JP2003198117A - はんだ付け方法および接合構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 Ｓｎ−Ｂｉ系材料またはＢｉを添加したＳｎ
−Ａｇ系材料などのはんだ材料を用いて電子部品を基板
にはんだ付けする場合に起こるはんだ付け部の劣化を防
止し、十分な耐熱疲労強度を得る。 【解決手段】 基板１に形成された電極３と、電子部品
７の電極９との少なくとも一方において、Ｃｕを含む材
料から成る母材３ａ、９ａを被覆するようにバリアメタ
ル層３ｂ、９ｂを設け、ＳｎおよびＢｉを含むはんだ材
料５をこれら電極間に供給して、はんだ材料を溶融状態
でバリアメタル層と接触させ、凝固させることにより電
子部品の電極と基板の電極との間をはんだ付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ある部材を他の部
材にはんだ付けする方法に関し、より詳細には電子回路
基板の製造プロセスにおいて、基板に形成されたランド
と電子部品の電極（例えばリード）とをはんだ付けする
方法に関する。更に、本発明はこのようなはんだ付け方
法により得られる接合構造体、より詳細には電子回路基
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器などに用いられる電子回
路基板の製造プロセスにおいて、電子部品を基板に実装
するため、より詳細には、電子部品から引き出されたリ
ードと基板に形成されたランドとを電気的および物理的
に接合するために用いられる方法の１つとしてリフロー
はんだ付け方法が知られている。

【０００３】一般的なリフローはんだ付け方法では、ま
ず、基板に形成された配線パターンの一部であるランド
上に、いわゆるクリームはんだ（図示せず）をスクリー
ン印刷法により供給する。クリームはんだは、通常、は
んだ材料から成るはんだ粉末と、ロジン、活性剤および
溶剤から成るフラックスとが混合されて構成される。そ
の後、該電子部品から引き出されたリードが、接合され
るべきランド上に配置されたクリームはんだと付着する
ようにして、電子部品を基板の所定の箇所に配置する。
このようにして電子部品がクリームはんだを介して配置
された基板を、用いるはんだ材料の融点以上の温度で熱
処理することにより、フラックスを活性化させ、クリー
ムはんだ中のはんだ粉末を構成するはんだ材料を一旦溶
融させると共に、クリームはんだ中のフラックスなどの
他の成分を蒸発（または揮発）させる。次いで、これを
冷却（または放冷）することにより、溶融したはんだ材
料を凝固させる。凝固したはんだ材料は、電子部品のリ
ードと基板のランドとの間の接合部を形成し、これらを
電気的および物理的に接合する。接合部には、はんだ材
料以外のフラックスなどの他の成分が存在し得るが、こ
のような他の成分は熱処理時においてはんだ材料と相分
離するので接合部の内部には存在せず、接合部表面にわ
ずかに残留し得る程度である。これにより、実質的には
んだ材料から成る接合部（またははんだ付け部）によっ
て電子部品が基板に実装された電子回路基板が得られ
る。

【０００４】はんだ材料としては、Ｓｎ−Ｐｂ系材料、
特に、共晶組成を有するもの（以下、単にＳｎ−Ｐｂ共
晶材料とも言う）が一般的に使用されている。Ｓｎ−Ｐ
ｂ系材料の共晶組成は、Ｓｎ−３７Ｐｂ組成（即ち、３
７重量％のＰｂおよび残部（６３重量％）のＳｎから成
る組成）であり、この共晶組成においてＳｎ−Ｐｂ系材
料は１８３℃の融点を有することが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、上記のような電
子回路基板を備える電子機器の廃棄処理法が問題視され
始め、はんだ材料に含まれる鉛（Ｐｂ）による地球環境
や人体への影響が懸念されている。このため、はんだ材
料として従来使用されて来たＳｎ−Ｐｂ系材料に代え
て、鉛を含まないはんだ材料、即ち、鉛フリーはんだ材
料を使用しようとする動きがあり、その実用化が図られ
ている。

【０００６】現在、鉛フリーはんだ材料としては種々の
組成を有する材料が提案されているが、その１つにＳｎ
−Ｂｉ系材料がある。近年の研究の結果、Ｓｎ−Ｂｉ系
材料の共晶組成は、おおよそＳｎ−５８Ｂｉ組成（即
ち、５８重量％のＢｉおよび残部（４２重量％）のＳｎ
から成る組成）であり、この共晶組成においてＳｎ−Ｂ
ｉ系材料は１３９℃の融点を有することが判って来た。

【０００７】基板に実装すべき電子部品の耐熱温度およ
び電子回路基板を備える製品の耐熱保証温度を考慮すれ
ば、鉛フリーはんだ材料の融点は、電子部品を損傷しな
い程度に十分に低く、また、製品の耐熱保証温度よりも
高いことが好ましい。上記のようなＳｎ−Ｂｉ系材料の
融点は、例えばＳｎ−Ａｇ系材料などの他の鉛フリーは
んだ材料の融点、更には従来のＳｎ−Ｐｂ系材料の融点
よりも低く、製品の耐熱保証温度よりも十分に高いこと
から、低温ではんだ付けすることが可能であるという利
点があり、Ｓｎ−Ｂｉ系材料はＳｎ−Ｐｂ系材料の代替
候補として有力視され得る。

【０００８】鉛フリーはんだ材料として同じく提案され
ているＳｎ−Ａｇ系材料の共晶組成は、おおよそＳｎ−
３．５Ａｇ組成（即ち、３．５重量％のＡｇおよび残部
（９６．５重量％）のＳｎから成る組成）であり、この
共晶組成においてＳｎ−Ａｇ系材料は２２１℃の融点を
有することも判って来た。基板に実装すべき電子部品の
耐熱温度および既存のはんだ付け方法の適用の観点から
は、鉛フリーはんだ材料の融点は、電子部品を損傷しな
い程度に十分に低く、従来のＳｎ−Ｐｂ系材料の融点に
比較的近いことが望ましいが、上記のようなＳｎ−Ａｇ
系材料の融点は、従来のＳｎ−Ｐｂ系材料の融点よりも
高いため、Ｓｎ−Ａｇ系材料を用いて既存のはんだ付け
方法をそのまま適用することは困難である。

【０００９】しかし、Ｓｎ−Ａｇ系材料にＢｉを添加し
てＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料とすることにより、その融点
を低下させて従来のＳｎ−Ｐｂ系材料の融点に近づける
ことが可能なこともまた判って来ている。例えば、Ｓｎ
−３Ａｇ−３Ｂｉ−３Ｉｎ組成（即ち、３重量％のＡ
ｇ、３重量％のＢｉ、３重量％のＩｎおよび残部（９１
重量％）のＳｎから成る組成）ではＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系
材料は２１０℃の融点を有する。このため、Ｓｎ−Ａｇ
−Ｂｉ系材料もまたＳｎ−Ｐｂ系材料の代替候補として
有力視され得る。

