(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇが０．５〜１．０重量％、Ｂｉが１２．０〜２０．０重量％、Ｃｕ０．５〜２．０重量％、残部がＳｎからなる無鉛はんだを使用して電子部品をフロー法により実装することを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
Ａｇが０．５〜１．０重量％、Ｂｉが１２．０〜２０．０重量％、Ｃｕ０．５〜２．０重量％、ＰまたはＧａが０〜０．５重量％、残部がＳｎからなる無鉛はんだを使用して電子部品をフロー法により実装することを特徴とする電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無鉛はんだを使用してプリント回路基板に電子部品をフロ−法により実装する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブリント回路基板への電子部品の実装には、フロ−法（すなわち、電子部品をプリント回路基板に仮固定し、フラックスを塗布し、次いで、はんだ浴に接触（浸漬）させてはんだ付け箇所をはんだで濡らし、この付着はんだを冷却・凝固させる方法）が汎用されている。
従来、上記フロ−法でのはんだには、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだが主に使用されてきたが、Ｐｂは毒性の強い重金属である。
近来、環境問題が地球規模で取り上げられ、鉛についても生態系への悪影響や汚染が問題視されつつあり、はんだの無鉛化が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記フロ−法に使用する無鉛はんだとして、例えば、Ｓｎ−７．５Ｂｉ−２Ａｇ−０．５ＣｕやＳｎ−３．５ＡｇやＳｎ−３．４Ａｇ−４．８Ｂｉ等が知られているが、Ｐｂを含有していないために表面張力が大きく、融点も高いために、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを使用したフロ−法と同じはんだ付け温度（約２４０℃）のもとでは濡れ速度が遅く、従来のフロ−法に較べ、はんだ付け温度を高くしたり、はんだ付け時間（はんだ接触時間または浴浸漬時間）を長くすることが必要である。
しかしながら、かかる過酷なフロ−条件下では、溶融はんだの熱による電子部品の樹脂パッケ−ジのクラックやふくれの発生が懸念される。これを防止する手段として封止樹脂材料のガラス転移温度を高くすることが考えられるが、ガラス転移温度の高い樹脂材料ではパッケ−ジの吸湿率が高くなり、その吸湿水の蒸発で樹脂パッケ−ジの上記ふくれが助長されるから、有効な手段とは言い難い。
【０００４】
フロ−法はんだ付けにおいては、はんだ付け箇所がはんだ浴に接触されても、そのはんだ付け箇所がはんだの固相線温度以上に加熱されるまでは、はんだ付け箇所へのはんだの濡れは生じない。而るに、従来の無鉛はんだにおいては、固相線温度と液相線温度との差が小さくて固相線温度が高く、はんだ付け箇所が固相線温度にまで加熱されるまでの時間ｔがそれだけ長くなり、はんだ浴に接触される時間中、そのかなり長い時間ｔでは単に電子部品が加熱されるだけであってそれだけ長い時間にわたり電子部品をはんだ浴に接触させなければならないので、電子部品の寿命低下若しくは破損が問題となる。
【０００５】
而るに、固相線温度を低くすれば、電子部品のはんだ付け箇所がそれだけ早く固相線温度以上に加熱され、それだけ早くはんだの初期濡れが開始されるので、電子部品のはんだ浴浸漬時間を短くでき、ひいては、はんだ浴の温度を低く設定でき、電子部品をフロ−法により熱的に安全に実装することが可能となる。
【０００６】
本発明の目的は、はんだの固相線温度を低くし初期濡れを早くから開始させて電子部品のはんだ浴浸漬時間を短くし、ひいては、はんだ浴の温度を低く設定し、電子部品をフロ−法により熱的に安全に実装することを可能とするフロ−法用無鉛はんだ合金を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る電子部品の実装方法は、Ａｇが０．５〜１．０重量％、Ｂｉが１２．０〜２０．０重量％、Ｃｕ０．５〜２．０重量％、残部がＳｎからなる無鉛はんだを使用して電子部品をフロー法により実装することを特徴とする。
