JP2008168330A

JP2008168330A - 接合材料およびこれを用いた電子機器

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Publication number: JP2008168330A
Application number: JP2007005608A
Authority: JP
Inventors: Akio Furusawa; 彰男古澤; Kenichiro Suetsugu; 憲一郎末次; Masaaki Nakatani; 公明中谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: JP4692491B2

Abstract

【課題】電子部品をはんだ付けする際、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子機器を実現すること。
【解決手段】電子部品と、基板と、電子部品と基板とを接合する第１の接合材料とを具備し、第１の接合材料は、第１の合金を含み、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第２の接合材料とを具備し、第２の接合材料は、Ｂｉを主成分とする第２の合金を含み、第２の合金は、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅを含み、フィラーを０．０１〜５．０％を添加することにより、２７０℃未満では溶融しなくなるので、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を含有しない安価な鉛フリー製品が可能となる。
【選択図】図４

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機器に関し、例えば２７０℃以上の溶融温度の鉛フリーはんだで接合された構造を有する回路基板で制御される電子機器に関する。

回路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、マザーボードに実装される。例えばチップインダクタのような電子部品とマザーボード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。

電子部品をマザーボードに実装する際には、主に熱風方式のリフロー装置により、電子部品をマザーボードとともに加熱し、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、断線、短絡、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Ｐｂ−Ｓｎ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に少量のＡｇを添加することが提案されている。しかし、Ｂｉに少量の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、電子部品とマザーボード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。チップインダクタ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回路基板で制御される電化製品および電子機器を提供することを目的の１つとする。

本発明は、Ｂｉを主成分とし、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、また球状および／または針状および／または板状のフィラーを０．０５〜５．０重量％含む接合材料を用いる。

本発明は、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、０．０２〜０．０８重量％のＮｉを含み、また球状および／または針状および／または板状のフィラーを０．０５〜５．０重量％含む接合材料を用いる。

本発明は、前記接合材料のフィラーが樹脂または無機物または金属であり、および／またはこれらをＡｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎでめっきした構造の接合材料を用いる。

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を主成分とし、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を含み、更に樹脂または無機物または金属であり、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎでめっきした構造の球状および／または針状および／または板状のフィラーを０．０５〜５．０重量％含む接合材料であり、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を用いる。

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、および前記接合材料で接合された構造を有する回路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、回路基板に電子部品をはんだ付けする際の加熱で、電子部品の内部が溶融することがないため、電子機器の信頼性を高くすることができる。

（実施の形態１）
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という点で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。そこで、Ｂｉよりも優先的に酸化する元素を微量添加することによりＢｉの酸化を抑制することとした。このような特性を持つ元素としてはＧｅ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｐ等が挙げられる。図３は、Ｂｉ−０．５％ＣｕにＧｅ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｐを各０．０５％添加して、３００℃で４時間攪拌した後の酸化物生成量を測定した結果である。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。これは、ＧｅがＢｉ−０．５％Ｃｕの表面で優先的に酸化して酸化膜を形成するため、Ｂｉ−０．５％Ｃｕの酸化が抑制されているためと思われる。この結果から、Ｂｉ−０．５％Ｃｕ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。

多量のＢｉを含む合金はＰｂ−Ｓｎはんだと比較して強度が弱くなるが、Ｂｉ合金にフィラーを混合することにより、機械的な作用で強度を改善することが可能である。しかし、一般的なフィラーを混合すると、Ｂｉ合金の融点が大きく変化して、作業性が低下する。

図４はＢｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金（Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ合金）におけるフィラーの含有量（重量％）と、Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ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。ここで用いるフィラーは、抗耐熱エンジニアリングプラスチックであるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）であり、球状、針状および板状の３種を用いている。各フィラーの含有量が０．０５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、フィラーの含有量が５．０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、フィラーの含有量は５重量％以下であることが望ましい。一方、Ｃｕの含有量が０．０５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、フィラーの含有量は０．０５重量％以上であることが望ましい。

フィラーの平均粒子径は、１０〜６０μｍのものを用いた。さらに、２０〜４０μｍが望ましい。小さいとペーストとして、回路基板に印刷する場合に、粘度が高くなり困難である。一方、大きいと強度向上の効果がなくなるためである。以下の実施形態でも同様である。

図５はＢｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金（Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ合金）におけるフィラーの含有量（重量％）と、Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ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。ここで用いるフィラーは、抗耐熱エンジニアリングプラスチックであるＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）の針状フィラーである。各フィラー含有量が０．０５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、フィラーの含有量が５．０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、フィラーの含有量は５重量％以下であることが望ましい。一方、Ｃｕの含有量が０．０５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、フィラーの含有量は０．０５重量％以上であることが望ましい。

