[发明专利]无铅焊料

说明书

技术领域

本发明涉及例如在-40℃以下的极低温中也不会发生锡瘟，扩散性和耐冲击性也优异的，适用于电子机器的钎焊的Sn-Cu系无铅焊料。

背景技术

自古以来在金属的接合中使用Pb-Sn焊料。Pb-Sn焊料近年来在电子机器的钎焊，特别是电子部件向印刷基板的钎焊中广为使用。Pb-Sn焊料共晶组成(Pb-63Sn)的熔点为183℃，钎焊可以在240℃以下的温度进行，因此，不会对电子部件和印刷基板造成热影响。另外，该共晶组成附近的Pb-Sn焊料湿润性优异，具有不发生钎焊不良等的优异特征，对电子机器的可靠性的确保做出贡献。

但是，近年来环保意识高涨，因此，根据RoHS规定对铅进行规制。其结果是，含有铅的Pb-Sn焊料的使用也受到限制，开始使用不含铅的所谓“无铅焊料”。

无铅焊料是以Sn为主成分的焊料合金。历来作为所使用的无铅焊料的代表例是Sn-3.5Ag(熔点：220℃)、Sn-3Ag-0.5Cu(熔点：217～220℃)、Sn-5Sb(熔点：240℃)、Sn-9Zn(熔点：199℃)、SN-0.7Cu(熔点：227℃)等。如此，无铅焊料合金与Pb-Sn相比Sn含量高。

这些无铅焊料中，Sn-3.5Ag和Sn-3Ag-0.5Cu与其他的无铅焊料相比钎焊性优异，但是由于含有大量高价的Ag，所以在价格竞争激烈的领域的钎焊中使用并不适当。

Sn-5Sb的材料自身廉价，但是熔点高，因此，钎焊温度也不得不提高，产生对电子部件和印刷基板的热影响的问题，用途极受限制。

Sn-9Zn的熔点为199℃，与现有的Pb-Sn共晶焊料接近，因此，不存在对电子部件和印刷基板的热影响的问题。但是，Sn-9Zn不仅湿润性差，而且还报告有外部冲击使得钎焊部剥离的现象。这是因为焊料中的Zn和钎焊部的Cu的离子化倾向相违。由此，钎焊部周围的湿气结露时，局部电池作用引起电化学腐蚀，容易发生钎焊的剥离。

Sn-0.7Cu廉价，另外，表面光泽也比较高，因此，作为廉价的基板钎焊部件(例如连接器)的镀敷中优选使用。但是，电子机器的钎焊的使用中，由于湿润性不充分，所以要求改善湿润性。

在下述专利文献1中，为了改善Sn-0.7Cu的湿润性，提出了添加少量的P或P和Ge。该专利文献中公开的Sn-Cu系焊料为了改善各种特性，含有Ag、Sb、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo、Bi、In和Zn中选出的一种以上的元素。含有Bi的例中，添加了2质量％的Bi。

电子机器，特别是移动电话、便携计算机、相机这样的便携电子机器在纬度高的寒冷区域也被使用。在这种寒冷区域气温为零下20℃以下的极低温，在室外所使用的便携电子机器的钎焊部也暴露于这种极低温中。但是，无铅焊料在暴露于极低温中时，有变脆并被破坏的可能性的情况。特别是，便携电子机器还有可能坠下受到冲击，因此，要求钎焊部的耐冲击性。

通常无铅焊料在寒冷区域变脆的原因是因为锡瘟。锡瘟是指在常温下软质且富于延展性的正方晶的白色锡(βSn)在低温中丧失延展性，同位素相变为非常脆的灰色立方晶的结晶(αSn，灰色锡)的现象，该现象自古以来被公知。从βSn向αSn的相变温度大约为13℃，由于过冷的影响，实际上锡瘟只有在-20℃以下才会发生，在-40℃前后显著。随着电子机器在气温低于-20℃的寒冷区域的使用的普及，锡瘟引起的钎焊部的脆化和剥离也成问题。

在下述专利文献2中，为了防止以锡为主成分的焊料合金中的锡瘟的发生，提出了添加150～900ppm(＝0.015～0.09％)的量的(1)Pb、(2)Pb+Bi和Ag的一种或两种、或(3)Bi+Ag。焊料合金系为Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Sb-Ag系、Sn-Zn-Bi系等多种组成的任一种均可。

虽然并非是以抑制锡瘟的发生为目的，但在专利文献3中公开了以质量％计含有Bi：0.1～5.0％、Ag：0.1～5.0％、Sb：0.1～3.0％、Cu：0.1～5.0％、P：0.001～0.01％、Ge：0.01～0.1％，余量是锡的无铅焊料，在专利文献4中公开了以质量％计含有Ni：0.01～0.5％、Cu：大于2％但在5％以下，根据情况还含有Ag、In、Zn、Sb、Bi、Ge和P中选出的一种以上：0.01％的Sn-Cu-Ni合金。这些专利文献的实施例中均大量添加Bi，为3质量％以上。

专利文献1：特开2003-94195号公报

专利文献2：特开2006-212660号公报

专利文献3：特开平10-225790号公报