請求項２に係る電子部品の実装方法は、Ａｇが０．５〜１．０重量％、Ｂｉが１２．０〜２０．０重量％、Ｃｕ０．５〜２．０重量％、ＰまたはＧａが０〜０．５重量％、残部がＳｎからなる無鉛はんだを使用して電子部品をフロー法により実装することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において使用する無鉛はんだ合金において、Ｓｎを基材とする理由は、毒性が極めて少なく、母材に対する優れた濡れ性を付与でき、産出量も安定であり、安価であることによる。
本発明において、Ａｇを０．５〜１．０重量％添加する理由は、はんだの融点をＳｎの融点以下とすると共に、生成する金属間化合物であるＡｇ３Ｓｎを緻密に分散させることによる機械的強度、特に引張り強度の向上を得るためである（Ａｇ量が多くなると、液相線温度が高くなり過ぎるばかりかＡｇ３Ｓｎ金属間化合物初晶の晶出量が多くなり、機械的特性、特に伸び特性が低下し脆くなり、また、表面からＡｇ３Ｓｎがウイスカとなって突き出すためにショ−トサ−キット発生の畏れがある）。
【０００９】
本発明において、Ｂｉを１２．０〜２０．０重量％添加する理由は、はんだの液相線温度の大幅な降下を達成するためである。２０．０重量％以上ではＳｎとの固溶体の多量発生により低温部に共晶点が出現し、使用環境温度がこの共晶点温度に近づいて組織の粗大化、伸び特性の劣化が招来され、ひいては、はんだ付け接合部のクラック発生が懸念される。
【００１０】
本発明において、Ｃｕを添加する理由は、はんだの融点を低下させるばかりでなくＡｇとの相乗効果により機械的特性を更に向上させるためである。その添加量を０．３〜２．０重量％とした理由は、０．３重量％以下では融点の低下及び機械的強度の向上に殆ど寄与させ得ず、２．０重量％以上では、液相線温度が高くなり過ぎるばかりかＳｎ−Ｃｕ金属間化合物が多量に発生し、かえって機械的強度が低下するからである。
【００１１】
本発明において、ＰまたはＧａを添加する理由は、はんだ溶融時にこれらの元素が優先的に酸化して他の元素の酸化を防止し、溶融はんだ表面に浮いて巻き込まれることがなく、酸化による合金組成の変動を排除するためであり、その添加料を０．５重量％以下とした理由は、これ以上では高価となるばかりか、はんだの脆弱化が招来されるからである。
【００１２】
本発明においては、上記以外の元素を、ＪＩＳ  Ｚ−３２８２に規定されているＡ級の範囲内で不純物として含んでいてもよい。（但し、Ｐｂは０．１０重量％以下）
本発明に係る無鉛はんだの液相線温度は２００℃〜２２０℃であり、固相線温度は１４０℃〜１７５℃であって、固相線温度は液相線温度に対し４０℃〜６０℃低い。
【００１３】
本発明により電子部品を実装するには、はんだ浴温度を従来の共晶Ｓｎ−Ｐｂはんだ使用のフロ−法の場合と同様にほぼ２４０℃に保持し、電子部品を仮取付けした基板をフラックス浴槽に通したうえで、はんだ浴に接触（または浸漬）通過させる。
はんだ浴に接触（または浸漬）された基板のはんだ付け箇所ははんだ浴熱で加熱されていき、固相線温度を越えるとはんだ付け箇所へのはんだ濡れ・付着が開始され、はんだ付け箇所の温度上昇に伴いはんだ付け界面の合金化が進行し、はんだ浴通過後での付着はんだの冷却・凝固によってはんだ付けが完結される。
【００１４】
上記固相線温度は１４０℃〜１７５℃と低く、基板のはんだ浴への接触（浸漬）後充分に短時間ではんだ付け箇所がこの固相線温度に加熱され、それだけ早くはんだの初期濡れが開始されるので、電子部品のはんだ浴接触（浸漬）時間を短くでき（はんだ浴温度同一のもとで、固相線温度が高いと、はんだ付け箇所の固相線温度への加熱にそれだけ長い時間を必要とし、はんだ浴時間中、はんだの濡れに寄与しない時間がそれだけ長くなるので、はんだ浴時間をその分、長くする必要がある）、ひいては、はんだ浴の温度を低く設定でき、電子部品をフロ−法により熱的に安全に実装することが可能となる。
【００１５】
上記フロ−法のはんだ浴槽には、フロ−方式、ウェ−ブ方式、二段ウェ−ブ方式、フロ−ディップ方式、多段フロ−方式、カスケ−ド方式等の噴流浴槽（溶融はんだをポンプ等の駆動装置によって噴出させ、その噴流はんだにはんだ付け部材を接触させる方式）、またはバ−ティカルフラット方式、パイ方式、フラットブィップ方式等の静止浴槽（溶融はんだを静止させておき、そのはんだ浴にはんだ付け部材を浸漬させる方式）を使用できる。
【００１６】
【実施例】
〔実施例１〜５〕
表１に示す組成の無鉛はんだを調整した。
