JP2019104029A - Lead-free solder alloy, electronic circuit mounting board and electronic control device - Google Patents

Lead-free solder alloy, electronic circuit mounting board and electronic control device Download PDF

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Abstract

To provide a lead-free solder alloy, an electronic circuit mounting board having a solder joining part formed by using the lead-free solder alloy and an electronic control device capable of restraining crack progress of the solder joining part even under a severe environment such as a difference between cold and warm is violent and vibration is loaded, capable of restraining the crack progress in the interface vicinity between an electronic part and the solder joining part even when executing solder joining by using an electronic part of not executing Ni/Pd/AU plating and Ni/Au plating and capable of restraining the occurrence of a lift-off phenomenon even in mounting by a through-hole mounting method.SOLUTION: In a lead-free solder alloy, Ag includes 1 mass%-4 mass%, Cu includes 0.1 mass%-1 mass%, SB includes 3 mass%-5 mass%, Bi includes 0.1 mass%-0.7 mass%, Ni includes 0.01 mass%-0.25 mass%, and a residual part is composed of Sn.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、鉛フリーはんだ合金、並びに当該鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路実装基板及び電子制御装置に関する。   The present invention relates to a lead-free solder alloy, and an electronic circuit mounted substrate and an electronic control device having a solder joint portion formed using the lead-free solder alloy.

プリント配線板やモジュール基板といった電子回路基板に形成される導体パターンに電子部品を接合する方法として、はんだ合金を用いたはんだ接合方法がある。以前はこのはんだ合金には鉛が使用されていた。しかし環境負荷の観点からRoHS指令等によって鉛の使用が制限されたため、近年では鉛を含有しない、所謂鉛フリーはんだ合金によるはんだ接合方法が一般的になりつつある。
この鉛フリーはんだ合金としては、例えばSn−Cu系、Sn−Ag−Cu系、Sn−Bi系、Sn−Zn系はんだ合金等がよく知られている。その中でもテレビ、携帯電話等に使用される民生用電子機器や自動車に搭載される車載用電子機器には、Sn−3Ag−0.5Cuはんだ合金が多く使用されている。
鉛フリーはんだ合金は、鉛含有はんだ合金と比較してはんだ付性が多少劣る。しかしフラックスやはんだ付装置の改良によってこのはんだ付性の問題はカバーされている。そのため、例えば車載用電子回路実装基板であっても、自動車の車室内のように寒暖差はあるものの比較的穏やかな環境下に置かれるものにおいては、Sn−3Ag−0.5Cuはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部でも大きな問題は生じていない。
As a method of bonding an electronic component to a conductor pattern formed on an electronic circuit substrate such as a printed wiring board or a module substrate, there is a solder bonding method using a solder alloy. Formerly, lead was used in this solder alloy. However, since the use of lead is restricted by the RoHS directive and the like from the viewpoint of environmental load, in recent years, a solder bonding method using a so-called lead-free solder alloy containing no lead is becoming popular.
As this lead-free solder alloy, for example, Sn-Cu-based, Sn-Ag-Cu-based, Sn-Bi-based, and Sn-Zn-based solder alloys are well known. Among them, Sn-3Ag-0.5Cu solder alloy is often used in consumer electronic devices used in TVs, mobile phones and the like and in-vehicle electronic devices mounted in automobiles.
Lead-free solder alloys are somewhat inferior in solderability to lead-containing solder alloys. However, improvements in flux and soldering equipment have covered this solderability problem. Therefore, for example, even in a vehicle electronic circuit mounting substrate, a Sn-3Ag-0.5Cu solder alloy is used in a case where it is placed under a relatively mild environment although there is a temperature difference like a car interior of a car. There are no major problems with the solder joints formed.

しかし近年では、例えば電子制御装置に用いられる電子回路実装基板のように、エンジンコンパートメントへの配置、エンジンへの直載、モーターとの機電一体化されたものへの配置の検討及び実用化がなされている。これらは寒暖差が特に激しく(例えば−30℃から110℃、−40℃から125℃、−40℃から150℃といった寒暖差)、加えて振動負荷を受けるような過酷な環境下にある。このような寒暖差の非常に激しい環境下では、電子回路実装基板において、実装された電子部品と基板(本明細書において単に「基板」という場合は、導体パターン形成前の板、導体パターンが形成され電子部品と電気的接続が可能な板、及び電子部品が搭載された電子回路実装基板のうち電子部品を含まない板部分のいずれかであり、場合に応じて適宜いずれかを指し、この場合は「電子部品が搭載された電子回路実装基板のうち電子部品を含まない板部分」を指す。)との線膨張係数の差によるはんだ接合部の熱変位とこれに伴う応力が発生し易い。そしてこの寒暖差による塑性変形の繰り返しは、はんだ接合部に亀裂を引き起こし易い。
更に、時間の経過と共にはんだ接合部に繰り返し与えられる応力は、発生した亀裂の先端付近に集中するため、当該亀裂ははんだ接合部の深部まで横断的に進展し易くなる。このように著しく進展した亀裂は、電子部品と基板上に形成された導体パターンとの電気的接続の切断を引き起こしてしまう。特に激しい寒暖差に加え電子回路実装基板に振動が負荷される環境下にあっては、上記亀裂及びその進展は更に発生し易い。
そのため、上述の過酷な環境下に置かれる車載用電子回路実装基板及び電子制御装置が増える中で、十分な亀裂進展抑制効果を発揮し得るSn−Ag−Cu系はんだ合金への要望は、今後ますます大きくなることが予想される。
However, in recent years, for example, placement in an engine compartment, direct mounting on an engine, placement in a machine-electric integrated with a motor such as an electronic circuit mounting substrate used in an electronic control device has been studied and put into practical use. ing. These are in a severe environment where the temperature difference is particularly severe (for example, a temperature difference of -30 ° C. to 110 ° C., -40 ° C. to 125 ° C., -40 ° C. to 150 ° C.) and vibration load. In such an extremely severe environment of temperature difference, a mounted electronic component and a substrate in an electronic circuit mounting substrate (in the present specification, simply referred to as a "substrate", a plate before forming a conductor pattern, a conductor pattern are formed Is a plate that can be electrically connected to an electronic component, and a plate portion of the electronic circuit mounting board on which the electronic component is mounted that does not include the electronic component, and refers to either as appropriate depending on the case. Is a thermal displacement of the solder joint due to the difference of the linear expansion coefficient with "a plate portion not including the electronic component mounted on the electronic component mounted board" and a stress accompanying the same easily occur. And the repetition of the plastic deformation due to the temperature difference tends to cause a crack in the solder joint.
Furthermore, since the stress repeatedly applied to the solder joint with the passage of time concentrates near the tip of the generated crack, the crack tends to spread across the depth of the solder joint. Such a remarkably developed crack causes a break in the electrical connection between the electronic component and the conductor pattern formed on the substrate. Particularly in an environment where vibration is applied to the electronic circuit mounting substrate in addition to the severe temperature difference, the above-mentioned crack and its progress are more likely to occur.
Therefore, the demand for Sn-Ag-Cu-based solder alloy that can exhibit a sufficient crack growth suppression effect is expected in the future while the increase in the number of in-vehicle electronic circuit mounting substrates and electronic control devices placed under the above-mentioned severe environment It is expected to grow bigger and bigger.

また車載用電子回路基板に搭載される電子部品は、表面実装法により実装されるものが多い。しかし、例えばコネクタのように熱の影響により変形する部分(コネクタの場合、インシュレータ部)を有する電子部品の場合、この熱変形により電子部品自体に反り等が生じるため、表面実装法では電子部品の端子と電極(ランド)とがはんだ接合されない虞がある。
そのためこのような電子部品の場合、基板にスルーホールを設け、当該スルーホールに電子部品の端子を挿入し、フローまたはリフロー工法によりはんだ付けを行う実装方法(スルーホール実装法)が用いられる。前記スルーホールに挿入された電子部品の端子とランドとは、基板上に形成されたはんだ接合部(フィレット)を介して電気的接続されるが、はんだ合金の組成によってはランドと前記フィレットとの間に間隙が生じる現象(リフトオフ現象)が生じる虞がある。そしてこの間隙の発生は、電子部品と基板上に形成された導体パターンとの電気的接続の切断の原因となり得る。
Moreover, many electronic components mounted on a vehicle-mounted electronic circuit board are mounted by the surface mounting method. However, in the case of an electronic component having a portion (in the case of a connector, an insulator portion) which is deformed by the influence of heat, such as a connector, for example, a warp or the like occurs in the electronic component itself. There is a possibility that the terminal and the electrode (land) can not be soldered together.
Therefore, in the case of such an electronic component, a mounting method (through hole mounting method) is used in which a through hole is provided in a substrate, a terminal of the electronic component is inserted into the through hole, and soldering is performed by flow or reflow method. The terminals of the electronic component inserted into the through holes and the lands are electrically connected through solder joints (fillets) formed on the substrate, but depending on the composition of the solder alloy, the lands and the fillets There is a possibility that a phenomenon in which a gap occurs (lift-off phenomenon) may occur. And, the generation of the gap may cause the disconnection of the electrical connection between the electronic component and the conductor pattern formed on the substrate.

従って、特に表面実装される電子部品とスルーホール実装される電子部品とが混載される車載用電子回路実装基板においては、寒暖差が非常に大きく振動が負荷される過酷な環境下においても十分な亀裂進展抑制効果を発揮しつつ、更に上述のリフトオフ現象発生を抑制し得るはんだ合金への要望が今後ますます大きくなると予想される。   Therefore, particularly in the case of a vehicle-mounted electronic circuit mounting substrate on which surface-mounted electronic components and through-hole-mounted electronic components are mixedly mounted, even under severe environments where the temperature difference is very large and vibration is applied. It is expected that the demand for a solder alloy which can suppress the above-mentioned lift-off phenomenon while exhibiting a crack growth suppression effect will be further increased in the future.

これまでもSn−Ag−Cu系はんだ合金にAgやBiといった元素を添加することによりはんだ接合部の強度とこれに伴う熱疲労特性を向上させ、これによりはんだ接合部の亀裂進展を抑制する方法はいくつか開示されている(特許文献1から特許文献7参照)。   In the past, by adding elements such as Ag and Bi to Sn-Ag-Cu solder alloy, the strength of the solder joint and the accompanying thermal fatigue characteristics are improved, thereby suppressing the crack growth of the solder joint There are several disclosures (see Patent Literature 1 to Patent Literature 7).

特開平5−228685号公報JP-A-5-228685 特開平9−326554号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 9-326554 特開2000−190090号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-190090 特開2000−349433号公報JP 2000-349433 A 特開2008−28413号公報JP 2008-28413 A 国際公開パンフレットWO2009/011341号International Publication Pamphlet WO2009 / 011341 特開2012−81521号公報JP 2012-81521 A

はんだ合金にBiを添加した場合、Biははんだ合金の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る。これによりSnマトリックスが強化され、合金強度が向上するため、Biの添加によるはんだ亀裂進展抑制の一定の向上は見込まれる。   When Bi is added to the solder alloy, Bi enters the lattice of the atomic arrangement of the solder alloy and displaces it with Sn to distort the lattice of the atomic arrangement. Since this strengthens the Sn matrix and improves the alloy strength, it is expected that a certain improvement in solder crack growth inhibition can be achieved by the addition of Bi.

しかし、上述したスルーホール実装法による電子部品の実装においては、フロー、リフロー後の冷却工程時において、フロー、リフローにより基板内部に浸透した熱は、熱伝導率の高い方、即ちスルーホール内部に設けられたCuを介して基板上のランド(Cu)に伝導する。一方、基板上に設けられたフィレットは冷却により表面から凝固していくものの、上述の熱伝導が起こったランドとの界面にあるフィレットは凝固し難くなる。
このように、ランドとの界面付近のフィレットが凝固し難い状態で、フィレットの表面付近及びスルーホール内部からの凝固収縮と基板の熱収縮を起因とした収縮力(基板に垂直に働く)が生じると、フィレット表面がランドから剥離し易くなり、両者の間に間隙が発生する虞がある。
However, in the mounting of the electronic component by the above-described through-hole mounting method, the heat permeating the inside of the substrate by the flow or reflow in the cooling step after the flow or reflow has a higher thermal conductivity, ie, the inside of the through hole. Conducts to the land (Cu) on the substrate through the provided Cu. On the other hand, although the fillet provided on the substrate solidifies from the surface by cooling, the fillet present at the interface with the land where the above-described thermal conduction has occurred becomes difficult to solidify.
As described above, in a state in which the fillet in the vicinity of the interface with the land hardly solidifies, a contraction force (working perpendicular to the substrate) occurs due to solidification contraction from the surface of the fillet and from the inside of the through hole and thermal contraction of the substrate. Also, the surface of the fillet tends to peel off from the land, which may cause a gap between the two.

