CN107398655B

CN107398655B - 焊料合金以及使用其的安装结构体

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Publication number: CN107398655B
Application number: CN201710331879.1A
Authority: CN
Inventors: 秋山真之介; 日根清裕; 北浦秀敏; 古泽彰男
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2037-05-11
Also published as: EP3246421A1; US20170334026A1; EP3246421B1; JP6745453B2; US10960496B2; JP2017205790A; CN107398655A

Abstract

一种焊料合金，含有0.5质量％以上且1.25质量％以下的Sb、将[Sb]作为Sb含有比例(质量％)、将[In]作为In含有比例(质量％)时，满足以下的式(I)或(II)的In、0.5≤[Sb]≤1.0的情况下5.5≤[In]≤5.50+1.06[Sb]···(I)1.0＜[Sb]≤1.25的情况下5.5≤[In]≤6.35+0.212[Sb]···(II)(式中，[Sb]表示Sb含有比例(质量％)，[In]表示In含有比例(质量％))0.5质量％以上且1.2质量％以下的Cu、0.1质量％以上且3.0质量％以下的Bi、1.0质量％以上且4.0质量％以下的Ag、和0质量％以上且0.025质量％以下的Co，余量由Sn构成。

Description

焊料合金以及使用其的安装结构体

技术领域

本发明涉及主要用于面向电子电路基板的电子部件的焊接的焊料合金以及使用其的安装结构体。

背景技术

近年来，为了实现发动机的高效率化和舒适的车内空间而进行汽车的电气化。因此，搭载于汽车的电子设备的数量有增加的倾向，对于热、冲击这样的负荷保持高可靠性是重要的。

关于这样的要求，对于安装车载电子设备时使用的焊料合金自身也开始要求高可靠性。焊料合金与作为连接部件的印刷基板、电子设备相比熔点低，容易显著受到基于热的影响。例如，在高温环境下由于焊料内部的组织的成长等的影响而机械特性降低。进而在构成部件间线膨胀系数不同，因此通过反复受到温度变化而应力在焊料接合部分集中，有时产生裂纹。因此，对于车载电子设备的安装时使用的焊料合金，需要在高温环境下具有高的强度和延展性并且还能耐受反复温度变化的那样的焊料合金。

作为以往的耐热疲劳特性优异的焊料合金，已知一种焊料合金，其由Ag 1.0～4.0质量％、In 4.0～6.0质量％、Bi 0.1～1.0质量％、选自Cu、Ni、Co、Fe和Sb中的1种以上元素的合计1质量％以下(但是除了0质量％)、和余量的Sn构成，已知一种电子部件接合体(安装结构体)(专利第5280520号公报)，凭借使用所述焊料合金形成的接合部，电子部件的包含铜的电极部与基板的包含铜的电极接合区接合，在该接合部，电子部件的电极部与基板的电极接合区之间由Cu-Sn金属间化合物至少部分地封闭。专利第5280520号公报中记载，通过所述构成，能够防止-40℃与150℃之间的温度循环试验中的龟裂(裂纹)的发生和伸长。

另外，作为耐热疲劳特性优异的其它焊料合金，已知一种焊料合金，其特征在于，是锡-银-铜系的焊料合金，由锡、银、铜、铋、镍和钴构成，相对于所述焊料合金的总量，所述银的含有比例为2质量％以上且4质量％以下，所述铜的含有比例为0.1质量％以上且1质量％以下，所述铋的含有比例为0.5质量％以上且4.8质量％以下，所述镍的含有比例为0.01质量％以上且0.15质量％以下，所述钴的含有比例为0.001质量％以上且0.008质量％以下，作为其它元素添加有铟、锑，所述锡的含有比例为剩余的比例(专利第5349703号公报)。专利第5349703号公报中记载，根据所述焊料合金，在-40℃与125℃之间的温度(冷热)循环试验中能够提高焊料合金的耐久性。

本发明人等独自发现，通过对于Sn-Ag-Bi-In系焊料合金必须添加Sb和Cu这二者，且相对于Sb含有比例严密地控制In含有比例，从而在以往无法设想的那样的高的温度、具体来说175℃下也耐热疲劳特性优异。另外，发现通过对上述焊料合金添加Co从而耐冲击特性优异，以至于完成本发明涉及的焊料合金以及使用其的安装结构体。

