特許 6548537 はんだ合金及びはんだ組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6548537

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】はんだ合金及びはんだ組成物

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/26 20060101AFI20190711BHJP

   C22C 13/02 20060101ALI20190711BHJP

   C22C 12/00 20060101ALI20190711BHJP

   B23K 35/22 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/26 310A

   B23K35/26 310C

   C22C13/02

   C22C12/00

   B23K35/22 310A

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-178403(P2015-178403)

(22)【出願日】2015年9月10日

(65)【公開番号】特開2017-51984(P2017-51984A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2018年5月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000143215

【氏名又は名称】株式会社弘輝

(74)【代理人】

【識別番号】100074332

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100114432

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 寛昭

(72)【発明者】

【氏名】和田 剛優

(72)【発明者】

【氏名】森 公章

【審査官】 川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１７６８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２５２６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３４１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２５８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５６９４３３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００６９７２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−２２４６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３４３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２４３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０９０４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８３３９２１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／００−３５／４０

Ｃ２２Ｃ １２／００

Ｃ２２Ｃ １３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｓｎと、Ｂｉと、Ｃｏ及びＡｇの金属とからなるはんだ合金であって、
Ｂｉの含有量が４５質量％以上７０質量％以下、前記金属の含有量が０．００５質量％以上６．５質量％以下であり、
Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下、Ａｇの含有量が０．１質量％以上４．０質量％以下であるはんだ合金。

【請求項2】

Ｓｎと、Ｂｉと、Ｃｏとからなるはんだ合金であって、
Ｂｉの含有量が４５質量％以上７０質量％以下（但し、５７質量％以下の場合を除く）であり、
Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下であるはんだ合金。

【請求項3】

Ｓｎと、Ｂｉと、Ｓｂと、Ｃｏの金属とからなるはんだ合金であって、
Ｂｉの含有量が４５質量％以上７０質量％以下、Ｓｂの含有量及び前記金属の含有量の合計が０．１質量％以上６．５質量％以下であり、
Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下であるはんだ合金。

【請求項4】

Ｓｎと、Ｂｉと、Ｓｂと、Ｎｉの金属とからなるはんだ合金であって、
Ｂｉの含有量が４５質量％以上７０質量％以下、Ｓｂの含有量及び前記金属の含有量の合計が０．１質量％以上６．５質量％以下であり、
Ｎｉの含有量が０．０１質量％以上０．０５質量％以下であるはんだ合金。

【請求項5】

Ｓｎと、Ｂｉと、Ｓｂと、Ｃｏ及びＮｉの金属とからなるはんだ合金であって、
Ｂｉの含有量が４５質量％以上７０質量％以下、Ｓｂの含有量及び前記金属の含有量の合計が０．１質量％以上６．５質量％以下であり、
Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下、Ｎｉの含有量が０．０５質量％以上０．２質量％以下であるはんだ合金。

【請求項6】

Ｓｂの含有量が０．５質量％以上６．３質量％以下である請求項３〜５のいずれか一項に記載のはんだ合金。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか一項に記載のはんだ合金と、フラックスとを含むはんだ組成物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、はんだ合金及びはんだ組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

基板に電子部品を実装するため等に用いられるはんだ合金としては、近年、鉛を含まないいわゆる鉛フリーはんだ合金が広く知られている。鉛フリーはんだ合金としては、一般的に、Ｓｎ−Ａｇを主成分とする合金、Ｓｎ−Ｃｕを主成分とする合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕを主成分とする合金等が知られているが、これらの合金は融点が高いという問題がある。融点が比較的低い鉛フリーはんだ用の合金としては、Ｓｎ−Ｂｉを主成分とする合金（以下、Ｓｎ−Ｂｉ合金ともいう。）がある。

【0003】

しかし、Ｓｎ−Ｂｉ合金は酸化しやすいため、かかるはんだ合金を用いたはんだ組成物を用いてはんだ付けすると、はんだ付け後の接合部に黒ずみが発生する場合がある。かかる黒ずみは、例えば、はんだ付け後の製品の外観検査等でエラーとして検出される場合があり、かかる場合には製品が不良品として判断されてしまうおそれがある。

