Бессвинцовый припой

Бессвинцовый припой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к бессвинцовому припою для низкотемпературной пайки, обладающему меньшим ухудшением с течением времени и превосходной долговременной надежностью, а также к паяному соединению, использующему этот припой.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Для того чтобы уменьшить глобальную нагрузку на окружающую среду, в качестве соединительного материала для электронных компонентов стал широко использоваться бессвинцовый припой, и его типичными составами являются припой из сплава системы Sn-Ag-Cu или припой из сплава системы Sn-Cu-Ni.

В последнее время, в дополнение к припою из сплава системы Sn-Ag-Cu и припою из сплава системы Sn-Cu-Ni, были предложены бессвинцовый припой, в который добавлены Bi, In или Sb и т.д., а также бессвинцовый припой, такой как припой из сплава Sn-Zn, в соответствии с назначением пайки и характеристиками пайки.

[0003] В частности, раскрыт бессвинцовый припой, в который добавлены Bi, Sb или In с целью увеличения механической прочности паяных соединений или уменьшения температуры солидуса.

Например, в патентном документе 1 раскрыт бессвинцовый припой, позволяющий легко управлять температурой плавления припоя путем добавления 0,01-3 мас.% Bi к основному составу Sn-Cu-Ni.

В дополнение, в патентном документе 2 раскрыт бессвинцовый припой с улучшенной механической прочностью за счет добавления Bi к основному составу Sn-Cu-Sb в пропорции 1 мас.% или менее.

Кроме того, в патентном документе 3 раскрыт бессвинцовый припой, имеющий эффекты увеличения прочности сцепления и уменьшения температуры солидуса за счет добавления 0,001-5 мас.% Cu, Ni и Bi к Sn.

Кроме того, в патентном документе 4 заявитель раскрывает бессвинцовый припой, обладающий высокой прочностью соединения во время пайки за счет образования в паяном соединении и на его границе интерметаллического соединения с гексагональной плотноупакованной структурой за счет добавления предписанного количества Ni и Cu к эвтектическому составу Sn-Bi.

[0004] Однако методы, раскрытые в патентных документах 1-4, также имеют проблемы, которые необходимо решить. Например, состав припоя, раскрытый в патентном документе 1, требует добавления 2-5 мас.% Cu, и температура пайки превышает 400°С, что по меньшей мере на 150°С выше, чем у припоя из сплава системы Sn-Ag-Cu или припоя из сплава системы Sn-Cu-Ni, которые являются типичными составами бессвинцового припоя.

Кроме того, в составе припоя, раскрытого в патентном документе 2, к его основному составу добавлено 10 мас.% или более Sb, так что его температура солидуса составляет 230°С или выше, как описано в примере, и как в Патентном документе 1, необходимо выполнять процесс пайки при более высокой температуре по сравнению с обычным составом типичного бессвинцового припоя.

Кроме того, раскрытый в патентном документе 3 метод не относится к составу припоя, который может быть применен в различных паяных соединениях, а является составом припоя, ограниченным применением в виде сверхтонкой проволоки, и поэтому имеет проблемы с универсальностью.

Между тем, раскрытый в патентном документе 4 метод является методом, предназначенным для обеспечения прочного соединения за счет образования интерметаллического соединения с кристаллической структурой типа NiAs на границе соединения, в котором соотношение компонентов Sn и Bi составляет Sn:Bi = 76-37 ат.% : 23-63 ат.%, и этот метод направлен на околоэвтектический состав.

Кроме того, патентный документ-публикация 5 раскрывает метод, относящийся к составу припоя, который приспособлен для предотвращения возникновения оловянной чумы при чрезвычайно низкой температуре и включает сплав Sn-Cu-Ni-Bi, обладающий хорошей смачиваемостью и ударопрочностью. Для целей соответствующего изобретения состав ограничен диапазонами примешиваемого количества Cu от 0,5 до 0,8 мас.%, примешиваемого количества Ni от 0,02 до 0,04 мас.% и примешиваемого количества Bi от 0,1 мас.% до менее чем 1 мас.%.

[0005] В целом, при использовании электронного устройства паяное соединение электронного устройства находится в проводящем состоянии, и в некоторых случаях припаянная деталь может подвергаться воздействию высокой температуры.

