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JP2002120086A - Lead-free solder and its manufacturing method - Google Patents

Lead-free solder and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2002120086A
JP2002120086A JP2000312511A JP2000312511A JP2002120086A JP 2002120086 A JP2002120086 A JP 2002120086A JP 2000312511 A JP2000312511 A JP 2000312511A JP 2000312511 A JP2000312511 A JP 2000312511A JP 2002120086 A JP2002120086 A JP 2002120086A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solder
lead
coating layer
alloy
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000312511A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Yamashita
茂樹 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2000312511A priority Critical patent/JP2002120086A/en
Publication of JP2002120086A publication Critical patent/JP2002120086A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共晶温度が183℃近傍であって、濡れ性や
化学的な安定性に優れ、然も高い接合強度を得ることが
出来る無鉛はんだを提供する。 【解決手段】 本発明に係る無鉛はんだは、Sn−Zn
共晶合金からなるはんだ粒10の表面に、Sn、Ag、C
u、Bi、Ni、Sn−Bi合金、Sn−Cu合金或い
はSn−Ag合金からなる被覆層20を形成して構成さ
れ、該被覆層20によって、はんだ粒10に含まれるZn反
応が防止されると共に、はんだ粒10が溶融したときの濡
れ性が改善されている。
(57) [Problem] To provide a lead-free solder having a eutectic temperature of about 183 ° C., excellent in wettability and chemical stability, and capable of obtaining high bonding strength. SOLUTION: The lead-free solder according to the present invention is Sn-Zn.
Sn, Ag, and C are formed on the surface of the solder particles 10 made of the eutectic alloy.
u, Bi, Ni, a Sn—Bi alloy, a Sn—Cu alloy or a Sn—Ag alloy to form a coating layer 20, which prevents a Zn reaction contained in the solder particles 10. At the same time, the wettability when the solder particles 10 are melted is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子部品を回
路基板上に実装する工程で用いられるはんだに関し、具
体的には、人体に有毒な鉛(Pb)を含まない無鉛はんだ
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solder used in a process of mounting various electronic components on a circuit board, and more particularly to a lead-free solder containing no lead (Pb) toxic to the human body. .

【0002】[0002]

【従来の技術】各種工業分野において、Pbが部品の材
料等として広く用いられているが、Pbは人体に有毒で
あるため、その使用を規制することが検討されている。
例えば、電子機器業界においては、回路基板上に各種電
子部品を実装するためにはんだ付けが用いられており、
はんだには多くのPbが含まれているため、この様な電
子機器が屋外に廃棄、放置された場合、電子部品のはん
だ付けに用いられているはんだが酸性雨と反応してPb
イオンが溶出し、溶出したPbイオンが雨水と共に地面
に浸透して地下水を汚染し、その地下水からPbが人体
に摂取される虞がある。そこで、Pbを含まない無鉛は
んだの開発が進められている。
2. Description of the Related Art In various industrial fields, Pb is widely used as a material for parts and the like. However, since Pb is toxic to the human body, it has been studied to regulate its use.
For example, in the electronics industry, soldering is used to mount various electronic components on a circuit board,
Since a lot of Pb is contained in the solder, when such an electronic device is discarded or left outdoors, the solder used for soldering the electronic components reacts with the acid rain and reacts with the Pb.
The ions are eluted, and the eluted Pb ions penetrate into the ground together with the rainwater to contaminate the groundwater, and Pb may be ingested by the human body from the groundwater. Therefore, the development of lead-free solder containing no Pb has been promoted.

【0003】ところで、電子部品の実装工程に使用され
るはんだには、化学的に安定しており変質しないこと、
はんだ付け温度が適当であること、はんだが溶融したと
きの接合面との濡れ性が良好であること、十分なはんだ
付け強度が得られること等が要求され、従来、これらの
条件を満たすはんだとして、例えばSn−37%Pbは
んだが広く用いられている。
By the way, the solder used in the mounting process of electronic parts is chemically stable and does not deteriorate,
Appropriate soldering temperature, good wettability with the joint surface when the solder is melted, and sufficient soldering strength are required. For example, Sn-37% Pb solder is widely used.

