(57)【要約】【課題】接合する母材に最適なはんだを確実に選定できる選定プログラム及びその方法を提供する。【解決手段】本発明は、母材の接合面の安定サイト間の距離とベース金属又は添加金属の融点直下の固相の原子間距離とに基いて格子不整合度を算出し、そのはんだのベース金属と添加金属の格子不整合度の値がいずれも所定値より小さい場合に、添加金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離とベース金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離と添加金属とベース金属との間の最密方向の成す角度とに基いて平面不整合度を算出し、平面不整合度が所定値より大きい場合に、はんだのベース金属及び添加金属を記憶手段に蓄積し、記憶手段に蓄積されたデータの中から可能な限り小さな値の格子不整合度と可能な限り大きな値の平面不整合度を有するベース金属と添加金属の組合せを選択することを特徴とする。【選択図】　　　　　図１
2004017080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合する母材にとって最適なはんだを選定するためのはんだ選定プログラムであって、
前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓと、前記ベース金属又は添加金属の融点直下の固相の原子間距離σｆｆとに基づいて、格子不整合度ηが、
【数１】
2004017080.tif 000010
により算出されるステップと、
前記算出されたはんだのベース金属と添加金属のそれぞれの格子不整合度ηの値がいずれも所定値より小さい場合に、前記添加金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離ｄ［ｕｖｗ］Ｃと、前記ベース金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離ｄ［ｕｖｗ］Ｓと、前記添加金属とベース金属との間の最密方向の成す角度θとに基づいて、平面不整合度δが、
【数２】
2004017080.tif 000011
により算出されるステップと、
前記平面不整合度δが所定値より大きい場合に、前記はんだのベース金属及び添加金属が記憶手段に蓄積されるステップと、
前記記憶手段に蓄積されたデータの中から、可能な限り小さな値の格子不整合度ηと可能な限り大きな値の平面不整合度δとを有するベース金属と添加金属との組合せが選択されるステップと、
を備えていることを特徴とするはんだ選定プログラム。
【請求項２】
前記算出されたはんだのベース金属と添加金属の少なくとも一方の格子不整合度ηの値が所定値以上である場合に、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓが、前記母材と前記はんだとの間に形成される金属間化合物の安定サイト間の距離に置き換えられた後、前記ベース金属と添加金属のそれぞれの格子不整合度ηが再度算出されるように構成されている請求項１に記載のはんだ選定プログラム。
【請求項３】
前記格子不整合度ηの所定値が０．１５で、前記平面不整合度δの所定値が０．０５である請求項１に記載のはんだ選定プログラム。
【請求項４】
前記格子不整合度ηの所定値が０．１５である請求項２に記載のはんだ選定プログラム。
【請求項５】
接合する母材にとって最適なはんだを選定するためのはんだ選定方法であって、
前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓと、前記ベース金属又は添加金属の融点直下の固相の原子間距離σｆｆとに基づいて、格子不整合度ηが、
【数３】
2004017080.tif 000012
により算出されるステップと、
前記算出されたはんだのベース金属と添加金属のそれぞれの格子不整合度ηの値がいずれも所定値より小さい場合に、前記添加金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離ｄ［ｕｖｗ］Ｃと、前記ベース金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離ｄ［ｕｖｗ］Ｓと、前記添加金属とベース金属との間の最密方向の成す角度θとに基づいて、平面不整合度δが、
【数４】
2004017080.tif 000013
により算出されるステップと、
前記平面不整合度δが所定値より大きい場合に、前記はんだのベース金属及び添加金属が記憶手段に蓄積されるステップと、
前記記憶手段に蓄積されたデータの中から、可能な限り小さな値の格子不整合度ηと可能な限り大きな値の平面不整合度δとを有するベース金属と添加金属との組合せが選択されるステップと、
を備えていることを特徴とするはんだ選定方法。
【請求項６】
