JP2020192600A - Solder alloy, solder powder, solder paste, and solder joint using them - Google Patents

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浩由 川▲崎▼
Hiroyoshi Kawasaki
浩由 川▲崎▼
宗形 修
Osamu Munakata
修 宗形
正人 白鳥
Masato Shiratori
正人 白鳥
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Abstract

To provide a solder alloy, solder powder and the like which suppress changes with time of a solder paste, are excellent in wettability, have a small temperature difference between a liquidus line temperature and a solidus line temperature, have high mechanical characteristics and exhibit a high joint strength.SOLUTION: A solder alloy has an alloy composition of at least one of 0.55-0.75 mass% Cu, 0.0350-0.0600 mass% Ni, 0.0035-0.0200 mass% Ge, 25-300 mass% ppm As, 0-3,000 mass ppm Sb, 0-10,000 mass ppm Bi, and 0-5,100 mass ppm Pb, and the balance Sn, and satisfies Expression (1): 275≤2As+Sb+Bi+Pb and Expression (2): 0.01≤(2As+Sb)/(Bi+Pb)≤10.00, in Expressions (1) and (2), As, Sb, Bi and Pb each satisfy a content (mass ppm) in the alloy composition.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、はんだ合金、はんだ粉末、はんだペースト、およびこれらを用いたはんだ継手に関する。 The present invention relates to solder alloys, solder powders, solder pastes, and solder joints using these.

種々の電子機器類には、プリント基板に電子部品を搭載した実装基板が使用されている。実装基板には、単層基板であるものに加えて、充実した機能を実現するために複数の基板を積層したものが使用されている。基板間の導通や電子部品の基板への実装には、面実装により接続する方法や基板のスルーホールに端子を挿入して実装する方法が挙げられる。このようなプリント基板への実装工程としては、フローソルダリング、リフローソルダリング、マニュアルソルダリングなどが挙げられる。 For various electronic devices, a mounting board in which electronic components are mounted on a printed circuit board is used. In addition to a single-layer board, a mounting board in which a plurality of boards are laminated in order to realize a full range of functions is used. Examples of the conduction between the boards and the mounting of electronic components on the board include a method of connecting by surface mounting and a method of inserting terminals into through holes of the board for mounting. Examples of the mounting process on such a printed circuit board include flow soldering, reflow soldering, and manual soldering.

これらの中で、ある程度の大きさを有する電子部品の実装には、接続強度などの観点から端子をスルーホールに挿入して実装する方法が採用されている。実装工程としては通常フローソルダリングが採用されている。フローソルダリングは、はんだ浴槽の噴流面をプリント基板の接続面側に当てることによりはんだ付けを行う方法である。 Among these, for mounting electronic components having a certain size, a method of inserting terminals into through holes for mounting is adopted from the viewpoint of connection strength and the like. Flow soldering is usually used as the mounting process. Flow soldering is a method of soldering by applying the jet surface of a solder bathtub to the connection surface side of a printed circuit board.

このようなフローソルダリングに用いるはんだ合金としては、例えば特許文献1に記載されているように、Sn−Cu−Niはんだ合金が挙げられる。このはんだ合金は、SnにCuを添加することによりはんだ合金自体の固溶強化を図るとともに、Niを添加することによりはんだ合金中でのCuSnあるいはCuSnのような金属間化合物の発生を抑制することができる、とされている。また、同文献には、これらの金属間化合物の融点が高いために合金溶融時に溶湯の流動性を阻害することが記載されている。 Examples of the solder alloy used for such flow soldering include Sn—Cu—Ni solder alloys as described in Patent Document 1. In this solder alloy, Cu is added to Sn to strengthen the solid solution of the solder alloy itself, and Ni is added to form an intermetallic compound such as Cu 6 Sn 5 or Cu 3 Sn in the solder alloy. It is said that the occurrence can be suppressed. Further, it is described in the same document that the high melting point of these intermetallic compounds inhibits the fluidity of the molten metal when the alloy is melted.

ところで、近年、CPU(Central Processing Unit)などのはんだ継手を有する電子デバイスは、小型化、高性能化が要求されている。これにともない、プリント基板と電子デバイスの電極の小型化が必要になる。電子デバイスは電極を介してプリント基板と接続されるため、電極の小型化に伴い両者を接続するはんだ継手も小さくなる。このような微細な電極を接続する場合には、フローソルダリングは適切な実装方法とは言い難い。 By the way, in recent years, electronic devices having a solder joint such as a CPU (Central Processing Unit) are required to be miniaturized and have high performance. Along with this, it is necessary to reduce the size of the electrodes of the printed circuit board and the electronic device. Since the electronic device is connected to the printed circuit board via the electrodes, the solder joint connecting the two becomes smaller as the electrodes become smaller. When connecting such fine electrodes, flow soldering is not an appropriate mounting method.

電子デバイスとプリント基板をこのような微細な電極を介して接続するためには、一般にはんだペーストを用いたリフローソルダリングが採用されている。リフローソルダリングは、メタルマスクを介してペーストをプリント基板上の電極に一括塗布し、電子デバイスが搭載されたプリント基板をリフロー炉へ導入してはんだ付けを行う方法である。ここで、はんだペーストを購入した場合、通常では1回の印刷ですべてを使い切ることはないため、はんだペーストは、印刷性能を損なわないように製造当初の適度な粘度が維持されなければならない。 In order to connect an electronic device and a printed circuit board via such fine electrodes, reflow soldering using a solder paste is generally adopted. Reflow soldering is a method in which a paste is collectively applied to electrodes on a printed circuit board via a metal mask, and the printed circuit board on which an electronic device is mounted is introduced into a reflow furnace and soldered. Here, when the solder paste is purchased, normally, not all of the solder paste is used up in one printing. Therefore, the solder paste must maintain an appropriate viscosity at the time of manufacture so as not to impair the printing performance.

例えば特許文献2には、はんだペーストの経時変化を抑制するため、Snと、Ag、Bi、Sb、Zn、In及びCuからなる群から選択される1種又は2種以上と、を含み、かつ、所定量のAsを含むはんだ合金が開示されている。同文献には、25℃で2週間後の粘度が作製当初の粘度と比較して140%未満である結果が示されている。また、同文献には不可避的不純物として、10ppm未満のNiを含有することも記載されている。 For example, Patent Document 2 includes Sn and one or more selected from the group consisting of Ag, Bi, Sb, Zn, In, and Cu in order to suppress the change of the solder paste with time. , A solder alloy containing a predetermined amount of As is disclosed. The document shows that the viscosity after 2 weeks at 25 ° C. is less than 140% of the initial viscosity. The document also describes that it contains less than 10 ppm of Ni as an unavoidable impurity.

特開2000−197988号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-197988 特開2015−98052号公報JP-A-2015-98052

特許文献1に記載の発明は、主にフローソルダリングに用いるための合金設計がなされており、溶融はんだの流動性やはんだ合金の引張強度に着目している。フローソルダリングの接合対象は前述のように比較的大型の電子部品であり、前述のように微細な電極を有する電子デバイスの接続には採用され難い。また、はんだ合金で接合されたはんだ継手では接合界面の破断があってはならないが、特許文献1に記載のはんだ合金でははんだ合金自体の機械的特性しか着目されていない。特許文献1に記載のはんだ合金はSnとCuとの化合物の生成を抑制するためにNiを含有するが、前述のようにはんだ合金自体の機械的強度を向上させるためにNiが消費され、はんだ継手の接合界面での強度が十分に向上しているかどうかは定かではない。近年の微細な電極を問題なく接合するためには更なる検討が必要である。 The invention described in Patent Document 1 is mainly designed for use in flow soldering, and focuses on the fluidity of molten solder and the tensile strength of the solder alloy. As described above, the object to be joined by flow soldering is a relatively large electronic component, and as described above, it is difficult to be adopted for connecting an electronic device having fine electrodes. Further, in the solder joint joined by the solder alloy, the joining interface must not be broken, but in the solder alloy described in Patent Document 1, only the mechanical properties of the solder alloy itself are paid attention to. The solder alloy described in Patent Document 1 contains Ni in order to suppress the formation of a compound of Sn and Cu, but as described above, Ni is consumed in order to improve the mechanical strength of the solder alloy itself, and the solder is soldered. It is uncertain whether the strength at the joint interface of the joint is sufficiently improved. Further studies are required to join the fine electrodes of recent years without any problem.

また、上述のように、特許文献2に記載の発明は、SnおよびAsの他に6種類の元素を選択的に含有し得るはんだ合金である。また、同文献には、As含有量が多いと溶融性が劣る結果が示されている。 Further, as described above, the invention described in Patent Document 2 is a solder alloy which can selectively contain 6 kinds of elements in addition to Sn and As. Further, the same document shows that the meltability is inferior when the As content is high.

ここで、特許文献2で評価されている溶融性は、溶融はんだの濡れ性に相当すると考えられる。同文献で開示されている溶融性は、溶融物の外観を顕微鏡で観察し、溶融しきれないはんだ粉末の有無により評価されている。溶融はんだの濡れ性が高ければ溶融しきれないはんだ粉末が残存し難くなるためである。 Here, the meltability evaluated in Patent Document 2 is considered to correspond to the wettability of the molten solder. The meltability disclosed in the document is evaluated by observing the appearance of the melt with a microscope and the presence or absence of solder powder that cannot be completely melted. This is because if the wettability of the molten solder is high, it is difficult for solder powder that cannot be completely melted to remain.

一般に、溶融はんだの濡れ性を向上させるためには高活性のフラックスを用いる必要がある。特許文献2に記載のフラックスにおいて、Asによる濡れ性の劣化が抑制されるためには、高活性のフラックスを用いればよいと考えられる。しかし、高活性のフラックスを用いるとはんだ合金と活性剤の反応が進むためにペーストの粘度が上がってしまう。また、特許文献2の記載を鑑みると、粘度の上昇を抑えるためにはAs含有量を増加させる必要がある。特許文献2に記載のはんだペーストが更に低い粘度上昇率と優れた濡れ性を示すためには、フラックスの活性力とAs含有量を増加しつつける必要があり、悪循環を招くことになる。 Generally, it is necessary to use a highly active flux in order to improve the wettability of the molten solder. In the flux described in Patent Document 2, it is considered that a highly active flux may be used in order to suppress the deterioration of wettability due to As. However, when a highly active flux is used, the viscosity of the paste increases because the reaction between the solder alloy and the activator proceeds. Further, in view of the description of Patent Document 2, it is necessary to increase the As content in order to suppress the increase in viscosity. In order for the solder paste described in Patent Document 2 to exhibit a lower viscosity increase rate and excellent wettability, it is necessary to continuously increase the active force of the flux and the As content, which causes a vicious cycle.