【0004】

Ｓｎ−Ｂｉを主成分とするはんだ合金において、黒ずみを抑制する方法としては、例えば、Ａｌを少量添加したはんだ合金が特許文献１に記載されている。
しかし、特許文献１に記載のはんだ合金でも黒ずみを充分に抑制できないという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２４８６６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、はんだ付け後の黒ずみを充分に抑制できるはんだ合金及びはんだ組成物を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のはんだ合金は、Ｓｎと、Ｂｉと、Ｃｏ及びＡｇからなる群から選択される少なくとも１以上の金属とからなるはんだ合金であって、
Ｂｉの含有量が４５質量％以上８０質量％以下、前記金属の含有量が０．００５質量％以上６．５質量％以下である。

【0008】

かかるはんだ合金は、Ｓｎと、Ｂｉと、Ｃｏ及びＡｇからなる群から選択される少なくとも１以上の金属とからなるはんだ合金であって、Ｂｉ及び前記金属の含有量が前記範囲であることで、はんだ合金としてはんだ組成物に使用した場合、はんだ付け後の黒ずみを充分に抑制することができる。

【0009】

本発明において、前記金属がＣｏであって、Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下であってもよい。

【0010】

前記金属がＣｏであって、Ｃｏの含有量が金属の含有量が前記範囲であることで、はんだ付け後の黒ずみをより充分に抑制することができる。

【0011】

本発明において、前記金属がＣｏ及びＡｇであって、Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下、Ａｇの含有量が０．１質量％以上４．０質量％以下であってもよい。

【0012】

本発明において、前記金属がＣｏ及びＡｇであって、Ａｇの含有量が前記範囲であることで、はんだ付け後の黒ずみをより充分に抑制することができる。

【0013】

本発明のはんだ合金は、Ｓｎと、Ｂｉと、Ｓｂと、Ｃｏ、Ａｇ及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１以上の金属とからなるはんだ合金であって、Ｂｉの含有量が４５質量％以上８０質量％以下、Ｓｂの含有量及び前記金属の含有量の合計が０．１質量％以上６．５質量％以下である。

【0014】

かかるはんだ合金は、Ｓｎと、Ｂｉと、Ｓｂと、Ｃｏ、Ａｇ及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１以上の金属とからなるはんだ合金であって、Ｓｂ及び前記金属の含有量が前記範囲であることで、はんだ合金としてはんだ組成物に使用した場合、はんだ付け後の黒ずみを充分に抑制することができる。

【0015】

本発明において、Ｓｂの含有量が０．５質量％以上６．３質量％以下であってもよい。

【0016】

Ｓｂの含有量が前記範囲であることで、はんだ付け後の黒ずみをより充分に抑制することができる。

【0017】

本発明において、前記金属がＣｏであって、Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下であってもよい。

【0018】

前記金属がＣｏであって、Ｃｏの含有量が前記範囲であることで、はんだ付け後の黒ずみをより充分に抑制することができる。

【0019】

本発明において、前記金属がＡｇであって、Ａｇの含有量が０．１質量％以上４．０質量％以下であってもよい。

【0020】

前記金属がＡｇであって、Ａｇの含有量が前記範囲であることで、はんだ付け後の黒ずみをより充分に抑制することができる。

【0021】

本発明において、前記金属がＣｏ及びＮｉであって、Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下、Ｎｉの含有量が０．０５質量％以上０．２質量％以下であってもよい。

【0022】

前記金属がＣｏ及びＮｉであって、Ｃｏ及びＮｉの含有量が前記範囲であることで、はんだ付け後の黒ずみをより充分に抑制することができる。

【0023】

本発明にかかるはんだ組成物は、前記いずれかのはんだ合金と、フラックスとを含む。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、はんだ付け後の黒ずみを充分に抑制できるはんだ合金及びはんだ組成物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施例３の試験片の光学顕微鏡写真。

【図2】比較例２７の試験片の光学顕微鏡写真。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に、本発明に係るはんだ合金、及びはんだ組成物について説明する。

【0027】

本実施形態にかかるはんだ合金は、Ｓｎと、Ｂｉと、Ｃｏ及びＡｇからなる群から選択される少なくとも１以上の金属とからなるはんだ合金である。

【0028】

本実施形態のはんだ合金は、Ｓｎ−Ｂｉを主成分とする鉛フリーはんだ合金である。
本実施形態において、鉛フリーはんだとは、ＪＩＳ Ｚ ３２８２に定める鉛フリーはんだをいう。

【0029】

Ｂｉの含有量が１０質量％以上８０質量％以下、好ましくは、１０質量％以上７０質量％以下である。
Ｂｉの含有量が上記範囲である場合には、Ｓｎ−Ｂｉを主成分とする低融点のはんだ合金を得ることができる。

