(57)【要約】      （修正有）【課題】ビスマス／銅ベースのはんだ材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】ワイヤ状はんだ組成物には、８５〜９５重量％のビスマス、及び少なくとも５重量％の銅を含ませることができる。ワイヤ状はんだ組成物は、約１ミリメートル未満の直径、及び少なくとも２０％の破断点伸びを有することができる。【選択図】図１
2019107700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ状はんだ組成物であって：
約８５〜９５重量％のビスマス；及び
少なくとも５重量％の銅；
を含み；
ワイヤ状はんだは約１ミリメートル未満の直径を有し、そして
ワイヤ状はんだは少なくとも２０％の破断点伸びを有する、
前記ワイヤ状はんだ組成物。
【請求項２】
約５〜１５重量％の銅；及び
約０．０１〜約１重量％のガリウム；
を含む、請求項１に記載のはんだ組成物。
【請求項３】
約５〜１５重量％の銅；及び
約０．０１〜約０．１重量％のガリウム；
を含む、請求項１に記載のはんだ組成物。
【請求項４】
約８〜１０重量％の銅；及び
約０．０１〜約０．５重量％のガリウム；
を含む、請求項１に記載のはんだ組成物。
【請求項５】
約１０重量％の銅；及び
約０．１重量％のガリウム；
を含む、請求項１に記載のはんだ組成物。
【請求項６】
約０．１重量％未満の鉛；
を更に含む、請求項１に記載のはんだ組成物。
【請求項７】
約０．１重量％未満のスズ；
を更に含む、請求項１に記載のはんだ組成物。
【請求項８】
はんだ組成物が、ビスマス、銅、及び１重量％未満のガリウムから構成される、請求項１に記載のはんだ組成物。
【請求項９】
ワイヤ状はんだが１５ＧＰａ未満の弾性率を有する、請求項１に記載のワイヤ状はんだ。
【請求項１０】
ワイヤ状はんだが１０Ｗ／ｍ−Ｋより高い熱伝導率を有する、請求項１に記載のワイヤ状はんだ。
【請求項１１】
ワイヤ状はんだを形成する方法であって：
ビレットを押出して、約１ミリメートル未満の直径を有するワイヤ状はんだを形成し；
押出されたワイヤを約９３℃〜約１２１℃の間の温度で熱処理し；そして
押出されたワイヤがその固相線温度よりも高い間に、押出されて熱処理されたワイヤをスプール上に巻き取る；
ことを含む、前記方法。
【請求項１２】
押出されたワイヤを少なくとも１０秒間熱処理工程にかける、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
熱処理工程の後１０秒以内に、ワイヤ状はんだをスプール上に巻き取る、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
押出工程において、ワイヤを約２２０℃〜約２５０℃の温度で押出す、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
押出工程において、ワイヤを約１８００ｐｓｉ〜約１９５０ｐｓｉの圧力で押出す、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ワイヤ状はんだが、
約８５〜９５重量％のビスマス；
少なくとも５重量％の銅；
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
ワイヤ状はんだが、ビスマス、銅、及び約１重量％以下のガリウムから構成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
約８５〜９５重量％のビスマス；
約８〜１２重量％の銅；及び
約０．００１〜０．１重量％のガリウム；
を含むはんだ組成物。
【請求項１９】
ビスマス、銅、及びガリウムから構成される、請求項１８に記載のはんだ。
【請求項２０】
約１０重量％の銅を含む、請求項１８に記載のはんだ組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１２年８月１５日出願の米国出願１３／５８６，０７４、及び２０１２年８月１７日出願のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５１３４３（これらは、それぞれ２０１１年８月１７日出願の米国仮出願６１／５２４，６１０に対する優先権を主張している）に関連する。示された出願のそれぞれは、それらの全部を参照として本明細書中に包含する。
