(57)【要約】【課題】希望する特定の方向にβＳｎ粒子が配向され、かつβＳｎ粒子が希望する構造を有するはんだ継手と、該はんだ継手に係る接合方法を提供する。【解決手段】Ｓｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いて少なくとも２つの銅基板２を接合させたはんだ継手において、前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだボール１は、一つ又は複数の核生成粒子４と、その[００１]方向が核生成粒子４のファセット面と平行し、前記銅基板２に対する特定方向に結晶配向された単粒βＳｎとを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いて少なくとも２つの被接合部材を接合させたはんだ継手において、
前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分は、
接合の際に形成された金属間化合物の層と、
[１００]又は[０１０]が前記金属間化合物の層の厚み方向と交差するように結晶配向された単粒βＳｎと、
前記金属間化合物の層及び前記単粒βＳｎの間に介在し、該単粒βＳｎの結晶配向に関わる核生成粒子と
を含むことを特徴とするはんだ継手。
【請求項２】
前記単粒βＳｎは[００１]方向が前記被接合部材の接合面に沿うように配向されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ継手。
【請求項３】
前記核生成粒子は、ＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、βＩｒＳｎ４又はαＣｏＳｎ３のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載のはんだ継手。
【請求項４】
前記αＣｏＳｎ３の核生成粒子は、前記被接合部材の前記接合面に沿う方向における最長寸法が２５μｍ以上で、該方向との交差方向における寸法が０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のはんだ継手。
【請求項５】
前記ＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、又はβＩｒＳｎ４の核生成粒子は、前記被接合部材の前記接合面に沿う方向における最長寸法が１０μｍ以上で、該方向との交差方向における寸法が０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のはんだ継手。
【請求項６】
前記被接合部材は板形状であり、
前記核生成粒子の最大サイズは  前記被接合部材の前記接合面のサイズと同じであることを特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載のはんだ継手。
【請求項７】
前記金属間化合物の層は何れかの被接合部材と前記はんだ部分との接合界面に形成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載のはんだ継手。
【請求項８】
少なくとも２つの被接合部材に対してＳｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けを行い、前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分によって前記２つの被接合部材が接合される接合方法において、
前記はんだ部分を形成すべき箇所に、前記はんだ部分の結晶配向に関わる金属間化合物の核生成粒子を少なくとも一つ配置する配置ステップと、
前記はんだ部分が前記金属間化合物の核生成粒子を含むように、前記はんだ付けを行うはんだ付けステップとを含むことを特徴とする接合方法。
【請求項９】
前記配置ステップは、
前記金属間化合物の核生成粒子の最も大きいファセット面が特定方向になるように、前記金属間化合物の核生成粒子を何れかの被接合部材に固定するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記配置ステップは、前記何れかの被接合部材において前記金属間化合物の核生成粒子を固定すべき箇所にＳｎ被覆を行うステップを含み、
前記金属間化合物の核生成粒子はＳｎで被覆された箇所の上に固定されることを特徴とする請求項９に記載の接合方法。
【請求項１１】
過度液相接合法によって、前記金属間化合物の核生成粒子は被覆されたＳｎ上に固定されることを特徴とする請求項１０に記載の接合方法。
【請求項１２】
前記はんだ付けステップでは、リフロー法が用いられることを特徴とする請求項８から１１の何れか一項に記載の接合方法。
【請求項１３】
前記金属間化合物の核生成粒子は矩形の板状をなすことを特徴とする請求項８から１２の何れか一項に記載の接合方法。
【請求項１４】
