SG, SK, SL, SM, ST, SV, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HR, HU, UA, UG, US, UZ, VC, VN, ZA, ZM, ZW. IE, IS, IT

(12) ft 許 協力条約に基づ いて公開された国際出願 (19) 世 界知的所有 権機関 国際事 務局 (43) 国際公開日 2009 年4 月23 日(23.04.2009) (51) 国際特許分類 (72) 発明者 ; および B23K 35/26 (2006.01) C22C 13/00 (2006.01) (75) 発明 者 /出 願人 (米国 につ いて のみ): 西 村 哲 郎 (NISHIMURA, Tetsuro) [JP/JP]; 〒5640063 大 阪府吹 (21) 国際出願番号 PCT/JP2008/068956 田市江坂町1丁目 1 6番1 5号Osaka(JP). (22) 国際出願日 2008年 10月20 日(20.10.2008) (74) f 理人: 濱田 俊明 (HAMADA, Toshiaki); 〒5410059 (25) 国際出願の言 語: 日木 語 大阪府大阪市 中央区博労 町1丁目8番8号 堺筋M S ピ_{ル2階 中}野 Osaka(JP). (26) 国際公開の言 語: 日木 語 ・濱田特許 事務所 指定 (30) 優 先 権子一タ (81) 国 (表示のない限り、全ての種類の国内保護が ): AE,AG,AL, AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB, BG,

特 l 2007-272810 可能

BH, BR,BW,BY,BZ, CA, CH, CN,Cの_ ,CR, CU, CZ, DE, 2007 年 10月 19 日(19.10.2007) JP

DK, DM,DO,DZ,EC, EE, EG,ES,FI, GB, GD, GE, GH, (71) 出願人(米国を除_<全て の指定国 につ いて): 株式 GM,GT,HN,HR,HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, 会社日本ス ペ リア ± (Nihon Superior Sha_Co・, Ltd_・) KN, KP, KR, KZ,LA,LC, LK, LR,LS,LT,LU, LY, MA, [JP几P]; 〒5640063大阪府吹 田市 江坂町1丁目1 6番 MD,ME, MG, MK,MN, MW, MX, MY, MZ, NA, NG,NI,

1 5号Osaka(JP). NO,NZ,OM, PG, PH, PL, PT,RO,RS,RU,SC,SD, SE,

[続 葉有] (54) Title: SOLDER JOINT

(54) 発明 の名称: はんだ継手

[07] _AA

O C層中の 測 定 例

AA [EXAMPLEOFMEASUREMENT OFCRACKINGINIMCLAYER] BBBGA-SCSAMPLE

CCPARTS ATWHICHMEASUREMENT ONCRACKINGWASCONDUCTED DDSCSOLDER

EECuSUBSTRATE(OSP)

(57) Abstract: Disclosedisa solder joininwhich the occurrence of crackingissuppressed. A jointisproduced from a solder alloy comprising0.01 to7.6wt ofCuand0.001 to6 wt ofNi,with the remainder beingSn.The alloy allows the maximum ranges of theCucontent and the Ni content. The lower limit of the Ni contentis 0.01wt , more preferably0.03wt . The upper limit of the Ni contentis 0.3wt , more preferably0.1wt . The lower limit of theCucontentis 0.1wt , more preferably 0.2 wt . The upper limit of theCucontentis7 wt , more preferably 0.92 wt . Also disclosedisa solder joint having the above-mentioned chemical composition.

(57) 要 約 ク ラツクの発生を抑制したはんだ継手 を提 供する。 C u O . ・0 1

～

_・ 重 量 、N i O_・ 0 0 1

～

6重量 、残部S nからなるはんだ合金によ_って継手 を製造した。C u N i の含 有量 は それぞれ最 大 限の幅を持 たせて いるが、N i の下限値 として、O

SG, SK, SL, SM, ST, SV, SY,TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, CH,CY,CZ,DE, DK,EE,ES,FI,FR,GB, GR,HR,HU, UA, UG,US, UZ, VC, VN,ZA, ZM,ZW. IE,IS, IT,LT, LU,LV,MC, MT,1皿 Nの,PL, PT,RO,SE, SI,SK,TR),OAPI(BF,BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, (84) 指定国 (表示のない限り、全ての種類の広域保護が可 GW,ML, MR, NE, SN,TD, TG).

能 ): ARIPO(BW,GH,GM, KE,LS, MW, MZ,NA,SD,

SL, SZ, TZ,UG,ZM,ZW), -Xーラシ ア(AM, AZ, BY, 添付 公開書類: KG, KZ,MD, RU,TJ, TM), ヨー_{ロ ツ} i (AT,BE, BG, —

・ 0 1重 量%、さ らに好まし は0・ 0 3重 量%に特定 した N iの上 限値 としては、O・ 3重 量 、さ らに好ま

し<は0_・ 1重 量%に特定 した。CC uuの下 限値 としては、

o

0.

.

11重 量%%、さ らに好まし<はO_・ 重 量%に特定 し た。C uの上 限値 としては、 重 量%、さ らに好まし

<

はo . 9 2重 量%に特定 した。 発明には、この組 成のはん だ継 手 を含 む、。

明

細

苫

はんだ継

手

技

術分野

０００1 本発明は、はんだ接 合物を構成 した場合に、接 合 界 面にひび

や

割

れ

が発生しにく

い

はんだ継手に関

す

るものである。

背

景

技

術

０００2 _ブリ_ント_{基板に電子部品などを実装}

_す

_{る場合には、従来}

_か

らはんだが用

_い

ら

れ

る。 そして、現在でははんだ合金と_して

_Pb

_{の使用が回}避さ

_れ

る方向が顕著であるので、

P

b

を用

_い

な

_いい

わゆる

Pb

フリ_{ーはんだに移行し}

_つつ

_{ある。そして、現在の}ところ

Pb

フリ ーはんだ合金と_{しては錫銀}銅系と、錫銅系と

_い

ぅ

₂

_{種類の組成が主流とな}

っ

て

_い

る。 ０００3

_b

フリ_{ーはんだは、材 料の人手容易性、コス ト、製品の信 頼性などを考慮}

_す

_ると、 某本的には

S

を主要 金 属と_し、こ

_{れに対 し}

_で

_{添加金 属を選 択}

_す

_{るものが主流 である} が、発明者は

S

を基礎と

_す

る

_い

わゆる錫銅系はんだを開発

す

る。 ０００4 特許文献

1:

特開平 ０ ０

742

０号公報 特許文献2

:

W

99

48639

発

明の開

示

発

明

が

解決

し

よう_と

_す

_る

_課題

０００5 上記先行技術のぅ_{ち、特許文献 ははんだ継手の素材}と_なる

_S

₇

_C

_を組 成と

_す

る錫銅系のはんだ合金であり_{、特許文献}

₂

_は

_S

_を組成と

_す

る錫銅 系のはんだ合金であるが、特許文献

2

は本発明者の開発に係るものである。 ０００6 と_{ころで、はんだに求め}ら

_れ

る物性と_{しては、はんだ付 け作業時にはぬ}

_{れ性や溶 融}

はんだの流動性が、凝固した後にははんだ継手と_{して強度、電気 特性など多種にわ} たる特性が求めら

れ

る。し

_か

しなが ら、

一般

に現在求めら

れて

_い

る特性 を満足したは んだ合金であ

_っ

ても、接 合物を構成 した時点で_ブリ_ント_基板と_{はんだ継手の接 合 部 界} 面付近にクラ_ックと

_い

わ

れ

る細

_かい

_ひび

や

割

れ

が発生

す

ること_{がある。そして、クラック} が発生した継手は、接 合強度が低下

す

る原因

や

、接 合 面積が 、さく_{なるので電気 抵} 抗が増大し、発熱発火が生じる_原因になり_{、致命的な欠陥}と_なるとレ_{ぢ問題がある。}

０００7 発明者は、このよぅなクラ_ックがはんだ接 合物、ある

_い

は継手部にと

_っ

_{て致命的な欠} 陥 になること_{に着目し、さらに、}このよぅな現象ははんだ合金の凝固時のメカニズムが

一要

因の可能性があると_{の想 定 の}もとに実 験を繰り_{返し、クラックの発 生を減}ら

す

こと ができるはんだ継手を追及し、本発明組成 によ

_っ

_{て上記課題を解決 した}ものである。

課

題 を

解決

す

る

ための

手段

０００8 本発明では、上述した課題を解決

す

るために、

C

０

～

7_・6重呈 ０

０

０

～

6重呈 。、残 部 S

_か

らなる無鉛はんだ合金を採用 し、この組成 の合 金 によ

_っ

_ては んだ継手を得た。この組成では、

C

と _{の含有呈はそれぞれ最大 限の幅を持た}

_せ

ており_{、この組成範囲であればその他 の組成}と_比較

す

るとクラ_ックの発 生を減少

す

る こと_{ができるが 、さらに実利用}と

_い

ぅ_{点を考慮してよ}り_{効果的にクラックを減少}さ

_せ

る範 囲を段階的に確 定 した。即ち、はんだ継手を製 造

す

る_{際 に用}

_い

る_{はんだ合金}と_して、 の下限値は、

0

_・０ 重 最 。、さらに好ましく_は

₀

・０

3

重呈 に特 定 した。また、 の 上限値は、

0

_・

3

重呈 。、さらに好ましく_は

₀

・ 重呈 に特 定 した。 ０００9

C

の下限値は、好ましく_は

₀

・ 重呈 。、さらに好ましくは

0

・

2

重呈 に特 定 した。 また、

C

の上限値は、好ましく_{は7重呈 。、さらに好まし}く_は

₀

・

9 2

重呈 に特 定 した ００1０ 本発明のその他 の手段と_{しては、上記構成 における に代えて}

_Co

z

_の群

か

ら選 択した少 なくとも

_つ

の金 属 を採用

す

ること_{も含 ま}

_れ

_{る。また、本発明におけるS} 合金に対

す

る 、あるレ_ソま

_{P d}

_Co

z

_に求める作用ある

_い

は機能 を極 端に阻苦しな

_い

金 属、例えば S 、 などを不純物と_して含

_む

_こと_も許容

_す

_る 。なお、ここで不純物と_は、例えば S

O

規格などにおける不純物呈と

_一致

_す

_るもので あると_理解

_す

る必要はなく_{、本発明組成 に期待}

_す

る_{効果 を決 定的に阻害}

_す

る添加呈 以上の含有呈を意 味

す

る。 ００11 なお、はんだ継手を形成

す

るプロセス としては、はんだごてによるはんだ付 け、リ_フ ローはんだ付 けと、デ_ィップな

_い

しはフローはんだ付 けが

一般

的である。そして、リ_フ ローの場合には_ブリ_ント_{基板 などの接 合物表面}

_か

ら金 属が溶出

す

る呈は極めて限ら

れて

_い

るので、はんだ組成そのものが継手組成であると

す

ること_{が可能である。}

_一方

、フローはんだ付 けの場合には接 合物表面が溶 融はんだに曝露さ

_れ

_{るので、食わ}

_れ

現象が生じ、使用

す

る_{はんだ合金組成}と_{結 果物であ}るはんだ継手の組成 は食わ

れ

の対象と_なる_{金 属が幾分}リ_{ッチになる可能性がある。し}

_か

_{しなが ら、溶 融はんだの組} 成が当初組成を維持 して

_い

る限り_にお

_い

_{て、成分 の変化はやは}り_わず

_か

_であり_、当初 のはんだ合金組成から大きく_外

_れ

_{るものではな}く_{、誤差の範囲である。従}

_っ

_{て、請 求} 項に記載した発明にお

い

て、特定した組成 のはんだ合金を用

_い

て製 造したはんだ継 手と_{、特定した組成を有}

_す

_{るはんだ継手には組成上にお}

_い

_て大きく_典なるところはな

い

