[go: up one dir, main page]

WO2020111273A1 - 鉛フリーはんだ合金 - Google Patents

鉛フリーはんだ合金 Download PDF

Info

Publication number
WO2020111273A1
WO2020111273A1 PCT/JP2019/046910 JP2019046910W WO2020111273A1 WO 2020111273 A1 WO2020111273 A1 WO 2020111273A1 JP 2019046910 W JP2019046910 W JP 2019046910W WO 2020111273 A1 WO2020111273 A1 WO 2020111273A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nozzle
lead
solder
mass
solder alloy
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/046910
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴利 西村
西村　哲郎
徹哉 赤岩
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.)
Nihon Superior Sha Co Ltd
Original Assignee
Nihon Superior Sha 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 Nihon Superior Sha Co Ltd filed Critical Nihon Superior Sha Co Ltd
Priority to US17/297,966 priority Critical patent/US12172242B2/en
Priority to DE112019005982.3T priority patent/DE112019005982T5/de
Priority to JP2020557884A priority patent/JP7357227B2/ja
Publication of WO2020111273A1 publication Critical patent/WO2020111273A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0205—Non-consumable electrodes; C-electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/222—Non-consumable electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys

Definitions

  • the present invention relates to a lead-free solder alloy and a joint part using the same, and in particular, a lead-free solder alloy having an effect of suppressing corrosion of a nozzle used in, for example, a spot solder bath used during soldering, And a joint portion joined with the solder alloy.
  • Sn-Ag-Cu lead-free solder alloys and Sn-Cu-Ni lead-free solder alloys are widely used as bonding materials for electronic components.
  • these lead-free solder alloys have a higher Sn content than the Sn—Pb eutectic solder alloys, corrosion of the dip solder bath or spot solder bath is a problem.
  • a technique of coating the surface of the solder bath with titanium or chromium has been proposed.
  • As the solder alloy a lead-free solder alloy that can include elements such as “Fe” and “Co” in the Sn-based lead-free solder alloy has been proposed.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique capable of having resistance to corrosion by coating the surface of a stainless steel solder bath with a thin chromium oxide alloy compound. Further, in Patent Document 1, as a method of preventing erosion of a solder bath, a technique of removing the arsenic contained in the molten solder to prevent generation of a compound of arsenic and chromium, which is a cause of erosion of the stainless steel solder bath. Is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses that a lead-free solder alloy characterized by Ga of 0.005 to 0.2 mass% and the balance of Sn may contain 0.1 to 4 mass% of Ag, Cu and/or Sb. May be contained in a total amount of 3% by mass or less, and one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Mn, Cr, and Mo may be contained in a total amount of 0.5% by mass or less. Etc. are disclosed. It is said that with such a structure, it is possible to provide a solder alloy having improved solderability in lead-free solder containing Sn as a main component, which is generally poor in wettability.
  • Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2 do not disclose any measures for preventing corrosion of nozzles used in spot solder baths, etc. It is left.
  • an object of the present invention is to provide a lead-free solder alloy capable of suppressing the corrosion of nozzles such as spot solder baths, and a joint portion joined by the solder alloy.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies focusing on a lead-free solder alloy composition having excellent corrosion resistance of a nozzle. As a result, Sn, Ag, Cu, Fe, Ni, and Ga have been selected. It has been found that the use of a lead-free solder alloy containing a specific amount suppresses corrosion such as erosion of a nozzle used in a spot solder bath or the like.
  • the first aspect of the present invention is that Ag is 0.3 to 4.0 mass %, Cu is 0.1 to 2.0 mass %, Fe is 0.005 to 0.05 mass %, and Ni is 0.01. ⁇ 0.5% by mass, 0.001 to 0.1% by mass of Ga, and the balance is Sn.
  • the lead-free solder alloy may include inevitable impurities.
  • it may be for corrosion prevention of the nozzle of the spot soldering device.
  • the embodiment of the present invention may further contain 0.001 to 0.1 mass% of at least one selected from Ge, P, Ti, Si, Mo, Zr, and Mn.
  • the second aspect of the present invention relates to a joint portion joined with the above-mentioned lead-free solder alloy.
  • solder alloy capable of suppressing corrosion of a nozzle used in, for example, a spot solder bath, and a joint portion joined with the solder alloy.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing the position of a nozzle to be dipped in Test Example 1. 6 is an explanatory view schematically showing a state in which a nozzle is immersed in a molten solder in Test Example 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in nozzle length with time in Test Example 1.
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing a change with time of the outer diameter of the nozzle in Test Example 1.
  • the lead-free solder alloy according to the embodiment of the present invention has Ag of 0.3 to 4.0 mass %, Cu of 0.1 to 2.0 mass %, Fe of 0.005 to 0.05 mass %, and Ni. Is 0.01 to 0.5 mass %, Ga is 0.001 to 0.1 mass %, and the balance is Sn.