При этом с точки зрения надежности паяного соединения становится очень важной прочность связи, когда паяное соединение подвергается воздействию высокой температуры, а также прочность связи во время пайки.

Между тем, раскрытые в патентных документах 1-5 методы не дают никакой информации относительно прочности связи, когда паяное соединение подвергается воздействию высокой температуры в течение длительного времени.

Кроме того, требуется бессвинцовый припой, обеспечивающий возможность пайки с высокой надежностью, которая достаточна для того, чтобы выдержать длительное использование электронного устройства, а также обладающий универсальностью в плане соединения пайкой.

ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0006] Патентный документ 1: выложенная публикация заявки на патент Японии № 2001-334384

Патентный документ 2: выложенная публикация заявки на патент Японии № 2004-298931

Патентный документ 3: выложенная публикация заявки на патент Японии № 2006-255762

Патентный документ 4: выложенная публикация заявки на патент Японии № 2013-744

Патентный документ 5: Международная публикация WO 2009/131114

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0007] Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить бессвинцовый припой и паяное соединение, способные сохранять высокую прочность соединения без уменьшения прочности связи даже в высокотемпературном состоянии после пайки, а также имеющие высокую надежность и универсальность.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0008] Авторы настоящего изобретения сосредоточились на составе бессвинцового припоя и интерметаллическом соединении и повторно провели интенсивные исследования по вышеописанной задаче. В результате они обнаружили, что путем добавления конкретного количества Bi к бессвинцовому припою с Sn-Cu-Ni в качестве основного состава уменьшение прочности связи подавляется даже тогда, когда припаянная деталь подвергается воздействию высокой температуры, и тем самым настоящее изобретение было выполнено на основе этого обнаруженного факта.

[0009] Таким образом, настоящее изобретение предлагает состав бессвинцового припоя с Sn-Cu-Ni в качестве основного состава, включающий 76,0-99,5 мас.% Sn, 0,1-2,0 мас.% Cu и 0,01-0,5 мас.% Ni, и дополнительно включающий 0,1-5,0 мас.% Bi, тем самым обеспечивая возможность пайки с высокой надежностью, которая сохраняет прочность соединения без уменьшения прочности связи паяного соединения, даже когда оно подвергается воздействию высокой температуры в течение долгого времени, а также во время связывания.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ

[0010] Бессвинцовый припой по настоящему изобретению обладает универсальностью, которая не ограничивается способом использования продукта припоя или его формой, и даже когда паяное соединение подвергается высокотемпературному состоянию в течение длительного времени, прочность соединения не будет уменьшаться. Следовательно, бессвинцовый припой может широко применяться к устройствам, имеющим соединяемые припоем детали, в которых протекает большой ток, к устройствам, которые подвергаются высокотемпературному состоянию, и т.п., а также к соединениям электронных устройств.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 представляет собой график, иллюстрирующий результат эксперимента.

Фиг. 2 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении каждого образца с составом из Таблицы 2.

Фиг. 3 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении каждого образца с составом из Таблицы 4.

Фиг. 4 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, содержащих различные добавочные количества Cu.

Фиг. 5 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, содержащих различные добавочные количества Ni.

Фиг. 6 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, содержащих различные добавочные количества Ge.

Фиг. 7 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, содержащих различные добавочные количества In.

Фиг. 8 представляет собой график, суммирующий результаты измерения коэффициента удлинения модифицированных индием (In) образцов.

Фиг. 9 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, в которые добавлен дополнительный элемент.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Далее настоящее изобретение будет описано подробно.

Традиционно прочность соединения во время пайки была важным моментом при низкотемпературной пайке электронных устройств или т.п., и поэтому был разработан и предложен припой, способный улучшить прочность соединения во время пайки.

Однако паяные соединения, используемые в электронных устройствах и т.п., могут часто подвергаться воздействию высокой температуры или находиться в таком состоянии, в котором через них протекает электрический ток, особенно во время использования электронного устройства, и в некоторых случаях увеличение температуры паяных соединений может быть ускорено внешней средой. Следовательно, для того чтобы улучшить надежность паяных соединений, необходимо подавить деградацию с течением времени таких паяных соединений, которые подвергаются воздействию высоких температур.

