JP2005288478A

JP2005288478A - 無鉛はんだ接合部

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Publication number: JP2005288478A
Application number: JP2004106865A
Authority: JP
Inventors: Yuuji Kuri; 裕二久里; Toronron Tan; トロンロンタン; Akira Tanaka; 明田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】ウイスカの発生を抑制し、信頼性の高いはんだ接合を可能とする無鉛はんだ接合部を提供すること目的とする。
【解決手段】ＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金に、Ｃｏを０．１〜１．０重量％含有した無鉛はんだを使用して無鉛はんだ接合部を構成することで、被はんだ部材と、ＳｎまたはＳｎ基合金との反応を抑制し、接合界面における金属間化合物の形成および成長を抑制し、内部応力の増加を抑制して、接合界面におけるウイスカの発生、成長を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳｎまたはＳｎ系合金を主成分とする無鉛はんだを用いて接合された接合部に関し、特に、針状の結晶であるウイスカの発生および成長を抑制することができ、はんだ接合の信頼性を向上させることができる無鉛はんだ接合部に関する。

電子機器装置などに用いられる電子回路は、プリント配線が施された電子部品を搭載し、その電子部品を基板にはんだ付け接合して形成されている。また、従来、その接合材料としてのはんだには、ＳｎとＰｂを含んだ合金が使用されていたが、近年、環境的配慮からＰｂを含まないはんだやメッキが使用されるようになってきた。このような背景のもと、Ｓｎを主成分とするはんだやメッキにおいて、ＳｎとＰｂを含んだ合金を用いた場合と同等の機械的性質や物理的性質が要求されている。

例えば、Ｓｎ−Ｃｕ合金において、はんだ強度、熱疲労強度などの機械的性質を確保するため、共晶組成Ｓｎ−０．７重量％ＣｕなどのＣｕの含有率が０．７近傍の合金が用いられている。このようなＳｎ−Ｃｕ合金では、Ｓｎ中のＣｕ固溶量が０．００６重量％程度の（βＳｎ）デンドライトの凝固前方にＣｕが濃縮し、（βＳｎ）とη（Ｃｕ_６Ｓｎ_５：Ｓｎ４３．５〜４５．５原子％）の共晶組織、または、初晶η、（βＳｎ）およびηの共晶組織が形成される。これらの共晶組織である金属間化合物は、機械的強度が低く、冷却するとクラックを生じることがあった。そのため、この金属間化合物の生成を抑制することにより、耐熱疲労性を向上させたはんだが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、Ｓｎを主成分とするはんだやメッキなどを用いた場合に、針状結晶、いわゆるウイスカが発生、成長することが知られている。
特開２００２−３０７１８７号公報

上記したようなＰｂを含まないはんだにおける接合部やメッキ被膜では、内部応力を緩和する働きのあったＰｂを含まないため、はんだ接合やメッキ処理をする際に発生する内部応力により、ウイスカが形成される場合がある。このウイスカは、特に、高温高湿で使用された場合に最も発生する。また、このウイスカは、金属材料から形成され成長するため、ほとんどのウイスカが導電性を有している。そのため、ウイスカが電極間で成長した場合に、短絡が発生するという問題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ウイスカの発生を抑制し、信頼性の高いはんだ接合を可能とする無鉛はんだ接合部を提供すること目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の無鉛はんだ接合部は、Ｃｏを０．１〜１．０重量％含有するＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金からなる無鉛はんだによって接合された接合部であって、該接合部における内部応力が４．９ＭＰａより小さいことを特徴とする。

Ｓｎ基合金は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂのいずれか少なくとも１種を含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなり、融点が１３９〜２３５℃の範囲である低融点のＳｎ基合金で構成される。

例えば、Ｓｎ基合金として、Ｃｕ：０．５〜１．０重量％、残部：Ｓｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金、Ａｇ：２．０〜４．０重量％、Ｃｕ：０．５〜１．０重量％、残部：Ｓｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金、Ｚｎ：８．０〜９．０重量％、Ｉｎ：３．０〜８．０重量％、残部：Ｓｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金、Ｃｕ：０．５〜１．０重量％、Ｓｂ：１．０〜８．５重量％、残部：Ｓｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金などが挙げられる。

この無鉛はんだ接合部によれば、ＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金に、Ｃｏを０．１〜１．０重量％含有することで、被はんだ部材と、ＳｎまたはＳｎ基合金との反応を抑制し、接合界面における金属間化合物の形成および成長を抑制し、内部応力の増加を抑制して、接合界面におけるウイスカの発生、成長を抑制することができる。

