ガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金
【課題】 人体に有害なＰｂを含有せず、しかも接合強度が高い、ガラス、セラミックスの低温接合用ハンダ合金を提供する。
【解決手段】
本発明に関わるガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金は、錫及び／又はビスマスを主体とし鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金にガリウムを０．００１〜３重量％添加したものである。ガリウムの添加量は、特に０．０１〜２重量％の範囲が好ましい。ガリウムの添加量が０．００１重量％でも添加効果が認められ接合強度７ｋｇ／ｍｍ２となるが、０．０１重量％では１０ｋｇ／ｍｍ２台となる。ガリウムの添加量を２重量％以上にしても接合強度のさらなる改善は認められない。
【解決手段】
本発明に関わるガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金は、錫及び／又はビスマスを主体とし鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金にガリウムを０．００１〜３重量％添加したものである。ガリウムの添加量は、特に０．０１〜２重量％の範囲が好ましい。ガリウムの添加量が０．００１重量％でも添加効果が認められ接合強度７ｋｇ／ｍｍ２となるが、０．０１重量％では１０ｋｇ／ｍｍ２台となる。ガリウムの添加量を２重量％以上にしても接合強度のさらなる改善は認められない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体に有害な鉛を含有しない無鉛錫（Ｓｎ）系ハンダ合金に関し、特に、電子部品関係の金属とガラス、セラミックスとの接合への適用において有用な無鉛ハンダ合金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラスやセラミックスの接合に用いる軟ロウ材（ハンダ合金）としては、錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）の共晶組成付近の合金が一般に使用されてきた。特公昭４５−１７３９号にはＰｂ（４０〜９８重量％）−Ｓｎ（１．８〜５０重量％）−Ｚｎ（０．０５〜１０重量％）−Ｓｂ（０．０５〜１０重量％）系の窯業体用ハンダ、特公昭５１−４０４６号にはＰｂ（４０〜８５重量％）−Ｓｎ（５〜５０重量％）−Ｂｉ（３〜１８重量％）−Ｓｂ（０．５〜１２重量％）−Ｚｎ（０．５〜１０重量％）系のガラス用ハンダが提案されている。その後鉛の人体に対する毒性が問題になり、鉛を含まないガラス、セラミックスの用ハンダ合金として特開昭６２−２５２６９３号にはＢｉ（２５〜８５重量％）−Ｓｎ（１８〜６８重量％）−Ｚｎ（０．１〜１０重量％）−Ｓｂ（０．１〜１０重量％）系のセラミックス用ハンダ、特開平１１−７７３７０号にはＢｉ（３０〜８０重量％）−Ｓｎ（１８〜８８重量％）−Ｔｉ（０，１〜５重量％）系のガラス、セラミックス用ハンダなどが提案されているが、接合強度は鉛を含むハンダ合金に比べ劣り７ｋｇ／ｍｍ２以上の特性が出ない。
【特許文献１】特開昭４５−１７３９号公報
【特許文献２】特公昭５１−４０４６号公報
【特許文献３】特開昭６２−２５２６９３号公報
【特許文献４】特開平１１−７７３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、人体に有害なＰｂを含有せず、しかも接合強度が高い、具体的には７ｋｇ／ｍｍ２以上あるガラス、セラミックスの低温接合用ハンダ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】
本発明に関わるガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金は、錫及び／又はビスマスを主体とし鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金にガリウムを０．００１〜３重量％添加したものである。
【発明の効果】
【０００５】
ガラスやセラミックス相互、又はそれらと金属の接合強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上あるガラス、セラミックスの低温接合用ハンダ合金が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のベース（ガリウム添加前）となる錫及び／又はビスマスを主体とする低融点無鉛ハンダ合金としては、錫３０〜８５重量％、ビスマス１５〜６０重量％、インジウム０〜１５重量％よりなり鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金が推奨される。またこの低融点無鉛ハンダ合金に対するガリウムの添加量は０．００１〜３重量％の範囲、特に０．０１〜１重量％の範囲が好ましい。ガリウムの添加量画０．００１重量％でも添加効果が認められ接合強度７ｋｇ／ｍｍ２となるが、０．０１重量％では１０ｋｇ／ｍｍ２台となる。一方ガリウムの添加量を２重量％以上にしても接合強度のさらなる改善は認められない。
