(57)【要約】【課題】電子部品の複数個の電極を基板の一面上にＰｂフリーはんだを介してはんだ付してなるとともに、電子部品における各々の電極の端部を結ぶ長さのうちの最大長さである電極間長さＬと、基板と電極との線膨張係数の差Δαとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である電子部品の実装方法において、はんだ接続部の接続信頼性を向上させ、長寿命化を図る。【解決手段】はんだ付の前に電子部品１０の電極１２に行うフラックスを用いない表面処理として、純Ｓｎや９０Ｓｎ−１０Ｐｂ等の少なくともＳｎを含む金属による電気めっき処理もしくは無電解めっき処理を行い、電極１２に表面処理膜１３を形成した後、電子部品１０を基板２０上に搭載し、Ｐｂフリーはんだ３０のリフロー・固化を行う。【選択図】　　　　図１
2004146649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電極（１２）を有する電子部品（１０）の電極を、基板（２０）の一面上にＰｂフリーはんだ（３０）を介してはんだ付してなるとともに、
前記電子部品における各々の前記電極の端部を結ぶ長さのうちの最大長さを単位がｍｍである電極間長さＬとして表し、前記基板と前記電極との線膨張係数の差を単位がｐｐｍであるΔαとして表したとき、Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である電子部品の実装方法において、
前記はんだ付の前に前記電極に行う表面処理として、少なくともＳｎを含む金属による電気めっき処理もしくは無電解めっき処理を行うことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記少なくともＳｎを含む金属はＰｂを含まないものであることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記基板（２０）としてアルミナセラミック基板を用い、前記電子部品（１０）の前記電極（１２）としてＣｕもしくはＣｕ基合金からなるものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記基板（２０）として樹脂基板を用い、前記電子部品（１０）の前記電極（１２）としてＦｅ−Ｎｉ合金からなるものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
前記Ｐｂフリーはんだ（３０）としてＳｎを基とする組成のものを用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の電子部品の実装方法。
【請求項６】
前記Ｐｂフリーはんだ（３０）としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを用いることを特徴とする請求項５に記載の電子部品の実装方法。
【請求項７】
前記電気めっき処理もしくは無電解めっき処理は、純Ｓｎめっきであり、前記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだとして、Ａｇが２．５〜３．９重量％、Ｃｕが０．５〜１．０重量％、残部がＳｎであるものを用いることを特徴とする請求項６に記載の電子部品の実装方法。
【請求項８】
前記電気めっき処理もしくは無電解めっき処理は、Ｓｎが９０重量％以上、残部がＰｂからなるはんだ材料を用いためっきであり、前記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだとして、Ａｇが３．５〜３．９重量％、Ｃｕが０．７〜０．７５重量％、残部がＳｎであるものを用いることを特徴とする請求項６に記載の電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の電極を有する電子部品の電極を、基板の一面上にＰｂフリーはんだを介してはんだ付してなる電子部品の実装方法に関し、特に、はんだ付前の電極の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、複数個の電極を有する電子部品の電極を、基板の一面上に実装するにあたって、Ｐｂを含まないＰｂフリーはんだを介してはんだ付してなる実装方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９４２８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この実装方法においては、一般に、電子部品の電極表面は、はんだ付しやすいようにフラックスを用いたＰｂ入りはんだディップ法により表面処理がなされており、この表面処理を施した後、電子部品の電極を基板にはんだ付するようにしている。
