(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、低温でのはんだ接合が可能で、しかも、高い信頼性を有する汎用性のある鉛フリーはんだ合金及びはんだ接合の提供。【解決手段】Ｓｎ-Ｂｉを基本組成とし、それぞれの含有量が４５質量％超〜５５質量％であり、更に、Ｓｂの含有量が０．１〜１１．０質量％、Ｃｕの含有量が０．１〜２．０重量％、Ｎｉの含有量が０．０１〜０．５質量％含有、及び不可避不純物からなる組成とすることにより、１９０℃以下の低温でのはんだ接合が可能となり、しかも高い接合信頼性を有することを可能とし、更に、上記組成にＧａを０．０００１〜０．１質量％を配合することにより高い接合信頼性に加え濡れ性等のはんだ接合特性が向上することも可能とした鉛フリーはんだ合金。更にＧｅ、Ｐ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃａ又はＭｎから選ばれる一種以上の成分を０．０００１〜１．０質量％を含有する、鉛フリーはんだ合金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ並びにＢｉの含有量が４５質量％超〜５５質量％、Ｓｂが０．１質量％〜１１質量％、Ｃｕが０．１質量％〜２．０質量％、Ｎｉが０，０１質量％〜０．５質量％、及び不可避不純物からなることを特徴とする鉛フリーはんだ接合合金。
【請求項２】
更に、Ｇａを０．０００１質量％〜０．１質量％を含有したことを特徴とする請求項１記載の鉛フリーはんだ合金。
【請求項３】
請求項１及び請求項２記載の鉛フリーはんだ合金に、Ｇｅ、Ｐ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃａ、及びＭｎからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の成分を０．０００１質量％〜１．０質量％を含有することを特徴とする鉛フリーはんだ合金。
【請求項４】
請求項１〜請求項３記載の鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ接合を行ったことを特徴とするはんだ接合部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期信頼性に優れた鉛フリーはんだ合金、及び当該合金を用いたはんだ接合部に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境負荷軽減のため、電子部品の接合材料として鉛フリーはんだが広く普及しており、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ系はんだ合金やＳｎ-Ｃｕ-Ｎｉ系はんだ合金はその代表的な組成である。
近年、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ系はんだ合金及びＳｎ-Ｃｕ-Ｎｉ系はんだ合金に加え、ＢｉやＩｎ、Ｓｂ等を添加したはんだ合金やＳｎ-Ｚｎ系はんだ合金等の接合用途や特性に対応した各種鉛フリーはんだ合金が用いられている。
また、耐熱温度が低い電子部品の接合には、ＢｉやＩｎを多く含有する低融点はんだ合金も用いられている。
【０００３】
とりわけ、耐熱性の低い電子部品の接合を必要とするＰＣ等では低融点の鉛フリーはんだ合金が用いられている。
例えば、特許文献１では、Ｓｎ-５７質量％Ｂｉ-ｘ質量％Ｍ（Ｍは、銅、銀、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン、及びインジウムから選択される少なくとも１種の金属であり、ｘは４．０以下）組成の融点が１３９℃〜１７０℃程度である鉛フリーはんだ合金が開示されている。
また、特許文献２では、Ｓｎ-Ｂｉ-Ｓｂ組成で融点が１３５℃〜１５０℃程度の鉛フリーはんだ合金が開示されている。
そして、特許文献３では、Ｓｎ-Ｂｉ-Ｚｎ−Ｓｂ組成で融点が１３５℃〜１５０℃程度の鉛フリーはんだ合金が開示されている。
更に、特許文献４及び特許文献５では、それぞれＳｎ−Ｂｉ-Ｓｂ−Ｃｕ−Ｐ組成及びＳｎ−Ｂｉ−Ｃｕ−Ｎｉ組成の低融点鉛フリーはんだ合金が開示されている。
【０００４】
しかし、特許文献１〜特許文献５で開示されている技術には課題も残されており、何れの特許文献もＳｎ−５７質量％Ｂｉ共晶組成が中心となっており、例えば、特許文献１で開示されている技術はＳｎ-５７質量％Ｂｉに４質量％以下の銅、銀、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン、及びインジウムより選択される少なくとも１種の金属を配合することに加え、熱硬化性接着剤を配合してはんだ接合の機械的特性を確保するものであるため、接合方法がリフローに限定される。
また、特許文献２及び特許文献３で開示されているはんだ合金組成はＳｎ−Ｂｉ基本組成にＳｂ及びＺｎを添加した組成であるが、何れも冷却途中の所定温度で一定時間保持する工程が必要である。
そして、特許文献４及び特許文献５で開示されている技術は、特許文献４では接合対象にＮｉメッキ層を必要とする制約、特許文献５では温度サイクル試験が１０００サイクルでの結果の開示であり、更なる高信頼性を有する課題が夫々残っている。
【０００５】
一方、低耐熱性電子部品の接合が必要となるＰＣ等の電子機器には、高信頼性の接合が求められているのも現状であり、低融点でありながら高信頼性を有するはんだ接合が可能、且つ汎用性のある鉛フリー合金が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−９０４０７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６７４７２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１５７８７３号公報
【特許文献４】特許第５６７９０９４号公報