また、本発明の無鉛はんだ接合部は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１．０重量％含有するＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金からなる無鉛はんだによって接合された接合部であって、平均内部応力が４．９ＭＰａより小さいことを特徴とする。

ここで、Ｓｎ基合金の組成は、上記したＳｎ基合金の組成と同様である。また、無鉛はんだは、例えば、Ｓｎ基合金として、Ｃｕ：０．５〜１．０重量％、残部：Ｓｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金、Ａｇ：２．０〜４．０重量％、Ｃｕ：０．５〜１．０重量％、残部：Ｓｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金、Ｚｎ：８．０〜９．０重量％、Ｉｎ：３．０〜８．０重量％、残部：Ｓｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金、Ｃｕ：０．５〜１．０重量％、Ｓｂ：１．０〜８．５重量％、残部：Ｓｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金などが挙げられる。

この無鉛はんだ接合部によれば、ＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金に、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１．０重量％含有することで、被はんだ部材と、ＳｎまたはＳｎ基合金との反応を抑制し、接合界面における金属間化合物の生成および成長を抑制し、内部応力の増加を抑制して、接合界面におけるウイスカの発生、成長を抑制することができる。

ここで、上述した無鉛はんだ接合部に使用される無鉛はんだは、溶融メッキのメッキ材料として使用することもできる。メッキに使用された場合にも、はんだ部材として使用された場合と同様の効果を得ることができる。

本発明の無鉛はんだによれば、ウイスカの発生を抑制し、信頼性の高いはんだ接合を可能とする無鉛はんだ接合部を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。

本発明の無鉛はんだ接合部に使用される無鉛はんだは、Ｃｏを０．１〜１．０重量％含有するＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金から構成される。そして、この無鉛はんだによる無鉛はんだ接合部における内部応力は、４．９ＭＰａより小さい値となっている。

ＳｎまたはＳｎ基合金に含有されるＣｏの含有率は、求められた機械的性質や融点等によって、０．１〜１．０重量％の範囲で適宜に設定される。

ここで、Ｃｏの含有率が０．１重量％よりも小さい場合には、無鉛はんだ接合部におけるウイスカの発生、成長を抑制する効果が望めず、無鉛はんだのねれ性が悪くなることがあり、１．０重量％よりも大きい場合には、無鉛はんだのぬれ性が悪くなり、かえって無鉛はんだ接合部における内部応力の増加をもたらすことがある。

また、ＳｎまたはＳｎ基合金に含有されるＣｏの含有率のより好ましい範囲は、０．１〜０．３重量％である。ここで、ＳｎまたはＳｎ基合金で、例えばＳｎ−Ｃｕの無鉛はんだにＣｏを０．１〜１．０重量％の範囲で含有した無鉛はんだの融点は、２２７〜２３０℃となる。また、無鉛はんだ接合部の内部応力が４．９ＭＰａ以上の場合には、ウイスカの発生、成長が顕著になることがある。

このように、ＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金にＣｏを０．１〜１．０重量％含有した無鉛はんだを使用して無鉛はんだ接合部を構成することで、この無鉛はんだと、Ｃｕを含有して形成された被はんだ部材との接合部におけるＳｎとＣｕの金属間化合物（Ｃｕ_６Ｓｎ_５）の成長を抑制することができる。これによって、接合部の内部応力の増加を抑制して、ＳｎおよびＳｎ基合金からのウイスカの発生、成長を抑制することができる。この金属間化合物（Ｃｕ_６Ｓｎ_５）の成長は、ＣｏとＳｎの金属間化合物（ＣｏＳｎ_２）によって抑制されている。また、無鉛はんだのぬれ性を悪化することなく、ウイスカの発生、成長を抑制することができる。

また、本発明の無鉛はんだ接合部は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１．０重量％含有するＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金からなる無鉛はんだによって接合された接合部であって、該接合部における内部応力が４．９ＭＰａより小さい値ととなっている。

ＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金に含有されるＭｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種の含有率は、求められた機械的性質や融点等によって上記範囲内で適宜に設定される。

ここで、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種の含有率が０．１重量％よりも小さい場合には、接合部の界面における金属間化合物の成長を抑制する効果が少なく、１．０重量％よりも大きい場合には、はんだとしてのぬれ性が劣る傾向にある。また、ＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金に含有されるＭｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種の含有率のより好ましい範囲は、０．１〜０．３重量％である。

また、ＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金で、例えばＳｎ−Ｃｕの無鉛はんだに、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１．０重量％の範囲で含有した無鉛はんだの融点は、２２７〜２３０℃となる。

