(57)【要約】      （修正有）【課題】均一な濡れ広がり性と高い接合信頼性とを有し、更に実質的に接合や封止に寄与するはんだ体積を維持できるＡｕ系はんだ合金の提供。【解決手段】Ｇｅを１０.０〜１５.０質量％、好ましくは１１.５〜１３.５質量％含有し、残部が製造上不可避に含まれる元素を除きＡｕから構成されるＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金であって、縞状の組織の縞の間隔が０.０１〜０.７５μｍのラメラ組織及び／又は、円状の場合はその直径、楕円状の場合はその短径が０.０１〜０.７５μｍの円状及び楕円状の組織からなる金属組織が断面全体に対して２５％以下の面積を占めているＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金。【選択図】図２
2016074011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇｅを１０.０質量％以上１５.０質量％以下含有し、残部が製造上不可避に含まれる元素を除きＡｕから構成されるＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金であって、縞状の組織の縞の間隔が０.０１μｍ以上０.７５μｍ以下のラメラ組織および／または、円状の場合はその直径、楕円状の場合はその短径が０.０１μｍ以上０.７５μｍ以下の組織からなる金属組織が断面全体に対して２５％以下の面積を占めていることを特徴とするＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金。
【請求項２】
Ｇｅを１１.５質量％以上１３.５質量％以下含有することを特徴とする、請求項１に記載のＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金。
【請求項３】
はんだ合金の形状が枠状、シート状、リボン状およびボール状のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１または２に記載のＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金を用いて封止したことを特徴とする電子装置。
【請求項５】
請求項４の電子装置を搭載していることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＡｕを主成分とする高温用のＰｂフリーはんだ合金に関し、特に、制御された金属組織を有する高温用のＡｕ−Ｇｅはんだ合金および該はんだ合金を用いて封止またはロウ付けされた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に有害な化学物質に対する規制がますます厳しくなってきており、この規制は電子部品などを基板に接合する目的で使用されるはんだ材料に対しても例外ではない。はんだ材料には古くから鉛が主成分として使われ続けてきたが、すでにＲｏＨＳ指令などで鉛は規制対象物質になっている。そのため、Ｐｂフリー（無鉛）はんだ材料の開発が各種機関で進められており、高温用のＰｂフリーはんだ材料では高価なＡｕ−Ｇｅ合金やＡｕ−Ｓｎ合金などが水晶デバイス、ＳＡＷフィルター、ＭＥＭＳ等ですでに実用化されている。
【０００３】
Ａｕ−Ｇｅ合金は、Ａｕ−１２.５質量％Ｇｅ（８７.５質量％のＡｕと１２.５質量％のＧｅから構成されることを意味しており、以降においても同様である）が共晶点の組成であり、その融点は３５６℃である。一方、Ａｕ−Ｓｎ合金は、Ａｕ−２０質量％Ｓｎが共晶点の組成であり、その融点は２８０℃である。これらＡｕ系はんだ合金は硬くて脆い性質を有しているが、Ａｕ−Ｓｎ合金は比較的加工し易いため、枠形状で使用されることが多い。一方、Ａｕ−Ｇｅ合金は粘り性があるためきれいに破断させることが難しい。しかし、Ａｕ−Ｇｅ合金は薄く加工することや小さく加工することは可能であり、ペレット形状あるいは加工が不要なボール形状として各種の接続用はんだやパッケージの封止用はんだとして使用されることが多い。