【００１０】しかし、Ｓｎ−Ｐｂ系材料に代えてＳｎ−
Ｂｉ系材料またはＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料を用いること
により、電子部品の熱損傷を回避しつつ電子部品を基板
にはんだ付けできるという利点があるが、これにより得
られた電子回路基板を高温条件下における連続使用試験
に付した結果、基板のランドと電子部品のリードとの間
の接合部が劣化し、十分な耐熱疲労強度が得られないこ
とが判った。

【００１１】これは、Ｓｎ−Ｂｉ系材料やＳｎ−Ａｇ−
Ｂｉ系材料に含まれるスズ（Ｓｎ）が、ランドおよびリ
ードの材料として使用されている銅（Ｃｕ）と接触し、
接合部とランドとの間および接合部とリードとの間の接
合界面にＳｎ−Ｃｕから成る金属間化合物を形成し、そ
の結果、接合界面でのビスマス（Ｂｉ）濃度が相対的に
高くなることによると考えられる。

【００１２】以下、図５を参照しながら、上述の従来の
リフローはんだ付け方法において、Ｓｎ−Ｐｂ系材料に
代えてＳｎ−Ｂｉ系材料から成るはんだ粉末を含むクリ
ームはんだを用いて、電子部品を基板にはんだ付けした
電子回路基板８０について説明する。

【００１３】この電子回路基板８０においては、基板６
１に形成されたランド６３と、電子部品６７から引き出
されたリード６９とが接合部６５を介して電気的および
機械的に接合される。ランド６３は、一般的にはＣｕか
ら成り、配線パターンと一体的に形成され得る。また、
リード６９は、一般的にはＣｕから成る母材６９ａが、
Ｓｎ−Ｐｂ共晶材料から成るめっき６９ｂで被覆されて
成る。接合部６５は、クリームはんだが熱処理されて成
るものであり、上述のように、はんだ粉末に由来するは
んだ材料で実質的に構成される。

【００１４】熱処理の際、はんだ材料とランド６３とが
直接接触しているので、ランド６３を構成するＣｕがは
んだ材料中に拡散してＳｎと結合し、この接触界面にて
Ｓｎ−Ｃｕから成る金属間化合物７３を形成する。

【００１５】また、熱処理の際には、はんだ粉末のはん
だ材料が溶融すると共に、一般的に熱処理温度よりも低
い融点を有するＳｎ−Ｐｂ共晶材料から成るめっき６９
ｂもまた溶融し、溶融状態のはんだ材料と接触するめっ
き６９ｂの部分は、はんだ材料中に溶融拡散していく。
このため、リード６９のめっき６９ｂが部分的に剥げ
て、母材６９ａが溶融状態のはんだ材料と直接に接触す
るようになる。従って、上記と同様にしてリード６９の
母材６９ａを構成するＣｕがはんだ材料中に拡散してＳ
ｎと結合し、この接触界面にてＳｎ−Ｃｕから成る金属
間化合物７１を形成する。

【００１６】このように、接合界面にてＳｎ−Ｃｕから
成る金属間化合物７１が形成されると、接合界面に存在
する金属間化合物の周囲の局所的な領域ではＢｉ濃度が
相対的に上昇する。このため、Ｂｉが比較的高濃度に存
在する相７５（以下、単にＢｉ濃化相と言う）が形成さ
れる。特に、以上のようにして電子部品をはんだ付けし
た基板を高温条件下に長時間配置すると、より多くのＣ
ｕが接合部（またははんだ材料）中へ拡散してＳｎ−Ｃ
ｕから成る金属間化合物の形成が進み、これに伴ってＢ
ｉ濃化相７５が肥大化（または成長）する。Ｂｉ濃化相
７５は非常に脆いので、接合部の劣化を招くと考えられ
る。

【００１７】特に、上述のようにリードがＳｎ−Ｐｂ共
晶材料などのＳｎ−Ｐｂ系材料によりめっきされている
電子部品を用いる場合に接合部の劣化が顕著である。こ
れは、リードのめっき材料に含まれる鉛（Ｐｂ）がビス
マス（Ｂｉ）と非常に結合しやすく、接合部６５とリー
ド６９および／またはランド６３との接合界面にＢｉ濃
化相７５が形成されると、その周囲にてＳｎ−Ｂｉ−Ｐ
ｂから成る合金を形成し易くなることによると考えられ
る。このようなＳｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合金は、約９８℃の低
い融点を有するので、上記のように高温条件下にて長時
間配置すると、接合部に形成されたＳｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合
金が溶融し、一旦このような溶融状態のＳｎ−Ｂｉ−Ｐ
ｂ合金が形成されると、このような合金相の成長が促進
され、その結果、接合部の顕著な劣化を招くと考えられ
る。

【００１８】現在、電子部品のリードのめっきの材料に
ついても鉛フリー化が進められているが、現状のような
過渡期においては未だＳｎ−Ｐｂ系材料が用いられてい
る場合があり、このような場合も無視できない。

【００１９】尚、従来のように、Ｓｎ−Ｐｂ系材料から
成るはんだ粉末を含むクリームはんだを用いる場合であ
っても、ランドおよび／またはリードの材料として使用
されている銅（Ｃｕ）が接合部中に拡散して、Ｓｎ−Ｐ
ｂ系材料に含まれるスズ（Ｓｎ）と結合することによ
り、接合部とランドおよび／またはリードとの間の接合
界面にＳｎ−Ｃｕから成る金属間化合物を形成し得る。
しかし、Ｓｎ−Ｃｕから成る金属間化合物は安定であ
り、また、この場合には接合部にＢｉが存在しないた
め、Ｓｎ−Ｃｕから成る金属間化合物が形成されてもＢ
ｉ濃化相が形成されず、また、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合金も
形成されないため、接合部の劣化の問題は生じなかった
ものと考えられる。

【００２０】また、リード６９の母材６９ａの材料に
は、Ｃｕの他にもＦｅ−４２Ｎｉ合金材料（即ち、４２
重量％のＮｉと残部（５８重量％）のＦｅから成る組成
を有する合金材料）が用いられる場合がある。この場合
には、リード６９のめっき６９ｂがはんだ材料中に溶融
拡散して母材６９ａとはんだ材料が直接接触してもリー
ド６９と接合部６５との界面にはＳｎ−Ｃｕから成る金
属間化合物７１は形成されない。しかし、Ｃｕから成る
ランド６３と接合部６５との界面には依然としてＳｎ−
Ｃｕから成る金属間化合物７３が形成され、Ｂｉ濃化相
の肥大化、およびめっき材料がＰｂを含む場合にはＳｎ
−Ｂｉ−Ｐｂ合金の形成を招くので、得られた電子回路
基板を高温条件下における連続使用試験に付した際には
接合部の劣化が起こり、十分な耐熱疲労強度が得られな
いという問題は避けられない。