最近では、はんだペーストは使用環境や保管環境によらず長期間安定した性能を維持することが求められており、また、はんだ継手の微細化により更に高い濡れ性も要求されている。特許文献2に記載のはんだペーストを用いて最近の要求に対応しようとすると、前述のように悪循環が避けられない。 Recently, solder paste is required to maintain stable performance for a long period of time regardless of the usage environment and storage environment, and further higher wettability is also required due to the miniaturization of solder joints. When trying to meet recent demands by using the solder paste described in Patent Document 2, a vicious cycle is unavoidable as described above.

さらに、微細な電極を接合するためには、はんだ継手の機械的特性等を向上させる必要がある。元素によっては、含有量が多くなると液相線温度が上昇して液相線温度と固相線温度が広がり、凝固時に偏析して不均一な合金組織が形成されてしまう。はんだ合金がこのような合金組織を有すると引張強度などの機械的特性が劣り、はんだ継手は外部からの応力により容易に破断してしまう。この問題は、近年の電極の小型化にともない顕著になってきている。 Further, in order to join fine electrodes, it is necessary to improve the mechanical properties of the solder joint. Depending on the element, when the content increases, the liquidus temperature rises, the liquidus temperature and the solidus temperature spread, and segregation occurs during solidification to form a non-uniform alloy structure. If the solder alloy has such an alloy structure, mechanical properties such as tensile strength are inferior, and the solder joint is easily broken by external stress. This problem has become remarkable with the recent miniaturization of electrodes.

本発明の課題は、はんだペーストの経時変化を抑制し、濡れ性に優れ、液相線温度と固相線温度との温度差が小さく高い機械的特性を有するとともに高い接合強度を示すはんだ合金、はんだ粉末、はんだペースト、およびこれらを用いたはんだ継手を提供することである。 An object of the present invention is a solder alloy that suppresses changes over time in a solder paste, has excellent wettability, has a small temperature difference between the liquidus temperature and the solidus temperature, has high mechanical properties, and exhibits high bonding strength. It is to provide a solder powder, a solder paste, and a solder joint using these.

ペーストの経時変化の抑制と優れた濡れ性が同時に改善される際、高い活性力を有するフラックスの使用とAs含有量の増加による悪循環を避ける必要がある。また、はんだ継手は高い接合強度を有する必要がある。本発明者らは、はんだ合金の合金組成に着目し、はんだ継手の接合強度を向上させるとともに、フラックスの種類によらず、ペーストの経時変化の抑制と優れた濡れ性の両立を図るために鋭意検討を行った。 When suppressing the change over time of the paste and improving the excellent wettability at the same time, it is necessary to avoid a vicious cycle due to the use of a flux having high activity and an increase in As content. Further, the solder joint needs to have high joint strength. The present inventors paid attention to the alloy composition of the solder alloy, and worked diligently to improve the joint strength of the solder joint and to suppress the change of the paste with time and to achieve both excellent wettability regardless of the type of flux. Study was carried out.

まず、本発明者らは、従来のようにはんだ合金中でのSnとCuの化合物の生成を抑制するとともに溶融はんだの酸化による濡れ性の劣化を抑制することに着目し、SnCuNiはんだ合金にGeを微量添加した合金を基本組成とした。この基本組成において、液相線温度の上昇による電子デバイスへの熱的損傷が抑制されるとともにはんだ継手の強度が向上するようにするため、Cu含有量の範囲を制限した。また、NiによるSnCu化合物の成長抑制効果がはんだ合金中に限らず接合界面でも発揮されるとともに、SnCuNi化合物の接合界面近傍での大量析出が抑制される観点から、Ni含有量の範囲も制限した。 First, the present inventors focused on suppressing the formation of a compound of Sn and Cu in the solder alloy and suppressing the deterioration of the wettability due to the oxidation of the molten solder as in the conventional case, and set the SnCuNi solder alloy to Ge. The basic composition was an alloy in which a small amount of solder was added. In this basic composition, the range of Cu content was limited in order to suppress thermal damage to the electronic device due to the rise in the liquidus temperature and to improve the strength of the solder joint. Further, the range of Ni content is also limited from the viewpoint that the growth suppressing effect of the SnCu compound by Ni is exhibited not only in the solder alloy but also at the bonding interface and a large amount of precipitation of the SnCuNi compound near the bonding interface is suppressed. ..

さらに、本発明者らは、SnCuNiGeはんだ合金にAsを含有するはんだ粉末について検討した。そして、このはんだ粉末を用いた場合にはんだペーストの経時変化を抑制する理由に着目し、As含有量を調査した。 Furthermore, the present inventors examined a solder powder containing As in a SnCuNiGe solder alloy. Then, focusing on the reason for suppressing the change with time of the solder paste when this solder powder was used, the As content was investigated.

はんだペーストの粘度が経時的に上昇する理由は、はんだ粉末とフラックスが反応するためであると考えられる。そして、特許文献2の表1実施例4と比較例2の結果を比較すると、As含有量が100質量ppmを超えた方が粘度上昇率が低い結果を示している。これらを鑑みると、ペーストの経時変化を抑制する効果(以下、適宜、「増粘抑制効果」と称する。)に着目した場合、As含有量をさらに増加させてもよいとも思われる。ただ、As含有量を増加した場合、As含有量に伴い増粘抑制効果がわずかに増加するものの、As含有量が増加した分に応じた増粘抑制効果が得られるわけではない。これは、はんだ合金の表面に濃化するAs量には限度があり、Asを所定量以上含有したとしても増粘抑制効果が発揮され難いはんだ合金内部のAs量が多くなるためであると考えられる。また、As含有量が多すぎると、はんだ合金のぬれ性が悪化することが確認された。 The reason why the viscosity of the solder paste increases with time is considered to be that the solder powder reacts with the flux. Comparing the results of Table 1 Example 4 and Comparative Example 2 of Patent Document 2, the result shows that the viscosity increase rate is lower when the As content exceeds 100 mass ppm. In view of these, when focusing on the effect of suppressing the change with time of the paste (hereinafter, appropriately referred to as "thickening suppressing effect"), it seems that the As content may be further increased. However, when the As content is increased, the thickening suppressing effect is slightly increased with the As content, but the thickening suppressing effect is not obtained according to the increase in the As content. It is considered that this is because the amount of As concentrated on the surface of the solder alloy is limited, and even if the amount of As is contained in a predetermined amount or more, the amount of As inside the solder alloy, which is difficult to exert the thickening suppressing effect, increases. Be done. It was also confirmed that if the As content is too large, the wettability of the solder alloy deteriorates.

そこで、本発明者らは、従来ではAs含有量が少なく増粘抑制効果が発揮されない範囲までAs含有量の範囲を広げた上で、Asの他に増粘抑制効果が発揮される元素を添加する必要があることに思い至り、種々の元素を調査した。その結果、偶然にも、Sb、BiおよびPbがAsと同様の効果を発揮する知見が得られた。この理由は定かではないが、以下のように推察される。 Therefore, the present inventors have expanded the range of As content to a range in which the As content is low and the thickening suppressing effect is not exhibited, and then add an element other than As that exhibits the thickening suppressing effect. Realizing that it was necessary to do so, I investigated various elements. As a result, by chance, it was found that Sb, Bi and Pb exert the same effect as As. The reason for this is not clear, but it can be inferred as follows.

増粘抑制効果はフラックスとの反応を抑制することにより発揮されることから、フラックスとの反応性が低い元素として、イオン化傾向が低い元素が挙げられる。一般に、合金のイオン化は、合金組成としてのイオン化傾向、すなわち標準電極電位で考える。例えば、Snに対して貴なAgを含むSnAg合金はSnよりもイオン化し難い。このため、Snよりも貴な元素を含有する合金はイオン化し難いことになり、はんだペーストの増粘抑制効果が高いと推察される。 Since the thickening suppressing effect is exerted by suppressing the reaction with the flux, an element having a low reactivity with the flux includes an element having a low ionization tendency. Generally, the ionization of an alloy is considered in terms of the ionization tendency as the alloy composition, that is, the standard electrode potential. For example, a SnAg alloy containing Ag, which is noble to Sn, is more difficult to ionize than Sn. Therefore, an alloy containing an element nobler than Sn is difficult to ionize, and it is presumed that the effect of suppressing thickening of the solder paste is high.

ここで、特許文献2では、Sn、Ag、Cuの他に、Bi、Sb、Zn、およびInが等価な元素として掲げられているが、イオン化傾向としては、InおよびZnはSnに対して卑な元素である。つまり、特許文献2にはSnより卑な元素を添加しても増粘抑制効果が得られることが記載されていることになる。このため、イオン化傾向に則して選定された元素を含有するはんだ合金は、特許文献2に記載のはんだ合金と比較して同等以上の増粘抑制効果が得られると考えられる。また、前述のように、As含有量が増加すると濡れ性が劣化してしまう。 Here, in Patent Document 2, in addition to Sn, Ag, and Cu, Bi, Sb, Zn, and In are listed as equivalent elements, but in terms of ionization tendency, In and Zn are base to Sn. Element. That is, Patent Document 2 describes that the thickening suppressing effect can be obtained even if an element lower than Sn is added. Therefore, it is considered that the solder alloy containing the element selected according to the ionization tendency can obtain the same or higher thickening suppressing effect as compared with the solder alloy described in Patent Document 2. Further, as described above, as the As content increases, the wettability deteriorates.

本発明者らは、増粘抑制効果を発揮するBiおよびPbについて詳細に調査した。BiおよびPbははんだ合金の液相線温度を下げるため、はんだ合金の加熱温度が一定である場合、はんだ合金の濡れ性を向上させる。ただ、含有量によっては固相線温度が著しく低下するため、液相線温度と固相線温度との温度差であるΔTが広くなりすぎる。ΔTが広くなりすぎると凝固時に偏析が生じてしまい、機械的強度等の機械的特性の低下に繋がってしまう。ΔTが広がる現象は、BiおよびPbを同時に添加した場合に顕著に表れることから、厳密な管理が必要であることも知見した。 The present inventors have investigated in detail Bi and Pb that exert an effect of suppressing thickening. Since Bi and Pb lower the liquidus temperature of the solder alloy, the wettability of the solder alloy is improved when the heating temperature of the solder alloy is constant. However, since the solidus temperature is significantly lowered depending on the content, ΔT, which is the temperature difference between the liquidus temperature and the solidus temperature, becomes too wide. If ΔT becomes too wide, segregation will occur during solidification, leading to deterioration of mechanical properties such as mechanical strength. It was also found that strict control is necessary because the phenomenon that ΔT spreads remarkably appears when Bi and Pb are added at the same time.

