(57)【要約】  ボイドの発生を抑制し、信頼性に優れるソルダペーストを提供する。ソルダペーストは、Ｓｎ系粉末と、Ｓｎ及び１０質量％以上のＳｂを含有するＳｎＳｂ系合金粉末と、フラックスと、を含有し、ＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度はＳｎ系粉末の液相線温度より高く、Ｓｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末との含有比は、７５：２５〜９５：５である。好ましくは、Ｓｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末との含有比は、８０：２０〜９０：１０である。
2019198690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ系粉末と、Ｓｎ及び１０質量％以上のＳｂを含有するＳｎＳｂ系合金粉末と、フラックスと、を含有し、前記ＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度は前記Ｓｎ系粉末の液相線温度より高く、前記Ｓｎ系粉末と前記ＳｎＳｂ系合金粉末との含有比は、７５：２５〜９５：５であることを特徴とするソルダペースト。
【請求項２】
前記Ｓｎ系粉末と前記ＳｎＳｂ系合金粉末との含有比は、８０：２０〜９０：１０である、請求項１に記載のソルダペースト。
【請求項３】
前記Ｓｎ系粉末は、Ｓｎ粉末、４質量％以下のＡｇを含有するＳｎＡｇ系合金粉末、２質量％以下のＣｕを含有するＳｎＣｕ系合金粉末、０〜８０質量％のＢｉを含有するＳｎＢｉ系合金粉末、０〜８０質量％のＩｎを含有するＳｎＩｎ系合金粉末、並びに４質量％以下のＡｇおよび２質量％以下のＣｕを含有するＳｎＡｇＣｕ系合金粉末の少なくとも１種である、請求項１または２に記載のソルダペースト。
【請求項４】
前記Ｓｎ系粉末は、Ｐ：０．１質量％以下、Ｇｅ：０．１質量％以下、およびＧａ：０．１質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以下、Ｆｅ：０．１質量％以下、Ａｌ：０．１質量％以下、Ｐｄ：０．１質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以下、Ｃｏ：０．１質量％以下、およびＺｎ：１０質量％以下、Ｚｒ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｖ：０．１質量％以下、Ｎｂ：０．１質量％以下、およびＭｏ：０．１質量％以下の少なくとも１種を含有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のソルダペースト。
【請求項５】
前記ＳｎＳｂ系合金粉末は、Ａｇ：２５質量％以下、Ｃｕ：１０質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以下、Ｐ：０．１質量％以下、Ｇｅ：０．１質量％以下、Ｆｅ：０．１質量％以下、およびＢｉ：２０質量％以下、Ａｌ：０．１質量％以下、Ｇａ：０．１質量％以下、Ｐｄ：０．１質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以下、Ｃｏ：０．１質量％以下、Ｚｎ：１０質量％以下、Ｚｒ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｖ：０．１質量％以下、Ｎｂ：０．１質量％以下、およびＭｏ：０．１質量％以下の少なくとも１種を含有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のソルダペースト。
【請求項６】
前記Ｓｎ系粉末および前記ＳｎＳｂ系合金粉末が、球径０．１〜１００μｍの球状粉末である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のソルダペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイドの発生を抑制し、信頼性に優れるソルダペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車は、機械部品のみで構成されている部品を電動化することにより高機能化や高性能化を図っている。自動車の高機能化および高性能化を実現するためには、小型高密度に対応するエレクトロニクス実装技術が必要とされている。この実装技術に対応するためには、プリント基板と電子部品とを接続するはんだ継手の高い信頼性が要求される。【０００３】