  • Fe has the effect of preventing iron erosion, but it is also known that the wettability decreases.
  • a nozzle used in a spot solder bath or the like is generally formed of a metal or a metal alloy containing iron or an iron group element as a main component, so that a lead-free solder alloy containing a large amount of Sn is used. Upon contact with the melt, the nozzle erodes and corrodes the nozzle. Therefore, it is considered that iron erosion can be suppressed by adding Fe as a lead-free solder alloy.
  • solder jet flow in other words, to suppress so-called "flaking" during the solder jet flow.
  • solder jet flow it is necessary to maintain the wettability of the solder. Therefore, it is necessary for the solder alloy to prevent the nozzle from being eaten and to ensure the wettability with respect to the nozzle. Further, in order to cope with spot soldering, it is necessary to secure the fluidity of molten solder and prevent dross.
  • the lead-free solder alloy has such characteristics, it is particularly suitable as a solder alloy used in a spot soldering device. It is considered that Fe and Ni mainly contribute to (i) to (iii), and Ga mainly contributes to (iv). However, due to the synergistic effect of each component composition, these action and effect are more effective. It is thought that it is being performed well.
  • the Ag content may be 0.3 to 4.0 mass %, but is preferably 2.5 to 3.5 mass %.
  • the Cu content may be 0.1 to 2.0 mass %, but is preferably 0.5 to 1.0 mass %.
  • the Fe content may be 0.005 to 0.05% by mass, preferably 0.007 to 0.015% by mass.
  • the Ni content may be 0.01 to 0.5 mass %, but is preferably 0.03 to 0.1 mass %.
  • the content of Ga may be 0001 to 0.1% by mass, and more preferably 0.005 to 0.01% by mass.
  • the lead-free solder alloy may contain Ge, P, Ti, Si, Mo, Zr, Mn, etc. that function as an antioxidant. These elements may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of preventing iron erosion and ensuring wettability, and at the same time functioning as an antioxidant, the content of each of these elements is preferably 0.001 to 0.1% by mass. When it contains a metal element functioning as an antioxidant, it is preferable to contain 0.001 to 0.1 mass% of at least one selected from Ge, P, Ti, Si, Mo, Zr, and Mn.
  • Lead-free solder alloys may contain inevitable impurities. However, even if the unavoidable impurities are contained, the above-mentioned effects can be obtained.
  • the lead-free solder alloy as described above (i) can suppress the corrosion of nozzles used in, for example, spot solder baths, and therefore can reduce the frequency of nozzle replacement. Therefore, the soldering efficiency is good and the cost can be reduced.
  • (Iii) The fluidity of the molten solder is good and the dross can be suppressed, so that the solder is satisfactorily crimped and easily comes into contact with the joint surface, and the exposure of the joint surface such as a so-called bridge or copper land can be suppressed. From this point as well, good joint reliability of the solder joint can be ensured.
  • the solder joint portion according to the embodiment of the present invention is formed by using the lead-free solder alloy described above. More specifically, in the solder joint, for example, the electrode terminal of the electronic component and the electrode terminal such as the metal wiring on the substrate are joined by the above-mentioned solder alloy. Since the solder joint part is formed by using the above-mentioned solder alloy, particularly when performing spot flow using a nozzle used for a spot solder bath or the like, the joint characteristic is good and the joint reliability is good. Is. Further, since the nozzle replacement frequency can be reduced, the soldering efficiency is good and the cost can be reduced.
  • Test Example 1 ⁇ Test equipment and solder alloy> The test equipment and conditions were as follows. ⁇ Testing device: TD-MHS-II type soldering device manufactured by Rentori Electric Co., Ltd. Nozzle used (cast iron is tin-plated) ⁇ Solder bath temperature: 320°C -Example 1 Solder alloy composition: 96.435Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.01Fe-0.05Ni-0.005Ga ⁇ Comparative example 1 Solder alloy composition: 96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu
  • ⁇ Test method> In the test, after measuring the length and outer diameter of the nozzle shown in FIG. 2 in advance, the TD-MHS-II type soldering device was used with the nozzle fixing jig shown in FIG. The molten solder was fixed so as to be immersed up to the broken line portion 4 shown, and the test was started under the above-mentioned conditions. Then, after 7 days, 14 days, and 21 days, the length and outer diameter of the nozzle were measured, and the change was calculated.
  • the nozzle 1 includes a fixed portion 1a and a truncated cone-shaped nozzle portion 1b that tapers toward the tip side.
  • the fixed portion 1a is provided so as to project from the base end surface of the nozzle portion 1b.
  • the nozzle 1 has a hollow portion 1c that extends linearly from the tip to the base end and communicates at both ends.
  • the nozzle 1 is fixed to the fixing jig by inserting the fixing portion 1a into the through hole 6a of the fixing jig 5 and screwing it into the nut 7.
