(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎが９０重量％以上、Ａｇが０．２〜４．０重量％、Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ｂｉが０．０１〜２．０重量％である金属と、Ｐｂとからなり、
Ｐｂの含有率が０．０１〜０．３重量％であることを特徴とするはんだ合金組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ合金組成物に関し、特に、電子機器のはんだ付けに好適に利用することができるはんだ合金組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりはんだ合金組成物としては、Ｓｎ−Ｐｂの共晶組成付近のもの（Ｐｂ約４０重量％、融点はほぼ１８３℃）が代表的なものとして周知であり、濡れ性の良い、良好なはんだ合金組成物として使用されていた。これに対し近年、地球環境問題への関心の高まりから、鉛が環境や人体に及ぼす有害性が問題視されるようになって来ている。
【０００３】
上記の状況の中で、Ｐｂを含まないＳｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだのような、いわゆる無鉛はんだが注目されるようになって来た。しかしこれら従来より提案されて来ている無鉛はんだは濡れ性が必ずしも満足の行くものではなく、よってはんだ付け特性の点で、改良が望まれる。
【０００４】
上述した事情から、環境や人体に対しての問題がなく、かつ、良好なはんだ付け特性を有するはんだ合金組成物の開発が要請されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記要請に基づいてなされたもので、その目的は、環境や人体に対しての問題がなく、かつ、良好なはんだ付け特性を有するはんだ合金組成物を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述した事情に鑑みて鋭意検討を行った結果、Ｓｎに、Ａｇや、Ｃｕ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｇｅの少なくとも１種を添加してなる合金に、Ｐｂを特定の極微量添加することで、上記要請を満たす良好なはんだ付け特性を有するはんだ合金組成物が得られることを見出すに至った。
【０００７】
すなわち、本発明に係るはんだ合金組成物は、Ｓｎが９０重量％以上、Ａｇが０．２〜４．０重量％、Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ｂｉが０．０１〜２．０重量％である金属と、Ｐｂとからなり、Ｐｂの含有率が０．０１〜０．３重量％であることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、Ｓｎと特定の金属（Ａｇ，Ｃｕ，Ｂｉ）と、さらに特定の範囲の極微量のＰｂとからなるはんだ合金組成物としたことで、濡れ性の良い、良好なはんだ付け特性が得られ、かつ、組成物中のＰｂの含有量が極めて抑制されたものであることから、環境負荷の低減を大幅に図ることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施の形態について説明し、またその具体的構成例について、データをもって説明する。但し当然のことではあるが、本発明は以下述べる実施の形態の記述例に限定されるものではない。
【００１０】
本発明に係るはんだ合金組成物は、Ｓｎと、Ａｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｚｎ及びＧｅからなる群から任意に選ばれる少なくとも１種の金属と、Ｐｂとからなり、このはんだ合金組成物中のＰｂの含有率は、０．０１〜０．３重量％であるものである。
【００１１】
Ｐｂの含有率が上記範囲を下回ると、良好なはんだ付け特性を得ることが困難になる。一方、Ｐｂの含有率が上記範囲を超えても、はんだ付け特性はもはや格別に向上しない。環境や人体に及ぼす有害性低減の観点から、はんだ合金組成物中のＰｂは、少なくすることが望ましい。
【００１２】
本発明に係るはんだ合金組成物において、Ｐｂの含有率は、好ましくは、０．０４〜０．１重量％である。
【００１３】
本発明に係るはんだ合金組成物において、Ｓｎが主成分であることが好ましい。特に、Ｓｎの含有率が９０重量％以上であることが好ましい。この範囲であると、はんだの濡れ性が特に良好であり、はんだ付け性が良く、また、適正溶融温度にできる。
【００１４】
本発明に係るはんだ合金組成物において、Ａｇを含有する場合、該Ａｇの含有率は、０．２〜４．０重量％であることが好ましい。この範囲であると、はんだの濡れ性が特に良好であり、はんだ付け性が良い。なお、Ｓｎ−３．５Ａｇが共晶であるところから、Ａｇの含有率が４．０重量を超えると針状結晶析出のおそれがあり好ましくない。また、Ａｇの含有率が低すぎると、はんだの溶融温度が高くなったり、破断強度や延びが不足する場合がある。