【0004】Sn−37%Pbはんだは、固相と液相の
間の相変化に伴なって組成が変化しない共晶合金である
ため、基板とはんだの接合面に空隙が生じる所謂リフト
・オフ現象は発生せず、これによって十分な接合強度が
得られる。又、Sn−37%Pbはんだの共晶温度は1
83℃であり、他の共晶合金と比較して低温であるた
め、はんだ付け時の熱による電子部品の損傷を防止する
ことが出来る。共晶温度が183℃よりも高温である場
合は、はんだ付け温度も高温となるために、それに対応
して電子部品の耐熱仕様の変更やはんだ付け装置の改造
が必要となる。逆に共晶温度が183℃よりも低温であ
る場合は、はんだ接合部の耐熱性が低下することにな
る。更に、Sn−37%Pbはんだは、実装基板との濡
れ性に優れているため、基板表面と大きな面積で接触し
て、十分な接合強度を発揮する。更に又、SnとPbは
化学的な安定性に優れており、酸やアルカリの影響を受
け難いため、はんだ付け前の保管状態で変質せず、はん
だ付け後においても接合部に高い信頼性が得られる。
[0004] Since the Sn-37% Pb solder is a eutectic alloy whose composition does not change with a phase change between a solid phase and a liquid phase, a so-called lift-off in which a void is formed at the joint surface between the substrate and the solder. No phenomena occur, which provides sufficient bonding strength. The eutectic temperature of Sn-37% Pb solder is 1
Since the temperature is 83 ° C., which is lower than that of other eutectic alloys, damage to electronic components due to heat during soldering can be prevented. If the eutectic temperature is higher than 183 ° C., the soldering temperature is also high, and accordingly, a change in the heat-resistant specification of the electronic component and a modification of the soldering apparatus are required. Conversely, when the eutectic temperature is lower than 183 ° C., the heat resistance of the solder joint decreases. Furthermore, since the Sn-37% Pb solder has excellent wettability with the mounting substrate, it comes into contact with the substrate surface over a large area, and exhibits sufficient bonding strength. Furthermore, Sn and Pb have excellent chemical stability and are not easily affected by acids or alkalis, so they do not deteriorate in the storage state before soldering, and have high reliability in the joint after soldering. can get.

【0005】従って、無鉛はんだにおいても、Sn−3
7%Pbはんだと同等の特性、即ち共晶温度が183℃
近傍であって、濡れ性や化学的な安定性に優れ、然も接
合強度が高いことが必要である。
[0005] Therefore, even in the case of lead-free solder, Sn-3
Properties equivalent to 7% Pb solder, ie eutectic temperature is 183 ° C
In the vicinity, it is necessary to be excellent in wettability and chemical stability, and to have high bonding strength.

【0006】以前より、共晶合金の無鉛はんだとして
は、Sn−0.7%Cu、Sn−3.5%Ag、Sn−9
%Zn、及びSn−57%Bi等が知られている。又、
これらの共晶合金に第3成分としての各種元素を添加し
た無鉛はんだも検討されている(日経エレクトロニク
ス,no.775,2000.7.31,49〜56ページ参照)。例えば、
Sn−Ag−Bi合金はんだは、Bi元素が有する溶融
温度を下げる効果及び濡れ性を改善する効果に着目し、
Sn−Ag共晶合金に第3成分として、Biを添加した
ものである(エレクトロニクス実装技術,vol.14,No.
6,1998.6,53〜56ページ参照)。
Conventionally, lead-free eutectic alloys include Sn-0.7% Cu, Sn-3.5% Ag, and Sn-9.
% Zn and Sn-57% Bi are known. or,
Lead-free solders obtained by adding various elements as third components to these eutectic alloys are also being studied (see Nikkei Electronics, no. 775, 2000.7.31, pages 49 to 56). For example,
The Sn-Ag-Bi alloy solder focuses on the effect of lowering the melting temperature of the Bi element and the effect of improving the wettability,
Bi is added to a Sn-Ag eutectic alloy as a third component (Electronic Packaging Technology, vol. 14, No.
6, 1998.6, pages 53-56).

【0007】又、電子部品の実装工程においてリフロー
法やフロー法に用いられているはんだクリームにおいて
は、粒状のSn−Pbはんだにチクソトロピー剤、ロジ
ン、及び活性剤(Cl、Br等)を加えて練り込み、チク
ソトロピー剤によって揺変性を付与し、ロジンによって
濡れ性を改善し、更に活性剤によってはんだ接合部の酸
化膜を除去すると共に濡れ性を改善することが行なわれ
ている。そこで、粒状の無鉛はんだを主材とし、これに
種々の添加剤を加えることによって、必要な特性を発揮
し得る無鉛のはんだクリームを提供することが検討され
ている。
In a solder cream used in a reflow method or a flow method in a mounting process of an electronic component, a thixotropic agent, a rosin, and an activator (Cl, Br, etc.) are added to granular Sn-Pb solder. Kneading, thixotropicity is imparted by a thixotropic agent, wettability is improved by rosin, and an oxide film at a solder joint is removed by an activator and wettability is improved. Therefore, it has been studied to provide a lead-free solder cream that can exhibit required characteristics by using a granular lead-free solder as a main material and adding various additives thereto.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、共晶合
金の無鉛はんだとして知られているSn−0.7%C
u、Sn−3.5%Ag及びSn−57%Biは、それ
らの共晶温度がそれぞれ227℃、221℃及び138
℃であり、Sn−Pbはんだの共晶温度である183℃
との差が大きいため、実用化には問題がある。又、Sn
−9%Znはんだは、共晶温度が198℃と、Sn−P
bはんだの共晶温度183℃と近いために有望視されて
いるが、Sn−Pbはんだと比較して濡れ性が劣るこ
と、Sn−9%Znはんだに含まれているZnが化学的
に不安定で反応性が高いこと等の欠点があるため、実用
化には至っていない。
However, Sn-0.7% C, which is known as a eutectic alloy lead-free solder, has been proposed.
u, Sn-3.5% Ag and Sn-57% Bi have eutectic temperatures of 227 ° C., 221 ° C. and 138, respectively.
183 ° C, which is the eutectic temperature of the Sn-Pb solder
Therefore, there is a problem in practical use. Also, Sn
The -9% Zn solder has a eutectic temperature of 198 ° C and Sn-P
Although the eutectic temperature of solder b is close to 183 ° C, it is considered promising, but the wettability is inferior to that of Sn-Pb solder, and the Zn contained in Sn-9% Zn solder is chemically imperfect. Due to the drawbacks of being stable and having high reactivity, it has not been put to practical use.