例えば、エンジンの近傍に搭載されるプリント基板は、著しい温度差の中で長期間の使用が要求される。ハイブリッド自動車においては、大電力を取り扱うインバータを搭載しており、インバータの駆動温度に耐えうるはんだ継手が要求される。このように、自動車のエレクトロニクス実装技術では、はんだ継手を構成するはんだ合金が高い信頼性を有する必要がある。【０００４】
ところで、はんだ合金による環境汚染の懸念を抑制する観点から、従来から鉛フリーのＳｎ系はんだ合金が用いられている。これらの中でもＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金は良好なぬれ性を有するために広く使用されている。このはんだ合金よりも高い信頼性を有するはんだ合金としては、例えば特許文献１に記載のように、Ｓｂを含有するＳｎ系はんだ合金が挙げられる。Ｓｂは、固溶析出強化や、微細なＳｎＳｂ金属間化合物が形成され析出分散強化によりはんだ合金の信頼性を向上させることができる元素である。Ｓｂを含有するＳｎ系はんだ合金は、この合金粉末をフラックスに添加したソルダペーストとして使用されている。ただ、Ｓｂを含有するはんだ合金の液相線温度はＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金と比較して５〜１０℃程度高いため、電子部品の実装時にリフロー温度を５〜１０℃高く設定する必要がある。リフロー温度が高く設定されるとプリント基板に実装される電子部品が高温環境下に曝され、部品によっては熱的損傷を被ることがある。【０００５】
Ｓｂを含有するはんだ合金粉末を用いた実装技術として、例えば、特許文献２には、Ｓｎ系はんだ合金からなる第１合金粉末と、第１合金粉末より融点が高く、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｚｎのいずれか少なくとも１種を含有するＳｂ合金からなる第２合金粉末を含有する無鉛はんだが開示されている。特許文献２に記載の無鉛はんだは、溶融時に第１合金粉末のみが溶融するために、Ｓｂを含有しないはんだ合金と同程度のリフロー温度でＳｂを含有するはんだ継手が形成される。また、同文献では、第１合金相のぬれ性などの特性を維持したまま第１合金相中に第２合金相を均一に分散して含有することができる、とされている。さらに、同文献には、接合後、第２合金粉末の表面に、第１合金粉末と第２合金粉末との合金化反応による金属間化合物相が形成されることが記載されている。【０００６】
特許文献３には、１０〜３０ｗｔ％のＡｇと２〜２０ｗｔ％のＣｕを含有するＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金からなる第１粉末合金と、８ｗｔ％以下のＳｂを含有するＳｎ系の第２粉末合金を含有するクリームはんだが開示されている。また、特許文献３には、Ｓｎ−Ｓｂ系の液相線上昇による粘性増を抑えるため、Ｓｂ含有量を８ｗｔ％以下にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５―５０２８６号公報
【特許文献２】特開２００５―２５４２５４号公報
【特許文献３】特許第５１４２９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に記載の発明は、リフロー時に第２合金粉末が固相を維持するようにするため、第２合金粉末がＳｂを含有するとともにＳｎを含有しない。また、同文献には第１合金相のぬれ性などの特性を維持したまま第１合金相に第２合金粉末を均一に分散することが記載されている。つまり、特許文献２では、投入当初の第２合金粉末の形態が維持されるとともに、第２合金粉末が第１合金相に分散されるようにしている。しかし、第２合金粉末はＳｂを含有するために酸化されやすく、第２合金粉末の濡れ性が劣り、リフロー中に溶融した第１合金相中に第２合金粉末が溶け込まず、ボイドが外部に排出され難いため、はんだ継手にボイドが発生する。また、同文献には、リフロー後には第２合金粉末の表面に第１合金粉末と第２合金粉末との金属間化合物相が形成されていることが記載されている。同文献に記載の発明は第２合金粉末の表面だけが第１合金粉末と相溶しており、第２合金粉末が第１合金相中に溶け込んでいるわけではない。このため、リフロー後にボイドが外部に排出されず、はんだ継手にボイドが発生する。【０００９】
また、特許文献３に記載の発明は、ＡｇおよびＣｕの含有量を多くすることにより固液共存領域の温度域を広げ、リフロー時における溶融はんだの粘性を上げることを目的としている。この目的を達成するため、特許文献３に記載の発明では、ＡｇおよびＣｕを多く含有して液相線温度を高くしリフロー時に半溶融状態になる第１粉末合金と、Ｓｂ含有粉末合金と、を第１粉末合金：Ｓｂ含有粉末合金＝３：１の割合で混合している。このように、特許文献３では、溶融はんだの粘性を上げているため、リフロー後に合金粉末間の空隙がはんだ継手の内部に留まり、はんだ継手にボイドが発生する問題があった。【００１０】