前記金属間化合物は、ＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、βＩｒＳｎ４又はαＣｏＳｎ３のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項８から１３の何れか一項に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いて少なくとも２つの被接合部材を接合させたはんだ継手及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
はんだ付けを用いた電気的及び電子的接合においてはβＳｎが主な相となる。しかし、βＳｎはその熱物理的特性が非常に異方的である。例えば、熱膨張係数、剛性、溶質の拡散係数はβＳｎの方向によって大きく異なる。また、はんだ接合の信頼性に対する研究では、熱サイクル能力、せん断疲労寿命及び電子移動能力が、はんだ付けが行われる基板の面に対するβＳｎの[００１]方向の配向に左右されることが知られている。
【０００３】
電子移動能力の場合は、βＳｎ粒子の[００１]方向が電流の方向と略平行である、すなわち基板の面に対して垂直方向であるはんだ継手において、電子移動が非常に良好である。これは、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ又はＡｕのような溶質原子の[００１]方向（ｃ軸）に沿う拡散率が高いからである。換言すれば、βＳｎ粒子の[００１]方向を基板の面に平行するようにすることにより、電子移動を最小化することが出来る。
【０００４】
熱サイクル能力に対するβＳｎ粒子配向の影響は、はんだ継手の応力状態、形状を含む因子に左右される。せん断疲労において、[００１]方向を基板の面に有し、且つせん断方向に対して略３５〜６５°に配向されたβＳｎを有するはんだ継手は、疲労損傷の影響を受け難いことが報告されている。
【０００５】
一方、特許文献１においては、製造工程における焼鈍雰囲気あるいは焼鈍後の酸洗方法を適宜選択し、かつ表面において圧延方向に直角な方向にて測定した結晶粒径が３０μｍ以下となるようにすることにより、その表面をＸ線光電子分光法によって測定したときの定量分析のピ−クエリア面積比のＳｎ３ｄ／Ｃｕ２ｐ比が０．３以下である、はんだ付け性に優れたＳｎ含有銅合金材料を得ることについて開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４４２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、はんだ継手の特性の決定において、βＳｎ粒子の配向が重要な役割を果たしているにも関わらず、はんだ接合の際に形成されるβＳｎ粒子の配向を制御すること、及び、βＳｎ粒子の構造を制御することについては工夫されていなかった。これらについては、特許文献１のＳｎ含有銅合金材料に係る技術においても、開示も工夫もされていない。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、希望する特定の方向にβＳｎ粒子が配向され、かつβＳｎ粒子が希望する構造を有するはんだ継手と、該はんだ継手に係る接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るはんだ継手は、Ｓｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いて少なくとも２つの被接合部材を接合させたはんだ継手において、前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分は、はんだ付けの際に形成された金属間化合物の層と、前記金属間化合物の層に接合された金属間化合物の核生成粒子と、[１００]又は[０１０]方向が前記金属間化合物の層の厚み方向と交差し、[００１]方向が前記被接合部材の接合面と略平行するように結晶配向された単粒βＳｎとを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るはんだ継手は、前記単粒βＳｎはその[００１]方向が前記被接合部材の面と略平行するように配向されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るはんだ継手は、前記金属間化合物の核生成粒子は、ＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、βＩｒＳｎ４又はαＣｏＳｎ３のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るはんだ継手は、αＣｏＳｎ３の金属間化合物に対しては、核生成粒子の最小寸法は、幅（図１の最長寸法）が２５μｍで、厚みが０．２μｍ（交差方向において）である。最大寸法は、被接合部材の面（例えば、図２の銅基板）より小さくしないといけない。
【００１３】