このように、ＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金に、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１．０重量％含有した無鉛はんだを使用して無鉛はんだ接合部を構成することで、この無鉛はんだと、Ｃｕを含有して形成された被はんだ部材との接合部におけるＳｎとＣｕの金属間化合物（Ｃｕ_６Ｓｎ_５）の成長を抑制することができる。これによって、接合部の内部応力の増加を抑制して、ＳｎおよびＳｎ基合金からのウイスカの発生、成長を抑制することができる。この金属間化合物（Ｃｕ_６Ｓｎ_５）の成長は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種とＳｎの金属間化合物（例えば、ＮｉＳｎ，ＦｅＳｎなど）によって抑制されている。また、無鉛はんだのぬれ性を悪化することなく、ウイスカの発生、成長を抑制することができる。

ここで、接合部の形成に使用される無鉛はんだは、例えば、球状または不定形状の粉体、フィルム状、ワイヤ状などに形成することができる。また、粉体形状を有するはんだを、例えば、フラックスやバインダと混合しペースト状にして使用することもできる。なお、無鉛はんだの形状は、これらの形状に限られるものではなく、適宜に用途に応じて形状を変えて形成することができる。

また、本発明の無鉛はんだ接合部は、例えば、電子部品の基板などで構成される第１要素部材と、例えば、チップ部品などの電子部材などで構成される第２要素部材との接合部や、ワイヤボンドなどの接合部などが挙げられるが、これらに限られるものではなく、はんだによって接合された接合部ならばこれに含まれる。本発明の無鉛はんだ接合部では、ウイスカの発生が抑制されるので、短絡などの発生を防止することができ、電子部材などの接合部の信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。

（元素分析試験）
Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏ、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−１重量％Ｃｏ、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｎｉ、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕからなる４種類の無鉛はんだを準備した。そして、図１に示すように、それぞれの無鉛はんだ１０２について、各無鉛はんだ１０２を厚さ０．１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの２枚の銅板１００、１０１の間に設置し、窒素ガス雰囲気中において、３００℃の温度で３分間加熱し、はんだ付けを行った。接合部の厚さは、０．１ｍｍであった。

そして、各無鉛はんだにおける接合部の断面において、Ｘ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ；Electron Probe Micro-Analysis）を用いて元素分析を行った。その元素分析を行った結果を図２および３に示す。ここで、図２には、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだにおける分析結果が示され、図３には、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕからなる無鉛はんだにおける分析結果が示されている。

なお、図中には、１つの銅板１００上の結果を示すが、銅板１０１との接合部においても同様の結果が得られた。また、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−１重量％ＣｏおよびＳｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｎｉからなる無鉛はんだを用いた場合には、図２に示すＳｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだを用いた場合と、ほぼ同様の分析結果が得られたので、ここでは、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだにおける分析結果を用いて説明する。

この測定結果から、図２に示すように、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだを用いた場合には、銅板１００側から第３接合層１１３側に向って、第１接合層１１０、第２接合層１１１、第３接合層１１２の順に接合層が積層された断面で構成されていることがわかる。また、第２接合層１１１は、第３接合層１１２側に顕著な起伏を生じることなく、第１接合層１１０、第２接合層１１１ともに比較的平坦に接合部を形成している。

また、この断面において、Ｓｎの元素分析を行うと、第３接合層１１２に含まれるＳｎの濃度に比べて、第２接合層１１１および第３接合層１１２に含まれるＳｎの濃度は低かった。さらに、この断面において、Ｃｕの元素分析を行うと、第３接合層１１２に含まれるＣｕの濃度に比べて、第２接合層１１１に含まれるＣｕの濃度は高かった。

また、この断面において、Ｃｏの元素分析を行うと、他の接合層に比べて第１接合層１１０に含まれるＣｏの濃度が高かった。なお、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｎｉからなる無鉛はんだを用いた場合には、Ｃｏの濃度は検出されないが、他の接合層に比べて第１接合層１１０に含まれるＮｉの濃度が高かった。

一方、図３に示すように、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕからなる無鉛はんだ用いた場合には、銅板１００上には、第１接合層１５０、第２接合層１５１の順に接合層が積層された断面で構成されていることがわかる。また、第１接合層１５０は、第２接合層１５１側に激しく起伏している。また、第１接合層１５０の第２接合層１５１側の突出は、図１に示したＳｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏの場合における第２接合層１１１の第３接合層１１２側への突出に比べると、明らかに激しく起伏していることがわかる。さらに、第１接合層１５０の厚さは、図１に示したＳｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏの場合における第２接合層１１１の厚さに比べると、明らかに厚いことがわかる。