При этом в качестве способа оценки паяных соединений обычно используется так называемое испытание термоциклированием, при котором паяное соединение многократно переводят из высокотемпературного состояния в низкотемпературное состояние на заданное время. Однако также известно, что поскольку в этом способе паяные соединения выдерживают в высокотемпературном состоянии, а затем – в низкотемпературном состоянии в течение заданного времени, состояние паяных соединений после этого испытания отличается от их состояния после испытания на старение, при котором паяные соединения выдерживают только в высокотемпературном состоянии в течение длительного времени.

Настоящее изобретение относится к составу припоя, способному подавлять уменьшение прочности соединения у паяного соединения вследствие непрерывного нахождения паяных соединений в высокотемпературном состоянии, то есть в среде, которая является примером реальной ситуации использования электронных устройств.

[0013] В частности, настоящее изобретение относится к бессвинцовому припою, который может включать в себя 76,0-99,5 мас.% Sn, 0,1-2,0 мас.% Cu, 0,01-0,5 мас.% Ni и 0,1-5,0 мас.% Bi, и к паяному соединению, использующему этот бессвинцовый припой.

[0014] Кроме того, также возможно добавлять один или два или более элементов, выбираемых из 0,1-5,0 мас.% Sb, 0,1-10,0 мас.% In, 0,001-1,0 мас.% Ge и 0,001-1,0 мас.% Ga, к основному составу, включающему 76,0-99,5 мас.% Sn, 0,1-2,0 мас.% Cu, 0,01-0,5 мас.% Ni и 0,1-5,0 мас.% Bi.

В дополнение, к бессвинцовому припою по настоящему изобретению с Sn-Cu-Ni-Bi в качестве основного состава также может быть произвольно добавлен такой элемент, как P, Co, Al, Ti, Ag и т.д. в диапазоне, в котором получаются эффекты настоящего изобретения.

[0015] Синергетический эффект увеличения механической прочности паяных соединений ожидается при достижении эффектов настоящего изобретения за счет добавления Sb к припою с Sn-Cu-Ni-Bi в качестве его основного состава.

Кроме того, при добавлении In, даже если Cu или Sb добавляются к припою в количестве, превышающем 1 мас.%, может быть получен эффект уменьшения температуры солидуса одновременно с достижением эффектов настоящего изобретения, и может ожидаться эффект уменьшения нагрузки, прикладываемой к электронным компонентам, соединенным с электронными устройствами, сокращения трудозатрат на пайку и т.п.

Кроме того, при добавлении Ge или Ga становится возможным подавить окисление паяного соединения и улучшить смачиваемость, и может также ожидаться синергетический эффект улучшения долгосрочной надежности и характеристик пайки паяного соединения при одновременном достижении эффектов настоящего изобретения.

[0016] Далее эффекты настоящего изобретения будут описаны путем иллюстрирования экспериментальным примером.

Испытание старением, которое будет описано ниже, выполняли на бессвинцовом припое по настоящему изобретению и оценивали его свойства.

[Испытание старением]

Способ

1) Припой с показанным в Таблице 1 составом приготовили и расплавили, а затем отлили в литейную форму в виде двутавра, имеющую поперечное сечение 10 мм × 10 мм, приготовив образец для измерения.

2) Образец для измерения выдерживали при 150°С в течение 500 часов для того, чтобы выполнить обработку старением.

3) Образцы, на которых была выполнена обработка старением, и образцы, на которых не была выполнена обработка старением, растягивали до их разрыва с использованием испытательной машины AG-IS (производства компании Shimadzu Corp.) со скоростью 10 мм/мин при комнатной температуре (от 20°С до 25°С), измеряя тем самым прочность образцов при растяжении.

Результаты

Результаты измерений показаны на Фиг. 1.