本発明に係るはんだ継手は、ＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、又はβＩｒＳｎ４の金属間化合物に対しては、核生成粒子の最小寸法は、幅（図１の最長寸法）が１０μｍで、厚みが０．２μｍ（交差方向において）である。最大寸法は、被接合部材の面（例えば、図２の銅基板）より小さくしないといけない。
【００１４】
本発明に係るはんだ継手は、前記被接合部材は板形状であり、前記核生成粒子の最大サイズは  前記被接合部材の前記接合面のサイズと同じであることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るはんだ継手は、前記金属間化合物の層は何れかの被接合部材と前記はんだ部分との接合界面に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る接合方法は、少なくとも２つの被接合部材に対してＳｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けを行い、前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分によって前記２つの被接合部材が接合される接合方法において、前記はんだ部分を形成すべき箇所に金属間化合物の結晶を配置する配置ステップと、前記はんだ部分が前記金属間化合物の結晶を含むように、前記はんだ付けを行うはんだ付けステップとを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る接合方法は、前記配置ステップは、前記金属間化合物の結晶の最も大きいファセット面が特定方向になるように、前記金属間化合物の結晶を何れかの被接合部材に固定するステップを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る接合方法は、前記配置ステップは、前記何れかの被接合部材において前記金属間化合物の結晶を固定すべき箇所にＳｎ被覆を行うステップを含み、前記金属間化合物の結晶は被覆されたＳｎ上に固定されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る接合方法は、過度液相接合法によって、前記金属間化合物の結晶はＳｎで被覆された箇所の上に固定されることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る接合方法は、前記はんだ付けステップでは、リフロー法が用いられることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る接合方法は、前記金属間化合物の結晶は矩形の板状をなすことを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る接合方法は、前記金属間化合物は、ＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、βＩｒＳｎ４又はαＣｏＳｎ３のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、必要に応じて、特定の方向にβＳｎ粒子を配向させ、かつβＳｎ粒子に希望する構造をもたらすことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】抽出された核生成粒子の一例を示す。
【図２】本実施の形態に係る接合方法を用いて、本実施の形態に係るはんだ継手を製造する工程を説明する説明図である。
【図３】核生成粒子が固定された銅基板にはんだ付けが行われた場合における、銅基板と核生成粒子との間を拡大した拡大写真である。
【図４】核生成粒子にＰｔＳｎ４を用いた場合における、はんだ継手を反射電子像及び電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）によって分析した結果である。
【図５】核生成粒子としてＰｔＳｎ４、βＩｒＳｎ４及びαＣｏＳｎ３を用いた場合における、はんだ継手を電子線後方散乱回折法によって分析した結果である。
【図６】本実施の形態に係る接合方法にて製造された、本実施の形態に係るはんだ継手の一例を示す。
【図７】核生成粒子の寸法がβＳｎの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた結果である。
【図８】はんだ付けの数がβＳｎの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた結果である。
【図９】はんだ付けの数がβＳｎの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた他の結果である。
【図１０】本実施の形態に係るはんだ継手に核生成粒子としてαＣｏＳｎ３が用いられ、鉛フリーはんだ合金としてＳｎ‐３．５Ａｇ合金が用いられた場合、はんだ継手を電子線後方散乱回折法によって分析した結果である。