さらに、本発明者らは、はんだ合金の濡れ性を向上させるため、Bi含有量およびPb含有量を再調査したが、これらの元素の含有量が増加するとΔTが広くなった。そこで、本発明者らは、イオン化傾向がSnに対して貴な元素であるとともにはんだ合金の濡れ性を改善する元素としてSbを選択してSb含有量の許容範囲を定めた上で、Sbを含めたAs、Bi、Pb、およびSbの各々の含有量に関する関係を詳細に調査した。その結果、偶然にも、上述のすべての構成元素の含有量が所定の範囲内であるとともに、As、Bi、Pb、およびSbの含有量が所定の関係式を満たす場合、接合界面でのSnCu化合物の成長が抑制されるとともに、接合界面近傍でのSnCuNi化合物の形成が抑制され、かつ、優れた増粘抑制効果、濡れ性、およびΔTの狭窄化のすべてにおいて実用上問題ない程度である知見が得られ、本発明は完成された。 Furthermore, the present inventors re-examined the Bi content and the Pb content in order to improve the wettability of the solder alloy, but as the content of these elements increased, ΔT became wider. Therefore, the present inventors select Sb as an element whose ionization tendency is noble with respect to Sn and improve the wettability of the solder alloy, determine the allowable range of the Sb content, and then determine Sb. The relationship regarding the content of each of As, Bi, Pb, and Sb included was investigated in detail. As a result, by chance, when the contents of all the above-mentioned constituent elements are within a predetermined range and the contents of As, Bi, Pb, and Sb satisfy a predetermined relational expression, SnCu at the bonding interface Findings that the growth of the compound is suppressed, the formation of the SnCuNi compound in the vicinity of the bonding interface is suppressed, and there is no practical problem in all of the excellent thickening suppressing effect, wettability, and narrowing of ΔT. Was obtained, and the present invention was completed.

これらの知見により得られた本発明は次の通りである。
(1)Cu:0.55〜0.75質量%、Ni:0.0350〜0.0600質量%、Ge:0.0035〜0.0200質量%、As:25〜300質量ppm、並びにSb:0〜3000質量ppm、Bi:0〜10000質量ppm、およびPb:0〜5100質量ppmの少なくとも1種、並びに残部がSnからなる合金組成を有し、下記(1)式および(2)式を満たすことを特徴とするはんだ合金。
The present invention obtained from these findings is as follows.
(1) Cu: 0.55 to 0.75% by mass, Ni: 0.0350 to 0.0600% by mass, Ge: 0.0035 to 0.0200% by mass, As: 25 to 300% by mass, and Sb: It has an alloy composition consisting of at least one of 0 to 3000 mass ppm, Bi: 0 to 10000 mass ppm, and Pb: 0 to 5100 mass ppm, and the balance of Sn, and the following equations (1) and (2) are used. A solder alloy characterized by filling.

275≦2As+Sb+Bi+Pb (1)
0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (2)
上記(1)式および(2)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb (1)
0.01 ≦ (2As + Sb) / (Bi + Pb) ≦ 10.00 (2)
In the above equations (1) and (2), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.

(2)更に、合金組成は下記(1a)式を満たす、上記(1)に記載のはんだ合金。
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦25200 (1a)
上記(1a)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
(2) Further, the solder alloy according to (1) above, wherein the alloy composition satisfies the following formula (1a).
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb ≦ 25200 (1a)
In the above formula (1a), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.

(3)更に、合金組成は下記(1b)式を満たす、上記(1)に記載のはんだ合金。
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦5300 (1b)
上記(1b)式中、As、Bi、およびPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
(3) Further, the solder alloy according to (1) above, wherein the alloy composition satisfies the following formula (1b).
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb ≦ 5300 (1b)
In the above formula (1b), As, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.

(4)更に、合金組成は下記(2a)式を満たす、上記(1)〜上記(3)のいずれか1項に記載のはんだ合金。
0.31≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (2a)
上記(2a)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
(4) The solder alloy according to any one of (1) to (3) above, wherein the alloy composition satisfies the following formula (2a).
0.31 ≦ (2As + Sb) / (Bi + Pb) ≦ 10.00 (2a)
In the above formula (2a), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.

(5)更に、合金組成は、Ag:0〜4質量%を含有する、上記(1)〜上記(4)のいずれか1項に記載のはんだ合金。
(6)上記(1)〜上記(5)のいずれか1項に記載のはんだ合金を有するはんだ粉末。
(5) The solder alloy according to any one of (1) to (4) above, wherein the alloy composition further contains Ag: 0 to 4% by mass.
(6) A solder powder having the solder alloy according to any one of (1) to (5) above.

(7)上記(6)に記載のはんだ粉末を有するはんだペースト。
(8)上記(1)〜上記(5)のいずれか1項に記載のはんだ合金を有するはんだ継手。
(7) A solder paste having the solder powder according to (6) above.
(8) A solder joint having the solder alloy according to any one of (1) to (5) above.

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「ppm」は、特に指定しない限り「質量ppm」である。「%」は、特に指定しない限り「質量%」である。 The present invention will be described in more detail below. In the present specification, "ppm" relating to the solder alloy composition is "mass ppm" unless otherwise specified. “%” Is “mass%” unless otherwise specified.

1. 合金組成
(1) Cu:0.55〜0.75%
Cuは、一般的なはんだ合金で使用されており、はんだ継手の接合強度を向上させる元素である。また、CuはSnに対して貴な元素であり、Asと共存することによりAsの増粘抑制効果を助長する。Cuが0.55%未満の場合には、はんだ継手の強度が向上しない。Cu含有量の下限は0.55%以上であり、好ましくは0.55%超えであり、より好ましくは0.60%以上である。一方、Cu含有量が0.75%を超えるとはんだ合金の融点が上昇し、電子部品に熱的損傷を与えてしまう。Cu含有量の上限は0.75%以下であり、好ましくは0.75%未満であり、より好ましくは0.70%以下である。
1. 1. Alloy composition (1) Cu: 0.55 to 0.75%
Cu is used in general solder alloys and is an element that improves the joint strength of solder joints. Further, Cu is a noble element with respect to Sn, and when it coexists with As, it promotes the thickening suppressing effect of As. If Cu is less than 0.55%, the strength of the solder joint will not improve. The lower limit of the Cu content is 0.55% or more, preferably 0.55% or more, and more preferably 0.60% or more. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.75%, the melting point of the solder alloy rises, causing thermal damage to electronic components. The upper limit of the Cu content is 0.75% or less, preferably less than 0.75%, and more preferably 0.70% or less.

(2) Ni:0.0350〜0.0600%
Niは、CuSnやCuSnなどの金属間化合物が接合界面で成長することを抑制する元素である。Ni含有量が0.0350%未満の場合、これらの金属間化合物が成長してはんだ継手の機械的強度が劣化する。Ni含有量の下限は0.0350%以上であり、好ましくは0.0350%超えであり、より好ましくは0.0400%以上である。一方、Ni含有量が0.0600%を超えるとはんだ合金中の接合界面近傍においてSnCuNi化合物が多量に析出してはんだ継手の機械的強度が劣化する。Ni含有量の上限は0.0600%以下であり、好ましくは0.0600%未満であり、より好ましくは0.0550%以下である。
(2) Ni: 0.0350 to 0.0600%
Ni is an element that suppresses the growth of intermetallic compounds such as Cu 3 Sn and Cu 6 Sn 5 at the bonding interface. When the Ni content is less than 0.0350%, these intermetallic compounds grow and the mechanical strength of the solder joint deteriorates. The lower limit of the Ni content is 0.0350% or more, preferably 0.0350% or more, and more preferably 0.0400% or more. On the other hand, when the Ni content exceeds 0.0600%, a large amount of SnCuNi compound is precipitated in the vicinity of the bonding interface in the solder alloy, and the mechanical strength of the solder joint deteriorates. The upper limit of the Ni content is 0.0600% or less, preferably less than 0.0600%, and more preferably 0.0550% or less.

(3) Ge:0.0035〜0.0200%
Geははんだ合金の酸化を抑制してはんだ合金の変色や濡れ性の劣化を防ぐとともに、Fe由来のドロスの発生を抑える元素である。Ge含有量が0.0035%未満の場合、はんだ合金の変色や濡れ性の劣化が発生する。Ge含有量の下限は、0.0035%以上であり、好ましくは0.0040%以上であり、より好ましくは0.0050%以上であり、さらに好ましくは0.0080%以上である。一方、Ge含有量が0.0200%を超えると、はんだ合金の表面に多量の酸化物が析出するために濡れ性が悪化し、これに伴いはんだ継手の機械的強度が劣化する。Ge含有量の上限は0.0200%以下であり、好ましくは0.0200%未満であり、さらに好ましくは0.0150%以下であり、特に好ましくは0.0120%以下である。
(3) Ge: 0.0035-0.0200%
Ge is an element that suppresses the oxidation of the solder alloy, prevents discoloration of the solder alloy and deterioration of wettability, and suppresses the generation of dross derived from Fe. When the Ge content is less than 0.0035%, discoloration of the solder alloy and deterioration of wettability occur. The lower limit of the Ge content is 0.0035% or more, preferably 0.0040% or more, more preferably 0.0050% or more, and further preferably 0.0080% or more. On the other hand, if the Ge content exceeds 0.0200%, a large amount of oxides are deposited on the surface of the solder alloy, resulting in deterioration of wettability, and accordingly, the mechanical strength of the solder joint is deteriorated. The upper limit of the Ge content is 0.0200% or less, preferably less than 0.0200%, more preferably 0.0150% or less, and particularly preferably 0.0120% or less.

