JPH11129091A

JPH11129091A - 半田合金

Info

Publication number: JPH11129091A
Application number: JP31269797A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Tanaka; 智雄田中; Masaya Ito; 正也伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｐｂの含有量を１原子％以下に留めつつ半田
付け性に優れ、また機械的性質も良好な半田合金を提供
する。【解決手段】半田合金の組成を、Ｓｎを主体に構成さ
れて、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．０５〜
２０原子％、Ａｌを０．０１〜１０原子％含有し、かつ
Ｐｂの含有量が１原子％未満とする。これにより、溶融
開始温度を２２０〜３５０℃程度での半田付けに好適な
ものに設定でき、またＣｕ系金属層等、電子機器の被接
合部材に対するハンダ付け性に優れたものとなる。ま
た、従来の無鉛半田と比較して機械的特性、特に引張強
度に優れるので、耐振動性や耐熱サイクル疲労性も良好
であり、既存のＰｂ−Ｓｎ系半田合金に十分代替できる
性能を有する。その理由は、ＡｌとＣｕとを主体とする
Ａｌ−Ｃｕ系相が、マトリックス中に３〜２０μｍ程度
の微細粒となって分散しているためであると考えられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半田合金に関し、特
にＰｂの含有量が１原子％以下とされた半田合金に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子部品等の接合用に使用される
半田合金は、Ｓｎ−Ｐｂ系合金が広く使用されている。
例えば集積回路チップを集積回路基板に実装する場合に
は、集積回路チップ及び集積回路基板の接合面に、複数
の半田バンプを格子状又は千鳥状に形成し、これに集積
回路チップを重ね合わせて所定の接合温度に加熱するこ
とにより半田バンプを介して両者を接合する、いわゆる
フリップチップと呼ばれる方式が知られている。また、
集積回路チップを搭載した集積回路基板とプリント基板
（マザーボード等）との接合においては、集積回路基板
の他方の接合面（集積回路チップを搭載した接合面とは
反対側の接合面）に接合用のＣｕ等のボールを半田接合
により格子状に配置してバンプを形成し、これにプリン
ト基板を重ね合わせて同様に加熱することにより接合す
る方式も知られており、このような基板はボールグリッ
ドアレイ（ＢＧＡ）基板と呼ばれる。これらの基板接合
に使用される半田の材質として、例えば共晶組成（Ｓｎ
−３８．１重量％Ｐｂ：溶融開始温度は約１８３℃）又
はそれに近い組成の半田が使用されている。

【０００３】ところが、近年は環境保護に対する関心が
地球規模のレベルで高まっており、汚染に対する配慮が
必要なＰｂに対しては、工業的な使用をなるべく抑制す
る動きが出ている。そして、上記半田合金もその例外で
ははく、Ｐｂを使用しないいわゆる無鉛半田を開発する
試みも行なわれている。この場合、それら無鉛半田はＰ
ｂ−Ｓｎの代替となるべきものであり、電気的特性を始
め、半田付け性（被接合体表面とのぬれ性）あるいは機
械的強度において、極端に劣るものであってはならな
い。無鉛半田合金の具体例としては、例えばＳｎ−Ａｇ
系半田（例えばＳｎ−４．５重量％Ａｇの共晶組成のも
の）が知られている。また、米国特許３，０８７，８１
３号公報には、１．５〜３重量％のＡｇ、７２〜９４重
量％のＳｎ、１〜３重量％のＣｕ、６〜９重量％のＡ
ｌ、０．１〜０．３重量％のＩｎ、３〜５重量％のＣｄ
を含有するものが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
無鉛半田は、一般に機械的特性、特に引張強度に劣るこ
とが知られている。このような引張強度に劣る半田を、
例えば自動車用の電装部品や電子機器に用いた場合、自
動車の振動による疲労の影響を受けやすい欠点がある。
また、近年の高速化・小型化の傾向を受けて部品が高密
度化した電子機器においては、部品に対する熱サイクル
疲労の影響も受けやすい。いずれにしろ、これらの欠点
は、半田付け部の破損や接触不良につながりやすい問題
がある。

