JP2016107343A - Lead-free solder alloy, and on-vehicle electronic circuit - Google Patents

Lead-free solder alloy, and on-vehicle electronic circuit Download PDF

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俊策 吉川
Shunsaku Yoshikawa
俊策 吉川
尚子 平井
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尚子 平井
賢 立花
Ken Tachibana
賢 立花
芳恵 立花
Yoshie Tachibana
芳恵 立花
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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a solder alloy capable of enduring not only strict temperature characteristics of a low temperature of -40°C and a high temperature of 125°C but also the outside force which occurs at a ride on a curve stone or at a collision against a foregoing vehicle; and an on-vehicle electric circuit using the solder alloy.SOLUTION: A lead-free solder alloy is characterized by comprising Ag: 1 to 4 mass %; Cu: 0.6 to 0.8 mass %; Sb: 3 to 5 mass %; Ni: 0.01 to 0.2%; Bi: 1.5 to 5.5 mass %, and the remainder being made of Sn.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、温度サイクル特性に優れ、衝突などの衝撃に強い鉛フリーはんだ合金と、車載電子回路装置とに関する。   The present invention relates to a lead-free solder alloy having excellent temperature cycle characteristics and strong against impacts such as a collision, and an in-vehicle electronic circuit device.

自動車には、プリント回路基板(以降プリント基板という)に半導体やチップ抵抗部品などの電子部品をはんだ付けした電子回路(以下、車載電子回路という)が搭載されている。車載電子回路は、エンジン、パワーステアリング、ブレーキ等を電気的に制御する装置に使用されており、そのような装置は自動車の走行にとって非常に重要な保安部品となっている。特に、燃費向上のためにコンピューターで自動車の走行、特にエンジンの作動を制御する電子回路を備えた、ECU(Engine Control Unit)と呼ばれる車載電子回路装置は、長期間に渡って故障がなく安定した状態で稼働できるものでなければならない。このECUは、一般的にエンジン近傍に設置されているものが多く、使用環境としては、かなり厳しい。本明細書では、この車載電子回路装置を単に「ECU」ともいい、「ECU電子回路装置」ともいう。   In an automobile, an electronic circuit (hereinafter referred to as an in-vehicle electronic circuit) in which an electronic component such as a semiconductor or a chip resistor component is soldered to a printed circuit board (hereinafter referred to as a printed circuit board) is mounted. In-vehicle electronic circuits are used in devices that electrically control engines, power steering, brakes, and the like, and such devices are very important safety parts for driving a car. In particular, an in-vehicle electronic circuit device called ECU (Engine Control Unit) equipped with an electronic circuit for controlling the driving of an automobile, particularly the operation of an engine with a computer for improving fuel efficiency has been stable and stable for a long period of time. It must be able to operate in a state. In many cases, this ECU is generally installed near the engine, and the usage environment is quite severe. In the present specification, this in-vehicle electronic circuit device is also simply referred to as “ECU” or “ECU electronic circuit device”.

このような車載電子回路が設置されるエンジン近傍は、エンジンの回転時には125℃以上という非常な高温となる。一方、エンジンの回転を止めたときには外気温度、例えば北米やシベリヤなどの寒冷地であれば冬季に−40℃以下という低温になる。従って、車載電子回路は、エンジンの運転とエンジンの停止の繰り返しで−40℃以下〜+125℃以上というヒートサイクルに曝される。   The vicinity of the engine in which such an in-vehicle electronic circuit is installed becomes a very high temperature of 125 ° C. or more when the engine is rotated. On the other hand, when the rotation of the engine is stopped, the outside air temperature, for example, in a cold region such as North America or Siberia, becomes a low temperature of −40 ° C. or lower in winter. Therefore, the on-vehicle electronic circuit is exposed to a heat cycle of −40 ° C. or lower to + 125 ° C. or higher by repeatedly operating the engine and stopping the engine.

車載電子回路がそのように温度が大きく変化する環境に長期間置かれると、電子部品とプリント基板がそれぞれ熱膨張・収縮を起こす。しかしながら、主にセラミックスでできている電子部品の線熱膨張係数とガラスエポキシ基板できているプリント基板の線熱膨張係数の差が大きいため、上記環境下での使用中に一定の熱変位が電子部品とプリント基板とを接合しているはんだ付け部(以下、「はんだ接合部」という。)に起こり、はんだ接合部にはそのような温度変化によって繰り返し応力(ストレス)が加わる。すると、そのようなストレスで、最終的にははんだ接合部の接合界面等が破断してしまう。電子回路では、はんだ接合部が完全破断しないまでも99%以下のクラック率でもはんだ接合部にクラックが入ることによって、電気的には導通しているとしても、回路の抵抗値が上昇して、誤動作することも考えられる。はんだ接合部にクラックが発生して、車載電子回路装置、特にECUが誤動作を起こすことは、避けなければならない。このように、車載電子回路装置、特にECUにとって温度サイクル特性が特に重要であり、それに使用されるはんだ接合部、つまりはんだ合金も考えられる限りの厳しい温度条件でも使用できることが要求される。   When an in-vehicle electronic circuit is placed in such an environment where the temperature changes greatly, the electronic component and the printed circuit board will thermally expand and contract, respectively. However, there is a large difference between the coefficient of linear thermal expansion of electronic components mainly made of ceramics and the coefficient of linear thermal expansion of printed circuit boards made of glass epoxy substrates. It occurs in a soldering part (hereinafter referred to as “solder joint part”) that joins a component and a printed circuit board, and stress is repeatedly applied to the solder joint part due to such a temperature change. Then, such a stress eventually breaks the joint interface of the solder joint. In an electronic circuit, even if the solder joint is not electrically ruptured even if it is electrically conductive, even if the solder joint is cracked even at a crack rate of 99% or less, the resistance value of the circuit increases. A malfunction may also be considered. It must be avoided that cracks occur in the solder joints, causing malfunction of the in-vehicle electronic circuit device, particularly the ECU. Thus, temperature cycle characteristics are particularly important for in-vehicle electronic circuit devices, particularly ECUs, and it is required that solder joints used for them, that is, solder alloys, can be used even under severe temperature conditions.

この使用条件の厳しい、車載電子回路装置、特にECU用のはんだとして、Ag:2.8〜4質量%、Bi:1.5〜6質量%、Cu:0.8〜1.2質量%、Ni、FeおよびCoからなる群から選んだ少なくとも1種を合計量で0.005〜0.05質量%、残部Snからなることを特徴とする車載用鉛フリーはんだ(WO2009/011341A、特許文献1)等が開示されている。   As a solder for an on-vehicle electronic circuit device, particularly an ECU, which has severe use conditions, Ag: 2.8 to 4% by mass, Bi: 1.5 to 6% by mass, Cu: 0.8 to 1.2% by mass, In-vehicle lead-free solder (WO2009 / 011341A, Patent Document 1) characterized by comprising at least one selected from the group consisting of Ni, Fe and Co in a total amount of 0.005 to 0.05 mass% and the balance Sn. ) Etc. are disclosed.

