JP3599101B2 - はんだ、それを使用したプリント配線基板の表面処理方法及びそれを使用した電子部品の実装方法 - Google Patents
はんだ、それを使用したプリント配線基板の表面処理方法及びそれを使用した電子部品の実装方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ、それを使用したプリント配線基板の表面処理方法及びそれを使用した電子部品の実装方法に関し、特に、はんだ付け時の銅食われの防止を図ったはんだ、プリント配線基板の表面処理方法及び電子部品の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線基板の銅回路のコーティング及びプリント配線基板のフットプリント又はスルーホールと実装部品のリードとの接合等には、６３質量％Ｓｎ−３７質量％Ｐｂ合金がはんだとして使用されていた。しかし、近時、廃棄された電子機器から溶出する鉛による環境汚染が問題となっており、電子部品製造において、Ｐｂを含有しないはんだの開発が盛んに行われている。
【０００３】
Ｐｂを含有しない鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金及びＳｎ−Ｚｎ系合金が代表的であり、これらにＢｉ、Ｉｎ及び又はＧｅを添加したものも検討されている。
【０００４】
しかし、Ｓｎ−Ｃｕ系合金においては、共晶組成を有する９９．２質量％Ｓｎ−０．８質量％Ｃｕ合金でもその融点が２２７℃と比較的高いため、後述の銅食われを防止すること等を目的として組成を変更した場合には、融点がより一層高くなってはんだ付け時の高温にプリント配線基板及び実装される電子部品が耐えられないという欠点がある。一般に使用されているプリント配線基板の耐熱温度は２６０℃程度である。
【０００５】
また、Ｓｎ−Ｚｎ系合金においては、共晶組成を有する９１質量％Ｓｎ−９質量％Ｚｎはんだでその融点が１９９℃であり、共晶組成を有する６３質量％Ｓｎ−３７質量％Ｐｂ合金の融点１８３℃に近い。従って、融点の観点からは好ましい合金である。しかし、Ｚｎが活性な元素であるため、はんだの酸化が著しく、良好なはんだ付けの状態を得ることが困難であるという欠点がある。
【０００６】
一方、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金においては、９５．８質量％Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％Ｃｕ三元共晶合金でその融点が２１７℃となり、６３質量％Ｓｎ−３７質量％Ｐｂ合金及びＳｎ−Ｚｎ系合金のそれよりも高いものの、プリント配線基板等の耐熱性の観点からは十分低いものである。また、プリント配線基板の銅回路のコーティング及びプリント配線基板のフットプリント又はスルーホールと実装部品のリードとの接合の処理温度を２５０℃としても、良好なはんだ付け状態が得られると共に、機械的特性も良好であるため、これらの鉛フリーはんだの中では最も実用化に適している。
【０００７】
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金は、例えば特開平２−３４２９５号公報、特開平２−１７９３８８号公報、特開平４−３３３３９１号公報、特開平６−２６９９８３号公報及び特開平１１−７７３６６号公報に開示されている。特開平２−３４２９５号公報に開示されたはんだは鉛フリーはんだの提供を目的としたものであり、特開平２−１７９３８８号公報に開示されたはんだは耐腐食性及び電気・熱伝導率の向上を目的としたものである。また、特開平４−３３３３９１号公報に開示されたはんだはクリープ特性の向上を目的としたものであり、特開平６−２６９９８３号公報に記載されたはんだはＮｉ系母材上での濡れ性の向上を目的としたものであり、特開平１１−７７３６６号公報に記載されたはんだは熱疲労強度及び接合性の向上を目的としたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金を使用する場合には、プリント配線基板の銅回路にホットエアレベリング法でコーティングすると、プリント配線基板の銅めっき層が食われて薄くなってしまい、最悪の場合には断線に至るという問題点がある。また、フローソルダで部品をはんだ付けする場合にも、プリント配線基板の銅めっき層が食われて薄くなり、はんだ付け不良が生じることがある。
【０００９】
そこで、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｂｉ−Ｉｎ系合金に１乃至４質量％のＣｕが添加されたはんだが提案されている（特開平１１−７７３６８号公報）。また、Ｓｎ−Ｚｎ系合金であるＳｎ−Ｚｎ−Ｎｉ系合金に１乃至３質量％のＣｕが添加されたはんだが提案されている（特開平９−９４６８８号公報）。
【００１０】
これらの公報に開示されたはんだは、いずれもＣｕの添加により銅食われを防止しようとしたものである。しかし、前者においては、その固相線温度が２０８℃、液相線温度が３４２℃であるため、融点が高すぎる。後者においては、Ｓｎ−Ｚｎ系合金であるため、前述のような酸化に関する問題点がある。
【００１１】
更に、特開平１１−２１６５９１号公報には、Ｃｏの添加により銅食われを抑制することができるとして、９６質量％Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｏ及び９８．８質量％Ｓｎ−０．７質量％Ｃｕ−０．５質量％Ｃｏ等についての実測データが記載されている。しかし、例え銅食われを抑制することができたとしても、このような組成では、液相線温度が著しく高くなるため、電子部品の安全上実用品への適用が困難である。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、融点を電子部品の故障が発生しない程度のものに抑えながら銅食われを抑制することができるはんだ、それを使用したプリント配線基板の表面処理方法及びそれを使用した電子部品の実装方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るはんだは、Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、微量のＣｏがはんだ付け時の銅食われを抑制する。また、その含有量は微量であるため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの共晶に近い組成となり、液相線温度は低い。更に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだであるため、高い濡れ広がり性を確保することができる。
【００１５】
本発明に係るプリント配線基板の表面処理方法は、プリント配線基板の表面に形成された回路上に、Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなるはんだをコーティングする工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る電子部品の実装方法は、プリント配線基板の表面に形成された回路上に、Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなるはんだを使用して電子部品をはんだ付けする工程を有することを特徴とする。
【００１７】
これらの方法によれば、電子部品の実装の有無に拘わらず、信頼性が高いプリント配線基板を得ることができる。
【００１８】
なお、これらのはんだに、更に、Ｎｉ：０．０２乃至０．０６質量％及び／又はＦｅ：０．０２乃至０．０６質量％を含有させることにより、Ｎｉ又はＦｅを含有させない場合と比較して、液相線温度をほとんど変化させることなく銅溶解速度のみをより一層低下させることができる。