図６はＢｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金（Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ合金）におけるフィラーの含有量（重量％）と、Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ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。ここで用いるフィラーはガラスであり、球状、針状および板状の３種を用いている。各フィラーの含有量が０．０５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、フィラーの含有量が５．０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、フィラーの含有量は５重量％以下であることが望ましい。一方、Ｃｕの含有量が０．０５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、フィラーの含有量は０．０５重量％以上であることが望ましい。

図７はＢｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金（Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ合金）におけるフィラーの含有量（重量％）と、Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ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。ここで用いるフィラーは、珪酸土モリトナイトであり、各フィラー含有量が０．０５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、フィラーの含有量が５．０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、フィラーの含有量は５重量％以下であることが望ましい。一方、Ｃｕの含有量が０．０５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、フィラーの含有量は０．０５重量％以上であることが望ましい。

図８はＢｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金（Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ合金）におけるフィラーの含有量（重量％）と、Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ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。ここで用いるフィラーは、シリカであり、そのシリカにＡｇメッキ、Ａｕメッキ、Ｐｄメッキを施してフィラーを用いている。各フィラー含有量が０．０５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、フィラーの含有量が５．０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、フィラーの含有量は５重量％以下であることが望ましい。一方、Ｃｕの含有量が０．０５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、フィラーの含有量は０．０５重量％以上であることが望ましい。

かかる構成によれば、Ｂｉを主成分とし、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、また球状および／または針状および／または板状のフィラーを０．０５〜５．０重量％含むことにより、はんだ付け時に２７０℃まで溶融せず、かつ耐衝撃性に優れた接合材料となり、チップインダクタのような電子部品の内部接合に用いた場合に、マザーボードへ実装する際の加熱で内部接合の部分が溶融せず、かつ耐衝撃で不良が生じることがない接合材料を提供することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態１の接合材料は、２７０℃未満では溶融しないという優れた特性を持つが、耐衝撃性がやや低いという問題点もあわせ持っている。実施の形態１の接合材料の１組成であるＢｉ−０．５％Ｃｕ−０．０４％Ｇｅで接合された、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を行うと、チップコンデンサは接合部で破断する。破断後の接合部の断面を観察すると、Ｂｉ比率の高いα相と、Ｃｕ比率の高いβ相との界面で破壊されているこが確認できる。

α相とβ相との均一性を示す指標として、１０μｍ×１０μｍの範囲に存在するα相の外周の長さを結晶外周値として定義した。結晶外周値が大きい場合はα相とβ相との混合が十分ということであり、小さい場合はα相とβ相との混合が十分ではないということになる。破断した接合部の結晶外周値を測定すると８７μｍであった。

図９は、Ｂｉ−０．５％Ｃｕ−０．０４％Ｇｅに添加するＮｉ量を変化させた接合材料の結晶外周値を測定した結果である。Ｎｉを０．０２％添加すると結晶外周値が増加し、０．０５％、０．０８％と効果が現れているが、０．１１％になると結晶外周値が低下する。この結果から、Ｎｉの添加率は０．０２％から０．０８％の範囲が適しており、望ましくは０．０２％から０．０５％の範囲とするのが良い。

かかる構成によれば、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、０．０２〜０．０８重量％のＮｉとを添加することにより、はんだ付け時に２７０℃まで溶融せず、かつ更に耐衝撃性に優れた接合材料となり、チップインダクタのような電子部品の内部接合に用いた場合に、マザーボードへ実装する際の加熱で内部接合の部分が溶融せず、かつ耐衝撃で不良が生じることがない接合材料を提供することができる。

（実施の形態３）
図１０はＢｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金（Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ合金）におけるフィラーの含有量（重量％）と、Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ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。ここで用いるフィラーは、抗耐熱エンジニアリングプラスチックであるＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の球状フィラーにＡｇめっき、Ａｕめっき、Ｐｄめっきを施している。各フィラー含有量が０．０５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、フィラーの含有量が５．０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、フィラーの含有量は５重量％以下であることが望ましい。一方、Ｃｕの含有量が０．０５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、フィラーの含有量は０．０５重量％以上であることが望ましい。

図１１はＢｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金（Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ合金）におけるフィラーの含有量（重量％）と、Ｂｉ−Ｃｕ―Ｇｅ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。ここで用いるフィラーは、抗耐熱エンジニアリングプラスチックであるＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）の球状フィラーにＡｇめっき、Ａｕめっき、Ｐｄめっきを施している。各フィラー含有量が０．０５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、フィラーの含有量が５．０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、フィラーの含有量は５重量％以下であることが望ましい。一方、Ｃｕの含有量が０．０５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、フィラーの含有量は０．０５重量％以上であることが望ましい。

かかる構成によれば、接合材料に含まれるフィラーが樹脂または無機物または金属であり、および／またはこれらをＡｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎでめっきした構造であるため、はんだ付け時に２７０℃まで溶融せず、かつ耐衝撃性に優れた接合材料となり、チップインダクタのような電子部品の内部接合に用いた場合に、マザーボードへ実装する際の加熱で内部接合の部分が溶融せず、かつ耐衝撃で不良が生じることがない接合材料を提供することができる。