  • the nozzle 1 is fixed to the fixing jig 5 by sandwiching the plate-shaped fixing place 6 having the through hole 6a between the nut 7 and the base end surface of the nozzle portion 1b. Then, while gripping the fixing jig 5 with a known gripping tool, it is immersed in the molten solder 8 from the tip side of the nozzle portion 1b of the nozzle 1 to the immersion position 4 (see FIG. 3). As shown in FIGS. 3 and 4, the immersion position 4 is set such that the base end of the nozzle portion 1b, that is, the position of the height L2 from the surface of the fixing place 6 on the nozzle 1 side is the liquid surface of the molten solder 8. To do.
  • the length of the nozzle used as the measurement target is the total length L3 of the nozzle.
  • the outer diameter of the nozzle to be measured was set to the outer diameter 2 at the position of the length L1 along the long axis direction of the nozzle 1 from the base end of the fixed portion 1a of the nozzle 1.
  • the total length L3 of the nozzle 1 at the start of the test was 29 mm, L1 was 22 mm, and L2 was about 5 mm.
  • Table 1 shows the change in the nozzle length
  • Table 2 shows the change in the nozzle outer diameter.
  • Tables 1 and 2 are shown in graphs in FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show, as a percentage, whether or not the numerical values obtained by measuring the length and the outer diameter of the nozzle before the test are changed with the length and the outer diameter of 100 as the number of immersion days change as a percentage. You can judge that it is progressing. From this graph, the lead-free solder alloy of Example 1 of the present invention shows less change in the length and outer diameter of the nozzle than the lead-free solder alloy of Comparative Example 1, and especially the outer diameter after 7 days. It can be seen that there is almost no decrease. That is, this result clearly shows that the corrosion of the nozzle is suppressed when the lead-free solder alloy of the present invention is used.
  • the lead-free solder alloy of Example 1 showed no discoloration and almost no dross, but the lead-free solder of Comparative Example 1 showed that of the molten solder. It was confirmed that the surface turned yellow and the amount of dross was larger than that in Example 1. Further, it was visually confirmed that the nozzle surface after the test had no exposure of the nozzle surface at the contact portion with the molten solder. Furthermore, when mounting was performed using the solder alloy of Example 1, it was confirmed that the so-called “horns” did not occur in the appearance of the solder, and the fluidity of the molten solder was secured.
  • solder alloy of the present invention of Example 1 since the nozzle is less corroded and the wettability is secured, it is possible to provide a solder joint having good solder joint and high reliability. Since there is little occurrence of discoloration or dross of the solder, it can be said to be a solder alloy that is extremely suitable for spot soldering devices.
  • Test Example 2 A thin piece (made of pure iron, width 10 mm ⁇ length 50 mm ⁇ thickness 20 ⁇ m) corresponding to the nozzle was coated with flux (NS-65, manufactured by Nippon Superior Co., Ltd.) and then tin-plated. The tin-plated flakes were used as test pieces in the following tests.
  • Lead-free solder alloys having compositions shown in Table 3 (Examples 2 to 15 and Comparative Examples 2 to 4) were prepared, and about 1 kg of each lead-free solder alloy was put into a solder bath and heated at 320°C. A melt of lead-free solder alloy was prepared.
  • the test piece was fixed to the tip of a rod-shaped rotating body of a screw-type stirring device (manufactured by HEIDON, BL600), and the test piece was immersed so that the immersion depth of the test piece was 40 mm.
  • the rod-shaped rotating body was rotated at 50 rpm with the central axis in the longitudinal direction as the rotation axis.
  • the central axis was tilted at 10° with respect to the liquid surface of the molten solder.
  • the difference in the area before and after the immersion of the immersion portion of the test piece was calculated as the iron loss rate, and the iron reduction rate was calculated to evaluate the degree of corrosion (iron erosion).
  • the area before and after the immersion of the immersed portion of the test piece was measured with a digital microscope VHX-7000 manufactured by Keyence Corporation.
  • the iron reduction rate was 4.7% or less in each of the examples, whereas it was 6.4% or more in the comparative example, and iron erosion was satisfactorily suppressed in the example. I see that it is possible.
  • the above-mentioned lead-free solder alloy can suppress corrosion of nozzles of, for example, spot soldering equipment, has good soldering characteristics, and suppresses discoloration and dross of solder, and thus is widely used for joining electronic devices. Application can be expected.
  • Nozzle used in Test Example 1 1a Fixed part 1b Nozzle part 1c Hollow part 2 Outer diameter of measurement object of nozzle used in Test Example 3 Inner diameter of nozzle used in Test Example 1 4 Nozzle used in Test Example 1 Solder immersion position 5 Fixing jig for nozzle used in Test Example 1 6 Fixing location of nozzle used in Test Example 1 6a Through hole 7 Nut 8 Solder melt L1 From the base end of the nozzle whose outer diameter was measured Length L2 The base end of the nozzle, that is, the height from the nozzle side surface at the fixed location to the liquid surface of the molten solder L3 The total length of the nozzle to be measured