【００１９】
また、前記はんだの液相線温度は２４０℃以下であることが好ましく、２３０℃以下であることがより好ましい。また、前記はんだの銅溶解速度は０．１７μｍ／秒以下であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決すべく、鋭意実験研究を重ねた結果、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだにおいて、適当量のＣｏを添加することにより、液相線温度の上昇を抑制しながら、例えばプリント配線基板の耐熱温度の関係上好ましい２３０℃以下に抑制しながら、銅食われを抑制することができ、更に適当量のＮｉ及び／又はＦｅを添加することによりその抑制効果が向上することを見出した。下記表１に本願発明者等がＳｎに各種元素を添加した場合の銅溶解速度を示す。銅溶解速度が高いほど、銅食われが進行しやすいことを示している。
【００２１】
【表１】
【００２２】
上記表１に示すように、Ｃｏ、Ｎｉ又はＦｅを添加した場合には、他の元素を添加した場合と比して極めて微量の添加で銅溶解速度が著しく減少している。これらの３種の元素の中でもＣｏを添加したときの銅溶解速度の減少は特に著しい。一般に、共晶組成を有する合金への他の元素の添加量が増加するほど液相線温度が上昇するが、添加量が微量な場合には、液相線温度の上昇を最小限に抑えることができる。従って、微量のＣｏ、Ｎｉ及び／又はＦｅを添加することにより、液相線温度の上昇を抑制しながら銅食われを抑制することができるといえる。
【００２３】
以下、本発明に係るはんだに含有される化学成分及びその組成限定理由について説明する。
【００２４】
Ａｇ：１．０乃至４．０質量％
Ａｇは、はんだ濡れ性を向上する効果を有する元素である。つまり、Ａｇを添加することにより、はんだ濡れ時間を短縮することができる。下記表２にＪＩＳＺ ３１９７の８．３．１．２項に規定されているウェッティングバランス法によりＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金のはんだ濡れ性を測定した結果を示す。この試験では、試験片として厚さが０．３ｍｍ、幅が５ｍｍ、長さが５０ｍｍのリン脱酸銅板を１３０℃で２０分間加熱して酸化させたものを使用した。また、フラックスとしてロジン２５ｇをイソプロピルアルコールに溶解したものにジエチルアミン塩酸塩を０．３９±０．０１ｇ加えて溶解したものを使用した。はんだ浴の温度は２５０℃、はんだ浴への浸漬速度は１６ｍｍ／秒、浸漬深さは２ｍｍ、浸漬時間は１０秒間とした。
【００２５】
【表２】
【００２６】
表２に示すように、Ａｇが添加されていないＳｎ−Ｃｕ系合金における濡れ時間はいずれも２秒を超えているが、Ａｇが添加されたＳｎ−１．２Ａｇ−Ｃｕ系合金及びＳｎ−３．５Ａｇ−Ｃｕ系合金における濡れ時間はほとんどで２秒以内であった。
【００２７】
なお、はんだ中のＡｇ含有量が１．０質量％未満では、上述の濡れ時間短縮の効果が得られない。一方、Ａｇ含有量が４．０質量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。従って、はんだ中のＡｇ含有量は１．０乃至４．０質量％とする。
【００２８】
Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％
Ｃｕは、プリント配線基板の銅回路の銅食われを抑制する効果を有する元素である。下記表３にＳｎ−Ｐｂ共晶はんだであるＪＩＳ Ｈ６３ＡはんだにＣｕを添加した場合の特性を示す。
【００２９】
【表３】
【００３０】
表３に示すように、Ｃｕの含有量が増加するに連れて銅溶解速度が低下し銅食われが抑制される。その一方で、液相線温度は上昇している。
【００３１】
はんだ中のＣｕ含有量が０．２質量％未満では、上述の銅食われを抑制する効果が十分ではない。一方、Ｃｕ含有量が１．３質量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。図１は横軸にＣｕ含有量をとってＳｎ−２％Ａｇ−Ｃｕ−０．０４％Ｃｏ合金の状態図を示す図である。図１において、実線は液相線温度を示し、２点鎖線は固相線温度を示す。例えば、Ｓｎ−２％Ａｇ−Ｃｕ−０．０４％Ｃｏ合金の場合、Ｃｕ含有量が１．３質量％を超えると、図１に示すように、液相線温度が２４０℃を超えるようになる。従って、はんだ中のＣｕ含有量は０．２乃至１．３質量％とする。
【００３２】
下記表４及び５に夫々Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだにおけるＡｇ及びＣｕ含有量と液相線温度（℃）及び銅溶解速度（μｍ／秒）との関係を示す。これらのはんだにおいては、残部の組成は全てＳｎである。
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】
Ｃｏ：０．０２乃至０．０６質量％
Ｃｏは、前述のように、微量の添加で銅食われを抑制する効果を有する元素である。但し、はんだ中のＣｏ含有量が０．０２質量％未満であると、銅食われ抑制効果が得られない。一方、Ｃｏ含有量が０．０６質量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。また、粘度が高くなるため、以下に示すような不具合が生じる。第一に、プリント配線基板の銅回路にホットエアレベリング法でコーティングする場合において、はんだコーティング厚が不均一になるという不良が発生する。また、はんだコーティングがなされなかったり、隣接する回路とのはんだブリッジが形成されたりするという重大な不良が発生することもある。第二に、フローソルダのはんだ噴流が不安定になってはんだ付けの歩留まりが低下したり、電子部品とのはんだ接合部のはんだ量にばらつきが生じたりするため、接続信頼性が劣るという重大な不具合が生じることもある。従って、はんだ中のＣｏ含有量は０．０２乃至０．０６質量％とする。また、Ｃｏ含有量が０．０２乃至０．０４質量％であれば、液相線温度の上昇が極めて小さいため、より好ましい。
【００３６】
Ｎｉ：０．０２乃至０．０６質量％
Ｎｉは、Ｃｏと同様、前述のように、微量の添加で銅食われを抑制する効果を有する元素である。但し、はんだ中のＮｉ含有量が０．０２質量％未満であると、Ｎｉ添加による銅食われ抑制の向上効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が０．０６質量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。従って、はんだ中のＮｉ含有量は０．０２乃至０．０６質量％とする。
【００３７】
Ｆｅ：０．０２乃至０．０６重量％
Ｆｅは、Ｎｉと同様、前述のように、微量の添加で銅食われを抑制する効果を有する元素である。但し、はんだ中のＦｅ含有量が０．０２重量％未満であると、銅食われ抑制の向上効果が得られない。一方、Ｆｅ含有量が０．０６重量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。また、粘度が高くなるため、はんだ濡れ性能が低下する。従って、はんだ中のＦｅ含有量は０．０２乃至０．０６重量％とする。
【００３８】
このような組成を有するはんだをプリント配線基板の表面に形成された回路上にコーティングすれば、銅食われが極めて小さいプリント配線基板が得られる。また、プリント配線基板の表面に形成された回路上にこのような組成を有するはんだを使用して電子部品をはんだ付けすれば、実装の信頼性を高めることができる。
【００３９】
なお、前述のように、はんだの液相線温度（融点）は２４０℃以下であることが好ましく、２３０℃以下であることがより好ましい。また、実用上銅溶解速度は０．１７μｍ／秒以下であることが好ましい。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００４１】
