(57)【要約】【課題】  加工性、応力緩和性等の各種特性に優れた高温用のＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を低コストで提供する。【解決手段】  Ｓｎを１６.０質量％以上２１.１質量％未満、好ましくは１７.０質量％以上２０.５質量％以下含有し、Ａｇを０.１質量％以上１０.０質量％以下、好ましくは２.０質量％以上１０.０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からなる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎを１６.０質量％以上２１.１質量％未満含有し、Ａｇを０.１質量％以上１０.０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からなることを特徴とするＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金。
【請求項２】
Ｓｎを１７.０質量％以上２０.５質量％以下含有し、Ａｇを２.０質量％以上１０.０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−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を用いて封止されていることを特徴とする電子部品。
【請求項４】
請求項４に記載の電子部品を搭載していることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＡｕを主成分と高温用のＰｂフリーはんだ合金、および該はんだ合金を用いて封止又は接合された電子部品に関する。
【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（Ｐｂ）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。このため、鉛を含まないはんだ（以降、Ｐｂフリーはんだ又は無鉛はんだとも称する）の開発が盛んに行われている。
【０００３】
電子部品を基板に接合する際に使用するはんだは、その使用限界温度によって高温用（約２６０℃〜４００℃）と中低温用（約１４０℃〜２３０℃）とに大別され、それらのうち、中低温用はんだに関してはＳｎを主成分とするものでＰｂフリーが実用化されている。例えば、特許文献１にはＳｎを主成分とし、Ａｇを１.０〜４.０質量％、Ｃｕを２.０質量％以下、Ｎｉを０.５質量％以下、Ｐを０.２質量％以下含有する無鉛はんだ合金組成が記載されており、特許文献２にはＡｇを０.５〜３.５質量％、Ｃｕを０.５〜２.０質量％含有し、残部がＳｎからなる合金組成の無鉛はんだが記載されている。
【０００４】
一方、高温用のＰｂフリーはんだ材料に関しても、さまざまな機関で開発が行われている。例えば特許文献３には、Ｂｉを３０〜８０ａｔ％含んだ溶融温度が３５０〜５００℃のＢｉ／Ａｇロウ材が開示されている。また、特許文献４には、Ｂｉを含む共晶合金に２元共晶合金を加え、さらに添加元素を加えたはんだ合金が開示されており、このはんだ合金は、４元系以上の多元系はんだではあるものの、液相線温度の調整とばらつきの減少が可能となることが示されている。
【０００５】
また、Ａｕを主成分とする高価な高温用のＰｂフリーはんだ材料としては、Ａｕ−Ｓｎ合金やＡｕ−Ｇｅ合金などが水晶デバイス、ＳＡＷフィルター、ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）等の電子部品を有する電子機器で使用されている。Ａｕ−Ｓｎ合金は、Ａｕ−２０質量％Ｓｎ（Ａｕが８０質量％及びＳｎが２０質量％からなる組成を意味しており、以下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２８０℃である。一方、Ａｕ−Ｇｅ合金は、Ａｕ−１２.５質量％Ｇｅが共晶点の組成であり、その融点は３５６℃である。
【０００６】
これらＡｕ−Ｓｎ合金とＡｕ−Ｇｅ合金との使い分けは、まずはこの融点の違いによる。すなわち、高温用の温度範囲の中でも比較的温度の低い箇所の接合にはＡｕ−Ｓｎ合金を用い、比較的温度の高い箇所の接合にはＡｕ−Ｇｅ合金を用いる。しかし、これらＡｕ系合金はＰｂ系はんだやＳｎ系はんだに比較して非常に硬い性質を有している。特にＡｕ−Ｇｅ合金はＧｅが半金属であることから、シート形状などに加工することが非常に難しい。そのため、生産性や収率を上げることが難しく、これがコストアップの原因になっていた。
【０００７】