【0030】

本実施形態のはんだ合金は、主成分であるＳｎ及びＢｉ以外に、Ｃｏ及びＡｇからなる群から選択される少なくとも１以上の金属を含有する。
前記金属のはんだ合金中の含有量は総量として、０．００５質量％以上６．５質量％以下、好ましくは０．０１質量％以上６．３質量％以下である。
本実施形態のはんだ合金は、前記金属を上記含有量の範囲で含むことにより、はんだ付け後の黒ずみを抑制することができる。

【0031】

前記金属は、Ｃｏであってもよい。かかる場合には、Ｃｏの含有量は、０．００５質量％以上０．３質量％以下、好ましくは、０．０１質量％以上０．１質量％以下、より好ましくは０．０１質量％以上０．０５質量％以下である。

【0032】

前記金属はＣｏ及びＡｇであってもよい。
かかる場合の各金属の含有量としては、Ｃｏの含有量は０．００５質量％以上０．３質量％以下、好ましくは、０．０１質量％以上０．１質量％以下、より好ましくは０．０１質量％以上０．０５質量％以下であり、Ａｇの含有量は０．１質量％以上４．０質量％以下、好ましくは、０．３質量％以上３．０質量％以下である。

【0033】

本実施形態のはんだ合金の残部はＳｎである。
尚、本実施形態のはんだ合金の残部には、本実施形態のはんだ合金の効果を阻害しない範囲でＳｎの他に不可避不純物が含まれていてもよい。

【0034】

さらに、別の本実施形態のはんだ合金は、Ｓｎと、Ｂｉと、Ｓｂと、Ｃｏ、Ａｇ及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１以上の金属とからなるはんだ合金である。
この場合、Ｓｂと前記金属の含有量の合計は０．１質量％以上６．５質量％以下、好ましくは０．５質量％以上６．３質量％以下である。
本実施形態のはんだ合金は、前記各金属を上記含有量の範囲で含むことにより、はんだ付け後の黒ずみを充分に抑制することができる。

【0035】

この場合の前記金属はＣｏであってもよい。
かかる場合の各金属は、Ｃｏの含有量は０．００５質量％以上０．３質量％以下、好ましくは、０．０１質量％以上０．１質量％以下、より好ましくは０．０１質量％以上０．０５質量％以下である。

【0036】

また、この場合の前記金属がＡｇであってもよい。
かかる場合の各金属は、Ａｇの含有量は０．１質量％以上４．０質量％以下、好ましくは、０．３質量％以上３．０質量％以下である。

【0037】

さらに、この場合の前記金属がＣｏ及びＮｉであってもよい。
かかる場合の各金属は、Ｃｏの含有量が０．００５質量％以上０．３質量％以下、好ましくは、０．０１質量％以上０．１質量％以下、より好ましくは０．０１質量％以上０．０５質量％以下であり、Ｎｉの含有量が０．０５質量％以上０．２質量％以下、好ましくは０．００５質量％以上０．１質量％以下である。

【0038】

本実施形態のはんだ合金に含まれる各金属の含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法（ＪＩＳ Ｚ３９１０に記載の方法）によって測定される値である。

【0039】

本実施形態のはんだ合金の溶融温度は１１０℃以上２００℃以下、好ましくは１３５℃以上１８０℃以下である。はんだ合金の溶融温度が前記温度の範囲である場合には、リフロー温度を適切な範囲に設定することが可能となる。尚、本実施形態でいうはんだ合金の溶融温度とは固相線温度を言う。

【0040】

さらに、本実施形態のはんだ合金は、粉末状、棒状等の各種形状とすることができる。

【0041】

次に、本発明のはんだ組成物の実施形態を説明する。
本実施形態のはんだ合金は、はんだ合金とフラックスとを含むはんだ組成物とすることができる。

【0042】

フラックスとしては、特に限定されるものではなく、ロジン系フラックス、合成樹脂系フラックス、水溶性フラックス等が挙げられる。廃棄物処理や製造工程における安全性の観点からハロゲンを含まないあるいは低ハロゲンのフラックスが好ましい。
尚、本実施形態でいう低ハロゲンフラックスとは、フラックス中のハロゲンの濃度が１５００ｐｐｍ以下、好ましくは９００ｐｐｍ以下のフラックスをいう。