先ず、下記表６乃至１４の組成を有するはんだを作製した。なお、表６乃至１４に示す組成において、残部は全てＳｎ及び不可避的不純物である。
【００４２】
【表６】
【００４３】
【表７】
【００４４】
【表８】
【００４５】
【表９】
【００４６】
【表１０】
【００４７】
【表１１】
【００４８】
【表１２】
【００４９】
【表１３】
【００５０】
【表１４】
【００５１】
そして、これらの各はんだについて、銅の溶解速度、溶融温度、粘度及びはんだ広がり率を測定した。
【００５２】
銅の溶解速度の測定では、直径が０．５ｍｍの銅線にロジンを２０質量％含有するイソプロピルアルコール溶液をフラックスとして塗布し、その後２５０℃のはんだ浴に一定時間浸漬し、その銅線の半径減少量を測定した。
【００５３】
溶融温度の測定では、固相線温度を示差熱分析法により測定した。また、試料カップ内に溶融したはんだを入れて、ビスコテスターＶＴ−０４（リヨン株式会社製）で粘度を測定しながら、はんだ温度を３１０℃付近から徐々に冷却し、粘度が急激に上昇する温度を液相線温度とした。この溶融温度の測定の際に粘度も測定した。
【００５４】
はんだ広がり率の測定では、ＪＩＳ Ｚ ３１９７のはんだ付けフラックス試験方法に記載の「８．３．１．１広がり試験」に準拠した。具体的には、酸化した銅板上に０．３ｇのはんだ及びフラックスを乗せて２５０℃で３０秒間加熱することにより、はんだを広がらせた。その後、冷却してはんだを固化し、その高さを測定してはんだ広がり率を計算した。
【００５５】
これらの結果を下記表１５乃至２３に示す。なお、表１５乃至２３においては、以下の基準により○、△、×を付している。液相線温度では、２３０℃以下のものを○、２３０℃を超え２４０℃以下のものを△、２４０℃を超えるものを×とした。銅溶解速度では、０．１７（μｍ／秒）未満のものを○、０．１７（μｍ／秒）以上０．２０（μｍ／秒）未満のものを△、０．２０（μｍ／秒）以上のものを×とした。粘度では、２．５（ｃＰ）以下のものを○、２．５（ｃＰ）を超えるものを×とした。はんだ広がり率では、７５（％）以上のものを○、７５（％）未満のものを×とした。そして、総合評価では、いずれかの項目に×があるものを×、それ以外でいずれかの項目に△があるものを△、それ以外、即ち全ての項目が○のものを○とした。
【００５６】
【表１５】
【００５７】
【表１６】
【００５８】
【表１７】
【００５９】
【表１８】
【００６０】
【表１９】
【００６１】
【表２０】
【００６２】
【表２１】
【００６３】
【表２２】
【００６４】
【表２３】
【００６５】
これらの結果をグラフに図示する。なお、以下のグラフに示す○、△及び×は、上記表１５乃至２３における総合評価を示すものである。
【００６６】
図２はＡｇ含有量を２質量％に固定したときのＣｏ含有量とＣｕ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＮｉを含有しない場合の評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＮｉを０．０４質量％含有する場合の評価結果を示すグラフ図である。即ち、図２（ａ）には、Ｎｏ．１〜７、Ｎｏ．１５〜２１、Ｎｏ．２９〜３５、Ｎｏ．４８〜５４、Ｎｏ．６２〜６８及びＮｏ．１４６〜１４９の評価結果が表され、図２（ｂ）には、Ｎｏ．８〜１４、Ｎｏ．２２〜２８、Ｎｏ．３６〜４２、Ｎｏ．５５〜６１、Ｎｏ．６９〜７５及びＮｏ．１５０〜１５３の評価結果が表されている。
【００６７】
また、図３はＣｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＡｇ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＮｉを含有しない場合の評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＮｉを０．０４質量％含有する場合の評価結果を示すグラフ図である。即ち、図３（ａ）には、Ｎｏ．２９〜３５、Ｎｏ．７６〜８２、Ｎｏ．９０〜９６、Ｎｏ．１０４〜１１０、Ｎｏ．１１８〜１２４及びＮｏ．１３２〜１３８の評価結果が表され、図３（ｂ）には、Ｎｏ．３６〜４２、Ｎｏ．８３〜８９、Ｎｏ．９７〜１０３、Ｎｏ．１１１〜１１７、Ｎｏ．１２５〜１３１及びＮｏ．１３９〜１４５の評価結果が表されている。
【００６８】
また、図４（ａ）はＮｉ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＮｉ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。即ち、図４（ａ）及び（ｂ）には、Ｎｏ．３１、Ｎｏ．３８及びＮｏ．４３〜４７の評価結果（Ｓｎ−２質量％Ａｇ−０．８質量％Ｃｕ−０．０４質量％Ｃｏ−Ｎｉはんだについての評価結果）が表されている。図５はＡｇ含有量を２質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＮｉ含有量との関係として評価結果を示すグラフ図である。即ち、図５には、Ｎｏ．２９〜３３、Ｎｏ．３６〜４０、Ｎｏ．４３〜４５及びＮｏ．１５４〜１６２の評価結果が表されている。
【００６９】
また、図６（ａ）はＦｅ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＦｅ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。即ち、図６（ａ）及び（ｂ）には、Ｎｏ．１０７及びＮｏ．１６６〜１６８の評価結果（Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％Ｃｕ−０．０６質量％Ｃｏ−Ｆｅはんだについての評価結果）が表されている。図７はＡｇ含有量を３．５質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＦｅ含有量との関係として評価結果を示すグラフ図である。即ち、図７には、Ｎｏ．１０４〜１０８及びＮｏ．１６３〜１７１の評価結果が表されている。
【００７０】
また、図８はＡｇ含有量を３．５質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定し、Ｃｏ含有量を変化させたときのＮｉ含有量とＦｅ含有量との関係として評価結果を示す図であって、（ａ）はＣｏ含有量が０．０２質量％のときの評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＣｏ含有量が０．０６質量％のときの評価結果を示すグラフ図、（ｃ）はＣｏ含有量が０．０８質量％のときの評価結果を示すグラフ図である。即ち、図８（ａ）には、Ｎｏ．１０５、Ｎｏ．１１２、Ｎｏ．１６３〜１６５及びＮｏ．１７２〜１８０の評価結果が表され、図８（ｂ）には、Ｎｏ．１０７、Ｎｏ．１１４、Ｎｏ．１６６〜１６８及びＮｏ．１８１〜１８９の評価結果が表され、図８（ｃ）には、Ｎｏ．１０８、Ｎｏ．１１５、Ｎｏ．１６９〜１７１及びＮｏ．１９０〜１９８の評価結果が表されている。
【００７１】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｃｏ：０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、Ａｇ含有量が本発明範囲である１．０乃至４．０質量％の範囲内で変動しても良好な結果が得られた。同様に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｃｏ：０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、Ｃｕ含有量が本発明範囲である０．２乃至１．３質量％の範囲内で変動しても良好な結果が得られた。