【０００２】
[0002]本発明は、はんだ材料、より特には鉛を含まないか又は実質的に含まないはんだ材料に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]はんだ材料は、種々の電気機械及び電子デバイスの製造及び組立において用いられている。過去においては、はんだ材料は、通常は、融点、濡れ性、展延性、及び熱伝導性のような所望の特性を有するはんだ材料を与えるために相当量の鉛を含んでいた。また、幾つかのスズベースのはんだも開発されている。より最近では、所望の性能を与える鉛フリー及びスズフリーのはんだ材料を製造する試みが存在する。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだ組成物には、８５〜９５重量％のビスマス、及び少なくとも５重量％の銅を含ませることができる。本ワイヤ状はんだ組成物は、約１ミリメートル未満の直径、及び少なくとも２０％の破断点伸びを有することができる。
【０００５】
[0005]幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだを形成する方法が提供される。この方法には、ビレットを押出して、約１ミリメートル未満の直径を有するワイヤ状はんだを形成し、押出されたワイヤを約９３℃〜約１２１℃の間の温度で熱処理し；そして、押出されたワイヤがその固相線温度よりも高い間に、押出されて熱処理されたワイヤをスプール上に巻き取る；ことを含ませることができる。
【０００６】
[0006]幾つかの態様においては、はんだ組成物には、約８５〜９５重量％のビスマス、約８〜１２重量％の銅、及び約０．００１〜０．１重量％のガリウムを含ませることができる。
【０００７】
[0007]複数の態様を開示するが、本発明の更に他の態様は、発明の具体的な態様を示し且つ記載する以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。したがって、詳細な説明は本質的に例示とみなすべきであり、限定とみなすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】[0008]図１は、ワイヤ押出プロセスの一態様のブロック図である。
【図２】[0009]図２は、ワイヤを押し出すための実験の概要を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0010]はんだ組成物は、２つの基材又は被加工材を接合するために用いられる可融性の金属及び金属合金であり、被加工材のものよりも低い融点を有する。半導体産業においてダイアタッチ用途のために用いられているもののようなはんだ組成物は、塊状ののはんだ製品、はんだペースト、及びワイヤ状はんだなど（しかしながらこれらに限定されない）の多くの異なる形態で提供することができる。
【００１０】
[0011]はんだペーストは、印刷、及び例えばシリンジを用いる分配など（しかしながらこれらに限定されない）の種々の方法を用いて基材に適用することができる流体又はパテ様の材料であってよい。代表的なはんだペースト組成物は、粉末状の金属はんだを、一時的接着剤として機能する粘度の高い媒体であるフラックスと混合することによって形成することができる。フラックスは、はんだ付けプロセスにおいて粉末状のはんだを溶融させるまで、はんだペーストの成分を一緒に保持することができる。はんだペーストに関して好適な粘度は、はんだペーストをどのようにして基材に適用するかに応じて変動する可能性がある。はんだペーストに関して好適な粘度としては、３００，０００〜７００，０００センチポアズ（ｃｐｓ）が挙げられる。
【００１１】
