(57)【要約】【課題】  半導体素子の組み立てなどに好適な３００〜４００℃程度の融点を有し、加工性や応力緩和性を大幅に改善向上でき、濡れ性及び信頼性にも優れた高温用のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金を提供する。【解決手段】  本発明の第１のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金は、Ａｌを４.０質量％以上１０.０質量％以下含有し、Ｃｕを３.５質量％より多く５.０質量％以下含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなり、本発明の第２のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金は、Ａｌを４.０質量％以上１０.０質量％以下含有し、Ｃｕを３.０質量％より多く７.０質量％以下含有し、更にＧｅ及びＰのうち１種以上を、Ｇｅの場合は０.０１質量％以上１.００質量％以下、Ｐの場合は０.００５質量％以上０.５００質量％以下含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌを４.０質量％以上１０.０質量％以下含有し、Ｃｕを３.５質量％より多く５.０質量％以下含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることを特徴とするＰｂフリーＺｎ系はんだ合金。
【請求項２】
Ａｌを４.０質量％以上１０.０質量％以下含有し、Ｃｕを３.０質量％より多く７.０質量％以下含有し、更にＧｅ及びＰのうちの１種以上を、Ｇｅの場合は０.０１質量％以上１.００質量％以下、Ｐの場合は０.００５質量％以上０.５００質量％以下含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることを特徴とするＰｂフリーＺｎ系はんだ合金。
【請求項３】
Ａｌを５.５質量％以上８.５質量％以下含有し、Ｃｕを３.５質量％より多く５.０質量％以下含有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｐｂフリーはんだ合金に関し、特に高温用として好適なＺｎを主成分とするＰｂフリーＺｎ系はんだ合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワートランジスタのダイボンディングを始めとする各種半導体素子などの電子部品の組立工程においては、３００〜４００℃程度の比較的高温の融点を有する高温用はんだ合金が用いられている。従来、かかる高温用はんだ合金として、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ合金に代表されるＰｂ系はんだ合金が主に用いられていた。しかし、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、半導体素子などの組み立ての分野においても、Ｐｂを含まないはんだ合金、即ちＰｂフリーはんだ合金が求められ始めている。
【０００３】
かかる状況の下、中低温用（約１４０〜２３０℃）のはんだ合金に関しては、Ｓｎを主成分とすることで既にＰｂフリーはんだ合金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１.０質量％以下、Ｐを０.２質量％以下含有するＰｂフリーはんだ合金などが記載されている。
【０００４】
一方、高温用のはんだ合金に関しては、Ｂｉ系はんだ合金やＺｎ系はんだ合金などがＰｂフリーはんだ合金として提案されている。例えばＢｉ系はんだ合金では、特許文献２に、Ｂｉを３０〜８０質量％含有し、溶融温度が３５０〜５００℃であるＢｉ／Ａｇ系のろう材が記載されている。一方、Ｚｎ系はんだ合金では、例えば特許文献３に、Ａｌを３.５〜１８質量％含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなるＺｎ合金が開示されている。この特許文献３には、Ｃｕを１〜３.５質量％含有するＺｎ合金や、Ｓｉを添加し、ＣｕとＳｉを合計１.８〜４.３質量％含有するＺｎ合金も開示されている。
【０００５】
