(57)【要約】      （修正有）【課題】低融点であることにより未融合の発生を抑制し、優れた機械的特性および耐衝撃性を有するとともに優れたヒートサイクル耐性も有するはんだ合金、はんだペースト、はんだボール、やに入りはんだおよびはんだ継手を提供する。【解決手段】合金組織の微細化を図るため、質量％で、Ｂｉ：３５〜６８％、Ｉｎ：０．５％〜３．０％、Ｐｄ：０．０１〜０．１０％、残部がＳｎからなる合金組成を有する。合金組成は、質量％で、Ｉｎ：１．０〜２．０％とすることができ、質量％で、Ｐｄ：０．０１〜０．０３％とすることができ、質量％で、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＭｎの少なくともいずれか１種を合計で０．１％以下含有することができる。はんだ合金は、はんだペースト、はんだボール、やに入りはんだ、はんだ継手に好適に用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｂｉ：３５〜６８％、Ｉｎ：０．５〜３．０％、Ｐｄ：０．０１〜０．１０％、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。
【請求項２】
前記合金組成は、質量％で、Ｉｎ：１．０〜２．０％である、請求項１に記載のはんだ合金。
【請求項３】
前記合金組成は、質量％で、Ｐｄ：０．０１〜０．０３％である、請求項１または２に記載のはんだ合金。
【請求項４】
前記合金組成は、更に、質量％で、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＭｎの少なくともいずれか１種を合計で０．１％以下含有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のはんだ合金。
【請求項５】
前記合金組成は、更に、質量％で、Ｐ、Ｇｅ、およびＧａの少なくともいずれか１種を合計で０．１％以下含有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のはんだ合金。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のはんだ合金を有するはんだペースト。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のはんだ合金を有するはんだボール。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のはんだ合金を有するやに入りはんだ。
【請求項９】
請求項１〜５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低融点のはんだ合金、はんだペースト、はんだボール、やに入りはんだおよびはんだ継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの電子デバイスは小型化が要求されている。電子デバイスの小型化が進むとはんだ付け時の熱的負荷が大きくなるため、低温でのはんだ付けが望まれている。はんだ付け温度が低温になれば信頼性の高い回路基板の製造が可能になる。低温ではんだ付けを行うためには、低融点のはんだ合金を用いる必要がある。
【０００３】
低融点のはんだ合金としては、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８２（２０１７）に開示されているように、Ｓｎ−５８ＢｉやＳｎ−５２Ｉｎが挙げられる。これらの合金の溶融温度は各々１３９℃、１１９℃であり、いずれも低融点はんだを代表する合金組成である。特に、Ｓｎ−５８Ｂｉは低コストであるとともに優れた濡れ性を有するはんだ合金として広く用いられている。
【０００４】
しかし、上記のようにＢｉの含有量が多いＳｎ−Ｂｉはんだ合金は、凝固時にＳｎ中にＢｉが偏析して粗大なＢｉ相が析出する。Ｂｉ相は硬く脆い性質を示すため、はんだ合金の機械的特性を劣化させる。そこで、融点の上昇を抑えるとともに機械的特性を向上させるために種々のはんだ合金が検討されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、有効量の物理的機械的性質を強化するため、Ｓｎ−Ｂｉはんだ合金に第３成分としてＩｎ、Ｃｕ、Ａｇ、ＣｕとＡｇ、およびこれらの合成物から成る群から選択される少なくとも１種を２重量％程度含有するするはんだ合金が開示されている。特許文献２には、引張強度および伸びが所定値以上の値を示すようにするために、Ｓｎ−Ｂｉはんだ合金に０．５％以上５０％未満のＩｎを含有するはんだ合金が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−００１１７９号公報