(4) As:25〜300ppm
Asは、はんだペーストの粘度の経時変化を抑制することができる元素である。Asは、フラックスとの反応性が低く、またSnに対して貴な元素であるために増粘抑制効果を発揮することができると推察される。Asが25ppm未満であると、増粘抑制効果を十分に発揮することができない。As含有量の下限は25ppm以上であり、好ましくは25ppm超えであり、より好ましくは50ppm以上であり、さらに好ましくは100ppm以上である。一方、Asが多すぎるとはんだ合金の濡れ性が劣化する。As含有量の上限は300ppm以下であり、好ましくは300ppm未満であり、より好ましくは250ppm以下であり、さらに好ましくは200ppm以下であり、特に好ましくは150ppm以下である。
(4) As: 25 to 300 ppm
As is an element capable of suppressing a change in the viscosity of the solder paste over time. It is presumed that As has low reactivity with flux and is a noble element for Sn, so that it can exert an effect of suppressing thickening. If As is less than 25 ppm, the thickening suppressing effect cannot be sufficiently exerted. The lower limit of the As content is 25 ppm or more, preferably 25 ppm or more, more preferably 50 ppm or more, and further preferably 100 ppm or more. On the other hand, if the amount of As is too large, the wettability of the solder alloy deteriorates. The upper limit of the As content is 300 ppm or less, preferably less than 300 ppm, more preferably 250 ppm or less, further preferably 200 ppm or less, and particularly preferably 150 ppm or less.

(5) Sb:0〜3000ppm、Bi:0〜10000ppm、およびPb:0〜5100ppmの少なくとも1種
Sbは、フラックスとの反応性が低く増粘抑制効果を示す元素である。本発明に係るはんだ合金がSbを含有する場合、Sb含有量の下限は0%以上であり、好ましくは0ppm超えであり、より好ましくは25ppm以上であり、さらに好ましくは50ppm以上であり、特に好ましくは100ppm以上であり、最も好ましくは200ppm以上である。一方、Sb含有量が多すぎると、濡れ性が劣化するため、適度な含有量にする必要がある。Sb含有量の上限は3000ppm以下であり、好ましくは1150ppm以下であり、より好ましくは500ppm以下である。
(5) At least one kind Sb having Sb: 0 to 3000 ppm, Bi: 0 to 10000 ppm, and Pb: 0 to 5100 ppm is an element having low reactivity with flux and exhibiting a thickening suppressing effect. When the solder alloy according to the present invention contains Sb, the lower limit of the Sb content is 0% or more, preferably more than 0 ppm, more preferably 25 ppm or more, still more preferably 50 ppm or more, and particularly preferably. Is 100 ppm or more, and most preferably 200 ppm or more. On the other hand, if the Sb content is too large, the wettability deteriorates, so it is necessary to set the content to an appropriate level. The upper limit of the Sb content is 3000 ppm or less, preferably 1150 ppm or less, and more preferably 500 ppm or less.

BiおよびPbは、Sbと同様に、フラックスとの反応性が低く増粘抑制効果を示す元素である。また、BiおよびPbは、はんだ合金の液相線温度を下げるとともに溶融はんだの粘性を低減させるため、Asによる濡れ性の劣化を抑えることができる元素である。 Like Sb, Bi and Pb are elements that have low reactivity with flux and exhibit an effect of suppressing thickening. Further, Bi and Pb are elements that can suppress deterioration of wettability due to As because the liquidus temperature of the solder alloy is lowered and the viscosity of the molten solder is reduced.

Sb、BiおよびPbの少なくとも1元素が存在すれば、Asによる濡れ性の劣化を抑えることができる。本発明に係るはんだ合金がBiを含有する場合、Bi含有量の下限は0%以上であり、好ましくは0ppm超えであり、より好ましくは25ppm以上であり、さらに好ましくは50ppm以上であり、よりさらに好ましくは75ppm以上であり、特に好ましくは100ppm以上であり、最も好ましくは200ppm以上である。本発明に係るはんだ合金がPbを含有する場合、Pb含有量の下限は0%以上であり、好ましくは0ppm超えであり、より好ましくは25ppm以上であり、さらに好ましくは50ppm以上であり、よりさらに好ましくは75ppm以上であり、特に好ましくは100ppm以上であり、最も好ましくは200ppm以上である。 If at least one element of Sb, Bi and Pb is present, deterioration of wettability due to As can be suppressed. When the solder alloy according to the present invention contains Bi, the lower limit of the Bi content is 0% or more, preferably more than 0 ppm, more preferably 25 ppm or more, still more preferably 50 ppm or more, and even more. It is preferably 75 ppm or more, particularly preferably 100 ppm or more, and most preferably 200 ppm or more. When the solder alloy according to the present invention contains Pb, the lower limit of the Pb content is 0% or more, preferably more than 0 ppm, more preferably 25 ppm or more, still more preferably 50 ppm or more, and even more. It is preferably 75 ppm or more, particularly preferably 100 ppm or more, and most preferably 200 ppm or more.

一方、これらの元素の含有量が多すぎると、固相線温度が著しく低下するため、液相線温度と固相線温度との温度差であるΔTが広くなりすぎる。ΔTが広すぎると、溶融はんだの凝固過程において、BiやPbの含有量が少ない高融点の結晶相が析出するために液相のBiやPbが濃縮される。その後、さらに溶融はんだの温度が低下すると、BiやPbの濃度が高い低融点の結晶相が偏析してしまう。このため、はんだ合金の機械的強度等が劣化し、信頼性が劣ることになる。特に、Bi濃度が高い結晶相は硬くて脆いため、はんだ合金中で偏析すると信頼性が著しく低下する。 On the other hand, if the content of these elements is too large, the solidus temperature is remarkably lowered, so that ΔT, which is the temperature difference between the liquidus temperature and the solidus temperature, becomes too wide. If ΔT is too wide, the liquid phase Bi and Pb will be concentrated because a high melting point crystal phase having a low content of Bi and Pb is precipitated in the solidification process of the molten solder. After that, when the temperature of the molten solder is further lowered, the low melting point crystal phase having a high concentration of Bi and Pb is segregated. Therefore, the mechanical strength and the like of the solder alloy are deteriorated, and the reliability is deteriorated. In particular, since the crystal phase having a high Bi concentration is hard and brittle, segregation in the solder alloy significantly lowers the reliability.

このような観点から、本発明に係るはんだ合金がBiを含有する場合、Bi含有量の上限は10000ppm以下であり、好ましくは1000ppm以下であり、より好ましくは600ppm以下であり、さらに好ましくは500ppm以下である。本発明に係るはんだ合金がPbを含有する場合、Pb含有量の上限は5100ppm以下であり、好ましくは5000ppm以下であり、より好ましくは1000ppm以下であり、さらに好ましくは850ppm以下であり、特に好ましくは500ppm以下である。 From such a viewpoint, when the solder alloy according to the present invention contains Bi, the upper limit of the Bi content is 10,000 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, more preferably 600 ppm or less, and further preferably 500 ppm or less. Is. When the solder alloy according to the present invention contains Pb, the upper limit of the Pb content is 5100 ppm or less, preferably 5000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less, still more preferably 850 ppm or less, and particularly preferably. It is 500 ppm or less.

(6) (1)式
本発明に係るはんだ合金は、下記(1)式を満たす必要がある。
275≦2As+Sb+Bi+Pb (1)
上記(1)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々合金組成での含有量(ppm)を表す。
(6) Equation (1) The solder alloy according to the present invention must satisfy the following equation (1).
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb (1)
In the above formula (1), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (ppm) in the alloy composition.

As、Sb、BiおよびPbは、いずれも増粘抑制効果を示す元素である。これらの合計が275以上である必要がある。(1)式中、As含有量を2倍にしたのは、AsがSbやBiやPbと比較して増粘抑制効果が高いためである。 As, Sb, Bi and Pb are all elements that have an effect of suppressing thickening. The total of these needs to be 275 or more. In the formula (1), the As content is doubled because As has a higher effect of suppressing thickening than Sb, Bi and Pb.

(1)式が275未満であると、増粘抑制効果が十分に発揮されない。(1)式の下限は275以上であり、好ましくは350以上であり、より好ましくは1200以上である。一方、(1)の上限は、増粘抑制効果の観点では特に限定されることはないが、ΔTを適した範囲にする観点から、好ましくは25200以下であり、より好ましくは10200以下であり、さらに好ましくは5300以下であり、特に好ましくは3800以下である。 If the formula (1) is less than 275, the thickening suppressing effect is not sufficiently exhibited. The lower limit of the equation (1) is 275 or more, preferably 350 or more, and more preferably 1200 or more. On the other hand, the upper limit of (1) is not particularly limited from the viewpoint of the thickening suppressing effect, but is preferably 25200 or less, more preferably 10200 or less, from the viewpoint of setting ΔT in a suitable range. It is more preferably 5300 or less, and particularly preferably 3800 or less.

上記好ましい態様の中から上限および下限を適宜選択したものが、下記(1a)式および(1b)式である。
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦25200 (1a)
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦5300 (1b)
上記(1a)および(1b)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
The following equations (1a) and (1b) are those in which the upper limit and the lower limit are appropriately selected from the above preferred embodiments.
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb ≦ 25200 (1a)
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb ≦ 5300 (1b)
In the above formulas (1a) and (1b), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.

(7) (2)式
本発明に係るはんだ合金は、下記(2)式を満たす必要がある。
0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (2)
上記(2)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
(7) Equation (2) The solder alloy according to the present invention must satisfy the following equation (2).
0.01 ≦ (2As + Sb) / (Bi + Pb) ≦ 10.00 (2)
In the above formula (2), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.

AsおよびSbは含有量が多いとはんだ合金の濡れ性が劣化する。一方、BiおよびPbは、Asを含有することによる濡れ性の劣化を抑制するが、含有量が多すぎるとΔTが上昇してしまうため、厳密な管理が必要である。特に、BiおよびPbを同時に含有する合金組成では、ΔTが上昇しやすい。これらを鑑みると、BiおよびPbの含有量を増加させて過度に濡れ性を向上させようとするとΔTが広がってしまう。一方、AsやSbの含有量を増加させて増粘抑制効果を向上させようとすると濡れ性が劣化してしまう。そこで、本発明では、AsおよびSbのグループ、BiおよびPbのグループに分け、両グループの合計量が適正な所定の範囲内である場合に、増粘抑制効果、ΔTの狭窄化、および濡れ性のすべてが同時に満たされるのである。 If the contents of As and Sb are large, the wettability of the solder alloy deteriorates. On the other hand, Bi and Pb suppress the deterioration of wettability due to the inclusion of As, but if the content is too large, ΔT increases, so strict control is required. In particular, in an alloy composition containing Bi and Pb at the same time, ΔT tends to increase. In view of these, if the contents of Bi and Pb are increased to excessively improve the wettability, ΔT will spread. On the other hand, if the content of As and Sb is increased to improve the effect of suppressing thickening, the wettability is deteriorated. Therefore, in the present invention, the group is divided into As and Sb groups, Bi and Pb groups, and when the total amount of both groups is within an appropriate predetermined range, the thickening suppressing effect, ΔT narrowing, and wettability Are all satisfied at the same time.