【０００５】本発明の課題は、Ｐｂの含有量を１原子％
以下に留めつつ半田付け性に優れ、また機械的性質も良
好な半田合金を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明の請求項１の半田合金は、Ｓｎを主体に構成
されて、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．０５
〜２０原子％、Ａｌを０．０１〜１０原子％含有し、か
つＰｂの含有量が１原子％未満とされたことを特徴とす
る。

【０００７】また、請求項２以下に記載した本発明の半
田合金の構成は下記の通りである。（請求項２）請求項１で、Ａｇを０．０５〜１５原子
％、Ｃｕを０．０５〜１６原子％、Ａｌを０．０１〜８
原子％含有する。（請求項３）請求項１で、Ａｇを０．０５〜１５原子
％、Ｃｕを０．０５〜１２原子％、Ａｌを０．０１〜６
原子％含有する。（請求項４）請求項１〜３で、合金組織中にＡｌとＣｕ
とを主体とする相（以下、Ａｌ−Ｃｕ系相という）が分
散形成されている。（請求項５）請求項１〜４で、合金中のＡｌ含有量をＮ
Al（単位：原子％）、同じくＣｕ含有量をＮcu（単位：
原子％）として、ＮAl／Ｎcuが０．３〜０．６の範囲で
調整されている。（請求項６）請求項４又は５で、合金組織中において、
Ａｌ−Ｃｕ系相を除いた残余の相（以下、マトリックス
相という）が、Ｓｎを主体とし、Ａｇを０．０５〜１５
原子％、Ｃｕを０．０３〜１９．９原子％含有するもの
である。（請求項７）請求項６で、マトリックス相が、Ｓｎを主
体とし、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．０３
〜１５．９原子％含有するものである。（請求項８）請求項６で、マトリックス相が、Ｓｎを主
体とし、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．０３
〜１１．９原子％含有するものである。（請求項９）請求項４〜８で、Ａｌ−Ｃｕ系相中のＡｌ
成分の含有量ＱAl（単位：原子％）とＣｕ成分の含有量
ＱCu（単位：原子％）との比ＱAl／ＱCuが０．４〜１．
２である。（請求項１０）請求項４〜８で、Ａｌ−Ｃｕ系相中のＡ
ｌ成分の含有量ＱAl（単位：原子％）とＣｕ成分の含有
量ＱCu（単位：原子％）との比ＱAl／ＱCuが０．４〜
０．７である。（請求項１１）請求項１〜１０で、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂ、
Ｚｎから選ばれる１種又は２種以上を合計で０．５〜１
０原子％含有する。

【０００８】上記本発明の半田合金は、例えば自動車用
電装部品や電子機器等におけるパッケージ、あるいはＩ
Ｃ、ＬＳＩ等の回路チップの半田接合に好適に使用で
き、例えばワイヤボンディング、ＴＡＢ法、フリップチ
ップ法、ＰＧＡ（Pin Grid Array）、パッケージの多端
子・狭ピッチ化を満足させるためのＱＦＰ（Quad Flald
Package）やＢＧＡ（Ball Grid Array）等における半田
接合に使用することができる。

【０００９】

【発明の作用及び効果】本発明の半田合金は、その請求
項１に記載した組成を有することで、その溶融開始温度
を２２０〜３５０℃程度での半田付けに好適なものに設
定でき、Ｃｕ系金属層等、電子機器の被接合部材に対す
るハンダ付け性に優れる。また、該半田合金は、Ｐｂの
含有量が１原子％以下に留められているので環境保護上
の要求も満足する。さらに、従来の無鉛半田と比較して
機械的特性、特に引張強度に優れるので、耐振動性や耐
熱サイクル疲労性も良好であり、既存のＰｂ−Ｓｎ系半
田合金と比較しても同等又はそれ以上の性能を有する。
なお、本発明の半田合金は、その目的からも明らかなよ
うにＰｂはなるべく含まれていないことが望ましいが、
不可避不純物に由来するＰｂについては、１原子％程度
までであれば含有されていてもよい。

