JP5654716B1 - はんだ合金、ソルダペーストおよび電子回路基板 - Google Patents
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Abstract
実質的にスズ、銀、インジウム、ビスマスおよびアンチモンからなるはんだ合金においてはんだ合金の総量に対して銀の含有割合を２．８質量％以上４質量％以下インジウムの含有割合を６．２質量％以上９．０質量％以下ビスマスの含有割合を０．７質量％以上５．０質量％以下アンチモンの含有割合を０．３質量％以上５．０質量％以下スズの含有割合を残部とし判別式（１）のＡを４．３６以下とする。Ａ＝０．８７?[Ｉｎ含有割合（質量％）]−０．４１?[Ａｇ含有割合（質量％）]−０．８２?[Ｓｂ含有割合（質量％）]（１）
Description
本発明は、はんだ合金、ソルダペーストおよび電子回路基板に関し、詳しくは、はんだ合金、そのはんだ合金を含有するソルダペースト、さらに、そのソルダペーストを用いて得られる電子回路基板に関する。
一般的に、電気・電子機器などにおける金属接合では、ソルダペーストを用いたはんだ接合が採用されており、このようなソルダペーストには、従来、鉛を含有するはんだ合金が用いられる。
しかしながら、近年、環境負荷の観点から、鉛の使用を抑制することが要求されており、そのため、鉛を含有しないはんだ合金（鉛フリーはんだ合金）の開発が進められている。
このような鉛フリーはんだ合金としては、例えば、スズ−銅系合金、スズ−銀−銅系合金、スズ−銀−インジウム−ビスマス系合金、スズ−ビスマス系合金、スズ−亜鉛系合金などがよく知られているが、とりわけ、スズ−銀−銅系合金、スズ−銀−インジウム−ビスマス系合金などが広く用いられている。
鉛フリーはんだ合金として、より具体的には、Ａｇを０．５〜５重量％、Ｉｎを０．５〜２０重量％、Ｂｉを０．１〜３重量％の割合で含有し、さらに、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｇａ、ＧｅおよびＣｕからなる群より選択される少なくとも１種を、３重量％以下の割合で含有し、残部がＳｎであるＳｎ系はんだ合金が、提案されている（特許文献１参照）。
また、鉛フリーはんだ合金としては、上記の他、例えば、Ａｇを１．０〜４．０重量％、Ｉｎを４．０〜６．０重量％、Ｂｉを０．１〜１．０重量％の割合で含有し、さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＦｅおよびＳｂからなる群より選択される１種類以上の元素を１重量％以下の割合で含有し、残部がＳｎであるはんだ材料が、提案されている（特許文献２参照）。
一方、このようなはんだ合金によりはんだ付される部品は、自動車のエンジンルームなど、比較的厳しい温度サイクル条件（例えば、−４０〜１５０℃間の温度サイクルなど）下において用いられる場合がある。
そのため、はんだ合金としては、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露される場合にも、耐久性（とりわけ、耐冷熱疲労性）に優れることが要求される。また、はんだ付においては、比較的小さなサイズの電子部品（例えば、１００５サイズ（１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）のチップ部品）のみならず、比較的大きなサイズの電子部品（例えば、１６０８サイズ（１．６ｍｍ×０．８ｍｍ）のチップ部品、３２１６サイズ（３.２ｍｍ×１.６ｍｍ）のチップ部品など）が用いられる場合がある。
そのため、比較的厳しい温度サイクル条件下においても、サイズの大小によらず、電子部品を良好にはんだ付できるはんだ合金が、要求されている。
この点、特許文献１および特許文献２に記載のはんだ合金を用いて、比較的大きなサイズの電子部品をはんだ付し、得られた部品を比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露すると、例えば、相変態によってはんだ合金が変形し、互いに隣接するはんだ合金間に短絡を生じる場合や、例えば、はんだ合金にクラックを生じる場合があり、さらには、電子部品に損傷を生じる場合がある。
本発明の目的は、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができるはんだ合金、そのはんだ合金を含有するソルダペースト、さらに、そのソルダペーストを用いて得られる電子回路基板を提供することにある。
本発明の一観点に係るはんだ合金は、実質的に、スズ、銀、インジウム、ビスマスおよびアンチモンからなるはんだ合金であって、前記はんだ合金の総量に対して、前記銀の含有割合が、２．８質量％以上４質量％以下であり、前記インジウムの含有割合が、６．２質量％以上９．０質量％以下であり、前記ビスマスの含有割合が、０．７質量％以上５．０質量％以下であり、前記アンチモンの含有割合が、０．３質量％以上５．０質量％以下であり、前記スズの含有割合が、残部の割合であり、下記判別式（１）のＡの値が、４．３６以下であることを特徴としている。
