WO2022210271A1 - はんだ合金 - Google Patents

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WO2022210271A1
WO2022210271A1 PCT/JP2022/014030 JP2022014030W WO2022210271A1 WO 2022210271 A1 WO2022210271 A1 WO 2022210271A1 JP 2022014030 W JP2022014030 W JP 2022014030W WO 2022210271 A1 WO2022210271 A1 WO 2022210271A1
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WO
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solder
mass
solder joint
solder alloy
joint
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PCT/JP2022/014030
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健 中野
伊佐雄 坂本
章一郎 成瀬
利昭 島田
功一 大久保
Original Assignee
株式会社タムラ製作所
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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3485—Applying solder paste, slurry or powder

Definitions

  • the present invention relates to solder alloys.
  • Solder alloys are mainly used as bonding materials for bonding electronic components and semiconductor devices (electronic components that use semiconductor elements) to electronic circuits formed on substrates.
  • power semiconductor devices semiconductor devices mounted with power semiconductor elements
  • power devices are also increasing in electronic products.
  • power devices can handle high voltages and large currents, and can withstand high operating temperatures. Therefore, when soldering a power device and a substrate (for example, a heat dissipation substrate, a Cu substrate, etc.), it is required that the formed solder joint be difficult to remelt at the operating temperature.
  • a substrate for example, a heat dissipation substrate, a Cu substrate, etc.
  • power semiconductor elements e.g., Si elements, SiC elements, GaN elements, etc.
  • substrates e.g., Cu substrates, DBC (Direct Bonded Copper) substrates having Cu layers on both sides, and Al layers on both sides. mounted (die-bonded) on a DBA (Direct Bonded Aluminum) substrate, etc.
  • DBA Direct Bonded Aluminum
  • Sb is 10 ⁇ 40% by mass, 0.5% to 10% by mass of Cu, and the balance consisting of Sn (see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 A high-temperature lead-free solder alloy (see Patent Document 2) having an alloy composition consisting of at least one of the above and the balance Sn, in mass%, Sb: 9.0 to 33.0%, Ag: more than 4.0% and 11.0 %, Cu: greater than 2.0% and less than 6.0%, and the balance being Sn (see Patent Document 3).
  • the object of the present invention is to solve the above problems, and the object is to provide a solder alloy that can suppress remelting of solder joints formed even in a high temperature environment.
  • the solder alloy of the present invention contains 0.1% by mass to 3% by mass of Ag, 8% by mass to 15% by mass of Cu, 30% by mass to 40% by mass of Sb, and the balance is Sn. .
  • the contents (% by mass) of Ag, Cu and Sb preferably satisfy the following formula (A). 57.00 ⁇ Ag ⁇ 0.37+Cu ⁇ 1.56+Sb ⁇ 1.46 ⁇ 82.00 (A)
  • Ag, Cu and Sb represent the contents (% by mass) of Ag, Cu and Sb, respectively.
  • the solder alloy of the present invention can further contain 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less of Ni.
  • the solder alloy of the present invention can further contain 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less of Co.
  • void area ⁇ and void area ⁇ which are measured according to the following conditions (1) to (5), preferably satisfy the following formula (B).
  • B 100 ⁇ (void area ⁇ /void area ⁇ 100) ⁇ 5%
  • a Si chip is placed on a copper plate coated with a solder paste containing a solder alloy powder and a flux containing a resin, an activator and a solvent, and the copper plate is reflowed in a nitrogen atmosphere (peak temperature: 360 ° C) to produce a solder joint having the copper plate, the Si chip, and a solder joint for joining them, (2) Seal the solder joint with a sealing material, heat it at 100 ° C. for 60 minutes, and then heat it at 150 ° C.
  • void area ⁇ ' and void area ⁇ ' measured according to the following conditions (1)' to (5)' preferably satisfy the following formula (B)'. 100 ⁇ (void area ⁇ ′/void area ⁇ ′ ⁇ 100) ⁇ 5% ... (B)′
  • the void area be ⁇ ', (4) 'After the test piece was left under the conditions of 130°C and 85% RH for 24 hours, it was continuously reflowed three times under the following reflow conditions, Temperature profile: 80 seconds from 150°C to 180°C, 40 seconds to 50 seconds at 220°C or higher, 35 seconds to 45 seconds at 230°C or higher, peak temperature 262°C, peak time 5 seconds to 10 seconds Heating atmosphere: air (5 ) 'The surface condition of the solder joint of the test piece after reflow is observed from the upper surface (the Si chip side) with the X-ray inspection device, and the area of the void generated in the solder joint is measured. Let the value be the void area ⁇ '.
  • the solder paste of the present invention contains powder made of the above solder alloy and flux containing resin, activator and solvent.
  • the solder preform of the present invention contains the above solder alloy.
  • the solder alloy of the present invention can suppress remelting of solder joints formed even in a relatively high temperature environment.
  • FIG. 4 is a temperature profile showing reflow temperature conditions when producing "solder joints" according to Examples and Comparative Examples.
  • Fig. 10 is an example of an image of each solder joint photographed using an ultrasonic microscope in (2) a joint strength confirmation test with respect to Examples and Comparative Examples, and represents a joint interface image (image A) photographed from the Si chip side.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a “solder joint” sealed with an epoxy sealing material in relation to Examples and Comparative Examples; (3) A temperature profile representing reflow temperature conditions when producing a "test piece after moisture absorption and heating" used for the reflow test after moisture absorption, with respect to Examples and Comparative Examples.
  • solder alloy of the present invention One embodiment of the solder alloy of the present invention will be described in detail below. It goes without saying that the present invention is not limited to this embodiment.
  • solder alloy of the present embodiment contains 0.1% by mass or more and 3% by mass or less of Ag, 8% by mass or more and 15% by mass or less of Cu, and 30% by mass or more and 40% by mass or less of Sb, and the balance is Sn.
  • the content of Ag contained in the solder alloy of the present embodiment is preferably 0.1% by mass or more and 3% by mass or less.
  • Ag can reduce residual stress in solder joints by precipitating Ag 3 Sn intermetallic compounds in the formed solder joints. And thereby, its mechanical strength can be maintained.
  • the ratio of the Sn phase (low melting point phase) in the solder joint decreases, so even in a high temperature environment, the solder formed Remelting of the joint can be suppressed.
  • solder alloy of the present embodiment can improve the mechanical strength of the solder alloy by setting the Ag content in this range, and even in a high temperature environment, the solder joint formed remelting can be suppressed. Furthermore, such a solder alloy can improve the joint strength between the solder joint and the member to be joined.
  • a more preferable content of Ag is 1% by mass or more and 3% by mass or less, and a further preferable content is 2% by mass or more and 3% by mass or less.
  • the content of Cu contained in the solder alloy of the present embodiment is preferably 8% by mass or more and 15% by mass or less.
  • Cu can improve the strength of the solder joint by precipitating a Cu 6 Sn 5 intermetallic compound or the like on the formed solder joint.
  • the precipitation of Cu 6 Sn 5 intermetallic compounds and the like in the solder joint reduces the proportion of the Sn phase (low melting point phase) in the solder joint. remelting of solder joints can be suppressed.
  • solder alloy of the present embodiment has a Cu content in this range, thereby improving the strength of the solder alloy and suppressing remelting of the formed solder joint even in a high temperature environment. can do.
  • solder alloys can be sufficiently melted when heated during soldering. Therefore, it is possible to suppress remelting of the solder joint in a high temperature environment without impairing the joint strength between the solder joint and the member to be joined.
  • a more preferable Cu content is 8% by mass or more and 12% by mass or less, and a further preferable content is 8% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the content of Sb contained in the solder alloy of the present embodiment is preferably 30% by mass or more and 40% by mass or less.
  • Sb can improve the strength of solder joints by precipitating an SbSn intermetallic compound or the like on the formed solder joints.
  • the precipitation of SbSn intermetallic compounds in the solder joint reduces the proportion of the Sn phase (low melting point phase) in the solder joint. remelting of the part can be suppressed.
  • the solder alloy of the present embodiment improves the strength of the solder alloy and suppresses remelting of the formed solder joint even in a high temperature environment. can do.
  • a more preferable content of Sb is 32% by mass or more and 38% by mass or less, and a further preferable content is 33% by mass or more and 35% by mass or less.
  • the content (% by mass) of Ag, Cu, and Sb contained in the solder alloy of the present embodiment satisfies the following formula (A). 57.00 ⁇ Ag ⁇ 0.37+Cu ⁇ 1.56+Sb ⁇ 1.46 ⁇ 82.00 (A)
  • Ag, Cu and Sb represent the contents (% by mass) of Ag, Cu and Sb, respectively.
  • the above formula (A) is used for precipitation of Ag 3 Sn, Cu 6 Sn 5 and Sb 2 Sn 3 (contained in these intermetallic compounds It is used to calculate the Sn content. That is, the mass ratio of each alloying element other than Sn to Sn is calculated as follows from the atomic number and atomic weight of each alloying element contained in the unit cell of each intermetallic compound. Number of atoms of alloy elements other than Sn ⁇ atomic weight: Number of atoms of Sn ⁇ atomic weight Then, from this mass ratio, the amount of Sn (% by mass) used when precipitating each intermetallic compound is assumed.
  • the proportion of the Sn phase (low melting point phase) contained in the solder joint can be reduced. Therefore, remelting of the formed solder joint can be further suppressed even in a high temperature environment.
