はんだ合金
【課題】貴金属導体であるＡｇめっきの食われを防止する鉛フリーはんだ合金を提供する。
【解決手段】Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金にＰｄを添加することで、プリント配線基板に用いられているＡｇの食われを防止することができる。また、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、Ａｇ、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ことが可能となる。さらに、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改善され、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ことが可能となる。
【解決手段】Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金にＰｄを添加することで、プリント配線基板に用いられているＡｇの食われを防止することができる。また、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、Ａｇ、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ことが可能となる。さらに、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改善され、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ことが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｇ食われを防止する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はんだ合金やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（特許３０２７４４１号公報）（特許文献１）が広く用いられている。
【特許文献１】特許３０２７４４１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、貴金属導体であるＡｇめっきの食われを防止する鉛フリーはんだ合金を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明のはんだ合金は、Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ｐｄが０．００１〜１．０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、本発明のはんだ合金は、Ａｇが０．１〜５．０重量％、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前記はんだ合金に添加される。
さらに、本発明のはんだ合金は、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前記はんだ合金に添加される。
【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はんだ合金に所定の濃度のＰｄを添加することで、はんだ付時に貴金属導体として電子部品に用いられているＡｇめっきの食われを防止することができる。
ＰｄはＡｇと全率固溶体を形成することが知られており、はんだ付時に、はんだ中に拡散するＡｇをＰｄがバリヤーする働きを持っているものと考えられる。
Ｐｄの添加量が０．００１重量％未満であると、Ａｇの食われ防止効果はほとんどない。
また、Ｐｄの添加量が１．０重量％超であると、はんだ合金中にＳｎ−Ｐｄ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りうるために好ましくない。
さらに、本発明によれば、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、Ａｇが０．１〜５．０重量％、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ことが可能となる。
Ａｇが０．１重量％未満、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、Ａｇが５．０重量％超、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いてしまうために不適である。
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ると、はんだ合金の酸化が改善され、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ことが可能となる。
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、接合強度の低下の原因となりうるため好ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を、その実施例に基づいて説明する。
Ｓｎ−ＣｕはんだにＰｄを同時に添加したはんだ合金を用いて、Ａｇ食われ試験を実施した。Ｃｕが、０．１重量％、０．５重量％、０．７重量％、１．０重量％、３．０重量％、Ｐｄが、０．００１重量％、０．０１重量％、１．０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。３５０℃で溶融させたはんだ合金にＡｇめっき線（線径２．０ｍｍ）を２秒間浸漬させ、浸漬前後のＡｇめっき線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。
【０００７】
【表１】
【０００８】
Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金にＰｄを添加したはんだ合金のＡｇめっきの残存率は、Ｐｄを添加していないはんだ合金と比較し、約３０％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、Ｐｄが０．００１〜１．０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Ａｇめっきの食われを大きく抑制できることが明らかとなった。
【０００９】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐｄ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％、０．７重量％、２．０重量％、３．０重量％、Ｐｄが、０．０１重量％、１．０重量％、Ａｇが０．３重量％、３．０重量％、４．０重量％、５．０重量％、Ｎｉが、０．１重量％、０．５重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．０３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。
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：３．５ｍｍ）にφ１．６ｍｍのＣｕ線のピンを差し込み、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、表３に示す。
【００１０】
【表２】
【００１１】
【表３】
【００１２】
機械的特性改善元素であるＡｇ、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。
以上の結果、電子部品のＡｇめっきの食われを防止するはんだ合金に、Ａｇが０．１〜５．０重量％、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。
【００１３】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐｄ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％、２．０重量％、３．０重量％、Ｐｄが、０．０１重量％、１．０重量％、Ａｇが０．３重量％、３．０重量％、４．０重量％、５．０重量％、Ｎｉが、０．１重量％、０．５重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．０３重量％、０．１重量％、Ｃｏが０．０１重量％、０．１重量％、Ｐが、０．００１重量％、０．０１重量％、０．１重量％、Ｇａが０．００１重量％、０．０１重量％、０．１重量％、Ｇｅが０．００１重量％、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４、表５に示す。
【００１４】
【表４】
【００１５】
【表５】
【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、電子部品のＡｇめっきの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。