【００２１】上記のような問題は、接合部を長時間熱処
理に付すことにより起こり得るものである。よって、例
えば、基板の片面についてリフローはんだ付けを実施し
て電子部品を基板に接合し、基板のもう一方の片面につ
いてもリフローはんだ付けを実施して電子部品を該基板
に接合することにより、電子回路基板として、いわゆる
「両面リフローはんだ付け基板」を作製する場合や、基
板の片面についてはフローはんだ付けを実施して電子部
品を基板に接合し、基板のもう一方の片面についてはリ
フローはんだ付けにより電子部品を該基板に接合するこ
とにより、電子回路基板として、いわゆる「片面フロー
はんだ付け／片面リフローはんだ付け基板」を作製する
場合などのように、熱処理を２回またはそれ以上とする
場合にも上記の試験と同様の問題が生じる可能性も考え
られる。

【００２２】以上、Ｓｎ−Ｂｉ系材料の場合について詳
述したが、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料などのＳｎお
よびＢｉを少なくとも含む他のはんだ材料についても同
様の問題が起こり得る。

【００２３】本発明の目的は、はんだ材料としてＳｎ−
Ｂｉ系材料やＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料などのＳｎおよび
Ｂｉを含むはんだ材料を用いて電子部品を基板にはんだ
付け（または接合）する場合に特有の問題である、高温
条件下での連続使用によるはんだ付け部（または接合
部）の劣化を効果的に防止することができ、十分な耐熱
疲労強度を得ることのできるはんだ付け方法およびこれ
により得られる電子回路基板を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの要旨によ
れば、Ｓｎ−Ｂｉ系材料およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料
などのＳｎおよびＢｉを含むはんだ材料を用いて第１の
部材と第２の部材との間をはんだ付けする（または接合
する、以下も同様）方法であって、第１の部材および第
２の部材の少なくとも一方が、Ｃｕを含む材料から成る
母材と母材を被覆するバリアメタル層とを備え、第１の
部材と第２の部材との間にはんだ材料を供給（または配
置）してはんだ材料を溶融状態でバリアメタル層と接触
させ、凝固させることにより第１の部材と第２の部材と
の間をはんだ付けすることを含む方法が提供される。

【００２５】上記のようなはんだ付け方法によれば、Ｃ
ｕを含む材料から成る母材がバリアメタル層に被覆され
ており、Ｓｎを含むはんだ材料がバリアメタル層と接触
するので、はんだ材料中のＳｎが、該母材に含まれるＣ
ｕと直接接触することが回避される。これにより、Ｓｎ
−Ｃｕから成る金属間化合物の形成を効果的に抑制また
は防止することができるのでＢｉ濃化相の肥大化を招か
ず、好ましくはＢｉ濃化相の形成を実質的に防止し、よ
って、高温条件下での連続使用によるはんだ付け部（本
明細書において接合部とも言う）の劣化、ひいては耐熱
疲労強度の低下を招く原因を低減または排除することが
できる。

【００２６】従って、本発明の別の要旨によれば、第１
の部材と第２の部材との間にＳｎおよびＢｉを含むはん
だ材料を供給（または配置）して、第１の部材および第
２の部材にはんだ材料を溶融状態で接触させ、凝固させ
ることにより第１の部材と第２の部材との間をはんだ付
けするときに、第１の部材および第２の部材の少なくと
も一方に設けられたＣｕを含む材料から成る部分を母材
として、該母材を被覆するバリアメタル層を設け、バリ
アメタル層にはんだ材料を溶融状態で接触させ、これに
よりはんだ付け部（または接合部）の耐熱疲労強度を向
上させる方法もまた提供される。

【００２７】尚、本発明において、第１の部材および第
２の部材の双方がＣｕを含む材料で出来ており、双方の
部材からはんだ材料（または接合部）中にＣｕが拡散し
得る場合には、これら双方の部材において、Ｃｕを含む
材料がはんだ材料と直接接触しないようにバリアメタル
層で覆われていることが好ましく、これによりＳｎ−Ｃ
ｕから成る金属間化合物の形成を防止することができ
る。しかし、本発明は必ずしもこれに限定されず、上記
のような場合であっても、いずれか一方のみがバリアメ
タル層を備えることにより、バリアメタル層が無い場合
に比べて耐熱疲労強度の低下を緩和することが可能であ
る。

【００２８】例えば、第１の部材および第２の部材の一
方がバリアメタル層を表面に備えず、少なくともその表
面が鉛を含む材料から成って、はんだ材料（または接合
部）中に鉛が溶融拡散し得る場合であっても、本発明に
よればもう一方の部材のＣｕ母材がバリアメタル層で覆
われているので、Ｓｎ−Ｃｕから成る金属間化合物の形
成が、少なくともバリアメタル層と接合部との間の接合
界面においては防止されるので、バリアメタル層が無い
場合に比べて耐熱疲労強度の低下を緩和することができ
る。バリアメタル層を備えない方の部材は、もちろん、
鉛を含む材料が溶融した後にはんだ材料と接触し得る部
分がＣｕを含まないことが好ましく、これにより、該部
材と接合部との間の接合界面においてもＳｎ−Ｃｕから
成る金属間化合物の形成を防止することができる。

【００２９】本発明においてバリアメタル層は、単層お
よび多層のいずれから成るものであってもよいが、Ｃｕ
を含む母材が溶融状態のはんだ材料と実質的に接触しな
いように該母材を被覆することが必要である。よって、
バリアメタル層の材料には、溶融状態のはんだ材料中に
実質的に拡散（または溶解）しないか、拡散してもその
下方に位置するＣｕを含む母材が露出してはんだ材料と
実質的に接触しない程度である材料を用いることが好ま
しい。尚、本明細書において、はんだ付けされるべき部
材の母材を基準とし、これに対してはんだ材料と接触す
る露出表面側を「上方」と言い、母材側を「下方」と言
うものとする。

【００３０】更に、バリアメタル層は、第１の部材と第
２の部材との間の導通を確保し得るように、導電性材料
から成ることが好ましい。例えば、バリアメタル層は、
金属層またはその積層体であり得る。

【００３１】本発明の好ましい態様においては、バリア
メタル層はＮｉ層（即ち、Ｎｉから成る層、後述する他
の層についても同様）またはＮｉ層を含む多層積層体で
あり得る。Ｎｉは、はんだ材料と接触しても該はんだ材
料中に殆ど拡散せず、その下方に位置する母材を露出さ
せることがない（よって、母材に含まれるＣｕがはんだ
材料中に溶出しない）ので、バリアメタル層の材料とし
て用いるのに適する。Ｎｉ層は、Ｃｕを含む母材と直接
接触してこれを被覆することが好ましいが、本発明は必
ずしもこれに限定されず、Ｎｉ層と母材との間に他の導
電性材料から成る層が配設されていてもよい。