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Molten Solder (AREA)

Abstract

Ａｇを０．３～４．０質量％、Ｃｕを０．１～２．０質量％、Ｆｅを０．００５～０．０５質量％、Ｎｉを０．０１～０．５質量％、Ｇａを０．００１～０．１質量％含み、残部がＳｎである鉛フリーはんだ合金により、例えばスポットはんだ槽等に用いられているノズルの腐食を抑制することができる。

Description

鉛フリーはんだ合金
　本発明は、鉛フリーはんだ合金及びこれを用いて接合された接合部に関し、特に、例えばはんだ付けの際に用いるスポットはんだ槽等に用いられるノズルの腐食を抑制する効果を有する鉛フリーはんだ合金、及び当該はんだ合金で接合された接合部に関する。
　地球環境負荷軽減のため、電子部品の接合材料としてＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系鉛フリーはんだ合金やＳｎ－Ｃｕ－Ｎｉ系鉛フリーはんだ合金が広く普及している。しかし、それらの鉛フリーはんだ合金はＳｎ－Ｐｂ共晶はんだ合金と比較して、Ｓｎの含有量が多いため、ディップはんだ槽やスポットはんだ槽の腐食が問題となっている。このようなディップはんだ槽やスポットはんだ槽の腐食を防止するため、はんだ槽の表面にチタンやクロムをコーティングする技術が提案されている。また、はんだ合金では、Ｓｎ系鉛フリーはんだ合金において、「Ｆｅ」や「Ｃｏ」等の元素を含み得る鉛フリーはんだ合金が提案されている。
　例えば、非特許文献１では、ステンレス製のはんだ槽の表面を薄い酸化クロム合金化合物でコートすることで、腐食に対し耐性を有することができる技術が開示されている。また、特許文献１では、はんだ槽の侵食防止方法として、溶融はんだに含有するヒ素を除去することにより、ステンレス製はんだ槽の侵食の原因であるヒ素とクロムの化合物が生成することを防止する技術が開示されている。
　特許文献２には、Ｇａ０．００５～０．２質量％、残部Ｓｎからなることを特徴とする鉛フリーはんだ合金において、Ａｇを０．１～４質量％含有し得ること、Ｃｕおよび／またはＳｂを合計で３質量％以下含有し得ること、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏからなる群から選ばれた１種または２種以上を合計で０．５質量％以下含有し得ること等が開示されている。そしてこのような構成により一般に濡れ性の乏しいＳｎ主成分の鉛フリーはんだにおいて、はんだ付け性を改善したはんだ合金を提供することができるとされている。
特開２００６－１５９２２５号公報 特開２００２－１８５８９号公報
Ｊｉｍ Ｍｏｒｒｉｓ ａｎｄ ＭａｔｔｈｅｗＪ．Ｏ’Ｋｅｅｆｅ."Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆＬｅａｄ Ｆｒｅｅ Ｗａｖｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ"ＡＰＥＸ２００３ Ｂｅｓｔ Ｕ．Ｓ． ＰａｐｅｒＡｗｏｒｄ
　ところで、近年、例えばスポットはんだ槽等に使用されているノズルに腐食が発生し、安定した溶融はんだの噴出が困難になり接合不良が発生するケースが増加している。しかし、非特許文献１並びに特許文献１及び２で開示されている技術には、スポットはんだ槽等に使用されているノズルの腐食防止に関する対応は全く開示されておらず、ノズルの腐食に関する課題が残されている。
　そこで、本発明は、例えばスポットはんだ槽等のノズルの腐食を抑制することができる鉛フリーはんだ合金及び当該はんだ合金で接合された接合部を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記目的を達成すべく、ノズルの耐腐食性に優れた鉛フリーはんだ合金組成に着目して鋭意検討を重ねた結果、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＧａを特定量含有させた鉛フリーはんだ合金を用いることにより、スポットはんだ槽等に用いられているノズルの食われ等の腐食が抑制されることを見出した。
