JP2008161882A - 電子部品、接合構造体および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に電子部品をはんだ付けする際の加熱で電子部品の内部接合が２７０℃まで溶融させず、かつ耐衝撃性に優れた接合構造体で構成された回路基板で制御される電化商品および電子機器を提供する。
【解決手段】接合材料４６が、Ｂｉを主成分とし、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを添加する。これにより、２７０℃未満では溶融しなくなるので、回路基板４４に電子部品４５Ａ、４５Ｂをはんだ付けする際の加熱で電子部品内部の接合部分が溶融せず不良が生じることがなく、かつＡｇを含有していないため安価な鉛フリー製品を提供することが可能となる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、鉛を含まない接合材料およびこれを含む電子部品および電子機器に関するものである。

マザー基板上に実装される電子部品が、素子と電極とこれらを接合する接合材料とを具備する場合、接合材料には、はんだ材料が一般に用いられている。

電子部品は、更に、別の接合材料を用いて、マザー基板に実装される。例えばＰＡモジュール（パワーアンプモジュール）のような電子部品とマザー基板とを接合する接合材料には、一般に融点が２００〜２３０℃のはんだ材料が用いられている。

電子部品をマザー基板に実装する際には、主に熱風方式のリフロー装置により、電子部品をマザー基板とともに加熱し、融点が２００〜２３０℃のはんだ材料を溶融させる。このとき、電子部品の温度は２３０〜２６０℃に達するが、電子部品の内部で素子と電極とを接合しているはんだ材料が溶融すると、短絡、断線、あるいは電気特性の変化が生じて最終製品に不良が生じる可能性がある。よって、電子部品の内部に用いる接合材料は、リフロー装置内で到達する電子部品の最高温度よりも高い溶融温度を有することが要求される。そこで、電子部品の内部で素子と電極とを接合するはんだ材料には、例えば、鉛を主成分として含み、約１５重量％のＳｎを含む、溶融温度約２８８℃のＰｂ−Ｓｎ合金が用いられている。

しかし、Ｐｂ−Ｓｎ合金を用いる場合、廃棄物中のはんだ材料から、鉛が土壌に溶出することが懸念される。近年、地球環境保護への関心が高まってきており、鉛を含まないはんだ（鉛フリーはんだ）の開発が進められている。例えば、溶融温度が２００〜２５０℃のＳｎ−Ｐｂ合金からなるはんだ材料は、Ｓｎ−Ａｇ合金もしくはＳｎ−Ｃｕ合金からなるはんだ材料に置き換えられつつある。溶融温度２６０℃以上のはんだ材料としては、主成分であるＢｉと少量のＡｇとを含むはんだ材料が提案されている。（特許文献１参照）。
特開２００１−３５３５９０号公報（第５頁、表１）

上述のように、溶融温度の高いはんだ材料を得るために、ＢｉにＡｇを添加することが提案されている。しかし、ＢｉにＡｇを添加すると、ＢｉとＡｇとの共晶合金（例えば９７．５重量％のＢｉと２．５重量％のＡｇとを含む共晶合金（Ｂｉ−２．５％Ａｇ））が生成する。このような共晶合金の溶融温度は比較的低く、Ｂｉ−２．５％Ａｇの溶融温度は２６２℃である。

一方、電子部品とマザー基板とをはんだ材料で接合する場合、電子部品は２６０℃まで加熱されることがある。ＰＡモジュールのような熱容量の小さな電子部品は、リフロー装置による加熱温度の上限よりも、１０℃程度高い耐熱温度（少なくとも２７０℃程度）を有する必要がある。よって、Ｂｉと少量のＡｇとを含むはんだ材料は、熱容量の小さな電子部品には用いることができない。

ＢｉにＡｇ以外の元素を添加すると、更に溶融温度が低下する場合もある。例えば９６重量％のＢｉと４重量％のＺｎからなる共晶合金（Ｂｉ−４％Ｚｎ）の溶融温度は２５５℃、５８重量％のＢｉと４２重量％のＳｎからなる共晶合金（Ｂｉ−４２％Ｓｎ）の溶融温度は１３８℃、３５重量％のＢｉと６５重量％のＩｎからなる共晶合金（Ｂｉ−６５％Ｉｎ）の溶融温度は７２℃である。これらの共晶合金は、添加元素の量が微量であっても局所的に生成するため、注意が必要である。