【００３２】また、バリアメタル層としてＮｉ層を含む
多層積層体を用いる場合、Ａｕ層、Ｐｄ層およびＳｎ−
Ｂｉ層からなる群から選択される少なくとも１つの層を
Ｎｉ層の上方に設けられ得る。Ｎｉ層は空気中で酸化さ
れやすく、その酸化物のためにはんだ材料に対する濡れ
性が比較的劣る。しかし、Ａｕ層などの上記の層は、Ｎ
ｉ層に比べて酸化され難いので、はんだ材料に対する濡
れ性が良好である。例えば、バリアメタル層は、Ｎｉ層
／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ｐｄ層およびＮｉ層／Ｐｄ層／Ａｕ
層、Ｎｉ層／Ｓｎ−Ｂｉ層などから成り得る。Ｎｉ層の
上方にこのような層を設けてバリアメタル層表面を構成
することにより、バリアメタル層としてＮｉ層を単独で
用いる場合よりも、はんだ材料に対する濡れ性を向上さ
せることができ、よって、接合部の接合信頼性（主とし
て接合強度）を向上させることができる。特に、バリア
メタル層の表面（または最上層）をＡｕ層とすることが
好ましい。

【００３３】バリアメタル層を構成する層（バリアメタ
ル層が多層積層体である場合には少なくとも１つの層）
は、例えば、当該技術分野において既知の電気めっき
法、溶融めっき法、置換めっき法および蒸着法などの方
法により形成され得る。

【００３４】また、本発明の別の要旨によれば、Ｓｎお
よびＢｉを含むはんだ材料を用いて第１の部材と第２の
部材との間がはんだ付けされた接合構造体であって、第
１の部材および第２の部材の少なくとも一方が、Ｃｕを
含む材料から成る母材と母材を被覆するバリアメタル層
とを備える接合構造体が提供される。

【００３５】このような接合構造体によっても、Ｃｕを
含む材料から成る母材がバリアメタル層に被覆されてい
るので、上記の本発明のはんだ付け方法と同様に、Ｓｎ
−Ｃｕから成る金属間化合物の形成、よってＢｉ濃化相
の肥大化を効果的に抑制または防止することができる。
これにより、本発明の接合構造体を高温条件下での連続
使用に付した際にも接合部の劣化を招かず、高い耐熱疲
労強を維持することができる。

【００３６】このような接合構造体は、上述のような本
発明のはんだ付け方法によって得ることができる。ま
た、本発明の接合構造体においても、本発明のはんだ付
け方法において上述したものと同様のバリアメタル層を
用いることができる。尚、バリアメタル層としてＮｉ層
を単独で用いる場合には、本発明のはんだ付け方法によ
って得られる接合構造体のバリアメタル層としてＮｉ層
が残存するが、例えば、バリアメタル層としてＮｉ層お
よびその上方に位置するＡｕ層などを用いた場合には、
Ａｕ層が溶融状態のはんだ材料と接触することによりＡ
ｕがはんだ材料中へ溶出（または溶融拡散）するので、
接合構造体に備えられるバリアメタル層を構成する１つ
の層としては認識されないことに留意されるべきであ
る。また、Ｐｄ層およびＳｎ−Ｂｉ層についてもＡｕ層
と同様である。

【００３７】本発明のはんだ付け方法、はんだ付け部
（または接合部）の耐熱疲労強度向上方法および接合構
造体において、第１の部材および第２の部材のはんだ付
けされるべき部分は、少なくとも一方がＣｕを含む部分
を母材とし、該母材がバリアメタル層で被覆されていれ
ばよい。例えば、第１の部材および第２の部材の片方が
Ｃｕを含む部分を有し、もう片方がＣｕを含む部分を有
さない場合、該片方のＣｕを含む部分が（母材として）
バリアメタル層で被覆される。また、例えば、第１の部
材および第２の部材の双方がＣｕを含む部分を有する場
合、該部分の少なくとも一方、好ましくは双方が（母材
として）バリアメタル層で被覆される。

【００３８】本発明において、第１の部材および第２の
部材は、基板および電子部品であり得、より詳細には、
基板に設けられた電極および電子部品の電極であり得
る。

【００３９】上記のような基板には、例えば、紙フェノ
ール系材料、ガラスエポキシ系材料、ポリイミドフィル
ム系材料、セラミック系材料、および金属系材料などか
ら成るものが含まれる。このような基板に形成される電
極は、例えば配線パターンと一体的に形成されたランド
であり得、これは、例えばＣｕから成る母材をバリアメ
タル層で被覆して成り得る。

【００４０】また、上記のような電子部品には、半導体
部品（例えば、いわゆるＱＦＰ（クアッド・フラット・
パッケージ）部品、ＣＳＰ（チップ・スケール・パッケ
ージ）部品、およびＳＯＰ（シングル・アウトサイド・
パッケージ）部品など）、チップ部品（例えば、抵抗、
コンデンサ、トランジスタ、インダクタなど）、ならび
にコネクタなどが含まれる。このような電子部品の電極
は、例えば、電子部品から引き出されたリード、端子も
しくはターミナルなどであり得、これは、例えばＣｕか
ら成る母材をバリアメタル層で被覆して成り得る。

【００４１】しかし、本発明はこれに限定されず、第１
の部材および第２の部材は、互いにはんだ付けされるべ
き種々の部材であり得る。従って、本発明の更に別の要
旨によれば、ＳｎおよびＢｉを含むはんだ材料を用いて
はんだ付けされる電気部品または電子部品であって、Ｃ
ｕを含む材料から成る母材と母材を被覆するバリアメタ
ル層とを備える電極を有する電気部品または電子部品も
また提供される。

【００４２】尚、本明細書において、はんだ材料とは、
比較的低い融点を有する金属材料、例えば約１００〜２
５０℃の温度にて溶融する金属材料を言うものである。
ＳｎおよびＢｉを含むはんだ材料とは、このようなはん
だ材料のうち、ＳｎおよびＢｉを少なくとも含むもので
あり、例えばＳｎ−Ｂｉ系材料、またはＢｉを添加した
Ｓｎ−Ａｇ系材料（本明細書においてＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ
系材料とも言い、これは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ材料、Ｓｎ
−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ材料およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ
材料を含む）であり得る。また、「〜系材料」とは、そ
の金属成分で構成される系の共晶組成を中心とし、微量
の他の金属成分を更に含み得る材料を言うものである。
例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系材料とはＳｎ−５８Ｂｉ共晶組成
を中心とし、微量の他の金属成分（意図的に添加される
か、不可避的に混入するかを問わない）を含み得る。Ｓ
ｎ−Ｂｉ系材料は、例えば約１３０〜１５０℃の融点を
有し得る。また例えば、Ｂｉを添加したＳｎ−Ａｇ系材
料とはＳｎ−３．５Ａｇ共晶組成を中心とした材料にＢ
ｉを所定量（例えば全体基準で約５重量％以下）で添加
し、更に、微量の他の金属成分（意図的に添加される
か、不可避的に混入するかを問わない）を含み得る。Ｂ
ｉを添加したＳｎ−Ａｇ材料は、例えば約２００〜２２
０℃の融点を有し得る。

