WO2023054629A1

WO2023054629A1 - はんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手

Info

Publication number: WO2023054629A1
Application number: PCT/JP2022/036552
Authority: WO
Inventors: 貴大横山; 岳齋藤; 俊策吉川; 昴太杉澤
Original assignee: 千住金属工業株式会社
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2023-04-06
Also published as: KR20240056780A; TW202315698A; JP7161133B1; JP2023051074A

Abstract

濡れ性に優れ、はんだ継手の破断が抑制されることによって、高い信頼性を備えるはんだ合金、及びはんだ継手を提供する。はんだ合金は、質量％で、Ａｇ：１．０～３．７％、Ｃｕ：０．４～０．８％、Ｓｂ：０．５０～２．９０％、Ｉｎ：５．００～１０．００％、Ｎｉ：０．０１～０．０６％、および残部がＳｎからなる合金組成を有する。

Description

はんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手

　本発明は、種々の電子機器に用いるはんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手に関する。

　近年、パソコンなどの民生電子機器の高機能化により、基板に搭載される電子部品の性能が飛躍的に向上している。電子部品が高性能になるにつれて電子部品に大電流が通電されるため、民生電子機器の基板に用いられるはんだ継手は高温に曝されることがある。また、基板と電子部品がステップソルダリングによるはんだ付けで接合される場合には、はんだ継手は１５０℃程度の高温に曝される。一方、民生電子機器が寒冷地で使用されることは、容易に想定される。

　はんだ継手が過酷な環境下に曝される用途として、民生電子部品に加えて、車載電子機器もしくは産業電子機器が挙げられる。自動車はカーエレクトロニクス化が進み、ガソリン車からハイブリッド車を経て電気自動車に移行しつつある。これにともない、車載電子機器の基板は、用途の拡張によりエンジンルーム等の高温に曝される箇所に配置されることがある。一方、エンジン停止時には、寒冷地であれば－４０℃以下という低温に曝される。さらに、使用環境によっては、衝撃などの物理的な外力が電子機器に加わることがある。

　また、産業電子機器は、作業者にとって作業が困難な場所などで使用される。このため、産業電子機器の基板は、車載電子機器の基板と同様に、寒暖差が激しい環境に曝されたり外力が電子機器に加わることが想定される。

　ところで、基板と電子部品を接続する合金としてＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ合金が広く使用されている。はんだ合金の適用範囲は拡大しつつあるが、それに伴って、車載などの用途に代表されるように、過酷な環境で長期間使用しても、はんだ継手に破断や劣化が生じない高い接続信頼性が求められるようになってきている。

　しかし、電子回路が上述のような寒暖差に曝されると、電子部品とプリント基板の熱膨張係数の違いにより、はんだ継手に応力が集中する。また、外力が電子機器に加わった場合、断面積が小さいはんだ継手に応力が集中する。このため、従来のＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ合金を用いるとはんだ継手が破断する懸念があり、これを抑制するはんだ合金が求められている。

　例えば特許文献１には、基板のスルーホールにフィレットを形成した際のリフトオフを抑制し、溶融はんだの濡れ広がり性に優れ、冷熱サイクルによるクラック進展度が低いはんだ合金として、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｓｂ－Ｉｎはんだ合金に、任意元素としてＮｉなどを含有し得る合金組成が開示されている。同文献の比較例６には、Ａｇ：３．５質量％、Ｃｕ：０．８質量％、Ｓｂ：１．０質量％、Ｉｎ：６．０質量％、Ｎｉ：０．０７質量％、および残部がＳｎであるはんだ合金が開示されている。

　特許文献２には、金属間化合物の組織が小さく耐クラック性に優れ、ボイドおよびＣｕ喰われが抑制されるとともに、冷熱サイクル後におけるクラックの進展が抑制されることにより耐久性に優れるはんだ合金として、Ｓｎ－Ａｇ－Ｂｉ－Ｎｉ－Ｃｏ系はんだ合金に、任意元素としてＳｂ、Ｉｎなどを含有し得る合金組成が開示されている。同文献の実施例４０には、Ａｇ：３．０質量％、Ｃｕ：０．５質量％、Ｓｂ：１．５質量％、Ｉｎ：４．３質量％、Ｎｉ：０．０５質量％、Ｂｉ：０．５質量％、Ｃｏ：０．００５質量％、および残部がＳｎであるはんだ合金が開示されている。