この現象は、特にフィレットを形成するはんだ合金にBiが添加されている場合に生じ易い。フロー、リフロー後の冷却工程時、Biはフィレット内部のうち凝固し難い部分、即ちランドとの界面付近に集まり易く、この付近においてBiの濃度が高くなる。Biは低融点の合金元素であるため、Biの濃度の高い前記界面付近においては、より一層フィレットは凝固し難くなる。そのため、上述した基板に垂直に働く収縮力が生じると、ランドからのフィレットの表面剥離は一層発生し易くなる。   This phenomenon is likely to occur particularly when Bi is added to the solder alloy forming the fillet. During the cooling process after flow and reflow, Bi tends to be concentrated in a portion of the inside of the fillet that is hard to solidify, that is, near the interface with the land, and the concentration of Bi becomes high in this vicinity. Since Bi is an alloying element with a low melting point, the fillet becomes more difficult to solidify near the interface where the concentration of Bi is high. Therefore, surface contraction of the fillets from the lands is more likely to occur when a contraction force that acts perpendicularly to the substrate described above is generated.

このように、Biの添加による高強度化のみでは車載用電子回路実装基板の信頼性の向上が困難となる場合があるものの、前記特許文献1から特許文献7には、これらの現象及びその抑制については開示も示唆もない。   As described above, although it may be difficult to improve the reliability of the on-vehicle electronic circuit mounting substrate only by increasing the strength by the addition of Bi, the above-mentioned Patent Documents 1 to 7 disclose these phenomena and their suppression. There is no disclosure or suggestion about

また近年、車載用電子回路基板に搭載されるQFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)といった電子部品のリード部分や下面電極において、Ni/Pd/AuめっきやNi/Auめっきではなく、Snめっきされるものが増えてきている。
はんだ接合時において、Snめっきされた電子部品は、Snめっき及びはんだ接合部に含まれるSnと、前記リード部分や前記下面電極に含まれるCuとの相互拡散を発生させ易い。そしてこの相互拡散は、はんだ接合部と前記リード部分や前記下面電極との界面付近の領域(以下、「界面領域」という。)における金属間化合物(CuSn層)の凸凹状の成長を生じさせ易い。当該CuSn層は元々硬くて脆い性質を有する上に、凸凹状に大きく成長したCuSn層は更に脆くなるため、寒暖の差の激しい環境下においては、凸凹状のCuSn層を起因とした亀裂進展及びこれによる電気短絡が非常に生じ易いという問題もある。
Also, in recent years, instead of Ni / Pd / Au plating or Ni / Au plating, the lead portion and the lower surface electrode of electronic parts such as QFP (Quad Flat Package) and SOP (Small Outline Package) mounted on automotive electronic circuit boards. Those to be Sn-plated are increasing.
At the time of solder bonding, the Sn-plated electronic component is likely to cause mutual diffusion between Sn contained in the Sn plating and the solder joint and Cu contained in the lead portion and the lower surface electrode. This interdiffusion causes uneven growth of the intermetallic compound (Cu 3 Sn layer) in a region near the interface between the solder joint and the lead portion or the lower electrode (hereinafter referred to as “interface region”). It is easy to do. The Cu 3 Sn layer originally has a hard and brittle property, and the Cu 3 Sn layer grown largely in a concavo-convex shape becomes more brittle. Therefore, in an environment where the temperature difference is severe, the concavo-convex Cu 3 Sn layer There is also a problem that the crack growth and the electrical short circuit caused thereby are very likely to occur.

本発明は上記課題、具体的には以下の課題を解決できる鉛フリーはんだ合金、並びに当該鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路実装基板及び電子制御装置の提供を目的とする。
・寒暖の差が激しく、振動が負荷されるような過酷な環境下においてもはんだ接合部の亀裂進展を抑制できる。
・鉛フリーはんだ合金にBiを添加し強度を向上させつつスルーホール実装におけるリフトオフ現象の発生をも抑制できる。
・Ni/Pd/AuめっきやNi/Auめっきがなされていない電子部品を用いてはんだ接合をした場合にも、電子部品のリード部分や下面電極とはんだ接合部との界面付近における亀裂進展を抑制することができる。
The present invention aims to provide a lead-free solder alloy that can solve the above-mentioned problems, specifically the following problems, and an electronic circuit mounting substrate and an electronic control device having a solder joint portion formed using the lead-free solder alloy. I assume.
・ It is possible to suppress the growth of cracks in solder joints even under severe environments where the temperature difference is severe and vibration is applied.
-It is possible to suppress the occurrence of the lift-off phenomenon in through-hole mounting while improving the strength by adding Bi to the lead-free solder alloy.
Even when solder bonding is performed using an electronic component that is not plated with Ni / Pd / Au or Ni / Au, it is possible to suppress crack growth near the interface between the lead portion of the electronic component and the lower surface electrode and the solder joint. can do.

(1)本発明の鉛フリーはんだ合金は、Agを1質量%以上4質量%以下と、Cuを0.1質量%以上1質量%以下と、Sbを3質量%以上5質量%以下と、Biを0.1質量%以上0.7質量%以下と、Niを0.01質量%以上0.25質量%以下含み、残部がSnからことをその特徴とする。 (1) The lead-free solder alloy of the present invention contains 1% to 4% by mass of Ag, 0.1% to 1% by mass of Cu, and 3% to 5% by mass of Sb, It is characterized in that it contains 0.1% by mass or more and 0.7% by mass or less of Bi and 0.01% by mass or more and 0.25% by mass or less of Ni, with the balance being from Sn.

(2)上記(1)に記載の構成にあって、本発明の鉛フリーはんだ合金は、更にCoを0.001質量%以上0.25質量%以下含むことをその特徴とする。 (2) In the configuration described in the above (1), the lead-free solder alloy of the present invention is characterized by further containing 0.001% by mass or more and 0.25% by mass or less of Co.

(3)上記(1)または(2)に記載の構成にあって、Sbの含有量は3.5質量%以上5質量%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の鉛フリーはんだ合金。 (3) In the configuration described in the above (1) or (2), the content of Sb is 3.5% by mass or more and 5% by mass or less. Lead-free solder alloy.

(4)上記(1)から(3)のいずれか1に記載の構成にあって、本発明の鉛フリーはんだ合金は、DSC測定結果に基づき縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線において、ヒートフローが−0.5未満となる温度(T1)と当該温度(T1)におけるヒートフロー(H1)と、ヒートフローがピークを示す温度(T2)と当該温度(T2)におけるヒートフロー(H2)とが下記式(A)を満たすことをその特徴とする。
|T1−T2|/|H1−H2| ≦ 1.05 …(A)
(上記式(A)において、|T1−T2|及び|H1−H2|の値はいずれも絶対値である。)
(4) In the configuration according to any one of (1) to (3) above, the lead-free solder alloy of the present invention has heat flow (mW) on the vertical axis and temperature on the horizontal axis based on the DSC measurement result The temperature (T1) at which the heat flow is less than −0.5, the heat flow (H1) at the temperature (T1), and the temperature (T2) at which the heat flow shows a peak in the DSC curve (° C.) The feature is that the heat flow (H2) in (T2) satisfies the following formula (A).
| T1-T2 | / | H1-H2 | ≦ 1.05 (A)
(In the above formula (A), the values of | T1-T2 | and | H1-H2 | are both absolute values.)

(5)上記(1)から(4)のいずれか1に記載の構成にあって、本発明の鉛フリーはんだ合金は、更にP、Ga及びGeの少なくとも1種を合計で0.001質量%以上0.05質量%以下含むことをその特徴とする。 (5) In the configuration according to any one of the above (1) to (4), the lead-free solder alloy of the present invention further comprises at least one of P, Ga and Ge in total of 0.001% by mass It is characterized by including at least 0.05 mass%.

(6)上記(1)から(5)のいずれか1に記載の構成にあって、本発明の鉛フリーはんだ合金は、更にFe、Mn、Cr及びMoの少なくとも1種を合計で0.001質量%以上0.05質量%以下含むことをその特徴とする。 (6) In the configuration according to any one of the above (1) to (5), the lead-free solder alloy of the present invention further comprises a total of at least one of Fe, Mn, Cr and Mo in total 0.001. It is characterized in that it contains not less than mass% and not more than 0.05 mass%.

(7)本発明の電子回路実装基板は、上記(1)から(6)のいずれか1に記載の鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有することをその特徴とする。 (7) The electronic circuit mounting board of the present invention is characterized by having a solder joint portion formed using the lead-free solder alloy according to any one of the above (1) to (6).

(8)本発明の電子制御装置は、上記(7)に記載の電子回路実装基板を有することをその特徴とする。 (8) The electronic control unit according to the present invention is characterized by including the electronic circuit mounting board according to (7).

本発明の鉛フリーはんだ合金、並びに当該鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路実装基板及び電子制御装置は、以下の効果を有する。
・寒暖の差が激しく、振動が負荷されるような過酷な環境下においてもはんだ接合部の亀裂進展を抑制できる。
・鉛フリーはんだ合金にBiを添加し強度を向上させつつスルーホール実装におけるリフトオフ現象の発生をも抑制できる。
・Ni/Pd/AuめっきやNi/Auめっきがなされていない電子部品を用いてはんだ接合をした場合にも、電子部品のリード部分や下面電極とはんだ接合部との界面付近における亀裂進展を抑制することができる。
The lead-free solder alloy of the present invention, and the electronic circuit mounted substrate and the electronic control device having a solder joint formed using the lead-free solder alloy have the following effects.
・ It is possible to suppress the growth of cracks in solder joints even under severe environments where the temperature difference is severe and vibration is applied.
-It is possible to suppress the occurrence of the lift-off phenomenon in through-hole mounting while improving the strength by adding Bi to the lead-free solder alloy.
Even when solder bonding is performed using an electronic component that is not plated with Ni / Pd / Au or Ni / Au, it is possible to suppress crack growth near the interface between the lead portion of the electronic component and the lower surface electrode and the solder joint. can do.

実施例1に係る鉛フリーはんだ合金のDSC測定結果に基づき縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線。The DSC curve which made heat flow (mW) the vertical axis | shaft based on the DSC measurement result of the lead-free solder alloy which concerns on Example 1, and made the horizontal axis temperature (degreeC). 実施例2に係る鉛フリーはんだ合金のDSC測定結果に基づき縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線。The DSC curve which made heat flow (mW) the vertical axis | shaft based on the DSC measurement result of the lead-free solder alloy which concerns on Example 2, and made temperature (degreeC) the horizontal axis. 比較例2に係る鉛フリーはんだ合金のDSC測定結果に基づき縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線。The DSC curve which made the heat flow (mW) a vertical axis | shaft the temperature (degreeC) on the horizontal axis based on the DSC measurement result of the lead free solder alloy which concerns on the comparative example 2. FIG. 比較例3に係る鉛フリーはんだ合金のDSC測定結果に基づき縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線。The DSC curve which made the heat flow (mW) the vertical axis | shaft the temperature (degreeC) on the horizontal axis based on the DSC measurement result of the lead-free solder alloy which concerns on the comparative example 3. FIG. 比較例4に係る鉛フリーはんだ合金のDSC測定結果に基づき縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線。The DSC curve which made heat flow (mW) a vertical axis | shaft the temperature (degreeC) on the horizontal axis based on the DSC measurement result of the lead-free solder alloy which concerns on the comparative example 4. FIG. 本発明の比較例に係る試験基板において、チップ部品のフィレット部にボイドが発生した断面を表す電子顕微鏡写真。The test board which concerns on the comparative example of this invention WHEREIN: The electron micrograph which represents the cross section which the void generate | occur | produced in the fillet part of chip components. 本発明の実施例及び比較例においてボイド発生の有無を観察する「チップ部品の電極下の領域」及び「フィレットが形成されている領域」を示すために一般的なチップ部品実装基板をX線透過装置を用いてチップ部品側から撮影した写真。In order to show "the area under the electrode of the chip part" and "the area in which the fillet is formed" which observes the presence or absence of the void generation in the example and the comparative example of the present invention, the general chip part mounting substrate Photograph taken from the chip part side using the device.