[0012]他の態様においては、はんだ組成物はワイヤ状はんだとして与えることができる。ワイヤ状はんだは、ダイを通してはんだ材料を引き出してスプール上に細いワイヤ状はんだを与えることによって形成することができる。好適なワイヤ状はんだは、約１ミリメートル（ｍｍ）未満の直径を有していてよい。幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだは、０．１、０．２５、若しくは０．６３ｍｍ程度の小さい値、又は０．７５、０．８、若しくは１ｍｍ程度の大きい値、或いは上記の値の任意の対によって定められる任意の範囲内の直径を有していてよい。例えば幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだは、約０．２５〜約０．８ｍｍ、より具体的には約０．６３〜約０．７５ｍｍの直径を有していてよい。幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだは２以上の片に分解することなくスプール上に巻回又は螺旋巻回することができる。
【００１２】
[0013]形態に関係なく、はんだ組成物は、その固相線温度、融点範囲、濡れ性、展延性、及び熱伝導性のような好適な物理特性に基づいて評価することができる。固相線温度は、はんだ材料が溶融し始める温度を表示する。固相線温度より低い温度においては、はんだ材料は完全に固体である。幾つかの態様においては、はんだ付け操作の工程を可能にし、最終用途のデバイスにおける熱応力を最小にするためには、固相線温度は約３００℃であってよい。
【００１３】
[0014]はんだ組成物の融点範囲は、固相線温度及び液相線温度によって規定される。液相線温度は、それより高い温度でははんだ材料が完全に溶融する温度を表示する。液相線温度は、結晶（例えば固体材料）が溶融体（例えば液体材料）と共存することができる最高温度である。液相線温度より高い温度においては、はんだ材料は均一な溶融体又は液体である。幾つかの態様においては、狭い融点範囲を有して、はんだが２つの相で存在する範囲を最小にすることが好ましい可能性がある。
【００１４】
[0015]濡れ性は、はんだが流動して基材又は被加工材の表面を濡らす能力を示す。濡れ性の程度がより大きいと、一般に被加工材の間の増加した結合強度が与えられる。濡れ性は、ドット濡れ試験を用いて測定することができる。
【００１５】
[0016]伸びは、引張試験において求められるワイヤの展延性の指標である。より高い伸びはより高い展延性を示す。ワイヤ状はんだの伸びは、「金属材料の引張試験に関する標準的な試験方法」と題されたＡＳＴＭ−Ｅ８にしたがって、Instron 4465機を用いて室温において求めることができる。幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだは、少なくとも約２０％、２５％、３０％、又は３５％の伸びを有する。
【００１６】
[0017]弾性率は、ワイヤ状はんだが加えられた力に応答して（例えば非永久的に）弾性変形する傾向の数学的表現である。幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだは、約１５ＧＰａより低く、約１２ＧＰａより低く、又は約１０ＧＰａより低い弾性率を有する。
【００１７】
[0018]全てのはんだ接合は、最終デバイスにおいて、デバイスの寿命にわたって減少するはんだ接合強度を経験する。増加した展延性を有するはんだは、デバイスの寿命を延ばし、より望ましい。展延性のはんだはまた、ワイヤ状はんだをスプール上に巻回又は螺旋巻回するのを可能にするためにここで更に記載するワイヤ状はんだの製造においても望ましい可能性がある。
【００１８】
[0019]高い熱伝導性もまた、デバイス性能のために望ましい可能性がある。幾つかの態様においては、はんだ材料によってダイをリードフレームに接続することができる。かかる態様においては、はんだは、熱をリードフレーム中に伝導することが望ましい可能性がある。幾つかの例においては、高い熱伝導性は高出力用途のために特に望ましい。幾つかの態様においては、好適なはんだ材料は、２０ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／ｍ−Ｋ）より高い熱伝導率を有していてよい。他の態様においては、好適なはんだ材料は、１０Ｗ／ｍ−Ｋより高く、又は１０Ｗ／ｍ−Ｋ〜約２５Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有していてよい。更なる態様においては、好適なはんだ材料は、１０、１２、１４Ｗ／ｍ−Ｋ程度の低い値、又は１５、１８、２０、若しくは２５Ｗ／ｍ−Ｋ程度の高い値、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内の熱伝導率を有する。
