はんだ合金
【課題】Ａｕワイヤーのはんだ付時に生じるＡｕ食われを防止する鉛フリーのはんだ合金を提供する。
【解決手段】Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金にＡｕを添加することで、Ａｕワイヤーのはんだ付時におけるＡｕの食われを防止する。はんだ付を行う基板や部品によっては、接合強度が十分ではないが、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも一種以上が添加されると、機械的特性が改善され、はんだ付部に十分な接合強度を与える。Ｐ、Ｇａ、Ｇｅの少なくとも一種以上が添加されると、はんだ合金の酸化が抑制され、フローソルダリング時に発生するドロスを大幅に抑制する。
【解決手段】Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金にＡｕを添加することで、Ａｕワイヤーのはんだ付時におけるＡｕの食われを防止する。はんだ付を行う基板や部品によっては、接合強度が十分ではないが、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも一種以上が添加されると、機械的特性が改善され、はんだ付部に十分な接合強度を与える。Ｐ、Ｇａ、Ｇｅの少なくとも一種以上が添加されると、はんだ合金の酸化が抑制され、フローソルダリング時に発生するドロスを大幅に抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｕ食われを防止する鉛フリーのはんだ合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｐｂをほとんど含まない、いわゆる鉛フリーはんだ合金としてＳｎ-Ｃｕはんだ合金あるいは特許３０２７４４１号（特許文献１）で提案されているＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金が広く用いられている。
また、ボイスコイル用のＣｕ線の食われを防止する鉛フリーはんだ合金として、はんだ合金中のＣｕ濃度を高めたＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ−Ｎｉはんだ合金が特許３５０１７００号公報（特許文献２）等で提案されている。
【特許文献１】特許３０２７４４１号公報
【特許文献２】特許３５０１７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、Ａｕワイヤーのはんだ付時に生じるＡｕ食われを防止する鉛フリーのはんだ合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために本発明は、Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ａｇが０〜５．０重量％、Ａｕが０．００１〜０．５重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とする。
さらに、本発明は、Ｎｉが０．０１〜０．５重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｃｏが０．０１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加される前記はんだ合金である。
さらに、本発明は、Ｐが０．００１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．１重量％、Ｇｅが０．００１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加される前記はんだ合金である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、鉛フリーはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕはんだ合金、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金に所定の濃度のＡｕを添加することにより、はんだ付時にワイヤー等に用いられるＡｕの食われを防止する。
はんだ付後のはんだ合金中にワイヤーから多量のＡｕが混入することは、Ａｕワイヤーが食われてしまうばかりではなく、はんだ合金中にＳｎ−Ａｕの金属間化合物が多量に形成される場合があり、はんだ付部の接合強度低下の原因となる。
このため、予め接合強度の低下に影響を及ぼさない程度の微量のＡｕを添加することにより、Ａｕの食われ現象を回避し、はんだ付部の接合強度低下を防ぐことを見出したものである。
Ａｕの添加量が０．００１重量％未満であると、Ａｕの食われ防止効果はほとんどない。
また、Ａｕの添加量が０．５重量％超であると、はんだ合金中にＳｎ−Ａｕの金属間化合物が多量に形成される場合があり、強度低下の原因となるため好ましくない。
【０００６】
さらに、本発明によれば、Ｎｉが０．０１〜０．５重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｃｏが０．０１〜０．１重量％の少なくとも一種以上を添加し、機械的特性を向上させ、はんだ付部に十分な接合強度を与える。
Ｎｉが０．０１重量％未満、Ｆｅが０．０１重量％未満、Ｃｏが０．０１重量％未満であるとはんだ付部の接合強度の改善にはほとんど効果はない。
また、Ｎｉが０．５重量％超、Ｆｅが０．１重量％超、Ｃｏが０．１重量％超であると、はんだ合金の液相線温度の上昇、およびはんだ合金の流動性の低下が見られ、はんだ付性の低下を招くために好ましくない。
【０００７】
さらに、本発明によれば、Ｐが０．００１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．１重量％、Ｇｅが０．００１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加され、はんだ合金の酸化が抑制され、特に、フローソルダリング時に発生するドロスと呼ばれる酸化物を大幅に抑制する。
Ｐが０．００１重量％未満、Ｇａが０．００１重量％未満、Ｇｅが０．００１重量％未満であるとはんだ合金の酸化抑制効果はほとんど見られない。