【0009】又、Sn−0.7%Cu、Sn−3.5%A
g、Sn−9%Zn及びSn−57%Biに第3成分を
添加した無鉛はんだは、第3成分の添加により共晶組成
から外れることになるので、はんだが凝固する時に組成
が不均一となって、リフト・オフの問題が発生する。
Also, Sn-0.7% Cu, Sn-3.5% A
g, Sn-9% Zn and Sn-57% Bi lead-free solder in which the third component is added deviates from the eutectic composition due to the addition of the third component. As a result, the problem of lift-off occurs.

【0010】又、無鉛はんだからなるはんだクリームに
おいては、無鉛はんだの成分(例えばZn)と添加剤の成
分(例えば活性剤のClやBr)とが互いに反応して、合
金組成が変化し、これによって、はんだクリームの保存
性や濡れ性が低下する問題がある。
In a solder cream made of lead-free solder, a component of the lead-free solder (eg, Zn) and a component of the additive (eg, Cl or Br as an activator) react with each other to change the alloy composition. Accordingly, there is a problem that the preservability and wettability of the solder cream are reduced.

【0011】本発明の目的は、共晶温度が183℃近傍
であって、濡れ性や化学的な安定性に優れ、然も高い接
合強度を得ることが出来る無鉛はんだ及びその製造方法
を提供することである。
An object of the present invention is to provide a lead-free solder which has a eutectic temperature of about 183 ° C., is excellent in wettability and chemical stability, and can obtain a high bonding strength, and a method for producing the same. That is.

【0012】[0012]

【課題を解決する為の手段】本発明者らは、上記目的を
達成するべく鋭意研究を重ね、はんだ材料の共晶状態に
変化を与えることなく、必要な特性を得ることが出来る
無鉛はんだの構造を明らかにした。即ち、本発明に係る
無鉛はんだにおいては、Sn−Zn共晶合金からなるは
んだ粒の表面に、はんだ粒に含まれるZnの反応を防止
し且つはんだ粒が溶融したときの濡れ性を改善するため
の被覆層を形成した。
Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied to achieve the above object, and have developed a lead-free solder capable of obtaining necessary characteristics without changing the eutectic state of the solder material. The structure was revealed. That is, in the lead-free solder according to the present invention, to prevent the reaction of Zn contained in the solder grains on the surface of the solder grains made of the Sn-Zn eutectic alloy and to improve the wettability when the solder grains are melted. Was formed.

【0013】上記本発明の無鉛はんだは、はんだ粒の材
質としてSn−Zn共晶合金を用いているので、リフト
・オフ現象が発生する虞はなく、これによって十分な接
合強度が得られる。又、Sn−Zn共晶合金の共晶温度
は198℃であって、Sn−Pbはんだの共晶温度18
3℃と大差がないため、従来の電子部品の仕様や実装設
備を流用することが出来る。更に、はんだ粒の表面は被
覆層によって覆われているので、はんだ粒に含まれてい
る化学的に不安定なZn成分が、酸或いはアルカリの雰
囲気中において該雰囲気と直接に接触することはなく、
従って、Zn成分が酸やアルカリと反応する虞はない。
更に又、被覆層は、はんだ粒が溶融したときの濡れ性を
向上させる効果を有する成分を含んでおり、はんだ付け
時には、該成分がSn−Zn共晶合金に混入して、無鉛
はんだの濡れ性を改善する。
Since the lead-free solder of the present invention uses a Sn-Zn eutectic alloy as a material for the solder particles, there is no fear that a lift-off phenomenon occurs, and a sufficient bonding strength can be obtained. The eutectic temperature of the Sn—Zn eutectic alloy is 198 ° C., and the eutectic temperature of the Sn—Pb solder is 18 ° C.
Since there is no great difference from 3 ° C., the specifications and mounting equipment of the conventional electronic components can be used. Furthermore, since the surface of the solder particles is covered with the coating layer, the chemically unstable Zn component contained in the solder particles does not come into direct contact with the atmosphere in an acid or alkali atmosphere. ,
Therefore, there is no possibility that the Zn component reacts with an acid or an alkali.
Furthermore, the coating layer contains a component having an effect of improving the wettability when the solder particles are melted, and at the time of soldering, the component is mixed into the Sn-Zn eutectic alloy to wet the lead-free solder. Improve sex.

