(57)【要約】【課題】従来のＳｎ−Ｚｎ（−Ｂｉ，−Ａｌ）系鉛フリーはんだは、Ｚｎに起因する高温高湿度下でＣｕ電極との接合強度が低下するという問題があった。【解決手段】Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系はんだ合金であって、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％、０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％、０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％であり、残部がＳｎより構成されるはんだ合金である。  さらに、前記はんだ合金と、フラックスとから構成される鉛フリーはんだ材料である。【選択図】図３
2005131705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系はんだ合金であって、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％
で、残部がＳｎであるはんだ合金。
【請求項２】
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系はんだ合金であって、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％
で、残部がＳｎであるはんだ合金と、フラックスとからなる鉛フリーはんだ材料。
【請求項３】
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系はんだ合金であって、さらにＮｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｏからなる群のうちの少なくとも一つの添加元素を有し、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％
であり、前記添加元素の添加量が０．００１重量％以上で０．０５重量％以下の範囲にあり、残部がＳｎであるはんだ合金。
【請求項４】
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系はんだ合金であって、さらにＮｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｏからなる群のうちの少なくとも一つの添加元素を有し、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％
であり、前記添加元素の添加量が０．００１重量％以上で０．０５重量％以下の範囲にあり、残部がＳｎであるはんだ合金と、フラックスとからなる鉛フリーはんだ材料。
【請求項５】
請求項１記載のはんだ合金からなる電気・電子機器のはんだ接合部。
【請求項６】
請求項３記載のはんだ合金からなる電気・電子機器のはんだ接合部。
【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と、それを用いたはんだ材料及びはんだ接合部に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉛の毒性に関する問題から環境への鉛の排出を規制する動きが高まっている。そこで、従来使用されていたＳｎ−Ｐｂはんだに替わり、電化製品の部品接合材料として、鉛フリーはんだに置き換える動きが進んでいる。
【０００３】
はんだ材料の合金としての必要な特性は、溶融温度、引張強度、伸び特性、濡れ性、部品接合部の接合強度等が挙げられる。
【０００４】
はんだの溶融温度は２００℃前後が好ましい。はんだ融点が高すぎると、基板実装時に部品の耐熱温度を超えてしまい、現在のはんだ付け工法では部品を損傷してしまう恐れがある。また、はんだ融点が低すぎると、使用あるいは保管環境が高い場合に部品の落下や剥離が生じてしまう可能性がある。
【０００５】
鉛を使用した基板実装用はんだは、Ｓｎ−３７Ｐｂはんだ合金に代表される。これに置き換わるはんだとして、以下の鉛フリーはんだ合金が検討されてきた。例として、Ｓｎ−Ａｇ（−Ｃｕ）系、Ｓｎ−Ｃｕ（−Ｎｉ）系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、さらにＳｎ−Ｚｎ（−Ｂｉ、−Ａｌ）系、Ｓｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ合金などが挙げられる。
