JP2020157349A - はんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ミッシングが発生せず、優れた濡れ広がりを示し、はんだ付け後における接合界面での金属間化合物の成長が抑制され、シェア強度試験後の破壊モードが適正であるはんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手を提供する。【解決手段】はんだ合金は、質量％で、Ａｇ：３．２〜３．８％、Ｃｕ：０．６〜０．８％、Ｎｉ：０．０１〜０．２％、Ｓｂ：２〜５．５％、Ｂｉ：１．５〜５．５％、Ｃｏ：０．００１〜０．１％、Ｇｅ：０．００１〜０．１％、および残部がＳｎからなる合金組成を有し、合金組成は下記（１）式を満たすことを特徴とするはんだ合金。２．９３≦｛（Ｇｅ／Ｓｎ）＋（Ｂｉ／Ｇｅ）｝×（Ｂｉ／Ｓｎ）（１）［（１）式中、Ｓｎ、Ｇｅ、およびＢｉは、各々合金組成中の含有量（質量％）を表す。］【選択図】図１

Description

本発明は、ミッシングが発生せず、優れた濡れ広がりを示し、はんだ付け後の金属間化合物の成長が抑制され、シェア強度試験後の破壊モードが適正であるはんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手に関する。

近年、自動車はカーエレクトロニクス化が進み、ガソリン車からハイブリッド車や電気自動車に移行しつつある。ハイブリッド車や電気自動車は、プリント基板に電子部品がはんだ付けされた車載電子回路を搭載している。車載電子回路は、振動環境が比較的緩い車室内に配置されていたが、用途の拡張によりエンジンルームやトランスミッションのオイル室内、さらには機械装置上に直接搭載されるようになってきた。

このように、車載電子回路は、搭載領域の拡大により、寒暖差、衝撃、振動などの種々の外的な負荷を受ける箇所に搭載されるようになった。例えば、エンジンルームに搭載された車載電子回路は、エンジン動作時には１２５℃以上という高温に曝されることがある。一方、エンジン停止時には、寒冷地であれば−４０℃以下という低温に曝される。

ところで、従来より、基板と電子部品を接続する合金としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金が広く使用されている。はんだ合金の適用範囲はますます拡大しつつあるが、それに伴って、車載などの用途に代表されるように過酷な環境においても使用されることが望まれるようになってきている。また同時にそのような環境において長期間使用しても、はんだ継手に破断や劣化が生じない高い接続信頼性が求められるようになってきている。

しかし、電子回路が上述のような寒暖差に曝されると、電子部品とプリント基板の熱膨張係数の違いにより接合部に応力が集中する。このため、従来のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金を用いると接合部が破断する恐れがあり、寒暖差が激しい環境下においても接合部の破断を抑制するはんだ合金が求められている。

例えば特許文献１には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｂ−Ｃｏ系はんだ合金に、任意元素としてＧｅを含有し得る合金組成が開示されている。同文献には、Ｃｕ含有量が０．５質量％の場合、Ｃｕランドに対するＣｕ食われ防止効果を発揮することができると共に、溶融時の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も記載されている。

特許文献２には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｂ−Ｂｉ系はんだ合金に、任意元素としてＣｏやＧｅを含有する合金組成が開示されている。同文献には、Ａｇ含有量を１〜３．１質量％の範囲にすることにより、寒暖差が激しい過酷な環境下においてはんだ接合部の亀裂進展を抑制することに加えて、はんだ合金のＳｎ粒界中にＡｇ_３Ｓｎ化合物を析出させ、機械的強度を付与することができることも記載されている。

特許文献３には、優れたヒートサイクル特性を有するはんだ合金として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ−Ｂｉ−Ｃｏ系はんだ合金に、任意元素としてＮｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｐの少なくとも１種を含有し得る合金組成が開示されている。同文献の実施例２４には、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７Ｃｕ−５．０Ｂｉ−５．０Ｓｂ−０．００５Ｃｏ−０．１Ｎｉ−０．１Ｉｎ−０．１Ｇａ−０．１Ｇｅ−０．１Ｐが具体的な合金組成として検討されている。