はんだ継手にボイドが発生すると、はんだ継手を構成するはんだ合金自体の信頼性が高くてもはんだ継手としての信頼性が劣ることになる。このため、近年では、高い信頼性が要求される用途に使用するためには、ボイドの発生が抑制されたはんだ継手を形成することが望まれている。【００１１】
そこで、本発明の課題は、ボイドの発生を抑制し、信頼性に優れるソルダペーストを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述のように、特許文献２や特許文献３に記載されている２種類の粉末を用いたソルダペーストではボイドの発生が抑制されない。本発明者らは、接合信頼性を確保するため、Ｓｂを含有する１種類のはんだ粉末を有するソルダペーストを用いて、ボイドに関する問題点を抽出する検討を行った。Ｓｂを含有する１種類のはんだ粉末を用いた場合、リフロー温度がＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ粉末を用いた場合より５〜１０℃高く設定されなければならない。しかし、リフロー温度の上昇は電子部品への熱的負荷を与えることになるため、なるべく高温に設定しないようにすることが望まれている。また、Ｓｂ含有はんだ粉末は酸化によりぬれ性が劣化するため、リフロー温度の上昇によりぬれ性が一層劣化し、ボイドが発生してしまう。【００１３】
本発明者らは、はんだ継手の高い信頼性を確保するためには、はんだ継手を構成するはんだ合金のＳｂ含有量が０．５％以上必要であると想定し、Ｓｂを含有する合金粉末とＳｂを含有しないＳｎ系粉末の２種類を用いて検討を行った。ボイドの発生を抑制するためには、第１合金粉末と第２合金粉末が表面だけで相溶するのではなく、リフロー時に第１合金相中に第２合金粉末が溶け込むようにしなければならない。従来技術を鑑みると、ぬれ性を向上させるためにＳｂ含有量を低減した方がよいとも思われるが、Ｓｂ含有量を低減すると信頼性が確保されない。【００１４】
そこで、本発明者らは、信頼性を確保するためにＳｂ含有量を増やしても第１合金粉末と第２合金粉末との高いぬれ性を示すようにするため、Ｓｂに加えてＳｎも同時に含有するＳｎＳｂ系合金粉末を用いた。そして、液相線温度が低くぬれ性に優れるＳｎ系粉末の含有量が多くなるようにＳｎＳｂ系合金粉末と混合した。この結果、予想外にも、Ｓｂ含有量を増加したことによるぬれ性の劣化が抑制され、第１合金相中に第２合金粉末が溶け込みボイドの発生が抑制され、はんだ継手の信頼性にも優れる知見が得られた。【００１５】
この知見により完成された本発明は次の通りである。
（１）Ｓｎ系粉末と、Ｓｎ及び１０質量％以上のＳｂを含有するＳｎＳｂ系合金粉末と、フラックスと、を含有し、ＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度はＳｎ系粉末の液相線温度より高く、Ｓｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末との含有比は、７５：２５〜９５：５であることを特徴とするソルダペースト。【００１６】
（２）Ｓｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末との含有比は、８０：２０〜９０：１０である、上記（１）に記載のソルダペースト。【００１７】
（３）Ｓｎ系粉末は、Ｓｎ粉末、４質量％以下のＡｇを含有するＳｎＡｇ系合金粉末、２質量％以下のＣｕを含有するＳｎＣｕ系合金粉末、０〜８０質量％のＢｉを含有するＳｎＢｉ系合金粉末、０〜８０質量％のＩｎを含有するＳｎＩｎ系合金粉末、並びに４質量％以下のＡｇおよび２質量％以下のＣｕを含有するＳｎＡｇＣｕ系合金粉末の少なくとも１種である、上記（１）または上記（２）に記載のソルダペースト。【００１８】
（４）Ｓｎ系粉末は、Ｐ：０．１質量％以下、Ｇｅ：０．１質量％以下、およびＧａ：０．１質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以下、Ｆｅ：０．１質量％以下、Ａｌ：０．１質量％以下、Ｐｄ：０．１質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以下、Ｃｏ：０．１質量％以下、Ｚｎ：１０質量％以下、Ｚｒ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｖ：０．１質量％以下、Ｎｂ：０．１質量％以下、およびＭｏ：０．１質量％以下の少なくとも１種を含有する、上記（１）〜上記（３）のいずれか１項に記載のソルダペースト。【００１９】