【００７２】
また、図４及び図６に示すように、Ｎｉ又はＦｅが含有されている場合に、それらの含有量が０．０６質量％以下であれば液相線温度ははんだ付け時に電子部品等に影響を及ぼさない程度のものであったが、Ｎｉ含有量が０．０８質量％を超えたときには液相線温度が２５０℃を超えて電子部品等の故障等が生じうる範囲のものとなった。また、Ｎｉが含有されている場合には、図４に示すように、Ａｇ、Ｃｕ及びＣｏの含有量が等しくＮｉが含有されていないものと比較すると、液相線温度は全く上昇しないか、又は上昇しても極めて微量でありながら、銅溶解速度が更に低下した。Ｆｅが含有されている場合においては、図６に示すように、Ｆｅが含有されていない場合と比較すると、液相線温度はより低いものとなり、銅溶解速度は低く抑えられた。
【００７３】
図５及び表２１等に示すように、Ｃｏ含有量が０．０２乃至０．０６質量％、Ｎｉ含有量が０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、良好な結果が得られた。特に、Ｃｏ含有量が０．０２乃至０．０４質量％、Ｎｉ含有量が０．０２乃至０．０４質量％であれば、より一層良好な結果が得られた。同様に、図７及び表２２等に示すように、Ｃｏ含有量が０．０２乃至０．０６質量％、Ｆｅ含有量が０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、良好な結果が得られた。
【００７４】
また、図８に示すように、Ｃｏの他にＮｉ及びＦｅが含有される場合には、Ｃｏ含有量、Ｎｉ含有量及びＦｅ含有量がいずれも０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、良好な結果が得られた。
【００７５】
従来の一般的なＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだであるＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにＣｏを添加したときの効果を上記表に基づいてグラフに図示する。図９（ａ）はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにおけるＣｏ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにおけるＣｏ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。
【００７６】
図９（ａ）及び（ｂ）からもＣｏ含有量が０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、液相線温度をプリント配線基板及び実装電子部品等に悪影響を与えることのない範囲に抑えながら、銅溶解速度を低下させて銅食われを抑制することができることが理解できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、微量のＣｏが含有されているので、はんだ付け時の銅食われを抑制することができる。また、その含有量は微量であるため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの共晶に近い組成となり、液相線温度の上昇を抑制することができる。更に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだであるため、高い濡れ広がり性を確保することができる。また、Ｃｏだけでなく、微量のＮｉが含有されている場合には、液相線温度の上昇を抑えながら銅溶解速度をより低下させることができる。
【００７８】
また、本発明方法によれば、電子部品の実装の有無に拘わらず、信頼性が高いプリント配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横軸にＣｕ含有量をとってＳｎ−２％Ａｇ−Ｃｕ−０．０４％Ｃｏ合金の状態図を示す図である。
【図２】Ａｇ含有量を２質量％に固定したときのＣｏ含有量とＣｕ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＮｉを含有しない場合の評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＮｉを０．０４質量％含有する場合の評価結果を示すグラフ図である。
【図３】Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＡｇ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＮｉを含有しない場合の評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＮｉを０．０４質量％含有する場合の評価結果を示すグラフ図である。
【図４】（ａ）はＮｉ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＮｉ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。
【図５】Ａｇ含有量を２質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＮｉ含有量との関係として評価結果を示すグラフ図である。
【図６】（ａ）はＦｅ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＦｅ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。
【図７】Ａｇ含有量を３．５質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＦｅ含有量との関係として評価結果を示すグラフ図である。
【図８】Ａｇ含有量を３．５質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定し、Ｃｏ含有量を変化させたときのＮｉ含有量とＦｅ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＣｏ含有量が０．０２質量％のときの評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＣｏ含有量が０．０６質量％のときの評価結果を示すグラフ図、（ｃ）はＣｏ含有量が０．０８質量％のときの評価結果を示すグラフ図である。
【図９】（ａ）はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにおけるＣｏ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにおけるＣｏ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。
【発明の属する技術分野】
本発明はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ、それを使用したプリント配線基板の表面処理方法及びそれを使用した電子部品の実装方法に関し、特に、はんだ付け時の銅食われの防止を図ったはんだ、プリント配線基板の表面処理方法及び電子部品の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線基板の銅回路のコーティング及びプリント配線基板のフットプリント又はスルーホールと実装部品のリードとの接合等には、６３質量％Ｓｎ−３７質量％Ｐｂ合金がはんだとして使用されていた。しかし、近時、廃棄された電子機器から溶出する鉛による環境汚染が問題となっており、電子部品製造において、Ｐｂを含有しないはんだの開発が盛んに行われている。
