(57)【要約】【課題】  本発明は、はんだ合金、特に鉛フリーはんだ合金をもちいて、新規のはんだ特性である接合部の放熱性や電気導電性等の高いはんだ接合特性を有したはんだ接合についての提案はなされていない現状を踏まえ、はんだ合金をもちいた接合において、高い放熱特性及び電気導電特性を有するはんだ接合部のはんだ接合構造の提供を目的とする。【解決手段】  はんだ合金をもちいてはんだ接合を行う場合に、もちいるはんだ合金に金属間化合物を微細化する効果を有する元素を特定量添加することにより、形成する金属間化合物の粒子を、より微細化、平坦化させ、当該金属間化合物の粒子サイズを制御することを特徴とし、更に、鉛フリーはんだ合金の１種であるＳｎ−Ｃｕ系はんだ合金においては、Ｎｉを微細化元素として添加する際のＣｕ及びＮｉの添加量を、Ｃｕが０．００１〜７．６重量％、Ｎｉが０．００１〜６重量％、残部をＳｎ（不可避不純物含む）とすることにより、形成する金属間化合物の粒子サイズを微細化することが可能となる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ接合部の接合構造であって、当該接合部の接合界面に形成する金属間化合物を制御したことを特徴とするはんだ接合構造を有するはんだ接合部。
【請求項２】
はんだ接合部の接合界面に形成する金属間化合物を制御する方法が、鉛フリーはんだ合金に金属間化合物を微細化する効果を有する元素を添加する方法であることを特徴とする請求項１記載のはんだ接合構造を有するはんだ接合部。
【請求項３】
金属間化合物を微細化する効果を有する元素が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＭｎより選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項２記載のはんだ接合構造を有するはんだ接合部。
【請求項４】
鉛フリーはんだ合金の組成がＳｎ及びＣｕからなり、金属間化合物を微細化する効果を有する元素がＮｉであり、Ｃｕを０．００１〜７．６重量％、Ｎｉを０．００１〜６重量％を含有し、残部がＳｎであることを特徴とするはんだ接合構造を有するはんだ接合部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば電子機器装置に搭載される電子部品の接合技術に関し、更に詳しくは、はんだ合金をもちいて電子部品をプリント配線がなされた基板に接合する際のはんだ接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、電子機器装置等にもちいられる電子部品は、プリント配線がなされた基板にはんだ付けをおこない搭載されている。そして、その接合材料であるはんだは、近年、環境的配慮よりＰｂを含まない合金が多くもちいられるようになって来ている。例えば、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ等の基本合金にＮｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｐ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ等を微量に添加したはんだ合金が提案されている。【０００３】  従来の鉛フリーはんだ合金は、従来もちいられてきたＰｂ含有はんだ（Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ）と同等の機械的性質や物理的性質を要求され、それに応じた特性を有する又は一部上回る特性を有するように工夫され提案されている。
例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（特許文献１）は、耐熱疲労特性に優れるとして広く使用されている。【０００４】  しかし、はんだ合金をもちいたはんだ接合では、はんだ接合部に接合母材との金属間化合物を有することが知られ、その金属間化合物がはんだ接合部にクラックを発生させる原因の１つと考えられ、はんだ接合界面の金属間化合物の形成を制御する方法（特許文献２）が提案されている。
また、はんだ合金をもちいたはんだ接合の場合、金属間化合物の形成は必然の現象であることも事実である。そのため、生成する金属間化合物を特定の組成にすることにより、接合界面に生じるクラックの発生を抑制する方法（特許文献３）も提案されている。【０００５】  また、最近では、電子部品の微細化や高密度化が更に進むと共に高輝度ＬＥＤ等の新規の電子部品の出現により、従来のはんだ接合では取分け重要と認識されていない特性であった、はんだ接合部の放熱性や電気導電性等の特性が重要と認識され始めている。
しかしながら、上記の微細化、高密度化が進んだ電子部品のはんだ付けに対応する方法として、はんだ合金の超微細化等が検討、提案されているが、はんだ接合部の接合構造に着目し、高い放熱性や電気導電性等の特性を有するはんだ接合の提案は未だなされていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−５０２８６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８４７８号公報
【特許文献３】国際出願ＪＰ２００８−６８７５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は、はんだ合金、特に鉛フリーはんだ合金をもちいて、新規のはんだ特性である接合部の放熱性や電気導電性等の高いはんだ接合特性を有したはんだ接合についての提案はなされていない現状を踏まえ、はんだ合金をもちいた接合において、高い放熱特性及び電気導電特性を有するはんだ接合部のはんだ接合構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明者は、上記目的を達成すべく、はんだ接合部の接合界面に形成する金属間化合物に着目して鋭意検討を重ねた結果、はんだ接合界面に形成する金属間化合物の粒子をより微細化、平坦化した状態に制御することにより、はんだ接合部に高い放熱特性及び電気導電特性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。【０００９】  具体的には、はんだ合金をもちいてはんだ接合をおこなう場合、もちいるはんだ合金に金属間化合物を微細化する効果を有する元素を特定量添加することによって、形成する金属間化合物の粒子を、微細化させ、当該金属間化合物の粒子サイズを制御することを特徴としている。
更に、鉛フリーはんだ合金の１種であるＳｎ−Ｃｕ系はんだ合金においては、Ｎｉを微細化元素として添加する際のＣｕ及びＮｉの添加量を、Ｃｕが０．００１〜７．６重量％、Ｎｉが０．００１〜６重量％、残部をＳｎ（不可避不純物含む）とすることにより、形成する金属間化合物の粒子サイズを微細化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、はんだ接合部のはんだ接合構造が微細化、均一化されるため、電気抵抗が低減され、それによる発熱や電流が流れる際のノイズの発生の抑制効果を有する。
また、本発明のはんだ接合構造を有した電子部品やそれを搭載する電子機器装置は、通電による負担低減はもとより、電子機器装置の発熱も低減される効果が期待できる。