（５）ＳｎＳｂ系合金粉末は、Ａｇ：２５質量％以下、Ｃｕ：１０質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以下、Ｐ：０．１質量％以下、Ｇｅ：０．１質量％以下、Ｆｅ：０．１質量％以下、およびＢｉ：２０質量％以下、Ａｌ：０．１質量％以下、Ｇａ：０．１質量％以下、Ｐｄ：０．１質量％以下、Ｃｒ：０．１質量％以下、Ｃｏ：０．１質量％以下、Ｚｎ：１０質量％以下、Ｚｒ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｖ：０．１質量％以下、Ｎｂ：０．１質量％以下、およびＭｏ：０．１質量％以下の少なくとも１種を含有する、上記（１）〜上記（４）のいずれか１項に記載のソルダペースト。【００２０】
（６）Ｓｎ系粉末および前記ＳｎＳｂ系合金粉末が、球径０．１〜１００μｍの球状粉末である、上記（１）〜上記（５）のいずれか１項に記載のソルダペースト。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、ピーク温度を２３０℃としたリフロー後におけるはんだ継手のＸ線透過平面写真であり、図１（ａ）は実施例１のＸ線透過平面写真であり、図１（ｂ）実施例２のＸ線透過平面写真であり、図１（ｃ）は比較例１のＸ線透過平面写真である。
【図２】図２は、ピーク温度を２３０℃としたリフロー後におけるはんだ継手の断面ＳＥＭ写真であり、図２（ａ）は実施例１の断面ＳＥＭ写真であり、図２（ｂ）実施例２の断面ＳＥＭ写真であり、図２（ｃ）は比較例１の断面ＳＥＭ写真である。
【図３】図３は、ＳｎＳｂ系合金粉末の含有量とＳｎＳｂ系合金粉末のＳｂ含有量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の例示として本発明を実施するための形態を以下に詳述する。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。
【００２３】
１．ソルダペースト
本発明に係るソルダペーストは、（１）Ｓｎ系粉末と、（２）Ｓｎ及び１０％以上のＳｂを含有するＳｎＳｂ系合金粉末と、（３）フラックスと、を含有する。各含有物について詳述する。
【００２４】
（１）Ｓｎ系粉末
本発明に係るソルダペーストは、ＳｎＳｂ系合金粉末との高いぬれ性を示すＳｎ系粉末を含有する。このため、リフロー中に、Ｓｎ相やＳｎ系合金相中にＳｎＳｂ系合金粉末が溶け込み、ボイドの発生を抑制することができる。
【００２５】
本発明のＳｎ系粉末の液相線温度は、低温接合の観点から、後述するＳｎＳｂ系合金粉末より低くする必要がある。Ｓｎ系粉末の液相線温度は、リフロー温度より低く、かつ、ＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度より低いことが望ましく、ＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度より３０℃以上低いことがより望ましい。
【００２６】
本発明のＳｎ系粉末は、ＳｎＳｂ系合金粉末との高いぬれ性を示す必要があるため、Ｓｎ粉末、４％以下のＡｇを含有するＳｎＡｇ系合金粉末、２％以下のＣｕを含有するＳｎＣｕ系合金粉末、０〜８０％のＢｉを含有するＳｎＢｉ系合金粉末、０〜８０％のＩｎを含有するＳｎＩｎ系合金粉末、または４％以下のＡｇおよび２％以下のＣｕを含有するＳｎＡｇＣｕ系合金粉末であることが好ましい。
【００２７】
これらの中でも、例えば、ＳｎＡｇ系合金粉末としては、Ａｇ：３．５％、並びに残部ＳｎからなるＳｎ−３．５Ａｇはんだ合金粉末が挙げられる。ＳｎＣｕ系合金粉末としては、Ｃｕ：０．７％、並びに残部ＳｎからなるＳｎ−０．７Ｃｕはんだ合金粉末が挙げられる。ＳｎＢｉ系合金粉末としては、Ｂｉ：５８％、並びに残部ＳｎからなるＳｎ−５８Ｂｉはんだ合金粉末が挙げられる。ＳｎＡｇＣｕ系合金粉末としては、Ａｇ：３．０％、Ｃｕ：０．５％、並びに残部ＳｎからなるＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金粉末が挙げられる。
【００２８】
また、本発明のＳｎ系粉末は、ぬれ性および低温接合が可能であればよいため、前述のはんだ合金を２種以上含有してもよい。２種以上含有する場合には少なくとも１種の液相線温度が後述するＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度よりも低ければよい。また、低温接合の観点から、ＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度より低い液相線温度を示すＳｎ系粉末の含有量が、ソルダペーストの全質量に対して５０質量％以上であることが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明のＳｎ系粉末は、リフロー時の溶融はんだの酸化を抑制してぬれ性を向上させるため、Ｐ、Ｇｅ、およびＧａの少なくとも１種を含有することが望ましい。