【０００３】
Ｐｂを含有しない鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金及びＳｎ−Ｚｎ系合金が代表的であり、これらにＢｉ、Ｉｎ及び又はＧｅを添加したものも検討されている。
【０００４】
しかし、Ｓｎ−Ｃｕ系合金においては、共晶組成を有する９９．２質量％Ｓｎ−０．８質量％Ｃｕ合金でもその融点が２２７℃と比較的高いため、後述の銅食われを防止すること等を目的として組成を変更した場合には、融点がより一層高くなってはんだ付け時の高温にプリント配線基板及び実装される電子部品が耐えられないという欠点がある。一般に使用されているプリント配線基板の耐熱温度は２６０℃程度である。
【０００５】
また、Ｓｎ−Ｚｎ系合金においては、共晶組成を有する９１質量％Ｓｎ−９質量％Ｚｎはんだでその融点が１９９℃であり、共晶組成を有する６３質量％Ｓｎ−３７質量％Ｐｂ合金の融点１８３℃に近い。従って、融点の観点からは好ましい合金である。しかし、Ｚｎが活性な元素であるため、はんだの酸化が著しく、良好なはんだ付けの状態を得ることが困難であるという欠点がある。
【０００６】
一方、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金においては、９５．８質量％Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％Ｃｕ三元共晶合金でその融点が２１７℃となり、６３質量％Ｓｎ−３７質量％Ｐｂ合金及びＳｎ−Ｚｎ系合金のそれよりも高いものの、プリント配線基板等の耐熱性の観点からは十分低いものである。また、プリント配線基板の銅回路のコーティング及びプリント配線基板のフットプリント又はスルーホールと実装部品のリードとの接合の処理温度を２５０℃としても、良好なはんだ付け状態が得られると共に、機械的特性も良好であるため、これらの鉛フリーはんだの中では最も実用化に適している。
【０００７】
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金は、例えば特開平２−３４２９５号公報、特開平２−１７９３８８号公報、特開平４−３３３３９１号公報、特開平６−２６９９８３号公報及び特開平１１−７７３６６号公報に開示されている。特開平２−３４２９５号公報に開示されたはんだは鉛フリーはんだの提供を目的としたものであり、特開平２−１７９３８８号公報に開示されたはんだは耐腐食性及び電気・熱伝導率の向上を目的としたものである。また、特開平４−３３３３９１号公報に開示されたはんだはクリープ特性の向上を目的としたものであり、特開平６−２６９９８３号公報に記載されたはんだはＮｉ系母材上での濡れ性の向上を目的としたものであり、特開平１１−７７３６６号公報に記載されたはんだは熱疲労強度及び接合性の向上を目的としたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金を使用する場合には、プリント配線基板の銅回路にホットエアレベリング法でコーティングすると、プリント配線基板の銅めっき層が食われて薄くなってしまい、最悪の場合には断線に至るという問題点がある。また、フローソルダで部品をはんだ付けする場合にも、プリント配線基板の銅めっき層が食われて薄くなり、はんだ付け不良が生じることがある。
【０００９】
そこで、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｂｉ−Ｉｎ系合金に１乃至４質量％のＣｕが添加されたはんだが提案されている（特開平１１−７７３６８号公報）。また、Ｓｎ−Ｚｎ系合金であるＳｎ−Ｚｎ−Ｎｉ系合金に１乃至３質量％のＣｕが添加されたはんだが提案されている（特開平９−９４６８８号公報）。
【００１０】
これらの公報に開示されたはんだは、いずれもＣｕの添加により銅食われを防止しようとしたものである。しかし、前者においては、その固相線温度が２０８℃、液相線温度が３４２℃であるため、融点が高すぎる。後者においては、Ｓｎ−Ｚｎ系合金であるため、前述のような酸化に関する問題点がある。
【００１１】
更に、特開平１１−２１６５９１号公報には、Ｃｏの添加により銅食われを抑制することができるとして、９６質量％Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｏ及び９８．８質量％Ｓｎ−０．７質量％Ｃｕ−０．５質量％Ｃｏ等についての実測データが記載されている。しかし、例え銅食われを抑制することができたとしても、このような組成では、液相線温度が著しく高くなるため、電子部品の安全上実用品への適用が困難である。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、融点を電子部品の故障が発生しない程度のものに抑えながら銅食われを抑制することができるはんだ、それを使用したプリント配線基板の表面処理方法及びそれを使用した電子部品の実装方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るはんだは、Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、微量のＣｏがはんだ付け時の銅食われを抑制する。また、その含有量は微量であるため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの共晶に近い組成となり、液相線温度は低い。更に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだであるため、高い濡れ広がり性を確保することができる。
【００１５】
本発明に係るプリント配線基板の表面処理方法は、プリント配線基板の表面に形成された回路上に、Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなるはんだをコーティングする工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る電子部品の実装方法は、プリント配線基板の表面に形成された回路上に、Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなるはんだを使用して電子部品をはんだ付けする工程を有することを特徴とする。
【００１７】
これらの方法によれば、電子部品の実装の有無に拘わらず、信頼性が高いプリント配線基板を得ることができる。
【００１８】
なお、これらのはんだに、更に、Ｎｉ：０．０２乃至０．０６質量％及び／又はＦｅ：０．０２乃至０．０６質量％を含有させることにより、Ｎｉ又はＦｅを含有させない場合と比較して、液相線温度をほとんど変化させることなく銅溶解速度のみをより一層低下させることができる。
【００１９】
また、前記はんだの液相線温度は２４０℃以下であることが好ましく、２３０℃以下であることがより好ましい。また、前記はんだの銅溶解速度は０．１７μｍ／秒以下であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決すべく、鋭意実験研究を重ねた結果、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだにおいて、適当量のＣｏを添加することにより、液相線温度の上昇を抑制しながら、例えばプリント配線基板の耐熱温度の関係上好ましい２３０℃以下に抑制しながら、銅食われを抑制することができ、更に適当量のＮｉ及び／又はＦｅを添加することによりその抑制効果が向上することを見出した。下記表１に本願発明者等がＳｎに各種元素を添加した場合の銅溶解速度を示す。銅溶解速度が高いほど、銅食われが進行しやすいことを示している。
【００２１】
【表１】
