(57)【要約】【課題】  良好な接合性及び機械的強度を有し、且つ加工性に優れたはんだ合金を提供する。【解決手段】  Ｓｎを主成分とするＳｎ系はんだ合金であって、Ａｇを２０.０質量％以上３０.０質量％以下、好ましくは２２.０質量％以上２８.０質量％以下含有し、Ｓｂを５.０質量％以上１５.０質量％以下、好ましくは８.０質量％以上１２.０質量％以下含有し、Ｉｎを０.０００５質量％以上０.３０００質量％以下、好ましくは０.１０００質量％以下含有し、Ｐは０．５０００質量％を超えて含有しない。このＳｎ系はんだ合金はＰを０.０００５質量％以上０.５０００質量％以下含有してもよい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎを主成分とし、Ａｇを２０.０質量％以上３０.０質量％以下、Ｓｂを５.０質量％以上１５.０質量％以下、Ｉｎを０.０００５質量％以上０.３０００質量％以下含有し、Ｐは０.５０００質量％を超えて含有しないことを特徴とするＳｎ系はんだ合金。
【請求項２】
Ａｇを２２.０質量％以上２８.０質量％以下、Ｓｂを８.０質量％以上１２.０質量％以下、Ｉｎを０.０００５質量％以上０.１０００質量％以下含有していることを特徴とする、請求項１に記載のＳｎ系はんだ合金。
【請求項３】
Ｐを０.０００５質量％以上０.５０００質量％以下含有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＳｎ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Ｓｎ系はんだ合金を用いて電子部品が接合されていることを特徴とする電子部品実装基板。
【請求項５】
請求項４に記載の電子部品実装基板が搭載され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、半導体チップ等の電子部品を基板に接合する際などに使用されるＳｎを主成分とするはんだ合金、及び該はんだ合金を用いた電子部品の実装基板、並びに該実装基板が搭載された電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境汚染に対する配慮からＰｂの使用を制限する動きが強くなってきており、例えばＲｏＨＳ指令などではＰｂは規制対象物質になっている。こうした動きに対応して、電子部品などの組立ではＰｂを含まないはんだ合金、即ちＰｂフリー（無鉛）はんだ合金への代替が進められており、既に中低温用（約１４０〜２３０℃）のはんだ合金では、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーのはんだ合金が実用化されている。
【０００３】
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Ｐｂフリーのはんだ合金が開示されている。この特許文献１のはんだ合金は、所定の組成のＳｎ−Ａｇ系はんだ合金を使用することで、従来のＳｎ−Ａｇ合金よりも強度を向上させ、熱的に安定で良好な接合性を可能にしている。
【０００４】
また、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Ｐｂフリーのはんだ合金が開示されている。この特許文献２のはんだ合金は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の無鉛はんだ合金を使用することで、溶融温度が従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ合金の融点に近く、優れた濡れ性及び機械的強度を可能にしている。さらに特許文献３には、Ｓｎを主成分とし、Ａｇを２３.０〜２８.０質量％、Ｓｂを８.０〜１１.０質量％含有する、Ｐｂフリーのはんだ合金が開示されている。この特許文献３のはんだ合金は、耐熱性と電気特性に優れ、高い機械的強度と長期信頼性が可能になると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】米国特許第４１７０４７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、電子部品等の基板への接合用などに使用されるＳｎを主成分とするはんだ合金では、濡れ広がり性や接合性を高めたり、機械的な強度を向上させたりするため、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐ、及びＳｂ等の元素を添加することが提案されており、これにより半導体チップ等の電子部品を回路基板上に精度良く実装することが可能になるとされている。