　即ち、本発明の第一は、Ａｇを０．３～４．０質量％、Ｃｕを０．１～２．０質量％、Ｆｅを０．００５～０．０５質量％、Ｎｉを０．０１～０．５質量％、Ｇａを０．００１～０．１質量％含み、残部がＳｎである、鉛フリーはんだ合金に関する。ここで、当該鉛フリーはんだ合金は、不可避不純物を含み得る。
　本発明の実施形態では、スポットはんだ付け装置のノズルの腐食防止用であってよい。
　本発明の実施形態では、さらに、Ｇｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｍｎから選択される少なくとも１種をそれぞれ０．００１～０．１質量％含んでもよい。
　本発明の第二は、前述の鉛フリーはんだ合金で接合された接合部に関する。
　本発明によれば、例えばスポットはんだ槽等に用いられているノズルの腐食を抑制することが可能な鉛フリーはんだ合金及び当該はんだ合金で接合された接合部を提供可能である。
試験例１に用いる冶具を模式的に示した斜視図である。 （ａ）は、試験例１に用いるノズルの側面を模式的に示した側面図である。（ｂ）は、図２（ａ）のＩ－Ｉ断面図である。 試験例１に於いて、浸漬するノズルの位置を示すための説明図。 試験例１において、ノズルをはんだ溶湯に浸漬させた状態を模式的に示した説明図である。 試験例１に於いて、ノズルの長さの経時変化を表した図である。 試験例１に於いて、ノズルの外径の経時変化を表した図である。
　本発明の実施形態に係る鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを０．３～４．０質量％、Ｃｕを０．１～２．０質量％、Ｆｅを０．００５～０．０５質量％、Ｎｉを０．０１～０．５質量％、Ｇａを０．００１～０．１質量％含み、残部がＳｎである。
　一般にＦｅが鉄食われを防止する効果を有することは知られているが、濡れ性が低下することも知られている。例えばスポットはんだ槽等に用いられるノズルは、鉄又は鉄族の元素を主成分とする金属又は金属合金で形成されているのが一般的であるため、Ｓｎの含有量が多い鉛フリーはんだ合金の溶融物と接するとノズルが鉄食われを生じ腐食する。そこで、鉛フリーはんだ合金としてＦｅを添加することで鉄食われを抑制することができると考えられる。その一方、例えばスポットはんだ槽等に用いられるノズルには、はんだの噴流を一定に保つこと、言い換えると、はんだの噴流時の所謂「あばれ」を抑制することも必要である。はんだの噴流を一定に保つためにははんだの濡れ性を保持することが求められる。そのため、はんだ合金には、ノズルの食われ防止と共にノズルに対する濡れ性の確保も必要となる。また、スポットはんだ付けに対応するため、溶融はんだの流動性の確保やドロスの防止も必要となる。
　そこで、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＧａを上記の配合率で含み、残部をＳｎとする（但し、不可避不純物は許容する）ことにより、各成分が相乗的に働くことで、（ｉ）ノズルの食われが少なく、（ii）はんだの濡れ性が保持されることによりはんだの噴流時のあばれが抑制されるため、良好なはんだ接合が可能で、（iii）溶融はんだの流動性が確保され、（iv）ドロスの防止が可能な鉛フリーはんだ合金の提供を可能とした。また、当該鉛フリーはんだ合金は、このような特性を有するため、特に、スポットはんだ付け装置で用いるはんだ合金として好適である。尚、（ｉ）～（iii）はＦｅ、Ｎｉが主に寄与し、（iv）はＧａが主に寄与していると考えられるが、各成分組成の相乗効果により、これらの作用効果がより良好に発揮されていると考えられる。
　Ａｇの含有率は、０．３～４．０質量％であればよいが、２．５～３．５質量％が好ましい。
　Ｃｕの含有率は、０．１～２．０質量％であればよいが、０．５～１．０質量％が好ましい。
　Ｆｅの含有率は、０．００５～０．０５質量％であればよいが、０．００７～０．０１５質量％が好ましい。
　Ｎｉの含有率は、０．０１～０．５質量％であればよいが、０．０３～０．１質量％が好ましい。
　Ｇａの含有率は、０００１～０．１質量％であればよいが、０．００５～０．０１質量％が更に好ましい。