前記算出されたはんだのベース金属と添加金属の少なくとも一方の格子不整合度ηの値が所定値以上である場合に、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓが、前記母材と前記はんだとの間に形成される金属間化合物の安定サイト間の距離に置き換えられた後、前記ベース金属と添加金属のそれぞれの格子不整合度ηが再度算出されるように構成されている請求項５に記載のはんだ選定方法。
【請求項７】
前記格子不整合度ηの所定値が０．１５で、前記平面不整合度δの所定値が０．０５である請求項５に記載のはんだ選定方法。
【請求項８】
前記格子不整合度ηの所定値が０．１５である請求項６に記載のはんだ選定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種類のはんだの中から接合する母材にとって最適なはんだを選定するためのはんだ選定プログラム及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種金属のはんだ付けを行うには、接合すべき母材とはんだとの金属組織学的な適合性やはんだ付け温度等を考慮した上で、多くの種類のはんだの中からその母材にとって最適なはんだを選択する必要がある。従来、そのようなはんだを選定するために利用可能なプログラム及びその方法としては、例えば、サーモカルクソフトウェア（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ）ＡＢ社製の　Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ（登録商標）というプログラムを使用する方法が知られている。このプログラム及び方法は、ＣＡＬＰＨＡＤ（Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｉａｇｒａｍｓ）法により多成分、多相系の平衡計算、状態図作成を行い、材料データベースの物性値を使用して熱力学的解析を行うものであり、どんな元素の組合せに対しても計算可能なようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来のはんだ選定に利用可能な状態図作成プログラム及びその方法は、多種類のはんだの中からどのはんだを組合せれば目的に沿う接合ができるのかを教示してくれるものではないため、経験的に或いは試行錯誤してはんだを選定していたのが実情であった。そのため、接合する母材にとって最適のはんだを選定できるとは限らず、接合部に割れが生じたり、十分な接合強度を確保することができなかったりするおそれがあった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、接合する母材にとって最適なはんだを確実に選定でき、十分な接合強度を確保可能なはんだ選定プログラム及びその方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、接合する母材にとって最適なはんだを選定するためのはんだ選定プログラムであって、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓと、前記ベース金属又は添加金属の融点直下の固相の原子間距離σｆｆとに基づいて、格子不整合度ηが、
【数５】
2004017080.tif 000003
により算出されるステップと、前記算出されたはんだのベース金属と添加金属のそれぞれの格子不整合度ηの値がいずれも所定値より小さい場合に、前記添加金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離ｄ［ｕｖｗ］Ｃと、前記ベース金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離ｄ［ｕｖｗ］Ｓと、前記添加金属とベース金属との間の最密方向の成す角度θとに基づいて、平面不整合度δが、
【数６】
2004017080.tif 000004
により算出されるステップと、前記平面不整合度δが所定値より大きい場合に、前記はんだのベース金属及び添加金属が記憶手段に蓄積されるステップと、前記記憶手段に蓄積されたデータの中から、可能な限り小さな値の格子不整合度ηと可能な限り大きな値の平面不整合度δとを有するベース金属と添加金属との組合せが選択されるステップとを備えていることを特徴とする。
【０００６】
好ましくは、前記算出されたはんだのベース金属と添加金属の少なくとも一方の格子不整合度ηの値が所定値以上である場合に、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓが、前記母材と前記はんだとの間に形成される金属間化合物の安定サイト間の距離に置き換えられた後、前記ベース金属と添加金属のそれぞれの格子不整合度ηが再度算出されるように構成されている。
【０００７】
さらに好ましくは、前記格子不整合度ηの所定値は０．１５であり、前記平面不整合度δの所定値は０．０５である。
【０００８】