  • the content (% by mass) of Ag, Cu, and Sb contained in the solder alloy of the present embodiment more preferably satisfies the following formula (A)', and the following formula (A)'' can be satisfied. More preferred. 58.00 ⁇ Ag ⁇ 0.37+Cu ⁇ 1.56+Sb ⁇ 1.46 ⁇ 68.00 (A)′ 60.00 ⁇ Ag ⁇ 0.37+Cu ⁇ 1.56+Sb ⁇ 1.46 ⁇ 65.00 (A)''.
  • Ag, Cu and Sb represent the contents (% by mass) of Ag, Cu and Sb, respectively.
  • the solder alloy of this embodiment can further contain Ni.
  • Ni can improve the strength of the solder joint by precipitating a fine-structured (Cu, Ni) 6 Sn 5 intermetallic compound in the solder joint formed.
  • the content of Ni contained in the solder alloy of the present embodiment is preferably 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less. By setting the Ni content within this range, the strength of the solder alloy can be further improved, and the bonding strength between the solder joint and the member to be joined can be improved.
  • a more preferable Ni content is 0.05% by mass or more and 0.5% by mass or less, and a further preferable content is 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less.
  • the solder alloy of this embodiment can further contain Co.
  • Co can improve the strength of solder joints by precipitating a fine-structured (Cu, Co) 6 Sn 5 intermetallic compound in the solder joints that are formed.
  • the content of Co contained in the solder alloy of the present embodiment is preferably 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less. By setting the Co content within this range, the strength of the solder alloy can be further improved, and the bonding strength between the solder joint and the material to be joined can be improved.
  • a more preferable Co content is 0.01% by mass or more and 0.3% by mass or less, and a further preferable content is 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less.
  • solder alloy of this embodiment naturally contains unavoidable impurities.
  • the balance of the solder alloy of the present embodiment is preferably Sn.
  • solder alloy of the present embodiment has such a configuration, so that even in a high temperature environment, for example, in a temperature environment of 250 ° C. or higher, such as in the operating environment of a power device, solder joints formed remelting of the part can be suppressed.
  • the operating temperature of the power device may reach a high temperature of 250°C or higher, for example. Then, under this operating temperature, if all or most of the solder joints for soldering the power device and the substrate are remelted, that is, under the above operating temperature, the proportion of the liquid phase in the solder joints If there are too many, the bonding strength between the power device and the substrate will decrease, and there is a possibility that the reliability of the electronic product in which it is incorporated will also decrease.
  • a power semiconductor element mounted on a substrate is provided in the power device, and the substrate and the power semiconductor element are joined via a solder joint. Then, if all or most of the solder joints are remelted under the operating temperature of the power device described above, not only will the reliability of the power device itself deteriorate, It can also lead to a decrease in the reliability of electronic products that are used.
  • the power device when soldering the power device and the electronic circuit mounting board, the power device will be heated at, for example, 250°C or more due to the heating during soldering. Therefore, if this heating causes all or most of the solder joints in the power device to remelt, not only will the reliability of the power device decrease, but the reliability of the electronic product in which it is incorporated will also decrease. can also be connected.
  • solder alloys used for soldering power devices and soldering between substrates in power devices and power semiconductor elements Therefore, in particular, in solder alloys used for soldering power devices and soldering between substrates in power devices and power semiconductor elements, remelting of solder joints in such high temperature environments is suppressed. What can be done is required.
  • the solder alloy of the present embodiment can suppress remelting of the formed solder joint even in a high temperature environment such as 250 ° C. or higher (that is, the liquid phase in the solder joint can be suppressed. occupies a small proportion), it can be suitably used for soldering of power devices and soldering between substrates in power devices and semiconductor elements.
  • the solder alloy of the present embodiment can improve the strength of the solder joint.
  • the solder joint can absorb the stress caused by the difference in the coefficient of linear expansion between the members to be joined (for example, the semiconductor element and the substrate), thereby suppressing the occurrence of cracks in the members to be joined.
  • the solder alloy of the present embodiment can suppress remelting in a high temperature environment of the formed solder joint without inhibiting the melting of the solder alloy when performing solder joint. It is possible to improve the bonding strength between the material and the material to be bonded.
  • solder alloy of this embodiment is used for solder bonding between semiconductor devices other than power devices and substrates, solder bonding between electronic components other than semiconductor devices and substrates, and mounting of semiconductor elements other than power semiconductor elements on substrates. can also be used.
  • a sealing resin In package components such as power devices, internal components including, for example, a soldered substrate and a semiconductor element are sealed with a sealing resin. Depending on the type of sealing resin, this sealing resin tends to absorb moisture in the air around the package component, and there is a risk that the moisture will accumulate inside. Moreover, even when a sealing resin having low hygroscopicity is used, there is a possibility that the package component may absorb moisture in the ambient air depending on the storage environment of the package component. When a package component whose sealing resin has absorbed moisture is mounted on a substrate, the heat generated during soldering (heating during reflow) evaporates the moisture inside the sealing resin, causing the volume of the sealing resin to expand. There is a risk of it happening. Moreover, there is a possibility that package components may be damaged due to this volumetric expansion.
  • MSL Moisture Sensitivity Level
  • MSL defines the moisture absorption life of moisture-proof packaged parts when left in the atmosphere of 30° C. or less and 60% RH after unpacking as floor life (indoor storage life). Levels 1 to 6 are set based on this floor life to represent the risk of breakage. Each package component is certified to the appropriate MSL level based on predetermined test results.
  • MSL when the floor life determined according to the MSL level has passed since the packaging of the package parts was opened, it is required that the package parts be subjected to a baking treatment or the like. For example, since the floor life of MSL level 2 is one year, package parts (MSL level 2) that have passed one year after unpacking must be subjected to baking treatment or the like.
  • the sealing resin which has expanded in volume due to the vaporization of internal moisture due to heating during soldering, is likely to peel off from the internal parts including the soldered substrate and semiconductor element. There may be forces acting, ie, towards the exterior of the package component. This force creates a gap between the sealing resin and the substrate or lead frame inside the package component. Furthermore, at this time, if all or most of the solder joints that join the substrate and the semiconductor element inside the package component are remelted due to the heating during soldering, the remelted solder derived from the solder joints will be melted as described above. There is a risk that it will flow into the gap and cause a short circuit.
  • the solder alloy of the present embodiment can suppress remelting of the formed solder joint even in a high temperature environment such as 250° C. or higher. Therefore, the solder alloy of the present embodiment suppresses the outflow of remelted solder derived from the solder joint into the gap even when, for example, a package component containing a sealing resin that has absorbed moisture is soldered. Therefore, solder joints can be performed without impairing the reliability of package components.
  • the solder alloy of the present embodiment has a variation rate (100- (value after moisture absorption and heating/initial value ⁇ 100)) is preferably less than 5%. That is, in the solder alloy of the present embodiment, it is preferable that the void area ⁇ and the void area ⁇ measured according to the following conditions (1) to (5) satisfy the following formula (B).
  • a Si chip is placed on a copper plate coated with a solder paste containing a solder alloy powder and a flux containing a resin, an activator and a solvent, and the copper plate is reflowed in a nitrogen atmosphere (peak temperature: 360 ° C.) to produce a solder joint having the copper plate, the Si chip, and a solder joint for joining them.
  • a sealing material heat it at 100° C. for 60 minutes, and then heat it at 150° C. for 60 minutes to prepare a test piece.
  • Temperature profile 80 seconds from 150°C to 180°C, 40 seconds to 50 seconds at 220°C or higher, 35 seconds to 45 seconds at 230°C or higher, peak temperature 262°C, peak time 5 seconds to 10 seconds
  • Heating atmosphere air (5 ) Observe the surface state of the solder joint of the test piece after reflow with the X-ray inspection device from the upper surface (the Si chip side), measure the area of voids generated in the solder joint, and obtain this value ( value after moisture absorption and heating) is defined as the void area ⁇ .
  • a reflow device product name: SMT Scope SK-5000, manufactured by Sanyo Seiko Co., Ltd.
  • a mounting load condition 30 g
  • reflow is performed based on the temperature profile conditions (peak temperature: 360° C.) shown in FIG. .
  • heating is started under an N2 atmosphere with an oxygen concentration of 500 ppm and atmospheric pressure, and when the reflow temperature reaches 360° C., evacuation is performed to reduce the pressure in the reflow apparatus to 100 Pa.
  • FIG. 1 also shows the change in pressure (represented by a dotted line) in the reflow device along with the temperature profile.
  • the solder joint is immersed in a sealing material and vacuumed to seal the solder joint using the sealing material. As a result, the solder joint is brought into close contact with the sealing material. This sealed state is shown in FIG. Then, the sealed solder joint is heated using a blower constant temperature thermostat (product name: DKN402, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.).
  • a blower constant temperature thermostat product name: DKN402, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.
  • test piece is allowed to stand at 130° C. and 85% RH for 24 hours. After that, reflow is performed using a reflow furnace (product name: TNV30-508EM2-X, manufactured by Tamura Seisakusho Co., Ltd.).
  • the solder alloy of the present embodiment has a variation rate ( 100 ⁇ (value after moisture absorption and heating/initial value ⁇ 100)) is preferably less than 5%. That is, in the solder alloy of the present embodiment, the void area ⁇ ' and the void area ⁇ ' measured according to the following conditions (1)' to (5)' preferably satisfy the following formula (B)'.