发明内容

根据本发明，提供一种焊料合金以及使用其的安装结构体，

其含有0.5质量％以上且1.25质量％以下的Sb、将[Sb]作为Sb含有比例(质量％)、将[In]作为In含有比例(质量％)时，满足以下的式(I)或(II)的In、

0.5≤[Sb]≤1.0的情况下

5.5≤[In]≤5.50+1.06[Sb]···(I)

1.0＜[Sb]≤1.25的情况下

5.5≤[In]≤6.35+0.212[Sb]···(II)

0.5质量％以上且1.2质量％以下的Cu、0.1质量％以上且3.0质量％以下的Bi、1.0质量％以上且4.0质量％以下的Ag、0质量％以上且0.025质量％以下的Co，余量由Sn构成。

根据本发明，在175℃这样的高温环境下可以实现耐热疲劳特性优异的焊料合金以及使用其的安装结构体。

附图说明

图1为表示实施方式中的焊料合金的DSC测定结果的图。

图2为表示实施方式中说明的焊料合金的In含有比例与相变温度的关系(Sb含有比例为0.5质量％的情况下)的图。

图3为表示实施方式中说明的焊料合金的175℃高温环境下的落下试验结果的图。

具体实施方式

在说明实施方式之前，对以往的技术中的问题点进行简单说明。

搭载于汽车的电子设备的数量有增加的倾向，在受限的空间内确保电子设备的搭载空间变难。因此，通过将电子设备小型化从而相对地扩大搭载空间；和在成为高温环境的发动机室内搭载电子设备取得进展。其结果是，由于小型化导致的电子设备的发热密度的增大、周围环境温度的上升，从而电子设备曝露于进一步高温环境。因此，为了应对今后的电子设备的进化，需要在比作为以往的目标的125℃或150℃更高的温度、具体来说需要在175℃的温度下，也具有高的可靠性、例如耐热疲劳特性的焊料合金。

此外，汽车在发动机工作时经常受到基于振动的冲击，因此需要还能耐受高温环境下的冲击。因此，需要具有175℃的温度下的耐冲击特性的焊料合金。

然而，以往的焊料合金没有考虑上述所示那样的温环境下的使用。具体来说，关于专利文献1记载的焊料合金，设想了其使用温度到150℃为止的使用，关于专利文献2记载的焊料合金，设想了其使用温度到125℃为止的使用。因此，认为175℃的温度下未必能得到充分的可靠性。

本发明为了解决上述那样的课题而完成，目的在于提供在175℃这样的高温环境下也显示出优异的耐热疲劳特性的焊料合金、和不仅具有所述耐热疲劳特性，还具有耐冲击特性的焊料合金。

以下，对于本发明的1个实施方式中的焊料合金以及使用其的安装结构体，参照附图进行详述。

需要说明的是，在本说明书中，对构成焊料合金的元素符号标记[]的是指，焊料合金中的该元素的含有比例(质量％)。

另外，在本说明书中，为了说明焊料合金的金属组成，有时在Sn以外的金属元素的前面示出数值或数值范围，这就像在该技术领域内一般使用的那样，是指用数值或数值范围表示金属组成中所占的各元素的质量％(＝重量％)，余量由Sn构成。

此外，本发明中“焊料合金”是指，其金属组成只要实质上由列举的金属构成，可以包含不可避免地混入的微量金属。焊料合金可具有任意的形态，例如单独地或与金属以外的其它成分(例如助焊剂等)一起用于焊接。

本实施方式的焊料合金含有：

0.5质量％以上且1.25质量％以下的Sb、

满足以下的式(I)或(II)的In、

0.5≤[Sb]≤1.0的情况下

5.5≤[In]≤5.50+1.06[Sb]···(I)

1.0＜[Sb]≤1.25的情况下

5.5≤[In]≤6.35+0.212[Sb]···(II)

(式中，[Sb]表示Sb含有比例(质量％)、[In]表示In含有比例(质量％))

0.5质量％以上且1.2质量％以下的Cu、

0.1质量％以上且3.0质量％以下的Bi、

1.0质量％以上且4.0质量％以下的Ag、和

0质量％以上且0.025质量％以下的Co，

余量由Sn构成。

以往，对于焊料合金自身的强度和延展性那样的、对影响耐热疲劳特性的物性的效果没有明确。另外，对于组合含有Cu和Sb时的复合效果也没有验证。在该状况下，本发明人等对于汽车用电子设备所需的高温环境下的机械特性进行了研究开发，结果发现，通过在具有某个特定的关系性的范围内分别含有In、Cu、Sb，从而至此尚未明确的、高温下的机械特性、特别是高温下的延展性改善、甚至耐热疲劳特性提高。还新发现，通过在该焊料合金中含有规定量的Co，高温下的延展性进一步改善，耐冲击特性提高。