以下、本発明の鉛フリーはんだ合金、並びに電子回路実装基板及び電子制御装置の一実施形態を詳述する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, one embodiment of a lead-free solder alloy, an electronic circuit mounting substrate, and an electronic control device of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments.

(1)鉛フリーはんだ合金
本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、1質量%以上4質量%以下のAgを含有させることができる。この範囲内でAgを添加することにより、鉛フリーはんだ合金のSn粒界中にAgSn化合物を析出させ、機械的強度を付与することができると共に、鉛フリーはんだ合金の延伸性とのバランスを図ることができる。
但し、Agの含有量が1質量%未満の場合、AgSn化合物の析出が少なく、鉛フリーはんだ合金の機械的強度及び耐熱衝撃性が低下するので好ましくない。またAgの含有量が4質量%を超えると、鉛フリーはんだ合金の延伸性が阻害され、これを用いて形成されるはんだ接合部の耐熱疲労特性が低下する虞があるので好ましくない。
またAgの含有量を2質量%以上3.8質量%以下とすると、鉛フリーはんだ合金の強度と延伸性のバランスをより良好にできる。更に好ましいAgの含有量は2.5質量%以上3.8質量%以下である。
(1) Lead-Free Solder Alloy The lead-free solder alloy of the present embodiment can contain 1% by mass or more and 4% by mass or less of Ag. By adding Ag within this range, an Ag 3 Sn compound can be precipitated in the Sn grain boundaries of a lead-free solder alloy, mechanical strength can be imparted, and the balance with the ductility of the lead-free solder alloy is achieved. Can be
However, when the content of Ag is less than 1% by mass, precipitation of the Ag 3 Sn compound is small, and the mechanical strength and the thermal shock resistance of the lead-free solder alloy are unfavorably reduced. On the other hand, if the content of Ag exceeds 4% by mass, the stretchability of the lead-free solder alloy is inhibited, and the heat-resistant fatigue properties of the solder joint formed using this may be deteriorated.
When the content of Ag is 2% by mass or more and 3.8% by mass or less, the balance between the strength and the stretchability of the lead-free solder alloy can be made better. More preferable content of Ag is 2.5 mass% or more and 3.8 mass% or less.

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、0.1質量%以上1質量%以下のCuを含有させることができる。この範囲でCuを添加することで、Sn粒界中にCuSn化合物が析出するため、鉛フリーはんだ合金の耐熱衝撃性を向上させることができる。
またCuの含有量を0.1質量%以上0.7質量%以下とすると、溶融時の鉛フリーはんだ合金の粘度を良好な状態に保つことができ、リフロー時におけるボイドの発生をより抑制し、形成するはんだ接合部の耐熱衝撃性を向上することができる。更にはこの場合、溶融した鉛フリーはんだ合金のSn結晶粒界に微細なCuSnが分散することで、Snの結晶方位の変化を抑制し、はんだ接合形状(フィレット形状)の変形を抑制することができる。
なおCuの含有量が1質量%を超えると、はんだ接合部と電子部品との界面近傍及びはんだ接合部と基板のランドとの界面近傍にCuSn化合物が析出し易くなり、接合信頼性やはんだ接合部の延伸性を阻害する虞があるため好ましくない。
The lead-free solder alloy of the present embodiment can contain Cu of 0.1% by mass or more and 1% by mass or less. By adding Cu in this range, the Cu 6 Sn 5 compound precipitates in the Sn grain boundaries, so the thermal shock resistance of the lead-free solder alloy can be improved.
In addition, when the content of Cu is 0.1 mass% or more and 0.7 mass% or less, the viscosity of the lead-free solder alloy at melting can be maintained in a good state, and the generation of voids at the time of reflow is further suppressed. The thermal shock resistance of the solder joint to be formed can be improved. Furthermore, in this case, the fine Cu 6 Sn 5 is dispersed in the Sn grain boundaries of the melted lead-free solder alloy, thereby suppressing the change in the crystal orientation of Sn and suppressing the deformation of the solder joint shape (fillet shape). can do.
If the content of Cu exceeds 1% by mass, the Cu 6 Sn 5 compound is likely to be precipitated in the vicinity of the interface between the solder joint and the electronic component and the interface between the solder joint and the land of the substrate. It is not preferable because there is a possibility of impairing the stretchability of the solder joint.

ここで、一般的にSn、Ag及びCuを含有する鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部は、Sn粒子同士の界面に金属間化合物(例えばAgSn、CuSn等)が分散し、はんだ接合部に引っ張り力が加えられた場合であってもSn粒子同士が滑って変形するといった現象を防止し得る構造体となり、これにより所謂機械的特性を発現し得る。即ち、上記金属間化合物がSn粒子の滑り止め的な役割を果たす。
従って本実施形態の鉛フリーはんだ合金の場合、AgとCuの含有量のバランスをAgを1質量%以上4質量%以下、Cuを0.1質量%以上1質量%以下とし、Agの含有量をCuの含有量よりも同量以上とすることで、上記金属間化合物としてAgSnが形成され易くなり、Cuの含有量が比較的少なくとも良好な機械的特性を発現し得る。つまり、Cuの含有量が1質量%以下であったとしても、その一部が金属間化合物になりつつもAgSnの滑り止め効果に寄与することから、AgSnとCuの両方において良好な機械的特性を発揮し得ると考えられる。
Here, a solder joint generally formed using a lead-free solder alloy containing Sn, Ag and Cu is an intermetallic compound (for example, Ag 3 Sn, Cu 6 Sn 5 or the like) at the interface between Sn particles. As a result, it becomes a structure capable of preventing a phenomenon in which Sn particles slide and deform even when a tensile force is applied to a solder joint, and so-called mechanical characteristics can be developed. That is, the above-mentioned intermetallic compound plays a role of anti-slip of Sn particles.
Therefore, in the case of the lead-free solder alloy of the present embodiment, the balance of the content of Ag and Cu is 1 mass% to 4 mass% of Ag, 0.1 mass% to 1 mass% of Cu, and the Ag content By making the content of Cu equal to or more than the content of Cu, Ag 3 Sn can be easily formed as the above-mentioned intermetallic compound, and the content of Cu can express at least relatively good mechanical properties. That is, even if the content of Cu is 1% by mass or less, it contributes to the anti-slip effect of Ag 3 Sn while a part thereof becomes an intermetallic compound, so both Ag 3 Sn and Cu are favorable. It is thought that it can exhibit various mechanical properties.

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、3質量%以上5質量%以下のSbを含有させることができる。この範囲でSbを添加することで、Sn−Ag−Cu系はんだ合金の延伸性を阻害することなくはんだ接合部の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。Sbの含有量を3質量%以上4.5質量%以下、更に好ましくは3.5質量%以上4質量%以下とすると、亀裂進展抑制効果を更に向上させることができる。   The lead-free solder alloy of the present embodiment can contain 3% by mass or more and 5% by mass or less of Sb. By adding Sb in this range, it is possible to improve the crack growth suppression effect of the solder joint without inhibiting the stretchability of the Sn—Ag—Cu-based solder alloy. When the content of Sb is 3% by mass or more and 4.5% by mass or less, more preferably 3.5% by mass or more and 4% by mass or less, the crack growth suppressing effect can be further improved.

ここで、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝されるという外部応力に耐えるには、鉛フリーはんだ合金の靭性(応力−歪曲線で囲まれた面積の大きさ)を高め、延伸性を良好にし、且つSnマトリックスに固溶する元素を添加して固溶強化をすることが有効であると考えられる。そして、十分な靱性及び延伸性を確保しつつ、鉛フリーはんだ合金の固溶強化を行うためにはSbが最適な元素となる。
即ち、実質的に母材(本明細書においては鉛フリーはんだ合金の主要な構成要素を指す。以下同じ。)をSnとする鉛フリーはんだ合金に上記範囲でSbを添加することで、Snの結晶格子の一部がSbに置換され、その結晶格子に歪みが発生する。そのため、このような鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部は、Sn結晶格子の一部のSb置換により前記結晶中の転移に必要なエネルギーが増大してその金属組織が強化される。更にこの場合、Sn粒界に微細なSnSb、ε−Ag(Sn,Sb)化合物が析出することにより、Sn粒界のすべり変形を防止することではんだ接合部に発生する亀裂の進展を抑制し得る。
Here, in order to withstand the external stress of being exposed to a severe environment where the temperature difference is severe for a long time, the toughness (size of the area surrounded by the stress-distortion line) of the lead-free solder alloy is increased and stretched. It is considered effective to make the solid solution strengthening by improving the properties and adding an element that is dissolved in the Sn matrix. And Sb becomes an optimal element in order to perform solid solution strengthening of a lead free solder alloy, ensuring sufficient toughness and ductility.
That is, by adding Sb in the above range to a lead-free solder alloy having Sn substantially as the base material (in this specification, the main components of the lead-free solder alloy, the same applies hereinafter). Part of the crystal lattice is replaced with Sb, and distortion occurs in the crystal lattice. Therefore, in a solder joint formed using such a lead-free solder alloy, the energy required for the transition in the crystal is increased by the Sb substitution of a part of the Sn crystal lattice, and the metal structure is strengthened. . Furthermore, in this case, fine SnSb and ε-Ag 3 (Sn, Sb) compounds are precipitated at the Sn grain boundaries, so that the slip deformation of the Sn grain boundaries is prevented to suppress the development of cracks generated in the solder joint. It can.

また、Sn−3Ag−0.5Cuはんだ合金に比べ、上記範囲でSbを添加した鉛フリーはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部の組織は、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝した後もSn結晶が微細な状態を確保しており、亀裂が進展しにくい構造であることを確認した。これはSn粒界に析出しているSnSb、ε−Ag(Sn,Sb)化合物が寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝した後においてもはんだ接合部内に微細に分散しているため、Sn結晶の粗大化が抑制されているものと考えられる。即ち、上記範囲内でSbを添加した鉛フリーはんだ合金を用いたはんだ接合部は、高温状態ではSnマトリックス中へのSbの固溶が、低温状態ではSnSb、ε−Ag(Sn,Sb)化合物の析出が起こるため、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝された場合にも、高温下では固溶強化、低温下では析出強化の工程が繰り返されることにより、優れた耐冷熱衝撃性を確保し得ると考えられる。 In addition, compared with Sn-3Ag-0.5Cu solder alloy, the structure of the solder joint formed with lead-free solder alloy with Sb added in the above range is exposed for a long time under severe environment with severe temperature difference. It was confirmed that the Sn crystal maintained a fine state even after the heat treatment, and it was a structure in which the crack did not easily progress. This is because SnSb and ε-Ag 3 (Sn, Sb) compounds deposited at the Sn grain boundaries are finely dispersed in the solder joint even after prolonged exposure to a severe environment where the temperature difference is severe. Therefore, it is considered that the coarsening of the Sn crystal is suppressed. That is, in a solder joint using a lead-free solder alloy to which Sb is added within the above range, solid solution of Sb in the Sn matrix is performed at high temperature, and SnSb, ε-Ag 3 (Sn, Sb) at low temperature Since precipitation of the compound occurs, excellent cold heat resistance is achieved by repeating the solid solution strengthening at high temperatures and the precipitation strengthening process at low temperatures even when exposed to a severe environment with severe temperature differences. It is considered that the impact resistance can be secured.