  • Temperature profile 80 seconds from 150°C to 180°C, 40 seconds to 50 seconds at 220°C or higher, 35 seconds to 45 seconds at 230°C or higher, peak temperature 262°C, peak time 5 seconds to 10 seconds
  • Heating atmosphere air (5 ) 'The surface condition of the solder joint of the test piece after reflow is observed from the upper surface (the Si chip side) with the X-ray inspection device, and the area of the void generated in the solder joint is measured and this value (value after moisture absorption and heating) is defined as the void area ⁇ '.
  • the solder preform is immersed in the flux, and then the flux (applied to the surface of the solder preform) is dried to volatilize the solvent, thereby applying the flux to the surface of the solder preform.
  • the conditions for reflowing the copper plate with the Si chip mounted thereon are the same as the conditions in (1) above.
  • Solder alloy that satisfies the above formulas (B) and (B)' is such that even if there is a gap between the sealing resin and the board or lead frame inside the package component during soldering, the solder will not fill the gap. Outflow of remelted solder originating from the joint can be further suppressed. In addition, it is possible to suppress the occurrence of voids in the solder joints caused by this outflow, so that solder joints and package components with higher reliability can be provided.
  • solder paste of the present embodiment contains, for example, powder made of the solder alloy of the present embodiment and flux.
  • the flux includes, for example, a resin, an activator and a solvent.
  • the solder paste of the present embodiment is produced, for example, by kneading powder made of the solder alloy and flux by a known method.
  • the mixing ratio of both is not particularly limited.
  • the resin examples include rosin-based resins; acrylic acid, methacrylic acid, various esters of acrylic acid, various esters of methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, maleic anhydride, esters of maleic acid, and maleic anhydride.
  • acrylic resin obtained by polymerizing at least one monomer such as ester, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, vinyl chloride, vinyl acetate; epoxy resin; phenol resin; These can be used singly or in combination.
  • rosin-based resin examples include rosins such as tall oil rosin, gum rosin, and wood rosin; , rosin-based modified resins such as formylated rosin; and derivatives thereof. These can be used singly or in combination.
  • activator examples include organic acids, halogen-containing compounds, and amine-based activators. These can be used singly or in combination.
  • solvent examples include alcohol-based, ethanol-based, acetone-based, toluene-based, xylene-based, ethyl acetate-based, ethyl cellosolve-based, butyl cellosolve-based, glycol ether-based, and ester-based activators. These can be used singly or in combination.
  • a thixotropic agent can be added to the flux.
  • the thixotropic agents include hydrogenated castor oil, bisamide-based thixotropic agents (saturated fatty acid bisamides, unsaturated fatty acid bisamides, aromatic bisamides, etc.), dimethyldibenzylidenesorbitol, and the like. These can be used singly or in combination.
  • antioxidants can be added to the flux.
  • examples of the antioxidant include hindered phenol-based antioxidants, phenol-based antioxidants, bisphenol-based antioxidants, polymer-type antioxidants, and the like. Among these, hindered phenol-based antioxidants are particularly preferably used. Additives such as a matting agent and an antifoaming agent may be further added to the flux of the present embodiment.
  • solder preform of the present embodiments includes the solder alloy of the present embodiments.
  • solder preform of this embodiment for example, a disc-shaped, square-shaped, tape-shaped or the like can be used. A known method can be used to manufacture these solder preforms. Also, the shape and thickness of the solder preform can be appropriately adjusted according to the substrate to be used, the soldering method, the type of electronic component or semiconductor element to be soldered, and the like.
  • the flux can be applied to the surface of the solder preform, or the surface of the solder preform can be pre-flux-coated with an organic acid or the like. can.
  • the solder preform of the present embodiment can be soldered by using, for example, formic acid reflow or hydrogen reflow in a reducing atmosphere.
  • solder alloy of this embodiment can also be used for other applications such as solder balls and wires.
  • a flux was obtained by adjusting each of the following components.
  • Resin KE-604 (acrylic-modified hydrogenated rosin, manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.) 50% by mass
  • Activator 2% by weight of suberic acid, 0.5% by weight of malonic acid, 1% by weight of dibromobutenediol
  • Solvent Diethylene glycol monohexyl ether (DEH) 38.5% by mass
  • Thixotropic agent Himako (12-hydroxystearic acid triglyceride, manufactured by Kef Trading Co., Ltd.) 5% by mass
  • Additive Irganox 245 (hindered phenolic antioxidant, manufactured by BASF Japan Ltd.) 3% by mass
  • each solder alloy powder (powder particle size 20 ⁇ m to 38 ⁇ m) listed in Table 1 were mixed to prepare each solder paste according to Examples and Comparative Examples. .
  • the "value of formula (a)" shown in Table 1 is a value calculated using the following formula (a) based on the contents (% by mass) of Ag, Cu and Sb in each solder alloy. Ag ⁇ 0.37+Cu ⁇ 1.56+Sb ⁇ 1.46 (a) In the above formula (a), Ag, Cu and Sb represent the contents (% by mass) of Ag, Cu and Sb, respectively.
  • each solder joint was produced.
  • Mounting load conditions are set to 30 g, and a reflow device (product name: SMT Scope SK-5000, manufactured by Sanyo Seiko Co., Ltd.) is used, based on the temperature profile conditions (peak temperature: 360 ° C.) shown in FIG. Reflow was performed.
  • FIG. 1 also shows the change in pressure (represented by a dotted line) in the reflow device along with the temperature profile.
  • each test piece was left for 24 hours under conditions of 130 ° C. 85% RH using a highly accelerated life test device (product name: PC-422R8D, manufactured by Hirayama Seisakusho Co., Ltd.). Name: TNV30-508EM2-X, manufactured by Tamura Seisakusho Co., Ltd.), reflow is continuously performed three times under the air atmosphere based on the temperature profile conditions (peak temperature: 262 ° C.) shown in FIG. After moisture absorption and heating, a test piece was produced.
  • the contents of Ag, Cu, Sb and Sn are each within a predetermined range, so that even in a high temperature environment, remelting of the formed solder joints can be suppressed. Therefore, in the solder alloys of the examples, even if the moisture-absorbed sealing material (sealing resin) expands due to heating and a gap is generated between the copper plate and the Si chip and the sealing material, the solder joints It is possible to suppress the outflow of the remelted solder from the remelted solder into the gap, and to suppress the generation of voids in the solder joint caused by the inflow of the remelted solder.
  • solder alloys of the examples have Ag, Cu, Sb, and Sn contents each within a predetermined range, so that the strength of the formed solder joint can be increased, and the solder joint The solder alloy can be sufficiently melted during heating when performing the above. Therefore, the solder alloy of the example can improve the bonding strength between the solder joint and the material to be joined (copper plate and Si chip), and can provide a highly reliable solder joint.
  • the solder alloys of Examples each contain Ag, Cu, Sb and Sn within predetermined ranges, and contain at least one of Ni and Co in a predetermined amount. Thus, especially in Examples 7 and 8, all test results are good.
  • solder alloy of the present invention can provide solder joints with higher reliability.
  • Comparative Examples 1 to 3 do not contain any of Ag, Cu and Sb. Therefore, it is considered that the remelted solder originating from the solder joint flowed out to the above-described gap in a high temperature environment. Therefore, the results of (3) the reflow test after moisture absorption were x.
  • Comparative Example 5 does not contain Ag, the result of (3) reflow test after moisture absorption is ⁇ . This is probably because the solder alloy of Comparative Example 5 contained more Sb than that of Comparative Example 3, so that the solder joints were difficult to remelt during continuous reflow after moisture absorption. However, the solder alloy of Comparative Example 5 does not contain Ag as described above. Therefore, this solder alloy does not have sufficient bonding strength between the soldered portion and the material to be bonded.
  • Comparative Example 8 the content of Cu and Sb is outside the predetermined range (exceeding the upper limit), so melting during heating during soldering is not sufficient. It is thought that the bonding strength of Therefore, the result of (2) bonding strength confirmation test of Comparative Example 8 was x. Moreover, in Comparative Example 8, the intermetallic compounds derived from Cu and Sb were coarsened, and it is considered that the strength of the soldered joint was rather lowered. Therefore, the result of (1) Si chip fracture confirmation test of Comparative Example 8 was also x.
  • Comparative Example 9 since the contents of Ag, Cu, and Sb were outside the predetermined ranges (below the lower limits), the remelted solder originating from the solder joints was considered to have flowed into the gaps described above in a high temperature environment. be done. Therefore, the result of (3) reflow test after moisture absorption in Comparative Example 9 was x.
  • Comparative Example 10 since the contents of Ag, Cu, and Sb are outside the predetermined ranges (exceeding the upper limits), melting during heating during soldering is not sufficient. It is considered that the bonding strength with the material decreased. Therefore, the result of (2) bonding strength confirmation test of Comparative Example 10 was x. In addition, in Comparative Example 10, the intermetallic compounds derived from Ag, Cu and Sb were coarsened, and on the contrary, it is considered that the strength of the solder joint was lowered. Therefore, the result of (1) Si chip fracture confirmation test of Comparative Example 10 was x.

