(57)【要約】      （修正有）【課題】鏝先の長寿命化のために、鏝先食われを抑制し、且つ、炭化物の鏝先への付着が抑制されたＦｅ食われ防止用はんだ合金の提供。【解決手段】質量％で、Ｆｅ：０．０２〜０．１％、Ｚｒ：０％超え０．２％以下、更に、Ｃｕ：０．１〜４％、更に、Ｓｂ：５〜２０％、Ａｇ：４％以下、およびＢｉ：３％以下、更に、Ｎｉ：０．３％以下及びＣｏ：０．２％以下の１種以上、その上、Ｐ：０．１％以下、Ｇｅ：０．１％以下、及びＧａ：０．１％以下の１種以上を含有し、残部がＳｎからなる合金組成を有する、Ｆｅ食われの防止用はんだ合金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｆｅ：０．０２〜０．１％、Ｚｒ：０％超え０．２％以下、残部がＳｎからなる合金組成を有することを特徴とする、炭化物の鏝先への付着が抑制されたＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【請求項２】
前記合金組成は、更に、Ｃｕ：０．１〜４％を含有する、請求項１に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【請求項３】
前記合金組成は、更に、Ｓｂ：５〜２０％、Ａｇ：４％以下、およびＢｉ：３％以下の１種以上を含有する、請求項１または２に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【請求項４】
前記合金組成は、更に、Ｎｉ：０．３％以下、およびＣｏ：０．２％以下の１種以上を含有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【請求項５】
前記合金組成は、更に、質量％で、Ｐ：０．１％以下、Ｇｅ：０．１％以下、およびＧａ：０．１％以下の１種以上を含有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金を有するやに入りはんだ。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金を有するはんだ継手。
【請求項８】
やに入りはんだを用いてはんだ鏝ではんだ付けを行うはんだ付け方法であって、
前記やに入りはんだは、質量％で、Ｆｅ：０．０２〜０．１％、Ｚｒ：０％超え０．２％以下、Ｓｎ：６７．９％以上を含むはんだ合金とフラックスからなり、
前記はんだ合金の溶融温度は３５０℃以下であり、
前記はんだ鏝で前記やに入りはんだを２４０℃〜４５０℃の温度域まで加熱して前記はんだ合金中のＺｒを酸化させて酸化ジルコニウムとし、
前記酸化ジルコニウムの触媒作用により前記フラックス成分の炭化を抑制して前記はんだ鏝の鏝先にフラックスの炭化物の付着を抑制するはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鏝先食われ及びフラックスの炭化を抑制することができるはんだ合金、はんだ継手およびはんだ付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板等の端子の接続には、主にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系鉛フリーはんだ合金が使用されている。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系鉛フリーはんだ合金は、フローソルダリング、リフローソルダリング、はんだ鏝を使用したはんだ付けなどの種々の工法に用いられている。
【０００３】
はんだ鏝を使用したはんだ付けとしては、マニュアルソルダリングのような手作業のはんだ付けが挙げられる。近年では、はんだ鏝を使用したはんだ付けの自動化が進み、はんだ付けはコテロボットにより自動で行われている。
【０００４】
はんだ鏝は、発熱体と鏝先で構成されており、発熱体の熱を鏝先へ伝導して鏝先を加熱する。発熱体の熱が効率的に鏝先へ伝導するようにするため、鏝先の芯材には良好な熱伝導性を有するＣｕが用いられている。しかし、Ｃｕに直接はんだが接触すると、Ｃｕがはんだ合金中のＳｎにより食われてしまい、鏝先形状が変形してはんだ鏝としての使用が困難になる。そこで、Ｓｎによる鏝先食われを抑制するため、鏝先にはＦｅ及びＦｅ合金メッキによる被覆が施されている。