【0014】具体的構成において、前記被覆層は、S
n、Ag、Cu、Bi、Ni、Sn−Bi合金、Sn−
Cu合金、及びSn−Ag合金から選択される1或いは
複数の材質から形成される。該具体的構成において、前
記被覆層を形成する組成は、何れも化学的に安定な金属
であるから、雰囲気中の酸やアルカリと接触しても反応
することはない。更に、被覆層がBi或いはSn−Bi
合金から形成された場合においては、はんだ付け時に該
被覆中のBiがSn−Zn共晶合金に混入して、はんだ
の濡れ性を改善する。
In a specific configuration, the coating layer is made of S
n, Ag, Cu, Bi, Ni, Sn-Bi alloy, Sn-
It is formed from one or a plurality of materials selected from Cu alloy and Sn-Ag alloy. In this specific configuration, since the composition forming the coating layer is a chemically stable metal, it does not react even when it comes into contact with an acid or alkali in the atmosphere. Further, the coating layer is made of Bi or Sn-Bi.
When formed from an alloy, Bi in the coating mixes with the Sn-Zn eutectic alloy at the time of soldering to improve the wettability of the solder.

【0015】他の具体的構成において、被覆層はめっき
によって形成されている。該具体的構成によれば、はん
だ粒の全表面を覆って、緻密な被覆層が形成されるの
で、被覆層にピンホール等の欠陥が生じる虞はない。
[0015] In another specific configuration, the coating layer is formed by plating. According to this specific configuration, since a dense coating layer is formed to cover the entire surface of the solder particle, there is no possibility that a defect such as a pinhole will occur in the coating layer.

【0016】更に他の具体的構成においては、はんだ粒
と被覆層の界面に、はんだ粒に含まれる原子と被覆層に
含まれる原子とが混在する拡散層が形成されている。該
具体的構成において、前記拡散層は、はんだ粒に対する
被覆層の接着強度が大きく、被覆層が剥がれる虞はな
い。
In still another specific configuration, a diffusion layer in which atoms contained in the solder particles and atoms contained in the coating layer are mixed is formed at the interface between the solder particles and the coating layer. In this specific configuration, the diffusion layer has a large adhesive strength of the coating layer to the solder particles, and there is no possibility that the coating layer is peeled off.

【0017】本発明に係るはんだクリームは、無鉛はん
だを主材とするはんだクリームであって、該無鉛はんだ
は、Sn−Zn共晶合金からなるはんだ粒の表面に、は
んだ粒に含まれるZnの反応を防止し且つはんだ粒が溶
融したときの濡れ性を改善するための被覆層が形成され
ている。
The solder cream according to the present invention is a solder cream containing a lead-free solder as a main component, and the lead-free solder is provided on the surface of a solder particle made of a Sn--Zn eutectic alloy with Zn contained in the solder particle. A coating layer is formed to prevent the reaction and improve the wettability when the solder particles are melted.

【0018】尚、前記被覆層は、Sn、Ag、Cu、B
i、Ni、Sn−Bi合金、Sn−Cu合金、及びSn
−Ag合金から選択される1或いは複数の材質を用い
て、例えばめっきによって単層又は複数層に形成されて
いる。
The coating layer is made of Sn, Ag, Cu, B
i, Ni, Sn—Bi alloy, Sn—Cu alloy, and Sn
It is formed in a single layer or a plurality of layers by, for example, plating using one or a plurality of materials selected from an Ag alloy.

【0019】上記本発明のはんだクリームは、上記本発
明の無鉛はんだを主材として、該無鉛はんだからなるは
んだ粒に添加剤を加えて作製されているので、上記本発
明の無鉛はんだによって得られる良好な特性が同様に得
られると同時に、はんだ粒が被覆層によって覆われてい
るために、はんだ粒に含まれるZn成分とはんだクリー
ムに活性剤として添加されているClやBrとが反応す
ることがなく、これによって、はんだクリームの保存性
及び濡れ性を改善することが出来る。
The solder cream of the present invention is produced by using the lead-free solder of the present invention as a main material and adding an additive to solder particles made of the lead-free solder, and thus is obtained by the lead-free solder of the present invention. At the same time as good characteristics are obtained, the Zn component contained in the solder particles reacts with Cl or Br added as an activator to the solder cream because the solder particles are covered by the coating layer. Therefore, the preservability and wettability of the solder cream can be improved.

【0020】具体的構成において、はんだ粒と被覆層の
界面には、はんだ粒に含まれる原子と被覆層に含まれる
原子が混在する拡散層が形成されている。該具体的構成
においては、拡散層は、はんだ粒の表面に対する被覆層
の被着強度が高く、はんだ粒に添加剤を練り込んではん
だクリームを製造する工程で、被覆層が剥がれる虞はな
い。
In a specific configuration, a diffusion layer in which atoms contained in the solder particles and atoms contained in the coating layer are mixed is formed at the interface between the solder particles and the coating layer. In this specific configuration, the diffusion layer has a high adhesion strength of the coating layer to the surface of the solder particle, and there is no possibility that the coating layer is peeled off in a process of kneading an additive into the solder particle to produce a solder cream.