また、特許文献４には、Ａｌを１.０質量％以上９.０質量％以下含有し、Ｃｕを０.００１質量％以上３.０００質量％以下含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなるＰｂフリーＺｎ系はんだ合金が開示されている。この特許文献４には、更に、Ａｇを４.０質量％以下及び／又はＰを０.５００質量％以下含有するＰｂフリーＺｎ系はんだ合金も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０７７３６６号公報
【特許文献２】特開２００２−１６００８９号公報
【特許文献３】特開２０１２−１８０５５７号公報
【特許文献４】特開２０１３−０５２４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、上記した各種半導体素子を含む電子部品は、薄型化や小型化が進んできており、これによりその接合材として使用されるはんだ合金には微細化が求められている。そのため、はんだ合金には従来よりも高い接合強度が求められている。また、はんだ合金の微細化によって接合に使用されるはんだ合金の体積や接合面積が減少する傾向にあり、今までは問題にならなかった低レベルのボイドや異物などが接合界面に存在した場合でも接合性が低下するなどの問題が発生する場合があり、ボイドや異物がより少なく接合性の高いはんだ合金が求められている。
【０００８】
しかしながら、従来のＰｂ系はんだ合金を代替できる、上記した微細な接合に適した高温用のＰｂフリーはんだ合金は未だ実用化されていないのが実状である。すなわち、特許文献２に開示されているＢｉ／Ａｇ系のろう材は、液相線温度が４００〜７００℃と高いため、接合時の作業温度も４００〜７００℃以上になり、特許文献２に記載されているような気密端子の用途には適用可能であるが、半導体素子や基板等の電子部品に適用するには溶融温度が高過ぎると考えられる。
【０００９】
特許文献３に開示されているＺｎ合金は、接合材としても用いることができると記載されているが、共晶組織を制御することで加工性に優れたＺｎ合金を提供することを目的とするものであり、電子部品などの微細なはんだ接合の用途では十分な接合性を発揮させるのが困難な場合がある。また、特許文献４に開示されているＰｂフリーＺｎはんだ合金は、シート状に比較的大きく加工したはんだ合金による評価では十分な接合性能が得られているが、微細加工したはんだ合金の接合においては十分な接合性を発揮させることができない場合がある。
【００１０】
本発明は、上記した従来の高温用Ｐｂフリーはんだ合金が抱える問題点に鑑みてなされたものであり、半導体素子の組み立てなどで用いる微細なはんだ合金において、３００〜４００℃程度の好適な融点を有し、良好な加工性及び応力緩和性を有し、濡れ性や信頼性などの接合性に優れた高温用のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る第１のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金は、Ａｌを４.０質量％以上１０.０質量％以下含有し、Ｃｕを３.５質量％より多く５.０質量％以下含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることを特徴としている。また、本発明に係る第２のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金は、Ａｌを４.０質量％以上１０.０質量％以下含有し、Ｃｕを３.０質量％より多く７.０質量％以下含有し、更にＧｅ及びＰのうち１種以上を、Ｇｅの場合は０.０１質量％以上１.００質量％以下、Ｐの場合は０.００５質量％以上０.５００質量％以下含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加工性、機械的特性、接合性及び信頼性に優れると共に、３００℃程度のリフロー温度に十分耐えることができ、例えばパワートランジスタ用素子のダイボンディングなどの電子部品の組立工程におけるはんだ付に好適な、高温用のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Ｎｉめっき層を有するＣｕ基板とＳｉチップとを各はんだ合金試料ではんだ付けした状態を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る第１のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金は、添加元素としてＡｌ及びＣｕを含有し、残部がＺｎ及び製造上不可避的に含まれる不純物元素からなる。主成分であるＺｎは融点が４１９℃であり、半導体素子の接合温度である３００〜４００℃よりも高温である。本発明の第１のＺｎ系はんだ合金では、Ａｌ及びＣｕをそれぞれ所定の範囲内で含有させることにより、はんだ合金の融点を４００℃以下に下げており、これにより高温用はんだ合金として好適な融点としている。この本発明の第１のＺｎ系はんだ合金の融点は、ＺｎとＡｌの共晶合金の融点よりも低いため、Ｚｎ、Ａｌ及びＣｕの３元素で共晶合金化することにより更に融点が下がっているものと考えられる。
