(57)【要約】  フローはんだ付け法に用いる鉛を含まないＳｎ−Ｚｎ−Ａｌ合金からなるはんだ合金を開示する。はんだ合金は、Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３ｗｔ％以上でかつ０．０５０ｗｔ％以下、および残部がＳｎの組成等からなる。また、このはんだ合金を用いた電子基板および電子基板の製造方法についても開示する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３ｗｔ％以上でかつ０．０５ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなるフローはんだ付け用のはんだ合金。
【請求項２】
Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００８ｗｔ％よりも多くかつ０．０５ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなるフローはんだ付け用のはんだ合金。
【請求項３】
Ｚｎが７．０ｗｔ％以上でかつ１１．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３ｗｔ％以上でかつ０．０５ｗｔ％以下、および残部がＳｎ、あるいは、Ｚｎが７．０ｗｔ％以上でかつ９．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３ｗｔ％よりも多くかつ０．０５ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなるフローはんだ付け用のはんだ合金。
【請求項４】
電子部品と、回路基板とを備え、電子部品と回路基板とが請求項１〜３のうち、いずれか一項のはんだ合金からなるはんだ接合部を有することを特徴とする電子基板。
【請求項５】
電子基板に電子部品を装着する工程と、
Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ合金からなるはんだ合金を溶融し、溶融したはんだ合金を電子基板に接触させて電子部品を電子基板にはんだ付けする接合工程を含む電子基板の製造方法。
【請求項６】
前記接合工程は、溶融したはんだ合金中のＡｌの酸化量に応じてＡｌを含む材料を溶融したはんだ合金に補充することを特徴とする請求項５記載の電子基板の製造方法。
【請求項７】
前記Ａｌを含む材料は、固体Ａｌ材であることを特徴とする請求項６記載の電子基板の製造方法。
【請求項８】
前記Ａｌを含む材料は、固体あるいは溶融したＺｎＡｌ合金であることを特徴とする請求項６記載の電子基板の製造方法。
【請求項９】
前記はんだ合金は、Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３０ｗｔ％以上でかつ０．０５０ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなることを特徴とする請求項５〜８のうち、いずれか一項記載の電子基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ合金のはんだ合金、およびこれを用いた電子基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気・電子機器におけるはんだ接合には、融点が低く、はんだ濡れ性が良好なＳｎ−Ｐｂ系のはんだ合金が多用されている。しかしながら、Ｐｂは毒性を有するため、Ｐｂを含まない無鉛はんだ合金の開発が強く望まれている。【０００３】
無鉛はんだ合金は、これまでに、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎ等を複合添加した合金が実用化され始めているが、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ以外は、特殊用途に限定されているのが現状である。また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだは融点が２１８℃と高い。このため、電子部品および電子基板のはんだ接合部をむらなく信頼性の高いはんだ接合を行うためには、融点よりも数十℃程度高い温度に電子部品および電子基板を加熱しなければならない。一方、耐熱温度が２４０℃程度の電子部品があるため、マージンの極めて少ない条件ではんだ接合を行わなければならない。このようにＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだでは、電子部品等への熱ストレスが大きく、電子部品の耐熱性やはんだ接合の信頼性、さらにははんだ接合された電子機器の信頼性の面で多大な課題を抱えている。【０００４】