【０００４】
例えばボール形状のＡｕ−Ｇｅ合金は水晶デバイスやＳＡＷフィルター等のパッケージの封止用はんだボールとして使用されている。このパッケージは一般にセラミックスで形成されており、パッケージ内部の空間に水晶振動子等を配置した後、真空中または不活性ガスが充填された状態で内部空間が封止される。パッケージは水晶振動子等を載置する底部に対向する蓋体の一部に段差を有する貫通孔が設けられており、この貫通孔の段差部にボール形状の高温はんだ合金を載せて上からレーザー光をこのはんだ合金に向けて照射することにより、はんだ合金を溶解させてパッケージを封止している。封止されたパッケージは、実装基板等に実装するためリフロー工程において２４０〜２６０℃で再加熱される。Ａｕ−Ｇｅ合金は、上記したように共晶点での融点が３５６℃とリフロー工程の温度よりも高いので、リフロー工程で再溶融してリークするリスクが少ないという利点を有している。
【０００５】
このようなＡｕ−Ｇｅ系のはんだ合金に関しては、例えば特許文献１に、Ａｕ−Ｇｅ合金からなるはんだボールの表面が酸化することにより濡れ性等が阻害される問題を解決するため、Ａｕ−Ｇｅ合金からなるはんだボールの酸化表面層を改質した後、洗浄することによって良好な濡れ性と耐酸化性とを有するはんだ合金材料を得る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３００９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、電子機器の小型化、薄型化に伴い、水晶デバイスやＳＡＷフィルターなどの電子装置においても外形が小さくて薄型のものが求められている。そのため、これら電子装置に使用するはんだ合金は、はんだ融解時に高い精度で形状を制御可能であることが望ましい。例えば前述したように水晶振動子等を収容するパッケージの貫通孔を封止するはんだにはボール形状のＡｕ−Ｇｅ合金が使用されるが、この際、Ａｕ−Ｇｅ合金が貫通孔の接合面に均一に濡れ広がらなければリーク不良などの不具合が発生するおそれがある。また、溶解時に不均一に濡れ広がると、貫通孔から流れ出したはんだが電極配線等を短絡させるおそれがある。
【０００８】
また、はんだ合金を半導体素子の接合に使用する場合は、接合面が均一に濡れなければ十分な接合強度が得られなかったり、被接合体である半導体素子が傾いて接合信頼性が著しく低下したりするおそれがある。さらに濡れが不均一になって部分的な濡れ広がりや流れ出しが生じると、はんだ接合に実質的に寄与するはんだの体積が小さくなり、熱応力等による歪みを十分に緩和できなくなってクラック等が発生しやすくなったり、接合信頼性が低下したりなどの問題が生じることもある。このように、Ａｕ−Ｇｅ合金においては濡れ性が特に重要な特性と言える。
【０００９】
上記した種々の問題は、前述した電子機器の小型化、薄型化によって顕在化する傾向にある。すなわち、電子機器の小型化、薄型化に伴って貫通孔と電極配線との間隔やはんだ合金と水晶振動子等の電子部品との間隔等がより狭くなり、上記したはんだの不均一な濡れ広がりや流れ出しにより、水晶振動子や電極配線とはんだ合金とが接触するリスクが高まっている。また、電子機器の小型化、薄型化に伴い、はんだ合金自体のサイズや厚さも制限されるため、限られたはんだ体積で封止や接合をしなければならないという条件のもと、上記した不均一な濡れ広がりや接合面以外への流れ出しが生ずるとはんだ接合部におけるはんだの実質的な体積が小さくなり、はんだ接合の信頼性が損なわれる問題がより一層顕著になってきている。また、当然コストの面からも、高価なＡｕの使用量を最小限に抑えるよう強く要求されている。なお、一般に、部分的な濡れ広がりの割合は、接合前のはんだ断面の全面積の２５％以下に抑える必要がある。