【０００５】
この場合、従来ではＰｂの入ったＳｎ−Ｐｂ系の共晶はんだを介してはんだ付していたため、はんだ接続部の寿命は確保できていた。しかし、近年、環境面から従来の共晶はんだに替わってＰｂフリーはんだの使用が望まれている。
【０００６】
ここにおいて、本発明者らの検討によれば、Ｐｂフリーはんだによるはんだ接続部に大きな熱応力が発生する場合に、当該はんだ接続部の寿命が、有限要素法を用いたシミュレーションによる予想寿命よりも大幅に低下してしまう問題が生じることがわかった。
【０００７】
この本発明者らが見出した問題について、図１を参照して具体的に説明する。図１ではモールドダイオード等を電子部品として用いた実装方法の例を概略断面図として示している。まず、図１に基づいて従来の実装方法の大略を述べる。
【０００８】
電子部品１０はモールド樹脂１１から突出する２個のＣｕ系金属からなる電極１２を有する。はんだ付前において、これら電極１２に対してフラックスを用いたＰｂ入りはんだディップ法により行う表面処理として、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだによるディップを行い、表面処理膜１３を形成する。
【０００９】
一方、アルミナ等のセラミックからなる基板２０の基板電極２１上に、Ｐｂを含まないＰｂフリーはんだペースト（例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだペースト）３０ａを印刷する。
【００１０】
そして、電子部品１０の電極１２と基板電極２１とを位置合わせして、表面処理膜１３が形成された電子部品１０を基板２０に搭載する。この状態が図１（ａ）に示される。その後、はんだリフローを行うと、図１（ｂ）に示すように、溶融・固化したＰｂフリーはんだ３０により、電子部品１０の電極１２と基板電極２１とが接続され、実装構造が完成する。
【００１１】
ここで、Ｐｂフリーはんだ３０によるはんだ接続部の寿命が大幅に低下するのは、はんだ接続部に大きな熱応力が発生する場合である。大きな熱応力の具体的な要因としては、はんだ付される電子部品１０の電極１２と基板２０との熱膨張係数の差が大きかったり、図１中に示す電子部品１０における各電極１２の端部を結ぶ長さのうちの最大長さＬ（電極間長さＬ）が大きかったりすることが挙げられる。
【００１２】
本発明者らの検討によれば、上記の電極間長さＬ（単位：ｍｍ）と、基板２０と電子部品の電極１２との線膨張係数αの差Δα（単位：ｐｐｍ）との積Δα・Ｌが１４ｐｐｍ・ｍｍ以上であるときに、Ｐｂフリーはんだ３０によるはんだ接続部の寿命が、有限要素法を用いたシミュレーションによる予想寿命よりも大幅に低下してしまうことがわかった。
【００１３】
これは、次のような実験検討の結果わかったことである。例えば、セラミック基板からなる基板２０では線膨張係数αが５〜８ｐｐｍ程度であり、Ｃｕ系金属（Ｃｕ基合金）からなる電極１２ではαが１５〜１８ｐｐｍ程度である。
【００１４】
この組合せでは、線膨張係数の差Δαの最小は７ｐｐｍ程度であるが、この組合せの場合、上記電極間長さＬが２ｍｍ以上のときには上記した寿命の大幅な低下が発生し、電極間長さＬが２ｍｍ未満のときは発生しなかった。このことから、例えば７ｐｐｍ×２ｍｍで１４ｐｐｍ・ｍｍという値が出てくる。
【００１５】
また、例えば、セラミック基板２０と４２アロイ（α＝４〜４．５）からなる電極１２との組合せや、樹脂からなるプリント基板（水平方向の線膨張係数α＝１２〜１５）２０とＣｕ系金属の電極１２との組合せでは、上記電極間長さＬが２ｍｍ以上のときでも上記した寿命の大幅な低下が発生しなかった。しかし、プリント基板２０と４２アロイからなる電極１２との組合せでは問題が発生した。