そこで、融点がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだより約２０℃低いソルダーペーストとして、Ｓｎ−Ｚｎはんだ合金（融点１９９℃）が提案されている。しかしながら、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだはＺｎの酸化速度が速く、はんだ濡れ性が劣るため、良好なはんだ付け性を確保するためには、窒素ガス等の非酸化性雰囲気でのはんだ接合が必須である。【０００５】
低融点で大気中でのはんだ接合を可能とするものとして、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系はんだ合金が提案されている（特許文献１参照。）。Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系はんだ合金は、Ａｌを添加することで、Ｓｎ−Ｚｎ合金の酸化を抑制し、良好なはんだ濡れ性を確保している。
【特許文献１】特許第３３５７０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電子部品と電子基板とのはんだ接合に、量産性が優れ、低コストのフローはんだ付け法が主流となっている。フローはんだ付け法は、溶融したはんだの噴流を形成し、その噴流に電子基板を浸漬してはんだ付けを行う方法である。フローはんだ付け法では溶融したはんだを常に循環させているので、はんだ温度の分布が狭く、一枚当たりのはんだ接合時間も短縮されることから量産性に優れている。【０００７】
一方、フローはんだ付け法は、溶融したはんだを循環させているため、溶融したはんだを循環させないディップ式と比較すると酸化物が形成され易いという問題がある。特に、Ｓｎ−Ｚｎはんだ合金を用いた場合は、Ｚｎが酸化し易くかつ壊れにくいため、溶融したはんだの表面に酸化物のカス、いわゆるドロスが大量に発生し、はんだ接合部に溶融した非酸化のはんだが直接接触することを妨害し、はんだ付け性が低下するという問題がある。【０００８】
また、フローはんだ付け装置のはんだ浴槽やポンプ等の溶融したはんだが接触する部分は、通常、融点および耐蝕性の良好なステンレス鋼が用いられている。フローはんだ付け装置でＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだやＳｎ−Ｚｎ系はんだ等の無鉛はんだを使用した場合、はんだエロージョン（はんだ浸食）が起こることが問題となっている。はんだエロージョンとは、浴槽壁やインペラーシャフト，ノズル槽内設置部品をはんだ組成のＳｎが浸食する現象で、はんだ漏洩や装置能力の低下や故障等が発生するという問題がある。【０００９】
そこで、本発明は上記の問題点を解決した、新規かつ有用なフローはんだ付けに用いるはんだ合金、それを用いた電子基板およびその製造方法を提供することを概括課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３０ｗｔ％以上でかつ０．０５０ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなるフローはんだ付け用のはんだ合金が提供される。【００１１】
本発明によれば、融点が従来のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金よりも低く、はんだ上がり性が良好で、良好なはんだ付け性を有する、フローはんだ付け用のはんだ合金を提供できる。また本発明によれば、リワークの際にはんだ接合部を長時間、例えば数十秒にわたって加熱する場合、はんだ合金がＣｕからなるランド等を浸食する、いわゆるＣｕくわれが抑制される。【００１２】
本発明の他の観点によれば、電子基板に電子部品を装着する工程と、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ合金からなるはんだ合金を溶融し、溶融したはんだ合金を電子基板に接触させて電子部品を電子基板にはんだ付けする接合工程を含む電子基板の製造方法が提供される。【００１３】
本発明によれば、Ｓｎ−Ｚｎはんだ合金にＡｌを添加することで、Ｚｎ酸化物のドロスの発生を大幅に抑制して良好なはんだ付け性を有するフローはんだ付けが実現できる。【００１４】
また、上記接合工程は、溶融したはんだ合金中のＡｌの酸化量に応じてＡｌを含む材料を溶融したはんだ合金に補充してもよい。溶融したはんだ合金は、Ａｌが選択的に酸化されて消費されるので、Ａｌの酸化量に応じてＡｌを含む材料を補充することで、はんだ合金をはんだ付け性の良好な所定の組成範囲に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】フローはんだ付け装置の概略構成図
【図２】図１のフローはんだ付け装置を構成する噴流はんだ槽の概略構成図である。
【図３Ａ】はんだ上がり性の評価方法を説明するための図（その１）である。
【図３Ｂ】はんだ上がり性の評価方法を説明するための図（その１）である。