Ｐが０．１重量％超、Ｇａが０．１重量％超、Ｇｅが０．１重量％超であると、はんだ合金が脆くなり、はんだ付部の接合強度低下の原因となるために好ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を、その実施例に基づいて説明する。
Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金にＡｕを同時に添加したはんだ合金を用いて、ＡｕワイヤーのＡｕ食われ試験を実施した。
Ｃｕが、０．１重量％、０．５重量％、０．７重量％、３．０重量％、Ａｇが、０．１重量％、１．０重量％、３．０重量％、５．０重量％、Ａｕが、０．００１重量％、０．０５重量％、０．５重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
３００℃で溶融させたはんだ合金にＡｕワイヤー（線径１．０ｍｍ）を１秒間浸漬させ、浸漬前後のＡｕワイヤーの断面積変化率から残存率を算出することで評価を行った。このときの試験結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】
Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金にＡｕを添加したはんだ合金のＡｕワイヤーの残存率は、Ａｕを添加していないはんだ合金と比較し、約１０〜２０％増加することが確認された。
以上の結果、Ｃｕが０．１〜３．０重量％以下、Ａｇが０〜５．０重量％以下、Ａｕが０．００１〜０．５重量％以下、および残部がＳｎおよび不可避不純物よりなることを特徴とするはんだ合金は、はんだ付時のＡｕワイヤーのＡｕ食われを大きく抑制できることが明らかとなった。
【００１１】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの元素を添加した上途のはんだ合金に、機械的特性改善元素を添加した、はんだ合金の機械的特性を調査するために、はんだ付部の接合強度試験を実施した。
Ｃｕが、０．５重量％、１．０重量％、３．０重量％、Ａｇが１．０重量％、３．０重量％、５．０重量、Ａｕが、０．０５重量％、Ｎｉが、０．１重量％、０．５重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．１重量％、Ｃｏが０．０１重量％、０．１重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
Ａｕ食われ試験の結果、Ａｕの添加量０．００１〜０．５重量％において良好な結果を示したことから、Ａｕ濃度を０．０５重量％に統一し、各機械的特性改善元素を添加して以後の試験を実施した。
片面基板（材質：紙フェノール、厚さ：１．６ｍｍ、銅パターン、ランド外径：３．０ｍｍ）にφ１．０ｍｍのＡｕめっきワイヤーのピンを差し込み、液状フラックスを用いてはんだ付を行い、熱応力を除去するために１００℃恒温槽において１時間放置後、引張試験機を用いて最大接合強度を測定し、はんだ付部の機械的特性を評価した。このときの試験結果を表２に示す。
【００１２】
【表２】
【００１３】
機械的特性改善元素であるＮｉ、Ｆｅ、およびＣｏを添加したはんだ合金は、機械的特性改善元素を添加していないはんだ合金と比較して、最大接合強度が約１５〜３０％上昇した。また、破壊モードは、いずれの場合においても、はんだ合金−ピン界面であり、はんだ合金は十分な強度を保っているものと推察される。
以上の結果、ＡｕワイヤーのＡｕ食われを防止するはんだ合金に、Ｎｉが０．１〜０．５重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｃｏが０．０１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加することにより、はんだ付部に十分な機械的特性を与えることが明らかとなった。
【００１４】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの元素を添加した上途のはんだ合金に、酸化防止元素を添加した、はんだ合金の酸化防止効果を確認するために、ドロス（酸化物）発生試験を実施した。
Ｃｕが、０．５重量％、０．７重量％、１．０重量％、３．０重量％、Ａｇが１．０重量％、３．０重量％、５．０重量％、Ａｕが０．０５重量％、Ｎｉが０．１重量％、０．５重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．１重量％、Ｃｏが０．０１重量％、０．１重量％、Ｐが０．０１重量％、０．１重量％、Ｇａが０．０１重量％、０．１重量％、Ｇｅが０．０１重量％、０．１重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
噴流はんだ槽においてはんだ合金１０Ｋｇを８時間噴流させ、発生したドロスを取り出し、秤量を行った。
試験温度は３５０℃、はんだ合金１Ｋｇあたりのドロス発生量を測定することで評価を行った。ドロス発生試験の結果を表３に示す。
【００１５】
【表３】
【００１６】
酸化防止元素である、Ｐ、Ｇａ、およびＧｅを添加したはんだ合金は、酸化防止元素を添加していないはんだ合金と比較して、１時間あたりのドロス発生量が約５０％減少した。
以上の結果、ＡｕワイヤーのＡｕ食われを防止するはんだ合金に、Ｐが０．００１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．１重量％、Ｇｅが０．００１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加することにより、はんだ合金の酸化を大きく抑制できることが明らかとなった。
本発明は、主に、ＡｕワイヤーのＡｕ食われを防止する際に使用する鉛フリーはんだ合金であり、やに入り糸はんだ、ソルダーペースト、棒はんだ、および線状はんだとして使用される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｕ食われを防止する鉛フリーのはんだ合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｐｂをほとんど含まない、いわゆる鉛フリーはんだ合金としてＳｎ-Ｃｕはんだ合金あるいは特許３０２７４４１号（特許文献１）で提案されているＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金が広く用いられている。