鉛フリーはんだの開発においては、Ａｇの含有率を減少させることも重要である。家庭用の電化商品や電子機器は、安価に生産することが求められる。Ａｇは１ｇ当たりの価格が約４０円と高価であるため、その使用量は少ない方が望ましい。鉛フリーはんだには、溶融温度が２２０〜２３０℃のＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ合金が一般的に用いられている。このような合金においても、材料価格を安価にするために、Ａｇの量を０．３重量％程度に減少させる取り組みが進められている。

本発明は、上記を鑑み、例えば２７０℃以上の溶融温度を有し、鉛を含まない接合材料で接合された構造を有する電子部品が実装されたマザー基板で制御される電子機器を提供することを目的の１つとする。

本発明は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する接合材料とを具備し、前記接合材料は、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含む、電子部品に関する。

本発明は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する接合材料とを具備し、前記接合材料は、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅと、０．０２〜０．０８重量％のＮｉとを含む、電子部品に関する。

本発明は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する接合材料とを具備し、前記接合材料は、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下である、接合構造体に関する。

本発明は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する接合材料とを具備し、前記接合材料は、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅと、０．０２〜０．０８重量％のＮｉとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下である、接合構造体に関する。

本発明は、電子部品と、前記電子部品を搭載する基板と、前記電子部品と前記基板とを接合する第１の接合材料とを具備し、前記第１の接合材料は、第１の合金を含み、前記電子部品は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する第２の接合材料とを具備し、前記第２の接合材料は、Ｂｉを主成分とする第２の合金を含み、前記第２の合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下であり、前記第２の合金は、前記第１の合金よりも高い溶融温度を有する接合構造体により構成された回路基板で制御される電子機器に関する。

本発明は、電子部品と、前記電子部品を搭載する基板と、前記電子部品と前記基板とを接合する第１の接合材料とを具備し、前記第１の接合材料は、第１の合金を含み、前記電子部品は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する第２の接合材料とを具備し、前記第２の接合材料は、Ｂｉを主成分とする第２の合金を含み、前記第２の合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅと、０．０２〜０．０８重量％のＮｉとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下であり、前記第２の合金は、前記第１の合金よりも高い溶融温度を有する接合構造体により構成された回路基板で制御される電子機器に関する。

本発明によれば、例えば２７０℃以上の溶融温度を有し、鉛を含まない接合材料で接合された構造を有する電子部品が実装されたマザー基板で制御される電子機器を提供することができる。本発明の電子機器は、マザー基板に電子部品を実装する際の加熱で、電子部品の内部の接合部が溶融することがないため、電子機器に不良が発生することがなく、かつ信頼性を高くすることができる。

（実施の形態１）
本実施形態の電子部品は、電子素子と、電子素子と接続される電極と、電子素子と電極とを接合する接合材料とを具備する。ここで、接合材料には、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含む。Ｃｕの含有率は０．４〜０．６重量％が好ましく、Ｇｅの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましい。Ｂｉを主成分とする合金が３元合金（３種の元素からなる合金）である場合、ＣｕとＧｅ以外の残部はＢｉのみからなる。

電子素子は、特に限定されないが、例えばコンデンサ、抵抗、トランジスタ、ＳＯＰ（Ｓｉｄｅ Ｏｕｔｅｒ−ｌｅａｄ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）、コイル、ベアチップ、線材、板材などで構成される。電子部品は、特に限定されないが、様々なモジュール部品（例えばＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐ）モジュールやＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）モジュールなど）、表面実装部品（例えばチップインダクタやトランジスタなど）、挿入部品（例えばアキシャル部品、ラジアル部品など）が挙げられる。

本発明は、電子部品の内部で、はんだによる接合をしている電子部品に適しており、特に８ｍｍ×５ｍｍサイズ以下の熱容量を有する電子部品を得る場合に好適である。

電子部品がＰＡモジュール（ＰＡＭタイプ：５ｍｍ×５ｍｍ×１．５ｍｍ、松下電器産業（株）製）である場合について、図１２およびその断面を示す図１３を参照しながら説明する。

ＰＡモジュール１０は、ガラスエポキシ基板１１と、エポキシ樹脂１２とを具備する。ＰＡモジュール１０の内部は、ガラスエポキシ基板１１上に形成された内部電極１３Ａ、１３Ｂと、チップコンデンサ１４と、内部電極１３Ａとチップコンデンサ１４とを接合する高温はんだ１５と、半導体部品１６と、内部電極１３Ｂと半導体部品１６とを接合する線材１７とからなる。ＰＡモジュール１０は、外部電極１８により、マザー基板（図示せず）に、接合材料により実装して用いられる。

