(57)【要約】【課題】温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあっても、はんだ接合部に生じる亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できる鉛フリーはんだ合金、及び、この鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板を得る。【解決手段】鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金。
【請求項２】
Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリーはんだ合金、及び、この鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子回路基板に電子部品を接合する際には、ソルダペーストを用いたはんだ接合方法が多く用いられており、近年では鉛を含有しない、所謂鉛フリーはんだ合金によるはんだ接合方法が一般的になりつつある。この鉛フリーはんだ合金では、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金が多く使用されており、このＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金は、例えば、テレビ、パソコン等に使用される民生用電子機器、あるいは、自動車に搭載される移動媒体用電子機器に使用されている。そのため、従来においても自動車に搭載するために耐熱疲労特性に優れた鉛フリーはんだ合金は多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２８６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、近年では、益々過酷な環境下に置かれる移動媒体用電子回路基板および電子制御装置の需要が増えている。例えば、自動車では、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）を、機械装置上に直接搭載あるいは内蔵する「機電一体化」が進んでいる。そして、エンジン制御のための電子制御ユニットは、車内からエンジンルームへ、さらにはエンジン直載に移行するものもある。そのため、電子制御ユニットに用いられる電子回路基板は、温度変化が激しく（例えば、−４０℃から１２５℃、−４０℃から１５０℃といった温度変化）、加えて振動負荷を受けるような過酷な環境下に配置される場合がある。
【０００５】
このような温度変化が非常に激しい環境下では、実装された電子部品と電子回路基板との線膨張係数の差によって、はんだ接合部に大きな応力が発生する。この応力は、熱衝撃に伴いはんだ接合部に繰り返し生じ、はんだ接合部の塑性変形を何度も引き起こす。そのため、はんだ接合部は、繰り返される塑性変形により、亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離等の現象が生じ易くなる。また、激しい温度変化に加え、電子回路基板に振動が負荷される環境下にあっては、亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離等の現象は更に発生し易い。はんだ接合部に生じた、亀裂或いは剥離が進展すると、はんだによって電子部品と電子回路基板との電気的接続を切断してしまう。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するものであり、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあっても、はんだ接合部に生じる亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できる鉛フリーはんだ合金、及び、この鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。
【０００８】
本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。
【０００９】
本発明に係る電子回路基板は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金、又は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金、を用いて形成されるはんだ接合部を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあっても、熱衝撃耐性に優れ、はんだ接合部に生じる亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できるものである。
【００１１】
本発明に係る電子回路基板は、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあっても、熱衝撃耐性に優れ、はんだ接合部に生じる亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できる鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有するので、車載用電子回路基板といった高い信頼性の求められる電子回路基板にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態１．
以下、本発明の鉛フリーはんだ合金及びにこの鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板に関する実施形態について具体的に説明する。明細書全文に表わされている実施形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１４】
［鉛フリーはんだ合金］
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。または、鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。
【００１５】
（Ａｇの含有量）
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、３質量％以上３．８質量％以下のＡｇを含有する。Ａｇを添加することにより、鉛フリーはんだ合金のＳｎ粒界中に金属間化合物であるＡｇ３Ｓｎを析出させ、機械的強度を付与することができる。
【００１６】