【特許文献２】特開平８−１５０４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および２には、Ｉｎを添加することによって低融点はんだ合金の機械的特性を向上させることが記載されている。これらの文献に記載の発明は、ＩｎがＳｎの固溶強化型元素であることに基づいてなされたものと考えられる。しかし、Ｓｎ−Ｂｉはんだ合金の機械的特性が劣化する理由の１つとしては、硬くて脆い脆性相である粗大なＢｉ相が存在することが挙げられる。このため、いくらＳｎ相がＩｎによって固溶強化されたとしても、応力がはんだ合金に加えられた場合にははんだ合金がＢｉ相を起点として破断する。さらに、近年では基板の用途が多様化しており、衝撃が加わるような用途にも対応できるはんだ継手の形成が望まれているが、粗大なＢｉ相の存在により落下のような衝撃で破断する恐れもある。一方、Ｂｉ相の生成を抑制するためにＢｉ含有量を低減すると、融点が上昇してしまい、はんだ合金が従来のリフロー温度にて十分に溶融せず未融合が発生するおそれがある。融点が高いはんだ合金を溶融させるためにリフロー温度を上げてしまうと、加熱時に基板やパッケージに反りが発生し、はんだ合金と電極が離れてしまう。この場合、冷却時では基板やパッケージの反りの緩和よりはんだ合金の凝固の方が早いため、はんだ合金と電極が離れたままはんだ合金が凝固し、未融合が発生することがある。
【０００８】
また、特許文献２の図１および図２にはＩｎ含有量が多くなるほど引張強度が低下するとともに延性が向上する結果が示されている。このため、特許文献１および２には、Ｉｎを添加することによって、機械特性の中でも延性が向上するものの、引張強度はむしろ低下することが示されていることになる。さらに、Ｉｎは含有量によってはヒートサイクル後にはんだ合金が変形する原因となるため、ヒートサイクル耐性が低下する原因になり得る。
【０００９】
このように、従来のはんだ合金では、低融点による未融合の抑制、機械的特性およびヒートサイクル耐性のすべてを同時に向上させることが困難である。電子デバイスの小型化による電子回路の信頼性の低下を抑制するためには、これらの特性がすべて優れている必要がある。
【００１０】
本発明の課題は、低融点であることにより未融合の発生を抑制し、優れた機械的特性および耐衝撃性を有するとともに優れたヒートサイクル耐性も有するはんだ合金、はんだペースト、はんだボール、やに入りはんだおよびはんだ継手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、まずは、融点が低いＳｎ−Ｂｉはんだ合金の機械的特性を向上させるため、はんだ合金の合金組織を微細にする点に着目して検討を行った。その結果、Ｓｎの固溶強化元素として知られていたＩｎを所定量添加することによって、偶然にも、合金組織がある程度微細になり、また、延性の大幅な向上を確認することができた。また、引張強度はＳｎ−Ｂｉはんだ合金と比較して同等であることも確認できた。ただ、ヒートサイクルを経ると合金組織が粗大になりヒートサイクル耐性が低下することを鑑みると、さらに合金組織を微細にする必要があることに思い至った。ここで、Ｉｎ含有量が更に増加すると合金組織がより微細になるとも思われるが、Ｉｎの多量添加は低融点相の生成を促進するためにヒートサイクル耐性の劣化が懸念される。
【００１２】
本発明者らは、合金組織の微細化によるヒートサイクル耐性の向上を図るため、更に詳細な検討を行った。貴金属は一般にコスト高であるとともにＳｎとの粗大な化合物を形成することが知られているので、従来では貴金属がＳｎを主成分とするはんだ合金にある程度の量で含有されることは避けられていた。ただ、Ｎｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきはＰｄを中間層に介在させることによって、はんだ中へのＣｕの拡散を防ぐため高い実装信頼性を示す。つまり、上記めっきの場合には、Ｐｄが入ることで必要以上のＣｕの拡散を抑制すると考えられる。このため、特に実装後にヒートサイクルのような熱履歴を経ても結晶粒の成長を抑制することができ、高いヒートサイクル耐性を示すことができると考えた。
【００１３】
そこで、ＳｎおよびＢｉに固溶するＩｎを所定量含有させた上で、敢えて、貴金属であるＰｄを所定量含有させたところ、偶然にも、はんだ合金の組織が微細になる知見が得られた。特に、脆性相であるＢｉ相が微細になり、優れた引張強度および延性、並びに優れた耐衝撃性を示す知見が得られた。