【００１０】
上記したように、特に高い信頼性が要求される水晶デバイス、ＳＡＷフィルター、ＭＥＭＳ等で使用する高温用Ｐｂフリーはんだ材料は、封止不良などがあると電子部品として使用できないため、十分な濡れ性や信頼性を有することが求められている。特に高い気密性や信頼性を必要とする用途では、良好な濡れ性を有することに加えてはんだで接合や封止する際にはんだ体積（ボリューム）が維持されること、すなわち使用したはんだ合金が有効に接合や封止に寄与することが要求される場合が多い。このように、高い信頼性が求められる水晶デバイス等の電子機器に用いるはんだには、適切な濡れ性とはんだ体積の維持という一見相反するような機能が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した状況の下、本発明者らは特に高い信頼性が要求される水晶デバイス等の電子装置用のＡｕ系はんだ合金について鋭意研究を重ねた結果、はんだ接合性の良否は、はんだを溶融接合する際の接合温度、時間、雰囲気などの各種条件の影響を受けるが、これらと同等またはそれ以上に熱処理等による金属組織の制御の影響を大きく受けること、具体的にはＡｕ−Ｇｅ合金の共晶点の組成付近を基本として、熱処理等によって金属組織を制御することにより、適切な濡れ性、高い接合信頼性とを有し、更に実質的に接合に寄与するはんだ体積を良好に維持できるＡｕ系はんだ合金が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明に係るＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金は、Ｇｅを１０.０質量％以上１５.０質量％以下含有し、残部が製造上不可避に含まれる元素を除きＡｕから構成されるＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金であって、縞状の組織の縞の間隔が０.０１μｍ以上０.７５μｍ以下のラメラ組織および／または、円状の場合はその直径、楕円状の場合はその短径が０.０１μｍ以上０.７５μｍ以下の組織からなる金属組織が断面全体に対して２５％以下の面積を占めていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来のＡｕ系はんだよりも均一な濡れ広がり性と高い接合信頼性とを有し、更に実質的に接合や封止に寄与するはんだ体積を維持できるＡｕ系はんだ合金を提供できる。これにより、本発明のはんだ合金が接合材や封止材として使用される水晶デバイス、ＳＡＷフィルター、ＭＥＭＳ等の極めて高い信頼性を要求される電子装置およびこれを搭載した電子機器は、ますます小型化や薄型化される場合であっても、高い気密性と優れた信頼性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のＡｕ−Ｇｅはんだ合金の金属組織写真である。
【図２】本発明の一具体例のＡｕ−Ｇｅはんだ合金の金属組織写真である。
【図３】はんだ合金の試料が接合されたＣｕ基板をはんだ試料側から見た模式的な平面図であり、（ａ）は濡れ広がり性が良好な接合体（評価「○」）を、（ｂ）は濡れ広がり性が悪い接合体（評価「×」）を示している。
【図４】封止用容器と封止用蓋とをはんだ合金の試料で封止した状態を示す模式的な縦断面図である。