Ａｇの含有量が３質量％未満の場合、Ａｇ３Ｓｎ化合物の析出が少なく、鉛フリーはんだ合金の機械的強度および耐熱衝撃性が低下し、また、溶融温度の上昇により電子部品の耐熱温度も問題となるため、好ましくない。また、Ａｇの含有量が３．８質量％を超えると、鉛フリーはんだ合金の延伸性が阻害され、これを用いて形成されるはんだ接合部が電子部品の電極剥離現象を引き起こす虞があるので好ましくない。
【００１７】
（Ｃｕの含有量）
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、０．５質量％以上０．７質量％以下のＣｕを含有する。この範囲でＣｕを添加することにより、電子回路のＣｕランドに対するＣｕ食われ防止効果を発揮させることができる。また、この範囲でＣｕを添加することにより、Ｓｎ粒界中に金属間化合物であるＣｕ６Ｓｎ５を析出させることで鉛フリーはんだ合金の耐熱衝撃性を向上させることができる。
【００１８】
Ｃｕの含有量が０．５質量％未満では十分なＣｕ食われ防止効果が得られないため好ましくない。Ｃｕの含有量が０．７質量％を超えるとＣｕ６Ｓｎ５化合物が接合界面近傍に集中して析出するようになり、接合信頼性が低下すると共に、鉛フリーはんだ合金の延伸性が阻害され、また、溶融温度の上昇により電子部品の耐熱温度も問題となるため、好ましくない。
【００１９】
（Ｓｂの含有量）
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、１．５質量％以上２．５質量％以下のＳｂを含有する。この範囲でＳｂを添加することにより、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金の延伸性を阻害することなく、はんだ合金の接合強度を向上させ、亀裂の発生を抑制し及び亀裂の進展を抑制することができる。
【００２０】
ここで、外部応力に対する耐力について検討する。なお、外部応力とは、例えば、はんだ接合部が温度変化の激しい環境下に長時間曝される場合などに、熱や湿度等に起因して外部から加わる力、あるいは、熱膨張率の差に起因する力のことをいう。外部応力に耐えるには、鉛フリーはんだ合金の靭性（応力−歪曲線で囲まれた破断点までの曲線下の面積の大きさ）を高め、延伸性を良好にし、且つ、はんだ合金の主成分となるＳｎマトリックスを強化するために、Ｓｎマトリックスに固溶する元素を添加して固溶強化を図ることが有効であると考えられる。そして、鉛フリーはんだ合金の十分な靱性および延伸性を確保しつつ、鉛フリーはんだ合金の固溶強化を行うためにはＳｂが最適な元素となる。
【００２１】
Ｓｎを母材とする鉛フリーはんだ合金に、１．５質量％以上２．５質量％以下の範囲でＳｂを添加することで、Ｓｂは、Ｓｎの結晶格子に入り込み、Ｓｎと置換することでＳｎの結晶格子に歪みを発生させる。このような鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部は、Ｓｎの結晶格子の一部のＳｎがＳｂと置換されることにより、Ｓｎの結晶中の転移に必要なエネルギーが増大してその金属組織が強化される。更には、Ｓｎ粒界に微細なＳｎＳｂ、ε−Ａｇ３（Ｓｎ，Ｓｂ）化合物が析出することにより、Ｓｎ粒界のすべり変形を防止することではんだ接合部に発生する亀裂の進展を抑制し得る。
【００２２】
Ｓｂの含有量が２．５質量％を超えると、鉛フリーはんだ合金の溶融温度が上昇してしまい、高温下でＳｂが再固溶しなくなる。この場合、鉛フリーはんだ合金を、温度変化の激しい環境下に長時間曝した場合、鉛フリーはんだ合金は、ＳｎＳｂ、ε−Ａｇ３（Ｓｎ，Ｓｂ）化合物による析出強化のみが行われる。そのため、鉛フリーはんだ合金は、時間の経過と共にこれらの金属間化合物が粗大化し、Ｓｎ粒界のすべり変形の抑制効果が失効してしまう。またこの場合、鉛フリーはんだ合金の溶融温度の上昇に伴い電子部品の耐熱温度も問題となる。そのため、Ｓｂの含有量を、２．５質量％を超える範囲とすることは、好ましくない。また、Ｓｂの含有量が１．５質量％未満の場合、固溶強化の効果が得られないため、好ましくない。
【００２３】
（Ｂｉの含有量）
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、３質量％より多く４質量％以下のＢｉを含有する。この範囲でＢｉを添加することにより、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金の延伸性を阻害することなく、はんだ接合部における亀裂の発生を抑制し及び亀裂の進展を抑制させることができる。また、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金の構成であれば、３質量％より多く４質量％以下の範囲でＢｉを添加することにより、鉛フリーはんだ合金の延伸性に影響を及ぼすことなく鉛フリーはんだ合金の強度を向上させると共に、Ｓｂ添加により上昇した溶融温度を低下させることができる。また、ＢｉもＳｂと同様にＳｎマトリックス中へ固溶するため、鉛フリーはんだ合金を更に強化することができる。
【００２４】
Ｂｉの含有量が３％以下の場合、Ｓｂ添加により上昇した溶融温度を低下させる効果を発揮できないため、好ましくない。また、Ｂｉの含有量が４質量％を超えると鉛フリーはんだ合金の延伸性を低下させ、温度変化の激しい環境下に長時間曝された際、鉛フリーはんだ合金により形成されたはんだ接合部が脆性破壊され、電子部品の電気的短絡を起こし易くなるために好ましくない。
【００２５】
（Ｃｏの含有量）
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、０．０５質量％以上０．０８質量％以下のＣｏを含有する。本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだを用いてＮｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきがなされていない電極（下面電極構造も含む）を有する電子部品をはんだ接合する場合、Ｃｏを添加することで、Ｃｏがはんだ接合時に電子部品の電極とはんだ接合部の界面付近に移動して微細な（Ｃｕ，Ｃｏ）６Ｓｎ５を形成する。そのため、電子部品の電極とはんだ接合部の界面付近おけるＣｕ３Ｓｎ層の成長が抑制される。これにより、電子部品の電極とはんだ接合部の界面付近の亀裂の発生を抑制し及び亀裂の進展を抑制させることができる。
【００２６】