【００１４】
さらには、Ｓｎ−Ｂｉはんだ合金がＩｎおよびＰｄの両元素を所定量含有すると、融点の上昇が許容範囲に収まり、未融合の発生を抑制する知見が得られた。
【００１５】
これに加えて、Ｓｎ−Ｂｉはんだ合金がＩｎおよびＰｄの両元素を含有すると合金組織が微細になるため、ヒートサイクルのように長時間温度が変化する環境化において合金組織の粗大化が抑制され、ヒートサイクル耐性に優れる知見が得られた。
【００１６】
これらの知見により得られた本発明は次の通りである。
（１）質量％で、Ｂｉ：３５〜６８％、Ｉｎ：０．５〜３．０％、Ｐｄ：０．０１〜０．１０％、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。
【００１７】
（２）合金組成は、質量％で、Ｉｎ：１．０〜２．０％である、上記（１）に記載のはんだ合金。
【００１８】
（３）合金組成は、質量％で、Ｐｄ：０．０１〜０．０３％である、上記（１）または上記（２）に記載のはんだ合金。
【００１９】
（４）合金組成は、更に、質量％で、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＭｎの少なくともいずれか１種を合計で０．１％以下含有する、上記（１）〜上記（３）のいずれか１項に記載のはんだ合金。
【００２０】
（５）合金組成は、更に、質量％で、Ｐ、Ｇｅ、およびＧａの少なくともいずれか１種を合計で０．１％以下含有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のはんだ合金。
【００２１】
（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ペースト。
【００２２】
（７）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ボール。
【００２３】
（８）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やに入りはんだ。
【００２４】
（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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、はんだ合金のＳＥＭ写真であり、図１（ａ）は比較例１のはんだ合金の断面ＳＥＭ写真であり、図１（ｂ）は比較例２のはんだ合金の断面ＳＥＭ写真であり、図１（ｃ）は実施例２のはんだ合金の断面ＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
１．  はんだ合金の合金組成
（１）  Ｂｉ：３５〜６８％
Ｂｉは、はんだ合金の融点を下げることにより未融合の発生を抑制し、優れたヒートサイクル耐性を示すために必要な元素である。Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金は融点が１３９℃と低いため、Ｂｉははんだ合金の融点を下げ、未融合を抑制することができる。また、Ｂｉを所定量含有するはんだ合金は超塑性を示すことが知られており、優れた延性を示す。このため、Ｂｉを所定量含有するはんだ合金は延性に優れるとともにヒートサイクル耐性に優れる。
【００２８】
Ｂｉ含有量が３５％未満であると、融点が上昇するために未融合が発生することがあり、また、引張強度及びヒートサイクル耐性が劣化することがある。Ｂｉ含有量の下限は、３５％以上であり、好ましくは４５％以上であり、より好ましくは５０％以上であり、さらに好ましくは５４％以上である。一方、Ｂｉ含有量が６８％を超えると融点が上昇するために未融合が発生することがあり、また、硬くて脆く粗大なＢｉ相が多量に析出するためにはんだ合金自体が硬くなり、延性が劣化する。Ｂｉ含有量の上限は、６８％以下であり、好ましくは６５％以下であり、より好ましくは６３％以下であり、さらに好ましいくは５８％以下である。
【００２９】
（２）  Ｉｎ：０．５〜３．０％
Ｉｎは、はんだ合金の融点を下げるとともに、合金組織を微細にし、優れた延性、耐衝撃性ならびにヒートサイクル耐性の改善のために必要な元素である。Ｉｎは固溶強化型元素であり、ＩｎがＳｎおよびＢｉに固溶して結晶核となるために合金組織が均一で微細になり、延性が向上する。また、Ｉｎを所定量含有するはんだ合金はヒートサイクル耐性に優れる。また、Ｉｎ含有量が上記範囲内であれば、ヒートサイクル時にβＳｎとγＳｎとの変態が抑制されるために高いヒートサイクル耐性が得られる。
【００３０】