また、本発明は、接合する母材にとって最適なはんだを選定するためのはんだ選定方法であって、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓと、前記ベース金属又は添加金属の融点直下の固相の原子間距離σｆｆとに基づいて、格子不整合度ηが、
【数７】
2004017080.tif 000005
により算出されるステップと、前記算出されたはんだのベース金属と添加金属のそれぞれの格子不整合度ηの値がいずれも所定値より小さい場合に、前記添加金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離ｄ［ｕｖｗ］Ｃと、前記ベース金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離ｄ［ｕｖｗ］Ｓと、前記添加金属とベース金属との間の最密方向の成す角度θとに基づいて、平面不整合度δが、
【数８】
2004017080.tif 000006
により算出されるステップと、前記平面不整合度δが所定値より大きい場合に、前記はんだのベース金属及び添加金属が記憶手段に蓄積されるステップと、前記記憶手段に蓄積されたデータの中から、可能な限り小さな値の格子不整合度ηと可能な限り大きな値の平面不整合度δとを有するベース金属と添加金属との組合せが選択されるステップとを備えていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記算出されたはんだのベース金属と添加金属の少なくとも一方の格子不整合度ηの値が所定値以上である場合に、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓが、前記母材と前記はんだとの間に形成される金属間化合物の安定サイト間の距離に置き換えられた後、前記ベース金属と添加金属のそれぞれの格子不整合度ηが再度算出されるように構成されている。
【００１０】
さらに好ましくは、前記格子不整合度ηの所定値は０．１５であり、前記平面不整合度δの所定値は０．０５である。
【００１１】
このような構成により、多種類のはんだの中から接合する母材にとって最適なはんだを容易且つ確実に選定することができ、また、接合部において理想的な接合界面を形成させ、十分な接合強度を確保することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態に係るはんだ選定プログラム及びその方法は、図１のフローチャートに示されているように、まず、ステップ１において、接合する母材と、はんだのベース金属及び添加金属が入力され、次に、ステップ２において、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓ、前記はんだのベース金属又は添加金属の融点直下の固相の原子間距離σｆｆが、入力されるようになっている。
【００１４】
そして、これらの入力されたσｓｓ，σｆｆの各値は、次のステップ３において、下式（１）に代入され、前記はんだのベース金属及び添加金属の各格子不整合度ηがそれぞれ別々に算出されるようになっている。
【数９】
2004017080.tif 000007
【００１５】
上式で算出される格子不整合度ηは、通常、薄膜の成長形式を扱う時に用いられるが、本発明者は、この格子不整合度ηを、接合する母材に対するはんだの接合性の評価に適用することを着想し、前記格子不整合度ηが所定値、好ましくは、０．１５より小さい時に、はんだの接合性が良好になることを導き出した。
【００１６】
そこで、次のステップ４において、前記はんだのベース金属の格子不整合度ηと添加金属の格子不整合度ηの各値がそれぞれ前記所定値の０．１５と比較され、前記各格子不整合度ηの値がいずれも０．１５より小さいと判断された場合には、ステップ５に進むようになっている。
【００１７】
一方、前記ステップ４において、前記はんだのベース金属と添加金属の少なくとも一方の格子不整合度ηの値が０．１５以上であると判断された場合には、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓが、前記母材と前記はんだとの間に形成される金属間化合物の安定サイト間の距離に置き換えられた（ステップ６）後、ステップ３に戻り、上式（１）により、再度、それぞれの格子不整合度ηが算出される。そして、該各格子不整合度ηの値がいずれも０．１５より小さくなった場合には、ステップ５に進むが、依然として、前記はんだのベース金属と添加金属の格子不整合度ηの値の少なくとも一方が前記所定値の０．１５以上であった場合には、ステップ１に戻るようになっている。
【００１８】
