JP2016117103A - はんだ材料 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な熱疲労特性を有するはんだ部を形成することが可能なはんだ材料を提供する。【解決手段】Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ−Ｉｎの組成を持つはんだ材料に関する。はんだ材料におけるＡｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎの含有率（質量％）をそれぞれ［Ａｇ］、［Ｂｉ］、［Ｃｕ］、［Ｉｎ］とすると、０．３≦［Ａｇ］＜４．０のＡｇ（ただし、Ａｇが０．５質量％、１．０質量％の場合は除く）と、０．２≦［Ｂｉ］≦１．０のＢｉと、０．５≦［Ｃｕ］≦１．２のＣｕとを含む。０．５≦［Ｃｕ］≦１．０の範囲内では、５．２＋（６−（１．５５×［Ｃｕ］＋４．４２８））≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含む。１．０＜［Ｃｕ］≦１．２の範囲内では、５．２≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、残部がＳｎである。【選択図】図１

Description

本発明は、主として電子回路基板のはんだ付けに用いるソルダーペースト等におけるはんだ材料に関する。

電子回路基板においては、一般的に電極材質がＣｕであるＣｕ基板電極が利用される場合が多い。しかしながら、ＥＣＵ（Engine Control Unit）、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、ヘッドランプなどの車載商品においては、高い接合信頼性が必要とされるので、短時間で薄いめっきを施すフラッシュ処理によってＡｕフラッシュめっきが施されたＡｕ基板電極が利用される場合がある。一例として、図１４に、Ａｕ基板電極９３１、９３２を有する電子回路基板９３０と、Ｃｕ部品電極９２１を有する電子部品９２０及びＡｕ部品電極９４１を有する電子部品９４０とが、はんだ付けによって接合された接合構造体９００を形成している断面図を示す。この接合構造体９００において、電子回路基板９３０のＡｕ基板電極９３１と、電子部品９２０のＣｕ部品電極９２１とは、はんだ部９１１によって接合されている。また、電子回路基板９３０のＡｕ基板電極９３２と、電子部品９４０のＡｕ部品電極９４１とは、はんだ部９１２によって接合されている。そして、上記のはんだ部９１１、９１２は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持つはんだ材料によって形成されている。

このように、電子回路基板９３０と電子部品９２０、９４０とのはんだ付けには、４種類の元素からなるＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料などが利用されている（例えば、特許文献１、２参照）。このようなはんだ材料では、温度変化に伴う熱応力に起因して発生する疲労破壊に関する熱疲労特性が、固溶効果を利用した技術によって高められている。ここに、固溶とは、格子状に並んでいる金属原子の一部を異種の金属原子に置き替えてそのような格子を歪ませることによりはんだ材料を劣化しにくくする技術である。

上記のＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料では、ＩｎがＳｎの格子に固溶させられて、熱疲労特性が高められている。具体的には、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６質量％Ｉｎなどの組成のはんだ材料が利用されている。ここに、Ａｇ及びＢｉも添加されているが、Ａｇは析出強化による合金強度の向上及び低融点化のために添加されており、Ｂｉは低融点化のために添加されている。

特許第３０４０９２９号公報 特開２０１０−１７９３３６号公報

しかしながら、Ａｕ基板電極に対するはんだ付けの場合において、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料は必ずしも十分に高い熱疲労特性を有しないことが判明した。

本発明者らは、その理由を次のように分析している。すなわち、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料では、熱疲労特性がＩｎ含有率によって変化する。ここでの熱疲労特性は、温度サイクル試験が−４０℃／１５０℃の試験条件（車載商品の信頼性試験条件）で実施された後に、はんだ部の断面観察でクラックの発生が確認されないサイクル数で示す。例えば、はんだ付け後におけるはんだ材料の組成が、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６質量％Ｉｎの場合と、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−５．５質量％Ｉｎの場合とを比較すると、温度サイクル試験のサイクル数はそれぞれ２３００サイクルと２１５０サイクルとなり、Ｉｎの減少に伴いサイクル数（熱疲労特性）も減少する。

熱疲労特性に関連する合金強度は、Ｉｎ含有率が増大すると増大していくが、Ｉｎ含有率がおよそ６質量％であるときに最大となり、Ｉｎ含有率がこれを超えると減少していく。つまり、Ｉｎ含有率がおよそ６質量％であるときに、温度サイクル試験のサイクル数が高くなることから熱疲労特性が最も高い。よって、Ｉｎによる固溶効果を有効に活用するためには、はんだ材料のＩｎ含有率をより正確にコントロールすることが望ましい。

Ａｕ基板電極は、Ｃｕ電極の上に膜厚１〜５μｍのＮｉめっきが施され、さらにこのＮｉめっきの上に膜厚０．０３〜０．０７μｍのＡｕフラッシュめっきが施された構造を有している。そして、加熱を伴うはんだ付けの際にＡｕがＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの中に溶け込み、Ｎｉめっきが露出する。Ｎｉめっきは９０質量％Ｎｉ及び１０質量％Ｐの組成を持っており、ＩｎとＰとは反応性が高いので、ＩｎはＰと反応してＩｎ−Ｐの組成を持った化合物ＩｎＰが生成される。すると、熱疲労特性の向上に寄与する、Ｓｎの格子に固溶されているＩｎが減少し、実質的なＩｎ含有率が減少する。

ここで、はんだ付け後のＩｎ含有率が減少するＡｕ基板電極の熱疲労特性を高めるために、はんだ付け前のＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料のＩｎ含有率を増加させた場合には、Ａｕ基板電極の熱疲労特性は高まる。しかしながら、１つの電子回路基板に実装される電子部品には、Ａｕ部品電極を有するものと、Ｃｕ部品電極を有するものとが混在しているため、この２種類では、はんだ材料のＩｎ含有率の変化が異なり、Ｃｕ部品電極ではＩｎ含有率の減少量が少なく、Ｉｎ過多で熱疲労特性が減少する。このように、単にＡｕ基板電極のはんだ付け後のＩｎ減少を防止するために、はんだ付け前のはんだ材料のＩｎ含有率を増加させたとしても、逆にＣｕ部品電極の熱疲労特性が減少することから、Ｉｎの添加以外の手段を検討することが必要となった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、電子回路基板と電子部品とをはんだ付けにより接合する際にＡｕ電極とＣｕ電極とが混在していても、良好な熱疲労特性を有するはんだ部を形成することが可能なはんだ材料を提供することを目的とするものである。