【図５】はんだ合金の試料が接合されたＣｕ基板をはんだ試料側から見た模式的な平面図であり、はんだ合金の試料の濡れ広がり性を示す縦横比を算出するための長径Ｘ１および短径Ｘ２が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、制御された金属組織を有する本発明のＡｕ−Ｇｅ系はんだ合金の実施形態について詳しく説明する。一般に二元系はんだ合金の共晶点では、鋳造時にα相およびβ相の２つの層が交互に積層したラメラ構造を含んだ金属組織になる。このようなラメラ構造になることにより、合金の機械的特性等が向上する。本発明者らは、この金属組織を形成するラメラ組織について鋭意研究を重ねた結果、ラメラ組織の縞の間隔等は、原料溶解後の鋳造時や温間圧延時、またはアトマイズ時における熱処理条件や加工速度等を調整することにより制御でき、そして、はんだ濡れ性に大きく影響を及ぼすことを見出した。
【００１６】
はんだ合金は一般に鋳造した後、圧延加工、押出し加工、アトマイズ加工、プレス加工等を行って所定の形状の製品を得ている。これらの中で特に鋳造や温間圧延、アトマイズ等は熱処理条件や加工条件が金属組織に影響するが、従来、鋳造や温間圧延、アトマイズ等の熱処理条件や加工条件は、生産性等を優先して決定していた。このため、図１のＡｕ−１２.５質量％Ｇｅはんだ合金の金属組織に例示されるように、全体的にラメラ構造を示しているものの、ラメラ組織の縞の間隔が細かい箇所と、塊状の大きな結晶粒とが混在した組織構造となっていた。このような組織構造を有するはんだ合金は、接合時に再溶解する際、細かい縞状組織で構成されるラメラ組織が先に溶け出し、その後、塊状の大きな結晶粒が溶けることになる。この際、先に溶け出したラメラ組織が基板等に広がっていき、大きな結晶粒は相対的に溶け出さないため、全体としては不均一な濡れ広がりになることがあった。
【００１７】
この塊状の大きな結晶は、後述する亜共晶や過共晶による初晶の影響と思われる。そこで、この塊状の大きな結晶粒がそれ以外の縞状のラメラ組織とほぼ同じタイミングで同様に溶解するように、ラメラ構造の縞の間隔を熱処理条件や加工速度等で制御するものである。これにより、上記した塊状の結晶粒とこれに隣接する縞状のラメラ組織との明確な境界がなくなって、ラメラの組織の中に塊状の結晶粒が取り込まれたようになる。その結果、適切な濡れ性を確保できるうえ、実質的に接合に寄与するはんだ体積を維持することができ、高い接合信頼性を有するはんだ合金を得ることができる。
【００１８】
すなわち、鋳造時に徐冷したり、圧延加工時の温度を高めにしたりすることによって細かなラメラ組織を減らすことができ、その結果、図２に示すように、縞状組織を構成する各帯状部を幅広にしたり、該縞状組織に隣接する塊状等のまだらな非ラメラ状の組織との間に明確な境界が認められない程度にこれらを融合させたりして、全体的にほぼ一様なラメラ組織を有するはんだ合金を得ることができる。より具体的には、縞状の組織の縞の間隔が０.０１μｍ以上０.７５μｍ以下のラメラ組織、および／または、円状の場合はその直径、楕円状の場合はその短径が０.０１μｍ以上０.７５μｍ以下の円状や楕円状の組織からなる金属組織が、はんだを所定の方向で切断した切断面に対して２５％以下を占めるようにする。
【００１９】
なお、上記したラメラ組織の面積に関する要件は実際のはんだ合金の生産ラインにおいて、経験的、実験的に得られた数値である。また、上記した組織のサイズやそれらがはんだの断面に占める面積の割合は、金属顕微鏡に付属している面積算出機能より算出することができる。すなわち、測定対象の試料に対して所定の方向に切断した断面を金属顕微鏡で見た時の０.２０ｍｍ×０.２０ｍｍの矩形領域内から２０μｍ×２０μｍの測定範囲を任意に５箇所を選定し、それらの測定結果を平均することで求めることができる。
【００２０】