また、単なるはんだ合金組成として、主成分としてのSn(錫)に加えて、10重量%またはそれ未満のAg(銀)、10重量%またはそれ未満のBi(ビスマス)、10重量%またはそれ未満のSb(アンチモン)および3重量%またはそれ未満のCu(銅)を含んでなる合金を含んでなり、合金がさらに、1.0重量%またはそれ未満のNi(ニッケル)を含んでなるはんだ物質(特表2006−524572号公報、特許文献2)も開示されている。   Also, as a simple solder alloy composition, in addition to Sn (tin) as a main component, 10 wt% or less Ag (silver), 10 wt% or less Bi (bismuth), 10 wt% or less A solder material comprising an alloy comprising Sb (antimony) and 3 wt% or less Cu (copper), the alloy further comprising 1.0 wt% or less Ni (nickel) (Japanese translations of PCT publication No. 2006-524572, patent document 2) is also disclosed.

WO2009/011341AWO2009 / 011341A 特表2006−524572号公報JP-T-2006-524572

ハイブリッド自動車や電気自動車の普及に見られるように、自動車に於けるメカ部品から電子部品への移行は進んでおり、それに伴いサイズの余裕があった自動車用の電子回路でも小型化が求められている。そのため、従来はリフローソルダリングの後、フローソルダリングではんだ付けされていた車載電子回路が、近年は両面ともソルダぺーストで面実装する両面リフローはんだ付けされることが当然となっている。これは車載電子回路の高密度化をもたらし、これまで見られなかったクラックモードの不具合が現れるようになった。   As seen in the spread of hybrid cars and electric cars, the shift from mechanical parts to electronic parts in automobiles is progressing, and miniaturization is required even in electronic circuits for cars that have room for size. Yes. For this reason, it has become natural that in-vehicle electronic circuits that have been soldered by flow soldering after reflow soldering in the past have been subjected to double-sided reflow soldering in which both sides are surface-mounted by solder paste. This has led to a higher density of on-board electronic circuits, and a crack mode defect that has not been seen before has appeared.

ところで、特許文献1の発明は厳しい環境での寿命が長いはんだ合金を開示したものであったが、自動車は輸送手段として用いられるものであるので、一箇所に静置されることは少なく、道路等で使用される事が多い。このような道路で使用されるときは、悪路により車載電子回路装置には常時振動が加わり、また縁石への乗り上げや前の車との衝突など、車載電子回路装置は外部からの力が加わる事が多く発生する。車の衝突でも大事故であれば、車載電子回路装置ごと交換することが多いが、単なる接触事故では車の外装の交換だけで済まされることが多く、車載電子回路装置には、厳しい環境に耐えられるだけでなく、外部からの加わる力にも耐えられ無ければならない。   By the way, although the invention of Patent Document 1 disclosed a solder alloy having a long life in a harsh environment, since an automobile is used as a transportation means, it is rarely left in one place, and roads It is often used by etc. When used on such roads, the on-board electronic circuit device is constantly vibrated due to bad roads, and the on-board electronic circuit device is subjected to external force such as climbing on the curb or colliding with the previous car. Many things happen. If a car crash causes a major accident, the vehicle-mounted electronic circuit device is often replaced, but in a simple contact accident, it is often only necessary to replace the exterior of the vehicle. It must be able to withstand external forces.

特に、最近の自動車は、電気自動車やハイブリッド自動車の普及など、電子化が進み、車載電子回路装置も小型化、高密度化が進んできた。そのため、車載電子回路のはんだ接合部のはんだ量も減少し、例えば、3216サイズのチップ部品では、はんだ接合部のはんだ量が片側で標準1.32mgであるのに対し、車載電子回路用では片側で0.28mg未満という微細なはんだ量しかない。そのため、従来の電子回路では図1のようにチップ部品側面にはんだフィレット部分が突き出しているが、車載電子回路のはんだ接合部では図2のようにチップ部品側面にはんだフィレットがほとんどない。よって、車載電子回路のはんだ接合部では、図2のようにほぼ一直線にクラックが伝播するという新たなクラックモードが生じ、誤動作をもたらすことが問題となってきた。   In particular, recent automobiles have been digitized due to the popularization of electric cars and hybrid cars, and on-board electronic circuit devices have also been reduced in size and density. Therefore, the amount of solder at the solder joint of the in-vehicle electronic circuit is also reduced. For example, in the case of a 3216 size chip component, the solder amount of the solder joint is 1.32 mg as standard on one side, whereas for the in-vehicle electronic circuit, one side There is only a fine solder amount of less than 0.28 mg. Therefore, in the conventional electronic circuit, the solder fillet portion protrudes from the side surface of the chip component as shown in FIG. 1, but there is almost no solder fillet on the side surface of the chip component as shown in FIG. Therefore, a new crack mode in which the crack propagates in a substantially straight line as shown in FIG. 2 occurs in the solder joint portion of the on-vehicle electronic circuit, which causes a problem of malfunction.

本発明が解決しようとする課題は、低温が−40℃、高温が125℃というような厳しい温度サイクル特性に長期間耐えられるだけでなく、縁石への乗り上げや前の車との衝突などで発生する外部からの力に対しても長期間に耐える事が可能なはんだ合金およびそのはんだ合金を使用した車載電子回路装置を開発することである。   The problem to be solved by the present invention is not only able to withstand severe temperature cycle characteristics such as low temperature of −40 ° C. and high temperature of 125 ° C. for a long period of time, but also occurs when climbing on a curb or colliding with the previous car It is to develop a solder alloy capable of withstanding an external force for a long period of time and an in-vehicle electronic circuit device using the solder alloy.

本発明者らは、長期間の温度サイクル後の外部からの力に耐えるには、Sn相に固溶する元素を添加して固溶強化型の合金を作ることが有効なこと、固溶析出強化型の合金を作るにはSbが最適な元素であること、さらにSnマトリックス中のSbの添加は微細なSnSb金属間化合物が形成され、析出分散強化の効果も現すことを見い出し、本発明を完成させた。   In order to withstand the external force after a long-term temperature cycle, the inventors of the present invention can effectively add a solid solution element to the Sn phase to form a solid solution strengthened alloy. It is found that Sb is an optimum element for making a reinforced alloy, and that addition of Sb in the Sn matrix forms a fine SnSb intermetallic compound, and also exhibits the effect of precipitation dispersion strengthening. Completed.

本発明は、Agが1〜4質量%、Cuが0.6〜0.8質量%、Sbが3〜5質量%、Niが0.01〜0.2質量%、Biが1.5〜5.5質量%、残部がSnの鉛フリーはんだ合金である。
また、Coを0.001〜0.1質量%含有する場合、本発明は、Agが1〜4質量%、Cuが0.6〜0.8質量%、Sbが3質量%以上5質量%未満、Niが0.01〜0.2質量%、Biが1.5〜5.5質量%、Coが0.001〜0.1質量%、残部がSnの鉛フリーはんだ合金である。
As for this invention, Ag is 1-4 mass%, Cu is 0.6-0.8 mass%, Sb is 3-5 mass%, Ni is 0.01-0.2 mass%, Bi is 1.5- The lead-free solder alloy is 5.5% by mass and the balance is Sn.
When Co is contained in an amount of 0.001 to 0.1% by mass, the present invention is such that Ag is 1 to 4% by mass, Cu is 0.6 to 0.8% by mass, and Sb is 3 to 5% by mass. Or less, Ni is 0.01 to 0.2% by mass, Bi is 1.5 to 5.5% by mass, Co is 0.001 to 0.1% by mass, and the balance is Sn.