【００１９】
[0020]本ビスマス／銅はんだのようなはんだ材料は、鉛フリーにすることができる。本発明において用いる「鉛フリー」とは、０．１重量％未満の鉛を含むはんだ材料を指す。幾つかの態様においては、本ビスマス／銅はんだのようなはんだ材料は、スズフリーにすることができる。本発明において用いる「スズフリー」とは、０．１重量％未満のスズを含むはんだ材料を指す。
【００２０】
[0021]幾つかの態様においては、ビスマス／銅ベースのはんだ材料には、８５、８８、若しくは９０重量％程度の少ない量、又は９２、９３、若しくは９５重量％程度の多い量、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内の量のビスマス、並びに５、８、若しくは１０重量％程度の少ない量、又は１１、１２、若しくは１５重量％程度の多い量、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内の量の銅を含ませることができる。例えば、ビスマス／銅ベースのはんだ材料には、約８５〜約９５重量％のビスマス及び約５〜約１５重量％の銅、より特には約８８〜約９２重量％のビスマス及び約８〜約１２重量％の銅を含ませることができる。ガリウム、インジウム、リン、及び／又はゲルマニウムのようなドーパントを、０．００１、０．０１、０．０５、若しくは０．０７５重量％程度の少ない量、又は０．１、０．２５、０．５、０．７５、又は１重量％程度の多い量、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内の量で存在させることができる。好適なビスマス／銅はんだ材料には、少なくとも約１０重量％の銅、並びに残余量のビスマス及びドーパントをを含ませることができる。例えば、ビスマス／銅ベースのはんだには、約８９〜９０重量％のビスマス、約１０重量％の銅及びドーパントを含ませることができる。はんだ組成物には１種類のみのドーパント材料を含ませることができ、或いは２種類以上のドーパント材料の組合せを含ませることができる。
【００２１】
[0022]幾つかの態様においては、ビスマス／銅ベースのはんだ材料は、約１０重量％の銅、約０．１重量％のドーパント、及び残余量のビスマスから構成することができる。ドーパントは上記に示したものの単一の材料であってよく、或いはこれらの組合せであってよい。幾つかの態様においては、ドーパントはガリウムであってよい。
【００２２】
[0023]ビスマス／銅ベースのはんだ材料は、より低い融点及び熱伝導性を示すことができ、而して亜鉛／アルミニウムベースのはんだ材料のような他のはんだ材料よりも低出力用途のために好適である可能性がある。
【００２３】
[0024]５重量％以上の銅を含むはんだのような大量の銅を含むビスマス／銅ベースのは
んだは、通常は非常に脆性であるので、従来のワイヤの押出し及びスプール巻き取り技術を用いてワイヤに成形することはできない。上記の脆性を克服するシステム１００を図１に示す。システム１００は、ダイ１１２を有する押出機１１０、加熱区域１１４、及びスプール１１６を含む。
【００２４】
[0025]幾つかの態様においては、上記に記載の組成を有するはんだ材料のような好適なはんだ材料をビレットとして形成し、押出機１１０及びダイ１１２を用いてワイヤ状はんだ１１８に押出す。押出の後、ワイヤ１１８を入口１１４ａにおいて加熱区域１１４に導入し、出口１１４ｂにおいて排出する。押出されて熱処理されたワイヤ１１８は、次にスプール１１６上に巻き取る。
【００２５】
[0026]好適なはんだ材料は、溶融したはんだ材料をキャストすることによってビレットに成形することができる。幾つかの態様においては、キャストされたビレットは直径約２５ｍｍ（１インチ）及び約１０２ｍｍ（長さ４インチ）であってよいが、キャストされたビレットは、押出機１１０を用いて操作するのに好適な任意の寸法であってよい。
【００２６】