Ａｕ−Ｓｎ合金においてもＡｕ−Ｇｅ合金ほどではないものの加工しづらく、特にプリフォーム材などへの加工時における生産性や収率が低くなる傾向にある。これは、Ａｕ−２０質量％Ｓｎは共晶点であるとはいえ、金属間化合物から構成されているため転位が移動しづらく、よって変形させるのが困難なため、薄く圧延したりプレスで打抜いたりするとクラックやバリが発生しやすいからである。しかも、Ａｕ−２０質量％Ｓｎ合金は材料コストが他のはんだ材料と比較して桁違いに高い。そのため、Ａｕ−Ｓｎ合金はその融点や加工性の点から、とくに高信頼性が要求される水晶デバイス封止用としてもっぱら使用されているのが実状である。
【０００８】
そこで、Ａｕ−Ｓｎ合金のコストをできるだけ抑えると共に使いやすくすることを目的として、特許文献５に示すようなＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金が開発されている。この特許文献５のはんだ合金は、比較的低融点で扱いやすく、強度及び接着性に優れ、かつ安価なロウ材及び圧電デバイスを提供することを目的とするものであり、Ａｕ、Ａｇ及びＳｎの三元組成図において質量％基準の組成比を（Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ）として表したとき、点Ａ１（４１.８、７.６、５０.５）、点Ａ２（６２.６、３.４、３４.０）、点Ａ３（７５.７、３.２、２１.１）、点Ａ４（５３.６、２２.１、２４.３）、点Ａ５（３０.３、３３.２、３６.６）で囲まれる領域内にあるロウ材を用いることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−０７７３６６号公報
【特許文献２】特開平８−２１５８８０号公報
【特許文献３】特開２００２−１６００８９号公報
【特許文献４】特開２００６−１６７７９０号公報
【特許文献５】特開２００８−１５５２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
Ａｕ系はんだは、上記したようにＡｕ−Ｓｎ系はんだやＡｕ−Ｇｅ系はんだとして実用化されてはいるものの、高価なＡｕを多量に使用するため汎用のＰｂ系はんだやＳｎ系はんだなどに比べて非常に高価であり、水晶デバイス、ＳＡＷフィルター、ＭＥＭＳなどのとくに高い信頼性を必要とする電子部品のはんだ付けの用途以外にはあまり使用されていないのが実情である。
【００１１】
加えて、Ａｕ系はんだは前述したように非常に硬くて加工しづらいため、例えばシート形状に圧延加工する際に時間がかかったり、ロールに疵のつきづらい特殊な材質のものを用いたりしなければならず、製造コストがかかっていた。また、プレス成形時にもＡｕ系はんだは硬くて脆いためクラックやバリが発生し易く、他のはんだに比較して収率が格段に低いという問題をかかえていた。ワイヤ形状に加工する場合にも似たような深刻な問題があり、非常に圧力の高い押出機を使用しても硬いため押出速度がＰｂ系はんだ数百分１程度の生産性しかなかった。
【００１２】
上記した加工性の問題を回避するため、Ａｕ系はんだをはんだペースト化することが考えられるが、この場合はボイドの発生やペースト化のためのさらなるコストアップなどの新たな問題を引き起こしてしまう。特許文献５には、強度や接着性に優れたＡｕ系はんだ合金を提供できると述べられているが、Ａｇを添加することによってＡｕ−Ｓｎ合金の強度や接着性が向上する技術的な理由が記載されておらず、Ａｇの特性を考慮するとはんだの強度や接着性が向上するとは考えにくい。
【００１３】
すなわち、熱力学的にはＡｇはＡｕより酸化されやすいため、特許文献５の組成では濡れ性が向上するとは考えにくく、よって接合性を向上させるのは困難であると考えられる。さらに特許文献５のＳｎ含有量は一般的に使用されているＡｕ−２０質量％Ｓｎよりかなり多く、ＳｎはＡｕやＡｇに比べて極めて酸化されやすいため、濡れ性が低下すると考えられる。すなわち、従来のＡｕ−２０質量％Ｓｎ合金に比べて強度や接着性が向上するとは考えにくい。
【００１４】
