JP7488504B1 - Solder alloy, solder paste, solder ball, solder preform, solder joint, on-vehicle electronic circuit, ECU electronic circuit, on-vehicle electronic circuit device, and ECU electronic circuit device - Google Patents

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

【課題】融点が低く、シェア強度が高く、破壊モードが適切であるはんだ合金、はんだペースト、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだ継手、車載電子回路、ECU電子回路、車載電子回路装置、およびECU電子回路装置を提供する。【解決手段】はんだ合金は、質量%で、Ag:2.0~3.6%、In:1.0~5.0%、Sb:3.0~5.0%、Fe:0.001~0.030%、Co:0%以上0.050%以下、および残部がSnからなる合金組成を有する。好ましくは、この合金組成は、更に、質量%で、Zr,Ge、Ga、P、As、Pb、Zn、Mg、Cr、Ti、Mo、Pt、Pd、Au、Al、およびSiの少なくとも1種を合計で0.1%以下を含有する。【選択図】図1[Problem] To provide a solder alloy, solder paste, solder ball, solder preform, solder joint, on-vehicle electronic circuit, ECU electronic circuit, on-vehicle electronic circuit device, and ECU electronic circuit device, which have a low melting point, high shear strength, and an appropriate failure mode. [Solution] The solder alloy has an alloy composition consisting of, by mass%, 2.0 to 3.6% Ag, 1.0 to 5.0% In, 3.0 to 5.0% Sb, 0.001 to 0.030% Fe, 0% to 0.050% Co, and the balance being Sn. Preferably, this alloy composition further contains, by mass%, 0.1% or less of at least one of Zr, Ge, Ga, P, As, Pb, Zn, Mg, Cr, Ti, Mo, Pt, Pd, Au, Al, and Si. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、はんだ合金、はんだペースト、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだ継手、車載電子回路、ECU電子回路、車載電子回路装置、およびECU電子回路装置関する。 The present invention relates to a solder alloy, a solder paste, a solder ball, a solder preform, a solder joint, an on-board electronic circuit, an ECU electronic circuit, an on-board electronic circuit device, and an ECU electronic circuit device.

自動車には、プリント基板に電子部品をはんだ付けした電子回路(以下、「車載電子回路」と称する。)が搭載されている。車載電子回路は、エンジン、パワーステアリング、ブレーキ等を電気的に制御する機器に使用されおり、自動車の走行にとって非常に重要な保安部品となっている。特に、燃費向上のためにコンピュータで車を制御する電子回路のECU(Engine Control Unit)と呼ばれる車載電子回路は、長期間に渡って故障がなく安定した状態で稼働できるものでなければならない。このような車載電子回路は、搭載領域の拡大により、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。 Automobiles are equipped with electronic circuits (hereafter referred to as "on-board electronic circuits") that have electronic components soldered to a printed circuit board. On-board electronic circuits are used in devices that electrically control the engine, power steering, brakes, etc., and are extremely important safety components for the operation of an automobile. In particular, on-board electronic circuits called ECUs (Engine Control Units), which are electronic circuits that control the vehicle via computer to improve fuel efficiency, must be able to operate stably without failure for long periods of time. As the mounting area of such on-board electronic circuits has expanded, they are now mounted in places that are subject to various external loads such as shocks and vibrations.

1980年代から、エンジンルームでの使用が考慮されたはんだ合金として、Sn-Pbはんだ合金の代替であるSn-Ag系はんだ合金が選択肢として挙げられていた。Sn-Agはんだ合金は、A35というJIS記号が割り振られているように、汎用性の高いはんだ合金として従来から知られている。ただ、Sn-Agはんだ合金は、鉛フリーはんだ合金としてSn-Pbはんだ合金に対応するための基本的な位置づけとして考えられており、更なる検討が行われてきた。 Since the 1980s, Sn-Ag solder alloys, which are an alternative to Sn-Pb solder alloys, have been considered as a solder alloy for use in engine compartments. Sn-Ag solder alloys have long been known as a highly versatile solder alloy, as can be seen from the JIS symbol A35 that has been assigned to them. However, Sn-Ag solder alloys are considered to be a basic lead-free solder alloy to replace Sn-Pb solder alloys, and further consideration has been given to them.

また、Sn-Agはんだ合金は、Cu電極と接続する場合には、CuがSnにほとんど固溶しないため、接合界面には、電極から拡散されたCuとはんだ合金中のSnにより粗大なCuSn金属間化合物層が形成される。さらに、AgSnの多量析出によりはんだ合金が脆くなり、種々の懸念がある。このため、Sn-Agはんだ合金において、厳しい使用環境であってもはんだ継手が破断しないようなはんだ合金が求められており、従来から種々の検討がされている。 In addition, when a Sn-Ag solder alloy is connected to a Cu electrode, Cu hardly dissolves in Sn, so that a coarse CuSn intermetallic compound layer is formed at the joint interface by Cu diffused from the electrode and Sn in the solder alloy. Furthermore, the large amount of Ag 3 Sn precipitates, making the solder alloy brittle, and there are various concerns. For this reason, there is a demand for a Sn-Ag solder alloy that does not break the solder joint even in a harsh operating environment, and various studies have been conducted in the past.

特許文献1には、はんだ合金の引張強度を向上させるため、Sn-Co-(Sb、Bi、In、Ag、Ga)はんだ合金にSb、Bi、In、Ag、およびGaを添加した検討が行われている。同文献に記載のはんだ合金は、Coを含有することにより、微細なCoSnやCoSnがSnマトリックス中に分散し、引張強度の向上に寄与することが開示されている。また、融点を下げるため、Sbなどの元素を更に添加することが検討されている。 In Patent Document 1, in order to improve the tensile strength of the solder alloy, the addition of Sb, Bi, In, Ag, and Ga to a Sn-Co-(Sb, Bi, In, Ag, Ga) solder alloy is investigated. The solder alloy described in the document discloses that by containing Co, fine CoSn and CoSn2 are dispersed in the Sn matrix, which contributes to improving the tensile strength. In addition, in order to lower the melting point, the addition of further elements such as Sb is investigated.

特許文献2には、ボイドの発生を抑制するとともに、ヒートサイクル試験後であっても亀裂の発生を抑制するSn-Ag-Sb-Ni-Bi-Coはんだ合金が開示されている。同文献には、Cuを含有しないと溶融粘度を下げることができるため、ボイドの発生を抑制することができる、とされている。さらに、同文献には、Niを含有すると、Cuを含有せずともCuの過度な拡散が抑制されるために亀裂の進展が抑制されることも開示されている。 Patent Document 2 discloses a Sn-Ag-Sb-Ni-Bi-Co solder alloy that suppresses the occurrence of voids and also suppresses the occurrence of cracks even after a heat cycle test. The document states that the absence of Cu reduces the melt viscosity, thereby suppressing the occurrence of voids. Furthermore, the document also discloses that the inclusion of Ni suppresses the excessive diffusion of Cu even without the inclusion of Cu, thereby suppressing the progression of cracks.

特開平6-344180号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-344180 特開2018-1179号公報JP 2018-1179 A

前述のように、特許文献1および2に記載の発明では、はんだ合金の引張強度の向上を図り、また、ボイドの発生を抑制し、耐ヒートサイクル性の向上が図られている。また、特許文献1では融点を下げる検討がなされている。 As mentioned above, the inventions described in Patent Documents 1 and 2 aim to improve the tensile strength of the solder alloy, suppress the occurrence of voids, and improve heat cycle resistance. Patent Document 1 also considers lowering the melting point.

しかし、車載用の電子回路に用いるはんだ合金としては、これらの評価だけでは不十分である。例えば、車載用の電子回路では、電子回路を搭載する自動車が悪路を走行すると、電子回路には外部からの衝撃や振動などの応力が加わる。このため、はんだ継手が破断しないように高いシェア強度を示すことは、はんだ継手にとって大変重要である。 However, these evaluations alone are not sufficient for solder alloys to be used in automotive electronic circuits. For example, when a vehicle equipped with electronic circuits runs on rough roads, the electronic circuits are subjected to stress from external shocks and vibrations. For this reason, it is extremely important for solder joints to exhibit high shear strength so that they do not break.

