はんだ合金。

4. 0.001〜 1 wt%の Pを含有する請求の ¾囲第 2項記載の鉛フリーはんだ合金 _c

5. 0.001〜 1 *【％の？を含有する請求の範囲第 3項記載の鉛フリーはんだ台金:

6. Zn ： 7〜10wt% ；

Ag ： 0.1 〜3.5 wt%および Cu ： 0.1〜 3 wt%の一方または両方、

Bi ： 0〜 6 wt%、 In ： 0〜 3 wt%、 P ： 0〜 1 wt% ；

残部 Sn、

から本質的になる、請求の範囲第 2項記載の鉛フリ一はんだ合金。

7. 0.2〜 6 ^^%の^と 0.5~ 3 wt%の Inの一方または両方を含有する請求の範囲第 6項記載の鉛フリーはんだ合金。

8. 0.001〜 1 wt%の Pを含有する請求の範囲第 6項記載の鉛フリ一はんだ合金,

9. 0.001〜 1 ^%の？を含有する請求の範囲第 7項記載の鉛フリ一はんだ合金,

10. 引張強度が 5 kgf /匪² 以上、伸びが 10%以上である、請求の範囲第 2項記載の鉛フリ一はんだ合金。

11. 液相線温度が 210 て以下、固相線温度が 180 °C以上である、請求の範囲第 2 項記載の鉛フリ一はんだ合金。

12. Zn ： 2 ~10wt% ；

Bi ： 10~30wt% ；

5 Ag： 0.05〜 2 wt% ；

P ： 0〜 1 wt% ；

残部 Sn、

から本質的になる、鉛フリーはんだ合金。

13. 0.001〜 1 wt%の Pを含有する請求の範囲第 12項記載の鉛フリーはんだ合金 _c 10

14. 引張強度が 10kgf/ram² 以上、伸びが 10%以上である、睛求の範囲第 12項記載の鉛フリ一はんだ合金。

15. 液相線温度が 200 て以下、ピーク温度が 170 て以上である、請求の範囲第 12 項記載の鉛フリ一はんだ合金。

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