【０００６】
これらをグループＩという。その中で、Ｓｎ−Ａｇ（−Ｃｕ）系、Ｓｎ−Ｃｕ（−Ｎｉ）系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｃｕ系はんだ合金は、融点が２１０〜２３０℃に調整された合金組成でフローはんだ付やリフローはんだ付工法などに使用されている。しかし、これら合金の融点は、これまで使用されてきたＳｎ−Ｐｂはんだの融点よりも３０〜４０℃高い。その結果、これらの合金系を用いて実装する温度条件では、部品の耐熱温度を超えてしまう場合がある。上記はんだで実装できる温度まで、当該部品の耐熱性を高めることは、技術的に難しい。一方、Ｓｎ−Ｚｎ（−Ｂｉ，−Ａｌ）系、Ｓｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ合金等（グループＩＩという）は、主にリフローはんだ付工法を採用することを前提とした電子回路基板実装の分野で用いられている。しかしながら、グループＩＩの合金は、大気中における溶融状態での酸化が激しく、フローはんだ付工法への採用は現時点では技術的に難しい。前述のグループＩの合金よりもはんだとしての特性はデメリットが多いが、グループＩＩの合金を使用する利点としては、従来使用されてきたＳｎ−Ｐｂはんだと同等の温度域まで融点を調整することが可能な利点がある。そして、グループＩＩの合金系は、融点が１８０〜２１０℃程度になるよう組成を調整して使用される。
【０００７】
つまり、Ｓｎ−Ｚｎ（−Ｂｉ、−Ａｌ）系はんだ合金は、融点が１９０−２００℃前後で従来のＳｎ−３７Ｐｂはんだ合金の融点に近く、これまでの実装条件がそのまま使用できる上、鉛フリーはんだの中では、コストが安いというメリットがある。しかし、はんだの接合母材に対する濡れ性が悪いと考えられている。はんだを実装した後についても、Ｃｕ母材にはんだ付けした接合部を、高温高湿度下の条件に曝すと部品の接合強度が急激に低下する現象が確認されている。
【０００８】
また、はんだ中にＺｎを使用しているため、はんだ中のＺｎがフラックス中に溶出して絶縁抵抗の低下やマイグレーションの発生を起こす可能性がある。
【０００９】
Ｓｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ合金も、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだと同様、融点がＳｎ−Ｐｂはんだに近い。この合金系はＺｎを使用していないので、Ｃｕ母材との接合の際にＣｕ−Ｚｎ化合物を形成しない。そのため、高温高湿度雰囲気下におけるＣｕとの接合界面で、接合強度が急激に低下する現象は発生しない。
【００１０】
一方で、Ａｇ電極にはんだ付けをおこなった場合、接合界面にＡｇ−Ｉｎ化合物が形成する。経時変化により、この化合物相が大きく成長してこの部分が脆くなり、界面強度が低下すると言う現象が確認されている。この他に、部品を接合した状態で熱サイクルをかけると、接合部のはんだが変形していくという現象が見られる。電子回路基板は狭ピッチの基板設計に向かう方向に進んでおり、実装技術もより高度なレベルが要求されている。
【００１１】
このような技術的流れにおいて、はんだの変形が電気的な短絡につながる可能性があるという不安要素を抱えている。また、希少で高価なＩｎをはんだ中に多く含み、材料コストがかかる上、供給面で将来的に不安を残す。
【００１２】
これら融点が１８０〜２１０℃程度となるはんだ合金は、その温度特性上、複数回のはんだ付け工法（リフローはんだ付け後フローはんだ付け、もしくは、リフローはんだ付け後リフローはんだ付けなど）において使用されるニーズが少なくない。ここで、問題となるのは、一度はんだ付けされた箇所が２度目以降のはんだ付け工程において剥離するという現象である。この剥離は、特に、大型のＩＣ部品などにおいて、部品リードがはんだごと基板から浮き上がってしまうものである。この現象は、二度目以降のはんだ付けの際に、それ以前のはんだ付けで形成された接合部のはんだが部分的に溶融してしまい、接合強度が低下した状態となる。その状態で基板の反りや部品の変形などによって接合部が剥離してしまうために起こる。即ち、はんだ合金の特性としては、はんだ合金が溶け始める温度（以下、固相線温度と呼ぶ）と完全に溶融する温度（以下、液相線温度と呼ぶ）までの温度幅が大きいほど、接合部での剥離が起きる可能性が高い。
