Ｐｂフリーはんだ　Ｓｎ－Ａｇ

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｐｂフリーはんだの金属学的基礎

（９）　異種はんだ合金の混合

（９－１）　低融点成分の影響

（９－１－１）　Ｓｎはんだ合金系の低融点相

　Ｓｎ合金で低融点相を形成する元素で利用されることの多いのはＰｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎである。

①　Ｐｂフリーはんだで考えられるＰｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎとの主な低融点相

主な２元、３元系低融点共晶

組成	共晶点（℃）
Sn-52In	118
In-3Ag	143
Sn-58Bi	138
Pb-55.5Bi	124
66.3In-33.7Bi	72
67Bi-33In	109

Sn-52Bi-30Pb	96
51In-32.5Bi-16.5Sn	60
57Bi-26In-17Sn	79
54.0Bi-29.68In-16.3Sn	81

Sn-37Pb-2Ag	177

②　主な３元系状態図

Ｍｅｉ
　Ｓｎ－Ｐｂ－Ｂｉ、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｉｎ、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｉｎ、Ｐｂ－Ｂｉ－Ｉｎ

Ｍｏｅｌａｎｓ

Ｍｏｅｌａｎｓ

ＮＩＳＴ

　１３６℃（包晶）：Ｌ＋Ｐｂ→Ｓｎ＋Ｐｂ、Ｓｎ－４７．６εＰｂ－３０．５Ｂｉ
　　９８℃：Ｌ→Ｓｎ＋Ｐｂ＋Ｂｉ、Ｓｎ－３２．５εＰｂ－５１．６Ｂｉ

ＮＩＳＴ

　１７７℃：Ｌ→Ａｇ３Ｓｎ＋Ｐｂ＋Ｓｎ、Ｓｎ－３６．３Ｐｂ－１．５Ａｇ

　低温相東芝戎谷ら
　

Ｚｅｎｇ　

③　低融点相の形成

モトローラ　各種ＰｂフリーはんだげのＰｂ添加により形成される低融点相
　　

　Ｓｎ－１８Ｂｉ－４０Ｐｂ　包晶　１３７℃　
　Ｓｎ－５１Ｂｉ－３２Ｐｂ　共晶　９６℃
　Ｓｎ－３６Ｐｂ－２Ａｇ　　共晶　１７９℃

山
　Ｓｎ－１０ＰｂのＳＯＰとＳＡＣ３０５、Ｓｎ８Ｚｎ０．３Ｂｉ、Ｓｎ３．５Ａｇ８Ｉｎ０．５Ｂｉはんだによる低融点相の形成
　加熱引張り試験

東芝　前原
　Ｓｎ－ＰｂめっきでのＳｎ－Ａｇ－Ｐｂの低融点相形成
　ＳｎＡｇＣｕはんだ

Ｃｈｏｉ
　加熱ＳＤＣ

　Ｓｎ－Ａｇ－Ｉｎ－Ｂｉ（ハリマ）

　Ｂｉを多量に添加したものは偏析で低温相（約１４８℃）が生じる。

菅沼
　Ｓｎ－Ｂｉ系は２１％Ｂｉ以下では共晶組織がないはずだが実際は偏析によると思われる１４０℃付近のピーク発生。

（９－１－２）　Ｐｂフリーはんだでの低融点相形成の影響

①　偏析と凝固組織への影響

　はんだ中の低融点成分の影響・・・ミクロ偏析とマクロ偏析
　　　はんだ融液の温度低下による凝固の開始でβＳｎデンドライトが生成し始め、添加成分、不純物あるいは低融点成分は
　　βＳｎデンドライ間に濃縮し、共晶組織を形成したり、ミクロ偏析したりする。不純物は遅く凝固する部分に濃縮するので特に
　　最終凝固部となりやすい電極との界面にマクロ偏析をもおこす。
　　　電極との界面の最終凝固部では凝固収縮ボイドも形成される。

Ｍａｎｈａｔｔａｎ

　部品端子のはんだめっき中の低融点成分の影響
　　　ＳｎＰｂはんだめっき端子にＰｂフリーはんだ付けした場合、Ｐｂははんだ中に溶け込んでいき、βＳｎデンドライト間に
　　ミクロ偏析するが、Ｐｂはやはり遅く凝固する部分に濃縮するので特に最終凝固部となりやすい電極との界面にマクロ偏析をおこす。

Ｍａｎｈａｔｔａｎ

　赤線部：最終凝固し、Ｐｂ濃縮層を形成しやすい部分

②　フィレット・リフティング（フィレット剥離）、再溶融剥離

　挿入部品ＴＨＤのフローにおけるフィレット剥離
ＮＰＬ　Ｂｉ含有はんだ
　　　Ｂｉ偏析により界面付近で凝固遅れが生じ、凝固収縮、熱収縮などによりフィレット剥離が発生する。

　　ＳｎＰｂはんだめっきでも同様の現象が発生する。
NEC

　大形表面実装部品ＳＭＤのリフロー後のフローのおけるフィレット剥離（再溶融剥離）
　　ＰｂフリーはんだとＳｎＰｂ端子めっき部品のリフロー工程でＳｎ－Ａｇ－Ｐｂ３元共晶が生じ、フロー工程で
　再溶融し、基板の反りにより剥離を起こす。
NEC

　収縮ボイド形成
Ｍａｎｈａｔｔａｎ
　不純物濃縮部で両面リフローの２回目に収縮ボイド形成。

③　高温エージングによる拡散に伴う接合界面偏析と低融点相形成

富士通

　Ｓｎ－１０ＰｂはんだめっきリードとＳｎ－Ｚｎ－Ｂｉはんだ
　１５０℃ｘ１００ｈ

シャープ
　Ｓｎ－１０Ｐｂめっき

　この現象はリフロー後のフローの影響でも生じる。
松下

④　ＳｎＢｉはんだとＰｂ

　Ｐｂ汚染の影響
　　ＮＩＳＴによるとＰｂ汚染によりＳｎ－Ｂｉはんだでは接合部に空隙が生じることが大きな問題となる。
　　この空隙は通常熱疲労後に部品電極と基板パッドの間の狭い空間に生じる。
　　これはこの部分がフィレット部より後に凝固するので空隙や熱間割れが生じやすいのと、更に９６℃以上の熱疲労により
　３元共晶相が形成されるためである。