(57)【要約】【課題】液相線温度が低く、固相線温度が高いはんだ材料により、電子素子が気密な隙間に封止された電子部品を提供すること。【解決手段】はんだ材料を２５〜４５質量％のＳｎと、３０〜４０質量％のＳｂと、３〜８質量％のＣｕと、３〜９質量％のＩｎを含み、残部をＡｇとした５元合金からなるはんだ粉と、フラックスとを混合して成るはんだペーストとして構成する。そのため固相線温度が２６０℃、好ましくは２９０℃以上、液相線温度が３７９℃以下であって、固相線温度と液相線温度との差が７０℃以内となり、表面実装部品１を封止する際の温度を低い温度に設定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ、Ｃｕ、Ｓｂ及びＩｎと、２０質量％以下のＡｇと、を含む少なくとも５元合金からなり、
固相線温度が２９０℃よりも高く、液相線温度が３７９℃以下であり、かつ固相線温度よりも高く、液相線温度と固相線温度との温度差が７０℃以内であることを特徴とするはんだ材料。
【請求項２】
Ｓｎが２５〜４５質量％、Ｓｂが３０〜４０質量％、Ｃｕが３〜８質量％、Ｉｎが３〜９質量％、残部がＡｇ及び不可避の不純物を含むことを特徴とする請求項１記載のはんだ材料。
【請求項３】
Ｓｉ及びＴｉを含み、各々の含有量が０．１質量％以下であることを特徴とする請求項１または２記載のはんだ材料。
【請求項４】
ＺｎまたはＰｄの少なくとも一方を含み、各々の含有量は０．１質量％以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のはんだ材料。
【請求項５】
Ｓｎが３６〜４０質量％、Ｓｂが３４〜３８質量％、Ｃｕが４〜６質量％、Ｉｎが４〜６質量％、残部がＡｇ及び不可避の不純物を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のはんだ材料。
【請求項６】
フラックスが混合されたペースト状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のはんだ材料。
【請求項７】
前記はんだ材料は、金属箔状に加工された後、打ち抜かれたプリフォームであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のはんだ材料。
【請求項８】
基板に実装される電子部品であって、
電子素子を収容した容器と、
この容器に用いられる請求項１ないし７のいずれか一項に記載のはんだ材料と、を備えることを特徴とする電子部品。
【請求項９】
前記はんだ材料は、前記容器を気密に封止する封止材料として用いられていることを特徴とする請求項８に記載の電子部品。
【請求項１０】
前記容器は、基部と蓋部とを前記はんだ材料により封止して構成され、
前記容器内の雰囲気は、減圧雰囲気及び不活性ガス雰囲気の少なくとも一方であることを特徴とする請求項９に記載の電子部品。
【請求項１１】
前記容器は、配線基板上に取り付けられ、
前記配線基板の表面から前記容器の全体に亘って樹脂材料により封止され、
前記はんだ材料は、前記容器の電極を配線基板に電気的に接続するために用いられていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ材料及びはんだ材料を用いて基板に実装される電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば弾性表面波デバイスや水晶振動子などの小型の電子素子は、小型の容器内に収納されて表面実装部品として構成され、配線基板等の基板に実装される。例えばこの時表面実装部材の容器を気密に封止する封止材として、はんだ材料が用いられる。
【０００３】
このような表面実装部品を配線基板の表面に実装する工程においては、例えば表面実装部品の電極パッドと、配線基板に形成された電極との間に表面実装用のはんだ材料を塗布し、リフロー炉において例えば２６０℃付近の温度に加熱するリフロー工程が行われる。このリフロー工程により表面実装用のはんだが溶解して、表面実装部品の電極パッドと配線基板の電極端子とが、電気的に接続される。
しかしながら容器を封止しているはんだ材料が固化する温度である固相線温度が低い場合には、リフロー工程において、はんだ材料が再溶融し、減圧気密が必要な表面実装部品においては気密でなくなって内部の圧力が上昇したり、容器の蓋部が離脱するおそれがある。
【０００４】
そのため表面実装部品の容器の封止に用いられるはんだ材料としては、はんだ材料が固化する固相線温度が２６０℃よりも高いことが求められる。更に表面実装部品の容器を封止する工程においては、表面実装部品に収納される小型部品を固定する接着剤の溶融を防ぐ必要がある。そのため封止材として、用いられるはんだ材料は、できる限り低い温度にて溶融することが求められ、液相線温度が低いことが求められる。