本発明は上記した従来のＡｕ―Ｓｎ系はんだ合金が有する課題に鑑みてなされたものであり、水晶デバイス、ＳＡＷフィルター、ＭＥＭＳ等の非常に高い信頼性が求められる電子部品の接合や封止に用いてもそれらの信頼性を損なうことのない加工性、応力緩和性等の各種特性に優れた高温用のＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を低コストで提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係るＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金は、Ｓｎを１６.０質量％以上２１.１質量％未満含有し、Ａｇを０.１質量％以上１０.０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からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、十分な濡れ性や信頼性を有するＡｕ系はんだを低コストで提供できるので、水晶デバイス、ＳＡＷフィルター、ＭＥＭＳなどの非常に高い信頼性を要求される電子部品の接合用や封止用のはんだ合金を従来のＡｕ系はんだに比べて安価に提供できる。さらに、本発明によれば加工性にも優れたはんだ合金を提供できるため、高温鉛フリーのはんだ合金を生産性よく製造でき、より一層の低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例の濡れ性評価の評価対象である、Ｎｉめっき層を有するＣｕ基板上に各試料のはんだ合金がはんだ付けされた接合体の模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金について詳しく説明する。本発明のＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金の組成は、Ｓｎを１６.０質量％以上２１.１質量％未満、好ましくは１７.０質量％以上２０.５質量％以下含有し、Ａｇを０.１質量％以上１０.０質量％以下、好ましくは２.０質量％以上１０.０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から構成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明のはんだ合金は上記組成にすることで、非常に高コストのＡｕ−Ｓｎ合金はんだのコストを下げるとともに、優れた加工性を得ることができる。これは、Ａｕ−２０質量％Ｓｎ付近の組成を基本として、そのＡｕの一部を柔らかい金属のＡｇで主に置換することによって実現することができ、これにより濡れ性を低下させることなく十分な接合性が得られるので、極めて高い信頼性が求められる電子部品用であっても信頼性を損なうことなく低コストに接合及び封止を行うことが可能になる。そして、かかるはんだ合金で接合又は封止された電子部品を携帯端末機器などの電子装置に搭載することで、その信頼性を高めることが可能になる。以下、かかる本発明のはんだ合金に含まれる必須の元素について、さらに詳しく説明する。
【００２０】
＜Ａｕ＞
Ａｕは本発明のはんだ合金の主成分であり、当然、必須の元素である。Ａｕは非常に酸化されにくいため、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においてもＡｕを基本とすることで、このような高い信頼性が要求される技術分野に属する例えば携帯端末機器などの装置に搭載される電子部品の封止や接合用のはんだを提供することができる。
【００２１】
ただし、Ａｕは非常に高価な金属であるため、コスト面からするとできるだけ使わない方がよく、このため、あまり高いレベルの信頼性が求められていない一般的な電子部品にはほとんど使用されていない。本発明のはんだ合金は、これら一般的な電子部品等にも使用できるようにＡｕ−Ｓｎ合金にＡｇを所定の含有量で含有させており、これにより濡れ性や接合性といった特性面においてＡｕ−２０質量％Ｓｎはんだと同等以上の性能を確保しながら、柔軟性や加工性を向上させることが可能になり、加えてＡｕ含有量が減るのでコストを下げることも可能になる。
【００２２】
＜Ｓｎ＞
Ｓｎは本発明のはんだにおいて基本を成す元素であり、必須の元素である。Ａｕ−Ｓｎはんだ合金は、通常、共晶点付近の組成、つまりＡｕ−２０質量％Ｓｎ付近の組成で使用される。これによって、固相線温度が２８０℃になり、かつ、結晶が微細化するので比較的柔軟なはんだ合金を得ることができる。また、Ａｕ−Ｓｎ系合金は酸化されにくく濡れ性、信頼性に優れるため、高い信頼性が求められるはんだ接合又は封止の用途に主に使用されている。
【００２３】
上記のＡｕ−Ｓｎはんだ合金の特性を発揮させるため、本発明のはんだ合金ではＳｎの含有量を１６.０質量％以上２１.１質量％未満にしている。この量が１６.０質量％未満では結晶粒が大きくなってしまい、柔軟性や加工性向上等の効果が十分に発揮されない上、液相線温度と固相線温度の差が大きくなりすぎて溶け別れ現象などが生じてしまう。さらにＡｕ含有量が多くなるためコスト削減効果も限定されたものとなってしまう。
【００２４】