Ｉｎ含有量が０．５％未満であると、上記効果を発揮することができない。また、融点が上昇するために未融合が発生することがある。Ｉｎ含有量の下限は０．５％以上であり、好ましくは０．７％以上であり、より好ましくは１．０％以上である。一方、Ｉｎ含有量が３．０％を超えると、金属間化合物が多量に析出するために引張強度が劣化する。また、βヒートサイクル試験中にＳｎがγＳｎに変態してはんだ合金の体積が変化するため、ヒートサイクル耐性が劣化する。Ｉｎ含有量の上限は、３．０％以下であり、好ましくは２．５％以下であり、より好ましくは２．２％以下であり、とくに好ましくは２．０％以下である。
【００３１】
（３）  Ｐｄ：０．０１〜０．１０％
Ｐｄは、はんだ合金の延性を維持したまま引張強度を向上させるために必要な元素である。Ｂｉ含有量およびＩｎ含有量が上記範囲内であるＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ―Ｐｄはんだ合金においてＰｄ含有量が所定の範囲内であると、ＳｎとＰｄとの粗大な化合物を抑制することができる。この詳細は不明だが、以下のように推察される。
【００３２】
ＳｎおよびＢｉ中にＩｎが固溶してＳｎの拡散速度が遅くなるドラッグ効果により、ＳｎとＰｄとの粗大な化合物の形成が抑制される。このため、ＰｄはＢｉ含有量およびＩｎ含有量が所定の範囲内であるＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎはんだ合金に所定量含有されると、ＳｎとＰｄの粗大な化合物の析出が抑制され、合金組織が微細になる。詳細には、応力緩和相であるＳｎ相と比較して脆性相であるＢｉ相の方がより微細になり、特に優れた延性を示す。このような微細な合金組織は、ＳｎにＢｉとＩｎを同時に含有するとともにＰｄも含有する合金組成において初めて得られるのである。さらに、Ｐｄを含有する合金組成では、Ｐｄの凝固核が多数生成されるため、各々の周囲に析出するＳｎ相の成長が互いに抑制され、組織全体が微細になる。これにともない、微細なＳｎとＰｄの化合物が析出されることによって機械強度や耐衝撃性が向上する。
【００３３】
Ｐｄ含有量が０．０１％未満であると上記効果を発揮することができない。Ｐｄ含有量の下限は０．０１％以上である。一方、Ｐｄ含有量が０．１０％を超えると、粗大なＳｎとＰｄの化合物が析出する。また、融点が上昇するために未融合が発生することがある。Ｐｄ含有量の上限は、０．１０％以下であり、好ましくは０．０８％以下であり、より好ましくは０．０５％以下であり、特に好ましくは０．０３％以下である。
【００３４】
（５）Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＭｎの少なくともいずれか１種を合計で０．１％以下
これらの元素は、上記の効果を阻害しない程度であれば含有してもよい任意元素である。化合物の形成を抑制して合金組織の微細化を維持することにより機械特性、耐衝撃性およびヒートサイクル耐性を維持する観点から、これらの元素の含有量は、好ましくは合計で０．１％以下である。
【００３５】
（６）質量％で、Ｐ、Ｇｅ、およびＧａの少なくともいずれか１種を合計で０．１％以下
これらの元素は、Ｓｎの酸化を抑制するとともに濡れ性を改善することができる任意元素である。これらの元素の含有量が０．１％を超えなければ、はんだ表面におけるはんだ合金の流動性が阻害されることがない。これらの元素の含有量の合計は、より好ましくは０．００３〜０．０１％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、前述の効果が十分に発現されるようにするため、Ｐの含有量は好ましくは０．００２〜０．００５％であり、Ｇｅの含有量は好ましくは０．００２〜０．００６％であり、Ｇａの含有量は好ましくは０．００２〜０．０２％である。
【００３６】
（７）  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。また、後述するように、本発明では含有しない元素が不可避的不純物として含有されても前述の効果に影響することはない。
【００３７】
（８）  Ｚｒ、Ｎｉ、Ａｌ＋Ａｇ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｓｂ
本発明に係るはんだ合金は、これらの元素を含有しないことが望ましい。Ａｌ及びＡｇの同時添加、Ｚｒ、ならびにＮｉは、粗大な化合物を形成するために均一で微細な合金組織の形成を妨げる。Ｆｅ、Ｃａ、ＰｔおよびＭｇは、合金組織の粗大化を促進する。ＳｂはＩｎと組み合わせると延性が著しく低下する。なお、これらの元素が不可避的不純物として含有される場合には前述の効果に影響することがない。