。また、本発明の対象と_{なるはんだ継手の製 造 は、上記 記載 したプロセスに限定}

_す

るものではなく_、

_一般

_{的な継手の製 造方法によ}

_っ

_て得ら

_れ

_{たはんだ継手は全て対象} と

_す

_る。 ００12 好適 なはんだ継手を得るための、温度プロセス としては、はんだ付 け直後

_か

ら凝固 が安定

す

る_{までの工程にお}

_い

_{て徐 冷 を行な}う_{ことが好まし}

_い

_{。冷却速 度が速}

_い

_急冷 を行な

_っ

た場合には、継ぎ手に

_かか

る歪みははんだ自体より_{も被接 合体の構 造に}よ る_熱歪

_みに大

_きく_左右さ

_れ

_{る。そして、熱歪みがどこ}

_か

_{の部位 で限界 を超えた}と_き、そ こにクラ_ックが発生

す

ること_{になる。通常、はんだ合金}

_や

_ブリ_ント_{基板表面の金 属箔、} およ_びリ_{ード線などの金 属 は速}く_冷えま

_す

_が樹脂

_か

_らなるブリ_ント_{基板は熱伝 導性が} 低

_い

ため冷却が遅

れ

る。そして、_ブリ_ント_{基板の某材に使用}

_す

_{る樹脂は熱膨張係数} が大きく、耐熱性 を増

す

ためにガラス転移温度 (TG)も高く_な

_っ

_て

_い

_{るので、熱歪みは}

むし

ろ大きくな

_っ

て

_い

ると考えら

れ

る。したが

_っ

て、金 属と樹脂の耐熱歪

みの差

による クラ_ックを回避

す

る_ために、こ

れ

らの間の差が大きく_影響しな

_い

よう_{に後 冷 を行な}う_こと が好まし

い

。実質的には、リ_{フローやフローなどはんだ付 け方法は典なるが、冷却速} 度は

2

～

5

C

秒ぐら

_い

の速 度が好まし

_い

。 ００13 本発明の、S 合金に関しての作用を以下説 明

す

る。図 はS 二 元状態図であるが、S と

_C

_{の金 属間化合物である}

_C

_{S は、銅}、 濃度が約

3 9

_・ 重 呈 以下の場合には、固相線 温度より_も低

_い

_{変 態温度である} o

_C

_を境と_{して、それ} より_{も低 温度側では斜 方品である刀}

C

_{S が出現し、固相線 温度 である}

₂₂₇

_C

までの高温度側にお

い

ては六方品である刀

C

S が出現

す

ることが知ら

れて

い

る。そして、このよう_{な状態である}

_か

_{ら、凝固時には温度 降下に伴}

っ

て六方品

か

ら斜 方_品へと_{同相変 態}

_す

ること_{になる。図}

₂

_{は図 の状態図の要 部 を拡 大した図である。}

また、六方品

_れ

づ結品構 造は

_い

わゆるクローズドパ_ックと呼ば

_れ

、結品の体積が

一

番小さく_まと_ま

_っ

_て

_い

_{る。この関係にお}

_い

_て六方品

_か

_{ら斜方品へ}と固相変 態が生じる と_{、変 態時に体積変化が起 こるこ}と_{になるが、溶 融はんだが凝固}

_す

る場合には温度 降下によ

_っ

_{て析出した}

_C

_{S の金 属間化合物に}も固相変 態が生じること_{は避 け}ら

れ

な

_い

。そう

_す

_ると_{、S 系合金をはんだ}と_して用

_い

_{た場合には上記 現象に起因して凝} 固後のはんだ継手にはクラ_ックが生じる可能性がある。また、接 合 部にクラ_ックが視覚

的に確認

さ

_れ

_な

_い

_{場合 であ}

_っ

_ても_{、接 合 部には固相変}態時の歪応力が内包さ

_れて

_い

る_{ので、軽 度の衝 撃などの外 部応力を契機}と_してこの盃応力が発散し、クラ_ックの出 現に

つ

なが るおそれがある。 ００14

一方

、S に対して を添加

す

ると、 は

C

S 相の

C

と

一部

置換し、(

C

)

S を形成

す

ること_が知ら

れて

_い

る。そして、実 験によると_{、金 属間化合物であ} る(

C

₎

S 中の 濃度が約

ga

の場合には、金 属間化合物の結品構 造は六 方品であり_{、常温 であ}

_っ

_{ても変 態温度以上で生じる六方品結品構 造のn} (C ) S を確認

す

ること_{ができた。こ}

_れ

_{は、 が}

_C

_{S の}う_ちの

_C

_{の一部と置換}

_す

_るこ 6 5 6 5 と_により_、六方品と_{しての結品構 造の安定化に寄与したためである。図3は が合金} 中に存在

す

る_{場合の金 属間化合物の結品構 造を示した}もので、観 察の対象と_した試 料はS

7C

０

_０

5 合金を約3 ００o

_C

_程度に均

_{一に溶 融}

_さ

せ

た後に凝固さ

せ

たも_{の、観 察 対象構 造は、}(

C

₎

S 金 属間化合物の結品格子像であり_、電 子線解析図形およ_{び任 意 5箇所の平均}

_か

ら元素分析 を行な

_っ

た。解析に用

_い

た装 置は、電界放出透過型電子顕微鏡 (フイリ_{ップス社製}

_G

_{、加速電圧を}

₂

_０

e

で測定した。測定手法は、高倍率結品格子観 察 (倍率:6 4万 6 4 ０mmの

ヵ

メラ長の電子線解析図形、ナノプローブによる_エネ_ルギー分散型 元素 分析 (

_S)

