(57)【要約】【課題】高温時の作業性を維持できるようなガラスおよびセラミックスを接合するための高温溶融型の無鉛ハンダを提供する。【解決手段】Ｓｎ：８５．０〜９６．０ｗｔ％，Ｚｎ：０．５〜６．０ｗｔ％,Ａｇ：０．１〜５．０ｗｔ％，Ｓｂ：０．１〜３．０ｗｔ％およびＡｌ：０．０１〜０．８ｗｔ％の合金組成を有する無鉛ハンダ合金。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ：８５．０〜９６．０ｗｔ％，Ｚｎ：０．５〜６．０ｗｔ％,Ａｇ：０．１〜５．０ｗｔ％，Ｓｂ：０．１〜３．０ｗｔ％およびＡｌ：０．０１〜０．８ｗｔ％の合金組成からなることを特徴とする無鉛ハンダ。
【請求項２】
Ｃｕ：０．０５〜５．０ｗｔ％をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の無鉛ハンダ。
【請求項３】
Ｂ：０．００１〜０．０１ｗｔ％をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載の無鉛ハンダ。
【請求項４】
Ｓｉ：０．００１〜０．０５ｗｔ％ｗさらに含有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の無鉛ハンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛を使用しない無鉛ハンダに関し、さらに詳しく言えば、ガラスやセラミックスなどの接合に適した無鉛ハンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス製品の製造工程において、部品を実装する場合に使用されるハンダは、部品の性能を損なわないようにするため、低温で溶融することが好ましい。逆に、部品内部のハンダ付けに使用されるハンダは、実装時に加わる熱によって溶け出さないようにするため、高温で溶融することが好ましい。
【０００３】
そこで、ガラスやセラミックスなどの部品を接合する際に用いられる高温ハンダは、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ系やＰｂ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系のハンダ合金に微量成分を添加したものが知られている。
【０００４】
しかしながら、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ系やＰｂ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系の鉛ハンダ合金は、鉛を含有するため、接合時に生じる鉛蒸気を作業者が吸引して健康を損ねるおそれがある。また、鉛ハンダを使用した製品が廃棄後に水や土壌汚染などを引き起こすおそれもある。
【０００５】
そこで、最近では、例えば特許文献１に示すように、環境問題に配慮してＳｎ−Ｚｎ系やＳｎ−Ｚｎ−Ｉｎ系などの鉛を含まない無鉛ハンダ合金が主流になりつつある。しかしながら、無鉛ハンダを上述したガラスなど非金属の接合に用いるには次のような問題があった。
【０００６】
すなわち、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ系鉛ハンダ合金の液相温度は約２９７℃と高温であるため、ガラスやセラミックスなど非金属部品を接合するのに好適であるが、一般的な無鉛ハンダは液相温度が約２１７℃と低温であるため、部品接合に用いた場合、実装時の温度によってハンダが溶け出すおそれがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８２１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の課題は、高温時の作業性を維持できるようなガラスおよびセラミックスなどの非金属を接合するのに好適な高温溶融型の無鉛ハンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、Ｓｎ：８５．０〜９６．０ｗｔ％，Ｚｎ：０．５〜６．０ｗｔ％,Ａｇ：０．１〜５．０ｗｔ％，Ｓｂ：０．１〜３．０ｗｔ％およびＡｌ：０．０１〜０．８ｗｔ％の合金組成からなることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、Ｃｕ：０．０５〜５．０ｗｔ％をさらに含有することを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、Ｂ：０．００１〜０．０１ｗｔ％をさらに含有することを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、上記請求項１，２または３において、Ｓｉ：０．００１〜０．０５ｗｔ％ｗさらに含有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、耐熱疲労性、耐水性、耐候性および接合強度の高いガラスやセラミックスを接合する高温溶融型の無鉛ハンダが得られる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、さらにＣｕを０．０５〜５．０ｗｔ％添加することにより、