本発明に係るはんだ材料は、
Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ−Ｉｎの組成を持つはんだ材料であって、
前記はんだ材料におけるＡｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎの含有率（質量％）をそれぞれ［Ａｇ］、［Ｂｉ］、［Ｃｕ］、［Ｉｎ］とすると、
０．３≦［Ａｇ］＜４．０のＡｇ（ただし、Ａｇが０．５質量％、１．０質量％の場合は除く）と、
０．２≦［Ｂｉ］≦１．０のＢｉと、
０．５≦［Ｃｕ］≦１．２のＣｕとを含み、
０．５≦［Ｃｕ］≦１．０の範囲内では、
５．２＋（６−（１．５５×［Ｃｕ］＋４．４２８））≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
１．０＜［Ｃｕ］≦１．２の範囲内では、
５．２≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
残部がＳｎであることを特徴とする。

前記はんだ材料は、電子部品と電子回路基板とのはんだ付けに用いられ、
前記電子部品が、Ｃｕ部品電極を有し、
前記電子回路基板が、Ｃｕ基板電極を有し、又は、Ｃｕ基板電極及びＡｕ基板電極を有し、
前記Ａｕ基板電極が、Ｃｕ電極の上にＰを含むＮｉめっきが施され、さらに前記Ｐを含むＮｉめっきの上にＡｕフラッシュめっきが施された構造を有することが好ましい。

本発明によれば、電子回路基板と電子部品とをはんだ付けにより接合する際にＡｕ電極とＣｕ電極とが混在していても、良好な熱疲労特性を有するはんだ部を形成することが可能である。

本発明のはんだ材料におけるＣｕ含有率とＩｎ含有率との関係を示す説明図である。 Ｃｕ含有率の上限を考慮する前の、本発明のはんだ材料におけるＣｕ含有率とＩｎ含有率との関係を示す説明図である。 本発明における実施形態のはんだ材料を説明するための、Ｉｎが添加されたＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉの組成を持った合金の信頼性試験結果を示すグラフである。 （ａ）はＡｕ電極を示す模式的な断面図、（ｂ）はＣｕ電極を示す模式的な断面図である。 電極とはんだ材料との接合後におけるＩｎ含有率を測定する様子を示すものであり、（ａ）ははんだ付け前の概略説明図、（ｂ）ははんだ付け後の概略説明図である。 本発明における実施形態のはんだ材料を説明するための、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料を利用して、Ｃｕ電極及び２種類のＡｕ電極に対するはんだ付けが行われた後の、それぞれのはんだ部の内部におけるＩｎ含有率の分析結果を示すグラフである。 本発明における実施形態のはんだ材料を説明するための、Ｃｕが添加されたＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料を利用して、２種類のＡｕ電極に対するはんだ付けが行われた後の、はんだ部の内部におけるＩｎ含有率の分析結果を示すグラフである。 本発明における実施形態のはんだ材料を説明するための、Ｃｕが添加されたＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料の固相線及び液相線を示すグラフである。 本発明における実施形態の接合構造体の模式的な断面図である。 （ａ）は、電子回路基板のＡｕ基板電極と、電子部品のＣｕ部品電極とのはんだ付け前の様子を模式的に示す断面図、（ｂ）は、電子回路基板のＡｕ基板電極と、電子部品のＣｕ部品電極とのはんだ付け後の様子を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、電子回路基板のＣｕ基板電極と、電子部品のＡｕ部品電極とのはんだ付け前の様子を模式的に示す断面図、（ｂ）は、電子回路基板のＣｕ基板電極と、電子部品のＡｕ部品電極とのはんだ付け後の様子を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、電子回路基板のＡｕ基板電極と、電子部品のＡｕ部品電極とのはんだ付け前の様子を模式的に示す断面図、（ｂ）は、電子回路基板のＡｕ基板電極と、電子部品のＡｕ部品電極とのはんだ付け後の様子を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、電子回路基板のＣｕ基板電極と、電子部品のＣｕ部品電極とのはんだ付け前の様子を模式的に示す断面図、（ｂ）は、電子回路基板のＣｕ基板電極と、電子部品のＣｕ部品電極とのはんだ付け後の様子を模式的に示す断面図である。 従来のはんだ材料を使用した接合構造体の模式的な断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

まず図３を参照しながら、本実施形態のはんだ材料に関する原理について説明する。

図３は、本発明における実施形態のはんだ材料を説明するための、Ｉｎが添加されたＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉの組成を持った合金の信頼性試験結果を示すグラフである。

図３に示すグラフの横軸のＩｎ含有率は、はんだ付け後にはんだ部に固溶している、より具体的には、Ｓｎの格子に固溶しているＩｎについての実質的なＩｎ含有率である。

図３に示すグラフの縦軸の試験サイクル数は、１６０８サイズ（１．６ｍｍ×０．８ｍｍ）のチップコンデンサが実装された、ＦＲグレード（Flame Retardant Grade）がＦＲ−５グレードであるＦＲ５基板において、温度サイクル試験が−４０℃／１５０℃の試験条件で実施された後に、はんだ部の断面観察でクラックの発生が確認されなかったサイクル数である。

自動車のエンジン近傍に搭載する車載商品の信頼性試験においては、車載基準として、２０００サイクル以上のサイクル数が要求仕様において求められる。ここでは、２０００サイクル以上のサイクル数の場合を熱疲労特性が十分に満たされていることとする。

図３に示すグラフによれば、はんだ付け後にはんだ部に固溶しているＩｎ含有率が５．５質量％（２１５０サイクル）、６．０質量％（２３００サイクル）及び６．５質量％（２２００サイクル）である場合には２０００サイクル以上であり、Ｉｎ含有率が５．０質量％以下又は７．０質量％以上である場合には２０００サイクル未満であることが分かる。

さらに図３には、近似曲線が、上記の数値データを用いることによって得られる次式の二次関数のグラフとして図示されている。

したがって、車載基準である２０００サイクル以上のサイクル数を確保することができるＩｎ含有率の範囲はおよそ５．２〜６．８質量％であり、管理幅はおよそ±０．８質量％である。

そして、大量生産におけるはんだ合金のＩｎ含有率の変動幅はおよそ±０．５質量％であるので、Ｉｎ含有率の中央値は５．７（＝５．２＋０．５）質量％以上６．３（＝６．８−０．５）質量％以下であることが望ましい。

次に、図４〜図６を主として参照しながら、Ｎｉめっきに含まれるＰの影響について説明する。この影響を調べるため、Ａｕ電極４０及びＣｕ電極５０として、図４（ａ）（ｂ）に示すような測定用に準備された試料を用いた。