【００１０】本発明の半田合金が優れた機械的特性を示
す要因は次のように推察される。本発明者らが、ＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡）、ＥＰＭＡ（電子プローブ微小分
析）、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光）及びＷＤＳ
（波長分散型Ｘ線分光）等を用いて、本発明の半田合金
試料の分析を行なった結果、ＡｌとＣｕとを主体とする
Ａｌ−Ｃｕ系相が、マトリックス中に３〜２０μｍ程度
の微細粒となって分散していることがわかった。この相
はＡｌ−Ｃｕ系の金属間化合物（例えば、ＣｕＡｌ、Ａ
ｌ₂Ｃｕ、ＡｌＣｕ₄、Ａｌ₂Ｃｕ₃、Ａｌ₄Ｃｕ₉、ＡｌＣ
ｕ₃等の化学量論化合物、あるいはＡｌ_3.89Ｃｕ_6.11等
の非化学量論化合物）を形成していると思われ、本発明
の対象となる半田付け温度（例えば１８０〜３５０℃程
度）においては非常に安定であり、マトリックス相中に
分散することでこれを強化してその引張強度を向上させ
るものと考えられる。なお、上記Ａｌ−Ｃｕ系相は単一
相により構成されていても、組成の異なる複数相が混在
したものとなっていてもいずれでもよい。また、該Ａｌ
−Ｃｕ系相は、ＡｌとＣｕとの該相中における合計含有
量が５０重量％以上であればよく、Ａｌ及びＣｕ以外の
他成分が含有されているものであってもよい。

【００１１】本発明の半田合金において、Ａｇの含有量
が０．０５原子％未満になると半田のぬれ性が低下し、
半田付け性が不十分となる。一方、Ａｇの含有量が１５
原子％を超えると合金の例えば液相線温度が高くなり過
ぎて、半田付けには不適なものとなる。それ故、Ａｇの
含有量は０．０５〜１５原子％の範囲で設定するのがよ
く、望ましくは０．０５〜１０原子％の範囲で調整する
のがよい。

【００１２】Ｃｕの含有量が０．０５原子％未満になる
と、半田合金の機械的性質、特に引張強度が不十分とな
る。これは、引張強度向上の役割を担うＣｕ−Ａｌ系相
が十分に形成されなくなるためであると考えられる。一
方、Ｃｕの含有量が２０原子％を超えると、合金の例え
ば液相線温度が高くなり過ぎて半田付けには不適なもの
となる。それ故、Ｃｕの含有量は０．０５〜２０原子％
の範囲で設定するのがよく、望ましくは０．０５〜１２
原子％の範囲で調整するのがよい。

【００１３】また、Ａｌの含有量が０．０１原子％未満
になると、半田合金の機械的性質、特に引張強度が不十
分となる。これは、引張強度向上の役割を担うＣｕ−Ａ
ｌ系相が十分に形成されなくなるためであると考えられ
る。一方、Ａｌの含有量が１０原子％を超えると、例え
ばＣｕの含有量が比較的少ない場合は、半田のぬれ性が
低下して半田付け強度が不十分となる。これは、Ａｌが
過剰となって、Ａｌ単体金属ないしそれに近いＡｌリッ
チな相の生成量が増大し、それによって半田ぬれを阻害
するＡｌ系酸化物が増加するためであると考えられる。
一方、Ｃｕの含有量が比較的多い場合は、硬度の大きい
Ｃｕ−Ａｌ系相の生成量が過剰となり、半田合金の延性
が不足して、耐振動性や耐熱サイクル疲労性等が却って
損なわれることにつながる。それ故、Ａｌの含有量は
０．０１〜１０原子％の範囲で設定するのがよく、望ま
しくは０．０１〜６原子％の範囲で調整するのがよい。

【００１４】より具体的には、合金中のＡｌ含有量をＮ
Al（単位：原子％）、同じくＣｕ含有量をＮcu（単位：
原子％）とした場合、ＮAl／Ｎcuは０．３〜０．６の範
囲で調整するのがよい。ＮAl／Ｎcuが０．３未満になる
と、Ｃｕ−Ａｌ系相の形成が不十分となって、半田合金
の引張強度が不十分となる場合がある。一方、ＮAl／Ｎ
cuが０．６を超えると、Ａｌが過剰となって半田付け強
度が損なわれる場合がある。なお、ＮAl／Ｎcuは、望ま
しくは０．４〜０．５の範囲で調整するのがよい。