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、Ｂ：０．００１〜０．０１ｗｔ％をさらに含有することにより、
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、、Ｓｉ：０．００１〜０．０５ｗｔ％ｗさらに含有することにより、
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の具体的な実施形態について説明する。本発明の無鉛ハンダ合金は、スズ（Ｓｎ：８５．０〜９６．０ｗｔ％）を主成分とし、亜鉛（Ｚｎ：０．５〜６．０ｗｔ％），銀（Ａｇ：０．１〜５．０ｗｔ％），アンチモン（Ｓｂ：０．１〜３．０ｗｔ％）およびアルミニウム（Ａｌ：０．０１〜０．８ｗｔ％）を所定の範囲内で混合した合金組成からなる。
【００１８】
より好ましい好ましい態様としては、銅（Ｃｕ）を０．０５〜５．０ｗｔ％の範囲内で添加することにより、液相温度を高めることができる。さらに好ましくは、ボロン（Ｂ）を０．００１〜０．０１ｗｔ％の範囲内で添加することにより、析出結晶の粗大化を防ぐことができる。また、珪素（Ｓｉ）を０．００１〜０．０５ｗｔ％の範囲内で添加することにより、析出結晶を緻密にすることができる。
【００１９】
この無鉛ハンダ合金を作製するに当たっては、仕様に応じて所望の成分割合になるように混合したのち、大気中もしくは真空中、あるいは不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気中で溶融して合金に、棒状や線状など所望の形状へと成形する。
【００２０】
本発明の無鉛ハンダ合金は、ガラスやセラミックス、金属などからなる被接体同士を接合するために用いられるが、これ以外にこれら異種材料同士をを接合するために用いられてもよい。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明の具体的な実施例について比較例とともに説明する。まず、以下に示す方法で試料を作成した。
〔試料作製〕
実施例１，２および比較例１〜７の各試料を所定の配合比で配合し、黒鉛るつぼなどに入れて溶解したのち、直径２ｍｍの糸状に成形する。併せて、各試料の一部を取り出し、示差走査熱量分析（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）して、固相−液相温度範囲を測定した。
〔各種物性測定〕
〔電気比抵抗および電気伝導率の測定〕
上記糸状に形成された各試料を１ｍの長さに裁断したのち、ホイートストンブリッジ法を用いて、各試料の電気抵抗値を測定し、電気抵抗値を元に電気比抵抗を算出した。併せて、電気伝導度を測定したのち、純銅の電気伝導度で割って、伝導率を算出した。
〔硬度測定〕
ビッカース硬度計を用いて、各試料のビッカース硬度を測定した。
〔引張試験〕
ソーダライム系ガラス板に各試料をφ４ｍｍの大きさに滴下すると同時に銅線にハンダ付する。これを引張試験機（日本電産シンポ製ＦＧＸ−２０Ｒ）を用いて引張試験を行い伸び値を測定した。併せて、銅線を一定速度で引っ張り、接合が破壊される強度を測定した。
〔煮沸テスト〕
ソーダライム系ガラス板の上に各試料をφ１５ｍｍの円盤状にハンダ付して、テスト体を作製する（なお、この時点ではガラスとハンダとの接合面は鏡面となっている）。このテスト体を沸騰している水に投入して、経過時間と外観変化、特にハンダとガラスの接合面の変化を観察する。
評価基準は、２４時間煮沸後の外観変化を観察し、接合面に変化がなく、鏡面を維持している場合は○、円盤状のハンダの周囲が剥離によって鏡面が中心に向かって後退しかけている場合は△、円盤状のハンダの周囲が０．５ｍｍ以上鏡面が中心に向かって後退するか、あるいは中心部にスポット的に鏡面が無くなって部分が存在する場合は×として、それぞれ評価した。
以下に、その測定結果を示す。
【００２２】
《実施例１》
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｓｎ−３．５Ｃｕ−１．５Ａｇ−１．０Ｚｎ−０．５Ｓｂ−０．２Ａｌ−０．０００１Ｂ
〔温度範囲：℃〕２１５．０〜２２４．０ 〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕４３．０