【００３８】
２．  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。
【００３９】
また、本発明に係るはんだペーストは、基板側の電極に塗布されることによりＢＧＡ側のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだボールとの接合に用いてもよい。
【００４０】
３．  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。
【００４１】
４．  やに入りはんだ
本発明に係るはんだ合金は、予めはんだ中にフラックスを有するやに入りはんだに好適に用いられる。また、鏝にはんだを供給する観点から、線はんだの形態で用いることもできる。さらには、線はんだにフラックスが封止されているやに入り線はんだに適用することもできる。それぞれのはんだの表面にフラックスが被覆されていてもよい。これに加えて、はんだ中にフラックスを有さないはんだの表面にフラックスが被覆されていてもよい。
【００４２】
はんだ中のフラックス含有量は、例えば１〜１０質量％であり、フラックス中のロジン含有量は７０〜９５％である。一般に、ロジンは有機化合物であり炭素や酸素を含有することから、本発明では末端の官能基などに限定されることがない。
【００４３】
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配線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。
【００４４】
５．その他
本発明に係るはんだ合金は、上記の他に、プリフォーム、線材などの形態で使用することができる。
【００４５】
また、本発明に係るはんだ合金の製造方法は常法に従って行えばよい。本発明に係るはんだ合金を用いた接合方法は、例えばリフロー法を用いて常法に従って行えばよい。フローソルダリングを行う場合のはんだ合金の溶融温度は概ね液相線温度から２０℃程度高い温度でよい。また、本発明に係るはんだ合金を用いて接合する場合には、凝固時の冷却速度を考慮した方がさらに合金組織を微細にすることができる。例えば２〜３℃／ｓ以上の冷却速度ではんだ継手を冷却する。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。
【００４６】
本発明に係るはんだ合金は、その原材料として低α線材を使用することにより低α線合金を製造することができる。このような低α線合金は、メモリ周辺のはんだバンプの形成に用いられるとソフトエラーを抑制することが可能となる。
【実施例】
【００４７】
表１に示す合金組成からなるはんだ合金を調整し、合金組織を観察し、融点（液相線温度）を測定し、引張強度、延性、耐衝撃性、およびヒートサイクル耐性を評価した。
【００４８】
・合金組織の観察
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。
【００４９】
・液相線温度
表１の各はんだ合金を作製して、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１７０℃以下の場合には「○」と評価し、１７０℃を超える場合には「×」と評価した。
【００５０】
・引張強度、延性
引張強度はＪＩＳＺ３１９８−２に準じて測定された。表１に記載の各はんだ合金について、金型に鋳込み、ゲージ長が３０ｍｍ、直径８ｍｍの試験片を作製した。作製した試験片は、Ｉｎｓｔｒｏｎ社製のＴｙｐｅ５９６６により、室温で、６ｍｍ／ｍｉｎのストロークで引っ張り、引張強度を測定した。また、同形の試験片を用いて、Ｉｎｓｔｒｏｎ社製のＴｙｐｅ５９６６により、室温で、０．６ｍｍ／ｍｉｎのストロークで引っ張り、試験片が破断したときの伸び（延性）を計測した。本実施例では、引張強度が７０ＭＰａ以上である場合を「○」と評価し、７０ＭＰａ未満である場合を「×」と評価した。伸び（延性）が１２０％以上である場合、実用上問題ないレベルと判断して「○」と評価し、１２０％未満である場合を「×」と評価した。
【００５１】
・耐衝撃性
表１のはんだ合金をアトマイズしてはんだ粉末とした。松脂、溶剤、活性剤、チキソ剤、有機酸等からなるはんだ付けフラックスと混和して、各はんだ合金のはんだペーストを作製した。はんだペーストは、厚さが０．８ｍｍのプリント基板（材質：ＦＲ−４）に厚さが１２０μｍのメタルマスクで印刷した後、１０個のＢＧＡ部品をマウンターで実装して、最高温度１９０℃、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。