図４（ａ）はＡｕ電極４０を示す模式的な断面図であり、図４（ｂ）はＣｕ電極５０を示す模式的な断面図である。

図５（ａ）（ｂ）は、電極３とはんだ材料１との接合後におけるＩｎ含有率を測定する様子を示す概略説明図である。電極３はＡｕ電極又はＣｕ電極であり、はんだ材料１はＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持つものである。図５（ａ）は電極３上に供給されたはんだ材料１を加熱する前の状態を示し、図５（ｂ）は電極３上に供給されたはんだ材料１を加熱し、溶融してぬれ広がった後のはんだ部２の状態を示す。

一般的に使用されているＡｕ電極４０は、図４（ａ）に示すように、Ｃｕ電極１０と、このＣｕ電極１０の上に施されたＮｉめっき２０と、さらにこのＮｉめっき２０の上に施されたＡｕフラッシュめっき３０とを備えている。この場合、Ｃｕ電極１０は膜厚３５μｍのＣｕ箔で形成されている。Ｎｉめっき２０は、膜厚１〜５μｍであり、電気めっきのように通電を要しない無電解めっきとして施される。Ａｕフラッシュめっき３０は、膜厚０．０３〜０．０７μｍである。他方、Ｃｕ電極５０は、図４（ｂ）に示すように、膜厚３５μｍのＣｕ箔で形成されている。上記のようなＡｕ電極４０及びＣｕ電極５０は、電子回路基板の基板電極として使用されたり、あるいは電子部品の部品電極として使用されたりする。本明細書では、Ａｕ電極４０及びＣｕ電極５０が、電子回路基板の基板電極として使用される場合、それぞれＡｕ基板電極及びＣｕ基板電極という場合があり、電子部品の部品電極として使用される場合、それぞれＡｕ部品電極及びＣｕ部品電極という場合がある。

そして、試料として準備したＡｕ電極は２種類である。１つ目のＡｕ電極は、Ｎｉめっきの膜厚が５μｍであり、Ａｕフラッシュめっきの膜厚が０．０７μｍである。これは、基板側又は部品側の一方がＡｕ電極である場合を想定している。２つ目のＡｕ電極は、Ｎｉめっきの膜厚が１０μｍであり、Ａｕフラッシュめっきの膜厚が０．０７μｍである。これは、基板側と部品側の両方がＡｕ電極であり、Ｐの影響が最大となる場合を想定している。はんだ付け時に、はんだ材料が溶融して液体になると、ＡｕとＮｉは瞬時に拡散してはんだ材料と反応するため、Ｐを含むＮｉの厚みを２倍にすることで、基板側と部品側の両方がＡｕ電極である場合を模擬することができる。

そして、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料を、図５（ａ）に示すように、平面視で直径φ＝５ｍｍの円形及び厚さｔ＝０．１５ｍｍの形状で電極３の上に供給した。この電極３は、上記の２種類のＡｕ電極、及びＣｕ電極である。その後、はんだ材料１が供給された電極３を２４０℃のホットプレートの上で３０秒間加熱した後、室温で徐冷すると、はんだ材料１は図５（ｂ）に示すような形状のはんだ部２となった。

上記のようにしてはんだ部２の試料を得た。次にこのはんだ部２の縦断面が出現するように研磨し、この縦断面の中央部を、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectroscopy）を利用する方法で分析することによって、Ｉｎ含有率を測定した。ここに、中央部とは、はんだ部２の厚さＢの１／２の位置であって、かつ、はんだ部２のぬれ広がり幅Ａの１／２の位置に対応する部分である。

図６は、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料を利用して、Ｃｕ電極及び２種類のＡｕ電極に対するはんだ付けを行った後の、それぞれのはんだ部の内部におけるＩｎ含有率の分析結果を示すグラフである。

熱疲労特性の向上に寄与するＳｎの格子に固溶しているＩｎについての実質的なＩｎ含有率は、当初のＩｎ含有率である６．０質量％から減少しており、Ｃｕ電極については５．９質量％であり、Ｎｉめっきの膜厚が５μｍのＡｕ電極については５．１質量％であり、Ｎｉめっきの膜厚が１０μｍのＡｕ電極についても５．１質量％である。

Ａｕ電極については、Ａｕが加熱の際にはんだ材料の内部へ拡散し、Ａｕフラッシュめっきの下に形成されている９０質量％Ｎｉ及び１０質量％Ｐの組成を持ったＮｉめっきが露出する。

そうすると、はんだ材料に含まれるＳｎはＮｉと反応してＮｉ_３Ｓｎ_４化合物が生成されるため、Ｎｉめっきのはんだ材料の側でＮｉ含有率が低下してＰ含有率が高くなる。Ｐの濃化した部分では、はんだ材料と接する単位面積当たりのＰが多くなるため、化合物ＩｎＰの生成量が多くなり、Ｓｎの格子に固溶していたＩｎが減少し、Ａｕ電極の場合の実質的なＩｎ含有率はＣｕ電極の場合と比較してより大きく減少してしまう。

このため、車載基準に対応したＩｎ含有率の範囲は、上述のようにおよそ５．２〜６．８質量％であるので、上記のＡｕ電極の場合は車載基準を満足しない。

なお、Ｎｉめっきの比重は７．９ｇ／ｃｍ^３であるので、Ｎｉめっきに含まれるＰの質量は、Ｎｉめっきの膜厚Ｔ及びＮｉめっきの面積Ｓを利用して、７．９×Ｔ×Ｓ×０．１により算出することができ、Ｎｉめっきに含まれるＰの質量はＮｉめっきの膜厚Ｔに比例して変動する。

このような現象を踏まえて、本発明者らは、ＩｎＰ化合物の生成量の増加の原因であるＰの濃化を抑制するために、Ｎｉ_３Ｓｎ_４化合物の生成量を減少させることが有効であることを見出した。

Ｓｎと金属間化合物を生成する元素としてＺｎ、Ｃｏ、Ｍｎ等があるが、それらの元素の中から効果の高い元素として見出されたものが、以下で説明するように、Ｓｎと反応してＣｕ_６Ｓｎ_５化合物を生成する、Ｃｕである。

ここで、図７及び図８を参照しながら、本実施形態であるはんだ材料についてさらに具体的に説明する。

図７は、本発明における実施形態のはんだ材料を説明するための、Ｃｕが添加されたＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料を利用して、Ｎｉめっきの膜厚が５μｍと１０μｍの２種類のＡｕ電極に対するはんだ付けを行った後の、はんだ部の内部におけるＩｎ含有率の分析結果を示すグラフである。２種類のＡｕ電極のＡｕフラッシュめっきの膜厚は０．０７μｍである。