特開２０１９－０６３８３０号公報特開２０１４－０３７００５号公報

　しかし、特許文献１および２に記載のはんだ合金は、前述のように、主としてヒートサイクル特性に着目した合金設計がなされている。電子機器がヒートサイクルに曝されると、基板と電子部品の熱膨張係数の違いからはんだ継手に応力が加わる。一方、振動が車載電子回路に加えられる場合、その応力の加わり方は、ヒートサイクル時に発生するプリント基板や電子部品の伸縮による応力とは異なると考えられる。このように、近年の電子機器の高機能化や用途の拡張による使用環境の劣悪化により、はんだ継手に種々の応力が加わったとしても、はんだ継手の破断が回避されるためには、はんだ合金自体の強度を向上させることが必要である。

　また、はんだ継手の破断は、はんだ継手を構成するはんだ合金の破断の他に、はんだ合金の濡れ性が劣ることにより生じる接合界面での破断も挙げられる。このように、従来よりも信頼性が高いはんだ継手を形成するためには、公知の合金組成を再検討する必要がある。

　本発明の課題は、濡れ性に優れ、はんだ継手の破断が抑制されることにより高い信頼性を備えるはんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手を提供することである。

　本発明者らは、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだ合金において、種々の応力を緩和することができる合金組成を検討した。従来では、冷熱サイクルの際に体積変化が大きいはんだ合金は、基板の線膨張係数との差によりはんだ継手が破断すると考えられていた。しかし、体積変化が小さいと、加えられた応力がひずみエネルギーとしてはんだ合金に蓄積され、むしろ破断を促進する恐れがある。

　まずは、冷熱サイクルの加熱時に加わる応力が緩和するように、敢えて、はんだ合金の体積変化が生じるＩｎに着目した。Ｉｎは、含有量に応じてβＳｎとγＳｎとの固相変態を促進するため、固相変態による体積変化を生じさせる。そこで、本発明者らは、特許文献１に記載されているように、Ｉｎ含有量を多くしたはんだ合金について検討した。

　ただ、体積変化が大きいとはんだ継手が接合界面で破断する。そこで、本発明者らは、溶融はんだの濡れ性、ならびに、はんだ合金中の合金組織及び接合界面での合金組織の微細化の観点から、Ｃｕ、Ｓｂ、およびＮｉの含有量について詳細に検討を行った。さらに、本発明者らは、冷熱サイクル時にはんだ継手の温度が上昇する際、直ぐにβＳｎからγＳｎへの固相変態が発生すれば速やかに応力が緩和されることに着目し、Ａｇの含有量についても詳細に検討した。その結果、添加元素であるＡｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｉｎ、およびＮｉの含有量が同時に所定の範囲内であるはんだ合金では、濡れ性に優れ、はんだ継手の破断が抑制される知見が得られ、本発明は完成した。

　これらの知見により得られた本発明は以下のとおりである。
　（１）質量％で、Ａｇ：１．０～３．７％、Ｃｕ：０．４～０．８％、Ｓｂ：０．５０～２．９０％、Ｉｎ：５．００～１０．００％、Ｎｉ：０．０１～０．０６％、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。

　（２）更に、質量％で、Ｃｏ：０．１００％以下を含有する、上記（１）に記載のはんだ合金。

　（３）更に、質量％で、Ｂｉ：５．０％以下を含有する、上記（１）または上記（２）に記載のはんだ合金。

　（４）更に、質量％で、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、およびＳｉの少なくとも１種を合計で０．１％以下を含有する、上記（１）～上記（３）のいずれか１項に記載のはんだ合金。

　（５）合金組成は、下記（１）式および（２）式を満たす、上記（１）～上記（５）のいずれか１項に記載のはんだ合金。
　１３２≦（Ｉｎ／Ｓｂ）×（Ｓｎ／Ａｇ）≦４５０　　　　（１）
　２５１≦Ｉｎ／（Ｃｕ×Ｓｂ×Ｎｉ）≦６９９　　　　　　（２）
　上記（１）式および（２）式中、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、およびＮｉは、合金組成の含有量（質量％）を表す。