上記表１に示すように、Ｃｏ、Ｎｉ又はＦｅを添加した場合には、他の元素を添加した場合と比して極めて微量の添加で銅溶解速度が著しく減少している。これらの３種の元素の中でもＣｏを添加したときの銅溶解速度の減少は特に著しい。一般に、共晶組成を有する合金への他の元素の添加量が増加するほど液相線温度が上昇するが、添加量が微量な場合には、液相線温度の上昇を最小限に抑えることができる。従って、微量のＣｏ、Ｎｉ及び／又はＦｅを添加することにより、液相線温度の上昇を抑制しながら銅食われを抑制することができるといえる。
【００２３】
以下、本発明に係るはんだに含有される化学成分及びその組成限定理由について説明する。
【００２４】
Ａｇ：１．０乃至４．０質量％
Ａｇは、はんだ濡れ性を向上する効果を有する元素である。つまり、Ａｇを添加することにより、はんだ濡れ時間を短縮することができる。下記表２にＪＩＳＺ ３１９７の８．３．１．２項に規定されているウェッティングバランス法によりＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金のはんだ濡れ性を測定した結果を示す。この試験では、試験片として厚さが０．３ｍｍ、幅が５ｍｍ、長さが５０ｍｍのリン脱酸銅板を１３０℃で２０分間加熱して酸化させたものを使用した。また、フラックスとしてロジン２５ｇをイソプロピルアルコールに溶解したものにジエチルアミン塩酸塩を０．３９±０．０１ｇ加えて溶解したものを使用した。はんだ浴の温度は２５０℃、はんだ浴への浸漬速度は１６ｍｍ／秒、浸漬深さは２ｍｍ、浸漬時間は１０秒間とした。
【００２５】
【表２】
表２に示すように、Ａｇが添加されていないＳｎ−Ｃｕ系合金における濡れ時間はいずれも２秒を超えているが、Ａｇが添加されたＳｎ−１．２Ａｇ−Ｃｕ系合金及びＳｎ−３．５Ａｇ−Ｃｕ系合金における濡れ時間はほとんどで２秒以内であった。
【００２７】
なお、はんだ中のＡｇ含有量が１．０質量％未満では、上述の濡れ時間短縮の効果が得られない。一方、Ａｇ含有量が４．０質量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。従って、はんだ中のＡｇ含有量は１．０乃至４．０質量％とする。
【００２８】
Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％
Ｃｕは、プリント配線基板の銅回路の銅食われを抑制する効果を有する元素である。下記表３にＳｎ−Ｐｂ共晶はんだであるＪＩＳ Ｈ６３ＡはんだにＣｕを添加した場合の特性を示す。
【００２９】
【表３】
表３に示すように、Ｃｕの含有量が増加するに連れて銅溶解速度が低下し銅食われが抑制される。その一方で、液相線温度は上昇している。
【００３１】
はんだ中のＣｕ含有量が０．２質量％未満では、上述の銅食われを抑制する効果が十分ではない。一方、Ｃｕ含有量が１．３質量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。図１は横軸にＣｕ含有量をとってＳｎ−２％Ａｇ−Ｃｕ−０．０４％Ｃｏ合金の状態図を示す図である。図１において、実線は液相線温度を示し、２点鎖線は固相線温度を示す。例えば、Ｓｎ−２％Ａｇ−Ｃｕ−０．０４％Ｃｏ合金の場合、Ｃｕ含有量が１．３質量％を超えると、図１に示すように、液相線温度が２４０℃を超えるようになる。従って、はんだ中のＣｕ含有量は０．２乃至１．３質量％とする。
【００３２】
下記表４及び５に夫々Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだにおけるＡｇ及びＣｕ含有量と液相線温度（℃）及び銅溶解速度（μｍ／秒）との関係を示す。これらのはんだにおいては、残部の組成は全てＳｎである。
【００３３】
【表４】
【表５】
Ｃｏ：０．０２乃至０．０６質量％
Ｃｏは、前述のように、微量の添加で銅食われを抑制する効果を有する元素である。但し、はんだ中のＣｏ含有量が０．０２質量％未満であると、銅食われ抑制効果が得られない。一方、Ｃｏ含有量が０．０６質量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。また、粘度が高くなるため、以下に示すような不具合が生じる。第一に、プリント配線基板の銅回路にホットエアレベリング法でコーティングする場合において、はんだコーティング厚が不均一になるという不良が発生する。また、はんだコーティングがなされなかったり、隣接する回路とのはんだブリッジが形成されたりするという重大な不良が発生することもある。第二に、フローソルダのはんだ噴流が不安定になってはんだ付けの歩留まりが低下したり、電子部品とのはんだ接合部のはんだ量にばらつきが生じたりするため、接続信頼性が劣るという重大な不具合が生じることもある。従って、はんだ中のＣｏ含有量は０．０２乃至０．０６質量％とする。また、Ｃｏ含有量が０．０２乃至０．０４質量％であれば、液相線温度の上昇が極めて小さいため、より好ましい。
【００３６】
Ｎｉ：０．０２乃至０．０６質量％
Ｎｉは、Ｃｏと同様、前述のように、微量の添加で銅食われを抑制する効果を有する元素である。但し、はんだ中のＮｉ含有量が０．０２質量％未満であると、Ｎｉ添加による銅食われ抑制の向上効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が０．０６質量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。従って、はんだ中のＮｉ含有量は０．０２乃至０．０６質量％とする。
【００３７】
Ｆｅ：０．０２乃至０．０６重量％
Ｆｅは、Ｎｉと同様、前述のように、微量の添加で銅食われを抑制する効果を有する元素である。但し、はんだ中のＦｅ含有量が０．０２重量％未満であると、銅食われ抑制の向上効果が得られない。一方、Ｆｅ含有量が０．０６重量％を超えると、液相線温度が高くなるため、はんだ付け時にプリント配線基板及び電子部品に故障が生じる虞がある。また、粘度が高くなるため、はんだ濡れ性能が低下する。従って、はんだ中のＦｅ含有量は０．０２乃至０．０６重量％とする。
【００３８】
このような組成を有するはんだをプリント配線基板の表面に形成された回路上にコーティングすれば、銅食われが極めて小さいプリント配線基板が得られる。また、プリント配線基板の表面に形成された回路上にこのような組成を有するはんだを使用して電子部品をはんだ付けすれば、実装の信頼性を高めることができる。
【００３９】
なお、前述のように、はんだの液相線温度（融点）は２４０℃以下であることが好ましく、２３０℃以下であることがより好ましい。また、実用上銅溶解速度は０．１７μｍ／秒以下であることが好ましい。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００４１】
先ず、下記表６乃至１４の組成を有するはんだを作製した。なお、表６乃至１４に示す組成において、残部は全てＳｎ及び不可避的不純物である。
【００４２】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
そして、これらの各はんだについて、銅の溶解速度、溶融温度、粘度及びはんだ広がり率を測定した。
【００５２】
銅の溶解速度の測定では、直径が０．５ｍｍの銅線にロジンを２０質量％含有するイソプロピルアルコール溶液をフラックスとして塗布し、その後２５０℃のはんだ浴に一定時間浸漬し、その銅線の半径減少量を測定した。
【００５３】
溶融温度の測定では、固相線温度を示差熱分析法により測定した。また、試料カップ内に溶融したはんだを入れて、ビスコテスターＶＴ−０４（リヨン株式会社製）で粘度を測定しながら、はんだ温度を３１０℃付近から徐々に冷却し、粘度が急激に上昇する温度を液相線温度とした。この溶融温度の測定の際に粘度も測定した。
【００５４】