【００１６】
このような検討を種々のΔαの組合せや種々の電極間長さＬについて行った結果、上記積Δα・Ｌが１４ｐｐｍ・ｍｍ以上であるときに、上記したはんだ接続部の寿命の大幅な低下が発生することがわかった。
【００１７】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、複数個の電極を有する電子部品の電極を、基板の一面上にＰｂフリーはんだを介してはんだ付してなるとともに、上記Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である電子部品の実装方法において、はんだ接続部の接続信頼性を向上させ、長寿命化を図ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、従来のフラックスを用いたＰｂ入りはんだディップ法により表面処理した電極をＰｂフリーはんだによってはんだ付した部分、すなわち従来のＰｂフリーはんだによるはんだ接続部について、電子顕微鏡観察や元素分析等を行い、寿命低下の原因を探った。
【００１９】
その結果、従来のはんだ接続部の内部では、電極との界面近傍にフラックスを含むマイクロボイドが発生していたり、Ｐｂが偏析していたりすることがわかった（図２（ａ）参照）。上述したΔαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍよりも小さいような場合には、このようなマイクロボイドや偏析したＰｂの存在は、寿命低下にさほど影響しなかった。
【００２０】
しかし、Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である場合には、これらマイクロボイドや偏析したＰｂがはんだ内部の欠陥となり、これら欠陥に沿ってクラックが進行することを見出した。
【００２１】
このようにして得られた知見に基づき、はんだの内部におけるフラックスによるマイクロボイドの発生やＰｂの偏析を防止することで、接続寿命の向上が図れるのではないかと考えた。そのような考えに着眼して実験検討した結果、本発明を創出するに至った。
【００２２】
すなわち、請求項１に記載の発明では、複数個の電極（１２）を有する電子部品（１０）の電極を、基板（２０）の一面上にＰｂフリーはんだ（３０）を介してはんだ付してなるとともに、電子部品における各々の電極の端部を結ぶ長さのうちの最大長さを単位がｍｍである電極間長さＬとして表し、基板と電極との線膨張係数の差を単位がｐｐｍであるΔαとして表したとき、Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である電子部品の実装方法において、はんだ付の前に電極に行う表面処理として、少なくともＳｎを含む金属による電気めっき処理もしくは無電解めっき処理を行うことを特徴とする。
【００２３】
それによれば、フラックスを用いない表面処理となるため、フラックスによるマイクロボイドの発生を防止できる。よって、電子部品の複数個の電極を基板の一面上にＰｂフリーはんだを介してはんだ付してなるとともに、Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である電子部品の実装方法において、はんだ接続部の接続信頼性を向上させ、長寿命化を図ることができる。
【００２４】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の少なくともＳｎを含む金属はＰｂを含まないものであることを特徴とする。
【００２５】
それによれば、Ｐｂの偏析も防止できるため、より高レベルにて、はんだ接続部の接続信頼性を向上させることができ、好ましい。
【００２６】
また、請求項３に記載の発明では、基板（２０）としてアルミナセラミック基板を用い、電子部品（１０）の前記電極（１２）としてＣｕもしくはＣｕ基合金からなるものを用いることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項４に記載の発明では、基板（２０）として樹脂基板を用い、電子部品（１０）の電極（１２）としてＦｅ−Ｎｉ合金からなるものを用いることを特徴とする。