本実施形態の目的である、２７０℃以上の溶融温度を有する接合材料を得る場合、共晶点温度が２７０℃以上である２元合金（２種の元素からなる合金）をベース（母材）に用いることが有効である。多くの元素の中から共晶点温度が２７０℃以上となる元素の組み合わせを選ぶ際、重視すべき点は、元素の毒性の有無と価格である。Ｐｂ、Ｈｇ、Ｓｂ、Ｓｅ等の元素は、毒性の点から除外される。

図１は、２元共晶合金の共晶点温度を示している。縦軸の元素と横軸の元素との交点に示した数値は、それら２種の元素からなる合金の共晶点温度である。図１から、例えばＳｎ−Ａｇ合金の共晶点温度は２２１℃であり、Ｎｉ−Ｃｕ合金には共晶点が存在しないことがわかる。また、ＢｉとＣｕとの組み合わせ、または、ＢｉとＧｅとの組み合わせが、共晶点温度が２７０〜３００℃の合金を与えることがわかる。

ここで、ＢｉとＣｕとの共晶合金は、９９．５重量％のＢｉと０．５重量％のＣｕとを含む（Ｂｉ−０．５％Ｃｕ）。ＢｉとＧｅとの共晶合金は、９９重量％のＢｉと１重量％のＧｅとを含む（Ｂｉ−１％Ｇｅ）。しかし、Ｇｅの価格はＣｕの約４２０倍と高価である。よって、安価な材料を提供する観点からは、ＢｉとＣｕとの組み合わせが有利である。

図２は、ＢｉとＣｕとの二元合金（Ｂｉ−Ｃｕ合金）におけるＣｕ含有量（重量％）と、Ｂｉ−Ｃｕ合金の融点（液相温度または固相温度）との関係を示している。図２において、Ｃｕの含有量が０．８重量％以下では、液相温度が２７０〜２７２℃であり、固相温度との温度差が小さくなっている。一方、Ｃｕの含有量が１．０重量％を超えると、液相温度は２７５℃以上となり、固相温度との温度差が５℃以上に拡大している。液相温度と固相温度との間の温度では、固相と液相が共存する。よって、液相温度と固相温度との温度差が５℃以上に大きくなると、接合材料の作業性が低下し、製造現場における生産性が低下する。以上より、Ｃｕの含有量は０．８重量％以下であることが望ましい。一方、Ｃｕの含有量が０．２重量％未満になると、溶融した接合材料と電極等との濡れ性が低下する。よって、Ｃｕの含有量は０．２重量％以上であることが望ましい。また、Ｃｕの含有量を０．４〜０．６重量％とすることにより、更に物性バランスに優れた接合材料を得ることができる。

０．２〜０．８重量％のＣｕを含むＢｉ−Ｃｕ合金は、２７０℃未満の温度で溶融しない点では優れた接合材料である。しかし、メニスカス法による試験では、濡れ性が低いという知見が得られている。Ｂｉ−Ｃｕ合金は、９９．５重量％という多量のＢｉを含む。そのため、合金内における酸化物の生成量が多くなっており、このことが濡れ性に影響していると考えられる。Ｂｉの酸化は、Ｂｉよりも優先的に酸化する元素を、Ｂｉ−Ｃｕ合金に微量添加することにより、抑制できると考えられる。Ｂｉよりも優先的に酸化する元素としては、Ｇｅ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｐ等が挙げられる。

図３は、９９．５重量％のＢｉと０．５重量％のＣｕとからなる共晶合金（Ｂｉ−０．５％Ｃｕ）に、０．０５重量％のＧｅ、Ａｌ、ＬｉまたはＰを添加し、３００℃で４時間攪拌したときに、試料中に生成する酸化物の生成量を示している。ただし、試料全体の重量は８ｋｇである。これらの元素を添加していない試料と比較して、Ｇｅを添加した試料では、酸化物の生成が抑制されていることがわかる。これは、ＧｅがＢｉ−０．５％Ｃｕの表面で優先的に酸化し、酸化膜を形成するためと考えられる。以上より、Ｂｉ−Ｃｕ合金の酸化を抑制するためには、Ｇｅの添加が適していることがわかる。