特許第６２００５３４号 特開２０１７−１７０４６４号 特許第５７２３０５６号

特許文献１に記載のはんだ合金は、前述のように、Ｃｕ食われ防止効果、ボイドの抑制、耐熱衝撃特性の向上を発揮することができるとされている。しかし、このような効果はＣｕ含有量が０．５質量％の場合にのみ発揮され、Ｃｕ含有量が０．５質量％から少しでもずれた場合にはこのような効果が発揮されない。よって、汎用性が極めて低く、更なる検討が必要であることは言うまでもない。

また、一般に、Ｂｉはある程度Ｓｎに固溶するため、Ｂｉを含有するとＳｎへのＣｕの拡散が抑制される。特許文献１に記載のはんだ合金はＢｉを含有しないため、電極のＣｕがＳｎに拡散して接合界面に金属間化合物層が形成され易くなることが考えられる。

特許文献２に記載のはんだ合金は、前述のように、Ａｇ含有量が所定の範囲内であることによりはんだ合金の機械的強度を付与させるとされている。しかし、はんだ合金の機械的強度を向上させるとはんだ継手に加わる応力が接合界面に集中し、はんだ継手の接合界面で破断が生じやすくなるため、はんだ継手としては最も回避すべき破壊モードとなってしまうことがある。また、Ａｇははんだ合金の濡れ性を向上させることができるため、ある程度の含有量が必要になると考えられる。

特許文献３に記載のはんだ合金はＩｎを含有するために濡れ性が低下し、はんだ継手に応力が加えられた場合に接合界面付近で破壊する懸念がある。

さらに、特許文献１〜３では、前述のように、主としてヒートサイクル特性に着目した合金設計がなされている。しかし、近年、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの電子部品は小型化が要求されており、電極も縮小せざるを得ない。微小狭小電極では、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペーストという形態によらず、はんだ合金の性状によってはリフロー後にはんだ付けがなされない、所謂ミッシングの発生が問題になってきた。

このように、従来ではヒートサイクル特性に着目した合金設計がなされてきたが、近年の電子部品の小型化に対応することが可能なように、ミッシングを含む上記課題を同時に解決するはんだ合金が要求されている。

そこで、本発明の課題は、ミッシングが発生せず、優れた濡れ広がりを示し、はんだ付け後における接合界面での金属間化合物の成長が抑制され、シェア強度試験後の破壊モードが適正であるはんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手を提供することである。

本発明者らは、特許文献１に記載のはんだ合金において、Ｃｕ含有量が所定の範囲内において、金属間化合物の成長を抑制するためにＢｉを含有する合金組成に着目した。そして、特許文献２に記載のはんだ合金において、本発明者らは、Ａｇ含有量を適正範囲に調整することで接合界面に応力を集中させないようにすることに加えて濡れ性を向上させる合金組成に着目した。さらに、特許文献３に記載のはんだ合金において、濡れ広がり性およびシェア強度試験後の破壊箇所が接合界面からはんだ合金側に遷移するように、本発明者らはＩｎを含有しない合金組成に着目した。

しかし、従来の合金組成での課題はある程度解決したものの、ミッシングは５つのサンプルに対して１つ以上発生してしまう知見が得られた。そこで、本発明者らは、優れた濡れ性、金属間化合物の成長抑制、破壊モードの適正化が維持されるとともに、ミッシングの発生が抑制されるように詳細な検討を行った。

本発明者らは、はんだ合金の表面が緻密な組織に改質されればミッシングが抑制されることに思い至り、緻密な組織が得られるように構成元素に関して詳細に調査した。その結果、ＢｉとＧｅ、ＳｎとＧｅ、およびＳｎとＢｉが所定の関係式を満たす場合、偶然にも、ミッシングを抑制することができる知見が得られた。さらに、すべての構成元素が各々所定の範囲に入るとともに上記関係式を満たす場合には、ミッシングの抑制、優れた濡れ広がり性、接合界面での金属間化合物の成長抑制、およびシェア強度試験後の破壊モードの適正化が、同時に達成できる知見も得られ、本発明は完成した。