各実施例品について、固相線温度、液相線温度を測定したところ、表１の通りであった。
また、共晶Ｓｎ−Ｐｂはんだ使用のフロ−法の場合と同じ溶融はんだ温度２４０℃での表面張力法によるゼロクロスタイム及び最大濡れ力を測定したところ表１の通りであった〔溶融はんだに試験片の一端を浸漬すると、試験片に、はんだの付着張力によって下方に引き下げる力ｆと、浮力によって上方に引上げられる力ｆ’とが作用し、濡れ力（ｆ’−ｆ）は接触角θの経時的変化に追従して変動していき、時間０〜ｔの間は負であり、ｔ を経過すると正となって増大し、飽和値に達する。ｔ はゼロクロスタイムであり、接触角θがほぼ９０°になるときの時間である〕。ただし、試験片には、３０×３０×０．３ｍｍのリン脱酸銅板に樹脂系フラックスを塗布したものを使用し、浸漬速度は２ｍｍ／秒、浸漬深さは４ｍｍ、浸漬時間は１０秒とした。
【００１７】
表１
実施例１      実施例２      実施例３      実施例４
Ａｇ（重量％）      ０．５        ０．５        ０．５        １．０
Ｂｉ（重量％）    １２．０      １５．０      ２０．０      １２．０
Ｃｕ（重量％）      ０．５        ０．５        ０．５        ０．５
Ｓｎ（重量％）      残部          残部          残部          残部
固相線温度（℃）    １７０        １６２        １４５        １６９
液相線温度（℃）    ２１５        ２１２        ２０５        ２１３
ゼロクロス
タイム（秒）        １．２        １．１        １．０        ０．９
最大濡れ力
(dyne/cm)           ２６８        ２６５        ２６４        ２７２
【００１８】
実施例５
Ａｇ（重量％）      １．０
Ｂｉ（重量％）    １５．０
Ｃｕ（重量％）      ０．５
Ｓｎ（重量％）      残部
固相線温度（℃）    １５８
液相線温度（℃）    ２０９
ゼロクロス
タイム（秒）        ０．８
最大濡れ力
(dyne/cm)           ２７２
【００１９】
〔比較例１〜３〕
表２に示す組成の無鉛はんだを調整した。実施例と同様に、固相線温度、液相線温度、ゼロクロスタイム及び最大濡れ力を測定したところ表２の通りであった。
【００２０】
表２
比較例１      比較例２      比較例３
Ａｇ（重量％）      ２．０        ３．５        ３．４
Ｂｉ（重量％）      ７．５            ０        ４．８
Ｃｕ（重量％）      ０．５            ０            ０
Ｓｎ（重量％）      残部          残部          残部
固相線温度（℃）    １８５        ２２１        ２０９
液相線温度（℃）    ２１５        ２２１        ２２２
ゼロクロス
タイム（秒）        １．５        ２．７        ２．０
最大濡れ力
(dyne/cm)           ２８０        ３００        ２６５
【００２１】
また、各実施例のそれぞれに対し、Ｐを１００ppm、またはＧａを０．３重量％添加してゼロクロスタイム及び最大濡れ力を測定したところ、ほぼ同様の結果が得られ、かつ、フロ−法にてはんだを用いた際、酸化物の発生を著しく軽度にとどめ得たことから、Ｐ、Ｇａ添加による酸化抑制効果を確認できた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係る電子部品のフロー実装法においては、１４０℃〜１７５℃の低温域に固相線を有する無鉛はんだを使用しているから、フロ−法はんだ付け時、溶融はんだとの接触または浸漬の初期からはんだ付け箇所をはんだで濡らし得、高温域に固相線を有する従来の無鉛はんだ合金に較べ緩い加熱条件でフロ−はんだ付けを行い得、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだよりも液相線温度が高いにもかかわらず、従来のフロ−法はんだ付け温度（２４０℃）のもとでの無鉛はんだによるフロ−法はんだ付けが可能となる。