〔伸び：％〕１８．２   〔硬度：Ｈｖ〕１０．７
〔電気比抵抗：μΩｍ〕１２．８  〔伝導率：％〕１３．４
〔煮沸テスト結果〕○
【００２３】
《実施例２》
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｓｎ−３．５Ｃｕ−１．５Ａｇ−３．０Ｚｎ−０．５Ｓｂ−０．２Ａｌ−−０．０２Ｓｉ−０．０００１Ｂ
〔温度範囲：℃〕２１４．０〜２２５．０ 〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕４５．３
〔伸び：％〕１８．６   〔硬度：Ｈｖ〕１０．６
〔電気比抵抗：μΩｍ〕１２．６  〔伝導率：％〕１３．６
〔煮沸テスト結果〕○
【００２４】
〈比較例１〉
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｐｂ−４．７７Ｓｎ−３．０Ｚｎ−１．２５Ｓｂ−０．０５Ａｌ−０．１Ｃｕ
〔温度範囲：℃〕２８０．２〜２９６．４ 〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕４１．２
〔伸び：％〕３６．０   〔硬度：Ｈｖ〕１２．６
〔電気比抵抗：μΩｍ〕２１．０  〔伝導率：％〕−
〔煮沸テスト結果〕○
【００２５】
〈比較例２〉
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｐｂ−５７．１４Ｓｎ−３．０Ｚｎ−１．２５Ｓｂ−０．０５Ａｌ−０．１Ｃｕ
〔温度範囲：℃〕１６９．５〜１８５．０ 〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕７０．６
〔伸び：％〕２７．０   〔硬度：Ｈｖ〕１８．３
〔電気比抵抗：μΩｍ〕１４．０  〔伝導率：％〕−
〔煮沸テスト結果〕○
【００２６】
〈比較例３〉
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｐｂ−１８．０Ｓｎ−３．０Ｚｎ−１．０Ｓｂ−０．１Ｃｕ
〔温度範囲：℃〕１７３．０〜２６３．０ 〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕５１．９
〔伸び：％〕２６．３   〔硬度：Ｈｖ〕１３．３
〔電気比抵抗：μΩｍ〕３２．０  〔伝導率：％〕５．３９
〔煮沸テスト結果〕○
【００２７】
〈比較例４〉
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｐｂ−３８．０Ｓｎ−４．０Ｚｎ−１．０Ｓｂ−０．１Ｃｕ
〔温度範囲：℃〕１７０．０〜２２４．０ 〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕２７．４
〔伸び：％〕２４．０   〔硬度：Ｈｖ〕１５．４
〔電気比抵抗：μΩｍ〕１３．７  〔伝導率：％〕１２．５
〔煮沸テスト結果〕○
【００２８】
〈比較例５〉
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｓｎ−１０．０Ｚｎ
〔温度範囲：℃〕１９９．０  〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕３９．０
〔伸び：％〕４１．１   〔硬度：Ｈｖ〕１９．２
〔電気比抵抗：μΩｍ〕１０．８  〔伝導率：％〕１６．０
〔煮沸テスト結果〕△
【００２９】
〈比較例６〉
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｓｎ−１５．０Ｚｎ
〔温度範囲：℃〕１９９．０〜２２３．０ 〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕７５．５
〔伸び：％〕２７．２   〔硬度：Ｈｖ〕２１．０
〔電気比抵抗：μΩｍ〕１２．０  〔伝導率：％〕１４．３
〔煮沸テスト結果〕△
【００３０】
〈比較例７〉
〔合金組成：ｗｔ％〕Ｃｄ−３１．０Ｚｎ
〔温度範囲：℃〕２８０．０〜３１０．０ 〔引張強度：Ｎ／ｍｍ２〕１４４．１
〔伸び：％〕６．９   〔硬度：Ｈｖ〕４２．９
〔電気比抵抗：μΩｍ〕６．９３  〔伝導率：％〕２５．０
〔煮沸テスト結果〕○
【００３１】
参考までに、上記実施例１，２および比較例１〜７の仕様および評価結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2008030047.tif 000002
【００３３】
以上のように、本発明の無鉛ハンダ合金によれば、溶融温度を高めることができ、ガラスやセラミックスなどの非金属を接合することができる。