ここで縞状のラメラ組織とは前述したα相とβ相との積層面に垂直な方向から見た時にこれらα相の帯状部とβ相の帯状部とが交互に縞状に並ぶように形成している金属組織をいうものとする。一方、円状もしくは楕円状のラメラ組織とは、同様にα相とβ相との積層面に垂直な方向から見た時にα相またはβ相が円形もしくは楕円形の島状部を形成している金属組織をいうものとする。これらラメラ組織が占める割合の測定が行われる断面の方向は、はんだの加工法を考慮して定められる。例えば、はんだ形状が後述する板状や枠状の場合はその厚み方向に平行な断面に対して測定が行われる。一方、ボール形状の場合はその中心部を通る断面であれば任意の断面に対して測定を行ってもよい。次に、本発明のはんだ合金を構成する元素について説明する。
【００２１】
＜Ａｕ＞
Ａｕは本発明のはんだ合金の主成分を構成する必須の元素である。Ａｕは非常に酸化しづらい性質を有しているため、高い信頼性が要求される電子部品類の接合用や封止用のはんだとして、特性面においては最も適している。このため、水晶デバイスやＳＡＷフィルターの封止用としてＡｕ系はんだが多用されており、本発明のはんだ合金もＡｕを主成分とすることで、このような高信頼性を要求される技術分野に属するはんだを提供する。ただし、適切な濡れ性や高い接合信頼性を有し、更には接合や封止として有効に機能する実質的なはんだの体積を維持するため、前述したように熱処理等による金属組織の制御を行って金属組織を制御する必要がある。
【００２２】
＜Ｇｅ＞
Ｇｅは本発明のはんだ合金において必須の元素である。ＧｅはＡｕと共晶合金を作り、固相線温度を３５６℃と低くできる。Ａｕ−Ｇｅ系合金は耐酸化性に最も優れるＡｕを８５〜９０質量％近く含有するため非常に濡れ性や接合信頼性等に優れる。Ｇｅの含有量は１０.０質量％以上１５.０質量％以下である。Ｇｅ含有量がこの範囲から外れてしまうと液相線温度が高くなりすぎて溶け分け現象が起きたり、基板やチップとはんだが均一に合金化せず、接合不良を起こしてしまう。Ｇｅ含有量が１０.０質量％以上１５.０質量％以下であれば、共晶点の組成に近く、より一層優れた接合が可能になり好ましい。
【００２３】
Ａｕ−Ｇｅはんだ合金は、通常、共晶点付近の組成、つまりＡｕ−１２.５質量％Ｇｅ付近の組成で使用される。これにより固相線温度が３５６℃になり、かつ、結晶が微細化するので比較的濡れ性が安定するわけである。しかし、Ｇｅが１２.５質量％未満の場合は亜共晶となり、Ｇｅが１２.５質量％を超えた場合は過共晶となるため、初晶が発生してラメラ組織と混在する。このため、濡れ性にばらつきが出たり、局所的に濡れ広がる部分や濡れ難くなる部分が存在することになる。工業的に利用可能な範囲はＧｅ１２.５質量％近傍の１０.０質量％以上１５.０質量％以下であるが、均一な濡れ広がりのためには、初晶の発生を極力抑えることが望ましく、Ｇｅを１１.５質量％以上１３.５質量％以下にするのが好ましい。
【００２４】
上記で説明したはんだ合金は、真空溶解および鋳造後、温間圧延、アトマイズ、またはプレス等によりはんだ形状を枠状、シート状、リボン状、またはボール状に加工することができる。また、これら形状のはんだ合金は、気密性が要求される水晶デバイス、ＳＡＷフィルター、ＭＥＭＳ等電子デバイスの接合に用いられる。
【実施例】
【００２５】
はんだ断面において特定のサイズのラメラ構造が占める面積の割合やＧｅの含有率が異なる種々のＡｕ−Ｇｅはんだ合金試料を作製してそれらの濡れ性や信頼性について評価を行った。具体的には、まず原料としてそれぞれ純度９９.９９９質量％以上のＡｕおよびＧｅを準備した。大きな薄片やバルク状の原料については、溶解後の合金においてサンプリング場所による組成のバラツキがなく均一になるように留意しながら切断、粉砕等を行い、３ｍｍ以下の大きさに細かくした。次に、高周波溶解炉用グラファイトるつぼに、これら原料から所定量を秤量して入れた。
【００２６】
原料の入ったるつぼを高周波溶解炉に入れ、酸化を抑制するために窒素を原料１ｋｇ当たり０.７Ｌ／分以上の流量で流した。この状態で溶解炉の電源を入れ、原料を加熱溶融させた。金属が溶融しはじめたら混合棒でよく攪拌し、局所的な組成のばらつきが起きないように均一に混ぜた。十分溶融したことを確認した後、高周波電源を切り、速やかにるつぼを取り出し、るつぼ内の溶湯をはんだ母合金の鋳型に流し込んだ。