なおSbの含有量が3質量%未満の場合、Sn結晶格子の一部においてはSb置換により結晶中の転移に必要なエネルギーが増大しその金属組織を固溶強化することができるものの、SnSb、ε−Ag(Sn,Sb)等の微細な化合物はSn粒界に十分に析出し得ない。そのためこのようなはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部を寒暖差の激しい過酷な環境下に長時間曝すとSn結晶が肥大化して亀裂が進展しやすい構造体に変化してしまうため、はんだ接合部に十分な耐熱疲労特性を確保することは難しい。
またSbの含有量が5質量%を超えると、鉛フリーはんだ合金の溶融温度が上昇してしまい、高温下でSbが再固溶しなくなる。そのため、このような鉛フリーはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部を寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝した場合、SnSb、ε−Ag(Sn,Sb)化合物による析出強化のみが行われる。そのためこの場合、時間の経過と共にこれらの金属間化合物が粗大化し、Sn粒界のすべり変形の抑制効果が失効してしまう。またこの場合、鉛フリーはんだ合金の溶融温度の上昇により電子部品の耐熱温度も問題となるため、好ましくない。
When the content of Sb is less than 3% by mass, energy necessary for transition in the crystal is increased by Sb substitution in part of the Sn crystal lattice, and the metal structure can be solid solution strengthened, but SnSb, Fine compounds such as ε-Ag 3 (Sn, Sb) can not be sufficiently precipitated at Sn grain boundaries. Therefore, if a solder joint formed using such a solder alloy is exposed to a severe environment where the temperature difference is severe for a long time, the Sn crystal is enlarged and changes to a structure in which a crack is easily developed. It is difficult to secure sufficient thermal fatigue resistance in the part.
If the content of Sb exceeds 5% by mass, the melting temperature of the lead-free solder alloy will rise, and Sb will not re-dissolve at high temperatures. Therefore, when a solder joint formed using such a lead-free solder alloy is exposed for a long time to a severe environment where the temperature difference is severe, only precipitation strengthening by SnSb and ε-Ag 3 (Sn, Sb) compounds Is done. Therefore, in this case, these intermetallic compounds are coarsened with the passage of time, and the effect of suppressing the slip deformation of the Sn grain boundaries is lost. Further, in this case, the heat resistance temperature of the electronic component also becomes a problem due to the increase of the melting temperature of the lead-free solder alloy, which is not preferable.

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、0.1質量%以上0.7質量%以下のBiを含有させることができる。この範囲内でBiを添加することにより、鉛フリーはんだ合金の強度を向上させつつ、リフトオフ現象発生を抑制することができる。またBiの含有量を0.4質量%以上0.7質量%以下とすると、リフトオフ現象発生を抑制しつつ、鉛フリーはんだ合金の強度をより一層向上させることができる。
Biの含有量が0.1質量%未満の場合、フィレットとランドの界面強度の向上は十分ではなく、またBiの含有量が0.7質量%を越えると、フィレットとランドの界面においてリフトオフ現象が発生する虞があるため、好ましくない。
The lead-free solder alloy of this embodiment can contain 0.1 mass% or more and 0.7 mass% or less of Bi. By adding Bi within this range, it is possible to suppress the occurrence of the lift-off phenomenon while improving the strength of the lead-free solder alloy. When the content of Bi is set to 0.4% by mass or more and 0.7% by mass or less, the strength of the lead-free solder alloy can be further improved while suppressing the occurrence of the lift-off phenomenon.
When the content of Bi is less than 0.1% by mass, the improvement of the interface strength between the fillet and the land is not sufficient, and when the content of Bi exceeds 0.7% by mass, the liftoff phenomenon at the interface between the fillet and the land Is not preferable because there is a risk of

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、0.01質量%以上0.25質量%以下のNiを含有させることができる。本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成であれば、この範囲でNiを添加することにより、溶融した鉛フリーはんだ合金中に微細な(Cu,Ni)Snが形成されて母材中に分散するため、はんだ接合部における亀裂の進展を抑制し、更にその耐熱疲労特性を向上させることができる。
また、本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、Ni/Pd/AuめっきやNi/Auめっきがなされていない電子部品を基板にはんだ接合する場合であっても、はんだ接合時にNiが前記界面領域に移動して微細な(Cu,Ni)Snを形成するため、その界面領域におけるCuSn層の成長を抑制することができ、前記界面領域の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。
The lead-free solder alloy of the present embodiment can contain 0.01 mass% or more and 0.25 mass% or less of Ni. In the case of the configuration of the lead-free solder alloy of the present embodiment, by adding Ni in this range, fine (Cu, Ni) 6 Sn 5 is formed in the molten lead-free solder alloy, and it is formed in the base material Because of the dispersion, it is possible to suppress the development of cracks in the solder joint and to further improve the heat-resistant fatigue characteristics thereof.
Further, in the lead-free solder alloy of the present embodiment, even in the case where an electronic component which is not subjected to Ni / Pd / Au plating or Ni / Au plating is soldered to a substrate, Ni is in the interface region at the time of solder bonding. In order to move to form fine (Cu, Ni) 6 Sn 5 , the growth of the Cu 3 Sn layer in the interface region can be suppressed, and the crack growth suppressing effect in the interface region can be improved.

但し、Niの含有量が0.01質量%未満であると、前記金属間化合物の改質効果が不十分となるため、前記界面領域の亀裂抑制効果は十分には得られ難い。またNiの含有量が0.25質量%を超えると、従来のSn−3Ag−0.5Cu合金に比べて過冷却が発生し難くなり、はんだ合金が凝固するタイミングが早くなってしまう。この場合、形成されるはんだ接合部のフィレットでは、はんだ合金の溶融中に外に抜け出ようとしたガスがその中に残ったまま凝固してしまい、フィレット中にガスによる穴(ボイド)が発生してしまうケースが確認される。このフィレット中のボイドは、特に−40℃から140℃、−40℃から150℃といった寒暖差の激しい環境下においてはんだ接合部の耐熱疲労特性を低下させてしまうこととなり、ボイドを起因とした亀裂が発生し易くなる。
なお、上述の通りNiはフィレット中にボイドを発生し易いものであるが、本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成においては、Niと他の元素との含有量のバランスから、Niを0.25質量%以下含有させても上記ボイドの発生を抑制することができる。
However, if the content of Ni is less than 0.01% by mass, the effect of modifying the intermetallic compound is insufficient, so that it is difficult to sufficiently obtain the crack suppressing effect of the interface region. In addition, when the content of Ni exceeds 0.25% by mass, supercooling is less likely to occur as compared to the conventional Sn-3Ag-0.5Cu alloy, and the timing of solidification of the solder alloy is accelerated. In this case, in the fillet of the solder joint to be formed, the gas, which was intended to come out during melting of the solder alloy, solidifies while remaining in it, and a gas void (void) is generated in the fillet. The case is confirmed. The void in this fillet causes the thermal fatigue characteristics of the solder joint to deteriorate especially under the environment of a large temperature difference such as -40 ° C to 140 ° C and -40 ° C to 150 ° C, and the crack caused by the void Is more likely to occur.
As described above, Ni is apt to generate voids in the fillet, but in the configuration of the lead-free solder alloy of the present embodiment, Ni is contained in an amount of 0. 0 in view of the balance between the content of Ni and other elements. Even if 25 mass% or less is contained, generation | occurrence | production of the said void can be suppressed.

またNiの含有量を0.01質量%以上0.15質量%以下とすると良好な前記界面領域の亀裂進展抑制効果及び耐熱疲労特性を向上しつつ、ボイド発生の抑制を向上させることができる。   In addition, when the content of Ni is set to 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less, the suppression of void formation can be improved while improving the crack growth suppression effect and the heat fatigue resistance characteristics of the interface region.

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、Niに加え0.001質量%以上0.25質量%以下のCoを含有させることができる。本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成であれば、この範囲でCoを添加することにより、Ni添加による上記効果を高めると共に溶融した鉛フリーはんだ合金中に微細な(Cu,Co)Snが形成されて母材中に分散する。そのためこの場合、はんだ接合部のクリープ変形の抑制及び亀裂の進展を抑制しつつ、特に寒暖差の激しい環境下においてもはんだ接合部の耐熱疲労特性を向上させることができる。
また、本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、Ni/Pd/AuめっきやNi/Auめっきがなされていない電子部品をはんだ接合する場合であっても、Ni添加による上記効果を高めると共に、Coがはんだ接合時に前記界面領域に移動して微細な(Cu,Co)Snを形成する。そのためこの場合、前記界面領域におけるCuSn層の成長を抑制することができ、前記界面領域の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。
In addition to Ni, the lead-free solder alloy of the present embodiment can contain 0.001% by mass or more and 0.25% by mass or less of Co. In the case of the configuration of the lead-free solder alloy according to the present embodiment, the addition of Co within this range enhances the above-described effect of Ni addition and further fines (Cu, Co) 6 Sn 5 in the melted lead-free solder alloy Is formed and dispersed in the matrix. Therefore, in this case, while suppressing the creep deformation of the solder joint and the growth of the crack, it is possible to improve the heat-resistant fatigue characteristics of the solder joint even under an environment where the temperature difference is particularly severe.
Further, in the lead-free solder alloy of the present embodiment, the above-mentioned effect of Ni addition is enhanced and the Co is added even when solder bonding electronic parts not subjected to Ni / Pd / Au plating or Ni / Au plating. At the time of solder bonding, it moves to the interface area to form fine (Cu, Co) 6 Sn 5 . Therefore, in this case, the growth of the Cu 3 Sn layer in the interface region can be suppressed, and the crack growth suppressing effect in the interface region can be improved.

但し、Coの含有量が0.001質量%未満であると、Co添加による前記金属間化合物の改質効果が得られ難く、またCoの含有量が0.25質量%を超えると、従来のSn−3Ag−0.5Cu合金に比べて過冷却が発生し難くなり、はんだ合金が凝固するタイミングが早くなってしまう。この場合、形成されるはんだ接合部のフィレットでは、はんだ合金の溶融中に外に抜け出ようとしたガスがその中に残ったまま凝固してしまい、フィレット中にガスによるボイドが発生してしまうケースが確認される。このフィレット中のボイドは、本来は合金のあるべき部分が空洞になっていることとなるため、特に−40℃から140℃、−40℃から150℃といった寒暖差の激しい環境下においてはんだ接合部の耐熱疲労特性を低下させてしまうこととなり、ボイドを起因とした亀裂が発生し易くなる。
なお、上述の通りCoはフィレット中にボイドを発生し易いものであるが、本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成においては、Coと他の元素との含有量のバランスから、Coを0.25質量%以下含有させても上記ボイドの発生を抑制することができる。
However, when the content of Co is less than 0.001% by mass, it is difficult to obtain the modifying effect of the intermetallic compound by the addition of Co, and when the content of Co exceeds 0.25% by mass, the conventional As compared with Sn-3Ag-0.5Cu alloy, supercooling is less likely to occur, and the timing of solidification of the solder alloy is quickened. In this case, in the case of the fillet of the solder joint to be formed, the gas which is intended to come out during melting of the solder alloy solidifies while remaining in the case, and a void due to the gas is generated in the fillet. Is confirmed. Since the void in the fillet is essentially a void in the portion where the alloy should be, solder joints in a severe temperature difference environment such as -40 ° C to 140 ° C and -40 ° C to 150 ° C. The heat-resistant fatigue properties of the above are deteriorated, and cracks resulting from voids are easily generated.
As described above, Co is apt to generate voids in the fillet, but in the configuration of the lead-free solder alloy according to the present embodiment, Co is preferably 0. 0 in view of the balance between the content of Co and other elements. Even if 25 mass% or less is contained, generation | occurrence | production of the said void can be suppressed.

またCoの含有量を0.001質量%以上0.15質量%以下とすると良好な亀裂進展抑制効果及び耐熱疲労特性を向上しつつ、ボイド発生の抑制を向上させることができる。   When the content of Co is set to 0.001% by mass or more and 0.15% by mass or less, the suppression of void formation can be improved while improving the favorable crack growth suppressing effect and the heat fatigue resistance.

また本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、P、Ga及びGeの少なくとも1種を0.001質量%以上0.05質量%以下含有させることができる。この合計量の範囲内でP、Ga及びGeの少なくとも1種を添加することにより、鉛フリーはんだ合金の酸化を防止することができる。但し、これらの合計量が0.05質量%を超えると鉛フリーはんだ合金の溶融温度が上昇し、またはんだ接合部にボイドが発生し易くなるため好ましくない。   Further, at least one of P, Ga, and Ge can be contained in the lead-free solder alloy of the present embodiment in an amount of 0.001% by mass or more and 0.05% by mass or less. Oxidation of the lead-free solder alloy can be prevented by adding at least one of P, Ga and Ge within the total amount range. However, if the total amount of these components exceeds 0.05% by mass, the melting temperature of the lead-free solder alloy is increased, or voids are easily generated in the welded joint, which is not preferable.