【００２８】
Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上であるものとして、これら請求項３や請求項４に記載のような基板と電極との組合せを採用することができる。
【００２９】
また、請求項５に記載の発明のように、Ｐｂフリーはんだ（３０）としてはＳｎを基とする組成のものを用いることができ、具体的には請求項６に記載の発明のように、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを用いることができる。これにより、はんだの融点を低くすることができる。
【００３０】
特に、Ｐｂフリーはんだ（３０）としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを用いる場合において、電気めっき処理もしくは無電解めっき処理として純Ｓｎを用いてめっきする純Ｓｎめっきを行うときには、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだとして、Ａｇが２．５〜３．９重量％、Ｃｕが０．５〜１．０重量％、残部がＳｎであるものを用いることが好ましい。
【００３１】
なお、ここで、純Ｓｎとは、一般に工業的に用いられる純Ｓｎとしての純度を有するものを意味する。
【００３２】
また、特に、Ｐｂフリーはんだ（３０）としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを用いる場合において、電気めっき処理もしくは無電解めっき処理としてＳｎが９０重量％以上であり、残部がＰｂからなるはんだ材料を用いためっきを行うときには、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだとして、Ａｇが３．５〜３．９重量％、Ｃｕが０．７〜０．７５重量％、残部がＳｎであるものを用いることが好ましい。
【００３３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る電子部品の実装方法を示す概略断面図である。課題の欄にて述べた部分と多少重複するが、本実施形態の実装方法について図１を参照して述べる。まず、電子部品１０およびこれを搭載する基板２０を用意する。
【００３５】
用意される電子部品１０は、例えばモールドダイオードであり、エポキシ樹脂等のモールド樹脂１１の内部に図示しないダイオードチップが封止されている。モールド樹脂１１の左右両端から突出する２個のリード１２は、電子部品１０の電極として構成されており、各リード１２はモールド樹脂１１の内部にて上記ダイオードチップにはんだ等にて電気的に接続されている。
【００３６】
リード１２はＣｕもしくはＣｕ基合金、または、Ｆｅ−Ｎｉ合金等からなる。ここで、図１（ａ）に示すように２個のリード１２の端部を結ぶ長さのうちの最大長さを電極間長さＬとしている。この電極間長さＬはモールドダイオードの場合、例えば２ｍｍもしくは５ｍｍである。
【００３７】
なお、図示例では、リード１２は電子部品１０の内側に折り曲げられているため、電極間長さＬは図示のような寸法であるが、図１とは逆に各リード１２が電子部品１０の外側に折り曲げられている場合には、各リード１２の外側方向の端部同士を結ぶ長さが電極間長さとなる。また、リードが３個以上の場合は、各リード端部を結ぶ長さが複数個存在するが、そのなかの最大長さが電極間長さである。
【００３８】
そして、この電子部品１０のリード１２の表面には、はんだ付をしやすくするために表面処理膜１３が形成されている。この表面処理膜１３は、従来のフラックスを用いたＰｂ入りはんだディップ法ではなく、少なくともＳｎを含む金属による電気めっき処理もしくは無電解めっき処理により形成されためっき膜である。
【００３９】
つまり、本実施形態の実装方法においては、はんだ付の前にリード（電極）１２に行う表面処理として、少なくともＳｎを含む金属による電気めっき処理もしくは無電解めっき処理を行う。ここで、少なくともＳｎを含む金属は、Ｐｂを含まないものが好ましい。
【００４０】
