JP2003001483A

JP2003001483A - 半田および半田付け物品

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Publication number: JP2003001483A
Application number: JP2002089344A
Authority: JP
Inventors: Hidekiyo Takaoka; 英清高岡; Kiyotaka Maekawa; 清隆前川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: JP3700668B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半田付け時または半田付け後熱エージングを行
なったときに、電極喰われや特性劣化が生じにくい半田
付け物品を提供する。【解決手段】溶融したＳｎへ拡散しやすい遷移金属導体
を有する部品を半田により接合してなる半田付け物品で
あって、半田の組成は、Ｃｏ０．０１〜１重量％および
Ｆｅ０．０１〜０．２重量％のうちの少なくとも１種類
と、Ｓｂ０．５〜５重量％と、Ｓｎ９０．５重量％以上
と、を含有する。または、Ｃｏ０．０１〜１重量％およ
びＦｅ０．０１〜０．２重量％のうちの少なくとも１種
類と、Ａｇ０．５〜９重量％と、Ｓｎ９０．５重量％以
上と、を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田ならびに半田
付け物品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子機器や電子部品の電気的
・機械的な接続を得るために半田が用いられている。こ
の半田は、ＳｎとＰｂを主成分としたもの（以下Ｓｎ−
Ｐｂ系半田とする。）が一般的に用いられてきたが、地
球環境を考慮してＰｂを含まないＳｎを主成分とし残部
がＡｇ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｂなどからなる半田（以
下、Ｐｂフリー半田とする。）が用いられるようになっ
てきている。

【０００３】近年においてはこのＰｂフリー半田を用い
ることによって、半田付け性が良好な電気的接合部を有
する半田付け物品が製造されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｎが
主成分である半田、特にＰｂフリー半田を用いた半田付
け物品では、半田付け時に電極喰われが起こったり、高
温放置や熱エージングを行った場合に、Ｓｎの拡散によ
る電気的、機械的性質の劣化が起こるといった問題点が
あった。

【０００５】本発明の目的は、半田付け時または半田付
け後熱エージングを行ったときに、電極喰われや特性劣
化が生じにくいＰｂフリー半田ならびに半田付け物品を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためにＰｂフリー半田ならびに半田付け物品を
完成するに至った。本願第１の発明のＰｂフリー半田
は、Ｃｏ０．０１〜１重量％およびＦｅ０．０１〜０．
２重量％から選ばれる少なくとも１種類と、Ｓｂ０．５
〜５重量％と、Ｓｎ９０．５重量％以上と、を含有して
なることを特徴とする。

【０００７】また、本願第２の発明のＰｂフリー半田に
おいては、Ｃｏ０．０１〜１重量％およびＦｅ０．０１
〜０．２重量％から選ばれる少なくとも１種類と、Ａｇ
０．５〜９重量％と、Ｓｎ９０．５重量％以上と、を含
有してなることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の半田付け物品は、溶融した
Ｓｎへ拡散しやすい遷移金属導体を有する部品を半田に
より接合してなる半田付け物品であって、半田は、上述
の第１または第２の発明のＰｂフリー半田を用いたこと
を特徴とする。

【０００９】また、本発明の半田付け物品においては、
遷移金属導体は、Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｚｎの単体もしくはそれらの合金のうち少なくとも
１種類を用いることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
説明する。本願第１の発明のＰｂフリー半田は、Ｃｏお
よびＦｅから選ばれる少なくとも１種類と、Ｓｂと、Ｓ
ｎと、を含有する組成である。また、本願第２の発明の
Ｐｂフリー半田は、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なく
とも１種類と、Ａｇと、Ｓｎと、を含有する組成であ
る。そして、本発明の半田付け物品は、溶融したＳｎへ
拡散しやすい遷移金属導体を有する部品を半田により接
合してなる半田付け物品であって、半田は、上述した第
１または第２の発明のＰｂフリー半田を用いる。このよ
うな組成により、半田付け性、接合強度が良好であると
ともに、十分な耐電極喰われ性を有する半田付け物品を
提供することが可能となる。

【００１１】すなわち、微少量添加されたＣｏ，Ｆｅが
導体と半田の接合界面に偏析層を形成し、導体の溶融半
田中への拡散を防ぎ、電極喰われを防止するためであ
る。

【００１２】上記Ｃｏの添加量を全体１００重量％のう
ち０．０１〜１重量％としたのは、Ｃｏの添加量が０．
０１重量％未満の場合には耐電極喰われ性が劣化するか
らである。一方、Ｃｏの添加量が１重量％を超える場合
には液相線温度が上昇し、溶融特性を阻害するからであ
る。なお、より好ましいＣｏ添加量は０．０１〜０．５
重量％の範囲であり、特にＣｏ添加量が０．５重量％の
ときが好ましい。