Ａ＝０．８７×[Ｉｎ含有割合（質量％）]−０．４１×[Ａｇ含有割合（質量％）]−０．８２×[Ｓｂ含有割合（質量％）]・・・（１）
また、前記はんだ合金では、前記ビスマスの含有割合が、１．０質量％以上３．０質量％以下であることが好適である。
また、前記はんだ合金では、前記ビスマスの含有割合が、１．０質量％以上３．０質量％以下であることが好適である。
また、前記はんだ合金では、前記アンチモンの含有割合が、１、０質量％以上３．０質量％以下であることが好適である。
また、前記はんだ合金は、さらに、銅、ニッケル、コバルト、ガリウム、ゲルマニウムおよびリンからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含有し、はんだ合金の総量に対して、前記元素の含有割合が、０質量％を超過し１質量％以下であることが好適である。
また、本発明の他の一観点に係るソルダペーストは、上記のはんだ合金からなるはんだ粉末と、フラックスとを含有することを特徴としている。
また、本発明のさらに他の一観点に係る電子回路基板は、上記のソルダペーストによるはんだ付部を備えることを特徴としている。
本発明の一観点に係るはんだ合金は、実質的に所定量のスズ、銀、インジウム、ビスマスおよびアンチモンからなるはんだ合金において、上記判別式（１）のＡの値が、所定の値となるように設計されている。
そのため、本発明の一観点に係るはんだ合金によれば、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
そして、本発明の他の一観点に係るソルダペーストは、上記はんだ合金を含有するので、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付けされた電子部品などの損傷を抑制することができる。
また、本発明のさらに他の一観点に係る電子回路基板は、はんだ付において、上記ソルダペーストが用いられるので、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
本発明の一観点に係るはんだ合金は、スズ−銀−インジウム−ビスマス系のはんだ合金であって、必須成分として、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有している。換言すれば、はんだ合金は、実質的に、スズ、銀、インジウム、ビスマスおよびアンチモンからなる。なお、本明細書において、実質的とは、上記の各元素を必須成分とし、また、後述する任意成分を後述する割合で含有することを許容する意味である。
このようなはんだ合金において、スズの含有割合は、後述する各成分の残余の割合であって、各成分の配合量に応じて、適宜設定される。
銀の含有割合は、はんだ合金の総量に対して、２．８質量％以上、好ましくは、３．０質量％以上であり、４質量％以下、好ましくは、３．８質量％以下である。
銀の含有割合が上記範囲であれば、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
一方、銀の含有割合が上記下限未満である場合には、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の耐久性（とりわけ、比較的大きいサイズの電子部品に用いる場合の耐久性）に劣る。また、銀の含有割合が上記上限を超過する場合にも、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の耐久性（とりわけ、比較的大きいサイズの電子部品に用いる場合の耐久性）に劣り、さらには、はんだ付される電子部品などの破損を生じる場合がある。
インジウムの含有割合は、はんだ合金の総量に対して、６．２質量％以上、好ましくは、６．５質量％以上であり、９．０質量％以下、好ましくは、８．０質量％以下である。
インジウムの含有割合が上記範囲であれば、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
具体的には、このはんだ合金は、スズおよび銀を含むので、通常、その中にＡｇ３Ｓｎ（銀三スズ）組織が存在している。このようなＡｇ３Ｓｎ組織は、繰り返し温度が上下されることにより凝集し、クラックを惹起する場合がある。
これに対して、はんだ合金にインジウムが上記割合で含有されている場合には、インジウムと銀が化合物を形成することにより、Ａｇ３Ｓｎの凝集が抑制されるため、耐久性の向上を図ることができる。
さらに、このようなはんだ合金によりはんだ付される部品（回路基板など）は、繰り返し加温状態および冷却状態に曝露されることにより、破損を生じる可能性があるが、はんだ合金にインジウムが上記割合で含有されていれば、部品の破壊を良好に抑制できる。
なお、上記メカニズムは、本発明者等により推測されたものであり、したがって、本発明は、上記メカニズムに限定されない。