【０００７】
しかしながら、近年の技術の進歩によりパソコンや携帯端末機器などの電子機器はますます軽薄短小化が進み、基板にはより小型の電子部品が実装されるようになっている。その結果、上記した特許文献１〜３のようなはんだ組成では加工性の問題が顕在化する場合が生じている。すなわち、上述したＳｎを主成分とするはんだ合金は、主に濡れ性等の接合性の向上を企図して開発されたものであり、加工性については特に留意されてこなかったためである。
【０００８】
ある程度大きなサイズを有する従来の電子部品の接合の用途では、加工性について考慮されていないはんだ合金を用いても特に問題になることはなかったが、上記した電子機器の軽薄短小化に伴ってはんだ合金にはより厳しい条件で接合することが求められてきており、従来のＳｎ系はんだ合金では加工性が不十分なため効率よく作製できず、収率が顕著に低下してコストアップに繋がることが顕在化してきている。例えば、より小さなチップをはんだワイヤで接合する場合はより小径のはんだワイヤが必要となるが、直径が小さくなればなるほど製造時に断線し易くなったり、ワイヤを押し出す際に詰まり易くなってしまう。また各種形状の打抜品の場合においても形状が小さくなればなるほど高い寸法精度が要求され、許容される反りの度合いも小さくなる。
【０００９】
本発明は上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、基板と電子部品等の接合用などに使用されるＳｎを主成分とするはんだ合金において、良好な接合性及び機械的強度を有し、且つ加工性に優れたはんだ合金を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】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するため、接合性や機械的強度等のはんだ特性を従来並みに維持しつつ、かつ加工性に優れる組成に関して鋭意研究を重ねた結果、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ−Ｉｎ系のはんだ合金において、従来並みのはんだ特性を維持しつつ加工性を改善することが出来ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明に係るＳｎ系はんだ合金は、Ｓｎを主成分とするＳｎ系はんだ合金であって、Ａｇを２０.０質量％以上３０.０質量％以下、Ｓｂを５.０質量％以上１５.０質量％以下、Ｉｎを０.０００５質量％以上０.３０００質量%以下含有し、Ｐは０．５０００質量％を超えて含有しないことを特徴としている。
【００１１】
上記した本発明に係るＳｎ系はんだ合金は、Ａｇを２２.０質量％以上２８.０質量％以下、Ｓｂを８.０質量％以上１２.０質量％以下、Ｉｎを０.０００５質量％以上０.１０００質量％以下含有するのが好ましく、また、Ｐを０.０００５質量％以上０.５０００質量％以下含有しているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る電子部品実装基板は、上記のＳｎ系はんだ合金を用いて電子部品が接合されていることを特徴としており、本発明に係る電子機器は、上記の電子部品実装基板が搭載され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、良好な接合性及び機械的強度を有し、且つ加工性に優れたはんだ合金を提供することができる。優れた加工性を有することにより本発明のはんだ合金は低コストで製造でき、かつ、このはんだ合金を用いて電子部品を実装することで得られる実装基板及びこれを搭載した電子機器は高い信頼性を有するとともに安価に製造できる。よって産業上の貢献度は非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】はんだ合金試料を用いてＮｉめっき層を有するＣｕ基板にＳｉチップが接合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】