　（６）上記（１）～上記（５）のいずれか１項に記載のはんだ合金を有するはんだ継手。

　（７）上記（１）～上記（５）のいずれか１項に記載のはんだ合金からなるはんだプリフォーム。

　（８）上記（１）～上記（５）のいずれか１項に記載のはんだ合金からなるはんだ粉末を有するはんだペースト。

　（９）上記（１）～上記（５）のいずれか１項に記載のはんだ合金を有するはんだ継手。

図１は、はんだ合金の断面ＳＥＭ写真であり、図１（ａ）は実施例６であり、図１（ｂ）は比較例３であり、図１（ｃ）は比較例８である。

　本発明を以下により詳しく説明する。本明細書において、はんだ合金組成に関する「％」は、特に指定しない限り「質量％」である。

　１．　はんだ合金
　（１）　Ａｇ：１．０～３．７％
　Ａｇは、βＳｎがγＳｎに相変態する温度を下げることにより、昇温時にひずみエネルギーを速やかに緩和し、はんだ継手の破断を抑制することができる。また、Ａｇ_３Ｓｎのネットワークを形成し、はんだ合金自体の強度を向上させることができる。Ａｇ含有量が１．０％未満であると、βＳｎからγＳｎへの相変態温度が下がらずに相変態が発生せず、はんだ継手の破断を抑制することができない。また、微細なＡｇ_３Ｓｎのネットワークが形成されずに強度が低下する。Ａｇ含有量の下限は１．０％以上であり、好ましくは１．５％以上であり、より好ましくは２．０％以上である。一方、Ａｇ含有量が３．７％を超えると粗大なＡｇ_３Ｓｎの初晶が晶出してしまい、強度が劣化する。Ａｇ含有量の上限は３．７％以下であり、好ましくは３．０％以下であり、より好ましくは２．３％以下である。

　（２）　Ｃｕ：０．４～０．８％
　Ｃｕは、液相線温度を抑えることにより溶融はんだの濡れ性を向上させることができる。Ｃｕ含有量が０．４％未満であるか又は０．８％を超える場合には、液相線温度が上昇してしまい、接合温度での流動性が低下することにより濡れ性が劣化する。また、Ｃｕ含有量が０．８％を超えるとＳｎとの化合物が析出し、接合界面に形成された金属間化合物が硬くなる。Ｃｕ含有量の下限は０．４％以上であり、好ましくは０．５％以上である。Ｃｕ含有量の上限は０．８％以下であり、好ましくは０．７％以下であり、より好ましくは０．６％以下である。

　（３）　Ｓｂ：０．５０～２．９０％
　Ｓｂは、Ｉｎを所定量含有するはんだ合金に添加されると、微細なＩｎＳｂ化合物を晶出させ、はんだ合金自体の強度を向上させることができる。また、Ｓｂは、室温を含む使用温度域においてＳｎに対する固溶限が変化するため、温度変化によりＳｎへのＳｂの固溶と析出が繰り返される。また、Ｓｂは、高温域では過飽和固溶体を形成するため、はんだ合金が固溶強化によりバルク強度が向上する。これに伴い液相線温度が低下するために濡れ性が向上する。

　Ｓｂ含有量が０．５０％未満であると、固溶強化および分散析出強化によるバルク強度の向上が図れない。また、ＩｎＳｂ化合物が微細にならず、バルク強度が向上しない。Ｓｂ含有量の下限は０．５０％以上であり、好ましくは０．７０％以上であり、より好ましくは１．００％以上である。一方、Ｓｂ含有量が２．９０％を超えると粗大なＩｎＳｂ化合物の晶出により、分散析出強化の持続性が消失する。Ｓｂ含有量の上限は２．９０％以下であり、好ましくは２．５０％以下であり、より好ましくは２．３０％以下である。