　鉛フリーはんだ合金には、酸化防止剤として機能する、Ｇｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｍｎ等が含まれていてもよい。これらの元素は、１種でもよいし、２種以上含まれていてもよい。これらの元素の含有率は、鉄食われの防止及び濡れ性の確保と同時に、酸化防止剤として機能させる観から点、それぞれ０．００１～０．１質量％であるのが好ましい。酸化防止剤として機能する金属元素を含む場合は、Ｇｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｍｎから選択される少なくとも１種をそれぞれ０．００１～０．１質量％含むのが好ましい。
　鉛フリーはんだ合金には、不可避不純物が含まれ得る。しかし、不可避不純物が含まれても、前述の効果を奏することができる。
　以上のような鉛フリーはんだ合金は、（ｉ）例えばスポットはんだ槽等に用いられているノズルの腐食を抑制することが可能であることからノズルの交換頻度を減少させることができる。そのため、はんだ付け効率が良好で、コストの削減が可能である。（ii）接合特性が良好であるため、はんだ接合部の良好な接合信頼性を確保可能である。（iii）溶融はんだの流動性が良好でドロスの抑制が可能なため、はんだのキレが良好で、接合面と接触しやすく、所謂ブリッジや銅ランド等接合面の露出を抑制可能である。この点からも、はんだ接合部の良好な接合信頼性を確保可能である。（iv）ドロスの抑制が可能なため、接合部の外観品質の向上、コスト削減も可能である。
　本発明の実施形態に係るはんだ接合部は、前述の鉛フリーはんだ合金を用いて形成されたものである。より具体的には、はんだ接合部は、例えば、電子部品の電極端子と基板上の金属配線等の電極端子とが、前述のはんだ合金により接合されている。はんだ接合部は、前述のはんだ合金を用いて形成されているため、特に、スポットはんだ槽等に使用されるノズルを用いてスポットフローを行う場合に、接合特性が良好で、接合信頼性が良好である。また、ノズルの交換頻度を減少させることができるため、はんだ付け効率が良好で、コストの削減が可能である。
　次に、実施例により本発明の実施形態について説明する。
（試験例１）
＜試験装置及びはんだ合金＞
　以下の試験装置並びに条件にて実施した。
・試験装置：株式会社連取電気製作所製、ＴＤ－ＭＨＳ－II型はんだ付け装置
　　　　　　使用ノズル（鋳鉄製に錫メッキ処理）
・はんだ槽温度：３２０℃
・実施例１
　はんだ合金組成：９６．４３５Ｓｎ－３．０Ａｇ－０．５Ｃｕ－０．０１Ｆｅ－０．０５Ｎｉ－０．００５Ｇａ
・比較例１
　はんだ合金組成：９６．５Ｓｎ－３．０Ａｇ－０．５Ｃｕ
＜試験方法＞
　試験は、予め図２で示すノズルの長さと外径を測定した後、ＴＤ－ＭＨＳ－II型はんだ付け装置に図１に示すノズル固定冶具を用いて、図２の形状のノズルを図３で示す破線部４まで溶融はんだが浸漬するように固定し、前述の条件にて試験を開始した。その後、７日後、１４日後、２１日後にノズルの長さと外径を測定し、変化を算出した。
　図１～４を参照し、詳述すると以下のとおりである。図２に示すようにノズル１は、固定部１ａと先端側に向かって先細りする円錐台状のノズル部１ｂとを備える。固定部１ａは、ノズル部１ｂの基端面から突設されている。ノズル１は、先端から基端に向かって直線状に延びて両端で連通する中空部１ｃを有する。図４に示すように、ノズル１は、固定冶具５の貫通孔６ａに固定部１ａを挿通させ、ナット７と螺合させ、固定冶具に固定される。即ち、ナット７とノズル部１ｂの基端面との間に、貫通孔６ａが設けられている平板状の固定場所６を挟み込むことで、ノズル１が固定冶具５に固定される。そして、固定冶具５を公知の把持具で把持しながら、ノズル１のノズル部１ｂの先端側から浸漬位置４（図３参照）まではんだ溶湯８に浸漬させる。浸漬位置４は、図３、４に示すように、ノズル部１ｂの基端、即ち、固定場所６のノズル１側の面から高さＬ２の位置がはんだ溶湯８の液面になるように設定する。測定対象としたノズルの長さは、ノズルの全長Ｌ３である。測定対象としたノズルの外径は、ノズル１の固定部１ａの基端からノズル１の長軸方向に沿った長さＬ１の位置における外径２とした。尚、ノズル１の試験開始時の全長Ｌ３は２９ｍｍで、Ｌ１は２２ｍｍ、Ｌ２は約５ｍｍとした。