为了明确本实施方式的焊料合金的效果，制作具有规定的组成的焊料合金(试样)，进行了评价。

本实施方式中评价的试样是通过以下方法制作的。

将焊料合金中含有的Sn、Ag、Bi、In、Cu、Sb按照Ag为3.5质量％、Bi为0.5质量％、In为6.0质量％、Cu为0.8质量％、Sb为0.5质量％、Co为0.016质量％、余量为Sn、合计为100g的方式称量。

将称量的Sn投入陶瓷制的坩埚内，调整到500℃的温度和氮气氛，设置于电式夹套加热器中。

确认Sn熔融后，投入In，搅拌3分钟。

投入Bi，进一步搅拌3分钟。

投入Ag，进一步搅拌3分钟。

投入Sb，进一步搅拌3分钟。

投入Cu，进一步搅拌3分钟。

投入Co，进一步搅拌3分钟。

其后，将坩埚从电式夹套加热器中取出，浸渍于填满25℃的水的容器中进行冷却，由此制作焊料合金。

以下，将其称为“焊料合金A”，其合金组成由Sn-3.5Ag-0.5Bi-6.0In-0.8Cu-0.5Sb-0.016Co表示。

另外，为了进行比较，作为以往的焊料合金的例子，与上述同样地制作具有Sn-3.5Ag-0.5Bi-6.0In-0.5Cu的组成的焊料合金。将其称为“以往例1”。

为了评价β-Sn与γ的相变急剧进行的温度即相变温度，取出10mg上述制作的焊料合金，进行差示扫描量热测定(Differential Scanning Calorimetry：DSC)。测定时的升温速率设为10℃/分，在从25℃至250℃的范围内进行测定。将结果示于图1。

图1中，相变温度由从低温(固体)侧到表示熔点的峰之间产生的小的峰(A部)的拐点求出，焊料合金A的相变温度为175℃。另一方面，以往例1的相变温度为165℃。

接着，取出上述制作的焊料合金1g，在Cu板上使用市售的助焊剂在250℃进行焊接，进行温度循环试验。试验条件设为-40℃与175℃之间的温度，每1循环在一40℃和175℃分别保持30分钟(将所述条件的试验称为“-40/175℃的温度循环试验”)，实施500次循环。

其结果是，对于焊料合金A而言，在500次循环后的阶段没有看到自我变形，与此相于，以往例1中发生自我变形。若与上述的结果结合，则对于具有175℃以上的相变温度的焊料合金而言，在-40℃/175℃的温度循环试验中未自我变形，理解为耐受175℃下的使用。

接着，为了评价焊料合金的机械特性，使用拉伸试验片进行175℃环境下的拉伸试验。拉伸试验片通过如下方式制作：将上述制作的焊料合金投入坩埚，用电式夹套加热器加热到250℃使其熔融，流入加工成拉伸试验片形状的石墨制的铸模。拉伸试验片设为直径3mm、长度15mm的具有收缩部的圆棒形状的试验片。将拉伸试验机的行程应变的最大值作为断裂伸长率，将拉伸应力的最大值作为抗拉强度进行测定。其结果是，可知焊料合金A在175℃环境下，具有与以往例1相比优异的抗拉强度和断裂伸长率。

由以上确认了，焊料合金A即使反复曝露于175℃的高温也不自我变形，且高温下的强度和延展性这样的焊料合金的机械特性优异，能够提高焊料接合部的耐热疲劳特性。

接着，对于本实施方式的焊料合金，对于用于体现效果的合金组成进行说明。

(In含有比例、Sb含有比例)

首先，对于焊料合金中的In含有比例和Sb含有比例进行说明。

对于以Sn为主成分的焊料合金而言，在In含有比例约为15质量％以下的低In含有比例区域，形成Sn固溶于In的合金(β-Sn相)。

固溶是母金属的晶格中的一部分以原子水平被固溶元素置换的现象。一般来说固溶元素的效果是，通过母金属与固溶元素的原子径之差而在母元素的晶格中产生应变，由此能够在应力负荷时抑制转移等结晶缺陷的移动。其结果是，能够提高金属的强度，另一方面，应力负荷时的延展性降低。固溶元素的含有比例越大则固溶导致的焊料合金的强度提高越大。