ここで、電子部品の電極に被覆されるめっきと鉛フリーはんだ合金との関係について検討する。移動媒体用電子回路基板に搭載されるＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏ−ｌｅａｄ  ｐａｃｋａｇｅ）といった電子部品の電極には、従来、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきされた部品が多用されていた。しかし、近年の電子部品の低コスト化あるいは基板の小型化に伴い、電極部分をＳｎめっきに替えた電子部品の実用化がなされている。Ｓｎめっきされた電極を有する電子部品は、はんだ接合時において、Ｓｎめっきおよびはんだ接合部に含まれるＳｎと、リード部分および電極に含まれるＣｕとの相互拡散を発生させ易い。このＳｎとＣｕの相互拡散により、電極部分とはんだ接合部との界面付近には、金属間化合物であるＣｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５層が大きく成長する。金属間化合物Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５層は硬くて脆い性質を有し、大きく成長したＣｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５層は更に脆くなる。そのため、電極部分とはんだ接合部との界面付近に大きく成長したＣｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５層を有すると、激しい温度変化に加え、電子回路基板に振動が負荷される環境下においては、電極部分とはんだ接合部との界面付近は、はんだ接合部と比較して亀裂が発生し易く、また発生した亀裂はこれを起点として一気に進展するため、電気的短絡が生じ易い。従って、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきがなされていない電極を有する電子部品を用いた場合であっても、激しい温度変化に加え、電子回路基板に振動が負荷される環境下において、電極部分とはんだ接合部との界面付近における亀裂の発生が抑制され及び亀裂の進展が抑制されることが望まれている。
【００２７】
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、０．０５質量％以上０．０８質量％以下の範囲でＣｏを添加することで、電子部品の電極とはんだ接合部の界面付近の亀裂の発生を抑制し及び亀裂の進展を抑制させることができる。
【００２８】
なお、Ｃｏの含有量が０．０５質量％未満であると、電極部分とはんだ接合部との界面付近のＣｏの量が少なくなり、（Ｃｕ，Ｃｏ）６Ｓｎ５による金属間化合物による改質効果が不十分となるため、亀裂の発生及び亀裂の進展を十分に抑制することができない。そのため、Ｃｏの含有量が０．０５質量％未満であることは好ましくない。また、Ｃｏの含有量が０．０８質量％を超えると、鉛フリーはんだ合金が酸化し易くなり、その濡れ性が阻害されるので、Ｃｏの含有量が０．０８質量％を超えることは好ましくない。また、Ｃｏの含有量が０．１０質量％を超えると、はんだ合金中の（Ｃｕ，Ｃｏ）６Ｓｎ５の結晶が粗大化して固溶強化の効果が得られないため、Ｃｏの含有量が０．０８質量％を超えることは好ましくない。
【００２９】
（Ｇｅの含有量）
更に、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金には、０．００１質量％以上０．０５質量％以下のＧｅを含有させることができる。Ｇｅを添加することにより、鉛フリーはんだ合金の酸化を抑制することができる。但し、Ｇｅの含有量が０．０５質量％を超えるとはんだ付け性を阻害するため好ましくない。
（Ｓｎの含有量）
【００３０】
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏを含有し、あるいは、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅを含有し、その残部はＳｎからなることが好ましい。
【００３１】
本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金の形状は、微細なはんだ部の接合に用いられるので、リフローはんだ付けに用いられ、ソルダペーストとして使用させるのが通常である。ただし、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、ソルダペーストに限定されるものではなく、棒状、線状のはんだの他、リボン、ペレット、ディスク、ワッシャー、ボールなどの成形はんだや粉末への製品供給形態が可能である。
【００３２】
［電子回路基板］
図１は、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板の概略断面図である。電子回路基板１００は、基板１と、鉛フリーはんだ合金２と、電子部品３とを有する。なお、電子回路基板１００の構成は、基本的な構成であり、基板１と、鉛フリーはんだ合金２と、電子部品３とに限定されるものではなく、例えば、絶縁層、めっき層が形成されていてもよく、複数の電子部品が搭載されていてもよい。
【００３３】
電子回路基板１００は、それぞれ機能を持っている複数の電子工学的な組み合わせによって、全体として目的とする機能を実現させるシステムである。基板１は、プリント配線板、シリコンウエハ、セラミックパッケージ基板等であるが、電子部品の搭載、実装に用いられるものであれば、これらに限らず基板１として使用することができる。例えば、耐熱性ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）が例示される。プリント配線基板は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄめっきが施されること好ましい。また、プリント配線基板は、Ｃｕランド表面をアミンやイミダゾール等の有機物（ＯＳＰ：Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）で処理されたものも好ましい。鉛フリーはんだ合金２は、上述した本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金である。電子部品３は、電子回路基板１００を構成する部品であり、チップ抵抗器、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏ−ｌｅａｄ  ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＴ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、パワートランジスタ、ダイオード、コンデンサなどが例示される。電子部品３には、基板１とはんだ付けされる、例えば、下面電極、リード電極等の電極が設けられている。
【００３４】
電子回路基板１００は、例えば、基板１上に鉛フリーはんだ合金２が印刷され、その上に電子部品３が直接設置された後、通常の条件下でリフロー処理されることによって、はんだ付けされる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳述する。表１〜表３の各はんだ合金を作製し、１２０６チップ抵抗器及びＳＯＴ−２２３のせん断強さ、４４ピンＱＦＰのリードプル強さを測定し、また、示差走査熱量測定にて、はんだの液相線を測定した。