そして、低い電気抵抗を有し高い電気導電性の接合が可能となるため、微細な電流等の変化の感知することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．７重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真及び形成した金属間化合物（ＩＭＣ）の表面ＳＥＭ写真。
【図２】従来のはんだ合金であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（比較例２，組成：Ａｇ＝１．２重量％，Ｃｕ＝０．５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）及びそれにＮｉを０．０５重量％添加した本発明のはんだ合金（実施例１，組成：Ａｇ＝１．２重量％，Ｃｕ＝０．５重量％，Ｎｉ＝０．０５％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真。
【図３】市販のプリント基板にはんだ合金をもちいてはんだ付けをおこなったときのはんだ接合部に電流が流れる際に、金属間化合物より伝播する波動及び干渉を表現した概念図。
【図４】本発明のはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（実施例２，組成：Ｃｕ＝０．７重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真及び形成した金属間化合物（ＩＭＣ）の表面ＳＥＭ写真。
【図５】比較例３〔Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕、及び実施例３〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真。〕
【図６】実施例４〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，Ｎｉ＝０．１重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕、及び実施例５〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，Ｎｉ＝０．３重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真。〕
【図７】比較例４〔Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図８】実施例５〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．００１重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図９】実施例６〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．０１重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図１０】実施例７〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．０３重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図１１】実施例８〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．１重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図１２】実施例９〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．０１重量％，Ｎｉ＝０．３重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図１３】実施例１０〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．７重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部に形成した金属間化合物を７０度傾けた方向より撮影したＳＥＭ写真〕
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下に、本発明について詳細に説明する。
はんだ合金をもちいてはんだ接合をおこなった場合、はんだ接合界面には金属間化合物を形成することは周知のことである。
現在汎用的に使用されている鉛フリーはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．７重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなった場合のはんだ接合部の断面写真及び形成した金属間化合物の表面写真を図１に示す。
また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ａｇ＝１．２重量％，Ｃｕ＝０．５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなった場合のはんだ接合部の断面写真を図２に示す。
図１及び図２の断面写真より、従来のはんだ合金をもちいておこなったはんだ接合に形成する金属間化合物は不均一でしかも結晶先端部が鋭角な形状をしていることがわかる。
なお、図１、図４及び図１３に示した金属間化合物の表面写真は、はんだ接合をおこなった後、エッチング液をもちいてはんだを除去した後にＳＥＭ写真を撮影したものである。
【００１３】  図３は、市販のプリント基板（ＯＰＳ基板）にはんだ付けをおこなったときのはんだ接合部に電流が流れた場合に発生する現象を表現した概念図である。
電流は、プリント基板の銅線部上に形成した金属間化合物（ＩＭＣ層）を伝わりはんだへ流れる。その際、電子はプリント基板のＣｕ部に伝播し、金属間化合物層を通過する。金属間化合物層を通過する際、電子は金属間化合物層内を屈折と反射を繰り返して金属間化合物結晶先端部に達し、その後、当該結晶先端部よりはんだへ導電されると考える。このことは、多くの場合、物質先端部より電子が放出され伝導するという電子特性から予測できる。
従来のはんだ合金をもちいたはんだ接合の場合、上述したように形成される金属間化合物の形状が、先端が鋭角になった多角柱状で、横断面長さが３マイクロメートルを超えるものが多く、中には５マイクロメートルを超える結晶も見られる。
このような形状をした金属間化合物層を通過してはんだに電子が伝導される場合、金属間化合物の結晶先端から電子が放出された場合は、ホイヘンスの原理に従い、伝播する波動に干渉波が発生すると考えられ、電子が配向性の高い金属単結晶内を通過する場合に発生する波動とは異なる異質の波動が発生すると考えられる。
【００１４】  上述の如く、従来のはんだ合金により形成される金属間化合物が、結晶先端部が鋭角な多角柱状の結晶構造を有し、はんだ中にまるで剣山のように突き刺すような状態で接合界面を形成しているため、プリント基板の銅から金属間化合物を介してはんだ合金中へ伝播される電子の波動は他の金属間化合物結晶先端部より放出される電子の波動と干渉しあい、異質の波動が発生すると考えられる。
