WO2019103025A1 - はんだ材料、ソルダペースト、及びはんだ継手 - Google Patents

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solder
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powder
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浩由 川▲崎▼
皓紀 須藤
六本木 貴弘
岡田 弘史
相馬 大輔
隆 赤川
宏 ▲高▼橋
宏 川中子
智史 横田
宗形 修
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千住金属工業株式会社
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    • Y10T428/12708Sn-base component

Definitions

  • the present invention relates to a solder material, a solder paste, and a solder joint.
  • Fixing and electrical connection of electronic components in electronic devices, such as mounting of electronic components on a printed circuit board, is generally performed by the most advantageous soldering in terms of cost and reliability.
  • solder material generally contains Sn as a main component, Sn and oxygen in the air react with each other during or after production to form a film of Sn oxide on the surface, which may cause yellow discoloration.
  • the solder material which is more than 0 nm and is 4.5 nm or less is proposed (patent document 1). In the solder of Patent Document 1, the yellow change of the solder surface is suppressed by forming the SnO 2 film.
  • solder of Patent Document 1 plasma irradiation or the like in a high energy state is required to form the SnO 2 film, and the manufacturing process becomes complicated.
  • an element such as P, Ge, Ga or the like to the solder material.
  • These elements have smaller standard free energy of formation of oxides than Sn and are very easily oxidized. Therefore, when forming a solder material such as solder powder or solder ball from molten solder, an element such as P, Ge or Ga instead of Sn is oxidized and concentrated on the surface to suppress yellowing of the solder surface. it can.
  • the solder material is required to have the property (wettability) of spreading on the metal of the electronic component when it is melted.
  • the solder material The wettability of the Poor wettability of the solder material may cause defective soldering.
  • soldering using solder paste is advantageous in terms of cost and reliability, and is most commonly performed.
  • the solder paste is a mixture obtained by kneading a solder material (solder powder) and a flux containing components other than the solder material such as rosin, an activator, a thixotropic agent, and a solvent to form a paste.
  • the application of the solder paste to the substrate is performed, for example, by screen printing using a metal mask. Therefore, in order to secure the printability of the solder paste, the viscosity of the solder paste needs to be appropriate. However, in general, solder paste is inferior in storage stability, and the viscosity of solder paste may increase with time.
  • solder material containing Bi for example, Ag: 2.8 to 4.2% by weight, Cu: 0.4 to 0.6% by weight, containing 50 to 1000 ppm of Bi, with the balance being Sn and unavoidable impurities
  • solder alloy powder for bumps which has a component composition is proposed (patent document 2).
  • solder material containing Sb for example, Ag: 2.8 to 4.2% by weight, Cu: 0.4 to 0.6% by weight, containing 50 to 3000 ppm of Sb, the balance being Sn and unavoidable impurities
  • solder alloy powder for bumps which has a component composition is proposed (patent document 3).
  • solder material containing Pb for example, Ag: 2.8 to 4.2% by weight, Cu: 0.4 to 0.6% by weight, 50 to 5000 ppm of Pb, and the balance being Sn and unavoidable impurities
  • solder alloy powder for bumps which has a component composition is proposed (patent document 4).
  • solder materials described in Patent Documents 2 to 4 have an object to suppress a protrusion generated at the time of forming a bump, and ameliorate the problem of discoloration and increase in viscosity with time when made into solder paste. It is not a thing.
  • An object of the present invention is to provide a solder material which is small in color change and viscosity increase with time when made into a paste, and is excellent in wettability and reliability.
  • a solder material comprising an Sn or Sn-based alloy, 40 to 320 mass ppm of As, and an As-enriched layer.
  • the solder material according to the above [1] further comprising 20 mass ppm to 3 mass% of Bi.
  • the solder material according to the above [1] further comprising 20 mass ppm to 0.5 mass% of Sb.
  • the solder material according to the above [1] which contains 20 mass ppm to 0.7 mass% of Pb.
  • the Sn or Sn-based alloy contains 0 to 4% by mass of Ag, 0 to 1% by mass of Cu, 0 to 52% by mass of In, 0 to 0.15% by mass of Ni, and 0 to 0.015% by mass
  • solder material according to any one of the above [1] to [8], wherein the form of the solder material is a powder.
  • the solder paste as described in said [10] which further contains a zirconium oxide powder.
  • the solder paste according to the above [11], wherein the content of the zirconium oxide powder is 0.05 to 20.0% by mass with respect to the total mass of the solder paste.
  • solder material which is less discolored, has good wettability, has high reliability such as cycle characteristics, and has a small increase in viscosity with time when used as a solder paste.
  • the present embodiment a mode for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described.
  • this invention is not limited to this, A various deformation
  • the solder material contains at least a Sn or Sn-based alloy and 40 to 320 mass ppm of As.
  • the purity of Sn is not particularly limited. For example, those having a purity of 3N (99.9% or more), 4N (99.99% or more), 5N (99.999% or more), etc.
  • the general ones can be used.
  • Sn-based alloys Sn-Ag alloy, Sn-Cu alloy, Sn-Ag-Cu alloy, Sn-Ag-Cu-Ni-Co alloy, Sn-In alloy, Ag, Cu, In in the alloy composition And alloys in which Ni, Co, Ge, P, Fe, Zn, Al, Ga, etc. are further added.
  • the content of Sn in the Sn-based alloy is not limited, but can be, for example, more than 40% by mass.
  • group alloy may contain the unavoidable impurity.
  • the Sn-based alloy contains 0.005 to 40% by mass of Ag and / or 0.001 to 10% by mass of Cu from the viewpoint of solderability, melting point, and other physical properties as a solder material, That whose remainder is Sn is preferable.
  • the content of Ag with respect to the mass of the entire solder material is preferably 4% by mass or less.
  • the content of Ag based on the mass of the entire solder material is more preferably 0.1 to 3.8% by mass, and most preferably 0.5 to 3.5% by mass.
  • the content of Cu with respect to the mass of the entire solder material is preferably 1.0 mass% or less. If the content of Cu exceeds 0.9% by mass, ⁇ T tends to increase significantly.
  • the content of Cu with respect to the mass of the entire solder material is more preferably 0.05 to 0.9 mass%, and most preferably 0.1 to 0.7 mass%.
  • content of Ag and Cu can each be determined independently.
  • the Sn-based alloy contains 0 to 4% by mass of Ag, 0 to 1% by mass of Cu, 0 to 52% by mass of In, 0 to 0.15% by mass of Ni, and 0 to 0.015% by mass of It is also preferable that Co be contained and the remainder be Sn.
  • the content of Ag with respect to the mass of the entire solder material is preferably 0 to 4% by mass, more preferably 1 to 4% by mass, and most preferably 1 to 3% by mass.
  • the content of Cu with respect to the mass of the entire solder material is preferably 0 to 1% by mass, more preferably 0.3 to 0.75% by mass, and most preferably 0.5 to 0.7% by mass.
  • the content of In with respect to the mass of the entire solder material is preferably 0 to 52% by mass, and more preferably 0 to 10% by mass or 40 to 52% by mass.
  • the preferred numerical range of the content of each element described above is independent of each other, or the content of each element can be determined independently of each other.
  • the content of As relative to the mass of the entire solder material is 40 to 320 mass ppm (0.0040 to 0.0320 mass%).
  • the preferred content of As varies depending on the composition of the solder material, and when the solder material consists only of Sn or a Sn-based alloy and As, the content of As is more preferably 70 to 320 mass ppm, and 70 to 200. More preferably, it is mass ppm.
  • the solder material contains one or more elements selected from Bi, Sb, and Pb
  • the content of As is preferably 40 to 250 mass ppm, and is 50 to 150 mass ppm. Is more preferable, and 50 to 100 mass ppm is more preferable.
  • the solder material may consist only of Sn or Sn-based alloy and 40 to 320 mass ppm of As, but it is also preferable that the solder material contains one or more elements selected from Bi, Sb and Pb. .
  • the content of Bi with respect to the total mass of the solder material is preferably 20 mass ppm to 3 mass% (0.002 to 3 mass%). It was found that when Bi is sufficiently present, the viscosity increase tends to be suppressed. The reason is not clear, but Bi is a noble metal to Sn, and therefore Sn-Bi alloy is more difficult to ionize than Sn, and elution to the flux is less likely to occur as an ion state (salt). it is conceivable that. However, the mechanism does not depend on this.
  • the content of Bi with respect to the mass of the entire solder material is more preferably 0.005 to 2.5 mass%, and still more preferably 0.01 to 1 mass%.
  • the content relative to the mass of the entire solder material is 20 mass ppm to 3 mass%, all constitute an alloy (intermetallic compound, solid solution, etc.) together with Sn and Sn based alloys. Or part of them may be present separately from the Sn-based alloy.
  • the content of Sb with respect to the mass of the entire solder material is preferably 20 mass ppm to 0.5 mass% (0.002 to 0.5 mass%). It was found that when Sb is sufficiently present, the viscosity increase tends to be suppressed. Although the reason is not clear, Sb is a noble metal to Sn, and therefore, Sn-Sb alloy is more difficult to ionize than Sn, and elution to the flux is less likely to occur as an ion state (salt). it is conceivable that. However, the mechanism does not depend on this. On the other hand, if the content of Sb is too large, the wettability may be deteriorated.
  • the content of Sb with respect to the mass of the entire solder material is more preferably 0.005 to 0.3% by mass, and still more preferably 0.01 to 0.1% by mass. If Sb satisfies the condition that the content relative to the mass of the entire solder material is 20 mass ppm to 0.5 mass%, all constitute an alloy (intermetallic compound, solid solution, etc.) together with Sn and Sn based alloys. Or a part thereof may be present separately from the Sn-based alloy.
  • the content of Pb with respect to the mass of the entire solder material is preferably 20 mass ppm to 0.7 mass% (0.002 to 0.7 mass%). It was found that when Pb was sufficiently present, the viscosity increase tended to be suppressed. The reason is not clear, but Pb is a noble metal to Sn, and therefore Sn-Pb alloy is more difficult to ionize than Sn, and elution to the flux is less likely to occur as an ionic state (salt). it is conceivable that. However, the mechanism does not depend on this.
  • the content of Pb with respect to the mass of the entire solder material is more preferably 0.005 to 0.7 mass%, and still more preferably 0.01 to 0.5 mass%.
  • the content relative to the mass of the entire solder material is 20 mass ppm to 0.7 mass%, all constitute an alloy (intermetallic compound, solid solution, etc.) together with Sn and Sn based alloys. Or a part thereof may be present separately from the Sn-based alloy.
  • the content of Sb with respect to the mass of the entire solder material is 0 to 3000 mass ppm
  • the content of Bi is 0 to 10000 mass ppm
  • Pb The content of is preferably 0 to 5100 mass ppm. It was found that a sufficient increase in Sb, Bi or Pb tends to suppress the increase in viscosity. Although the reason is not clear, these elements are noble metals to Sn, and therefore Sn-Sb / Bi / Pb alloy is more difficult to ionize than Sn, and as an ion state (salt) to flux It is considered that the elution hardly occurs. However, the mechanism does not depend on this.
  • Bi and Pb also tend to suppress the decrease in wettability that occurs when the solder material contains As.
  • the crystal phase having a high Bi concentration is hard and brittle, there is a possibility that the reliability may be significantly reduced if it segregates in the solder material.
  • the preferable range of the content of Sb, Bi and Pb in the case of containing two or more elements of Bi, Sb and Pb is as follows.
  • the lower limit of the Sb content is preferably 25 mass ppm or more, more preferably 50 mass ppm or more, still more preferably 100 mass ppm or more, and particularly preferably 300 mass ppm or more.
  • the upper limit of the Sb content is preferably 1150 mass ppm or less, more preferably 500 mass ppm or less.
  • the lower limit of the Bi content is preferably 25 mass ppm or more, more preferably 50 mass ppm or more, still more preferably 75 mass ppm or more, particularly preferably 100 mass ppm or more, and most preferably 250 mass ppm or more. It is mass ppm or more.
  • the upper limit of the Bi content is preferably 1000 mass ppm or less, more preferably 600 mass ppm or less, and still more preferably 500 mass ppm or less.
  • the lower limit of the Pb content is preferably 25 mass ppm or more, more preferably 50 mass ppm or more, still more preferably 75 mass ppm or more, particularly preferably 100 mass ppm or more, and most preferably 250 mass ppm or more. It is mass pp or more.