また図８は、本発明における実施形態のはんだ材料を説明するための、Ｃｕが添加されたＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料の固相線６０１及び液相線６０２を示すグラフである。

まず、図７を主として参照しながら、Ｃｕ含有率の下限について説明する。

ここでは、上述の方法と同様な方法で分析を行い、Ａｕ電極とのはんだ付けを行った後のＩｎ含有率の測定を行った。

はんだ材料の試料は、次のようにして作製した。

まず、セラミック製のるつぼ内に８９．５ｇのＳｎを投入し、温度が５００℃に調整されている電気式ジャケットヒータの中に上記のるつぼを静置した。

次にＳｎが溶融したことを確認した後に６．０ｇのＩｎを上記のるつぼに投入し、３分間の撹拌を行った。

次に０．５ｇのＢｉを上記のるつぼに投入し、３分間の撹拌をさらに行った。

次に３．５ｇのＡｇを上記のるつぼに投入し、３分間の撹拌をさらに行った。

次に所定量のＣｕを上記のるつぼに投入し、３分間の撹拌をさらに行った。

なお、ここで使用しているＳｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｃｕ各々の元素には、ごく微量の不純物が含まれている。

その後、上記のるつぼを電気式ジャケットヒータの中から取り出して、２５℃の水が満たされた容器に浸漬し、冷却を行った。

図７において、Ｎｉめっきの膜厚が５μｍのＡｕ電極の場合のプロットを「△」で示す。Ｎｉめっきの膜厚が５μｍのＡｕ電極に対してはんだ付けを行った後のＩｎ含有率は、（１）Ｃｕ含有率がゼロである場合は５．１質量％であるが、（２）Ｃｕ含有率が増大すると、Ｉｎの減少が抑制されるので増大していき、（３）Ｃｕ含有率が０．４質量％である場合は５．２質量％となり、そして（４）Ｃｕ含有率が０．９質量％になると５．９９質量％になる。このように、Ｃｕ含有率がゼロから０．９質量％まで変化する場合、Ｉｎ含有率は５．１質量％から５．９９質量％まで変化する。

図７において、Ｎｉめっきの膜厚が１０μｍのＡｕ電極の場合のプロットを「○」で示す。Ｎｉめっきの膜厚が１０μｍのＡｕ電極に対してはんだ付けを行った後のＩｎ含有率は、（１）Ｃｕ含有率がゼロである場合は５．１質量％であるが、（２）Ｃｕ含有率が増大すると、Ｉｎの減少が抑制されるので増大していき、（３）Ｃｕ含有率が０．５質量％である場合は５．２１質量％となり、そして（４）Ｃｕ含有率が０．９質量％になると５．８３質量％になる。このように、Ｃｕ含有率がゼロから０．９質量％まで変化する場合、Ｉｎ含有率は５．１質量％から５．８３質量％まで変化する。

Ｎｉめっきの膜厚が５μｍである場合と１０μｍである場合とを比較すると、基板電極と部品電極の両方がＡｕ電極であることを想定したＮｉめっきの膜厚が１０μｍの方がＩｎ含有率の変化量が大きいため、Ｃｕ含有率の下限値は、Ｎｉめっきの膜厚が１０μｍである場合の数値で算出することが望ましい。

Ｃｕ含有率が０．５質量％から０．９質量％であるときの数値を用いて、Ｎｉめっきの膜厚が１０μｍである場合の数値で近似直線を描くと、次式で表される一次関数のグラフが得られる。

したがって、車載基準をＡｕ電極との組み合わせにおいても満足するために必要な５．２質量％以上のＩｎ含有率を確保するためには、Ｃｕ含有率が０．５０質量％以上であることが望ましい。Ｃｕ含有率が０．５０質量％以上であれば、Ａｕ電極との組み合わせにおいても、はんだ付け後のＩｎ含有率が５．２質量％以上となり、車載基準の信頼性を満たすことができる。

以上においては、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料が利用される場合について説明したが、Ｃｕ含有率が０．５０質量％である場合のＩｎ含有率の変化量は０．８質量％であるため、例えば、Ｓｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−５．５質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料が利用される場合は、はんだ付け後のＩｎ含有率が４．７質量％となり、車載基準の信頼性を満たすことができない。このように、Ｃｕ含有率とＩｎ含有率との間には相関関係がある。すなわち、図７に示すように、Ｃｕ含有率が０．５質量％以上であり、１．０質量％以下である場合には上記の近似直線で示される相関があるが、Ｃｕ含有率が０．５質量％未満の場合及び１．０質量％を超える場合には相関がない。

図２に本発明のはんだ材料におけるＣｕ含有率とＩｎ含有率との関係を示す。以下では、はんだ材料におけるＡｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎの含有率（質量％）をそれぞれ［Ａｇ］、［Ｂｉ］、［Ｃｕ］、［Ｉｎ］という場合がある。

Ｉｎ含有率の下限値は、Ｃｕ含有率の範囲を３つに分け、各範囲ごとに定まる。

すなわち、０＜［Ｃｕ］＜０．５の範囲では、６．０≦［Ｉｎ］である。

また、０．５≦［Ｃｕ］≦１．０の範囲では、５．２＋（６−（１．５５×［Ｃｕ］＋４．４２８））≦［Ｉｎ］である。

また、１．０＜［Ｃｕ］の範囲では、５．２≦［Ｉｎ］である。

他方、Ｉｎ含有率の上限値も、Ｃｕ含有率の範囲を３つに分け、各範囲ごとに定まる。

すなわち、０＜［Ｃｕ］＜０．５の範囲では、［Ｉｎ］≦７．６である。

また、０．５≦［Ｃｕ］≦１．０の範囲では、［Ｉｎ］≦６．８＋（６−（１．５５×［Ｃｕ］＋４．４２８））である。

また、１．０＜［Ｃｕ］の範囲では、［Ｉｎ］≦６．８である。

以上、Ａｕ電極を含む組み合わせについて述べてきたが、Ｃｕ電極の場合はＩｎと反応する化合物が存在しないため、Ｉｎ含有率は低下しない。図１３（ａ）は、電子回路基板２００のＣｕ基板電極２２０と、電子部品のＣｕ部品電極３２０とのはんだ付け前の様子を模式的に示す断面図である。このときＣｕ基板電極２２０とＣｕ部品電極３２０との間に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｃｕの組成を持ったはんだ材料１００が介在されている。図１３（ｂ）は、電子回路基板２００のＣｕ基板電極２２０と、電子部品のＣｕ部品電極３２０とのはんだ付け後の様子を模式的に示す断面図である。このときＣｕ基板電極２２０とはんだ部１１０との間にＣｕ_６Ｓｎ_５化合物１２０が生成される。同様の化合物１２０がＣｕ部品電極３２０とはんだ部１１０との間にも生成される。このＣｕ_６Ｓｎ_５化合物１２０の生成にＩｎは関与しないため、はんだ材料１００中のＩｎ含有率の低下は発生しない。なお、図１３（ａ）（ｂ）において電子部品は図示省略している。