[0027]押出機１１０は、ダイ１１２を通してビレットをプレスするのに十分な圧力及び温度で運転する。幾つかの態様においては、押出機１１０は、はんだビレットを軟化させるのに十分に高いがそれを溶融させない温度で運転する。例えば、押出機１１０は、はんだ材料に関する固相線温度より高く、液相線温度より低い温度で運転することができる。例えば、上記に記載の組成物から形成され、約２７０℃の融点を有するはんだビレットは、約２１０、２２０、若しくは２３０℃程度の低い温度、又は２３０、２４０、若しくは２５０℃程度の高い温度、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内の温度で運転される押出機１１０内で押出すことができる。
【００２７】
[0028]幾つかの態様においては、押出機１１０は１１，７２１ＫＰａ（１７００ｐｓｉ）より高い圧力で運転することができる。例えば、押出機１１０は、１１，７２１ＫＰａ（１７００ｐｓｉ）、１２，０６６ＫＰａ（１７５０ｐｓｉ）、１２，４１０ＫＰａ（１８００ｐｓｉ）、若しくは１２，７５５ＫＰａ（１８５０ｐｓｉ）程度の低い圧力、又は１２，７５５ＫＰａ（１８５０ｐｓｉ）、１３，１００ＫＰａ（１９００ｐｓｉ）、若しくは１３，４４５ＫＰａ（１９５０ｐｓｉ）程度の高い圧力で運転することができ、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内で存在させることができる。幾つかの態様においては、高い圧力（例えば１１，７２１ＫＰａ（１７００ｐｓｉ）より高い圧力）によってワイヤ１１８の強度を増加させることができる。幾つかの態様においては、はんだ材料は、約２２０〜約２５０℃の温度及び約１２，４１０ＫＰａ（１８００ｐｓｉ）〜約１３，４４５ＫＰａ（１９５０ｐｓｉ）の圧力で押し出すことができる。
【００２８】
[0029]押出されたワイヤ１１８は、キャストされたビレットの直径よりも小さい直径を有する。好適なワイヤ状はんだは、約１ミリメートル（ｍｍ）未満の直径を有していてよい。幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだは、０．１、０．２５、若しくは０．６３ｍｍ程度の小さい値、又は０．７５、０．８、若しくは１ｍｍ程度の大きい値、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内の直径を有していてよい。例えば、幾つかの態様においては、ワイヤ状はんだは、約０．２５〜約０．８ｍｍ、より具体的には約０．６３〜約０．７５ｍｍの直径を有していてよい。
【００２９】
[0030]押出しによってワイヤ１１８内に押出し応力が引き起こされる可能性があり、これによって、幾つかの態様においては、得られるワイヤ１１８が非常に脆性になってスプール１１６上に巻き取ることができない可能性がある。ワイヤ１１８を熱処理又はアニールするために、加熱区域１１４を用いる。加熱区域１１４は、ワイヤ１１８を加熱するのに十分な任意の加熱装置又は方法であってよい。例えば、加熱区域１１４は、管状炉のよ
うな加熱炉であってよく、或いは強制空気又は放射熱の熱を用いる任意の他の装置であってよい。幾つかの態様においては、強制空気の熱を供給源からワイヤ１１８上に直接送ることができる。他の態様においては、それを通して加熱空気が流されている管にワイヤ１１８を通し、管でワイヤを取り囲むことができる。
【００３０】
[0031]加熱区域１１４の熱処理プロセスの長さ及び温度は、ワイヤ１１８内の押出し応力のような応力を減少又は除去するのに十分なものである。幾つかの態様においては、加熱区域１１４は約９３℃〜１２１℃（２００°Ｆ〜２５０°Ｆ）で運転し、ワイヤは、８、１０、若しくは１５秒程度の短い時間、又は１５、３０、若しくは６０秒程度の長い時間、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内の値の時間熱処理にかける。即ち、ワイヤ１１８が加熱区域１１４の入口１１４ａから加熱区域１１４の出口１１４ｂまで移動するのに、５、１０、若しくは１５秒程度の短い時間、又は１５、３０、若しくは６０秒程度の長い時間、或いは上記の値の任意の対によって規定される任意の範囲内の値の時間かかる可能性がある。１つの例においては、加熱区域１１４は長さ約３０５ｍｍ（１フィート）（例えば入口１１４ａから出口１１４ｂまで１フィート）であり、ワイヤ１１８は約４〜８フィート／分の速度で加熱区域１１４を通って移動させる。
【００３１】