然而，使In固溶于Sn系焊料的情况下，与In含有比例也有关，但在逐渐提高温度的情况下，从变高至约100℃以上开始，从β-Sn相向不同的结构的γ相(InSn₄)的相变进展。也就是说，成为不同的2相以同等程度共存的状态(γ+β-Sn)。通过成为该2相共存状态，从而晶界处的滑动的贡献变大，高温下的延展性提高。

另一方面，In含有比例大的情况下，从β-Sn相向γ相的相变过剩地发生。

该情况下，由于γ相与β-Sn相的晶格结构的体积不同，因此通过反复实施热循环从而发生焊料合金的自我变形。这引起焊料接合部内部的断裂、不同的焊料接合部间的短路，因此成为问题。

另外，像例如前述的以往例1的相变温度165℃和焊料合金A的相变温度175℃那样，Sb使Sn-In系合金的相变温度上升。

这是由于，通过含有Sb而合金组织的状态变化。Sb含有比例较小的情况下，Sb在Sn-In系合金中与In同样地固溶于Sn。进而若Sb含有比例变大，则与In形成化合物(InSb)在合金组织中析出。

通过Sb与In一起固溶于Sn，从而温度变化时的Sn、In的元素的移动被抑制，使β-Sn相与γ相的相变开始温度变化。

焊料合金的机械特性由于Sb固溶，而与In固溶同样使焊料合金的强度提高。另外，在后叙述，本发明人等新发现Sb的固溶进一步促进某一特定的In含有比例时可以看到的高温下的延展性提高。

进而若Sb含有比例变大，则在结晶组织间InSb像针那样析出，抑制变形。另一方面，由于InSb的析出而延展性降低，因此对于耐热疲劳特性提高来说，过度的InSb的析出是不合适的。

为了明确Sb含有比例导致的对Sn-In系焊料合金的相变温度的影响，制作具有表1所示的金属组成的焊料合金进行评价。焊料合金的制作方法与上述同样。

【表1】

(表1中，“bal.”表示余量。在以下的表2～6中也同样。)

表1中，对于制作的焊料合金的相变温度，为175℃以上时评价为“○”、低于175℃时评价为“×”。另外，对于175℃下的机械特性(抗拉强度和伸长率)，与以往例1的情况相比被改善时评价为“○”，同等或更低时评价为“×”，特别是175℃下的伸长率改善30％以上的情况评价为“◎”。在以下的表2～5中也设为同样。

表1中，评价制作的焊料合金的相变温度、175℃下的机械特性(抗拉强度和伸长率)一并示出结果。相变温度为175℃以上、且机械特性与以往例的情况相比被时作为判定“○”，特别是175℃下的伸长率为170％以上时作为判定“◎”，作为体现本实施方式的效果。符合相变温度低于175℃、机械特性的值低于以往例的情况下的值中的任一项时判定为“×”。在以下的表2～5中也同样。

表1中，一并示出综合判定的结果。对于相变温度、抗拉强度和伸长率的判定，没有判定“×”、包含1个以上判定“◎”的作为综合判定“◎”，没有判定“×”、不含判定“◎”的作为综合判定“○”，包含1个以上判定“×”的作为综合判定“×”。在以下的表2～5中也同样。

如实施例1-1～1-4所示，以0.50～1.25质量％含有Sb时相变温度为175℃以上，且机械特性被改善，体现出本实施方式的效果。另一方面，在比较例1-1和1-2所示的Sb含有比例为0.25质量％以下的情况下，175℃下的机械特性良好，但相变温度的上升不充分而相变温度低于175℃，因此综合判定为“×”。比较例1-3所示的Sb含有比例为1.5质量％的情况下，InSb的生成变得显著，高温下的延展性恶化，综合判定为“×”。

由表1所示的结果可知，Sb含有比例为0.5质量％以上且1.25质量％以下的范围时体现出本实施方式的效果。

另外，由实施例1-1～1-4和比较例1-1可知，从不含Sb的情况起的Sb含有比例与相变温度的上升具有以下的式(1)所示那样的关系。

(式1)

0.5≤[Sb]≤1.0的情况下：

ΔTt＝20×[Sb]