  • the upper limit of the Pb content is preferably 5000 ppm by mass or less, more preferably 1000 ppm by mass or less, still more preferably 850 ppm by mass or less, and particularly preferably 500 ppm by mass or less.
  • Sb, Bi, and Pb constitute an alloy (such as an intermetallic compound or a solid solution) together with Sn or a Sn-based alloy, as long as the content relative to the mass of the entire solder material satisfies the above-described conditions It is preferable that a part thereof may be present separately from the Sn-based alloy.
  • the content of As, Sb, Bi and Pb preferably satisfies the following equation (1). 275 ⁇ 2As + Sb + Bi + Pb (1)
  • As, Sb, Bi, and Pb represent content (mass ppm) in each solder material.
  • As, Sb, Bi and Pb are all elements showing the effect of suppressing the rise of clay (pasting suppression effect) when made into a paste, and from the viewpoint of the thickening suppression, the total of these is at 275 ppm or more Is preferred.
  • the reason for doubling the As content is that As has a high effect of suppressing thickening as compared with Sb, Bi and Pb.
  • 2As + Sb + Bi + Pb is preferably 350 or more, more preferably 1200 or more.
  • there is no upper limit to 2As + Sb + Bi + Pb but it is 18600 or less, preferably 10200 or less, more preferably 5300 or less, particularly preferably 3800 or less from the viewpoint of making ⁇ T a suitable range.
  • the upper limit and the lower limit suitably from the said preferable aspect is a following (1a) Formula and (1b) Formula.
  • the contents of As, Sb, Bi and Pb preferably satisfy the following formula (2). 0.01 ⁇ (2As + Sb) / (Bi + Pb) ⁇ 10.00 (2)
  • As, Sb, Bi, and Pb represent content (mass ppm) in each solder material.
  • the content of As and Sb is high, the wettability of the solder material tends to deteriorate.
  • Bi and Pb tend to suppress the deterioration of wettability due to the inclusion of As. Therefore, it is preferable to contain either Bi or Pb.
  • the content of Bi and Pb is too large, ⁇ T will increase, so strict management is required.
  • (2As + Sb) / (Bi + Pb) is less than 0.01, the total content of Bi and Pb is relatively large compared to the total content of As and Pb, so that ⁇ T spreads.
  • (2As + Sb) / (Bi + Pb) is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, still more preferably 0.41 or more, still more preferably 0.90 or more, particularly preferably Is 1.00 or more, and most preferably 1.40 or more.
  • (2As + Sb) / (Bi + Pb) exceeds 10.00, the total content of As and Sb is relatively larger than the total content of Bi and Pb, and thus the wettability is deteriorated.
  • (2As + Sb) / (Bi + Pb) is preferably 10.00 or less, more preferably 5.33 or less, still more preferably 4.50 or less, still more preferably 2.67 or less, particularly preferably Is 4.18 or less, and most preferably 2.30 or less.
  • the denominator of Formula (2) is "Bi + Pb"
  • Bi and Pb tend to suppress the deterioration of wettability due to the inclusion of As, and therefore it is preferable to include at least one of them.
  • What selected the upper limit and the lower limit suitably from the said preferable aspect is a following (2a) Formula. 0.31 ⁇ (2As + Sb) / (Bi + Pb) ⁇ 10.00 (2a)
  • As, Sb, Bi, and Pb represent content (mass ppm) in each solder material.
  • solder material of this embodiment contains 2 or more types of elements among Bi, Sb, and Pb
  • content of As, Sb, Bi, and Pb is said Formula (1) and Formula (2). It is preferable to satisfy at least one, and it is more preferable to satisfy both.
  • the solder material has an As-enriched layer on at least a part thereof.
  • the As-enriched layer refers to a region in which the As concentration is higher than the average As concentration (content of As to the mass of the entire solder material) in the solder material, and more specifically, the determination criteria described later The existence can be confirmed by
  • the As-rich layer is preferably present on at least a part of the surface side of the solder material, and preferably covers the entire surface.
  • S1 In the chart of the XPS analysis performed on the above sample, the integral value of the detection intensity of As in the region of SiO 2 converted depth 0 to 2 ⁇ D1 (nm)
  • S2 of the XPS analysis performed on the above sample
  • the integrated value of the detection intensity of As in the region of 2 ⁇ D1 to 4 ⁇ D1 (nm) in depth in terms of SiO 2 D1 In the chart of XPS analysis performed for the above sample, the detection intensity of O atom is in deeper than becomes maximum depth of SiO 2 in terms (Do ⁇ max (nm))
  • the first SiO 2 which detects the intensity of O atoms is 1/2 of the intensity of the maximum detection intensity (intensity at Do ⁇ max) Converted depth (nm) (see Figure 3).
  • the thickness (in terms of SiO 2 ) of the As-enriched layer is not limited, but is preferably 0.5 to 8.0 nm, more preferably 0.5 to 4.0 nm, and 0.5 to 2.0 nm Is most preferred.
  • the thickness of the As-enriched layer refers to 2 ⁇ D1.
  • the content of As relative to the mass of the entire solder material is in the above range, and when the solder material contains an As-concentrated layer, the color changes and the viscosity over time when used as a solder paste. The rise is suppressed and the wettability and reliability are also excellent.
  • the yellowness b * of the solder material in the L * a * b * color system is preferably 0 to 10.0, more preferably 3.0 to 5.7, and 3 Most preferably, it is from 0 to 5.0. If the degree of yellowness b * in the L * a * b * color system of the solder material is within the above range, the degree of yellowness is low and the solder has a metallic luster. Is accurately detected.
  • the degree of yellowness b * can be measured in accordance with JIS Z 8722 "color measurement method-reflection and transmission object color" in a D65 light source and a 10 degree view
  • the spectral transmittance can be measured according to the equation (6) to obtain from the color values (L *, a *, b *).
  • the method of producing the solder material of the present embodiment there is no limitation on the method of producing the solder material of the present embodiment, and it can be produced by melting and mixing the raw material metals.
  • the method of forming the As-enriched layer in the solder material As an example of the formation method of As concentration layer, heating a solder material in an oxidizing atmosphere (air or oxygen atmosphere) is mentioned.
  • the heating temperature is not limited, but may be, for example, 40 to 200 ° C., and may be 50 to 80 ° C.
  • the heating time is also not limited, and can be, for example, several minutes to several days, preferably several minutes to several hours. In order to form a sufficient amount of the As-enriched layer, the heating time is preferably 10 minutes or more, and more preferably 20 minutes or more.
  • the present invention is not particularly limited to the form of the solder material, and may be in the shape of a rod like rod solder, may be in the form of a wire, or may be in the form of particles such as solder balls or solder powder. Good. When the solder material is in the form of particles, the flowability of the solder material is improved.
  • the method of producing the particulate solder material there is no limitation on the method of producing the particulate solder material, and a known method such as a dropping method for obtaining particles by dropping the melted solder material, a spraying method for centrifugal spraying, a method for crushing bulk solder material, etc. be able to.
  • the dropping and the spraying are preferably performed in an inert atmosphere or a solvent in order to obtain a particulate form.
  • the solder material is a powder, if it has a size (particle size distribution) corresponding to symbols 1 to 8 in the classification of powder size (Table 2) in JIS Z 3284-1: 2004, solder to fine parts Can be attached.
  • the size of the particulate solder material is more preferably a size corresponding to symbols 4 to 8, and more preferably a size corresponding to symbols 5 to 8.
  • the average sphere diameter is preferably 1 to 1000 ⁇ m, more preferably 1 to 300 ⁇ m, and most preferably 1 to 120 ⁇ m. If it is in the said range, soldering to fine components will become possible.
  • the sphericity is preferably 0.90 or more, more preferably 0.95 or more, and most preferably 0.99 or more.
  • the average sphere diameter and sphericity of the solder balls are measured using a CNC image measurement system (for example, Ultra Quick Vision ULTRA QV 350-PRO measurement device manufactured by Mitutoyo Corporation) using the minimum area center method (MZC method). It can be measured.
  • particle size refers to the average value of the major axis and minor axis of the smallest bounding rectangle of particles taken using the image measurement system
  • average particle size The term “means” refers to the average particle size measured for 500 particles arbitrarily extracted from an image taken using the image measurement system.
  • the sphericity represents the deviation from a true sphere, and the particle diameter of each of 500 balls arbitrarily extracted from the image taken using the image measurement system is the major diameter of the minimum circumscribed rectangle of the area. Arithmetic mean value of the value divided by ⁇ ⁇ , the closer to the upper limit 1.00 the value is closer to a true sphere.
  • the use form of the solder material is not particularly limited.
  • it may be mixed with fats and oils etc. to form a core solder, and when the solder material is in powder form, it may be mixed with a flux containing a rosin resin, an activator, a solvent, etc. and used as a solder paste
  • the solder material of the present embodiment is particularly suitable for use as a solder paste because the viscosity increase with time as a solder paste is small.
  • the solder paste contains the solder powder of the present embodiment and a flux.
  • flux refers to all components other than solder powder in the solder paste, and the mass ratio of solder powder to flux (solder powder: flux) is not limited, and may be set appropriately according to the application. Can.
  • the composition of the flux is not limited.
  • a resin component for example, a resin component; solvent; various additives such as an activator, a thixo agent, a pH adjuster, an antioxidant, a colorant, an antifoamer, etc.
  • various additives such as an activator, a thixo agent, a pH adjuster, an antioxidant, a colorant, an antifoamer, etc.
  • the resin for example, the resin
  • the solvent and the various additives and those generally used in solder paste can be used.
  • the activator organic acids, amines, halogens (organic halogen compounds, amine hydrohalide salts) and the like can be mentioned.
  • the solder paste may further include zirconium oxide powder.
  • the content of the zirconium oxide powder is preferably 0.05 to 20.0% by mass, more preferably 0.05 to 10.0% by mass, and most preferably 0.1 to 3% by mass with respect to the total mass of the solder paste. If the content of the zirconium oxide powder is within the above range, the activator contained in the flux preferentially reacts with the zirconium oxide powder, and the reaction with the Sn and Sn oxides on the surface of the solder powder is less likely to occur. The effect of further suppressing the increase in viscosity due to the change is exhibited.
  • the upper limit of the particle size of the zirconium oxide powder to be added to the solder paste is not limited, but is preferably 5 ⁇ m or less. When the particle size is 5 ⁇ m or less, the printability of the paste can be maintained.
  • the lower limit is also not particularly limited, but is preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • the above particle diameter is a projected circle whose projected circle equivalent diameter is 0.1 ⁇ m or more when an SEM photograph of zirconium oxide powder is taken and the projected circle equivalent diameter is determined by image analysis for each particle present in the field of view. It is the average value of equivalent diameter.
  • the shape of the zirconium oxide particles is not particularly limited, but if it is a different shape, the contact area with the flux is large, and there is an effect of suppressing thickening. When it is spherical, good flowability can be obtained, and excellent printability as a paste can be obtained.
  • the shape may be selected appropriately according to the desired characteristics.
  • the solder paste can be produced by kneading the solder material (solder powder) of the present embodiment and a flux by a known method.
  • the solder paste in the present embodiment can be used, for example, for a circuit board with a fine structure in an electronic device, and specifically, a printing method using a metal mask, a discharge method using a dispenser, or transfer using a transfer pin It can apply to a soldering part by a method etc. and can perform reflow.
  • the solder material can be used as a joint (joint portion) for joining two or more members.
  • the bonding member There is no limitation on the bonding member, and for example, it is also useful as a coupling of an electronic device member.
  • the solder joint has no discoloration and is excellent in reliability.
  • the solder joint is generally used in the art, such as disposing or applying a solder ball made of the solder material of the present embodiment or the solder paste of the present embodiment to a portion to be joined and heating. It can be manufactured by the method.
  • FIGS. 1 to 3 are obtained by changing the scale of the detection intensity (cps) on the vertical axis of the same sample, and the horizontal axis is the SiO 2 equivalent depth (nm) calculated from the sputtering time.
  • the vertical axis is the detected intensity (cps)
  • the horizontal axis is the sputtering time (min) or the SiO 2 equivalent depth calculated using the sputtering etching rate of the SiO 2 standard sample from the sputtering time.