【００３６】
表１〜表３の鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。または、表１〜表３の鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。なお、表１〜表３の説明で述べる、上限、上限値、下限、下限値は、上記の各範囲における上限、上限値、下限、下限値である。さらに、表３の中間値とは、上記の各範囲の厳密な中間値のみならず、ほぼ中間の値も含むものである。
【００３７】
表１〜表３の各はんだ合金を作製し、表１〜表３のはんだ合金を回転ディスクアトマイズ法にて粉末とした。松脂、溶剤、有機酸、チクソ剤等からなるはんだ付け用フラックスと混合して、各はんだ合金のソルダペーストを作製した。実施例１から比較例７５に係る試験基板は、ソルダペーストを、ＦＲ−４基板に１５０μｍのメタルマスクを用いて印刷した後、Ｓｎめっきが施された１２０６チップ抵抗器、Ｓｎめっきが施されたＳＯＴ−２２３、Ｓｎめっきが施された４４ピンＱＦＰ（０．６４ｍｍピッチ）をマウントし、予備加熱１５０℃−１８０℃で９０秒、最高温度２４５℃、２２０℃以上の保持時間を４０秒の条件でリフローはんだ付けを実施して作製した。
【００３８】
［シェア強度測定］
各はんだ合金で作製した試験基板を低温−４０℃、高温＋１２５℃、保持時間３０分の条件に設定した熱衝撃試験装置に入槽し、初期値ならびに１５００サイクル後に試験装置から取り出し、１２０６チップ抵抗器及びＳＯＴ−２２３のせん断強さ、４４ピンＱＦＰのリードプル強さを引張試験機（株式会社島津製作所製オートグラフ（登録商標）ＡＧ−ＩＳ）を用いて測定した。
【００３９】
表１〜３の「評価結果」は、各はんだ合金について、１２０６チップ抵抗器及びＳＯＴ−２２３のせん断強さ、４４ピンＱＦＰのリードプル強さの減少率をまとめたものである。また、表１〜表３の「評価結果」の記号◎、記号○、記号△、記号×は、下記の減少率を表わすものである。なお、熱衝撃性に優れているとは、−４０℃＋１２５℃という熱衝撃試験をおこなっても、１５００サイクル後のシェア強さ減少率が、２５％未満を言う。
◎：減少率１５％未満
○：減少率１５％以上−２５％未満
△：減少率２５％以上−３５％未満
×：減少率３５％以上
【００４０】
［液相線測定］
実施例および比較例に係る各鉛フリーはんだ合金について、示差走査熱量測定装置を用いて液相線温度を測定した。なお、測定条件は、昇温速度を常温から１５０℃までは１０℃／ｍｉｎ、１５０℃から２５０℃までは２℃／ｍｉｎとし、そのサンプル量を１０ｍｇとした。
【００４１】
【表１】
2019076946.tif 000003
【００４２】
表１の実施例は、鉛フリーはんだ合金に含まれるＡｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅのうちのいずれか１つの成分の含有量を上記の所定の範囲内において変化させ、その他の成分の含有量を下限値に固定した場合の鉛フリーはんだ合金のチップ抵抗のせん断強さ、ＳＯＴ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のせん断強さ、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のせん断強さ、４４ピンＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のリードプル強さを評価したものである。
【００４３】
表１の比較例は、鉛フリーはんだ合金に含まれるＡｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅのうちのいずれか１つの成分の含有量を上記の所定の範囲外において変化させ、その他の成分の含有量を下限値に固定した場合の鉛フリーはんだ合金のチップ抵抗のせん断強さ、ＳＯＴ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のせん断強さ、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のせん断強さ、４４ピンＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のリードプル強さを評価したものであり、実施例との比較例である。
【００４４】
［Ａｇの含有量（他成分下限値）と評価］
表１の実施例１、２及び比較例３、４は、鉛フリーはんだ合金において、Ａｇの含有量を変化させ、他の成分の含有量をほぼ下限値（Ｃｕを０．５質量％、Ｓｂを１．５質量％、Ｂｉを３．１質量％、Ｃｏを０．０５質量％）に固定したものである。Ａｇの含有量が下限値である３．０質量％（実施例１）又はＡｇの含有量が上限値である３．８質量％（実施例２）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ａｇの含有量が下限値外である２．９質量％（比較例３）又はＡｇの含有量が上限値外である３．９質量％（比較例４）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００４５】
［Ｃｕの含有量（他成分下限値）と評価］
表１の実施例５、６及び比較例７、８は、鉛フリーはんだ合金において、Ｃｕの含有量を変化させ、他の成分の含有量をほぼ下限値（Ａｇを３．０質量％、Ｓｂを１．５質量％、Ｂｉを３．１質量％、Ｃｏを０．０５質量％）に固定したものである。Ｃｕの含有量が下限値である０．５質量％（実施例５）及びＣｕの含有量が上限値である０．７質量％（実施例６）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｃｕの含有量が下限値外である０．４質量％（比較例７）及びＣｕが含有量の上限値外である０．８質量％（比較例８）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００４６】
［Ｓｂの含有量（他成分下限値）と評価］
表１の実施例９、１０及び比較例１１、１２は、鉛フリーはんだ合金において、Ｓｂの含有量を変化させ、他の成分の含有量をほぼ下限値（Ａｇを３．０質量％、Ｃｕを０．５質量％、Ｂｉを３．１質量％、Ｃｏを０．０５質量％）に固定したものである。Ｓｂの含有量が下限値である１．５質量％（実施例９）又はＳｂの含有量が上限値である２．５質量％（実施例１０）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｓｂの含有量が下限値外である１．４質量％（比較例１１）又はＳｂの含有量が上限値外である２．６質量％（比較例１２）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００４７】