【００４３】尚、本発明において、はんだ付け方法は、
例えばリフローはんだ付け方法およびフローはんだ付け
方法のいずれによっても実施され得、基板の片面のみを
はんだ付けしても、基板の両面をはんだ付けしてもよい
こと、また、本発明の接合構造体はこれらのいずれの方
法によっても得られることは、当業者には容易に理解さ
れよう。

【００４４】また、本発明におけるＳｎとＣｕとの接触
をバリアメタル層を設けることにより防止するという概
念は、Ｂｉの存在する系においてＳｎとＣｕとが共存し
てＳｎ−Ｃｕから成る金属間化合物を形成し、その結
果、Ｂｉ濃化相を形成することによる弊害を除去するこ
とが望まれる場合に好適に利用され得るであろう。

【００４５】あるいは、本発明のはんだ付け方法におい
て、バリアメタル層を設ける代わりに、第１の部材と第
２の部材との間に供給したはんだ材料を溶融状態から、
１０℃／秒以上の冷却速度で冷却して凝固させることに
よっても、本発明の目的を達成することができ、本発明
の別の要旨によればこのようなはんだ付け方法およびこ
れにより得られる接合構造体もまた提供される。

【００４６】従来の一般的なはんだ付け方法において
は、冷却速度は１０℃／秒未満、一般的には約５℃／秒
程度から１０℃／秒未満であり、はんだ材料を供給した
後に基板（より詳細にははんだ材料）を積極的に冷却し
ていなかった。これに対して本発明の上記方法によれ
ば、冷却速度を従来よりも大きくしているので、Ｂｉの
濃化相が形成されたとしても、急冷凝固によってＢｉ濃
化相を微相分散させることができ、即ち、Ｂｉ濃化相の
肥大化を効果的に抑制させることができる。よって、高
温条件下での連続使用によるはんだ付け部（本明細書に
おいて接合部とも言う）の劣化、ひいては耐熱疲労強度
の低下を招く原因を排除することができる。

【００４７】従って、本発明の別の要旨によれば、第１
の部材と第２の部材との間にＳｎおよびＢｉを含むはん
だ材料を供給（または配置）して、第１の部材および第
２の部材にはんだ材料を溶融状態で接触させ、凝固させ
ることにより第１の部材と第２の部材との間をはんだ付
けするときに、溶融状態のはんだ材料を１０℃／秒以上
の冷却速度で冷却して凝固させ、これによりはんだ付け
部の耐熱疲労強度を向上させる方法もまた提供される。

【００４８】冷却速度は１０℃／秒以上であれば従来よ
りも耐熱疲労強度を向上させることができるが、冷却速
度をより大きく、例えば約２０℃／秒以上とすることが
好ましく、例えば約２０〜３０℃／秒とすることが好ま
しい。このような冷却速度により、耐熱疲労強度を従来
よりも効果的に低減することができる。

【００４９】尚、本発明において、冷却速度とは、はん
だ材料が配置されるランド（またははんだ付け部）の温
度を熱電対などで経時的に測定した温度プロファイルか
らそのピーク温度を求め、該ピーク温度に達した時点か
ら、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合金の融点である９８℃の温度に
まで低下する時点までの平均冷却速度を言うものとす
る。９８℃の温度は、はんだ材料の融点に比べて十分に
低く、該温度においてはんだ材料は実質的に凝固してい
ると考えて差し支えない。

【００５０】尚、本発明においてはんだ付け方法は、第
１の部材と第２の部材とがはんだ付けされた接合構造体
の製造方法としても理解され得ることに留意されたい。

【００５１】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下、本発明の１
つの実施形態について図１を参照しながら説明する。本
実施形態は、第１の部材および第２の部材の双方がバリ
アメタル層を備えるタイプのの実施形態に関する。図１
は、本実施形態におけるはんだ付け方法によって得られ
る電子回路基板の概略部分断面図である。

【００５２】まず、基板１とこれに接合すべき電子部品
７とを準備する。基板１には、Ｃｕから成る母材３ａが
Ｎｉ単層から成るバリアメタル層３ｂで被覆されて成る
ランド３が形成されているが、このランド３は、例え
ば、次のような方法により形成することができる。

【００５３】例えば、ガラスエポキシ樹脂などから成る
基板１の上面にＣｕから成る母材３ａを、銅箔の熱圧着
（または貼付け）およびエッチングにより配線パターン
（図示せず）と一体的に形成する。配線パターンは、例
えば約５０〜１００μｍの幅を有し得る。その後、基板
１の表面の所定の領域に配線パターンを覆ってレジスト
を形成する。このとき、母材３ａはレジストに覆われず
に露出する。母材３ａの高さ（即ち、配線パターンの高
さ）は、例えば約１５〜４０μｍとされ得る。

【００５４】このようにして母材３ａが形成された基板
１をＮｉが溶解した電解液に浸し、母材３ａに適切な電
圧を印加して、母材３ａの表面にＮｉを析出させること
により、電気めっき法を用いて、母材３ａの表面にバリ
アメタル層３ｂとしてＮｉ層を形成する。Ｎｉ層の高さ
（本実施形態ではバリアメタル層３ｂの高さに等しい）
は、例えば約２〜５μｍとされ得る。これにより、基板
１の表面に、母材３ａおよびこれを被覆するバリアメタ
ル層（本実施形態においてはＮｉ層）３ｂから成るラン
ド３を形成することができる。ランド３は、例えば基板
１の上面から見て矩形の輪郭を有し得、例えば約０．５
〜１．５ｍｍの横幅および約０．５〜１．５ｍｍの縦幅
であり得るが、本実施形態はこれに限定されず、任意の
適切な形状および寸法であり得る。

【００５５】尚、上記においては、電気めっき法により
Ｎｉ層を形成する方法を例示したが、これに代えて、例
えば母材３ａが形成された基板１を、溶融状態のＮｉ材
料に浸漬する溶融めっき法や、このような基板１をめっ
き用の金属を含む液状物に浸漬して母材３ａの表面部分
をめっき金属で置換する置換めっき法や、母材３ａにＮ
ｉを蒸着させる蒸着法により、母材３ａを被覆するＮｉ
層を形成することもできる。このような電気めっき法、
溶融めっき法および蒸着法は、当業者であれば適切な条
件を設定して実施することができる。

【００５６】他方、電子部品７にはリード９が設けられ
ている。リード９は、Ｃｕから成る母材９ａがＮｉ単層
から成るバリアメタル層９ｂで被覆されて成る。このリ
ード９は、上記と同様の方法によりバリアメタル層９ｂ
としてＮｉ層を母材９ａの表面に形成することにより予
め得られ、このリード９を用いて電子部品７が作製され
得る。