【００１３】
従来の技術では、例えば特許第２５９９８９０号公報（特許文献１）では、Ｓｎ−Ａｇ系はんだにＺｎを添加することで、機械的強度やクリープ特性を改善できるとしている。
【００１４】
同時に、ＺｎもしくはＩｎを添加することによって融点が下がることが示されている。
【００１５】
しかし、特許文献１に記載されているＡｇ濃度は１重量％以上と高い。例えば、Ｓｎ−６Ｚｎ−６Ｉｎ−１Ａｇのような高いＡｇ濃度（１重量％）では、図６の示差走査熱量計（ＤＳＣ）測定結果に示すように、融点２００℃付近を頂点とする吸熱ピーク部分が多くなる。その結果、Ｓｎ−Ｐｂはんだの場合と同等の実装条件では、はんだが十分に溶け切らない可能性がある。もし、はんだが十分に溶け切れないと、はんだの流動性が損なわれ、接合部が十分に形成されない。その場合、はんだ中にボイドが残って接合強度を低下させることになる。また、特開平９−１７４２７８号公報（特許文献２）では、Ｓｎ−Ｚｎ共晶近傍の合金に対して、融点の低下と部品メタライズへのぬれ性向上のためにＩｎを添加している。更に、このＳｎ−Ｚｎ−Ｉｎ合金中のＺｎ相針状結晶を球状化および微細分散させるため、Ａｇを添加している。そのため、Ｚｎ濃度は６〜１１％、Ａｇは０．５〜３％としている。
【特許文献１】特許第２５９９８９０号公報
【特許文献２】特開平９−１７４２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来の鉛フリーはんだにおいては、Ｓｎ−Ｚｎ（−Ｂｉ，−Ａｌ）系はんだが有するＺｎに起因する濡れ性の悪さ、および、高温高湿度下でＣｕ電極との接合強度が低下するという問題があった。また、Ｓｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ合金では、ＩｎやＡｇ等、稀少な金属を使用するという問題があった。
【００１７】
本発明の目的は、溶融温度特性がＳｎ−Ｐｂ系はんだと同等である条件を満たしながら、上記従来のＳｎ−Ｚｎ（−Ｂｉ，−Ａｌ）系はんだやＳｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ合金の有する問題点を解決するものである。
【００１８】
特に、高温高湿度下におけるはんだ接合部の信頼性を改善することが重要な目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明のはんだ合金は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系合金からなり、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％、０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％、０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％であり、残部がＳｎよりなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のはんだ合金は、溶融温度が現行のＳｎ−Ｐｂはんだと同程度であり、現行の部品や生産設備をそのまま使用することが出来る。また、液相線温度と固相線温度との差が小さく、複数回の実装工程を用いる場合においても、部品リードの浮き発生をほぼ抑える事ができる。また、高温高湿度下に曝されたときの、接合部強度低下を防ぐ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の鉛フリーはんだについて詳細に説明する。
【００２２】
本発明のはんだ合金は、融点２１０℃以下のＳｎ−Ｚｎ−Ｉｎ系はんだに、Ｃｕ母材とはんだとの接合部を高温高湿度下に曝したときに接合界面の強度低下を抑えるＡｇを微量添加したＳｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇはんだである。
【００２３】
このはんだ合金では、溶融温度および接合信頼性の面から各元素の割合が以下の比率が好適である。