また、この断面において、Ｓｎの元素分析を行うと、第２接合層１５１に含まれるＳｎの濃度に比べて、第１接合層１５０に含まれるＳｎの濃度は低かった。また、この断面において、Ｃｕの元素分析を行うと、第２接合層１５１に含まれるＣｕの濃度に比べて、第１接合層１５０に含まれるＣｕの濃度は高かった。

上記した元素分析の結果から、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだを用いた場合には、第１接合層１１０は、主にＣｏとＳｎの金属間化合物（例えば、ＣｏＳｎ_２）で形成され、第２接合層１１１は、主にＣｕ_６Ｓｎ_５の金属間化合物で形成され、第３接合層１１２は、使用する無鉛はんだで主に形成されていることがわかった。なお、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｎｉからなる無鉛はんだを用いた場合には、第１接合層１１０は、主にＮｉとＳｎの金属間化合物で形成されていることがわかった。

また、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだを用いた場合には、第１接合層１５０は、主にＣｕ_６Ｓｎ_５の金属間化合物で形成され、第２接合層１５１は、使用する無鉛はんだで主に形成されていることがわかった。

上記したＳｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだにように、Ｃｏを所定の含有率で含有する無鉛はんだを用いた場合の元素分析の結果と、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕからなる無鉛はんだにように、Ｃｏを含有しない無鉛はんだを用いた場合の元素分析の結果とを比較すると、Ｃｏを所定の含有率で含有する無鉛はんだを用いた場合には、はんだ接合部においてＣｕ_６Ｓｎ_５の金属間化合物の生成および成長が著しく抑制されていることがわかる。

また、Ｃｏを所定の含有率で含有する無鉛はんだを用いた場合には、Ｃｕ_６Ｓｎ_５の金属間化合物と銅板１００との間に、ＣｏとＳｎの金属間化合物（例えば、ＣｏＳｎ_２）による接合層が接合面に沿って介在することがわかった。これらのことから、Ｃｏを所定の含有率で含有する無鉛はんだを使用したはんだ接合部では、主にＣｏとＳｎの金属間化合物からなる接合層によって、Ｃｕ_６Ｓｎ_５の金属間化合物の生成および成長が著しく抑制されていることがわかった。なお、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｎｉからなる無鉛はんだを使用したはんだ接合部では、主にＮｉとＳｎの金属間化合物からなる接合層によって、Ｃｕ_６Ｓｎ_５の金属間化合物の生成および成長が著しく抑制されていることがわかった。

なお、Ｃｕ_６Ｓｎ_５は、ＣｕがＳｎと反応した構造となるため、Ｃｕ単体の体積より幾分大きくなる。これによって、Ｃｕ_６Ｓｎ_５の形成領域が多いはんだ接合部は、この体積膨張の差により発生する応力が増加する。そして、このはんだ接合部の内部応力の増加は、ウイスカの発生、成長を促す。しかしながら、上記した測定結果から、ＣｏまたはＮｉを所定の含有率で含有する無鉛はんだを使用したはんだ接合部では、Ｃｕ_６Ｓｎ_５の形成領域が少ないことが明らかになり、ウイスカの発生、成長を抑制する効果があることがわかった。

（ウイスカの発生試験）
次に、ウイスカの発生試験を実施した。図４には、ウイスカの発生試験の概要を示す断面図が示されている。

ここでは、Ｃｕからなる外径１ｍｍの棒状部材２００を、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏ、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｎｉ、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕをそれぞれ溶融した３種類の溶融メッキ槽を準備し、各溶融メッキ槽によって棒状部材２００にメッキ処理を施し、５μｍのメッキ層２０１が形成された３種類の試料２０２を作製した。

続いて、この３種類の試料２０２の中央部を曲げ角θが１２０°となるように屈曲させ、図４に示すように、各試料２０２の両端部および屈曲部が支持部材２０３の内壁に接するように設置した。

続いて、この支持部材２０３に設置された試料２０２を、雰囲気温度６０℃、湿度９０％の恒温恒湿試験槽内に１０００時間放置した。そして、電子顕微鏡を用いて、１０００時間放置された各試料２０２におけるウイスカの発生および成長の状態を観察し、さらにウイスカの長さを測定した。ここでは、試料２０２に形成された複数のウイスカの中から任意に選択したウイスカ（ここでは、１４個）について測定を行った。

図５にウイスカの長さを測定した結果を示す。なお、図５には、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏを用いた場合を試料１、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｎｉを用いた場合を試料２、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕを用いた場合を試料３として示している。