【図４】Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の特性試験結果（その１）を示す図である。
【図５】Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の特性試験結果（その２）を示す図である。
【図６】Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金のＣｕくわれ性の試験結果を示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態に係る電子基板の製造工程図（その１）である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態に係る電子基板の製造工程図（その２）である。
【図８】フローはんだ付け装置の溶融したはんだ組成の管理方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０    フローはんだ付け装置
１４，３０    プリント回路基板
２０    噴流はんだ槽
２１    はんだ槽
２２    １次ノズル槽
２３    ２次ノズル槽
２８    １次ノズル
２９    ２次ノズル
３１    スルーホール
３２ａ，３２ｂ    ランド
３３，３６    電子部品
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、はんだ合金を溶融させて、溶融したはんだ合金を電子部品と電子基板とのはんだ接合部に接触させてはんだ付けする方法、例えばフローはんだ付け法に用いるはんだ合金である。フローはんだ付け法は、溶融したはんだの流れを形成して、その流れをはんだ接合部に接触する狭義のフローはんだ付け法と、溶融したはんだにはんだ接合部を浸漬するディップはんだ付け法を含んでいる。ここでは、狭義のフローはんだ付け法を用いる例を示す。【００１８】
図１はフローはんだ付け装置の概略構成図、図２は、図１のフローはんだ付け装置を構成する噴流はんだ槽の概略構成図である。【００１９】
図１および図２を参照するに、フローはんだ付け装置１０は、プリント基板にフラックスを塗布するスプレーフラクサ１１、第１ヒータ１２、第２ヒータ１３、噴流はんだ槽２０、プリント回路基板１４を搬送するコンベア１５等からなり、第１ヒータ１２、第２ヒータ１３、および噴流はんだ槽２０は、筐体１６に覆われている。電子部品が装填されたプリント回路基板１４は、コンベア１５を紙面の左側から右側に搬送される。プリント回路基板１４は、噴流はんだ槽２０においてはんだ接合された後に図示されない冷却器により冷却される（不図示）。【００２０】
スプレーフラクサ１１は、フラックス槽１７とノズル１８を有する噴射機構１９とからなる。スプレーフラクサ１１は、フラックス槽１７からのフラックスをノズル１８によって霧状にしてプリント回路基板１４の下面に吹き付け塗布する。【００２１】
第１ヒータ１２および第２ヒータ１３は、電熱ヒータを有する。第１ヒータ１２はプリント回路基板１４の下面を予備加熱し、第２ヒータ１３は、さらに加熱して所定の温度、すなわち噴流はんだ槽２０の溶融したはんだと略同じ温度に設定される。【００２２】
噴流はんだ槽２０は、はんだ槽２１、図示されないはんだを加熱するヒータおよび温度制御部、１次ノズル槽２２、２次ノズル槽２３、１次ノズル槽２２および２次ノズル槽２３内に溶融したはんだを噴き上げるための羽根車２４、羽根車の回転を伝達するインペラーシャフト２５、およびモータを有する回転駆動部２６等からなる。１次ノズル槽２２および２次ノズル槽２３の上部には、ダブルウェーブ式の１次ノズル２８と２次ノズル２９が設けられている。【００２３】
ダブルウェーブ式は、チップ型の電子部品とリード足のある電子部品のプリント回路基板のはんだ付けに適している。１次ノズル２８は、上方に溶融したはんだを噴き上げると共に１次ノズル２８自体がプリント回路基板の移動方向に垂直な方向に往復運動して、チップ型電子部品（不図示）とプリント回路基板１４との間のフラックスを除去しながらはんだ付け行う。また、２次ノズル２９は、プリント回路基板１４の移動方向に平坦な液面が形成されるように溶融したはんだを噴き出すように液受け部２９ａが設けられている。２次ノズル２９は、主としてリード足のある電子部品（不図示）のはんだ付けを行う。なお、噴流はんだ槽２０は、図示を省略するが、１次ノズルを省略した２次ノズル２９のみからなるウェーブ式でもよく、また、フローディップ式、片流れフロー式でもよい。【００２４】
フローはんだ付け装置１０では、溶融したはんだが羽根車２４の回転により上方に押し出され噴流となり、プリント回路基板１４に接触してはんだ付けを行う。はんだ付けに消費されたはんだ以外ははんだ槽２１内を下方に移動し、１次ノズル槽２２および２次ノズル槽２３に流入し再び噴流となる。このように、溶融したはんだは常に循環しているので、温度むらや組成むらが少ないため良好なはんだ付け性を得やすいという特徴がある。【００２５】