更に本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、Fe、Mn、Cr及びMoの少なくとも1種を0.001質量%以上0.05質量%以下含有させることができる。この合計量の範囲内でFe、Mn、Cr及びMoの少なくとも1種を添加することにより、鉛フリーはんだ合金の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。但し、これらの合計量が0.05質量%を超えると鉛フリーはんだ合金の溶融温度が上昇し、またはんだ接合部にボイドが発生し易くなるため好ましくない。   Furthermore, at least one of Fe, Mn, Cr and Mo can be contained in the lead-free solder alloy of the present embodiment in an amount of 0.001% by mass or more and 0.05% by mass or less. By adding at least one of Fe, Mn, Cr and Mo within the range of the total amount, the crack growth suppressing effect of the lead-free solder alloy can be improved. However, if the total amount of these components exceeds 0.05% by mass, the melting temperature of the lead-free solder alloy is increased, or voids are easily generated in the welded joint, which is not preferable.

なお、本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、その効果を阻害しない範囲において、他の成分(元素)、例えばIn、Cd、Tl、Se、Au、Ti、Si、Al、Mg、Zn等を含有させることができる。また本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、当然ながら不可避不純物も含まれるものである。   In the lead-free solder alloy of this embodiment, other components (elements), such as In, Cd, Tl, Se, Au, Ti, Si, Al, Mg, Zn, etc., are included in the range which does not inhibit the effect. It can be contained. Also, the lead-free solder alloy of the present embodiment naturally includes unavoidable impurities.

また本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、その残部はSnからなることが好ましい。なお好ましいSnの含有量は、88.7質量%以上95.79質量%以下である。   Further, in the lead-free solder alloy of the present embodiment, the remaining portion is preferably made of Sn. The preferable content of Sn is 88.7% by mass or more and 95.79% by mass or less.

本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、Ag、Cu、Sb、Bi及びNiの含有量のバランスを上述の通りとすることにより、Biを添加し、強度を向上させつつ、スルーホール実装法におけるリフトオフ現象の発生をも抑制することができる。
また当該リフトオフ現象の発生を抑制することにより、リフロー工程後のディップ工程を省略することができるため、工程数削減によるコスト削減も期待できる。
The lead-free solder alloy of the present embodiment adds Bi by setting the balance of the contents of Ag, Cu, Sb, Bi and Ni as described above, and improves the strength while lifting off in the through hole mounting method. The occurrence of the phenomenon can also be suppressed.
In addition, since the dip process after the reflow process can be omitted by suppressing the occurrence of the lift-off phenomenon, cost reduction due to the reduction in the number of processes can also be expected.

更には、本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、DSC測定結果に基づき縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線において、ヒートフローが−0.5未満となる温度(T1)と当該温度(T1)におけるヒートフロー(H1)と、ヒートフローがピークを示す温度(T2)と当該温度(T2)におけるヒートフロー(H2)とが下記式(A)を満たすことが好ましい。
|T1−T2|/|H1−H2|≦ 1.05 … (A)
なお、上記式(A)において、|T1−T2|及び|H1−H2|の値はいずれも絶対値である。
Furthermore, the heat flow of the lead-free solder alloy of the present embodiment is less than −0.5 in a DSC curve in which the heat flow (mW) is on the vertical axis and the temperature (° C.) on the horizontal axis based on DSC measurement results. The heat flow (H1) at the temperature (T1) and the temperature (T1), the temperature (T2) at which the heat flow shows a peak, and the heat flow (H2) at the temperature (T2) satisfy the following formula (A) Is preferred.
| T1-T2 | / | H1-H2 | ≦ 1.05 (A)
In the above formula (A), the values of | T1-T2 | and | H1-H2 | are both absolute values.

なお、前記「ヒートフローが−0.5未満となる温度(T1)」とは、DSC測定結果において、ヒートフローが最初に−0.5未満を示した温度を言う。   The "temperature (T1) at which the heat flow is less than -0.5" refers to the temperature at which the heat flow first showed less than -0.5 in the DSC measurement result.

なお、本実施形態において、T1及びT2については小数点3位以下切り捨て、H1及びH2については小数点5位以下切り捨て、|T1−T2|/|H1−H2|については小数点3位以下切り捨てにて算出した。なおこの場合において、|T1−T2|及び|H1−H2|の値はいずれも絶対値である。   In this embodiment, T1 and T2 are rounded off to three decimal places, H1 and H2 are rounded off to five decimal places, and | T1-T2 | / | H1-H2 | are rounded off to three decimal places. did. In this case, the values of | T1-T2 | and | H1-H2 | are both absolute values.

本実施形態において、上記DSC測定における測定条件は以下の通りである。
・測定装置:示差走査熱量計(製品名:DSC Q2000、TA Instruments社製)
・測定冶具:アルミニウムパン(製品名:T−ZEROパン、TA Instruments社製)、アルミニウムリッド(製品名:T−ZEROリッド、TA Instruments社製)
・測定条件:昇温速度2℃/min
・窒素流量:50mL/min
・サンプル量:10mg
In the present embodiment, the measurement conditions in the DSC measurement are as follows.
・ Measurement device: Differential scanning calorimeter (product name: DSC Q2000, manufactured by TA Instruments)
Measurement jig: Aluminum pan (product name: T-ZERO pan, manufactured by TA Instruments), aluminum lid (product name: T-ZERO lid, manufactured by TA Instruments)
・ Measurement condition: Heating rate 2 ° C / min
Nitrogen flow rate: 50 mL / min
・ Sample amount: 10 mg

本実施形態の鉛フリーはんだ合金のうち、温度(T1)、温度(T2)、ヒートフロー(H1)及びヒートフロー(H2)が上記式(A)を満たす鉛フリーはんだ合金は、これを用いたスルーホール実装によりはんだ接合を行った際、Biの添加により形成されるフィレットの耐亀裂進展効果を発揮しつつ、はんだ凝固時に当該フィレットのランドとの界面付近に発生する低融点合金相の形成が少ないため、スルーホール実装においてリフトオフ現象の発生をより一層抑制することができる。
なお、|T1−T2|/|H1−H2|は1.00以下となることがより好ましい。またこの場合においても、|T1−T2|及び|H1−H2|の値はいずれも絶対値である。
Among the lead-free solder alloys of this embodiment, lead-free solder alloys in which the temperature (T1), the temperature (T2), the heat flow (H1) and the heat flow (H2) satisfy the above formula (A) were used. When solder bonding is performed by through-hole mounting, while the crack propagation effect of the fillet formed by the addition of Bi is exhibited, the formation of a low melting point alloy phase occurs near the interface with the land of the fillet during solder solidification. Since the amount is small, the occurrence of the lift-off phenomenon can be further suppressed in through-hole mounting.
It is more preferable that │T1-T2│ / │H1-H2│ be 1.00 or less. Also in this case, the values of | T1-T2 | and | H1-H2 | are both absolute values.

本実施形態のはんだ接合部の形成は、例えばフロー方法、はんだボールによる実装、ソルダペースト組成物を用いたリフロー方法等、はんだ接合部を形成できるものであればどのような方法を用いても良い。なおその中でも特にソルダペースト組成物を用いたリフロー方法が好ましく用いられる。   The formation of the solder joint of this embodiment may be any method as long as the solder joint can be formed, for example, a flow method, mounting with a solder ball, a reflow method using a solder paste composition, etc. . Among them, a reflow method using a solder paste composition is particularly preferably used.

(2)ソルダペースト組成物
このようなソルダペースト組成物としては、例えば粉末状にした本実施形態の鉛フリーはんだ合金とフラックスとを混練しペースト状にすることにより作製される。
(2) Solder paste composition As such a solder paste composition, it is produced, for example, by kneading the powdered lead-free solder alloy of the present embodiment and a flux to form a paste.

このようなフラックスとしては、例えば樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むフラックスが用いられる。   As such a flux, for example, a flux containing a resin, a thixo agent, an activator, and a solvent is used.

前記樹脂としては、例えばトール油ロジン、ガムロジン、ウッドロジン等のロジン、水添ロジン、重合ロジン、不均一化ロジン、アクリル酸変性ロジン、マレイン酸変性ロジン等のロジン誘導体を含むロジン系樹脂;アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の各種エステル、メタクリル酸の各種エステル、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のエステル、無水マレイン酸のエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル、酢酸ビニル等の少なくとも1種のモノマーを重合してなるアクリル樹脂;エポキシ樹脂;フェノール樹脂等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて用いることができる。
これらの中でもロジン系樹脂、その中でも特に酸変性されたロジンに水素添加をした水添酸変性ロジンが好ましく用いられる。また水添酸変性ロジンとアクリル樹脂の併用も好ましい。
Examples of the resin include rosin-based resins including rosin derivatives such as tall oil rosin, gum rosin, rosin such as wood rosin, hydrogenated rosin, hydrogenated rosin, polymerized rosin, heterogeneous rosin, acrylic acid modified rosin, and maleic acid modified rosin; , Various esters of methacrylic acid and acrylic acid, various esters of methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, maleic anhydride, esters of maleic acid, esters of maleic anhydride, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide An acrylic resin formed by polymerizing at least one monomer such as vinyl chloride and vinyl acetate; an epoxy resin; a phenol resin and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, rosin-based resins, particularly, hydrogenated acid-modified rosin obtained by hydrogenating acid-modified rosin are preferably used. Moreover, combined use of a hydrogenated acid-modified rosin and an acrylic resin is also preferable.

前記樹脂の酸価は10mgKOH/g以上250mgKOH/g以下であることが好ましい。また前記樹脂の配合量はフラックス全量に対して10質量%以上90質量%以下であることが好ましい。   The acid value of the resin is preferably 10 mg KOH / g or more and 250 mg KOH / g or less. Moreover, it is preferable that the compounding quantity of the said resin is 10 to 90 mass% with respect to the flux whole quantity.

前記チキソ剤としては、例えば水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。前記チキソ剤の配合量は、フラックス全量に対して3質量%以上15質量%以下であることが好ましい。   Examples of the thixotropic agent include hydrogenated castor oil, fatty acid amides and oxyfatty acids. These may be used alone or in combination of two or more. It is preferable that the compounding quantity of the said thixotropic agent is 3 mass% or more and 15 mass% or less with respect to the flux whole quantity.

前記活性剤としては、例えば有機アミンのハロゲン化水素塩等のアミン塩(無機酸塩や有機酸塩)、有機酸、有機酸塩、有機アミン塩等を配合することができる。更に具体的には、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩、酸塩、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、マロン酸、ドデカン二酸等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。前記活性剤の配合量は、フラックス全量に対して5質量%以上15質量%以下であることが好ましい。   As the activator, for example, amine salts (inorganic acid salts and organic acid salts) such as hydrogen halides of organic amines, organic acids, organic acid salts, organic amine salts and the like can be blended. More specifically, diphenylguanidine hydrobromide, cyclohexylamine hydrobromide, diethylamine salt, acid salt, succinic acid, adipic acid, sebacic acid, malonic acid, dodecanedioic acid and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. It is preferable that the compounding quantity of the said activator is 5 mass% or more and 15 mass% or less with respect to the flux whole quantity.

前記溶剤としては、例えばイソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、グリコールエーテル等を使用することができる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。前記溶剤の配合量は、フラックス全量に対して20質量%以上40質量%以下であることが好ましい。   As the solvent, for example, isopropyl alcohol, ethanol, acetone, toluene, xylene, ethyl acetate, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, glycol ether and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. It is preferable that the compounding quantity of the said solvent is 20 mass% or more and 40 mass% or less with respect to the flux whole quantity.

前記フラックスには、鉛フリーはんだ合金の酸化を抑える目的で酸化防止剤を配合することができる。この酸化防止剤としては、例えばヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられる。その中でも特にヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましく用いられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。前記酸化防止剤の配合量は特に限定されないが、一般的にはフラックス全量に対して0.5質量%以上5質量%程度以下であることが好ましい。   An antioxidant can be added to the flux for the purpose of suppressing oxidation of the lead-free solder alloy. Examples of the antioxidant include hindered phenol-based antioxidants, phenol-based antioxidants, bisphenol-based antioxidants, polymer-type antioxidants, and the like. Among them, hindered phenol-based antioxidants are particularly preferably used. These may be used alone or in combination of two or more. Although the compounding quantity of the said antioxidant is not specifically limited, Generally, it is preferable that they are 0.5 mass% or more and about 5 mass% or less with respect to the flux whole quantity.