  • the horizontal axis in the chart of XPS analysis is the SiO 2 equivalent depth calculated using the sputter etching rate of the SiO 2 standard sample from the sputtering time. (Nm). Then, in the chart of the XPS analysis of each sample, the SiO 2 converted depth at which the detection intensity of the O atom was maximum was taken as Do ⁇ max (nm) (see FIG. 2).
  • the first SiO 2 converted depth is defined as D1 (nm) at which the detected intensity of O atoms is half the maximum detected intensity (intensity at Do ⁇ max) .
  • the integrated value of the detection intensity of As in the region from the outermost surface to the depth 2 ⁇ D1 (the region with a SiO 2 conversion depth of 0 to 2 ⁇ D1 (nm)) S1) and the integrated value of the detection intensity of As in a region from a depth 2 ⁇ D1 to a portion deeper by 2 ⁇ D1 (a region with a SiO 2 equivalent depth of 2 ⁇ D1 to 4 ⁇ D1 (nm)) S2)
  • solder pastes were manufactured using the solder powders of the examples and the comparative examples.
  • the obtained solder paste is printed on a Cu plate using a metal mask having an opening diameter of 6.5 mm, a numerical aperture of 4 and a mask thickness of 0.2 mm, and a temperature rising rate of 1 ° C. in an N 2 atmosphere in a reflow furnace. After heating from 25 ° C. to 260 ° C./sec, air cooling was performed to room temperature (25 ° C.) to form four solder bumps. The appearance of the obtained solder bump was observed using an optical microscope (magnification: 100 times) and evaluated based on the following criteria. Unmeltable solder particles were not observed in all four solder bumps. : Good solder wettability ( ⁇ ) Solder particles that could not be melted were observed in one or more of the four solder bumps. : Poor solder wettability (x)
  • the degree of yellowness b * is in accordance with JIS Z 8722 "Color measurement method-reflection and transmission object color" in a D65 light source and a 10 degree visual field using a CM-3500d2600d type spectrocolorimeter (manufactured by Konica Minolta).
  • the spectral transmittance was measured and determined from color values (L *, a *, b *).
  • the color values (L *, a *, b *) are defined in JIS Z 8729 "Color display method-color values L * a * b * color system and L * U * V * color system”. As it is.
  • the solder balls of each metal composition were compared with ⁇ b * ( ⁇ b * (reference)) of the solder balls of Comparative Examples 1, 7, 13, 19, 25, 27, 33 or 35 in which As was not added. Evaluation was performed based on the criteria.
  • the value of ⁇ b * is 50% or less of ⁇ b * (standard): ⁇ ⁇ (very good)
  • the value of ⁇ b * is more than 50% and 70% or less of ⁇ b * (standard): ⁇ (good)
  • the value of ⁇ b * is greater than 70% of ⁇ b * (reference): x (impossible)
  • solder balls ball diameter: 0.3 mm were manufactured from the prepared metal materials for solder of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 by a dropping method. The obtained solder balls of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 were heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to concentrate As on the solder ball surface side.
  • content of each component in the following table represents the mass% of each component with respect to the mass of the whole metal material for solder, and it is the quantity actually measured at the time of compounding about elements other than Sn, and it is a total about Sn. It means the amount blended as the balance so that 100 mass%.
  • Sn used for each metal material for solder is a 3N material and contains unavoidable impurities.
  • Comparative Example 1 in which As was not contained, although the solder wettability was very good, the yellow change could not be suppressed. Further, in Comparative Examples 2 to 5 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), although the solder wettability is very good, the As concentrated layer is not formed, It was not possible to suppress yellowing. Furthermore, in Comparative Example 6 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed, and although suppression of yellow change is good, sufficient solder wettability is obtained. Was not obtained.
  • Example 8 to 14 and Comparative Examples 7 to 12 Solder balls of Examples 8 to 14 and Comparative Examples 7 to 12 were manufactured in the same manner as in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except that the compositions shown in the following table were used.
  • the content of As is 40 to 320 mass ppm also for solders containing Sn-Ag-Cu alloy (Ag content: 3 mass%, Cu content: 0.5 mass%)
  • Examples 8 to 14 (0.0040 to 0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed as in Examples 1 to 7, and any of suppression of yellow change and solder wettability can be obtained. Were also very good or good.
  • Examples 9 to 12 in which the content of As is 70 to 200 mass ppm (0.0070 to 0.0200 mass%), both suppression of the yellow change and solder wettability were very good. .
  • Comparative Example 7 containing no As is the same as Comparative Example 1. Although the solder wettability was very good, it was not possible to suppress the yellow change. Also, in Comparative Examples 8 to 11 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), as in Comparative Examples 2 to 5, although the solder wettability is very good, the As concentration is high. Layer was not formed, and the yellowing could not be suppressed. Furthermore, in Comparative Example 12 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed, and although the suppression of yellow change is very good, sufficient solder Wettability was not obtained.
  • Example 15 to 21, Comparative Examples 13 to 18 Solder balls of Examples 15 to 21 and Comparative Examples 13 to 18 were manufactured in the same manner as in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except for the compositions shown in the following table.
  • the content of As is 40 to 320 mass ppm (also for solder containing Sn-Ag-Cu alloy (Ag content: 1 mass%, Cu content: 0.5 mass%) In Examples 15 to 21 of 0.0040 to 0.0320% by mass), as in Examples 1 to 7, an As-enriched layer is formed, and in any of suppression of yellow change and solder wettability. Also very good or good. In particular, in Examples 16 to 19 in which the content of As is 70 to 200 mass ppm (0.0070 to 0.0200 mass%), both suppression of yellow change and solder wettability were very good. .
  • Comparative Example 13 containing no As is the same as Comparative Example 1 Although the solder wettability was very good, it was not possible to suppress the yellow change.
  • Comparative Example 18 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%) an As concentrated layer is formed, and although the suppression of yellow change is very good, sufficient solder Wettability was not obtained.
  • Examples 22 to 29, Comparative Examples 19 to 26 Solder balls of Examples 22 to 29 and Comparative Examples 19 to 26 were manufactured in the same manner as in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except that the compositions shown in the following Table were used.
  • the content of As is 40 to 320 mass ppm (also for solder containing Sn-Ag-Cu alloy (Ag content: 4 mass%, Cu content: 0.5 mass%)
  • the As-enriched layer is formed in the same manner as in Examples 1 to 7, and in any of suppression of yellow change and solder wettability. Also very good or good.
  • both suppression of yellow change and solder wettability are very good. .
  • the content of As is 40 to 320 mass ppm (0.0040 to 0) also for a solder containing a Sn-Ag-Cu alloy in which the content of Ag is changed to 4% by mass and the content of Cu to 1% by mass.
  • Good evaluation results were obtained as in Examples 22 to 28 in Example 29, which was .0320% by mass).
  • Example 29 similarly to Examples 23 to 26, both suppression of yellowing and solderability were very good.
  • Comparative Example 19 also with respect to the solder containing the Sn-Ag-Cu alloy (content of Ag: 4% by mass, content of Cu: 0.5% by mass), in Comparative Example 19 not containing As, similar to Comparative Example 1 Although the solder wettability was very good, it was not possible to suppress the yellow change. Further, in Comparative Examples 20 to 23 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), as in Comparative Examples 2 to 5, although the solder wettability is very good, the As concentration is high. Layer was not formed, and the yellowing could not be suppressed. Furthermore, in Comparative Example 24 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As concentrated layer is formed, and although the suppression of yellow change is very good, sufficient solder Wettability was not obtained.
  • Comparative Example 25 not containing As is similar to Comparative Example 19
  • Comparative Example 26 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), the evaluation results are insufficient as in Comparative Example 23.
  • Examples 30 to 37, Comparative Examples 27 to 34 Solder balls of Examples 30 to 37 and Comparative Examples 27 to 34 were manufactured in the same manner as in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except for the compositions shown in the following table.
  • Example 37 which is mass ppm (0.0040 to 0.0320 mass%), good evaluation results were obtained as in Examples 30 to 36.
  • Example 37 similarly to Examples 31 to 34, both the suppression of yellowing and the solder wettability were very good.
  • Comparative Example 33 not containing As is In the same manner as in Comparative Example 27, in Comparative Example 34 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), the evaluation results are insufficient as in Comparative Example 32.
  • Example 38 to 44, Comparative Examples 35 to 40 Solder balls of Examples 38 to 44 and Comparative Examples 35 to 40 were manufactured in the same manner as in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except for using the compositions shown in the following table.
  • solder joints can be manufactured by processing the solder balls of Examples 1 to 44 by a method common to the industry.
  • the content of As is 40 to 320 mass ppm (0.0040 to 0.0320 mass%), an As-concentrated layer is formed, and excellent results are obtained in terms of both suppression of yellow change and solder wettability. Since the solder balls of Examples 1 to 44 which have been described are less likely to discolor upon heating, the solder joints obtained from such solder balls are also less likely to discolor.
  • Sn-As-Bi System (Examples II-A1 to A35, Comparative Examples II-A1 to A12) Balances such that Sn, As and Bi are as shown in Table IIA below, and the balance of Sn is (the balance such that the sum of Sn, As and Bi is 100% by mass)
  • the powder (average particle diameter: 21 ⁇ m, corresponding to 5 in the powder size classification (Table 2) of JIS Z3284-1: 2004) was prepared by taking it, melting and mixing, and centrifugally spraying in an Ar atmosphere. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example II-B1 to B35 Comparative Examples II-B1 to B12
  • the Sn, As, Bi and Cu contents are as shown in Table IIA below, where the Cu content is 0.7% by mass, the As and Bi contents, and the remainder of the Sn (Sn, As, Bi and Cu
  • the powder (the average particle diameter 21 ⁇ m, powder size classification 5) was prepared by weighing, melt-mixing and centrifuging in Ar atmosphere so that the total would be 100 mass%). The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example II-C1 to C35 Comparative Examples II-C1 to C12
  • the contents of Sn, As, Bi, Ag and Cu are as shown in Table IIC below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 1.0% by mass, and the contents of As and Bi are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that makes the sum of Sn, As, Bi, Ag and Cu 100% by mass).
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example II-D1 to D35 Comparative Examples II-D1 to D12
  • the contents of Sn, As, Bi, Ag and Cu are shown in Table IID below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 2.0% by mass, and the content of As and Bi is Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that makes the sum of Sn, As, Bi, Ag and Cu 100% by mass).
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example II-E1 to E35 Comparative Examples II-E1 to E12
  • the contents of Sn, As, Bi, Ag and Cu are as shown in Table IIE below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 3.0% by mass, and the contents of As and Bi are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that makes the sum of Sn, As, Bi, Ag and Cu 100% by mass).
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example II-F1 to F35 Comparative Examples II-F1 to F12
  • the contents of Sn, As, Bi, Ag and Cu are as shown in Table IIF below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 3.5% by mass, and the contents of As and Bi are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that makes the sum of Sn, As, Bi, Ag and Cu 100% by mass).
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Sn-As-Sb system (Examples III-A1 to A32, Comparative Examples III-A1 to A12) Balances such that Sn, As and Sb are as shown in Table IIIA below with the contents of As and Sb, and the remainder is Sn (the remainder such that the total of Sn, As and Sb is 100% by mass)
  • the powder (average particle diameter: 21 ⁇ m, corresponding to 5 in the powder size classification (Table 2) of JIS Z3284-1: 2004) was prepared by taking it, melting and mixing, and centrifugally spraying in an Ar atmosphere. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example III-B1 to B32, Comparative Examples III-B1 to B12 The Sn, As, Sb and Cu contents are as shown in Table IIIB below, where the Cu content is 0.7% by mass, the As and Sb contents, and the remainder of the Sn (Sn, As, Sb and Cu).