本発明のはんだ合金は、このようなフローはんだ付け装置に用いるＳｎ−Ｚｎ−Ａｌ合金のはんだ合金である。Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ合金は無鉛はんだである。また、下記の表に示すように、本発明の組成付近のＳｎ−Ｚｎ−Ａｌ合金は融点が２０１℃〜２２４℃である。この融点は、ＳｎとＺｎの組成比にのみ依存し、本発明のＡｌ含有量の範囲ではＡｌ含有量には依存せず略一定である。【００２６】
本願発明者は、本発明のフローはんだ付け用のＳｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金が、背景技術の欄で示した特許文献１の主にはんだペーストとして用いられるＳｎ−Ｚｎ−Ａｌ系はんだ合金よりも、Ａｌ含有量が多い側に拡大された組成範囲でも良好なはんだ付け性が得られることを見出したものである。すなわち、本発明のＳｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の組成範囲は、Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３０ｗｔ％以上でかつ０．０５０ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなる。本発明のＳｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金は、その成分のＡｌが自らが酸化して被膜を形成しＺｎの酸化を抑制する。そして、フローはんだ付け装置では、溶融したはんだがノズルから噴き出した際に、その勢いでＡｌの酸化膜は壊れれ、酸化していない溶融したはんだがプリント回路板に接触する。このため、フローはんだ付けではＡｌ酸化膜がはんだ付け性を阻害することが抑止され、はんだペーストの場合よりもＡｌ含有量が多い組成で良好なはんだ付け性が得られると考えられる。【００２７】
【表１】
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本願発明者は、フローはんだ付け法に用いるＳｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の組成範囲を、スルーホールはんだ上がり性およびＣｕくわれ性の評価により試験を行った。【００２８】
［はんだ上がり性の評価］
本願発明者は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の様々な組成について大気中でスルーホールはんだ上がり性の評価を行った。【００２９】
図３Ａおよび図３Ｂは、はんだ上がり性の評価方法を説明するための図である。図３Ａは、スルーホールの中心を通る回路基板の断面図、図３Ｂはプリント基板上面の平面図である。図３Ｂでは図３Ａに示す電子部品３３の図示を省略している。【００３０】
図３Ａおよび図３Ｂを参照するに、最初に、プリント回路基板３０にスルーホール３１と、プリント回路基板３０の上面および下面にそれぞれランド３２ａ，３２ｂが設けられた、スルーホール３１に電子部品３３のリード足３４を差し込んだ状態ではんだ接合を行った。スルーホール３１は、Ｃｕ材で、内径が０．８ｍｍおよび長さＬ0が１．６ｍｍである。電子部品３３は、リード足が４０ピンで、ＳｎめっきおよびＮｉ−Ａｕめっきの２種類の表面処理のものをそれぞれ５個使用した。すなわち、一つのサンプルにつき４００個のはんだ接合部を形成した。リード足の断面形状は０．５ｍｍ×０．５ｍｍの矩形のものを使用した。【００３１】
はんだ接合は、小型噴流はんだ槽（テクノデザイン工業社製、製品名ＴＯＰ−３２３Ａ）を用いて行った。次の図４および図５に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．６０の各サンプルのはんだ浴（２４０℃）を使用し、フラックス（千住金属工業社製、製品名ＨＳＸ０３）を塗布したプリント回路基板３０の下面を、はんだ噴流に約５秒間接触させた。【００３２】
はんだ上がり性の評価は、図３Ａに示すように、スルーホール３１の断面を金属顕微鏡で観察し、固化したはんだ３５の上面とランド３２ｂとの長さＬ1を測定し、スルーホール３１の長さＬ0との比から充填率（％）＝Ｌ1／Ｌ0×１００とした。充填率は大きいほど好ましい。【００３３】
また、ランド濡れ性は、プリント基板３０上面のランド３２ａがリード足３４を中心として固化した角度範囲θを目視で判断した。その角度θが大きいほどランドの濡れ性が良好であることを示す。また、それぞれのサンプルにおいて４００個のはんだ接合部の総てについて評価した。【００３４】