前記フラックスには、ハロゲン、つや消し剤、消泡剤及び無機フィラー等の添加剤を加えてもよい。
前記添加剤の配合量は、フラックス全量に対して10質量%以下であることが好ましい。またこれらの更に好ましい配合量はフラックス全量に対して5質量%以下である。
The flux may contain additives such as halogen, a matting agent, an antifoaming agent and an inorganic filler.
It is preferable that the compounding quantity of the said additive is 10 mass% or less with respect to the flux whole quantity. Moreover, the further preferable compounding quantity of these is 5 mass% or less with respect to the whole flux.

前記鉛フリーはんだ合金の合金粉末とフラックスとの配合比率は、合金粉末:フラックスの比率で65:35から95:5であることが好ましい。より好ましい配合比率は85:15から93:7であり、特に好ましい配合比率は87:13から92:8である。   The compounding ratio of the alloy powder to the flux of the lead-free solder alloy is preferably 65:35 to 95: 5 in the ratio of alloy powder: flux. A more preferable blending ratio is 85:15 to 93: 7, and a particularly preferred blending ratio is 87:13 to 92: 8.

なお当該合金粉末の粒子径は1μm以上40μm以下であることが好ましく、5μm以上35μm以下であることがより好ましく、10μm以上30μm以下であることが特に好ましい。   The particle diameter of the alloy powder is preferably 1 μm to 40 μm, more preferably 5 μm to 35 μm, and particularly preferably 10 μm to 30 μm.

(3)はんだ接合部
本実施形態のソルダペースト組成物を用いて形成されるはんだ接合部としては、例えば以下の方法により形成される。
・表面実装法
基板上の予め定められた所定の位置に所定のパターンの電極及び絶縁層を形成し、このパターンに合わせて前記ソルダペースト組成物を印刷する。そして当該基板上の所定の位置に電子部品を搭載し、これを例えば230℃から260℃の温度でリフローすることにより、本実施形態のはんだ接合部が形成される。このように形成されたはんだ接合部は、前記電子部品に設けられた電極(端子)と前記基板上に形成された電極とを電気接合させる。
なお、電子部品を搭載する基板としては、プリント配線板やモジュール基板といった電子回路基板、シリコンウエハ、セラミックパッケージ基板等、電子部品の搭載、実装に用いられるものであればこれらに限らず使用できる。
(3) Solder joint part As a solder joint part formed using a solder paste composition of this embodiment, it is formed of the following methods, for example.
-Surface mounting method The electrode and insulating layer of a predetermined pattern are formed in the predetermined position on a board | substrate, and the said solder paste composition is printed according to this pattern. Then, the electronic component is mounted at a predetermined position on the substrate, and reflowed at a temperature of 230 ° C. to 260 ° C., for example, to form the solder joint portion of the present embodiment. The solder joint thus formed electrically joins an electrode (terminal) provided on the electronic component and an electrode formed on the substrate.
In addition, as a board | substrate which mounts an electronic component, if it is used for mounting and mounting of electronic components, such as an electronic circuit board | substrates, such as a printed wiring board and a module board, a silicon wafer, a ceramic package board | substrate, it can use not only these.

・スルーホール実装法
基板上の予め定められた所定の位置に所定のパターンの電極及び絶縁層を形成すると共に、このパターンに合わせて前記基板にスルーホールを形成し、スルーホールの内側にCuめっきを施す。次いで、スルーホール上部を覆うように前記基板上に前記ソルダペースト組成物を印刷し、電子部品に設けられた端子を当該スルーホール内に挿入するよう搭載する。そしてこれを例えば230℃から260℃の温度でリフローすることにより、本実施形態のはんだ接合部(フィレット)が形成される。このように形成されたはんだ接合部は、前記電子部品の端子と前記基板上に形成された電極とを電気接合させる。
なお、電子部品を搭載する基板としては、表面実装法同様、プリント配線板やモジュール基板といった電子回路基板、セラミックパッケージ基板等、スルーホールを設けることができ、また電子部品の搭載、実装に用いられるものであればこれらに限らず使用できる。
Through-hole mounting method An electrode and an insulating layer having a predetermined pattern are formed at predetermined positions on a substrate, and a through hole is formed in the substrate according to the pattern, and Cu is plated on the inside of the through hole. Apply. Then, the solder paste composition is printed on the substrate so as to cover the upper part of the through hole, and the terminal provided on the electronic component is mounted so as to be inserted into the through hole. Then, by reflowing this at a temperature of, for example, 230 ° C. to 260 ° C., the solder joint portion (fillet) of the present embodiment is formed. The solder joint thus formed electrically joins the terminal of the electronic component and the electrode formed on the substrate.
As the substrate for mounting electronic components, as in the surface mounting method, through holes can be provided such as electronic circuit substrates such as printed wiring boards and module substrates, ceramic package substrates, etc., and are used for mounting and mounting of electronic components. If it is a thing, it can use not only in these.

そして本実施形態の電子回路実装基板は、前記はんだ接合部を有することが好ましい。
前記はんだ接合部は亀裂進展抑制効果を発揮する合金組成であるため、はんだ接合部に亀裂が生じた場合であってもその亀裂の進展を抑制し得る。また特に電子部品の電極(端子)にNi/Pd/AuめっきやNi/Auめっきがなされていない場合であっても、はんだ接合部と電子部品との界面付近における亀裂進展抑制効果をも発揮することができる。またこれにより電子部品の電極剥離現象をも抑制することができる。
更には、前記はんだ接合部はリフトオフ現象の発生を抑制し得る合金組成であるため、スルーホール実装法によりはんだ接合を行った場合においても、亀裂進展抑制効果とリフトオフ現象の発生抑制効果の両方を発揮することができる。
そしてこのようなはんだ接合部を有する電子回路実装基板は、寒暖の差の激しい環境下に置かれ、高い信頼性が要求される車載用電子回路実装基板に特に好適に使用することができる。
And it is preferable that the electronic circuit mounting board | substrate of this embodiment has the said solder joint part.
Since the solder joint has an alloy composition that exhibits a crack growth suppressing effect, even if a crack occurs in the solder joint, the crack can be suppressed from growing. In addition, even when Ni / Pd / Au plating or Ni / Au plating is not performed on the electrodes (terminals) of the electronic component, in particular, the crack growth suppressing effect in the vicinity of the interface between the solder joint and the electronic component is also exhibited. be able to. Moreover, the electrode peeling phenomenon of an electronic component can also be suppressed by this.
Furthermore, since the solder joint has an alloy composition capable of suppressing the occurrence of the lift-off phenomenon, both the crack growth suppressing effect and the occurrence of the lift-off phenomenon can be suppressed even when solder bonding is performed by the through-hole mounting method. It can be demonstrated.
And the electronic circuit mounting board which has such a solder joint part is put under the environment where the difference of temperature is large, and can be used suitably especially for the electronic circuit mounting board for vehicles by which high reliability is required.

(4)電子制御装置
また本実施形態の電子回路実装基板を組み込むことにより、本実施形態の電子制御装置が作製される。
(4) Electronic control device Moreover, the electronic control device of this embodiment is produced by incorporating the electronic circuit mounting substrate of this embodiment.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples and comparative examples. The present invention is not limited to these examples.

フラックスの作製
以下の各成分を混練し、実施例及び比較例に係るフラックスを得た。
水添酸変性ロジン(製品名:KE−604、荒川化学工業(株)製) 51質量%
硬化ひまし油 6質量%
ドデカン二酸 10質量%(製品名:SL−12、岡村製油(株)製)
マロン酸 1質量%
ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩 2質量%
ヒンダードフェノール系酸化防止剤(製品名:イルガノックス245、BASFジャパン(株)製) 1質量%
ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル 29質量%
Preparation of Flux Each of the following components was kneaded to obtain a flux according to an example and a comparative example.
Hydrogenated acid-modified rosin (Product name: KE-604, manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.) 51% by mass
Hardened castor oil 6% by mass
10 mass% of dodecanedioic acid (Product name: SL-12, manufactured by Okamura Oil Co., Ltd.)
Malonic acid 1% by mass
Diphenylguanidine hydrobromide 2% by mass
Hindered phenolic antioxidant (Product name: Irganox 245, manufactured by BASF Japan Ltd.) 1% by mass
Diethylene glycol monohexyl ether 29 mass%

ソルダペースト組成物の作製
前記フラックス11質量%と、表1及び表2に記載の各鉛フリーはんだ合金の粉末(粉末粒径20μmから38μm)89質量%とを混合し、実施例1から実施例29及び比較例1から比較例19に係る各ソルダペースト組成物を作製した。
Preparation of solder paste composition 11 mass% of the flux and 89 mass% of powder (powder particle size 20 μm to 38 μm) of each lead-free solder alloy listed in Table 1 and Table 2 are mixed, and Example 1 to Example Respective solder paste compositions according to No. 29 and Comparative Examples 1 to 19 were produced.

(1)DSC測定
実施例1及び実施例2、並びに比較例2から比較例4の各鉛フリーはんだ合金について、以下の条件にてDSC測定を行い、その結果に基づき、縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線を作成した。それぞれ図1から図5に示す。
なお、T1及びT2については小数点3位以下切り捨て、H1及びH2については小数点5位以下切り捨て、|T1−T2|/|H1−H2|については小数点3位以下切り捨てにて算出した。なお、この場合、|T1−T2|及び|H1−H2|の値はいずれも絶対値である。
(1) DSC Measurement The lead-free solder alloys of Example 1 and Example 2 and Comparative Examples 2 to 4 were subjected to DSC measurement under the following conditions, and based on the results, the vertical axis represents heat flow ( A DSC curve was created with mW) and temperature (° C.) on the horizontal axis. Each is shown in FIGS. 1 to 5.
In addition, T1 and T2 were rounded off to three decimal places, H1 and H2 were rounded off to five decimal places, and | T1-T2 | / | H1-H2 | were rounded off to three decimal places. In this case, the values of | T1-T2 | and | H1-H2 | are both absolute values.

<測定条件>
・測定装置:示差走査熱量計(製品名:DSC Q2000、TA Instruments社製)
・測定冶具:アルミニウムパン(製品名:T−ZEROパン、TA Instruments社製)、アルミニウムリッド(製品名:T−ZEROリッド、TA Instruments社製)
・測定条件:昇温速度2℃/min
・窒素流量:50mL/min
・サンプル量:10mg
<Measurement conditions>
・ Measurement device: Differential scanning calorimeter (product name: DSC Q2000, manufactured by TA Instruments)
Measurement jig: Aluminum pan (product name: T-ZERO pan, manufactured by TA Instruments), aluminum lid (product name: T-ZERO lid, manufactured by TA Instruments)
・ Measurement condition: Heating rate 2 ° C / min
Nitrogen flow rate: 50 mL / min
・ Sample amount: 10 mg

各鉛フリーはんだ合金について、図1から図5に示すT1、T2、H1及びH2、並びにそれぞれについての|T1−T2|/|H1−H2|の結果を表3に示す。   Table 1 shows the results of T1, T2, H1 and H2 shown in FIGS. 1 to 5 and the results of | T1-T2 | / | H1-H2 | for each lead-free solder alloy.