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ＜２０．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％
以下、この組成範囲について説明する。
【００２４】
Ｚｎの組成範囲は、３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％とする。Ｚｎの組成比が３．０重量％以下では、はんだの融点を２００℃程度までに低下させることができない。また、Ｚｎの組成比が３．０重量％以下ではＩｎを多くしても固相線温度と液相線温度との差が広がってしまう。その結果、複数回のはんだ付け工程において、部品接合部での剥離が発生し易くなる。
【００２５】
また、Ｚｎ組成比が５．０重量％以上であれば、高温高湿度下でのＣｕ箔との接合部界面強度が低下する。また、Ｚｎが多くなるとはんだの濡れ性が低下し、はんだの酸化や接合部の電気絶縁性が低下するという問題も生じる。
【００２６】
Ｉｎの組成範囲は、０．１重量％≦Ｉｎ＜２０．０重量％とする。０．１重量％未満では、融点低下が望めない。Ｉｎ組成比が２０重量％以上となると、はんだ融点における固相線温度が低くなりすぎてしまう。Ｓｎ−２０Ｉｎでは固相線温度が１５３℃であり、固相線温度が低下すると、高温の環境下に曝されたときにははんだが溶融して剥離してしまう。
【００２７】
また、機器使用による発熱によっても同様の不具合が起こる可能性がある。さらに、Ｓｎ−２０Ｉｎ固相線温度（１５３℃）と液相線温度（１９９℃）とが離れすぎているので、２度目以降のはんだ付け工程において剥離するという現象が起こりうる。
【００２８】
Ａｇの組成範囲は、０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％とする。０．１重量％未満では、はんだ付けした後、高温高湿度下に曝したときの接合強度低下を防ぐ効果が得られない。
【００２９】
Ａｇの組成比が０．４重量％を超えると、はんだの融点温度域における高温側にて溶融する割合が高くなり、実装プロセスにおいて溶融はんだの流動性が低下する。
【００３０】
なお、それぞれの組成比率は以下の範囲がより好ましい。
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％  
はんだ合金中のＩｎ組成比が高くなると、はんだ合金の伸び特性が低下する。そして、Ｉｎ組成比が４重量％以下で、伸び特性は３０％以上を確保できる。したがって、熱衝撃などによって受ける応力に対して、はんだが変形することで応力を緩和させることができる。逆に、はんだに伸び特性がないと、基板や部品が膨張収縮した場合に、はんだ接合部中にクラックが入りやすくなる可能性がある。
【００３１】
なお、本発明で高温高湿度とは、８５℃、８５％ＲＨ（相対湿度）の環境を意味する。
【００３２】
（第１の実施の形態）
本実施の形態では、高温高湿度下に曝したときの接合強度変化について、Ｉｎを３重量％にして、Ｚｎを０〜６重量％に変化（残部はＳｎとする。）したときの接合部の剥離強度を測定する。
【００３３】
まず、目的の組成に配合したはんだ合金約１ｋｇを２３０℃に保持した。次に、０．６５ｍｍピッチ、１００ピンのＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）部品を銅張りガラスエポキシ基板に接着剤を用いて固定した。この試料にフラックスを塗布した後、はんだ中に浸漬させてはんだ付けをおこなった。はんだ付け後の試料は、アセトンと超音波洗浄器を用いて洗浄し、フラックス残渣を除去した。洗浄後の実装基板試料は、８５℃、８５％ＲＨ（相対湿度）の恒温恒湿槽中に投入した後、２５０時間毎にリードの接合強度である剥離強度を測定した。
【００３４】
図１は、Ｉｎが３重量％、Ｚｎが０〜６重量％、残部がＳｎであるはんだで、ＱＦＰ部品を実装したときのリード接合強度変化を示す。０Ｚｎ〜６ＺｎはＺｎの組成比が０〜６重量％であることを意味している。そして、Ｚｎの組成比が増える程、高温高湿度の雰囲気に曝されたときの接合強度低下が急激であることがわかる。さらに、Ｚｎの組成比が６重量％では、曝し時間５００時間での接合強度が１ｋｇｆを切ってしまう。
【００３５】