【００１７】
本発明は、主に、電子部品のＡｇめっきの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、Ａｇ食われを防止する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はんだ合金やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（特許３０２７４４１号公報）（特許文献１）が広く用いられている。
【特許文献１】特許３０２７４４１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、貴金属導体であるＡｇめっきの食われを防止する鉛フリーはんだ合金を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明のはんだ合金は、Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ｐｄが０．００１〜１．０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、本発明のはんだ合金は、Ａｇが０．１〜５．０重量％、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前記はんだ合金に添加される。
さらに、本発明のはんだ合金は、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前記はんだ合金に添加される。
【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はんだ合金に所定の濃度のＰｄを添加することで、はんだ付時に貴金属導体として電子部品に用いられているＡｇめっきの食われを防止することができる。
ＰｄはＡｇと全率固溶体を形成することが知られており、はんだ付時に、はんだ中に拡散するＡｇをＰｄがバリヤーする働きを持っているものと考えられる。
Ｐｄの添加量が０．００１重量％未満であると、Ａｇの食われ防止効果はほとんどない。
また、Ｐｄの添加量が１．０重量％超であると、はんだ合金中にＳｎ−Ｐｄ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りうるために好ましくない。
さらに、本発明によれば、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、Ａｇが０．１〜５．０重量％、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ことが可能となる。
Ａｇが０．１重量％未満、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、Ａｇが５．０重量％超、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いてしまうために不適である。
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ると、はんだ合金の酸化が改善され、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ことが可能となる。
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、接合強度の低下の原因となりうるため好ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を、その実施例に基づいて説明する。
Ｓｎ−ＣｕはんだにＰｄを同時に添加したはんだ合金を用いて、Ａｇ食われ試験を実施した。Ｃｕが、０．１重量％、０．５重量％、０．７重量％、１．０重量％、３．０重量％、Ｐｄが、０．００１重量％、０．０１重量％、１．０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。３５０℃で溶融させたはんだ合金にＡｇめっき線（線径２．０ｍｍ）を２秒間浸漬させ、浸漬前後のＡｇめっき線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。
【０００７】
【表１】
【０００８】
Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金にＰｄを添加したはんだ合金のＡｇめっきの残存率は、Ｐｄを添加していないはんだ合金と比較し、約３０％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、Ｐｄが０．００１〜１．０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Ａｇめっきの食われを大きく抑制できることが明らかとなった。
【０００９】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐｄ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％、０．７重量％、２．０重量％、３．０重量％、Ｐｄが、０．０１重量％、１．０重量％、Ａｇが０．３重量％、３．０重量％、４．０重量％、５．０重量％、Ｎｉが、０．１重量％、０．５重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．０３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。
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：３．５ｍｍ）にφ１．６ｍｍのＣｕ線のピンを差し込み、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、表３に示す。
【００１０】
【表２】
【００１１】
【表３】
【００１２】
機械的特性改善元素であるＡｇ、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。
以上の結果、電子部品のＡｇめっきの食われを防止するはんだ合金に、Ａｇが０．１〜５．０重量％、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。
【００１３】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ｐｄ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％、２．０重量％、３．０重量％、Ｐｄが、０．０１重量％、１．０重量％、Ａｇが０．３重量％、３．０重量％、４．０重量％、５．０重量％、Ｎｉが、０．１重量％、０．５重量％、Ｆｅが０．０１重量％、０．０３重量％、０．１重量％、Ｃｏが０．０１重量％、０．１重量％、Ｐが、０．００１重量％、０．０１重量％、０．１重量％、Ｇａが０．００１重量％、０．０１重量％、０．１重量％、Ｇｅが０．００１重量％、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４、表５に示す。
【００１４】
【表４】
【００１５】
【表５】
【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、電子部品のＡｇめっきの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。
【００１７】
本発明は、主に、電子部品のＡｇめっきの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％、Ｐｄが０．００１〜１．０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】
Ａｇが０．１〜５．０重量％、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％、Ｐｄが０．００１〜１．０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】
Ａｇが０．１〜５．０重量％、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２００７−３８２２８（Ｐ２００７−３８２２８Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２２１８７（Ｐ２００５−２２２１８７）
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（３９００１８５７７）日本アルミット株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（３９００１８５７７）日本アルミット株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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