【００１５】
以下、本発明のＳｎ系はんだ合金の一具体例について詳細に説明する。この本発明の一具体例のＳｎ系はんだ合金は、Ａｇを２０.０質量％以上３０.０質量％以下、好ましくは２２.０質量％以上２８.０質量％以下含有し、Ｓｂを５.０質量％以上１５.０質量％以下、好ましくは８.０質量％以上１２.０質量％以下含有し、Ｉｎを０.０００５質量％以上０.３０００質量％以下、好ましくは０.１０００質量％以下含有し、残部が製造上、不可避的に含まれる元素を除きＳｎからなる。上記した本発明の一具体例のＳｎ系はんだ合金は、更に必要に応じてＰを０.５０００質量％以下含有してもよい。以下、かかる本発明のＳｎ系はんだ合金に含まれる必須の元素及び必要に応じて添加される元素について詳しく説明する。
【００１６】
＜Ａｇ＞
Ａｇは本発明のＳｎ系はんだ合金に含まれる必須の元素であり、Ａｇを含有させることにより得られる効果は融点の調整や信頼性の向上等にある。Ａｇを含有させることにより特に液相線温度を高くすることができ、完全にはんだ合金が溶けきる温度である液相線温度を従来のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金に比べて高くすることができ、リフロー時に再溶融することによって生じる問題を防ぐことができる。すなわち、リフロー時の熱処理温度に比べて液相線温度を高くすることで、一旦接合していたはんだ合金がリフロー時に全てが再溶融することはなくなるので、少しの衝撃で接合したチップが移動してチップの剥離を生じたり、再溶融したはんだ合金が配線を短絡させたりする問題を防ぐことができる。
【００１７】
また、Ａｇを含有させることで、主成分のＳｎ及び後述するＳｂとそれぞれＡｇ−Ｓｎ金属間化合物及びＡｇ−Ｓｂ金属間化合物を多く生成することができ、これら複数の化合物相が存在することにより接合後の破断強度が向上する。上記した効果を奏させるため、Ａｇ含有量は２０質量％以上にする必要があり、２２.０質量％以上であればより一層良好な接合が得られるので好ましい。逆に、Ａｇ含有量が２０.０質量％未満では本発明のはんだ合金の特長である高い液相線温度を得ることができず、上記したように高温で処理されるリフロー時にはんだ合金が多く溶融し、僅かな衝撃や傾斜などの要因によりチップが動いて基板に対して傾いてしまったり配線などを短絡させてしまったりする。
【００１８】
更にはんだ合金の大分部が溶融すると、はんだ合金内に元々存在していた特性上は問題ない程度の小さなボイドが移動しやすくなり、複数の小さなボイドが集合して比較的大きなボイドが形成され、ここを起点としてクラックが生じたりすることがある。リフロー時に存在する固体部分の割合が多いと上記したボイドの移動を抑制することができるので、Ａｇ含有量を２０.０質量％以上、好ましくは２２.０質量％以上にして液相線温度を十分高くすることが必要なのである。
【００１９】
一方、Ａｇ含有量の上限値は３０.０質量％とする必要がある。Ａｇ含有量が３０.０質量％を超えてしまうと液相線温度と固相線温度の差が大きくなり過ぎ、溶け別れ現象が顕著に起きて良好な接合ができなかったり、凝固時に形成される初晶量が増え、その成長により大きな結晶粒が発生して破断強度が低下してしまったりするので好ましくない。溶け別れ現象を抑制し、結晶粒の粗大化を抑えて十分な破断強度を得るには、２８.０質量％以下がより好ましい。
【００２０】
＜Ｓｂ＞
Ｓｂは本発明のＳｎ系はんだ合金に含まれる必須の元素であり、Ｓｂを含有させることにより得られる効果はＡｇと同様に融点の調整や信頼性の向上等にある。すなわち、Ｓｂを含有させることにより効果的に液相線温度を上げることができ、さらに金属間化合物が生成するので破断強度を向上させることができる。このような効果を奏させるため、Ｓｂの含有量は５.０質量％以上１５.０質量％以下の範囲内にする。
【００２１】
Ｓｂ含有量が５.０質量％未満の場合は、Ｓｂの含有量が少なすぎて液相線温度を上げる効果が少なく、上記したＡｇの含有量が少ない場合と同様の理由により高温域のはんだ合金としての使用に適さなくなる。また、金属間化合物の生成量も不十分になるため、破断強度が不足する場合が生ずることがある。Ｓｂ含有量が８.０質量％以上になると液相線温度が十分に高くなり、強度も十分に向上するのでより一層好ましい。