一方、インジウムの含有割合が上記下限未満である場合には、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の耐久性（とりわけ、比較的大きいサイズの電子部品に用いる場合の耐久性）に劣り、さらには、はんだ付される電子部品などの破損を生じる。また、インジウムの含有割合が上記上限を超過する場合にも、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の耐久性（とりわけ、比較的大きいサイズの電子部品に用いる場合の耐久性）に劣り、さらには、はんだ付される電子部品などの破損を生じる場合がある。
ビスマスの含有割合は、はんだ合金の総量に対して、０．７質量％以上、好ましくは、１．０質量％以上であり、５．０質量％以下、好ましくは、３．０質量％以下である。
ビスマスの含有割合が上記範囲であれば、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
一方、ビスマスの含有割合が上記下限未満である場合には、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の耐久性（とりわけ、比較的大きいサイズの電子部品に用いる場合の耐久性）に劣る。また、ビスマスの含有割合が上記上限を超過する場合には、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の耐久性（とりわけ、比較的大きいサイズの電子部品に用いる場合の耐久性）に劣る場合があり、さらに、はんだ付される電子部品などの破損を生じる。
アンチモンの含有割合は、はんだ合金の総量に対して、０．３質量％以上、好ましくは、１．０質量％以上であり、５．０質量％以下、好ましくは、３．０質量％以下である。
アンチモンの含有割合が上記範囲であれば、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
一方、アンチモンの含有割合が上記下限未満である場合には、はんだ合金が相変態する場合があるため、短絡を生じるおそれがあり、また、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の耐久性（とりわけ、比較的大きいサイズの電子部品に用いる場合の耐久性）に劣る。また、アンチモンの含有割合が上記上限を超過する場合には、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の比較的大きいサイズの電子部品に対する耐久性に劣る場合があり、また、はんだ付される電子部品などの破損を生じる。
また、上記はんだ合金は、任意成分として、さらに、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）などを含有することができる。
任意成分として銅を含有する場合には、その含有割合は、はんだ合金の総量に対して、例えば、０質量％を超過し、例えば、１．０質量％以下である。
銅の含有割合が上記範囲であれば、本発明の優れた効果を維持することができる。
任意成分としてニッケルを含有する場合には、その含有割合は、はんだ合金の総量に対して、例えば、０質量％を超過し、例えば、１．０質量％以下である。
ニッケルの含有割合が上記範囲であれば、本発明の優れた効果を維持することができる。
任意成分としてコバルトを含有する場合には、その含有割合は、はんだ合金の総量に対して、例えば、０質量％を超過し、例えば、１．０質量％以下である。
コバルトの含有割合が上記範囲であれば、本発明の優れた効果を維持することができる。
任意成分としてガリウムを含有する場合には、その含有割合は、はんだ合金の総量に対して、例えば、０質量％を超過し、例えば、１．０質量％以下である。
ガリウムの含有割合が上記範囲であれば、本発明の優れた効果を維持することができる。
任意成分としてゲルマニウムを含有する場合には、その含有割合は、はんだ合金の総量に対して、例えば、０質量％を超過し、例えば、１．０質量％以下である。
ゲルマニウムの含有割合が上記範囲であれば、本発明の優れた効果を維持することができる。
任意成分としてリンを含有する場合には、その含有割合は、はんだ合金の総量に対して、例えば、０質量％を超過し、例えば、１．０質量％以下である。
リンの含有割合が上記範囲であれば、本発明の優れた効果を維持することができる。
これら任意成分は、単独使用または２種類以上併用することができる。
任意成分として上記の元素が含有される場合、その含有割合（２種類以上併用される場合には、それらの総量）は、はんだ合金の総量に対して、例えば、０質量％を超過し、例えば、１．０質量％以下となるように、調整される。
任意成分の含有割合の総量が上記範囲であれば、本発明の優れた効果を維持することができる。
そして、このようなはんだ合金では、インジウムの含有割合、銀の含有割合、および、アンチモンの含有割合が、下記判別式（１）のＡの値が後述する所定値となるように、調整される。
Ａ＝０．８７×[Ｉｎ含有割合（質量％）]−０．４１×[Ａｇ含有割合（質量％）]−０．８２×[Ｓｂ含有割合（質量％）]・・・（１）
上記の判別式（１）において、Ｉｎ含有割合とは、はんだ合金の総量に対するインジウムの含有割合（質量％）であり、また、Ａｇ含有割合とは、はんだ合金の総量に対する銀の含有割合（質量％）であり、さらに、Ｓｂ含有割合とは、はんだ合金の総量に対するアンチモンの含有割合（質量％）である。