ここに、本発明にかかる合金の冶金学的組織上の特徴は、はんだ合金がSnマトリックス中にSbが固溶している組織からなり、該組織は、例えば125℃の高温ではSbが安定して固溶した状態を呈するが、温度低下に伴って、Snマトリックスに対してSbが、徐々に、過飽和状態で固溶するようになり、そして、例えば−40℃という低温では、SnSb金属間化合物としてSbが析出する組織である。   Here, the metallurgical structure of the alloy according to the present invention is characterized in that the solder alloy is composed of a structure in which Sb is dissolved in an Sn matrix, and the structure is stable at a high temperature of 125 ° C., for example. As the temperature decreases, Sb gradually dissolves into the Sn matrix in a supersaturated state, and, for example, at a low temperature of −40 ° C., the SnSb intermetallic compound. As a structure in which Sb is precipitated.

さらに本発明は、上述のはんだ合金を使ってはんだ付けを行って得た車載電子回路およびそのような電子回路を備えた車載電子回路装置である。
ここに、「車載」または「車載用」というのは、自動車に搭載されるということであり、具体的には、過酷な使用環境、すなわち、−40℃から125℃という温度環境に繰り返し曝されて使用されても所定の特性を確保でき、自動車に搭載可能であるということである。より具体的には、そのような温度環境下でも3000サイクルのヒートサイクル試験に耐え得て、その条件下でも外部からの力を評価するシェア試験に対して耐性を有するということである。
Furthermore, the present invention is an in-vehicle electronic circuit obtained by performing soldering using the above-described solder alloy, and an in-vehicle electronic circuit device including such an electronic circuit.
Here, “in-vehicle” or “in-vehicle” means that it is installed in an automobile, and specifically, it is repeatedly exposed to a severe use environment, that is, a temperature environment of −40 ° C. to 125 ° C. Even if it is used, the predetermined characteristics can be secured and it can be mounted on an automobile. More specifically, it can withstand a 3000 cycles heat cycle test even under such a temperature environment, and has resistance to a shear test that evaluates external force even under such conditions.

本発明のはんだ合金が、温度サイクルに曝された後も微細なSbの析出物を作り、化合物の粗大化といった組織劣化が生じない理由は次のように考えられる。
リフローはんだ付けで接合する車載用はんだ合金は、低温は冷寒地、高温はエンジンルームを模式して、−40℃〜+125℃の温度サイクル試験が課せられる。本発明のはんだ合金では、添加したSbが、例えば125℃という高温状態でSnマトリックス中に再固溶し、例えば−40℃という低温状態でSnSb金属間化合物が析出するという工程が繰り返されることによって、SnSb金属間化合物の粗大化が止まり、温度サイクル試験を実施する中で、一度粗大化したSnSb金属化合物も高温側でSnマトリックス中に再溶解するので、微細なSnSb金属間化合物が形成され、析出分散強化型のはんだ合金が維持させる。
The reason why the solder alloy of the present invention produces fine Sb precipitates even after being exposed to a temperature cycle and does not cause structural deterioration such as coarsening of the compound is as follows.
A vehicle-mounted solder alloy to be joined by reflow soldering is subjected to a temperature cycle test of −40 ° C. to + 125 ° C., in which the low temperature is a cold region and the high temperature is an engine room. In the solder alloy of the present invention, the added Sb is re-dissolved in the Sn matrix at a high temperature of, for example, 125 ° C., and SnSb intermetallic compound is precipitated at a low temperature of, for example, −40 ° C. The SnSb intermetallic compound stops coarsening, and the SnSb metal compound once coarsened is re-dissolved in the Sn matrix on the high temperature side during the temperature cycle test, so that a fine SnSb intermetallic compound is formed. Precipitation dispersion strengthened solder alloy is maintained.

ところが、Sbの量を、5質量%を超えて、例えば8質量%添加すると、温度サイクル試験の初期でのSnSb化合物の粒径が大きく微細にならず、また、液相線温度が上昇するので、はんだ合金に添加したSbが高温側でも再溶解せずに元のSnSbの結晶粒のままである。したがって、上述のような温度サイクル下での使用を繰り返えしても微細なSnSb金属間化合物が形成することはない。   However, if the amount of Sb exceeds 5% by mass, for example, 8% by mass, the particle size of the SnSb compound at the initial stage of the temperature cycle test does not become large and fine, and the liquidus temperature rises. The Sb added to the solder alloy does not remelt even on the high temperature side, and remains as the original SnSb crystal grains. Therefore, even if the use under the temperature cycle as described above is repeated, a fine SnSb intermetallic compound is not formed.

さらに、Sbの量を5質量%を超えて添加すると、はんだ合金の液相線温度が上昇してしまうので、リフロー加熱の温度を上昇させないとはんだ付けすることができない。このように、リフロー条件を上昇させるとプリント基板の表面に配線させているCuがはんだ中に溶融して、CuSn等のSnCuの金属間化合物層がプリント基板とのはんだ付け部に厚く形成され易くなり、プリント基板とはんだ接合部が破壊され易くなる。 Furthermore, if the amount of Sb exceeds 5% by mass, the liquidus temperature of the solder alloy increases, and therefore soldering cannot be performed unless the reflow heating temperature is increased. Thus, when the reflow conditions are raised, Cu wiring on the surface of the printed circuit board is melted in the solder, and the SnCu intermetallic compound layer such as Cu 6 Sn 5 is thickened at the soldering portion with the printed circuit board. It becomes easy to be formed, and the printed circuit board and the solder joint are easily broken.

本発明において、はんだ合金中に添加したSbは、はんだ合金のSnマトリックス中にSnSbという化合物の形で微細な析出物となり、−40〜+125℃の温度サイクルを3000サイクル近く繰り返しても、Snマトリックス中でSnSb金属間化合物の微細析出物の状態を維持することができる。このことにより、セラミックス等の電子部品とはんだ接合部の界面に発生し易いクラックをSnSbの析出物が邪魔する。   In the present invention, Sb added to the solder alloy becomes a fine precipitate in the form of a compound called SnSb in the Sn matrix of the solder alloy. Even if the temperature cycle of −40 to + 125 ° C. is repeated nearly 3000 cycles, the Sn matrix In this state, the fine precipitate state of the SnSb intermetallic compound can be maintained. As a result, SnSb precipitates interfere with cracks that are likely to occur at the interface between the electronic component such as ceramics and the solder joint.