【００２７】
鋳型には、圧延用には厚さ３ｍｍ×幅４０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの板状の合金が得られるものを使用し、アトマイズ用には直径１９ｍｍの円柱状の合金が得られるものを使用した。なお、圧延用の鋳型には急冷用のジャケットを取り付け、水量を調整することによって金属組織の制御を行った。すなわち、急冷させると結晶が微細化してより細かいラメラ組織を得ることができ、逆に徐冷させると縞の間隔が広いラメラ組織になる。さらに、板材の引出し速度も制御して、金属組織の制御を行った。一方、アトマイズでボール状にした試料については不活性ガス中でアニールを行い、アニール温度とアニール時間を試料ごとに様々に変えることにより金属組織を調整した。
【００２８】
このようにして組成や金属組織が互いに異なる試料１〜４３のはんだ母合金を作製した。これらの試料１〜４３のはんだ母合金についてＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ  Ｓ−８１００）を用いて組成分析を行った。また、キーエンス製のデジタルマイクロスコープ（ＶＨＸ−９００）を用いて断面に占めるラメラ組織の面積を求めた。その際、縞状のラメラ組織は縞を構成する各帯状部の幅が０.０１μｍ以上０.７５μｍ以下のものに限定し、円状もしくは楕円状のラメラ組織は円状の場合は直径の長さが、楕円状の場合は短径の長さが０.０１μｍ以上０.７５μｍ以下のものに限定した。また、断面の方向は、リボン状のものについてはその厚み方向に平行な断面とし、ボール状のものについてはその中心部を通る任意の断面とした。その分析結果を前述した組成分析の結果と共に下記の表１および表２に示す。
【００２９】
【表１】
2016074011.tif 000003
【００３０】
【表２】
2016074011.tif 000004
【００３１】
次に、上記試料１〜９、１９〜２７、２８〜３３、４０〜４３の各はんだ母合金について、温間圧延機を用いてリボン状に加工した。溶解鋳造工程に加えて、温間圧延工程でも金属組織の調整を行い、高い精度で目的とする金属組織が得られるように制御した。すなわち圧延時の温度、圧延速度を制御して、試料に加わる熱と時間を調整することによって金属組織を調整した。
【００３２】
そして、これらリボン状に加工した試料１〜９、２８〜３３に対して、プレス機で１.０ｍｍ×１.０ｍｍの四角形状に打抜いてプリフォーム材（打抜き品）を作り、濡れ広がり性の評価に用いた。一方、リボン状にした試料１９〜２７、４０〜４３に対しては、プレス機で外寸１.５ｍｍ×２.０ｍｍ、枠幅１５０μｍの枠形状に打抜いて、打抜き品を作り、封止性、信頼性の評価に用いた。以下、試料の加工方法、各評価について具体的に説明する。
【００３３】
＜リボンの製造方法＞
準備した厚さ３ｍｍ×幅４０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの板状母合金試料を温間圧延機で圧延した。具体的には圧延時の温度（ロール温度）は１２０℃〜２６０℃、圧延速度は０.５ｍ／分〜４ｍ／分として、試料に加わる熱と時間を調整することによって金属組織を調整した。そしてそれぞれの試料を３０.０±１.５μｍの厚さになるように圧延した。
【００３４】
＜打抜き品（四角形状）の製造方法と濡れ広がり性評価１＞