上記の判別式（１）において、Ｉｎ含有割合とは、はんだ合金の総量に対するインジウムの含有割合（質量％）であり、また、Ａｇ含有割合とは、はんだ合金の総量に対する銀の含有割合（質量％）であり、さらに、Ｓｂ含有割合とは、はんだ合金の総量に対するアンチモンの含有割合（質量％）である。
上記判別式（１）におけるＡの値としては、４．３６以下であることが挙げられ、好ましくは、４．２０未満である。
上記判別式（１）におけるＡの値が上記上限以下であれば、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
一方、上記判別式（１）におけるＡの値が上記上限を超過する場合には、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露する場合の耐久性（とりわけ、比較的大きいサイズの電子部品に用いる場合の耐久性）に劣る場合や、はんだ付される電子部品などの破損を生じる場合があり、さらに、相変態により短絡が生じる。
そして、このようなはんだ合金は、上記した各金属成分を溶融炉において溶融させ、均一化するなど、公知の方法で合金化することにより得ることができる。
なお、はんだ合金の製造に用いられる上記した各金属成分は、本発明の優れた効果を阻害しない範囲において、微量の不純物（不可避不純物）を含有することができる。
不純物としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、金（Ａｕ）などが挙げられる。
そして、このようにして得られるはんだ合金の、ＤＳＣ法（測定条件：昇温速度０．５℃／分）により測定される融点は、例えば、１９０℃以上、好ましくは、２００℃以上であり、例えば、２５０℃以下、好ましくは、２４０℃以下である。
はんだ合金の融点が上記範囲であれば、ソルダペーストに用いた場合に、簡易かつ作業性よく金属接合することができる。
そして、上記のはんだ合金は、実質的に所定量のスズ、銀、インジウム、ビスマスおよびアンチモンからなるはんだ合金において、上記判別式（１）のＡの値が、所定の値となるように設計されている。
そのため、上記のはんだ合金によれば、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
そのため、このようなはんだ合金は、好ましくは、ソルダペースト（ソルダペースト接合材）に含有される。
具体的には、本発明の他の一観点に係るソルダペーストは、上記したはんだ合金と、フラックスとを含有している。
ソルダペーストにおいて、はんだ合金は、好ましくは、粉末として含有される。
粉末形状としては、特に制限されず、例えば、実質的に完全な球状、例えば、扁平なブロック状、例えば、針状などが挙げられ、また、不定形であってもよい。粉末形状は、ソルダペーストに要求される性能（例えば、チクソトロピー、粘度など）に応じて、適宜設定される。
はんだ合金の粉末の平均粒子径（球状の場合）、または、平均長手方向長さ（球状でない場合）は、レーザ回折法による粒子径・粒度分布測定装置を用いた測定で、例えば、５μｍ以上、好ましくは、１５μｍ以上、例えば、１００μｍ以下、好ましくは、５０μｍ以下である。
フラックスとしては、特に制限されず、公知のはんだフラックスを用いることができる。
具体的には、フラックスは、例えば、ベース樹脂（ロジン、アクリル樹脂など）、活性剤（例えば、エチルアミン、プロピルアミンなどアミンのハロゲン化水素酸塩、例えば、乳酸、クエン酸、安息香酸などの有機カルボン酸など）、チクソトロピー剤（硬化ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックスなど）などを主成分とし、また、フラックスを液状にして使用する場合には、さらに有機溶剤を含有することができる。
そして、ソルダペーストは、上記したはんだ合金からなる粉末と、上記したフラックスとを、公知の方法で混合することにより得ることができる。
はんだ合金と、フラックスとの配合割合は、はんだ合金はんだ合金：フラックス（質量比）として、例えば、７０：３０〜９０：１０である。
そして、上記ソルダペーストは、上記はんだ合金を含有するので、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
また、本発明は、上記のソルダペーストによるはんだ付部を備える電子回路基板を含んでいる。
すなわち、上記のソルダペーストは、例えば、電気・電子機器などの電子回路基板の電極と、電子部品とのはんだ付（金属接合）において、好適に用いられる。
電子部品としては、特に制限されず、例えば、チップ部品（ＩＣチップなど）、抵抗器、ダイオード、コンデンサ、トランジスタなどの公知の電子部品が挙げられる。
電子部品のサイズとしては、例えば、電子部品が平面視略矩形状である場合などには、一辺の長さが、例えば、０．２ｍｍ以上であり、例えば、６．４ｍｍ以下である。
また、他辺の長さが、例えば、０．１ｍｍ以上であり、例えば、３．２ｍｍ以下である。
また、厚みが、例えば、０．０５ｍｍ以上であり、例えば、３．０ｍｍ以下である。