(2)はんだ亀裂試験(−40℃から125℃)
a)3.2mm×1.6mmチップ部品(チップA)
以下の用具を用意した。
・3.2mm×1.6mmのサイズのチップ部品(Ni/Snめっき)
・上記当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジスト及び前記チップ部品を接続する電極(1.6mm×1.2mm)とを備えたプリント配線板
・上記パターンを有する厚さ150μmのメタルマスク
前記プリント配線板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、それぞれ前記チップ部品を搭載した。
その後、リフロー炉(製品名:TNP−538EM、(株)タムラ製作所製)を用いて前記各プリント配線板を加熱して、はんだ接合部を有する各電子回路実装基板を作製した。この際のリフロー条件は、プリヒートを170℃から190℃で110秒間、ピーク温度を245℃とし、200℃以上の時間が65秒間、220℃以上の時間が45秒間、ピーク温度から200℃までの冷却速度を3℃から8℃/秒とし、酸素濃度は1500±500ppmに設定した。

次に、−40℃(30分間)から125℃(30分間)の条件に設定した冷熱衝撃試験装置(製品名:ES−76LMS、日立アプライアンス(株)製)を用い、冷熱衝撃サイクルを1,000、1,500、2,000、2,500、3,000サイクル繰り返す環境下に前記各電子回路実装基板をそれぞれ曝した後これを取り出し、各試験基板を作製した。
次いで各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂(製品名:エポマウント(主剤及び硬化剤)、リファインテック(株)製)を用いて封止した。更に湿式研磨機(製品名:TegraPol−25、丸本ストルアス(株)、製)を用いて各試験基板に実装された前記チップ部品の中央断面が分かるような状態とし、形成されたはんだ接合部に発生した亀裂がはんだ接合部を完全に横断して破断に至っているか否かを走査電子顕微鏡(製品名:TM−1000、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察し、以下の基準にて評価した。その結果を表4及び表5に表す。なお、各冷熱衝撃サイクルにおける評価チップ数は10個とした。
◎:3,000サイクルまではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生しない
○:2,501から3,000サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
△:2,001から2,500サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
×:2,000サイクル以下ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
(2) Solder crack test (-40 ° C to 125 ° C)
a) 3.2 mm x 1.6 mm chip parts (Chip A)
The following tools were prepared.
· Chip parts of 3.2 mm × 1.6 mm in size (Ni / Sn plated)
· Printed wiring board provided with a solder resist having a pattern capable of mounting the chip component of the above size and an electrode (1.6 mm × 1.2 mm) connecting the chip component · 150 μm thick metal mask having the above pattern Each solder paste composition was printed on the printed wiring board using the metal mask, and the chip parts were mounted.
Thereafter, each printed wiring board was heated using a reflow furnace (product name: TNP-538EM, manufactured by Tamura Corporation) to produce each electronic circuit mounting substrate having a solder joint. Reflow conditions at this time are: preheat 170 ° C. to 190 ° C. for 110 seconds, peak temperature 245 ° C., 200 ° C. or more for 65 seconds, 220 ° C. or more for 45 seconds, peak temperature to 200 ° C. The cooling rate was 3 ° C. to 8 ° C./sec, and the oxygen concentration was set to 1500 ± 500 ppm.

Next, using a thermal shock test device (product name: ES-76 LMS, manufactured by Hitachi Appliances, Ltd.) set to a condition of -40 ° C. (30 minutes) to 125 ° C. (30 minutes), the thermal shock cycle is 1, 1, Each electronic circuit mounting substrate was exposed to each other in an environment repeated for 000, 1,500, 2,000, 2,500, and 3,000 cycles, and then taken out to prepare each test substrate.
Then, a target portion of each test substrate was cut out and sealed with an epoxy resin (product name: Epomount (main agent and curing agent), Refinetech Co., Ltd.). Furthermore, a solder joint formed by using a wet polisher (product name: TegraPol-25, manufactured by Marumoto Struers Co., Ltd.) to make it possible to see the central cross section of the chip component mounted on each test substrate It was observed using a scanning electron microscope (product name: TM-1000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corp.) whether or not the crack that occurred in the coating had completely broken across the solder joint, and based on the following criteria: It evaluated. The results are shown in Tables 4 and 5. The number of evaluation chips in each thermal shock cycle was ten.
:: no cracks completely crossing the solder joint up to 3,000 cycles ○: a crack completely crossing the solder joints between 2,501 to 3,000 cycles Δ: 2,001 to 2 , The crack completely crosses the solder joint in 500 cycles. ×: The crack completely crosses the solder joint in less than 2,000 cycles.

b)2.0×1.2mmチップ部品(チップB)
以下の用具を用いた以外は上記3.2mm×1.6mmチップ部品と同じ条件にて各試験基板を作成し、且つ同じ方法にて評価した。その結果を表4及び表5に表す。
・2.0×1.2mmのサイズのチップ部品(Ni/Snめっき)
・上記サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジスト及び前記チップ部品を接続する電極(1.25mm×1.0mm)とを備えたプリント配線板
・上記パターンを有する厚さ150μmのメタルマスク
b) 2.0 x 1.2 mm chip parts (Chip B)
Each test substrate was produced on the same conditions as said 3.2 mm x 1.6 mm chip components except using the following tools, and it evaluated by the same method. The results are shown in Tables 4 and 5.
・ Chip parts of 2.0 × 1.2 mm in size (Ni / Sn plating)
· Printed wiring board provided with solder resist having a pattern capable of mounting a chip component of the above size and an electrode (1.25 mm × 1.0 mm) connecting the chip component · Metal mask having a thickness of 150 μm having the above pattern

(3)SnめっきSONにおけるはんだ亀裂試験
以下の用具を用意した。
・6mm×5mm×0.8tmmサイズの1.3mmピッチSON(Small Outline Non−leaded package)部品(端子数8ピン、製品名:STL60N3LLH5、STMicroelectronics社製)
・上記SON部品を実装できるパターンを有するソルダレジスト及び前記SON部品を接続する電極(メーカー推奨設計に準拠)とを備えたプリント配線板
・上記パターンを有する厚さ150μmのメタルマスク
前記プリント配線板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、それぞれに前記SON部品を搭載した。その後、冷熱衝撃サイクルを1,000、2,000、3,000サイクル繰り返す環境下に各電子回路実装基板を置く以外は上記はんだ亀裂試験(1)と同じ条件にて、作製した各電子回路実装基板に冷熱衝撃を与え、各試験基板を作製した。
次いで各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂(製品名:エポマウント(主剤及び硬化剤)、リファインテック(株)製)を用いて封止した。更に湿式研磨機(製品名:TegraPol−25、丸本ストルアス(株)製)を用いて各試験基板に実装された前記SON部品の中央断面が分かるような状態とし、はんだ接合部に発生した亀裂がはんだ接合部を完全に横断して破断に至っているか否かについて走査電子顕微鏡(製品名:TM−1000、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察した。
この観察に基づき、はんだ接合部について、はんだ母材(本明細書においてはんだ母材とは、はんだ接合部のうちSON部品の電極の界面及びその付近以外の部分を指す。以下同じ。なお表4及び表5においては単に「母材」と表記する。)に発生した亀裂と、はんだ接合部とSON部品の電極の界面(の金属間化合物)に発生した亀裂に分けて以下のように評価した。その結果を表4及び表5に表す。なお、各冷熱衝撃サイクルにおける評価SON数は20個とし、SON1個あたりゲート電極の1端子を観察し、合計20端子の断面を確認した。
(3) Solder crack test in Sn plating SON The following tools were prepared.
・ 1.3mm pitch SON (Small Outline Non-leaded package) parts of 6mm x 5mm x 0.8tmm size (number of pins 8 pins, product name: STL60N3LLH5, manufactured by STMicroelectronics)
-Printed wiring board provided with a solder resist having a pattern capable of mounting the above SON component and an electrode (according to a manufacturer recommended design) for connecting the above SON component-Metal mask with a thickness of 150 μm having the above pattern Each solder paste composition was printed using the above-mentioned metal mask, and the above-mentioned SON parts were mounted on each. After that, each electronic circuit mounting manufactured under the same conditions as the above-mentioned solder crack test (1) except that each electronic circuit mounting substrate is placed in an environment where a thermal shock cycle is repeated 1,000, 2,000, 3,000 cycles. The substrate was subjected to thermal shock to prepare each test substrate.
Then, a target portion of each test substrate was cut out and sealed with an epoxy resin (product name: Epomount (main agent and curing agent), Refinetech Co., Ltd.). Furthermore, a crack generated in the solder joint was made such that the central cross section of the SON component mounted on each test substrate could be seen using a wet polisher (product name: TegraPol-25, manufactured by Marumoto Struers Co., Ltd.) It was observed using a scanning electron microscope (product name: TM-1000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corp.) whether or not the solder had completely broken across the solder joint.
Based on this observation, regarding the solder joint, the solder base material (in the present specification, the solder base material refers to a portion other than the interface of the electrode of the SON part and its vicinity in the solder joint. The same applies hereinafter. Table 4 And in Table 5, it is divided into the crack generated in “base material” and the crack generated in the interface between the solder joint and the electrode of the SON part, and evaluated as follows. . The results are shown in Tables 4 and 5. The evaluation SON number in each thermal shock cycle was 20, and one terminal of the gate electrode was observed per SON, and a cross section of a total of 20 terminals was confirmed.

・はんだ母材に発生した亀裂
◎:3,000サイクルまではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生しない
○:2,001から3,000サイクルの間ではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生
△:1,001から2,000サイクルの間ではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生
×:1,000サイクル以下ではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生
· Cracks in the solder matrix ◎: no cracks completely across the solder matrix up to 3,000 cycles ○: cracks completely across the solder matrix in the 2,001 to 3,000 cycles Occurrence Δ: Cracking completely across the solder matrix occurred between 1,001 and 2,000 cycles ×: Crack completely crossing the solder matrix occurred less than 1,000 cycles

・はんだ接合部とSON部品の電極の界面に発生した亀裂
◎:3,000サイクルまで前記界面を完全に横断する亀裂が発生しない
○:2,001から3,000サイクルの間で前記界面を完全に横断する亀裂が発生
△:1,001から2,000サイクルの間で前記界面を完全に横断する亀裂が発生
×:1,000サイクル以下で前記界面を完全に横断する亀裂が発生
· Cracks generated at the interface between the solder joint and the electrode of the SON part ◎: Cracks completely crossing the interface are not generated up to 3,000 cycles ○: The interface is completely completed between 2, 001 and 3,000 cycles亀 裂: Cracks occur completely across the interface between 1,001 and 2,000 cycles ×: Cracks completely traverse the interface less than 1,000 cycles

(4)はんだ亀裂試験(−40℃から150℃)
車載用電子回路実装基板等は寒暖差の非常に激しい過酷な環境下に置かれるため、これに用いられるはんだ合金は、このような環境下においても良好な亀裂進展抑制効果を発揮することが求められる。そのため、本実施例に係るはんだ合金がこのようなより過酷な条件下においても当該効果を発揮し得るかどうかを明確にすべく、液槽式冷熱衝撃試験装置を用いて−40℃から150℃の寒暖差におけるはんだ亀裂試験を行った。その条件は以下のとおりである。
はんだ接合部形成後の各電子回路実装基板を−40℃(5分間)から150℃(5分間)の条件に設定した液槽式冷熱衝撃試験装置(製品名:ETAC WINTECH LT80、楠本(株)製)を用いて冷熱衝撃サイクルを1,000、2,000、3,000サイクル繰り返す環境下に曝す以外は上記はんだ亀裂試験(1)と同じ条件にて、3.2×1.6mmチップ部品搭載及び2.0×1.2mmチップ部品搭載の各試験基板を作製した。
次いで各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂(製品名:エポマウント(主剤及び硬化剤)、リファインテック(株)製)を用いて封止した。更に湿式研磨機(製品名:TegraPol−25、丸本ストルアス(株)、
製)を用いて各試験基板に実装された前記チップ部品の中央断面が分かるような状態とし、形成されたはんだ接合部に発生した亀裂がはんだ接合部を完全に横断して破断に至っているか否かを走査電子顕微鏡(製品名:TM−1000、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察し、以下の基準にて評価した。その結果を表4及び表5に表す。なお、各冷熱衝撃サイクルにおける評価チップ数は10個とした。
◎:3,000サイクルまではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生しない
○:2,001から3,000サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
△:1,001から2,000サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
×:1,000サイクル以下ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
(4) Solder crack test (-40 ° C to 150 ° C)
Since automotive electronic circuit boards and the like are placed under a very severe environment of temperature difference, the solder alloy used for this is required to exhibit a good crack growth suppressing effect even under such environment. Be Therefore, in order to clarify whether the solder alloy according to the present embodiment can exhibit the effect even under such severe conditions, -40 ° C to 150 ° C using a liquid bath type thermal shock tester. Solder crack test was conducted at the temperature difference of The conditions are as follows.
Liquid bath type cold thermal shock test equipment (product name: ETAC WINTECH LT80, Kushimoto Co., Ltd.) in which each electronic circuit mounting substrate after forming a solder joint portion is set to the condition of -40 ° C (5 minutes) to 150 ° C (5 minutes) Product) under the same conditions as the above solder crack test (1) except that it is exposed to the environment where the thermal shock cycle is repeated 1,000, 2,000, 3,000 cycles. Each test board of mounting and 2.0x1.2 mm chip component mounting was produced.
Then, a target portion of each test substrate was cut out and sealed with an epoxy resin (product name: Epomount (main agent and curing agent), Refinetech Co., Ltd.). Furthermore, a wet polisher (product name: TegraPol-25, Marumoto Struas Co., Ltd.)
Made in a state where the central cross-section of the chip component mounted on each test substrate can be seen using a chip), and whether or not a crack generated in the formed solder joint completely breaks the solder joint or not Ka was observed using a scanning electron microscope (product name: TM-1000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Tables 4 and 5. The number of evaluation chips in each thermal shock cycle was ten.
:: no cracks completely crossing the solder joint up to 3,000 cycles ○: a crack completely crossing the solder joints between 2,001 to 3,000 cycles Δ: 1,001 to 2 Cracks completely across the solder joint between 10,000 cycles ×: cracks completely across the solder joint less than 1,000 cycles