(2)式が0.01未満であると、BiおよびPbの含有量の合計がAsおよびSbの含有量の合計と比較して相対的に多くなるため、ΔTが広がってしまう。(2)式の下限は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0.41以上であり、さらに好ましくは0.90以上であり、特に好ましくは1.00以上であり、最も好ましくは1.40以上である。一方、(2)式が10.00を超えると、AsおよびSbの含有量の合計がBiおよびPbの含有量の合計より相対的に多くなるため、濡れ性が劣化してしまう。(2)の上限は10.00以下であり、好ましくは5.33以下であり、より好ましくは4.50以下であり、さらに好ましくは4.18以下であり、さらにより好ましくは2.67以下であり、特に好ましくは2.30以下である。 If the equation (2) is less than 0.01, the total content of Bi and Pb is relatively large as compared with the total content of As and Sb, so that ΔT spreads. The lower limit of the equation (2) is 0.01 or more, preferably 0.02 or more, more preferably 0.41 or more, further preferably 0.90 or more, and particularly preferably 1.00 or more. Most preferably, it is 1.40 or more. On the other hand, when the equation (2) exceeds 10.00, the total content of As and Sb becomes relatively larger than the total content of Bi and Pb, so that the wettability deteriorates. The upper limit of (2) is 10.00 or less, preferably 5.33 or less, more preferably 4.50 or less, still more preferably 4.18 or less, and even more preferably 2.67 or less. It is particularly preferably 2.30 or less.

なお、(2)式の分母は「Bi+Pb」であり、これらを含有しないと(2)式が成立しない。すなわち、本発明に係るはんだ合金は、BiおよびPbの少なくとも1種を必ず含有することになる。BiおよびPbを含有しない合金組成は、前述のように、濡れ性が劣る。 The denominator of Eq. (2) is "Bi + Pb", and Eq. (2) cannot be established unless these are included. That is, the solder alloy according to the present invention always contains at least one of Bi and Pb. The alloy composition containing no Bi and Pb is inferior in wettability as described above.

上記好ましい態様の中から上限および下限を適宜選択したものが、下記(2a)式である。
0.31≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (2a)
上記(2a)式中、BiおよびPbは各々合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
The following equation (2a) is obtained by appropriately selecting the upper limit and the lower limit from the above preferred embodiments.
0.31 ≦ (2As + Sb) / (Bi + Pb) ≦ 10.00 (2a)
In the above formula (2a), Bi and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.

(8) Ag:0〜4%
Agは、結晶界面にAgSnを形成してはんだ合金の信頼性を向上させることができる任意元素である。また、Agはイオン化傾向がSnに対して貴な元素であり、As、Pb、およびBiと共存することによりこれらの増粘抑制効果を助長する。さらに、Agが4%以下であるためにΔTの上昇が十分に抑制される。Ag含有量は好ましくは0〜4%であり、より好ましくは0.5〜3.5%であり、さらに好ましくは1.0〜3.0%である。
(8) Ag: 0-4%
Ag is an optional element capable of forming Ag 3 Sn at the crystal interface to improve the reliability of the solder alloy. In addition, Ag is an element whose ionization tendency is noble with respect to Sn, and when it coexists with As, Pb, and Bi, it promotes the effect of suppressing thickening. Furthermore, since Ag is 4% or less, the increase in ΔT is sufficiently suppressed. The Ag content is preferably 0 to 4%, more preferably 0.5 to 3.5%, and even more preferably 1.0 to 3.0%.

(9) (3)式
10.83≦Cu/Ni≦18.57 (3)
上記(3)式中、CuおよびNiは、各々合金組成の含有量(質量%)を表す。
本発明に係るはんだ合金は、各構成元素の含有量が上述の範囲内である上で、さらに、CuおよびNiが上記(3)式を満たすことが望ましい。はんだ合金は各構成元素が独自に機能するのではなく、各構成元素の含有量がすべて所定の範囲である場合に、初めて種々の効果を発揮することができる。CuとNiは平衡状態図において全率固溶の関係にあるため、接合界面でのSnCu化合物の成長抑制やSnCuNi化合物の形成抑制に大きく寄与する。したがって、本発明では、各構成元素の含有量が上述の範囲であることに加えて、更にCuおよびNiが所定の関係を満たすことにより、本発明の効果を更に十分に発揮することができる。
(3)式は10.83〜18.57であることが好ましく、11.0〜15.0であることがより好ましい。
(9) Equation 10.83 ≤ Cu / Ni ≤ 18.57 (3)
In the above formula (3), Cu and Ni each represent the content (mass%) of the alloy composition.
In the solder alloy according to the present invention, it is desirable that the content of each constituent element is within the above range and that Cu and Ni satisfy the above formula (3). The solder alloy does not function independently of each constituent element, but can exhibit various effects only when the contents of each constituent element are all within a predetermined range. Since Cu and Ni have a total solid solution relationship in the equilibrium phase diagram, they greatly contribute to the suppression of the growth of the SnCu compound and the suppression of the formation of the SnCuNi compound at the bonding interface. Therefore, in the present invention, in addition to the content of each constituent element being in the above range, the effect of the present invention can be more fully exhibited by further satisfying a predetermined relationship between Cu and Ni.
The formula (3) is preferably 10.83 to 18.57, more preferably 11.0 to 15.0.

(10)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。
(10) Remaining: Sn
The rest of the solder alloy according to the present invention is Sn. In addition to the above-mentioned elements, unavoidable impurities may be contained. Even if it contains unavoidable impurities, it does not affect the above-mentioned effects.

2.はんだ粉末
本発明に係るはんだ粉末は、後述するはんだペーストに使用され、球状粉末であることが好ましい。球状粉末であることによりはんだ合金の流動性が向上する。本発明に係るはんだ粉末は、JIS Z 3284−1:2014における粉末サイズの分類(表2)において記号1〜8を満たすサイズ(粒度分布)を満たしていることが好ましい。より好ましくは記号4〜8を満たすサイズ(粒度分布)であり、さらに好ましくは記号5〜8を満たすサイズ(粒度分布)である。粒径がこの条件を満たすと、粉末の表面積が大きすぎず粘度の上昇が抑制され、また、微細粉末の凝集が抑制されて粘度の上昇が抑えられることがある。このため、より微細な部品へのはんだ付けが可能となる。
2. 2. Solder powder The solder powder according to the present invention is used for a solder paste described later, and is preferably a spherical powder. The spherical powder improves the fluidity of the solder alloy. The solder powder according to the present invention preferably satisfies a size (particle size distribution) satisfying symbols 1 to 8 in the powder size classification (Table 2) in JIS Z 3284-1: 2014. A size satisfying the symbols 4 to 8 (particle size distribution) is more preferable, and a size satisfying the symbols 5 to 8 (particle size distribution) is more preferable. When the particle size satisfies this condition, the surface area of the powder is not too large and the increase in viscosity is suppressed, and the aggregation of the fine powder is suppressed and the increase in viscosity may be suppressed. Therefore, it is possible to solder to finer parts.

はんだ粉末の真球度は0.90以上が好ましく、0.95以上がより好ましく、0.99以上が最も好ましい。本発明において、球状粉末の真球度は、最小領域中心法(MZC法)を用いるCNC画像測定システム(ミツトヨ社製のウルトラクイックビジョンULTRA QV350−PRO測定装置)を使用して測定する。本発明において、真球度とは真球からのずれを表し、例えば500個の各ボールの直径を長径で割った際に算出される算術平均値であり、値が上限である1.00に近いほど真球に近いことを表す。 The sphericity of the solder powder is preferably 0.90 or more, more preferably 0.95 or more, and most preferably 0.99 or more. In the present invention, the sphericity of the spherical powder is measured using a CNC image measuring system (Ultra Quick Vision ULTRA QV350-PRO measuring device manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.) using the minimum region center method (MZC method). In the present invention, the sphericity represents the deviation from the sphere, for example, the arithmetic mean value calculated when the diameter of each of 500 balls is divided by the major axis, and the value is 1.00, which is the upper limit. The closer it is, the closer it is to a true sphere.

3.はんだペースト
本発明に係るはんだペーストは、前述のはんだ粉末、およびフラックスを含有する。
3. 3. Solder paste The solder paste according to the present invention contains the above-mentioned solder powder and flux.

(1)フラックスの成分
はんだペーストに使用されるフラックスは、有機酸、アミン、アミンハロゲン化水素酸塩、有機ハロゲン化合物、チキソ剤、ロジン、溶剤、界面活性剤、ベース剤、高分子化合物、シランカップリング剤、着色剤の何れか、または2つ以上の組み合わせで構成される。
(1) Flux components Flux used in solder paste is organic acid, amine, amine hydrohalide, organic halogen compound, thixo agent, rosin, solvent, surfactant, base agent, polymer compound, silane. It is composed of either a coupling agent or a colorant, or a combination of two or more.

有機酸としては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ダイマー酸、プロピオン酸、2,2−ビスヒドロキシメチルプロピオン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリコール酸、ジグリコール酸、チオグリコール酸、ジチオグリコール酸、ステアリン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸等が挙げられる。 Organic acids include succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, dimer acid, propionic acid, 2,2-bishydroxymethylpropionic acid, tartaric acid, malic acid, glycolic acid, Examples thereof include diglycolic acid, thioglycolic acid, dithioglycolic acid, stearic acid, 12-hydroxystearic acid, palmitic acid, oleic acid and the like.