  • the powder (the average particle diameter 21 ⁇ m, powder size classification 5) was prepared by weighing, melt-mixing and centrifuging in Ar atmosphere so that the total would be 100 mass%). The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example III-C1 to C32 Comparative Examples III-C1 to C12
  • the contents of Sn, As, Sb, Ag and Cu are shown in Table IIIC below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 1.0% by mass, and the contents of As and Sb are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that the sum of Sn, As, Sb, Ag and Cu is 100% by mass)
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example III-D1 to D32, Comparative Examples III-D1 to D12 The contents of Sn, As, Sb, Ag and Cu are as shown in Table IIID below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 2.0% by mass, and the content of As and Sb is Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that the sum of Sn, As, Sb, Ag and Cu is 100% by mass)
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example III-E1 to E32 Comparative Examples III-E1 to E12
  • the contents of Sn, As, Sb, Ag and Cu are shown in Table IIIE below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 3.0% by mass, and the contents of As and Sb are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that the sum of Sn, As, Sb, Ag and Cu is 100% by mass)
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example III-F1 to F32, Comparative Examples III-F1 to F12 The contents of Sn, As, Sb, Ag and Cu are as shown in Table IIIF below, the content of Cu being 0.5% by mass, the content of Ag being 3.5% by mass and the content of As and Sb being Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that the sum of Sn, As, Sb, Ag and Cu is 100% by mass)
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Sn-As-Pb system (Examples IV-A1 to A35, Comparative Examples IV-A1 to A12) Balances such that Sn, As and Pb are as shown in Table IVA below with the contents of As and Pb, and the remainder is Sn (the remainder such that the sum of Sn, As and Pb is 100% by mass)
  • the powder (average particle diameter: 21 ⁇ m, corresponding to 5 in the powder size classification (Table 2) of JIS Z3284-1: 2004) was prepared by taking it, melting and mixing, and centrifugally spraying in an Ar atmosphere. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Examples IV-B1 to B35, Comparative Examples IV-B1 to B12 The contents of Sn, As, Pb and Cu are as shown in Table IVB below, where the content of Cu is 0.7% by mass and the contents of As and Pb are as shown in Table IVB, and Sn is the remainder (Sn, As, Pb and Cu).
  • the powder (the average particle diameter 21 ⁇ m, powder size classification 5) was prepared by weighing, melt-mixing and centrifuging in Ar atmosphere so that the total would be 100 mass%). The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Examples IV-C1 to C35, Comparative Examples IV-C1 to C12 The contents of Sn, As, Pb, Ag and Cu are shown in Table IVC below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 1.0% by mass, and the contents of As and Pb are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that the sum of Sn, As, Pb, Ag and Cu is 100% by mass)
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Examples IV-D1 to D35, Comparative Examples IV-D1 to D12 The contents of Sn, As, Pb, Ag and Cu are as shown in Table IVD below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 2.0% by mass, and the contents of As and Pb are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that the sum of Sn, As, Pb, Ag and Cu is 100% by mass)
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Examples IV-E1 to E35, Comparative Examples IV-E1 to E12 The contents of Sn, As, Pb, Ag and Cu are shown in Table IVE below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 3.0% by mass, and the contents of As and Pb are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that the sum of Sn, As, Pb, Ag and Cu is 100% by mass)
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Examples IV-F1 to F35, Comparative Examples IV-F1 to F12 The contents of Sn, As, Pb, Ag and Cu are shown in Table IVF below, in which the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 3.5% by mass, and the contents of As and Pb are Weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that Sn will be the balance (the balance that the sum of Sn, As, Pb, Ag and Cu is 100% by mass)
  • An average particle size of 21 ⁇ m, 5 of powder size classification was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • solder powders of Examples and Comparative Examples were obtained solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • the heat treatment was not performed, and the powder obtained by centrifugal spraying was used as it was as a solder powder.
  • Sn a 3N material containing unavoidable impurities was used.
  • (1) Evaluation of the presence or absence of an As-enriched layer, (2) Evaluation of suppression of thickening, (3) Evaluation of solder wettability, (4) Evaluation of reliability for the solder powder of each Example and Comparative Example The evaluation results are shown in the following table.
  • Examples V-B1 to B18, Comparative Examples V-B1 to B24 The contents of Sn, Cu, As, Sb, Bi and Pb are as shown in Table VB below, in which the content of Cu is 0.7% by mass, the content of As, Sb, Bi and Pb, and the remainder of Sn Powder (average particle size) by weighing, melt mixing, and centrifugal spraying in Ar atmosphere so that the total of Sn, Cu, As, Sb, Bi and Pb becomes 100 mass%) 21 ⁇ m, corresponding to 4 in powder size classification) was prepared. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C. for 30 minutes to obtain solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • Example V-C1 to C18 Comparative Examples V-C1 to C24
  • Sn, Ag, Cu, As, Sb, Bi and Pb the content of Cu is 0.5% by mass
  • the content of Ag is 1.0% by mass
  • the content of As, Sb, Bi and Pb is as follows: Measured as shown in Table VC, and Sn was melted and mixed so as to become the remaining part (the remaining part such that the total of Sn, Ag, Cu, As, Sb, Bi and Pb is 100% by mass)
  • a powder (average particle diameter: 21 ⁇ m, corresponding to 4 in the powder size classification) was prepared by centrifugal spraying in an Ar atmosphere. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C.
  • solder powders of Examples and Comparative Examples are solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • the heat treatment was not performed, and the powder obtained by centrifugal spraying was used as it was as a solder powder.
  • Sn a 3N material containing unavoidable impurities was used.
  • ICP-AES ICP-AES according to JIS Z 3910
  • Examples V-D1 to D18, Comparative Examples V-D1 to D24 Sn, Ag, Cu, As, Sb, Bi and Pb, the content of Cu is 0.5% by mass, the content of Ag is 2.0% by mass, and the content of As, Sb, Bi and Pb is as follows: Measured as shown in Table VD, and Sn was weighed so as to become the remainder (the remainder such that the sum of Sn, Ag, Cu, As, Sb, Bi and Pb is 100% by mass), and melt mixed.
  • a powder (average particle diameter: 21 ⁇ m, corresponding to 4 in the powder size classification) was prepared by centrifugal spraying in an Ar atmosphere. The obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C.
  • solder powders of Examples and Comparative Examples were obtained solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • the heat treatment was not performed, and the powder obtained by centrifugal spraying was used as it was as a solder powder.
  • Sn a 3N material containing unavoidable impurities was used.
  • (1) Evaluation of the presence or absence of an As-enriched layer, (2) Evaluation of suppression of thickening, (3) Evaluation of solder wettability, (4) Evaluation of reliability for the solder powder of each Example and Comparative Example The evaluation results are shown in the following table.
  • Example V-E1 to E18 Comparative Examples V-E1 to E24
  • Sn, Ag, Cu, As, Sb, Bi and Pb the content of Cu is 0.5% by mass
  • the content of Ag is 3.0% by mass
  • the content of As, Sb, Bi and Pb is as follows: Measured as shown in Table VE, weighed so that Sn becomes the remainder (the remainder such that the total of Sn, Ag, Cu, As, Sb, Bi and Pb is 100% by mass), and melt mixed
  • a powder average particle diameter: 21 ⁇ m, corresponding to 4 in the powder size classification
  • the obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C.
  • solder powders of Examples and Comparative Examples were obtained solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • the heat treatment was not performed, and the powder obtained by centrifugal spraying was used as it was as a solder powder.
  • Sn a 3N material containing unavoidable impurities was used.
  • (1) Evaluation of the presence or absence of an As-enriched layer, (2) Evaluation of suppression of thickening, (3) Evaluation of solder wettability, (4) Evaluation of reliability for the solder powder of each Example and Comparative Example The evaluation results are shown in the following table.