　（４）　Ｉｎ：５．００～１０．００％
　Ｉｎは、温度変化により変態点に達すると、徐々にβＳｎをγＳｎに相変態させることにより、これによりひずみエネルギーを緩和し、はんだ継手の破断を抑制することができる。従来では冷熱サイクル時の体積変化が大きい場合にはんだ継手が破断しやすいと考えられていたが、敢えて、本発明では体積変化が大きくなるように合金組成が調製されているため、従来のはんだ合金よりもはんだ継手の破損を抑制することができる。Ｉｎ含有量が５．０％未満であるとＳｎ相の固相変態が生じない。Ｉｎ含有量の下限は５．０％以上であり、好ましくは６．００％以上であり、より好ましくは７．５０％以上である。一方、Ｉｎ含有量が１０．００％を超えると液相線温度が下がりすぎ、また、Ｓｎ相の固相変態が生じない。Ｉｎ含有量の上限は１０．００％以下であり、好ましくは９．００％以下である。

　（５）Ｎｉ：０．０１～０．０６％
　Ｎｉは、はんだ付け後にＳｎへのＣｕの拡散を阻害し、接合界面に析出する金属間化合物の成長を抑制し、また、接合界面に析出する金属化合物の粗大化を抑制することにより、接合界面の強化を図ることができる。Ｎｉ含有量が０．０１％未満であると接合界面の強化を図ることができない。Ｎｉ含有量の下限は０．０１％以上であり、好ましくは０．０２％以上であり、より好ましくは０．０３％以上である。一方、Ｎｉ含有量が０．０６％を超えると液相線温度の上昇により濡れ性が低下する。Ｎｉ含有量の上限は０．０６％以下であり、好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０４％以下である。

　（６）　残部：Ｓｎ
　本発明に係るはんだ合金の残部はＳｎである。前述の元素の他に不可避的不純物を含有してもよい。不可避的不純物を含有する場合であっても、前述の効果に影響することはない。

　（７）Ｃｏ：０．１００％以下
　Ｃｏは、金属間化合物の成長を抑制し、合金組織を微細にする効果がある任意元素である。Ｃｏ含有量の上限は、好ましくは０．１００％以下であり、より好ましくは０．０５０％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。Ｃｏ含有量の下限は特に限定されないが、合金組織の微細化が図られる観点から、好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．００３％以上であり、更に好ましくは０．００５％以上であり、更により好ましくは０．００６％以上であり、特に好ましくは０．００７％以上であり、最も好ましくは０．００８％以上である。

　（８）Ｂｉ：５．０％以下
　Ｂｉは、Ｓｎ相に固溶し、はんだ合金の強度を向上させることができる任意元素である。また、適量が添加されるとはんだ合金が脆化せず、高い強度を維持することがある。Ｂｉ含有量の上限は、好ましくは５．０％以下であり、より好ましくは１．０％以下であり、さらに好ましくは０．３％以下である。Ｂｉ含有量の下限は特に限定されないが、固溶強化が十分に図られる観点から、０．１％以上であればよい。

　（９）その他の任意元素
　本発明に係るはんだ合金は、上記の他に、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、およびＳｉの少なくとも１種を合計で０．１％以下の量で含有してもよい。これらの元素が０．１％以下含有しても、粗大な化合物が析出することがなく、本発明の上記効果を発揮することができる。これらの元素の含有量の合計は、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０９％以下であり、さらに好ましくは０．０５％以下である。各々の元素の含有量については特に限定されるものではないが、好ましくは０．０００３～０．０２％である。これらの中で、ＦｅはＮｉと同様に、はんだ付け後にＳｎへのＣｕの拡散を阻害し、接合界面に析出する金属間化合物の成長を抑制し、また、接合界面に析出する金属化合物の粗大化を抑制することにより、接合界面の強化を図ることができる。

　（１０）（１）式、（２）式
　１３２≦（Ｉｎ／Ｓｂ）×（Ｓｎ／Ａｇ）≦４５０　　　　（１）
　２５１≦Ｉｎ／（Ｃｕ×Ｓｂ×Ｎｉ）≦６９９　　　　　　（２）
　上記（１）式および（２）式中、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、およびＮｉは、合金組成の含有量（質量％）を表す。
　本発明に係るはんだ合金は（１）式および（２）式を満たすことが好ましい。両式を満たすとはんだ合金自体の強度が向上するとともに、液相線温度の適正化により濡れ性の向上を図ることができる。

