JP2582382B2

JP2582382B2 - はんだ材

Info

Publication number: JP2582382B2
Application number: JP62284642A
Authority: JP
Inventors: 健一河合; 宣雄福間; 彰松井; 憲一朗二村; 栄治浅田; 辰彦福岡
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1987-11-11
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPH01127192A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、引張り強度が大きく耐クラック性を向上さ
せたはんだ材に関する。本発明はリード線をプリント配
線板のランド部にはんだ付けするはんだ材に利用するこ
とができる。

［従来の技術］従来より、プリント配線板等の分野ではリード線を基
板のランド部に接合するにあたってははんだ材が使用さ
れている。

ところで上記したはんだ材では、引張り強度が小さく
クラックが生じる問題がある。このようにクラックが生
じると、リード線とランド部との間で通電不良が生じ、
リード線の接合の信頼性は低下する。クラックが生じる
理由は、はんだに含まれているスズがリード線側に拡散
し、はんだとリード線の接合界面に、銅−スズ系金属間
化合物が生じ、その結果、その金属間化合物の周囲のス
ズ含有量が低下し、故にその部分の強度が低下し、通電
時の熱膨脹、断電時の熱収縮などにより生じる熱応力に
よりクラックが生じるためであると推察される。

ところで、スズ−鉛系のはんだ材にテルルを含ませた
ものとしては、特開昭60−166193号公報、特開昭60−17
0595号公報にかかるものがある。特開昭60−166193号公
報にかかるはんだ材は、スズ0.5〜５％、テルル0.1〜10
％、残部鉛の組成である。特開昭60−170595号公報にか
かるはんだ材は、スズ0.5〜５％、銅0.1〜５％、テルル
0.1〜８％、残部鉛の組成である。特開昭60−166193号
公報、特開昭60−170595号公報にかかるはんだ材は鉛ベ
ースで高融点はんだであり、スズ量がかなり低い。特開
昭60−166193号公報、特開昭60−170595号公報にかかる
はんだ材では、テルルはクラック性の改善の為に添加さ
れたものではなく、固相温度を高くするために添加され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記したクラックの問題を改善すべくなされ
たものであり、その目的は、引張り強度を高め耐クラッ
ク性を向上させうるはんだ材を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］本発明者ははんだ材の引張り強度、耐クラック性につ
いて鋭意研究した結果、重量％で、鉛35〜50％、テルル
0.005〜0.5％、残部スズからなる構成とすれば、はんだ
材の引張り強度を高め耐クラック性を向上させうること
を見出し、これに基づいて本発明はなされたものであ
る。はんだ材の耐クラック性を向上させうる理由は、テ
ルルの添加により、はんだ材に含まれているスズの拡散
量を少なくしうるためであると推察される。

すなわち、第１の発明にかかるはんだ材は、重量％
で、鉛（Pb）35〜50％、テルル（Te）0.005〜0.5％を含
み、不可避の不純物、残部スズ（Sn）からなることを特
徴とする引張り強度及び耐クラック性に優れたものであ
る。スズははんだ材のはんだ付け性を確保するのに必要
な元素である。鉛を35〜50％としたのは、はんだ材の融
点を低めに抑えるためである。テルルは耐クラック性の
向上、はんだ材の結晶粒粗大化の抑制、引張り強度、伸
び等の機械的物性の向上に有効であると考えられる。

第２の発明にかかるはんだ材は、重量％で、鉛（Pb）
35〜50％、テルル（Te）0.005〜0.5％、インジウム0.5
〜５％を含み、不可避の不純物、残部スズ（Sn）からな
ることを特徴とする引張り強度及び耐クラック性に優れ
たものである。インジウムを0.5〜５％含有させること
により、はんだ材の融点を下げることができ、はんだ付
け性の向上に有効である。

第３の発明にかかるはんだ材は、重量％で、鉛（Pb）
35〜50％、テルル（Te）0.005〜0.5％、銅および銀の少
なくとも１種を0.05〜３％含み、不可避の不純物、残部
スズ（Sn）からなることを特徴とする引張り強度及び耐
クラック性に優れたものである。