【００５７】以上のようにして準備した基板１のランド
３の上に、例えばスクリーン印刷法や、ディスペンスな
どによってクリームはんだを供給する。このクリームは
んだは、ＳｎおよびＢｉを含むはんだ材料としてＳｎ−
Ａｇ−Ｂｉ系材料、例えばＳｎ−３Ａｇ−２．５Ｂｉ−
２．５Ｉｎ材料またはＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−
３Ｉｎ材料から成る金属粒子（またははんだ粉末）が、
フラックスに分散されて構成される。フラックスには、
ロジン、活性剤および溶剤から成るような市販のものを
使用することができる。金属粒子は、例えば約２０〜４
０μｍの平均粒径を有し得、クリームはんだ全体基準で
約８５〜９０重量％の割合で存在し得る。

【００５８】その後、電子部品７のリード９がランド３
の上に供給されたクリームはんだと接触するようにし
て、電子部品７を基板１の上に適切に配置する。ここ
で、クリームはんだはリード９のバリアメタル層９ｂお
よびランド３のバリアメタル層３ｂと接触し、母材９ａ
および３ａとは接触しない。このようにして得られた基
板１を、例えば約２１５〜２４０℃、好ましくは約２２
０〜２３０℃の加熱雰囲気に通して熱処理する。これに
より、クリームはんだに熱が供給されて、クリームはん
だ中の金属粒子を構成するはんだ材料（本実施形態では
Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料）が溶融すると共に、フラック
スなどの金属粒子以外の成分は蒸発（または揮発）して
除去される。

【００５９】このとき、溶融状態のはんだ材料は、バリ
アメタル層３ｂおよび９ｂと接触するが、これらを構成
するＮｉは溶融状態のはんだ材料中へ殆ど溶融拡散しな
いので、溶融状態のはんだ材料が母材３ａおよび９ａと
直接接触することはない。従って、Ｓｎ−Ｃｕから成る
金属間化合物の形成が防止され、よってＢｉ濃化層の形
成もまた生じない。

【００６０】次いで、熱処理した基板１を冷却（または
放冷）して、溶融状態のはんだ材料を凝固させることに
より、実質的にはんだ材料から成る接合部（またははん
だ付け部）５が形成される。この接合部５により、電子
部品７のリード９と基板１のランド３とが電気的および
機械的に接合（またははんだ付け）される。尚、本実施
形態においては基板の冷却時のはんだ材料の冷却速度
は、従来のはんだ付け方法の場合と同等であってよい。

【００６１】以上のようにして、電子部品７が基板１に
実装された電子回路基板２０が作製される。得られた電
子回路基板２０における電子部品７のリード９と接合部
５との間の接合界面および基板１のランド３と接合部５
との間の接合界面のいずれにおいても、Ｓｎ−Ｃｕから
成る金属間化合物の形成が防止され、また、Ｂｉ濃化層
の形成も実質的に抑制される。

【００６２】図２（ａ）および（ｂ）は、以上のように
して作製された本実施形態における電子回路基板を約１
８０℃の雰囲気にて熱処理した後の、ランドのバリアメ
タル層（Ｎｉ相）と、実質的にはんだ材料から成る接合
部（はんだ相）との接合界面近傍における断面の走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図２（ａ）は６０秒
間の熱処理後、図２（ｂ）は１８０秒間の熱処理後の写
真である。図２（ａ）および（ｂ）から判るように、６
０秒間および１８０秒間のいずれの熱処理後において
も、はんだ相は、Ｎｉ相の近傍にて均質な組成を有す
る。

【００６３】これに対して、本実施形態の比較例とし
て、ランド３のバリアメタル層３ｂを設けず（即ち、Ｃ
ｕから成る母材３ａのみでランド３を構成し）、また、
リード９のバリアメタル層９ｂに代えてＳｎ−Ｐｂめっ
きを母材９ａに施した電子部品を用いたこと以外は本実
施形態と同様にして電子回路基板を作製した。図３
（ａ）および（ｂ）は、このようにして得た比較例の電
子回路基板を約１８０℃の雰囲気にて熱処理した後の、
ランド（Ｃｕ相）と、実質的にはんだ材料から成る接合
部（はんだ相）との接合界面近傍における断面の走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図３（ａ）および
（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）および（ｂ）に対応し、図
３（ａ）は６０秒間の熱処理後、図３（ｂ）は１８０秒
間の熱処理後の写真である。図３（ａ）に示されるよう
に、Ｃｕ相とはんだ相との間にＣｕ−Ｓｎから成る金属
間化合物が形成され、その周囲にＳｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合金
（図中で、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物の近辺に白く見える
部分）が偏析する。このＳｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合金は、約１
００℃の低い融点を有するので、熱処理時には溶融状態
であると考えられる。更なる熱処理により、図３（ｂ）
に示されるように、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物の周囲に形
成されたＳｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合金の部分から剥離してボイ
ド（図中で、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物とはんだ相との間
の黒く見える部分）が形成される。このため、接合部の
接合強度が低下すると考えられる。

【００６４】尚、本実施形態においては、Ｎｉ単層から
成るバリアメタル層を形成するものとしたが、本発明は
これに限定されず、Ｎｉ層の形成方法と同様の方法によ
り、Ｎｉ層の上方に他の金属層、例えばＡｕ層を設けて
多層積層体から成るバリアメタル層を形成してもよい。
Ｎｉ層の上方に設けられるＡｕ層などの他の層は、例え
ば、１層につき約０．０１〜０．１μｍの高さで形成さ
れ得る。

【００６５】また、本実施形態においては、ランドおよ
びリードの双方の母材がＣｕから成し、これら母材の双
方をバリアメタル層で覆うものとしたが、本発明はこれ
に限定されず、これらの少なくとも一方がＣｕを含み、
Ｃｕを含む母材がバリアメタル層で覆われていればよ
い。例えば、リードの母材がＦｅ−４２Ｎｉ合金材料か
ら成って、Ｃｕを含まない場合には、該母材をバリアメ
タル層で覆う必要は必ずしもなく、例えばＳｎ−Ｐｂ系
材料などの材料から成るめっきで該母材が被覆されてい
てもよい。

【００６６】特に、リードの母材がＳｎ−Ｐｂ系材料で
めっきされている場合、ランドの母材がＣｕから成り、
バリアメタル層で被覆されており、ランドと接合部との
間の接合界面においてＳｎ−Ｃｕから成る金属間化合物
が形成されないのでＢｉ濃化相が肥大化せず、好ましく
は実質的に形成されないので、リードのめっきに含まれ
るＰｂが接合部中に溶出してもＳｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合金の
形成を効果的に低減できる。