【００１５】  しかし、本発明の金属間化合物の結晶状態は、図４からも明らかなように、従来の金属間化合物とは異なり、ほぼ均一な微細楕円球状であり、鋭角状になった結晶先端部を有しないため、金属間化合物を介してはんだ中に電子が放出される際に発生する波動は、従来の金属間化合物を介する場合とは異なると考えられる。これは、本発明のはんだ合金で形成する金属間化合物が微細で、しかもほぼ均一な楕円球状をしているため、当該金属間化合物を介して電子がはんだに放出される際の波動が、所謂漣の如く、微小且つ均一性が高くなっているため、干渉が生じた場合も、従来のはんだ合金により形成する金属間化合物の場合と比較して干渉波等の影響が低く抑えられていると予測できる。
上記の影響は、本発明のはんだ合金をもちいてはんだ接合をおこなったときに形成する金属間化合物を介して電流を流した場合、従来のはんだ接合の場合と異なり、より原音に近い音の再現が可能となるという専門家の実聴した見解より判明した。
このことは、明らかに本発明のはんだ合金をもちいたはんだ接合構造を介した電流により発生する波動が従来のはんだ合金をもちいたはんだ接合構造を介した場合とは異なることを実証しており、本発明のはんだ接合部のはんだ接合構造が、従来のはんだ接合構造と比較して、電気抵抗が抑制され、さらに放熱速度が速くなることが予測され、はんだ接合部の放熱特性や電気導電特性が向上すると考えられる。
【００１６】  本発明に使用できるはんだ合金は、鉛フリーはんだ合金であって、本発明の効果を損なわないものであれば、特に制限はなく、例えば、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ等が例示でき、本発明の効果を有する添加元素としては、はんだ合金に添加して金属間化合物を微細化する効果を有するものであれば特に制限はないが、Ｎｉの他にＣｏ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｐ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ等が例示でき、中でも、Ｃｏ，Ｆｅ，及びＭｏが好ましく、それぞれの元素を２種以上組合せて添加してもかまわない。
また、Ｎｉめっき処理をした接合母材に対して、添加元素としてはＧａが好ましい。
【００１７】  はんだ合金に添加する元素の配合量としては、本発明の効果を有する配合量であれば問題は無く、例えば、Ｎｉであれば、０．００１重量％〜６重量％が好ましい。
そして、Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金にＮｉを０．００１重量％〜６重量％を添加し、さらに、Ｇａを０．００１〜１重量％を添加してもかまわない。
また、Ｎｉめっき処理をした接合母材にはんだ接合する場合は、例えば、Ｓｎはんだ合金にＮｉ及びＧａを添加する際の配合量は、Ｎｉが０．００１重量％〜６重量％、Ｇａが０．００１〜１重量％が好ましい。
【００１８】  本発明のはんだ接合部の接合界面に形成する金属間化合物を制御する方法に関して、金属間化合物を微細化する効果を有する元素を添加する方法について説明したが、それ以外の方法をもちいて、はんだ接合部の接合界面に形成する金属間化合物を制御し、金属間化合物を介してはんだに電流が流れる際に発生する波動の干渉を抑制する等の効果を有してはんだ接合部の放熱特性や電気導電特性を向上させるはんだ接合構造を発生させる接合手段をもちいてもかまわない。
例えば、はんだ付けの手法や母材の表面処理方法を工夫して上記のはんだ接合構造を発生させることも可能である。
【実施例１】
【００１９】  次に、本発明のはんだ合金をもちいてはんだ接合の実施例を示す。
鉛フリー合金として広く知られているＳｎ−Ｃｕはんだ合金に、金属間化合物を微細化する元素として、Ｎｉを添加した場合の効果を図５及び図６に示す。
１．試料として、以下の４種類のはんだボールを準備した。
１）比較例３〔Ｎｉ無添加のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，残部Ｓ        ｎ，不可避不純物を含む）〕
２）実施例３〔Ｎｉ配合量が０．０５重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝        ３重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
３）実施例４〔Ｎｉ配合量が０．１重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３        重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
４）実施例５〔Ｎｉ配合量が０．３重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３        重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
２．準備したＢＧＡボールを市販のＯＳＰ基板に通常の用法にてリフローしてはんだ接  合をおこない、はんだ接合部のカットサンプルを作製し、断面ＳＥＭ写真を撮影して確  認試料を作製した。
３．比較例３及び実施例３を図５に、実施例４及び実施例５を図６に示した。
【実施例２】
【００２０】  図５及び図６より、Ｎｉを添加することにより、明らかにはんだ接合部の接合構造が微細化していることがわかる。
次に、Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金に、金属間化合物を微細化する元素として、Ｎｉを添加した場合の効果について、形成した金属間化合物の結晶サイズをもとに説明する。
１．試料として、以下の６種類のはんだボールを準備した。
１）比較例４〔Ｎｉ無添加のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，        残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
２）実施例５〔Ｎｉ配合量が０．００１重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ        ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．００１重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）        〕
３）実施例６〔Ｎｉ配合量が０．０１重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝        ０．９２重量％，Ｎｉ＝０．０１重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
４）実施例７〔Ｎｉ配合量が０．０３重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝        ０．９２重量％，Ｎｉ＝０．０３重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