第４の発明にかかるはんだ材は、重量％で、鉛（Pb）
35〜50％、テルル（Te）0.005〜0.5％、インジウム0.5
〜５％、銅及び銀の少なくとも１種を0.05〜３％含み、
不可避の不純物、残部スズ（Sn）からなることを特徴と
する引張り強度及び耐クラック性に優れたものである。

第３の発明及び第４の発明において、銅および銀の少
なくとも１種を0.05〜３％含有させることにより、はん
だ材に含まれているスズが拡散することを抑制し、金属
間化合物の生成の抑制、また、引張り強度、伸び等の機
械的物性の低下の抑制に有利である。

本発明にかかるはんだ材は、プリント配線板等の配線
板において、リード等を基板のランド部やや電極部に接
合する際に使用できる。この場合、リード線、ランド
部、電極部の少なくとも１個所の表面に、ニッケル又は
鉄を主成分とする拡散防止バリア層を被覆することがで
きる。拡散防止バリア層は、スズがリード線側へ拡散す
ることを抑制できる。拡散防止バリア層は、めっき、ス
パッタリング、真空蒸着、イオンプレーティングなどで
形成することができる。拡散防止バリア層は、層の厚み
が薄いと拡散防止効果が充分でなく、又厚みが厚いとリ
ード線を曲げ加工する際に剥離し易くなる。そのため、
拡散防止バリア層の厚みは、0.05〜２μ程度が好まし
い。

［発明の効果］本発明にかかるはんだ材によれば、引張り強度を高め
耐クラック性を向上させることができる。その理由は、
はんだ材にテルルを含ませたことより、はんだ材に含ま
れているスズの拡散量を少なくできるためであると推察
される。

従って、配線板においてリード線を接合する際に適用
した場合には、スズの拡散量を少なくできるので、はん
だとリード線との接合界面に銅−スズ系金属間化合物が
発生することを抑えることができる。よって、はんだに
おけるスズ含有量の部分的低下も抑えることができる。
従ってクラックが生じる程のはんだの強度低下を回避で
きる。第２の発明にかかるはんだ材によれば、上記した
第１の発明の効果に加えて、インジウムを0.5〜５％含
有させることにより、はんだ材の融点を下げることがで
き、はんだ付け性の向上に有効である。

第３の発明にかかるはんだ材、第４の発明にかかるは
んだ材によれば、上記した第１の発明の効果に加えて、
銅および銀の少なくとも１種を0.05〜３％含有させるこ
とにより、はんだ材に含まれているスズが拡散すること
を一層抑制し、金属間化合物の生成の抑制、また、引張
り強度、伸び等の機械的物性の低下の抑制に有利であ
る。

［実施例］以下、テストピースとしてプリント配線板を用い、プ
リント配線板におけるリード線の接合に、本発明にかか
るはんだ材を適用した場合について説明する。

テストピースとしてのプリント配線板の基板１は、板
状をなし、厚みが1.6mm、長さが55mmが、幅が55mmであ
る。この基板１はフェノール樹脂を主成分として形成さ
れている。基板１にはランド部２が配置されている。ラ
ンド部２は銅箔で形成されている。リード線３は、基板
１のランド部２にはんだ４を介して接合されている。リ
ード線３は、直径が1.2mmの軟銅線で形成されている。
はんだ４を形成するはんだ材は、重量％で、40％鉛−0.
1％テルル、残り部スズの合金である。本実施例では、
銅−スズ系の金属間化合物がリード線３とはんだ４との
界面に形成されることを抑制することができ、従ってク
ラックが生じる程のはんだ４の強度の低下を抑制でき
る。その理由は、はんだ４に含まれているテルルの作用
により、はんだ４に含まれているスズがリード線３側へ
拡散することを抑制するためであると推察される。

上記したプリント配線板についてはんだ４の耐クラッ
ク性を調べるべく疲労試験を行った。この疲労試験の条
件は、一定温度、荷重は2000グラムの定荷重にて行っ
た。

比較例として、重量％で、37％鉛−残部スズでテルル
が含まれていないはんだ材でリード線３′とランド２′
とを接合し、テルルが含まれていない点を除いて同じ構
成のプリント配線板を形成し、この比較例にかかる配線
板についても疲労試験を同様な条件で行った。