【００１５】
本発明に係るはんだ合金組成物において、Ｃｕを含有する場合、該Ｃｕの含有率は、０．１〜３．０重量％であることが好ましい。この範囲であると、はんだの濡れ性が特に良好であり、はんだ付け性が良い。また、溶融温度を適正にし、また接合部に銅パッドがある場合、その銅がはんだに拡散することを防ぐ意味でも、上記の範囲であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るはんだ合金組成物において、Ｂｉを含有する場合、該Ｂｉの含有率が０．０１〜２．０重量％であることが好ましい。この範囲であると、はんだの濡れ性が特に良好であり、はんだ付け性が良い。また、Ｂｉの含有率が大きすぎると、強度は大きくなるが、延びがわるくなり、脆化する傾向が出る。
【００１７】
本発明に係るはんだ合金組成物において、Ｉｎを含有する場合、該Ｉｎの含有率は、０．１〜９．０重量％であることが好ましい。この範囲であると、はんだの濡れ性が特に良好であり、はんだ付け性が良く、また、適正溶融温度にできる。（なお、上記Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎの添加について、及びそのような場合のＳｉの含有率についてさらに詳細には、本出願人による特願平９−１２４４４５号の明細書参照）。
【００１８】
本発明に係るはんだ合金組成物において、Ｚｎを含有する場合、該Ｚｎの含有率は、０．１〜９．０重量％であることが好ましい。この範囲であると、はんだの濡れ性が特に良好であり、はんだ付け性が良い。なお、Ｚｎの含有率がこの範囲を超えると、はんだの延性が低下して配線としたときに破断が生じやすくなったり、酸化し易くなるおそれが出る。（なお、Ｚｎの添加についてさらに詳細には、本出願人による特願平９−０５６５３９号の明細書参照）。
【００１９】
本発明に係るはんだ合金組成物において、Ｇｅを含有する場合、該Ｇｅの含有率は、０．００５〜０．５重量％であることが好ましい。この範囲であると、はんだの濡れ性が特に良好であり、はんだ付け性が良い。またＧｅにはドロスと称される酸化物の発生も抑制する作用がある。（なお、Ｇｅの添加についてさらに詳細には、本出願人による特願平９−３４８２１２号（特開平１０−２３０３８４号）の明細書参照）。
【００２０】
すなわち、上記Ａｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｚｎ及びＧｅの各金属について、各金属成分が上述の範囲内にあれば、Ｐｂを添加した際の効果、特に濡れ性の向上の効果を十分に発揮させることが容易に実現できる。
【００２１】
上記Ｓｎ及びＰｂ以外のＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｚｎ及びＧｅの各金属については、各金属は少なくとも１種含有されていれば良い。これらの金属は、はんだ合金組成物の濡れ性を向上させるほか、はんだ合金の機械的強度や伸び、耐熱疲労性を向上させたり、融点を下げたり、ドロスの発生量を低減させたりする点で、効果がある。
【００２２】
本発明に係るはんだ合金組成物において、はんだの表面特性の向上の観点から、組成物中に含まれる酸素濃度や、窒素濃度を限定してもよい。酸素濃度は好ましくは１〜１０００ｐｐｍが良い。１０００ｐｐｍ以下であると酸素添加による合金の脆化のおそれがなく、１ｐｐｍ以上であれば合金の精製が容易で、コスト的にも有利である。酸素濃度はより好ましくは、１０〜５００ｐｐｍが良い。窒素濃度は好ましくは１〜１０００ｐｐｍが良い。窒素添加は合金の酸化を防止する。窒素濃度が１０００ｐｐｍ以下であるとやはり窒素添加による合金の脆化のおそれがなく、１ｐｐｍ以上であれば合金の精製が容易で、コスト的にも有利である。窒素濃度はより好ましくは、１０〜５００ｐｐｍが良い。
【００２３】
以下、具体的な実施の形態例について、詳しく説明する。
ここでは表１に示す１５種の試料を用いて、１５回の実施（Ｒｕｎ）を行った。表１における各はんだ合金組成物は、Ｓｎ以外の金属について重量％を示し、残余はＳｎとしたものである。
【００２４】
本実施の形態例では、各種金属を秤量した後、磁性るつぼに入れ、４００℃窒素雰囲気の電気炉で２時間加熱溶融する。これにより作成した各はんだ合金組成物について、濡れ性の評価を行った。
【００２５】
作成した試料は、濡れ性を評価する手法として、動的な濡れ現象を定量的に、しかも容易に測定できるウェッティングバランス法を用いることで、濡れ性の評価試験を行った。試験で使用した評価装置は、ＭＵＬＴＩＣＯＲＥ  ＭＵＳＴＳＹＳＴＥＭ  ＩＩで、試験片は、０．６ＭＭΦの無酸素銅線、フラックスは、弘輝製のＩＳ６４ＭＳＳである。実験条件は、はんだへの試験片浸漬速度を１０ｍｍ／ｓｅｃ、浸漬深さを２ｍｍ、浸漬時間を１０秒、はんだ温度は２４０℃とした。