【0021】本発明に係る無鉛はんだの製造方法は、S
n−Zn共晶合金からなるはんだ粒を作製するはんだ粒
作製工程と、該工程によって作製されたはんだ粒の表面
に、はんだ粒に含まれるZnの反応を防止し且つはんだ
粒が溶融したときの濡れ性を改善することが可能な材料
をめっきして被覆層を形成するめっき工程と、被覆層が
形成されたはんだ粒を加熱する加熱工程とを有してい
る。
The method for producing a lead-free solder according to the present invention comprises:
A solder grain preparation step of preparing solder grains made of an n-Zn eutectic alloy, and a step of preventing the reaction of Zn contained in the solder grains on the surface of the solder grains produced by the step and melting the solder grains. The method includes a plating step of forming a coating layer by plating a material capable of improving wettability, and a heating step of heating the solder particles on which the coating layer is formed.

【0022】本発明に係る無鉛はんだの製造方法におい
ては、めっき工程によって、はんだ粒の表面の全域が緻
密で均一な厚さの被覆層で覆われる。従って、該被覆層
にピンホール等の欠陥が生じる虞はない。又、加熱工程
によって、はんだ粒に含まれる原子と被覆層に含まれる
原子とが熱拡散して、はんだ粒と被覆層の界面には、前
記両原子が混在する拡散層が形成される。該拡散層は、
はんだ粒に対する被覆層の被着強度が大きいので、被覆
層が剥がれる虞はない。
In the method for producing a lead-free solder according to the present invention, the entire area of the surface of the solder grain is covered with a coating layer having a dense and uniform thickness by the plating step. Therefore, there is no possibility that defects such as pinholes occur in the coating layer. In the heating step, the atoms contained in the solder particles and the atoms contained in the coating layer are thermally diffused, and a diffusion layer in which the two atoms are mixed is formed at the interface between the solder particles and the coating layer. The diffusion layer,
Since the adhesion strength of the coating layer to the solder particles is large, there is no possibility that the coating layer will peel off.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明に係る無鉛はんだは、共晶温度が
183℃近傍であって、濡れ性や化学的な安定性に優
れ、然も高い接合強度を得ることが出来る。又、本発明
に係る無鉛はんだの製造方法によれば、本発明に係る無
鉛はんだを簡易な工程の追加によって容易に製造するこ
とが出来る。
The lead-free solder according to the present invention has a eutectic temperature of about 183 ° C., is excellent in wettability and chemical stability, and can obtain a high bonding strength. Further, according to the method for producing a lead-free solder according to the present invention, the lead-free solder according to the present invention can be easily produced by adding a simple process.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。図1に示す如く、
本発明に係る無鉛はんだ(1)は、Sn−Zn共晶合金か
らなる粒径20〜40μmのはんだ粒(10)の全表面を覆
って、Bi或いはSn−Bi合金からなる厚さ約2μm
の被覆層(20)を形成して構成されており、該被覆層によ
って、はんだ粒(10)に含まれるZnの反応を防止すると
共に、はんだ粒(10)が溶融したときの濡れ性が改善され
ている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. As shown in FIG.
The lead-free solder (1) according to the present invention covers the entire surface of the solder particle (10) having a particle diameter of 20 to 40 μm made of a Sn—Zn eutectic alloy, and has a thickness of about 2 μm made of Bi or Sn—Bi alloy.
The coating layer prevents the reaction of Zn contained in the solder particles (10) and improves the wettability when the solder particles (10) are melted. Have been.

【0025】電子部品を回路基板上に実装する工程で用
いるはんだクリームは、上記本発明の無鉛はんだ(1)の
粉末に、添加剤として、チクソトロピー剤、ロジン、及
び活性剤としてのCl或いはBrを練り込んで作製され
る。
The solder cream used in the step of mounting the electronic component on the circuit board is prepared by adding a thixotropic agent, a rosin as an additive, and Cl or Br as an activator to the powder of the lead-free solder (1) of the present invention. It is manufactured by kneading.

【0026】上記本発明の無鉛はんだ(1)においては、
はんだ粒(10)の材質として、Sn−Zn共晶合金を用い
ているので、リフト・オフ現象が発生する虞はなく、こ
れによって十分な接合強度が得られる。又、Sn−Zn
共晶合金の共晶温度は198℃であって、Sn−Pbは
んだの共晶温度183℃と大差がないため、従来の電子
部品の仕様や実装設備を流用することが出来る。又、は
んだ粒(10)の全表面が被覆層(20)によって覆われている
ので、はんだ粒(10)に含まれている化学的に不安定なZ
n成分が、はんだ付け前の保存状態において酸やアルカ
リと反応する虞はなく、優れた保存性が得られる。
In the lead-free solder (1) of the present invention,
Since the Sn-Zn eutectic alloy is used as the material of the solder particles (10), there is no possibility that a lift-off phenomenon occurs, and thereby sufficient bonding strength can be obtained. Also, Sn-Zn
Since the eutectic temperature of the eutectic alloy is 198 ° C., which is not much different from the eutectic temperature of 183 ° C. of the Sn—Pb solder, the specifications and mounting equipment of the conventional electronic components can be used. Also, since the entire surface of the solder particle (10) is covered by the coating layer (20), the chemically unstable Z
There is no possibility that the n component reacts with an acid or an alkali in a storage state before soldering, and excellent storage stability is obtained.