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Abstract

高い温度環境下においても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制できるよう、Ａｇを０．１質量％以上３質量％以下と、Ｃｕを８質量％以上１５質量％以下と、Ｓｂを３０質量％以上４０質量％以下含み、残部がＳｎからなるはんだ合金を提供する。

Description

はんだ合金
　本発明は、はんだ合金に関する。
　基板上に形成される電子回路に電子部品や半導体デバイス（半導体素子を使用する電子部品）を接合する接合材料としては、主としてはんだ合金が用いられている。
　ここで、電子部品や半導体デバイスに要求される特性は年々高まっており、これに伴って高い電圧及び大きな電流を扱うことのできるパワー半導体デバイス（パワー半導体素子を実装した半導体デバイスを指す。以下、「パワーデバイス」という。）を使用した電子製品も増えている。
　上述の通り、パワーデバイスは高い電圧及び大きな電流を扱うことができ、また高い動作温度にも耐え得る。そのため、パワーデバイスと基板（例えば、放熱基板、Ｃｕ基板等）とのはんだ接合にあたっては、形成されるはんだ接合部がその動作温度下で再溶融し難いことが求められる。
　またパワーデバイス内でも、パワー半導体素子（例えば、Ｓｉ素子、ＳｉＣ素子、ＧａＮ素子等）が、基板（例えば、Ｃｕ基板、両面にＣｕ層を有するＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎｄｅｄ　Ｃｏｐｐｅｒ）基板、両面にＡｌ層を有するＤＢＡ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎｄｅｄ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ）基板等）に実装（ダイボンディング）されている。そのため、パワーデバイス内にあるはんだ接合部も、その動作温度下で再溶融し難いことが求められる。
　また当然ながら、このパワーデバイス内のはんだ接合部は、パワーデバイスと電子回路実装基板とをはんだ接合するに際しても再溶融し難いことが求められる。
　このような、パワーデバイスの動作温度下でのはんだ接合部の再溶融の抑制、パワーデバイスの基板実装時におけるパワーデバイス内のはんだ接合部の再溶融を抑制するはんだ合金として、例えば、Ｓｂが１０～４０質量％、Ｃｕが０．５～１０質量％、残部Ｓｎからなることを特徴とする高温鉛フリーはんだ合金（特許文献１参照）、質量％で、Ｓｂ：３５～４０％、Ａｇ：８～２５％、Ｃｕ：５～１０％、ならびにＡｌ：０．００３～１．０％、Ｆｅ：０．０１～０．２％、およびＴｉ：０．００５～０．４からなる群から選択される少なくとも一種、および残部Ｓｎから成る合金組成を有する高温鉛フリーはんだ合金（特許文献２参照）、質量％で、Ｓｂ：９．０～３３．０％、Ａｇ：４．０％超え１１．０％未満、Ｃｕ：２．０％超え６．０％未満、および残部がＳｎからなる合金組成を有することを特徴とするはんだ合金（特許文献３参照）が存在する。
特開２００４－２９８９３１号公報 国際公開番号ＷＯ２０１４／０２４７１５号パンフレット 国際公開番号ＷＯ２０２０／１２２２５３号パンフレット
　上述するパワーデバイスの動作温度下のように、比較的高い温度環境下におけるはんだ接合部の再溶融の抑制は、今後もはんだ合金に求められる課題の１つである。
　本発明の目的は上記の課題を解決するものであり、高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制し得るはんだ合金を提供することをその目的とする。
　本発明のはんだ合金は、Ａｇを０．１質量％以上３質量％以下と、Ｃｕを８質量％以上１５質量％以下と、Ｓｂを３０質量％以上４０質量％以下含み、残部がＳｎからなる。
　本発明のはんだ合金において、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）は、下記式（Ａ）を満たすことが、好ましい。
　５７．００≦Ａｇ×０．３７＋Ｃｕ×１．５６＋Ｓｂ×１．４６≦８２．００　　…（Ａ）
　上記式（Ａ）において、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂは、それぞれＡｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）を表す。
　本発明のはんだ合金は、更にＮｉを０．０１質量％以上０．５質量％以下含むことができる。
　本発明のはんだ合金は、更にＣｏを０．０１質量％以上０．５質量％以下含むことができる。
　本発明のはんだ合金は、以下の（１）から（５）の条件に従い計測するボイド面積α及びボイド面積βが、下記式（Ｂ）を満たすことが好ましい。
　１００－（ボイド面積β／ボイド面積α×１００）＜５％　…　（Ｂ）
（１）はんだ合金からなる粉末と、樹脂、活性剤及び溶剤を含むフラックスとを含むソルダペーストを塗布した銅板上にＳｉチップを載置し、当該銅板を窒素雰囲気下でリフロー（ピーク温度：３６０℃）して、前記銅板と、前記Ｓｉチップと、これらを接合するはんだ接合部とを有するはんだ接合体を作製し、
（２）前記はんだ接合体を封止材を用いて封止し、これを１００℃で６０分間加熱後、更に１５０℃で６０分間加熱して試験片を作製し、
（３）前記試験片の前記はんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）からＸ線検査装置で観察し、前記はんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測して、この値をボイド面積αとし、
（４）前記試験片を１３０℃８５％ＲＨの条件下で２４時間放置した後、これを以下のリフロー条件で３回連続リフローし、
　温度プロファイル：１５０℃から１８０℃で８０秒、２２０℃以上で４０秒から５０秒、２３０℃以上で３５秒から４５秒、ピーク温度２６２℃、ピーク時間５秒から１０秒
　加熱雰囲気：大気
（５）リフロー後の前記試験片の前記はんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）から前記Ｘ線検査装置で観察し、前記はんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測して、この値をボイド面積βとする。
　本発明のはんだ合金は、以下の（１）’から（５）’の条件に従い計測するボイド面積α’及びボイド面積β’が、下記式（Ｂ）’を満たすことが好ましい。
　１００－（ボイド面積β’／ボイド面積α’×１００）＜５％　…　（Ｂ）’
（１）’はんだ合金からなるソルダプリフォームの表面に樹脂、活性剤及び溶剤を含むフラックスを塗布し、これを銅板上に載置し、前記ソルダプリフォームの表面にＳｉチップを載置し、当該銅板を窒素雰囲気下でリフロー（ピーク温度：３６０℃）して、前記銅板と、前記Ｓｉチップと、これらを接合するはんだ接合部とを有するはんだ接合体を作製し、
（２）’前記はんだ接合体を封止材を用いて封止し、これを１００℃で６０分間加熱後、更に１５０℃で６０分間加熱して試験片を作製し、
（３）’前記試験片の前記はんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）からＸ線検査装置で観察し、前記はんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測して、この値をボイド面積α’とし、
（４）’前記試験片を１３０℃８５％ＲＨの条件下で２４時間放置した後、これを以下のリフロー条件で３回連続リフローし、
　温度プロファイル：１５０℃から１８０℃で８０秒、２２０℃以上で４０秒から５０秒、２３０℃以上で３５秒から４５秒、ピーク温度２６２℃、ピーク時間５秒から１０秒
　加熱雰囲気：大気
（５）’リフロー後の前記試験片の前記はんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）から前記Ｘ線検査装置で観察し、前記はんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測して、この値をボイド面積β’とする。
　本発明のソルダペーストは、上記はんだ合金からなる粉末と、樹脂、活性剤及び溶剤を含むフラックスとを含む。
　本発明のソルダプリフォームは、上記はんだ合金を含む。
　本発明のはんだ合金は、比較的高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制し得る。
実施例及び比較例に係る「はんだ接合体」を作製する際のリフロー温度条件を表す温度プロファイル。 実施例及び比較例に関し、（２）接合強度確認試験において、各はんだ接合体を超音波顕微鏡を用いて撮影した画像の一例であり、Ｓｉチップ側から撮影した接合界面画像（画像Ａ）を表す。 実施例及び比較例に関し、エポキシ封止材にて封止された「はんだ接合体」を表す概略斜視図。 実施例及び比較例に関し、（３）吸湿後リフロー試験に使用する「吸湿加熱後試験片」を作製する際のリフロー温度条件を表す温度プロファイル。
　以下、本発明のはんだ合金の一実施形態について詳細に説明する。なお、本発明が当該実施形態に限定されないのはもとよりである。
１．はんだ合金
　本実施形態のはんだ合金は、Ａｇを０．１質量％以上３質量％以下と、Ｃｕを８質量％以上１５質量％以下と、Ｓｂを３０質量％以上４０質量％以下含み、残部がＳｎからなる。
　本実施形態のはんだ合金に含まれるＡｇの含有量は０．１質量％以上３質量％以下であることが好ましい。
　Ａｇは、形成されるはんだ接合部にＡｇ３Ｓｎ金属間化合物を析出させることにより、はんだ接合部の残留応力を低減させることができる。そしてこれにより、その機械的強度を保つことができる。
　また、はんだ接合部内でのＡｇ３Ｓｎ金属間化合物の析出により、はんだ接合部内に占めるＳｎ相（低融点相）の割合が減少することから、高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。
　そして本実施形態のはんだ合金は、Ａｇの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の機械的強度を向上させることができ、また高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。更に、このようなはんだ合金は、はんだ接合部と被接合材との接合強度を向上させることができる。