本発明によれば、上述の温度サイクル試験経過後であっても、Snマトリックス中のSnSb金属間化合物の粒子径は、試験開始前の粒径のSnSb金属間化合物の粒子とほぼ同じ0.6μm以下であり、粗大化が抑制された粒径となる。したがって、はんだ中に部分的にクラックが入っても、微細なSnSb金属間化合物がそのようなクラックの伝播を阻害することで、クラックがはんだの内部に広がることを抑制できる。   According to the present invention, even after the temperature cycle test described above, the particle size of the SnSb intermetallic compound in the Sn matrix is approximately the same as that of the SnSb intermetallic compound particle having a particle size before the start of the test. The particle size is as follows, with coarsening suppressed. Therefore, even if a crack is partially formed in the solder, the fine SnSb intermetallic compound can inhibit the propagation of such a crack, thereby preventing the crack from spreading inside the solder.

本発明にかかるはんだ合金は、−40℃から+125℃の温度サイクル試験を3000サイクル近く繰り返しても、微量なはんだ量のはんだ接合部にもクラックが発生せず、また、クラックが発生した場合においても、クラックがはんだ中を伝播することを抑制した、優れた温度サイクル特性を発揮できる。
本発明にかかるはんだ合金を、微少なはんだ量で、はんだフィレットがほとんどなく薄いはんだ接合部を有する車載電子回路のはんだ付けに用いることで、−40から+125℃の温度サイクルに曝される使用環境下で使用しても、はんだ接合部にクラックが発生せず、例えクラックが発生したとしても、はんだ中を伝播することが抑制されるため、信頼性の高い車載電子回路および車載電子回路装置を得ることができる。
また、本発明のはんだ合金は、接合界面で発生するクラックも抑制されており、特にECU装置のはんだ付けに適した特性を有している。
In the solder alloy according to the present invention, even when a temperature cycle test from −40 ° C. to + 125 ° C. is repeated nearly 3000 cycles, no crack is generated in the solder joint portion of a small amount of solder. However, it is possible to exhibit excellent temperature cycle characteristics in which cracks are prevented from propagating in the solder.
The use environment in which the solder alloy according to the present invention is exposed to a temperature cycle of −40 to + 125 ° C. by using the solder alloy according to the present invention for soldering an in-vehicle electronic circuit having a small solder amount and almost no solder fillet and a thin solder joint. Even if it is used underneath, cracks do not occur in the solder joints, and even if cracks occur, propagation through the solder is suppressed, so a highly reliable in-vehicle electronic circuit and in-vehicle electronic circuit device Can be obtained.
In addition, the solder alloy of the present invention is also suppressed in cracks generated at the joint interface, and has characteristics particularly suitable for soldering of ECU devices.

従来の電子回路のはんだ接合部周辺の模式図である。It is a schematic diagram around the solder joint part of the conventional electronic circuit. 本願の車載電子回路のはんだ接合部周辺の模式図である。It is a schematic diagram of the periphery of the solder joint of the in-vehicle electronic circuit of the present application. 本発明のはんだ合金(実施例5)の温度サイクル試験における3000サイクル後のSnSb金属間化合物の状態を撮った電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph which took the state of the SnSb intermetallic compound after 3000 cycles in the temperature cycle test of the solder alloy (Example 5) of this invention. 比較例のはんだ合金(比較例4)の温度サイクル試験における3000サイクル後のSnSb金属間化合物の状態を撮った電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph which took the state of the SnSb intermetallic compound after 3000 cycles in the temperature cycle test of the solder alloy of the comparative example (comparative example 4). クラック率の算出方法を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the calculation method of the crack rate. 表2より、Sb含有量(Bi無し)に対して、クラック発生率とシェア強度残存率をプロットしたグラフである。From Table 2, it is the graph which plotted the crack generation rate and the shear strength residual rate with respect to Sb content (there is no Bi). 表2より、Bi含有量に対して、クラック発生率をプロットしたグラフである。From Table 2, it is the graph which plotted the crack generation rate with respect to Bi content. 表2より、Bi含有量に対して、シェア強度残存率をプロットしたグラフである。From Table 2, it is the graph which plotted the shear strength residual rate with respect to Bi content.

本発明のはんだ合金に添加されるSbが1質量%未満では、Sb量が少なすぎてSnマトリックス中にSbが分散する形態が現れず、さらに固溶強化の効果も現れない。さらに、はんだ接合部のシェア強度も低くなる。また、Sbが5質量%を超えるようなSbの添加では、液相線温度が上昇するので、炎天下のエンジン稼働時等に現れる125℃を超す高温時にSbが再溶融しないので、SnSb金属間化合物の粗大化が進み、はんだ中にクラックが伝播することを抑制することができない。さらに、液相線温度が上がると実装時の温度ピークが上がるので、プリント基板の表面に配線されているCuがはんだ中に溶融して、CuSn等のSnCuの金属間化合物層がプリント基板とのはんだ付け部に厚く形成され易くなり、プリント基板とはんだ接合部が破壊され易くなる。
したがって、本発明のSbの量は3〜5質量%である。Sbの量は3超〜5%が好ましい。
When Sb added to the solder alloy of the present invention is less than 1% by mass, the amount of Sb is too small, and a form in which Sb is dispersed in the Sn matrix does not appear, and further, the effect of solid solution strengthening does not appear. Furthermore, the shear strength of the solder joint is also reduced. In addition, when Sb is added such that Sb exceeds 5% by mass, the liquidus temperature rises, so Sb does not remelt at a high temperature exceeding 125 ° C. that appears when the engine is operating under the hot sun. Therefore, it is impossible to suppress the propagation of cracks in the solder. Further, when the liquidus temperature rises, the temperature peak at the time of mounting rises, so that Cu wired on the surface of the printed circuit board melts in the solder, and an SnCu intermetallic compound layer such as Cu 6 Sn 5 is printed. It becomes easy to form thickly in the soldering part with a board | substrate, and it becomes easy to destroy a printed circuit board and a solder joint part.
Therefore, the amount of Sb of the present invention is 3 to 5% by mass. The amount of Sb is preferably more than 3 to 5%.

本発明のはんだ合金では、はんだ中におけるクラックの発生と伝播を抑制すると共に、セラミック部品とはんだ接合部のはんだ接合界面でのクラックの発生も抑制している。例えば、Cuランドにはんだ付けするとCuSnの金属間化合物がCuランドとの接合界面に発生するが、本発明のはんだ合金はNiを0.01〜0.2質量%含有しており、この含有しているNiは、はんだ付け時にはんだ付け界面部分に移動して、CuSnではなく(CuNi)Snが発生して、界面の(CuNi)Snの金属間化合物層のNi濃度が高くなる。これにより、はんだ付け界面にCuSnよりも微細で、粒径が揃った(CuNi)Snの金属間化合物層が形成される。微細な(CuNi)Snの金属間化合物層は、界面から伝播するクラックを抑制する効果を有する。これは、CuSnのような大きな粒径がある金属間化合物層では、発生したクラックが大きな粒径に沿って伝播するので、クラックの進展が早い。ところが粒径が微細なときは、発生したクラックの応力が多くの粒径方向に分散するので、クラックの進展を遅くすることができる。 The solder alloy of the present invention suppresses the generation and propagation of cracks in the solder and also suppresses the generation of cracks at the solder joint interface between the ceramic component and the solder joint. For example, when soldering to Cu land, an intermetallic compound of Cu 6 Sn 5 is generated at the joint interface with Cu land, but the solder alloy of the present invention contains 0.01 to 0.2% by mass of Ni, This contained Ni moves to the soldering interface portion during soldering to generate (CuNi) 6 Sn 5 instead of Cu 6 Sn 5 , and the (CuNi) 6 Sn 5 intermetallic compound layer at the interface The Ni concentration becomes higher. Thereby, an intermetallic compound layer of (CuNi) 6 Sn 5 that is finer than Cu 6 Sn 5 and has a uniform particle size is formed at the soldering interface. The fine (CuNi) 6 Sn 5 intermetallic compound layer has an effect of suppressing cracks propagating from the interface. This is because, in an intermetallic compound layer having a large particle size such as Cu 6 Sn 5 , the generated crack propagates along the large particle size, so that the crack progresses quickly. However, when the particle diameter is fine, the stress of the generated crack is dispersed in many particle diameter directions, so that the progress of the crack can be delayed.