図４は、０．５重量％のＣｕを含むＢｉとＣｕとＧｅとの三元合金（Ｂｉ−Ｃｕ−Ｇｅ合金）におけるＧｅ含有量（重量％）と、酸化物生成量との関係を示している。ただし、合金全体の重量は８ｋｇである。図４から、Ｇｅを０．０２重量％以上添加すると、酸化物の生成が抑制されるが、Ｇｅの含有量が０．３重量％以上になると、酸化物生成量が多くなることがわかる。図４は、Ｇｅの含有量は０．０２〜０．２重量％が好適であり、０．０２〜０．０５重量％が更に好適であることを示している。

（実施の形態２）
本実施形態の電子部品は、電子素子と、電子素子と接続される電極と、電子素子と電極とを接合する接合材料とを具備する。ここで、接合材料には、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅと、０．０２〜０．０８重量％のＮｉとを含む。Ｃｕの含有率は０．４〜０．６重量％が好ましく、Ｇｅの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましく、Ｎｉの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましい。このような電子部品は、実施の形態１の電子部品よりも、耐衝撃性が高くなるため、信頼性の高い電子部品を得ることができる。

耐衝撃性は、１．６ｍｍ×０．８ｍｍサイズのチップコンデンサの側面に、６０ｇの錘を１８０ｍｍの高さから衝突させる試験により評価できる。

９９．４６重量％のＢｉと、０．５重量％のＣｕと、０．０４重量％のＧｅとを含む３元合金（Ｂｉ−０．５％Ｃｕ−０．０４％Ｇｅ）で接合された接合部を有するチップコンデンサを用い、上記の耐衝撃試験を行ったところ、チップコンデンサは接合部で破断した。破断後の接合部の断面を観察したところ、Ｂｉ含有量の多いα相と、Ｃｕ含有量の多いβ相との界面で破断していた。

ここで、α相とβ相との均一性は、結晶外周値により評価できる。結晶外周値とは、１０μｍ×１０μｍの範囲に存在するα相の外周長さの合計として定義される。結晶外周値が大きい場合は、α相とβ相との混合は十分であり、結晶外周値が小さい場合、α相とβ相との混合は不十分である。

上記試験で破断した接合部の断面で結晶外周値を測定したところ、結晶外周値は８７μｍであった。

図５は、０．５重量％のＣｕと０．０４重量％のＧｅとを含む、ＢｉとＣｕとＧｅとＮｉとの四元合金（Ｂｉ−Ｃｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金）におけるＮｉ含有量（重量％）と、結晶外周値との関係（グラフＡ）を示している。

図５は、また、０．５重量％のＣｕと０．２重量％のＧｅとを含むＢｉ−Ｃｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金におけるＮｉ含有量（重量％）と、結晶外周値との関係（グラフＢ）を示している。

図５から、Ｎｉ含有量が０．０２〜０．０８重量％である場合に、結晶外周値が大きくなり、α相とβ相とが均一に混合されることがわかる。一方、Ｎｉ含有量が０．１１重量％以上になると、結晶外周値が小さくなり、α相とβ相とが均一に混合されないことがわかる。図５から、Ｎｉの含有量は０．０２〜０．０８重量％が好適であり、０．０２〜０．０５重量％が更に好適であることがわかる。

（実施の形態３）
本実施形態の接合構造体は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する接合材料とを具備し、前記接合材料は、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下である。Ｃｕの含有率は０．４〜０．６重量％が好ましく、Ｇｅの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましい。Ｂｉを主成分とする合金が３元合金（３種の元素からなる合金）である場合、ＣｕとＧｅ以外の残部はＢｉのみからなる。

電子素子は、特に限定されないが、例えばコンデンサ、抵抗、トランジスタ、ＳＯＰ（Ｓｉｄｅ Ｏｕｔｅｒ−ｌｅａｄ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）、コイル、ベアチップ、線材、板材などで構成される。電子部品は、特に限定されないが、様々なモジュール部品（例えばＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐ）モジュールやＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）モジュールなど）、表面実装部品（例えばチップインダクタやトランジスタなど）、挿入部品（例えばアキシャル部品、ラジアル部品など）が挙げられる。

本実施形態の接合構造体の電子素子がチップコンデンサ（１．０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）である場合について、図６を参照しながら説明する。