  • Example V-F1 to F18 Comparative Examples V-F1 to F24
  • Sn, Ag, Cu, As, Sb, Bi and Pb the content of Cu is 0.5% by mass
  • the content of Ag is 3.5% by mass
  • the content of As, Sb, Bi and Pb is as follows: Measured as shown in Table VF, weighed so that Sn becomes the remainder (the remainder such that the total of Sn, Ag, Cu, As, Sb, Bi and Pb is 100% by mass), and melt mixed
  • a powder average particle diameter: 21 ⁇ m, corresponding to 4 in the powder size classification
  • the obtained powder was heated in air using a drying apparatus at 60 ° C.
  • solder powders of Examples and Comparative Examples were obtained solder powders of Examples and Comparative Examples.
  • the heat treatment was not performed, and the powder obtained by centrifugal spraying was used as it was as a solder powder.
  • Sn a 3N material containing unavoidable impurities was used.
  • (1) Evaluation of the presence or absence of an As-enriched layer, (2) Evaluation of suppression of thickening, (3) Evaluation of solder wettability, (4) Evaluation of reliability for the solder powder of each Example and Comparative Example The evaluation results are shown in the following table.
  • solder material of the present invention has no discoloration and is excellent in reliability such as solder wettability and cycle characteristics, so it can be used for various applications, and in particular, since the viscosity increase with time when it is formed into a paste is small, solder can be used. It can be suitably used as a solder material for paste.

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Abstract

本発明は、変色が少なく、濡れ性も良好で、サイクル特性等の信頼性が高く、ソルダペーストトしたときの経時での粘度上昇の小さいはんだ材料を提供することを目的とする。本願発明のはんだ材料は、Sn又はSn系合金と、40-320質量ppmのAsを含み、As濃化層を有することを特徴とする。

Description

はんだ材料、ソルダペースト、及びはんだ継手
 本発明は、はんだ材料、ソルダペースト、及びはんだ継手に関する。
 プリント基板への電子部品の実装といった、電子機器における電子部品の固定と電気的接続は、コスト面及び信頼性の面で最も有利なはんだ付けにより一般に行われている。
 はんだ材料は一般にSnを主成分とするところ、製造時や製造後にSnと空気中の酸素が反応し、表面にSn酸化物による膜が形成され、黄色の変色を引き起こすことがある。
 変色を抑制したはんだとして、Snの含有量が40%以上の合金からなる金属材料またはSnの含有量が100%である金属材料からなるはんだ層と、前記はんだ層の表面を被覆する被覆層を備えた直径が1~1000μmの球体であり、前記被覆層は、前記はんだ層の外側にSnO膜が形成され、前記SnO膜の外側にSnO2膜が形成され、前記被覆層の厚さは、0nmより大きく4.5nm以下であるはんだ材料が提案されている(特許文献1)。特許文献1のはんだにおいては、SnO2膜を形成することにより、はんだ表面の黄色変化を抑制している。
 しかし、特許文献1のはんだにおいては、SnO2膜を形成するために、高エネルギー状態のプラズマ照射等が必要であり、製造工程が複雑となってしまう。
 はんだ材料の変色を改善する別の方法としては、はんだ材料に、P、Ge、Gaなどの元素を添加することが知られている。これらの元素は、Snよりも酸化物の標準生成自由エネルギーが小さく、非常に酸化されやすい。したがって、溶融はんだからはんだ粉末やはんだボール等のはんだ材料を形成する際に、SnではなくP、Ge、Gaなどの元素が酸化されて表面に濃化し、はんだ表面の黄色変化を抑制することができる。しかし、一般的にはんだ材料には、溶融した際に電子部品の金属上を広がっていく性質(濡れ性)が求められるところ、P、Ge、Gaなどの元素を添加した場合には、はんだ材料の濡れ性が低下してしまう。はんだ材料の濡れ性が悪いとはんだ付け不良が発生する原因になる。
 また、はんだ付けの中でも、電子機器の基板への電子部品の接合・組立てにおいては、ソルダペーストを使用したはんだ付けがコスト面及び信頼性の面で有利であり、最も普通に行われている。ソルダペーストは、はんだ材料(はんだ粉末)と、ロジン、活性剤、チキソトロピック剤、溶剤などのはんだ材料以外の成分を含むフラックスとを混練してペースト状にした混合物である。
 ソルダペーストの基板への塗布は、例えば、メタルマスクを用いたスクリーン印刷により行われる。そのため、ソルダペーストの印刷性を確保するために、ソルダペーストの粘度は適度である必要がある。しかし、一般に、ソルダペーストは、保存安定性に劣り、経時でソルダペーストの粘度が上昇してしまうことがある。
 さらに、ソルダペーストを構成するはんだ材料においては、液相線温度(T)と固相線温度(T)との差(ΔT=T-T)が大きくなると、電子機器の基板に塗布後、凝固する際にはんだ材料の組織が不均一となりやすく、将来的な信頼性を低下させる原因になる。
 Biを含有するはんだ材料として、例えば、Ag:2.8~4.2重量%、Cu:0.4~0.6重量%、Biを50~1000ppm含有し、残部がSn及び不可避不純物からなる成分組成を有しているバンプ用はんだ合金粉末が提案されている(特許文献2)。
 Sbを含有するはんだ材料として、例えば、Ag:2.8~4.2重量%、Cu:0.4~0.6重量%、Sbを50~3000ppm含有し、残部がSn及び不可避不純物からなる成分組成を有しているバンプ用はんだ合金粉末が提案されている(特許文献3)。
 Pbを含有するはんだ材料として、例えば、Ag:2.8~4.2重量%、Cu:0.4~0.6重量%、Pbを50~5000ppm含有し、残部がSn及び不可避不純物からなる成分組成を有しているバンプ用はんだ合金粉末が提案されている(特許文献4)。
 しかし、特許文献2~4に記載されたはんだ材料は、いずれも、バンプ形成時に生じる突起を抑制することを課題としていて、変色やソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇の問題を改善するものではない。
 以上のように、変色や、ペーストとしたときの経時での粘度上昇の問題が抑制され、しかも濡れ性及び信頼性にも優れるはんだ材料が望まれている。
特許第5807733号公報 特開2013-237089号公報 特開2013-237091号公報 特開2013-237088号公報
 本発明は、変色や、ペーストとしたときの経時での粘度上昇が小さく、濡れ性及び信頼性に優れるはんだ材料を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究した結果、表面側にAs濃化層を有するはんだ材料は、変色や、ペーストとしたときの粘度の経時変化が少なく、しかも、Asを含有するはんだ材料は通常は濡れ性が低くなる傾向があるにもかかわらず、表面にAs濃化層が形成されていれば、そのような濡れ性の低下もないことを見出し、このような材料を用いれば上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明の具体的態様は以下のとおりである。
 なお、本明細書において、「~」を用いて数値範囲を表す際は、その範囲は両端の数値を含むものとする。また、各元素の含有量は、例えば、JIS Z 3910 に準拠にしてICP-AESで分析することにより測定することができる。
[1]
 Sn又はSn系合金と、40~320質量ppmのAsを含み、As濃化層を有する、はんだ材料。
[2]
 さらに、20質量ppm~3質量%のBiを含む、上記[1]に記載のはんだ材料。
[3]
 さらに、20質量ppm~0.5質量%のSbを含む、上記[1]に記載のはんだ材料。
[4]
 さらに、20質量ppm~0.7質量%のPbを含む、上記[1]に記載のはんだ材料。
[5]
 さらに、0~3000質量ppmのSb、0~10000質量ppmのBi及び0~5100質量ppmのPbを含む(ただし、Bi及びPbの含有量が同時に0質量ppmになることはない)、上記[1]に記載のはんだ材料。
[6]
 As、Sb、Bi及びPbの含有量が、下記式(1)及び式(2)を満たす、上記[5]に記載のはんだ材料。
 275≦2As+Sb+Bi+Pb             (1)
 0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00  (2)
 ただし、式(1)及び式(2)中、As、Sb、Bi及びPbは、各々のはんだ材料中の含有量(質量ppm)を表す。
[7]
 前記Sn又はSn系合金が、0.005~40質量%のAg及び/又は0.001~10質量%のCuを含むSn系合金である、上記[1]~[6]のいずれかに記載のはんだ材料。
[8]
 前記Sn又はSn系合金が、0~4質量%のAg、0~1質量%のCu、0~52質量%のIn、0~0.15質量%のNi、及び0~0.015質量%のCoを含み、残部がSnである上記[1]~[7]のいずれかに記載のはんだ材料。
[9]
 前記はんだ材料の形態が粉末である、上記[1]~[8]のいずれかに記載のはんだ材料。
[10]
 上記[9]に記載のはんだ材料、及びフラックスを含むソルダペースト。
[11]
 酸化ジルコニウム粉末をさらに含む上記[10]に記載のソルダペースト。
[12]
 ソルダペースト全体の質量に対する酸化ジルコニウム粉末の含有量が0.05~20.0質量%である、上記[11]に記載のソルダペースト。
[13]
 はんだ継手である、上記[1]~[8]のいずれかに記載のはんだ材料。
 本発明によれば、変色が少なく、濡れ性も良好で、サイクル特性等の信頼性が高く、ソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇の小さいはんだ材料を提供することができる。
はんだ材料表面のXPS分析のチャートの一例である。 はんだ材料表面のXPS分析のチャートの一例である。 はんだ材料表面のXPS分析のチャートの一例である。
 以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について説明する。
 ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
 本実施形態において、はんだ材料は、少なくとも、Sn又はSn系合金と、40~320質量ppmのAsを含む。
 ここで、Snの純度は、特に限定されず、例えば、純度が3N(99.9%以上)、4N(99.99%以上)、5N(99.999%以上)であるもの等の当業界で一般的なものを用いることができる。
 また、Sn系合金としては、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag-Cu-Ni-Co合金、Sn-In合金、前記合金組成にAg、Cu、In、Ni、Co、Ge、P、Fe、Zn、Al、Ga等を更に添加した合金が挙げられる。Sn系合金中のSnの含有量に限定はないが、例えば、40質量%超とすることができる。
 なお、Sn及びSn系合金は、不可避不純物を含んでいてもよい。
 本実施形態においてSn系合金は、はんだ濡れ性、融点、その他のはんだ材料としての物性の観点から、0.005~40質量%のAg及び/又は0.001~10質量%のCuを含み、残部がSnであるものが好ましい。
 この場合、ΔTの観点からは、はんだ材料全体の質量に対するAgの含有量は、4質量%以下が好ましい。Agの含有量が3.8質量%を超えるとΔTが大幅に増大する傾向にある。はんだ材料全体の質量に対するAgの含有量は、0.1~3.8質量%がより好ましく、0.5~3.5質量%が最も好ましい。
 また、ΔTの観点からは、はんだ材料全体の質量に対するCuの含有量は、1.0質量%以下が好ましい。Cuの含有量が0.9質量%を超えるとΔTが大幅に増大する傾向にある。はんだ材料全体の質量に対するCuの含有量は、0.05~0.9質量%がより好ましく、0.1~0.7質量%が最も好ましい。
 なお、上記のAg及びCuの含有量の好ましい数値範囲は各々独立したものであって、Ag及びCuの含有量は各々独立して決定することができる。
 或いは、Sn系合金は、0~4質量%のAg、0~1質量%のCu、0~52質量%のIn、0~0.15質量%のNi、及び0~0.015質量%のCoを含み、残部がSnであることも好ましい。 この場合、はんだ材料全体の質量に対するAgの含有量は、0~4質量%が好ましく、1~4質量%がより好ましく、1~3質量%が最も好ましい。はんだ材料全体の質量に対するCuの含有量は、0~1質量%が好ましく、0.3~0.75質量%がより好ましく、0.5~0.7質量%が最も好ましい。
 はんだ材料全体の質量に対するInの含有量は、0~52質量%が好ましく、0~10質量%又は40~52質量%がより好ましい。
 上記の各元素の含有量の好ましい数値範囲は各々独立したものであって、又は、各元素の含有量は各々独立して決定することができる。
 本実施形態において、はんだ材料全体の質量に対するAsの含有量は、40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である。
 好ましいAsの含有量は、はんだ材料の組成によって異なり、はんだ材料がSn又はSn系合金とAsのみからなるときは、Asの含有量は70~320質量ppmであることがより好ましく、70~200質量ppmであることがさらに好ましい。
 また、はんだ材料が、Bi、Sb及びPbから選択される1種以上の元素を含む場合には、Asの含有量は、40~250質量ppmであることが好ましく、50~150質量ppmであることがより好ましく、50~100質量ppmであることがさらに好ましい。
 ただし、いずれの場合も、Asの含有量が40質量ppm未満であると、As濃化層を形成することが極めて難しくなる。
 Asは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が40~320質量ppmであるという条件を満たし、はんだ材料中にAs濃化層が存在していれば、その一部又は全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、Sn系合金とは別に、例えばAs単体や酸化物として、存在していてもよい。
 本実施形態において、はんだ材料は、Sn又はSn系合金と40~320質量ppmのAsのみからなっていてもよいが、Bi、Sb及びPbから選択される1種以上の元素を含むことも好ましい。
 Biを含有する場合、はんだ材料全体の質量に対するBiの含有量は、20質量ppm~3質量%(0.002~3質量%)であることが好ましい。Biが十分に存在していると粘度上昇が抑制される傾向にあることが判明した。その理由は明らかではないが、BiはSnに対して貴な金属であり、そのため、Sn-Bi合金はSnよりもイオン化しにくく、フラックスへのイオン状態(塩)としての溶出が起こりにくくなるためと考えられる。ただし、機序はこれによらない。一方で、Biの含有量が大きすぎると液相線温度(T)と固相線温度(T)との差(ΔT=T-T)が大きくなり、サイクル特性等の信頼性を低下させるおそれがある。このような観点から、はんだ材料全体の質量に対するBiの含有量は、0.005~2.5質量%であることがより好ましく、0.01~1質量%であることがさらに好ましい。
 Biは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が20質量ppm~3質量%であるという条件を満たしていれば、全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、その一部がSn系合金とは別に存在していてもよい。
 Sbを含有する場合、はんだ材料全体の質量に対するSbの含有量は、20質量ppm~0.5質量%(0.002~0.5質量%)であることが好ましい。Sbが十分に存在していると粘度上昇が抑制される傾向にあることが判明した。その理由は明らかではないが、SbはSnに対して貴な金属であり、そのため、Sn-Sb合金はSnよりもイオン化しにくく、フラックスへのイオン状態(塩)としての溶出が起こりにくくなるためと考えられる。ただし、機序はこれによらない。一方で、Sbの含有量が大きすぎると濡れ性を悪化させるおそれがある。このような観点から、はんだ材料全体の質量に対するSbの含有量は、0.005~0.3質量%であることがより好ましく、0.01~0.1質量%であることがさらに好ましい。
 Sbは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が20質量ppm~0.5質量%であるという条件を満たしていれば、全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、その一部がSn系合金とは別に存在していてもよい。
 Pbを含有する場合、はんだ材料全体の質量に対するPbの含有量は、20質量ppm~0.7質量%(0.002~0.7質量%)であることが好ましい。Pbが十分に存在していると粘度上昇が抑制される傾向にあることが判明した。その理由は明らかではないが、PbはSnに対して貴な金属であり、そのため、Sn-Pb合金はSnよりもイオン化しにくく、フラックスへのイオン状態(塩)としての溶出が起こりにくくなるためと考えられる。ただし、機序はこれによらない。一方で、Pbの含有量が大きすぎると液相線温度(T)と固相線温度(T)との差(ΔT=T-T)が大きくなり、サイクル特性等の信頼性を低下させるおそれがある。このような観点から、はんだ材料全体の質量に対するPbの含有量は、0.005~0.7質量%であることがより好ましく、0.01~0.5質量%であることがさらに好ましい。
 Pbは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が20質量ppm~0.7質量%であるという条件を満たしていれば、全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、その一部がSn系合金とは別に存在していてもよい。
 また、Bi、Sb及びPbのうちの2種以上の元素を含む場合には、はんだ材料全体の質量に対するSbの含有量は0~3000質量ppm、Biの含有量は0~10000質量ppm、Pbの含有量は0~5100質量ppmであることが好ましい。