【００２２】
一方、Ｓｂ含有量が１５.０質量％を超えるとＡｇ−Ｓｂなどの金属間化合物が多くなり過ぎてはんだ合金が硬くて脆くなってしまったり、形成される金属間化合物が大きくなりすぎて十分な破断強度が得られなくなってしまったりして、接合後の信頼性が低下する恐れがあるので好ましくない。Ｓｂ含有量が１２.０質量％以下であれば部分的にも金属間化合物が多くなりすぎたり、液相線と固相線の温度差が大きくなりすぎたりすることなく、十分な破断強度が得られるのでより一層好ましい。
【００２３】
＜Ｉｎ＞
Ｉｎは本発明のＳｎ系はんだ合金に含まれる必須の元素であり、Ｉｎを含有させることにより得られる効果は機械的特性や加工性の向上にあり、本発明において最も重要な元素である。前述したように電子機器の小型化・薄膜化に伴い電子部品やその構成材料に使用するはんだ合金には破断強度や加工性をより一層高めることが求められており、そのため、本発明のはんだ合金は、Ａｇ−Ｓｎ金属間化合物及びＡｇ−Ｓｂ金属間化合物を多く含む金属組織を基本組成とし、さらにＩｎを所定量含有させることにより母相のＳｎ中にＩｎを固溶させている。
【００２４】
これによりＩｎの固溶強化の効果が得られ、母相の機械的特性が向上する。また、Ｉｎを固溶させることにより、はんだ合金中のエネルギー状態が変化し、通常粗大な針状結晶として析出するＡｇ−Ｓｎ金属間化合物及びＡｇ−Ｓｂ金属間化合物の析出形態が変化し、微細な針状結晶として析出させることが可能になる。このように結晶が微細化することにより、さらに機械的特性を向上させるだけでなく、加工性を向上させることが可能になる。加えて、結晶が微細になると、より均一に濡れ広がることが可能になり、接合形態を精度よく制御することが可能になる。これらにより、より容易に信頼性を確保することが可能となる。
【００２５】
上記した効果を奏させるため、Ｉｎ含有量は０.０００５質量％以上０.３０００質量％以下の範囲内にする。Ｉｎ含有量を０.３０００質量％より多くすると、Ｉｎの固溶量が多くなりすぎ、はんだ合金が脆くなって機械的強度が寧ろ低下して加工性も悪化してしまう。部分的なはんだ合金の脆化を発生させず十分な応力緩和効果を得るためには、Ｉｎ含有量を０.１０００質量％以下にするのがより一層好ましい。一方、Ｉｎ含有量が０.０００５質量％未満では、含有量が少なすぎて効果が現われず、十分な機械的特性や加工性の向上が得られなくなる。
【００２６】
＜Ｐ＞
Ｐは本発明のはんだ合金において必要に応じて添加される元素であり、Ｐの添加によって非常に優れた濡れ広がり性を得ることができると共に、添加量を制御することにより他の特性を大きく変えることなく、濡れ広がり性を向上させることが可能になる。Ｐが濡れ性を向上させるメカニズムは、Ｐは還元性が強く、自ら酸化することによって、はんだ合金表面の酸化を抑制すると共に基板面を還元し、濡れ性を向上させるというものである。Ｐは、はんだ合金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。このはんだ合金表面と接合面の酸化膜除去の効果により、酸化膜によって形成されるボイドの低減も可能になる。これにより、接合性や信頼性等が更に向上する。
【００２７】
尚、本発明の範囲内で添加されたＰは、はんだ合金や基板を還元して酸化物になると同時に気化し、雰囲気ガスに流されるため、はんだ合金や基板等に残らない。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なく、この点からもＰは優れた元素と言える。上記した効果を奏させるため、Ｐの含有量は０.０００５質量％以下０.５０００質量％以下が好ましい。Ｐは上記したように非常に還元性が強いため、微量を含有させれば濡れ性向上の効果が得られるが、０.５０００質量％を超えて含有しても濡れ性向上の効果はあまり変わらず、過剰な含有によってＰやＰ酸化物の気体が多量に発生してしまい、はんだ合金外に放出されず合金内に残留した気体によりボイド率を上げてしまったり、残留したＰが脆弱な相を形成して粒界に偏析して破断強度が低下し、かつ、はんだ合金接合部を脆化して信頼性を低下させたりする恐れがあるからである。一方、Ｐ含有量が０.０００５質量％未満では、含有量が少なすぎて上記したＰの効果がほとんど得られなくなる。
【実施例】
【００２８】