５）実施例６〔Ｎｉ配合量が０．１重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０        ．９２重量％，Ｎｉ＝０．１重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
６）実施例９〔Ｎｉ配合量が０．３重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０        ．０１重量％，Ｎｉ＝０．３重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
２．準備したはんだボールを市販のＯＳＰ基板に通常の用法にてリフローしてはんだ接  合をおこない、はんだ接合部のカットサンプルを作製し、断面ＳＥＭ写真を撮影して確  認試料を作製し、金属間化合物の結晶先端部の距離（図７に例示）を測定し、写真の縮  尺より計算し、その平均を表１に示した。
３．比較例４を図７、実施例５を図８、実施例６を図９、実施例７を図１０、実施例８  を図１１、実施例９を図１２に示した。
【実施例３】
【００２１】
【表１】
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【００２２】  図７〜図１２及び表１より、Ｎｉ添加により、形成する金属間化合物の結晶構造が微細化、均一化していることがわかる。
また、Ｎｉ添加量を０．００１重量％から０．３重量％に増加させることにより、より微細化する傾向が見られる。【００２３】  次に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ａｇ＝１．２重量％，Ｃｕ＝０．５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）に、Ｎｉを添加した場合の効果を確認した。
１．試料として、以下の２種類のはんだボールを準備した。
１）比較例２〔Ｎｉ無添加のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ａｇ＝１．２重量        ％，Ｃｕ＝０．５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
２）実施例１〔Ｎｉ配合量が０．０５重量％のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（組成：        Ａｇ＝１．２重量％，Ｃｕ＝０．５重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％，残部Ｓｎ，        不可避不純物を含む）〕
２．準備したはんだボールを市販のＯＳＰ基板に通常の用法にてリフローしてはんだ接  合をおこない、はんだ接合部のカットサンプルを作製し、断面ＳＥＭ写真を撮影して確  認試料を作製した。
３．図２に比較例２及び実施例１として示した。【００２４】  図２より、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金においても、Ｎｉ添加により形成する金属間化合物の結晶構造が微細化していることがわかる。【００２５】  図１３は、本発明のはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．７重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部に形成した金属間化合物を７０度傾けた方向より撮影したＳＥＭ写真であるが、微細な金属間化合物が小石を敷詰めた状態でほぼ均一に平らに形成していることがよくわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】  本発明のはんだ接合部を有するはんだ接合をもちいた電子部品は、搭載する電子機器装置への負担低減はもとより、電子機器装置の昇温も提言されることが期待できる。また、低い電気抵抗を有し高い電気導電性の接合が可能となるため、微細な電流等の変化の感知することも可能となるため、微細電流の変化を感知することが要求されるセンサー、精密検査機器や音響機器等への応用が期待できる。
【符号の説明】
【００２７】  １      はんだ
２      ＩＭＣ層
２−ａ  ＩＭＣ結晶先端部
３      Ｃｕ
４      波動
４−ａ  干渉
５      電子の流れ
６      平面波
【図１】
2010274326.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010274326.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月10日(2010.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【図１】従来のはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕはんだ合金（比較例1，組成：Ｃｕ＝０．７重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真及び形成した金属間化合物（ＩＭＣ）の表面ＳＥＭ写真。
【図２】従来のはんだ合金であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（比較例２，組成：Ａｇ＝１．２重量％，Ｃｕ＝０．５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）及びそれにＮｉを０．０５重量％添加した本発明のはんだ合金（実施例１，組成：Ａｇ＝１．２重量％，Ｃｕ＝０．５重量％，Ｎｉ＝０．０５％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真。
【図３】市販のプリント基板にはんだ合金をもちいてはんだ付けをおこなったときのはんだ接合部に電流が流れる際に、金属間化合物より伝播する波動及び干渉を表現した概念図。
【図４】本発明のはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（実施例２，組成：Ｃｕ＝０．７重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真及び形成した金属間化合物（ＩＭＣ）の表面ＳＥＭ写真。
【図５】比較例３〔Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕、及び実施例３〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真。〕
【図６】実施例４〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，Ｎｉ＝０．１重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕、及び実施例５〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝３重量％，Ｎｉ＝０．３重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真。〕