このように、本発明のはんだ合金では、Niを添加することで、はんだ付け界面付近に発生する金属間化合物層の金属間化合物を微細化して、クラックの発生を抑制するとともに、一旦発生したクラックの伝播を抑制する働きをしている。そのため、本発明のはんだ合金は接合界面からのクラックの発生や伝播の抑制も可能である。
Niの量が0.01質量%未満では、はんだ付け界面のNiの量が少ないため、はんだ接合部界面の改質効果が不十分であるためクラック抑止効果がなく、Niの量が0.2質量%を超えてしまうと、液相線温度が上昇するため、本発明に添加したSbの再溶融が発生せず、微細なSnSb金属間化合物の粒径維持の効果を阻害してしまう。
したがって、本発明のNiの量は、0.01〜0.2質量%が好ましく、より好ましくは0.02〜0.1質量%である。さらに好ましくは、0.02〜0.08%である。
Thus, in the solder alloy of the present invention, by adding Ni, the intermetallic compound in the intermetallic compound layer generated near the soldering interface is refined to suppress the generation of cracks and once generated It works to suppress the propagation of Therefore, the solder alloy of the present invention can suppress the generation and propagation of cracks from the joint interface.
If the amount of Ni is less than 0.01% by mass, the amount of Ni at the soldering interface is small, so the effect of modifying the solder joint interface is insufficient, so there is no crack suppression effect, and the amount of Ni is 0.2. When the mass% is exceeded, the liquidus temperature rises, so that remelting of Sb added to the present invention does not occur, and the effect of maintaining the particle size of the fine SnSb intermetallic compound is hindered.
Therefore, the amount of Ni of the present invention is preferably 0.01 to 0.2% by mass, more preferably 0.02 to 0.1% by mass. More preferably, it is 0.02 to 0.08%.

本発明に添加されているAgは、はんだのぬれ性向上効果とはんだマトリックス中にAg3Snの金属間化合物のネットワーク状の化合物を析出させて、析出分散強化型の合金を作り、温度サイクル特性の向上を図る効果が発揮される。
本発明のはんだ合金で、Agの含有量が1質量%未満では、はんだのぬれ性の向上効果が発揮されず、AgSnの析出量が少なくなり、金属間化合物のネットワークが強固とはならない。また、Agの量が4質量%より多くなると、はんだの液相線温度が上昇して、本発明にしたがって添加したSbの再溶融が起らず、SnSb金属間化合物の微細化の効果を阻害してしまう。
したがって、本発明に添加するAgの量は、1〜4質量%が好ましい。より好ましくは、Agの量が3.2〜3.8質量%である。
Ag added to the present invention improves the wettability of the solder and precipitates a network-like compound of an Ag3Sn intermetallic compound in the solder matrix to produce a precipitation dispersion strengthened type alloy, improving the temperature cycle characteristics The effect of aiming at is demonstrated.
In the solder alloy of the present invention, when the Ag content is less than 1% by mass, the effect of improving the wettability of the solder is not exhibited, the amount of Ag 3 Sn precipitated is reduced, and the intermetallic compound network is not strengthened. . Further, when the amount of Ag exceeds 4% by mass, the liquidus temperature of the solder rises, and remelting of Sb added according to the present invention does not occur, and the effect of miniaturizing the SnSb intermetallic compound is inhibited. Resulting in.
Therefore, the amount of Ag added to the present invention is preferably 1 to 4% by mass. More preferably, the amount of Ag is 3.2 to 3.8% by mass.

本発明のはんだ合金に添加されているCuは、Cuランドに対するCu食われ防止効果とはんだマトリックス中に微細なCuSnの化合物を析出させて温度サイクル特性を向上させる効果がある。
本発明のはんだ合金のCuが0.6質量%未満では、Cuランドに対するCu食われ防止が現れず、Cuが0.8質量%を超えて添加するとCuSnの金属間化合物が接合界面にも多く析出するので、振動等でのクラックの成長が早くなってしまう。
Cu added to the solder alloy of the present invention has an effect of preventing Cu erosion to the Cu land and an effect of improving the temperature cycle characteristics by precipitating a fine Cu 6 Sn 5 compound in the solder matrix.
When Cu of the solder alloy of the present invention is less than 0.6% by mass, prevention of Cu erosion to Cu lands does not appear, and when Cu is added in excess of 0.8% by mass, an intermetallic compound of Cu 6 Sn 5 is bonded to the bonding interface. Therefore, the growth of cracks due to vibration or the like is accelerated.

本発明のはんだ合金では、Biを添加することで、さらに温度サイクル特性を向上させることができる。本発明で添加したSbは、SnSb金属間化合物を析出して析出分散強化型の合金を作るだけでなく、原子配列の格子に入り込み、Snと置換することで原子配列の格子を歪ませてSnマトリックスを強化することで、温度サイクル特性を向上させる効果も有している。このときに、はんだ中にBiが入っていると、BiがSbと置き換わるので、さらに温度サイクル特性を向上させることができる。BiはSbより原子量が大きく、原子配列の格子を歪ませる効果が大きいからである。また、Biは、微細なSnSb金属間化合物の形成を妨げることがなく、析出分散強化型のはんだ合金が維持される。
本発明のはんだ合金に添加するBiの量が、1.5質量%未満ではSbとの置換が起き難く、微細なSnSb金属間化合物の量が少なくなるため、温度サイクル向上効果が現れない、また、Biの量が5.5質量%を超えて添加するとはんだ合金自体の延性が低くなって堅く硬く、もろくなるので、振動等でのクラックの成長が早くなってしまう。
本発明のはんだ合金に添加するBiの量は、1.5〜5.5質量%が好ましく、より好ましいのは、3〜5質量%のときである。さらに好ましくは、3.2〜5.0質量%である。
In the solder alloy of the present invention, the temperature cycle characteristics can be further improved by adding Bi. Sb added in the present invention not only precipitates SnSb intermetallic compounds to form a precipitation dispersion strengthened type alloy, but also enters the atomic arrangement lattice and distorts the atomic arrangement lattice by replacing it with Sn. Reinforcing the matrix also has the effect of improving temperature cycle characteristics. At this time, if Bi is contained in the solder, Bi is replaced with Sb, so that the temperature cycle characteristics can be further improved. This is because Bi has a larger atomic weight than Sb and has a great effect of distorting the lattice of the atomic arrangement. Further, Bi does not hinder the formation of fine SnSb intermetallic compounds, and a precipitation dispersion strengthened solder alloy is maintained.
If the amount of Bi added to the solder alloy of the present invention is less than 1.5% by mass, substitution with Sb hardly occurs and the amount of fine SnSb intermetallic compound decreases, so that the effect of improving the temperature cycle does not appear, When the amount of Bi exceeds 5.5% by mass, the ductility of the solder alloy itself becomes low and it becomes hard and brittle, so that crack growth due to vibration or the like is accelerated.
The amount of Bi added to the solder alloy of the present invention is preferably 1.5 to 5.5% by mass, and more preferably 3 to 5% by mass. More preferably, it is 3.2-5.0 mass%.