【００２６】
濡れ性を評価する際に重要なのは、濡れ時間（Ｗｅｔｔｉｎｇ  ｔｉｍｅ）と、濡れ力（Ｗｅｔｔｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）であり、濡れ時間は短いが、濡れ力は大きい方が濡れが良いと判断する。濡れ時間は、試験片がはんだと接触後、濡れ力が０に戻るまでの時間（Ｔｂ）、濡れ力は、試験片がはんだに浸漬後、１０秒経過時の値（Ｆ２）とした。
【００２７】
下記表１に、各種組成のはんだ合金組成物について、その濡れ性に関する測定結果を示す。
【００２８】
【表１】
0004186331.tif 000002
【００２９】
表１に示した評価結果より、以下の知見が得られる。
【００３０】
表１中のＲｕｎ１（比較）とＲｕｎ２（本発明）とＲｕｎ２’（本発明）との対比により、次のことがわかる。すなわち、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系組成の合金（Ｒｕｎ１）にＰｂを０．０３重量％（Ｒｕｎ２）、また０．０４重量％添加した組成（Ｒｕｎ２’）とすることにより、濡れ時間が低下し、濡れ力が増加することから、濡れ性が向上することがわかる。
【００３１】
表１中のＲｕｎ３（比較）とＲｕｎ４（本発明）との対比により、次のことがわかる。すなわち、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｃｕ系組成の合金（Ｒｕｎ３）にＰｂを０．１重量％添加した組成（Ｒｕｎ４）とすることにより、濡れ時間が低下し、濡れ力が増加することから、濡れ性が向上することがわかる。
【００３２】
また、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｃｕ系組成の合金（Ｒｕｎ３）にＰｂを０．４重量％添加（Ｒｕｎ５）しても、０．１重量％添加した場合（Ｒｕｎ４）と大きな差異はない。このことから、Ｐｂを０．３重量％を超えて含有させても、濡れ性の向上効果はそれより大きくはならないことがわかる。
【００３３】
次に表１中のＲｕｎ６（比較），Ｒｕｎ８（比較）と、Ｒｕｎ６’（本発明），Ｒｕｎ７（本発明），Ｒｕｎ９（本発明）との対比により、次のことがわかる。すなわち、Ｓｎ−Ａｇ系組成の合金（Ｒｕｎ６，８）にＰｂを０．０２重量％または０．０５重量％添加した組成（Ｒｕｎ６’，７，９）とすることにより、濡れ時間が低下し、濡れ力が増加することから、濡れ性が向上することがわかる。
【００３４】
さらに、Ｒｕｎ６’（本発明）とＲｕｎ７（本発明）との対比、及び前記Ｒｕｎ２（本発明）とＲｕｎ２’（本発明）との対比により、本発明に係る試料の内でも、Ｐｂの含有率が０．０４重量％以上である場合が好ましいことが理解される。
【００３５】
次に表１中のＲｕｎ１０（比較）とＲｕｎ１１（本発明）との対比により、次のことがわかる。すなわち、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系組成の合金（Ｒｕｎ１０）にＰｂを０．２重量％添加した組成（Ｒｕｎ１１）とすることにより、濡れ時間が低下し、濡れ力が増加することから、濡れ性が向上することがわかる。
【００３６】
次に表１中のＲｕｎ１２（比較）とＲｕｎ１３（本発明）との対比により、次のことがわかる。すなわち、Ｓｎ−Ｚｎ系組成の合金（Ｒｕｎ１０）にＰｂを０．３重量％添加した組成（Ｒｕｎ１３）とすることにより、濡れ時間が低下し、濡れ力が増加することから、濡れ性が向上することがわかる。
【００３７】
次に表１中のＲｕｎ１４（比較）とＲｕｎ１５（本発明）との対比により、次のことがわかる。すなわち、Ｓｎ−Ａｇ−Ｇｅ系組成の合金（Ｒｕｎ１４）にＰｂを０．１重量％添加した組成（Ｒｕｎ１５）とすることにより、濡れ時間が低下し、濡れ力が増加することから、濡れ性が向上することがわかる。
【００３８】
以上の結果より、Ｓｎと、Ａｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｚｎ及びＧｅからなる群から任意に選ばれる少なくとも１種の金属と、Ｐｂとからなり、Ｐｂの含有率が０．０１〜０．３重量％であるはんだ合金組成物は、濡れ性（はんだ付け特性）に優れることがわかる。よって、Ｐｂの含有率が極微量であって環境負荷が極めて少ないはんだ合金で、かつ、はんだ付け特性が優れたはんだ合金組成物が得られることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、本発明に係るはんだ合金組成物によれば、
環境や人体に対しての問題がなく、かつ、良好なはんだ付け特性を有するはんだ合金組成物を提供することつきを防止することができた。