チップコンデンサ２０は、誘電体セラミックス２１と、Ａｇを主成分とする下地電極２２と、Ｎｉを主成分とする中間電極２３と、Ｓｎを主成分とする外部電極２４とを具備する。チップコンデンサ２０は、高温はんだ２５により、ガラスエポキシ基板２６上に形成された内部電極２７に接合され、エポキシ樹脂２８でパッケージングされ、外部電極２９により、マザー基板（図示せず）に実装して用いられる。

チップコンデンサを、高温はんだで、ガラスエポキシ基板上に形成された内部電極に接合する際、リフロー炉により、高温はんだの溶融温度である２７０℃以上に加熱して接合する。チップコンデンサの外部電極は溶融温度が２３０℃のＳｎを主成分としているため、リフロー炉の加熱で溶融したＳｎは高温はんだ内に溶け込み、冷却後の高温はんだ内にＳｎとＢｉによる低融点組成（Ｓｎ−５８％Ｂｉ：溶融温度１３８℃）を生成する。

図７は、高温はんだ２５内にＳｎが溶け込んだ場合の金属組織の様子を示す図である。Ｓｎの溶け込む量が少ない場合には、図７（ａ）に示すように高温はんだ３０の内部に、ＳｎとＢｉによる低融点組成３１が島状に点在する。この金属組織を１５０℃に再加熱すると、低融点組成３１は溶融するが、高温はんだ３０は溶融しないため、チップコンデンサとガラスエポキシ基板上に形成された内部電極との接合は良好な状態に保たれる。しかし、Ｓｎの溶け込む量が多い場合には、図７（ｂ）に示すように高温はんだ３０の内部に、ＳｎとＢｉによる低融点組成３１が連続した塊状に存在する。この金属組織を１３８℃以上に再加熱すると、低融点組成３１が溶融するため、チップコンデンサとガラスエポキシ基板上に形成された内部電極との接合が外れたり、低融点組成３１がガラスエポキシ基板上に溶出して隣接する内部電極との間で短絡する不良となる。

図８は、上記接合材料にＳｎが混入した場合の接合材料に対するＳｎ含有量（重量％）と、接合強度との関係を示している。Ｓｎ含有量が４０重量％を超えると、接合強度が急激に低下することがわかる。これは、Ｓｎ含有量が４０重量％を超えると、島状に点在していた低融点組成３１が、連続した塊状になることを示している。したがって、電子素子表面のめっき、電子素子と接続される電極表面のめっき、および接合材料に含まれるＳｎは、接合材料の４０重量％以下とすることが好適であり、２０重量％以下が更に好適であることがわかる。１．０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍサイズのチップコンデンサの場合は、外部電極の厚みを２μｍ以下にすると、接合材料に対するＳｎの量が４０重量％以下となり、外部電極の厚みを１μｍ以下にすると、接合材料に対するＳｎの量が２０重量％以下となる。したがって、本実施形態の接合構造体に用いる電子素子、および電極表面のＳｎの厚みは２μｍ以下が好適であり、１μｍ以下が更に好適である。

また上記の結果は、接合材料に予めＳｎが含まれる場合の上限値として考えることもできる。接合材料に予め含まれるＳｎの量が４０重量％以下（例えば、Ｂｉ−０．６％Ｃｕ−０．０４％Ｇｅ−４０％Ｓｎ）であれば接合強度の低下が起こらない接合構造体であり、Ｓｎの量が２０重量％以下（例えば、Ｂｉ−０．６％Ｃｕ−０．０４％Ｇｅ−２０％Ｓｎ）であれば更に望ましい接合構造体であることを示している。

Ｓｎ以外にＡｇについても同様の傾向がある。図９は、上記接合材料にＡｇが混入した場合の接合材料に対するＡｇ含有量（重量％）と、接合強度との関係を示している。接合材料に対するＡｇ含有量が２重量％を超えると、接合強度が急激に低下する。これは、Ａｇ含有量が２重量％を超えると、島状に点在していた低融点組成が、連続した塊状になることを示している。これは、Ａｇ含有量が２重量％を超えると、島状に点在していた低融点組成が、連続した塊状になることを示している。したがって、電子素子表面のめっき、電子素子と接続される電極表面のめっき、および接合材料に含まれるＡｇは、接合材料の２重量％以下とすることが好適であり、１．５重量％以下が更に好適であることがわかる。