図４および図５は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の特性試験結果を示す図である。図４および図５は、Ｚｎが２．０ｗｔ％以上でかつ１９．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．０００ｗｔ％以上でかつ０．０７０ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなるはんだ合金のサンプルＮｏ．１〜６０までのその組成比とはんだ上がり性を示している。また、図中の「◎」は、評価した４００個のはんだ接合部の総てが充填率７５％以上でかつランド濡れ性が１８０度以上の場合である。「○」は評価した４００個のはんだ接合部の総てが充填率７５％以上でかつランド濡れ性が０度以上１８０度以下の場合である。「×」は、評価した４００個のはんだ接合部の少なくとも１個が充填率が７５％未満の場合である。「◎」または「○」の場合が合格であり、「×」の場合が不合格である。【００３５】
（Ｚｎ含有量の影響）
図４および図５を参照するに、Ｚｎ含有量が３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下の範囲では、Ａｌ含有量が０．００３ｗｔ％以上でかつ０．０５０ｗｔ％以下の組成のサンプル（Ｎｏ．１２〜１７、Ｎｏ．２２〜２６、Ｎｏ．３２〜３６、Ｎｏ．４２〜４６）が、はんだ上がり性が○あるいは◎であり良好であることが分かる。特に、Ｚｎが７．０ｗｔ％以上でかつ１１．０ｗｔ％以下の範囲で、Ａｌ含有量が０．００３ｗｔ％以上でかつ０．０３０ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなる組成のサンプル（Ｎｏ．１３〜１５、Ｎｏ．２３〜２５、Ｎｏ．３３〜３５）、および、Ｚｎが７．０ｗｔ％以上でかつ９．０ｗｔ％以下の範囲で、Ａｌ含有量が０．０３０ｗｔ％よりも多くかつ０．０５０ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなるサンプル（Ｎｏ．４３〜４４）では、はんだ上がり性が◎であり、極めて良好であることが分かる。【００３６】
さらに、Ｚｎ含有量が２．０ｗｔ％以上でかつ３．０ｗｔ％よりも少ない組成のサンプルＮｏ．２１）の場合でもはんだ上がり性が良好であることが分かる。【００３７】
（Ａｌ含有量の影響）
図４および図５を参照するに、Ａｌ含有量が０．００３ｗｔ％以上でかつ０．０５０ｗｔ％以下の範囲では、Ｚｎ含有量が３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下の組成のサンプル（Ｎｏ．１２〜１７、Ｎｏ．２２〜２６、Ｎｏ．３２〜３６、Ｎｏ．４２〜４６）が、はんだ上がり性が○あるいは◎であり、良好であることが分かる。特に、上記の組成の範囲内で、背景技術で示した特許文献１のＳｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金に対して、Ａｌ含有量が０．００８ｗｔ％よりも多くかつ０．０５０ｗｔ％以下の組成のサンプル（Ｎｏ．２２〜２６、Ｎｏ．３２〜３６、Ｎｏ．４２〜４６）で、良好なはんだ上がり性が得られていることが分かる。【００３８】
さらにＡｌ含有量が０．０５０ｗｔ％よりも多くかつ０．０７０ｗｔ％以下の範囲では、Ｚｎ含有量が７．０ｗｔ％以上でかつ９．０ｗｔ％以下の範囲の組成のサンプルでは、はんだ上がり性が○であり、良好であることが分かる。【００３９】
また、Ａｌ含有量が０．０００ｗｔ％の場合でも、Ｚｎ含有量が７．０ｗｔ％および９．０ｗｔ％の組成のサンプル（Ｎｏ．３〜４）では、はんだ上がり性が○であり、良好であることが分かる。しかし、Ａｌ含有量が０．０００ｗｔ％の場合は、次に説明するＣｕくわれ性が悪化するため実用的ではない。【００４０】
［Ｃｕくわれ性の評価］
次に、本願発明者は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金についてＡｌ含有量とＣｕくわれ性との関係を調べた。Ｃｕくわれ性は、溶融したはんだ合金がランドやスルーホールのＣｕ材に接触した際にＣｕ材を合金化して浸食する性質を表し、浸食されたＣｕ材の厚さをＣｕくわれ量として表す。すなわち、Ｃｕくわれ性が顕著に大きい場合はランド等の欠けあるいは消失等を生じる。Ｃｕくわれは、特に、リワークのように数十秒にわたって、はんだ合金の融点以上に加熱した際に顕著に発生する。【００４１】
Ｃｕくわれ性の評価は、Ｃｕ板材を溶融したＳｎ−９ｗｔ％Ｚｎ−Ａｌ組成のはんだ合金に浸漬して、その前後の板厚を測定して板厚の変化を求めた。Ａｌ含有量を０．０００ｗｔ％から０．０７０ｗｔ％まで異ならせた組成のはんだ合金を調製し、Ｓｎ含有量は、残余の含有量とした。また、溶融したはんだ合金の温度を２６０℃とし、Ｃｕ板材の浸漬時間を２０秒間と４０秒間の２条件について行った。なお、比較例として、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％ＣｕについてもＣｕくわれ性の評価を行った。【００４２】