溶融はんだの適切な粘性によりボイドの発生が抑制される観点から、Ｐ、Ｇｅ、およびＧａの少なくとも１種の合計量の上限は好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０８％以下であり、特に好ましくは０．０５％以下である。また、Ｐ含有量の上限は、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０８％以下である。Ｇｅ含有量の上限は、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０８％以下である。Ｇａ含有量の上限は、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０８％以下である。
【００３０】
また、ぬれ性が向上する効果を発揮するため、Ｐ、Ｇｅ、およびＧａの少なくとも１種の合計量の下限は好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．０１％以上であり、特に好ましくは０．０３％以上である。また、Ｐ含有量の下限は、好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．０１％以上である。Ｇｅ含有量の下限は、好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．０１％以上である。Ｇａ含有量の下限は、好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．０１％以上である。
【００３１】
さらに、本発明のＳｎ系粉末は、上記効果を損なわない範囲において、さらに任意元素を含有してもよい。任意元素としては、Ｎｉ：０．１％以下、Ｆｅ：０．１％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｐｄ：０．１％以下、Ｃｒ：０．１％以下、Ｃｏ：０．１％以下、およびＺｎ：１０％以下、Ｚｒ：０．１％以下、Ｍｎ：０．１％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｍｏ：０．１％以下の少なくとも１種である。
【００３２】
なお、本発明のＳｎ系粉末は、液相線温度の上昇およびぬれ性の劣化を抑制する観点から、好ましくはＳｂを含有しない。
【００３３】
本発明のＳｎ系粉末において、上記添加元素以外の残部はＳｎである。前述の添加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。
【００３４】
（２）Ｓｎ及び１０％以上のＳｂを含有するＳｎＳｂ系合金粉末
本発明のＳｎＳｂ系合金粉末は、リフロー後におけるはんだ継手の優れた信頼性を発揮させるため、Ｓｂを含有する必要がある。Ｓｂは、Ｓｎ中で固溶析出強化や、微細なＳｎＳｂ金属間化合物が形成された析出分散強化によりヒートサイクル後のシェア強度を向上させるため、はんだ合金の信頼性を向上させることができる元素である。
【００３５】
この効果を発揮するため、ＳｎＳｂ系合金粉末にはＳｂを１０％以上含有する必要がある。Ｓｂ含有量の下限は好ましくは１２％以上であり、より好ましくは１５％以上である。Ｓｂ含有量の上限は、Ｓｂの酸化によるＳｎＳｂ系合金粉末の粘性の上昇を抑えるため、好ましくは４０％以下であり、より好ましくは３５％以下であり、特に好ましくは３０％以下である。
【００３６】
また、Ｓｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末の合計量に対するＳｂ含有量は、０．５％以上であればはんだ継手の高い信頼性を確保することができる。好ましくは０．７５％以上であり、より好ましくは１．０％以上であり、さらに好ましくは２．０％以上であり、特に好ましくは３．０％以上である。
【００３７】
また、本発明のＳｎＳｂ系合金粉末は、Ｓｎ系粉末とのぬれ性を向上させることによりボイドの発生を抑制することができるため、Ｓｎを含有する必要がある。Ｓｎを含有しないＳｂ系合金粉末を用いた場合、前述のＳｎ系粉末がＳｂ合金粉末と濡れるとしても、濡れるのはＳｂ合金粉末の表面のみであり、リフロー中に内在する空隙を外部に逃がすまでには至らない。
【００３８】
一方、本発明のようにＳｎを含有するＳｎＳｂ系合金粉末は、ＳｎＳｂの形成の際に消費されずに粉末中に残存するＳｎを含有するため、Ｓｎ系粉末のＳｎ相やＳｎ系合金相がＳｎＳｂ系合金粉末に対して濡れやすい。このため、リフロー時に残存する空隙が外部に移動しやすく、ボイドの生成を抑制することができる。
【００３９】