【００１３】上記Ｆｅの添加量を全体１００重量％のう
ち０．０１〜０．２重量％としたのは、Ｆｅの添加量が
０．０１重量％未満の場合には耐電極喰われ性が劣化す
るからである。一方、Ｆｅの添加量が０．２重量％を超
える場合には液相線温度が上昇し、溶融特性を阻害する
からである。なお、より好ましいＦｅ添加量は０．０１
〜０．１重量％の範囲であり、特にＦｅ添加量が０．１
重量％のときが望ましい。

【００１４】上記Ｓｂの添加量を全体重量１００重量％
のうち０．５〜５重量％としたのは、Ｓｂの添加量が
０．５重量％未満の場合には、強度改善効果が小さいか
らである。一方、Ｓｂの添加量が５重量％を超える場合
には、伸びが低下することによって熱衝撃性や加工性が
阻害されるからである。

【００１５】上記Ａｇの添加量を全体重量１００重量％
のうち０．５〜９重量％としたのは、Ａｇの添加量が
０．５重量％未満の場合には強度改善効果が小さいから
である。一方、Ａｇの添加量が９重量％を超える場合に
は、過剰のＡｇ₃Ｓｎ金属間化合物が析出することによ
る接合強度低下と、半田液相線温度が上昇することによ
る溶融特性が阻害されるからである。

【００１６】本発明でいう溶融したＳｎへ拡散しやすい
遷移金属導体の組成としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ａ
ｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｎの単体などが代表的である。な
お、これらの遷移金属の合金、例えばＡｇ／Ｐｄ，Ａｇ
／Ｐｔ等でもよい。より好ましくは、Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ
の単体もしくはその合金である。このような電極喰われ
しやすい導体を有する物品に用いても、半田付け性、接
合強度を維持しつつ電極喰われ抑制が可能となる。

【００１７】上記遷移金属導体には必要に応じてガラス
フリットや種々の添加剤（金属酸化物など）が添加され
るが、導電成分である金属組成が上記のような組成であ
れば同様の効果が得られることは勿論である。また、半
田組成として、作業温度を下げる目的でＢｉ，Ｉｎ等の
低融点金属を添加した場合も同様の効果が得られる。

【００１８】ここで、本発明においては、半田組成とし
て上記成分以外に不可避不純物を含むものであってもよ
い。不可避不純物としては、半田を製造するときに混入
する元素もしくは元々入っていた元素、例えばＰｂ，Ｂ
ｉ，Ｃｕ，Ｎａなどが挙げられる。

【００１９】本発明の半田付け物品は、例えば、主成分
のＳｎに上記添加成分を溶解させたＰｂフリー半田をボ
ール状に加工し、半田ボ−ルを部品上あるいは基板上に
載せてフラックスを塗布した後、大気中で所定の温度に
加熱して部品の導体を接合することにより容易に作製す
ることが可能である。

【００２０】なお、一般的には半田付け性向上のために
Ｎ₂雰囲気で半田付けすることが多いが、本発明ではＣ
ｏ、Ｆｅの添加量が少ないため、大気中で半田付けする
ことが可能である。

【００２１】本発明の半田付け物品とは、接合される部
品そのものと、部品の導体同士を電気的、機械的に接合
した半田接合部とを含めた全体を意味するものであり、
さまざまな形態があるが、例えば、部品搭載基板に形成
された導体と部品に形成された導体を電気的、機械的に
接続させるために半田付けさせたものや、電子部品素子
と端子を電気的、機械的に接続させるために半田付けさ
せたものや、電子部品素子の電極同士を電気的、機械的
に接続させるために半田付けさせたものなどが代表的で
ある。

【００２２】上記部品搭載基板としては、例えば、ガラ
スエポキシ製のプリント基板やフェノール製のプリント
基板、アルミナなどのセラミック基板、金属の表面にセ
ラミック等の絶縁膜を有する基板などが挙げられる。さ
らに、上記導体としては、プリント基板等の配線回路、
電子部品の端子電極、リード端子などが挙げられる。