　本発明に係るはんだ合金は、（１）式を満たすと、Ａｇ_３Ｓｎが緻密に晶出するとともにＩｎＳｂが微細に晶出することにより、相乗的にバルク強度の更なる向上を図ることができる。各金属間化合物が緻密で且つ微細に晶出するためには、各金属間化合物の構成元素がバランスよく含有されていることが望ましい。また、金属間化合物の晶出量がいずれか一方に偏らずに分散していることにより、金属間化合物の粗大化が抑制されると推察される。（１）式の下限は、好ましくは１３２以上であり、より好ましくは１５０以上であり、特に好ましくは１８０以上である。（１）の上限は、好ましくは４５０以下であり、より好ましくは４３０以下であり、さらに好ましくは４１０以下である。

　また、本発明に係るはんだ合金は、（２）式を満たすと、液相線温度を更に適正な範囲に調整することができる。このためには、含有量が多いと液相線温度が低下するＩｎ、及び、含有量が多いと液相線温度が上昇するＣｕ、Ｓｂ、およびＮｉが、均衡を保つように含有されることが望ましい。特にＣｕ、Ｓｂ、およびＮｉは、Ｓｎより融点が高い金属間化合物を形成するため、液相線温度の適正化を図るためには、Ｉｎの含有量とともに総合的に調整することが望ましい。（２）式の下限は、好ましくは２５１以上であり、より好ましくは３００以上であり、特に好ましくは３４５以上である。（２）式の上限は、好ましくは６９９以下であり、より好ましくは６００以下であり、さらに好ましくは５００以下である。

　本発明に係るはんだ合金は、上述のように機械的特性の向上を図るため、Ａｇ_３Ｓｎが緻密に晶出するとともにＩｎＳｂが微細に晶出することが望ましい。緻密や微細の評価は、一般に平均結晶粒径で評価されている。しかし、粗大な化合物が１つでも存在すれば、はんだ合金の機械的特性は劣化する可能性がある。そこで、本発明では、これらの化合物の最大結晶粒径に着目し、最大結晶粒径が小さければ、緻密、微細な組織である、と評価することができる。Ａｇ_３Ｓｎでは、ネットワークを形成するために最適な大きさの粒径であることが好ましく、最大結晶粒径が５～１５μｍであることが好ましく、５～１０μｍであることがより好ましく、１０μｍ超え１５μｍ以下であってもよい。ＩｎＳｂでは、最大結晶粒径が７μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましく、１．８μｍ以下であることが更にこのましい。

　２．はんだボール
　本発明に係るはんだ合金は、はんだボールとして使用することができる。本発明に係るはんだボールは、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）などの半導体パッケージの電極や基板のバンプ形成に用いられる。本発明に係るはんだボールの直径は１～１０００μｍの範囲内が好ましい。はんだボールは、一般的なはんだボールの製造法により製造することができる。

　３．はんだプリフォーム
　本発明に係るはんだプリフォームの形状は、特に限定されるものではなく、板状、リング形状、円筒形状、リボン形状、スクエア形状、ディスク形状、ワッシャ形状、チップ形状、ワイヤ形状などの形態で使用することができる。はんだプリフォームは、融点がはんだ合金よりも高く、溶融はんだに濡れやすい高融点金属粒（たとえばＮｉ粒やＣｕ粒及び、ＮｉやＣｕを主成分とする合金粉）を内部に含有してもよい。

　４．はんだペースト
　本発明に係るはんだ合金は、はんだペーストとして使用することができる。はんだペーストは、はんだ合金粉末を少量のフラックスと混合してペースト状にしたものである。本発明に係るはんだ合金は、リフローはんだ付け法によるプリント基板への電子部品の実装に、はんだペーストとして利用してもよい。はんだペーストに用いるフラックスは、水溶性フラックスと非水溶性フラックスのいずれでもよい。典型的にはロジンベースの非水溶性フラックスであるロジン系フラックスが用いられる。

　５．はんだ継手
　本発明に係るはんだ継手は、半導体パッケージにおけるＩＣチップとその基板（インターポーザ）との接続、或いは半導体パッケージとプリント基板とを接合して接続する。すなわち、本発明に係るはんだ継手は電極の接続部をいい、一般的なはんだ付け条件を用いて形成することができる。