一方、Ｓｎの含有量が２１.１質量％以上になると共晶点の組成から外れすぎてしまい、結晶粒が粗大化したり、液相線温度と固相線温度の差が大きくなったりする問題が生じる。加えて、Ｓｎ含有量が多くなりすぎると酸化されやすくなり、Ａｕ系はんだの特徴である良好な濡れ性が失われ、よって、高い接合信頼性を確保することが難しくなる。なお、Ｓｎ含有量が１７.０質量％以上２０.５質量％以下であれば共晶点の組成により一層近くなるので、より高い結晶粒微細化効果が得られ、かつ溶け別れ現象などが生じにくくなるので好ましい。
【００２５】
しかし、共晶合金と言ってもＡｕ−２０質量％Ｓｎ合金はＡｕ１Ｓｎ１金属間化合物とＡｕ５Ｓｎ１金属間化合物から構成されているため、Ｐｂ系はんだやＳｎ系はんだに比べて硬くて脆い。そのため、Ａｕ−Ｓｎはんだ合金は加工しづらく、例えば圧延によってシート状に加工する際には少しずつしか薄くしていくことができない上、生産性を高めるため圧延速度を上げると多数のクラック入ることがある。この金属間化合物の硬くて脆い性質は一般的には変えることができない。そこで、下記に記載しているように、Ａｇを添加することでこの問題を抑えている。
【００２６】
＜Ａｇ＞
Ａｇは本発明のはんだにおいて必須の元素であり、Ａｇを添加することでＡｕ−Ｓｎはんだの柔軟性や加工性を低コストで向上させることができる。すなわち、ＡｇはＡｕ系はんだ合金の応力緩和性、信頼性、生産性、収率等を向上させることができる重要な元素である。具体的に説明すると、Ａｇを含有させることにより得られる第１の効果は、Ａｕの一部をＡｇで置換することにより低コスト化が可能となることである。また、第２の効果としては、Ａｇを含有させることにより硬いＡｕ−Ｓｎ合金を柔らかくすることである。特にＡｇはＡｕの次に酸化されにくい金属であることからＡｇの含有量が１０.０質量％程度までであればＡｕ−２０質量％Ｓｎと同等以上の濡れ性を確保しながら上記した効果を得ることが可能になる。
【００２７】
ＡｇはＡｕと全率固溶するため、Ａｕと置換することが可能である。そしてＳｎとはＡｇ３Ｓｎ金属間化合物を作るものの、Ａｕ−２０質量％Ｓｎはもともと金属間化合物から生成されているため、Ａｇ含有によって硬くはなることなく、逆にＡｇ固溶体が生成されるために柔らかくなるのである。つまりＡｕの一部がＡｇに置換されることによりＡｕ−Ｓｎ金属化合物の割合が減少し、Ａｇ３Ｓｎが生成しても金属間化合物の合計量を減らすことができるので、はんだ合金を柔らかくすることが可能になる。
【００２８】
このように優れた機能を付加できるＡｇの含有量は０．１質量％以上１０.０質量％以下である。０.１質量％未満では上記したはんだの特性を向上させる効果がほとんどみられず、コスト低減効果も小さい。一方、１０.０質量％を超えると逆に金属間化合物の割合が多くなって硬くなったり、液相線温度が高くなりすぎてしまう。２.０質量％以上１０.０質量％以下であればＡｇを含有させた効果がより一層現れるので好ましい。
【００２９】
＜Ｐ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂ＞
また、本発明のはんだ合金は、Ｐｂ系はんだやＳｎ系はんだの特性の改善用として一般的に添加されるＰ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂなどの元素を適宜含有させてもよく、これによりＡｕ系はんだ合金の諸特性の改善や調整を行うことができる。例えば、Ｐを含有させることにより濡れ性の向上の効果が得られる。Ｐの添加が濡れ性を向上させるメカニズムは以下のとおりである。すなわち、Ｐは還元性が強く、自らが酸化することによりはんだ合金表面の酸化を抑制するとともに基板の接合面を還元し、濡れ性を向上させるのである。
【００３０】
Ａｕ系はんだがいかに酸化されにくく濡れ性に優れたはんだであると言っても基板の接合面の酸化物を除去することはできない。これに対してＰは上記したようにはんだ表面の酸化膜の除去だけではなく、基板などの接合面の酸化膜も除去することが可能である。このように、はんだ及び接合面の酸化膜除去効果により、該酸化膜によって形成され得る隙間（ボイド）も低減することができる。このような効果によって接合性や信頼性等をさらに向上させることができる。なお、Ｐははんだ合金や基板の接合面を還元して酸化物になると、気化して雰囲気ガスに流されるのではんだや基板等にほとんど残らない。このため、Ｐの残渣が信頼性等に悪影響を及ぼす可能性は極めて低く、この点からも優れた元素と言える。
【００３１】
Ｎｉを含有させることにより得られる主な効果ははんだの引張強度の向上である。そのメカニズムについて述べると、ＮｉはＳｎに僅かにではあるが固溶し、僅かにはんだ合金に含有されたＮｉは、はんだが溶融状態から冷却されて固化する際、まず高融点のＮｉがはんだ中に分散して生成し、そのＮｉを核として結晶が生成する。これにより、はんだの結晶が微細化した構造となり、その結果、引張強度が向上すると共に、クラックは基本的に粒界を沿うように進展していくためクラックがより進展しにくくなり、よってヒートサイクル試験等の信頼性が向上する。