これらの知見により得られた本発明は以下のとおりである。
（１）質量％で、Ａｇ：３．２〜３．８％、Ｃｕ：０．６〜０．８％、Ｎｉ：０．０１〜０．２％、Ｓｂ：２〜５．５％、Ｂｉ：１．５〜５．５％、Ｃｏ：０．００１〜０．１％、Ｇｅ：０．００１〜０．１％、および残部がＳｎからなる合金組成を有し、合金組成は下記（１）式を満たすことを特徴とするはんだ合金。

２．９３≦｛（Ｇｅ／Ｓｎ）＋（Ｂｉ／Ｇｅ）｝×（Ｂｉ／Ｓｎ） （１）
（１）式中、Ｓｎ、Ｇｅ、およびＢｉは、各々合金組成中の含有量（質量％）を表す。

（２）更に、合金組成は、質量％で、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｌａ、およびＣｅの少なくとも一種を合計で０．１％以下含有する、上記（１）項に記載のはんだ合金。

（３）上記（１）または上記（２）に記載のはんだ合金を有するはんだボール。
（４）上記（１）または上記（２）に記載のはんだ合金を有するはんだプリフォーム。

（５）上記（１）または上記（２）に記載のはんだ合金を有するはんだペースト。
（６）上記（１）または上記（２）に記載のはんだ合金を有するはんだ継手。

図１は、本発明に係るはんだ合金における式（１）と実施例との関係を示す図である。 図２は、図１の横軸を４０〜７０の範囲にして図１を拡大した図である。

本発明を以下により詳しく説明する。本明細書において、はんだ合金組成に関する「％」は、特に指定しない限り「質量％」である。

１． はんだ合金
（１） Ａｇ：３．２〜３．８％
Ａｇははんだ合金の濡れ性を向上させる元素である。Ａｇ含有量が３．２％未満であると上記効果を発揮することができない。Ａｇ含有量の下限は３．２％以上であり、好ましくは３．３％以上である。一方、Ａｇ含有量が３．８％を超えるとはんだ合金の液相線温度が上昇し、却って濡れ性が低下する。Ａｇ含有量の上限は３．８％であり、好ましくは３．７％以下であり、より好ましくは３．６％以下である。特に好ましくは３．５％以下である。

（２） Ｃｕ：０．６〜０．８％
Ｃｕははんだ継手の接合強度を向上させることにより破壊モードを改善するとともに濡れ性を向上させる元素である。Ｃｕ含有量が０．６％未満であると上記効果を発揮することができない。Ｃｕ含有量の下限は０．６％以上であり、好ましくは０．６５％以上である。一方、Ｃｕ含有量が０．８％を超えると濡れ性の低下により破壊モードが接合界面に現れてしまう。また、液相線温度の上昇により濡れ性が低下する。Ｃｕ含有量の上限は０．８％以下であり、好ましくは０．７５％以下である。

（３） Ｎｉ：０．０１〜０．２％
Ｎｉははんだ付け後にＳｎへのＣｕの拡散を阻害して金属間化合物の成長を抑制し、また、接合界面に生成された金属間化合物を微細化してシェア強度試験での破壊モードを改善する元素である。Ｎｉ含有量が０．０１％未満であると上記効果を発揮することができない。Ｎｉ含有量の下限は０．０１％以上であり、好ましくは０．０２％以上であり、より好ましくは０．０３％以上である。一方、Ｎｉ含有量が０．２％を超えると液相線温度の上昇により濡れ性が低下する。Ｎｉ含有量の上限は０．２％以下であり、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０７％以下であり、特に好ましくは０．０５％以下である。

（４）Ｓｂ：２〜５．５％
ＳｂはＳｎ相に固溶し、電極からのＣｕの拡散を抑制することにより金属間化合物の成長を抑制する元素である。Ｓｂ含有量が２％未満であると上記効果を発揮することができない。Ｓｂ含有量の下限は２％以上であり、好ましくは２．５％以上であり、より好ましくは３．０％以上である。一方、Ｓｂ含有量が５．５％を超えると破壊モードが接合界面に遷移するとともに、液相線温度の上昇により濡れ性が低下する。Ｓｂ含有量の上限は５．５％以下であり、好ましくは５．０％以下である。