[0017] Таблица 1

Образец №	Составы(мас.%)	Элемент (мас.%)
Sn	Cu	Ni	Bi	Ge	Ag	In	Mn
1	Sn-0,7Cu-0,05Ni-Ge	Остальное	0,7	0,05	-	0,007	-	-	-
2	Sn-0,7Cu-0,05Ni-0,5Bi-Ge	Остальное	0,7	0,05	0,5	0,007	-	-	-
3	Sn-0,7Cu-0,05Ni-1,0Bi-Ge	Остальное	0,7	0,05	1,0	0,006	-	-	-
4	Sn-0,7Cu-0,05Ni-1,5Bi-Ge	Остальное	0,7	0,05	1,5	0,006	-	-	-
5	Sn-0,7Cu-0,05Ni-2,0Bi-Ge	Остальное	0,7	0,05	2,0	0,006	-	-	-
6	Sn-0,7Cu-0,3Ag	Остальное	0,7	-	-	-	0,3	-	-
7	Sn-0,7Cu-0,8Ag	Остальное	0,7	-	-	-	0,8	-	-
8	Sn-1,0Cu-0,5Ag-0,05Mn	Остальное	1,0	-	-	-	0,5	-	0,008
9	Sn-0,5Cu-3,0Ag	Остальное	0,5	-	-	-	3,0	-	-

[0018] График, показанный на Фиг. 1, иллюстрирует слева результаты измерения образцов, на которых обработка старением не выполнялась, а справа – соответственно результаты измерения образцов, на которых обработка старением была выполнена.

Образцы по настоящему изобретению соответствуют №№ 2-5, и можно увидеть, что прочность при растяжении образца, на котором была выполнена обработка старением, несильно уменьшается по сравнению с прочностью образца, на котором обработка старением не выполнялась.

В то же время образец № 1 и образцы №№ 6-9, которые являются сравнительными образцами, показывают заметное уменьшение прочности при растяжении образца, на котором обработка старением была выполнена, по сравнению с прочностью образца, на котором обработка старением не выполнялась.

Из этих результатов легко можно понять, что даже при том, что бессвинцовый припой с Sn-Cu-Ni-Bi в качестве основного состава по настоящему изобретению подвергался воздействию высокой температуры в 150°С в течение 500 часов, уменьшение его прочности при растяжении было подавлено по сравнению с другими составами бессвинцового припоя.

[0019] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, к которому приводит изменение добавочного количества Bi по отношению к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi. Более подробно это будет описано на основе результатов измерения изменения прочности при растяжении образцов, в которых к такому составу добавлено от 0 мас.% до 6 мас.% Bi.

Таблица 2 показывает составы образцов, использованных в измерении прочности при растяжении.

В качестве Сравнительного примера (Образец i: название образца «SN2») использовался состав Sn-Cu-Ni, в котором не содержится добавка Bi. Кроме того, образцы, содержащие Bi, упоминаются как Образец ii «название образца: +0,1Bi*», Образец iii «название образца: +0,5Bi*», Образец iv «название образца: +1,0Bi*», Образец v «название образца: +1,5Bi*», Образец vi «название образца: +2,0Bi*», Образец vii «название образца: +3,0Bi*», Образец viii «название образца: +4,0Bi*», Образец ix «название образца: +5,0Bi*» и Образец x «название образца: +6,0Bi*». В Образцы ii-x Bi включен в количестве 0,1 мас.%, 0,5 мас.%, 1,0 мас.%, 1,5 мас.%, 2,0 мас.%, 3,0 мас.%, 4,0 мас.%, 5,0 мас.% и 6,0 мас.% соответственно.

[0020] Образцы i-x с показанными в Таблице 2 составами приготовили способом, описанным выше в абзаце [0016]. После этого на образцах выполняли обработку старением при 150°С в течение 0 час и 500 час и измеряли их прочность при растяжении.

[0021] Таблица 2

№	Названиеобразца	Элемент (мас.%)
Sn	Cu	Ni	Bi
ОБРАЗЕЦ i	SN2	Остальное	0,7	0,05	0
ОБРАЗЕЦ ii	+0,1Bi*	Остальное	0,7	0,05	0,1
ОБРАЗЕЦ iii	+0,5Bi*	Остальное	0,7	0,05	0,5
ОБРАЗЕЦ iv	+1,0Bi*	Остальное	0,7	0,05	1,0
ОБРАЗЕЦ v	+1,5Bi*	Остальное	0,7	0,05	1,5
ОБРАЗЕЦ vi	+2,0Bi*	Остальное	0,7	0,05	2,0
ОБРАЗЕЦ vii	+3,0Bi*	Остальное	0,7	0,05	3,0
ОБРАЗЕЦ viii	+4,0Bi*	Остальное	0,7	0,05	4,0
ОБРАЗЕЦ ix	+5,0Bi*	Остальное	0,7	0,05	5,0
ОБРАЗЕЦ x	+6,0Bi*	Остальное	0,7	0,05	6,0