1.0＜[Sb]≤1.25的情况下：

ΔTt＝4×[Sb]+16

(式中，ΔTt表示相变温度上升量(℃)。)

接着，为了明确In含有比例的影响，制作具有表2所示的金属组成的焊料合金进行评价。Sb含有比例设为上述的最小即0.50质量％，焊料合金的制作方法和评价方法与上述同样。

【表2】

如表2所示，可知若对Sb含有比例为0.5质量％时的实施例2-2与以往例1进行比较，则通过含有Sb而相变温度上升。Sb含有比例为0.5质量％的情况下，In含有比例分别为5.5质量％、6.0质量％的实施例2-1、2-2中，相变温度和175℃下的机械特性(抗拉强度和伸长率)均提高。随着In含有比例的增加而相变温度降低，In含有比例分别为6.5质量％、7.0质量％的比较例2-2、2-3中，高温下的机械特性良好，但由于相变温度低于175℃，综合判定为“×”。此外，In含有比例大的7.5质量％的比较例2-4中，相变温度和175℃下的机械特性均不充分，综合判定为“×”。另一方面，根据机械特性(抗拉强度和伸长率)的评价的结果，In含有比例为5.0质量％的比较例2-1中，In的固溶导致的效果小，与以往例1相比175℃下的抗拉强度小，综合判定为“×”。

接着，制作表3所示那样的、设为Sb含有比例的上限即1.25质量％时的焊料合金进行评价。焊料合金的制作方法和评价方法与上述同样。

【表3】

如表3所示，若对实施例3-2与以往例1进行比较可知，通过含有Sb而相变温度上升。与表2所示的结果的情况同样，随着In含有比例的增加而相变温度降低，In含有比例为7.0质量％以上的比较例3-2、3-3中，由于相变温度低于175℃而综合判定为“×”。另外，若着眼于抗拉强度和伸长率的机械特性，则在In含有比例为5.0质量％的比较例3-1的情况下，不能充分发挥In的固溶效果，175℃下的抗拉强度小于以往例1，因此综合判定为“×”。

以表2、3所示的各个结果为基础，体现本实施方式的效果的In含有比例的范围成为如下。

Sb含有率为0.5≤[Sb]≤1.25的情况下，若着眼于In含有比例与机械特性的关系，则为了体现本实施方式的效果，In含有比例必须为5.5质量％以上，成为(式2)的关系。

(式2)

[In]≥5.5

接着，着眼于In含有比例与相变温度的关系。

图2为表示表2所示的Sb含有比例为0.50质量％的情况下的In含有比例与相变温度的关系的图。图2中，横轴表示Sb含有比例，纵轴表示相变温度。

在Sb含有比例为0.50质量％的情况下，In含有比例与相变温度的关系成为以下的式3的关系。

(式3)

Tt＝-18.9×[In]+289

(式中，Tt表示相变温度(℃)。)

根据式1，Sb含有导致的相变温度上升效果为10℃，因此在不含Sb的情况下成为以下的式4那样的关系。

(式4)

Tt＝-18.9×[In]+279

(式中，Tt表示相变温度(℃)。)

根据这些结果，为了体现相变温度为175℃以上、且提高焊料合金的机械特性的本实施方式的效果，需要式5那样的关系。

(式5)

5.5≤[In]≤6.5

且

0.5≤[Sb]≤1.0的情况下：

-18.9×[In]+279+20×[Sb]≥175

1.0＜[Sb]≤1.25的情况下：

-18.9×[In]+279+4×[Sb]+16≥175

根据式1、式2、式5，体现本发明的效果的In含有比例(质量％)与Sb含有比例(质量％)需要满足以下的式6的关系。

(式6)

0.5≤[Sb]≤1.25

且

0.5≤[Sb]≤1.0的情况下：

5.5≤[In]≤5.50+1.06×[Sb]

1.0＜[Sb]≤1.25的情况下：

5.5≤[In]≤6.35+0.212×[Sb]

为了明确尤其体现作为本实施方式的效果之一的、高温下的延展性的改善的组成范围，制作表4所示那样的、在Sb含有比例为0.75质量％且1.0质量％的情况下满足式6的关系的In含量的焊料合金并详细评价与In含量的关系。焊料合金的制作方法和评价方法与上述同样。

【表4】

如表4所示，对于任一实施例而言都与以往例1相比，相变温度和机械特性提高。另外，可知若着眼于175℃下的伸长率，则In含有比例为6.0质量％以上时，In含有比例越小则伸长率越显示出高的值。