上記のように、Ａｕ電極を含まない組み合わせに、本発明のはんだ材料を用いると、Ｉｎ含有率が低下しないため、Ｃｕ含有率が１．０質量％以下では、Ｉｎ含有率が車載基準の６．８質量％を超える場合が発生する。したがって、Ａｕ電極を含む組み合わせと、含まない組み合わせの両方に本発明のはんだ材料を使用できるようにするためには、Ｃｕ含有率が１．０質量％以下の範囲で、Ｉｎ含有率を６．８質量％以下に制限する必要がある。

次に、図８を主として参照しながら、Ｃｕ含有率の上限について説明する。

すなわち、Ｃｕ含有率が大きすぎると、液相線６０２の温度が上昇するので、はんだ材料の溶融性が低下してぬれ広がり性が悪くなりやすい。

より具体的に説明すると、固相線６０１によって表される固相線温度は１９９〜２０１℃の範囲にあって安定しているが、液相線６０２によって表される液相線温度は、Ｃｕ含有率が０．７質量％を超えると上昇し、Ｃｕ含有率が１．２質量％である場合は２１６℃であり、Ｃｕ含有率が１．４質量％である場合は２２８℃である。

ここに、固相線温度は、固体の状態から加熱されたはんだ合金が溶け始める温度であり、液相線温度は、固体の状態から加熱されたはんだ合金がすべて溶け終わる温度である。

表１は、Ｃｕが添加されたＳｎ−３．５質量％Ａｇ−０．５質量％Ｂｉ−６．０質量％Ｉｎの組成を持ったはんだ材料において、Ｃｕ含有率とぬれ広がりとの関係を示している。具体的には、Ｃｕ含有率が０．２質量％、０．５質量％、０．７質量％、１．０質量％、１．２質量％、１．４質量％、１．７質量％である場合について、Ａｕ電極上でのぬれ広がりの評価を行った。

上述のように、Ｎｉめっきに含まれるＰの質量はＮｉめっきの膜厚Ｔに比例して変動する。ここでは、Ｎｉめっきの膜厚が下限に接近してＰの含有率は最小であり、ぬれ広がり性はこの観点からは良好でないと想定されている。よって、Ｎｉめっきの膜厚が１μｍであるように作製した試料について、ＪＩＳ Ｚ ３１９７「はんだ付用フラックス試験方法」において規定されている広がり試験方法でぬれ広がり率の測定を行った。

表１において、ぬれ広がりの評価に関しては、「○」はぬれ広がり率が９０％以上であることを示しており、「△」はぬれ広がり率が８５％以上で９０％未満であることを示しており、「×」はぬれ広がり率が８５％未満であることを示している。

したがって、良好なはんだ付けにとって重要な９０％以上のぬれ広がり率を保証するためには、Ｃｕ含有率が１．２質量％以下であることが望ましい。

図１は、図２にＣｕ含有率の上限値である１．２質量％を追加し、本発明のはんだ材料のＣｕ含有率とＩｎ含有率との関係を示している。すなわち、図１において、斜線部分の領域が、本発明のはんだ材料のＣｕ含有率とＩｎ含有率とを満たしている。ただし、斜線部分の領域は、実線を含み、破線及び白点（○）は含まない。

表２は、Ａｕ基板電極とＡｕ部品電極との組み合わせにおける、はんだ付け前のはんだ材料の各種組成と、はんだ付け後におけるはんだ材料のＩｎ含有率変化との関係を実施例１、２、参考例３、実施例４〜８、参考例９、実施例１０〜１３及び比較例１〜４について示し、信頼性判定及び強度判定の結果も示している。

強度判定に関しては、はんだ材料の引張強度を基準として、「○」は６０ＭＰａ以上を満たしており、０．９ｍｍ×０．８ｍｍまでのチップ部品に使えることを、「◎」は６５ＭＰａ以上を満たしており、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）等の大型半導体部品に使えることを、「◎◎」は７０ＭＰａ以上を満たしており、アルミ電解コンデンサ、モジュール部品等の大型部品に使えることを、「◎◎◎」は７５ＭＰａ以上を満たしており、コイル、トランス等の重量部品に使えることを示している。なお、引張強度は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１の４号試験片で測定している。

Ｉｎ含有率が変化した後の残量については、Ａｕ電極に対するはんだ付けを行った後の、はんだ部の内部におけるＩｎ含有率の分析を、ＥＤＸを利用して行うことにより測定した。

Ｉｎ含有率変化についての判定に関しては、「○」ははんだ付けを行った後のＩｎ含有率が５．２〜６．８質量％の範囲に含まれていることを示しており、「×」はＩｎ含有率が５．２質量％未満の範囲であることを示している。

信頼性判定に関しては、車載商品の信頼性試験において、温度サイクル試験のサイクル数が２０００サイクル以上又は２２５０サイクル以上の要求仕様を満たしていることを基準として、「○」は基準を満足していることを示しており、「×」は基準を満足していないことを示している。

実施例１、２、参考例３、実施例４〜８、参考例９、実施例１０〜１３の信頼性判定の結果から、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料に所定量のＣｕが含有されることにより、Ｉｎ含有率の減少が抑制されたことが分かる。よって、実施例１、２、参考例３、実施例４〜８、参考例９、実施例１０〜１３はいずれも、２０００サイクル以上の要求仕様を満たすことが確認された。

比較例１〜４においては、Ｉｎ含有率の減少を抑制するために有効な元素の添加を行っていないので、はんだ付け後のＩｎ含有率が４．７〜５．１質量％（Ｉｎ含有率変化は−０．８質量％）であったことから、２０００サイクル以上の要求仕様を満たさないことが確認された。

次に表３は、Ａｕ基板電極とＣｕ部品電極との組み合わせにおける、はんだ付け前のはんだ材料の各種組成と、はんだ付け後におけるはんだ材料のＩｎ含有率変化との関係を実施例１４、１５、参考例１６、実施例１７〜２１、参考例２２、実施例２３〜２６及び比較例５〜８について示し、信頼性判定及び強度判定の結果も示している。各種判定に関しては、上述の表２と同様である。