［実施例１］
本発明のはんだ合金の加工性への効果を確認するため、実施例１では加工性改善効果のあるＩｎと、添加しすぎると加工性が悪化するＰの添加による影響を評価した。原料として、それぞれ純度９９.９９質量％以上のＳｎ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｉｎ及びＰ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するため、切断及び粉砕などにより３ｍｍ以下の大きさに細かくした。次に、これら原料からそれぞれ所定量を秤量して、高周波溶解炉用のグラファイト製坩堝に入れた。
【００２９】
上記各種原料の入った坩堝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０.７リットル／分以上の流量で流した。この状態で溶解炉の電源を入れ、坩堝内の原料を加熱溶融させた。原料が溶融しはじめたら混合棒でよく撹拌し、局所的な組成のばらつきが起きないように均一に混合した。十分溶融したことを確認した後、高周波電源を切り、速やかに坩堝を取り出して坩堝内の溶湯をはんだ母合金の鋳型に流し込んだ。
【００３０】
後述するように、本実施例では押出しによりワイヤを製造するため、鋳型には直径２０ｍｍ×長さ２００ｍｍの円柱状の凹部を持つものを使用し、これにより直径２０ｍｍ×長さ１５０±５ｍｍの円柱状のはんだ母合金を成形した。このようにして、上記した各種原料の混合比率がそれぞれ異なる試料１〜３２のＳｎ系はんだ母合金を作製した。得られた試料１〜３２のはんだ母合金の組成を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ  Ｓ−８１００）を用いて組成分析した。その結果を下記表１に示す。
【００３１】
【表１】
2017047439.tif 000002
【００３２】
＜加工性の評価１（ワイヤへの加工性）＞
次に上記試料１〜３２の円柱状のはんだ母合金（直径２０ｍｍ×長さ１５０±５ｍｍ）を、押出機（日新技研株式会社製）を用いて直径１.０ｍｍのワイヤ形状に押出加工した。その際、押出されたワイヤの表面酸化が進まないようにワイヤ排出口には窒素を流しながら押出し、さらに押出されたワイヤを連続的に自動巻取り器でワイヤにキズなどが付かないように巻き取っていった。
【００３３】
このようにして得られたワイヤ状態の試料を用いて、ワイヤ加工時の不良発生具合を確認して、加工性の評価１とした。具体的には、１００ｍ押出されたワイヤ表面を確認した際、断線が無かった場合を「○」、１回の断線が確認された場合を「△」、２回以上の断線が確認された場合を「×」と評価した。この評価結果を下記表２に示す。
【００３４】
【表２】
2017047439.tif 000003
【００３５】
上記表２の結果から分かるように、本発明の要件を満たしている試料１〜２２のはんだ合金は、ほとんど断線せず、断線した試料も１回と加工不良が低く良好な加工性を示した。一方、本発明の要件を満たしていない比較例の試料２３〜３２のはんだ合金は、全て２回以上の断線が発生し、加工性に劣ることが確認された。このようにＩｎを添加しないか添加しても本発明の範囲外の含有量の場合や、Ｐを本発明の範囲よりも多い含有量で添加することにより、加工性が悪化することが確認された。
【００３６】
［実施例２］
実施例２では本発明のはんだ合金の加工性、接合性、濡れ性、および接合信頼性への効果を確認した。以下、具体的に詳しく説明する。高周波溶解炉で溶融させた坩堝内の溶湯を流し込む鋳型に、鋳造後に圧延及びプレスを行ってリボンや打抜き品を製造するため、幅５０ｍｍ×厚さ４ｍｍ×長さ２５０ｍｍの直方体状の凹部を持つものを用い、これにより幅５０ｍｍ×厚さ４ｍｍ×長さ１５０±５ｍｍの板状の母合金を作製した以外は実施例１と同様にした。このようにして得た試料５１〜８２の板状のはんだ母合金の各々に対して実施例１と同様にＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ  Ｓ−８１００）を用いて組成分析した。その組成分析結果を下記表３に示す。
【００３７】
【表３】
2017047439.tif 000004
【００３８】