【０００５】
このように、鏝先の寿命を延ばす観点から、鏝先にはＦｅ及びＦｅ合金メッキによる被覆が施されているが、はんだ付けの自動化によりはんだ付けの回数が増加するにつれて、鏝先表面の被覆に食われが発生するようになってきた。Ｆｅ及びＦｅ合金の食われが発生する原因は、はんだ合金中のＳｎとＦｅとが相互拡散により合金化し、これが溶融はんだ中のＳｎに溶解し易くなるためである。このため、はんだ鏝側の対応では限界があり、Ｆｅ食われの発生が抑制されるようなはんだ合金が検討されている。
【０００６】
特許文献１では、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金にＣｏを添加した合金が提案されている。この文献によれば、Ｃｏは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金に添加されるとはんだ合金中へのＦｅの拡散を抑制し、Ｆｅ食われを抑制することができる効果がある。
【０００７】
また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｃｏ系はんだ合金として、特許文献２および３では、リフローソルダリングで使用することを前提とし、金属間化合物の生成やボイドの発生を抑制することを目的としたはんだ合金が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４５７７８８８号公報
【特許文献２】特表２００８−５２１６１９号公報
【特許文献３】特表２００９−５０６２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、特許文献１〜３に記載のはんだ合金はいずれもＣｏを含有するため、Ｆｅのはんだ合金中への拡散を抑制することから、鏝先の寿命を延ばすことができる。
【００１０】
しかし、鏝先の寿命が延びるにつれて、新たな問題が発生することがわかった。ＣｏはＦｅ食われを抑制するものの炭素と反応しやすい性質も有する。このため、数千回のはんだ付けを行うと、鏝先に炭化物が付着する問題が表面化してきた。
【００１１】
はんだ鏝を使用したはんだ付けでは、端子表面の酸化膜を破壊してはんだを濡れ易くするため、通常ロジンを基材とするフラックスが用いられており、はんだ付けの際には、はんだとともにロジンも加熱される。この時に、はんだ合金中のＣｏは、ロジンの炭素及び酸素と反応して多量の炭化物を生成し、鏝先に炭化物を付着させる。炭化物はＣｏとの化学反応により鏝先に付着しているため、エアークリーニングをしても鏝先から除去され難い。したがって、使用頻度が増加するにつれて炭化物の付着面積が増加し、最終的にはんだ付けが困難になってしまう。
【００１２】
また、特許文献２および３に記載のはんだ合金は、リフローソルダリングで使用するはんだ合金であるため、はんだ鏝を用いることは想定されていない。たまたまＣｏを含有するためにＦｅ食われを抑制することができたとしても、特許文献１と同様に炭化物の付着を抑制することはできない。ここで、特許文献３にはワイヤーの形態で使用することも開示されているが、実施例ではパンチングにより球状化することから、特許文献３に記載のはんだ合金はリフローソルダリングで使用することを前提としている。このため、特許文献３に記載の発明では、はんだ鏝ではんだ付けを行った場合の課題が想定されてなく、当然のことながら、その課題を解決するための手段も講じられていない。
【００１３】
本発明の課題は、鏝先の長寿命化のために、鏝先食われを抑制し、且つ、炭化物の鏝先への付着が抑制されたＦｅ食われ防止用はんだ合金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、当初、Ｃｏ含有量の低減により炭化物の鏝先への付着を抑制することを検討した。しかし、炭化物の付着は抑制されたものの、Ｆｅ食われを抑制することはできなかった。そこで、本発明者らは、鏝先のＦｅ食われの防止と炭化物の付着抑制との両立を阻害するＣｏを含有しない合金組成に立ち返り、まずは、Ｆｅ食われを抑制するとともにＣｏよりも炭化物の付着が抑制される可能性がある、Ｆｅを含有するはんだ合金に着目した。すなわち、発明者らは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｆｅはんだ合金に関して、Ｆｅ食われとロジンの炭化抑制との両立が可能な元素について検討した。