【００３２】
Ｍｇを含有させることにより得られる主な効果ははんだの濡れ性の向上である。Ｍｇは非常に酸化されやすいため、少量含有させることで自らが酸化して濡れ性を向上させることができる。なお、ＭｇはＡｕとＡｕＭｇ３金属間化合物を生成し、Ｓｎにはほとんど固溶せずＭｇ２Ｓｎ金属間化合物を生成する。このような金属間化合物が多く生成されると脆くなる傾向があるのでＭｇは多く含有させることはできないが、上記したように還元性が非常に強いため少量含有させただけでも効果を発揮させることができる。
【００３３】
Ｇｅを含有させることにより得られる主な効果ははんだの濡れ性の向上である。Ｇｅは比重が比較的小さいため、溶融はんだ中においてある程度はんだ表面に浮いて酸化され、薄い酸化膜を生成する。これにより母相の酸化進行を抑制して濡れ性を向上させることができる。なお、ＧｅはＡｕと固溶体から成る共晶合金を生成し、Ｓｎにはほとんど固溶しないので、Ｓｎと金属間化合物を生成しない程度にＧｅを含有することがはんだ合金の脆化等を起こさせないために好ましい。
【００３４】
Ｔｅを含有させることにより得られる効果は、機械的強度の改善による接合信頼性等の向上である。ＴｅはＡｕと４４６℃という高い融点を持つＡｕＴｅ２金属間化合物を生成する。このＡｕＴｅの金属間化合物がはんだ中に微細に分散することにより微粒子の分散効果によって機械的強度が改善し、よって接合信頼性等が向上する。ＡｕＴｅ金属間化合物は粗大になったり生成量が多くなってしまうと金属間化合物と母相の相対的に弱い結合部分でクラックが発生し易くなり好ましくない。
【００３５】
Ｓｂを含有させることにより得られる効果は、はんだ中のクラック進展の抑制である。すなわち、Ｓｂをはんだ合金中に含有させると、ＡｕとＡｕ固溶体とＡｕＳｂ２からなる共晶合金を生成し、Ｓｎには僅かに固溶する。そして、固溶強化によりはんだ合金の引張強度が適度に上がり、クラックが進展しにくくなる。
【実施例】
【００３６】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。まず、原料としてそれぞれ純度９９.９質量％以上のＡｕ、ＳｎおよびＡｇ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。
【００３７】
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。鋳型には、圧延用に厚さ３ｍｍ×幅４０ｍｍ×長さ２００ｍｍの板状の合金が得られるものを使用した。
【００３８】
このようにして試料１のはんだ母合金を作製した。また、原料の混合比率を変えた以外は試料１と同様にして試料２〜２２のはんだ母合金を作製した。これらの試料１〜２２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。その分析結果を下記の表１に示す。
【００３９】
【表１】
2016198801.tif 000002
【００４０】
上記試料１〜２２のはんだ母合金の各々について、温間圧延機を用いてシート状に加工し、その際、クラック等の発生率を調べて第１の加工性評価とした。次に、得られたシート状の各試料をプレス機で０.７ｍｍ×０.７ｍｍの四角形状に打抜いてプリフォーム材（打抜き品）を作り、その打抜き品の合格率を調べて第２の加工性評価とした。次に、得られた打抜き品を基板に接合して得た接合体のボイド率を測定して濡れ性評価とした。さらに、得られた接合体を用いてヒートサイクル試験を行って信頼性評価とした。以下、上記した各試料の評価方法について詳細に説明すると共に、それらの評価結果を表２に示す。
【００４１】
＜シートの製造方法（第１の加工性評価）＞
厚さ３ｍｍ×幅４０ｍｍ×長さ２００ｍｍの板状からなる試料１〜２２のはんだ母合金の各々を温間圧延機で圧延した。圧延条件はすべての試料において同じにした。すなわち、圧延回数は５回、圧延速度は１５〜３０ｃｍ／秒、ロール温度は２１０℃とし、５回の圧延で３０.０±１.５μｍまで圧延した。圧延後の各試料において、シート１０ｍあたり、クラックやバリが発生しなかった場合を「○」、クラックやバリが１個以上発生した場合を「×」として評価することで、第１の加工性を評価した。
【００４２】
＜打抜き（第２の加工性評価）＞