また、一辺の長さと、他辺の長さとの積（平面視面積）が、例えば、０．０２ｍｍ２以上であり、例えば、２１ｍｍ２以下である。
なお、一辺の長さと、他辺の長さとの積（平面視面積）が、０．５ｍｍ２以下の電子部品は、比較的小さなサイズの電子部品として扱われ、具体的には、例えば、１００５サイズ（１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）の電子部品などが挙げられる。
また、一辺の長さと、他辺の長さとの積（平面視面積）が、０．５ｍｍ２を超過する電子部品は、比較的大きなサイズの電子部品として扱われ、具体的には、例えば、１６０８サイズ（１．６ｍｍ×０．８ｍｍ）の電子部品、３２１６サイズ（３.２ｍｍ×１.６ｍｍ）の電子部品などが挙げられる。
そして、このような電子回路基板は、はんだ付において、上記ソルダペーストが用いられるので、そのはんだ付部において、比較的厳しい温度サイクル条件下に曝露した場合においても、相変態による短絡を抑制することができ、はんだ付される電子部品の大小によらず、優れた耐久性を有し、さらに、はんだ付された電子部品などの損傷を抑制することができる。
なお、上記はんだ合金の使用方法は、上記ソルダペーストに限定されず、例えば、やに入りはんだ接合材の製造に用いることもできる。具体的には、例えば、公知の方法（例えば、押出成形など）により、上記のフラックスをコアとして、上記はんだ合金を線状に成形することにより、やに入りはんだ接合材を得ることもできる。
そして、このようなやに入りはんだ接合材も、ソルダペーストと同様、例えば、電気・電子機器などの電子回路基板のはんだ付（金属接合）において、好適に用いられる。
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。以下に示す実施例の数値は、実施形態において記載される数値（すなわち、上限値または下限値）に代替することができる。
実施例１〜４６および比較例１〜４４
・はんだ合金の調製
表１〜２に記載の各金属の粉末を、表１〜２に記載の配合割合でそれぞれ混合し、得られた金属混合物を溶解炉にて溶解および均一化させて、はんだ合金を調製した。
・はんだ合金の調製
表１〜２に記載の各金属の粉末を、表１〜２に記載の配合割合でそれぞれ混合し、得られた金属混合物を溶解炉にて溶解および均一化させて、はんだ合金を調製した。
なお、各実施例においては、下記判別式（１）のＡの値が、４．３６以下となるように調整した。
Ａ＝０．８７×[Ｉｎ含有割合（質量％）]−０．４１×[Ａｇ含有割合（質量％）]−０．８２×[Ｓｂ含有割合（質量％）]・・・（１）
また、各実施例および各比較例の配合処方におけるスズ（Ｓｎ）の配合割合は、表１〜２に記載の各金属（スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ））の配合割合（質量％）を差し引いた残部である。
また、各実施例および各比較例の配合処方におけるスズ（Ｓｎ）の配合割合は、表１〜２に記載の各金属（スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ））の配合割合（質量％）を差し引いた残部である。
実施例１のはんだ合金は、Ａｇ、Ｉｎ、ＢｉおよびＳｂの各金属を表１に示す割合で配合して、残部をＳｎとしたものである。
実施例２〜３は、実施例１の処方に対して、Ａｇの配合割合を増加させた処方の例であり、実施例４は、実施例３の処方に対して、Ｉｎの含有割合を増加させた処方の例である。
実施例５〜７は、実施例１〜３の処方に対して、Ｓｂの配合割合を増加させた処方の例であり、実施例８〜１０は、実施例５〜７の処方に対して、Ｉｎの配合割合を増加させた処方の例であり、実施例１１〜１２は、実施例９〜１０の処方に対して、Ｉｎの配合割合をさらに増加させた処方の例である。
実施例１３〜１５は、実施例５〜７の処方に対して、Ｓｂの配合割合をさらに増加させた処方の例であり、実施例１６〜２４は、実施例１３〜１５の処方に対して、Ｉｎの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例２５〜３０は、実施例９の処方に対して、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇａ、ＧｅおよびＰの内のいずれか１種を表１に示す割合で添加した処方の例であり、実施例３１は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇａ、ＧｅおよびＰの全てを表１に示す割合で添加した処方の例である。
実施例３２および３６は、実施例９の処方に対して、Ｓｂの配合割合を増減させた処方の例である。
実施例３３〜３５は、実施例９の処方に対して、Ｂｉの配合割合を増減させた処方の例である。