【0027】更に、被覆層(20)に含まれているBiは、
溶融したはんだの濡れ性を向上させる効果を有するの
で、はんだ付け時にはんだ粒(10)及び被覆層(20)が溶融
することによって、被覆層(20)に含まれるBiがSn−
Zn共晶合金に混入して、無鉛はんだの濡れ性を改善す
る。更に又、本発明の無鉛はんだ(1)を主材とするはん
だクリームにおいては、はんだ粒(10)が被覆層(20)によ
って覆われているために、はんだ粒(10)に含まれるZn
と活性剤として添加されているClやBrとが反応する
ことはなく、これによって、はんだクリームの保存性及
び濡れ性が改善される。
Further, Bi contained in the coating layer (20) is
Since it has the effect of improving the wettability of the molten solder, the solder particles (10) and the coating layer (20) are melted during soldering, so that Bi contained in the coating layer (20) becomes Sn-
It is mixed with Zn eutectic alloy to improve the wettability of lead-free solder. Furthermore, in the solder cream of the present invention containing the lead-free solder (1) as a main component, since the solder particles (10) are covered by the coating layer (20), Zn contained in the solder particles (10) is not included.
Does not react with Cl or Br added as an activator, thereby improving the preservability and wettability of the solder cream.

【0028】図3は、本発明に係る無鉛はんだの他の実
施形態を表わしている。該無鉛はんだ(11)においては、
はんだ粒(10)の全表面を覆って、Ni或いはSnからな
る厚さ約2μmの内層(4)が形成されると共に、更にそ
の内層(4)の全表面を覆って、Bi或いはSn−Bi合
金からなる厚さ約2μmの外層(40)が形成され、2層構
造の被覆層が構成されている。上記無鉛はんだ(11)にお
いて、Ni或いはSnからなる内層(4)は、はんだ粒(1
0)の表面及び外層(40)の双方に対してめっきによる被着
強度が高いため、はんだ粒(10)の表面に直接に外層(40)
をめっきした場合に比べて、外層(40)が剥がれ難くな
る。
FIG. 3 shows another embodiment of the lead-free solder according to the present invention. In the lead-free solder (11),
An inner layer (4) of Ni or Sn having a thickness of about 2 μm is formed to cover the entire surface of the solder particle (10), and Bi or Sn-Bi is further covered to cover the entire surface of the inner layer (4). An outer layer (40) made of an alloy and having a thickness of about 2 μm is formed to form a coating layer having a two-layer structure. In the above lead-free solder (11), the inner layer (4) made of Ni or Sn has a solder particle (1).
0) and the outer layer (40) has high adhesion strength by plating, so that the outer layer (40) is directly on the surface of the solder particles (10).
The outer layer (40) is less likely to be peeled off as compared with the case of plating.

【0029】次に、図1に示す本発明の無鉛はんだ(1)
を主材とするはんだクリームの製造方法について説明す
る。図2(a)に示す如く、先ず、Sn−9%Znからな
る粒径20〜40μmのはんだ粒(10)を周知の方法によ
り作製する。続いて、同図(b)に示す如く、はんだ粒(1
0)の全表面に、めっき材としてSn−Bi合金を用いて
電解めっきを施し、厚さ約2μmの被覆層(20)を形成す
る。そして、被覆層(20)が形成されたはんだ粒(10)に加
熱処理を施す。これによって、はんだ粒(10)と被覆層(2
0)の界面では、はんだ粒(10)に含まれるSn及びZn
と、被覆層(20)に含まれるSn及びBiとが双方向に熱
拡散して、同図(c)の如く、はんだ粒(10)と被覆層(20)
の間には、これらの原子が混在する拡散層(30)が形成さ
れることになる。
Next, the lead-free solder (1) of the present invention shown in FIG.
A method for producing a solder cream mainly composed of a solder cream will be described. As shown in FIG. 2A, first, solder particles (10) made of Sn-9% Zn and having a particle size of 20 to 40 μm are prepared by a known method. Subsequently, as shown in FIG.
Electroplating is performed on the entire surface of (0) using a Sn—Bi alloy as a plating material to form a coating layer (20) having a thickness of about 2 μm. Then, heat treatment is performed on the solder particles (10) on which the coating layer (20) is formed. As a result, the solder particles (10) and the coating layer (2
At the interface of (0), Sn and Zn contained in the solder particles (10)
And Sn and Bi contained in the coating layer (20) are thermally diffused in both directions, so that the solder particles (10) and the coating layer (20) as shown in FIG.
In between, a diffusion layer (30) in which these atoms are mixed is formed.

【0030】更に、上記工程を経て得られた無鉛はんだ
(1)の粉末に、添加剤として、チクソトロピー剤、ロジ
ン、及び活性剤を周知の方法に従って混合し、これらを
均一に練り込む。これによって、本発明に係るはんだク
リーム(図示省略)が得られる。
Further, the lead-free solder obtained through the above steps
A thixotropic agent, a rosin, and an activator are added as additives to the powder of (1) according to a well-known method, and these are uniformly kneaded. Thereby, a solder cream (not shown) according to the present invention is obtained.