【００１５】
Ｚｒは酸化し易く、製造上の観点から取扱い難い元素のため、従来、積極的に添加されることはかった。一方で、ＺｒがＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｆｅはんだ合金に添加されると、はんだ接合界面での金属間化合物の界面成長を抑制することが知られている。そこで、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｆｅはんだ合金では、Ｆｅが添加されていることによりＦｅ食われの抑制効果はあるものの、さらに、Ｓｎの拡散を抑制してＦｅ食われの抑制効果を向上させるため、敢えて、取扱い難い元素であるＺｒを添加した。その結果、Ｆｅ食われの抑制効果を維持しつつ、予想外にも、ロジンの炭化を抑制する知見が得られた。さらには、ロジンがわずかに炭化したとしても、鏝先への炭化物の付着はほとんど見られない知見も得られた。
【００１６】
また、電極の材質としては一般にＣｕが用いられているが、用途によってはＮｉやＡｌが用いられることがある。Ｎｉ／Ａｕメッキが施された電極も使用されている。そこで、電極の材質によらずに、鏝先寿命の長期化および炭化抑制効果を発揮することを確認するため、Ｃｕを含有しないＳｎ−Ａｇ−Ｆｅ−Ｚｒはんだ合金の検討を行った。さらに、コスト低減の観点からＡｇを含有しないＳｎ−Ｆｅ−Ｚｒはんだ合金の検討を行った。その結果、いずれのはんだ合金においてもＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｆｅはんだ合金と同様の効果を発揮する知見が得られた。
【００１７】
これらの知見により得られた本発明は次の通りである。
（１）  質量％で、Ｆｅ：０．０２〜０．１％、Ｚｒ：０％超え０．２％以下、残部がＳｎからなる合金組成を有することを特徴とする、炭化物の鏝先への付着が抑制されたＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【００１８】
（２）  合金組成は、更に、Ｃｕ：０．１〜４％を含有する、上記（１）に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【００１９】
（３）  合金組成は、更に、Ｓｂ：５〜２０％、Ａｇ：４％以下、およびＢｉ：３％以下の１種以上を含有する、上記（１）または上記（２）に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【００２０】
（４）  合金組成は、更に、Ｎｉ：０．３％以下、およびＣｏ：０．２％以下の１種以上を含有する、上記（１）〜上記（３）のいずれか１項に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【００２１】
（５）  合金組成は、更に、Ｐ：０．１％以下、Ｇｅ：０．１％以下、およびＧａ：０．１％以下の１種以上を含有する、上記（１）〜上記（４）のいずれか１項に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金。
【００２２】
（６）  上記（１）〜上記（５）のいずれか１項に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金を有するやに入りはんだ。
【００２３】
（７）  上記（１）〜上記（５）のいずれか１項に記載のＦｅ食われ防止用はんだ合金を有するはんだ継手。
【００２４】
（８）  やに入りはんだを用いてはんだ鏝ではんだ付けを行うはんだ付け方法であって、
前記やに入りはんだは、質量％で、Ｆｅ：０．０２〜０．１％、Ｚｒ：０％超え０．２％以下、Ｓｎ：６７．９％以上を含むはんだ合金とフラックスからなり、