アミンとしては、エチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、2−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4−ジアミノ−6−[2′−メチルイミダゾリル−(1′)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2′−ウンデシルイミダゾリル−(1′)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2′−エチル−4′−メチルイミダゾリル−(1′)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2′−メチルイミダゾリル−(1′)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物、2−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2,3−ジヒドロ−1H−ピロロ[1,2−a]ベンズイミダゾール、1−ドデシル−2−メチル−3−ベンジルイミダゾリウムクロライド、2−メチルイミダゾリン、2−フェニルイミダゾリン、2,4−ジアミノ−6−ビニル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−ビニル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物、2,4−ジアミノ−6−メタクリロイルオキシエチル−s−トリアジン、エポキシ−イミダゾールアダクト、2−メチルベンゾイミダゾール、2−オクチルベンゾイミダゾール、2−ペンチルベンゾイミダゾール、2−(1−エチルペンチル)ベンゾイミダゾール、2−ノニルベンゾイミダゾール、2−(4−チアゾリル)ベンゾイミダゾール、ベンゾイミダゾール、2−(2′−ヒドロキシ−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′,5′−ジ−tert−アミルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−5′−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2,2′−メチレンビス[6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−tert−オクチルフェノール]、6−(2−ベンゾトリアゾリル)−4−tert−オクチル−6′−tert−ブチル−4′−メチル−2,2′−メチレンビスフェノール、1,2,3−ベンゾトリアゾール、1−[N,N−ビス(2−エチルヘキシル)アミノメチル]ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、1−[N,N−ビス(2−エチルヘキシル)アミノメチル]メチルベンゾトリアゾール、2,2′−[[(メチル−1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)メチル]イミノ]ビスエタノール、1−(1′,2′−ジカルボキシエチル)ベンゾトリアゾール、1−(2,3−ジカルボキシプロピル)ベンゾトリアゾール、1−[(2−エチルヘキシルアミノ)メチル]ベンゾトリアゾール、2,6−ビス[(1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)メチル]−4−メチルフェノール、5−メチルベンゾトリアゾール、5−フェニルテトラゾール等が挙げられる。 Examples of amines include ethylamine, triethylamine, ethylenediamine, triethylenetetramine, 2-methylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole and 2-phenyl. Imidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole, 1- Cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecyl imidazolium trimerite, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazolium trimerite, 2,4 -Diamino-6- [2'-methylimidazolyl- (1')]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6- [2'-undecylimidazolyl- (1')]-ethyl-s- Triazine, 2,4-diamino-6- [2'-ethyl-4'-methylimidazolyl- (1')]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6- [2'-methylimidazolyl- (1') 1')]-Ethyl-s-triazine isocyanuric acid adduct, 2-phenylimidazole isocyanuric acid adduct, 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole, 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, 2,3-dihydro-1H-pyrrolo [1,2-a] benzimidazole, 1-dodecyl-2-methyl-3-benzylimidazolium chloride, 2-methylimidazoline, 2-phenylimidazoline, 2,4-diamino- 6-vinyl-s-triazine, 2,4-diamino-6-vinyl-s-triazine isocyanuric acid adduct, 2,4-diamino-6-methacryloyloxyethyl-s-triazine, epoxy-imidazole adduct, 2-methyl Benzoimidazole, 2-octylbenzoimidazole, 2-pentylbenzoimidazole, 2- (1-ethylpentyl) benzoimidazole, 2-nonylbenzoimidazole, 2- (4-thiazolyl) benzoimidazole, 2- (2') -Hydroxy-5'-methylphenyl) benzotriazole, 2- (2'-hydroxy-3'-tert-butyl-5'-methylphenyl) -5-chlorobe Nzotriazole, 2- (2'-hydroxy-3', 5'-di-tert-amylphenyl) benzotriazole, 2- (2'-hydroxy-5'-tert-octylphenyl) benzotriazole, 2,2 ′ -Methylenebis [6- (2H-benzotriazole-2-yl) -4-tert-octylphenol], 6- (2-benzotriazolyl) -4-tert-octyl-6 ′-tert-butyl-4 ′ -Methyl-2,2'-methylenebisphenol, 1,2,3-benzotriazole, 1- [N, N-bis (2-ethylhexyl) aminomethyl] benzotriazole, carboxybenzotriazole, 1- [N, N- Bis (2-ethylhexyl) aminomethyl] methylbenzotriazole, 2,2'-[[(methyl-1H-benzotriazole-1-yl) methyl] imino] bisethanol, 1- (1', 2'-dicarboxy Ethyl) benzotriazole, 1- (2,3-dicarboxypropyl) benzotriazole, 1-[(2-ethylhexylamino) methyl] benzotriazole, 2,6-bis [(1H-benzotriazole-1-yl) methyl) ] -4-Methylphenol, 5-methylbenzotriazole, 5-phenyltetrazole and the like can be mentioned.

アミンハロゲン化水素酸塩は、アミンとハロゲン化水素を反応させた化合物であり、アミンとしては、エチルアミン、エチレンジアミン、トリエチルアミン、ジフェニルグアニジン、ジトリルグアニジン、メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール等が挙げられ、ハロゲン化水素としては、塩素、臭素、ヨウ素の水素化物が挙げられる。 Amine halides are compounds obtained by reacting amines with hydrogen halides, and examples of amines include ethylamine, ethylenediamine, triethylamine, diphenylguanidine, ditrilguanidine, methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole and the like. Examples of hydrogen halides include hydrides of chlorine, bromine, and iodine.

有機ハロゲン化合物としては、trans−2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール、トリアリルイソシアヌレート6臭化物、1−ブロモ−2−ブタノール、1−ブロモ−2−プロパノール、3−ブロモ−1−プロパノール、3−ブロモ−1,2−プロパンジオール、1,4−ジブロモ−2−ブタノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノール、2,3−ジブロモ−1−プロパノール、2,3−ジブロモ−1,4−ブタンジオール、2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール等が挙げられる。 Examples of the organic halogen compound include trans-2,3-dibromo-2-butane-1,4-diol, triallyl isocyanurate hexabromide, 1-bromo-2-butanol, 1-bromo-2-propanol and 3-bromo. -1-propanol, 3-bromo-1,2-propanediol, 1,4-dibromo-2-butanol, 1,3-dibromo-2-propanol, 2,3-dibromo-1-propanol, 2,3- Examples thereof include dibromo-1,4-butanediol and 2,3-dibromo-2-butene-1,4-diol.

チキソ剤としては、ワックス系チキソ剤、アマイド系チキソ剤、ソルビトール系チキソ剤等が挙げられる。ワックス系チキソ剤としては例えばヒマシ硬化油等が挙げられる。アマイド系チキソ剤としては、モノアマイド系チキソ剤、ビスアマイド系チキソ剤、ポリアマイド系チキソ剤が挙げられ、具体的には、ラウリン酸アマイド、パルミチン酸アマイド、ステアリン酸アマイド、ベヘン酸アマイド、ヒドロキシステアリン酸アマイド、飽和脂肪酸アマイド、オレイン酸アマイド、エルカ酸アマイド、不飽和脂肪酸アマイド、p−トルエンメタンアマイド、芳香族アマイド、メチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスラウリン酸アマイド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アマイド、飽和脂肪酸ビスアマイド、メチレンビスオレイン酸アマイド、不飽和脂肪酸ビスアマイド、m−キシリレンビスステアリン酸アマイド、芳香族ビスアマイド、飽和脂肪酸ポリアマイド、不飽和脂肪酸ポリアマイド、芳香族ポリアマイド、置換アマイド、メチロールステアリン酸アマイド、メチロールアマイド、脂肪酸エステルアマイド等が挙げられる。ソルビトール系チキソ剤としては、ジベンジリデン−D−ソルビトール、ビス(4−メチルベンジリデン)−D−ソルビトール等が挙げられる。 Examples of the thixotropy include wax-based thixotropy, amide-based thixotropy, and sorbitol-based thixotropy. Examples of the wax-based thixotropy include castor oil and the like. Examples of the amide-based thixo agent include monoamide-based thixo agent, bisamide-based thixo agent, and polyamide-based thixo agent. , Saturated fatty acid amide, oleic acid amide, erucic acid amide, unsaturated fatty acid amide, p-toluenemethane amide, aromatic amide, methylene bisstearic acid amide, ethylene bislauric acid amide, ethylene bishydroxystearic acid amide, saturated fatty acid bis amide , Methylenebisoleic acid amide, unsaturated fatty acid bisamide, m-xylylene bisstearic acid amide, aromatic bisamide, saturated fatty acid polyamide, unsaturated fatty acid polyamide, aromatic polyamide, substituted amide, methylolstearate amide, methylolamide, fatty acid Examples include ester amide. Examples of the sorbitol-based thixotropy include dibenzylidene-D-sorbitol and bis (4-methylbenzylidene) -D-sorbitol.

ベース剤としてはノニオン系界面活性剤、弱カチオン系界面活性剤、ロジン等が挙げられる。 Examples of the base agent include nonionic surfactants, weak cationic surfactants, rosins and the like.

ノニオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合体、脂肪族アルコールポリオキシエチレン付加体、芳香族アルコールポリオキシエチレン付加体、多価アルコールポリオキシエチレン付加体等が挙げられる。 Examples of the nonionic surfactant include polyethylene glycol, polyethylene glycol-polypropylene glycol copolymer, aliphatic alcohol polyoxyethylene adduct, aromatic alcohol polyoxyethylene adduct, polyhydric alcohol polyoxyethylene adduct and the like. ..

弱カチオン系界面活性剤としては、末端ジアミンポリエチレングリコール、末端ジアミンポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合体、脂肪族アミンポリオキシエチレン付加体、芳香族アミンポリオキシエチレン付加体、多価アミンポリオキシエチレン付加体が挙げられる。 As weak cationic surfactants, terminal diamine polyethylene glycol, terminal diamine polyethylene glycol-polypropylene glycol copolymer, aliphatic amine polyoxyethylene adduct, aromatic amine polyoxyethylene adduct, polyvalent amine polyoxyethylene addition The body is mentioned.