次に、これら試料５１〜８２の板状のはんだ母合金の各々に対して、圧延によりリボン形状に加工することで加工性の評価２を行い、得られたリボン形状の各試料をプレス機で打抜いて打抜き品を製造し、その打抜き品の収率を調べることで加工性の評価３を行った。更に、上記打抜き品を用いてＳｉチップをＣｕ基板に接合して得た接合体のボイド率を測定して接合性を評価し、Ｃｕ基板上の上記打抜き品の濡れ広がりに基づいて濡れ性を評価し、上記接合体を用いたヒートサイクル試験によって信頼性を評価した。以下、これら評価方法について具体的に説明する。
【００３９】
＜加工性の評価２（リボンへの加工性）＞
はんだ合金の加工性の評価２として、圧延時の不良発生具合を確認した。まず、幅５０ｍｍ×厚さ４ｍｍ×長さ１５０±５ｍｍの板状のはんだ母合金の試料を温間圧延機（大野ロール株式会社製）で圧延した。圧延条件は全ての試料において同じ条件で行った。すなわち、圧延回数５回、圧延速度３０〜４０ｃｍ／秒とし、５回の圧延で８０.０±１.５μｍまで圧延した。圧延後の各試料において、リボン１０ｍ当り、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１〜３個以上発生した場合を「△」、クラックやバリが４個以上発生した場合を「×」として、加工性の評価とした。
【００４０】
＜加工性の評価３（打抜き品の収率）＞
上記方法でリボン状に加工した各試料をプレス機（日本オートマチックマシン株式会社製）で打抜いて打抜き品を製造し、この打抜き収率（良品率）を加工性の評価３とした。打抜き品の形状は１.５ｍｍ×１.５ｍｍの正方形（□１.５ｍｍ品とも称する）および直径１.０ｍｍの円形（φ１.０ｍｍ品とも称する）として、各試料において□１．５ｍｍ品とφ１.０ｍｍ品をそれぞれ１０００個ずつ打抜いて製造した。まずリボン状の試料をプレス機にセットし、潤滑油を供給しながら所定の形状に打抜いていった。得られた打抜き品を有機溶剤の入った容器に回収し、該有機溶剤によって洗浄した後、真空乾燥機で真空引きしながら２時間かけて乾燥した。このようにして、評価用の打抜き品試料を得た。打抜き品試料にワレ、カケ、バリ、反りなどがあった場合を不良品とし、そのようなものが無くきれいな長方形もしくは円形に打抜けた場合を良品とし、長方形および円形の良品総数を打抜き総数（２０００）で割り１００をかけて打抜き品の収率（％）を算出した。
【００４１】
＜接合性の評価（ボイド率の測定）＞
接合性を評価するため、上記した各はんだ合金試料の□１.５ｍｍ品を用いてＳｉチップと基板とを接合し、得られた接合体のボイド率を測定した。具体的には、まずダイボンダー（ウェストボンド社製、ＭＯＤＥＬ：７３２７Ｃ）を起動し、ヒーター部にカバーをしてヒーター部の周囲から窒素を流した（窒素流量：合計８Ｌ／分）。そして、ヒーター部の設定温度を融点より約５０℃高い温度にして加熱した。
【００４２】
ヒーター部の温度が設定温度で安定した後、Ｎｉめっき層（膜厚：３.０μｍ）を有するＣｕ基板（板厚：０.３ｍｍ）をヒーター部に載置して２５秒加熱し、次に各はんだ合金試料の□１.５ｍｍ品をＣｕ基板上に載せて２５秒加熱し、さらにＳｉチップ（１.５ｍｍ×１.５ｍｍの正方形）を載せて２秒間スクラブし、１０秒放置した後、Ｓｉチップが接合された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、十分に冷却した後に大気中に取り出した。
【００４３】
このようにして図１に示すようなＣｕ基板１のＮｉめっき層２にはんだ合金試料３を介してＳｉチップ４が接合された接合体を得た。この接合体の接合性を確認するため、Ｘ線透過装置（株式会社  東芝製 ＴＯＳＭＩＣＲＯＮ−６１２５）を用いてボイド率を測定した。各はんだ合金試料でＳｉチップとＣｕ基板が接合された接合体の接合面をＳｉチップ上部から垂直にＸ線を透過し、以下の計算式１を用いてボイド率（％）を算出した。
【００４４】
［計算式１］
ボイド率（％）＝ボイド面積÷(ボイド面積＋はんだ合金とＣｕ基板の接合面積)×１００
【００４５】
＜濡れ性評価＞
上記のようにして作製した各はんだ合金試料のφ１.０ｍｍ品を、ＮｉめっきされたＣｕ基板に接合させることで濡れ広がり性を評価した。具体的には、濡れ性試験機（住友金属鉱山株式会社製）のヒーター部分に２重のカバーをして該ヒーター部の周囲４箇所から窒素ガスを１２Ｌ／分の流量で流し、ヒーター部の設定温度を融点より約５０℃高い温度にして加熱した。