　結果を表１及び表２並びに図５及び図６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１はノズルの長さの変化、表２はノズル外径の変化を示す。そして、表１及び表２をグラフに示したものが図５及び図６である。図５及び図６は、試験を始める前のノズルの長さ及び外径を１００として浸漬日数毎に長さや外径を測定した数値が変化したかを百分率で示し、数値が低い方が腐食が進んでいると判断できる。このグラフより、本発明の実施例１の鉛フリーはんだ合金は、比較例１の鉛フリーはんだ合金に比べ、ノズルの長さ並びに外径の変化も少なく、特に外径に関しては７日以降に於いて殆ど減少していないことがわかる。つまり、この結果は本発明の鉛フリーはんだ合金を用いた場合、ノズルの腐食が抑制されることを明確に示している。
　また、上記試験の２１日後の溶融はんだの状態を確認したところ、実施例１の鉛フリーはんだ合金は変色が無く、ドロスもほとんど見られなかったが、比較例１の鉛フリーはんだは溶融はんだの表面が黄変し、ドロスも実施例１に比べその量が多いことを確認した。また、試験後のノズルには、溶融はんだとの接触部分にノズル表面の露出がないことを目視により確認した。さらに、実施例１のはんだ合金を用いて実装したところ、はんだの外観に所謂「ツノ」の発生がなく、溶融はんだの流動性が確保されていることを確認した。
　このように実施例１の本発明の鉛フリーはんだ合金はノズルの腐食が少なく、濡れ性が確保されるため、はんだ接合も良好で信頼性の高いはんだ接合部の提供が可能なことに加え、はんだの変色やドロスの発生も少ないことから、スポットはんだ付け装置等に極めて適したはんだ合金といえる。
（試験例２）
　ノズルに対応する薄片（純鉄製、幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ２０μｍ）にフラックス（株式会社日本スペリア社製、ＮＳ－６５）を塗布した後、錫メッキした。錫メッキされた薄片を試験片として以下の試験に使用した。
　表３に示す組成の鉛フリーはんだ合金（実施例２～１５、比較例２～４）を準備し、この各鉛フリーはんだ合金約１ｋｇをはんだ槽内に投入し、３２０℃にて加熱して鉛フリーはんだ合金の溶湯を調製した。
　試験片を、スクリュー式撹拌装置（ＨＥＩＤＯＮ製、ＢＬ６００）の棒状の回転体の先端に固定し、試験片の浸漬深さが４０ｍｍとなるように試験片を浸漬させた。この際、棒状の回転体の長さ方向の中心軸を回転軸として５０ｒｐｍで回転させた。また中心軸は、溶融はんだの液面に対して１０°傾斜させた。１２０分経過した後、試験片の浸漬部分の浸漬前後の面積の差分を、鉄の溶損量として鉄減少率を算出し、腐食（鉄食われ）度合いを評価した。試験片の浸漬部分の浸漬前後の面積の測定は、株式会社キーエンス製、デジタルマイクロスコープ　ＶＨＸ－７０００により行った。鉄減少率は、以下のように算出した。評価結果を表３に示す。評価基準は、鉄減少率が、５．０％未満を「〇」、５，０％以上１０．０％未満を「△」、１０．０％以上を「×」、とした。
　鉄減少率（％）＝（浸漬前の面積－浸漬後の面積）／浸漬前の浸漬対象面積×１００
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、鉄減少率が、実施例では何れも４．７％以下であるのに対して、比較例では６．４％以上であり、実施例では鉄食われを良好に抑制可能であることが分かる。
　前述の鉛フリーはんだ合金は、例えばスポットはんだ付け装置等のノズルの腐食を抑制でき、しかも、はんだ付け特性が良く、はんだの変色やドロスの発生も抑制されることから、電子機器の接合に広く応用が期待できる。
　　１　試験例１に用いたノズル
　　１ａ　固定部
　　１ｂ　ノズル部
　　１ｃ　中空部
　　２　試験例１に用いたノズルの測定対象の外径
　　３　試験例１に用いたノズルの内径
　　４　試験例１に用いたノズルのはんだ浸漬位置
　　５　試験例１に用いたノズルの固定用冶具
　　６　試験例１に用いたノズルの固定場所
　　６ａ　貫通孔
　　７　ナット
　　８　はんだ溶湯
　　Ｌ１　測定対象である外径を測定したノズルの基端からの長さ
　　Ｌ２　ノズル部の基端、即ち、固定場所のノズル側の面からはんだ溶湯の液面までの高さ
　　Ｌ３　測定対象であるノズルの全長
 