【００１５】
また、本発明の第１のＺｎ系はんだ合金は、結晶が微細化しているのが確認されており、この結晶の微細化がはんだ合金の加工性の向上に寄与する要因の一つと考えられる。また、本発明の第１のＺｎ系はんだ合金はＣｕを含有しているため、半導体素子が接合される一般的なＣｕ基板と反応しやすく、これにより優れた濡れ性、接合性が得られる。
【００１６】
一方、本発明に係る第２のＰｂフリーＺｎ系はんだ合金は、上記した第１のＺｎ系はんだ合金と同様に主成分としてのＺｎにＡｌ及びＣｕを含有しており、更にＧｅ及びＰのうちの１種以上を含有している。この合金組成では、上記の融点を下げる効果と結晶の微細化により加工性を向上させる効果だけでなく、はんだ合金の酸化を抑制する効果が得られ、濡れ性や接合性をより一層向上させることが可能になる。ただし、この第２のＺｎ系はんだ合金は、上記の第１のＺｎ系はんだ合金より加工性に劣る場合があるので、接合対象の諸特性や用途を考慮した上で目的に合わせて適宜調整しながらＧｅやＰの含有量を定めるのが好ましい。
【００１７】
上記した本発明の第１及び第２のＺｎ系はんだ合金は、所定の形状を有するペレット品や打抜き品に加工して用いてもよいし、ワイヤ状やボール状に成形して用いてもよい。また、ボール状等に加工したはんだ合金をフラックスと混合して、はんだペーストとして用いることもできる。次に、上記した本発明の第１のＺｎ系はんだ合金や第２のＺｎ系はんだ合金に含まれる各元素について詳しく説明する。
【００１８】
＜Ａｌ＞
Ａｌは、本発明の第１及び第２のＺｎ系はんだ合金を構成する必須の元素である。Ａｌを含有させることにより、３８０℃程度まで融点を下げることができる。本発明の第１及び第２のＺｎ系はんだ合金中のＡｌの含有量は、Ｚｎ−Ａｌの共晶合金組成に近いため、本発明の第１及び第２のＺｎ系はんだ合金も共晶合金を形成することにより融点が下がっていると考えられる。また、形成される結晶が微細であり、はんだ合金が比較的柔らかくなるため、加工性や応力緩和性が向上する。ただし、高温用はんだ合金としてこのように融点を低下させ、加工性を向上させ高い応力緩和性を得るためには、後述するＣｕも含有させる必要がある。
【００１９】
本発明の第１及び第２のＺｎ系はんだ合金は、Ａｌの含有量が４.０質量％以上１０.０質量％以下である。Ａｌの含有量が４.０質量％未満では、後述する他の元素を添加しても融点が十分に低下せず、接合性が低下してしまう。すなわち、融点が十分に低下しないと、電子部品等の組み立て時において、所定の接合温度ではんだ合金を溶融させる際に、はんだ合金が十分に溶融せずに一部未溶融の部分が発生する溶け別れ現象が生じ、その未溶融の部分に気泡が巻き込まれてボイドの発生率が高くなったり、未溶融の部分が接合部の合金化を妨げることになる。また、溶け別れ現象が生じると、未溶解の部分と一旦溶解した後に再凝固した部分とは組成が異なる場合が多く、均一な組成の合金が生成されなくなり、十分な接合強度が得られないおそれがある。
【００２０】
逆に、Ａｌの含有量を１０.０質量％よりも多く添加すると、この場合も上記と同様に融点の低下が不十分となり、上記と同様の不具合を生じてしまう。Ａｌの含有量が５.５質量％以上８.５質量％以下であれば、融点を３８０℃程度に容易に下げることができる上、結晶がより微細化して加工性が向上し、より一層使い易いはんだ合金とすることができるので好ましい。
【００２１】
＜Ｃｕ＞
Ｃｕは、本発明の第１及び第２のＺｎ系はんだ合金において、Ａｌと共に必須の元素である。Ｃｕは、濡れ性、応力緩和性や加工性等を向上させ、かつ融点を下げる働きがある。共晶合金であるＺｎ−Ａｌ合金は、そのままでは加工性が十分とは言えず、例えば圧延でリボン材に加工しようとするとバリが発生したり、撓みを生じたりする場合がある。これに対して、Ａｌに加えてＣｕを含有させることにより結晶がより微細化し、加工性が向上するので上記のような問題を解消することができる。
【００２２】