即ち、はんだ中のＺｎ濃度が高いほど、高温高湿度下での部品接合強度が低下しやすいという傾向が見られる。高温高湿度雰囲気中において、はんだ中のＺｎ相が接合界面へと拡散してＣｕ母材反応し、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層を形成・成長させる。この過程で高湿度雰囲気の影響によりＺｎが酸化し、接合界面のＣｕ−Ｚｎ化合物層とはんだとの界面において接合強度が急激に低下する。図１より、Ｚｎ含有量としては、５重量％未満が望ましい。
【００３６】
また、図２（ａ）〜図２（ｅ）はＩｎが３重量％、Ｚｎが２〜６重量％、Ａｇが０．３重量％、残部がＳｎである各はんだのＤＳＣ測定結果を示している。３重量％以下では金属融点が２１０℃を超えてしまう。したがって、Ｚｎ含有量は３重量％より大きい方が好ましい。
【００３７】
さらに、Ｚｎ含有量が５重量％以上となると、高温高湿における接合強度が次第に低下する。したがって、Ｚｎ含有量は５重量％未満が好ましい。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、Ｓｎ−４Ｚｎ−３ＩｎにＡｇを微量添加したときの組織観察をしたものである。Ｚｎを４重量％、Ｉｎを３重量％、Ａｇを０．１〜０．５重量％、残部がＳｎからなる各はんだ約０．６ｇを、セラミック板上で溶融させて球状にし、そのまま空気中で冷却した。それぞれのはんだ粒について断面を研磨し、ＳＥＭを用いて観察をおこなった。その結果を図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す。
【００３９】
図に示すように、Ａｇ組成比が増えるに従って、針状のＺｎ結晶が減り、図３（ｂ）、図３（ｃ）から球状のＺｎ−Ａｇ相が増えていくのがわかる。また、はんだ組織が微細化していることも確認される。Ｚｎの結晶が細かく分散することによって、Ｚｎ結晶同士の繋がりがなくなる。このことにより、接合強度の低下の原因となるＺｎの酸化がはんだ内部に向かって進行せず、高温高湿度下での接合強度低下を防いでいる。
【００４０】
Ａｇが０．１重量％の場合には、図３（ａ）に示すように、針状のＺｎ結晶がまだ多く見られるが、はっきりと球状Ｚｎ−Ａｇ層が確認される。
【００４１】
（第３の実施の形態）
本実施の形態では、Ｓｎ−４Ｚｎ−３ＩｎにＡｇを微量添加したときの腐食電位の変化について説明する。
【００４２】
Ｚｎを４重量％、Ｉｎを３重量％、Ａｇを０〜０．５重量％、残部がＳｎからなる各はんだを断面形状５ｍｍ×５ｍｍの棒状に加工した。この棒状試料の表面を１２００メッシュの耐水研磨紙で研磨した後、Ａｌ２Ｏ３懸濁液を用いてバフ研磨をおこなった。これを、２５℃の３．５重量％ＮａＣｌ水溶液中に浸漬させた。そして、銀塩化銀電極と飽和ＫＣｌ水溶液を用いた標準電極を用いて、この標準電極のＡｇと、はんだ試料との間で発生する起電力差を測定した。その結果を図４に示す。また、参考例としてＺｎを含まないＳｎ−３Ｉｎはんだの腐食電位を示す。
【００４３】
図４において、起電力値がＳｎ−３Ｉｎはんだに近づくことで、はんだ中のＺｎが酸化されにくくなることが示される。つまり、Ａｇを０．１重量％以上添加することにより、酸化の進行を防ぐ効果が得られることが判る。
【００４４】
（第４の実施の形態）
本実施の形態では、Ｓｎ−４Ｚｎ−３Ｉｎ―０．３ＡｇをＣｕ板にはんだ付けしたときの接合界面観察結果を説明する。Ｓｎ−４Ｚｎ−３Ｉｎ―０．３Ａｇはんだ０．３ｇをＣｕ板上に乗せ、フラックスを塗布した。これを２３０℃の熱板上で加熱し、はんだ付けをおこなった。この試料を樹脂中に埋め込み、研磨および蒸着をおこなった後、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）とＸ線マイクロアナライザ（ＸＭＡ）を用いて接合界面の断面観察をおこなった。ＳＥＭとＸＭＡによる解析の結果、はんだとＣｕ板との接合界面に、Ｚｎ層及びＡｇ層の生成が観察できた。即ち、Ｃｕ板とはんだとの接合界面には、Ｚｎ−Ａｇ相が形成されていることが判る。接合界面にＺｎ−Ｃｕ化合物相が形成されると、はんだとＺｎ−Ｃｕ化合物との界面で酸化が進行して接合強度が低下する。つまり、Ｚｎ−Ｃｕ化合物層の形成を防ぐことにより、接合強度の低下を回避することができる。
【００４５】
（第５の実施の形態）