はんだ広がり率の測定では、ＪＩＳ Ｚ ３１９７のはんだ付けフラックス試験方法に記載の「８．３．１．１広がり試験」に準拠した。具体的には、酸化した銅板上に０．３ｇのはんだ及びフラックスを乗せて２５０℃で３０秒間加熱することにより、はんだを広がらせた。その後、冷却してはんだを固化し、その高さを測定してはんだ広がり率を計算した。
【００５５】
これらの結果を下記表１５乃至２３に示す。なお、表１５乃至２３においては、以下の基準により○、△、×を付している。液相線温度では、２３０℃以下のものを○、２３０℃を超え２４０℃以下のものを△、２４０℃を超えるものを×とした。銅溶解速度では、０．１７（μｍ／秒）未満のものを○、０．１７（μｍ／秒）以上０．２０（μｍ／秒）未満のものを△、０．２０（μｍ／秒）以上のものを×とした。粘度では、２．５（ｃＰ）以下のものを○、２．５（ｃＰ）を超えるものを×とした。はんだ広がり率では、７５（％）以上のものを○、７５（％）未満のものを×とした。そして、総合評価では、いずれかの項目に×があるものを×、それ以外でいずれかの項目に△があるものを△、それ以外、即ち全ての項目が○のものを○とした。
【００５６】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
【表２１】
【表２２】
【表２３】
これらの結果をグラフに図示する。なお、以下のグラフに示す○、△及び×は、上記表１５乃至２３における総合評価を示すものである。
【００６６】
図２はＡｇ含有量を２質量％に固定したときのＣｏ含有量とＣｕ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＮｉを含有しない場合の評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＮｉを０．０４質量％含有する場合の評価結果を示すグラフ図である。即ち、図２（ａ）には、Ｎｏ．１〜７、Ｎｏ．１５〜２１、Ｎｏ．２９〜３５、Ｎｏ．４８〜５４、Ｎｏ．６２〜６８及びＮｏ．１４６〜１４９の評価結果が表され、図２（ｂ）には、Ｎｏ．８〜１４、Ｎｏ．２２〜２８、Ｎｏ．３６〜４２、Ｎｏ．５５〜６１、Ｎｏ．６９〜７５及びＮｏ．１５０〜１５３の評価結果が表されている。
【００６７】
また、図３はＣｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＡｇ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＮｉを含有しない場合の評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＮｉを０．０４質量％含有する場合の評価結果を示すグラフ図である。即ち、図３（ａ）には、Ｎｏ．２９〜３５、Ｎｏ．７６〜８２、Ｎｏ．９０〜９６、Ｎｏ．１０４〜１１０、Ｎｏ．１１８〜１２４及びＮｏ．１３２〜１３８の評価結果が表され、図３（ｂ）には、Ｎｏ．３６〜４２、Ｎｏ．８３〜８９、Ｎｏ．９７〜１０３、Ｎｏ．１１１〜１１７、Ｎｏ．１２５〜１３１及びＮｏ．１３９〜１４５の評価結果が表されている。
【００６８】
また、図４（ａ）はＮｉ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＮｉ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。即ち、図４（ａ）及び（ｂ）には、Ｎｏ．３１、Ｎｏ．３８及びＮｏ．４３〜４７の評価結果（Ｓｎ−２質量％Ａｇ−０．８質量％Ｃｕ−０．０４質量％Ｃｏ−Ｎｉはんだについての評価結果）が表されている。図５はＡｇ含有量を２質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＮｉ含有量との関係として評価結果を示すグラフ図である。即ち、図５には、Ｎｏ．２９〜３３、Ｎｏ．３６〜４０、Ｎｏ．４３〜４５及びＮｏ．１５４〜１６２の評価結果が表されている。
【００６９】
また、図６（ａ）はＦｅ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＦｅ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。即ち、図６（ａ）及び（ｂ）には、Ｎｏ．１０７及びＮｏ．１６６〜１６８の評価結果（Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％Ｃｕ−０．０６質量％Ｃｏ−Ｆｅはんだについての評価結果）が表されている。図７はＡｇ含有量を３．５質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＦｅ含有量との関係として評価結果を示すグラフ図である。即ち、図７には、Ｎｏ．１０４〜１０８及びＮｏ．１６３〜１７１の評価結果が表されている。
【００７０】
また、図８はＡｇ含有量を３．５質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定し、Ｃｏ含有量を変化させたときのＮｉ含有量とＦｅ含有量との関係として評価結果を示す図であって、（ａ）はＣｏ含有量が０．０２質量％のときの評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＣｏ含有量が０．０６質量％のときの評価結果を示すグラフ図、（ｃ）はＣｏ含有量が０．０８質量％のときの評価結果を示すグラフ図である。即ち、図８（ａ）には、Ｎｏ．１０５、Ｎｏ．１１２、Ｎｏ．１６３〜１６５及びＮｏ．１７２〜１８０の評価結果が表され、図８（ｂ）には、Ｎｏ．１０７、Ｎｏ．１１４、Ｎｏ．１６６〜１６８及びＮｏ．１８１〜１８９の評価結果が表され、図８（ｃ）には、Ｎｏ．１０８、Ｎｏ．１１５、Ｎｏ．１６９〜１７１及びＮｏ．１９０〜１９８の評価結果が表されている。
【００７１】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｃｏ：０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、Ａｇ含有量が本発明範囲である１．０乃至４．０質量％の範囲内で変動しても良好な結果が得られた。同様に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｃｏ：０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、Ｃｕ含有量が本発明範囲である０．２乃至１．３質量％の範囲内で変動しても良好な結果が得られた。
【００７２】
また、図４及び図６に示すように、Ｎｉ又はＦｅが含有されている場合に、それらの含有量が０．０６質量％以下であれば液相線温度ははんだ付け時に電子部品等に影響を及ぼさない程度のものであったが、Ｎｉ含有量が０．０８質量％を超えたときには液相線温度が２５０℃を超えて電子部品等の故障等が生じうる範囲のものとなった。また、Ｎｉが含有されている場合には、図４に示すように、Ａｇ、Ｃｕ及びＣｏの含有量が等しくＮｉが含有されていないものと比較すると、液相線温度は全く上昇しないか、又は上昇しても極めて微量でありながら、銅溶解速度が更に低下した。Ｆｅが含有されている場合においては、図６に示すように、Ｆｅが含有されていない場合と比較すると、液相線温度はより低いものとなり、銅溶解速度は低く抑えられた。
【００７３】
図５及び表２１等に示すように、Ｃｏ含有量が０．０２乃至０．０６質量％、Ｎｉ含有量が０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、良好な結果が得られた。特に、Ｃｏ含有量が０．０２乃至０．０４質量％、Ｎｉ含有量が０．０２乃至０．０４質量％であれば、より一層良好な結果が得られた。同様に、図７及び表２２等に示すように、Ｃｏ含有量が０．０２乃至０．０６質量％、Ｆｅ含有量が０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、良好な結果が得られた。