具体的に表面処理としては、電気めっきまたは無電解めっきによる純Ｓｎめっきや、Ｓｎに微量のＰｂやＢｉ等の他の成分が入ったものによるめっき等を採用できる。ここで、前者の純Ｓｎとは、一般に工業的に用いられる純Ｓｎとしての純度を有するものを意味する。また、後者としては例えば、９０重量％Ｓｎ−１０重量％Ｐｂはんだ材料や、２重量％以下のＢｉと残部Ｓｎとの合金等が挙げられる。
【００４１】
そして、この表面処理は、リード１２が単体の状態でリード１２に対してはんだ付される部分に選択的にめっきしたり、樹脂モールドして電子部品１０を完成した後でリード１２にめっきすることにより、行われる。
【００４２】
一方、基板２０はアルミナ等のセラミック基板やプリント基板に代表される樹脂基板を採用することができる。ここで、本実施形態では、用意される電子部品１０と基板２０とが、電子部品１０における電極間長さＬの単位をｍｍとし、基板２０とリード１２との線膨張係数の差を単位がｐｐｍであるΔαとして表したとき、Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上であるという関係を持っている。
【００４３】
このような電子部品と基板との関係は、例えば基板２０がアルミナセラミック基板である場合には電子部品１０のリード１２がＣｕもしくはＣｕ基合金であり、基板２０が樹脂基板である場合にはリード１２が４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金であることにより、満足される。
【００４４】
また、用意される基板２０の一面には、例えばＡｕやＡｇ等からなる基板電極２１が、電子部品１０のリード１２に対応した位置に形成されている。そして、この基板電極２１上にＰｂフリーはんだペースト３０ａを印刷等により配置する。Ｐｂフリーはんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ等を採用できる。
【００４５】
そして、電子部品１０のリード１２と基板電極２１とを位置合わせして、表面処理膜１３が形成された電子部品１０を基板２０の一面に搭載する。この状態が図１（ａ）に示される。その後、はんだリフローを行うと、図１（ｂ）に示すように、溶融・固化したＰｂフリーはんだ３０により、電子部品１０のリード１２と基板電極２１とが接続され、実装構造が完成する。
【００４６】
以上のように、本実施形態の実装方法によれば、複数個のリード１２を有する電子部品１０のリード１２を、基板２０の一面上にＰｂフリーはんだ３０を介してはんだ付してなるとともに、上記線膨張係数の差Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である電子部品の実装方法において、はんだ付の前にリード１２に行う表面処理として、少なくともＳｎを含む金属による電気めっき処理もしくは無電解めっき処理を行うことを特徴とする。
【００４７】
それによれば、フラックスを用いない表面処理となるため、フラックスによるマイクロボイドの発生を防止できる。よって、電子部品の複数個のリード１２を基板２０の一面上にＰｂフリーはんだを介してはんだ付してなるとともに、Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である電子部品の実装方法において、はんだ接続部の接続信頼性を向上させ、長寿命化を図ることができる。
【００４８】
このフラックスによるマイクロボイドの発生防止による効果は、実際に実験で確認しているが、さらに、表面処理に用いるＳｎを含む金属としてはＰｂを含まないものが好ましい。それによれば、Ｐｂの偏析も防止できるため、より高レベルにて、はんだ接続部の接続信頼性を向上させることができる。
【００４９】
ここで、本実施形態について以下の具体例１、２を参照しながら、より具体的に説明する。
【００５０】
［具体例１］
基板２０としてアルミナセラミック基板（α：約７ｐｐｍ）を用い、基板電極２１は、基板２０側からＷ、Ｃｕ、Ａｕの順に積層されたＡｕ／Ｃｕ／Ｗ膜とした。
【００５１】
この基板電極２１上に、金属成分がＳｎ−ＸＡｇ−ＹＣｕ（Ｘ＝３、Ｙ＝０．５）であるＰｂフリーはんだペースト３０ａを印刷した。ここで、Ｘ、Ｙは重量％（ｍａｓｓ％）であり、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕは、３重量％のＡｇ、０．５重量％のＣｕ、残部Ｓｎであることを意味する。