【００１５】また、本発明の半田合金においては、合金
中のＡｌ−Ｃｕ系相の形成量が１．０〜４０体積％であ
ることが望ましい。該形成量が１．０体積％未満になる
と、半田合金の引張強度が不十分となる場合がある。一
方、該形成量が４０体積％を超えると、硬度の大きいＣ
ｕ−Ａｌ系相の生成量が過剰となり、半田合金の延性が
不足して、耐振動性や耐熱サイクル疲労性が却って損な
われることにつながる。なお、上記Ａｌ−Ｃｕ系相の形
成量は、より望ましくは５〜３０体積％であるのがよ
い。

【００１６】また、本発明の半田合金は、その引張強度
は４．０ｋｇ／ｍｍ²以上であることが望ましい。引張
強度が４．０ｋｇ／ｍｍ²未満であると、例えば自動車
用電装部品や電子機器等におけるパッケージ、あるいは
ＩＣ、ＬＳＩ等の回路チップの半田接合処理に使用する
場合に、十分な耐振動性や耐熱サイクル疲労性を確保で
きない場合がある。なお、引張強度は、望ましくは５．
０ｋｇ／ｍｍ²以上であるのがよい。なお、半田合金の
引張強度は、例えばＪＩＳ：Ｚ２２０１に規定された方
法により測定することができる。

【００１７】なお、前述の米国公報にも、Ｓｎ、Ａｇ、
Ｃｕ及びＡｌを主体とする半田合金が開示されている。
しかしながら、この合金はＡｌ等の軽金属部材の接合用
であり、そのＡｌ含有量は６〜９重量％（原子比率に換
算すれば２０〜３０原子％程度）の高濃度であるばかり
でなく、Ｃｕの含有量（１〜３重量％：原子比率に換算
すれば１．５〜４．５原子％程度）の数倍高い値に設定
されている。このようなＡｌリッチな合金は、Ｃｕメッ
キ層などに対してはぬれ性が悪く、本願発明において目
的とする電子部品等の半田付けに不向きであることはい
うまでもない。

【００１８】上記本発明の半田合金において、合金組成
を、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．０５〜１
６原子％、Ａｌを０．０１〜８原子％含有するものとす
ることで、その半田付け可能温度を２２０〜３００℃に
設定できる。また、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕ
を０．０５〜１２原子％、Ａｌを０．０１〜６原子％含
有するものとするこで、その半田付け可能温度を２２０
〜２５０℃に設定できる。

【００１９】次に、合金組織中において、Ａｌ−Ｃｕ系
相を除いた残余の相（マトリックス相）の組成を、Ｓｎ
を主体とし、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．
０３〜１９．９原子％含有するものとすることで、その
液相線温度を２２０〜３５０℃に設定でき、しかも半田
付け強度を一層高めることが可能となる。この場合、該
マトリックス相中のＡｇの含有量が０．０５原子％未満
になるか、あるいはＣｕの含有量が０．０３原子％未満
になると、半田ぬれ性の不足により半田付け強度が十分
に得られない場合がある。一方、Ａｇの含有量が１５原
子％を超えるか、あるいはＣｕの含有量が１９．９原子
％を超えると、液相線温度が高くなり過ぎて半田付けと
しての用途が限られてしまう場合がある。なお、マトリ
ックス相は、単一相により構成されていても、組成の異
なる複数相が混在したものとなっていてもいずれでもよ
い。

【００２０】この場合、マトリックス相の組成を、Ｓｎ
を主体とし、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．
０３〜１５．９原子％含有するものとすることで、その
液相線温度を２２０〜３００℃に設定できる。また、マ
トリックス相の組成を、Ｓｎを主体とし、Ａｇを０．０
５〜１５原子％、Ｃｕを０．０３〜１１．９原子％含有
するものとすることで、その液相線温度を２２０〜２５
０℃程度に設定できる。