ここで、例えば、図２に示されているように、ベース金属である低指数の銅に鉛及び錫を添加した場合について考えると、前記鉛を添加した時の格子不整合度ηは０．３６７、前記錫を添加した時の格子不整合度ηは０．１８０となり、いずれの値も前記所定値の０．１５より大きくなる。そのため、前記銅の接合面の安定サイト間の距離σｓｓが、前記銅と前記錫の間に形成される金属間化合物Ｃｕ３Ｓｎの安定サイト間の距離に置き換えられ、前記格子不整合度ηが再度算出される。そうすると、今度は、格子不整合度ηの値が０．０３６１となり、前記所定値の０．１５より小さくなるので、ステップ５に進むことができるようになる。このことから、上記した例においては、前記銅と前記錫により金属間化合物Ｃｕ３Ｓｎが形成され、前記鉛が前記Ｃｕ３Ｓｎに接合することにより、前記銅の接合が達成されるものと評価することができる。なお、図２において、白丸は、２００℃〜４００℃のはんだ付け温度で焼き鈍しされた時に現われる銅の再結晶表面の安定サイトを表わし、また、黒丸は鉛原子、ドット表記の丸は錫原子をそれぞれ表わしている。
【００１９】
引続き、図１のフローチャートを参照すれば、上記したように前記ステップ５に進むと、ブラムフィット（Ｂｒａｍｆｉｔｔ）により導入された下式（２）に基づき、平面不整合度δが算出されるようになっている。
【数１０】
2004017080.tif 000008
【００２０】
ここで、ｄ［ｕｖｗ］Ｃは前記はんだ添加金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離、ｄ［ｕｖｗ］Ｓは前記はんだベース金属の液相に最も近い固相の低指数面での原子間距離、θは前記はんだの添加金属とベース金属との間の最密方向の成す角度である。この場合、上式（２）は、三方向での原子間距離の差を計算するようになっているので、結晶構造の異なる金属の組合せに対する評価にも利用でき、最も小さい平面不整合度δの値を一義的に求めることができる。そして、前記はんだの添加金属による融点降下の有効性は、平面不整合度δの値が大きい程、高くなることが知られているが、本発明者は平面不整合度δが所定値以下、好ましくは、０．０５以下になると、前記添加金属の融点降下がほとんど見込めなくなることを導き出した。
【００２１】
【表１】
表　１
2004017080.tif 000009
【００２２】
上記表１は、代表的なはんだのベース金属であって低指数の、金、銀、銅、錫、鉛、亜鉛に対する各種添加金属の平面不整合度δを、上式（２）により算出したものである。この表１によれば、例えば、ベース金属の錫に鉛を添加した場合、平面不整合度δの値は、前記所定値の０．０５より十分大きな値の０．４０６８となることから、鉛が錫に対して優れた添加金属であることが分かる。これに対して、前記錫に亜鉛を添加した場合には、前記平面不整合度δの値は、０．０５９８１と小さく、前記所定値の０．０５に近い値となるため、融点降下の有効性は、前記鉛の場合に比べて低下すると評価することができる。
【００２３】
再び、図１のフローチャートを参照すると、次のステップ７において、前記ステップ５で算出された平面不整合度δが前記所定値の０．０５と比較され、０．０５より大きいと判断された場合には、ステップ８に進むようになっている。そして、該ステップ８では、前記はんだのベース金属及び添加金属が記憶手段に蓄積され、ステップ９において、前記記憶手段に蓄積されたデータの中から可能な限り小さな値、好ましくは最小の前記格子不整合度ηと、可能な限り大きな値、好ましくは最大の前記平面不整合度δとを有するベース金属と添加金属の組合せが選択され、前記母材にとって最適なはんだのベース金属及び添加金属が選定されるようになっている。
【００２４】
一方、前記ステップ７において、前記平面不整合度δが前記所定値の０．０５以下であると判断された場合には、前記ステップ１に戻るようになっている。
【００２５】
上記したように、前記ステップ９において、前記母材にとって最適なはんだのベース金属及び添加金属が選定されると、その後、ステップ１０において、前記平面不整合度δの値に基づきはんだの融点Ｔが予測されると共に、前記金属間化合物の熱力学的計算に基づきはんだ付け保持時間ｔが予測されるようになっている。
【００２６】
なお、上記実施の形態においては、前記ステップ１及び２において、前記母材、前記はんだのベース金属及び添加金属、前記母材の接合面の安定サイト間の距離σｓｓ、前記はんだのベース金属又は添加金属の融点直下の固相の原子間距離σｆｆをそれぞれ、入力するようになっているが、その入力方法は、予め構成されたデータベースから選択して入力する方法であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、多種類のはんだの中から接合する母材にとって最適なはんだを容易且つ確実に選定することができ、また、接合部において理想的な接合界面を形成させ、十分な接合強度を確保することができる。さらに、はんだ付け作業の簡素化が図れると共に、はんだ付け作業の訓練及び教育に利用し易いプログラム及び方法を提供することが可能となる等種々の優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプログラムを示すフローチャートである。
【図２】母材である銅に対する鉛及び錫のそれぞれの格子不整合度ηを示す概略説明図である。
【図１】
2004017080.tif 000014
【図２】
2004017080.tif 000015