実施例１４、１５、参考例１６、実施例１７〜２１、参考例２２、実施例２３〜２６の信頼性判定の結果から、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料に所定量のＣｕが含有されることにより、Ｉｎ含有率の減少が抑制されたことが分かる。よって、実施例１４、１５、参考例１６、実施例１７〜２１、参考例２２、実施例２３〜２６はいずれも、２０００サイクル以上の要求仕様を満たすことが確認された。実施例１４、１５、参考例１６、実施例１７〜２１、参考例２２、実施例２３〜２６は、Ａｕ基板電極とＣｕ部品電極との組み合わせであるが、Ｃｕ基板電極とＡｕ部品電極との組み合わせについても、同様の結果が得られるものと考えられる。

比較例５〜８においては、Ｉｎ含有率の減少を抑制するために有効な元素の添加を行っていないので、はんだ付け後のＩｎ含有率が４．７〜５．１質量％（Ｉｎ含有率変化は−０．８質量％）であったことから、２０００サイクル以上の要求仕様を満たさないことが確認された。

次に表４は、Ａｕ基板電極とＡｕ部品電極との組み合わせにおける、Ｂｉを含有していないはんだ材料の各種組成とＩｎ含有率変化との関係を実施例２７、参考例２８、実施例２９〜３１、参考例３２、実施例３３〜３８、参考例３９について示し、信頼性判定及び強度判定の結果も示している。各種判定に関しては、上述の表２と同様である。

表４の実施例２７、参考例２８、実施例２９〜３１、参考例３２、実施例３３〜３８、参考例３９においては、信頼性判定の結果が全て２０００サイクル以上の基準を満足しているから、はんだ材料にＢｉが含有されていなくとも、Ｉｎ含有率の変化に影響を与えないことが分かる。Ｂｉは、はんだ材料の溶融温度を調整するために加えられており、はんだ材料の熱疲労特性にＢｉの含有率は大きな影響を与えない。

表２〜表４の実施例１、２、参考例３、実施例４〜８、参考例９、実施例１０〜１５、参考例１６、実施例１７〜２１、参考例２２、実施例２３〜２７、参考例２８、実施例２９〜３１、参考例３２、実施例３３〜３８、参考例３９に示す信頼性判定の結果から、Ａｕ電極及びＣｕ電極に対するはんだ付けにおいて、車載商品の信頼性評価を満足するためには、はんだ付け前のＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料は、次の関係を満たしている。

すなわち、０．３≦［Ａｇ］≦４．０のＡｇと、
０≦［Ｂｉ］≦１．０のＢｉと、
０＜［Ｃｕ］≦１．２のＣｕとを含んでいる。
そして、０＜［Ｃｕ］＜０．５の範囲内では、
６．０≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
０．５≦［Ｃｕ］≦１．０の範囲内では、
５．２＋（６−（１．５５×［Ｃｕ］＋４．４２８））≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
１．０＜［Ｃｕ］≦１．２の範囲内では、
５．２≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
残部は、８７質量％以上のＳｎのみであれば、はんだ付け後の信頼性判定の基準（２０００サイクル以上）を満足することが可能となる。

また、実施形態におけるはんだ材料を構成するＡｇの含有率は、以下の理由により決定している。既に説明しているが、熱疲労特性は、Ｓｎに対するＩｎの固溶作用により向上しているため、Ｉｎ含有率によって熱疲労特性は大きく変化する。しかしながら、ＡｇはＳｎに固溶しないため、熱疲労特性は大きく変化しない。

またＡｇ含有率は、はんだ材料の融点に影響を与えることから、Ａｇ含有率が４質量％を超えると融点が２３５℃以上になり、はんだ付け時のぬれ広がりが悪くなるため使用できない。よって、Ａｇ含有率の最大値は４質量％とした。またＡｇ含有率が小さくなると、Ａｇ_３ＳｎのＳｎ相への析出量が少なくなり、機械的強度の特性が低下するため、Ａｇ含有率の最小値は０．３質量％とした。

次に、実施形態におけるはんだ材料を構成するＢｉの含有率は、以下の理由により決定している。最小値は、表４で説明したように、はんだ材料の熱疲労特性に影響を与えないことからゼロも可能である。またＢｉははんだ合金内部で偏析する性質を持つことから１質量％を超えると偏析量が多くなり、合金が脆くなるため使用できない。よって、Ｂｉ含有率の最大値は１質量％とした。

以上から、Ａｇ及びＢｉははんだ材料の熱疲労特性に大きな影響を与えないため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料でのＩｎ含有率の効果は、Ｓｎ−Ａｇ−ＩｎやＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料でも同様に扱うことができると考える。ただし、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎの組成を持ったはんだ材料では、Ａｇ含有率がゼロであるので機械的強度が低下するおそれがある。

以上の説明から明らかであるように、本発明のはんだ材料は、Ｐを含むＮｉめっきを有するＡｕ電極のはんだ付けに好適に用いることができる。この場合のＡｕ電極は、Ａｕ基板電極でもＡｕ部品電極でもいずれでもよい。またＮｉめっきは、３〜１５質量％のＰ、好ましくは５〜１０質量％のＰ、残部はＮｉの組成を持っている。

また上記のはんだ材料は、
０．３≦［Ａｇ］≦４．０のＡｇと、
０≦［Ｂｉ］≦１．０のＢｉと、
０＜［Ｃｕ］≦１．２のＣｕとを含んでいる。

そして、０＜［Ｃｕ］＜０．５の範囲内では、
６．０≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
０．５≦［Ｃｕ］≦１．０の範囲内では、
５．２＋（６−（１．５５×［Ｃｕ］＋４．４２８））≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
１．０＜［Ｃｕ］≦１．２の範囲内では、
５．２≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
残部は、８７質量％以上のＳｎのみである。

上記のはんだ材料をＣｕ電極のはんだ付けに用いる場合には、Ｉｎ含有率が低下しない。そのため、上記のはんだ材料は、Ｃｕ基板電極とＣｕ部品電極との組み合わせにも好適に使用することができる。このように、本発明のはんだ材料によれば、電子回路基板と電子部品とをはんだ付けにより接合する際にＡｕ電極とＣｕ電極とが混在していても、良好な熱疲労特性を有するはんだ部を形成することが可能である。