また、破断し難いはんだ継手が形成されたとしても、応力が継続的にはんだ継手に加わると、いずれ破断する。このような継続的な応力は、寒暖差が激しい環境に曝されることにより継続的に加わることが考えられる。これは、電極、接合界面に形成される金属間化合物、およびバルクの熱膨張係数の違いに起因する。このとき、破断した箇所を表す破壊モードが接合界面であってはならない。接合界面は電極と接合しているため、接合界面で応力を緩和することは容易ではない。ただ、物理的および電気的な負荷は主としてはんだ継手の接合界面に加わる。このため、比較的変形しやすいバルクで応力を緩和した方が、破壊を抑制することができると考えられる。 Furthermore, even if a solder joint that is difficult to break is formed, if stress is continuously applied to the solder joint, it will eventually break. It is thought that such continuous stress is continuously applied due to exposure to an environment with extreme temperature differences. This is due to the difference in thermal expansion coefficients of the electrodes, the intermetallic compounds formed at the joint interface, and the bulk. In this case, the fracture mode that indicates the location of the fracture must not be the joint interface. Since the joint interface is joined to the electrodes, it is not easy to relieve stress at the joint interface. However, physical and electrical loads are mainly applied to the joint interface of the solder joint. For this reason, it is thought that fracture can be suppressed by relieving stress in the bulk, which is relatively easy to deform.

しかし、特許文献1および2には、シェア強度と破壊モードについては一切検討されておらず、はんだ継手の使用する上での実情が反映されているとは言い難い。はんだ継手は基板等と電子部品等を電気的に接続するものであるため、接合界面での破断は極力避けられるべきである。 However, Patent Documents 1 and 2 do not consider shear strength and fracture modes at all, and it is difficult to say that they reflect the actual situation when using solder joints. Since solder joints electrically connect substrates and electronic components, fracture at the joint interface should be avoided as much as possible.

このように、特許文献1および2には、はんだ継手として重要な特性であるシェア強度と破壊モードについては何ら検討されていない。Cuを含有しないはんだ合金であっても、これらの特性が発揮されるはんだ合金は望まれている。しかし、近年の自動車は電気化が進み、搭載される基板数は増加し続けると考えられるため、これらの特性を示すはんだ合金の開発は急務である。さらに、電子部品の耐熱性を鑑みると、従来と同程度の融点を示すことも望まれている。 Thus, Patent Documents 1 and 2 do not consider at all the important properties of solder joints, namely shear strength and fracture mode. Solder alloys that exhibit these properties, even if they do not contain Cu, are desirable. However, as automobiles have become increasingly electrified in recent years and the number of circuit boards mounted on them is expected to continue to increase, there is an urgent need to develop solder alloys that exhibit these properties. Furthermore, in consideration of the heat resistance of electronic components, it is also desirable for them to exhibit a melting point equivalent to that of conventional solder alloys.

そこで、本発明の課題は、融点が低く、シェア強度が高く、破壊モードが適切であるはんだ合金、はんだペースト、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだ継手、車載電子回路、ECU電子回路、車載電子回路装置、およびECU電子回路装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a solder alloy, solder paste, solder ball, solder preform, solder joint, on-board electronic circuit, ECU electronic circuit, on-board electronic circuit device, and ECU electronic circuit device that have a low melting point, high shear strength, and an appropriate failure mode.

本発明者らは、特許文献1および2に開示されているはんだ合金を再検討した。両文献に開示されているはんだ合金の中で、特許文献1の実施例5であるSn-Ag-In-Sb-Co-Gaはんだ合金、および特許文献2の実施例19であるSn-Ag-In-Sb-Co-Ni-Biはんだ合金、同文献の実施例24であるSn-Ag-Sb-Co-Fe-Ni-Biはんだ合金のシェア強度が、従来と同程度であり、改善の余地がある知見が得られた。 The present inventors have reexamined the solder alloys disclosed in Patent Documents 1 and 2. Among the solder alloys disclosed in both documents, the Sn-Ag-In-Sb-Co-Ga solder alloy in Example 5 of Patent Document 1, the Sn-Ag-In-Sb-Co-Ni-Bi solder alloy in Example 19 of Patent Document 2, and the Sn-Ag-Sb-Co-Fe-Ni-Bi solder alloy in Example 24 of the same document have the same shear strength as conventional solder alloys, and have found that there is room for improvement.

これらのはんだ合金は、シェア強度の向上を目的として設計された合金組成を有するわけではない。はんだ合金は、それぞれのはんだ合金ごとに,その組成成分の一つでも含有量等が異なれば,全体の特性が異なることが通常であって、所定の含有量を有する合金元素の組合せの全体が一体のものとして技術的に評価されると解すべきである。 These solder alloys do not have alloy compositions designed for the purpose of improving shear strength. For each solder alloy, if the content of even one of the compositional components differs, the overall characteristics will usually differ, and it should be understood that the entire combination of alloying elements with a specified content is technically evaluated as a single entity.

そこで、本発明者らは、融点の上昇を抑えつつ、シェア強度の向上と、破壊モードについて詳細に調査をおこなった。ここで、特許文献1では、Sn-Coはんだ合金に、Ag、In、Sb、Gaを添加すると融点を下げることができる、と説明されている。しかし、融点は、これらの元素の含有量に応じて大きく変動するため、たまたま特許文献1の実施例5に記載されている組成が妥当であるとは限らない。 The inventors therefore conducted detailed research into the improvement of shear strength and the fracture mode while suppressing the rise in melting point. Here, Patent Document 1 explains that the melting point can be lowered by adding Ag, In, Sb, and Ga to a Sn-Co solder alloy. However, since the melting point varies greatly depending on the content of these elements, it is not necessarily the case that the composition described in Example 5 of Patent Document 1 is appropriate.

また、特許文献1には、引張強度の向上を目的としてCoを添加することが開示されている。しかし、シェア強度の向上に関しては何ら検討されていない。また、はんだ合金の引張強度が必要以上に向上すると、破壊モードが接合界面になる。このため、Sn-Ag-In-Sb-Co-Gaはんだ合金においては、Coの添加は好ましくないと推察される。 Patent Document 1 also discloses the addition of Co to improve tensile strength. However, no consideration is given to improving shear strength. Furthermore, if the tensile strength of the solder alloy is increased more than necessary, the fracture mode becomes the joint interface. For this reason, it is presumed that the addition of Co is not desirable in Sn-Ag-In-Sb-Co-Ga solder alloys.

特許文献2には、NiとCoが所定の範囲内であればボイドの発生を抑制することができることが記載されている。このように、特許文献2の記載を鑑みると、CoはNiと共存することにより効果を発揮し得る。したがって、特許文献1の合金組成ではシェア強度が低く破壊モードが不適切であった知見によれば、特許文献2においても、Niの添加は好ましくないと推察される。 Patent Document 2 describes that the occurrence of voids can be suppressed if Ni and Co are within a specified range. In light of the description in Patent Document 2, Co can be effective when it coexists with Ni. Therefore, based on the knowledge that the alloy composition in Patent Document 1 had low shear strength and an inappropriate fracture mode, it is presumed that the addition of Ni is also undesirable in Patent Document 2.

さらに、特許文献2には、Biの含有量が所定量以下であると耐熱衝撃性を保つことができるとされている。しかし、特許文献2においてBiは、3%程度までSnに固溶するため、Snの固溶強化によりはんだ合金の引張強度が増加し、破壊モードが接合界面になってしまう。 Furthermore, Patent Document 2 states that thermal shock resistance can be maintained if the Bi content is below a certain amount. However, in Patent Document 2, Bi dissolves in Sn up to about 3%, so the tensile strength of the solder alloy increases due to the solid solution strengthening of Sn, and the fracture mode becomes the joint interface.