さらに、本発明のはんだ合金では、Coを添加することで、本発明のNiの効果を高めることができる。
本発明のはんだ合金に添加するCoの量は、0.001質量%未満では接合界面に析出して界面クラックの成長を防止する効果が現れず、0.1質量%を超えて添加されると界面に析出する金属間化合物層が厚くなり、振動等でのクラックの成長が早くなってしまう。
本発明に添加するCoを添加する量は、0.001〜0.1質量%が好ましい。
Furthermore, in the solder alloy of the present invention, the effect of Ni of the present invention can be enhanced by adding Co.
When the amount of Co added to the solder alloy of the present invention is less than 0.001% by mass, the effect of preventing the growth of interface cracks by precipitation at the joint interface does not appear. The intermetallic compound layer deposited on the interface becomes thick, and crack growth due to vibration or the like is accelerated.
The amount of Co added to the present invention is preferably 0.001 to 0.1% by mass.

本発明にかかるはんだ合金は、これまでの説明からも明らかなように、ヒートサイクル性に優れており、はんだ中のクラックの発生や伝播が抑制されるから、絶えず振動を受けている状態で使用される自動車用、つまり車載用として使用されても、クラックの成長や進展が促進されることはない。したがって、そのような特に顕著な特性を備えていることから、本発明にかかるはんだ合金は、自動車に搭載する電子回路のはんだ付けに特に適していることがわかる。   As apparent from the above description, the solder alloy according to the present invention is excellent in heat cycle performance, and since crack generation and propagation in the solder is suppressed, it is used in a state where it is constantly subjected to vibration. Even when used for automobiles, that is, for automobiles, the growth and progress of cracks are not promoted. Therefore, since it has such a particularly remarkable characteristic, it turns out that the solder alloy concerning this invention is especially suitable for the soldering of the electronic circuit mounted in a motor vehicle.

ここに、本明細書でいう「ヒートサイクル性にすぐれている」とは、後述する実施例でも示すように−40℃以下+125℃以上というヒートサイクル試験を行っても、3000サイクル後のクラック発生率が90%以下であり、同じく、3000サイクル後のシェア強度残存率が、30%以上を言う。   As used herein, “excellent in heat cycleability” means that cracks occur after 3000 cycles even when a heat cycle test of −40 ° C. or lower and + 125 ° C. or higher is performed as shown in the examples described later. The rate is 90% or less, and similarly, the shear strength remaining rate after 3000 cycles is 30% or more.

このような特性は、上記ヒートサイクル試験のような非常に過酷な条件で使用されても、車載電子回路が破断しない、つまり使用不能あるいは誤動作をもたらさないことを意味しており、特にECU用のはんだ付けに用いられるはんだ合金としては信頼性の高いはんだ合金である。さらに、本発明のはんだ合金は、温度サイクル経過後のシェア強度残存率に優れている。つまり、長期間使用しても衝突や振動等の外部から加わる外力に対してシェア強度等の外力に対する耐性が低下しない。
このように、本発明にかかるはんだ合金は、より特定的には、車載電子回路のはんだ付けに用いられ、あるいは、ECU電子回路のはんだ付けに用いられて優れたヒートサイクル性を発揮するはんだ合金である。
Such characteristics mean that even when used under extremely severe conditions such as the above heat cycle test, the on-vehicle electronic circuit does not break, that is, cannot be used or does not cause malfunction. The solder alloy used for soldering is a highly reliable solder alloy. Furthermore, the solder alloy of the present invention is excellent in the shear strength remaining rate after the temperature cycle. That is, even if it is used for a long period of time, resistance to external forces such as shear strength does not decrease against external forces applied from the outside such as collision and vibration.
As described above, the solder alloy according to the present invention is more specifically used for soldering an in-vehicle electronic circuit or used for soldering an ECU electronic circuit and exhibiting excellent heat cycle performance. It is.

「電子回路」とは、それぞれが機能を持っている複数の電子部品の電子工学的な組み合わせによって、全体として目的とする機能を発揮させる系(システム)である。
ここにそのような電子回路を構成する電子部品としては、チップ抵抗部品、多連抵抗部品、QFP、QFN、パワートランジスタ、ダイオード、コンデンサなどが例示される。これらの電子部品を組み込んだ電子回路は基板上に設けられ、電子回路装置を構成するのである。
The “electronic circuit” is a system (system) that exerts a target function as a whole by an electronic combination of a plurality of electronic components each having a function.
Examples of electronic components that constitute such an electronic circuit include chip resistor components, multiple resistor components, QFP, QFN, power transistors, diodes, capacitors, and the like. An electronic circuit incorporating these electronic components is provided on a substrate to constitute an electronic circuit device.

本発明において、そのような電子回路装置を構成する基板、例えばプリント配線基板は特に制限されない。またその材質も特に制限されないが、耐熱性プラスチック基板(例:高Tg低CTEであるFR−4)が例示される。プリント配線基板はCuランド表面をアミンやイミダゾール等の有機物(OSP: Organic Surface Protection)で処理したプリント回路基板が好ましい。   In the present invention, a substrate constituting such an electronic circuit device, for example, a printed wiring board, is not particularly limited. Further, the material is not particularly limited, but a heat-resistant plastic substrate (for example, FR-4 having high Tg and low CTE) is exemplified. The printed circuit board is preferably a printed circuit board having a Cu land surface treated with an organic substance (OSP: Organic Surface Protection) such as amine or imidazole.

本発明に係る鉛フリーはんだの形状は、微細なはんだ部の接合に用いられるので、リフローはんだ付けに用いられ、ソルダペーストとして使用させるのが通常であるが、ボール状、ペレットもしくはワッシャーなどの形状のはんだプリフォームとして用いられても良い。   The shape of the lead-free solder according to the present invention is used for joining fine solder parts, so it is used for reflow soldering and is usually used as a solder paste, but it is shaped like a ball, pellet or washer. It may be used as a solder preform.

表1では、表1の各はんだ合金について、液相線温度、温度サイクル試験の初期値と1500サイクル後のSnSb粒径、クラック率を測定を以下の方法で測定した。   In Table 1, for each solder alloy in Table 1, the liquidus temperature, the initial value of the temperature cycle test, the SnSb particle diameter after 1500 cycles, and the crack rate were measured by the following methods.