 Sb、Bi又はPbが十分に存在していると粘度上昇が抑制される傾向にあることが判明した。その理由は明らかではないが、これらの元素はSnに対して貴な金属であり、そのため、Sn-Sb/Bi/Pb合金はSnよりもイオン化しにくく、フラックスへのイオン状態(塩)としての溶出が起こりにくくなるためと考えられる。ただし、機序はこれによらない。特に、Bi及びPbは、はんだ材料がAsを含む場合に起こる濡れ性の低下を抑制する傾向もある。
 一方で、Sb、Bi及びPbの含有量が大きすぎると、固相線温度が低下し、液相線温度(T)と固相線温度(T)との差(ΔT=T-T)が大きくなり、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先に析出し、その後、BiやPbの濃度が高い低融点の結晶相が偏析するため、はんだ材料の機械的強度等が劣化し、サイクル特性等の信頼性を低下させるおそれがある。特に、Bi濃度が高い結晶相は硬くて脆いため、はんだ材料中で偏析すると信頼性が著しく低下するおそれがある。
 以上の観点から、Bi、Sb及びPbのうちの2種以上の元素を含む場合のSb、Bi及びPbの含有量の好ましい範囲は以下の通りである。
 Sb含有量の下限は、好ましくは25質量ppm以上であり、より好ましくは50質量ppm以上であり、さらに好ましくは100質量ppm以上であり、特に好ましくは300質量ppm以上である。また、Sb含有量の上限は、好ましくは1150質量ppm以下であり、より好ましくは500質量ppm以下である。
 Bi含有量の下限は、好ましくは25質量ppm以上であり、より好ましくは50質量ppm以上であり、さらに好ましくは75質量ppm以上であり、特に好ましくは100質量ppm以上であり、最も好ましくは250質量ppm以上である。また、Bi含有量の上限は、好ましくは1000質量ppm以下であり、より好ましくは600質量ppm以下であり、さらに好ましくは500質量ppm以下である。
 Pb含有量の下限は、好ましくは25質量ppm以上であり、より好ましくは50質量ppm以上であり、さらに好ましくは75質量ppm以上であり、特に好ましくは100質量ppm以上であり、最も好ましくは250質量pp以上である。また、Pb含有量の上限は、好ましくは5000質量ppm以下であり、より好ましくは1000質量ppm以下であり、さらに好ましくは850質量ppm以下であり、特に好ましくは500質量ppm以下である。
 Sb、Bi、及び、Pbは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が上述の条件を満たしていれば、全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、その一部がSn系合金とは別に存在していてもよい。
 本実施形態のはんだ材料が、Bi、Sb及びPbのうちの2種以上の元素を含む場合、As、Sb、Bi、及びPbの含有量は、下記(1)式を満たすことが好ましい。
 275≦2As+Sb+Bi+Pb                 (1)
 上記(1)式中、As、Sb、Bi、及びPbは、各々のはんだ材料中の含有量(質量ppm)を表す。
 As、Sb、Bi及びPbは、いずれもペーストとしたときの粘土上昇を抑制する効果(増粘抑制効果)を示す元素であるので、増粘抑制の観点からは、これらの合計が275ppm以上であることが好ましい。(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。
 2As+Sb+Bi+Pbは、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、2As+Sb+Bi+Pbに上限はないが、ΔTを適した範囲にする観点から、18600以下であり、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。
 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≦18600          (1a)
 275≦2As+Sb+Bi+Pb≦5300           (1b)
 上記(1a)及び(1b)式中、As、Sb、Bi、及びPbは、各々のはんだ材料中の含有量(質量ppm)を表す。
 本実施形態において、As、Sb、Bi、及びPbの含有量は、下記(2)式を満たすことが好ましい。
 0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00      (2)
 上記(2)式中、As、Sb、Bi、及びPbは、各々のはんだ材料中の含有量(質量ppm)を表す。
 一般に、As及びSbの含有量が多いとはんだ材料の濡れ性が劣化する傾向にある。一方、Bi及びPbは、Asを含有することによる濡れ性の劣化を抑制する傾向にある。したがって、Bi及びPbのいずれかを含有すること好ましい。もっとも、BiおよびPbの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及びPbを同時に含有する合金組成では、ΔTが広がりやすく、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。しかし、As及びSbのグループと、Bi及びPbのグループに分け、両グループの合計含有量が式(2)の関係を満足するようにすれば、As及びSbのグループとBi及びPbグループの含有量の間のバランスが適正になり、増粘抑制効果、ΔTの狭窄化、および濡れ性のすべてを同時に満たすことができる。
 (2As+Sb)/(Bi+Pb)が0.01未満であると、Bi及びPbの含有量の合計がAs及びPb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。(2As+Sb)/(Bi+Pb)は0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.02以上であり、さらに好ましくは0.41以上であり、なお好ましくは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、(2As+Sb)/(Bi+Pb)が10.00を超えると、As及びSbの含有量の合計がBi及び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。(2As+Sb)/(Bi+Pb)は10.00以下であることが好ましく、より好ましくは5.33以下であり、さらに好ましくは4.50以下であり、なお好ましくは2.67以下であり、特に好ましくは4.18以下であり、最も好ましくは2.30以下である。
 なお、(2)式の分母は「Bi+Pb」であるので、式(2)が満たされる場合には、BiおよびPbのうちの少なくとも1種が必ず含有されることになる。前述のように、Bi及びPbはAsを含有することによる濡れ性の劣化を抑制する傾向にあるので、少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。
 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、As、Sb、Bi、及びPbは、各々のはんだ材料中の含有量(質量ppm)を表す。
 なお、本実施形態のはんだ材料が、Bi、Sb及びPbのうちの2種以上の元素を含む場合、As、Sb、Bi及びPbの含有量は、上述の式(1)及び式(2)の少なくとも一方を満たしていることが好ましく、両方満たしていることがより好ましい。
 本実施形態においては、はんだ材料は、その少なくとも一部にAs濃化層を有する。ここで、As濃化層とは、As濃度が、はんだ材料中の平均As濃度(はんだ材料全体の質量に対するAsの含有量)より高くなっている領域をいい、具体的には後述の判定基準により存在を確認することができる。
 As濃化層は、はんだ材料の表面側の少なくとも一部に存在していることが好ましく、表面全体を覆っていることが好ましい。
 (判定基準)
 5.0mm×5.0mmの大きさのサンプル(はんだ材料が板状でない場合には、5.0mm×5.0mmの範囲にはんだ材料(はんだ粉末、はんだボール等)を隙間なく敷き詰めたもの)を用意し、その中から任意の700μm×300μmのエリアを選定し、イオンスパッタリングを併用したXPS分析を行う。サンプル1個につき1つのエリアを選定し、3つのサンプルについてそれぞれ1回ずつ、合計3回の分析を行う。全3回の分析の全てにおいて後述のS1とS2の大小関係が一致する場合(As濃化層が表面側に存在している場合は、全3回の分析全てにおいてS1>S2となる場合)、As濃化層が形成されていると判断する。
 ここで、S1、S2及びD1の定義は以下の通りである。
 S1:上述のサンプルについて行ったXPS分析のチャートにおいて、SiO換算の深さが0~2×D1(nm)の領域におけるAsの検出強度の積分値
 S2:上述のサンプルについて行ったXPS分析のチャートにおいて、SiO換算の深さが2×D1~4×D1(nm)の領域におけるAsの検出強度の積分値
 D1:上述のサンプルについて行ったXPS分析のチャートにおいて、O原子の検出強度が最大となるSiO換算の深さ(Do・max(nm))より深い部分において、O原子の検出強度が最大検出強度(Do・maxにおける強度)の1/2の強度となる最初のSiO換算の深さ(nm)(図3参照)。
 ただし、本判定基準におけるXPS分析の詳細な条件は、後述の「(1)As濃化層の有無の評価」の記載に従う。
 なお、本判定基準においては、D1が定義できる、すなわち、XPS分析チャートにおいて、O原子の検出強度が最大値を取るということを前提としており、D1が定義できない場合(O原子の検出強度が常に一定等の場合)には、As濃化層は存在していないと判断するものとする。
 As濃化層が存在すると、変色、濡れ性、ソルダペーストとしたときの粘度上昇の問題が解決できる理由は明らかでないが、粘度上昇はSnやSn酸化物とソルダペースト(フラックス)に含まれる活性剤等の各種添加剤との間で生じる反応により、塩が形成されたり、はんだ材料が凝集すること等によって引き起こされると考えられるところ、はんだ材料の表面にAs濃化層が存在すると、はんだ合金とフラックスの間にAs濃化層が介在することになり、上述のような反応が起こりにくくなるためと考えられる。ただし、機序はこれによらない。
 本実施形態において、As濃化層の厚み(SiO換算)に限定はないが、0.5~8.0nmが好ましく、0.5~4.0nmがより好ましく、0.5~2.0nmが最も好ましい。ここで、As濃化層の厚みとは、2×D1をいう。
 As濃化層の厚みが上記の範囲であると、濡れ性に悪影響を及ぼすことなく、変色とソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇を十分に抑えることができる。
 本実施形態のはんだ材料は、はんだ材料全体の質量に対するAsの含有量が上記範囲内であり、はんだ材料にAs濃化層が含まれることにより、変色やソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇が抑制され、しかも、濡れ性や信頼性にも優れる。
 本実施形態において、はんだ材料のL*a*b*表色系における黄色度b*は、0~10.0であることが好ましく、3.0~5.7であることがより好ましく、3.0~5.0であることが最も好ましい。はんだ材料のL*a*b*表色系における黄色度b*が上記範囲内であれば、黄色度が低く、はんだが金属光沢を有するため、はんだの画像認識の自動処理の際に、はんだが的確に検出される。
 黄色度b*は、例えば、CM-3500d2600d型分光測色計(コニカミノルタ社製)を使用して、D65光源、10度視野において、JIS Z 8722「色の測定方法-反射及び透過物体色」に準じて分光透過率を測定して、色彩値(L*、a*、b*)から求めることができる。
 本実施形態のはんだ材料の製造方法に限定はなく、原料金属を溶融混合することにより製造することができる。
 はんだ材料中にAs濃化層を形成する方法にも限定はない。As濃化層の形成方法の一例としては、はんだ材料を酸化雰囲気(空気や酸素雰囲気)中で加熱することが挙げられる。加熱温度に限定はないが、例えば、40~200℃とすることができ、50~80℃であってもよい。加熱時間にも限定はなく、例えば、数分~数日間、好ましくは数分~数時間とすることができる。十分な量のAs濃化層を形成するためには、加熱時間は10分以上、さらには20分以上とすることが好ましい。
 本実施形態において、はんだ材料の形態に特に限定されなく、棒はんだのような棒状であってもよいし、ワイヤ状であってもよいし、はんだボールやはんだ粉末等の粒子状であってもよい。
 はんだ材料が粒子状であるとはんだ材料の流動性が向上する。
 粒子状のはんだ材料の製造方法に限定はなく、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。
 はんだ材料が粉末である場合、JIS Z 3284-1:2004における粉末サイズの分類(表2)において記号1~8に該当するサイズ(粒度分布)を有していると、微細な部品へのはんだ付けが可能となる。粒子状はんだ材料のサイズは、記号4~8に該当するサイズであることがより好ましく、記号5~8に該当するサイズであることがより好ましい。
 また、はんだ材料がボールである場合、平均球径は1~1000μmが好ましく、1~300μmがより好ましく、1~120μmが最も好ましい。上記範囲内であれば、微細な部品へのはんだ付けが可能となる。
 はんだ材料がボールである場合、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。
 ここで、はんだボールの平均球径及び真球度は、最小領域中心法(MZC法)を用いるCNC画像測定システム(例えば、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ことができる。具体的には、「粒径」は、前記画像測定システムを使用して撮影された粒子の外接長方形のうち、面積が最小であるものの長径と短径の平均値をいい、「平均粒径」とは前記画像測定システムを使用して撮影された画像から任意に抽出した500個の粒子について測定された粒径の平均値をいう。また、真球度とは真球からのずれを表し、前記画像測定システムを使用して撮影された画像から任意に抽出した500個の各ボールについて、その粒径をその面積最小外接長方形の長径で割った値の算術平均値であり、この値が上限である1.00に近いほど真球に近いことを表す。
 本実施形態において、はんだ材料の使用形態は特に限定されない。例えば、油脂等と混合してやに入りはんだとしてもよいし、はんだ材料が粉末状である場合には、ロジン系樹脂、活性剤、溶剤等を含むフラックスと混合してソルダペーストとして使用したり、はんだボールとして使用することができるが、本実施形態のはんだ材料は、ソルダペーストとした場合の経時的な粘度上昇が小さいので、とりわけソルダペーストとして使用するのに適している。
 本実施形態において、ソルダペーストは、本実施形態のはんだ粉末とフラックスとを含む。
 ここで、「フラックス」とは、ソルダペーストにおけるはんだ粉末以外の成分全体のことをいい、はんだ粉末とフラックスとの質量比(はんだ粉末:フラックス)に限定はなく、用途に応じて適宜設定することができる。
 本実施形態において、フラックスの組成に限定はなく、例えば、樹脂成分;溶剤;活性剤、チクソ剤、pH調整剤、酸化防止剤、着色剤、消泡剤等の各種添加剤等を任意の割合で含むことができる。樹脂、溶剤、各種添加剤についても限定はなく、ソルダペーストにおいて一般に使用されているものが使用できる。活性剤については、好ましい具体例としては有機酸、アミン、ハロゲン(有機ハロゲン化合物、アミンハロゲン化水素酸塩)等が挙げられる。
 本実施形態において、ソルダペーストは、酸化ジルコニウム粉末をさらに含むことができる。ソルダペースト全体の質量に対する酸化ジルコニウム粉末の含有量は、0.05~20.0質量%が好ましく、0.05~10.0質量%がより好ましく、0.1~3質量%が最も好ましい。
 酸化ジルコニウム粉末の含有量が上記範囲内であれば、フラックスに含まれる活性剤が酸化ジルコニウム粉末と優先的に反応し、はんだ粉末表面のSnやSn酸化物との反応が起こりにくくなることで経時変化による粘度上昇を更に抑制する効果が発揮される。
 ソルダペーストに添加する酸化ジルコニウム粉末の粒径の上限に限定はないが、5μm以下であることが好ましい。粒径が5μm以下であるとペーストの印刷性を維持することができる。また、下限も特に限定されることはないが、0.5μm以上であることが好ましい。上記粒径は、酸化ジルコニウム粉末のSEM写真を撮影し、視野内に存在する各粒子について画像解析により投影円相当径を求めたときの、投影円相当径が0.1μm以上であるものの投影円相当径の平均値とする。
 酸化ジルコニウム粒子の形状は特に限定されないが、異形状であればフラックスとの接触面積が大きく増粘抑制効果がある。球形であると良好な流動性が得られるためにペーストとしての優れた印刷性が得られる。所望の特性に応じて適宜形状を選択すればよい。
 本実施形態において、ソルダペーストは、本実施形態のはんだ材料(はんだ粉末)とフラックスとを公知の方法により混練することにより製造することができる。
 本実施形態におけるソルダペーストは、例えば、電子機器における微細構造の回路基板に使用することができ、具体的には、メタルマスクを用いた印刷法、ディスペンサを用いた吐出法、又は転写ピンによる転写法等により、はんだ付け部に塗布し、リフローを行うことができる。
 本実施形態において、はんだ材料は、2つ又はそれ以上の各種部材を接合する継手(接合部分)として使用することができる。接合部材に限定はなく、例えば、電子機器部材の継手としても有用である。
 はんだ継手全体の質量に対するAsの含有量が上記範囲内であり、はんだ継手にAs濃化層が含まれる場合には、変色がなく信頼性に優れたはんだ継手となる。
 本実施形態において、はんだ継手は、例えば、本実施形態のはんだ材料からなるはんだボールや本実施形態のソルダペーストを、接合予定部分に配置又は塗布し、加熱するなどの、当業界で一般的な方法で製造することができる。
 以下、本発明について実施例により具体的に説明するが、本発明は実施例に記載の内容に限定されるものではない。
 (評価)
 実施例、比較例それぞれのはんだ材料について、以下の(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価、(5)黄色変化の抑制の評価のうちの3~4つの評価を行った。
 (1)As濃化層の有無の評価
 As濃化層の有無は、XPS(X線光電分光法:X-ray Photoelectron Spectroscopy)による深さ方向分析を用いて以下の様に評価した。
 (分析条件)
 ・分析装置:微小領域X線光電子分光分析装置(クレイトス・アナリティカル社製AXIS Nova)
 ・分析条件:X線源 AlKα線、X線銃電圧 15kV、X線銃電流値 10mA、分析エリア 700μm×300μm
 ・スパッタ条件:イオン種 Ar、加速電圧 2kV、スパッタリングレート 0.5nm/min(SiO換算)
 ・サンプル:カーボンテープを貼ったステージ上にはんだ材料(実施例及び比較例におけるはんだ粉末)を隙間なく平坦に敷き詰めたものを3つ用意し、サンプルとした。ただし、サンプルの大きさは5.0mm×5.0mmとした。
 (評価手順)
 5.0mm×5.0mmの大きさのサンプルの中から、任意の700μm×300μmのエリアを選定し、イオンスパッタリングを行いながらSn、O及びAsの各原子についてXPS分析を行い、XPS分析のチャートを得た。サンプル1個につき1つのエリアを選定し、3つのサンプルについてそれぞれ1回ずつ、合計3回の分析を行った。
 XPS分析により得られたチャートの一例を図1~3に示す。図1~3は、同一のサンプルについて縦軸の検出強度(cps)のスケールを変更したものであり、横軸はスパッタ時間から算出したSiO換算の深さ(nm)である。XPS分析のチャートにおいては、縦軸は、検出強度(cps)であり、横軸は、スパッタ時間(min)又はスパッタ時間からSiO標準試料のスパッタエッチングレートを用いて算出したSiO換算の深さ(nm)のいずれかから選択できるが、図1~3においては、XPS分析のチャートにおける横軸を、スパッタ時間からSiO標準試料のスパッタエッチングレートを用いて算出したSiO換算の深さ(nm)とした。
  そして、各サンプルのXPS分析のチャートにおいて、O原子の検出強度が最大となったSiO換算の深さをDo・max(nm)とした(図2参照)。そして、Do・maxより深い部分において、O原子の検出強度が、最大検出強度(Do・maxにおける強度)の1/2の強度となる最初のSiO換算の深さをD1(nm)とした。