試験結果としては、本実施例にかかるプリント配線板
の場合には、繰返し回数が１×10⁷サイクルを経過して
もはんだ４にクラックが生じなかった。なお、繰返し回
数が１×10⁷を経過してもクラックは生じなかったの
で、疲労試験は中止した。

一方、比較例にかかるプリント配線板では、３×10⁵
サイクルではんだ４′にクラックが生じた。

本実施例にかかるはんだ４の破断面外観を第２図に示
し、比較例にかかるはんだ４′の破断面外観を第３図に
示す。テルルが含まれていないはんだ材を使用した比較
例では、第３図に示すようにはんだ４′とリード線３′
との界面ではんだ４′のスズが粗大化している粗大化部
５′が生じ、かつリード線３′とはんだ４′との接合面
近傍にクラック６が生じていた。従って、リード線３′
とランド部２′との導通性を確保できない。一方、はん
だ材にテルルが含まれている本実施例では、第２図に示
すようにはんだ４はやや変形するもの、リード線３とは
んだ４との間にクラックは生じていない。なお粗大化部
５はリード線３とはんだ４との接合面近傍では生ぜず、
第２図に示すように、はんだ４の内部に粗大化部５が部
分的に生じていたにすぎない。従ってリード線３とラン
ド部２との導通性を確保できる。このように比較例でク
ラックが生じ、本実施例でクラックが生じなかったの
は、比較例では、はんだ４′のスズがリード線３′の銅
側に拡散する量が多く、したがって、はんだ４′とリー
ド線３′の接合面近傍に、銅−スズ系金属間化合物が生
じ、その結果、スズ含有量の部分的低下が見られ、その
部分の強度が低下するためである。本実施例ではテルル
の含有により、はんだ４のスズがリード線３の銅束に拡
散する量を少なくでき、したがって、はんだ４とリード
線３の接合界面に、銅−スズ系金属間化合物がほとんど
生ぜず、その結果、はんだ４でのスズ含有量の部分的低
下が見られず、その部分の強度が低下しなかったためと
考えられる。本実施例では基板１の熱膨脹率とリード線
３の熱膨脹率との相違により、基板１の熱膨脹量とリー
ド線３の熱膨脹量との相違により応力がはんだ４に集中
しても、はんだ材特有の塑性変形のしやすさ、低い再結
晶温度により、はんだ４が変形するだけで済む。

本発明にかかるはんだ材の別の実施例を示す。この実
施例にかかるはんだ材は、重量％で、40％鉛、0.1％テ
ルル、１％インジウム、残部スズからなる。この場合に
は、インジウムの添加により、はんだ材の融点を下げ、
はんだ付け特性を向上させうる。また、引張り強度、伸
び等の機械的物性を向上させうる。この実施例にかかる
はんだ材を使用したプリント配線板についても同様な疲
労試験を行った。試験条件は前の実施例と同じで、荷重
のみ2500グラムとした。比較例（37％鉛−残部スズの共
晶のはんだ材）では、２×10⁵サイクルでクラックが生
じたが、この実施例では１×10⁷サイクルでもクラック
は生じなかった。

本発明にかかるはんだ材の更に別の実施例を示す。こ
の実施例にかかるはんだ材は、重量％で、40％鉛、0.1
％テルル、１％インジウム、１％銅−残部スズからな
る。この場合には、銅の添加により、はんだ材に含まれ
ているスズがはんだ材の銅へ拡散する量を少なくでき
る。したがってリード線とはんだとの界面近傍に金属間
化合物が生成されることを抑制でき、引張り強度、伸び
等の機械的物性の低下を抑制できる。この実施例にかか
るはんだ材を使用したプリント配線板についても同様な
疲労試験を行った。試験条件は前の実施例と同じで、荷
重のみ3000グラムとした。比較例（37％鉛−残部スズの
共晶のはんだ材）では、１×10⁵サイクルでクラックが
生じたが、この実施例では１×10⁷サイクルでもクラッ
クは生じなかった。