に よ

_っ

_{た。図3に明}ら

_か

なよう_{に、 が存在}

_す

_{る場合には、(}

_C

)

S 結品構 造は 六方品であること_が明ら

_か

_であり_{、結品内の 濃度は平均}

ga

_であ

_っ

_{た。なお、表} に、採取した5箇所の金 属間化合物自体の元素 分析 を示

す

。 ００15 表

試

￥牙

_の金

属

間化 合

物

の

元素

分析 結

果

(

六

方

晶の

q

Cu

S n )

a t 2 3 4 5 Av SD N 83０ 8 96 9 ０5 8 86 6 29 8 79 1０6 Cu 4390 523 4227 4605 456 46 3 34 2 S n 4779 38 2 4854 4509 4802 4503 36 7 N Cu 9 7 9 4 9 0０3 C N Sn ０9 58 ０6 122 1０8 22 ００16 このよぅ_な知見に

_おい

_て、発明者はS

C

に対 して を適最添加

_す

_れ

ば、_金属 間化合物である(

_C

₎

_{S 相が凝固過程で温度 降下しても六方品で結品構 造} が_安定

す

ること_{を確認 し、 を添加しな}

_い

_{場合における}

_C

_{S の六方品}

_か

_ら斜方品 への固相変態を抑制、ある

_い

_は回避できることを実現した。こ

_れ

によ

_っ

て、固相変態 時におけるクラ_ックの発 生を抑制し、又は接 合 部に盃応力が内包

す

ること_を回避した ００17 請求項における_{添加元素の最}と_しては、

_C

_に

_つい

_てほ状態図にお

_い

て固相変態 が生じる_{最大 限が約}

_{3 9}

_{・ 重呈 であるが、7} ・6重呈 以上では、液相

か

ら

C

S 相を経て

C

S 6 5相 が_形成さ

_れ

_る、

_い

_{わゆる包品反応を示}

_す

_{。そのため、はんだ合金} と_{しての利用目的を考慮 した場合、包品反応を経 な}

_い

_で

_C

_{S 相が液相}

_か

_ら直接 凝固

す

る

_C

_{の含有呈7・6重呈 を上限}と_{した。また、下限に}

_つい

_{ては、図 の相図} を参 照し、固相線 温度と_{並行して変 態温度を持}

_つ

_{範囲の下限まで理論的に発 明者} の知 見が適用さ

_れ

_ること_{になるので、}

₀

・０ 重呈 。に決 定 した。 さら_{に、発明者は の上限値}と_{して7重 最 を設定した。}こ

_れ

は、はんだ付 けには融 点が

一つ

の車要な事 項になるので、高温はんだとして一般_的に約

4

００

C

前後まで温 度を上昇さ

_せ

_{るため、S}

_C

_系にお

_い

_て

₄

_００

_C

_で

_C

_{S を析出}

_す

_る

_C

_の含有呈 に相当

す

る_{呈である。また、さら}なる

C

の上限値の限定と_して

₀

・

9 2

重呈 を設定し たが、

0

・ 重呈 。に

つい

ては、最近知ら

れ

たところであるS

C

三元系の状 態図におけるS

C

の共品点を考慮した。

C

の下限値に

_つい

ては、発明者はさら_に

₀

_{・ 重}呈 。、及_び

0

_・

2

重呈 を設定した。 こ

れ

は、S 系の無鉛 ほんだ合金における接 合強度などにお

_い

て

C

を添加

す

る_実質的な_{効果 を考慮 した}ものである。

００18 の添加呈と_{しては、上限の最大値を}

₆

_重呈 と_{したが、こ}

_れは

_、

_C

と _の置換率 がほぼ

5

: であり_、

_かつ

_{、S 系にお}

_い

_{て固相変 態が生じる}

_C

_{の最大 限が上述} したよぅ_に約

₃₉

_{・ 重呈 であ}ること_{を考慮した。また、下限値の最小値を}

₀

・００重 呈 と_{したが、こ}

_れは

_濃度が約

ga

_{の場合に六方品が維持}さ

_れ

る効果 を発 揮

す

ること_{が知 見によ}

_っ

_て確認さ

_れ

たため、

C

の下限値に対応 したこと_{による。さらなる} の上限値に

_つい

て、

0

_・

3

重呈 。、及_び

0

_・ 重呈 と_{したが、この限定に}

_つい

_ても の効果的濃度である

ga

を考慮して、

C

の段階的上限値に対応 したものである。

一方

、下限値に

_つい

ても0_・０ 重呈 及_び

0

_・０

3

重呈 と_したが、

_C

_{の段階的下限} 値に対応 したものである。 ００19 本発明では、上記組成 にお

_い

て、 世の置換金 属と_して、

_Pd

_Co

_z

_を 選 択的に採用

す

る。こ

れ

らの金 属 は、 止 同様にC S 金 属間化合物の

C

と

_一部

置換した構 造の金 属間化合物を生成

す

る

_か

らである。なお、

_e

も同じよぅ_に

_C

_S 金 属間化合物の

C

と

_一部

_置換

_す

_{る金 属であ}り_、

_Pd

_Co

z

と_{理論的には} 同様に位置

す

ること_{が可能であるが、}

_e

_{の場合には添加呈に応じた反応の抑制が} 幾分 困難 である

_か

ら、産業上の利用と

_い

ぅ_側面にお

_い

_{て本発 明の範囲}

_か

_ら外して

_い

る。 ００2０ なお、本発明では、

C

S 金 属間化合物に対 して

C

と

_一部

_置換

_す

_{る添加金 属を} 採用

す

ること_を主目的と