また、主成分としてのＺｎにＡｌとＣｕとを含有させた３元合金とすることにより、融点をＺｎ−Ａｌの共晶点温度よりも低くすることができる。このように融点を下げることにより、高温用Ｐｂ系はんだ合金の融点に一層近づき、Ｐｂ系はんだ代替材として使いやすい材料となる。また、半導体素子を接合する基板は一般的にＣｕ基板を用いる場合が多いため、この基板と同じ組成のＣｕを含有していることにより、基板とはんだ合金とが合金化しやすく、優れた濡れ性と高い接合強度を得ることができる。このように、本発明の第１及び第２のＺｎ系はんだ合金はＡｌに加えてＣｕを含有することにより、加工性の良い細かな金属組織を有し、かつ均一で強固な接合界面を生成することができるため、非常に高い接合信頼性が得られる。
【００２３】
本発明の第１のＺｎ系はんだ合金は、Ｃｕの含有量が３.５質量％より多く５.０質量％以下である。Ｃｕ含有量をこの範囲内にすることで、結晶が微細化し、熱応力等が加わってもクラックの発生や進展を生じにくく、かつ融点を下げることができる。Ｃｕ含有量が３.５質量％以下でははんだ合金を微細に加工する際の強度が十分に得られない場合がある。逆にＣｕ含有量が５.０質量％以上では、結晶粒が粗大化してしまったり、溶け別れ現象を生じてしまったりして、良好な接合ができなくなってしまう。
【００２４】
一方、本発明の第２のＺｎ系はんだ合金は、後述するようにＧｅ及びＰのうちの１種類以上を含有しているため、Ｃｕの含有量を３.０質量％より多く７.０質量％以下とすることができる。ただし、この第２のＺｎ系はんだ合金においても、Ｃｕ含有量が３.５質量％を超え５.０質量％以下であれば融点をより容易に３８０℃程度にすることができ、応力緩和性、加工性、及び接合性の向上の効果が一層顕著に現れるため好ましい。
【００２５】
＜Ｇｅ＞
Ｇｅは、本発明の第２のＺｎ系はんだ合金において、耐候性や耐酸化性を向上させる効果を奏する元素である。ＧｅをＺｎ系はんだ合金に含有させると、ＧｅはＺｎはんだ合金の表面付近に偏析し、主成分のＺｎの酸化を抑制する効果を奏する。この効果は温度や湿度が高い環境下では特に顕著に現れ、非常に優れた耐候性を有するはんだ合金とすることができる。
【００２６】
本発明の第２のＺｎ系はんだ合金は、Ｇｅの含有量が０.０１質量％以上１.００質量％以下である。このＧｅ含有量が０.０１質量％未満では、含有量が少なすぎて含有させた効果が十分に現れず、逆に１.００質量％を超えると含有量が多すぎてはんだ合金が硬くて脆くなってしまうため好ましくない。
【００２７】
＜Ｐ＞
Ｐは、本発明の第２のＺｎ系はんだ合金において、濡れ性を向上させる元素である。即ち、Ｐは還元性が強く、自ら酸化することによりはんだ合金表面の酸化を抑制する。本発明の第２のＺｎ系はんだ合金は酸化されやすいＺｎが主成分であり、更にＺｎより酸化され易いＡｌを含有しているため、濡れ性が特に必要な箇所の接合をする場合、Ｐを含有させることにより濡れ性を向上させることができる。
【００２８】
また、Ｐの含有により、接合時にボイドの発生を低減させる効果も得られる。即ち、既に述べたようにＰは自らが酸化しやすいため、接合時にはんだ合金の主成分であるＺｎやＡｌよりも優先的に酸化が進む。その結果、はんだ母相の酸化を防ぎ、半導体素子や基板の接合面を還元して濡れ性を確保することができる。この接合の際には、ボイド発生の原因となるはんだ表面や半導体素子等の接合面表面部の酸化物膜がなくなるため、隙間（ボイド）が発生しにくくなり、これにより接合性や信頼性等を向上させることができる。尚、Ｐは、はんだ合金や基板などの接合面を還元して酸化物になるとほとんど気化するので、はんだや基板表面等に実質的に残留しない点においても優れている。
【００２９】
本発明の第２のＺｎ系はんだ合金は、Ｐの含有量が０.００５質量％以上０.５００質量％以下である。上記したようにＰは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、０.５００質量％を超えて含有しても濡れ性向上の効果はそれ以上ほとんど向上せず、逆に過剰な含有によって発生する多量のＰやＰ酸化物の気体が、はんだ合金内に巻き込まれることによりボイドの発生率を上げてしまったり、残留したＰが偏析して脆弱な相を形成したりしてはんだ接合部が脆化してしまい、信頼性を低下させたりするおそれがあるので好ましくない。特にワイヤなどの細長形状に加工する場合、断線の原因になりやすいことが確認されている。Ｐの含有量を０.３００重量％以下とすれば、還元効果を発揮すると共に脆いＰ化合物を生成する可能性が低くなるためより好ましい。尚、Ｐの含有量が０.００５質量％未満では、含有量が少なすぎて含有させた効果が実質的に現れない。
【実施例】
【００３０】
