はんだ

【課題】強度を大幅に向上させることができるはんだを提供する。
【解決手段】鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有する。Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％含有する。かつ、Ｎｉ、Ｐ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎのうち少なくともひとつを含有する。残部はＳｎである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に配慮して、鉛（Ｐｂ）を含有しないはんだ（いわゆる鉛フリーはんだ）が広く使用されるようになってきた。この鉛フリーのものは接合信頼性が低下するという問題があった。また、この鉛フリーはんだに於て、強度を改善するために、様々な元素を含有させることが提案されている。なかでも、Ｓｂを含有させたものは、強度が大幅に向上する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、Ｓｂには毒性があり、環境に悪い影響を与えるという欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−５０２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、鉛フリーはんだとすることで接合信頼性が低下する点、及び、Ｓｂを含有したはんだが環境に悪い影響を与える点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明に係るはんだは、鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有し、残部は主としてＳｎである。
また、鉛フリーはんだに於て、Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％、Ｂｉを2.0〜10ｗｔ％含有し、残部をＳｎとしたものである。
また、Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％含有し、かつ、Ｎｉ、Ｐ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎのうち少なくともひとつを含有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のはんだによれば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだよりも、強度を大幅に向上させることができるとともに、環境に優しいものとすることができる。特に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂと同程度以上の強度でありながら、毒性がないはんだとすることができる。また、本発明は、Ｐｂ，Ｓｂフリーのはんだであって高信頼性を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】熱衝撃試験による接合強度変化を示すグラフ図である。
【図２】熱衝撃試験による接合強度変化を示すグラフ図である。
【図３】熱衝撃試験による接合強度変化を示すグラフ図である。
【図４】熱衝撃試験による接合強度変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第１の実施の形態のはんだ（はんだ合金）は、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％（ 2.0ｗｔ％以上10ｗｔ以下。本発明において、同様の表記方法を用いる。）含有し、残部は主としてＳｎである。さらに具体的には、Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有し、残部がＳｎである。Ｂｉが 2.0ｗｔ％未満の場合、強度が極端に低くなる。Ｂｉが10ｗｔ％を超える場合、はんだが溶け始める温度が低くなり過ぎる。
【００１０】
次に、第２の実施の形態について説明する。Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有し、さらに、Ｎｉ、Ｐ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎのうち少なくともひとつを含有する。そして、残部は、Ｓｎとする。
【００１１】
なお、本発明において、「残部をＳｎとした」とは、残部にＳｎ以外の不可避的不純物を含有する場合を含むものとする。
【実施例】
【００１２】
実施例１、及び、比較例１〜比較例12として、次のようなはんだを製造した。なお、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｎを用いたのは、Ｓｎに比較的多く固溶できることによる。
実施例１：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−3.0Ｂｉ
比較例１：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−0.5Ｂｉ
比較例２：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−1.0Ｂｉ
比較例３：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−0.05Ｇａ
比較例４：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−0.1Ｇａ
比較例５：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−0.1Ｇｅ
比較例６：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−0.1Ｚｎ
比較例７：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−0.7Ｚｎ
比較例８：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−1.0Ｉｎ
比較例９：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−0.5Ｂｉ−0.05Ｚｎ
比較例10：Ｓｎ−1.0Ａｇ−0.5Ｃｕ−0.05Ｇａ−0.05Ｇｅ
比較例11：Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系
比較例12：Ｓｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ
【００１３】
評価方法は、次のとおりとした。使用する基板は、1608、2012、3216、5025チップ部品を実装できるガラエポ基板（ガラスエポキシ基板）（ＦＲ−４）を用い、メタルマスクを用いてクリームフラックスを印刷した。はんだは、まず箔を作成し、それを、17.2± 2.0mgの重量に細く切ったものを作製した。基板の3216チップ電極部分にはんだ箔の小片を乗せ、更にクリームフラックスを少量塗布した。この上にチップ部品を乗せ、リフロー炉で実装した。リフロー温度条件は、通常の鉛フリーはんだで使用している条件とした。信頼性試験は、タバイエスペック株式会社製熱衝撃試験器（ＴＳＶ− 350）を用いて、−40℃と 125℃を各10分ずつ繰り返すという条件で熱衝撃試験をおこなった。そして、1000サイクル毎に接合強度測定をおこない、試験は3000サイクルまでおこなった。
【００１４】
図１〜図４は、各はんだで実装した3216チップ抵抗部品の熱衝撃試験後接合強度測定結果を示す。この結果より、実施例１が、比較例１〜比較例12よりも接合信頼性が高いこと、すなわち、耐熱衝撃試験特性が優れることが分かった。具体的には、1000サイクルでの強度は、13.6kgfである。
【００１５】
比較例11（Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系）の耐熱衝撃試験特性が優れる理由を推測すると、ＳｂはＳｎ中に多く固溶することができ、Ｓｎ中に異種元素を固溶させることで固溶硬化させ、剛性を高めることで熱応力に耐える強度が向上したのではないかと考えられる。すなわち、これまではんだはできるだけ軟らかくして、はんだが歪みを吸収しやすくなるほど、信頼性は高いと考えられていたが、ある程度はんだ強度を向上させることで、部品接合部の熱応力耐性がさらに向上できるのではないかと考えられる。本発明では、毒性のあるＳｂを含有する比較例11のはんだよりも、さらに耐熱衝撃試験特性が優れ、かつ、毒性がないはんだを発明したものである。
【００１６】
本発明は、設計変更可能であって、例えば、上記以外の元素を少量含有するも良い。
【００１７】
以上のように、本発明は、鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有し、残部は主としてＳｎであるので、強度（耐熱衝撃試験特性）を大幅に向上させることができるとともに、環境に優しいものとすることができる。特に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系と同程度以上の強度でありながら、毒性がなく、かつ、高信頼性はんだとすることができる（すなわち、Ｂｉには毒性がない）。
【００１８】
また、鉛フリーはんだに於て、Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有し、残部をＳｎとしたので、強度を大幅に向上させることができるとともに、環境に優しいものとすることができる。特に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系と同程度以上の強度でありながら、毒性がなく、かつ、高信頼性のはんだとすることができる。
【００１９】
また、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有すると共に、Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％含有し、かつ、Ｎｉ、Ｐ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎのうち少なくともひとつを含有するので、強度を大幅に向上させることができるとともに、環境に優しいものとすることができる。特に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系と同程度以上の強度でありながら、毒性がなく、かつ、高信頼性のはんだとすることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛フリーはんだに於て、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有し、残部は主としてＳｎであることを特徴とするはんだ。
【請求項２】
鉛フリーはんだに於て、Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％、Ｂｉを 2.0〜10ｗｔ％含有し、残部をＳｎとしたことを特徴とするはんだ。
【請求項３】
Ａｇを０〜 6.0ｗｔ％、Ｃｕを０〜 2.0ｗｔ％含有し、かつ、Ｎｉ、Ｐ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎのうち少なくともひとつを含有する請求項１記載のはんだ。

【図１】