また、ボイスコイル用のＣｕ線の食われを防止する鉛フリーはんだ合金として、はんだ合金中のＣｕ濃度を高めたＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ−Ｎｉはんだ合金が特許３５０１７００号公報（特許文献２）等で提案されている。
【特許文献１】特許３０２７４４１号公報
【特許文献２】特許３５０１７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、Ａｕワイヤーのはんだ付時に生じるＡｕ食われを防止する鉛フリーのはんだ合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために本発明は、Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ａｇが０〜５．０重量％、Ａｕが０．００１〜０．５重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とする。
さらに、本発明は、Ｎｉが０．０１〜０．５重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｃｏが０．０１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加される前記はんだ合金である。
さらに、本発明は、Ｐが０．００１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．１重量％、Ｇｅが０．００１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加される前記はんだ合金である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、鉛フリーはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕはんだ合金、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金に所定の濃度のＡｕを添加することにより、はんだ付時にワイヤー等に用いられるＡｕの食われを防止する。
はんだ付後のはんだ合金中にワイヤーから多量のＡｕが混入することは、Ａｕワイヤーが食われてしまうばかりではなく、はんだ合金中にＳｎ−Ａｕの金属間化合物が多量に形成される場合があり、はんだ付部の接合強度低下の原因となる。
このため、予め接合強度の低下に影響を及ぼさない程度の微量のＡｕを添加することにより、Ａｕの食われ現象を回避し、はんだ付部の接合強度低下を防ぐことを見出したものである。
Ａｕの添加量が０．００１重量％未満であると、Ａｕの食われ防止効果はほとんどない。
また、Ａｕの添加量が０．５重量％超であると、はんだ合金中にＳｎ−Ａｕの金属間化合物が多量に形成される場合があり、強度低下の原因となるため好ましくない。
【０００６】
さらに、本発明によれば、Ｎｉが０．０１〜０．５重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｃｏが０．０１〜０．１重量％の少なくとも一種以上を添加し、機械的特性を向上させ、はんだ付部に十分な接合強度を与える。
Ｎｉが０．０１重量％未満、Ｆｅが０．０１重量％未満、Ｃｏが０．０１重量％未満であるとはんだ付部の接合強度の改善にはほとんど効果はない。
また、Ｎｉが０．５重量％超、Ｆｅが０．１重量％超、Ｃｏが０．１重量％超であると、はんだ合金の液相線温度の上昇、およびはんだ合金の流動性の低下が見られ、はんだ付性の低下を招くために好ましくない。
【０００７】
さらに、本発明によれば、Ｐが０．００１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．１重量％、Ｇｅが０．００１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加され、はんだ合金の酸化が抑制され、特に、フローソルダリング時に発生するドロスと呼ばれる酸化物を大幅に抑制する。
Ｐが０．００１重量％未満、Ｇａが０．００１重量％未満、Ｇｅが０．００１重量％未満であるとはんだ合金の酸化抑制効果はほとんど見られない。
Ｐが０．１重量％超、Ｇａが０．１重量％超、Ｇｅが０．１重量％超であると、はんだ合金が脆くなり、はんだ付部の接合強度低下の原因となるために好ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を、その実施例に基づいて説明する。
Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金にＡｕを同時に添加したはんだ合金を用いて、ＡｕワイヤーのＡｕ食われ試験を実施した。
Ｃｕが、０．１重量％、０．５重量％、０．７重量％、３．０重量％、Ａｇが、０．１重量％、１．０重量％、３．０重量％、５．０重量％、Ａｕが、０．００１重量％、０．０５重量％、０．５重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
３００℃で溶融させたはんだ合金にＡｕワイヤー（線径１．０ｍｍ）を１秒間浸漬させ、浸漬前後のＡｕワイヤーの断面積変化率から残存率を算出することで評価を行った。このときの試験結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】
Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金にＡｕを添加したはんだ合金のＡｕワイヤーの残存率は、Ａｕを添加していないはんだ合金と比較し、約１０〜２０％増加することが確認された。
以上の結果、Ｃｕが０．１〜３．０重量％以下、Ａｇが０〜５．０重量％以下、Ａｕが０．００１〜０．５重量％以下、および残部がＳｎおよび不可避不純物よりなることを特徴とするはんだ合金は、はんだ付時のＡｕワイヤーのＡｕ食われを大きく抑制できることが明らかとなった。
【００１１】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの元素を添加した上途のはんだ合金に、機械的特性改善元素を添加した、はんだ合金の機械的特性を調査するために、はんだ付部の接合強度試験を実施した。