これは、接合材料に予めＡｇが含まれる場合の上限値として考えることもできる。接合材料に予め含まれるＡｇの量が２重量％以下（例えば、Ｂｉ−０．６％Ｃｕ−０．０４％Ｇｅ−２％Ａｇ）であれば接合強度の低下が起こらない接合構造体であり、Ａｇの量が１．５重量％以下（例えば、Ｂｉ−０．６％Ｃｕ−０．０４％Ｇｅ−１．５％Ａｇ）であれば更に望ましい接合構造体であることを示している。

（実施の形態４）
本実施形態の接合構造体は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する接合材料とを具備し、前記接合材料は、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅと、０．０２〜０．０８重量％のＮｉとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下である。Ｃｕの含有率は０．４〜０．６重量％が好ましく、Ｇｅの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましく、Ｎｉの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましい。このような接合構造体は、実施の形態３の接合構造体よりも、耐衝撃性が高くなるため、信頼性の高い接合構造体を得ることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態の電子機器は、電子部品と、前記電子部品を実装する基板と、前記電子部品と前記基板とを接合する第１の接合材料とを具備し、前記第１の接合材料は、第１の合金を含み、前記電子部品は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する第２の接合材料とを具備し、前記第２の接合材料は、Ｂｉを主成分とする第２の合金を含み、前記第２の合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下であり、前記第２の合金は、前記第１の合金よりも高い溶融温度を有する接合構造体により構成された回路基板で制御される。Ｃｕの含有率は０．４〜０．６重量％が好ましく、Ｇｅの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましい。Ｂｉを主成分とする合金が３元合金（３種の元素からなる合金）である場合、ＣｕとＧｅ以外の残部はＢｉのみからなる。

電子機器は、特に限定されないが、薄型テレビ、ＤＳＣ（デジタルカメラ）、ＨＤＤレコーダ（ハードディスクレコーダ）、ノートパソコン、冷蔵庫、洗濯機、エアコンなどの耐久年数の長い製品に用いるのに適している。また、大型コンピュータ、産業用ロボット、航空機搭載電子機器などの高い信頼性が求められる製品にも用いることもできる。

本実施形態の電子機器が薄型テレビである場合について、図１０および薄型テレビの内臓される回路基板の断面を示す図１１を参照しながら説明する。

薄型テレビ４０は、プラズマディスプレーパネル４１と、筐体４２と、筐体４２に内蔵されるマザー基板４３とを具備する。マザー基板４３は、電気配線が施されたガラスエポキシ基板４４と、電子部品の内部で、はんだによる接合をしている電子部品４５Ａと、電子部品の内部で、はんだによる接合をしていない電子部品４５Ｂと、ガラスエポキシ基板４４と電子部品４５Ａおよび４５Ｂとを接合する第１の接合材料４６（例えば、Ｓｎ−３％−０．５％Ｃｕ、Ｓｎ−３．５％Ａｇ−０．５％Ｂｉ−８％Ｉｎ等）とで構成される。

ここで、電子部品４５Ａは、モジュール基板４７と、エポキシ樹脂４８とを具備する。また、電子部品４５Ａの内部は、モジュール基板上に形成された内部電極４９Ａ、４９Ｂと、チップコンデンサ５０と、内部電極４９Ａとチップコンデンサ５０とを接合する第２の接合材料５１と、半導体部品５２と、内部電極４９Ｂと半導体部品５２とを接合する線材５３とからなる。

電子部品４５Ａを、マザー基板に実装する際、リフロー炉で、第１の接合材料の溶融温度以上に加熱して接合する。第１の接合材料がＳｎ−３％−０．５％Ｃｕの場合、電子部品４５Ａは２６０℃まで加熱される。このとき、電子部品４５Ａの内部温度も２６０℃前後まで上昇する。しかし、本実施形態の電子機器の第２の接合材料は、溶融温度が２７０℃以上であるため、電子部品４５Ａをマザー基板に実装する際の加熱で、第２の接合材料が溶融することはない。そのため、電子部品４５Ａと内部電極との接合が外れたり、溶融したはんだが溶出して隣接する内部電極との間で短絡する不良が発生することはないため、信頼性の高い電子機器を提供することができる。