根据表4所示的结果，为了体现本实施方式的效果，In含量与Sb含量期望满足以下的式7的关系：

(式7)

0.5≤[Sb]≤1.0且

5.5≤[In]≤5.50+1.06×[Sb]

且[In]≤6.5

更优选满足以下的式8的关系

(式8)

0.5≤[Sb]≤1.0且

5.5≤[In]≤5.50+1.06×[Sb]

且[In]≤6.1。

(Co含有比例)

若对表1的实施例1-2、与比较例1-1进行比较可知，由于175℃下的伸长率增加，因而在含有In的Sn系焊料合金中，以规定的范围含有Sb时，发生高温下的延展性的提高。本发明人等新发现，在含有In的Sn系焊料合金中，以规定的范围含有Sb时产生的、这样的高温下的延展性提高在以规定的含有比例含有Co的情况下被进一步促进。

为了明确Co含有比例的影响，制作具有表5所示的金属组成的焊料合金进行评价。焊料合金的制作方法和评价方法与上述同样。

【表5】

若对实施例5-4与实施例5-1进行比较可知，通过Co含有而相变温度不变化。在In含有比例为6.0质量％的情况下，Co含有比例分别为0.025质量％、0.016质量％、0.010质量％的实施例5-1、5-2、5-3中，175℃下的机械特性(抗拉强度和伸长率)与实施例5-4相比均提高。

如上所述，在含有In的Sn系焊料合金中，含有0.010质量％以上的Co的情况下，能够充分确认延展性提高的效果，因此Co含有比例期望为0.010质量％以上。

另一方面，在Co含有比例为0.030质量％的比较例5-1中，高温下的伸长率显著降低，因此综合判定为“×”。认为这是因为，由于Co含有比例过剩，而Co化合物析出。进而，若过剩地含有Co，则还有熔点上升的风险，因此Co含有比例期望为0.025质量％以下。

因此，本实施方式的焊料合金中优选的Co含有比例的范围为0.01质量％以上且0.025质量％以下。

(Cu含有比例)

Cu出于焊接时的熔点的降低和被接合部件的材质的选择性提高的目的而含有。

作为焊接中的被接合部件，主要是对母材的Cu或Ni实施了各种镀敷、预焊剂处理的被接合部件。

其中，在被接合部件的母材为Ni的情况下，使用包含In且不含Cu或包含少量Cu的焊料合金进行焊接时，在界面反应层(Ni₃Sn4)中In被摄入一部分。因此，焊接后的焊料接合部的机械特性的变化发生。在被接合部件的母材为Ni的情况下，需要预先多量含有在界面反应层中被摄入一部分的量的In。然而，在实际的电路基板中，在一张电路基板上搭载各种各样的电子部件，因而在搭载母材分别为Cu、Ni的电子部件的情况下，In含有比例的预先调整是困难的。

但是，通过在焊料合金中含有一定量的Cu，在焊接时焊料合金中的Cu在界面反应层形成Cu₆Sn₅系的合金层，能够防止In的摄入，被接合部件的选择性提高。

在基于本申请人的日本特愿2013-245191中明确了，为了体现这样的Cu含有的效果，Cu含有比例为0.5质量％以上。因此，Cu含有比例的下限值为0.5质量％。

另一方面，若过剩地含有Cu，则由于熔点上升，而期望为1.2质量％以下。

因此，本实施方式的焊料合金中，将Cu含有比例设为0.5质量％以上且1.2质量％以下。

(Bi含有比例)

Bi出于焊料材料的机械强度的提高和熔点的降低的目的而含有。焊料合金中，在Bi含有比例为3.0质量％以下而较小的情况下固溶于β-Sn，若Bi含有比例变大则以Bi或Bi化合物析出的形式存在。

为了得到Bi含有导致的机械强度的提高的效果，需要含有0.1质量％以上的Bi，Bi含有比例期望为0.1质量％以上。

另外，在Bi或Bi化合物的析出发生的情况下，由于显示防止晶界的滑动的作用，因此高温下的延展性显著降低。因此，Bi含有比例的上限期望设为不发生Bi或Bi化合物的析出的3.0质量％以下。

根据以上，本实施方式的焊料合金中，将Bi含有比例设为0.1质量％以上且3.0质量％以下。

(Ag含有比例)