　本発明に係るはんだ合金を用いた接合方法は、例えばリフロー法によるステップソルダリングなどを用いて常法に従って行えばよい。加熱温度はチップの耐熱性やはんだ合金の液相線温度に応じて適宜調整してもよい。この他の接合条件は、はんだ合金の合金組成に応じて適宜調整することができる。

　表１および表２に示す合金組成からなるはんだ合金を調製し、評価１として液相線温度を測定し、評価２としてＡｇ_３Ｓｎの緻密性を評価し、評価３としてＩｎＳｂの微細化を評価し、評価４としてＳｎ相の固相変態を評価し、評価５として接合界面の均一微細化を評価した。

　・評価１：液相線温度
　表１の各はんだ合金を作製し、はんだ合金の液相線温度を測定した。液相線温度は、ＪＩＳ　Ｚ　３１９８－１の固相線温度の測定方法と同様のＤＳＣによる方法で実施した。液相線温度が２００～２１５℃の場合には「〇」と評価し、２１５℃を超える場合には「×」と評価し、２００℃を下回る場合にも「×」とした。

　　・評価２、３：Ａｇ_３Ｓｎの緻密性、ＩｎＳｂの微細化
　所定の金型に表１に示す合金組成からなるはんだ合金を鋳込み、得られたはんだ合金を樹脂でモールドして研磨し、はんだ合金が半分程度研磨された箇所をＦＥ－ＳＥＭにて１０００倍の倍率で撮影した。断面観察及びＥＤＳによるマッピング組成分析によりＡｇ_３Ｓｎの緻密性およびＩｎＳｂの微細化を評価した。マッピング組成分析により各々の化合物を同定し、目視にて最大の結晶粒を選択した。その結晶粒について、間隔が最大となるように平行な２本の接線を引き、その間隔を最大結晶粒径とした。Ａｇ_３Ｓｎの最大結晶粒径が５μｍ以上１０μｍ以下である場合には「◎」とし、１０μｍ超え１５μｍ以下である場合には「〇」とし、５μｍ未満である場合および１５μｍを超える場合には「×」とした。また、ＩｎＳｂの最大結晶粒径が１．８μｍ以下である場合には「◎」とし、１．８μｍ超え７μｍ以下である場合には「〇」とし、７μｍを超える場合には「×」とした。

　・評価４：Ｓｎ相の固相変態
　表１に示す各はんだ合金から、φ０．６ｍｍのはんだボールを調製した。このはんだボールを恒温槽を用いて、－４０℃⇔１２５℃条件のヒートサイクル環境に２００サイクル曝し、Ｓｎ相の固相変態が発生する環境下で評価を実施した。その後、恒温槽から取り出したはんだボールの真球度を評価した。真球度は、ＣＮＣ画像測定システムで測定した。装置は、ミツトヨ社製のウルトラクイックビジョン、ＵＬＴＲＡ　ＱＶ３５０－ＰＲＯである。真球度が０．９５未満であれば「◎」と評価し、真球度が０．９５以上０．９９未満であれば「〇」と評価し、真球度が０．９９以上であれば「×」と評価した。

　・評価５：接合界面の均一微細化
　表１に示す各はんだ合金から、φ０．６ｍｍのはんだボールを調製したはんだボールをＣｕパット上に搭載した後、２４５℃でリフローを行い、はんだバンプを作製した。はんだバンプとＣｕパットの接合界面の断面を撮影した断面ＳＥＭ写真から、金属間化合物（ＩＭＣ）の厚みを測定することにより接合界面の均一微細化を評価した。接合界面が均一で微細になっている場合には金属間化合物層が薄くなることから、評価５では、均一微細化の評価を金属間化合物の厚みで評価した。断面ＳＥＭ写真を画像解析ソフト（西華産業株式会社製：Ｓｃａｎｄｉｕｍ）により解析し、金属間化合物層の厚みを計測した。金属間化合物の厚みが１．５μｍ以下であれば「◎」、１．５μｍ超え２．５μｍ以下であれば「〇」、２．５μｍ超えであれば「×」と評価した。
　評価結果を表１～３に示す。