（５）Ｂｉ：１．５〜５．５％
ＢｉはＳｎ相に固溶し、電極からのＣｕの拡散を抑制することにより金属間化合物の成長を抑制する元素である。Ｂｉ含有量が１．５％未満であると上記効果を発揮することができない。Ｂｉ含有量の下限は１．５％以上であり、好ましくは２．５％以上であり、より好ましくは３．２％以上である。一方、Ｂｉ含有量が５．５％を超えると破壊モードが接合界面に遷移する。Ｂｉ含有量の上限は５．５％以下であり、好ましくは５．０％以下である。

（６）Ｃｏ：０．００１〜０．１％
Ｃｏははんだ付け後にＳｎへのＣｕの拡散を阻害し、金属間化合物の成長を抑制し、また、接合界面に生成された金属間化合物を微細化し、シェア強度試験での破壊モードを改善する元素である。Ｃｏ含有量が０．００１％未満であると上記効果を発揮することができない。Ｃｏ含有量の下限は０．００１％以上であり、好ましくは０．００５％以上であり、より好ましくは０．００８％以上である。一方、Ｃｏ含有量が０．１％を超えると接合界面の金属間化合物層が厚くなるために破壊モードが接合界面に遷移する。また、液相線温度が上昇するために濡れ性が低下する。Ｃｏ含有量の上限は０．１％以下であり、好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０１％以下である。

（７）Ｇｅ：０．００１〜０．１％
Ｇｅははんだ付けを行う際のミッシングを抑制する元素である。Ｇｅ含有量が０．００１％未満であると上記効果を発揮することができない。Ｇｅ含有量の下限は０．００１％以上であり、好ましくは０．００５％以上であり、より好ましくは０．００７％以上である。一方、Ｇｅ含有量が０．１％を超えると破壊モードが接合界面に遷移するとともに濡れ性が低下する。Ｇｅ含有量の上限は０．１％以下であり、好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０１０％以下である。

（８）（１）式
２．９３≦｛（Ｇｅ／Ｓｎ）＋（Ｂｉ／Ｇｅ）｝×（Ｂｉ／Ｓｎ） （１）
（１）式中、Ｓｎ、Ｇｅ、およびＢｉは、各々合金組成中の含有量（質量％）を表す。

本発明に係るはんだ合金は（１）式を満たす必要がある。上述の構成元素の含有量が各々の範囲内であったとしても、（１）式を満たさなければミッシングが発生する。

ミッシングは、はんだ合金の最表面が緻密な組織に改質されることにより抑制される。Ｓｎ、ＢｉおよびＧｅは各々はんだ合金の最表面に濃化するが、これらの元素が単にはんだ合金の最表面に濃化するだけでは最表面の改質には繋がらず、ミッシングは抑制できない。（１）式を満たすことによりはんだ合金の最表面が改質してミッシングを抑制することができる理由は不明だが、以下のように推察される。

ＢｉとＧｅ、および、ＳｎとＧｅは各々包晶を析出し、ＳｎとＢｉは双晶を析出する。ここで、Ｇｅは、Ｂｉを固溶したＳｎの最表面から内部に向かって濃度が低下するように傾斜して存在する。本来であれば、ＧｅとＳｎ、ならびにＢｉとＧｅにより包晶が析出することになるが、Ｇｅが上記のように濃度が傾斜してＢｉを固溶したＳｎに存在すると、Ｓｎの最表面に双晶が析出され、結晶粒界が多数形成される。この結果、はんだ合金の最表面が緻密な組織に改質され、ミッシングが抑制されるものと推察される。つまり、（１）式は、包晶を析出しうる元素の組み合わせと双晶を析出する元素の組み合わせとのバランスが所定の範囲であれば、はんだ合金の最表面が緻密な組織に改質されるのである。

（１）式の下限は、はんだ合金の最表面を緻密な組織に改質してミッシングを抑止する観点から、２．９３以上である必要がある。好ましくは２．９６８以上であり、より好ましくは３．０３７以上であり、さらに好ましくは３．０７９以上であり、より更に好ましくは３．１４８以上であり、特に好ましくは１．４１２×１０であり、最も好ましくは１．４２７×１０である。（１）式の上限は特に限定されないが、各構成元素が上述の範囲内であれば問題なく本発明の効果を発揮することができる。好ましくは３．５９７×１０^２以下であり、より好ましくは２．９１２×１０^２以下であり、さらに好ましくは１．１４２×１０^２以下であり、より更に好ましくは４．４３１×１０以下であり、特に好ましくは４．３２９×１０以下であり、最も好ましくは３．６６２×１０以下である
本発明では、各構成元素が上述の範囲に入るとともに（１）式を満たすため、ミッシングを抑制することができることに加えて、優れた濡れ広がり性、接合界面での金属間化合物の成長抑制、およびシェア強度試験後の破壊モードの適正化も同時に達成できる。