(はんだの溶融試験)
表1の各はんだ合金を作製して、はんだの溶融温度を測定した。測定方法は、固相線温度はJIS Z3198−1に準じて行った。液相線温度は、JIS Z3198−1を採用せずに、JIS Z3198−1の固相線温度の測定方法と同様のDSCによる方法で実施した。
結果を表1の液相線温度に示す。
(Solder melting test)
Each solder alloy of Table 1 was produced and the melting temperature of the solder was measured. The measurement method was performed according to JIS Z3198-1 for the solidus temperature. The liquidus temperature was measured by the same DSC method as the method for measuring the solidus temperature of JIS Z3198-1, without adopting JIS Z3198-1.
The results are shown in the liquidus temperature in Table 1.

(温度サイクル試験)
表1のはんだ合金をアトマイズしてはんだ粉末とした。松脂、溶剤、活性剤、チキソ剤、有機酸等からなるはんだ付けフラックスと混和して、各はんだ合金のソルダペーストを作製した。ソルダペーストは、6層のプリント基板(材質:FR−4)に150μmのメタルマスクで印刷した後、3216のチップ抵抗器をマウンターで実装して、最高温度235℃、保持時間40秒の条件でリフローはんだ付けをし、試験基板を作製した。
各はんだ合金ではんだ付けした試験基板を低温−40℃、高温+125℃、保持時間30分の条件に設定した温度サイクル試験装置に入れ、初期値、1500サイクル後に各条件で温度サイクル試験装置から取り出し、3500倍の電子顕微鏡で観察して、はんだ合金のSnマトリックス中のSnSb金属間化合物の粒子の平均粒径を測定した。
結果を表1のクラック率とSnSb粒径に示す。
ここで、表1中の※1はSnSb金属間化合物が見えず測定ができなかったことを示し、※2ははんだの液相線温度が高く、リフロー条件の235℃でははんだ付けできなかったことを示す。
(Temperature cycle test)
The solder alloy shown in Table 1 was atomized to obtain solder powder. A solder paste of each solder alloy was prepared by mixing with soldering flux composed of pine resin, solvent, activator, thixotropic agent, organic acid, and the like. Solder paste is printed on a 6-layer printed circuit board (material: FR-4) with a 150 μm metal mask, and then mounted with a 3216 chip resistor using a mounter, under the conditions of a maximum temperature of 235 ° C. and a holding time of 40 seconds. Reflow soldering was performed to prepare a test board.
The test board soldered with each solder alloy is put in a temperature cycle test apparatus set at low temperature −40 ° C., high temperature + 125 ° C. and holding time of 30 minutes, and is taken out from the temperature cycle test apparatus at each initial condition after 1500 cycles. The average particle diameter of the SnSb intermetallic compound particles in the Sn matrix of the solder alloy was measured by observation with an electron microscope of 3500 times.
The results are shown in Table 1 as crack rates and SnSb particle sizes.
Here, * 1 in Table 1 indicates that the SnSb intermetallic compound was not visible and measurement was not possible, and * 2 indicates that the liquidus temperature of the solder was high and soldering could not be performed at the reflow condition of 235 ° C. Indicates.

(クラック率)
クラック発生率は、クラックが想定クラック長さに対して、クラックが生じた領域がどの程度かの指標となる。SnSbの粒径測定後に、150倍の電子顕微鏡を用いて、クラックの状態を観察して、クラックの全長を想定し、クラック率を測定した。
クラック率(%)= クラック長さの総和 ×100
想定線クラック全長
ここに、「想定線クラック全長」とは、完全破断のクラック長さをいう。
クラック率は、図5に示した複数のクラック7の長さの合計を、クラック予想進展経路8の長さで割った率である。
結果は、表1に記載する。
(Crack rate)
The crack occurrence rate is an indicator of how much the cracked area is with respect to the assumed crack length. After measuring the particle size of SnSb, the state of cracks was observed using an electron microscope of 150 times, and the crack rate was measured assuming the full length of the cracks.
Crack rate (%) = total crack length x 100
Assumed line crack total length Here, "assumed line crack total length" refers to the crack length of complete fracture.
The crack rate is a rate obtained by dividing the total length of the plurality of cracks 7 shown in FIG.
The results are listed in Table 1.

表1からは、温度サイクル試験の1500サイクル後も、SnSbの結晶粒が粗大化せずに、初期値と変わらないままの状態で維持されていることがわかる。   From Table 1, it can be seen that even after 1500 cycles of the temperature cycle test, the SnSb crystal grains are not coarsened and remain unchanged from the initial values.

図3に、実施例5のはんだ合金について、3500倍の電子顕微鏡で撮った、温度サイクル試験における3000サイクル後のSnSb金属間化合物7の状態を示す。実施例5のSnSb金属間化合物は微細であり、はんだ中に万遍なく散在している。そのため、クラックが入っても、SnSb金属間化合物にクラックが入るのを阻害する。   FIG. 3 shows the state of the SnSb intermetallic compound 7 after 3000 cycles in the temperature cycle test, taken with an electron microscope of 3500 times, for the solder alloy of Example 5. The SnSb intermetallic compound of Example 5 is fine and is uniformly distributed in the solder. Therefore, even if a crack occurs, it prevents the SnSb intermetallic compound from cracking.

図4に比較例4のはんだ合金について、3500倍の電子顕微鏡で撮った、温度サイクル試験における3000サイクル後のSnSb金属間化合物7の状態を示す。比較例のSnSb金属間化合物は肥大しており、SnSb金属間化合物の中のクラックの発生を抑制できない。   FIG. 4 shows the state of the SnSb intermetallic compound 7 after 3000 cycles in the temperature cycle test, taken with an electron microscope of 3500 times, for the solder alloy of Comparative Example 4. The SnSb intermetallic compound of the comparative example is enlarged, and the occurrence of cracks in the SnSb intermetallic compound cannot be suppressed.

次に、表2では、表2の各はんだ合金について、温度サイクル試験での3000サイクル後のクラック発生率とシェア強度残存率を測定した。クラック発生率の測定方法は、表1と同じだが、サイクル数は3000サイクルとした。シェア強度残存率の測定方法は以下の通りである。   Next, in Table 2, the crack occurrence rate and the shear strength remaining rate after 3000 cycles in the temperature cycle test were measured for each solder alloy in Table 2. The method for measuring the crack occurrence rate was the same as in Table 1, but the number of cycles was 3000. The method of measuring the shear strength residual rate is as follows.

(シェア強度残存率)
シェア強度残存率は、初期状態のはんだ付け部のシェア強度に対して温度サイクル試験にどの程度の強度が維持されているかの指標となる。
シェア強度試験は、継手強度試験機STR‐1000を用いて、室温下で、試験速度6mm/min、試験高さは50μmの条件で行った。
結果はまとめて表2に示す。
(Share strength remaining rate)
The shear strength remaining rate is an index of how much strength is maintained in the temperature cycle test with respect to the shear strength of the soldered portion in the initial state.
The shear strength test was performed using a joint strength tester STR-1000 at room temperature, at a test speed of 6 mm / min, and at a test height of 50 μm.
The results are summarized in Table 2.