そこで、本発明者らは、上述の知見などを鑑み、特許文献1および2において、Snへの添加元素からNi、Co、およびBiを除いたSn-Ag-In-Sbはんだ合金に着目した。そして、本発明者らは、このはんだ合金のシェア強度が向上し、破壊モードがバルクであるようにするため、更なる添加元素の選定と、Ag、In、およびSbの含有量について詳細に検討を行った。 In view of the above findings, the inventors focused on the Sn-Ag-In-Sb solder alloy in Patent Documents 1 and 2, in which Ni, Co, and Bi were excluded from the additive elements to Sn. The inventors then conducted detailed studies on the selection of additional additive elements and the contents of Ag, In, and Sb in order to improve the shear strength of this solder alloy and ensure that the fracture mode is bulk.

まずは、破壊モードを適切にするため、CuおよびNiを含有しないはんだ合金において、接合界面の金属間化合物の成長を抑制する必要がある。金属間化合物は電極からはんだ合金へCuが拡散することにより成長する。ここで、金属間化合物は主としてSnとCuの化合物で構成される。そして、はんだ合金と電極の界面に存在する金属間化合物層が粗大であると、破壊モードが不適切となりやすい。 First, in order to ensure an appropriate fracture mode, it is necessary to suppress the growth of intermetallic compounds at the joint interface in solder alloys that do not contain Cu or Ni. Intermetallic compounds grow as Cu diffuses from the electrode into the solder alloy. Here, intermetallic compounds are mainly composed of compounds of Sn and Cu. If the intermetallic compound layer at the interface between the solder alloy and the electrode is coarse, the fracture mode is likely to be inappropriate.

そこで、Feを含有することにより界面が改質されることに着目し、Sn-Ag-In-Sb-Feはんだ合金について、添加元素の含有量を詳細に調査した。この結果、添加元素の含有量が所定の範囲内である場合に限り、シェア強度の向上と破壊モードの適正化を図ることができる知見が得られた。
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。
Therefore, focusing on the fact that the interface is modified by including Fe, the content of the additive elements in the Sn-Ag-In-Sb-Fe solder alloy was investigated in detail. As a result, it was found that the shear strength can be improved and the fracture mode can be optimized only when the content of the additive elements is within a predetermined range.
The present invention, which was made based on these findings, is as follows.

(0) 質量%で、Ag:2.0~3.6%、In:1.0~5.0%、Sb:3.0~5.0%、Fe:0.0010~0.0300%、Co:0%以上0.050%以下、および残部がSnからなることを特徴とするはんだ合金。
(1) 質量%で、Ag:2.0~3.6%、In:1.0~5.0%、Sb:3.0~5.0%、Fe:0.0010~0.0300%、Co:0%以上0.050%以下、および残部がSnからなる合金組成を有することを特徴とするはんだ合金。
(0) A solder alloy comprising, by mass%, 2.0 to 3.6% Ag, 1.0 to 5.0% In, 3.0 to 5.0% Sb, 0.0010 to 0.0300% Fe, 0% or more and 0.050% or less Co, and the balance being Sn.
(1) A solder alloy having an alloy composition consisting of, in mass%, 2.0 to 3.6% Ag, 1.0 to 5.0% In, 3.0 to 5.0% Sb, 0.0010 to 0.0300% Fe, 0% or more and 0.050% or less Co, and the balance being Sn.

(2)合金組成(はんだ合金)は、更に、質量%で、Zr、Ge、Ga、P、As、Pb、Zn、Mg、Cr、Ti、Mo、Pt、Pd、Au、Al、およびSiの少なくとも1種を合計で0.1%以下を含有する、上記(0)または上記(1)に記載のはんだ合金。 (2) The solder alloy according to (0) or (1) above, further comprising, by mass%, at least one of Zr, Ge, Ga, P, As, Pb, Zn, Mg, Cr, Ti, Mo, Pt, Pd, Au, Al, and Si in a total amount of 0.1% or less.

(3)合金組成(はんだ合金)は、下記(1)式および(2)式を満たす、上記(0)~上記(2)のいずれか1項に記載のはんだ合金。
0.36≦Ag×In×Sb×Fe≦1.19 (1)
47≦(In×Sb)/(Ag×Fe)≦319 (2)
上記(1)式および(2)式中、Ag、In、Sb、およびFeは、各々前記はんだ合金の質量%としての含有量である。
(3) A solder alloy according to any one of (0) to (2) above, wherein the alloy composition (solder alloy) satisfies the following formulas (1) and (2):
0.36≦Ag×In×Sb×Fe≦1.19 (1)
47≦(In×Sb)/(Ag×Fe)≦319 (2)
In the above formulas (1) and (2), Ag, In, Sb, and Fe each represent the content in mass % of the solder alloy.

(4)上記(0)~上記(2)のいずれか1項に記載のはんだ合金からなるはんだ粉末を有するはんだペースト。 (4) A solder paste having a solder powder made of the solder alloy described in any one of (0) to (2) above.

(5)上記(0)~上記(2)のいずれか1項に記載のはんだ合金からなるはんだボール。 (5) A solder ball made of a solder alloy described in any one of (0) to (2) above.

(6)上記(0)~上記(2)のいずれか1項に記載のはんだ合金からなるはんだプリフォーム。 (6) A solder preform made of the solder alloy described in any one of (0) to (2) above.

(7)上記(0)~上記(2)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 joint having a solder alloy described in any one of (0) to (2) above.

(8)上記(0)~上記(2)のいずれか1項に記載のはんだ合金を有することを特徴とする車載電子回路。 (8) An in-vehicle electronic circuit comprising the solder alloy described in any one of (0) to (2) above.

(9)上記(0)~上記(2)のいずれか1項に記載のはんだ合金を有することを特徴とするECU電子回路。 (9) An ECU electronic circuit comprising the solder alloy described in any one of (0) to (2) above.

(10)上記(8)に記載の車載電子回路を備えたことを特徴とする車載電子回路装置。 (10) An on-vehicle electronic circuit device comprising the on-vehicle electronic circuit described in (8) above.

(11)上記(9)に記載のECU電子回路を備えたことを特徴とするECU電子回路装置。 (11) An ECU electronic circuit device comprising the ECU electronic circuit described in (9) above.

図1は、シェア強度を測定した後におけるサンプルの光学顕微鏡写真を示し、図1(a)は実施例14であり、図1(b)は実施例2であり、図1(c)は比較例3である。FIG. 1 shows optical microscope photographs of samples after measuring the shear strength, where FIG. 1(a) is Example 14, FIG. 1(b) is Example 2, and FIG.

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。 The present invention is described in more detail below. In this specification, "%" in relation to the solder alloy composition means "mass %" unless otherwise specified.

1. はんだ合金
(1) Ag:2.0~3.6%
Agは、シェア強度の向上、AgSnの析出による破壊モードの適切化、および融点の低下に寄与する。Agの含有量が2.0%未満であると、化合物の析出量が少なくシェア強度が低下する。Ag含有量の下限は2.0%以上であり、好ましくは2.5%以上であり、より好ましくは2.7%以上であり、更に好ましくは3.0%以上である。
1. Solder alloy (1) Ag: 2.0-3.6%
Ag contributes to improving the shear strength, optimizing the fracture mode by precipitation of Ag 3 Sn, and lowering the melting point. If the Ag content is less than 2.0%, the amount of compound precipitated is small and the shear strength is reduced. The lower limit of the Ag content is 2.0% or more, preferably 2.5% or more, more preferably 2.7% or more, and even more preferably 3.0% or more.