（実施の形態４）
本実施形態の電化商品および電子機器の制御に用いられる回路基板の構成要素である接合構造体は、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、また球状およびまたは針状およびまたは板状のフィラーを０．０５〜５．０重量％を含む接合材料である。また前記第２の合金のフィラーとしては樹脂または無機物または金属であり、およびまたはこれらをＡｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎでめっきしたフィラーを混合した接合材料である。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である。

このような電子機器は、回路基板に電子部品をはんだ付けする際の加熱で、電子部品の内部が溶融することがないため、例えば薄型テレビ、ＨＤＤレコーダ（ハードディスクレコーダ）、ＤＳＣ（デジタルカメラ）、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。

本願発明の接合方法を用いた回路基板を図１２（ａ）に示す。また、その回路基板を用いた電子機器である薄型テレビについて、図１２（ｂ）に示す。その要部を拡大したものを図１３に示す。以下に説明する。

薄型テレビ１０は、プラズマディスプレーパネル１１と、筐体１２と、筐体１２に内蔵される回路基板１３とを具備する。回路基板１３は、電気配線が施されたガラスエポキシ基板１４と、電子部品内部ではんだ接合されている電子部品１５Ａと、電子部品内部ではんだ接合されていない電子部品１５Ｂと、ガラスエポキシ基板１４と電子部品内部ではんだ接合されている電子部品１５Ａおよび電子部品内部ではんだ接合されていない１５Ｂとを接合する接合材料１６とで構成される。ここで、電子部品内部ではんだ接合されている電子部品１５Ａは、電子部品内部ではんだ接合されている電子部品１５Ａの内部に電子素子１７と、電子素子１７と接合される電極１８と、電子素子１７と電極１８とを接合する第２の接合材料１９とを具備する。また、電子部品内部ではんだ接合されていない電子部品１５Ｂは、電子部品１５Ｂの内部ではんだ接合されていない構造である。

電子部品内部ではんだ接合されている電子部品１５Ａの内部に用いられている第２の接合材料１９の溶融温度が高いため、リフロー装置を用いて電子部品内部ではんだ接合されている電子部品１５Ａをガラスエポキシ基板１４に実装する際に電子部品内部ではんだ接合されている電子部品１５Ａ内部の接合部が溶融することはない。

かかる構成によれば、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を主成分とし、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を含み、更に樹脂または無機物または金属であり、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎでめっきした構造の球状および／または針状および／または板状のフィラーを０．０５〜５．０重量％含む接合材料であり、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であるため、はんだ付け時に２７０℃まで溶融せず、かつ耐衝撃性に優れた電子機器を提供することができる。

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およびＧｅの三元合金におけるＰＥＥＫフィラーの含有量と融点との関係を示している図Ｂｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金における針状樹脂フィラーの含有量と融点との関係を示す図Ｂｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金におけるガラスフィラーの含有量と融点との関係を示す図Ｂｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金における珪酸土モリナイトフィラーの含有量と融点との関係を示す図Ｂｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金におけるメッキしたフィラーの含有量と融点との関係を示す図Ｂｉ−０．５％Ｃｕ−０．０４％ＧｅにＮｉを添加した場合の結晶外周値測定結果の図Ｂｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金におけるＰＢＴフィラーの含有量と融点との関係を示す図Ｂｉ、ＣｕおよびＧｅの三元合金におけるＰＥＳフィラーの含有量と融点との関係を示す図（ａ）本願発明の接合材料を用いた電子回路を示す図（ｂ）本願発明の接合材料を用いた電子回路を用いた電子機器を示す図図１２の要部拡大図

符号の説明

１０薄型テレビ
１１プラズマディスプレーパネル
１２筐体
１３回路基板
１４ガラスエポキシ基板
１５Ａ電子部品内部ではんだ接合されている電子部品
１５Ｂ電子部品内部ではんだ接合されていない電子部品
１６接合材料
１７電子素子
１８電極
１９第２の接合材料

Claims

Ｂｉを主成分とし、０．２〜０．８重量％のＣｕと、０．０２〜０．２重量％のＧｅとを含み、また球状および／または針状および／または板状のフィラーを０．０５〜５．０重量％含むことを特徴とする接合材料。
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、０．０２〜０．０８重量％のＮｉを含み、また球状および／または針状および／または板状のフィラーを０．０５〜５．０重量％含むことを特徴とする接合材料。
フィラーとしては樹脂または無機物または金属であり、および／またはこれらをＡｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎでめっきした構造である請求項１または２記載の接合材料。
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、請求項１または２または３記載の接合材料であり、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。