_す

_{るものであるが、請 求 項 ０に記載した金 属以外の S}

_b

のよぅな別途金 属を不純物レベ_ルで含

む

こと_を排除

_す

_{るものではな}

_い

_。

発

明の効果

００21 本発明は、こ

れ

らの組成 のはんだ継手を得ること_によ

_っ

_{て、S 合金}

_や

_、こ

れに

対して不純_物レベ_ルで含 ま

れ

る S

b

などが存在

す

る組成 にお

い

て、

C

S 金 属間化合物が凝固時に固相変 態

す

ること_{を抑制、あ}る

_い

_は回避

す

ること_{ができ、固} 屑変 態に起因した体積変化がなく_なること_により_{、凝固時のひび}

_や

_割

_れを

_回避

_す

_るこ と_{ができるば}

_か

り_ではなく_{、仮に凝固時にクラックが生じて}

_い

_な

_い

_{接 合 部 であ}

_っ

_ても、 盃応力を内包

す

ること_{を抑制できるので、経時変化に}よる突然の割

れの発 生や

、不 用意な衝 撃によ

_っ

_て盃が発散

す

ること_による割

れを防止

す

ること_{ができ、信 頼性 の商}

い

はんだ接 合 部 を提供

す

ること_{ができる。}

００2 2 なお、本発明による_{無鉛はんだ合金を市場に提供}

_す

る際の形態は、棒はんだに限 ら_ず、はんだ

_ぺ

一ス ト、ボー_ルはんだ、はんだ箔、はんだワイ_ヤなど、考えら

_れ

る全て の形態が適用可能である。また、はんだ付 けに

_つい

ては先に記載したよぅに、

一般

的 に適用さ

_れ

る_{はんだ付 け方法で得}ら

れ

たはんだ継手は全て対象と

_す

ること_{ができる。}

図

面

の

簡

単

な

説

明

００2 3 図 S 二元相図 図2 図 の二元相図の要 部拡 大図 図3 (

_C

₎

_{S 金 属間化合物の結品構 造を示}

_す

_写真 図4 S はんだと、 を添加したはんだのそ

れ

ぞ

れ

を用

_い

た継手のカ_ットザン プ_ルの断面の拡 大 写真 図5 _図

₄

_の写真をさらに拡 大 した状態を示

す

写真 図6 実施例

2

のリ_{フロー条件の温度 プロファイルを示したグラフ} 図7 _実施例

₂

_における金 属間化合物に発 生 したクラ_ックの測定例 を示

す

写真 図8 実施例

2

における金 属間化合物の断面、およ_びS と_{の界 面 のS} 写真 図9 実施例

3

における_{衝 撃試験の結 果 を示}

_す

グラフ 図1０実施例

4

における_測定結 果を示

す

グラフ 図11 実施例

4

における_測定結 果を示

す

グラフ 図12 実施例

4

における_測定結 果を示

す

グラフ 図13 実施例

4

における_測定結 果を示

す

グラフ 図14 実施例

4

における_測定結 果を示

す

グラフ 図15 実施例

4

における_測定結 果を示

す

グラフ 図16 同、実施例

4

における金 属間化合物の断面を示

す

写真 図17 同、実施例

4

における金 属間化合物の断面を示

す

写真 図18 同、実施例

4

における金 属間化合物の断面を示

す

写真 図19 同、実施例

4

における金 属間化合物の断面を示

す

写真 図2０同、実施例

4

における金 属間化合物の断面を示

す

写真 図21 同、実施例

4

における金 属間化合物の断面を示

す

写真

実

施

例 1

００24 発明者は、錫銅系の無鉛 はんだと_して広く_知ら

_れて

_い

_るS

_7C

₍

_{数値は重呈} )と、こ

_れ

に対 して

0

_・０5重呈 。の を添加したはんだ合金の

2

種類 を用

_い

てボー ルはんだを製 造し、こ

_れ

を通常の用法 に従

_っ

てリ_{フローしてはんだ継手を得た。図}

₄

はそれぞれのはんだ接 合 部 (継手部 )のカ_ット_{ザンプルの断面を電子顕微鏡 で確認}、 したものであり_{、 ０}ミ_{クロンスケールで観 察して}

_い

_{る。ここで、写}真_の下_層はブリ_ント_基 板上に存在

す

る

C

箔、上層がはんだである。この写真

か

らも明ら

_か

なよう_{に、左側写} 真の を添加したほんだ接 合したものでほ、接 合 部にほクラ_ックは

一切確

認さ

れ

な

_か

っ

た。

一方

、_右側写真に示したS

7C

合金で接 合したザンプ_ルでは、

C

箔と の界 面だけではなく_{、接 合 部か}らはな

れ

た場所にある_{金 属間}ィヒ_{合物中にもクラ} ックが 確認さ

_れ

_た。こ

れ

らは接 合 部表 面から確認

す

ること_はできな

_かっ

_{たが、接 合 部内にこ} のよう_なクラ ックが存在

す

る_{場合には、接 合強度の低下が生じる。} ００2 5 さらに発 明者は、より_精度の商

_い

_{確認 のため、5}ミ_{クロンスケールで}図

4

_のカット_ザン プ_ルを確認 して図5を得た。より_{高倍率における確認 では、S}

_7C

_{はんだ接 合} 部の顕著な割

れ

が確認さ

_れ

_{たのみであ}り_{、 を添加したはんだ接 合 部 では} 、

_刮

_ゥ

ラ_ックであ

_っ

ても確認

す

ること_はできな

_かっ

_た。

実

施

例

2 ００26 次に、ボー_ルはんだに

_つい

てより_{詳 細に効果 を確認}

_す

_{るための実験を行な}

_っ

_た。試 料は先の実施例 と同じ組成を用

_い

て