【００５２】
電子部品１０は、電極間長さＬが５ｍｍ、２ｍｍのものであってリード１２がＣｕからなるもの（α：約１７ｐｐｍ）を用いた。このリード１２のはんだ付前の表面処理として電気めっきによる純Ｓｎめっきを行った。
【００５３】
次に、電子部品１０を基板２０に搭載した後、一般的なＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ付条件（例えばはんだ溶融している時間が約３０〜６０秒、ピーク温度が約２４０℃）でリフローし、本実施形態の具体例１における実装構造を作製した。
【００５４】
一方、リード１２の表面処理を従来のフラックスを用いたＰｂ入りはんだディップ法とした以外は、上記具体例１の実装構造と同じ条件で比較例としての実装構造を作製した。この表面処理はＳｎＰｂ共晶はんだディップ表面処理とした。そして、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕのはんだペースト３０ａにてはんだ付した。
【００５５】
これら具体例１および比較例の実装構造において、はんだ接続部の断面を、電子顕微鏡とＸ線元素分析法を用いて観察した。図２は、この観察結果に基づいてリード１２のはんだ付接合部界面付近の断面を模式的に表した図であり、（ａ）が比較例、（ｂ）が本実施形態の具体例１である。
【００５６】
リード１２の界面では、Ｐｂフリーはんだ３０中の主成分Ｓｎとリード１２のＣｕとが溶融したＣｕＳｎ合金層３１が形成されている。そして、図２（ａ）に示す比較例では、はんだ接続部におけるリード１２との界面に、フラックスのＣ（カーボン）成分を含むマイクロボイド３２の存在および偏析したＰｂ元素３３が確認された。ここで、マイクロボイド３２は、表面処理にてリード１２をディップするときに生じるものである。
【００５７】
一方、図２（ｂ）に示す具体例１では、はんだ接続部におけるリード１２との界面に、上記のマイクロボイド３２や偏析したＰｂ元素３３は存在しなかった。つまり、本具体例１では、フラックスによるマイクロボイドの発生防止およびＰｂの偏析防止が実現できていることが判明した。
【００５８】
そして、これら具体例１および比較例の実装構造について、−４０℃と１２５℃との熱衝撃試験を行った。その結果、この熱衝撃試験によるはんだ接続部でのクラックの発生状況に相違があることが確認された。
【００５９】
図３は、熱衝撃試験における冷熱サイクル数とクラック発生率との関係を上記実施形態の具体例と比較例とで比較して示す図である。
【００６０】
リード１２のはんだ付前表面処理を純Ｓｎめっきで行った本具体例（実線曲線）では、冷熱サイクル数が増加するにつれてクラック発生率が緩やかに増加するのに対し、フラックス入りの共晶はんだディップで表面処理を行った比較例（破線曲線）では、きわめて低いサイクル数から急激にクラック発生率が増加することがわかる。
【００６１】
図４は、熱衝撃試験における本具体例と比較例とのクラックの発生と進行の様子を示す図である。共晶はんだディップとＰｂフリーはんだを使用した比較例では、図４中のはんだ接続部において破線Ｈ１に示すように、クラックは、リード１２との界面付近に存在するマイクロボイドおよびＰｂが偏析する部位（図２（ａ）参照）を進行することが判明した。
【００６２】
これに対して、純ＳｎめっきとＰｂフリーはんだを使用した本実施形態の具体例では、図４中のはんだ接続部において破線Ｈ２に示すように、クラックはリード１２との界面でなく、主としてＰｂフリーはんだ３０中を進行することが判明した。
【００６３】
本実施形態のように、より欠陥の少ないはんだ付状態にすることで、はんだ接続部は、Ｐｂフリーはんだ３０そのもので破壊するため、リード界面にて破壊をする比較例と比較して、はんだ付寿命が向上することになる。
【００６４】
さらに、この純Ｓｎめっき表面処理を行う具体例１では、Ｐｂフリーはんだ３０として、Ｓｎ−ＸＡｇ−ＹＣｕ系はんだにおいてＡｇの重量％であるＸが２．５、３．３、３．７、３．９の場合のものについても上記同様に調べた。その結果、これらの場合も、クラックはＰｂフリーはんだ中を進行し、上記比較例と比べて、はんだ接続部の接続信頼性を向上させ、長寿命化を図ることができる。