【図７】比較例４〔Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図８】実施例６〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．００１重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図９】実施例７〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．０１重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図１０】実施例８〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．０３重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図１１】実施例９〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．１重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図１２】実施例１０〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．０１重量％，Ｎｉ＝０．３重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部の断面ＳＥＭ写真〕
【図１３】実施例１１〔Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．７重量％，Ｎｉ＝０．０５重量％残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなったときのはんだ接合部に形成した金属間化合物を７０度傾けた方向より撮影したＳＥＭ写真〕
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
以下に、本発明について詳細に説明する。
はんだ合金をもちいてはんだ接合をおこなった場合、はんだ接合界面には金属間化合物を形成することは周知のことである。
現在汎用的に使用されている鉛フリーはんだ合金であるＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．７重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなった場合のはんだ接合部の断面写真及び形成した金属間化合物の表面写真を図１に示す。
また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ａｇ＝１．２重量％，Ｃｕ＝０．５重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）をもちいてはんだ接合をおこなった場合のはんだ接合部の断面写真を図２（比較例２）に示す。
図１及び図２の断面写真より、従来のはんだ合金をもちいておこなったはんだ接合に形成する金属間化合物は不均一でしかも結晶先端部が鋭角な形状をしていることがわかる。
なお、図１、図４及び図１３に示した金属間化合物の表面写真は、はんだ接合をおこなった後、エッチング液をもちいてはんだを除去した後にＳＥＭ写真を撮影したものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図５及び図６より、Ｎｉを添加することにより、明らかにはんだ接合部の接合構造が微細化していることがわかる。
次に、Ｓｎ−Ｃｕはんだ合金に、金属間化合物を微細化する元素として、Ｎｉを添加した場合の効果について、形成した金属間化合物の結晶サイズをもとに説明する。
１．試料として、以下の６種類のはんだボールを準備した。
１）比較例４〔Ｎｉ無添加のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
２）実施例５〔Ｎｉ配合量が０．００１重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．００１重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
３）実施例６〔Ｎｉ配合量が０．０１重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．０１重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
４）実施例７〔Ｎｉ配合量が０．０３重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．０３重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
５）実施例６〔Ｎｉ配合量が０．１重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．９２重量％，Ｎｉ＝０．１重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
６）実施例９〔Ｎｉ配合量が０．３重量％のＳｎ−Ｃｕはんだ合金（組成：Ｃｕ＝０．０１重量％，Ｎｉ＝０．３重量％，残部Ｓｎ，不可避不純物を含む）〕
２．準備したはんだボールを市販のＯＳＰ基板に通常の用法にてリフローしてはんだ接合をおこない、はんだ接合部のカットサンプルを作製し、断面ＳＥＭ写真を撮影して確認試料を作製し、金属間化合物の結晶先端部の距離（図７に例示）を測定し、写真の縮尺より計算し、その平均を表１に示した。
３．比較例４を図７、実施例６を図８、実施例７を図９、実施例８を図１０、実施例９を図１１、実施例１０を図１２に示した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
【表１】
2010274326.tif 000017
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2010274326.tif 000018
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2010274326.tif 000019
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2010274326.tif 000020
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2010274326.tif 000021
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2010274326.tif 000022
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2010274326.tif 000023
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
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