リボン状に加工した試料１〜９、２８〜３３に対して、プレス機を用いて、プレス用オイルを供給しながら１.０ｍｍ×１.０ｍｍの四角形状に打抜いた。その後、打ち抜いた試料をアルコールで洗浄し、４０℃の真空中で２時間乾燥し、打抜き品を製造した。このようにして製造した四角形状の打抜き品を用いて、基板と試料を接合し、不均一な濡れ広がりの有無を評価基準とする濡れ広がり性の評価１とした。具体的には濡れ性試験機（装置名：雰囲気制御式濡れ性試験機）を起動し、加熱するヒーター部分に２重のカバーをしてヒーター部の周囲４箇所から窒素ガスを１２Ｌ／分の流量で流した。その後、ヒーター設定温度を融点より５０℃高い温度にして加熱した。
【００３５】
ヒーター温度が設定値で安定した後、Ｎｉめっき（膜厚：３.０μｍ）したＣｕ基板（板厚：０.３ｍｍ）をヒーター部にセッティングして２５秒加熱し、次に四角形状のはんだ試料をＣｕ基板上に載せて２５秒加熱した。加熱が完了した後、Ｃｕ基板をヒーター部から取り上げ、その横の窒素雰囲気が保たれている場所に一旦設置して冷却し、十分に冷却した後大気中に取り出した。
【００３６】
このようにして接合した接合体について、図３（ａ）に示すようにはんだ試料と基板がきちんと接合して、かつ四角形状を保っていた場合を「○」と評価し、図３（ｂ）に示すように接合前の四角形状を留めず部分的に濡れ広がった場合や、基板がはんだをはじいて部分的に接合できなかった場合、または接合できなかった場合を「×」と評価した。濡れ広がり性評価１の評価結果を表２に示した。
【００３７】
＜打抜き品（枠形状）の製造方法と接合信頼性評価１、接合信頼性評価２＞
リボン状に加工した試料１９〜２７、４０〜４３に対して、外寸１.５ｍｍ×２.０ｍｍ、枠幅１５０μｍの枠形状に打抜いて、打抜き品を製造した。このようにして製造した枠状の打抜き品を用いて、封止用容器と封止用基板をはんだ試料で接合し、リーク状態を確認して接合信頼性評価１とし、さらにその接合体についてヒートサイクル試験を行い接合信頼性評価２とした。
【００３８】
＜打抜き品（枠形状）の接合信頼性評価１（封止性）＞
はんだ合金による封止性を確認するため、図４に示す形状の封止用容器４と封止用蓋５を各はんだ合金試料で封止した。封止には簡易ダイボンダー（ウェストボンド社製、ＭＯＤＥＬ：７３２７Ｃ）を用い、窒素フロー中（８Ｌ／分）、融点より５０℃高い温度で３０秒保持し、その後、窒素フローされたサイドボックスで室温まで十分に冷却し、その後、封止体を大気中に取り出した。このようにして準備した各封止体を水中に２時間浸漬し、その後、水中から封止体を取り出し、解体してリーク状態を確認した。解体した封止体内部に水が入っていた場合はリークがあったと判断し、封止性の評価として「×」とした。このようなリークな無かった場合を「○」と評価した。
【００３９】
＜打抜き品（枠形状）の接合信頼性評価２（ヒートサイクル試験）＞
はんだ接合の信頼性を評価するためにヒートサイクル試験を行った。なお、この試験は、上記接合信頼性評価１と同様にして得たはんだ合金で封止した封止体を用いて行った。まず、各封止体に対して、−４０℃の冷却と３００℃の加熱を１サイクルとして、これを所定のサイクル繰り返した。その後、ヒートサイクル試験を行った各封止体を水中に２時間浸漬し、その後、水中から封止体を取り出し、解体してリーク状態を確認した。解体した封止体内部に水が入っていた場合はリークがあったと判断し、封止性の評価として「×」とした。このようなリークな無かった場合を「○」と評価した。
【００４０】
＜ボールの製造方法＞
次に準備した試料１０〜１８、３４〜３９の各母合金（直径２７ｍｍの円柱状）を液中アトマイズ装置のノズルに投入し、このノズルを３００℃に加熱した油の入った石英管の上部（高周波溶解コイルの中）にセットした。ノズル中の母合金を高周波により５２０℃まで加熱して５分保持した後、不活性ガスによりノズルに圧力を加えてアトマイズを行い、ボール状のはんだ合金とした。尚、ボール直径は設定値を０.３０ｍｍとし、予めノズル先端の直径を調整した。得られた各試料ボールはそれぞれエタノール洗浄を３回行い、その後、真空乾燥機で真空中４５℃−２時間の乾燥を行った。さらに各はんだ試料の金属組織を制御するため、窒素ガス中でアニール温度４０〜３００℃、アニール時間３〜１２０分の条件でアニールを行った。