　Ａｇのより好ましい含有量は、１質量％以上３質量％以下であり、更に好ましい含有量は、２質量％以上３質量％以下である。
　Ａｇの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の機械的強度を更に向上させることができ、高い温度環境下におけるはんだ接合部の再溶融を更に抑制することができ、はんだ接合部と被接合材との接合強度を更に向上させることができる。
　本実施形態のはんだ合金に含まれるＣｕの含有量は、８質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
　Ｃｕは、形成されるはんだ接合部にＣｕ６Ｓｎ５金属間化合物等を析出させることにより、はんだ接合部の強度を向上させることができる。
　また、はんだ接合部内でのＣｕ６Ｓｎ５金属間化合物等の析出により、はんだ接合部内に占めるＳｎ相（低融点相）の割合が減少することから、高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。
　そして本実施形態のはんだ合金は、Ｃｕの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の強度を向上させ、また高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。
　一方で、このようなはんだ合金は、はんだ接合を行う際の加熱時には十分に溶融し得る。そのため、はんだ接合部と被接合材との接合強度を阻害することなく、高い温度環境下でのはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。
　Ｃｕのより好ましい含有量は、８質量％以上１２質量％以下であり、更に好ましい含有量は、８質量％以上１０質量％以下である。
　Ｃｕの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の強度を更に向上させ、また、はんだ接合部と被接合材との接合強度を阻害することなく、高い温度環境下におけるはんだ接合部の再溶融を更に抑制することができる。
　本実施形態のはんだ合金に含まれるＳｂの含有量は、３０質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。
　Ｓｂは、形成されるはんだ接合部にＳｂＳｎ金属間化合物等を析出させることにより、はんだ接合部の強度を向上させることができる。
　また、はんだ接合部内でのＳｂＳｎ金属間化合物等の析出により、はんだ接合部内に占めるＳｎ相（低融点相）の割合が減少することから、高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。
　そして本実施形態のはんだ合金は、Ｓｂの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の強度を向上させ、また高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。
　Ｓｂのより好ましい含有量は、３２質量％以上３８質量％以下であり、更に好ましい含有量は、３３質量％以上３５質量％以下である。
　Ｓｂの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の強度を更に向上させ、また高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を更に抑制することができる。
　また、本実施形態のはんだ合金に含まれる、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）は、下記式（Ａ）を満たすことが、好ましい。
　５７．００≦Ａｇ×０．３７＋Ｃｕ×１．５６＋Ｓｂ×１．４６≦８２．００　　…（Ａ）
　上記式（Ａ）において、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂは、それぞれＡｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）を表す。
　上記式（Ａ）は、はんだ接合部内に含まれる（析出する）金属間化合物のうち、Ａｇ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５及びＳｂ２Ｓｎ３の析出に使用される（これらの金属間化合物に含まれる）Ｓｎの含有量を算出するものである。
　即ち、それぞれの金属間化合物の単位格子に含まれる、各合金元素の原子数と、その原子量とから、Ｓｎ以外の各合金元素と、Ｓｎとの質量比を、以下のように算出する。
　Ｓｎ以外の合金元素の原子数×原子量：Ｓｎの原子数×原子量
　そして、この質量比から、各金属間化合物が析出する際に使用されるＳｎ量（質量％）を仮定する。
　まず、Ａｇ３Ｓｎについて、Ａｇ及びＳｎの質量比は、以下の通りとなる。
　（Ａｇ：３×１０７．８６８２）：（Ｓｎ：１×１１８．７１）＝３２３．６０４６：１１８．７１
　従って、Ａｇ３Ｓｎが析出する際の、Ａｇ１質量％当たりのＳｎ使用量（質量％）は、１１８．７１／３２３．６０４６＝０．３７（小数点第三位四捨五入）、即ち、Ａｇ×０．３７と仮定できる。
　次に、Ｃｕ６Ｓｎ５について、Ｃｕ及びＳｎの質量比は、以下の通りとなる。
　（Ｃｕ：６×６３．５４６）：（Ｓｎ：５×１１８．７１）＝３８１．２７６：５９３．５５
　従って、Ｃｕ６Ｓｎ５が析出する際の、Ｃｕ１質量％当たりのＳｎ使用量（質量％）は、５９３．５５／３８１．２７６＝１．５６（小数点第三位四捨五入）、即ち、Ｃｕ×１．５６と仮定できる。
　そして、Ｓｂ２Ｓｎ３について、Ｓｂ及びＳｎの質量比は、以下の通りとなる。
　（Ｓｂ：２×１２１．７６）：（Ｓｎ：３×１１８．７１）＝２４３．５２：３５６．１３
　従って、Ｓｂ２Ｓｎ３が析出する際の、Ｓｂ１質量％当たりのＳｎ使用量（質量％）は、３５６．１３／２４３．５２＝１．４６（小数点第三位四捨五入）、即ち、Ｓｂ×１．４６と仮定できる。
　そして、これらの金属間化合物の析出に使用されるＳｎ量が、上記式（Ａ）の範囲内にある場合、はんだ接合部内に含まれるＳｎ相（低融点相）の割合を減少させることができるため、高い温度環境下であっても、形成されるはんだ接合部の再溶融を更に抑制することができる。
　また、本実施形態のはんだ合金に含まれる、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）は、下記式（Ａ）’を満たすことがより好ましく、下記式（Ａ）’’を満たすことが更に好ましい。
　５８．００≦Ａｇ×０．３７＋Ｃｕ×１．５６＋Ｓｂ×１．４６≦６８．００　　…（Ａ）’
　６０．００≦Ａｇ×０．３７＋Ｃｕ×１．５６＋Ｓｂ×１．４６≦６５．００　　…（Ａ）’’
　上記式（Ａ）’及び（Ａ）’’において、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂは、それぞれＡｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）を表す。
　本実施形態のはんだ合金には、更にＮｉを含有させることができる。
　Ｎｉは、形成されるはんだ接合部内に、微細な構造の（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５金属間化合物を析出させることにより、はんだ接合部の強度を向上させることができる。
　本実施形態のはんだ合金に含まれるＮｉの含有量は、０．０１質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。Ｎｉの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の強度をより向上させることができ、また、はんだ接合部と被接合材との接合強度を向上させることができる。
　Ｎｉのより好ましい含有量は、０．０５質量％以上０．５質量％以下であり、更に好ましい含有量は、０．１質量％以上０．５質量％以下である。
　Ｎｉの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の強度を更に向上させることができ、また、はんだ接合部と被接合材との接合強度を更に向上させることができる。
　本実施形態のはんだ合金には、更にＣｏを含有させることができる。
　Ｃｏは、形成されるはんだ接合部内に、微細な構造の（Ｃｕ，Ｃｏ）６Ｓｎ５金属間化合物を析出させることにより、はんだ接合部の強度を向上させることができる。
　本実施形態のはんだ合金に含まれるＣｏの含有量は、０．０１質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。Ｃｏの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の強度をより向上させることができ、また、はんだ接合部と被接合材との接合強度を向上させることができる。
　Ｃｏのより好ましい含有量は、０．０１質量％以上０．３質量％以下であり、更に好ましい含有量は、０．０１質量％以上０．１質量％以下である。
　Ｃｏの含有量をこの範囲とすることにより、はんだ合金の強度を更に向上させることができ、また、はんだ接合部と被接合材との接合強度を更に向上させることができる。
　また本実施形態のはんだ合金には、当然ながら不可避不純物も含まれるものである。
　また本実施形態のはんだ合金は、その残部がＳｎからなることが好ましい。
　そして本実施形態のはんだ合金は、このような構成を有することにより、高い温度環境下、例えば、パワーデバイスの動作環境下のような、２５０℃以上の温度環境下においても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。
　即ち、パワーデバイスは、その動作温度が、例えば、２５０℃以上の高温に達する場合がある。そして、この動作温度下で、パワーデバイスと基板とをはんだ接合するはんだ接合部の全て若しくはその大半が再溶融してしまうと、即ち、上記動作温度下において、はんだ接合部における液相の占める割合が多くなってしまうと、パワーデバイスと基板との接合強度が低下し、またこれが組み込まれている電子製品の信頼性も低下してしまう虞がある。
