(57)【要約】【課題】ドロス生成量を抑制し、且つ、機械的特性などに優れた鉛フリーはんだを提供する。【解決手段】ＳｎとＡｇとＣｕとを含み、はんだ付後に晶出が起こらない濃度のＰを含有させる。特に、Ａｇ３．０重量％程度、Ｃｕ０．５重量％程度、Ｐ０．００２〜０．００８重量％程度とする。また、本はんだのＰ濃度補正用として、２５０℃程度においてＳｎ中に完全に溶解する濃度のＰを含有させる。特に、ＳｎとＡｇとＣｕと０．０６５重量％程度以下のＰとを含有させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎおよびはんだ付後に晶出が起こらない濃度のＰを含むことを特徴とするはんだ。
【請求項２】
ＳｎとＡｇとＣｕと０．００１５〜０．０１重量％程度のＰとを含むことを特徴とする請求項１に記載のはんだ。
【請求項３】
３．０重量％程度のＡｇと、０．５重量％程度のＣｕと、０．００２〜０．００８重量％程度のＰと、残部がＳｎを含むことを特徴とする請求項１および２に記載のはんだ。
【請求項４】
２５０℃程度の温度において、Ｓｎ中に完全に溶解する濃度のＰを含むことを特徴とするはんだ。
【請求項５】
ＳｎとＡｇとＣｕと０．０６５重量％程度以下のＰとを含むことを特徴とする請求項４に記載のはんだ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子機器などを構成する配線基板の部品実装に使用されるはんだに係わり、特にＰｂを含有しないはんだ付技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の問題がクローズアップされ、世界的規模で環境に対する関心が高まってきている。エレクトロニクス産業の分野においては、主に接合材料として使用されているはんだに含まれるＰｂの問題が大いに注目を浴びている。
【０００３】
ほとんどの電子機器は不用になると埋め立て処分され、昨今の慢性的な酸性雨によりこれら廃棄された電子機器の配線基板のはんだから溶出したＰｂが水質汚染を起こしている。ところが、廃棄された配線基板のはんだからＰｂを除去する技術が未だ確立されていない。このことから、Ｐｂを含まないはんだ（鉛フリーはんだ）材料およびその適用技術の開発が待ち望まれている。
【０００４】
これに対して、Ｓｎを主成分とし、ＡｇおよびＣｕを添加したいわゆるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系鉛フリーはんだが盛んに開発提案されている。
しかしながら、従来から使用されているＰｂを含有したはんだに比較し、鉛フリーはんだでは溶融したはんだ表面に発生する酸化物（以下、ドロスと略す）の生成量が著しく増加することが問題となっている。
【０００５】
Ｐｂを含有したはんだに関しては、特開昭５５−８４２９７号公報にＰを含有させたドロス低減用はんだがあるが、Ｐの有効範囲が６０重量％Ｓｎと４０重量％Ｐｂから構成されるはんだに対して０．００３重量％未満と規定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鉛フリーはんだはＳｎの含有率がおおよそ９５重量％以上であるため、上記開示例のＰ濃度では、ドロス生成量を抑制するには不十分であるという問題があった。一方で、Ｐを過剰に添加すると、主たる構成材のはんだの機械的特性、特に熱サイクルなどにより発生するひずみの耐性において重要な因子である延性や絞り特性を著しく低下させるという問題があった。
【０００７】
また、Ｐはフローはんだ槽などの溶融した状態でのはんだの継続使用で消費される。ところが、濃度補正用のはんだについては理論上適正なものが使用されておらず、添加されているＰの濃度によっては、補正後も溶融したはんだ中にＰが溶解しきれないものもあった。したがって、このようなはんだでＰ濃度を補正すると、フローはんだ槽内で溶解し切れなかったＰがＳｎと化合物の形で存在し、はんだ槽中を浮遊するものと考えられる。その結果、このＳｎ−Ｐ化合物が、フローはんだ付されるプリント基板に挿入された部品のリード間に捕捉され、ブリッジの起点となることが問題であった。
【０００８】
本発明はかかる課題を解消するためになされたもので、鉛フリーはんだを用いても、溶融したはんだ表面に発生するドロス生成量を低減でき、且つ、機械的特性などに優れたはんだを提供することを目的とする。
【０００９】
また、フローはんだ槽などの溶融した状態でのはんだの継続使用で消費されるＰの濃度補正においても、はんだ槽中に溶解しきれないＳｎ−Ｐ化合物を残存させることがないＰ濃度補正用はんだを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１の構成のはんだは、Ｓｎおよびはんだ付後に晶出が起こらない濃度のＰを含むものである。
【００１１】