また容器内を真空にして封止する製品については、真空雰囲気にて、加熱してはんだ材料を溶融させ、その後冷却してはんだ材料を固化させて封止するが、真空中においては、熱の伝導が小さいため、冷却に長い時間がかかる。このため固相線温度と液相線温度との差が大きい場合には、容器を封止する作業に長い時間がかかる問題がある。
【０００５】
このような容器の封止材としては、従来２８０℃程度に共晶点を有する金及び錫を混合したはんだ材料が用いられていた。しかしながら金が高価であるため、近年では、金を用いないはんだ材料が求められていた。更に好適なはんだ材料の他の例として、鉛を用いたはんだ材料が知られているが、環境への配慮から鉛を使用しないはんだ材料が求められている。
特許文献１には、固相線温度が２５５℃以上であるビスマス（Ｂｉ）を主材料としたはんだ材料が記載されている。しかしながらＢｉは、常温にて体積が膨張する性質があり、容器の隙間を気密に封じる封止材としては不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０５５３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、液相線温度が低く、固相線温度が高いはんだ材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のはんだ材料は、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｓｂ及びＩｎと、２０質量％以下のＡｇと、を含む少なくとも５元合金からなり、
固相線温度が２９０℃よりも高く、液相線温度が３７９℃以下であり、かつ固相線温度よりも高く、液相線温度と固相線温度との温度差が７０℃以内であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明のはんだ材料は、Ｓｎが２５〜４５質量％、Ｓｂが３０〜４０質量％、Ｃｕが３〜８質量％、Ｉｎが３〜９質量％、残部がＡｇ及び不可避の不純物を含んでもよく、Ｓｎが３６〜４０質量％、Ｓｂが３４〜３８質量％、Ｃｕが４〜６質量％、Ｉｎが４〜６質量％、残部がＡｇ及び不可避の不純物を含むことを特徴としてもよい。またはんだ材料はＳｉ及びＴｉを含み、各々の含有量が０．１質量％以下であってもよく、ＺｎまたはＰｄの少なくとも一方を含み、各々の含有量は０．１質量％以下であることを特徴としてもよい。さらに前記はんだ材料は、フラックスが混合されたペースト状であってもよく、金属箔状に加工された後、打ち抜かれたプリフォームであることを特徴としてもよい。
【００１０】
本発明の電子部品は、基板に実装される電子部品であって、
電子素子を収容した容器と、
この容器に用いられる上述のはんだ材料と、を備えることを特徴とする
【００１１】
また本発明の電子部品は、前記はんだ材料は、前記容器を気密に封止する封止材料として用いられていてもよく、前記容器は、基部と蓋部とを前記はんだ材料により封止して構成され、前記容器内の雰囲気は、減圧雰囲気及び不活性ガス雰囲気の少なくとも一方であることを特徴としてもよい。
更に本発明の電子部品は、前記容器は、基部と蓋部とを前記はんだ材料により封止して構成され、
前記容器内の雰囲気は、減圧雰囲気及び不活性ガス雰囲気の少なくとも一方であってもよく、前記容器は、配線基板上に取り付けられ、前記配線基板の表面から前記容器の全体に亘って樹脂材料により封止され、前記はんだ材料は、前記容器の電極を配線基板に電気的に接続するために用いられていることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子部品は、基板に実装される電子部品において、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ及びＩｎを含む少なくとも５元合金からなり、各成分量を調整することにより、固相線温度が２９０℃よりも高く、液相線温度が３７９℃よりも低く、液相線温度と固相線温度との温度差が７０℃以内であるものとすることができる。このためはんだ材料を溶融する際の温度を低くすることができ、さらに基板に実装しリフローを行う温度帯域においてはんだ材料が溶解しにくくなる。従ってはんだ材料の溶融不足や、当該表面実装部品を基板に実装する際のはんだ材料の溶融に伴う故障の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子部品の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態の他の例に係る表面実装部品の分解斜視図である。
【図３】実施例１に係るはんだ材料の示差走査熱量曲線である。