　またパワーデバイス内には、基板上に実装されたパワー半導体素子が備えられており、この基板とパワー半導体素子とは、はんだ接合部を介して接合されている。そして、上述したパワーデバイスの動作温度下で、このはんだ接合部の全て若しくはその大半が再溶融してしまうと、パワーデバイス自体の信頼性が低下するだけではなく、このようなパワーデバイスが組み込まれている電子製品の信頼性の低下にも繋がり得る。
　またパワーデバイスと電子回路実装基板とのはんだ接合にあたっては、はんだ接合時の加熱により、パワーデバイスに、例えば、２５０℃以上の熱が加わることになる。そのため、この加熱によってパワーデバイス内のはんだ接合部の全て若しくはその大半が再溶融してしまうと、パワーデバイスの信頼性が低下するだけではなく、これが組み込まれている電子製品の信頼性の低下にも繋がり得る。
　従って、特に、パワーデバイスのはんだ接合や、パワーデバイス内の基板とパワー半導体素子とのはんだ接合にも用いられるはんだ合金においては、このような高温の温度環境下におけるはんだ接合部の再溶融を抑制し得ることが求められる。
　そして本実施形態のはんだ合金は、上述の通り、例えば２５０℃以上といった高い温度環境下においても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる（即ち、はんだ接合部における液相の占める割合が少ない）ことから、パワーデバイスのはんだ接合や、パワーデバイス内の基板と半導体素子とのはんだ接合にも好適に用いることができる。
　また、本実施形態のはんだ合金は、はんだ接合部の強度を向上させることができる。これにより、はんだ接合部が、各被接合材（例えば、半導体素子と基板）の線膨張係数の違いにより生じる応力を吸収し得るため、各被接合材に生じる亀裂を抑制することができる。
　また、本実施形態のはんだ合金は、はんだ接合を行う際のはんだ合金の溶融を阻害することなく、形成されるはんだ接合部の高温の温度環境下での再溶融を抑制できるため、はんだ接合部と被接合材との接合強度を向上させることができる。
　なお、本実施形態のはんだ合金は、パワーデバイス以外の半導体デバイスと基板とのはんだ接合、半導体デバイス以外の電子部品と基板とのはんだ接合、及びパワー半導体素子以外の半導体素子の基板への実装にも用いることができる。
　また、パワーデバイスのようなパッケージ部品は、例えば、はんだ接合された基板と半導体素子を含む内部部品が封止樹脂にて封止されている。そしてこの封止樹脂は、その種類によってはパッケージ部品の周辺空気中の水分を吸湿し易く、内部に水分を溜めこんでいく虞がある。また吸湿性の低い封止樹脂を用いた場合であっても、パッケージ部品の保存環境下によっては、周辺空気中の水分を吸湿してしまう虞もある。
　そして封止樹脂が水分を吸湿した状態のパッケージ部品を基板上に実装すると、はんだ接合時の加熱（リフロー時の加熱）により、封止樹脂内部の水分が気化し、封止樹脂の体積が膨張してしまう虞がある。またこの体積膨張を起因として、パッケージ部品が破損してしまう虞がある。
　このような現象を防ぐことを目的として、ＪＥＤＥＣ（Ｊｏｉｎｔ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｕｎｃｉｌ、米国共同電子機器技術委員会）がＭｏｉｓｔｕｒｅ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　Ｌｅｖｅｌ（ＭＳＬ）という規格を設けている。
　ＭＳＬでは、防湿包装されたパッケージ部品について、その包装開封後に３０℃以下６０％ＲＨの大気中に放置した場合の水分吸湿寿命をフロワーライフ（室内放置寿命）と定義している。そして、このフロワーライフに基づき１から６までのレベルを設定し、上記破損のリスクを表している。
　各パッケージ部品には、所定の試験結果に基づいて、該当するＭＳＬレベルが認証される。そしてＭＳＬでは、パッケージ部品の包装開封時から、ＭＳＬレベルに応じて定められたフロワーライフが経過した場合には、パッケージ部品をベーキング処理等することが求められている。
　例えば、ＭＳＬレベル２のフロワーライフは１年間であるため、包装開封から１年経過したパッケージ部品（ＭＳＬレベル２）には、ベーキング処理等を行う必要がある。
　また、例えば、ＭＳＬのレベル１の認証を受けるためには、１２５℃で２４時間乾燥後、８５℃８５％ＲＨで１６８時間吸湿させた後に、２６０℃ピークのリフローで２回加熱を行った場合であっても、パッケージ部品に上記破損が生じていないことが求められる。
　このように、パッケージ部品の封止樹脂の吸湿に関しては厳しい保管条件が求められる一方、ベーキングによっても完全に封止樹脂に含まれる水分を排出できない虞もある。
　また、上述の破損にまでは至らないものの、はんだ接合時の加熱による内部水分の気化によって体積が膨張した封止樹脂には、はんだ接合された基板と半導体素子とを含む内部部品から剥がれようとする力、即ち、パッケージ部品外部に向かう力が生じ得る。そして、この力は、封止樹脂とパッケージ部品内部の基板やリードフレームとの間に隙間を発生させる。
　更に、この際、はんだ接合時の加熱により、パッケージ部品内部の基板と半導体素子とを接合するはんだ接合部の全部もしくはその大半が再溶融してしまうと、はんだ接合部由来の再溶融はんだが上記隙間に流出して、ショートを引き起こす虞がある。
　また、はんだ接合部由来の再溶融はんだが上記隙間に流出すると、はんだ接合部内にボイドが発生し易くなる。そのため、このような現象は、はんだ接合部自体の信頼性も低下させてしまう。
　一方、本実施形態のはんだ合金は、上述の通り、例えば、２５０℃以上といった高い温度環境下においても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制することができる。
　そのため、本実施形態のはんだ合金は、例えば、水分を吸湿した封止樹脂を含むパッケージ部品をはんだ接合した場合であっても、上記隙間へのはんだ接合部由来の再溶融はんだの流出を抑制することができるため、パッケージ部品の信頼性を損なうことなく、はんだ接合を行うことができる。
　また、本実施形態のはんだ合金は、以下の（１）から（５）の条件及び手順にて試験を行った場合の、ボイド面積の初期値と吸湿加熱後の値との変動率（１００－（吸湿加熱後の値／初期値×１００））が５％未満であることが好ましい。
　即ち、本実施形態のはんだ合金は、以下の（１）から（５）の条件に従い計測するボイド面積α及びボイド面積βが、下記式（Ｂ）を満たすことが、好ましい。
　１００－（ボイド面積β／ボイド面積α×１００）＜５％　…　（Ｂ）
（１）はんだ合金からなる粉末と、樹脂、活性剤及び溶剤を含むフラックスとを含むソルダペーストを塗布した銅板上にＳｉチップを載置し、当該銅板を窒素雰囲気下でリフロー（ピーク温度：３６０℃）して、前記銅板と、前記Ｓｉチップと、これらを接合するはんだ接合部とを有するはんだ接合体を作製する。
（２）前記はんだ接合体を封止材を用いて封止し、これを１００℃で６０分間加熱後、更に１５０℃で６０分間加熱して試験片を作製する。
（３）前記試験片の前記はんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）からＸ線検査装置で観察し、前記はんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測する。そして、この値（初期値）をボイド面積αとする。
（４）前記試験片を１３０℃８５％ＲＨの条件下で２４時間放置した後、これを以下のリフロー条件で３回連続リフローする。
　温度プロファイル：１５０℃から１８０℃で８０秒、２２０℃以上で４０秒から５０秒、２３０℃以上で３５秒から４５秒、ピーク温度２６２℃、ピーク時間５秒から１０秒
　加熱雰囲気：大気
（５）リフロー後の前記試験片の前記はんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）から前記Ｘ線検査装置で観察し、前記はんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測し、この値（吸湿加熱後の値）をボイド面積βとする。
　上記計測の詳細な条件は、以下の通りである。
＜用具＞
　銅板のサイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．５ｍｍｔ
　Ｓｉチップのサイズ：５ｍｍ×５ｍｍ×０．３ｍｍｔ（裏面電極に、Ｓｉチップ側から順に、Ｔｉ成膜及びＮｉ成膜を有する。Ｔｉ成膜の厚み：０．１μｍ、Ｎｉ成膜の厚み：０．５μｍ）
　ソルダペースト：本実施形態のはんだ合金からなる粉末と、樹脂、活性剤及び溶剤を含むフラックスとを含む。なお、後述するソルダペーストを用いることができる。
　封止材：エポキシ樹脂（製品名：Ｔ６９３／Ｒ１００１、ナガセケムテックス（株）製）
（１）について
　銅板上に塗布するソルダペーストの塗布範囲（サイズ）：３．５ｍｍ×３．５ｍｍ×０．２ｍｍｔ
　Ｓｉチップを載置した銅板をリフローする際の条件は、以下の通りである。
　マウント荷重条件を３０ｇとし、リフロー装置（製品名：ＳＭＴ　Ｓｃｏｐｅ　ＳＫ－５０００、山陽精工（株）製）を用いて、図１に示す温度プロファイル条件（ピーク温度：３６０℃）に基づき、リフローを行う。
　なお、リフローにおいては、酸素濃度５００ｐｐｍのＮ２雰囲気下及び大気圧下で加熱を開始し、リフロー温度が３６０℃に到達した時点で真空引きを行い、リフロー装置内の圧力を１００Ｐａまで減圧する。また、ピーク温度が３６０℃に達した時点からリフロー装置内の圧力が１００Ｐａとなるまでの時間を３０秒に設定する。
　そして、加熱を停止し、リフロー装置内の温度が３４０℃になった時点で減圧を解除してリフロー装置内の圧力を大気圧まで戻し、大気雰囲気下にて冷却を行う。温度プロファイルに伴うリフロー装置内の圧力の変化（点線で表示）を併せて図１に示す。
（２）について
　はんだ接合体を封止材に浸漬し、これを真空引きすることにより、封止材を用いてはんだ接合体を封止する。これにより、はんだ接合体を封止材に密着させる。この封止状態を図３に示す。
　そして、送風定温恒温器（製品名：ＤＫＮ４０２、ヤマト科学（株）製）を用いて、封止したはんだ接合体を加熱する。
（４）について
　高加速寿命試験装置（製品名：ＰＣ－４２２Ｒ８Ｄ、（株）平山製作所製）を用い、１３０℃８５％ＲＨの条件下で試験片を２４時間放置する。その後、リフロー炉（製品名：ＴＮＶ３０－５０８ＥＭ２－Ｘ、（株）タムラ製作所製）を用いて、リフローを行う。