 
 
 

Claims (4)

  1. 　Ａｇを０．３～４．０質量％、Ｃｕを０．１～２．０質量％、Ｆｅを０．００５～０．０５質量％、Ｎｉを０．０１～０．５質量％、Ｇａを０．００１～０．１質量％含み、残部がＳｎである、鉛フリーはんだ合金。
  2. 　スポットはんだ付け装置のノズルの腐食防止用である請求項１の鉛フリーはんだ合金。
  3. 　さらに、Ｇｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｍｎから選択される少なくとも１種をそれぞれ０．００１～０．１質量％含む請求項１又は２に記載の鉛フリーはんだ合金。
  4. 　請求項１～３の何れか一項に記載の鉛フリーはんだ合金で接合された、はんだ接合部。
     
     
     
     
     
PCT/JP2019/046910 2018-11-30 2019-11-29 鉛フリーはんだ合金 Ceased WO2020111273A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/297,966 US12172242B2 (en) 2018-11-30 2019-11-29 Lead-free solder alloy
DE112019005982.3T DE112019005982T5 (de) 2018-11-30 2019-11-29 Bleifreie Lotlegierung
JP2020557884A JP7357227B2 (ja) 2018-11-30 2019-11-29 鉛フリーはんだ合金

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018225416 2018-11-30
JP2018-225416 2018-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020111273A1 true WO2020111273A1 (ja) 2020-06-04

Family

ID=70852801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/046910 Ceased WO2020111273A1 (ja) 2018-11-30 2019-11-29 鉛フリーはんだ合金

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12172242B2 (ja)
JP (1) JP7357227B2 (ja)
DE (1) DE112019005982T5 (ja)
WO (1) WO2020111273A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023060639A (ja) * 2021-10-18 2023-04-28 Tdk株式会社 はんだ組成物および電子部品

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114563334B (zh) * 2022-03-02 2025-06-27 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 一种热缩焊锡物对铜腐蚀性能的检测装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006061914A (ja) * 2004-08-24 2006-03-09 Nihon Almit Co Ltd 半田合金
JP2008168322A (ja) * 2007-01-11 2008-07-24 Ishikawa Kinzoku Kk Ｆｅ浸食抑制鉛フリーはんだ合金
JP2018030176A (ja) * 2017-10-13 2018-03-01 株式会社タムラ製作所 鉛フリーはんだ合金、電子回路基板および電子制御装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002018589A (ja) 2000-07-03 2002-01-22 Senju Metal Ind Co Ltd 鉛フリーはんだ合金
JP4840960B2 (ja) 2004-12-03 2011-12-21 株式会社タムラ製作所 はんだ槽の侵食防止方法
US8641964B2 (en) * 2005-08-24 2014-02-04 Fry's Metals, Inc. Solder alloy

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006061914A (ja) * 2004-08-24 2006-03-09 Nihon Almit Co Ltd 半田合金
JP2008168322A (ja) * 2007-01-11 2008-07-24 Ishikawa Kinzoku Kk Ｆｅ浸食抑制鉛フリーはんだ合金
JP2018030176A (ja) * 2017-10-13 2018-03-01 株式会社タムラ製作所 鉛フリーはんだ合金、電子回路基板および電子制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023060639A (ja) * 2021-10-18 2023-04-28 Tdk株式会社 はんだ組成物および電子部品

Also Published As

Publication number Publication date
DE112019005982T5 (de) 2021-08-12
JPWO2020111273A1 (ja) 2021-12-02
JP7357227B2 (ja) 2023-10-06
US12172242B2 (en) 2024-12-24
US20220105593A1 (en) 2022-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100364711C (zh) 无铅焊料
JP7357227B2 (ja) 鉛フリーはんだ合金
JP2008168322A (ja) Ｆｅ浸食抑制鉛フリーはんだ合金
CN111230355B (zh) 无铅焊料合金
JP5115915B2 (ja) 鉛フリーはんだ、そのはんだ加工物、ソルダーペースト及び電子部品はんだ付け基板
JPWO2012137901A1 (ja) はんだ合金
JP3966554B2 (ja) 半田合金
JP2009082986A (ja) マニュアルソルダリング用無鉛はんだ合金
JP7066806B2 (ja) 鉛フリーはんだ合金、ソルダペースト、電子回路実装基板及び電子制御装置
TW202309305A (zh) 焊料合金及焊料接頭
JP2006257541A (ja) 溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材
KR102673125B1 (ko) 납 프리 땜납 합금, 솔더 페이스트, 전자 회로 실장 기판 및 전자 제어 장치
JP6344541B1 (ja) Ｆｅ食われ防止用はんだ合金、やに入りはんだ、線はんだ、やに入り線はんだ、フラックス被覆はんだ、およびはんだ継手
WO2007014530A1 (fr) Alliage de brasage sans plomb contenant un systeme sn-ag-cu-ni-al
CN1651179B (zh) Fe熔食防止用焊料合金和Fe熔食防止方法
KR100445350B1 (ko) 납땜용 무연합금
JP2004330259A (ja) ＳｎＣｕ系無鉛はんだ合金
JP5387808B1 (ja) はんだ合金
JP2008221341A (ja) 鉛フリーはんだ合金
JP4673860B2 (ja) Ｐｂ・Ｓｂフリーはんだ合金、プリント配線基板および電子機器製品
JP2008093701A (ja) はんだ合金
JP4857629B2 (ja) 溶融鉛フリーはんだに対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金からなる鉛フリーはんだ付け装置部材
WO2019053866A1 (ja) 鉛フリーはんだ合金、電子回路基板及び電子制御装置
TWI832936B (zh) 助焊劑
JP2007111715A (ja) はんだ合金

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19889936

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020557884

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19889936

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1