【0043】

一般的な、Ｓｎ−Ｂｉ合金からなる鉛フリーはんだ合金は、低ハロゲンフラックスを用いてはんだ組成物を製造すると、Ｂｉの酸化を抑制しにくくなり、特にはんだ付け後の外観の黒ずみを抑制しにくいという問題がある。
しかし、本実施形態のはんだ合金は黒ずみを充分に抑制できるため、低ハロゲンフラックスを用いてはんだ組成物を製造した場合でも黒ずみを発生させにくい。

【0044】

本実施形態のはんだ組成物は、前記フラックス５質量％以上２５質量％以下、好ましくは８質量％以上２０質量％以下、前記はんだ合金粉末を７５質量％以上９５質量％以下、好ましくは８０質量％以上９２質量％以下混合して、ペースト状にしたソルダペーストであることが好ましい。

【0045】

本実施形態のはんだ組成物は、はんだ付け後に黒ずみなどが発生することを十分に抑制できる。

【0046】

また、本実施形態のはんだ組成物を用いて、電子部品を基板に実装する等した場合でも、はんだの濡れ性が低下することや、はんだ付けの耐食性が低下することはない。
よって、本実施形態のはんだ合金及びはんだ組成物は、はんだ特性を低下させることなく黒ずみを抑制することができる。

【0047】

本実施形態にかかるはんだ合金及びはんだ組成物は以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【実施例】

【0048】

次に、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるものではない。

【0049】

（はんだ合金）
表１に示す各組成のはんだ合金を以下の方法によって準備した。
《はんだ合金の製造方法》
Ｓｎ以外の表１に示す各金属のうち、６００℃のＳｎに溶融しにくい高融点金属Ｃｏ、Ｎｉは表１の質量％になるように調整して、１０００℃で溶融させたＳｎに添加して１ｈｒ以上そのまま保持し、インゴット鋳型にて鋳造する。
表１に記載の金属のうち、６００℃のＳｎに溶融しやすい低融点金属Ｃｕ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｇａ、Ｉｎについては、表１に記載の質量％になるように調整して、６００℃に溶融したＳｎに添加して１ｈｒ以上そのまま保持後、インゴット鋳型に溶融する。
高融点金属元素および低融点金属が含まれる場合には、高融点金属を上述のように１０００℃で溶融させたＳｎに添加してから、６００℃に溶融したＳｎと低融点金属との溶融物に添加して１ｈｒ以上そのまま保持後、インゴット鋳型に溶融する。

【0050】

《黒ずみの測定方法》
上記方法によって得られた各はんだインゴットを粉砕して粉末化したものを、以下のような方法で観察し、黒ずみの有無を測定した。
各はんだ粉末と、低ハロゲンロジン系フラックスとを２０ｗｔ％の比率で混合したソルダーペーストを、Ｃｕ板上に幅４ｍｍ、奥行き２ｍｍ、厚さ２００μｍになるようにスクリーン印刷したものを、大気中で２００℃、３０秒間加熱してはんだ合金を溶融させることでＣｕ板にはんだ付けし、約４℃／秒で室温まで冷却した試験片として作製した。
該試験片を光学顕微鏡で観察し、目視で判別可能な黒ずみが発生している場合には「発生」とし、それらが見られない場合を「無し」とした。
尚、光学顕微鏡は、ハイロックス社製ＫＨ−８７００を使用した。
結果を表１に示す。

【0051】

【表1】

【0052】

表１から明らかなように、各実施例のはんだ合金は黒ずみが観察されなかった。
一方、各比較例のはんだ合金では黒ずみが観察された。

【0053】

尚、実施例３の試験片を撮影した写真を図１として、比較例２７の試験片を撮影した試験片を図２として示した。倍率は５０倍で撮影した。
図１および図２から、実施例３の試験片では、比較例２７の試験片で現れたはんだ周囲の黒いライン（黒ずみ）は全く現れていないことがわかる。

【0054】

《ぬれ性試験》
表２に示す各金属の配合になるように形成したはんだ合金粉末を、上記と同様にしてソルダーペーストとして調整した。
各ソルダーペーストを用いて、ＪＩＳ Ｚ ３１９７「ウェッティングバランス法」の試験方法において示されている図１の「Ａ点（記録線が基準線と交差した点・試験片に加わる力がゼロになった点）」における時間を「ゼロクロス時間」として測定した。尚、ぬれ時間（ゼロクロス時間）が短時間であるほどぬれが早く、濡れ性が良好であることを示す。
結果を表２に示す。

【0055】

【表2】

【0056】

表２から明らかなように、各実施例は、各比較例と比べてぬれ時間（ゼロクロス時間）が短時間あるいは同等であった。

【図1】

【図2】