_い

る。ボー_ルはんだの製 造 は、公知 のボー_ル はんだ製造_手法により_{、直径 約5 に調整した。そして、こ}

_れを一枚

_{の S}

_P

_{某 板} 上に上記

2

種類のボー_ルはんだ試料を載

せ

、図6に示

す

温度プロフアイ_ルに従

_っ

て

2

回リ_{フローを行な}

_っ

_{てはんだ接 合試料 (継手試料 )を得た。なお、図6には示}さ

_れて

_い

な

_い

が、はんだ付 け完

_了

後の冷却に

_つい

ては

2

～

5o

C

秒の徐 冷にて試料を得た。 続

_い

て、_出現した金 属間化合物中に発 生 して

い

るクラ_ックの数およ_び長さ_{を測定した} 。即ち、はんだ接 合 部 (継手部 )、ある

_い

_{ははんだ接 合 界 面に発 生}

_す

るクラ_ックの数お よ_び長さ_を比較

す

ること_によ

_っ

_て、接 合強度を対比した。測定方法と_{しては、試料をシ} リ_{コン樹脂に埋没}さ

_せ

、金 属間化合物の断面観 察用 の試料を作成 し、断面のS 観 察およ_び

_S

による元素分析 を行な

_っ

た。測定機器は、日本電子製の走査型電 子顕微鏡 (

_{J S}

646

０

₎

を用

_い

、加速電圧

2

０ 、後方散 乱像 モードによ

_っ

て測

定した。また、金 属間化合物中のクラツクの測定と_{、金 属間化合物の厚}さ_{の測定は、} 日本電子製画像解析ソフト(

_{a s s}

_{S a o :商品}名) により_、

_一例

と_して示

_す

_図7 のよう_に行な

っ

た。図中、

C

はんだと_{は、S はんだを示し、}

_C

と_{は、凝固によ}

っ

て発 生した金 属間化合物を示

す

もので、成長 して

_い

る金 属間ィヒ_{合物中に白線 を描} 写した部分が クラツクの発 生箇所、およ_びその長さ_を示して

_い

_る。なお、図8は

2

種類 の試料における断面 S 写真と_{、金 属間}ィヒ_{合物の表 面 S 写真であるが、 が} 添加さ

_れ

た試料はS の試料より_{も金 属間}ィヒ_合物が細

_か

く_均

_一であ

_ること_を確認、

す

ること_{ができる。こ}

_れは

_{、S の場合 の金 属間}ィヒ_合物は

_C

_{S であるが、} が添加さ

_れ

た場合の金 属間ィヒ_合物は

_C

_{が に置換}

_す

_{ることによ}

っ

て (

C

₎

S と_なり_{、個別の結品が細分化}

_す

_ること_によ_る。 ００2 7 表2 GAポール試科を用ぃ はん だ接合した

翻

の wc層卑位長さ当 りのクラッ 教及 び ク ラック鈴長_刮 ・

。

_{麟 倣 削}のゥ

_り

_奴 ゥ _紘さ ク ック致 ク ック長 層単位長さ当たりの c層単位長さ当たりの 早位 目 単位 M ク ック致 ク ック総長さ sc 72 33 9786 03 042 SON 40 67 42 27 0 6 0 16 ・ の 制 を た場 の ocの 測定 ク ク致 ク ック長 層単位長さ当たりの 層単位長さ当たりの 牢位 団 単位 ク ック数 単位 ク ック総長さ 単位 sc 100 0 1000 1000 1000 SON 56 2 43 2 5 6 38 組成 = 7 w SCN= 7 0 5N w ００28 表

2

に、上記実施例

2

の結 果 を示

す

が、上段の表 は

2

種類の試料におけるクラ_ック の実数と_{総長 を示した}もの、下段の表 は を添加しな S 試料の結 果 を ００ と_して、 添加試料の実数を百分率で示したものである。こ

れに

よると_{、S ０}

_7C

の試料に比_べて、

0

_・０5重呈 の を添加した試料はクラ_ックの発 生、およ_びその長 さが約

2

分の に抑制さ

_れ

_たこと_が確認さ

_れ

_{た。数値の根 拠 は、次の}通り_である。 金 属間化合物屑 単位長さ当たり_{のクラック数二測定クラック数 金 属間化合物長} 金 属間化合物屑 単位長さ当たり_{のクラック総長二測定クラック長総計 金 属間化合} 物長

実

施

例

3 ００29 次に、実施例

2

と同じ組成 の試料を用

_い

、同様にリ_{フローにて接 合試料 (継手試料 )}

を作成 し、接 合 部に対 して衝 撃試験を行な

_っ

た。クラ_ックが多く_発生して

_い

_{る接 合 部} は、衝 撃 吸収 能が低

_い

と

_い

う

_一般

_{的な知 見に某づ}

_い

_{た確認 を行な}う_こと_を目的と_した ものである。用

_い

_たブリ_ント_{某 板は} ・6mm厚 の 材 で、ランド径 を

0

・

42mm

に設 定して試料を得た。衝 撃測定に用

_い

た機器は、_ハイスピードボンドテスター (

da e

社 製

4

０００

_S)

であり_{、プル速 度を 、 ０ ００}

₂

_００(mm

se

) の

4

条件にて結 果 を 測定した。表

3

にその実測値を、図

9

はこの結 果 を比較グラフと_{して表 現 した。グラフ} にお

_い

て、三角のプロ_ット_{はS 試料、四角のプ}ロ_ット_はこ

_れ

に を添加した試 料を示して

_い

る。 ００3 ０ 表3 GAボ ール試料

観

ぃ、はんだ接合した試料の_力 試験にぉける吸収エ ネルギー量の測定E ・日 A試科のフル試我 にぉける吸収ェネルギー星測定伯 ヲル速 度 0 100 200 試科№ 9 92 089 7 SCN 06 70 2 96 単_也 山 ００31 上記衝 撃試験でも明ら