[0032]加熱区域１１４を通過した後、ワイヤ１１８をスプール１１６上に巻き取る。幾つかの態様においては、スプール１１６は、５１ｍｍ（２インチ）の内側ハブ径、及び１０２ｍｍ（４インチ）の直径を有する２つの外側フランジを有していてよい。ここに記載するように、ワイヤをスプール１１６上に巻き取る際には、内側ハブに最も近いワイヤの部分を約５１ｍｍの有効径に巻き取る。更なるワイヤをスプール上に巻き取るにつれて、スプールの有効径は下側のワイヤによって減少して、複数のワイヤのコイルが内側ハブ上に形成された後のスプールの有効径は、５１ｍｍ（スプールのハブの直径）よりも１０２ｍｍ（フランジの直径）に近くすることができる。成功裏に押出されたワイヤ１１８は、２以上の片に分解することなくスプール１１６上に巻回することができなければならない。
【００３２】
[0033]ワイヤ１１８は、ワイヤ１１８の小さい直径のために加熱区域１１４の直後に冷却することができる。幾つかの態様においては、加熱区域１１４は、ワイヤをスプール１１６上に巻き取る際にワイヤが軟化状態であるのに十分にワイヤ１１８を加熱することができる。例えば、ワイヤ１１８は、スプール１１６上に巻き取られる際に、その固相線温度よりも高いがその液相線温度よりも低い温度であってよい。幾つかの態様においては、加熱区域１１４とスプール１１６は、ワイヤ１１８が加熱区域１１４から排出される時点から１０秒以下経過してスプール１１６上に巻回されるように離隔させることができる。他の態様においては、ワイヤ１１８が加熱区域１１４から排出される時点から３０秒以下経過して、スプール１１６上に巻回する。
【００３３】
[0034]ここに記載したように、システム１０は向上したワイヤ展延性を有するワイヤ状はんだを与える。システム１０はまた、ワイヤの生産性も向上させる。
【実施例】
【００３４】
実施例１：
Ｉ．ビスマス／銅はんだ合金ビレットの形成：
[0035]ビスマス、銅、及びガリウムを、窒素雰囲気中において直径１インチのビレットにキャストすることによって、ビスマス／銅はんだ合金を形成した。
【００３５】
ＩＩ．試験手順：
[0036]図２は、代表的な実験用のワイヤ押出し及び巻取装置を示す。ダイ２１２を有する押出機２１２内において、２２０〜２５０℃及び１２，４１０ＫＰａ（１８００ｐｓｉ
）〜１３，４４５ＫＰａ（１９５０ｐｓｉ）の圧力ではんだ合金ビレット２０２を押出して、約０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）の直径を有するワイヤ状はんだ２１８を形成した。押出の後、ワイヤ状はんだ２１８を加熱区域に通した。加熱区域は、管又はトンネル２１４を通してワイヤ状はんだ２１８を軸方向に送ることによって形成した。管の末端（２１４ａ及び２１４ｂ）を開放して、ワイヤ状はんだ２１８が導入及び排出されるようにした。管２１４を通してヒートガン２２０からの加熱空気を向けて、管２１４内の空気を約９３〜１２１℃（２００〜２５０°Ｆ）に維持した。
【００３６】
[0037]５１ｍｍ（２インチ）の内側ハブ径及び１０２ｍｍ（４インチ）の直径を有する２つの外側フランジを有するスプール１１６上にワイヤ状はんだを巻き取った。成功裏に押出されたワイヤは、２以上の片に分解することなくスプール上に巻回することができた。
【００３７】
[0038]ワイヤ状はんだは、約１．２〜２．４メートル／秒（４〜８フィート／秒）の速度でシステムを通して（例えば押出機からスプールへ）移動させた。ダイ２１２と加熱管２１４の入口２１４ａとの間の距離ｄ１は、約３０３ｍｍ（１フィート）であった。管２１４は長さ約３０３ｍｍ（１フィート）であった。即ち、ｄ２は約３０５ｍｍであった。管２１４の出口２１４ｂとスプール２１６との間の距離ｄ３は、ワイヤ２１８が出口２１４ｂからスプール２１６まで移動するのに１０秒以下かかるように離隔させた。
【００３８】
[0039]Perkin Elmer DSC7機を用いて、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によってワイヤ状
はんだの溶融特性を求めた。融点は、材料が溶融し始めた温度として求めた。
[0040]NETZSCH LFA 447NanoFlash（登録商標）装置を用い、ＡＳＴＭ−Ｅ１４６１標準規格にしたがって熱伝導率を試験した。面外方向電導率を試験するためには、試料寸法は１０×１０×０．８ｍｍであり、標準的な１０×１０ｍｍの正方形の試料支持台を用いる。
【００３９】