【実施例】
【０００７】
表１に示す実施例１〜９の組成のハンダ合金及び比較例１〜３の組成（ガリウムを含まず）のハンダ合金を調製し、ガラス管の熱衝撃破壊指数及びガラスと金属の接合強度を測定した。結果を表１、２、３に示す。表１は実施例及び比較例の全てをまとめた表、表２は共通のベースハンダ合金（Ｂｉ：２８．０重量％、Ｉｎ：３．０重量％、Ｓｎ：残り）においてＧａの添加量の影響がわかるように編集したもの、表３は同一のＧａ添加量（０．００１重量％及び２重量％）において異なるベースハンダ合金組成の影響を示したものである。ガラス管の熱衝撃破壊指数の測定は、外径４ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのガラス管１０本を溶融金属中に挿入し挿入２秒後に取り出し１０本中の破壊した本数で示す。ガラスと金属の接合強度の測定は、ガラス板の表面に金属線の先端をハンダ付けしたものをガラス板面に対して４５度の方向に引っ張り、剥がれたときの強度（ｋｇ／ｍｍ２）で示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【表２】
【００１０】
表２より、ガリウムの添加量は０．００１〜３重量％の範囲、特に０．０１〜２重量％の範囲が好ましこと。ガリウムの添加量が０．００１重量％でも添加効果が認められ接合強度７ｋｇ／ｍｍ２となるが、０．０１重量％では１０ｋｇ／ｍｍ２台となること、ガリウムの添加量を２重量％以上にしても接合強度のさらなる改善は認められないことなどが分かる。
【００１１】
【表３】
【００１２】
表３の結果を見れば、ガラス管の熱衝撃破壊指数やガラスと金属の接合強度はガリウムの添加量の影響が支配的であり、ベースの錫及び／又はビスマスを主体とし鉛を含まない合金における組成の変化は支配的でないことが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体に有害な鉛を含有しない無鉛錫（Ｓｎ）系ハンダ合金に関し、特に、電子部品関係の金属とガラス、セラミックスとの接合への適用において有用な無鉛ハンダ合金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラスやセラミックスの接合に用いる軟ロウ材（ハンダ合金）としては、錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）の共晶組成付近の合金が一般に使用されてきた。特公昭４５−１７３９号にはＰｂ（４０〜９８重量％）−Ｓｎ（１．８〜５０重量％）−Ｚｎ（０．０５〜１０重量％）−Ｓｂ（０．０５〜１０重量％）系の窯業体用ハンダ、特公昭５１−４０４６号にはＰｂ（４０〜８５重量％）−Ｓｎ（５〜５０重量％）−Ｂｉ（３〜１８重量％）−Ｓｂ（０．５〜１２重量％）−Ｚｎ（０．５〜１０重量％）系のガラス用ハンダが提案されている。その後鉛の人体に対する毒性が問題になり、鉛を含まないガラス、セラミックスの用ハンダ合金として特開昭６２−２５２６９３号にはＢｉ（２５〜８５重量％）−Ｓｎ（１８〜６８重量％）−Ｚｎ（０．１〜１０重量％）−Ｓｂ（０．１〜１０重量％）系のセラミックス用ハンダ、特開平１１−７７３７０号にはＢｉ（３０〜８０重量％）−Ｓｎ（１８〜８８重量％）−Ｔｉ（０，１〜５重量％）系のガラス、セラミックス用ハンダなどが提案されているが、接合強度は鉛を含むハンダ合金に比べ劣り７ｋｇ／ｍｍ２以上の特性が出ない。
【特許文献１】特開昭４５−１７３９号公報
【特許文献２】特公昭５１−４０４６号公報
【特許文献３】特開昭６２−２５２６９３号公報
【特許文献４】特開平１１−７７３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、人体に有害なＰｂを含有せず、しかも接合強度が高い、具体的には７ｋｇ／ｍｍ２以上あるガラス、セラミックスの低温接合用ハンダ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】
本発明に関わるガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金は、錫及び／又はビスマスを主体とし鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金にガリウムを０．００１〜３重量％添加したものである。
【発明の効果】
【０００５】
ガラスやセラミックス相互、又はそれらと金属の接合強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上あるガラス、セラミックスの低温接合用ハンダ合金が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のベース（ガリウム添加前）となる錫及び／又はビスマスを主体とする低融点無鉛ハンダ合金としては、錫３０〜８５重量％、ビスマス１５〜６０重量％、インジウム０〜１５重量％よりなり鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金が推奨される。またこの低融点無鉛ハンダ合金に対するガリウムの添加量は０．００１〜３重量％の範囲、特に０．０１〜１重量％の範囲が好ましい。ガリウムの添加量画０．００１重量％でも添加効果が認められ接合強度７ｋｇ／ｍｍ２となるが、０．０１重量％では１０ｋｇ／ｍｍ２台となる。一方ガリウムの添加量を２重量％以上にしても接合強度のさらなる改善は認められない。