［Ｂｉの含有量（他成分下限値）と評価］
表１の実施例１３、１４及び比較例１５、１６は、鉛フリーはんだ合金において、Ｂｉの含有量を変化させ、他の成分の含有量をほぼ下限値（Ａｇを３．０質量％、Ｃｕを０．５質量％、Ｓｂを１．５質量％、Ｃｏを０．０５質量％）に固定したものである。Ｂｉの含有量がほぼ下限値である３．１質量％（実施例１３）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。Ｂｉの含有量が上限値である４．０質量％（実施例１４）の場合、チップ抵抗せん断強さ及びＳＯＴせん断強さは、減少率１５％以上−２５％未満であり、ＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｂｉの含有量が下限値外である３．０質量％（比較例１５）又はＢｉの含有量が上限値外である４．１質量％（比較例１６）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００４８】
［Ｃｏの含有量（他成分下限値）と評価］
表１の実施例１７、１８及び比較例１９、２０は、鉛フリーはんだ合金において、Ｃｏの含有量を変化させ、他の成分の含有量をほぼ下限値（Ａｇを３．０質量％、Ｃｕを０．５質量％、Ｓｂを１．５質量％、Ｂｉを３．１質量％）に固定したものである。Ｃｏの含有量が下限値である０．０５質量％（実施例１７）又はＣｏの含有量が上限値である０．０８質量％（実施例１８）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｃｏの含有量が下限値外である０．０４質量％（比較例１９）又はＣｏの含有量が上限値外である０．０９質量％（比較例２０）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００４９】
［Ｇｅの含有量（他成分下限値）と評価］
表１の実施例２１、２２、２３及び比較例２４、２５は、鉛フリーはんだ合金において、Ｇｅの含有量を変化させ、他の成分の含有量をほぼ下限値（Ａｇを３．０質量％、Ｃｕを０．５質量％、Ｓｂを１．５質量％、Ｂｉを３．１質量％、Ｃｏを０．０５質量％）に固定したものである。Ｇｅの含有量が下限値である０．００１質量％（実施例２１）、Ｇｅの含有量が範囲内の値である０．０１質量％（実施例２２）、Ｇｅの含有量が上限値である０．０５質量％（実施例２３）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、全て減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、特に熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｇｅの含有量が下限値外である０．０００８質量％（比較例２４）又はＧｅの含有量が上限値外である０．０６質量％（比較例２５）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。Ｇｅの成分を含む場合は、実施例２１、２２、２３の割合の成分を含む鉛フリーはんだ合金、比較例２４、２５の割合の成分を含む鉛フリーはんだ合金のいずれにおいても熱衝撃耐性に優れているが、実施例の場合（Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下）の方が、チップ抵抗せん断強さの評価がよく、より熱衝撃耐性に優れている。
【００５０】
【表２】
2019076946.tif 000004
【００５１】
表２の実施例は、鉛フリーはんだ合金に含まれるＡｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅのうちのいずれか１つの成分の含有量を上記の所定の範囲内において変化させ、その他の成分の含有量を上限値に固定した場合の鉛フリーはんだ合金のチップ抵抗のせん断強さ、ＳＯＴ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のせん断強さ、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のせん断強さ、４４ピンＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のリードプル強さを評価したものである。
【００５２】
表２の比較例は、鉛フリーはんだ合金に含まれるＡｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅのうちのいずれか１つの成分の含有量を上記の所定の範囲外において変化させ、その他の成分の含有量を上限値に固定した場合の鉛フリーはんだ合金のチップ抵抗のせん断強さ、ＳＯＴ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のせん断強さ、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のせん断強さ、４４ピンＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のリードプル強さを評価したものであり、実施例との比較例である。
【００５３】
［Ａｇの含有量（他成分上限値）と評価］
表２の実施例２６、２７及び比較例２８、２９は、鉛フリーはんだ合金において、Ａｇの含有量を変化させ、他の成分の含有量を上限値（Ｃｕを０．７質量％、Ｓｂを２．５質量％、Ｂｉを４．０質量％、Ｃｏを０．０８質量％）に固定したものである。Ａｇの含有量が下限値である３．０質量％（実施例２６）又はＡｇの含有量が上限値である３．８質量％（実施例２７）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ａｇの含有量が下限値外である２．９質量％（比較例２８）又はＡｇの含有量が上限値外である３．９質量％（比較例２９）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００５４】
［Ｃｕの含有量（他成分上限値）と評価］
表２の実施例３０、３１及び比較例３２、３３は、鉛フリーはんだ合金において、Ｃｕの含有量を変化させ、他の成分の含有量を上限値（Ａｇを３．８質量％、Ｓｂを２．５質量％、Ｂｉを４．０質量％、Ｃｏを０．０８質量％）に固定したものである。Ｃｕの含有量が下限値である０．５質量％（実施例３０）及びＣｕの含有量が上限値である０．７質量％（実施例３１）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｃｕの含有量が下限値外である０．４質量％（比較例３２）及びＣｕが含有量の上限値外である０．８質量％（比較例３３）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００５５】