一方、Agの含有量が3.6%を超えると、過共晶になるためにAgSnが多量に析出してバルクの強度が過度に上がるため、破壊モードが接合界面になる。さらに、破壊モードが接合界面であることにより、シェア強度が低下する。Ag含有量の上限は3.6%以下であり、好ましくは3.5%以下であり、より好ましくは3.4%以下である。 On the other hand, when the Ag content exceeds 3.6%, a large amount of Ag 3 Sn precipitates due to hypereutectic, and the strength of the bulk increases excessively, so that the fracture mode becomes the bonding interface. Furthermore, the fracture mode becomes the bonding interface, and the shear strength decreases. The upper limit of the Ag content is 3.6% or less, preferably 3.5% or less, and more preferably 3.4% or less.

(2) In:1.0~5.0%
Inは、シェア強度の向上、および破壊モードの適切化に寄与する。Inの含有量が1.0%未満であると、濡れ性の低下により濡れ広がりが不十分であるとともに固溶強化の効果が十分ではないため、シェア強度が劣り、破壊モードが不適切になる。Inの含有量の下限は1.0%以上であり、好ましくは1.5%以上であり、より好ましくは2.0%以上であり、更に好ましくは2.5%以上であり、特に好ましくは3.0%以上である。
(2) In: 1.0 to 5.0%
In contributes to improving the shear strength and optimizing the fracture mode. If the In content is less than 1.0%, the wettability is reduced, the wetting spread is insufficient, and the effect of solid solution strengthening is insufficient, so the shear strength is inferior and the fracture mode is inappropriate. The lower limit of the In content is 1.0% or more, preferably 1.5% or more, more preferably 2.0% or more, even more preferably 2.5% or more, and particularly preferably 3.0% or more.

一方、Inの含有量が5.0%を超えると、化合物を多量に析出することにより、融点が上昇する。さらに、バルク強度が上がり、接合界面もしくは部品での破壊の懸念がある。Inの含有量の上限は5.0%以下であり、好ましくは4.5%以下であり、より好ましくは4.0%以下であり、更に好ましくは3.5%以下である。 On the other hand, if the In content exceeds 5.0%, a large amount of compounds are precipitated, causing the melting point to rise. Furthermore, the bulk strength increases, raising concerns about fracture at the joint interface or at the component. The upper limit of the In content is 5.0% or less, preferably 4.5% or less, more preferably 4.0% or less, and even more preferably 3.5% or less.

(3) Sb:3.0~5.0%
Sbは、シェア強度の向上、および破壊モードの適正化に寄与する。Sbの含有量が3.0%未満であると、Snに対する固溶強化、Sn-Sb化合物の析出強化が十分ではないため、シェア強度が劣る。Sbの含有量の下限は3.0%以上であり、好ましくは3.5%以上であり、より好ましくは3.6%以上であり、さらに好ましくは3.8%以上であり、特に好ましくは3.9%以上であり、最も好ましくは4.0%以上である。
(3) Sb: 3.0 to 5.0%
Sb contributes to improving the shear strength and optimizing the fracture mode. If the Sb content is less than 3.0%, the shear strength is inferior because the solid solution strengthening with respect to Sn and the precipitation strengthening of the Sn-Sb compound are insufficient. The lower limit of the Sb content is 3.0% or more, preferably 3.5% or more, more preferably 3.6% or more, even more preferably 3.8% or more, particularly preferably 3.9% or more, and most preferably 4.0% or more.

一方、Sbの含有量が5.0%を超えると、粗大なSnSb化合物を形成するため、シェア強度が劣る。さらに、濡れ性が劣化し、破壊モードが接合界面または部品破壊となり、不適切になる。Sbの含有量の上限は5.0%以下であり、好ましくは4.8以下であり、より好ましくは4.6%以下であり、さらに好ましくは4.5%以下であり、特に好ましくは4.3%以下であり、最も好ましくは4.1%以下である。 On the other hand, if the Sb content exceeds 5.0%, coarse SnSb compounds are formed, resulting in poor shear strength. Furthermore, wettability deteriorates, and the failure mode becomes the joint interface or component failure, which is inappropriate. The upper limit of the Sb content is 5.0% or less, preferably 4.8 or less, more preferably 4.6% or less, even more preferably 4.5% or less, particularly preferably 4.3% or less, and most preferably 4.1% or less.

(4) Fe:0.0010~0.0300%
Feは、シェア強度の向上、および破壊モードの適正化に寄与する。Feの含有量が0.0010%未満であると、界面に形成される金属間化合物層の改質による界面強化の効果が十分ではないため、シェア強度が劣り、破壊モードが接合界面になり適正ではない。Feの含有量の下限は0.0010%以上であり、好ましくは0.0050%以上であり、より好ましくは0.0100%以上であり、更に好ましくは0.0150%以上であり、特に好ましくは0.0200%以上である。
(4) Fe: 0.0010 to 0.0300%
Fe contributes to improving the shear strength and optimizing the fracture mode. If the Fe content is less than 0.0010%, the effect of strengthening the interface by modifying the intermetallic compound layer formed at the interface is insufficient, so the shear strength is poor and the fracture mode is at the bonded interface, which is not appropriate. The lower limit of the Fe content is 0.0010% or more, preferably 0.0050% or more, more preferably 0.0100% or more, even more preferably 0.0150% or more, and particularly preferably 0.0200% or more.

一方、Feの含有量が0.0300%を超えると、SnとFeの化合物が析出し、バルク強度が過度に向上するため、接合界面での破壊の懸念がある。Feの含有量の上限は0.0300%以下であり、好ましくは0.0270%以下であり、より好ましくは0.0250%以下である。 On the other hand, if the Fe content exceeds 0.0300%, Sn and Fe compounds precipitate, which increases the bulk strength excessively, raising concerns about fracture at the bonding interface. The upper limit of the Fe content is 0.0300% or less, preferably 0.0270% or less, and more preferably 0.0250% or less.

(5) Co:0%以上0.050%以下
Coは、融点上昇の抑制、シェア強度の向上、および破壊モードの適切化に寄与する任意元素である。従来のはんだ合金では、シェア強度の向上および破壊モードの適正化の観点から含有しない方がよいと考えられた。しかし、Coを添加したところ、高いシェア強度が維持されるとともに破壊モードもバルクのままである。Sn-Ag-In-Sb系はんだ合金では、CoはCoSnなどが微細に分散されると考えられる。しかし、Snの合金組織を微細にするまでには至らない。この合金系ではFeによりSnの合金組織が微細になることから、CoSnなどの微細組織が分散されると、さらに全体の合金組織が微細になると推察される。したがって、本発明に係るはんだ合金では、CoはFeの存在下において相乗的に効果を発揮することができる。
(5) Co: 0% to 0.050% Co is an optional element that contributes to suppressing the rise in melting point, improving the shear strength, and optimizing the fracture mode. In conventional solder alloys, it was considered better not to include Co from the viewpoint of improving the shear strength and optimizing the fracture mode. However, when Co was added, the high shear strength was maintained and the fracture mode remained bulk. In Sn-Ag-In-Sb solder alloys, Co is thought to finely disperse CoSn and the like. However, it does not reach the point of making the alloy structure of Sn fine. In this alloy system, since the alloy structure of Sn is made fine by Fe, it is presumed that when the fine structure of CoSn and the like is dispersed, the entire alloy structure becomes finer. Therefore, in the solder alloy according to the present invention, Co can exert a synergistic effect in the presence of Fe.

また、本発明に係るはんだ合金では、Coは任意元素であるため、Coを含有しない場合であっても、高いシェア強度と破壊モードの適正化を維持することができる。Co含有量の下限は0%以上であり、好ましくは0%超であり、より好ましくは0.0010%以上であり、更に好ましくは0.0030%以上であり、特に好ましくは0.0060%以上であり、最も好ましくは0.0080%以上である。 In addition, since Co is an optional element in the solder alloy of the present invention, even if Co is not contained, high shear strength and optimization of the fracture mode can be maintained. The lower limit of the Co content is 0% or more, preferably more than 0%, more preferably 0.0010% or more, even more preferably 0.0030% or more, particularly preferably 0.0060% or more, and most preferably 0.0080% or more.