_か

なよう_{に、 を添加した試料は mm}

_sec

_{までのブル速 度} ではS 試料と_ほと_んど差がな

_い

が、こ

_れ

を超える大き

_い

_ェ

ネ_ルギーが加えら

_れ

た場合には耐性が高

_い

。

実

施

例

4

００3 2 さらに、発明者は、リ_{フローによるはんだ付 けだけでな}く_{、フローはんだ付 けにお}

_い

ても本発明が目的と

_す

る効果 を発 揮

す

ること_を確認

_す

るために、デイ_ップによ

_っ

て試 料を作成 し、実施例

2

で説 明したと_{同様の確認試験を行な}

_っ

_た。表

₄

_{にその結 果 を示}

す

。 ００3 3 表4

コ Ⅲ 仙 岨 坦 ： 洲 凹 坦 叫 寅 G 札 _{「 コ} 叫 Ⅲ 誕 肌 も w 岨 巾 世 ： か 叫 さ 凹 母 輻 心 巾 心 ゴ 肌 ョ 仙 叫 ト年 申 卦 c 咄 丈 楯 Ⅲ コ _小 仙 挫 巾 牡 安 也 ゆ り 卜 さ _世 き 肖 埋 世 毘 咄 仙 寸 伸 _七 仙 Ⅲ り 二 ト の 旺 ま お 鋭 卜 冊 粁 ００34 表

4

に示した試料は、S に対 して

C

が _・０重呈 。、

0

_・ 重呈 。、

0

_・

2

重呈 。、

0

92

重呈 。、

3

重呈 。、7重呈 。、およ_{び7・6重呈 の7通}り_{に調整し、さらに、それ} ぞれの

C

の調整に対 して、 添加なし、

0

_・００重呈 。、

0

_・０ 重呈 。、

0

_・０

3

重呈 。、

0

_・０5重呈 。、

0

_・ 重呈 。、

0

_・

3

重呈 。、およ_び6重呈 の8通り

_か

_{ら適宜選 択} した添加呈にて、合 計

34

種類 を作成 した。なお、デ_ィップの手法は一般的な手法を 用

_い

て

_い

る。そして、このよぅにして調整した

34

種類の試料を、

_ェ

ポキシ樹脂に埋没 さ

_せ

_{て断面観 察用試料を作成 し、実施例}

₂

と同様の機材 を用

_い

てクラ_ック実数、およ

びクラツク長 を測定した。 ００3 5 表5は、表

4

の測定実数値を

c

の添加呈に応じて7種類のグ_ループにし、それぞれ を添加しな

_い

場合のクラツク出現を ００と_{して、クラツク数、お}よ_びクラツク総長 を百 分率で示したものである。この比較は、表

2

と_{同様である。} ００36 表5 本実験で用ぃた合金組成及び子ィップにょるはんだ接合した試料の c層単位 長 さ当りのクラ_ッウ数及びクラ_ック聡長さの測定値 r ニ０を ０として c層単位 長さ当りのクラ_ック数及びクラ・ウ船長さを示した衷 合金組成 層単位 長さ当りのクラ・ク数及びクラック船長さ 成分 w C層羊位長さ当たりの C層単位長さ当たりの 試料 S C N クラ ク数 単位 クラ ク総長さ 単位 99 99 00 ０ 000 000 2 9998 00 1 00 1 667 750 3 9 996 00 1 003 00 0 0 4 99 89 00 1 ０ ㏄ 250 9 69 00 ０ ００ 250 6 9₃99 00 6 0 0 250 7 999 0 ０ 000 000 8 99 89 0 00 1 400 833 9 9 987 0 003 200 16 7 0 99 8 02 ０ 1000 1000 99 9 9 02 0001 0 0 00 2 99 79 02 00 1 0 0 500 3 99 77 02 003 0 0 500 4 99 7 02 0 0 0 00 5 9_{08 0}92 ０ 000 000 6 99079 092 0001 600 857 7 99 07 092 00 1 0 0 00 8 905 092 003 0 0 00 9 9898 092 0 1 200 286 20 97 3 ０ 1000 1000 2 9 695 005 500 3 9 22 96 9 3 0 603 505 23 967 3 0 3 724 593 24 93 7 ０ 1000 1000 25 9295 7 005 286 4 8 26 92 9 0 524 552 27 92 7 7 0 3 643 687 28 92 4 7 6 ０ 1000 1000 2 9 9239 7 ０ 600 444 30 9238 76 002 0 0 00 3 9237 76 003 0 0 00 3 2 9 2 76 ０ ００ ００ 3 3 2 76 ０ ００ ００ 34 86 4 76 6 0 0 00 ００3 7 図 ０

～

5は、表5の結 果 中の7重呈

C

の場合 を除

_い

た試料に関

す

る測定結 果 を視 覚的に理解 し

や

す

_い

よう_にグラフと_{したものである。7重呈}

_C

_{の場合 のグラフ} 化を省略したこと_に

_つい

_{ては、技術的意味はな}

_い

_。こ

_れ

ら_のグラフ

_か

ら容易に理解 で きるよう_{に、S 組成 に比較}

_す

_ると_{、 を添加した試料は全て、クラックの実数}も

総長も飛躍的に減少

す

る。特に、

C

添加呈が

0

_・

2

重呈 。、およ_び

₀

_・

_{9 2}

_{重呈 の場} 合に の添加呈を

0

_・００ 重呈 と_{した試料を実 験して}

_い

_るが(図

2

、図

3 )