［Ｓｂの含有量（他成分上限値）と評価］
表２の実施例３４、３５及び比較例３６、３７は、鉛フリーはんだ合金において、Ｓｂの含有量を変化させ、他の成分の含有量を上限値（Ａｇを３．８質量％、Ｃｕを０．７質量％、Ｂｉを４．０質量％、Ｃｏを０．０８質量％）に固定したものである。Ｓｂの含有量が下限値である１．５質量％（実施例３４）又はＳｂの含有量が上限値である２．５質量％（実施例３５）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｓｂの含有量が下限値外である１．４質量％（比較例３６）又はＳｂの含有量が上限値外である２．６質量％（比較例３７）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００５６】
［Ｂｉの含有量（他成分上限値）と評価］
表２の実施例３８、３９及び比較例４０、４１は、鉛フリーはんだ合金において、Ｂｉの含有量を変化させ、他の成分の含有量を上限値（Ａｇを３．８質量％、Ｃｕを０．７質量％、Ｓｂを２．５質量％、Ｃｏを０．０８質量％）に固定したものである。Ｂｉの含有量がほぼ下限値である３．１質量％（実施例３８）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。Ｂｉの含有量が上限値である４．０質量％（実施例３９）の場合、チップ抵抗せん断強さ及びＳＯＴせん断強さは、減少率１５％以上−２５％未満であり、ＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｂｉの含有量が下限値外である３．０質量％（比較例４０）又はＢｉの含有量が上限値外である４．１質量％（比較例４１）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００５７】
［Ｃｏの含有量（他成分上限値）と評価］
表２の実施例４２、４３及び比較例４４、４５は、鉛フリーはんだ合金において、Ｃｏの含有量を変化させ、他の成分の含有量を上限値（Ａｇを３．８質量％、Ｃｕを０．７質量％、Ｓｂを２．５質量％、Ｂｉを４．０質量％）に固定したものである。Ｃｏの含有量が下限値である０．０５質量％（実施例４２）又はＣｏの含有量が上限値である０．０８質量％（実施例４３）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｃｏの含有量が下限値外である０．０４質量％（比較例４４）又はＣｏの含有量が上限値外である０．０９質量％（比較例４５）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００５８】
［Ｇｅの含有量（他成分上限値）と評価］
表２の実施例４６、４７、４８及び比較例４９、５０は、鉛フリーはんだ合金において、Ｇｅの含有量を変化させ、他の成分の含有量を上限値（Ａｇを３．８質量％、Ｃｕを０．７質量％、Ｓｂを２．５質量％、Ｂｉを４．０質量％、Ｃｏを０．０８質量％）に固定したものである。Ｇｅの含有量が下限値である０．００１質量％（実施例４６）、Ｇｅの含有量が範囲内の値である０．０１質量％（実施例４７）、Ｇｅの含有量が上限値である０．０５質量％（実施例４８）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、全て減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、特に熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｇｅの含有量が下限値外である０．０００８質量％（比較例４９）又はＧｅの含有量が上限値外である０．０６質量％（比較例５０）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。Ｇｅの成分を含む場合は、実施例４６、４７、４８の割合の成分を含む鉛フリーはんだ合金、比較例４９、５０の割合の成分を含む鉛フリーはんだ合金のいずれにおいても熱衝撃耐性に優れているが、実施例の場合（Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下）の方が、チップ抵抗せん断強さの評価がよく、より熱衝撃耐性に優れている。
【００５９】
【表３】
2019076946.tif 000005
【００６０】
表３の実施例は、鉛フリーはんだ合金に含まれるＡｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅのうちのいずれか１つの成分の含有量を上記の所定の範囲内において変化させ、その他の成分の含有量を中間値に固定した場合の鉛フリーはんだ合金のチップ抵抗のせん断強さ、ＳＯＴ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のせん断強さ、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のせん断強さ、４４ピンＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のリードプル強さを評価したものである。
【００６１】
表３の比較例は、鉛フリーはんだ合金に含まれるＡｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅのうちのいずれか１つの成分の含有量を上記の所定の範囲外において変化させ、その他の成分の含有量を中間値に固定した場合の鉛フリーはんだ合金のチップ抵抗のせん断強さ、ＳＯＴ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のせん断強さ、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のせん断強さ、４４ピンＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のリードプル強さを評価したものであり、実施例との比較例である。
【００６２】
［Ａｇの含有量（他成分中間値）と評価］