上記にてシート状に加工した各試料をプレス機で打抜いて、０.７ｍｍ×０.７ｍｍの四角形状の打抜き品を作製した。各試料に対して１０００個ずつ打抜き品を作製し、得られた打抜き品のうち、ワレ、カケ、バリなどがあったものを不良品とし、そのようなものが無くきれいな四角形状に打抜けたものを良品として選別した。そして、良品の数を打抜き数（１０００）で割り１００をかけて合格率（％）を算出することで第２の加工性を評価した。
【００４３】
＜ボイド率の測定（濡れ性の評価）＞
濡れ性評価は上記の打抜き品を用いて行った。まず、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箇所から窒素を流した（窒素流量：各１２Ｌ／分）。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メッキ（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秒加熱した。次に、はんだ合金をＣｕ基板の上に載せて２５秒加熱した。加熱が完了した後はＣｕ基板をヒーター部から取り上げて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た。十分に冷却した後、大気中に取り出した。
【００４４】
このようにして得た図１に示すような接合体の接合性を確認するため、Ｎｉめっき層２を有するＣｕ基板１にはんだ合金３が接合している接合部分のボイド率をＸ線透過装置（株式会社  東芝製 ＴＯＳＭＩＣＲＯＮ−６１２５）を用いて測定した。すなわち、各試料のはんだ合金３とＮｉめっき層２を有するＣｕ基板１との接合面に対してはんだ合金３の真上から該接合面に垂直にＸ線を透過し、以下の計算式１を用いてボイド率を算出することで濡れ性を評価した。
［計算式１］
ボイド率（％）＝ボイド面積÷（ボイド面積＋はんだとＣｕ基板の接合面積）×１００
【００４５】
＜ヒートサイクル試験（信頼性の評価）＞
はんだ接合の信頼性を評価するため、ヒートサイクル試験を行った。なお、この試験は、上記した濡れ性評価の場合と同様にして作製したはんだ合金とＣｕ基板との接合体を各試料２個ずつ用いて行った。まず、各試料の２個の接合体に対して−４０℃の冷却と２５０℃の加熱を１サイクルとして、これを３００サイクル繰り返した。
【００４６】
そして、３００サイクル後の２個の接合体のうちの１個を樹脂に埋め込み、断面研磨を行い、ＳＥＭ（日立製作所製  Ｓ−４８００）により接合面の観察を行った。接合面にはがれやはんだにクラックが入っていた場合を「×」、そのような不良がなく、初期状態と同様の接合面を保っていた場合を「○」とした。この評価で「○」と評価された試料については、残る１個の接合体に対して引き続き５００サイクルまでヒートサイクルを繰り返した後、同様に接合面の観察を行った。
【００４７】
【表２】
2016198801.tif 000003
【００４８】
上記表２から分かるように、本発明の要件を満たしている試料１〜１４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。すなわち、第１の加工性評価であるシート加工性ではクラック等の発生はなく、第２の加工性評価である打抜き品合格率では１００％であり、比較例である試料２２のＡｕ−２０質量％Ｓｎと比較しても加工性が優れることが分かる。濡れ性評価であるボイド率についてはボイドの発生が無く０.０％であり、良好な濡れ性すなわち接合性を示した。
【００４９】
更に、信頼性に関する評価であるヒートサイクル試験においては良好な結果が得られており、５００サイクル経過後も不良が現れなかった。このように、本発明の要件を満たすはんだ合金は上記の各特性において良好な結果が得られるだけに留まらず、Ａｕ−Ｓｎ系はんだにおいて最も一般的な共晶点の組成であるＡｕ−２０質量％ＳｎよりもＡｕ含有量を十分少なくすることが可能であるので、低コスト化が実現していることが分かる。
【００５０】
一方、本発明の要件を満たしていない比較例の試料１５〜２２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。すなわち、シート加工時にクラック等が発生した上、打抜き品合格率も低く、加工性が悪かった。濡れ性及び信頼性の評価では試料２２を除いてボイド率が高く、ヒートサイクル試験では５００回までに全てに不良が発生した。
【符号の説明】
【００５１】
１      Ｃｕ基板
２      Ｎｉめっき層
３      はんだ合金
【図１】
2016198801.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月13日(2015.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項３に記載の電子部品を搭載していることを特徴とする電子装置。