一方、Coの含有量が0.0500%を超えると、SnとCoの化合物が析出し、バルクの強度が過度に上がるため、破壊モードが接合界面になる。また、化合物の多量析出により融点が大幅に上昇し、濡れ性が悪化するため、シェア強度が低下する。Co含有量の上限は0.0500%以下であり、好ましくは0.0300%以下であり、より好ましくは0.0100%以下である。 On the other hand, if the Co content exceeds 0.0500%, Sn and Co compounds precipitate, causing the bulk strength to increase excessively, and the fracture mode becomes the bonding interface. In addition, the melting point increases significantly due to the large amount of compounds precipitated, and the wettability deteriorates, resulting in a decrease in shear strength. The upper limit of the Co content is 0.0500% or less, preferably 0.0300% or less, and more preferably 0.0100% or less.

(6) 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。なお、本発明において、Sn-Ag-In-Sb-Feはんだ合金がNiを含有すると、SnNi化合物が析出する。SnNi化合物は界面に形成される金属間化合物を核として析出するため、界面に形成される金属間化合物層が厚くなる。その結果、シェア強度の低下がする。したがって、本発明では、Niを含有しない方がよい。また、Biは、Inと共存するとSn-In-Bi低融点相を形成する。低融点相は、クリープ変形を鑑みると、融点に対して室温環境が非常に高温環境であるため、クリープ変形し易く、シェア強度が低下する。このため、本発明では、Biを含有しない方がよい。
(6) Balance: Sn
The balance of the solder alloy according to the present invention is Sn. In addition to the above elements, unavoidable impurities may be contained. Even if unavoidable impurities are contained, the above-mentioned effects are not affected. In the present invention, when the Sn-Ag-In-Sb-Fe solder alloy contains Ni, SnNi compounds are precipitated. Since the SnNi compounds precipitate using the intermetallic compounds formed at the interface as nuclei, the intermetallic compound layer formed at the interface becomes thick. As a result, the shear strength decreases. Therefore, in the present invention, it is better not to contain Ni. In addition, when Bi coexists with In, it forms a Sn-In-Bi low melting point phase. In the low melting point phase, in view of creep deformation, the room temperature environment is a very high temperature environment relative to the melting point, so it is easy to creep deform and the shear strength decreases. For this reason, in the present invention, it is better not to contain Bi.

(7) Zr,Ge、Ga、P、As、Pb、Zn、Mg、Cr、Ti、Mo、Pt、Pd、Au、Al、およびSiの少なくとも1種を合計で0.1%以下
本発明に係るはんだ合金は、本発明の効果を損なわない程度において、任意元素としてZr,Ge、Ga、P、As、Pb、Zn、Mg、Cr、Ti、Mo、Pt、Pd、Au、Al、およびSiの少なくとも1種を合計で0.1%以下の範囲で含有することができる。好ましくは、合計量が0.08%以下である。含有量の下限は特に限定されないが、0.0001%以上であればよく、0.001%以上であってもよい。
(7) At least one of Zr, Ge, Ga, P, As, Pb, Zn, Mg, Cr, Ti, Mo, Pt, Pd, Au, Al, and Si is 0.1% or less in total. The solder alloy according to the present invention can contain at least one of Zr, Ge, Ga, P, As, Pb, Zn, Mg, Cr, Ti, Mo, Pt, Pd, Au, Al, and Si in a total amount of 0.1% or less as an optional element, to the extent that the effect of the present invention is not impaired. Preferably, the total amount is 0.08% or less. The lower limit of the content is not particularly limited, but may be 0.0001% or more, and may be 0.001% or more.

(8) (1)式および(2)式
0.36≦Ag×In×Sb×Fe≦1.19 (1)
47≦(In×Sb)/(Ag×Fe)≦319 (2)
上記(1)式および(2)式中、Ag、In、Sb、およびFeは、各々はんだ合金の質量%としての含有量である。
(8) Formula (1) and formula (2) 0.36≦Ag×In×Sb×Fe≦1.19 (1)
47≦(In×Sb)/(Ag×Fe)≦319 (2)
In the above formulas (1) and (2), Ag, In, Sb, and Fe each represent a content in terms of mass % of the solder alloy.

(1)式は、本発明に係るはんだ合金の添加元素のバランスが考慮された式である。本発明に係るはんだ合金は、低い融点、高いシェア強度、および適正な破壊モードを、各構成元素の相乗効果により発揮することができる。このため、Snを除くすべての構成元素のバランスは、本発明のすべての効果を、より一層向上させることができる。(1)式の中で、Ag、In、およびSbの含有量は、Feの含有量と比較して10~100倍程度である。しかし、はんだ合金への寄与度は同程度であると考えられる。したがって、本発明において低い融点、高いシェア強度、および適正な破壊モードを、1組成で、同時に、更に向上させるためには、均衡がとれた含有量にすることが好ましい。 Formula (1) is a formula that takes into consideration the balance of the additive elements of the solder alloy of the present invention. The solder alloy of the present invention can exhibit a low melting point, high shear strength, and appropriate fracture mode due to the synergistic effect of each constituent element. Therefore, the balance of all constituent elements except Sn can further improve all the effects of the present invention. In formula (1), the contents of Ag, In, and Sb are about 10 to 100 times the content of Fe. However, it is considered that the contribution of each of these elements to the solder alloy is about the same. Therefore, in order to further improve the low melting point, high shear strength, and appropriate fracture mode of the present invention in one composition at the same time, it is preferable to have a balanced content.

(2)式は、添加元素の中で、上限を超えると、部品破壊に至るまでシェア強度が向上してしまうInおよびSbの群内でのバランスと、界面破壊で留まるAgおよびFeの群内でのバランスとが考慮され、更に両群のバランスが考慮された式である。(2)式を満たすと、合金組成によっては更に破壊モードが適正になることがある。 Formula (2) takes into consideration the balance within the group of In and Sb, which, when exceeded, increase the shear strength to the point of component failure, and the balance within the group of Ag and Fe, which remain at the interface, among the added elements, and also takes into consideration the balance between the two groups. When formula (2) is satisfied, the failure mode may become even more appropriate depending on the alloy composition.

(1)式の下限は、好ましくは0.36以上であり、より好ましくは0.39以上であり、更に好ましくは0.42以上であり、更により好ましくは0.43以上であり、特に好ましくは0.44以上であり、最も好ましくは0.52以上であり、0.53以上、0.60以上、0.656以上、0.66以上、0.70以上、0.75以上、0.78以上、0.79以上、0.84以上、0.87以上、0.88以上であってもよい。(1)式の上限は、好ましくは1.19以下であり、より好ましくは1.18以下であり、更に好ましくは1.09以下であり、更により好ましくは1.08以下であり、特に好ましくは1.05以下であり、最も好ましくは1.02以下であり、0.91以下、0.92以下、0.90以下であってもよい。 The lower limit of formula (1) is preferably 0.36 or more, more preferably 0.39 or more, even more preferably 0.42 or more, even more preferably 0.43 or more, particularly preferably 0.44 or more, and most preferably 0.52 or more, 0.53 or more, 0.60 or more, 0.656 or more, 0.66 or more, 0.70 or more, 0.75 or more, 0.78 or more, 0.79 or more, 0.84 or more, 0.87 or more, or 0.88 or more. The upper limit of formula (1) is preferably 1.19 or less, more preferably 1.18 or less, even more preferably 1.09 or less, even more preferably 1.08 or less, particularly preferably 1.05 or less, and most preferably 1.02 or less, and may be 0.91 or less, 0.92 or less, or 0.90 or less.