[0022] Таблица 3

A(0 ЧАС)	Образец №	i	ii	iii	iv	v	vi	vii	viii	ix	x
Название образца	SN2	+0,1Bi*	+0,5Bi*	+1,0Bi*	+1,5Bi*	+2,0Bi*	+3,0Bi*	+4,0Bi*	+5,0Bi*	+6,0Bi*
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа)	32,0	33,0	40,0	47,0	51,5	58,9	68,0	78,1	81,5	87,0
C(500 ЧАС)	Образец №	i	ii	iii	iv	v	vi	vii	viii	ix	x
Название образца	SN2	+0,1Bi*	+0,5Bi*	+1,0Bi*	+1,5Bi*	+2,0Bi*	+3,0Bi*	+4,0Bi*	+5,0Bi*	+6,0Bi*
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа)	27,2	30,2	36,7	46,2	52,6	60,0	69,1	74,9	71,8	62,5
КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A)	(%)	85,0%	91,5%	91,8%	98,3%	102,1%	101,9%	101,6%	95,9%	88,1%	71,8%

[0023] Таблица 3 показывает результаты измерений Образцов i-x. Часть «A» Таблицы 3 показывает результаты измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 3 показывает результаты измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час, и коэффициент изменения прочности является результатом, полученным путем измерения изменения прочности при растяжении после старения в течение 500 час, если брать результат «A» (0 час) за 100%. Кроме того, Фиг. 2 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении Образцов i-x.

[0024] На этом графике видно, что для обеих продолжительностей обработки старением - 0 час и 500 час - прочность при растяжении Образцов ii-x, в которые добавлен Bi, является более высокой, чем прочность при растяжении Образца i, в который не добавлен Bi.

Кроме того, в случае обработки старением в течение 500 час Образцы ii-x, в которых добавочное количество Bi составляет 0,1 мас.% или больше, показывают более высокую прочность при растяжении, чем Образец i, в который не добавлен Bi. В дополнение к этому, Образцы iv-vii, в которых добавочное количество Bi составляет от 1,0 мас.% до 3,0 мас.%, показывают коэффициент изменения прочности 98% или выше. Следует отметить, что коэффициент изменения прочности при растяжении после старения в течение 500 час является весьма низким, и в частности прочность при растяжении после старения в течение 500 час образцов v-vii даже повышается по сравнению с тем случаем, в котором обработка старением не выполняется.

В то же время Образец x, в котором добавочное количество Bi составляет 6 мас.%, показывает коэффициент изменения прочности при растяжении 71,8%, что меньше, чем 85,2% у Образца i, в котором Bi не добавлен, и таким образом можно сказать, что 6 мас.% не является предпочтительным добавляемым количеством.

[0025] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, вызываемое изменением добавочного количества Bi, в случае добавления Ge к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi. Более конкретно, измеряли изменение прочности при растяжении образцов, в которых Bi добавляется к такому составу в количестве от 0 до 6 мас.%.

[0026] Таблица 4 показывает составы образцов, использованных при измерении прочности при растяжении. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, Bi не входил в состав Образца 1 «SAC305» и Образца 2 «SN1». А в Образце 3 «+0,1Bi», Образце 4 «+0,5Bi», Образце 5 «+1,0Bi», Образце 6 «+1,5Bi», Образце 7 «+2,0Bi», Образце 8 «+3,0Bi», Образце 9 «+4,0Bi», Образце 10 «+5,0Bi» и Образце 11 «+6,0Bi» Bi содержался в количестве 0,1 мас.%, 0,5 мас.%, 1 мас.%, 1,5 мас.%, 2 мас.%, 3 мас.%, 4 мас.%, 5 мас.% и 6 мас.% соответственно.