表2より、Sn−Ag−Cu−Ni−Sb系のはんだ合金について、Sb含有量に対して、クラック発生率とシェア強度残存率をプロットしたグラフを図6に示す。Sb量が本発明の範囲内である1.0〜5.0%の時に、クラック発生率は90%以下で、且つ、シェア強度残存率は30%以上であり、本発明のはんだ合金によって、温度サイクル特性に優れ、衝突などの衝撃に強いはんだ合金が得られる。   From Table 2, the graph which plotted the crack generation rate and the shear strength residual rate with respect to Sb content about Sn-Ag-Cu-Ni-Sb series solder alloy is shown in FIG. When the amount of Sb is 1.0 to 5.0% within the range of the present invention, the crack occurrence rate is 90% or less and the shear strength residual rate is 30% or more. By the solder alloy of the present invention, A solder alloy that has excellent temperature cycle characteristics and is resistant to impacts such as collisions can be obtained.

表2より、Sn−Ag−Cu−Ni−Sb−Bi系のはんだ合金に対して、Bi含有量に対して、Sb量別に、クラック発生率をプロットしたグラフを図7に示す。Bi量が本発明の範囲内である1.5〜5.5%で、且つ、Sb量が1〜5%の時に、クラック発生率が90%以下となり、温度サイクル特性に優れ、クラック発生を抑制することができる。   From Table 2, FIG. 7 shows a graph in which the crack occurrence rate is plotted according to the Sb amount with respect to the Bi content with respect to the Sn—Ag—Cu—Ni—Sb—Bi based solder alloy. When the Bi content is 1.5 to 5.5% within the range of the present invention and the Sb content is 1 to 5%, the crack generation rate is 90% or less, excellent in temperature cycle characteristics, and crack generation. Can be suppressed.

表2より、Sn−Ag−Cu−Ni−Sb−Bi系のはんだ合金に対して、Bi含有量に対して、Sb量別に、シェア強度残存率をプロットしたグラフを図8に示す。Bi量が本発明の範囲内である1.5〜5.5%で、且つ、Sb量が1〜5%の時に、シェア強度残存率が30%以上となり、衝突などの衝撃に強く、クラック発生を抑制することができる。   From Table 2, FIG. 8 shows a graph in which the shear strength remaining ratio is plotted according to the Sb amount with respect to the Bi content with respect to the Sn—Ag—Cu—Ni—Sb—Bi based solder alloy. When the Bi content is in the range of 1.5 to 5.5% within the scope of the present invention and the Sb content is 1 to 5%, the shear strength residual ratio is 30% or more, and it is resistant to impacts such as collisions, and cracks. Occurrence can be suppressed.

結論として、本願発明のはんだ合金は、−40〜+125℃の自動車のECU基板に必要な過酷な温度条件でも、SnSbの結晶粒が粗大化せずに、初期値と変わらないままの状態で維持されており、その結果としてはんだ中から発生するクラックの発生も、他のはんだ合金に比較して少なくすることができる。   In conclusion, the solder alloy of the present invention is maintained in a state where the SnSb crystal grains do not become coarse and remain unchanged from the initial value even under the severe temperature conditions required for an automobile ECU board of −40 to + 125 ° C. As a result, the occurrence of cracks occurring in the solder can be reduced as compared with other solder alloys.

本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、リフローソルダリングだけでなく、フローソルダリングの形状であるインゴット状、棒状、線状のはんだや、マニュアルソルダリングの形状である脂入りはんだなどとしても良い。   The lead-free solder alloy according to the present invention is not limited to reflow soldering, but may be ingot, rod, or wire solder, which is the shape of flow soldering, or greased solder, which is the shape of manual soldering.

1 チップ部品
2 はんだ合金
3 基板
4 Cuランド
5 金属間化合物層
6 クラック進展経路
7 SnSb金属間化合物
8 クラック予想進展経路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chip component 2 Solder alloy 3 Board | substrate 4 Cu land 5 Intermetallic compound layer 6 Crack progress path 7 SnSb intermetallic compound 8 Crack expected progress path

Claims (10)

Ag:1〜4質量%、Cu:0.6〜0.8質量%、Sb:3〜5質量%、Ni:0.01〜0.2質量%、Bi:1.5〜5.5質量%、残部Snからなることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。   Ag: 1-4% by mass, Cu: 0.6-0.8% by mass, Sb: 3-5% by mass, Ni: 0.01-0.2% by mass, Bi: 1.5-5.5% by mass %, The balance is Sn, a lead-free solder alloy. Ag:1〜4質量%、Cu:0.6〜0.8質量%、Sb:3質量%以上5質量%未満、Ni:0.01〜0.2質量%、Bi:1.5〜5.5質量%、Co:0.001〜0.1質量%、残部Snからなることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。   Ag: 1-4% by mass, Cu: 0.6-0.8% by mass, Sb: 3% by mass or more and less than 5% by mass, Ni: 0.01-0.2% by mass, Bi: 1.5-5 A lead-free solder alloy comprising 5 mass%, Co: 0.001 to 0.1 mass%, and remaining Sn. Biの含有量が、3.2〜5.0質量%であることを特徴とする請求項1または2に記載のフリーはんだ合金。   The free solder alloy according to claim 1 or 2, wherein the Bi content is 3.2 to 5.0 mass%. 請求項1〜3のいずれかに記載の鉛フリーはんだ合金であって、温度サイクル試験の3000サイクル後の初期値に対するシェア強度残存率が30%以上であることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。   The lead-free solder alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein a shear strength residual ratio with respect to an initial value after 3000 cycles of a temperature cycle test is 30% or more. 請求項1〜4のいずれかに記載の鉛フリーはんだ合金であって、温度サイクル試験の3000サイクル後のクラック発生率が90%以下であることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。   The lead-free solder alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein a crack generation rate after 3000 cycles of a temperature cycle test is 90% or less. 請求項1〜5のいずれかに記載の鉛フリーはんだ合金であって、Cu−OSP処理を施した基板と接合されることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。   The lead-free solder alloy according to any one of claims 1 to 5, wherein the lead-free solder alloy is bonded to a substrate subjected to Cu-OSP treatment. 請求項1〜6のいずれかに記載の鉛フリーはんだ合金からなるはんだ接合部を有する車載電子回路。   An in-vehicle electronic circuit having a solder joint made of the lead-free solder alloy according to claim 1. 請求項1〜6のいずれかに記載の鉛フリーはんだ合金からなるはんだ接合部を有するECU電子回路。   An ECU electronic circuit having a solder joint made of the lead-free solder alloy according to claim 1. 請求項7に記載の電子回路を備えた車載電子回路装置。   An in-vehicle electronic circuit device comprising the electronic circuit according to claim 7. 請求項8に記載のECU電子回路を備えたECU電子回路装置。   An ECU electronic circuit device comprising the ECU electronic circuit according to claim 8.
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