【００５２】
次に、ＢＧＡ部品が台座側に向くように試験基板の両端をボルトで台座に固定した。その状態でＪＥＤＥＣ規格に則って加速度１５００Ｇの衝撃を与えて耐衝撃性を評価した。その後、抵抗値を測定した。初期の抵抗値から１．５倍未満の場合には「○」とし、１．５倍以上の場合には「×」とした。
【００５３】
・ヒートサイクル耐性
表１のはんだ合金をアトマイズしてはんだ粉末とした。松脂、溶剤、活性剤、チキソ剤、有機酸等からなるはんだ付けフラックスと混和して、各はんだ合金のはんだペーストを作製した。はんだペーストは、厚さが０．８ｍｍのプリント基板（材質：ＦＲ−４）に厚さが１００μｍのメタルマスクで印刷した後、１５個のＢＧＡ部品をマウンターで実装して、最高温度１９０℃、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。
【００５４】
各はんだ合金ではんだ付けした試験基板を低温−４０℃、高温＋１００℃、保持時間１０分の条件に設定したヒートサイクル試験装置に入れ、初期の抵抗値である３〜５Ωから少なくとも１個のＢＧＡ部品での抵抗値が１５Ωを超えた時点でのサイクル数を求めた。１７００サイクル以上を「○」とし、１７００サイクル未満を「×」とした。
【００５５】
評価結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2019155469.tif 000003
【００５７】
表１に示すように、実施例１〜２２では、引張強度、および延性、並びに耐衝撃性に優れることがわかった。また、いずれも液相線温度が低いために未融合の発生が抑制され、また、合金組織が微細であるためにヒートサイクル後においても合金組織の粗大化を抑制し、ヒートサイクル耐性に優れることがわかった。
【００５８】
一方、比較例１は、ＩｎおよびＰｄを含有しないため、合金組織が微細にならず、引張強度、延性、耐衝撃性、ヒートサイクル耐性のいずれも劣った。比較例２は、Ｐｄを含有するためにＳｎとＰｄの化合物が析出されることによって機械強度が比較例１より向上したが、Ｉｎを含有しないために延性が劣った。なお、比較例２は延性が劣るため、ヒートサイクル耐性および耐衝撃性の評価を行なわなかった。比較例３は、Ｐｄを含有しないために引張強度、および耐衝撃性が劣った。
【００５９】
比較例４はＢｉ含有量が少ないために液相線温度が１７０℃を超えた。比較例５はＢｉ含有量が多いために液相線温度が１７０℃を超えた。比較例６はＩｎ含有量が少ないために液相線温度が１７０℃を超えた。比較例７はＩｎ含有量が多いために引張強度が低下した。比較例８はＰｄ含有量が多いために液相線温度が１７０℃を超えるとともに延性が劣った。これらは液相線温度、引張強度、延性の少なくとも１つが劣るため、ヒートサイクル耐性および耐衝撃性の評価を行なわなかった。
【００６０】
比較例９はＩｎとＳｂが共存するために延性が劣った。このため、ヒートサイクル耐性および耐衝撃性の評価を行わなかった。
【００６１】
比較例１０〜１６は、合金組織が粗大になるために延性等が劣った。このため、ヒートサイクル耐性および耐衝撃性の評価を行わなかった。
【００６２】
表１中の比較例１、２および実施例２の合金組織を観察した結果を示す。図１は、はんだ合金のＳＥＭ写真であり、図１（ａ）は比較例１のはんだ合金の断面ＳＥＭ写真であり、図１（ｂ）は比較例２のはんだ合金の断面ＳＥＭ写真であり、図１（ｃ）は実施例２のはんだ合金の断面ＳＥＭ写真である。図１（ａ）〜図１（ｃ）中、白色部分がＢｉ相であり、灰色部分がβ−Ｓｎ相である。
【００６３】
比較例１を示す図１（ａ）ではＩｎおよびＰｄを含有しないため、粗大なＢｉ相が存在することがわかった。比較例２を示す図１（ｂ）ではＩｎを含有するために図１（ａ）と比較して合金組織が微細であるが、所望の特性が得られる程度に十分に微細になっていないことがわかった。実施例２を示す図１（ｃ）ではＩｎおよびＰｄを含有するために最も合金組織が微細であることがわかった。特に、脆性相であるＢｉ相の微細化が顕著であることがわかった。他の実施例でも図１（ｃ）に示す程度の微細な合金組織であることを観察した。
【００６４】
以上より、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ−Ｐｄはんだ合金は、組織が微細であるため、優れた引張強度、延性、および耐衝撃性、ならびにヒートサイクル耐性を示すのである。
【符号の説明】
【００６５】
１１、２１、３１  Ｂｉ相
１２、２２、３２  Ｓｎ相
【図１】
2019155469.tif 000004