（９） 残部：Ｓｎ
本発明に係るはんだ合金の残部はＳｎである。前述の元素の他に不可避的不純物を含有してもよい。不可避的不純物を含有する場合であっても、前述の効果に影響することはない。また、後述するように、本発明では含有しない方がよい元素が不可避的不純物として含有されても前述の効果に影響することはない。

（１０）任意元素
本発明に係るはんだ合金は、上記の他に、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｌａ、およびＣｅの少なくとも一種を合計で０．１％以下含有してもよい。これらの元素が０．１％以下含有したとしても、本発明に係るはんだ合金は本発明の上記効果を発揮することができる。

これらの元素の含有量の合計は、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０９％以下であり、さらに好ましくは０．０５％以下であり、特に好ましくは０．０３％以下であり、最も好ましくは０．０２％以下である。各々の元素の含有量については特に限定されるものではないが、前述の効果が十分に発現されるようにするため、Ｍｇの含有量は好ましくは０．０００３〜０．０２％である。

Ｔｉの含有量は好ましくは０．００５〜０．０３％である。Ｃｒの含有量は好ましくは０．００２〜０．０３％である。Ｍｎの含有量は好ましくは０．００１〜０．０２％である。Ｆｅの含有量は好ましくは０．００５〜０．０２％である。Ｇａの含有量は好ましくは０．００５〜０．０９％である。Ｚｒの含有量は好ましくは０．００１〜０．０１％である。

Ｎｂの含有量は好ましくは０．００３〜０．００６％である。Ｐｄの含有量は好ましくは０．００２〜０．０５％である。Ｐｔの含有量は好ましくは０．００２〜０．０５％である。Ａｕの含有量は好ましくは０．００６〜０．０９％であり、Ｌａの含有量は好ましくは０．００１〜０．０２％である。Ｃｅの含有量は好ましくは０．００４〜０．００６％である。

（１１）Ｉｎ
本発明に係るはんだ合金は、Ｉｎを含有しない方がよい。Ｉｎを含有すると、濡れ性が低下し、シェア強度試験後に接合界面付近で破壊が発生する懸念がある。

２．はんだボール
本発明に係るはんだ合金は、はんだボールとして使用することができる。本発明に係るはんだボールは、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）などの半導体パッケージの電極や基板のバンプ形成に用いられる。本発明に係るはんだボールの直径は１〜１０００μｍの範囲内が好ましい。はんだボールは、一般的なはんだボールの製造法により製造することができる。

３．はんだプリフォーム
本発明に係るはんだプリフォームは、板状、リング形状、円筒形状、線はんだを１周以上で巻回されたもの、などの形態で使用することができる。

４．はんだペースト
本発明に係るはんだ合金は、はんだペーストとして使用することができる。はんだペーストは、はんだ合金粉末を少量のフラックスと混合してペースト状にしたものである。本発明に係るはんだ合金は、リフローはんだ付け法によるプリント基板への電子部品の実装に、はんだペーストとして利用してもよい。はんだペーストに用いるフラックスは、水溶性フラックスと非水溶性フラックスのいずれでもよい。典型的にはロジンベースの非水溶性フラックスであるロジン系フラックスが用いられる。

５．はんだ継手
本発明に係るはんだ継手は、半導体パッケージにおけるＩＣチップとその基板（インターポーザ）との接続、或いは半導体パッケージとプリント配線板とを接合して接続する。すなわち、本発明に係るはんだ継手は電極の接続部をいい、一般的なはんだ付け条件を用いて形成することができる。