【００６５】
以上の純Ｓｎめっき表面処理とＳｎ−ＸＡｇ−ＹＣｕ系はんだ（Ｘ＝２．５、３、３．３、３．５、３．７、３．９）とを用いた具体例１の各サンプルについて、はんだ接続部の熱疲労寿命を上記比較例の熱疲労寿命（従来）を１と規格化して、図５に示す。
【００６６】
この図５では、（ｂ）に具体例１における各サンプルを記号Ｂ〜Ｇに示し、比較例をサンプル記号Ａとして示している。そして、図５（ａ）に示す各サンプルの熱疲労寿命の結果から、Ｓｎ−ＸＡｇ−ＹＣｕ系はんだではんだ付する場合、純Ｓｎめっき表面処理を行えば、従来（比較例）に比べて、２〜３．５倍程度、はんだ接続部の長寿命化を図れることがわかった。
【００６７】
なお、基板電極２１として、上記Ａｕ／Ｃｕ／Ｗ電極の替わりに、Ａｕ／Ｎｉ／ＷまたはＣｕ厚膜導体またはＡｇ厚膜導体であっても、同様な結果が得られることを確認している。
【００６８】
さらに、基板２０アルミナセラミック基板の替わりに樹脂基板としてのプリント基板を使用した場合は、プリント基板（水平方向の線膨張係数α：約１２〜１５ｐｐｍ）とＣｕからなるリード（α：約１７ｐｐｍ）との線膨張係数差が、アルミナセラミック基板（α：約７ｐｐｍ）との差と比較して小さいため、マイクロボイドの欠陥およびＰｂの偏析の有無に関わらず、大きな寿命の差が見られないことが判明した。
【００６９】
ところが一方、プリント基板（α：約１２〜１５ｐｐｍ）と４２アロイからなるリード（α：約４〜４．５ｐｐｍ）を持つ電子部品との組合せとした場合、４２アロイリードの表面にＳｎＰｂ共晶はんだディップを施す従来方法では、上述したアルミナセラミック基板とＣｕリードとの組合せと同様な結果となることが判明した。
【００７０】
このプリント基板と４２アロイリードの場合においても、４２アロイリードの表面処理をＳｎＰｂ共晶ディップから上記同様の純Ｓｎめっきへ変更することで、はんだ接続部の寿命が同様に向上することを確認している。
【００７１】
［具体例２］
上記具体例１では、電子部品１０のリード１２に施すはんだ付前の表面処理として、電気めっきによる純Ｓｎめっきを用いた。本具体例２では、当該表面処理を純Ｓｎめっきではなく、一般的なＳｎ−Ｐｂめっき（Ｓｎ＝９０〜９８％）で行う。具体的には、９０Ｓｎ−１０Ｐｂ（９０重量％Ｓｎ、１０重量％Ｐｂの合金）めっきを電気めっきで行ったものを使用した。
【００７２】
本具体例２では、基板２０としてアルミナセラミック基板（α：約７ｐｐｍ）を用い、基板電極２１はＡｕ／Ｃｕ／Ｗ膜とした。この基板電極２１上に、金属成分がＳｎ−ＸＡｇ−ＹＣｕであるＰｂフリーはんだペースト３０ａを印刷した。ここで、Ｘが３、３．３、３．５、３．７、３．９重量％のものを用いた。
【００７３】
電子部品１０は、上記具体例１と同様Ｃｕリード１２（α：約１７ｐｐｍ）を用いた。そして、このリード１２に対するはんだ付前の表面処理として電気めっきによる９０Ｓｎ−１０Ｐｂめっきを行った。なお、無電解めっきでも良い。
【００７４】
次に、電子部品１０を基板２０に搭載した後、一般的なＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ付条件（例えばはんだ溶融している時間が約４０秒、ピーク温度が約２４０℃）でリフローし、本実施形態の具体例２における実装構造を作製した。
【００７５】
熱衝撃試験における本具体例２のクラックの発生と進行の様子は上記具体例１と同様であり、ＳｎＰｂめっき（電気めっき）表面処理とＳｎ−ＸＡｇ−ＹＣｕ系はんだ（Ｘ＝３、３．３、３．５、３．７、３．９）とを用いた本具体例２においても、図５（ａ）に示すように、はんだ接続部の寿命向上がなされた。なお、図５（ｂ）に示すサンプル記号Ｈ〜Ｌが本具体例２のサンプルである。
【００７６】
ここで、本具体例２では上記具体例１のものよりも平均して寿命向上度合が小さい。これは、本具体例ではＳｎＰｂめっき表面処理を行うため、フラックスによるマイクロボイドの発生は防止できるものの、ＳｎＰｂめっきによる表面処理膜中の少量のＰｂが偏析してはんだ接続部中に発生するためである。
【００７７】