表３の実施例５１、５２及び比較例５３、５４は、鉛フリーはんだ合金において、Ａｇの含有量を変化させ、他の成分の含有量を中間値（Ｃｕを０．６質量％、Ｓｂを２．０質量％、Ｂｉを３．５質量％、Ｃｏを０．６５質量％）に固定したものである。Ａｇの含有量が下限値である３．０質量％（実施例５１）又はＡｇの含有量が上限値である３．８質量％（実施例５２）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ、ＱＦＰリードプル強さは、いずれも減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、特に熱衝撃耐性に優れている。一方、Ａｇの含有量が下限値外である２．９質量％（比較例５３）又はＡｇの含有量が上限値外である３．９質量％（比較例５４）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００６３】
［Ｃｕの含有量（他成分中間値）と評価］
表３の実施例５５、５６及び比較例５７、５８は、鉛フリーはんだ合金において、Ｃｕの含有量を変化させ、他の成分の含有量を中間値（Ａｇを３．６５質量％、Ｓｂを２．０質量％、Ｂｉを３．５質量％、Ｃｏを０．０６５質量％）に固定したものである。Ｃｕの含有量が下限値である０．５質量％（実施例５５）及びＣｕの含有量が上限値である０．７質量％（実施例５６）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ、ＱＦＰリードプル強さは、いずれも減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、特に熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｃｕの含有量が下限値外である０．４質量％（比較例５７）及びＣｕが含有量の上限値外である０．８質量％（比較例５８）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００６４】
［Ｓｂの含有量（他成分中間値）と評価］
表３の実施例５９、６０及び比較例６１、６２は、鉛フリーはんだ合金において、Ｓｂの含有量を変化させ、他の成分の含有量を中間値（Ａｇを３．６５質量％、Ｃｕを０．６質量％、Ｂｉを３．５質量％、Ｃｏを０．０６５質量％）に固定したものである。Ｓｂの含有量が下限値である１．５質量％（実施例５９）又はＳｂの含有量が上限値である２．５質量％（実施例６０）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ、ＱＦＰリードプル強さは、いずれも減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、特に熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｓｂの含有量が下限値外である１．４質量％（比較例６１）又はＳｂの含有量が上限値外である２．６質量％（比較例６２）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００６５】
［Ｂｉの含有量（他成分中間値）と評価］
表３の実施例６３、６４及び比較例６５、６６は、鉛フリーはんだ合金において、Ｂｉの含有量を変化させ、他の成分の含有量を中間値（Ａｇを３．６５質量％、Ｃｕを０．６質量％、Ｓｂを２．０質量％、Ｃｏを０．０６５質量％）に固定したものである。Ｂｉの含有量がほぼ下限値である３．１質量％（実施例６３）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ、ＱＦＰリードプル強さは、いずれも減少率１５％未満である。Ｂｉの含有量が上限値である４．０質量％（実施例６４）の場合、チップ抵抗せん断強さは、減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｂｉの含有量が下限値外である３．０質量％（比較例６５）又はＢｉの含有量が上限値外である４．１質量％（比較例６６）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００６６】
［Ｃｏの含有量（他成分中間値）と評価］
表３の実施例６７、６８及び比較例６９、７０は、鉛フリーはんだ合金において、Ｃｏの含有量を変化させ、他の成分の含有量を中間値（Ａｇを３．６５質量％、Ｃｕを０．６質量％、Ｓｂを２．０質量％、Ｂｉを３．５質量％）に固定したものである。Ｃｏの含有量が下限値である０．０５質量％（実施例６７）又はＣｏの含有量が上限値である０．０８質量％（実施例６８）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ、ＱＦＰリードプル強さは、いずれも減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、特に熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｃｏの含有量が下限値外である０．０４質量％（比較例６９）又はＣｏの含有量が上限値外である０．０９質量％（比較例７０）の場合、チップ抵抗せん断強さは減少率３５％以上であり、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、実施例と比較して熱衝撃耐性に優れていない。
【００６７】
［Ｇｅの含有量（他成分中間値）と評価］
表３の実施例７１、７２、７３及び比較例７４、７５は、鉛フリーはんだ合金において、Ｇｅの含有量を変化させ、他の成分の含有量を中間値（Ａｇを３．６５質量％、Ｃｕを０．６質量％、Ｓｂを２．０質量％、Ｂｉを３．５質量％、Ｃｏを０．０６５質量％）に固定したものである。Ｇｅの含有量が下限値である０．００１質量％（実施例７１）、Ｇｅの含有量が範囲内の値である０．０１質量％（実施例７２）、Ｇｅの含有量が上限値である０．０５質量％（実施例７３）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、全て減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、特に熱衝撃耐性に優れている。一方、Ｇｅの含有量が下限値外である０．０００８質量％（比較例７４）又はＧｅの含有量が上限値外である０．０６質量％（比較例７５）の場合、チップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ、ＱＦＰリードプル強さは、全て減少率１５％未満である。したがって、当該成分を含む鉛フリーはんだ合金は、特に熱衝撃耐性に優れている。Ｇｅの成分を含む場合は、実施例７１、７２、７３の割合の成分を含む鉛フリーはんだ合金、比較例７４、７５の割合の成分を含む鉛フリーはんだ合金のいずれにおいても熱衝撃耐性に優れている。
【００６８】