本発明のＳｎＳｂ系合金粉末のＳｎ含有量は、Ｓｎ系粉末と相溶しやすくするためにＳｎＳｂ金属間化合物が形成された後でもＳｎが残存するような量であることが望ましい。Ｓｎ含有量は好ましくは４０〜９０％であり、より好ましくは５０〜８５％である。
【００４０】
本発明のＳｎＳｂ系合金粉末は、上記効果を損なわない範囲において、任意元素を含有してもよい。任意元素としては、ＳｎＳｂ系合金粉末は、Ａｇ：２５％以下、Ｃｕ：１０％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｇｅ：０．１％以下、Ｆｅ：０．１％以下、およびＢｉ：２０％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｇａ：０．１％以下、Ｐｄ：０．１％以下、Ｃｒ：０．１％以下、Ｃｏ：０．１％以下、およびＺｎ：１０％以下、Ｚｒ：０．１％以下、Ｍｎ：０．１％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、およびＭｏ：０．１％以下の少なくとも１種である。
【００４１】
また、本発明のＳｎＳｂ系合金粉末は、前述のはんだ合金を２種以上含有してもよい。２種以上含有する場合には少なくとも１種の液相線温度がＳｎ系粉末の液相線温度よりも高ければよい。また、ＳｎＳｂ系合金粉末の含有量は、ソルダペーストの全質量に対して５０質量％未満であることが好ましい。
【００４２】
本発明のＳｎＳｂ系合金粉末は、ＳｎＳｂ系合金粉末のＳｎがＳｎ系粉末のＳｎ相やＳｎ系合金相中に溶け込むため、リフロー後にペースト中への投入当初の形態を維持しない。リフロー後のはんだ継手は、ＳｎＳｂ系合金粉末の金属間化合物相などがＳｎ相やＳｎ系合金相中に分散している組織になる。ＳｎＳｂ系合金粉末の固相線温度がリフロー温度より高い場合であっても、Ｓｎ相やＳｎ系合金相がＳｎＳｂ系合金粉末のＳｎに対して濡れ、ＳｎＳｂ系合金粉末中のＳｎＳｂ金属間化合物等がＳｎ相やＳｎ系合金相中に拡散するため、リフロー後にペースト中への投入当初の形態を維持しない。また、本発明に係るソルダペーストは、Ｓｎを含有する少なくとも２種類のはんだ粉末を含有するために両粉末が相溶することから、両粉末間に金属間化合物が形成されることはない。
【００４３】
本発明のＳｎＳｂ系合金粉末はＳｎを含有するため、ＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度はリフロー時の加熱ピーク温度より遥かに高い温度まで許容される。ＳｎＳｂ系合金粉末の液相線温度は、ピーク温度＋１０℃以上、ピーク温度＋５０℃以上、ピーク温度＋１００℃以上、ピーク温度＋１２０℃以上であってもよい。このように液相線温度が高温であるＳｎＳｂ系合金粉末を用いたとしても、本発明では信頼性に優れたはんだ継手を形成することができるのである。
【００４４】
本発明のＳｎＳｂ系合金粉末は、前述の添加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。
【００４５】
（３）Ｓｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末との含有比など
本発明のＳｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末の含有比は、リフロー時の溶融はんだのぬれ性を維持するため、７５：２５〜９５：５である必要がある。この含有比は、各粉末の質量比である。Ｓｎ系粉末の含有比が７５未満であると、ＳｎＳｂ系合金粉末がＳｎ相やＳｎ系合金相と十分にぬれず、ボイドが発生する。一方、ＳｎＳｂ系合金粉末の含有比が５未満であると、本発明におけるはんだ継手中のＳｂ含有量の目標値である０．５％に達しないことがある。Ｓｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末の含有比は、好ましくは８０：２０〜９０：１０である。
【００４６】
上記含有比は、はんだ継手中におけるＳｂ含有量の目標値が決まっている場合、ＳｎＳｂ系合金粉末中のＳｂ含有量が多くなれば、ＳｎＳｂ系合金粉末の含有比が小さくなるとともにＳｎ系粉末の含有比が大きくなる。このため、本発明に係るソルダペーストは、リフロー中にＳｎ相やＳｎ系合金相中にＳｎＳｂ合金粉末が溶け込みやすく、ボイドの発生を抑制するとともにはんだ継手の信頼性をも担保することができる。
【００４７】
Ｓｎ系粉末とＳｎＳｂ系合金粉末の合計量ははんだ継手を形成することができる量であればよく、例えばソルダペースト全質量に対して８５〜９５％であることが好ましい。
【００４８】
本発明に係るソルダペーストで用いるはんだ粉末は、球状粉末であることが好ましい。球状粉末であることによりはんだ合金の流動性が向上する。
【００４９】