【図４】実施例２に係るはんだ材料の示差走査熱量曲線である。
【図５】実施例６に係るはんだ材料の示差走査熱量曲線である。
【図６】実施例１２に係るはんだ材料の示差走査熱量曲線である。
【図７】比較例９に係るはんだ材料の示差走査熱量曲線である。
【図８】実施例１に係るはんだ材料の時間―変位量曲線である。
【図９】比較例２に係るはんだ材料の時間―変位量曲線である。
【図１０】比較例１０に係るはんだ材料の時間―変位量曲線である。
【図１１】比較例１１に係るはんだ材料の時間―変位量曲線である。
【図１２】実施例１及び１−２に係るはんだ材料の示差走査熱量曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態に係るはんだ材料について説明する。はんだ材料は、２５質量％以上、４５質量％以下（２５〜４５質量％）のＳｎ（錫）と、３０質量％以上、４０質量％以下のＳｂ（アンチモン）と、３質量％以上、８質量％以下のＣｕ（銅）と、３質量％以上、９質量％以下のＩｎ（インジウム）と、残部を構成するＡｇ（銀）とする５元合金からなるはんだ粉を含んでおり、例えばフラックスと混合されて成るペースト状のはんだペーストとして構成される。
【００１５】
Ｓｎは、はんだ材料の固相線温度を決定する支配的因子であり、はんだ粉におけるＳｎの組成比が大きい程、固相線温度が低くなる。本発明のはんだ材料は固相線温度を２６０℃を越えた温度とし、例えば２９０℃以上に設定しようとしていることから、はんだ粉におけるＳｎの組成は、２５質量％以上、４５質量％以下であることが好ましい。
Ｉｎは、液相線温度を決定する支配的因子であり、Ｉｎの組成比が大きい程、液相線温度が上がる傾向にある。またＩｎの組成比が大きくなるにつれて、固液状態となる温度幅が広くなって液相線温度が不安定になる傾向があり、さらにＩｎの融点の影響を受けやすくなり、低い温度帯で溶融しやすくなる。そのためＩｎは、３質量％以上、９質量％以下であることが好ましい。なおＩｎを加えることにより固相線温度及び液相線温度が全体的に低くなる傾向がある。
【００１６】
Ａｇは、はんだ材料の接合の安定性を保つ効果を有する。接合の安定性が良いとは、当該はんだ材料を用いてはんだ付けを行い、その後はんだ材料が溶融固化したときに高い機械的強度を持つことをいう。更に具体的には表面実装部品において、基体と蓋部とを当該はんだ材料により接合したときに基体と蓋部との接合強度が強いことをいう。しかしながらＡｇの組成比が大きくなると内部で結晶化しやすくなり、この結晶が増えると濡れ性が悪くなる。またＡｇの含有量が多いと製造コストが高くなる。従ってはんだ粉におけるＡｇの組成は２０質量％以下とすることが好ましい。またＡｇの量を多くすると、はんだ材料の溶け始めの温度がＳｎの融点の温度の影響を受けやすくなる性質がある。Ａｇの量を少なくすることにより、はんだ材料の固相線温度の低下を抑制することができる。
【００１７】
Ｃｕは、各組成物間の結晶をなじませる効果がある。結晶をなじませるということは、当該はんだ材料中の各金属の結晶同士の結合を強固にすることをいう。しかし過剰にＣｕが加えられた場合、生成したはんだ材料の溶融温度が大幅に上昇し、硬度が高くなる。そこではんだ材料に対して３質量％以上、８質量％以下の含まれるように調整する。
【００１８】
さらに例えばＡｇ、Ｃｕを多く含むはんだ材料においては、共晶点が高くなり、はんだ材料の生成の際に共晶が形成されやすくなるが、Ｓｂを加えることにより共晶点を低くすることができるため好ましい。Ｓｂを多くすることによりはんだ材料を溶融させたときに広がりやすくなり、濡れ性が良くなる性質がある。さらに固相線温度を高くすることができる、しかしながらＳｂが多すぎると溶融したはんだ材料の中において、Ｓｂが再結晶化して結晶が散在し、はんだ材料の品質が低下することがある。従ってＳｂは３０質量％以上、４０質量％以下とすることが好ましい。
【００１９】
またはんだ材料には、Ｓｉ（シリコン）と、Ｔｉ（チタン）と、を夫々０．１質量％以下で含むようにしてもよい。後述の実施例にて示すように、ＳｉとＴｉとを含むことで、示差走査熱量曲線の傾きが急峻になる。これは、ＳｉとＴｉとを加えることで、はんだを形成する結晶が細かくなるため、はんだを構成する粒子が細かい粒子となりやすく、固体から液体への変化が明瞭になるためと考えられる。またＳｉの量が多くなると結晶として残りやすくなるデメリットがあり、０．１質量％以下で含むことが好ましく、より好ましくは０．０５％以下であることが好ましい。さらにＴｉは硬くドロスになりやすい性質を持つため、量が多くなるとはんだ材料の粘性が高くなるおそれがあるため０．１質量％以下で含むことが好ましく、より好ましくは０．０３％以下であることが好ましい。従って、Ｓｉと、Ｔｉと、を夫々０．１質量％以下で含むことにより、はんだ材料のはんだ材料の固体から液体への変化が明瞭になり、はんだ材料の溶解が不十分となるおそれや、十分に固化せずにはんだ材料で固定した部材が離脱するおそれがより一層少なくなる。