表１および表２に示す合金組成からなるはんだ合金を調整し、ミッシング、濡れ広がり、はんだ付け後の金属間化合物の成長、シェア強度試験の破壊モードを評価した。

・ミッシング
まず、上記はんだ合金から直径０．６ｍｍのはんだボールを作製した。作製したはんだボールを１５０℃に保持された恒温槽（エスペック株式会社製：ＰＨＨ−１０１Ｍ）内に１６８時間放置した。放置後のはんだボールを、厚みが１．２ｍｍであり電極の大きさが直径０．５ｍｍ（Ｃｕ−ＯＳＰ）である基板にはんだ付けを行った。はんだ付けする個数は５個とした。

はんだ付け条件は、フラックス（千住金属工業株式会社製：ＷＦ−６４００）を電極上に塗布し、ピーク温度２４５℃、冷却速度２℃／ｓのリフロープロファイルとし、リフロー装置（千住金属工業株式会社製：ＳＮＲ−６１５）を用いてはんだ付けを行った。リフロー後にはんだ付けが成されていないミッシング個数を目視により確認した。
ミッシング個数が０個の場合に「○」とし、それ以外は「×」とした。

・濡れ広がり
上記はんだ合金から２ｍｍ×２ｍｍ×ｔ０．１５ｍｍの寸法に打ち抜いた試料を作製した。ＯＳＰ処理されたＣｕ板状にフラックス（千住金属工業株式会社製：ＷＦ−６４００）を塗布し、その上に打ち抜いた試料を搭載し、はんだ付けを行った。

はんだ付け条件は、ピーク温度２４５℃、冷却速度２℃／ｓのプロファイルとし、リフロー装置（千住金属工業株式会社製：ＳＮＲ−６１５）を用いて実施した。リフロー後にデジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製：ＶＨＸ−６０００）を用いて濡れ広がった面積を測定した。
濡れ広がった面積が６ｍｍ^２以上を「○」とし、６ｍｍ^２未満を「×」とした。

・はんだ付け後の金属間化合物の成長
上記はんだ合金から５ｍｍ×５ｍｍ×ｔ０．１５ｍｍの寸法に打ち抜き試料を作製した。ＯＳＰ処理されたＣｕ板状にフラックス（千住金属工業株式会社製：ＷＦ−６４００）を塗布し、その上に打ち抜いた試料を搭載し、はんだ付けを行った。

はんだ付け条件は、ピーク温度２４５℃、冷却速度２℃／ｓのプロファイルとし、リフロー装置（千住金属工業株式会社製：ＳＮＲ−６１５）を用いて実施した。リフロー後の試料を１５０℃に保持された恒温槽（ＥＳＰＥＣ社製：ＰＨＨ−１０１Ｍ）内に２３５時間放置した。

熱処理後の試料を、電界放出形走査電子顕微鏡（日本電子株式会社製：ＪＳＭ−７０００Ｆ）を用いて断面観察した。観察箇所は、Ｃｕ板との接合界面に形成される金属間化合物層とした。断面観察により得られた像を画像解析ソフト（西華産業株式会社製：Ｓｃａｎｄｉｕｍ）により解析し、金属間化合物層の厚みを計測した。
金属間化合物層の厚みが３．６μｍ以下を「〇」とし、３．６μｍを超える場合には「×」とした。

・シェア強度試験後の破壊モード
まず、ミッシングと同様に直径０．６ｍｍのはんだボールを作製した。上記はんだボールを基板の厚みが１．２ｍｍ、電極の大きさが直径０．５ｍｍ（Ｃｕ−ＯＳＰ）の基板にはんだ付けを行った。

はんだ付け条件は、フラックス（千住金属工業株式会社製：ＷＦ−６４００）を電極上に塗布し、ピーク温度２４５℃、冷却速度２℃／ｓのプロファイルとして、リフロー装置（千住金属工業株式会社製：ＳＮＲ−６１５）を用いて実施した。作製した試料を、せん断強度測定装置（Ｎｏｒｄｓｏｎ Ｄａｇｅ社製：ＳＥＲＩＥＳ ４０００ＨＳ）によりシェア速度１０００ｍｍ／ｓの条件でシェア強度試験を行った。シェア強度試験後の試料をデジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製：ＶＨＸ−６０００）を用いて観察し、破壊モードの判定を行った。
はんだ合金で破壊している場合には「○」とし、接合界面に形成された金属間化合物層で破壊している場合には「×」とした。
評価結果を表１および表２に示す。