[0027] Кроме того, во всех образцах, за исключением Образца 1 «SAC305», содержалось 0,7 мас.% Cu, 0,05 мас.% Ni и 0,006 мас.% Ge, а остаток – Sn. В дополнение к этому, в Образце 1 «SAC305» содержалось 3 мас.% Ag и 0,5 мас.% Cu, а остаток – Sn.

[0028] В дальнейшем для удобства объяснения Образец 1 «SAC305», Образец 2 «SN1», Образец 3 «+10,1Bi», Образец 4 «+0,5Bi», Образец 5 «+1,0Bi», Образец 6 «+1,5Bi», Образец 7 «+2,0Bi», Образец 8 «+3,0Bi», Образец 9 «+4,0Bi», Образец 10 «+5,0Bi» и Образец 11 «+6,0Bi» будут упоминаться как «Образец 1», «Образец 2», «Образец 3», «Образец 4», «Образец 5», «Образец 6», «Образец 7», «Образец 8», «Образец 9», «Образец 10» и «Образец 11» соответственно.

[0029] Таблица 4

№	Названиеобразца	Элемент (мас.%)
Sn	Ag	Cu	Ni	Ge	Bi
ОБРАЗЕЦ 1	SNC305	Остальное	3	0,5	0	0	0
ОБРАЗЕЦ 2	SN1	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	0
ОБРАЗЕЦ 3	+0,1Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	0,1
ОБРАЗЕЦ 4	+0,5Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	0,5
ОБРАЗЕЦ 5	+1,0Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	1
ОБРАЗЕЦ 6	+1,5Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	1,5
ОБРАЗЕЦ 7	+2,0Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	2
ОБРАЗЕЦ 8	+3,0Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	3
ОБРАЗЕЦ 9	+4,0Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	4
ОБРАЗЕЦ 10	+5,0Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	5
ОБРАЗЕЦ 11	+6,0Bi	Остальное	0	0,7	0,05	0,006	6

[0030] Образцы 1-11 с показанными в Таблице 4 составами приготовили вышеописанным способом. Обработку старением выполняли на приготовленных Образцах 1-11 в течение 0 час и 500 час при 150°С и измеряли их прочность при растяжении вышеописанным способом.

[0031] Таблица 5

A(0 ЧАС)	Образец №	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Название образца	SNC305	SN1	+0,1Bi	+0,5Bi	+1,0Bi	+1,5Bi	+2,0Bi	+3,0Bi	+4,0Bi	+5,0Bi	+6,0Bi
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа)	48,2	32,5	32,8	39,9	46,5	51,6	58,7	68,2	78,3	81,6	86,1
C(500 ЧАС)	Образец №	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Название образца	SNC305	SN1	+0,1Bi	+0,5Bi	+1,0Bi	+1,5Bi	+2,0Bi	+3,0Bi	+4,0Bi	+5,0Bi	+6,0Bi
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа)	35,6	27,7	30	36,5	45,6	52,7	59,1	70,2	75,1	71,9	61,8
КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A)	(%)	73,9%	85,2%	91,5%	91,6%	98,2%	102,2%	100,7%	102,9%	95,9%	88,1%	71,8%

[0032] Таблица 5 показывает результаты измерений Образцов 1-11. Часть «А» Таблицы 5 показывает результаты измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 5 показывает результаты измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час, и коэффициент изменения прочности является результатом, полученным путем измерения изменения прочности при растяжении после старения в течение 500 час, если брать результат «A» (0 час) за 100%. Кроме того, Фиг. 3 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении Образцов 1-11.

[0033] На этом графике видно, что для обеих продолжительностей обработки старением - 0 час и 500 час - прочность при растяжении Образцов 3-11, в которые добавлен Bi, является более высокой, чем прочность при растяжении Образца 2, который не добавлен Bi.

Кроме того, в случае обработки старением в течение 500 час Образцы 4-11, в которых добавочное количество Bi составляет 0,5 мас.% или больше, показывают более высокую прочность при растяжении, чем Образец 1, в который не добавлен Bi, но добавлено Ag. В дополнение к этому, можно заметить, что Образцы 5-8, в которых добавочное количество Bi составляет от 1,0 мас.% до 3,0 мас.%, показывают коэффициент изменения прочности 98% или выше, что является очень малым коэффициентом изменения прочности при растяжении после старения в течение 500 час.