【実施例】
【０００７】
表１に示す実施例１〜９の組成のハンダ合金及び比較例１〜３の組成（ガリウムを含まず）のハンダ合金を調製し、ガラス管の熱衝撃破壊指数及びガラスと金属の接合強度を測定した。結果を表１、２、３に示す。表１は実施例及び比較例の全てをまとめた表、表２は共通のベースハンダ合金（Ｂｉ：２８．０重量％、Ｉｎ：３．０重量％、Ｓｎ：残り）においてＧａの添加量の影響がわかるように編集したもの、表３は同一のＧａ添加量（０．００１重量％及び２重量％）において異なるベースハンダ合金組成の影響を示したものである。ガラス管の熱衝撃破壊指数の測定は、外径４ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのガラス管１０本を溶融金属中に挿入し挿入２秒後に取り出し１０本中の破壊した本数で示す。ガラスと金属の接合強度の測定は、ガラス板の表面に金属線の先端をハンダ付けしたものをガラス板面に対して４５度の方向に引っ張り、剥がれたときの強度（ｋｇ／ｍｍ２）で示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【表２】
【００１０】
表２より、ガリウムの添加量は０．００１〜３重量％の範囲、特に０．０１〜２重量％の範囲が好ましこと。ガリウムの添加量が０．００１重量％でも添加効果が認められ接合強度７ｋｇ／ｍｍ２となるが、０．０１重量％では１０ｋｇ／ｍｍ２台となること、ガリウムの添加量を２重量％以上にしても接合強度のさらなる改善は認められないことなどが分かる。
【００１１】
【表３】
【００１２】
表３の結果を見れば、ガラス管の熱衝撃破壊指数やガラスと金属の接合強度はガリウムの添加量の影響が支配的であり、ベースの錫及び／又はビスマスを主体とし鉛を含まない合金における組成の変化は支配的でないことが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
錫及び／又はビスマスを主体とし鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金にガリウムを０．００１〜３重量％添加したものであることを特徴とするガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金。
【請求項２】
ガリウムの添加量が０．０１〜２重量％の範囲である請求項１に記載のガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金。
【請求項３】
錫３０〜８５重量％、ビスマス１５〜６０重量％、インジウム０〜１５重量％よりなり鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金にガリウムを０．００１重量％〜３重量％添加したものであることを特徴とするガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金。
【請求項４】
ガリウムの添加量が０．０１〜２重量％の範囲である請求項３に記載のガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金。
【請求項１】
錫及び／又はビスマスを主体とし鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金にガリウムを０．００１〜３重量％添加したものであることを特徴とするガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金。
【請求項２】
ガリウムの添加量が０．０１〜２重量％の範囲である請求項１に記載のガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金。
【請求項３】
錫３０〜８５重量％、ビスマス１５〜６０重量％、インジウム０〜１５重量％よりなり鉛を含まない融点１２０℃〜２００℃の範囲の低融点無鉛ハンダ合金にガリウムを０．００１重量％〜３重量％添加したものであることを特徴とするガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金。
【請求項４】
ガリウムの添加量が０．０１〜２重量％の範囲である請求項３に記載のガラス又はセラミックスの低温接合用無鉛ハンダ合金。
【公開番号】特開２００６−３２６６７６（Ｐ２００６−３２６６７６Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８２５５７（Ｐ２００５−１８２５５７）
【出願日】平成１７年５月２７日（２００５．５．２７）
【出願人】（５０４０３４５８５）有限会社ナプラ (55)
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２７日（２００５．５．２７）
【出願人】（５０４０３４５８５）有限会社ナプラ (55)
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