実施例３７は、実施例１の処方に対して、Ｂｉの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例３８は、実施例１の処方に対して、Ｓｂの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例３９は、実施例３の処方に対して、Ｂｉの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例４０は、実施例３の処方に対して、Ｓｂの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例４１は、実施例３８の処方に対して、Ｉｎの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例４２は、実施例３８の処方に対して、Ｂｉの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例４３は、実施例４０の処方に対して、Ｉｎの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例４４は、実施例４０の処方に対して、Ｂｉの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例４５は、実施例３８の処方に対して、Ｉｎの配合割合およびＢｉの配合割合を増加させた処方の例である。
実施例４６は、実施例４０の処方に対して、Ｉｎの配合割合およびＢｉの配合割合を増加させた処方の例である。
比較例１〜２は、実施例４５〜４６の処方に対して、Ｓｂの配合割合を減少させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が上記所定値を超過するように調整した処方の例である。
比較例３〜６は、実施例１の処方に対して、Ａｇ、Ｉｎ、ＢｉおよびＳｂの内のいずれか１種の配合割合を減少させ、不十分とした処方の例である。
比較例７〜１０は、実施例４６の処方に対して、Ａｇ、Ｉｎ、ＢｉおよびＳｂの内のいずれか１種の配合割合を増加させ、過剰とした処方の例である。
比較例１１〜１８は、実施例９の処方に対して、Ａｇ、Ｉｎ、ＢｉおよびＳｂの内のいずれか１種の配合割合を増減させ、不十分または過剰とした処方の例である。
比較例１９は、実施例５の処方に対して、Ｉｎの配合割合を増加させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が４．３６を超過するように調整した処方の例である。
比較例２０は、実施例５の処方に対して、Ｉｎの配合割合およびＢｉの配合割合を増加させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が４．３６を超過するように調整した処方の例である。
比較例２１は、実施例７の処方に対して、Ｉｎの配合割合を増加させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が４．３６を超過するように調整した処方の例である。
比較例２２は、実施例７の処方に対して、Ｉｎの配合割合およびＢｉの配合割合を増加させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が４．３６を超過するように調整した処方の例である。
比較例２３は、実施例２３の処方に対して、Ｓｂの配合割合を減少させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が４．３６を超過するように調整した処方の例である。
比較例２４は、実施例２３の処方に対して、Ｓｂの配合割合を減少させ、また、Ｂｉの配合割合を増加させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が４．３６を超過するように調整した処方の例である。
比較例２５〜３２は、実施例１〜３のいずれかの処方に対して、Ｉｎの配合割合を増加させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が４．３６を超過するように調整した処方の例である。
比較例３３〜３６は、実施例５〜７のいずれかの処方に対して、Ｉｎの配合割合を増加させ、上記の判別式（１）におけるＡの値が４．３６を超過するように調整した処方の例である。
比較例３７〜４４は、Ａｇ、Ｉｎ、ＢｉおよびＳｂの各金属を表１に示す割合で配合して、さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐを表１に示す割合で添加して、残部をＳｎとしたものである。
・ソルダペーストの調製
得られたはんだ合金を、粒径が２５〜３８μｍとなるように粉末化し、得られたはんだ合金の粉末と、公知のフラックスとを混合して、ソルダペーストを得た。
得られたはんだ合金を、粒径が２５〜３８μｍとなるように粉末化し、得られたはんだ合金の粉末と、公知のフラックスとを混合して、ソルダペーストを得た。
・ソルダペーストの評価
得られたソルダペーストをチップ部品搭載用のプリント基板に印刷して、リフロー法によりチップ部品を実装した。実装時のソルダペーストの印刷条件、チップ部品のサイズ等については、後述する各評価に応じて適宜設定した。
得られたソルダペーストをチップ部品搭載用のプリント基板に印刷して、リフロー法によりチップ部品を実装した。実装時のソルダペーストの印刷条件、チップ部品のサイズ等については、後述する各評価に応じて適宜設定した。