、この 場合 でも

_い

ず

れ

も を添加しな

_い

試料と_比較

_す

_ると_{大幅にクラック実数お}よ_び総長が 減少しており_、

₀

・００重呈 と

い

う の添加にお

い

ても

十

分に効果 を発 揮 して

い

る こと_{を確認 した。}

_一方

_{、 の添加呈を6重呈 。}と_{した試料 (試料} ・6と

3

０) に

つい

て は、図 ０と_{図 の右側方向に出現}

_す

_{るが、グラフの関係で表 現 を省略して}

_い

_る。し

か

しなが ら、表

4

、およ_び表5

か

ら明ら

_か

なよう_に、試料

_{o 3}

_{０ではクラ} ックそのものを 確認 でき_ず、 _・6に

_つい

ても極めて 、さ

_い

クラ_ックのみし

_か

確認 し

か

な

_っ

たこと

_か

_ら の添加呈０_・

3

重呈 を超えて6重呈 までの範囲にお

_い

ても、その他 の試料と ほぼ同様の結 果 を呈

す

ると判断

す

ること_{ができる。図 6}

～

₂

_{は、実施例}

₄

_で得ら

_れ

_た 試料のう_{ち、 種類の試料の断面 S 写真を示したものであ}り_、

_C

_{の5種類の添加} 呈に対 して、 を添加した試料と_添加して

_い

_な

_い

_{試料を目視によ}

_っ

_て対比

_す

_ること_が できる。こ

れ

らの写真

_か

らも明ら

_か

なよう_{に、 を添加した試料は}

_C

_{S のよ}う_な針 状結品物の成長がほと_んど見ら

れ

ず、クラ_ックの発 生も確認さ

_れ

な

_かっ

た。なお、各 図に示した試料番 号は表

4

の試料番 号に対応 して

_い

る。

実

施

例

5 0038 次に、実施例5では、 と

_{P d}

_Co

z

_を置換さ

_せ

_{た組成 に}

_つい

_て、所望 の効果 を奏

す

ること_を確認

_す

_{るための試験を行な}

_っ

_{た。試料の作成}と_{、測定は、実施} 例

4

に準拠 した。表6に、各 資料の組成と_{、クラックの実数値、お}よ_び総長さ_{を、表7に} S

C

の二元組成 のクラ_ック数およ_び総長 を ００と_{した場合の各組成にお}けるそ

れを百分

率で示した。 ００39 表6 「 に の元素 置 せた ぴ フ る 接合した 科の C居単 長 当りの 及ぴ 長 の川定値 月 ００4０ 表7

に 元素 置 せた 粕 ひ ィッフに 接合した の C居単 長 当り 致及ひ 長 測定 ００ 素 この実施例 では、

C

の添加呈は

0

_・

9 2

重呈 。の 種類 であり_、

_{P d}

_Co

z

P

のそれぞれの添加最も

0

_・ 重呈 。の 種類 であるが、クラ_ックの発 生に

_つい

ては

P

d

添加が他の金 属 添加に比_べて幾分クラ_ックが多

_い

ものの、こ

れ

らの金 属 を添加しな S 組成 のクラ_ックと_比較

_す

ると_{半減した。また、 添加に}

_つい

_{て確認 した実} 施例

_{4 か}

ら

す

ると_、

_C

_{の添加呈、お}よ_び各

Pd

Co

z

の添加呈が増減し ても、 の場合と_{同様の効果 を期待}

_す

_ること_{は理論的に可能である。}

請 求

の

範

囲

C

０

～

7_・6重呈 。、

０

０

～

6重呈 。、残 部 S

_か

らなる合金ではんだ付 け したはんだ継手。 2 _{の下限は、}

₀

_{・０重呈 であ}る請 求 項 記載の合 金 ではんだ付 けしたはんだ継手 3 _{の下限は、好まし}く_は

₀

・０

3

重呈 である請 求 項 記載の合 金 ではんだ付 けした はんだ継手。 4 の上限は、

0

_・

3

重呈 である請 求 項

～

3

の

_い

ず

れか

記載の合 金 ではんだ付 けし たはんだ継手。 5 の上限は、好ましく_は

₀

・ 重呈 である請 求 項

～

3

の

い

ず

れか

記載の合 金 では んだ付 けしたはんだ継手。 6

_C

_{の下限は、}

₀

_{・ 重呈 であ}る請 求 項

～

5の

_い

ず

_れか

記載の合 金 ではんだ付 け したはんだ継手。 7

_C

_の下限は、好ましく_は

₀

・

2

重呈 である請 求 項

～

5の

い

ず

れか

記載の合 金 では んだ付 けしたはんだ継手。 8

_C

_の上限は、7重呈 である請 求 項

～

7の

い

ず

_れか

記載の合 金 ではんだ付 けした はんだ継手。 9

C

の上限は、

0

_・

9 2

重呈 である請 求 項

～

7の

_い

_ず

_れか

記載の合 金 ではんだ付 け したはんだ継手。 ０ と

_P

_Co

z

_P

_の群

_か

ら選 択した少 なくと_{も の金 属 を置換した請 求 項}

～

9

の

_い

ず

れか

記載の合 金 ではんだ付 けしたはんだ継手。 S

b

_e

及_び請 求 項 ０で選 択した金 属を除

い

た金 属を不純物と_して含

_む

_こ と_を許容

す

る請 求 項

～

０の

い

ず

_れか

記載の合 金 ではんだ付 けしたはんだ継手。 2

C

０

～

7_・6重呈 。、

０

０

～

6重呈 。、残 部 S

か

らなるはんだ継手。 3 の下限は、

0

_・０ 重呈 である請 求 項

2

記載のはんだ継手。 4 の下限は、好ましく_は

₀

・０

3

重呈 である請 求 項

2

記載のはんだ継手。 5 の上限は、

0

_・

3

重呈 である請 求 項

2

～

4

の

_い

_ず

_れか

記載のはんだ継手。 6 の上限は、好ましく_は

₀

・ 重呈 である請 求 項

2

～

4

の

い

ず

れか

記載のはんだ