また、はんだ合金が球状粉末である場合、球径は０．１〜１００μｍが好ましい。球状粉末であるはんだ材料の球径が上記範囲内であれば、微細なはんだ付けが可能となる。はんだ合金が球状粉末である場合、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８４−１：２０１４における粉末サイズの分類（表２）において記号１〜８に該当するサイズ（粒度分布）を有していると、微細な部品へのはんだ付けが可能となる。粒子状はんだ材料のサイズは、記号４〜８に該当するサイズであることがより好ましく、記号５〜８に該当するサイズであることがより好ましい。真球度は０．９０以上が好ましく、０．９５以上がより好ましく、０．９９以上が最も好ましい。
【００５０】
本発明において、球状粉末であるはんだ合金の球径及び真球度は、最小領域中心法（ＭＺＣ法）を用いるＣＮＣ画像測定システム（ミツトヨ社製のウルトラクイックビジョンＵＬＴＲＡ  ＱＶ３５０−ＰＲＯ測定装置）を使用して測定する。実施形態において、真球度とは真球からのずれを表し、例えば５００個の各ボールの直径を長径で割った際に算出される算術平均値であり、値が上限である１．００に近いほど真球に近いことを表す。
【００５１】
（５）フラックス
本発明のフラックスは、常法によりはんだ付けが可能であれば特に制限されない。したがって、一般的に用いられるロジン、有機酸、活性剤、そして溶剤を適宜配合したものを使用すればよい。フラックス含有量は特に限定されないが、ソルダペーストの全質量に対して５〜１５％であることが好ましい。
【００５２】
２．ソルダペーストの製造方法
本発明に係るソルダペーストは、当業界で一般的な方法により行われる。例えば、ロジン系樹脂、活性剤、及びポリマー成分を加熱混合してフラックスを調製し、フラックス中に上記合金粉末を導入し、攪拌、混合して製造することができる。
【００５３】
３．はんだ継手の形成方法
本発明のソルダペーストを用いたはんだ継手の形成方法は、プリント基板にマスクを介してソルダペーストを印刷し、電子部品を搭載後、リフロー炉で１６０〜２４０℃に加熱して形成される。この加熱温度は合金粉末の組成により適宜設定してもよく、Ｓｎ系粉末の液相線温度＋１０〜３０℃程度でよい。
【００５４】
本発明のソルダペーストは、低α線材料を用いて製造することにより、α線量を低減することができる。これをメモリ周辺の接合に用いると、ソフトエラーを抑制することができる。
【実施例】
【００５５】
・ペーストの作製
表１〜３に示す合金組成を有する２種類または１種類の合金粉末に対して、球径が２１μｍであり、ＪＩＳ  Ｚ３２８４−１：２０１４の粉末サイズ分類（表２）の５に該当する合金粉末を用意した。表１〜３に示す各粉末の含有量は、粉末の全質量に対する質量比（質量％）を表す。そして、公知のペースト状ロジン系フラックスと混合し、実施例１〜実施例４５および比較例１〜比較例４のソルダペーストを作製した。このソルダペーストは、合金粉末がソルダペーストの全質量に対して９０％であった。【００５６】
・ボイド面積率、最大ボイド径
これらのペーストを、Ｃｕ−ＯＳＰガラスエポキシ基板上に、メタルマスクを用いて厚さが０．１５ｍｍｔの厚さで上記ペーストを印刷した。その後マウンターを用いて、８ｍｍ×８ｍｍ×２ｍｍのＱＦＮを、ペースト上に載置した。その後、リフロー炉に投入し、ピーク温度が２３０℃となるように、２２０℃以上の温度域で４０秒間保持する条件でリフロー加熱を行い、実施例１〜実施例４５、および比較例１〜比較例４について各々６サンプルのはんだ継手を形成した。【００５７】
ペーストと基板もしくはダイとの接合状態は、株式会社ユニハイトシステムのマイクロフォーカスＸ線システム  ＸＶＲ−１６０を用いて６．７倍のＸ線透過平面写真を撮影し、ＱＦＮの放熱部分のボイド面積率および最大ボイド径を求めた。【００５８】
ボイド面積率は、各６サンプルのＸ線透過平面写真において、はんだ継手の面積に対するボイドの面積の割合（（（ボイドの面積）／（はんだ継手の面積））×１００（％））を求め、６サンプルの中で最大値と最小値の２サンプルを除外した４サンプルの平均値を算出して求めた。ボイド面積率が２０％以下の場合に「〇」とし、２０％より大きい場合に「×」とした。【００５９】
最大ボイド径は、各サンプルにおいて最も面積が大きいボイドをＸ線透過平面写真から目視にて選択し、そのボイドの投影円相当径の直径とした。最大ボイド径が３．０ｍｍ以下の場合に「〇」とし、３．０ｍｍより大きい場合に「×」とした。【００６０】
・ＴＣＴ３０００回後のシェア強度
前述のように作製したソルダペーストを、厚さが０．８ｍｍのプリント基板（材質：ＦＲ−４）に厚さが１２０μｍのメタルマスクでＣｕ電極に印刷した後、チップ抵抗部品をマウンターで実装して、最高温度２４０℃、保持時間６０秒の条件でリフローはんだ付けをし、試験基板を作製した。【００６１】