【００２３】このようにして作製された本発明のＰｂフ
リー半田ならびに半田付け物品は、半田付け性、接合強
度が良好であり、かつ、優れた耐電極喰われ性を有して
いるため、半田付け温度を自由に設定することが可能で
作業性に優れたものとなる。また、Ａｇ等の高価な電極
喰われ抑制元素の添加量を少なくすることが可能とな
る。次に、本発明を実施例に基づき、さらに具体的に説
明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００２４】

【実施例】表１に本実施例で用いる半田組成を示す。な
お、比較例の組成も表１に併せて示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】さらに表１に示したＰｂフリー半田につい
て、半田付け時の耐電極喰われ性、半田付け性の評価結
果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】ここで、半田付け時の耐電極喰われ性評価
は静電容量変化法で測定をおこなった。Ｃｕ電極（膜厚
３μｍ）或いはＡｇ電極（膜厚２０μｍ）を印刷焼成し
た単板コンデンサを半田に浸漬し、浸漬前後の静電容量
の差分値をとり、浸漬前の静電容量に対する前記差分値
を求めて電極の残存率を算出した。評価を行った半田付
け温度は表２に示す。Ｃｕ電極は１０秒間浸漬後の容量
変化、Ａｇ電極は喰われ易いので３秒間浸漬後の容量変
化を測定した。表２に「半田付け後の電極面積残存率」
として示す。

【００２９】Ｃｕ電極において、実施例２、３、７およ
び８は電極残存率が９５％以上であり、いずれも非常に
良好な耐電極喰われ性を示した。また、代表的なＰｂフ
リー半田である比較例１〜２では、電極残存率が９０％
以下であり、耐電極喰われ性に問題が見られた。

【００３０】実施例１、実施例４は７７〜８５％の電極
残存率であり他の実施例より電極喰われ抑制効果が小さ
いが、これは有効元素の添加量が少ないためである。た
だしいずれの組成も、半田付け条件次第では使用可能な
レベルである。

【００３１】また、実施例５〜６も他の実施例より耐電
極喰われ効果が小さいが、これはＦｅの電極喰われ抑制
効果が他の元素より小さいためである。ただしいずれの
組成も、半田付け条件次第では使用可能なレベルであ
る。

【００３２】またＡｇ電極においてもＣｕと類似の傾向
があり、いずれの場合も比較例と比較すると本発明の添
加元素が電極食われ抑制に効果があった。

【００３３】半田付け性については、半田広がり率（Ｊ
ＩＳＺ３１９７に準拠）を用いて評価をおこなった。実
施例１、２、４および７については、いずれも半田広が
り率が７０％以上であり、非常に良好な半田付け性であ
った。また比較例１〜３についても、いずれも半田広が
り率が７０％以上であり、非常に良好な半田付け性であ
った。

【００３４】実施例３、実施例６は半田広がり率が低下
しているが、これは有効元素の添加量が多いために液相
温度が上昇し、半田の流動性が阻害されたためである。

【００３５】

【発明の効果】このように本発明の半田付け物品を用い
れば、半田接合部において半田付け性が良好であるとと
もに、優れた耐電極喰われ性を備えることが可能であ
る。また、この耐電極喰われ性は、半田付け時の電極喰
われにとどまらず、半田付け後の半田付け物品の高温放
置時の電極喰われについても抑制可能である。

【００３６】また、Ｐｂフリー半田で課題となっている
電極喰われを抑制できるため、半田のＰｂフリー化がよ
り実用的となり、環境にやさしい製品を提供することが
可能になる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｏ０．０１〜１重量％およびＦｅ０．
０１〜０．２重量％から選ばれる少なくとも１種類と、
Ｓｂ０．５〜５重量％と、Ｓｎ９０．５重量％以上と、
を含有してなることを特徴とする、Ｐｂフリー半田。
【請求項２】Ｃｏ０．０１〜１重量％およびＦｅ０．
０１〜０．２重量％から選ばれる少なくとも１種類と、
Ａｇ０．５〜９重量％と、Ｓｎ９０．５重量％以上と、
を含有してなることを特徴とする、Ｐｂフリー半田。
【請求項３】溶融したＳｎへ拡散しやすい遷移金属導
体を有する部品を半田により接合してなる半田付け物品
であって、前記半田は、請求項１または２に記載のＰｂ
フリー半田を用いたことを特徴とする、半田付け物品。
【請求項４】前記遷移金属導体は、Ｃｕ，Ａｇ，Ｎ
ｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｎの単体もしくはそれらの合
金のうち少なくとも１種類を用いることを特徴とする請
求項３に記載の半田付け物品。