【００７４】
また、図８に示すように、Ｃｏの他にＮｉ及びＦｅが含有される場合には、Ｃｏ含有量、Ｎｉ含有量及びＦｅ含有量がいずれも０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、良好な結果が得られた。
【００７５】
従来の一般的なＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだであるＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにＣｏを添加したときの効果を上記表に基づいてグラフに図示する。図９（ａ）はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにおけるＣｏ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにおけるＣｏ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。
【００７６】
図９（ａ）及び（ｂ）からもＣｏ含有量が０．０２乃至０．０６質量％の範囲内にあれば、液相線温度をプリント配線基板及び実装電子部品等に悪影響を与えることのない範囲に抑えながら、銅溶解速度を低下させて銅食われを抑制することができることが理解できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、微量のＣｏが含有されているので、はんだ付け時の銅食われを抑制することができる。また、その含有量は微量であるため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの共晶に近い組成となり、液相線温度の上昇を抑制することができる。更に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだであるため、高い濡れ広がり性を確保することができる。また、Ｃｏだけでなく、微量のＮｉが含有されている場合には、液相線温度の上昇を抑えながら銅溶解速度をより低下させることができる。
【００７８】
また、本発明方法によれば、電子部品の実装の有無に拘わらず、信頼性が高いプリント配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横軸にＣｕ含有量をとってＳｎ−２％Ａｇ−Ｃｕ−０．０４％Ｃｏ合金の状態図を示す図である。
【図２】Ａｇ含有量を２質量％に固定したときのＣｏ含有量とＣｕ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＮｉを含有しない場合の評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＮｉを０．０４質量％含有する場合の評価結果を示すグラフ図である。
【図３】Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＡｇ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＮｉを含有しない場合の評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＮｉを０．０４質量％含有する場合の評価結果を示すグラフ図である。
【図４】（ａ）はＮｉ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＮｉ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。
【図５】Ａｇ含有量を２質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＮｉ含有量との関係として評価結果を示すグラフ図である。
【図６】（ａ）はＦｅ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＦｅ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。
【図７】Ａｇ含有量を３．５質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定したときのＣｏ含有量とＦｅ含有量との関係として評価結果を示すグラフ図である。
【図８】Ａｇ含有量を３．５質量％に固定し、Ｃｕ含有量を０．８質量％に固定し、Ｃｏ含有量を変化させたときのＮｉ含有量とＦｅ含有量との関係を示す図であって、（ａ）はＣｏ含有量が０．０２質量％のときの評価結果を示すグラフ図、（ｂ）はＣｏ含有量が０．０６質量％のときの評価結果を示すグラフ図、（ｃ）はＣｏ含有量が０．０８質量％のときの評価結果を示すグラフ図である。
【図９】（ａ）はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにおけるＣｏ含有量と液相線温度との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．８質量％ＣｕはんだにおけるＣｏ含有量と銅溶解速度との関係を示すグラフ図である。
Claims (12)
- Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなることを特徴とするはんだ。
- 更に、Ｎｉ：０．０２乃至０．０６質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載のはんだ。
- 更に、Ｆｅ：０．０２乃至０．０６質量％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ。
- 液相線温度が２４０℃以下、銅溶解速度が０．１７μｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のはんだ。
- プリント配線基板の表面に形成された回路上に、Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなるはんだをコーティングする工程を有することを特徴とするプリント配線基板の表面処理方法。
- 前記はんだは、更に、Ｎｉ：０．０２乃至０．０６質量％を含有することを特徴とする請求項５に記載のプリント配線基板の表面処理方法。
- 前記はんだは、更に、Ｆｅ：０．０２乃至０．０６質量％を含有することを特徴とする請求項５又は６に記載のプリント配線基板の表面処理方法。
- 前記はんだの液相線温度が２４０℃以下、銅溶解速度が０．１７μｍ／秒以下であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のプリント配線基板の表面処理方法。
- プリント配線基板の表面に形成された回路上に、Ａｇ：１．０乃至４．０質量％、Ｃｕ：０．２乃至１．３質量％及びＣｏ：０．０２乃至０．０６質量％を含有し、残部がＳｎ及び不可避的不純物からなるはんだを使用して電子部品をはんだ付けする工程を有することを特徴とする電子部品の実装方法。
- 前記はんだは、更に、Ｎｉ：０．０２乃至０．０６質量％を含有することを特徴とする請求項９に記載の電子部品の実装方法。
- 前記はんだは、更に、Ｆｅ：０．０２乃至０．０６質量％を含有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の電子部品の実装方法。
- 前記はんだの液相線温度が２４０℃以下、銅溶解速度が０．１７μｍ／秒以下であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法。
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