この発明に係る第２の構成のはんだは、ＳｎとＡｇとＣｕと０．００１５〜０．０１重量％程度のＰとを含むものである。
【００１２】
この発明に係る第３の構成のはんだは、３．０重量％程度のＡｇと、０．５重量％程度のＣｕと、０．００２〜０．００８重量％程度のＰと、残部がＳｎから構成されるものである。
【００１３】
この発明に係る第４の構成のはんだは、２５０℃程度の温度において、Ｓｎ中に完全に溶解する濃度のＰを含むものである。
【００１４】
この発明に係る第５の構成のはんだは、ＳｎとＡｇとＣｕと０．０６５重量％程度以下のＰとを含むものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
Ｓｎ−３．０重量％Ａｇ−０．５重量％Ｃｕ（以下、重量％は単に数字だけを記載する）を基本はんだとし、Ｐを０〜０．１％添加したはんだを作製した。次に、それらのはんだを数機用意した卓上型のフローはんだ実験槽に２５０℃でそれぞれ溶融させたのち、１ｈｒ噴流した。その後、噴流を止めて、はんだ表面に生成したドロスを掻き集め重量を測定した。その結果、図１に示すように、ドロス生成量は０．００１５％以上のＰ添加によりおおよそ半減することがわかった。
【００１６】
次に、上記のそれぞれのはんだを容器に入れた状態で２５０℃まで温度を上げて溶融させ、液相線温度（約２１９℃）から固相線温度（約２１７℃）を超え２１０℃まで約０．２℃／分の速度で徐冷した。しかる後、前記容器周辺を水冷により約１００℃／分の速度で急冷して、はんだ組織観察用サンプルを作製した。得られたサンプルを研磨仕上げし、走査型電子顕微鏡およびエネルギー分散型Ｘ線分析装置で分析した。
【００１７】
図２は、このようにして得られたはんだの断面組織を示したものである。Ｐ濃度が０．０１％以下であればＳｎマトリックス中にＰの晶出が観察されなかったが、これを超える濃度のＰ添加はんだにおいては、Ｓｎ−Ｐ化合物がＳｎマトリックス中に晶出していることが観察された。
【００１８】
次に、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕを基本はんだとし、Ｐを０〜０．１％添加したはんだを作製し，ＪＩＳ　Ｚ　２２０１４号試験片に準じて機械加工した後、それぞれの試験片を引張試験に供した。なお、試験は室温（２５℃）、低温（−５５℃）、高温（１２５℃）の３水準で、引張速度は０．５ｍｍ／分の条件にて実施した。図３に室温、図４に低温、図５に高温における機械的特性の評価結果をそれぞれ示す。いずれの条件においても、引張強度、伸びはあまり変化が認められないが、絞りは０．０１％を超えるＰ濃度の領域において著しく低下することがわかる。
【００１９】
以上の結果から、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５ＣｕにＰを０．００１５〜０．０１％添加することにより、ドロスの生成量を著しく低減させ、且つ、Ｓｎ−Ｐ化合物の晶出が起こらないので優れた機械的特性も併せ持つことを可能としたはんだを得ることができた。
【００２０】
実施の形態２．
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕを基本はんだとし、Ｐを０〜０．１％添加したはんだを作製した。次に、それらのはんだを用いてメニスコグラフ法により、はんだ濡れ性試験を実施した。試験片には５×２５×０．５ｍｍ厚のタフピッチＣｕを使用し、はんだ浴温度２５０℃、浸漬速度５ｍｍ／秒、浸漬深さ４ｍｍにて濡れ性試験を実施した。なお、フラックスは標準的なＲＭＡタイプのものを使用した。図６にＰ添加量とはんだ濡れ性の関係を示す。その結果、Ｐ濃度が０．００２〜０．００８％の場合に最も濡れ性が優れていることがわかる。
【００２１】
以上の結果から、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５ＣｕにＰを０．００２〜０．００８％添加することにより、実施の形態１で得られた効果だけでなく、はんだ濡れ性も向上させることを可能としたはんだを得ることができた。
また、ここでは、フロー用はんだに付いて述べたが、ソルダペーストや糸はんだに対しても同様の効果が得られる。
【００２２】
実施の形態３．
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ−０．００３Ｐはんだを作製し、数機用意した卓上型のフローはんだ実験槽にそれぞれ２５０℃で溶融させた。次に、それぞれのはんだ槽から一定量のはんだを抜き取り、別途用意したＰ濃度補正用はんだ（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ−０．０１〜０．１Ｐ）を用いて、元のはんだのＰ濃度が０．００５％になるように調整した．併せて、比較のために濃度補正をしていないＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ−０．００５Ｐはんだも作製した。