　また、本実施形態のはんだ合金は、以下の（１）’から（５）’の条件及び手順にて試験を行った場合の、ボイド面積の初期値と吸湿加熱後の値との変動率（１００－（吸湿加熱後の値／初期値×１００））が５％未満であることが好ましい。
　即ち、本実施形態のはんだ合金は、以下の（１）’から（５）’の条件に従い計測するボイド面積α’及びボイド面積β’が、下記式（Ｂ）’を満たすことが、好ましい。
　１００－（ボイド面積β’／ボイド面積α’×１００）＜５％　…　（Ｂ）’
（１）’ はんだ合金からなるソルダプリフォームの表面に樹脂、活性剤及び溶剤を含むフラックスを塗布し、これを銅板上に載置し、前記ソルダプリフォームの表面にＳｉチップを載置し、当該銅板を窒素雰囲気下でリフロー（ピーク温度：３６０℃）して、前記銅板と、前記Ｓｉチップと、これらを接合するはんだ接合部とを有するはんだ接合体を作製する。
（２）’前記はんだ接合体を封止材を用いて封止し、これを１００℃で６０分間加熱後、更に１５０℃で６０分間加熱して試験片を作製する。
（３）’前記試験片の前記はんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）からＸ線検査装置で観察し、前記はんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測してこの値（初期値）をボイド面積α’とする。
（４）’前記試験片を１３０℃８５％ＲＨの条件下で２４時間放置した後、これを以下のリフロー条件で３回連続リフローする。
　温度プロファイル：１５０℃から１８０℃で８０秒、２２０℃以上で４０秒から５０秒、２３０℃以上で３５秒から４５秒、ピーク温度２６２℃、ピーク時間５秒から１０秒
　加熱雰囲気：大気
（５）’リフロー後の前記試験片の前記はんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）から前記Ｘ線検査装置で観察し、前記はんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測してこの値（吸湿加熱後の値）をボイド面積β’とする。
　上記計測の詳細な条件は、以下の通りである。
＜用具＞
　ソルダプリフォーム以外は、上記ボイド面積α及びボイド面積βの計測に用いる用具と同じ用具を使用する。
　ソルダプリフォームのサイズ：３．５ｍｍ×３．５ｍｍ×０．１ｍｍｔ
なお、後述するソルダプリフォームを用いることができる。
（１）’について
　ソルダプリフォームをフラックスに浸漬し、その後、（ソルダプリフォームの表面に塗布された）フラックスを乾燥させて溶剤分を揮発させることにより、ソルダプリフォームの表面にフラックスを塗布する。
　なお、Ｓｉチップを載置した銅板をリフローする際の条件は、上記（１）における条件と同じである。
（２）’から（４）’について
　上記（１）から（４）における条件と同じである。
　上記式（Ｂ）及び（Ｂ）’を満たすはんだ合金は、はんだ接合時において封止樹脂とパッケージ部品内部の基板やリードフレームとの間に隙間が生じた場合であっても、この隙間にはんだ接合部由来の再溶融はんだが流出することをより抑制できる。また、これにより、この流出を起因とするはんだ接合部内のボイドの発生を抑制し得るため、信頼性のより高いはんだ接合部及びパッケージ部品を提供することができる。
２．ソルダペースト
　本実施形態のソルダペーストは、例えば本実施形態のはんだ合金からなる粉末と、フラックスとを含む。
　前記フラックスは、例えば樹脂、活性剤及び溶剤を含む。
　本実施形態のソルダペーストは、例えば、上記はんだ合金からなる粉末と、フラックスとを、公知の方法により混練することにより作製される。両者の混合比率は、特に限定されない。例えば、この混合比率を、はんだ合金からなる粉末：フラックス＝６５：３５から９５：５とすることもできる。
　前記樹脂としては、例えばロジン系樹脂；アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の各種エステル、メタクリル酸の各種エステル、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のエステル、無水マレイン酸のエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル、酢酸ビニル等の少なくとも１種のモノマーを重合してなるアクリル樹脂；エポキシ樹脂；フェノール樹脂等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて用いることができる。
　前記ロジン系樹脂としては、例えばトール油ロジン、ガムロジン、ウッドロジン等のロジン類；水添ロジン（部分水添、完全水添）、重合ロジン、不均一化ロジン、アクリル酸変性ロジン、マレイン酸変性ロジン、ホルミル化ロジン等のロジン系変性樹脂；並びにこれらの誘導体等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
　前記活性剤としては、例えば有機酸、ハロゲンを含む化合物、アミン系活性剤等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
　前記溶剤としては、例えばアルコール系、エタノール系、アセトン系、トルエン系、キシレン系、酢酸エチル系、エチルセロソルブ系、ブチルセロソルブ系、グリコールエーテル系、エステル系の活性剤等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
　前記フラックスには、チクソ剤を配合することができる。前記チクソ剤としては、例えば硬化ひまし油、ビスアマイド系チクソ剤（飽和脂肪酸ビスアマイド、不飽和脂肪酸ビスアマイド、芳香族ビスアマイド等）、ジメチルジベンジリデンソルビトール等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
　前記のフラックスには、酸化防止剤を配合することができる。
　前記酸化防止剤としては、例えばヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられる。これらの中でも特にヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましく用いられる。
　また本実施形態のフラックスには、更につや消し剤、消泡剤等の添加剤を加えてもよい。
３．ソルダプリフォーム
　本実施形態のソルダプリフォームは、本実施形態のはんだ合金を含む。
　本実施形態のソルダプリフォームとしては、例えばディスク状、角状、テープ状等のものを使用することができる。これらのソルダプリフォームの作製にあたっては、公知の方法を使用することができる。
　またソルダプリフォームの形状や厚みは、使用する基板、はんだ接合方法、はんだ接合する電子部品や半導体素子の種類等によって適宜調整し得る。
　また本実施形態のソルダプリフォームを用いたはんだ接合においては、その表面に上記フラックスを塗布して行うこともでき、またソルダプリフォームの表面に有機酸等を予めフラックスコートすることにより行うこともできる。
　また本実施形態のソルダプリフォームは、例えば、還元性雰囲気のギ酸リフローや水素リフロー等を用いることではんだ接合を行うことも可能である。
　なお本実施形態のはんだ合金は、上述したソルダペースト、ソルダプリフォーム以外にも、例えばはんだボール、ワイヤーといった他の用途にも使用することができる。
　以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜フラックスの作製＞
　以下の各成分を調整し、フラックスを得た。
樹脂：ＫＥ－６０４（アクリル変性水添ロジン　荒川化学工業（株）製）　５０質量％
活性剤：スベリン酸　２質量％、マロン酸　０．５質量％、ジブロモブテンジオール　１質量％
溶剤：ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル（ＤＥＨ）　３８．５質量％
チクソ剤：ヒマコウ（１２－ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド　ケイエフ・トレーディング（株）製）　５質量％
添加剤：イルガノックス２４５（ヒンダードフェノール系酸化防止剤　ＢＡＳＦジャパン（株）製）　３質量％
　前記フラックス１１．０質量％と、表１に記載の各はんだ合金の粉末（粉末粒径２０μｍから３８μｍ）８９．０質量％とを混合し、実施例及び比較例に係る各ソルダペーストを作製した。
　なお、表１に示す「式（ａ）の値」とは、各はんだ合金のＡｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）に基づき、下記式（ａ）を用いて算出した値である。
　Ａｇ×０．３７＋Ｃｕ×１．５６＋Ｓｂ×１．４６　　…（ａ）
　上記式（ａ）において、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂは、それぞれＡｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（１）Ｓｉチップ破壊確認試験
　実施例及び比較例毎に、以下の用具を用意した。
・銅板（サイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．５ｍｍｔ）
・Ｓｉチップ（サイズ：５ｍｍ×５ｍｍ×０．３ｍｍｔ、裏面電極に、Ｓｉチップ側から順に、Ｔｉ成膜及びＮｉ成膜を有する。Ｔｉの厚み：０．１μｍ、Ｎｉの厚み：０．５μｍ）
・メタルマスク（開口部：３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、厚み：０．２ｍｍ）
　前記銅板上（中央）に、前記メタルマスクを用いて各ソルダペーストを印刷した。
　次いで、印刷された各ソルダペーストの表面（中央）に前記Ｓｉチップを載置し、これを以下の条件下でリフローし、前記銅板と、前記Ｓｉチップと、これらを接合するはんだ接合部とを有する、各はんだ接合体を作製した。
・リフロー条件
　マウント荷重条件を３０ｇとし、リフロー装置（製品名：ＳＭＴ　Ｓｃｏｐｅ　ＳＫ－５０００、山陽精工（株）製）を用いて、図１に示す温度プロファイル条件（ピーク温度：３６０℃）に基づき、リフローを行った。
　なお、リフローにおいては、酸素濃度５００ｐｐｍのＮ２雰囲気下及び大気圧下で加熱を開始し、リフロー温度がピーク温度の３６０℃に到達した時点で真空引きを行い、リフロー装置内の圧力を１００Ｐａまで減圧した。なお、ピーク温度が３６０℃に達した時点から、リフロー装置内の圧力が１００Ｐａとなるまでの時間を３０秒に設定した。