【0031】上記本発明の無鉛はんだの製造方法におい
ては、めっき工程によって、はんだ粒(10)の全表面が緻
密で均一な厚さの被覆層(10)で覆われるので、被覆層(2
0)にピンホール等の欠陥が生じる虞はない。又、加熱工
程によって、はんだ粒(10)と被覆層(20)の間に拡散層(3
0)が形成されるので、はんだ粒(10)に対する被覆層(20)
の被着強度が大きい。従って、その後、無鉛はんだ(1)
の粉末に添加剤を練り込んではんだクリームを製造する
工程で、被覆層(20)が剥がれる虞はない。尚、前記めっ
き工程においてはんだ粒(10)の温度が上昇することによ
り、はんだ粒(10)と被覆層(20)の間に拡散層(30)が形成
される場合があり、この場合、めっき工程後の加熱工程
を省略することが可能である。
In the method for producing a lead-free solder according to the present invention, the entire surface of the solder particles (10) is covered with the covering layer (10) having a dense and uniform thickness by the plating step.
There is no possibility that a defect such as a pinhole occurs in 0). Further, by the heating step, the diffusion layer (3) is formed between the solder particles (10) and the coating layer (20).
0) is formed, so that the coating layer (20) for the solder particles (10) is formed.
Has high adhesion strength. Therefore, after that, lead-free solder (1)
There is no possibility that the coating layer (20) will be peeled off in the step of producing a solder cream by kneading the additive into the powder. In addition, when the temperature of the solder particles (10) rises in the plating step, a diffusion layer (30) may be formed between the solder particles (10) and the coating layer (20). A heating step after the step can be omitted.

【0032】はんだクリームは、例えば、図4(a)〜
(d)に示すリフロー法による電子部品の実装工程に用い
られる。具体的には、図4(a)に示す基板(50)の表面
に、同図(b)の如くはんだクリーム(51)をスクリーン印
刷した後、同図(c)の如くはんだクリーム(51)上に電子
部品(52)をチップマウンターにより搭載する。その後、
同図(d)に示す如く、リフロー炉内にて加熱を施すこと
により、はんだクリーム(51)を溶融させて、電子部品(5
2)を基板(50)上に接合する。
The solder cream is, for example, shown in FIGS.
It is used in the mounting process of the electronic component by the reflow method shown in (d). Specifically, after the solder cream (51) is screen-printed on the surface of the substrate (50) shown in FIG. 4A as shown in FIG. 4B, the solder cream (51) is printed as shown in FIG. The electronic component (52) is mounted on the top by a chip mounter. afterwards,
As shown in FIG. 3D, by heating in a reflow furnace, the solder cream (51) is melted, and the electronic component (5) is melted.
2) is bonded onto the substrate (50).

【0033】尚、本発明の無鉛はんだには、Sn−Zn
共晶合金に不回避的な不純物として微量(例えば0.1重
量%程度)の鉛或いはその他の金属元素を含んでいる、
実質上無鉛のはんだも含まれ、この場合にも同様の効果
が得られる。
The lead-free solder of the present invention includes Sn-Zn
The eutectic alloy contains traces (for example, about 0.1% by weight) of lead or other metal elements as inevitable impurities.
A substantially lead-free solder is also included, and in this case, the same effect can be obtained.

【0034】本発明の各部構成は上記実施の形態に限ら
ず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形
が可能である。例えば、被覆層(20)の材料としては、上
述のBiやSn−Bi合金に限らず、Sn、Ag、C
u、Ni、Sn−Cu合金、或いはSn−Ag合金を採
用することも可能である。又、被覆層(20)を形成するた
めのめっき法としては、電解めっき法に限らず、無電解
めっき法を用いることも出来、更に、めっき法以外に、
真空蒸着法、イオンプレーティング法、或いはスパッタ
リング法等の薄膜形成法を採用することも可能である。
The configuration of each part of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the technical scope described in the claims. For example, the material of the coating layer (20) is not limited to the above-described Bi and Sn-Bi alloy, but may be Sn, Ag, C
u, Ni, Sn-Cu alloy, or Sn-Ag alloy can also be adopted. Further, the plating method for forming the coating layer (20) is not limited to the electrolytic plating method, and an electroless plating method can also be used.
It is also possible to adopt a thin film forming method such as a vacuum evaporation method, an ion plating method, or a sputtering method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る無鉛はんだの拡大断面図である。FIG. 1 is an enlarged sectional view of a lead-free solder according to the present invention.

【図2】本発明に係る無鉛はんだの製造方法を表わす工
程図である。
FIG. 2 is a process chart showing a method for producing a lead-free solder according to the present invention.

【図3】本発明に係る他の無鉛はんだの拡大断面図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged sectional view of another lead-free solder according to the present invention.