【図１１】本実施の形態に係るはんだ継手に核生成粒子としてαＣｏＳｎ３が用いられ、鉛フリーはんだ合金としてＳｎ‐０．７Ｃｕ‐０．０５Ｎｉ‐Ｇｅ合金が用いられた場合、はんだ継手を電子線後方散乱回折法によって分析した結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
Ｓｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けを行う際に形成されるβＳｎと比較的に良好な格子整合性を有する結晶はβＳｎの結晶成長に重要な役割を成し得ると期待されていた。すなわち、斯かる結晶がいわゆる種となり、その上でβＳｎ結晶が成長すると考えられている。詳しいメカニズムは、これら結晶の最も大きいファセット面の上でβＳｎの（１００）面が特定の配向関係にて核を形成する。ここでファセット面とは、結晶における扁平表面を指す。
【００２６】
以上のような事実に基づいて本実施の形態においては、はんだ継手におけるβＳｎの核生成及び配向の制御を試みた。
【００２７】
格子整合分析に基づく考察の結果、上述したように、βＳｎの核生成及び配向に用いられる結晶（以下、核生成粒子と言う。）としては、ＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、βＩｒＳｎ４又はαＣｏＳｎ３のような金属間化合物が考えられた。
【００２８】
これら金属間化合物の核生成粒子の生成方法について説明する。
モールド内で、過共晶のＳｎ‐Ｐｔ、Ｓｎ‐Ｐｄ、Ｓｎ‐Ｉｒ、又はＳｎ‐Ｃｏ合金を凝固する一連の処理で希望の核生成面をファセット面として成長させる。次いで、蒸留水にｏ−ニトロフェノール及び水酸化ナトリウムを加えた溶液中又は塩酸の溶液中で、βＳｎを除去することによって、金属間化合物の核生成粒子単結晶を抽出する。
【００２９】
図１は抽出された核生成粒子の一例を示す。上述した方法によって成長された核生成粒子の殆どは略矩形であり、形成された最も大きいファセット面がβＳｎの核生成する希望の面である。図１に示しているように、核生成粒子は１μｍ〜２００μｍの幅まで成長している。
【００３０】
以下においては、上述した金属間化合物の核生成粒子を用いて、本実施の形態に係るはんだ継手を製造する方法について説明する。便宜上、２枚の銅基板を、Ｓｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いて接合する場合を例に挙げて説明する。例えば、斯かる鉛フリーはんだ合金はＳｎ‐３Ａｇ‐０．５Ｃｕ合金である。図２は本実施の形態に係る接合方法を用いて、本実施の形態に係るはんだ継手１０を製造する工程を説明する説明図である。
【００３１】
まず、何れか一方の銅基板２において、はんだ付けが行われるべき箇所、特に後述するように核生成粒子４を固定すべき箇所をＳｎで被覆する。例えば、Ｓｎの被覆層３の厚みは略１μｍである。
【００３２】
被覆されたＳｎの上に、少なくとも何れか一つの核生成粒子４を固定する。詳しくは、Ｓｎの被覆層３の上に核生成粒子４を載置し、過度液相接合法を用いて固定する。過度液相接合法は２４０℃〜３００℃の温度で、５〜１８０分間行われる。
【００３３】
この際、金属間化合物の核生成粒子４の最も大きいファセット面が斯かる銅基板２においてはんだ付けされる面２１（接合面）と平行するように載置する。これによって、はんだ付けの際に生成されるβＳｎは、その[００１]方向が核生成粒子４のファセット面に対して平行するように、換言すれば、銅基板２の面２１と略平行な方向に核生成されて結晶成長していく。すなわち、βＳｎは[１００]又は[０１０]が金属間化合物の層（図２参照）の厚み方向と交差するように核生成されて結晶成長していく。
【００３４】
以上においては、核生成粒子４のファセット面が銅基板２の面２１と平行するように載置する場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限るものでない。必要に応じて、すなわち、希望するβＳｎの核生成及び結晶成長の方向に応じて、核生成粒子４のファセット面の配置を適宜調整しても良い。
【００３５】
続いて、核生成粒子４が固定された銅基板２の面２１上にＳｎ‐３Ａｇ‐０．５Ｃｕ合金を用いてはんだ付けを行い、直径６００μｍ程度のはんだボール（はんだ部分）１が形成される。この際、核生成粒子４ははんだボール１内に含まれ、はんだボール１はβＳｎ相を含む。斯かるはんだ付けは、例えばリフロー法を用いる。
【００３６】
図３は核生成粒子４が固定された銅基板２にはんだ付けが行われた場合における、銅基板２と核生成粒子４との間を拡大した拡大写真である。詳しくは、図３は、図２の丸い点線部分の拡大写真である。図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、核生成粒子４が夫々αＣｏＳｎ３、ＰｔＳｎ４及びβＩｒＳｎ４である場合を示す。図２及び図３から分かるように、核生成粒子４に係る層がはんだボール１（βＳｎ）と銅基板２との接合界面に形成されている。また、銅基板２と核生成粒子４との間には、Ｃｕ３Ｓｎ及びＣｕ６Ｓｎ５の金属間化合物の層が生成されている。Ｃｕ３Ｓｎ及びＣｕ６Ｓｎ５の金属間化合物の層ははんだ付けの際に生成された金属間化合物の層である。