【００２１】また、本発明者らは、上記本発明の半田合
金においては、その組成に応じて、形成されるＡｌ−Ｃ
ｕ系相のＡｌ成分の含有量ＱAl（単位：原子％）とＣｕ
成分の含有量ＱCu（単位：原子％）との比ＱAl／ＱCuが
変化し、そのＱAl／ＱCuの値と合金の半田付け性との間
に相関があることを見い出した。そして、該ＱAl／ＱCu
を０．４〜１．２に設定することにより、半田合金のぬ
れ性が一層良好となり、より優れた半田付け強度を達成
することができるようになる。なお、本発明の半田合金
においては、Ａｌ−Ｃｕ系相は、単一相となるよりも、
むしろ組成の異なる複数相が混在したものとなることの
方が多い。この場合、ＱAl／ＱCuの値は、それら複数相
について平均化された値を意味する。なお、ＱAl／ＱCu
の値は、より望ましくは０．４〜０．７とするのがよ
い。また、Ｃｕ−Ａｌ系相中のＣｕとＡｌとの合計含有
量は９０重量％以上とするのがよい。該ＣｕとＡｌとの
合計含有量が９０重量％未満になると、ＡｇないしＳｎ
の相対含有量が過剰となり、準安定な多元化合物が形成
される等の理由により、合金の熱的安定性が損なわれる
場合がある。

【００２２】また、上記本発明の半田合金にＢｉ、Ｉ
ｎ、Ｓｂ、Ｚｎから選ばれる１種又は２種以上を合計で
０．５〜１０原子％含有させることにより、その液相線
温度を、より低温（例えば最低で１８０℃程度）での半
田付けに好適なものに設定できる。これにより、例えば
従来の共晶半田と同様の接合処理温度が採用できるよう
になり、例えば自動車用電装部品や電子機器等における
パッケージ、あるいはＩＣ、ＬＳＩ等の回路チップの半
田接合処理において、既存のリフロー設備及び温度条件
等をそのまま流用できる利点が生ずる。なお、Ｂｉ、Ｉ
ｎ、Ｓｂ、Ｚｎの合計含有量が１０原子％を超えると、
半田合金の延性が不足して、耐振動性や耐熱サイクル疲
労性が却って損なわれることにつながる。また、含有量
が０．５原子％未満では、これら成分の添加による液相
線温度低下の効果がほとんど期待できなくなる。なお、
Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎの合計含有量は、望ましくは
０．５〜５原子％の範囲で調整するのがよい。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌを各種組成とな
るように配合し、アーク溶解炉にて溶解することにより
各種合金を作製した。次に、各合金は、再度アルミナる
つぼ内にて電気炉を用いて大気中溶解した後、所定の鋳
型に鋳込んで鋳塊を作り、切削加工により、ＪＩＳ：Ｚ
２２０１の４号として規定された寸法の引張試験片に加
工した。これら試験片を用いて、ＪＩＳ：Ｚ２２０１に
規定された方法により引張試験を行ない、その応力−歪
曲線から引張強さと延びとの各値を求めた。また、試験
終了後の試験片を用いて合金組成を蛍光Ｘ線分析（ＷＤ
Ｓ（波長分散型Ｘ線分光）による）により同定し、ま
た、示差熱分析により測定した固相線温度をＴS、液相
線温度をＴLとして、０．５×（ＴS＋ＴL）を各合金の
半田付け可能温度として測定した。さらに、各合金のＣ
ｕ板に対するぬれ性試験を下記の方法により行なった。
すなわち、Ｃｕ板上にフラックスを塗布し、ここに各合
金試料と、参照試料としてのＳｎ−Ｐｂ共晶半田合金試
料とを同体積ずつ載置して大気中でホットプレートによ
り加熱して溶融させ、参照試料のぬれ広がり面積の９５
％以上となったものをぬれ性が特に良好（◎）、８０〜
９５％のものをぬれ性が良好（○）、８０％未満のもの
をぬれ性不良（△）として判定した。以上の結果を表１
及び表２に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】すなわち、本発明の範囲に属する合金は、
ぬれ性が、既存のＳｎ−Ｐｂ系半田（試料２１）及びＳ
ｎ−Ａｇ系半田（試料１５）と比べて同等程度であり、
引張強度はそれらよりも良好であることがわかる。ま
た、本発明の範囲に属さない合金のうち、Ａｇの含有量
が０．０５原子％未満であるものについては半田のぬれ
性が低下している（試料１４）。また、Ｃｕの含有量が
０．０５原子％未満になっているもの、あるいはＡｌ含
有量が０．０１原子％未満のものは引張強度が不十分と
なっている（試料１５）。一方、Ｃｕの含有量が２０原
子％を超えるものは、合金の半田付け可能温度が高くな
り過ぎて半田付けには不適なものとなっている（試料１
９）。さらに、Ａｌ含有量が０．０１原子％未満になる
と引張強度が不十分となっている（試料１５）。また、
Ａｌの含有量が１０原子％を超えるものについては、Ｃ
ｕの含有量が比較的少ない場合（試料番号１７、２０）
は、半田のぬれ性が不十分となっている。一方、Ｃｕの
含有量が比較的多い場合（試料１９）は、半田合金の延
性が不足している。