評価
＜電子回路基板の製造＞
各実施例および各比較例において得られたソルダペーストを、チップ部品搭載用プリント基板に印刷して、リフロー法によりチップ部品を実装した。ソルダペーストの印刷膜厚は、厚さ１５０μｍのメタルマスクを用いて調整した。ソルダペーストの印刷後、１００５サイズおよび３２１６サイズのチップコンデンサおよびチップ抵抗部品を、上記プリント基板の所定位置に搭載して、リフロー炉で加熱し、チップ部品を実装した。リフロー条件は、プリヒートを１７０〜１９０℃、ピーク温度を２６０℃として、２２０℃以上である時間が４５秒間となるように設定し、また、ピーク温度から２００℃までの降温時の冷却速度を３〜８℃／秒に設定した。
＜電子回路基板の製造＞
各実施例および各比較例において得られたソルダペーストを、チップ部品搭載用プリント基板に印刷して、リフロー法によりチップ部品を実装した。ソルダペーストの印刷膜厚は、厚さ１５０μｍのメタルマスクを用いて調整した。ソルダペーストの印刷後、１００５サイズおよび３２１６サイズのチップコンデンサおよびチップ抵抗部品を、上記プリント基板の所定位置に搭載して、リフロー炉で加熱し、チップ部品を実装した。リフロー条件は、プリヒートを１７０〜１９０℃、ピーク温度を２６０℃として、２２０℃以上である時間が４５秒間となるように設定し、また、ピーク温度から２００℃までの降温時の冷却速度を３〜８℃／秒に設定した。
さらに、上記プリント基板を１５０℃の環境下で３０分間保持し、次いで−４０℃の環境下で３０分間保持する冷熱サイクル試験に供した。
＜相変態＞
上記冷熱サイクルを３０００サイクル繰り返したプリント基板について、０．４ｍｍピッチのＱＦＮランド部分（０．２ｍｍ幅ランド、０．２ｍｍ幅ギャップ）を外観観察し、下記の基準でランク付けした。
Ａ：はんだ合金の変形が認められなかった。
Ｂ：はんだ合金の変形が認められたが、隣り合うランドのはんだ合金のブリッジは認められなかった。
Ｃ：隣り合うランドのはんだ合金との間にブリッジが形成されていた。
上記冷熱サイクルを３０００サイクル繰り返したプリント基板について、０．４ｍｍピッチのＱＦＮランド部分（０．２ｍｍ幅ランド、０．２ｍｍ幅ギャップ）を外観観察し、下記の基準でランク付けした。
Ａ：はんだ合金の変形が認められなかった。
Ｂ：はんだ合金の変形が認められたが、隣り合うランドのはんだ合金のブリッジは認められなかった。
Ｃ：隣り合うランドのはんだ合金との間にブリッジが形成されていた。
＜耐久性＞
冷熱サイクル３０００サイクル後の１００５サイズおよび３２１６サイズのチップコンデンサ部分を切断して、断面を研磨後、はんだフィレット部に発生した亀裂の割合を、以下の基準によりランク付けした。評価チップ数は、１００５サイズまたは３２１６サイズのチップコンデンサを各１０個とし、各チップサイズにおいて、亀裂が最大のものにより、ランク付けを実施した。
Ａ：亀裂の割合がフィレット全長の７０％以下であった。
Ｂ：亀裂の割合がフィレット全長の１００％未満であった。
Ｃ：亀裂がフィレット部を完全に横断していた。
冷熱サイクル３０００サイクル後の１００５サイズおよび３２１６サイズのチップコンデンサ部分を切断して、断面を研磨後、はんだフィレット部に発生した亀裂の割合を、以下の基準によりランク付けした。評価チップ数は、１００５サイズまたは３２１６サイズのチップコンデンサを各１０個とし、各チップサイズにおいて、亀裂が最大のものにより、ランク付けを実施した。
Ａ：亀裂の割合がフィレット全長の７０％以下であった。
Ｂ：亀裂の割合がフィレット全長の１００％未満であった。
Ｃ：亀裂がフィレット部を完全に横断していた。
＜部品破壊＞
冷熱サイクル３０００サイクル後の３２１６サイズチップ抵抗部分を切断して、断面を研磨後、チップ抵抗部品自体の電極部分に発生した亀裂の程度を、以下の基準によりランク付けした。なお、評価チップ数は１０個とし、亀裂が最大のものでランク付けを実施した。
Ａ：部品電極に亀裂が発生していなかった。
Ｂ：部品電極に亀裂が入っているが断裂していなかった。
Ｃ：部品電極の亀裂により、電極部分が断裂していた。
冷熱サイクル３０００サイクル後の３２１６サイズチップ抵抗部分を切断して、断面を研磨後、チップ抵抗部品自体の電極部分に発生した亀裂の程度を、以下の基準によりランク付けした。なお、評価チップ数は１０個とし、亀裂が最大のものでランク付けを実施した。
Ａ：部品電極に亀裂が発生していなかった。
Ｂ：部品電極に亀裂が入っているが断裂していなかった。
Ｃ：部品電極の亀裂により、電極部分が断裂していた。
＜総合評価＞
「相変態」、「１００５サイズチップを用いた際の耐久性」、「３２１６サイズチップを用いた際の耐久性」および「部品破壊」の各評価に対する評点として、評価“Ａ”を２点、評価“Ｂ”を１点、評価“Ｃ”を０点とした。次いで、各評価項目の評点の合計を算出し、評価の合計に基づいて、各実施例および各比較例により得られたソルダペーストを、下記の基準によって総合的に評価した。
Ａ：極めて良好（評点合計が８点である。）
Ｂ：良好（評点合計が６点または７点であり、かつ、評価“Ｃ”を含まない。）