図６は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金のＣｕくわれ性の試験結果を示す図である。図中、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％ＣｕのＣｕくわれ量を浸漬時間２０秒（図中「○」で示す。）の場合と、４０秒（図中「□」で示す。）の場合を示している。【００４３】
図６を参照するに、Ｃｕくわれ量は、Ａｌ含有量が０．０００ｗｔ％の場合が最大であり、Ａｌ含有量が増加するに従って急激に減少し、０．０１０ｗｔ％以上では略一定かやや減少している。比較のため、はんだ合金にＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕを用いた場合は、Ｃｕくわれ量は浸漬時間が２０秒の場合は１５μｍ、浸漬時間が４０秒の場合は４０μｍである。Ｃｕくわれ量がＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％よりも少ないものを良好であるとすると、浸漬時間２０秒間および４０秒間にいずれもがＡｌ含有量が０．００３ｗｔ％以上の場合が良好であることが分かる。【００４４】
以上の評価から、Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３０ｗｔ％以上でかつ０．０５０ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなるはんだ合金が、はんだ上がり性およびＣｕくわれ性が優れていることが確認できた。さらに、Ｚｎが７．０ｗｔ％以上でかつ９．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．０５０ｗｔ％以上でかつ０．０７０ｗｔ％以下、および残部がＳｎの組成、および、Ｚｎが２．０ｗｔ％以上でかつ３．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．０１０ｗｔおよび残部がＳｎの組成のはんだ合金も同様に優れていることが確認できた。【００４５】
次に、上述したはんだ合金を使用した本発明の実施の形態に係る電子基板の製造方法について説明する。【００４６】
図７Ａおよび図７Ｂは本発明の実施の形態に係る電子基板の製造工程図である。【００４７】
図７Ａの工程では、プリント回路基板３０に電子部品３３，３６を装着する。具体的には、電子部品３３のリード足３４をスルーホール３１に挿入する。また、チップ型の電子部品３６を接着剤３７によりプリント回路基板３０に固定する。【００４８】
図７Ｂの工程では、フローはんだ付け法により電子部品３３，３６のはんだ付けを行う。具体的には、先の図１および図２に示すフローはんだ付け装置を用いて、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金を使用してはんだ付けを行う。図２に示すはんだ槽２１に溶融した所定の組成のＳｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金を充填し、ダブルウェーブ式のノズルによりＳｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の噴流を形成し、フラックス塗布および加熱後のプリント回路基板３０の下面（電子部品３６が装着された側）に噴流を接触させる。これにより、図７Ｂに示すように、リード足３４、電子部品の電極３７がそれぞれスルーホール３１およびランド３８にはんだ付けされる。【００４９】
この際、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の加熱温度は、Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下の組成の融点は１９９℃〜２２２℃であり、プリント回路基板３０内の温度むらを考慮すると、その融点よりも３０℃〜５０℃高い温度で行うことが好ましい。【００５０】
なお、図７Ｂの工程において、フローはんだ付け装置のはんだ槽の溶融したはんだ合金の管理は以下のようにして行われる。【００５１】
図８は、フローはんだ付け装置の溶融したはんだ組成の管理方法を説明するための図である。図８を参照するに、フローはんだ付け装置のはんだ槽（例えば、図２に示す噴流はんだ槽２０）に３００ｋｇのはんだ合金が充填されているとする。運転開始時のはんだ合金の組成が、Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎ−０．０１０ｗｔ％Ａｌであるとすると、溶融したはんだ合金に含まれるＡｌ量は３０ｇとなる。Ａｌ含有量は、上述したように０．００３ｗｔ％〜０．０５０ｗｔ％の場合に特に良好なはんだ付け性を示す。このＡｌ含有量はＡｌ量９ｇ〜９０ｇに相当し、このＡｌ量の範囲内、例えば、常に２０ｇ〜７０ｇの間であるように管理する。【００５２】