本実施の形態では、Ｓｎ−４Ｚｎ−３ＩｎにＡｇを微量添加したときの融点の変化を説明する。図５（ａ）〜図５（ｅ）に、ＤＳＣを用いてＺｎを４重量％、Ｉｎを３重量％、Ａｇを０〜０．５重量％、そして残部がＳｎからなる各はんだの融点を測定した結果を示す。図より、Ａｇの組成比が増えるに従い、２０５℃〜２１０℃付近の吸熱量を示すピークが大きくなり、この温度域におけるはんだの溶融量が増えることが判る。Ａｇ添加量が０．５重量％になると、この２０５℃〜２１０℃付近の吸熱ピークが、１９０℃付近の吸熱ピークと同等程度まで大きくなり、はんだとして使用したときに、はんだが溶けにくくなる。換言すると、低温側（約１９３℃）で一旦溶融し、さらに高温側にて溶融することになる。また、溶融はんだの濡れ性や流動特性も低下する。
【００４６】
以上の測定結果より、Ａｇを０．１重量％以上添加すると腐食電位が改善される。一方、Ａｇを０．５重量％以上添加すると、合金のＤＳＣ測定が示すように高温側のピークが増大し、はんだが溶けにくくなり、濡れ性や流動特性が低下する。
【００４７】
また、Ｚｎを含有するはんだにおいてＡｇを添加すると、針状のＺｎ結晶が減少し、球状のＺｎ−Ａｇ相が増え、はんだ組織が微細化することが組織観察によりわかる。Ａｇの含有量が０．１重量％では、針状のＺｎ結晶が見られるが、Ａｇ０．１重量％の添加でも前述のように、腐食電位が改善される効果が得られる。
【００４８】
またＡｇを添加すると、Ｃｕ上にはんだ付けしたときの接合界面において、Ｚｎ−Ａｇ化合物相が形成されるので、ＣｕとＺｎの反応を抑制するバリア層となる。その結果、酸化されやすいＺｎ−Ｃｕ化合物層形成を阻止でき、接合界面での酸化を防ぎ、接合強度の低下を防止することができる。
【００４９】
（第６の実施の形態）
Ｚｎを４重量％、Ｉｎを０〜１０重量％、Ａｇを０．３重量％、残部がＳｎからなる各はんだを、はんだ液相線温度より５０℃高い温度で板状に鋳造し、引張試験片を作製した。
【００５０】
試験片の形状は、ＪＩＳ４号試験片とした。引張試験の条件は、引張速度５．０ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００５１】
その結果を図７に示す。図から明らかなように、Ｉｎの割合が４重量％までの範囲において、伸び特性が３０％以上を保っている。
【００５２】
（第７の実施の形態）
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系はんだ合金であって、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％
で、残部がＳｎであるはんだ合金と、フラックスとから構成された鉛フリーはんだ材料は、糸はんだやクリームはんだとして好適である。なお、フラックスは公知のものを使用できる。
【００５３】
（第８の実施の形態）
本実施の形態では、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系はんだ合金であって、さらにＮｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｏからなる群のうちの少なくとも一つの添加元素を有し、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％
であり、前記添加元素の添加量が０．００１重量％以上で０．０５重量％以下の範囲にあり、残部がＳｎであるはんだ合金を用いたはんだ接合強度を説明する。
【００５４】
以下の試料を用いて高温高湿度試験を行った。図８は、その接合強度変化を示すものである。接合強度の測定方法は第１の実施の形態と同様である。各添加元素を含むはんだ合金を用いて、銅箔をリフローはんだ付けして試料とする。
【００５５】
図中のＦは標準となる本発明の鉛フリーはんだ合金を示す。そして、図中のＡ、Ｂ，Ｃ、Ｄ、Ｅは、試料ＦのＳｎを除く組成比に対してそれぞれＴｉを０．００４重量％、Ｎｉを０．０１重量％、Ｍｇを０．０１重量％、Ａｌを０．０５重量％添加し、それらの残量をＳｎとしたはんだ合金を示している。高温高湿度における１０００時間の曝し後の接合強度をみると、試料Ａ、Ｂ、Ｃは標準Ｆよりも優れている。さらに、試料Ｄも少なくともＦと同等の接合強度を保持していることが判る。
【００５６】