表１及び２と、表３とを比較すると、例えば、表１の実施例１、２、５、６、９、１０、１３、１４、１７、１８、表２の実施例２６、２７、３０、３１、３４、３５、３８、３９、４２、４３は、チップ抵抗せん断強さは減少率１５％以上−２５％未満であり、ＳＯＴせん断強さ及びＱＦＰリードプル強さは、減少率１５％未満である。一方、表３の実施例５１、５２、５５、５６、５９、６０、６３、６７、６８はチップ抵抗せん断強さ、ＳＯＴせん断強さ、ＱＦＰリードプル強さは、いずれも減少率１５％未満である。したがって、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｏの各成分は、上限値や下限値の境界に近い成分量よりも、中間値に近い成分量を含むほうがさらに熱衝撃耐性に優れている。
【００６９】
以上のように、表１〜表３から、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れるものである。その結果、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあっても、熱衝撃耐性に優れ、はんだ接合部に生じる亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できるものである。
【００７０】
また、表１〜表３から、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３質量％より多く４質量％以下と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃耐性に優れるものである。その結果、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあっても、熱衝撃耐性に優れ、はんだ接合部に生じる亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できるものである。
【００７１】
以上に示すとおり、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、熱衝撃サイクル後のシェア強度残存率に優れている。つまり、温度変化の激しい環境下で長期間使用しても振動等の外力に対して耐性が低下しない優れた熱衝撃性を発揮する。したがって、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあっても、はんだ接合部に生じる亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できるものである。すなわち、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、上記熱衝撃試験のような過酷な条件で使用されても、移動媒体電子回路が短絡せず、使用不能あるいは誤作動をもたらさないため、移動用媒体に搭載する電子回路基板のはんだ付けに適するものである。
【００７２】
また、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきが施されていない電子部品、換言すれば、Ｓｎめっきの電子部品を用いた場合であっても、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあって、電子部品とはんだ接合部の界面付近における亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できるものである。
【００７３】
また、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあっても、はんだ接合部に生じる亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できるものである。また、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきが施されていない電子部品、換言すれば、Ｓｎめっきの電子部品を用いた場合であっても、温度変化が非常に激しい環境下、振動負荷を受ける環境下にあって、電子部品とはんだ接合部の界面付近における亀裂の発生、はんだ接合部の剥離、亀裂の進展、電子部品の電極剥離の現象を抑制できるものである。したがって、本発明の実施形態１に係る鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板は、車載用電子回路基板といった高い信頼性の求められる電子回路基板にも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  基板、２  鉛フリーはんだ合金、３  電子部品、１００  電子回路基板。
【図１】
2019076946.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月17日(2018.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３．１質量％または４．０質量％と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３．１質量％または４．０質量％と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係る電子回路基板は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３．１質量％または４．０質量％と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金、又は、Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３．１質量％または４．０質量％と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金、を用いて形成されるはんだ接合部を有するものである。
【手続補正４】
【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】
Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３．１質量％または４．０質量％と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金。
【請求項２】
Ａｇを３質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．５質量％以上０．７質量％以下と、Ｓｂを１．５質量％以上２．５質量％以下と、Ｂｉを３．１質量％または４．０質量％と、Ｃｏを０．０５質量％以上０．０８質量％以下と、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下と、を含有し、残部がＳｎからなる鉛フリーはんだ合金。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有する電子回路基板。