【００６７】また、本実施形態においては、Ｓｎおよび
Ｂｉを含むはんだ材料として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料
を用いることとしたが、本発明はこれに限定されず、Ｓ
ｎ−Ｂｉ系材料などの他の材料を用いても同様の効果が
得られる。

【００６８】更に、本実施形態においては、リフローは
んだ付け方法により電子部品を基板にはんだ付け（また
は接合）するものとしたが、本発明はこれに限定され
ず、本実施形態と同様にして準備した基板と電子部品と
を、例えばフローはんだ付け方法によりはんだ付けして
もよい。

【００６９】（実施形態２）次に、本発明のもう１つの
実施形態について説明する。本実施形態は、第１の部材
および第２の部材の双方がバリアメタル層を備えず、は
んだ材料の冷却速度を従来よりも大きくするタイプの実
施形態に関する。

【００７０】本実施形態においては、一般的なリフロー
はんだ付けのためのリフロー炉を用いて、ＳｎおよびＢ
ｉを含むはんだ材料として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料に
より電子部品のリードと基板のランドとをはんだ付けし
た。電子部品のリードには、例えば、Ｃｕから成る母材
にＳｎ−Ｐｂめっきが施されたものなどの一般的な電子
部品を用い得る。また、基板のランドには、Ｃｕから成
るランド（バリアメタル層を備えないもの）を用い得
る。

【００７１】本実施形態は、リフローの際にはんだ材料
を溶融させた後、基板（より詳細にには溶融状態のはん
だ材料）を積極的に冷却する点で従来のものと異なる。
具体的には、まず、基板のランド上にはんだ材料をはん
だ粉末の形態で含むクリームはんだを、例えばスクリー
ン印刷法によって供給し、はんだ材料を介して電子部品
のリードがランド上に位置するように基板に適切に配置
し、これにより得られた基板をリフロー炉に入れて熱処
理する。このときのランドの温度プロファイル（急冷プ
ロファイル）を図４に実線にて示す。図４に示すよう
に、ランドの温度は、まず約１５０℃まで上昇し、この
温度にて約１００秒間維持され、次いで再び温度上昇し
て約２３０℃のピーク温度に達する。このとき、ランド
上に供給されたクリームはんだ中のはんだ材料（はんだ
粉末）が溶融すると共に、クリームはんだ中のフラック
スなどの他の成分が蒸発（または揮発）して除去され
る。その後、本実施形態においては窒素ガスをリフロー
炉の室内に常温程度の窒素ガスを約２００〜５００リッ
トル／分の流量にて、例えば、所望の温度プロファイル
が得られるように流量を調整しながら供給して基板を急
冷し、はんだ材料を冷却する。やがて、ランドの温度は
９８℃にまで低下する。これによりランド上のはんだ材
料が凝固して接合部を形成し、基板のランドと電子部品
のリードとの間がはんだ付けされる。本実施形態のリフ
ローはんだ付けにおいては、ランドの温度がピーク温度
（本実施形態では約２３０℃）に達した時点から、Ｓｎ
−Ｂｉ−Ｐｂ合金の融点である９８℃の温度にまで低下
する時点までの平均冷却速度は、例えば約１０℃／秒以
上、好ましくは約２０〜３０℃／秒であり得る。

【００７２】以上のようにして、電子部品が基板に実装
された電子回路基板が作製される。得られた電子回路基
板における電子部品のリードと接合部との間の接合界面
および基板のランドと接合部との間の接合界面のいずれ
においても、Ｓｎ−Ｃｕから成る金属間化合物の形成が
防止され、また、Ｂｉ濃化層の形成も実質的に抑制され
得る。

【００７３】これに対して、本実施形態の比較例とし
て、急冷を行わない従来のリフローはんだ付けの際のラ
ンドの温度プロファイル（従来プロファイル）を図４に
一点鎖線にて併せて示す。従来のリフローはんだ付けで
は、一般的には、積極的に冷却していない。また、リフ
ロー炉の室内に常温程度の空気を流す場合もあり得る
が、その流量は約５０〜１００リットル／分の流量にす
ぎない。このような従来のリフローはんだ付けにおいて
は、ランドの温度がピーク温度（約２３０℃）に達した
時点から、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ合金の融点である９８℃の
温度にまで低下する時点までの平均冷却速度は５℃／秒
程度から、せいぜい約１０℃／秒未満でしかない。この
ような従来のリフローはんだ付け方法により電子部品が
基板に実装された電子回路基板では、電子部品のリード
と接合部との間の接合界面および基板のランドと接合部
との間の接合界面のいずれにおいても、Ｓｎ−Ｃｕから
成る金属間化合物の形成を防止できず、Ｂｉ濃化層の肥
大化を招く。このため、十分な耐熱疲労強度を得ること
ができない。特に、Ｓｎ−Ｐｂめっきが施されたリード
を基板のランドにはんだ付けする際にはＳｎ−Ｂｉ−Ｐ
ｂ合金の形成を招き、接合部の劣化が顕著に起こり得
る。

【００７４】尚、本実施形態においては、溶融状態のは
んだ材料を１０℃／秒以上の冷却速度で冷却して凝固さ
せるために、冷却手段として窒素ガスを用いるガス冷却
を利用するものとしたが、本発明はこれに限定されず、
任意の適切な手段を用いることができる。例えば、適切
な温度の空気などをファンやノズルなどでリフロー炉の
室内に、例えば基板全体またははんだ材料に向けて、十
分な流量で流したり、液滴をミスト状にして基板に吹き
付けたり、あるいは、適切な温度の液体、例えば水など
に基板全体を浸漬することによりはんだ材料を冷却して
もよい。

【００７５】また、本実施形態においては、Ｓｎおよび
Ｂｉを含むはんだ材料として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系材料
を用いることとしたが、本発明はこれに限定されず、Ｓ
ｎ−Ｂｉ系材料などの他の材料を用いても同様の効果が
得られる。

【００７６】更に、本実施形態においてはリフローはん
だ付けについて説明したが、本実施形態のはんだ付け部
を積極的に約１０℃／分以上の冷却速度で冷却するとい
う特徴は、フローはんだ付け方法についても適用可能で
あり、この場合にも同様の効果を奏し得る。

【００７７】以上、本発明の２つの実施形態について上
述したが、本発明はこれに限定されず、本発明の概念を
逸脱しない範囲で種々の改変がなされ得ることは、当業
者には容易に理解されるであろう。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、ＳｎおよびＢｉを含む
はんだ材料を用いて第１の部材と第２の部材との間をは
んだ付けする方法において、第１の部材および第２の部
材の少なくとも一方に、Ｃｕを含む材料から成る部分を
母材として該母材を被覆するバリアメタル層を設けて、
はんだ材料を溶融状態でバリアメタル層と接触させ、凝
固させることにより第１の部材と第２の部材との間がは
んだ付け（または接合）される。