【００２７】次に、各合金試料の表面を研磨してＳＥＭ
（走査電子顕微鏡）観察及びそれに付属したＥＰＭＡに
よる微小組織組成の面分析を行い、ＳＥＭ組織像上での
Ｃｕ−Ａｌ系相の同定を行った。図１は試料１２の反射
電子線像を示している。また、図７（ａ）、（ｂ）、図
８（ａ）、（ｂ）は、対応する視野のＥＰＭＡによるＡ
ｌ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕの各特性Ｘ線強度分布（グレース
ケールマッピング出力：明度の高い領域ほど特性Ｘ線強
度（すなわち対応する成分の濃度）の高い領域を示す）
である。図１と図７及び図８とを対比させることによ
り、次のことがわかる。すなわち、図１で、黒っぽい斑
点状に表れている領域は、ＡｌとＣｕの濃度が高く、Ｓ
ｎとＡｇの濃度が低いＡｌ−Ｃｕ系相を形成している。

【００２８】一方、該斑点状領域の背景をなす領域はＡ
ｌとＣｕの濃度が低く、Ｓｎの濃度が高いマトリックス
相を形成している。また、Ａｇの少なくとも一部は、該
マトリックス相中の一部領域に偏在している。一方、該
試料のＸ線回折を行ったところ、ＣｕＡｌ、Ａｌ₂Ｃ
ｕ、ＡｌＣｕ₄、Ａｌ₂Ｃｕ₃、Ａｌ₄Ｃｕ₉、ＡｌＣｕ₃、
Ａｌ_3.89Ｃｕ_6.11等の多数のＣｕ−Ａｌ系化合物が形成
されていることがわかった。従って、上記Ａｌ−Ｃｕ系
相は、これら複数のＣｕ−Ａｌ系化合物が混在したもの
として形成されていると推測される。

【００２９】また、図２は、試料１３の反射電子線像を
示している。また、図９（ａ）、（ｂ）、図１０
（ａ）、（ｂ）は、同一視野のＡｌ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ
の各特性Ｘ線像を示している。該試料は、図１の試料１
２よりもＡｌ及びＣｕの含有量が低く、Ａｌ−Ｃｕ系相
の形成量も小さくなっていることがわかる。なお、図５
は、ＣｕとＡｌをいずれも含有しない試料１５の反射電
子線像を、図６はＣｕを含有しない試料１８の反射電子
線像を示している。いずれも図１及び図２の斑点状領
域、すなわちＣｕ−Ａｌ系相がほとんど形成されていな
いことがわかる。

【００３０】また、図３及び図４は、原子比においてＡ
ｌがＣｕよりも多く含有される試料１７及び２０の反射
電子線像を示している。これらにおいては、マトリック
ス相とＡｌ−Ｃｕ系相との中間のコントラストを有する
別の相が形成されていることがわかる。該相は、ＥＰＭ
ＡによるＡｌ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕの各特性Ｘ線の強度分
布（図示せず）からＡｇ、Ｓｎ、Ｃｕをほとんど含有せ
ず、大半がＡｌにより構成されていることがわかった。
従って、これら試料で半田のぬれ性が低下しているの
は、Ａｌが過剰となって、上記Ａｌリッチな相の生成量
が増大し、それによって半田ぬれを阻害するＡｌ系酸化
物が増加しているためであると考えられる。