表１および表２から明らかなように、実施例１〜３７は構成元素がいずれも本発明の範囲内であり、且つ（１）式を満たすため、ミッシングが発生せず、優れた濡れ広がりを示し、はんだ付け後の金属間化合物の成長が抑制され、シェア強度試験後の破壊モードが適正である結果が得られた。

一方、比較例１はＳｂ含有量が少ないため、はんだ付け後に金属間化合物が成長した。比較例２はＳｂ含有量が多いため、濡れ広がりが劣るとともにシェア強度試験後に接合界面付近での破壊が確認された。

比較例３はＢｉ含有量が少なく、且つ（１）式を満たさないため、ミッシングが発生し、はんだ付け後に金属間化合物が成長した。比較例４はＢｉ含有量が多いため、シェア強度試験後に接合界面付近での破壊が確認された。

比較例５はＮｉ含有量が少ないため、はんだ付け後に金属間化合物が成長するとともにシェア強度試験後に接合界面付近での破壊が確認された。比較例６はＮｉ含有量が多いため、濡れ広がりが劣った。

比較例７はＣｏ含有量が多いため、濡れ広がりが劣った。
比較例８はＧｅ含有量が少ないため、ミッシングが発生した。比較例９はＧｅ含有量が多いため、濡れ広がりが劣るとともにシェア強度試験後に接合界面付近での破壊が確認された。

比較例１０、比較例１２および比較例１３は（１）式を満たさないため、ミッシングが発生した。比較例１１は（１）式を満たさず、且つＩｎを含有するため、ミッシングが発生し、濡れ広がりが劣り、シェア強度試験後に接合界面付近での破壊が確認された。

（１）式を表１および表２の結果から得られた図１および図２で更に説明する。図１は、本発明に係るはんだ合金における式（１）と実施例との関係を示す図である。図２は、図１の横軸を４０〜７０の範囲にして図１を拡大した図である。図１中、実線は（１）式を表し、「●」は実施例１〜３７を表し、「〇」は比較例３および比較例１０〜１３を表す。また、図２中、実線は（１）式を表し、「●」は実施例１１および実施例２２を表し、「〇」は比較例３および比較例１０〜１３を表す。

両図から明らかなように、（Ｂｉ／Ｓｎ）軸、（（Ｇｅ／Ｓｎ）＋（Ｂｉ／Ｇｅ））軸および（１）式で囲まれた領域に存在する比較例は、（１）式を満たさないためにミッシングが発生することがわかった。特に、図２から明らかなように、比較例１３は、各構成元素が本発明の要件を満たしているものの（１）式から外れているため、ミッシングが発生していることがわかる。したがって、図１および図２から、（１）式を満たす場合には少なくともミッシングを抑制できることがわかった。

Claims (6)

1. 質量％で、Ａｇ：３．２〜３．８％、Ｃｕ：０．６〜０．８％、Ｎｉ：０．０１〜０．２％、Ｓｂ：２〜５．５％、Ｂｉ：１．５〜５．５％、Ｃｏ：０．００１〜０．１％、Ｇｅ：０．００１〜０．１％、および残部がＳｎからなる合金組成を有し、前記合金組成は下記（１）式を満たすことを特徴とするはんだ合金。
   ２．９３≦｛（Ｇｅ／Ｓｎ）＋（Ｂｉ／Ｇｅ）｝×（Ｂｉ／Ｓｎ） （１）
   （１）式中、Ｓｎ、Ｇｅ、およびＢｉは、各々前記合金組成中の含有量（質量％）を表す。
2. 更に、前記合金組成は、質量％で、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｌａ、およびＣｅの少なくとも一種を合計で０．１％以下含有する、請求項１に記載のはんだ合金。
3. 請求項１または２に記載のはんだ合金を有するはんだボール。
4. 請求項１または２に記載のはんだ合金を有するはんだプリフォーム。
5. 請求項１または２に記載のはんだ合金を有するはんだペースト。
6. 請求項１または２に記載のはんだ合金を有するはんだ継手。