【００３７】
以後、他方の銅基板２をはんだボール１と接合させるために、再びリフロー法を用いたはんだ付けが行われる。これによって、はんだボール１を介して２つの銅基板２が接合され、本実施の形態に係るはんだ継手が製造される。
【００３８】
以上においては、核生成粒子４の固定には過度液相接合法を用い、はんだ付けにはリフロー法を用いる場合を例として説明したが、これに限るものでなく、他の方法用いても良い。
【００３９】
このように製造されたはんだ継手１０の微細構造を観察した。図４は核生成粒子４にＰｔＳｎ４を用いた場合における、はんだ継手１０を反射電子像及び電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）によって分析した結果である。（ａ）はＥＢＳＤによるマッピング像であり、（ｂ）〜（ｄ）ははんだボール１の微細構造を示しており、（ｅ）〜（ｈ）は夫々βＳｎ、ＰｔＳｎ４、Ｃｕ６Ｓｎ５及び銅基板２（Ｃｕ）のＺ方向に対するＥＢＳＤのＩＰＦ（Inverse Pole Figure）マップである。
【００４０】
図４の（ａ）は４つの相（βＳｎ、ＰｔＳｎ４、Ｃｕ６Ｓｎ５及びＣｕ）の分布を、夫々緑色、赤色、青色、黄色にて示している。図４の（ｂ）〜（ｄ）からはんだボール１内にはβＳｎデンドライト相が形成されており、デンドライトアーム間にはβＳｎ、Ａｇ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５の共晶混合物が形成されている。また、図４の（ｅ）〜（ｈ）は結晶の配向を色で表している。
【００４１】
図４の（ｅ）においてはんだボール１は緑色の単色を示しており、βＳｎがＺ方向にて＜１００＞方向（すなわち、銅基板２に垂直方向）に配向された単結晶であることを表している。従って、βＳｎの[００１]方向は銅基板２の面２１に平行である。
【００４２】
また、図４の（ｅ）〜（ｆ）から、βＳｎの[１００]方向とＰｔＳｎ４の[００１]方向とが平行しており（□印参照）、βＳｎの[０１０]方向とＰｔＳｎ４の[０１０]方向とが平行しており（○印参照）、βＳｎの[００１]方向とＰｔＳｎ４の[１００]方向とが平行していることが分かる（△印参照）。このようなことから、βＳｎ粒子はＰｔＳｎ４結晶から結晶配向を受け継いでいるように見られる。
【００４３】
更に、このような構造は、電子移動損傷を最も少なくする構造として報告されている。
【００４４】
核生成粒子４としてＰｔＳｎ４でなくβＩｒＳｎ４又はαＣｏＳｎ３を用いた場合においても、図４の場合と同様の結果が得られた。図５は核生成粒子４としてＰｔＳｎ４、βＩｒＳｎ４及びαＣｏＳｎ３を用いた場合における、はんだボール１と銅基板２とを含むはんだ継手１０を電子線後方散乱回折法によって分析した結果である。鉛フリーはんだ合金としてはＳｎ‐３Ａｇ‐０．５Ｃｕ合金が用いられている。
【００４５】
図５の（ａ）〜（ｃ）は夫々核生成粒子４がＰｔＳｎ４、βＩｒＳｎ４及びαＣｏＳｎ３である場合におけるβＳｎのマッピング像であり、図５の（ｄ）はβＳｎの結晶配向を定量的にまとめたものである。
【００４６】
図５の（ａ）〜（ｃ）から、全てのはんだボール１は一つのβＳｎ結晶配向（緑色）を表している。すなわち、βＳｎはＺ方向に沿って＜１００＞方向に配向されている。
【００４７】
また、図５の（ｄ）から、全てのはんだボール１がＸ‐Ｙ面、すなわち、銅基板２の面２１に＜００１＞方向を有すると共に、全てのはんだボール１において＜１００＞方向中の一つの方向がＺ方向、すなわち、銅基板２に垂直方向に存在する。
【００４８】
更に、図５の（ｄ）は、全てのはんだボール１が、Ｘ‐Ｙ面、すなわち、銅基板２の面２１に対して１５°以内に[００１]方向を有することが分かる。
【００４９】
以上のことから、はんだ付けの際に生成されるβＳｎの核生成及び結晶配向は、核生成粒子４の最も大きいファセット面に沿って行われることが分かる。換言すれば、核生成粒子４のファセット面の配置を制御することにより、βＳｎの核生成及び結晶配向を制御することができる。また、βＳｎを選択的に単結晶又は多結晶にすることもできる。
【００５０】
ひいては、βＳｎの核生成及び結晶配向を制御できるので、はんだ継手の特性（例えば、熱サイクル能力、せん断疲労寿命及び電子移動能力等）を、その用途に応じて制御することが出来る。
【００５１】
図６は本実施の形態に係る接合方法にて製造された、本実施の形態に係るはんだ継手１０の一例を示す。斯かるはんだ継手１０においては、核生成粒子４としてαＣｏＳｎ３が用いられており、その用途に応じてβＳｎの核生成及び結晶配向が制御されている。また、鉛フリーはんだ合金としてはＳｎ‐３Ａｇ‐０．５Ｃｕ合金が用いられている。
【００５２】