ロジンとしては、例えば、ガムロジン、ウッドロジン及びトール油ロジン等の原料ロジン、並びに該原料ロジンから得られる誘導体が挙げられる。該誘導体としては、例えば、精製ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン及びα,β不飽和カルボン酸変性物(アクリル化ロジン、マレイン化ロジン、フマル化ロジン等)、並びに該重合ロジンの精製物、水素化物及び不均化物、並びに該α,β不飽和カルボン酸変性物の精製物、水素化物及び不均化物等が挙げられ、二種以上を使用することができる。また、ロジン 系樹脂に加えて、テルペン樹脂、変性テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、変性テルペンフェノール樹脂、スチレン樹脂、変性スチレン樹脂、キシレン樹脂、及び変性キシレン樹脂から選択される少なくとも一種以上の樹脂をさらに含むことができる。変性テルペン樹脂としては、芳香族変性テルペン樹脂、水添テルペン樹脂、水添芳香族変性テルペン樹脂等を使用することができる。変性テルペンフェノール樹脂としては、水添テルペンフェノール樹脂等を使用することができる。変性スチレン樹脂としては、スチレンアクリル樹脂、スチレンマレイン酸樹脂等を使用することができる。変性キシレン樹脂としては、フェノール変性キシレン樹脂、アルキルフェノール変性キシレン樹脂、フェノール変性レゾール型キシレン樹脂、ポリオール変性キシレン樹脂、ポリオキシエチレン付加キシレン樹脂等が挙げられる。 Examples of the rosin include raw material rosins such as gum rosin, wood rosin and tall oil rosin, and derivatives obtained from the raw material rosin. Examples of the derivative include purified rosin, hydrogenated rosin, disproportionated rosin, polymerized rosin and α, β unsaturated carboxylic acid modified products (acrylicated rosin, maleated rosin, fumarized rosin, etc.), and the polymerized rosin. Examples thereof include purified products, hydrides and disproportionated products of the above, and purified products, hydrides and disproportionated products of the α, β unsaturated carboxylic acid modified products, and two or more kinds can be used. Further, in addition to the rosin-based resin, at least one resin selected from terpene resin, modified terpene resin, terpene phenol resin, modified terpene phenol resin, styrene resin, modified styrene resin, xylene resin, and modified xylene resin is further added. Can include. As the modified terpene resin, an aromatic modified terpene resin, a hydrogenated terpene resin, a hydrogenated aromatic modified terpene resin and the like can be used. As the modified terpene phenol resin, hydrogenated terpene phenol resin or the like can be used. As the modified styrene resin, styrene acrylic resin, styrene maleic anhydride and the like can be used. Examples of the modified xylene resin include a phenol-modified xylene resin, an alkylphenol-modified xylene resin, a phenol-modified resol-type xylene resin, a polyol-modified xylene resin, and a polyoxyethylene-added xylene resin.

溶剤としては、水、アルコール系溶剤、グリコールエーテル系溶剤、テルピネオール類等が挙げられる。アルコール系溶剤としてはイソプロピルアルコール、1,2−ブタンジオール、イソボルニルシクロヘキサノール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオール、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジオール、2,3−ジメチル−2,3−ブタンジオール、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、2,2′−オキシビス(メチレン)ビス(2−エチル−1,3−プロパンジオール)、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、1,2,6−トリヒドロキシヘキサン、ビス[2,2,2−トリス(ヒドロキシメチル)エチル]エーテル、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、エリトリトール、トレイトール、グアヤコールグリセロールエーテル、3,6−ジメチル−4−オクチン−3,6−ジオール、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール等が挙げられる。グリコールエーテル系溶剤としては、ジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、2−メチルペンタン−2,4−ジオール、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。 Examples of the solvent include water, alcohol solvents, glycol ether solvents, terpineols and the like. As alcohol-based solvents, isopropyl alcohol, 1,2-butanediol, isobornylcyclohexanol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2,5 -Dimethyl-2,5-hexanediol, 2,5-dimethyl-3-hexine-2,5-diol, 2,3-dimethyl-2,3-butanediol, 1,1,1-tris (hydroxymethyl) Ethan, 2-ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 2,2'-oxybis (methylene) bis (2-ethyl-1,3-propanediol), 2,2-bis (hydroxymethyl) -1,3-propanediol, 1,2,6-trihydroxyhexane, bis [2,2,2-tris (hydroxymethyl) ethyl] ether, 1-ethynyl-1-cyclohexanol, 1,4-cyclohexanediol , 1,4-Cyclohexanedimethanol, erythritol, treitol, guayacol glycerol ether, 3,6-dimethyl-4-octin-3,6-diol, 2,4,7,9-tetramethyl-5-decine-4 , 7-diol and the like. Examples of the glycol ether-based solvent include diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, 2-methylpentane-2,4-diol, diethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, and triethylene glycol monobutyl ether. ..

界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアセチレングリコール類、ポリオキシアルキレングリセリルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンエステル、ポリオキシアルキレンアルキルアミン、ポリオキシアルキレンアルキルアミド等が挙げられる。 Examples of the surfactant include polyoxyalkylene acetylene glycols, polyoxyalkylene glyceryl ether, polyoxyalkylene alkyl ether, polyoxyalkylene ester, polyoxyalkylene alkyl amine, polyoxyalkylene alkyl amide and the like.

(2)フラックスの含有量
フラックスの含有量は、はんだペーストの全質量に対して5〜95%であることが好ましく、5〜15%であることがより好ましい。この範囲であると、はんだ粉末に起因する増粘抑制効果が十分に発揮される。
(2) Flux content The flux content is preferably 5 to 95%, more preferably 5 to 15%, based on the total mass of the solder paste. Within this range, the thickening suppressing effect caused by the solder powder is sufficiently exhibited.

(3)はんだペーストの製造方法
本発明に係るはんだペーストは、当業界で一般的な方法により製造される。まず、はんだ粉末の製造は、溶融させたはんだ材料を滴下して粒子を得る滴下法や遠心噴霧する噴霧法、バルクのはんだ材料を粉砕する方法等、公知の方法を採用することができる。滴下法や噴霧法において、滴下や噴霧は、粒子状とするために不活性雰囲気や溶媒中で行うことが好ましい。そして、上記各成分を加熱混合してフラックスを調製し、フラックス中に上記はんだ粉末や、場合によっては酸化ジルコニウム粉末を導入し、攪拌、混合して製造することができる。
(3) Method for producing solder paste The solder paste according to the present invention is produced by a method common in the art. First, for the production of the solder powder, known methods such as a dropping method in which molten solder material is dropped to obtain particles, a spraying method in which centrifugal spray is applied, and a method in which bulk solder material is crushed can be adopted. In the dropping method and the spraying method, the dropping and spraying are preferably performed in an inert atmosphere or a solvent in order to form particles. Then, each of the above components is heated and mixed to prepare a flux, and the solder powder and, in some cases, zirconium oxide powder can be introduced into the flux, and the mixture can be stirred and mixed for production.

4. 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の接続に使用するのに適している。ここで、「はんだ継手」とは電極の接続部をいう。
4. Solder joint The solder joint according to the present invention is suitable for connection between an IC chip and its substrate (interposer) in a semiconductor package, or for connection between a semiconductor package and a printed wiring board. Here, the "solder joint" means a connection portion of electrodes.

5.その他
本発明に係るはんだ合金は、上記のようにはんだ粉末として使用することの他、ワイヤ状であってもよい。
5. Others The solder alloy according to the present invention may be in the form of a wire in addition to being used as a solder powder as described above.

本発明に係るはんだ継手の製造方法は常法に従って行えばよい。
本発明に係るはんだペーストを用いた接合方法は、例えばリフロー法を用いて常法に従って行えばよい。フローソルダリングを行う場合のはんだ合金の溶融温度は概ね液相線温度から20℃程度高い温度でよい。また、本発明に係るはんだ合金を用いて接合する場合には、凝固時の冷却速度を考慮した方が組織の微細化の観点から好ましい。例えば2〜3℃/s以上の冷却速度ではんだ継手を冷却する。この他の接合条件は、はんだ合金の合金組成に応じて適宜調整することができる。
The method for manufacturing a solder joint according to the present invention may be carried out according to a conventional method.
The joining method using the solder paste according to the present invention may be carried out according to a conventional method using, for example, a reflow method. When flow soldering is performed, the melting temperature of the solder alloy may be approximately 20 ° C. higher than the liquidus temperature. Further, when joining using the solder alloy according to the present invention, it is preferable to consider the cooling rate at the time of solidification from the viewpoint of microstructure miniaturization. For example, the solder joint is cooled at a cooling rate of 2 to 3 ° C./s or higher. Other joining conditions can be appropriately adjusted according to the alloy composition of the solder alloy.

本発明に係るはんだ合金は、その原材料として低α線量材を使用することにより低α線量合金を製造することができる。このような低α線量合金は、メモリ周辺のはんだバンプの形成に用いられるとソフトエラーを抑制することが可能となる。 The solder alloy according to the present invention can be produced as a low α-dose alloy by using a low α-dose material as a raw material thereof. When such a low α-dose alloy is used for forming solder bumps around a memory, soft errors can be suppressed.

本発明を以下の実施例により説明するが、本発明が以下の実施例に限定されることはない。
表1〜6の実施例及び比較例に記載のはんだ合金を用いて、1.Cuに対するIMC成長抑制、2.バンプ内でのSnCuNi形成抑制、3.増粘抑制、4.ΔT、5.はんだ濡れ性を評価した。
The present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
Using the solder alloys shown in Examples and Comparative Examples in Tables 1 to 6, 1. Inhibition of IMC growth with respect to Cu, 2. 2. Suppression of SnCuNi formation in the bump. Suppression of thickening, 4. ΔT, 5. The solder wettability was evaluated.

1.Cuに対するIMC成長抑制
液状フラックスが塗布されたBare−Cu板を、280℃に加熱された表1〜6に示す合金組成を有する溶融はんだにディップし、はんだメッキCu板を作製した。このはんだメッキCu板を150℃に加熱したホットプレート上で300時間加熱処理を行った。冷却後のはんだ合金の断面SEM写真において、300μm×300μmの範囲を任意の3か所で行い、金属間化合物の最大結晶粒径を求めた。
本実施例において、最大結晶粒径とは、得られた画像から同定された金属化合物の中で、目視にて最大の結晶粒を選択し、選択した結晶粒について、間隔が最大となるように平行な2本の接線を引き、その間隔を最大結晶粒径とした。
結晶粒径の最大値が5μm未満の場合には「○」と評価し、最大値が5μm以上の場合には「×」と評価した。
1. 1. Inhibition of IMC Growth on Cu A Barre-Cu plate coated with a liquid flux was dipped into molten solder having the alloy composition shown in Tables 1 to 6 heated to 280 ° C. to prepare a solder-plated Cu plate. This solder-plated Cu plate was heat-treated for 300 hours on a hot plate heated to 150 ° C. In the cross-sectional SEM photograph of the solder alloy after cooling, the range of 300 μm × 300 μm was performed at any three places, and the maximum crystal grain size of the intermetallic compound was determined.
In this example, the maximum crystal grain size is defined by visually selecting the largest crystal grain among the metal compounds identified from the obtained images so that the interval between the selected crystal grains is maximized. Two parallel tangents were drawn and the distance between them was taken as the maximum grain size.
When the maximum value of the crystal particle size was less than 5 μm, it was evaluated as “◯”, and when the maximum value was 5 μm or more, it was evaluated as “x”.