Ｃｕ含有率の下限値は、電極のＣｕ喰われ防止のため微量のＣｕが含有されていればよいが、ＱＦＰ、ＢＧＡ等の大型半導体部品が使える、引張強度が６５ＭＰａ以上を満たす０．５質量％以上が好ましい。

特に、０．５〜３．８質量％のＡｇと、
０．２〜１．０質量％のＢｉと、
６．０〜６．８質量％のＩｎと、
０．２〜１．２質量％のＣｕとを含み、
残部は、８７．２質量％以上のＳｎのみであるはんだ材料が好ましい。

このはんだ材料の具体例としては、例えば、表２の実施例２、参考例３、実施例５〜８、１１が挙げられる。これらのはんだ材料は、より厳しい信頼性判定の基準（２２５０サイクル以上）を満足している。

また、１．８〜３．８質量％のＡｇと、
０．２〜１．０質量％のＢｉと、
６．０〜６．７質量％のＩｎと、
０．８〜１．２質量％のＣｕとを含み、
残部は、８７．３質量％以上のＳｎのみであるはんだ材料がより好ましい。

このはんだ材料の具体例としては、例えば、表２の実施例５、６、８、１１が挙げられる。これらのはんだ材料は、より厳しい信頼性判定の基準（２２５０サイクル以上）を満足し、かつ、引張強度も７０ＭＰａ以上を満たしている。

また、３．５〜３．８質量％のＡｇと、
０．６〜１．０質量％のＢｉと、
６．０〜６．１質量％のＩｎと、
１．１〜１．２質量％のＣｕとを含み、
残部は、８７．９質量％以上のＳｎのみであるはんだ材料がさらに好ましい。

このはんだ材料の具体例としては、例えば、表２の実施例５、１１が挙げられる。これらのはんだ材料は、より厳しい信頼性判定の基準（２２５０サイクル以上）を満足し、かつ、引張強度も７５ＭＰａ以上を満たしている。

またＢｉを含まない場合には、
０．５〜３．２質量％のＡｇと、
６．０〜６．８質量％のＩｎと、
０．６〜１．１質量％のＣｕとを含み、
残部は、８８．９質量％以上のＳｎのみであるはんだ材料が好ましい。

このはんだ材料の具体例としては、例えば、表４の実施例３０、参考例３２、実施例３４、３７、３８が挙げられる。これらのはんだ材料は、より厳しい信頼性判定の基準（２２５０サイクル以上）を満足している。

またＢｉを含まない場合には、
２．８〜３．２質量％のＡｇと、
６．０〜６．２質量％のＩｎと、
０．８５〜１．１質量％のＣｕとを含み、
残部は、８９．５質量％以上のＳｎのみであるはんだ材料がより好ましい。

このはんだ材料の具体例としては、例えば、表４の実施例３０、３４、３８が挙げられる。これらのはんだ材料は、より厳しい信頼性判定の基準（２２５０サイクル以上）を満足し、かつ、引張強度も７０ＭＰａ以上を満たしている。

本発明の接合構造体は、基板電極を有する電子回路基板と、部品電極を有する電子部品とを備えている。ここで、電子回路基板としては、例えば、各種のＦＲグレード（Flame Retardant Grade）の絶縁基板にパターン形成されたものが挙げられる。また電子部品としては、例えば、チップ部品や、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）等の大型半導体部品や、アルミ電解コンデンサ、モジュール部品等の大型部品や、コイル、トランス等の重量部品などが挙げられる。

上記の接合構造体において、基板電極と部品電極のうちの少なくとも一方はＡｕ電極である。例えば、基板電極がＡｕ電極（Ａｕ基板電極）、部品電極がＣｕ電極（Ｃｕ部品電極）の場合、基板電極がＣｕ電極（Ｃｕ基板電極）、部品電極がＡｕ電極（Ａｕ部品電極）の場合、基板電極がＡｕ電極（Ａｕ基板電極）、部品電極がＡｕ電極（Ａｕ部品電極）の場合が挙げられる。

そして、上記の接合構造体において、基板電極と部品電極とが、本発明のはんだ材料によって接合されている。本発明のはんだ材料は、上述のように、表２〜表４の実施例１、２、参考例３、実施例４〜８、参考例９、実施例１０〜１５、参考例１６、実施例１７〜２１、参考例２２、実施例２３〜２７、参考例２８、実施例２９〜３１、参考例３２、実施例３３〜３８、参考例３９に示す信頼性判定の結果から、Ａｕ電極及びＣｕ電極に対するはんだ付けにおいて、車載商品の信頼性評価を満足している。したがって、電子回路基板と電子部品とをはんだ付けにより接合する際にＡｕ電極とＣｕ電極とが混在していても、良好な熱疲労特性を有するはんだ部を形成することが可能である。なお、はんだ材料に含まれているＣｕの含有率は、Ａｕ電極のＮｉめっきが含むＰの含有率に応じて適宜変更することが可能である。

図９に本発明における実施形態の接合構造体７００の模式的な断面図を示す。接合構造体７００は、Ａｕ基板電極７３１、７３２を有する電子回路基板７３０と、Ｃｕ部品電極７２１を有する電子部品７２０及びＡｕ部品電極７４１を有する電子部品７４０とが、はんだ付けによって接合されている。この接合構造体７００において、電子回路基板７３０のＡｕ基板電極７３１と、電子部品７２０のＣｕ部品電極７２１とは、はんだ部７１１によって接合されている。また、電子回路基板７３０のＡｕ基板電極７３２と、電子部品７４０のＡｕ部品電極７４１とは、はんだ部７１２によって接合されている。そして、上記のはんだ部７１１、７１２は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｃｕ又はＳｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｕの組成を持つ、本発明のはんだ材料によって形成されている。表２〜表４の実施例１、２、参考例３、実施例４〜８、参考例９、実施例１０〜１５、参考例１６、実施例１７〜２１、参考例２２、実施例２３〜２７、参考例２８、実施例２９〜３１、参考例３２、実施例３３〜３８、参考例３９に示す信頼性判定の結果からも明らかなように、上記の接合構造体７００は、車載商品の信頼性試験の要求仕様を満たすものである。上記の接合構造体７００において、Ａｕ基板電極７３１、７３２がＣｕ基板電極であってもよい。