図６の（ａ）は、４つの銅基板２上に核生成粒子４が固定されている状態を示している。また、図６の（ｂ）ははんだ付け後における、４つのはんだ継手１０の微細構造を示している。また、図６の（ｃ）は前記４つのはんだ継手１０を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、Ｘ方向及びＹ方向におけるβＳｎのマッピング像である。更に、図６の（ｄ）は（ｃ）に対応する結晶方位マップである。
【００５３】
図６に係る本実施の形態の接合方法（はんだ継手）では、各核生成粒子４は、夫々のｃ／ｂ軸が、Ｘ‐Ｙ面上であって、Ｘ方向に対して約４５°に位置されるように固定されている（図６の（ａ）参照）。
【００５４】
その結果、図６の（ｃ）及び（ｄ）から分かるように、４つの全てのはんだ継手１０（はんだボール１）において、βＳｎは、ｃ軸（[００１]方向）が銅基板２の面２１上に、かつ、主なせん断方向（Ｘ方向）に対して約４５°に位置している。このような構造は、最も長いせん断疲労寿命が得られる構造として報告されている（図６の（ｄ）における赤い領域参照）。
【００５５】
すなわち、核生成粒子４（ファセット面）の配置を制御することによって、βＳｎの[００１]方向を制御し、斯かるはんだ継手１０（はんだボール１）に最も長いせん断疲労寿命をもたらせることができた。
【００５６】
図２においては、２つの銅基板２のうち、下側の銅基板２に核生成粒子４を固定する場合を例に挙げているが、本実施の形態はこれに限るものでない。上側の銅基板２に核生成粒子４を固定しても同じ効果を得ることは言うまでもない。
【００５７】
βＳｎの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす核生成粒子４の寸法の影響について調べた。図７は核生成粒子４の寸法がβＳｎの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた結果である。図７の（ａ）〜（ｄ）は核生成粒子４としてαＣｏＳｎ３を用いた場合において、銅基板２上に核生成粒子４が固定されている状態を示している。また、図７の（ｅ）〜（ｈ）は、（ａ）〜（ｄ）に係るはんだ継手１０を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、Ｚ方向におけるβＳｎのマッピング像である。鉛フリーはんだ合金としてはＳｎ‐３Ａｇ‐０．５Ｃｕ合金が用いられている。
【００５８】
核生成粒子４としてαＣｏＳｎ３を用いた場合は、核生成粒子４の寸法が幅（最長寸法）２５μｍ以下である場合は、βＳｎの核生成及び結晶配向の制御はできなくなることが分かった（図７の（ｄ）及び（ｈ）参照）。
【００５９】
より詳しくは、核生成粒子４としてαＣｏＳｎ３用いた場合、核生成粒子４の最小寸法は、幅（銅基板２の面２１に沿う方向の最長寸法）が２５μｍで、厚みが０．２μｍ（交差方向において）である（図１参照）。この際、核生成粒子４の最大サイズは、銅基板２の面２１のサイズと同じである。
【００６０】
また、図７の（ｉ）、（ｊ）は核生成粒子４としてＰｔＳｎ４を用いた場合におけるはんだ継手１０を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、βＳｎのマッピング像である。この際、ＰｔＳｎ４の寸法は幅（最長寸法）１０〜２０μｍであり、βＳｎの核生成及び結晶配向の制御が有効に可能であった。
【００６１】
より詳しくは、核生成粒子４としてＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、又はβＩｒＳｎ４を用いた場合、核生成粒子４の最小寸法は、幅（銅基板２の面２１に沿う方向の最長寸法）が１０μｍで、厚みが０．２μｍ（交差方向において）である（図１参照）。この際、核生成粒子４の最大サイズは、銅基板２の面２１のサイズと同じである。
【００６２】
αＣｏＳｎ３は核生成粒子４のうち最も早い速度で銅及び液相と反応して（Ｃｕ、Ｃｏ）６Ｓｎ５を形成する。また、αＣｏＳｎ３付近の（Ｃｕ、Ｃｏ）６Ｓｎ５層はαＣｏＳｎ３と液相との接触を防止する。従って、核生成粒子４としてαＣｏＳｎ３を用いた場合は、はんだ付け（リフロー法）回数がβＳｎの核生成及び結晶配向の制御に影響を及ぼすことがあり得る。
【００６３】
図８ははんだ付けの数がβＳｎの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた結果である。核生成粒子４としてαＣｏＳｎ３が用いられ、リフロー法によるはんだ付けが行われた。図８の（ａ）、（ｂ）と、図８の（ｃ）、（ｄ）とは、夫々はんだ付けが２回及び５回行われた場合におけるはんだ継手１０を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、Ｚ方向におけるβＳｎのマッピング像である。また、図８の（ｅ）は（ａ）〜（ｄ）をまとめたものである。鉛フリーはんだ合金としてはＳｎ‐３Ａｇ‐０．５Ｃｕ合金が用いられている。