本具体例２において、このＰｂの偏析を極力抑制するためには、Ｐｂフリーはんだ３０として用いるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだにおいて、より３元共晶点に近いものが好ましい。具体的には、Ｓｎ−ＸＡｇ−ＹＣｕ系はんだにおいて、Ｘが３．３〜３．９重量％のものが好ましい。
【００７８】
例えば、図５に示されるように、Ｓｎ−ＸＡｇ−ＹＣｕ系はんだにおいて、Ｘが３重量％であるＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（記号Ｈ）と、これよりもより３元共晶点に近い組成であるＳｎ−３．３〜３．９Ａｇ−０．７Ｃｕ（記号Ｉ〜Ｌ）とを比較すると、後者の方が長寿命である。また、Ｃｕの比率を０．７５、１．０重量％としたものにおいても、同様な効果が得られることを確認している。
【００７９】
この理由は、次のように考えられる。Ｘ＝３．３〜３．９の組成のはんだは３元共晶点により近いため、はんだが凝固する際に、Ｘ＝３の組成のはんだと比較して、より半溶融状態（固液共存領域）を跨ぐ時間が短い。このため、リード１２の表面処理膜１３にＰｂが入っていてもより分散して凝固することになる。
【００８０】
固液共存領域では、凝固しやすいＳｎの方が先に固まり、残ったＰｂが分散しにくくなる。そのため、逆に言えば、固液共存領域を跨ぐ時間が比較的長いＸ＝３の組成のはんだにおいては、Ｐｂが分散しにくくなり、はんだの最終凝固部となるリードとの界面や基板電極との界面にＰｂが偏析する傾向にある。
【００８１】
実際に、Ｘ＝３の組成のはんだにおいては、熱衝撃試験時に、偏析したＰｂが起点となってクラックが進行する。以上のような理由により、Ｘ＝３の組成のはんだは、Ｘ＝３．３〜３．９の組成のはんだと比較して寿命が短くなる。
【００８２】
以上の具体例１、２から言えることをまとめておくと、次のようになる。
【００８３】
Ｐｂフリーはんだ３０としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを用いる場合において、電気めっき処理もしくは無電解めっき処理として純Ｓｎを用いた純Ｓｎめっきを行うときには、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだとして、Ａｇが２．５〜３．９重量％、Ｃｕが０．５〜１．０重量％、残部がＳｎであるものを用いることが好ましい。
【００８４】
また、Ｐｂフリーはんだ３０としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを用いる場合において、電気めっき処理もしくは無電解めっき処理としてＳｎが９０重量％以上（例えば９０〜９８重量％）、残部がＰｂからなるはんだ材料を用いためっきを行うときには、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだとして、Ａｇが３．５〜３．９重量％、Ｃｕが０．７〜０．７５重量％、残部がＳｎであるものを用いることが好ましい。
【００８５】
以上実施形態を参照して述べてきたが、本発明は、複数個の電極を有する電子部品の電極を、基板の一面上にＰｂフリーはんだを介してはんだ付してなるとともに、上記Δαと電極間長さＬとの積が１４ｐｐｍ・ｍｍ以上である電子部品の実装方法に適用できるものであり、基板や電子部品の構成等は適宜設計変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電子部品の実装方法を示す概略断面図である。
【図２】上記実施形態の具体例および比較例のはんだ接続部における断面の様子を模式的に示す図である。
【図３】冷熱サイクル数とクラック発生率との関係を上記実施形態の具体例と比較例とで比較して示す図である。
【図４】上記実施形態の具体例と比較例とのクラックの発生および進行の様子を示す図である。
【図５】上記実施形態の具体例のはんだ接続部における寿命向上の効果を示す図である。
【符号の説明】
１０…電子部品、１２…電極としてのリード、２０…基板、
３０…Ｐｂフリーはんだ。
【図１】
2004146649.tif 000003
【図２】
2004146649.tif 000004
【図３】
2004146649.tif 000005
【図４】
2004146649.tif 000006
【図５】
2004146649.tif 000007