(5)ボイド試験
以下の用具を用意した。
・2.0×1.2mmのサイズのチップ部品(Ni/Snめっき)
・上記サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジスト及び前記チップ部品を接続する電極(1.25mm×1.0mm)とを備えたプリント配線板
・上記パターンを有する厚さ150μmのメタルマスク
前記プリント配線板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、それぞれ前記チップ部品を搭載し、リフロー炉(製品名:TNP−538EM、(株)タムラ製作所製)を用いて前記各プリント配線板を加熱して、はんだ接合部を有する各試験基板(電子回路実装基板)を作製した。なおリフロー条件は上記はんだ亀裂試験(1)と同じ条件にて行った。
次いで各試験基板の表面状態をX線透過装置(製品名:SMX−160E、(株)島津製作所製)で観察し、各試験基板中40箇所のランドにおいて、チップ部品の電極下の領域(図7の破線で囲った領域(a))に占めるボイドの面積率(ボイドの総面積の割合。以下同じ。)とフィレットが形成されている領域(図7の破線で囲った領域(b))に占めるボイドの面積率の平均値を求め、それぞれについて以下のように評価した。その結果を表4及び表5に表す。
◎:ボイドの面積率の平均値が3%以下であって、ボイド発生の抑制効果が極めて良好
○:ボイドの面積率の平均値が3%超5%以下であって、ボイド発生の抑制効果が良好
△:ボイドの面積率の平均値が5%超8%以下であって、ボイド発生の抑制効果が十分
×:ボイドの面積率の平均値が8%を超え、ボイド発生の抑制効果が不十分
(5) Void test The following tools were prepared.
・ Chip parts of 2.0 × 1.2 mm in size (Ni / Sn plating)
-Printed wiring board provided with solder resist having a pattern capable of mounting a chip component of the above size and an electrode (1.25 mm x 1.0 mm) connecting the chip component-Metal mask having a thickness of 150 μm having the above pattern Each solder paste composition is printed on the printed wiring board using the metal mask, and the chip parts are mounted, respectively, using the reflow furnace (product name: TNP-538EM, manufactured by Tamura Corporation). The printed wiring board was heated to produce each test substrate (electronic circuit mounting substrate) having a solder joint. The reflow conditions were the same as in the solder crack test (1).
Next, the surface condition of each test substrate is observed with an X-ray transmission device (product name: SMX-160E, manufactured by Shimadzu Corporation), and the area under the electrode of the chip component at 40 lands in each test substrate (Figure Area ratio of void occupied by area (a) of 7 surrounded by broken line (ratio of total area of void. The same applies hereinafter) and area where fillet is formed (area (b) enclosed by broken line in FIG. 7) The average value of the area ratio of the void which occupies to was calculated | required, and it evaluated as follows about each. The results are shown in Tables 4 and 5.
A: The average value of the area ratio of voids is 3% or less, and the effect of suppressing void formation is extremely good. O: The average value of the area ratio of voids is more than 3% and 5% or less. Good: Average value of area ratio of voids is more than 5% and 8% or less, and the effect of suppressing void generation is sufficient. ×: Average value of area ratio of voids exceeds 8%, the effect of suppressing void generation is insufficient

(6)リフトオフ試験
以下の用具を用意した。
・直径1.6mmの銅ランド径及び直径1.0mmのスルーホール径のスルーホールが2.5mmピッチ間隔で直線上に15個並んだ構造を有するプリント配線板
・5mmピッチ間隔で、直径2.5mmの開口パターンを有する厚さ200μmのメタルマスク
前記プリント配線板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、前記各スルーホールにコネクタ部品(製品名:S15B−EH(LF)(SN)、日本圧着端子製造(株)製)の端子を挿入した。次いで、リフロー炉(製品名:TNP−538EM、(株)タムラ製作所製)を用いて前記各プリント配線板を加熱して、はんだ接合部(フィレット)を有する各試験基板(電子回路実装基板)を作製した。なおリフロー条件は上記はんだ亀裂試験(1)と同じ条件にて行った。
次いで各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂(製品名:エポマウント(主剤及び硬化剤)、リファインテック(株)製)を用いて封止した。更に湿式研磨機(製品名:TegraPol−25、丸本ストルアス(株)、
製)を用いて各試験基板に実装された前記コネクタ部品の端子の中央断面が分かるような状態とし、走査電子顕微鏡(製品名:TM−1000、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて観察し、以下の基準にて評価した。その結果を表4及び表5に表す。なお、評価端子数は8個とした。
○:リフトオフ現象発生なし
×:リフトオフ現象発生
(6) Lift-off test The following tools were prepared.
A printed wiring board having a structure in which 15 copper vias each having a diameter of 1.6 mm and a through hole having a diameter of 1.0 mm are linearly arranged at a pitch of 2.5 mm. A diameter of 2. at a pitch of 5 mm. Each solder paste composition is printed on the printed wiring board using the metal mask, and a connector part (product name: S15B-EH (LF)). A terminal of (SN), manufactured by Nippon Crimp Terminal Mfg. Co., Ltd., was inserted. Next, each printed wiring board is heated using a reflow furnace (product name: TNP-538EM, manufactured by Tamura Corporation), and each test substrate (electronic circuit mounted substrate) having a solder joint (fillet) is obtained. Made. The reflow conditions were the same as in the solder crack test (1).
Then, a target portion of each test substrate was cut out and sealed with an epoxy resin (product name: Epomount (main agent and curing agent), Refinetech Co., Ltd.). Furthermore, a wet polisher (product name: TegraPol-25, Marumoto Struas Co., Ltd.)
) And using a scanning electron microscope (product name: TM-1000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corp.) to confirm the central cross section of the terminal of the connector part mounted on each test substrate. And evaluated according to the following criteria. The results are shown in Tables 4 and 5. The number of evaluation terminals was eight.
○: No lift-off phenomenon occurred ×: Lift-off phenomenon occurred

以上に示す通り、実施例に係る鉛フリーはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部は、寒暖の差が激しく振動が負荷されるような過酷な環境下にあっても、そのチップのサイズを問わず、また電極にNi/Pd/AuめっきやNi/Auめっきがされているといないとを問わず、はんだ接合部及び前記界面領域における亀裂進展抑制効果を発揮し得る。特に液槽式冷熱衝撃試験装置を用いて寒暖の差を−40℃から150℃とした非常に過酷な環境下においても、実施例のはんだ接合部は良好な亀裂抑制効果を奏することが分かる。
また実施例に係る鉛フリーはんだ合金は、スルーホール実装法によるはんだ接合においても亀裂進展抑制効果及びリフトオフ現象発生抑制効果の両方を奏し得ることが分かる。このような鉛フリーはんだ合金は、表面実装法により実装される電子部品と、スルーホール実装法により実装される電子部品とが混載される電子回路実装基板にも好適に用いることができる。
そしてこのようなはんだ接合部を有する電子回路実装基板は、車載用電子回路実装基板といった高い信頼性の求められる電子回路実装基板にも好適に用いることができる。更にこのような電子回路実装基板は、より一層高い信頼性が要求される電子制御装置に好適に使用することができる。
As described above, the solder joints formed using the lead-free solder alloy according to the embodiment have different chip sizes regardless of the severe environment where the temperature difference is severe and vibration is applied. In addition, regardless of whether the electrode is plated with Ni / Pd / Au or Ni / Au, the effect of suppressing the crack growth in the solder joint and the interface area can be exhibited. In particular, even in a very severe environment where the temperature difference is −40 ° C. to 150 ° C. using a liquid bath type thermal shock test apparatus, it is found that the solder joint portion of the example exhibits a good crack suppressing effect.
Further, it is understood that the lead-free solder alloy according to the example can exhibit both the crack growth suppressing effect and the lift-off phenomenon generation suppressing effect even in the solder bonding by the through hole mounting method. Such a lead-free solder alloy can be suitably used also for an electronic circuit mounting substrate on which an electronic component mounted by a surface mounting method and an electronic component mounted by a through hole mounting method are mixedly mounted.
And the electronic circuit mounting board which has such a solder joint part can be suitably used also as an electronic circuit mounting board by which high reliability is called for, such as a car-mounted electronic circuit mounting board. Furthermore, such an electronic circuit mounting substrate can be suitably used for an electronic control device that requires higher reliability.

Claims (8)

Agを1質量%以上4質量%以下と、Cuを0.1質量%以上1質量%以下と、Sbを3質量%以上5質量%以下と、Biを0.1質量%以上0.7質量%以下と、Niを0.01質量%以上0.25質量%以下含み、残部がSnからことを特徴とする鉛フリーはんだ合金。   1% to 4% by mass of Ag, 0.1% to 1% by mass of Cu, 3% to 5% by mass of Sb, 0.1% to 0.7% of Bi A lead-free solder alloy comprising:% or less, Ni in an amount of 0.01% by mass to 0.25% by mass, and the balance being Sn. 更にCoを0.001質量%以上0.25質量%以下含むことを特徴とする請求項1に記載の鉛フリーはんだ合金。   The lead-free solder alloy according to claim 1, further comprising 0.001% by mass or more and 0.25% by mass or less of Co. Sbの含有量は3.5質量%以上5質量%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の鉛フリーはんだ合金。   The content of Sb is 3.5 mass% or more and 5 mass% or less, The lead free solder alloy of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. DSC測定結果に基づき縦軸をヒートフロー(mW)、横軸を温度(℃)としたDSC曲線において、
ヒートフローが−0.5未満となる温度(T1)と当該温度(T1)におけるヒートフロー(H1)と、
ヒートフローがピークを示す温度(T2)と当該温度(T2)におけるヒートフロー(H2)とが下記式(A)を満たすことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の鉛フリーはんだ合金。
|T1−T2|/|H1−H2| ≦ 1.05 …(A)
(上記式(A)において、|T1−T2|及び|H1−H2|の値はいずれも絶対値である。)
In the DSC curve, the heat flow (mW) on the vertical axis and the temperature (° C.) on the horizontal axis based on the DSC measurement results,
A temperature (T1) at which the heat flow is less than −0.5, and a heat flow (H1) at the temperature (T1);
The temperature (T2) which a heat flow shows a peak, and the heat flow (H2) in the said temperature (T2) satisfy | fill the following formula (A), It is characterized by the above-mentioned. Lead-free solder alloy.
| T1-T2 | / | H1-H2 | ≦ 1.05 (A)
(In the above formula (A), the values of | T1-T2 | and | H1-H2 | are both absolute values.)
更にP、Ga及びGeの少なくとも1種を合計で0.001質量%以上0.05質量%以下含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の鉛フリーはんだ合金。   The lead-free solder alloy according to any one of claims 1 to 4, further comprising 0.001 to 0.05 mass% in total of at least one of P, Ga and Ge. . 更にFe、Mn、Cr及びMoの少なくとも1種を合計で0.001質量%以上0.05質量%以下含むことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の鉛フリーはんだ合金。   The lead-free according to any one of claims 1 to 5, further comprising 0.001 to 0.05 mass% in total of at least one of Fe, Mn, Cr and Mo. Solder alloy. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有することを特徴とする電子回路実装基板。   An electronic circuit mounting substrate comprising a solder joint portion formed using the lead-free solder alloy according to any one of claims 1 to 6. 請求項7に記載の電子回路実装基板を有することを特徴とする電子制御装置。   An electronic control unit comprising the electronic circuit mounting board according to claim 7.
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