（実施の形態６）
本実施の形態の電子機器は、電子部品と、前記電子部品を実装する基板と、前記電子部品と前記基板とを接合する第１の接合材料とを具備し、前記第１の接合材料は、第１の合金を含み、前記電子部品は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する第２の接合材料とを具備し、前記第２の接合材料は、Ｂｉを主成分とする第２の合金を含み、前記第２の合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅと、０．０２〜０．０８重量％のＮｉとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下であり、前記第２の合金は、前記第１の合金よりも高い溶融温度を有する接合構造体により構成された回路基板で制御される。Ｃｕの含有率は０．４〜０．６重量％が好ましく、Ｇｅの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましく、Ｎｉの含有量は０．０２〜０．０５重量％が好ましい。このような電子機器は、実施の形態５の電子機器よりも、耐衝撃性が高くなるため、更に信頼性の高い電子機器を得ることができる。

本発明は、２７０℃以上の溶融温度と、優れた耐衝撃性とを有し、かつ環境基準にも適合する鉛を含まない接合材料で接合された構造を有する電子部品を実装した回路基板で制御される電子機器を安価で提供するものである。本発明の電子機器は、薄型テレビ、ＤＳＣ（デジタルカメラ）、ＨＤＤレコーダ（ハードディスクレコーダ）、ノートパソコン、冷蔵庫、洗濯機、エアコンなどの耐久年数の長い製品に用いることができ、大型コンピュータ、産業用ロボット、航空機搭載機器などの高い信頼性が求められる製品にも適用することができる。

２元合金の共晶点温度を示す図 Ｂｉ−Ｃｕ合金におけるＣｕ含有量と、Ｂｉ−Ｃｕ合金の融点との関係を示す図 Ｂｉ−０．５％Ｃｕに０．０５重量％のＧｅ、Ａｌ、ＬｉまたはＰを添加した場合の酸化物生成量を示す図 Ｂｉ−Ｃｕ−Ｇｅ合金におけるＧｅ含有量と、酸化物生成量との関係を示す図 Ｂｉ−Ｃｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金におけるＮｉ含有量と、結晶外周値との関係を示す図 本発明の接合構造体の一例を示す図 高温はんだ内にＳｎが溶け込んだ場合の金属組織を示す図 接合材料に含まれるＳｎ含有量と、接合強度との関係を示す図 接合材料に含まれるＡｇ含有量と、接合強度との関係を示す図 本発明の電子機器の一例を示す図 本発明の電子機器を制御する回路基板の断面構造を示す図 本発明の電子部品の一例の構造を示す図 図１１の要部拡大図

符号の説明

１０ ＰＡモジュール
１１、２６、４４ ガラスエポキシ基板
１２、２８、４８ エポキシ樹脂
１３Ａ、１３Ｂ、２７，４９Ａ、４９Ｂ 内部電極
１４、２０、５０ チップコンデンサ
１５、２５、３０ 高温はんだ
１６ 半導体部品
１７、５３ 線材
１８、２９ 外部電極
２１ 誘電体セラミックス
２２ 下地電極
２３ 中間電極
２４ 外部電極
３１ 低融点組成
４３ マザー基板
４５Ａ、４５Ｂ 電子部品
４７ モジュール基板

Claims (6)

1. 電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する接合材料とを具備し、前記接合材料は、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含む電子部品。
2. 前記合金は、更に、０．０２〜０．０８重量％のＮｉを含む、請求項１記載の電子部品。
3. 電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する接合材料とを具備し、前記接合材料は、Ｂｉを主成分とする合金を含み、前記合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下である接合構造体。
4. 前記合金は、更に、０．０２〜０．０８重量％のＮｉを含む、請求項３記載の接合構造体。
5. 電子部品と、前記電子部品を搭載する基板と、前記電子部品と前記基板とを接合する第１の接合材料とを具備し、前記第１の接合材料は、第１の合金を含み、前記電子部品は、電子素子と、前記電子素子と接続される電極と、前記電子素子と前記電極とを接合する第２の接合材料とを具備し、前記第２の接合材料は、Ｂｉを主成分とする第２の合金を含み、前記第２の合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、前記電子素子表面のめっき、および前記電子素子と接続される電極表面のめっきに含まれるＳｎは、前記接合材料の３０重量％以下であり、前記第２の合金は、前記第１の合金よりも高い溶融温度を有する接合構造体により構成された回路基板で制御される電子機器。
6. 前記第２の合金は、更に、０．０２〜０．０８重量％のＮｉを含む、請求項５記載の電子機器。