前記はんだ合金の溶融温度は３５０℃以下であり、
前記はんだ鏝で前記やに入りはんだを２４０℃〜４５０℃の温度域まで加熱して前記はんだ合金中のＺｒを酸化させて酸化ジルコニウムとし、
前記酸化ジルコニウムの触媒作用により前記フラックス成分の炭化を抑制して前記はんだ鏝の鏝先にフラックスの炭化物の付着を抑制するはんだ付け方法。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、Ｓｎ−Ｆｅ−Ｚｒはんだ合金の３元図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を以下により詳しく説明する。本明細書において、はんだ合金組成に関する「％」は、特に指定しない限り「質量％」である。
【００２７】
１．  合金組成
（１）  Ｆｅ：０．０２〜０．１％
Ｆｅは、はんだ合金中へのＦｅの溶出を抑制し、はんだ鏝の鏝先を被覆するＦｅ合金の食われを防止するために有効な元素である。Ｆｅ含有量が０．０２％未満であるとこれらの効果を十分に発揮することができない。Ｆｅ含有量の下限は０．０２％以上であり、好ましくは０．０３％以上であり、より好ましくは０．０４％以上である。一方、Ｆｅ含有量が０．１％を超えると、はんだ合金の溶融温度が高くなり過ぎてしまい、はんだ鏝の設定温度を上げなければならず、はんだ付けを行う電子部品の耐熱温度等の観点から好ましくない。Ｆｅ含有量の上限は０．１％以下であり、好ましくは０．０８％以下であり、より好ましくは０．０６％以下である。
【００２８】
（２）Ｚｒ：０％超え０．２％以下
Ｚｒは、Ｚｒに基づく触媒作用により、フラックス中に存在するロジンの炭化を抑制するために必要な元素である。Ｚｒに基づく触媒作用は、以下のような挙動を示すと推察される。
【００２９】
酸化ジルコニウムは酸化性と還元性の両方の特性を示すことから触媒作用を示すとも考えられる。（山口力  石油学会誌  Ｖｏｌ．３６  Ｎｏ．４  Ｐ．２５０〜２６７（１９９３））このため、酸化還元によるロジンの炭化自体を抑制することができると推察される。これに加えて、仮に炭化物が生成したとしても生成した炭化物への還元作用によって炭化の進行が阻害されるため、副次的にロジンの炭化を抑制することができると推察される。また、仮にロジンがわずかに炭化したとしても、鏝先への炭化物の付着はほとんど見られない。
【００３０】
また、Ｚｒは、２４０〜２９０℃で酸化が開始するという報告がある（中村英嗣ら  工業火薬  ５１（６）  Ｐ．３８３（１９９０））。よって、上記効果を得るため、はんだ付け温度は２４０℃以上が有効であると考えられる。
【００３１】
ここで、はんだ鏝によるはんだ付け時には、通常鏝先温度が３５０℃〜４５０℃である。本発明のはんだ合金をはんだ鏝によるはんだ付けに用いると、はんだ付け時にははんだ合金中のＺｒの大部分が酸化ジルコニウムとして存在していると考えられる。このため、酸化ジルコニウムによる触媒作用が発揮される温度域を鑑みると、本発明のはんだ合金ははんだ鏝によるはんだ付けに好適に用いられるのである。
【００３２】
Ｚｒ含有量が０％であると炭化抑制効果を発揮することができない。Ｚｒ含有量の下限は０％超えであり、好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．００５％以上である。一方、Ｚｒ含有量が０．２％を超えると、Ｚｒ化合物が異常析出するため、はんだ合金の溶融温度が高くなり過ぎてしまい、はんだ鏝の設定温度を上げなければならず、はんだ付けを行う電子部品の耐熱温度等の観点から好ましくない。Ｚｒ含有量の上限は０．２％以下であり、好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０３％以下である。本発明のはんだ合金はＺｒ含有量が微量であっても炭化抑制効果を十分に発揮することができるため、Ｚｒ含有量の上限は特に好ましくは０．００６以下である。
【００３３】
（３）  Ｃｕ：０．１〜４％