【００４１】
＜ボールの濡れ性の評価２（接合体の縦横比の測定）＞
濡れ性試験機（装置名：雰囲気制御式濡れ性試験機）を起動し、加熱するヒーター部分に２重のカバーをしてヒーター部の周囲４箇所から窒素ガスを１２Ｌ／分の流量で流した。その後、ヒーター設定温度を融点より５０℃高い温度にして加熱した。ヒーター温度が設定値で安定した後、Ｎｉめっき（膜厚：３.０μｍ）したＣｕ基板（板厚：０.３ｍｍ）をヒーター部にセッティングして２５秒加熱し、次にボール状のはんだ合金をＣｕ基板上に載せて２５秒加熱した。加熱が完了した後、Ｃｕ基板をヒーター部から取り上げ、その横の窒素雰囲気が保たれている場所に一旦設置して冷却し、十分に冷却した後大気中に取り出した。
【００４２】
得られた接合体は、図５に示すようにＣｕ基板のＮｉ層２の表面にはんだ合金３が濡れ広がって接合された接合形態を有しており、その濡れ広がったはんだ合金の縦横比を求めた。具体的には、図５に示す最大のはんだ濡れ広がり長さを長径Ｘ１と、最小のはんだ濡れ広がり長さ短径Ｘ２とを測定し、下記計算式１により縦横比を算出した。
【００４３】
［計算式１］
縦横比＝長径（Ｘ１）÷短径（Ｘ２）
【００４４】
上記計算式１の縦横比が１に近いほど基板上に円形状に濡れ広がっており、濡れ広がり性がよいと判断できる。１より大きくなるに従い、濡れ広がり形状が円形からずれていき、溶融はんだの移動距離にバラつきがでて反応が不均一になり合金層の厚みや成分バラつきが大きくなったりして均一で良好な接合ができなくなってしまう。さらにある方向に多くのはんだが流れるように広がってはんだ量が過剰な箇所とはんだが無い箇所ができ、接合不良や場合よっては接合できなかったりしてしまう。接合体の縦横比の測定結果を上記した濡れ広がり性評価１（はんだのはみ出しやはじき）、接合信頼性評価１（封止性）、および接合信頼性評価２（ヒートサイクル試験）と共に下記表３および表４に示す。
【００４５】
【表３】
2016074011.tif 000005
【００４６】
【表４】
2016074011.tif 000006
【００４７】
上記表３および表４から分かるように、本発明の要件を満たしている試料１〜２７のはんだ母合金は、各評価項目において良好な特性を示している。つまり、濡れ広がり性評価１（はんだのはみ出しやはじき）、濡れ広がり性２（縦横比）、接合信頼性評価１（封止性）、接合信頼性評価２（ヒートサイクル試験）で全て良好な結果であった。このように良好な結果が得られた理由は、はんだ合金試料が本発明の組成範囲内であり、かつ細かなラメラ組織の面積がはんだ断面全体の２５％以下であることによるものと考えられる。
【００４８】
一方、本発明の要件を満たしていない比較例の試料２８〜４３のはんだ合金は、少なくともいずれかの特性において好ましくない結果となった。従来から一般的に使用されているＡｕ−１２.５Ｇｅ質量％である試料３２、３３、３８、３９、４２、４３においても金属組織が好ましい範囲に制御された本発明の試料に比べて濡れ広がり性等が劣る結果であった。なお、Ａｕ−１２.５Ｇｅ質量％である試料３２、３３、３８、３９、４２、４３は本発明より劣るものの、これが従来と同等程度の性能であり、市場における要求が高まりによりさらなる特性向上が求められているのである。
【符号の説明】
【００４９】
１      Ｃｕ基板
２      Ｎｉ層
３      はんだ合金試料
３ａ    はみ出し部
４      封止用容器
５      封止用蓋
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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