【特許文献５】特開２０１４−１４０８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、低温でのはんだ接合が可能で、しかも、高い信頼性を有する汎用性のある鉛フリーはんだ合金及びはんだ接合部の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、低融点のＳｎ−Ｂｉ系鉛フリーはんだ合金組成及び金属間化合物に着目して鋭意検討を重ねた結果、Ｓｎ並びにＢｉの含有量を５０質量％付近とし、これにＳｂ、Ｃｕ、及びＮｉを添加することにより、融点が１８０℃以下の低融点でありながら高い接合信頼性を有する鉛フリーはんだ合金及びはんだ接合部が可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、Ｓｎ-Ｂｉを基本組成とし、それぞれの含有量が４５質量％超〜５５質量％であり、更に、Ｓｂの含有量が０．１質量％〜１１．０質量％、Ｃｕの含有量が０．１〜２．０重量％、Ｎｉの含有量が０．０１〜０．５質量％含有、及び不可避不純物からなる鉛フリーはんだ合金組組成とすることにより、１９０℃以下の低温でのはんだ接合が可能となり、しかも高い接合信頼性を有することを可能とした。
更に、上記組成にＧａを０．０００１質量％〜０．１質量％を配合することにより高い接合信頼性に加え濡れ性等のはんだ接合特性が向上することも可能とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、はんだ製品の形態に限定されることのない汎用性のある鉛フリーはんだ合金であり、電子部品の接合時に発生する熱応力が少なく、更に耐疲労特性に優れる高信頼性を有する低融点鉛フリーはんだ合金であるため、ＰＣ等の電子機器等に広く応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｓｎ−Ｂｉの２組成状態図。
【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。
本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ｓｎ及びＢｉの含有量が５０質量％付近を基本組成としており、これにＳｂ、Ｃｕ、及びＮｉを特定量含有させることにより、耐疲労特性に優れしかも高信頼性という特徴を有する。
ここで、特許文献１との相違を説明する。特許文献１に開示の鉛フリーはんだ合金の
組成は、Ｓｎ-５７又は４５質量％Ｂｉを基本として更に-４質量％以下のＭを含有るものである。そして、Ｍは、銅、銀、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン、及びインジウムより選択される少なくとも１種の金属であり、銅及びニッケル及びアンチモンを選択すると、本発明の鉛フリーはんだ合金と同元素を有することになる。
しかし、特許文献１のはんだ合金組成はＢｉが５７質量％又は４５質量％の何れかであり、Ｂｉの含有量が４５質量％のときＳｎは５１質量％〜５５質量％で、Ｂｉの含有量が５７質量％のときＳｎは３９質量％〜４３質量％との範囲の指定があり、本発明のＢｉ含有量の４５質量％超〜５５質量％とは主成分であるＳｎ及びＢｉの含有量が異なる。
また、特許文献１に開示のはんだ接合材には、上記組成の金属以外にはんだ合金に対し５質量％〜２０質量％の熱硬化性樹脂が必須組成として含有されている点でも本発明と異なる。
【００１３】
本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ｓｎ及びＢｉの含有量が４５質量％超〜５５質量％の範囲であり、好ましくはＳｎ及びＢｉの含有量が５０質量％付近ではんだ合金が凝固する際の体積変化が最も小さくなり、はんだ接合部へのストレスが少なくなるという作用により、はんだ接合部に高い接合信頼性が得られる効果を有するものである。
凝固時の体積変化が小さいということは、はんだ接合時に発生するはんだ接合部に残存する残存応力が少なく、はんだ接合部が耐熱疲労特性に優れているということであり、引け巣等の不具合も少ない。
本発明の鉛フリーはんだ合金は、このような特性を応用し、且つＳｂが０．１質量％〜１１質量％、Ｃｕが０．１質量％〜２．０質量％、Ｎｉが０，０１質量％〜０．５質量％の特定量を含有することにより、低融点でありながら機械的特性や耐熱疲労特性に優れたはんだ接合を可能にするものである。
また、低温でのはんだ付けが可能となることにより、はんだ付け時に発生するエネルギーを減少させる省エネ効果も有する。
【００１４】
本発明の鉛フリーはんだ合金にＧａを０．０００１質量％〜０．１質量％含有させることにより、凝固時の体積変化が最小になる効果を有したまま、接合時の濡れ性が向上し、はんだ付け特性も向上する。
また、上記本発明の鉛フリーはんだ合金に酸化防止効果を有するＧｅ、Ｐ、Ｓｉ、及びＴｉ、Ｃａ、Ｍｎからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の成分を０．０００１質量％〜１．０質量％を含有させることにより、本発明の効果を有したまま相乗的に酸化効果を向上させることも可能である。
そして、上記本発明の鉛フリーはんだ合金の組成に、Ａｇを０．１〜４．０質量％を含有させることにより機械的特性を相乗的に向上させることができ、更に、不可避不純物が含有された場合に於いても、本発明の効果は変わらない。
なお、不可避不純物とは、はんだの原料中に存在したり、製造工程に於いて不可避的に混入するものをいう。
【００１５】
本発明の鉛フリーはんだ合金は、用途に応じて任意に形状を加工することができる。例えば、ディップはんだ付け方法によるはんだ接合を行う場合は棒状のはんだ形状に、リフローはんだ付け方法によりはんだ接合を行う場合はペースト状やボール状、及びプリフォーム形状に、はんだ鏝を用いたはんだ接合の場合にはやに入りはんだ等の線状にそれぞれ加工して用いることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、低温でのはんだ接合が可能で、はんだ製品の形態に限定されることのない汎用性のある鉛フリーはんだ合金であり、低耐熱性電子部品の接合が必要となるＰＣ等の電子機器等に広く応用が期待できる。
【図１】
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