(57)【要約】【課題】ＳｎおよびＢｉの酸化を防止することができる鉛フリーはんだ合金を提供する。【解決手段】Ｂｉを20〜60質量％、Ａｌを0.001 〜0.01質量％、を含み、残部の主成分をＳｎとする。特に、Ｂｉを35〜58質量％含むのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉを20〜60質量％、Ａｌを0.001 〜0.01質量％、を含み、残部の主成分をＳｎとしたことを特徴とする鉛フリーはんだ合金。
【請求項２】
Ｂｉを35〜58質量％含む請求項１記載の鉛フリーはんだ合金。
【請求項３】
請求項１又は２記載の鉛フリーはんだ合金を粉末状にした粉末状鉛フリーはんだ合金を含有するはんだペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリーはんだ合金およびはんだペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路実装基板へのはんだ接合にはＳｎとＰｂを主成分とする合金が使用されてきた。しかし、人体あるいは環境への配慮からＰｂを含まない成分から成る合金、いわゆる、鉛フリーはんだ合金への置き換えがなされてきた。一般的に鉛フリーはんだとして使用されてきた合金は、Ｓｎ−Ａｇを主成分とする合金やＳｎ−Ｃｕ、あるいは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕを主成分とするはんだ合金が用いられてきた。しかし、これらの合金の融点は高く、部品および基板の耐熱性の問題で、これらの合金が使用できない場合がある。
【０００３】
一方、鉛フリーはんだの候補として考えられてきた合金で、ＳｎとＢｉを主成分とする合金が知られていた。このＳｎ−Ｂｉ合金は、Ｂｉの成分比率によりＳｎ−Ｐｂ合金やＳｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金と比較して融点がそれ以下であり、耐熱性が低い部品や基板に使用できる利点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだは上記のはんだ合金と比較して酸化しやすく、またその酸化物の除去が困難なためはんだ付け性が悪い場合がある。例えば、図２および図３に示すように、不ぬれ部Ｘが生じる虞れがあった。また、はんだ付け後のはんだ表面やフラックス残渣に黒色の残渣が付着・混入し、外観検査時の不良が発生しやすい。図４ははんだＨ表面に黒色の残渣Ｚが付着した状態を示す。図５はフラックス残渣Ｆに粒状（コロイド状）の黒色の残渣Ｚが混入した状態を示す。この黒色の残渣Ｚは、ＳｎおよびＢｉの酸化物と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８３４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする課題は、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだは酸化しやすく、またその酸化物の除去が困難なためはんだ付け性が悪くなる虞れがある点である。また、はんだ付け後のはんだＨ表面やフラックス残渣Ｆに黒色の残渣Ｚが付着・混入し、外観検査時の不良が発生しやすい点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、Ｂｉを20〜60質量％、Ａｌを0.001 〜0.01質量％、を含み、残部の主成分をＳｎとしたものである。
また、Ｂｉを35〜58質量％含むものである。
また、本発明に係るはんだペーストは、上記の鉛フリーはんだ合金を粉末状にした粉末状鉛フリーはんだ合金を含有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の鉛フリーはんだ合金によれば、融点が低いＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金に於て、ＳｎおよびＢｉの酸化を防止することができ、ぬれ性が改善でき、これに伴って、はんだ表面およびフラックス残渣の黒化を抑制する効果があり、はんだ付け性も向上できる。
また、本発明のはんだペーストによれば、融点が低く、かつ、ＳｎおよびＢｉの酸化を防止することができ、ぬれ性が改善でき、これに伴って、はんだ表面およびフラックス残渣の黒化を抑制する効果があり、はんだ付け性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】Ｂｉ含有量の変化に対する融点の変化を表したグラフ図である。
【図２】従来の欠点を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である
【図４】従来例を示す断面正面図である。
【図５】他の従来例を示す断面正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ｂｉを20〜60質量％（20質量％以上60質量％以下。本発明に於て、同様の表記方法を用いる。）、Ａｌを0.001 〜0.01質量％、を含み、残部の主成分がＳｎとされる（残部には、不可避不純物も含まれる）。好ましくは、Ｂｉを35〜58質量％含む。Ａｌ含有量が上記範囲にある場合、ＳｎおよびＢｉの酸化を適切に防止することができる。Ａｌ含有量が0.001 質量％未満の場合、ＳｎおよびＢｉの酸化が急に進むという欠点がある。Ａｌ含有量が0.01質量％を超えると、はんだ付け性が悪くなる。
【００１１】
図１は、Ｂｉ、Ａｌを含み、Ａｌ含有量が0.005 質量％、ＢｉおよびＡｌの残部をＳｎおよび不可避不純物とした鉛フリーはんだ合金のＢｉ含有量の変化に対する融点の変化を表したグラフ図である。Ｂｉ含有量が20％未満又は60％を超える場合、融点が、Ｓｎ−Ｐｂ合金（Ｓｎが63％、Ｐｂが37％から成る合金）の融点である187℃を超えてしまう。
【００１２】
本発明のはんだペーストは、上述の鉛フリーはんだ合金を粉末状にした粉末状鉛フリーはんだ合金を用いたはんだペーストである。例えば、上述の鉛フリーはんだ合金を粉末状にしたものと、ペースト状のフラックスとを混ぜ合わせたはんだペーストである。粉末状鉛フリーはんだ合金の平均粒径を20〜50μｍとするのが好ましい。平均粒径が20μｍ未満の場合、製造コストが高くなる。平均粒径が50μｍを超える場合、適切にはんだ付けができない虞れがある。
【実施例】
【００１３】
ＪＩＳ  Ｚ  ３２８４  付属書10のぬれ効力およびディウェッティング試験法により、はんだの広がり度合とはんだ表面およびフラックス残渣の着色の有無を試験した。結果を表１に示す。表１に示すように、Ａｌを添加したものは、比較例１と比較していずれもぬれ性は向上し、はんだＨ表面およびフラックス残渣Ｆの着色は見られなかった。適量のＡｌが添加されているので、ＳｎおよびＢｉの酸化が防止されたことによると考えられる。
【表１】
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【００１４】
なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、Ｐ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ等の一種類又は複数種類をさらに添加するも良い。
【００１５】
以上のように、本発明は、Ｂｉを20〜60質量％、Ａｌを0.001 〜0.01質量％、を含み、残部の主成分をＳｎとしたので、融点が低いＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金に於て、ＳｎおよびＢｉの酸化を防止することができ、ぬれ性が改善でき、これに伴って、はんだＨ表面およびフラックス残渣Ｆの黒化を抑制する効果があり、はんだ付け性も向上できる。従って、耐熱性が低い部品や基板に用いるのに好適である。
また、Ｂｉを35〜58質量％含むので、融点を一層低くすることができ、耐熱性が特に低い部品や基板にも用いることができる。
【００１６】
また、上記の鉛フリーはんだ合金を粉末状にした粉末状鉛フリーはんだ合金を含有するので、融点が低く、かつ、ＳｎおよびＢｉの酸化を防止することができ、ぬれ性が改善でき、これに伴って、はんだＨ表面およびフラックス残渣Ｆの黒化を抑制する効果があり、はんだ付け性も向上できる。従って、耐熱性が低い部品や基板に用いるのに好適である。
【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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