【図4】はんだクリームを用いたリフロー法の工程図で
ある。
FIG. 4 is a process chart of a reflow method using a solder cream.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) 無鉛はんだ (10) はんだ粒 (11) 無鉛はんだ (20) 被覆層 (30) 拡散層 (4) 内層 (40) 外層 (50) 基板 (51) はんだクリーム (52) 電子部品 (1) Lead-free solder (10) Solder grains (11) Lead-free solder (20) Coating layer (30) Diffusion layer (4) Inner layer (40) Outer layer (50) Board (51) Solder cream (52) Electronic components

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B22F 1/02 B22F 1/02 A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // B22F 1/02 B22F 1/02 A

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Sn−Zn系合金からなるはんだ粒の表
面に、はんだ粒に含まれるZnの反応を防止し且つはん
だ粒が溶融したときの濡れ性を改善するための被覆層が
形成されている無鉛はんだ。
A coating layer is formed on a surface of a solder particle made of an Sn—Zn-based alloy to prevent a reaction of Zn contained in the solder particle and to improve wettability when the solder particle is melted. Lead-free solder.
【請求項2】 Sn−Zn共晶合金からなるはんだ粒の
表面に、はんだ粒に含まれるZnの反応を防止し且つは
んだ粒が溶融したときの濡れ性を改善するための被覆層
が形成されている無鉛はんだ。
2. A coating layer for preventing the reaction of Zn contained in the solder particles and improving the wettability when the solder particles are melted is formed on the surface of the solder particles made of the Sn-Zn eutectic alloy. Have lead-free solder.
【請求項3】 被覆層は、内層及び外層からなる2層構
造を有している請求項2に記載の無鉛はんだ。
3. The lead-free solder according to claim 2, wherein the coating layer has a two-layer structure including an inner layer and an outer layer.
【請求項4】 被覆層は、Sn、Ag、Cu、Bi、N
i、Sn−Bi合金、Sn−Cu合金及びSn−Ag合
金から選択される1或いは複数の材質から形成されてい
る請求項2又は請求項3に記載の無鉛はんだ。
4. The coating layer is made of Sn, Ag, Cu, Bi, N
The lead-free solder according to claim 2 or 3, wherein the lead-free solder is made of one or more materials selected from i, Sn-Bi alloy, Sn-Cu alloy, and Sn-Ag alloy.
【請求項5】 被覆層はめっきによって形成されている
請求項2乃至請求項4の何れかに記載の無鉛はんだ。
5. The lead-free solder according to claim 2, wherein the coating layer is formed by plating.
【請求項6】 はんだ粒と被覆層の界面には、はんだ粒
に含まれる原子と被覆層に含まれる原子とが混在する拡
散層が形成されている請求項2乃至請求項5の何れかに
記載の無鉛はんだ。
6. A diffusion layer in which atoms contained in the solder particles and atoms contained in the coating layer are formed at the interface between the solder particles and the coating layer. Lead-free solder as described.
【請求項7】 無鉛はんだを主材とするはんだクリーム
であって、該無鉛はんだは、Sn−Zn共晶合金からな
るはんだ粒の表面に、はんだ粒に含まれるZnの反応を
防止し且つはんだ粒が溶融したときの濡れ性を改善する
ための被覆層が形成されているはんだクリーム。
7. A solder cream containing a lead-free solder as a main component, wherein the lead-free solder prevents the reaction of Zn contained in the solder particles on the surface of the solder particles made of a Sn—Zn eutectic alloy, and A solder cream having a coating layer for improving the wettability when the particles are melted.
【請求項8】 被覆層は、Sn、Ag、Cu、Bi、N
i、Sn−Bi合金、Sn−Cu合金及びSn−Ag合
金から選択される1或いは複数の材質から形成されてい
る請求項7に記載のはんだクリーム。
8. The coating layer is made of Sn, Ag, Cu, Bi, N
8. The solder cream according to claim 7, wherein the solder cream is made of one or more materials selected from i, Sn-Bi alloy, Sn-Cu alloy and Sn-Ag alloy.
【請求項9】 被覆層はめっきによって形成されている
請求項7又は請求項8に記載のはんだクリーム。
9. The solder cream according to claim 7, wherein the coating layer is formed by plating.
【請求項10】 はんだ粒と被覆層の界面には、はんだ
粒に含まれる原子と被覆層に含まれる原子とが混在する
拡散層が形成されている請求項7乃至請求項9の何れか
に記載のはんだクリーム。
10. A diffusion layer in which atoms contained in the solder particles and atoms contained in the coating layer are formed at the interface between the solder particles and the coating layer. The described solder cream.
【請求項11】 Sn−Zn共晶合金からなるはんだ粒
を作製するはんだ粒作製工程と、該工程によって作製さ
れたはんだ粒の表面に、はんだ粒に含まれるZnの反応
を防止し且つはんだ粒が溶融したときの濡れ性を改善す
ることが可能な材料をめっきして被覆層を形成するめっ
き工程とを有する無鉛はんだの製造方法。
11. A solder particle producing step for producing a solder particle made of a Sn—Zn eutectic alloy, and a step of preventing a reaction of Zn contained in the solder particle on a surface of the solder particle produced by the step, And a plating step of forming a coating layer by plating a material capable of improving wettability when the solder is melted.
【請求項12】 更に、めっき工程によって被覆層が形
成されたはんだ粒を加熱する加熱工程を有している請求
項11に記載の無鉛はんだの製造方法。
12. The method for producing a lead-free solder according to claim 11, further comprising a heating step of heating the solder particles having the coating layer formed by the plating step.
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