Ag出于焊接时的润湿性的改善、熔点的降低的目的而含有，在焊料合金中以Ag₃Sn化合物和Ag₂In的形态存在。

通常，为了通过回流焊接使焊料合金均匀地熔融，优选设定焊料合金的液相线温度+10℃以上的回流峰温度。并且，若从电子部件的耐热温度考虑，则回流峰温度优选设为240℃以下。

因此，优选将焊料合金的液相线温度设为230℃以下，在本实施方式的焊料合金中，将Ag含有比例设为1.0质量％以上且4.0质量％以下。

基于按照以上方式决定的各元素的含有比例，制作具有表6所示的金属组成的焊料合金，评价耐热疲劳特性和耐冲击特性。焊料合金的制作方法与上述同样。

耐热疲劳特性的评价方法如下。

首先，将制作的焊料合金加工成粒径数十μm的焊料粉，将焊料粉与助焊剂按照成为90∶10的重量比的方式进行称量，对它们进行混炼从而制作焊料糊。使用厚度15μm的金属掩模将该焊料糊印刷于电路基板上的电路基板电极。在印刷的焊料糊上，搭载芯片电阻，在最高240℃的条件下进行回流加热，制作安装结构体。使用的电路基板的电路基板电极的母材为Cu和Ni。

对按照这种方式制作的安装结构体进行-40℃/175℃的温度循环试验，目视观察2000次循环后的焊料接合部的变形。目视确认的结果，未确认到变形的判定为“无”，确认到变形的判定为“变形”，示于表6的自我变形的一栏。在以目视观察未确认到变形的情况下进行电连接的评价，与初期的电阻值的变化为10％以上的判定为电不良“有”，没有变化的或低于10％的判定为电不良“无”。将其结果按照每个用于评价的电路基板电极母材示于表6的电不良的一栏。需要说明的使，表6所示的电不良栏中的“-”表示未进行评价。

耐冲击特性的评价方法如下。

焊料合金和安装结构体的制作方法与上述同样。使用的电路基板的电路基板电极的母材为Cu。将按照这种方式制作的安装结构体在设定为175℃的热板上加热，进行使500g的重物从高度10cm的地方落下的试验而测定芯片电阻脱落为止的次数。到脱落为止的次数为30次以上的作为脱落判定“◎”，为20次以上且少于30次的作为脱落判定“○”，少于20次的作为脱落判定“×”。图3中示出实施的耐冲击试验的结果。纵轴为重物的落下次数、横轴为使用的焊料的名称。

【表6】

如表6所示，在按照上述方式决定的焊料合金的组成范围内含有的实施例6-1～6-16中，未发生焊料接合部的自我变形，且未发生短路、断线的电不良。其中，实施例6-1～6-2、实施例6-4～6-5、实施例6-8～6-15中，到芯片电阻脱落为止的次数为30次以上。

另一方面，In、Sb含有比例不同的比较例6-1～6-4中，发生焊料接合部的自我变形和电不良的某个。

不含Cu的比较例6-5中，虽然未发生焊料接合部的自我变形，但在电路基板电极的母材为Ni的情况下发生断线。

另外，Cu含有比例为1.5质量％的比较例6-6、不含Bi的比较例6-7、Bi含有比例为3.5质量％的比较例6-8、不含Ag的比较例6-9中，发生电不良。

另外，以往例1～2中，均发生焊料接合部的自我变形。

因此，根据表1～4所述的评价结果，确认了在焊料合金中，起到本实施方式的效果，

所述焊料合金含有：

0.5质量％以上且1.25质量％以下的Sb、

满足以下的式(I)或(II)的In、

0.5≤[Sb]≤1.0的情况下

5.5≤[In]≤5.50+1.06[Sb]···(I)

1.0＜[Sb]≤1.25的情况下

5.5≤[In]≤6.35+0.212[Sb]···(II)

(式中，[Sb]表示Sb含有比例(质量％)，[In]表示In含有比例(质量％))

0.5质量％以上且1.2质量％以下的Cu、

0.1质量％以上且3.0质量％以下的Bi、

1.0质量％以上且4.0质量％以下的Ag、和

0质量％以上且0.025质量％以下的Co，

余量由Sn构成。所述焊料合金在150℃以上，由至少包含Sb固溶的γ相和β-Sn相的合金组织构成，即使在175℃的环境下，也能形成耐热疲劳特性优异的接合部。

更期望焊料合金含有：

0.5质量％以上且1.0质量％以下的Sb、

满足以下的式(I)的In、

5.5≤[In]≤5.50+1.06[Sb]···(I)