【００７９】このようなはんだ付け方法によれば、はん
だ材料中のＳｎが該母材に含まれるＣｕと直接接触せ
ず、これにより、Ｓｎ−Ｃｕから成る金属間化合物の形
成、よってＢｉ濃化層の肥大化を効果的に抑制または防
止することができ、従って、高温条件下での連続使用に
よる接合部の劣化、ひいては耐熱疲労強度の低下を招く
原因を低減または排除することができる。

【００８０】更に、本発明によれば、ＳｎおよびＢｉを
含むはんだ材料を用いて第１の部材と第２の部材との間
がはんだ付けされた接合構造体であって、第１の部材お
よび第２の部材の少なくとも一方が、Ｃｕを含む材料か
ら成る母材と母材を被覆するバリアメタル層とを備える
接合構造体が提供され、上記と同様の効果を奏し得る。

【００８１】あるいは、本発明によれば、上記本発明の
はんだ付け方法においてバリアメタル層を設ける代わり
に、溶融状態のはんだ材料を１０℃／秒以上の冷却速度
で冷却して凝固させるはんだ付け方法およびそれによっ
て得られる接合構造体もまた提供される。このようなは
んだ付け方法によっても、Ｂｉ濃化層の形成を効果的に
抑制または防止することができ、従って、高温条件下で
の連続使用による接合部の劣化、ひいては耐熱疲労強度
の低下を招く原因を低減または排除することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１つの実施形態におけるはんだ付け
方法によって得られる電子回路基板の概略部分断面図で
ある。

【図２】 本発明の１つの実施形態における電子回路基
板を約１８０℃の雰囲気にて熱処理した後の、ランドの
バリアメタル層（Ｎｉ相）と接合部（はんだ相）との接
合界面近傍における断面の走査型電子顕微鏡写真であ
り、図２（ａ）は６０秒間の熱処理後、図２（ｂ）は１
８０秒間の熱処理後の写真である。

【図３】 比較例の電子回路基板を約１８０℃の雰囲気
にて熱処理した後の、ランド（Ｃｕ相）と接合部（はん
だ相）との接合界面近傍における断面の走査型電子顕微
鏡写真であり、図３（ａ）は６０秒間の熱処理後、図３
（ｂ）は１８０秒間の熱処理後の写真である。

【図４】 本実施形態のはんだ材料から成る接合部の温
度プロファイルを比較例の温度プロファイルと共に示す
図である。

【図５】 従来のはんだ付け方法によって得られる電子
回路基板の概略部分断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ３ａ ランド母材 ３ｂ バリアメタル層 ３ ランド ５ はんだ付け部（接合部） ７ 電子部品 ９ａ リード母材 ９ｂ バリアメタル層 ９ リード

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＳｎおよびＢｉを含むはんだ材料を用い
   て第１の部材と第２の部材との間をはんだ付けする方法
   であって、第１の部材および第２の部材の少なくとも一
   方が、Ｃｕを含む材料から成る母材と母材を被覆するバ
   リアメタル層とを備え、第１の部材と第２の部材との間
   にはんだ材料を供給してはんだ材料を溶融状態でバリア
   メタル層と接触させ、凝固させることにより第１の部材
   と第２の部材との間をはんだ付けすることを含む方法。
2. 【請求項２】 第１の部材および第２の部材の一方がバ
   リアメタル層を備え、もう一方が鉛を含む材料から成る
   表面を備え、溶融状態のはんだ材料が該表面に接触す
   る、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 バリアメタル層がＮｉ層を含む、請求項
   １または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 バリアメタル層が、Ａｕ層、Ｐｄ層およ
   びＳｎ−Ｂｉ層からなる群から選択される少なくとも１
   つの層であって、Ｎｉ層の上方に位置する層を更に含
   む、請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 ＳｎおよびＢｉを含むはんだ材料を用い
   て第１の部材と第２の部材との間をはんだ付けする方法
   であって、第１の部材と第２の部材との間にはんだ材料
   を供給し、溶融状態のはんだ材料を１０℃／秒以上の冷
   却速度で冷却して凝固させることにより第１の部材と第
   ２の部材との間をはんだ付けすることを含む方法。
6. 【請求項６】 第１の部材および第２の部材の少なくと
   も一方が鉛を含む材料から成る表面を備え、はんだ材料
   が溶融状態で該表面に接触する、請求項５に記載の方
   法。
7. 【請求項７】 第１の部材が基板に形成された電極であ
   り、第２の部材が電子部品の電極である、請求項１〜６
   のいずれかに記載の方法。
8. 【請求項８】 はんだ付けがフローはんだ付け方法また
   はリフローはんだ付け方法により実施される、請求項１
   〜７のいずれかに記載の方法。
9. 【請求項９】 ＳｎおよびＢｉを含むはんだ材料を用い
   て第１の部材と第２の部材との間がはんだ付けされた接
   合構造体であって、第１の部材および第２の部材の少な
   くとも一方が、Ｃｕを含む材料から成る母材と母材を被
   覆するバリアメタル層とを備える、接合構造体。
10. 【請求項１０】 第１の部材および第２の部材の一方が
    バリアメタル層を備え、もう一方が鉛を含む材料から成
    る表面を備える、請求項９に記載の接合構造体。
11. 【請求項１１】 第１の部材が基板に形成された電極で
    あり、第２の部材が電子部品の電極である、請求項９ま
    たは１０に記載の接合構造体。
12. 【請求項１２】 請求項１〜８のいずれかに記載の方法
    を用いて、第１の部材と第２の部材との間がはんだ付け
    された接合構造体。
13. 【請求項１３】 ＳｎおよびＢｉを含むはんだ材料を用
    いてはんだ付けされる電気または電子部品であって、Ｃ
    ｕを含む材料から成る母材と母材を被覆するバリアメタ
    ル層とを備える電極を有する電気または電子部品。
14. 【請求項１４】 第１の部材と第２の部材との間にＳｎ
    およびＢｉを含むはんだ材料を供給して、第１の部材お
    よび第２の部材にはんだ材料を溶融状態で接触させ、凝
    固させることにより第１の部材と第２の部材との間をは
    んだ付けするときに、第１の部材および第２の部材の少
    なくとも一方に設けられたＣｕを含む材料から成る部分
    を母材として、該母材を被覆するバリアメタル層を設
    け、バリアメタル層にはんだ材料を溶融状態で接触さ
    せ、これによりはんだ付け部の耐熱疲労強度を向上させ
    る方法。
15. 【請求項１５】 第１の部材と第２の部材との間にＳｎ
    およびＢｉを含むはんだ材料を供給して、第１の部材お
    よび第２の部材にはんだ材料を溶融状態で接触させ、凝
    固させることにより第１の部材と第２の部材との間をは
    んだ付けするときに、溶融状態のはんだ材料を１０℃／
    秒以上の冷却速度で冷却して凝固させ、これによりはん
    だ付け部の耐熱疲労強度を向上させる方法。