原料として、それぞれ純度９９.９９重量％以上のＺｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇｅ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留意しながら、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、これらの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。
【００３１】
上記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、原料を加熱溶融させた。金属が溶融し始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。全ての原料が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。鋳型には、幅５０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ５ｍｍのはんだ母合金が得られるものを使用した。
【００３２】
このようにして、上記原料の混合比率を変えることにより、組成の異なる試料１〜３０のＰｂフリーのＺｎ系はんだ母合金を作製した。これら試料１〜３０のはんだ母合金の各々の組成を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＤＺＵ  Ｓ−８１００）を用いて分析した。その分析結果を下記表１示す。
【００３３】
【表１】
2017225979.tif 000002
【００３４】
次に、上記試料１〜３０のＺｎ系はんだ母合金の各々を、圧延機でリボン状に加工することで加工性を評価した。また、得られたリボン状のはんだ合金の引張強度及び伸び率を測定することで機械的特性を評価した。更に、リボン状のはんだ合金をプレス機で２.０ｍｍ×２.０ｍｍの四角形状に打抜いて打抜き品を作製し、得られた打抜き品を用いて、接合性（濡れ性）の評価及びヒートサイクル試験による信頼性の評価を行った。以下、各評価について詳細に説明する。
【００３５】
＜加工性の評価（リボン状はんだ合金の外観）＞
圧延油を供給し、インゴットの送り速度を調整しながら、圧延機を用いて試料１〜３０のはんだ母合金（厚さ５ｍｍの板状インゴット）の各々を厚さ０.０５ｍｍまで圧延し、シート状のはんだ合金を得た。その後、スリッター加工により２５ｍｍの幅に裁断し、加工性の評価用のリボン状Ｚｎ系はんだ合金とした。このようにしてリボン状に加工したはんだ合金を下記の基準で目視にて検査し、加工性の評価を行った。すなわち、はんだ合金に傷やクラックが全くなかった場合を「○」、長さ１０ｍ当たりに割れやクラックが１〜３箇所ある場合を「△」、４箇所以上ある場合を「×」として評価した。
【００３６】
＜機械的特性の評価（引張強度、伸び率）＞
上記した加工性の評価用の際と同様の方法で、厚さ０.０５ｍｍまで圧延した試料１〜３０のシート状のＺｎ系はんだ合金の各々を、スリッターで３ｍｍの幅に加工し、長さを約１５ｃｍに切断し、機械的特性の評価用のリボン状Ｚｎ系はんだ合金を得た。このようにして作製した評価用試料を用いて、引張試験機（テンシロン万能試験機）により引張強度及び伸び率を測定した。機械的特性は、試料１の測定値を１００％とした際の各試料の引張強度及び伸び率の相対値で評価した。
【００３７】
＜接合性の評価（濡れ性）＞
上記シート状に加工した各試料を、プレス機を用いて２.０ｍｍ×２.０ｍｍの四角形状に打抜いて、打ち抜き品（以下、□２ｍｍ品）を作製した。このようにして作製した□２ｍｍ品を用いて、濡れ性試験機（装置名：雰囲気制御式濡れ性試験機）により各はんだ合金試料の濡れ性を評価した。具体的には、先ず濡れ性試験機のヒーター部に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１２リットル／分の流量で流しながら、ヒーター設定温度を各試料の融点より約１０℃高い温度に設定して加熱した。濡れ性試験機内が窒素雰囲気に置換され、ヒーター温度が設定値で安定した後、Ｃｕ基板（板厚：約０.７０ｍｍ）をヒーター部にセッティングして窒素雰囲気内で２５秒間加熱した。
【００３８】