図９は、Ｓｎ−４Ｚｎ−３Ｉｎ−０．３Ａｇのはんだ合金と、さらにＴｉを０．００３重量％添加したはんだ合金と、比較用のＳｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉはんだ合金を用いた３種のはんだ接合部の高温高湿度下の接合強度変化を示している。なお、はんだ接合部の形成は第１の実施の形態と同様に行った。図より１，５００時間を越えるとＴｉの添加効果が明らかである。
【００５７】
さらに、比較用のＳｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉは２５０時間を越えると、接合強度が１ｋｇ以下となっている。Ｔｉで見られた効果は他の添加元素、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｌでも同様に見られる。
【００５８】
（第９の実施の形態）
本実施の形態は、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ系はんだ合金であって、さらにＮｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｏからなる群のうちの少なくとも一つの添加元素を有し、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｇの組成比が、
３．０重量％＜Ｚｎ＜５．０重量％
０．１重量％≦Ｉｎ≦４．０重量％
０．１重量％≦Ａｇ≦０．４重量％
であり、前記添加元素の添加量が０．００１重量％以上で０．０５重量％以下の範囲にあり、残部がＳｎであるはんだ合金と、フラックスとから構成された鉛フリーはんだ材料は、フラックスとから構成された鉛フリーはんだ材料は、糸はんだやクリームはんだとして好適である。なお、フラックスは公知のものを使用できる。
【００５９】
以上説明したように、本発明は亜鉛の含有量を３重量％＜Ｚｎ＜５重量％の範囲に限定することによってはじめて、高温高湿度雰囲気下におけるはんだ接合部の信頼性を改善できたものである。また、本発明のはんだ合金は、棒はんだ（溶融はんだ）としても好適であり、拡散接合にも好適な鉛フリーはんだ合金である。さらに、本発明のはんだ合金を用いた電気・電子機器のはんだ接合部も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明にかかるはんだ合金を用いた鉛フリーはんだは、溶融温度が従来のＳｎ−Ｐｂはんだと同等程度である。その結果、現行のＳｎ−Ｐｂはんだ付け工法をそのまま使用することができる。そして、部品接合強度に優れたはんだ特性を有する鉛フリーはんだ材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態おける各はんだのはんだ接合部の剥離強度を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＳｎ−３Ｉｎ−０．３ＡｇにＺｎを２〜６重量％添加したときの各はんだ合金のＤＳＣ測定結果を示す図
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるＳｎ−４Ｚｎ−３ＩｎにＡｇを微量添加したときの組織を示す模式図
【図４】本発明の第３の実施の形態におけるＳｎ−４Ｚｎ−３ＩｎにＡｇを微量添加したときの腐食電位の変化を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるＳｎ−４Ｚｎ−３ＩｎにＡｇを微量添加したときの融点の変化を説明するための図
【図６】従来の、Ｓｎ−６Ｚｎ−６Ｉｎ−１Ａｇ合金のＤＳＣ測定結果を示す図
【図７】本発明の第６の実施の形態におけるＳｎ−４Ｚｎ−０．３ＡｇにＩｎを０〜１０重量％添加したときのはんだ合金の機械的特性変化を示す図
【図８】本発明の第８の実施の形態におけるはんだ合金の機械的特性変化を示す図
【図９】本発明の第８の実施の形態における別のはんだ合金の機械的特性変化を示す図
【図１】
2005131705.tif 000003
【図２】
2005131705.tif 000004
【図３】
2005131705.tif 000005
【図４】
2005131705.tif 000006
【図５】
2005131705.tif 000007
【図６】
2005131705.tif 000008
【図７】
2005131705.tif 000009
【図８】
2005131705.tif 000010
【図９】
2005131705.tif 000011