 次いで、各サンプルのXPS分析のチャートにおいて、最表面から深さ2×D1までの領域(SiO換算の深さが0~2×D1(nm)の領域)におけるAsの検出強度の積分値(S1)と、深さ2×D1からさらに2×D1だけ深い部分までの領域(SiO換算の深さが2×D1~4×D1(nm)の領域)におけるAsの検出強度の積分値(S2)(図3参照)とを求め、その比較を行った。
 そして、以下の基準に基づいて評価を行った。
 ・全3回の測定の全てにおいてS1>S2となる
          :As濃化層が形成されている(○)
 ・全3回の測定のうちの2回以下の回数でS1>S2となる
          :As濃化層が形成されていない(×)
 (2)増粘抑制の評価
 以下の表1に示す組成の各材料を加熱撹拌した後、冷却することによりフラックスを調製した。調製したフラックス、並びに実施例、比較例それぞれのはんだ粉末を、フラックスとはんだ粉末との質量比(フラックス:はんだ粉末)が11:89となるように混練してソルダペーストを製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 得られたソルダペーストについて、JIS Z 3284-3の「4.2 粘度特性試験」に記載された方法に従って、回転粘度計(PCU-205、株式会社マルコム製)を用い、回転数:10rpm、測定温度:25℃にて、粘度を12時間測定し続けた。そして、初期粘度(撹拌30分後の粘度)と12時間後の粘度とを比較し、以下の基準に基づいて増粘抑制効果の評価を行った。
 12時間後の粘度 ≦ 初期粘度×1.2 :経時での粘度上昇が小さく良好(○)
 12時間後の粘度 > 初期粘度×1.2 :経時での粘度上昇が大きく不良(×)
 (3)はんだ濡れ性の評価
 上記の「(2)増粘抑制の評価」と同様にして、実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末を用いてソルダペーストを製造した。
 得られたソルダペーストを、Cu板上に開口径6.5mm、開口数4個、マスク厚0.2mmのメタルマスクを用いて印刷し、リフロー炉において、N雰囲気下、昇温速度1℃/secで25℃から260℃まで加熱した後、室温(25℃)まで空冷し、4個のはんだバンプを形成した。光学顕微鏡(倍率:100倍)を用いて、得られたはんだバンプの外観を観察し、以下の基準に基づいて評価を行った。
 4個のはんだバンプの全てにおいて溶融しきれないはんだ粒子が観察されなかった。
                        :はんだ濡れ性が良好(○)
 4個のはんだバンプのうちの1個以上において溶融しきれないはんだ粒子が観察された。                      :はんだ濡れ性が不良(×)
(4)信頼性の評価
 実施例、比較例それぞれのはんだ粉末について、示差走査熱量計(EXSTAR  DSC7020、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いて、昇温速度:5℃/分(180℃~250℃)、降温速度:-3℃/分(250℃~150℃)、キャリアガス:Nの測定条件でDSC測定を行い、液相線温度(T)及び固相線温度(T)を測定した。そして、液相線温度(T)と固相線温度(T)との差(ΔT=T-T)を算出し、以下の基準に基づいて評価を行った。
 ΔTが10℃以内:信頼性に優れる(○)
 ΔTが10℃超 :信頼性に劣る(×)
 はんだ粉末の液相線温度(T)と固相線温度(T)との差(ΔT=T-T)が大きい場合、当該はんだ粉末を含むソルダペーストを電子機器の基板に塗布後、凝固する際に、はんだ粉末の表面に融点の高い組織が析出しやすい。はんだ粉末の表面に融点の高い組織が析出すると、その後、はんだ粉末の内側に向かって融点の低い組織が逐次析出し、はんだ粉末の組織が不均一となりやすく、サイクル性等の信頼性を低下させる原因になる。
 (5)黄色変化の抑制の評価
 空気雰囲気の恒温槽を200℃に加熱し、実施例1~44、比較例1~40のはんだボール(球径0.3mm)を恒温槽中で2時間加熱した。L*a*b*表色系における黄色度b*について、加熱前及び加熱後のはんだボールの測定を行い、加熱後のb*から加熱前のb*を引いた増加量(Δb*)を算出した。ただし、実施例38~44及び比較例35~40のSn-In系はんだについては、融点が200℃以下であるため、100℃に加熱した恒温槽中で20日間加熱して同様の測定及び算出を行った。
 黄色度b*は、CM-3500d2600d型分光測色計(コニカミノルタ社製)を使用して、D65光源、10度視野において、JIS Z 8722「色の測定方法-反射及び透過物体色」に準じて分光透過率を測定して、色彩値(L*、a*、b*)から求めた。なお、色彩値(L*、a*、b*)は、JIS Z 8729「色の表示方法―色彩値L*a*b*表色系及びL*U*V*表色系」に規定されているとおりである。
 各金属組成のはんだボールにおいて、Asを添加しない比較例1、7、13、19、25、27、33又は35のはんだボールのΔb*(Δb*(基準))との比較を行い、以下の基準に基づいて評価を行った。
 Δb*の値がΔb*(基準)の50%以下である      :○○(非常に良好)
 Δb*の値がΔb*(基準)の50%を超え70%以下である:○(良好)
 Δb*の値がΔb*(基準)の70%より大きい      :×(不可)
I.Sn-As系
 (実施例1~7、比較例1~6)
 Sn及びAsを、これらの含有量が以下の表2に示すようになるように秤取り、溶融混合して実施例1~7及び比較例1~6のはんだ用金属材料を調合した。調合した実施例1~7及び比較例1~6のはんだ用金属材料から滴下法によりはんだボール(球径0.3mm)を製造した。得られた実施例1~7及び比較例1~6のはんだボールを、空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、Asをはんだボール表面側に濃化させた。
 なお、以下の表中の各成分の含有量は、はんだ用金属材料全体の質量に対する各成分の質量%を表し、Sn以外の元素については配合時に実際に計量した量であり、Snについては合計が100質量%となるように残部として配合した量を意味する。また、以下の表2~7において、各はんだ用金属材料に用いたSnは、3N材であり不可避不純物を含むものである。
 そして、実施例1~7及び比較例1~6それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(5)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 上記表の結果より、Snを含むはんだに関して、Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である実施例1~7においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70~200質量ppm(0.0070~0.0200質量%)である実施例2~5においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。
 一方、Asを含まない比較例1においては、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例2~5においては、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例6においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。
 (実施例8~14、比較例7~12)
 以下の表に示す組成とした以外は実施例1~7及び比較例1~6と同様にして、実施例8~14及び比較例7~12のはんだボールを製造した。
 そして、実施例8~14及び比較例7~12それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(5)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 上記表3の結果より、Sn-Ag-Cu合金(Agの含有量:3質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である実施例8~14においては、実施例1~7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70~200質量ppm(0.0070~0.0200質量%)である実施例9~12においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。
 一方、Sn-Ag-Cu合金(Agの含有量:3質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例7においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例8~11においては、比較例2~5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例12においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。
 (実施例15~21、比較例13~18)
 以下の表に示す組成とした以外は実施例1~7及び比較例1~6と同様にして、実施例15~21及び比較例13~18のはんだボールを製造した。
 そして、実施例15~21及び比較例13~18それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(5)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 上記表の結果より、Sn-Ag-Cu合金(Agの含有量:1質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である実施例15~21においては、実施例1~7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70~200質量ppm(0.0070~0.0200質量%)である実施例16~19においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。
 一方、Sn-Ag-Cu合金(Agの含有量:1質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例13においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例14~17においては、比較例2~5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例18においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。
 (実施例22~29、比較例19~26)
 以下の表に示す組成とした以外は実施例1~7及び比較例1~6と同様にして、実施例22~29及び比較例19~26のはんだボールを製造した。
 そして、実施例22~29及び比較例19~26それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(5)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 上記表の結果より、Sn-Ag-Cu合金(Agの含有量:4質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である実施例22~28においては、実施例1~7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70~200質量ppm(0.0070~0.0200質量%)である実施例23~26においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。
 また、Agの含有量を4質量%、Cuの含有量を1質量%に変更したSn-Ag-Cu合金を含むはんだに関しても、Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である実施例29において、実施例22~28と同様に良好な評価結果が得られた。実施例29については、実施例23~26と同様に、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。
 一方、Sn-Ag-Cu合金(Agの含有量:4質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例19においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例20~23においては、比較例2~5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例24においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。
 また、Agの含有量を4質量%、Cuの含有量を1質量%に変更したSn-Ag-Cu合金を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例25においては比較例19と同様に、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例26においては比較例23と同様に、不十分な評価結果となった。
 (実施例30~37、比較例27~34)
 以下の表に示す組成とした以外は実施例1~7及び比較例1~6と同様にして、実施例30~37及び比較例27~34のはんだボールを製造した。
 そして、実施例30~37及び比較例27~34それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(5)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 上記表の結果より、Sn-Ag-Cu-Ni-Co合金(Agの含有量:3質量%、Cuの含有量:0.5質量%、Niの含有量:0.05質量%、Coの含有量:0.01質量%)を含むはんだに関しても、Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である実施例30~36においては、実施例1~7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70~200質量ppm(0.0070~0.0200質量%)である実施例31~34においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。
 また、Niの含有量を0.15質量%、Coの含有量を0.015質量%に変更したSn-Ag-Cu-Ni-Co合金を含むはんだに関しても、Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である実施例37において、実施例30~36と同様に良好な評価結果が得られた。実施例37については、実施例31~34と同様に、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。
 一方、Sn-Ag-Cu-Ni-Co合金(Agの含有量:3質量%、Cuの含有量:0.5質量%、Niの含有量:0.05質量%、Coの含有量:0.01質量%)を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例27においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例28~31においては、比較例2~5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例32においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。
 また、Niの含有量を0.15質量%、Coの含有量を0.015質量%に変更したSn-Ag-Cu-Ni-Co合金を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例33においては比較例27と同様に、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例34においては比較例32と同様に、不十分な評価結果となった。
 (実施例38~44、比較例35~40)
 以下の表に示す組成とした以外は実施例1~7及び比較例1~6と同様にして、実施例38~44及び比較例35~40のはんだボールを製造した。
 そして、実施例38~44及び比較例35~40それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(5)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 上記表の結果より、Sn-In合金を含むはんだに関しても、Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)である実施例38~44においては、実施例1~7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70~200質量ppm(0.0070~0.0200質量%)である実施例39~42においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。
 一方、Sn-In合金を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例35においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例36~39においては、比較例2~5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例40においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。
 また、実施例1~44のはんだボールを、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。Asの含有量が40~320質量ppm(0.0040~0.0320質量%)であり、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも優れた結果が得られている実施例1~44のはんだボールは、加熱しても変色しにくいため、このようなはんだボールから得られるはんだ継手もまた変色しにくい。
II.Sn-As-Bi系
(実施例II-A1~A35、比較例II-A1~A12)
 Sn、As及びBiを、As及びBiの含有量が以下の表IIAに示すようになり、Snがその残部(Sn、As及びBiの合計が100質量%となるような残部)となるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、JIS Z3284-1:2004の粉末サイズ分類(表2)の5に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例II-A1~A6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量ははんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Biの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
(実施例II-B1~B35、比較例II-B1~B12)
 Sn、As、Bi及びCuを、Cuの含有量が0.7質量%、As及びBiの含有量が以下の表IIAに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Bi及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例II-B1~B6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Bi及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
(実施例II-C1~C35、比較例II-C1~C12)