【００２３】
上記それぞれのはんだについて卓上型のフローはんだ実験槽にて、１．２７ｍｍピッチ６０電極のコネクタを複数個挿入した６０ｍｍ×６０ｍｍ×１．６ｍｍ厚のＦＲ−４材のＣｕスルー／プリフラックス基板を用いて、ブリッジ発生率測定を行った（電極総数１８０）。はんだ槽温度は２５０℃設定とし、コンベアスピードは０．９ｍ／分とした。なお、フラックスは標準的なＲＭＡタイプのものを使用した。図７は、補正に供したはんだのＰ濃度とブリッジ発生率を示したものである。補正用はんだのＰ濃度が０．０６５％以下であれば、ブリッジ発生率は０．５％以下であり、比較のために用意した濃度補正を実施していないＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ−０．００５Ｐはんだの発生率とほぼ同じであったが、０．０６５％を越える領域ではブリッジ発生率が急増した。
【００２４】
次に、上記のブリッジ発生率が高かった基板を断面観察し、ブリッジ部を電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）にて分析した。その結果、０．０７％以上のＰ濃度を有するＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだで補正したものでは、ブリッジ部にＰの濃化が認められた。これは、２５０℃のフローはんだ実験槽にて溶解し切れなかったＳｎ−Ｐ化合物がはんだ槽中に浮遊し、コネクタリード間に捕捉され、ブリッジの起点になったことによるものと考えられる。
【００２５】
以上の結果から、２５０℃程度の温度においてＳｎ中に完全に溶解する濃度のＰを含むＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだで補正すれば、補正によるブリッジ発生率の増加をまねくこともなく、優れたはんだ付性が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に述べたように、本発明によれば、はんだの構成をＳｎおよびはんだ付後に晶出が起こらない濃度のＰを含むようにしたので、Ｐ無添加のはんだに比較し、ドロスの生成量を著しく低減させ、且つ、機械的特性に優れたはんだを提供することができる。
【００２７】
また、はんだの構成をＳｎとＡｇとＣｕと０．００１５〜０．０１重量％程度のＰとを含むようにしたので、Ｐの晶出がなく、ドロスの生成量も著しく低減させ、且つ、優れた機械的特性を確保できる。
【００２８】
また、はんだの構成を３．０重量％程度のＡｇと、０．５重量％程度のＣｕと、０．００２〜０．００８重量％程度のＰと残部がＳｎを含むようにしたので、さらに、優れたはんだ濡れ性も確保できる。
【００２９】
また、２５０℃程度の温度において、はんだの構成をＳｎおよびＰをＳｎ中に完全に溶解する濃度範囲内としたので、本はんだを用いてＰ濃度を補正しても、ブリッジ発生率の増加をまねくこともなく、優れたはんだ付性が得られる。
【００３０】
また、２５０℃程度の温度において、はんだの構成をＳｎとＡｇとＣｕと０．０６５重量％程度以下のＰとを含むようにしたので、Ｐの溶解が完全に成しえられるため、本はんだを用いてＰ濃度を補正しても、ブリッジ発生率の増加をまねくこともなく、優れたはんだ付性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるドロス生成量とＰ濃度の関係を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるはんだの走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】この発明の実施の形態１による室温（２５℃）でのはんだ試験片の機械的特性を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による低温（−５５℃）でのはんだ試験片の機械的特性を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１による高温（１２５℃）でのはんだ試験片の機械的特性を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるＰ添加量とはんだ濡れ性の関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３による補正に供したはんだのＰ濃度とブリッジ発生率を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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