(2)式の下限は、好ましくは47以上であり、より好ましくは51以上であり、更に好ましくは57以上であり、更により好ましくは68以上であり、特に好ましくは69以上であり、最も好ましくは85以上であり、86以上、91以上、102以上、103以上、114以上、120以上、133以上、137以上、141以上、142以上、143以上、154以上、160以上であってもよい。(2)式の上限は、好ましくは319以下であり、より好ましくは286以下であり、更に好ましくは285以下であり、更により好ましくは267以下であり、特に好ましくは266以下であり、最も好ましくは257以下であり、240以下、229以下、228以下、213以下、206以下、205以下、200以下、192以下、183以下、182以下、171以下であってもよい。 The lower limit of formula (2) is preferably 47 or more, more preferably 51 or more, even more preferably 57 or more, even more preferably 68 or more, particularly preferably 69 or more, and most preferably 85 or more, 86 or more, 91 or more, 102 or more, 103 or more, 114 or more, 120 or more, 133 or more, 137 or more, 141 or more, 142 or more, 143 or more, 154 or more, or 160 or more. The upper limit of formula (2) is preferably 319 or less, more preferably 286 or less, even more preferably 285 or less, even more preferably 267 or less, particularly preferably 266 or less, and most preferably 257 or less, and may be 240 or less, 229 or less, 228 or less, 213 or less, 206 or less, 205 or less, 200 or less, 192 or less, 183 or less, 182 or less, or 171 or less.

(1)式および(2)式の算出には、下記表1および2に示された合金組成の実測値において、表記されている数値自体が用いられる。すなわち、(1)式および(2)式の算出では、下記表1~3で示された実測値において、有効数字の桁数より小さい桁をすべて0として取り扱う。例えば、Feの含有量が実測値で「0.0250」質量%であった場合、(1)式および(2)式の算出に用いるFeの含有量は、0.02505~0.02514%の範囲を有するのではなく、「0.025000・・・」として取り扱う。(1)式では小数点第三位まで算出し、小数点第三を四捨五入して小数点第二位まで求め、(2)式では小数点第一位まで算出し、小数点第一位を四捨五入して一の位まで求める。
なお、本明細書に記載されている特許文献やその他の文献に具体的に開示されている合金組成から(1)、(2)式を算出する場合にも、同様にして取り扱う。
In the calculation of formula (1) and formula (2), the numerical values themselves shown in the measured values of the alloy composition shown in Tables 1 and 2 below are used. That is, in the calculation of formula (1) and formula (2), all digits smaller than the number of significant digits in the measured values shown in Tables 1 to 3 below are treated as 0. For example, if the measured Fe content is "0.0250" mass%, the Fe content used in the calculation of formula (1) and formula (2) does not have a range of 0.02505 to 0.02514%, but is treated as "0.025000...". In formula (1), calculation is performed to the third decimal place, and the third decimal place is rounded off to the second decimal place, and in formula (2), calculation is performed to the first decimal place, and the first decimal place is rounded off to the one place.
The same procedure is applied when calculating formulas (1) and (2) from alloy compositions specifically disclosed in patent documents or other documents mentioned in this specification.

前述のように、合金はすべての構成元素が個々に機能するのではなく、すべての構成元素が全体として1つの物を成すことから、1種の元素だけですべての優れた効果が同時に発揮されることは稀である。このため、上述のように、各構成元素の最適な含有量の範囲内において、更に優れた特性を示すようにするためには、構成元素を全体的に検討する必要がある。本発明に係るはんだ合金では、低い融点、高いシェア強度、適正な破壊モードのすべてを、1組成で、更に高い水準で満足するようためには、(1)式および(2)式を満足することが好ましい。 As mentioned above, in an alloy, all the constituent elements do not function individually, but rather all the constituent elements form a single entity as a whole, so it is rare for one element to simultaneously exert all of the excellent effects. For this reason, as mentioned above, in order to achieve even better properties within the optimal content range of each constituent element, it is necessary to consider the constituent elements as a whole. In the solder alloy of the present invention, in order to achieve a high level of low melting point, high shear strength, and appropriate fracture mode all in one composition, it is preferable for formulas (1) and (2) to be satisfied.

なお、後述する実施例において、判定結果が「◎」である場合には、「〇」と比較して実用上特に好ましいことを表す。「〇」は、従来よりも好ましい結果であるため、他の評価結果も優れている場合には本発明の範囲内であり、実施例として取り扱う。「×」は、本発明においては不十分な結果であるため、本発明の範囲外であり、比較例として取り扱う。 In the examples described below, if the evaluation result is "◎", it means that it is particularly preferable in practical use compared to "◯". Since "◯" is a more preferable result than the conventional example, if other evaluation results are also excellent, it is within the scope of the present invention and is treated as an example. Since "×" is an insufficient result in the present invention, it is outside the scope of the present invention and is treated as a comparative example.

2. はんだペースト
本発明に係るはんだペーストは、上述の合金組成からなるはんだ粉末とフラックスとの混合物である。本発明において使用するフラックスは、常法によりはんだ付けが可能であれば特に制限されない。したがって、一般的に用いられるロジン、有機酸、活性剤、チキソ剤、そして溶剤を適宜配合したものを使用すればよい。本発明において金属粉末成分とフラックス成分との配合割合は特に制限されないが、好ましくは、金属粉末成分:70~90質量%、フラックス成分:10~30質量%である。
2. Solder Paste The solder paste according to the present invention is a mixture of solder powder having the above-mentioned alloy composition and flux. The flux used in the present invention is not particularly limited as long as it allows soldering by a normal method. Therefore, a suitable mixture of commonly used rosin, organic acid, activator, thixotropic agent, and solvent may be used. The blending ratio of the metal powder component and the flux component in the present invention is not particularly limited, but is preferably 70 to 90 mass % of the metal powder component and 10 to 30 mass % of the flux component.

3. 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。はんだボールとして使用する場合は、本発明に係るはんだ合金を、当業界で一般的な方法である滴下法を用いてはんだボールを製造することができる。また、はんだボールを、フラックスを塗布した1つの電極上にはんだボールを1つ搭載して接合する等、当業界で一般的な方法で加工することによりはんだ継手を製造することができる。はんだボールの粒径は、好ましくは1μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、さらに好ましくは20μm以上であり、特に好ましくは30μm以上である。はんだボールの粒径の上限は好ましくは3000μm以下であり、より好ましくは1000μm以下であり、さらに好ましくは800μm以下であり、特に好ましくは600μm以下である。
3. Solder Ball The solder alloy according to the present invention can be used as a solder ball. When used as a solder ball, the solder alloy according to the present invention can be manufactured by using a dropping method, which is a common method in the industry. Also, a solder joint can be manufactured by processing the solder ball by a common method in the industry, such as mounting one solder ball on one electrode coated with flux and joining it. The particle size of the solder ball is preferably 1 μm or more, more preferably 10 μm or more, even more preferably 20 μm or more, and particularly preferably 30 μm or more. The upper limit of the particle size of the solder ball is preferably 3000 μm or less, more preferably 1000 μm or less, even more preferably 800 μm or less, and particularly preferably 600 μm or less.

4. はんだプリフォーム
本発明に係るはんだ合金は、プリフォームとして使用することができる。プリフォームの形状としては、ワッシャ、リング、ペレット、ディスク、リボン、ワイヤー等が挙げられる。
4. Solder Preform The solder alloy according to the present invention can be used as a preform. Preform shapes include washers, rings, pellets, disks, ribbons, wires, and the like.

5. はんだ継手
本発明に係るはんだ継手は、少なくとも2つ以上の被接合部材の接合に好適に使用される。被接合部材とは、例えば、素子、基板、電子部品、プリント基板、絶縁基板、ヒートシンク、リードフレーム、電極端子等を用いる半導体及び、パワーモジュール、インバーター製品など、本発明に係るはんだ合金を用いて電気的に接続されるものであれば特に限定されない。
5. Solder joint The solder joint according to the present invention is suitable for use in joining at least two or more members to be joined. The members to be joined are not particularly limited as long as they are electrically connected using the solder alloy according to the present invention, and include, for example, elements, substrates, electronic components, printed circuit boards, insulating substrates, heat sinks, lead frames, semiconductors using electrode terminals, power modules, inverter products, and the like.