これらの試験基板を低温−４０℃、高温＋１２５℃、保持時間３０分の条件に設定したヒートサイクル試験装置に入れて３０００サイクル後、せん断強度測定装置（ＲＨＥＳＣＡ社製  ＳＴＲ−１０００）により６ｍｍ／ｍｉｎの条件でシェア強度（Ｎ）を測定した。シェア強度が１０Ｎ以上である場合、実用上問題なく使用することができるレベルであると判断して「〇」と評価し。１０Ｎ未満である場合を「×」と評価した。【００６２】
結果を表１〜３に示す。表１〜３中の合金組成に示す数値は、各合金組成の含有量（質量％）を表す。また、表１〜３に示す合金組成はすべて残部がＳｎである。【００６３】
【表１】
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【００６４】
【表２】
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【００６５】
【表３】
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【００６６】
表１〜３では、後述する図２に示す実施例１、実施例２、および比較例１の実測値を例示した。表１〜３から明らかなように、実施例１〜実施例４５のソルダペーストを用いたはんだ継手は、ボイド面積率が小さく最大ボイド径も小さいことがわかった。また、ＴＣＴ後のシェア強度も高い値を示した。【００６７】
一方、比較例１は、Ｓｎ系粉末を含有せず、Ｓｂ含有量が少ないＳｎＳｂ系合金粉末を用いたため、ボイド面積率が大きく、最大ボイド径が大きいボイドが形成された。比較例２および比較例３は、ＳｎＳｂ系合金粉末のＳｂ含有量が少ないためにＴＣＴ後のシェア強度が劣った。比較例４は、ＳｎＳｂ系合金粉末を含有しないため、ＴＣＴ後のシェア強度が劣った。【００６８】
実施例１、実施例２、および比較例１を、写真を用いて詳述する。
図１は、ピーク温度を２３０℃としたリフロー後におけるはんだ継手のＸ線透過平面写真であり、図１（ａ）は実施例１のＸ線透過平面写真であり、図１（ｂ）実施例２のＸ線透過平面写真であり、図１（ｃ）は比較例１のＸ線透過平面写真である。図１に示すように、実施例１および実施例２では、比較例１と比較してボイドの面積が小さく、最大ボイド径も小さいことが明らかになった。【００６９】
図２は、ピーク温度を２３０℃としたリフロー後におけるはんだ継手の断面ＳＥＭ写真であり、図２（ａ）は実施例１の断面ＳＥＭ写真であり、図２（ｂ）実施例２の断面ＳＥＭ写真であり、図２（ｃ）は比較例１の断面ＳＥＭ写真である。図２（ａ）に示すように、ピーク温度が２４０℃であっても溶融しない合金粉末を含有するソルダペーストであっても、問題なくはんだ継手が形成されていることがわかった。図２（ｂ）に示すように、ピーク温度が２４０℃において半溶融状態の合金粉末を含有するソルダペーストであっても、問題なくはんだ継手が形成されていることがわかった。【００７０】
また、両実施例では、合金粉末の原形は見られないことがわかった。さらに、ＳｎＳｂ系合金粉末の表面に金属間化合物が形成されていないことがわかった。これに加えて、金属間化合物がＳｎ相やＳｎ系合金相中に拡散しており、Ｓｎ相やＳｎ系合金相中にＳｎＳｂ系合金粉末が溶け込んでいることがわかった。【００７１】
また、表１〜３に示す結果と本発明の範囲との関係を、図３を用いて詳述する。図３は、ＳｎＳｂ系合金粉末の含有量とＳｎＳｂ系合金粉末のＳｂ含有量との関係を示す図である。図３では、Ｓｎ系粉末の合金組成がＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ａｇ：３％、Ｃｕ：０．５％、残部：Ｓｎ）であるとともにＳｎＳｂ系合金粉末の合金組成がＳｎ−７．５〜１２Ａｇ−１〜１．５Ｃｕ−５〜１５Ｓｂ（Ａｇ：７．５〜１２％、Ｃｕ：１〜１．５％、Ｓｂ：５〜１５％、残部：Ｓｎ）である実施例１〜実施例５および比較例２〜比較例４を表１〜３から抽出した。図３中、グレーの半透明で示されている領域は本発明の範囲である。横軸の「ＳｎＳｂ系合金粉末の含有量」とは、表１〜３に示した「ＳｎＳｂ系合金粉末」の「含有量（％）」を表す。【００７２】
図３から明らかなように、ボイドの発生を抑制し、信頼性に優れるソルダペーストは、ＳｎＳｂ系合金粉末のＳｂ含有量が１０％以上であり、かつ、ＳｎＳｂ系合金粉末の含有量が５〜２５％、すなわちＳｎ系粉末：ＳｎＳｂ系合金粉末＝７５：２５〜９５：５である実施例１〜実施例５であることがわかった。これに対し、これらの要件の少なくとも一方を満たさない比較例２〜４では、ボイドの発生の抑制および優れた信頼性の両立が困難であることがわかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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