Ｃｕは、電極の材質がＣｕである場合に電極の食われを抑制することができる任意元素である。Ｃｕ含有量が０．１％以上であると上記効果を発揮することができる。この観点から、Ｃｕ含有量の下限は０．１％以上であり、好ましくは０．３％以上であり、より好ましくは０．５％以上である。一方、Ｃｕ含有量が４％以下であると、はんだ付けの作業温度（２４０℃〜４５０℃）の温度域にはんだ鏝温度を設定することができ、はんだ付けを行う電子部品の熱的損傷を抑制することができる。このため、Ｃｕ含有量の上限は４％以下であり、好ましくは１．０％以下であり、より好ましくは０．７％以下である。
【００３４】
（４）  Ｓｂ：５〜２０％、Ａｇ：４％以下、およびＢｉ：３％以下の１種以上
Ｓｂ、Ａｇ、およびＢｉは、はんだ合金の濡れ性を向上させることができる任意元素である。
【００３５】
Ｓｂは、上記効果に加えて、温度サイクル特性や耐疲労特性を向上させることができる。このような効果を発揮するため、本発明のはんだ合金がＳｂを含有する場合には、Ｓｂ含有量の下限は５％以上であり、好ましくは６％以上、より好ましくは７％以上である。Ｓｂ含有量が２０％以下であるとはんだ合金を形成することが可能となる。本発明のはんだ合金がＳｂを含有する場合には、Ｓｂ含有量の上限は２０％以下であり、好ましくは１５％以下であり、より好ましくは１０％以下である。
【００３６】
Ａｇは、０．３％以上含有すると濡れ性が顕著に向上し、１％以上では更に濡れ性が向上する。本発明のはんだ合金がＡｇを含有する場合には、Ａｇ含有量の下限は好ましくは０．３％以上であり、より好ましくは１％以上である。また、Ａｇ含有量が０．３％以上であると、上記効果に加えてはんだ合金の溶融温度を低下させるため、はんだ鏝の設定温度を下げることができ、これに加えてＦｅ食われの発生をも抑制することができる。一方、Ａｇ含有量が４％以下であると、ＳｎＡｇの粗大な化合物の晶出を抑制し、はんだ付け作業を行う際、ブリッジ等の欠陥を抑えることができる。本発明のはんだ合金がＡｇを含有する場合には、Ａｇ含有量の上限は４％以下であり、好ましくは３．５％以下である。
【００３７】
Ｂｉは、上記効果に加えて、はんだ合金の強度を向上させ、はんだ合金の溶融温度を低下させることができる。このような効果を十分に発揮するため、本発明のはんだ合金がＢｉを含有する場合には、Ｂｉ含有量の下限は０．０６％以上であり、好ましくは０．３％以上、より好ましくは０．５％以上である。一方、Ｂｉ含有量が３％以下であると、Ｂｉ単相の晶出を抑制し、落下衝撃性の低下を抑えることができる。本発明のはんだ合金がＢｉを含有する場合には、Ｂｉ含有量の上限は３％以下であり、好ましくは２％以下であり、より好ましくは１％以下である。
【００３８】
（５）  Ｎｉ：０．３％以下、およびＣｏ：０．２％以下の１種以上
ＮｉおよびＣｏは、Ｆｅ合金に対する食われを抑制することができる任意元素である。
【００３９】
Ｎｉは、上記効果に加えて、はんだ合金の耐疲労性を改善することができる。これらの効果を十分に発揮するため、本発明のはんだ合金がＮｉを含有する場合には、Ｎｉ含有量の下限は好ましくは０．０１％以上である。また、Ｎｉ含有量が０．３％以下であると、はんだ合金の溶融温度の上昇に伴うはんだ鏝の設定温度の上昇を防ぐと共に、Ｆｅ食われの発生を抑制することができる。本発明のはんだ合金がＮｉを含有する場合には、Ｎｉ含有量の上限は０．３％以下であり、好ましくは０．１％以下である。
【００４０】
Ｃｏは、Ｚｒを含有しないはんだ合金に添加されるとロジンの炭化を促進してしまう。しかし、はんだ合金がＺｒとともにＣｏを含有する場合には、Ｚｒに基づくロジンの炭化自体が抑制されるため、炭化物の付着を低減させつつ、Ｆｅ食われ抑制効果も得られる。本発明のはんだ合金がＣｏを含有する場合にＣｏが上記効果を発揮するためには、Ｃｏ含有量の下限は好ましくは０．００５％以上である。また、Ｃｏ含有量が０．２％以下であると、はんだ合金の溶融温度の上昇を防ぐことができる。本発明のはんだ合金がＣｏを含有する場合には、Ｃｏ含有量の上限は０．２％以下であり、好ましくは０．０５％未満である。
【００４１】
（６）  Ｐ：０．１％以下、Ｇｅ：０．１％以下、およびＧａ：０．１％以下の１種以上
Ｐ、ＧｅおよびＧａは、Ｓｎの酸化を抑制することができる任意元素である。本発明のはんだ合金がこれらの元素を含有する場合には、これらの下限値は、各々好ましくは０．００１％以上である。