このウイスカの長さの測定結果から、ウイスカの長さは、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏを用いた場合には、３〜２３μｍの範囲、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｎｉを用いた場合には、８〜３３μｍの範囲、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕを用いた場合には、１０〜８３μｍの範囲で分布していた。

この測定結果から、所定量のＣｏを含有する場合および所定量のＮｉを含有する場合には、ウイスカの成長を抑制する効果があることがわかった。

ここで、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕを用いた場合における、所定の範囲でウイスカの長さの分布を持つ４つの分布モデルについて、数値解析によりはんだの内部応力を求めた結果を図６に示す。なお、ここでは、４つの分布モデルのうち、ウイスカの長さが短い範囲で分布するモデルには、ウイスカの長さの測定結果によって得られた、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏを用いた場合の測定値（３〜２３μｍの範囲）を用いて数値解析を行なった。また、４つの分布モデルのうち、ウイスカの長さが長い範囲で分布するモデルには、ウイスカの長さの測定結果によって得られた、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕを用いた場合の測定値（１０〜８３μｍの範囲）を用いて数値解析を行なった。

この数値解析の結果から、はんだ接合後におけるはんだの内部応力が小さいほど、ウイスカの長さは、短い範囲で分布していることがわかる。また、はんだの内部応力が４．９ＭＰａよりも小さい場合には、ウイスカの成長を顕著に抑制できることがわかった。この結果から、はんだ接合部の内部応力は、４．９ＭＰａよりも小さいことが好ましい。

この数値解析の結果、図５に示したウイスカの長さの測定結果および元素分析試験の結果ら、所定量のＣｏを含有するＳｎまたはＳｎ基合金からなる無鉛はんだを使用したはんだ接合部では、Ｃｕ_６Ｓｎ_５の金属間化合物の生成および成長が著しく抑制され、はんだ接合部の内部応力が増加するのが抑えられるため、ウイスカの発生や成長を抑制できることがわかった。

（はんだの広がり試験）
次に、ＪＩＳＺ３１９８−３の「広がり試験方法」に準拠して、はんだの広がり試験を行った。

ここでは、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕに、Ｃｏを０．１、１、１０、２０重量％含有した無鉛はんだ、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕに、Ｎｉを０．１、１、１０、２０重量％含有した無鉛はんだ、およびＳｎ−０．７重量％Ｃｕからなる無鉛はんだの９種類の無鉛はんだを用いてはんだの広がり試験を行った。なお、これら９種類の無鉛はんだについて、それぞれ複数回の試験を行った。

その試験結果を図７に示す。ここで、広がり率（Ｓ_Ｒ）（％）とは、ＪＩＳＺ３１９８−３に記載されたとおりの、以下の式（１）によって定義されるものである。
Ｓ_Ｒ＝（Ｄ−Ｈ）／Ｄ × １００ …式（１）
ここで、Ｈは、広がったはんだの高さ（ｍｍ）、Ｄは、試験に用いたはんだを球とみなした場合の直径（ｍｍ）である。

試験結果から、ＣｏまたはＮｉの含有率が、０．１〜１．０重量％の範囲で広がり率（Ｓ_Ｒ）が高く、その含有率の範囲よりも大きくても小さくても広がり率（Ｓ_Ｒ）は低下することがわかった。この結果から、高い広がり率（Ｓ_Ｒ）を維持するためには、ＳｎまたはＳｎ基合金に含有するＣｏまたはＮｉの含有率が、０．１〜１．０重量％の範囲にあることが好ましいことがわかった。

はんだ接合部の断面図。Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだにおける元素分析の結果を示す図。Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕからなる無鉛はんだにおける元素分析の結果を示す図。ウイスカの発生試験の概要を示す断面図。ウイスカの長さを測定した結果を示す図。数値解析によりはんだの内部応力を求めた結果を示す図。広がり試験の試験結果を示す図。

符号の説明

１００，１０１…銅板、１１０…第１接合層、１１１…第２接合層、１１２…第３接合層、１５０…第１接合層、１５１…第２接合層。

Claims

Ｃｏを０．１〜１．０重量％含有するＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金からなる無鉛はんだによって接合された接合部であって、該接合部における内部応力が４．９ＭＰａより小さいことを特徴とする無鉛はんだ接合部。
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１．０重量％含有するＳｎまたはＰｂを含まないＳｎ基合金からなる無鉛はんだによって接合された接合部であって、平均内部応力が４．９ＭＰａより小さいことを特徴とする無鉛はんだ接合部。
前記Ｓｎ基合金が、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂのいずれか少なくとも１種を含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項１または２記載の無鉛はんだ接合部。