2.バンプ内でのSnCuNi形成抑制
上記「1.」と同様にはんだメッキCu板を作製し、上記「1.」と同様の方法でCu板とはんだ合金との界面での任意の3か所を観察し、はんだ合金中においてSnCuNi系化合物の有無を確認した。すべての箇所においてSnCuNi系化合物の形成がはんだ合金の界面近傍で観察されなかった場合には「○」と評価し、少なくとも1か所においてSnCuNi系化合物の形成が観察された場合には「×」と評価した。
2. 2. Suppression of SnCuNi formation in bumps Prepare a solder-plated Cu plate in the same manner as in "1." above, and observe any three locations at the interface between the Cu plate and the solder alloy in the same way as in "1." above. Then, the presence or absence of SnCuNi-based compounds was confirmed in the solder alloy. If the formation of SnCuNi-based compound is not observed near the interface of the solder alloy at all points, it is evaluated as "○", and if the formation of SnCuNi-based compound is observed at at least one place, it is evaluated as "x". I evaluated it.

3.増粘抑制
ロジンが42質量部、グリコール系溶剤が35質量部、チキソ剤が8質量部、有機酸が10質量部、アミンが2質量部、ハロゲンが3質量部で調整したフラックスと、表1〜表6に示す合金組成からなりJIS Z 3284−1:2014における粉末サイズの分類(表2)において記号4を満たすサイズ(粒度分布)のはんだ粉末とを混合してはんだペーストを作製した。フラックスとはんだ粉末との質量比は、フラックス:はんだ粉末=11:89である。各はんだペーストについて、粘度の経時変化を測定した。また、はんだ粉末の液相線温度および固相線温度を測定した。さらに、作製直後のはんだペーストを用いて濡れ性の評価を行った。詳細は以下のとおりである。
作製直後の各はんだペーストについて、株式会社マルコム社製:PCU−205を用い、回転数:10rpm、25℃、大気中で12時間粘度を測定した。12時間後の粘度がはんだペーストを作製後30分経過した時の粘度と比較して1.2倍以下であれば、十分な増粘抑制効果が得られたものとして「○」と評価し、1.2倍を超える場合には「×」と評価した。
3. 3. Inhibition of thickening Flux adjusted by 42 parts by mass of rosin, 35 parts by mass of glycol-based solvent, 8 parts by mass of solder, 10 parts by mass of organic acid, 2 parts by mass of amine, and 3 parts by mass of halogen, Table 1 A solder paste was prepared by mixing with a solder powder having an alloy composition shown in Table 6 and having a size (particle size distribution) satisfying symbol 4 in the classification of powder size (Table 2) in JIS Z 3284-1: 2014. The mass ratio of the flux to the solder powder is flux: solder powder = 11:89. For each solder paste, the change in viscosity with time was measured. In addition, the liquidus temperature and solidus temperature of the solder powder were measured. Furthermore, the wettability was evaluated using the solder paste immediately after production. The details are as follows.
The viscosity of each solder paste immediately after production was measured using PCU-205 manufactured by Malcolm Co., Ltd. at a rotation speed of 10 rpm, 25 ° C., and in the air for 12 hours. If the viscosity after 12 hours is 1.2 times or less of the viscosity when 30 minutes have passed since the solder paste was prepared, it was evaluated as "○" as having a sufficient effect of suppressing thickening. When it exceeded 1.2 times, it was evaluated as "x".

4.ΔT
フラックスと混合する前のはんだ粉末について、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、型番:EXSTAR DSC7020を用い、サンプル量:約30mg、昇温速度:15℃/minにてDSC測定を行い、固相線温度および液相線温度を得た。得られた液相線温度から固相線温度を引いてΔTを求めた。ΔTが15℃以下の場合に「○」と評価し、15℃を超える場合に「×」と評価した。
4. ΔT
For the solder powder before mixing with the flux, DSC measurement was performed using SII Nanotechnology Co., Ltd., model number: EXSTAR DSC7020, sample amount: about 30 mg, temperature rise rate: 15 ° C./min, and solid phase line. Temperature and liquidus temperature were obtained. ΔT was obtained by subtracting the solidus temperature from the obtained liquidus temperature. When ΔT was 15 ° C. or lower, it was evaluated as “◯”, and when it exceeded 15 ° C., it was evaluated as “x”.

5.はんだ濡れ性
表1に示すはんだ合金で作製した直径が0.3mmのはんだボールを用いて、濡れ広がり試験を以下の「1.」、「2.」の順で実施した。使用した基板材質は厚み1.2mmのガラスエポキシ基板(FR−4)である。
5. Solder Wetting Properties Using a solder ball with a diameter of 0.3 mm made of the solder alloy shown in Table 1, the wetting spread test was carried out in the order of "1." and "2." below. The substrate material used was a glass epoxy substrate (FR-4) with a thickness of 1.2 mm.

1. 0.24mm×16mmのスリット状のCu電極を形成した上記基板を用い、0.24mmφ×厚み0.1mmに千住金属工業株式会社製フラックスWF−6400を印刷し、はんだボールを搭載して、220℃以上の温度域で40秒間保持し、ピーク温度を245℃とする条件でリフローを行った。
2. 実体顕微鏡を用いて、濡れ広がり面積を測定し、0.75mm以上の濡れ広がりを「○」と判定した。0.75mm未満の濡れ広がりを「×」と判定した。
1. 1. Using the above-mentioned substrate on which a 0.24 mm × 16 mm slit-shaped Cu electrode was formed, a flux WF-6400 manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd. was printed on 0.24 mmφ × 0.1 mm in thickness, and a solder ball was mounted on the substrate. It was held in a temperature range of ° C. or higher for 40 seconds, and reflow was performed under the condition that the peak temperature was 245 ° C.
2. 2. The wet spread area was measured using a stereomicroscope, and a wet spread of 0.75 mm 2 or more was judged as “◯”. A wet spread of less than 0.75 mm 2 was judged as “x”.

・総合評価
上記全ての試験が「〇」の場合に「〇」とし、少なくとも1つの試験が「×」の場合に「×」とした。
評価した結果を表1〜6に示す。
-Comprehensive evaluation "○" was given when all the above tests were "○", and "x" was given when at least one test was "x".
The evaluation results are shown in Tables 1-6.

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表1〜6に示すように、実施例1〜105は、いずれの合金組成においても本発明の要件をすべて満たすため、Cuに対するIMC成長抑制、バンプ内でのSnCuNi形成抑制、増粘抑制効果、ΔTの狭窄化、および優れた濡れ性を同時に示すことがわかった。一方、比較例1〜19は、いずれの合金組成においても本発明の要件の少なくとも1つを満たさないため、これらの少なくとも1つが劣ることがわかった。 As shown in Tables 1 to 6, in Examples 1 to 105, in order to satisfy all the requirements of the present invention in any alloy composition, IMC growth inhibition on Cu, SnCuNi formation inhibition in bumps, and thickening inhibition effect. It was found that ΔT was narrowed and excellent wettability was exhibited at the same time. On the other hand, Comparative Examples 1 to 19 did not satisfy at least one of the requirements of the present invention in any of the alloy compositions, and thus at least one of them was found to be inferior.

Claims (8)

Cu:0.55〜0.75質量%、Ni:0.0350〜0.0600質量%、Ge:0.0035〜0.0200質量%、As:25〜300質量ppm、並びにSb:0〜3000質量ppm、Bi:0〜10000質量ppm、およびPb:0〜5100質量ppmの少なくとも1種、並びに残部がSnからなる合金組成を有し、下記(1)式および(2)式を満たすことを特徴とするはんだ合金。
275≦2As+Sb+Bi+Pb (1)
0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (2)
上記(1)式および(2)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
Cu: 0.55 to 0.75% by mass, Ni: 0.0350 to 0.0600% by mass, Ge: 0.0035 to 0.0200% by mass, As: 25 to 300% by mass, and Sb: 0 to 3000 It has an alloy composition consisting of at least one of mass ppm, Bi: 0 to 10000 mass ppm, and Pb: 0 to 5100 mass ppm, and the balance of Sn, and satisfies the following equations (1) and (2). Characterized solder alloy.
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb (1)
0.01 ≦ (2As + Sb) / (Bi + Pb) ≦ 10.00 (2)
In the above equations (1) and (2), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.
更に、前記合金組成は下記(1a)式を満たす、請求項1に記載のはんだ合金。
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦25200 (1a)
上記(1a)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
The solder alloy according to claim 1, wherein the alloy composition satisfies the following formula (1a).
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb ≦ 25200 (1a)
In the above formula (1a), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.
更に、前記合金組成は下記(1b)式を満たす、請求項1に記載のはんだ合金。
275≦2As+Sb+Bi+Pb≦5300 (1b)
上記(1b)式中、As、Bi、およびPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
The solder alloy according to claim 1, wherein the alloy composition satisfies the following formula (1b).
275 ≦ 2As + Sb + Bi + Pb ≦ 5300 (1b)
In the above formula (1b), As, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.
更に、前記合金組成は下記(2a)式を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載のはんだ合金。
0.31≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00 (2a)
上記(2a)式中、As、Sb、Bi、およびPbは各々前記合金組成での含有量(質量ppm)を表す。
The solder alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein the alloy composition satisfies the following formula (2a).
0.31 ≦ (2As + Sb) / (Bi + Pb) ≦ 10.00 (2a)
In the above formula (2a), As, Sb, Bi, and Pb each represent the content (mass ppm) in the alloy composition.
更に、前記合金組成は、Ag:0〜4質量%を含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のはんだ合金。 The solder alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein the alloy composition contains Ag: 0 to 4% by mass. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のはんだ合金を有するはんだ粉末。 A solder powder having the solder alloy according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載のはんだ粉末を有するはんだペースト。 A solder paste having the solder powder according to claim 6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のはんだ合金を有するはんだ継手。
A solder joint having the solder alloy according to any one of claims 1 to 5.
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