【００６４】
核生成粒子４としてαＣｏＳｎ３を用いた際には、２回のリフロー法によるはんだ付けの場合、βＳｎの核生成及び結晶配向の制御が１００％有効であった（図８の（ａ）、（ｂ）、（ｅ）参照）。しかし、５回のリフロー法によるはんだ付けの場合、βＳｎの核生成及び結晶配向の制御は５０％しかできなかった（図８の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）参照）。
【００６５】
一方、核生成粒子４としてＰｔＳｎ４又はβＩｒＳｎ４を用いた際には、図９に示しているように、１０回以上のリフロー法によるはんだ付けの場合でも、βＳｎの核生成及び結晶配向の制御が１００％有効であった。図９において、鉛フリーはんだ合金としてはＳｎ‐３Ａｇ‐０．５Ｃｕ合金が用いられている。
【００６６】
また、銅基板２が停止している状態でリフロー法によるはんだ付けが行われた場合と、対流オーブン内で銅基板２を移動させながらリフロー法によるはんだ付けが行われた場合とでは、βＳｎの核生成及び結晶配向の制御に違いは見られなかった。
【００６７】
以上においては、鉛フリーはんだ合金としてはＳｎ‐３Ａｇ‐０．５Ｃｕ合金が用いられた場合を例として説明したが、本実施の形態はこれに限るものでない。例えば、鉛フリーはんだ合金としてはＳｎ‐３．５Ａｇ合金であっても良く、Ｓｎ‐０．７Ｃｕ‐０．０５Ｎｉ‐Ｇｅ合金であっても良い。
【００６８】
図１０及び図１１は本実施の形態に係るはんだ継手１０に核生成粒子４としてαＣｏＳｎ３が用いられ、鉛フリーはんだ合金として夫々Ｓｎ‐３．５Ａｇ合金及びＳｎ‐０．７Ｃｕ‐０．０５Ｎｉ‐Ｇｅ合金が用いられた場合、はんだ継手１０を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、Ｚ方向におけるβＳｎのマッピング像である。
【００６９】
図１０及び図１１の何れの場合においても、βＳｎの核生成及び結晶配向の制御が有効に行われていることが見て取れる。
【００７０】
以上においては、核生成粒子４として、ＰｔＳｎ４、ＰｄＳｎ４、βＩｒＳｎ４又はαＣｏＳｎ３の何れか一つを銅基板２の一ヶ所に固定する場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限るものでない。
【００７１】
例えば、二つ以上の同一の核生成粒子４を銅基板２の複数箇所に固定しても良い。また、異なる複数の核生成粒子４を銅基板２の複数の箇所に固定しても良い。この場合は、部分的にβＳｎの核生成及び結晶配向の制御が可能である。
【００７２】
以上においては、銅基板２を用いた場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限るものでない。銅の代わりに、銅のような遷移金属の基板を用いても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１  はんだボール（はんだ部分）
２  銅基板（被接合部材）
３  被覆層
４  核生成粒子
１０  はんだ継手
２１  （銅基板の）面
【図１】
2019013957.tif 000003
【図２】
2019013957.tif 000004
【図３】
2019013957.tif 000005
【図４】
2019013957.tif 000006
【図５】
2019013957.tif 000007
【図６】
2019013957.tif 000008
【図７】
2019013957.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月3日(2018.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
この際、金属間化合物の核生成粒子４の最も大きいファセット面が斯かる銅基板２においてはんだ付けされる面２１（接合面）と平行するように載置する。これによって、はんだ付けの際に生成されるβＳｎは、その[００１]方向が核生成粒子４のファセット面に対して平行するように、換言すれば、銅基板２の面２１と略平行な方向に核生成されて結晶成長していく。すなわち、βＳｎは[１００]方向又は[０１０]方向が金属間化合物の層（図２参照）の厚み方向と交差するように核生成されて結晶成長していく。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
Ｓｎを含む鉛フリーはんだ合金を用いて少なくとも２つの被接合部材を接合させたはんだ継手において、
前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分は、
接合の際に形成された金属間化合物の層と、
[１００]方向又は[０１０]方向が前記金属間化合物の層の厚み方向と交差するように結晶配向された単粒βＳｎと、
前記金属間化合物の層及び前記単粒βＳｎの間に介在し、該単粒βＳｎの結晶配向に関わる核生成粒子と
を含むことを特徴とするはんだ継手。