本発明に係るはんだ合金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。リ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さらに合金組織を微細にすることができる。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 joining method using the solder alloy of the present invention may be performed in the usual manner, for example using the reflow method. The melting temperature of the solder alloy when performing reflow soldering may be a temperature approximately 20°C higher than the liquidus temperature. Furthermore, when joining using the solder alloy of the present invention, the alloy structure can be made finer by taking into consideration the cooling rate during solidification. For example, the solder joint is cooled at a cooling rate of 2 to 3°C/s or more. Other joining conditions can be adjusted as appropriate depending on the alloy composition of the solder alloy.

6. 車載電子回路、ECU電子回路、車載電子回路装置、ECU電子回路装置
本発明に係るはんだ合金は、これまでの説明からも明らかなように、融点の上昇が抑えられ、破壊モードが適正である。このため、過酷な環境に曝される自動車用、つまり車載用として使用されても、はんだ継手の破断がバラツキなく抑制される。したがって、そのような特に顕著な特性を備えていることから、本発明に係るはんだ合金は、自動車に搭載する電子回路のはんだ付けに特に適していることがわかる。
6. On-vehicle electronic circuit, ECU electronic circuit, on-vehicle electronic circuit device, ECU electronic circuit device As is clear from the above explanation, the solder alloy according to the present invention has a suppressed increase in melting point and an appropriate fracture mode. Therefore, even when used for automobiles exposed to harsh environments, i.e., for on-vehicle use, fracture of the solder joint is suppressed without variation. Therefore, since the solder alloy according to the present invention has such particularly remarkable properties, it is found to be particularly suitable for soldering electronic circuits mounted on automobiles.

このように、本発明に係るはんだ合金は、より特定的には、車載電子回路のはんだ付けに用いられ、あるいは、ECU電子回路のはんだ付けに用いられても優れた効果を発揮する。 Thus, the solder alloy of the present invention is particularly effective when used for soldering in-vehicle electronic circuits or when used for soldering ECU electronic circuits.

「電子回路」とは、それぞれが機能を持っている複数の電子部品の電子工学的な組み合わせによって、全体として目的とする機能を発揮させる系(システム)である。 An "electronic circuit" is a system that performs a desired function as a whole by combining multiple electronic components, each of which has its own function, in an electronic engineering manner.

そのような電子回路を構成する電子部品としては、チップ抵抗部品、多連抵抗部品、QFP、QFN、パワートランジスタ、ダイオード、コンデンサ等が例示される。これらの電子部品を組み込んだ電子回路は基板上に設けられ、電子回路装置を構成するのである。 Examples of electronic components that make up such electronic circuits include chip resistor components, multi-resistor components, QFP, QFN, power transistors, diodes, capacitors, etc. Electronic circuits incorporating these electronic components are mounted on a substrate to form an electronic circuit device.

本発明において、そのような電子回路装置を構成する基板、例えばプリント配線基板は特に制限されない。またその材質も特に制限されないが、耐熱性プラスチック基板(例:高Tg低CTEであるFR-4)が例示される。プリント配線基板はCuランド表面をアミンやイミダゾール等の有機物(OSP:OrganicSurfaceProtection)で処理したプリント回路基板が好ましい。 In the present invention, the substrate constituting such an electronic circuit device, for example a printed wiring board, is not particularly limited. The material is also not particularly limited, but examples include heat-resistant plastic substrates (e.g. FR-4 with high Tg and low CTE). The printed wiring board is preferably a printed circuit board in which the Cu land surface is treated with an organic substance such as amine or imidazole (OSP: Organic Surface Protection).

7. その他
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。
7. Others The solder alloy according to the present invention can be manufactured using a low alpha radiation material as its raw material. When such a low alpha radiation alloy is used to form solder bumps around a memory, it is possible to suppress soft errors.

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。
本発明の効果を立証するため、表1~3に記載のはんだ合金を用いて、(1)融点、(2)シェア強度、および(3)破壊モードを評価した。
The present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
In order to verify the effects of the present invention, the solder alloys shown in Tables 1 to 3 were used to evaluate (1) melting point, (2) shear strength, and (3) fracture mode.

(1) 融点
表1~3に示すはんだ合金について、DSC曲線から各々の温度を求めた。DSC曲線は、セイコーインスツルメンツ社製のDSC(型番:6200)により、大気中で5℃/minで昇温して得られた。得られたDSC曲線から液相線温度を求め、融点とした。融点が232℃以下である場合には、従来と同程度の温度でリフローはんだ付けを行うことができる。融点が232℃超過である場合には、融点が高いために従来のリフローはんだ付けを行うことができない。
(1) Melting point For the solder alloys shown in Tables 1 to 3, the respective temperatures were obtained from the DSC curves. The DSC curves were obtained by raising the temperature at 5°C/min in air using a Seiko Instruments Inc. DSC (model number: 6200). The liquidus temperature was obtained from the obtained DSC curve and was taken as the melting point. When the melting point is 232°C or less, reflow soldering can be performed at a temperature similar to that of the conventional method. When the melting point is more than 232°C, conventional reflow soldering cannot be performed due to the high melting point.

(2) シェア強度
(2-1)サンプルの作製
表1~3に示すはんだ合金を鋳造し、はんだシートを作製した(直径:1mm/、厚さ0.15mm)。FR-4基板のCu-OSP電極にリフロー炉(SNR-615:千住金属工業株式会社製)を使用し、チップ抵抗器をはんだ付けした。チップ抵抗器は、3216CR(CR32-114JV:北陸電気工業社製)を用いた。リフロープロファイルは、220℃以上を40秒保持し、窒素雰囲気で、ピーク温度を245℃とした。
(2-2)シェア強度の評価
このように作製したサンプルを、シェア試験機(STR-1000:RHESCA社製)を用い、シェア速度を6mm/min.としてシェア強度を測定した。シェア強度が84.0N以上である場合には「◎」と評価した。シェア強度が70.0N以上84.0N未満である場合には「〇」と評価した。シェア強度が70.0N未満である場合には「×」と評価した。
(2) Shear strength (2-1) Sample preparation The solder alloys shown in Tables 1 to 3 were cast to prepare solder sheets (diameter: 1 mm, thickness: 0.15 mm). A reflow furnace (SNR-615: manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd.) was used to solder chip resistors to Cu-OSP electrodes on an FR-4 board. The chip resistors used were 3216CR (CR32-114JV: manufactured by Hokuriku Electric Industry Co., Ltd.). The reflow profile was held at 220°C or higher for 40 seconds in a nitrogen atmosphere, with a peak temperature of 245°C.
(2-2) Evaluation of Shear Strength The shear strength of the samples thus prepared was measured using a shear tester (STR-1000: manufactured by RHESCA) at a shear speed of 6 mm/min. When the shear strength was 84.0 N or more, it was evaluated as "◎". When the shear strength was 70.0 N or more but less than 84.0 N, it was evaluated as "◯". When the shear strength was less than 70.0 N, it was evaluated as "×".