【００３１】上記各試料のＳＥＭ反射電子線像に対し、
公知の画像解析の手法によりその黒っぽい斑点領域の面
積率から、Ａｌ−Ｃｕ系相の形成量を求めた。表１及び
表２にその結果を合わせて示している。すなわち、該形
成量が１．０体積％未満になると、半田合金の引張強度
が不十分となっている（試料１４、２１）。一方、該形
成量が４０体積％を超えると、半田合金の延性が不足し
いることがわかる（試料１７、１９、２０）。

【００３２】（実施例２）Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌを
各種組成となるように配合し、アーク溶解炉にて溶解す
ることにより各種合金を作製した。次に、各合金は、再
度アルミナるつぼ内にて電気炉を用いて大気中溶解した
後、所定の鋳型に鋳込んで鋳塊を作り、切削加工によ
り、ＪＩＳ：Ｚ２２０１の４号として規定された寸法の
引張試験片に加工した。こられ試験片を用いて、ＪＩ
Ｓ：Ｚ２２０１に規定された方法により引張試験を行な
い、その応力−歪曲線から引張強さと延びの値を求め
た。また、試験終了後の試験片を用いて合金組成を蛍光
Ｘ線分析（ＷＤＳ（波長分散型Ｘ線分光）による）によ
り同定し、各合金の液相線温度を示唆熱分析により測定
した。さらに、前述のマトリックス相とＡｌ−Ｃｕ系相
との判別を実施例１と同様にＳＥＭ付属のＥＰＭＡ面分
析により行い、マトリックス相の組成をＥＤＸ（エネル
ギー分散型Ｘ線分光）により同定し、各合金のＣｕ板に
対するぬれ性試験を実施例１と同様に行った。以上の結
果を表３に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】すなわち、マトリックス相の組成が、Ｓｎ
を主体とし、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．
０３〜１９．９原子％含有するものとすることで、その
液相線温度を２２０〜３５０℃に設定でき、しかもぬれ
性も良好であることがわかる。

【００３５】（実施例３）Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌを
各種組成となるように配合し、アーク溶解炉にて溶解す
ることにより各種合金を作製した。各合金組成は蛍光Ｘ
線分析（ＷＤＳ（波長分散型Ｘ線分光）による）により
同定した。また、前述のマトリックス相とＡｌ−Ｃｕ系
相との判別を実施例１と同様にＥＰＭＡ面分析により行
い、Ａｌ−Ｃｕ系相中のＡｌ成分の含有量ＱAl（単位：
原子％）とＣｕ成分の含有量ＱCu（単位：原子％）との
比ＱAl／ＱCuをＥＤＸにより同定した。さらに、各合金
のＣｕ板に対するぬれ性試験を実施例１と同様に行っ
た。以上の結果を表４に示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】すなわち、ＱAl／ＱCuを０．４〜１．２に
設定することにより、半田合金のぬれ性が一層良好とな
ることがわかる。

【００３８】（実施例４）Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂ
ｉ、Ｉｎ、Ｓｂ及びＺｎを各種組成となるように配合
し、アーク溶解炉にて溶解することにより各種合金を作
製した。合金組成は蛍光Ｘ線分析（ＷＤＳ（波長分散型
Ｘ線分光）による）により同定した。また、示差熱分析
により測定した固相線温度をＴS、液相線温度をＴLとし
て、０．５×（ＴS＋ＴL）を各合金の半田付け可能温度
として測定した。さらに、各合金のＣｕ板に対するぬれ
性試験を実施例１と同様にして行った。以上の結果を表
５に示す。