【００４２】
また、ＰおよびＧｅの含有量が上記範囲内であると、はんだ合金の溶融温度の上昇を防ぐことができる。本発明のはんだ合金がこれらの元素を含有する場合には、これらの含有量の上限は、各々好ましくは０．０１％以下である。
【００４３】
また、Ｇａ含有量が０．１％以下であると、Ｇａの偏析による低融点相の生成リスクを低減することができる。本発明のはんだ合金がＧａを含有する場合には、Ｇａ含有量の上限は、好ましくは０．０１％以下である。
【００４４】
本発明に係るはんだ合金の残部はＳｎである。前述の元素の他に不可避的不純物を含有してもよい。不可避的不純物を含有する場合であっても、前述の効果に影響することはない。また、後述するように、本発明では含有しない元素が不可避的不純物として含有されても前述の効果に影響することはない。
【００４５】
２．はんだ合金の溶融温度
本発明に係るはんだ合金は、溶融温度が３５０℃以下であることが望ましい。これは、はんだ鏝によるはんだ付けの際、鏝先温度は通常３５０〜４５０℃に加熱されるためである。
【００４６】
３．やに入りはんだ
本発明に係るはんだ合金は、線状のはんだにフラックスが封止された材料で、やに入りはんだに適用することができる。フラックスは主成分としてロジンを含む従来のものを用いることができる。
【００４７】
４．はんだ継手
また、本発明における「はんだ継手」とは電極の接続部をいい、本発明に係るはんだ合金で接続部が形成される。また、電極の材質としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌが挙げられ、Ｃｕ電極にＮｉ／Ａｕメッキが施された電極であってもよい。
【００４８】
５．はんだ付け方法
本発明のはんだ合金を用いたはんだ付け方法は、やに入りはんだを用いてはんだ鏝ではんだ付けを行うはんだ付け方法であって、やに入りはんだは、質量％で、Ｆｅ：０．０２〜０．１％、Ｚｒ：０％超え０．２％以下、Ｓｎ：６７．９％以上を含むはんだ合金とフラックスからなり、はんだ合金の溶融温度は３５０℃以下であり、はんだ鏝でやに入りはんだを２４０℃〜４５０℃の温度域まで加熱してはんだ合金中のＺｒを酸化させて酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウムの触媒作用によりフラックス成分の炭化を抑制してはんだ鏝の鏝先にフラックス成分の炭化物の付着を抑制する。
【００４９】
本発明のはんだ付け方法は、はんだ合金を所定の温度に設定された鏝先に供給し、はんだ合金を加熱、溶融してはんだ付けを行うというものである。なお、本発明では、当然のことながら、はんだ鏝の鏝先温度ははんだ合金の溶融温度よりも高温に設定されている。このため、溶融時の対流によりＺｒが酸化されて十分な酸化ジルコニウムが生成され、その触媒作用により炭化を抑制することができるようになる。はんだ鏝の鏝先温度は、Ｚｒを酸化させるため、２４０〜４５０℃とする必要があり、望ましくは３５０〜４５０℃である。
【００５０】
このように、本発明のはんだ付け方法は、通常のはんだ鏝によるはんだ付けと比較して上記のはんだ鏝の温度範囲を満たすため、Ｚｒの酸化を促進させてフラックス成分の炭化を抑制させることができる。
【実施例】
【００５１】
表１に示すはんだ合金を作製した。これらのはんだ合金はいずれも溶融温度が３５０℃以下であることを確認した。このはんだ合金を用いて脂入りはんだを形成し、Ｆｅ食われと炭化について評価を行った。評価した結果を表１に示す。
【００５２】
＜Ｆｅ食われ＞
自動はんだ付け装置（ＪＡＰＡＮ  ＵＮＩＸ社製、ＵＮＩＸ−４１３Ｓ）を用いて、鏝先の温度は３８０℃とし、はんだ送りスピードは１０ｍｍ／秒とし、はんだ送り量は１ショットで１５ｍｍとして大気中ではんだ付けを行い、１０ショット毎に１回、鏝先にエアークリーニングを行いながら、鏝先のＦｅ食われを評価した。使用した鏝は、ＪＡＰＡＮ  ＵＮＩＸ社製の型番がＰ２Ｄ−Ｒであり、鏝の芯であるＣｕの表面に膜厚が５００μｍのＦｅメッキが施されている。また、やに入りはんだは、はんだ中のフラックス含有量が３質量％であり、フラックス中のロジン含有量が９０％のものを用いた。
【００５３】