Ｃ：不良（ランクＣの項目を一つでも含む。）
「相変態」、「１００５サイズチップを用いた際の耐久性」、「３２１６サイズチップを用いた際の耐久性」および「部品破壊」の各評価に対する評点として、評価“Ａ”を２点、評価“Ｂ”を１点、評価“Ｃ”を０点とした。次いで、各評価項目の評点の合計を算出し、評価の合計に基づいて、各実施例および各比較例により得られたソルダペーストを、下記の基準によって総合的に評価した。
Ａ：極めて良好（評点合計が８点である。）
Ｂ：良好（評点合計が６点または７点であり、かつ、評価“Ｃ”を含まない。）
Ｃ：不良（ランクＣの項目を一つでも含む。）
なお、上記発明は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。当該技術分野の当業者によって明らかな本発明の変形例は、後記特許請求の範囲に含まれる。
本発明のはんだ合金、はんだ組成物およびソルダペーストは、電気・電子機器などに用いられる電子回路基板において、利用される。
Claims (6)
- 実質的に、スズ、銀、インジウム、ビスマスおよびアンチモンからなるはんだ合金であって、
前記はんだ合金の総量に対して、
前記銀の含有割合が、２．８質量％以上４質量％以下であり、
前記インジウムの含有割合が、６．２質量％以上９．０質量％以下であり、
前記ビスマスの含有割合が、０．７質量％以上５．０質量％以下であり、
前記アンチモンの含有割合が、０．３質量％以上５．０質量％以下であり、
前記スズの含有割合が、残部の割合であり、
下記判別式（１）のＡの値が、４．３６以下であることを特徴とする、はんだ合金。
Ａ＝０．８７×[Ｉｎ含有割合（質量％）]−０．４１×[Ａｇ含有割合（質量％）]−０．８２×[Ｓｂ含有割合（質量％）]・・・（１）
（ただし、
前記銀の含有割合が３．２質量％であり、かつ、
前記インジウムの含有割合が６．８質量％であり、かつ、
前記ビスマスの含有割合が２．３質量％であり、かつ、
前記アンチモンの含有割合が０．９質量％であり、かつ、
前記スズの含有割合が残部の割合であるものを除く。） - 前記ビスマスの含有割合が、１．０質量％以上３．０質量％以下である、請求項１に記載のはんだ合金。
- 前記アンチモンの含有割合が、１．０質量％以上３．０質量％以下である、
請求項１に記載のはんだ合金。 - さらに、銅、ニッケル、コバルト、ガリウム、ゲルマニウムおよびリンからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含有し、
はんだ合金の総量に対して、前記元素の含有割合が、０質量％を超過し１質量％以下である、請求項１に記載のはんだ合金。 - はんだ合金からなるはんだ粉末と、フラックスとを含有し、
前記はんだ合金は、
実質的に、スズ、銀、インジウム、ビスマスおよびアンチモンからなるはんだ合金であって、
前記はんだ合金の総量に対して、
前記銀の含有割合が、２．８質量％以上４質量％以下であり、
前記インジウムの含有割合が、６．２質量％以上９．０質量％以下であり、
前記ビスマスの含有割合が、０．７質量％以上５．０質量％以下であり、
前記アンチモンの含有割合が、０．３質量％以上５．０質量％以下であり、
前記スズの含有割合が、残部の割合であり、
下記判別式（１）のＡの値が、４．３６以下である
ことを特徴とする、ソルダペースト。
Ａ＝０．８７×[Ｉｎ含有割合（質量％）]−０．４１×[Ａｇ含有割合（質量％）]−０．８２×[Ｓｂ含有割合（質量％）]・・・（１）
（ただし、
前記銀の含有割合が３．２質量％であり、かつ、
前記インジウムの含有割合が６．８質量％であり、かつ、
前記ビスマスの含有割合が２．３質量％であり、かつ、
前記アンチモンの含有割合が０．９質量％であり、かつ、
前記スズの含有割合が残部の割合であるものを除く。） - ソルダペーストによるはんだ付部を備え、
前記ソルダペーストは、
はんだ合金からなるはんだ粉末と、フラックスとを含有し、
前記はんだ合金は、
実質的に、スズ、銀、インジウム、ビスマスおよびアンチモンからなるはんだ合金であって、
前記はんだ合金の総量に対して、
前記銀の含有割合が、２．８質量％以上４質量％以下であり、
前記インジウムの含有割合が、６．２質量％以上９．０質量％以下であり、
前記ビスマスの含有割合が、０．７質量％以上５．０質量％以下であり、
前記アンチモンの含有割合が、０．３質量％以上５．０質量％以下であり、
前記スズの含有割合が、残部の割合であり、
下記判別式（１）のＡの値が、４．３６以下である
ことを特徴とする、電子回路基板。
Ａ＝０．８７×[Ｉｎ含有割合（質量％）]−０．４１×[Ａｇ含有割合（質量％）]−０．８２×[Ｓｂ含有割合（質量％）]・・・（１）
（ただし、
前記銀の含有割合が３．２質量％であり、かつ、
前記インジウムの含有割合が６．８質量％であり、かつ、
前記ビスマスの含有割合が２．３質量％であり、かつ、
前記アンチモンの含有割合が０．９質量％であり、かつ、
前記スズの含有割合が残部の割合であるものを除く。）
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