【００３９】

【表５】

【００４０】すなわち、Ｂｉ、Ｉｎ、ＳｂないしＺｎを
合計で０．５〜１０原子％の範囲で含有する本発明の半
田合金は、いずれも良好なぬれ性を示し、組成によって
はその半田付け可能温度を、より低温（最低で１８０℃
程度）での半田付けに好適なものに設定できることがわ
かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で使用した試料１２のＳＥＭによる反
射電子線像を示す写真。

【図２】実施例１で使用した試料１３のＳＥＭによる反
射電子線像を示す写真。

【図３】実施例１で使用した試料１７のＳＥＭによる反
射電子線像を示す写真。

【図４】実施例１で使用した試料２０のＳＥＭによる反
射電子線像を示す写真。

【図５】実施例１で使用した試料１５のＳＥＭによる反
射電子線像を示す写真。

【図６】実施例１で使用した試料１８のＳＥＭによる反
射電子線像を示す写真。

【図７】実施例１で使用した試料１２の、ＥＰＭＡ面分
析によるＡｌ、Ａｇの各特性Ｘ線強度分布を示すグレー
スケールマッピング出力。

【図８】同じく実施例１で使用した試料１２の、ＥＰＭ
Ａ面分析によるＳｎ、Ｃｕの各特性Ｘ線強度分布を示す
グレースケールマッピング出力。

【図９】実施例１で使用した試料１３の、ＥＰＭＡ面分
析によるＡｌ、Ａｇの各特性Ｘ線強度分布を示すグレー
スケールマッピング出力。

【図１０】同じく実施例１で使用した試料１３の、ＥＰ
ＭＡ面分析によるＳｎ、Ｃｕの各特性Ｘ線強度分布を示
すグレースケールマッピング出力。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｎを主体に構成されて、Ａｇを０．０
５〜１５原子％、Ｃｕを０．０５〜２０原子％、Ａｌを
０．０１〜１０原子％含有し、かつＰｂの含有量が１原
子％未満とされたことを特徴とする半田合金。
【請求項２】Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを
０．０５〜１６原子％、Ａｌを０．０１〜８原子％含有
する請求項１記載の半田合金。
【請求項３】Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを
０．０５〜１２原子％、Ａｌを０．０１〜６原子％含有
する請求項１記載の半田合金。
【請求項４】合金組織中にＡｌとＣｕとを主体とする
相（以下、Ａｌ−Ｃｕ系相という）が分散形成されてい
る請求項１ないし３のいずれかに記載の半田合金。
【請求項５】合金中のＡｌ含有量をＮAl（単位：原子
％）、同じくＣｕ含有量をＮcu（単位：原子％）とし
て、ＮAl／Ｎcuが０．３〜０．６の範囲で調整されてい
る請求項１ないし４のいずれかに記載の半田合金。
【請求項６】前記合金組織中において、前記Ａｌ−Ｃ
ｕ系相を除いた残余の相（以下、マトリックス相とい
う）が、Ｓｎを主体とし、Ａｇを０．０５〜１５原子
％、Ｃｕを０．０３〜１９．９原子％含有するものであ
る請求項４又は５に記載の半田合金。
【請求項７】前記マトリックス相が、Ｓｎを主体と
し、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．０３〜１
５．９原子％含有するものである請求項６記載の半田合
金。
【請求項８】前記マトリックス相が、Ｓｎを主体と
し、Ａｇを０．０５〜１５原子％、Ｃｕを０．０３〜１
１．９原子％含有するものである請求項６記載の半田合
金。
【請求項９】前記Ａｌ−Ｃｕ系相中のＡｌ成分の含有
量ＱAl（単位：原子％）とＣｕ成分の含有量ＱCu（単
位：原子％）との比ＱAl／ＱCuが０．４〜１．２である
請求項４ないし８のいずれかに記載の半田合金。
【請求項１０】前記Ａｌ−Ｃｕ系相中のＡｌ成分の含
有量ＱAl（単位：原子％）とＣｕ成分の含有量ＱCu（単
位：原子％）との比ＱAl／ＱCuが０．４〜０．７である
請求項４ないし８のいずれかに記載の半田合金。
【請求項１１】Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎから選ばれる
１種又は２種以上を合計で０．５〜１０原子％含有する
請求項１ないし１０のいずれかに記載の半田合金。