(3) 破壊モード
上記「(2) シェア強度」で評価したサンプルを、光学顕微鏡(VHX-5000:KEYENCE社製)を用いて破壊モードを観察した。サンプルがバルクで破壊している場合には「◎」と評価した。サンプルがバルク及び接合界面の金属間化合物(IMC)で破壊している場合には「〇」と評価した。サンプルが金属間化合物で破壊している場合には「×」と評価した。
評価結果を表1~3に示す。
(3) Fracture mode The samples evaluated in "(2) Shear strength" above were observed for fracture mode using an optical microscope (VHX-5000: manufactured by KEYENCE). When the sample fractured in the bulk, it was rated as "◎". When the sample fractured in the bulk and in the intermetallic compound (IMC) at the bonding interface, it was rated as "◯". When the sample fractured in the intermetallic compound, it was rated as "X".
The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

表1および表2に示すように、実施例1~110は、いずれも各構成元素の含有量が適量であるため、すべての評価が実用上耐え得る結果になった。また、(1)式および(2)式を満たす実施例3~14、16、19、22、28~31、37~48、50、54、57、66、68~73、および77~110は、すべての評価において、極めて優れる結果を示すことがわかった。これは、実用上耐え得る結果の中でも、有意差がある程度に優れる結果であった。 As shown in Tables 1 and 2, Examples 1 to 110 all had appropriate amounts of each constituent element, and all evaluations showed results that were acceptable for practical use. In addition, Examples 3 to 14, 16, 19, 22, 28 to 31, 37 to 48, 50, 54, 57, 66, 68 to 73, and 77 to 110, which satisfy formulas (1) and (2), were found to show extremely excellent results in all evaluations. These were results that were significantly superior among the results that were acceptable for practical use.

一方、表3に示すように、比較例1は、In、Sb、およびFeを含有しないため、シェア強度が劣り、破壊モードが適切ではなかった。比較例2は、Agの含有量が少ないため、シェア強度が劣った。比較例3は、Agの含有量が多いため、シェア強度が劣り、破壊モードが不適切であった。 On the other hand, as shown in Table 3, Comparative Example 1 did not contain In, Sb, or Fe, so the shear strength was poor and the failure mode was inappropriate. Comparative Example 2 had poor shear strength because the Ag content was low. Comparative Example 3 had poor shear strength and an inappropriate failure mode because the Ag content was high.

比較例4はInを含有せず、比較例5は、Inの含有量が少ないため、シェア強度が劣り、破壊モードが不適切であった。比較例6は、Inの含有量が多いため、破壊モードが不適切であった。 Comparative Example 4 did not contain In, and Comparative Example 5 had a low In content, resulting in poor shear strength and an inappropriate fracture mode. Comparative Example 6 had a high In content, resulting in an inappropriate fracture mode.

比較例7は、Sbの含有量が少なくFeを含有しないため、シェア強度が劣り、破壊モードが不適切であった。比較例8は、Sbの含有量が少ないため、シェア強度が劣った。比較例9は、Sbの含有量が多いため、シェア強度が劣り、破壊モードが不適切であった。 Comparative Example 7 had poor shear strength and an inappropriate fracture mode because it contained a low Sb content and no Fe. Comparative Example 8 had poor shear strength because it contained a low Sb content. Comparative Example 9 had poor shear strength and an inappropriate fracture mode because it contained a high Sb content.

比較例10~12は、Feの含有量が適切ではなかったため、シェア強度が劣り、破壊モードが不適切であった。比較例13は、Coの含有量が多いため、融点が大幅に上昇し、シェア強度が劣り、破壊モードが不適切であった。比較例14および15は、各々NiまたはBiを含有するため、シェア強度が劣った。 In Comparative Examples 10 to 12, the Fe content was inappropriate, resulting in poor shear strength and an inappropriate fracture mode. In Comparative Example 13, the Co content was high, resulting in a significant increase in melting point, poor shear strength, and an inappropriate fracture mode. Comparative Examples 14 and 15, which each contained Ni or Bi, resulted in poor shear strength.

図1は、シェア強度を測定した後におけるサンプルの光学顕微鏡写真を示し、図1(a)は実施例14であり、図1(b)は実施例2であり、図1(c)は比較例3である。図1から明らかなように、実施例14では、バルク破壊によりはんだ継手が破断していることがわかった。また、実施例2ではバルクおよび接合界面の金属間化合物で破壊していることがわかった。一方、比較例3は、接合界面の金属間化合物での破壊によりはんだ継手が破断していることがわかった。このため、本実施例14では、破壊モードが適正であることがわかった。この結果は、他の実施例でも同様であった。 Figure 1 shows optical microscope photographs of samples after measuring the shear strength, with Figure 1(a) being Example 14, Figure 1(b) being Example 2, and Figure 1(c) being Comparative Example 3. As is clear from Figure 1, in Example 14, it was found that the solder joint broke due to bulk fracture. Also, in Example 2, it was found that the fracture occurred in the bulk and in the intermetallic compound at the joint interface. On the other hand, in Comparative Example 3, it was found that the solder joint broke due to fracture in the intermetallic compound at the joint interface. Therefore, it was found that the fracture mode was appropriate in this Example 14. This result was similar in the other Examples.

本発明に係るはんだは、燃費向上のためにコンピュータで自動車を制御する電子回路であるECUなどの車載電子回路として利用することができるが、例えば、パソコンなどの民生電子機器にも使用して優れた効果を奏するものである。 The solder of the present invention can be used in on-board electronic circuits such as ECUs, which are electronic circuits that control automobiles using computers to improve fuel efficiency, but it can also be used in consumer electronic devices such as personal computers with excellent results.

Claims (11)

質量%で、Ag:2.0~3.6%、In:1.0~5.0%、Sb:3.0~5.0%、Fe:0.0010~0.0300%、Co:0%以上0.050%以下、および残部がSnからなる合金組成を有することを特徴とするはんだ合金。 A solder alloy characterized by an alloy composition consisting of, in mass%, Ag: 2.0-3.6%, In: 1.0-5.0%, Sb: 3.0-5.0%, Fe: 0.0010-0.0300%, Co: 0% or more and 0.050% or less, and the balance being Sn. 前記合金組成は、更に、質量%で、Zr,Ge、Ga、P、As、Pb、Zn、Mg、Cr、Ti、Mo、Pt、Pd、Au、Al、およびSiの少なくとも1種を合計で0.1%以下を含有する、請求項1に記載のはんだ合金。 The solder alloy according to claim 1, further comprising, by mass%, at least one of Zr, Ge, Ga, P, As, Pb, Zn, Mg, Cr, Ti, Mo, Pt, Pd, Au, Al, and Si in a total amount of 0.1% or less. 前記合金組成は、下記(1)式および(2)式を満たす、請求項1または2に記載のはんだ合金。
0.36≦Ag×In×Sb×Fe≦1.19 (1)
47≦(In×Sb)/(Ag×Fe)≦319 (2)
上記(1)式および(2)式中、Ag、In、Sb、およびFeは、各々前記はんだ合金の質量%としての含有量である。
The solder alloy according to claim 1 or 2, wherein the alloy composition satisfies the following formulas (1) and (2):
0.36≦Ag×In×Sb×Fe≦1.19 (1)
47≦(In×Sb)/(Ag×Fe)≦319 (2)
In the above formulas (1) and (2), Ag, In, Sb, and Fe each represent the content in mass % of the solder alloy.
請求項1または2に記載のはんだ合金からなるはんだ粉末を有するはんだペースト。 A solder paste comprising a solder powder made of the solder alloy according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載のはんだ合金からなるはんだボール。 A solder ball made of the solder alloy according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載のはんだ合金からなるはんだプリフォーム。 A solder preform made of the solder alloy according to claim 1 or 2. 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。 A solder joint having the solder alloy according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載のはんだ合金を有することを特徴とする車載電子回路。 An in-vehicle electronic circuit comprising the solder alloy according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載のはんだ合金を有することを特徴とするECU電子回路。 An ECU electronic circuit comprising the solder alloy according to claim 1 or 2. 請求項8に記載の車載電子回路を備えたことを特徴とする車載電子回路装置。 An on-vehicle electronic circuit device comprising the on-vehicle electronic circuit according to claim 8. 請求項9に記載のECU電子回路を備えたことを特徴とするECU電子回路装置。
An ECU electronic circuit device comprising the ECU electronic circuit according to claim 9.
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