0.5质量％以上且1.2质量％以下的Cu、

0.1质量％以上且3.0质量％以下的Bi、

1.0质量％以上且4.0质量％以下的Ag、和

0质量％以上且0.025质量％以下的C_o，

余量由Sn构成。所述焊料合金在150℃以上，由至少包含Sb固溶的γ相和β-Sn相的合金组织构成，即使在175℃的环境下，也能形成耐热疲劳特性进一步优异的焊料接合部。

进一步更期望焊料合金含有：

0.5≤[Sb]≤1.0、

满足5.5≤[In]≤5.50+1.06[Sb]

且[In]≤6.1的In、

0.5质量％以上且1.2质量％以下的Cu、

0.1质量％以上且3.0质量％以下的Bi、

1.0质量％以上且4.0质量％以下的Ag、和

0.01质量％以上且0.025质量％以下的C_o，

余量由Sn构成。所述焊料合金在150℃以上，由至少包含Sb固溶的γ相、β-Sn相的合金组织构成，即使在175℃的环境下，也能形成耐热疲劳特性和耐冲击特性特别优异的焊料接合部。

本发明涉及的安装结构体的特征在于，电子部件与电路基板的电极通过前述的焊料合金而接合。由此，即使在175℃的环境下，也能提供具有耐热疲劳特性和耐热冲击特性更优异的接合的安装结构体。

对于电子部件和电路基板可以使用任意的材料。电子部件的电极部和电路基板的电极部可以由任意的适当的导电性材料而成，它们可以如上述作为被接合部件那样包含Cu和/或Ni。

另外，焊料合金可具有任意的形态，单独(例如以粉末、丝焊料、熔融液、预成型焊料等形态)、或者可与助焊剂等一起(例如以焊料糊或含树脂焊料等形态)用于焊接。焊接的条件可适当选择。

本发明涉及的焊料合金和安装结构体即使在175℃的高温环境下也能够实现机械特性优异的接合，例如，为了在发动机室等的高温环境下需要确保长时间的电导通的汽车电气部件的安装结构体等中利用是有用的。

Claims

1.一种焊料合金，其含有：

0.5质量％以上且1.25质量％以下的Sb、

将[Sb]作为以质量％计的Sb含有比例、将[In]作为以质量％计的In含有比例时，满足以下的式(I)或(II)的In：

0.5≤[Sb]≤1.0的情况下

5.5≤[In]≤5.50+1.06[Sb]…(I)

1.0＜[Sb]≤1.25的情况下

5.5≤[In]≤6.35+0.212[Sb]…(II)

0.5质量％以上且1.2质量％以下的Cu、

0.1质量％以上且3.0质量％以下的Bi、

1.0质量％以上且4.0质量％以下的Ag、

0.01质量％以上且0.025质量％以下的Co，

余量由Sn构成，β-Sn相与γ相的相变温度为175℃以上。

2.根据权利要求1所述的焊料合金，其中，

Sb含有比例为0.5质量％以上且1.0质量％以下，In含有比例满足所述式(I)。

3.根据权利要求1所述的焊料合金，其特征在于，含有：

0.5质量％以上且1.0质量％以下的Sb、

将[Sb]作为Sb含有比例(质量％)、将[In]作为In含有比例(质量％)时，满足以下的式(III)且(IV)的In、

5.5≤[In]≤5.50+1.06[Sb]…(III)

[In]≤6.1…(IV)

0.5质量％以上且1.2质量％以下的Cu、

0.1质量％以上且3.0质量％以下的Bi、

1.0质量％以上且4.0质量％以下的Ag、

0.01质量％以上且0.025质量％以下的Co，

余量由Sn构成。

4.根据权利要求1所述的焊料合金，其在150℃以上，具有包含“Sb固溶的γ相”和“β-Sn相”的合金组织。

5.根据权利要求2所述的焊料合金，其在150℃以上，具有包含“Sb固溶的γ相”和“β-Sn相”的合金组织。

6.根据权利要求3所述的焊料合金，其在150℃以上，具有包含“Sb固溶的γ相”和“β-Sn相”的合金组织。

7.一种安装结构体，其是电子部件安装于电路基板的安装结构体，电子部件的电极部与电路基板的电极部通过权利要求1～6中任一项所述的焊料合金而接合。