Ｆｅ食われの評価方法は、２５０００ショット時に、鏝先のＦｅメッキに穴が開き、芯材のＣｕが露出した状態を×とし、穴が開いていない状態を○とした。
【００５４】
＜炭化＞
自動はんだ付け装置（ＪＡＰＡＮ  ＵＮＩＸ社製、ＵＮＩＸ−４１３Ｓ）を用いて、鏝先の温度は３８０℃とし、はんだ送りスピードを１０ｍｍ／秒とし、はんだ送り量は１ショットで１５ｍｍとしてはんだ付けを行い、１０ショット毎に１回エアークリーニングを行いながら、鏝先の炭化を評価した。使用したやに入りはんだはＦｅ食われの評価で用いたものである。
【００５５】
炭化の評価方法は、１００００ショット時に、鏝先のＦｅメッキ部分に炭化物が付着した状態を×とし、炭化物が付着していない状態を○とした。鏝先のＦｅメッキ部分に炭化物が付着すると、はんだとの接触面積が小さくなり、はんだ付け性が悪くなる。
【００５６】
なお、表１では、Ｆｅ食われ及び炭化の評価において、評価ができなかった場合には「−」とした。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１に示すように、実施例１〜３７では、いずれも、Ｆｅ食われの評価が○であり、且つ、炭化の評価も○であった。
【００５９】
一方、Ｆｅ含有量が少ない比較例１および６は、２５０００ショット時点でＦｅ食われが発生し、鏝の芯であるＣｕが露出していた。また、Ｆｅを含有しない比較例５については１００００ショット時点でＦｅ食われが発生したため、炭化の評価を行わなかった。
【００６０】
Ｆｅ含有量が多い比較例２および７では、はんだ合金の溶融温度が高くなり過ぎてしまい、鏝先の設定温度を上げなければならず、電子部品の耐熱温度の観点から好ましくない。従って、やに入りはんだとしての最低限の性能を有さないため、Ｆｅ食われ及び炭化の評価を行わなかった。
【００６１】
Ｚｒを含有しない比較例３および８では、Ｆｅ含有量が適切であるためＦｅ食われが発生しなかったものの、Ｚｒを含有しないために炭化を抑制することができなかった。
Ｚｒ含有量が多い比較例４および９では、Ｚｒ化合物が異常析出し、はんだ合金の溶融温度が高くなり過ぎてしまい、鏝先の設定温度を上げなければならず、上記と同様の理由で、Ｆｅ食われ及び炭化の評価を行わなかった。
【００６２】
Ｃｕ含有量が多い比較例１０では、はんだ合金の溶融温度が高くなり過ぎてしまい、鏝先の設定温度を上げなければならず、上記と同様の理由で、Ｆｅ食われ及び炭化の評価を行わなかった。
【００６３】
Ｆｅ及びＺｒを含有せず、Ｃｏを含有する比較例１１では、Ｆｅ食われの問題は解決できても、炭化物の付着が見られた。尚、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金にＣｏを含有する比較例１１は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金にＦｅを含有する比較例８よりも多量の炭化物が付着した。
【００６４】
また、本実施例のＳｎ−Ｆｅ−Ｚｒ系はんだ合金について３元図を用いて詳述する。図１は、Ｓｎ−Ｆｅ−Ｚｒはんだ合金の３元図を示す。図１中、底辺はＳｎ含有量（質量％）、左辺はＺｒ含有量（質量％）、右辺はＦｅ含有量（質量％）であり、「○」は実施例１〜５を示し、「×」は比較例１〜４を示し、網模様の領域は本発明の組成域を示す。図１から明らかなように、ＦｅおよびＺｒが本発明の範囲内の合金組成では、いずれもＦｅ食われ及び炭化を抑制することができることがわかる。特に、Ｚｒの含有量が０．００１％の実施例３においても、十分な炭化抑制効果を発揮できることが明らかになった。一方、本発明の範囲外の合金組成では両者を同時に満たすことができなかった。これは、本発明の任意元素を含有する合金組成においても同様のことが言える。
【００６５】
本発明に係るはんだ合金は、特に、はんだ鏝によるはんだ付けを数千回以上行う場合に適している。コテロボットによるはんだ付けを行う場合には、はんだ付け回数が直ぐに数千回に達するため、はんだ鏝の寿命が延びたことによって生じるロジンの炭化を抑制することが可能である。
【図１】
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