【００４６】
ヒーター部の温度が設定温度で安定した後、Ｎｉめっき層（膜厚：３.０μｍ）を有するＣｕ基板（板厚：０.３ｍｍ）をヒーター部に載置して２５秒加熱し、次に各はんだ合金試料のφ１.０ｍｍ品を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、十分に冷却した後に大気中に取り出した。
【００４７】
このようにして得た各はんだ合金試料のφ１.０ｍｍ品が接合されたＣｕ基板について観察し、アスペクト比（はんだ滴の直径を高さで除した値）を算出した。はんだ合金が溶融した後、表面張力などにより溶融はんだ合金はＣｕ基板上で凸形状となり固化するが、アスペクト比が１１.０以上であった場合は、十分な濡れ広がり性を維持したままであり、十分な濡れ性を有しているため評価を「◎」とした。１０.０以上１１.０未満であった場合は、チップ接合時にスクラブなどを用いることを考慮すると、実用上、全く問題無いため評価を「○」とした。１０.０未満であった場合は、溶融した際の表面張力などによるはんだ合金の収縮が大きく、十分な濡れ広がり性が無く、濡れ性も有していない状態であるため評価を「×」とした。
【００４８】
＜信頼性の評価（ヒートサイクル試験）＞
はんだ合金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。具体的には、上記接合性の評価と同様にして図１に示すような接合体を各試料２個ずつ作製し、これら２個の内の１個に対して−４０℃の冷却と１５０℃の加熱を１サイクルとして、これを３００サイクル繰り返し、残る１個に対しては５００サイクルサイクル繰り返した。
【００４９】
このヒートサイクル試験後、はんだ合金が接合されたＣｕ基板を樹脂に埋め込み、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。接合面に剥がれやはんだ合金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。この信頼性の評価結果を上記した加工性の評価２及び３、接合性の評価、及び濡れ性の評価と共に下記表４に示す。
【００５０】
【表４】
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【００５１】
上記表４の結果から分かるように、本発明の要件を満たしている試料５１〜７２のはんだ合金は加工性の評価２においてほとんど不良は発生せず、発生しても１〜３個の範囲で良好な加工性を示し、加工性の評価３である打抜き品の収率は９０％以上と良好な加工性及び収率を示した。また、接合性の評価であるボイド率の測定では全ての試料においてほとんどボイドが発生しておらず、発生しても２％以下と極めて低く、濡れ性の評価では全て「◎」または「○」であり、ＰとＩｎを適量含む試料５４〜６８、７１、７２では特に良い結果となっている。さらに信頼性の評価であるヒートサイクル試験においても全ての試料において５００サイクルまで一切不良が発生しなかった。
【００５２】
一方、本発明の要件を満たしていない比較例の試料７３〜８２のはんだ合金は、加工性の評価２であるリボンへの加工の際に不良が多発し、加工性の評価３である打抜き品の収率は７０〜８０％程度であった。また、接合性の評価であるボイド率の測定では全ての試料においてボイド率が５〜１８％と高い値を示し、濡れ性の評価ではＩｎとＰが適切な範囲内にある試料７６〜７９以外は「×」であった。さらに信頼性の評価であるヒートサイクル試験においてもほとんどの試料において３００サイクルまでに不良が発生した。
【００５３】
このように、本発明のはんだ組成にすることにより、優れた接合性や機械的強度に加えて加工性が改善されたＳｎ系はんだ合金を容易に得ることができる。また、はんだ組成を適宜調整することにより従来以上の濡れ性も得ることが可能になり、このＳｎ系はんだ合金が使用される電子部品実装基板の用途に適したＳｎ系はんだ合金を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１      Ｃｕ基板
２      Ｎｉめっき層
３      はんだ合金試料
４      Ｓｉチップ
【図１】
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