図１０（ａ）は、電子回路基板２００のＡｕ基板電極２１０と、電子部品のＣｕ部品電極３２０とのはんだ付け前の様子を模式的に示す断面図である。Ａｕ基板電極２１０は、電子回路基板２００の側から、Ｃｕ電極２１１、Ｎｉめっき２１２、Ａｕフラッシュめっき２１３とを備えている。このときＡｕ基板電極２１０とＣｕ部品電極３２０との間に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｃｕの組成を持ったはんだ材料１００が介在されている。図１０（ｂ）は、電子回路基板２００のＡｕ基板電極２１０と、電子部品のＣｕ部品電極３２０とのはんだ付け後のはんだ部１１０の様子を模式的に示す断面図である。Ａｕ基板電極２１０は、Ｐを含むＮｉめっき２１２を有しているが、はんだ付け後にＡｕ基板電極２１０とはんだ部との間には、（Ｃｕ_０．７，Ｎｉ_０．３）_６Ｓｎ_５等の（Ｃｕ，Ｎｉ）Ｓｎ化合物１３０が生成される。この（Ｃｕ，Ｎｉ）Ｓｎ化合物１３０がはんだ材料１００中のＩｎ含有率の低下を防ぐことに役立つ。他方、Ｃｕ部品電極３２０とはんだ部１１０との間には、Ｃｕ_６Ｓｎ_５化合物１２０が生成される。このＣｕ_６Ｓｎ_５化合物１２０の生成にＩｎは関与しないため、はんだ材料１００中のＩｎ含有率の低下は発生しない。なお、図１０（ａ）（ｂ）において電子部品は図示省略している。

図１１（ａ）は、電子回路基板２００のＣｕ基板電極２２０と、電子部品のＡｕ部品電極３１０とのはんだ付け前の様子を模式的に示す断面図である。Ａｕ部品電極３１０は、電子部品の側から、Ｃｕ電極３１１、Ｎｉめっき３１２、Ａｕフラッシュめっき３１３とを備えている。このときＣｕ基板電極２２０とＡｕ部品電極３１０との間に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｃｕの組成を持ったはんだ材料１００が介在されている。図１１（ｂ）は、電子回路基板２００のＣｕ基板電極２２０と、電子部品のＡｕ部品電極３１０とのはんだ付け後のはんだ部１１０の様子を模式的に示す断面図である。Ａｕ部品電極３１０は、Ｐを含むＮｉめっき３１２を有しているが、はんだ付け後にＡｕ部品電極３１０とはんだ部１１０との間には、（Ｃｕ_０．７，Ｎｉ_０．３）_６Ｓｎ_５等の（Ｃｕ，Ｎｉ）Ｓｎ化合物１３０が生成される。この（Ｃｕ，Ｎｉ）Ｓｎ化合物１３０がはんだ材料１００中のＩｎ含有率の低下を防ぐことに役立つ。他方、Ｃｕ基板電極２２０とはんだ部１１０との間には、Ｃｕ_６Ｓｎ_５化合物１２０が生成される。このＣｕ_６Ｓｎ_５化合物１２０の生成にＩｎは関与しないため、はんだ材料１００中のＩｎ含有率の低下は発生しない。なお、図１１（ａ）（ｂ）において電子部品は図示省略している。

図１２（ａ）は、電子回路基板２００のＡｕ基板電極２１０と、電子部品のＡｕ部品電極３１０とのはんだ付け前の様子を模式的に示す断面図である。Ａｕ基板電極２１０は、電子回路基板２００の側から、Ｃｕ電極２１１、Ｎｉめっき２１２、Ａｕフラッシュめっき２１３とを備えている。Ａｕ部品電極３１０は、電子部品の側から、Ｃｕ電極３１１、Ｎｉめっき３１２、Ａｕフラッシュめっき３１３とを備えている。このときＡｕ基板電極２１０とＡｕ部品電極３１０との間に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｃｕの組成を持ったはんだ材料１００が介在されている。図１２（ｂ）は、電子回路基板２００のＡｕ基板電極２１０と、電子部品のＡｕ部品電極３１０とのはんだ付け後のはんだ部１１０の様子を模式的に示す断面図である。Ａｕ基板電極２１０は、Ｐを含むＮｉめっき２１２を有しているが、はんだ付け後にＡｕ基板電極２１０とはんだ部１１０との間には、（Ｃｕ_０．７，Ｎｉ_０．３）_６Ｓｎ_５等の（Ｃｕ，Ｎｉ）Ｓｎ化合物１３０が生成される。同様に、Ａｕ部品電極３１０は、Ｐを含むＮｉめっき３１２を有しているが、はんだ付け後にＡｕ部品電極３１０とはんだ部１１０との間には、（Ｃｕ_０．７，Ｎｉ_０．３）_６Ｓｎ_５等の（Ｃｕ，Ｎｉ）Ｓｎ化合物１３０が生成される。この（Ｃｕ，Ｎｉ）Ｓｎ化合物１３０がはんだ材料１００中のＩｎ含有率の低下を防ぐことに役立つ。なお、図１２（ａ）（ｂ）において電子部品は図示省略している。

本発明におけるはんだ材料は、電子回路基板と電子部品とをはんだ付けにより接合する際にＡｕ電極とＣｕ電極とが混在していても、良好な熱疲労特性を有するはんだ部を形成することが可能である。例えば、はんだ付けに用いるソルダーペースト等に好適に利用することができる。

Claims (2)

1. Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ−Ｉｎの組成を持つはんだ材料であって、
   前記はんだ材料におけるＡｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎの含有率（質量％）をそれぞれ［Ａｇ］、［Ｂｉ］、［Ｃｕ］、［Ｉｎ］とすると、
   ０．３≦［Ａｇ］＜４．０のＡｇ（ただし、Ａｇが０．５質量％、１．０質量％の場合は除く）と、
   ０．２≦［Ｂｉ］≦１．０のＢｉと、
   ０．５≦［Ｃｕ］≦１．２のＣｕとを含み、
   ０．５≦［Ｃｕ］≦１．０の範囲内では、
   ５．２＋（６−（１．５５×［Ｃｕ］＋４．４２８））≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
   １．０＜［Ｃｕ］≦１．２の範囲内では、
   ５．２≦［Ｉｎ］≦６．８の範囲内のＩｎを含み、
   残部がＳｎであることを特徴とする、
   はんだ材料。
2. 前記はんだ材料は、電子部品と電子回路基板とのはんだ付けに用いられ、
   前記電子部品が、Ｃｕ部品電極を有し、
   前記電子回路基板が、Ｃｕ基板電極を有し、又は、Ｃｕ基板電極及びＡｕ基板電極を有し、
   前記Ａｕ基板電極が、Ｃｕ電極の上にＰを含むＮｉめっきが施され、さらに前記Ｐを含むＮｉめっきの上にＡｕフラッシュめっきが施された構造を有することを特徴とする、
   請求項１に記載のはんだ材料。

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