 Sn、As、Bi、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が1.0質量%、As及びBiの含有量が以下の表IICに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Bi、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例II-C1~C6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Bi、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例II-C1で得られたはんだ粉末について、Sn、As、Bi、Ag及びCuの含有量をJIS Z 3910に準拠してICP-AESで分析したところ、仕込み量と一致していることが確認できた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
(実施例II-D1~D35、比較例II-D1~D12)
 Sn、As、Bi、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が2.0質量%、As及びBiの含有量が以下の表IIDに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Bi、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例II-D1~D6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Bi、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
(実施例II-E1~E35、比較例II-E1~E12)
 Sn、As、Bi、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.0質量%、As及びBiの含有量が以下の表IIEに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Bi、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例II-E1~E6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Bi、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
(実施例II-F1~F35、比較例II-F1~F12)
 Sn、As、Bi、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.5質量%、As及びBiの含有量が以下の表IIFに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Bi、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例II-F1~F6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Bi、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
III.Sn-As-Sb系
(実施例III-A1~A32、比較例III-A1~A12)
 Sn、As及びSbを、As及びSbの含有量が以下の表IIIAに示すようになり、Snがその残部(Sn、As及びSbの合計が100質量%となるような残部)となるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、JIS Z3284-1:2004の粉末サイズ分類(表2)の5に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例III-A1~A6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量ははんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Sbの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
(実施例III-B1~B32、比較例III-B1~B12)
 Sn、As、Sb及びCuを、Cuの含有量が0.7質量%、As及びSbの含有量が以下の表IIIBに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Sb及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例III-B1~B6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Sb及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
(実施例III-C1~C32、比較例III-C1~C12)
 Sn、As、Sb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が1.0質量%、As及びSbの含有量が以下の表IIICに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Sb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例III-C1~C6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Sb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例III-C1で得られたはんだ粉末について、Sn、As、Sb、Ag及びCuの含有量をJIS Z 3910に準拠してICP-AESで分析したところ、仕込み量と一致していることが確認できた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
(実施例III-D1~D32、比較例III-D1~D12)
 Sn、As、Sb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が2.0質量%、As及びSbの含有量が以下の表IIIDに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Sb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例III-D1~D6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Sb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000027
(実施例III-E1~E32、比較例III-E1~E12)
 Sn、As、Sb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.0質量%、As及びSbの含有量が以下の表IIIEに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Sb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例III-E1~E6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Sb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000029
(実施例III-F1~F32、比較例III-F1~F12)
 Sn、As、Sb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.5質量%、As及びSbの含有量が以下の表IIIFに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Sb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例III-F1~F6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Sb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000031
IV.Sn-As-Pb系
(実施例IV-A1~A35、比較例IV-A1~A12)
 Sn、As及びPbを、As及びPbの含有量が以下の表IVAに示すようになり、Snがその残部(Sn、As及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、JIS Z3284-1:2004の粉末サイズ分類(表2)の5に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例IV-A1~A6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量ははんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pbの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
(実施例IV-B1~B35、比較例IV-B1~B12)
 Sn、As、Pb及びCuを、Cuの含有量が0.7質量%、As及びPbの含有量が以下の表IVBに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例B1~B6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000035
(実施例IV-C1~C35、比較例IV-C1~C12)
 Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が1.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表IVCに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例IV-C1~C6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例IV-C1で得られたはんだ粉末について、Sn、As、Pb、Ag及びCuの含有量をJIS Z 3910に準拠してICP-AESで分析したところ、仕込み量と一致していることが確認できた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000037
(実施例IV-D1~D35、比較例IV-D1~D12)
 Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が2.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表IVDに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例IV-D1~D6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000038
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000039
(実施例IV-E1~E35、比較例IV-E1~E12)
 Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表IVEに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例IV-E1~E6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000041
(実施例IV-F1~F35、比較例IV-F1~F12)
 Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.5質量%、As及びPbの含有量が以下の表IVFに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例IV-F1~F6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
 また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000042
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000043
V.Sn-As-(Sb、Bi及びPb)系
(実施例V-A1~A18、比較例V-A1~A24)
 Sn、As、Sb、Bi及びPbを、As、Sb、Bi及びPbの含有量が以下の表VAに示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Sb、Bi及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、JIS Z3284-1:2004の粉末サイズ分類(表2)の4に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。なお、比較例V-A3~A14については、該加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000044
(実施例V-B1~B18、比較例V-B1~B24)
 Sn、Cu、As、Sb、Bi及びPbを、Cuの含有量が0.7質量%、As、Sb、Bi及びPbの含有量が以下の表VBに示すようになり、Snがその残部(Sn、Cu、As、Sb、Bi及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の4に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。なお、比較例V-B3~B14については、該加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000045
(実施例V-C1~C18、比較例V-C1~C24)
 Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が1.0質量%、As、Sb、Bi及びPbの含有量が以下の表VCに示すようになり、Snがその残部(Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の4に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。なお、比較例V-C3~C14については、該加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例V-C1で得られたはんだ粉末について、Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbの含有量をJIS Z 3910に準拠してICP-AESで分析したところ、仕込み量と一致していることが確認できた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000046
(実施例V-D1~D18、比較例V-D1~D24)
 Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が2.0質量%、As、Sb、Bi及びPbの含有量が以下の表VDに示すようになり、Snがその残部(Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の4に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。なお、比較例V-D3~D14については、該加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なおSnとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000047
(実施例V-E1~E18、比較例V-E1~E24)
 Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.0質量%、As、Sb、Bi及びPbの含有量が以下の表VEに示すようになり、Snがその残部(Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の4に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。なお、比較例V-E3~E14については、該加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000048
(実施例V-F1~F18、比較例V-F1~F24)
 Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.5質量%、As、Sb、Bi及びPbの含有量が以下の表VFに示すようになり、Snがその残部(Sn、Ag、Cu、As、Sb、Bi及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の4に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。なお、比較例V-F3~F14については、該加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
 なお、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
 実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000049
 本発明のはんだ材料は、変色がなく、はんだ濡れ性やサイクル特性等の信頼性にも優れているため各種用途に利用でき、とりわけ、ペーストとしたときの経時での粘度上昇が小さいので、ソルダペースト用はんだ材料として好適に利用することができる。
 

Claims (13)

  1.  Sn又はSn系合金と、40~320質量ppmのAsを含み、As濃化層を有する、はんだ材料。
  2.  さらに、20質量ppm~3質量%のBiを含む、請求項1に記載のはんだ材料。
  3.  さらに、20質量ppm~0.5質量%のSbを含む、請求項1に記載のはんだ材料。
  4.  さらに、20質量ppm~0.7質量%のPbを含む、請求項1に記載のはんだ材料。
  5.  さらに、0~3000質量ppmのSb、0~10000質量ppmのBi及び0~5100質量ppmのPbを含む(ただし、Bi及びPbの含有量が同時に0質量ppmになることはない)、請求項1に記載のはんだ材料。
  6.  As、Sb、Bi及びPbの含有量が、下記式(1)及び式(2)を満たす、請求項5に記載のはんだ材料。
     275≦2As+Sb+Bi+Pb             (1)
     0.01≦(2As+Sb)/(Bi+Pb)≦10.00  (2)
     ただし、式(1)及び式(2)中、As、Sb、Bi及びPbは、各々のはんだ材料中の含有量(質量ppm)を表す。
  7.  前記Sn又はSn系合金が、0.005~40質量%のAg及び/又は0.001~10質量%のCuを含むSn系合金である、請求項1~6のいずれかに記載のはんだ材料。
  8.  前記Sn又はSn系合金が、0~4質量%のAg、0~1質量%のCu、0~52質量%のIn、0~0.15質量%のNi、及び0~0.015質量%のCoを含み、残部がSnである請求項1~7のいずれかに記載のはんだ材料。
  9.  前記はんだ材料の形態が粉末である、請求項1~8のいずれかに記載のはんだ材料。
  10.  請求項9に記載のはんだ材料、及びフラックスを含むソルダペースト。
  11.  酸化ジルコニウム粉末をさらに含む請求項10に記載のソルダペースト。
  12.  ソルダペースト全体の質量に対する酸化ジルコニウム粉末の含有量が0.05~20.0質量%である、請求項11に記載のソルダペースト。
  13.  はんだ継手である、請求項1~8のいずれかに記載のはんだ材料。
     
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