Соответственно, поскольку в случае Образцов 4-11 Ag не используется, возможно достигнуть уменьшения стоимости при наличии эффекта улучшения прочности при растяжении.

[0034] Кроме того, можно заметить, что в случае Образцов 3-9, то есть по мере того, как добавочное количество Bi увеличивается с 0,1 мас.% до 4 мас.%, прочность при растяжении увеличивается. В дополнение к этому, в таком диапазоне добавочного количества Bi нет никаких значительных различий между прочностью при растяжении в том случае, когда обработка старением не выполнялась, и прочностью при растяжении в том случае, когда обработка старением выполнялась в течение 500 час.

[0035] В то же время в случае Образцов 10 и 11, в которых добавочное количество Bi составляет 5 мас.% или больше, по мере увеличения добавочного количества Bi увеличивается прочность при растяжении в том случае, когда обработка старением не выполнялась, но коэффициент изменения прочности имел тенденцию к уменьшению, в частности в случае 6 мас.% коэффициент изменения прочности при растяжении составляет 71,8%, что ниже, чем 85,2% в том случае, когда Bi не добавляется (Образец 2), и поэтому можно сказать, что 6 мас.% не является предпочтительным добавляемым количеством.

[0036] Как можно понять из вышеприведенных результатов измерения, когда бессвинцовый припой, состоящий из Sn, Cu, Ni, Bi и Ge, подвергается воздействию тяжелой среды эксплуатации, то есть высокой температуры 150°С в течение длительного времени, предпочтительно, чтобы добавочное количество Bi составляло от 0,5 до 4,0 мас.%, а более предпочтительно, от 1,0 до 3,0 мас.%. В таком диапазоне добавочного количества Bi, как описано выше, даже в том случае, когда обработка старением выполняется в течение 500 час, может быть получена высокая прочность при растяжении. Кроме того, нет никаких значительных различий между прочностью при растяжении в том случае, когда обработка старением не выполняется, и прочностью при растяжении в том случае, когда обработка старением выполняется в течение 500 час, то есть может быть получена стабильная прочность при растяжении.

[0037] Кроме того, в случае Образца 10, в котором добавочное количество Bi составляет 5 мас.%, прочность при растяжении после обработки старением была более низкой, чем прочность при растяжении в том случае, когда обработка старением не выполнялась, как описано выше. Однако, поскольку прочность при растяжении Образцов 1 и 2, в которых Bi не добавлен, является более низкой, чем прочность при растяжении Образца 10 после выполнения процесса старения, добавочное количество Bi может составлять от 0,1 до 5,0 мас.%.

[0038] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, вызываемое изменением добавляемого количества Cu, в случае добавления Ge к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi.

[0039] В этом случае Ni, Bi и Ge содержатся в количестве 0,05 мас.%, 1,5 мас.% и 0,006 мас.% соответственно. Кроме того, Cu добавляется в количестве от 0,05 до 2,2 мас.%, а остаток – Sn. В дальнейшем для удобства объяснения образец, в котором добавлено 0,05 мас.% Cu, образец, в котором добавлено 0,1 мас.% Cu, образец, в котором добавлено 0,7 мас.% Cu, образец, в котором добавлено 2 мас.% Cu, и образец, в котором добавлено 2,2 мас.% Cu, будут упоминаться как «0,05Cu», «0,1Cu», «0,7Cu», «2Cu» и «2,2Cu» соответственно.

[0040] Эти образцы приготовили вышеописанным способом и выполняли обработку старением на приготовленных образцах при 150°С в течение 0 час и 500 час, и их прочность при растяжении измеряли вышеописанным способом.

[0041] Таблица 6

A(0 ЧАС)	Название образца	0,05Cu	0,1Cu	0,7Cu	2Cu	2,2Cu
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа)	46,4	46,6	51,6	61,2	60,2
C(500 ЧАС)	Название образца	0,05Cu	0,1Cu	0,7Cu	2Cu	2,2Cu
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа)	44,7	45,4	52,7	60,9	57,6
КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A)