そのため、Ａｌが酸化してドロスになって失われる量に応じて、Ａｌ材を補充する。溶融したはんだ合金の温度を２６０℃に設定すると、溶融したはんだ合金中のＡｌが酸化してドロスになる量は１時間当たりその１％である。３０ｇの１％である０．３ｇがドロスに変換される。【００５３】
例えば運転開始時に、Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎ−０．０１０ｗｔ％Ａｌの組成のはんだ合金（Ａｌ量３０ｇ）に、６０ｇのＡｌ材を補充してＡｌ量の初期量が９０ｇの場合、それが２０ｇに減少するに要する時間は（９０−２０）／０．３＝２３３時間である。すなわち、２３３時間以内に、ドロスに変換されたＡｌ量を補充すればよい。図８では、Ａｌ量が２０ｇになる経過時間を推定して、タブレット状の５０ｇのＡｌ材を補充する場合を示している。５０ｇのＡｌ材を補充することで溶融したはんだに含まれるＡｌ量は７０ｇとなり、管理範囲で管理できることになる。【００５４】
この溶融したはんだ合金の組成の管理方法は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金中のＡｌ量が酸化してドロスになる量に応じてＡｌ材を補充することで、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金の組成をはんだ付け性の良好な範囲に保持する。Ａｌ材は固体の純Ａｌ材のタブレットやインゴットを用いる。溶融したはんだ合金に固体Ａｌ材を投入すると、固体Ａｌ材は溶融したＳｎ−Ｚｎ−Ａｌはんだ合金に容易に溶融する。  また、補充するＡｌ材はＺｎＡｌ合金、あるいはさらにＳｎを含んでもよい。このような材料としては、固体あるいは溶融したＺｎ−５ｗｔ％Ａｌ（融点３８０℃）が挙げられる。【００５５】
プリント回路基板３０は、溶融したはんだの温度をＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金よりも低減できるので、電子部品３３，３６に印加される熱ストレスを低減できる。さらに、また、スルーホール上がり性や濡れ性が良好であるので、プリント回路基板３０は優れた信頼性を有する。【００５６】
本実施の形態に係る製造方法では、Ｓｎ−Ｚｎはんだ合金にＡｌを添加することで、Ｚｎ酸化物のドロスの発生を大幅に抑制して良好なはんだ付け性を有するフローはんだ付けが実現できる。【００５７】
また、本実施の形態に係る製造方法では、溶融したはんだ合金のうち、Ａｌが選択的に酸化されて消費されるので、Ａｌの酸化量に応じてＡｌを含む材料を補充することで、良好なはんだ付け性を保持できる。また、Ａｌの酸化速度を推定して、Ａｌを含む材料を所定の時間毎に補充することではんだ合金の組成範囲を容易に管理することができる。【００５８】
また、Ｓｎ−Ｚｎはんだ合金にＡｌを添加することで、フローはんだ付け装置のはんだ浴槽等のステンレス鋼の浸食を抑制できる。これはステンレス鋼の表面とはんだ浴との間にＡｌが介在し、Ｓｎによるステンレス鋼の浸食を抑制するためである。【００５９】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、新規かつ有用なフローはんだ付けに用いるはんだ合金、それを用いた電子基板およびその製造方法を提供できる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月19日(2008.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３ｗｔ％以上でかつ０．０５ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなるフローはんだ付け用のはんだ合金。
【請求項２】
電子部品と、回路基板とを備え、電子部品と回路基板とが請求項１に記載のはんだ合金からなるはんだ接合部を有することを特徴とする電子基板。
【請求項３】
電子基板に電子部品を装着する工程と、
Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ合金からなるはんだ合金を溶融し、溶融したはんだ合金を電子基板に接触させて電子部品を電子基板にはんだ付けする接合工程を含む電子基板の製造方法。
【請求項４】
前記接合工程は、溶融したはんだ合金中のＡｌの酸化量に応じてＡｌを含む材料を溶融したはんだ合金に補充することを特徴とする請求項３に記載の電子基板の製造方法。
【請求項５】
前記はんだ合金は、Ｚｎが３．０ｗｔ％以上でかつ１４．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．００３０ｗｔ％以上でかつ０．０５０ｗｔ％以下、および残部がＳｎからなることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子基板の製造方法。
【国際調査報告】
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