Ｃｕが、０．５重量％、１．０重量％、３．０重量％、Ａｇが１．０重量％、３．０重量％、５．０重量、Ａｕが、０．０５重量％、Ｎｉが、０．１重量％、０．５重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．１重量％、Ｃｏが０．０１重量％、０．１重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
Ａｕ食われ試験の結果、Ａｕの添加量０．００１〜０．５重量％において良好な結果を示したことから、Ａｕ濃度を０．０５重量％に統一し、各機械的特性改善元素を添加して以後の試験を実施した。
片面基板（材質：紙フェノール、厚さ：１．６ｍｍ、銅パターン、ランド外径：３．０ｍｍ）にφ１．０ｍｍのＡｕめっきワイヤーのピンを差し込み、液状フラックスを用いてはんだ付を行い、熱応力を除去するために１００℃恒温槽において１時間放置後、引張試験機を用いて最大接合強度を測定し、はんだ付部の機械的特性を評価した。このときの試験結果を表２に示す。
【００１２】
【表２】
【００１３】
機械的特性改善元素であるＮｉ、Ｆｅ、およびＣｏを添加したはんだ合金は、機械的特性改善元素を添加していないはんだ合金と比較して、最大接合強度が約１５〜３０％上昇した。また、破壊モードは、いずれの場合においても、はんだ合金−ピン界面であり、はんだ合金は十分な強度を保っているものと推察される。
以上の結果、ＡｕワイヤーのＡｕ食われを防止するはんだ合金に、Ｎｉが０．１〜０．５重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｃｏが０．０１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加することにより、はんだ付部に十分な機械的特性を与えることが明らかとなった。
【００１４】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの元素を添加した上途のはんだ合金に、酸化防止元素を添加した、はんだ合金の酸化防止効果を確認するために、ドロス（酸化物）発生試験を実施した。
Ｃｕが、０．５重量％、０．７重量％、１．０重量％、３．０重量％、Ａｇが１．０重量％、３．０重量％、５．０重量％、Ａｕが０．０５重量％、Ｎｉが０．１重量％、０．５重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．１重量％、Ｃｏが０．０１重量％、０．１重量％、Ｐが０．０１重量％、０．１重量％、Ｇａが０．０１重量％、０．１重量％、Ｇｅが０．０１重量％、０．１重量％含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物よりからなるはんだ合金を作製した。
噴流はんだ槽においてはんだ合金１０Ｋｇを８時間噴流させ、発生したドロスを取り出し、秤量を行った。
試験温度は３５０℃、はんだ合金１Ｋｇあたりのドロス発生量を測定することで評価を行った。ドロス発生試験の結果を表３に示す。
【００１５】
【表３】
【００１６】
酸化防止元素である、Ｐ、Ｇａ、およびＧｅを添加したはんだ合金は、酸化防止元素を添加していないはんだ合金と比較して、１時間あたりのドロス発生量が約５０％減少した。
以上の結果、ＡｕワイヤーのＡｕ食われを防止するはんだ合金に、Ｐが０．００１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．１重量％、Ｇｅが０．００１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加することにより、はんだ合金の酸化を大きく抑制できることが明らかとなった。
本発明は、主に、ＡｕワイヤーのＡｕ食われを防止する際に使用する鉛フリーはんだ合金であり、やに入り糸はんだ、ソルダーペースト、棒はんだ、および線状はんだとして使用される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ａｇが０〜５．０重量％、Ａｕが０．００１〜０．５重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とするはんだ合金。
【請求項２】
Ｎｉが０．０１〜０．５重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｃｏが０．０１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加される請求項１記載のはんだ合金。
【請求項３】
Ｐが０．００１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．１重量％、Ｇｅが０．００１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加される請求項１または２記載のはんだ合金。
【請求項１】
Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ａｇが０〜５．０重量％、Ａｕが０．００１〜０．５重量％、残部がＳｎおよび不可避不純物より成ることを特徴とするはんだ合金。
【請求項２】
Ｎｉが０．０１〜０．５重量％、Ｆｅが０．０１〜０．１重量％、Ｃｏが０．０１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加される請求項１記載のはんだ合金。
【請求項３】
Ｐが０．００１〜０．１重量％、Ｇａが０．００１〜０．１重量％、Ｇｅが０．００１〜０．１重量％の少なくとも一種以上が添加される請求項１または２記載のはんだ合金。
【公開番号】特開２００７−１１１７１５（Ｐ２００７−１１１７１５Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０４１１７（Ｐ２００５−３０４１１７）
【出願日】平成１７年１０月１９日（２００５．１０．１９）
【出願人】（３９００１８５７７）日本アルミット株式会社 (9)
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１９日（２００５．１０．１９）
【出願人】（３９００１８５７７）日本アルミット株式会社 (9)
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