ところで、第１表のNO.1〜NO.7に、スズをベースとし
鉛を35〜50％の範囲で変化させ、テルルを0.005〜0.3％
の範囲で変化させた場合のはんだ材の引張り強度（kg/m
m²）−JIS−Z2201）を示す。また、第１表のNO.8〜NO.1
4に、スズをベースとし鉛を35〜50％の範囲で変化さ
せ、テルルを0.005〜0.5％の範囲で変化させ、インジウ
ムを0.5〜５％の範囲で変化させた場合のはんだ材の引
張り強度を示す。また、第１表のNO.15〜NO.21に、スズ
をベースとし鉛を35〜50％の範囲で変化させ、テルルを
0.005〜0.5％の範囲で変化させ、インジウムを含まず、
銅および銀のうち少なくとも１種を0.05〜３％の範囲で
変化させた場合のはんだ材の引張り強度を示す。また、
第１表のNO.22〜NO.28に、スズをベースとし鉛を35〜50
％の範囲で変化させ、テルルを0.005〜0. ５％の範囲で変化させ、インジウムを0.5〜５％の範囲
で変化させ、銅および銀ののうち少なくとも１種を0.05
〜３％の範囲で変化させた場合のはんだ材の引張り強度
を示す。テルルが含まれていないはんだ材をNO.29、NO.
30とし、又、スズが５％のはんだ材をNO.31、NO.32と
し、その引張り強度を第１表に示した。第１表に示すよ
うに、引張り強度は、テルルの他に、インジウムを添加
したり、銅、銀を添加した方が大きくなる。

第４図は別のプリント配線板を示す。この場合には、
第４図に示すように、リード線３の表面に、ニッケル又
は鉄を主成分とする拡散防止バリア層3aが被覆されてい
る。拡散防止バリア層3aは、スズがリード線３側へ拡散
することを抑制できる。したがって、はんだ４の強度低
下を抑制するのに一層有利である。なお拡散防止バリア
層3aは、めっきで形成されている。

第５図および第６図は本発明にかかるはんだ材を別の
部品に適用した概略側面図である。第５図にしめす場合
には、リードレス部品７と基板９の導体10とを、はんだ
材により接合している。この場合においても、リードレ
ス部品７と基板９との熱膨脹差によりはんだ11に応力が
発生しやすいが、はんだ11には、テルルが含有されてい
るため、クラックは生じない。

第６図にしめす場合には、ダイオードや液晶等のチッ
プ部品13と電極14とを、はんだ15により接合している。
この場合においても、チップ部品13と電極14との熱膨脹
差によりはんだ15に応力が発生しやすいが、はんだ15に
は、テルルが含有されているため、クラックは生じな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図はテストピースであるプリント配線板の概略側面
図であり、第２図および第３図は疲労試験結果後を示
し、第２図は本実施例にかかるはんだとリード線との接
合界面を示す組織図であり、第３図は比較例にかかるは
んだとリード線部との接合界面を示す組織図である。第
４図は本実施例にかかるはんだとニッケルめっき層を被
覆したリード線との接合界面を示す組織図である。第５
図および第６図は別の部品の概略側面図である。図中、１は基板、２はランド部、３はリード線、3aは拡
散防止バリア層、４ははんだをそれぞれ示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松井彰愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者二村憲一朗愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者浅田栄治愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (72)発明者福岡辰彦愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内 (56)参考文献特開昭60−166193（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−170595（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−296991（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−273296（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、鉛（Pb）35〜50％、テルル（T
e）0.005〜0.5％を含み、不可避の不純物、残部スズ（S
n）からなることを特徴とする引張り強度及び耐クラッ
ク性に優れたはんだ材。
【請求項２】重量％で、鉛（Pb）35〜50％、テルル（T
e）0.005〜0.5％、インジウム0.5〜５％を含み、不可避
の不純物、残部スズ（Sn）からなることを特徴とする引
張り強度及び耐クラック性に優れたはんだ材。
【請求項３】重量％で、鉛（Pb）35〜50％、テルル（T
e）0.005〜0.5％、銅および銀の少なくとも１種を0.05
〜３％含み、不可避の不純物、残部スズ（Sn）からなる
ことを特徴とする引張り強度及び耐クラック性に優れた
はんだ材。
【請求項４】重量％で、鉛（Pb）35〜50％、テルル（T
e）0.005〜0.5％、インジウム0.5〜５％、銅および銀の
少なくとも１種を0.05〜３％含み、不可避の不純物、残
部スズ（Sn）からなることを特徴とする引張り強度及び
耐クラック性に優れたはんだ材。