[0041]Perkin Elmer TMA7熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて熱膨張率を求めた。
[0042]電気計器を用いて、所定の長さ範囲において所定の電圧下で試料の抵抗を測定することによって、はんだ材料の電気抵抗を求めた。抵抗は、抵抗及び試料の断面積を用いて計算した。
【００４０】
[0043]弾性率は、Instron 4465機を用いて室温においてキャストしたビレット又は押出したワイヤのいずれかを試験することによって求めた。
[0044]引張り強さは、Instron 4465機を用いて室温においてキャストしたビレット又は押出したワイヤのいずれかを試験することによって求めた。
【００４１】
[0045]ワイヤ状はんだの伸びは、「金属材料の引張試験に関する標準的な試験方法」と題されたＡＳＴＭ−Ｅ８にしたがって、Instron 4465機を用いて室温において求めた。
ＩＩＩ．結果：
[0046]ダイを通してビレットを押出して直径０．０３０インチのワイヤを形成し、スプール上に巻き取った。表１に、１０重量％の銅、０．１重量％のガリウム、及び残余量のビスマスを含み、図２の実験構成にしたがって押出したワイヤ状はんだの特性を示す。
【００４２】
【表１】
2019107700.tif 000003
【００４３】
実施例２：
[0047]実施例１に関して上記に記載したようにして、ビスマス／銅はんだビレットを形成した。ダイを用いて、２５０〜３００℃及び１５００〜１８００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）において、２．１〜３．０メートル／分（７〜１０フィート／分）の押出し速度ではんだ合金ビレットを押出して、約０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）の直径を有するワイヤ状はんだを形成した。押出されたワイヤ状はんだは、押出プロセスの後に熱処理プロセスにかけなかった。１０重量％の銅、０．１重量％のガリウム、及び残余量のビスマスを含むワイヤ状はんだは、５１ｍｍ（２インチ）の内側ハブ径、及び１０２ｍｍ（４インチ）の直径を有する２つの外側フランジを有するスプール上にうまく巻回することができなかった。より具体的には、ワイヤ状はんだは、スプール上にそれらを巻回しようと試みると、２以上の片に分解した。
【００４４】
[0048]本発明の範囲から逸脱することなく、議論した代表的な態様に対して種々の修正及び付加を行うことができる。例えば、上記に記載の幾つかの態様は特定の特徴に関するものであるが、本発明の範囲はまた、上記に記載の特徴の全部は含まない幾つかの特徴及び態様の異なる組合せを有する幾つかの態様も包含する。
【図１】
2019107700.tif 000004
【図２】
2019107700.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月19日(2019.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ状はんだを形成する方法であって：
ビレットを押出して、１ミリメートル未満の直径を有するワイヤ状はんだを形成し；
押出されたワイヤを９３℃〜１２１℃の間の温度で熱処理し；そして
押出されたワイヤがその固相線温度よりも高い間に、押出されて熱処理されたワイヤをスプール上に巻き取る；
ことを含み、
ワイヤ状はんだは：
８５〜９５重量％のビスマス；及び
少なくとも５重量％の銅；
を含む、
前記方法。
【請求項２】
押出されたワイヤを、少なくとも５秒間及び多くても６０秒間、前記熱処理工程にかける、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱処理工程の後１０秒以内に、ワイヤ状はんだをスプール上に巻き取る、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記押出工程において、ワイヤを２２０℃〜２５０℃の温度で押出す、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記押出工程において、ワイヤを１２，４１０ＫＰａ〜１３，４４５ＫＰａの圧力で押出す、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ワイヤ状はんだが、ビスマス、銅、及び１重量％以下のガリウムから構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ワイヤ状はんだが、