次に、各はんだ合金試料の□２ｍｍ品を該Ｃｕ基板の上に載せ、２５秒間加熱した。その後、溶融はんだ合金に影響しないようにＣｕ基板をヒーター部から静かに取り上げ、その横の窒素雰囲気が保たれている保持台に置いて冷却した。はんだ合金が固化し十分に冷却した後、大気中に取り出してはんだ合金とＣｕ基板との接合部分を下記の基準で検査した。すなわち、ほとんど接合されておらず容易に剥がれる場合は「×」、接合されているが濡れ広がりが悪い場合（はんだが濡れ広がらなかった場合）は「△」、接合されており且つ濡れ広がりが良い場合（はんだが薄く濡れ広がった状態）は「○」と評価した。
【００３９】
＜信頼性の評価（ヒートサイクル試験）＞
信頼性の評価は上記の□２ｍｍ品を用いた接合体を作製して行った。この信頼性の評価用の接合体作製のため、先ず、ダイボンダー（ウェストボンド社製、ＭＯＤＥＬ：７３２７Ｃ）を起動し、ヒーター部分にカバーをして窒素を流し（窒素流量：合計８Ｌ／分）、ヒーター部を窒素雰囲気とした。その後、ヒーター設定温度を各はんだ試料の融点より５０℃高い温度に加熱した。
【００４０】
ヒーター温度が設定値で安定した後、板厚０.３ｍｍのＣｕ基材上に膜厚３.０μｍのＮｉめっき層が成膜されたＣｕ基板をヒーター部にセッティングし、２５秒加熱した。次に、各はんだ合金試料の□２ｍｍ品を該Ｃｕ基板の上に載せて２５秒加熱し、２５秒経過後にＳｉチップを載せて３秒間スクラブした。スクラブが終了した後、Ｃｕ基板をＳｉチップと共にヒーター部から静かに取り上げて、その横の窒素雰囲気が保たれている保持台に置いて冷却し、十分に冷却した後、大気中に取り出した。これにより、図１に示すようなＣｕ基材１の表面にＮｉめっき層２が成膜されたＣｕ基板が各はんだ合金試料３を介してＳｉチップ４に接合されてなる評価用の接合体を得た。
【００４１】
このようにして作製した各はんだ合金試料の接合体に対して、ヒートサイクル試験を行って接合信頼性を評価した。尚、このヒートサイクル試験は、各はんだ合金試料に対して上記の接合体を２個ずつ用いて行った。すなわち、２個の接合体のうちの一方に対して−４０℃までの冷却と＋１５０℃までの加熱を１サイクルとするヒートサイクルを３００サイクル繰り返し、もう一方に対してはこのヒートサイクルを５００サイクル繰り返した。
【００４２】
その後、このヒートサイクルを３００サイクル及び５００サイクル繰り返した両接合体を各々樹脂に埋め込み固化させた後、断面研磨を行った。ＳＥＭ（装置名：ＨＩＴＡＣＨＩ  Ｓ−４８００）を用いてこの接合部断面を観察し、下記の基準で信頼性の評価を行った。すなわち、接合面に剥がれが生じているか又ははんだ部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状態を保っていた場合を「○」と評価した。この評価結果を上記の加工性の評価、機械的特性の評価、及び接合性の評価と共に下記表２に示す。
【００４３】
【表２】
2017225979.tif 000003
【００４４】
上記の表２から分かるように、本発明の実施例である試料１〜２０のＺｎ系はんだ合金は、いずれも全ての評価項目において良好な特性を示した。即ち、引張強度及び伸び率は比較対象とした試料１よりも高い値を示しており、加工性に優れるため、リボン状に加工しても傷やクラックの発生がなく、濡れ性にも優れ、ヒートサイクル試験でも５００回まで剥がれやクラックなどの不良は全く発生しなかった。
【００４５】
一方、比較例である試料２１〜３０の各Ｚｎ系はんだ合金は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇｅ及びＰのうちのいずれかの含有量が適切でなかったため、好ましくない評価結果となった。具体的には、加工性の評価では、傷やクラックの数が試料２３、２４及び２７は比較的少ないものの、全ての試料で傷やクラックの発生が確認された。また、機械的特性の評価においては、引張強度及び伸び率の両方とも本発明の実施例の試料１〜２０には及ばなかった。最も引張強度の高い試料２４は試料１の引張強度の９７％を示したが、その際の伸び率は試料１の７２％であり、加工性に劣り十分な接合性や信頼性も得られなかった。
【００４６】
接合性の評価においては、試料２１〜２７、及び２９〜３０は接合したものの濡れ広がり性に劣り、試料２８は接合できず、よって全ての試料において試料１〜２０よりも濡れ性が劣っていた。信頼性の評価においては、試料２３と２７は３００サイクルまでは不良の発生がなかったが、他の試料は３００サイクルの時点で不良の発生が確認され、５００サイクルのヒートサイクル試験では試料２３と２７を含む全てにおいて不良の発生が確認された。
【符号の説明】
【００４７】
１    Ｃｕ基材
２    Ｎｉめっき層
３    各はんだ合金試料
４    Ｓｉチップ
【図１】
2017225979.tif 000004