　そして、加熱を停止し、リフロー装置内の温度が３４０℃になった時点で減圧を解除してリフロー装置内の圧力を大気圧まで戻し、大気雰囲気下にてその後の冷却を行った。温度プロファイルに伴うリフロー装置内の圧力の変化（点線で表示）を併せて図１に示す。
　そして、各はんだ接合体につき、顕微鏡（製品名：デジタルマイクロスコープ　ＶＨＸ－９００、株式会社キーエンス製）を用いて、Ｓｉチップに亀裂が生じているか否かを確認し、以下の基準に従い評価した。その結果を表２に示す。
　〇：Ｓｉチップに亀裂が生じていない
　△：Ｓｉチップに１ｍｍ未満の亀裂が生じている
　×：Ｓｉチップに１ｍｍ以上の亀裂が生じている
（２）接合強度確認試験
　上記（１）Ｓｉチップ破壊確認試験に用いた各はんだ接合体について、超音波顕微鏡（製品名：Ｃ－ＳＡＭ　Ｇｅｎ６、ノードソン・アドバンスト・テクノロジー社製）を用いて、前記Ｓｉチップ側から撮影した接合界面画像Ａ（画像Ａ）を取得した。
　そして、画像Ａ上、前記Ｓｉチップと前記はんだ接合部とが重複して見える領域（領域Ａ）のうち、両者が接合している領域の面積（面積Ｘ）を、以下の方法にて算出した。
　即ち、領域Ａの面積（面積Ｙ）と、領域Ａにおける未接合部分（図２に示す、領域Ａ内で白色を示す部分）の面積（面積Ｚ）とを算出し、面積Ｙから面積Ｚを引いた値を面積Ｘとした。
　そして、算出した面積Ｘを面積Ｙにて割った値（面積Ｘ／面積Ｙ×１００）を接合率（％）とし、以下の基準に従い評価した。その結果を表２に示す。
○：接合率が８０％以上である
△：接合率が５０％以上８０％未満である
×：接合率が５０％未満である
（３）吸湿後リフロー試験
　エポキシ封止材（製品名：Ｔ６９３／Ｒ１００１、ナガセケムテックス（株）製）を用いて、上記（２）接合強度確認試験を行った前記各はんだ接合体を以下の方法により封止した。
　即ち、前記各はんだ接合体を、それぞれ前記エポキシ封止材に浸漬した後、真空引きを行った。これにより、前記はんだ接合体と、前記エポキシ封止材とを密着させた。この封止状態を、図３に示す。
　なお、図３に示すエポキシ封止材３のサイズは、２６ｍｍ×２６ｍｍ×３ｍｍｔである。
　そして、前記エポキシ封止材にて封止した前記各はんだ接合体を送風定温恒温器（製品名：ＤＫＮ４０２、ヤマト科学（株）製）を用い、１００℃で６０分間加熱した後、更に１５０℃で６０分間加熱して各試験片を作製した。
　そして、前記各試験片の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）からＸ線検査装置で観察し、前記各試験片のはんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測してこの値をボイド面積α（初期値）とした。
　次に、前記各試験片を高加速寿命試験装置（製品名：ＰＣ－４２２Ｒ８Ｄ、（株）平山製作所製）を用いて１３０℃８５％ＲＨの条件下で２４時間放置した後、リフロー炉（製品名：ＴＮＶ３０－５０８ＥＭ２－Ｘ、（株）タムラ製作所製）を用いて、大気雰囲気下で図４に示す温度プロファイル条件（ピーク温度：２６２℃）に基づき、３回連続してリフローを行い、各吸湿加熱後試験片を作製した。
　前記各吸湿加熱後試験片のはんだ接合部の表面状態を上面（前記Ｓｉチップ側）からＸ線検査装置で観察し、前記各吸湿加熱後試験片のはんだ接合部内に発生したボイドの面積を計測してこの値をボイド面積β（吸湿加熱後の値）とした。
　そして、各実施例及び各比較例について計測した「ボイド面積α（初期値）」と「ボイド面積β（吸湿加熱後の値）」について、以下の式に基づき、ボイド面積の変動率（％）を算出した。
　ボイド面積の変動率（％）＝１００－（ボイド面積β／ボイド面積α×１００）
　この算出した各実施例及び各比較例のボイド面積の変動率（％）を、以下の基準に従い評価した。その結果を表２に示す。
○：ボイド面積の変動率が０％である
△：ボイド面積の変動率が５％未満である
×：ボイド面積の変動率が５％以上である
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以上に示す通り、実施例のはんだ合金は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ及びＳｎの含有量が、それぞれ所定の範囲内であることにより、高い温度環境下においても、形成されるはんだ接合部の再溶融を抑制し得る。
　そのため、実施例のはんだ合金は、吸湿した封止材（封止樹脂）が加熱により膨張し、銅板及びＳｉチップと封止材との間に隙間が生じた場合であっても、はんだ接合部由来の再溶融はんだの上記隙間への流出を抑制でき、また、この再溶融はんだの流入を起因とする、はんだ接合部内のボイドの発生を抑制できる。
　更に、実施例のはんだ合金は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ及びＳｎの含有量が、それぞれ所定の範囲内であることにより、形成されたはんだ接合部の強度を高くすることができ、また、はんだ接合を行う際の加熱時に、はんだ合金が十分に溶融し得る。
　そのため、実施例のはんだ合金は、はんだ接合部と被接合材（銅板とＳｉチップ）との接合強度を向上させることができ、信頼性の高いはんだ接合部を提供することができる。
　なお、実施例のはんだ合金（実施例２から１４）は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ及びＳｎの含有量が、それぞれ所定の範囲内であって、且つ、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも一方を所定量含有することにより、特に、実施例７及び８において、全ての試験結果が良好となっている。
　このように、本発明のはんだ合金は、信頼性のより高いはんだ接合部を提供することができる。
　なお、比較例１から３は、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂのいずれかを含まない。そのため、高い温度環境下において、はんだ接合部由来の再溶融はんだが、上述した隙間へ流出したと考えられる。よって、これらの（３）吸湿後リフロー試験の結果は、×となった。
　比較例５は、Ａｇを含んでいないにも関わらず、（３）吸湿後リフロー試験の結果が、〇となっている。これは、比較例５のはんだ合金は、比較例３よりもＳｂを多く含有しているため、吸湿後の連続リフロー時において、はんだ接合部が再溶融し難かったためと考えられる。
　しかし、比較例５のはんだ合金は、上述の通り、Ａｇを含んでいない。そのため、このはんだ合金は、はんだ接合部と被接合材との接合強度が十分ではなく、よって、比較例５の（２）接合強度確認試験の結果は、×となった。
　比較例４及び７は、Ｃｕ及びＳｂの含有量が所定の範囲外（下限未満）であるため、高い温度環境下において、はんだ接合部由来の再溶融はんだが、上述した隙間へ流出したと考えられる。よって、これらの（３）吸湿後リフロー試験の結果は、×となった。
　比較例６は、Ａｇの含有量が所定の範囲外（上限超）であるため、Ａｇ由来の金属間化合物の粗大化を招き、却ってはんだ接合部の強度を低下させたと考えられる。そのため、比較例６の（１）Ｓｉチップ破壊確認試験の結果は、×となった。
　比較例８は、Ｃｕ及びＳｂの含有量が所定の範囲外（上限超）であるため、はんだ接合を行う際の加熱時の溶融が十分ではなく、そのために、はんだ接合部と被接合材との接合強度が低下したと考えられる。そのため、比較例８の（２）接合強度確認試験の結果は、×となった。
　また、比較例８は、Ｃｕ及びＳｂ由来の金属間化合物が粗大化し、却ってはんだ接合部の強度を低下させたと考えられる。そのため、比較例８の（１）Ｓｉチップ破壊確認試験の結果も、×となった。
　比較例９は、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量が所定の範囲外（下限未満）であるため、高い温度環境下において、はんだ接合部由来の再溶融はんだが、上述した隙間へ流出したと考えられる。よって、比較例９の（３）吸湿後リフロー試験の結果は、×となった。
　比較例１０は、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量が所定の範囲外（上限超）であるため、はんだ接合を行う際の加熱時の溶融が十分ではなく、そのために、はんだ接合部と被接合材との接合強度が低下したと考えられる。そのため、比較例１０の（２）接合強度確認試験の結果は、×となった。
　また、比較例１０は、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂ由来の金属間化合物が粗大化し、却ってはんだ接合部の強度を低下させたと考えられる。そのため、比較例１０の（１）Ｓｉチップ破壊確認試験の結果は、×となった。
　１　…　銅板
　２　…　Ｓｉチップ
　３　…　エポキシ封止材

Claims (6)

  1. 　Ａｇを０．１質量％以上３質量％以下と、Ｃｕを８質量％以上１５質量％以下と、Ｓｂを３０質量％以上４０質量％以下含み、残部がＳｎからなるはんだ合金。
  2. 　Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）は、下記式（Ａ）を満たす、請求項１に記載のはんだ合金。
    　５７．００≦Ａｇ×０．３７＋Ｃｕ×１．５６＋Ｓｂ×１．４６≦８２．００　　…（Ａ）
    　上記式（Ａ）において、Ａｇ、Ｃｕ及びＳｂは、それぞれＡｇ、Ｃｕ及びＳｂの含有量（質量％）を表す。
  3. 　更にＮｉを０．０１質量％以上０．５質量％以下含む請求項１または請求項２に記載のはんだ合金。
  4. 　更にＣｏを０．０１質量％以上０．５質量％以下含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のはんだ合金。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のはんだ合金からなる粉末と、
    　樹脂、活性剤及び溶剤を含むフラックスとを含む、ソルダペースト。
  6. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のはんだ合金を含むソルダプリフォーム。
    　
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