８８〜９２重量％のビスマス；
８〜１２重量％の銅；及び
０．００１〜０．１重量％のガリウム；
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ワイヤ状はんだが、ＡＳＴＭ  Ｅ８にしたがって測定して、少なくとも２０％の伸びを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ワイヤ状はんだが、１５ＧＰａより低い弾性率を有し、２０Ｗ／ｍ−Ｋより高い熱伝導率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
押出されて熱処理されたワイヤをスプール上に巻き取る工程が巻回又は螺旋巻回することを含む、請求項１に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
[0048]本発明の範囲から逸脱することなく、議論した代表的な態様に対して種々の修正及び付加を行うことができる。例えば、上記に記載の幾つかの態様は特定の特徴に関するものであるが、本発明の範囲はまた、上記に記載の特徴の全部は含まない幾つかの特徴及び態様の異なる組合せを有する幾つかの態様も包含する。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[１]
ワイヤ状はんだ組成物であって：
約８５〜９５重量％のビスマス；及び
少なくとも５重量％の銅；
を含み；
ワイヤ状はんだは約１ミリメートル未満の直径を有し、そして
ワイヤ状はんだは少なくとも２０％の破断点伸びを有する、
前記ワイヤ状はんだ組成物。
[２]
約５〜１５重量％の銅；及び
約０．０１〜約１重量％のガリウム；
を含む、[１]に記載のはんだ組成物。
[３]
約５〜１５重量％の銅；及び
約０．０１〜約０．１重量％のガリウム；
を含む、[１]に記載のはんだ組成物。
[４]
約８〜１０重量％の銅；及び
約０．０１〜約０．５重量％のガリウム；
を含む、[１]に記載のはんだ組成物。
[５]
約１０重量％の銅；及び
約０．１重量％のガリウム；
を含む、[１]に記載のはんだ組成物。
[６]
約０．１重量％未満の鉛；
を更に含む、[１]に記載のはんだ組成物。
[７]
約０．１重量％未満のスズ；
を更に含む、[１]に記載のはんだ組成物。
[８]
はんだ組成物が、ビスマス、銅、及び１重量％未満のガリウムから構成される、[１]に記載のはんだ組成物。
[９]
ワイヤ状はんだが１５ＧＰａ未満の弾性率を有する、[１]に記載のワイヤ状はんだ。
[１０]
ワイヤ状はんだが１０Ｗ／ｍ−Ｋより高い熱伝導率を有する、[１]に記載のワイヤ状はんだ。
[１１]
ワイヤ状はんだを形成する方法であって：
ビレットを押出して、約１ミリメートル未満の直径を有するワイヤ状はんだを形成し；
押出されたワイヤを約９３℃〜約１２１℃の間の温度で熱処理し；そして
押出されたワイヤがその固相線温度よりも高い間に、押出されて熱処理されたワイヤをスプール上に巻き取る；
ことを含む、前記方法。
[１２]
押出されたワイヤを少なくとも１０秒間熱処理工程にかける、[１１]に記載の方法。
[１３]
熱処理工程の後１０秒以内に、ワイヤ状はんだをスプール上に巻き取る、[１１]に記載の方法。
[１４]
押出工程において、ワイヤを約２２０℃〜約２５０℃の温度で押出す、[１１]に記載の方法。
[１５]
押出工程において、ワイヤを約１８００ｐｓｉ〜約１９５０ｐｓｉの圧力で押出す、[１４]に記載の方法。
[１６]
ワイヤ状はんだが、
約８５〜９５重量％のビスマス；
少なくとも５重量％の銅；
を含む、[１１]に記載の方法。
[１７]
ワイヤ状はんだが、ビスマス、銅、及び約１重量％以下のガリウムから構成される、[１６]に記載の方法。
[１８]
約８５〜９５重量％のビスマス；
約８〜１２重量％の銅；及び
約０．００１〜０．１重量％のガリウム；
を含むはんだ組成物。
[１９]
ビスマス、銅、及びガリウムから構成される、[１８]に記載のはんだ。
[２０]
約１０重量％の銅を含む、[１８]に記載のはんだ組成物。