　表１～３から明らかなように、実施例１～４８は構成元素がいずれも適正であるため、液相線温度が所定の範囲内の温度を示した。また、Ａｇ_３Ｓｎが緻密でＩｎＳｂが微細であり、βＳｎからγＳｎへの固相変態が確認され、接合界面の組織が均一で微細になっていた。特に、（１）式および（２）式を満たす実施例３～８、１４、１５、および１８～４８は、すべての評価で優れた結果を示すことが確認された。

　一方、比較例１は、Ａｇ含有量が少なくＩｎを含有しないため、バルク強度が向上する程度にＡｇ_３Ｓｎが緻密にならず、また、Ｓｎ相の固相変態を確認することができなかった。
　比較例２および３は、Ａｇ含有量が適正ではないため、バルク強度が向上する程度にＡｇ_３Ｓｎが緻密にならなかった。

　比較例４～６は、Ｃｕ含有量が適正ではないために優れた濡れ性を示す液相線温度にはならなかった。
　比較例７および８は、Ｓｂ含有量が適正ではないため、バルク強度が向上する程度にＩｎＳｂが微細にならなかった。

　比較例９～１１は、Ｉｎ含有量が適正ではないためにＳｎ相の固相変態を確認することができなかった。また、比較例１１はＳｂを含有しないため、ＩｎＳｂ化合物が析出されなかった。
　比較例１２および１３は、Ｎｉ含有量が少ないために接合界面の均一微細化を確認することができなかった。また、比較例１２はＳｂを含有しないため、ＩｎＳｂ化合物が析出されなかった。
　比較例１４は、Ｎｉ含有量が多いために優れた濡れ性を示す液相線温度にはならなかった。

　これらの結果を、図を用いて説明する。図１は、はんだ合金の断面ＳＥＭ写真であり、図１（ａ）は実施例６であり、図１（ｂ）は比較例３であり、図１（ｃ）は比較例８である。図１（ｂ）に示すＡｇ_３Ｓｎは、破線で囲まれた部分の結晶粒径を測定した。図１から明らかなように、実施例６ではＡｇ_３Ｓｎが１０μｍ以下であり緻密に晶出するとともにＩｎＳｂが微細に晶出することがわかった。また、接合界面に析出した金属間化合物が均一で微細であることにより薄いこともわかった。一方、比較例３は、Ａｇ_３Ｓｎが粗大であることがわかった。また、比較例８は、ＩｎＳｂが粗大であることがわかった。

Claims

　質量％で、Ａｇ：１．０～３．７％、Ｃｕ：０．４～０．８％、Ｓｂ：０．５０～２．９０％、Ｉｎ：５．００～１０．００％、Ｎｉ：０．０１～０．０６％、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。
　更に、質量％で、Ｃｏ：０．１００％以下を含有する、請求項１に記載のはんだ合金。
　更に、質量％で、Ｂｉ：１．０％以下を含有する、請求項１または２に記載のはんだ合金。
　更に、質量％で、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、およびＳｉの少なくとも１種を合計で０．１％以下を含有する、請求項１または２に記載のはんだ合金。
　更に、質量％で、Ｂｉ：５．０％以下を含有し、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＳｉの少なくとも１種を合計で０．１％以下を含有する、請求項１または２に記載のはんだ合金。
　前記合金組成は、下記（１）式および（２）式を満たす、請求項１～５のいずれか１項に記載のはんだ合金。
　１３２≦（Ｉｎ／Ｓｂ）×（Ｓｎ／Ａｇ）≦４５０　　　　（１）
　２５１≦Ｉｎ／（Ｃｕ×Ｓｂ×Ｎｉ）≦６９９　　　　　　（２）
　上記（１）式および（２）式中、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、およびＮｉは、前記合金組成の含有量（質量％）を表す。
請求項１～６のいずれか１項に記載のはんだ合金からなるはんだボール。
請求項１～６のいずれか１項に記載のはんだ合金からなるはんだプリフォーム。
請求項１～６のいずれか１項に記載のはんだ合金からなるはんだ粉末を有するはんだペースト。
　請求項１～６のいずれか１項に記載のはんだ合金を有するはんだ継手。