【００２０】
またはんだ材料には、Ｚｎ（亜鉛）と、Ｐｄ（パラジウム）と、を夫々０．１質量％以下で含むようにしてもよい。Ｚｎあるいは、Ｐｄを加えることで、はんだの高温耐久性が向上し、液相線温度に近い温度帯まで昇温した場合あっても高い強度を保つことができる。またＺｎあるいはＰｄの量が多くなると液相線温度と固相線温度との温度差が大きくなるおそれがある。従って、Ｚｎ及びＰｄは、０．１質量％以下で含むことが好ましく、さらには０．０５質量％以下であることが好ましい。
さらにはんだ材料には、はんだ材料の流動性を向上させたり、はんだ材
料の機械的強度を増強するために、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｇａなどの微量元素を夫々１質量％を超えない範囲で含んでいてもよい。
【００２１】
本発明の実施の形態に係るはんだ材料の製造方法について説明する。まずＳｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｉｎ及びＡｇを各々例えばターボミル、ローラミル、遠心力粉砕機、パルベライザー等の公知の粉砕機を用いて粉砕し、各々粒子状の金属粉とする。この時金属粉の粒子が大き過ぎると、生成されたはんだペーストの基板への印刷性が悪くなり、粒子が小さ過ぎると、はんだペーストが加熱された際に、はんだペーストの濡れ性が悪くなる原因となる。そのためこれらの金属粉の粒子径は、例えば粒子画像計測やゼータ電位測定などの公知の粒度分布測定法を用い、球相当径で平均粒子径５μｍ〜５０μｍの範囲とすることが好ましい。続いて各金属粉を、例えばＳｎが３８質量％、Ｓｂが３６質量％、Ｃｕが５質量％、Ｉｎが５質量％、Ａｇが１６質量％となるように各々秤量して混合する。
混合された金属粉は、例えば加熱したるつぼ内で溶融して溶融金属を生成し、例えば公知の遠心噴霧アトマイズ法により造粒する。遠心噴霧アトマイズ法は、高速で回転する回転盤上にるつぼに溶融金属を連続供給し、回転盤の遠心力により溶融金属を周囲に噴霧する。この噴霧された溶融金属を雰囲気中で冷却して固化することにより微粒子化してはんだ粉を造粒する。このようなはんだ紛とフラックスとを混合して、はんだペーストを生成する。
【００２２】
はんだペーストを構成するフラックスとしては、ロジン等の粘着付与材樹脂、チキソ剤、活性剤、溶剤等を含んだフラックスが使用できる。またフラックスの持つ活性度の違いにかかわらず使用することができる。
【００２３】
続いてはんだペーストを用いた電子部品について説明する。はんだペーストは、基板の表面に実装用はんだを用いて固定される表面実装部品１に用いられ、例えば電子素子を容器１０に収納して表面実装部品１を構成するにあたって、容器１０の封止に用いられる。図１に示すように例えば水晶振動子３などの電子素子は、真空もしくは不活性ガス雰囲気下において気密な容器１０に収納された表面実装部品１として構成されて、配線基板に実装される。
容器１０は、例えばセラミック性の板状の基体１１と金属製の蓋部１２とを備え、容器１０内に、例えば水晶振動子３が収納される。基体１１はセラミック基板により構成されるが、セラミック基板から切り出される前に、セラミック基板における各基体１１の縁部に全周に亘って、例えばスクリーン印刷により、環状のはんだペースト２が印刷される。次いでセラミック基板の各基体１１に相当する部位には、水晶振動子３の励振用の電極３０と、表面実装部品１が実装される配線基板と、を電気的に接続するための配線及び電極パッドが形成され、基体１１の形状に切り出される。
【００２４】
その後基体１１に形成された配線と、水晶振動子３に形成された電極３０とが導電性接着剤４により電気的に接続される。
蓋部１２は、例えば深絞り加工により、下面側が開口した概略箱型に形成され、蓋部１２の下面には、全周に亘って外側に突出した縁部１３が形成されている。蓋部１２の縁部１３が基体１１に印刷されたはんだペースト２上に載置された後、蓋部１２及び基体１１は、例えばリフロー炉に搬入され、３８０℃の温度で加熱される。これにより、はんだペースト２が溶融し、蓋部１２の縁部１３と基体１１の表面との間にはんだペースト２が広がり、蓋部１２と基体１１との間に気密に封止された隙間が形成される。この時例えばリフロー炉内において、治具により蓋部１２を基体１１に圧接させるようにしてもよい。その後加熱を停止して温度が下がると、はんだペースト２が固化する。
【００２５】
電子部品のメーカにて製造された表面実装部品１は、例えば表面実装部品１を用いて電気機器を組み立てるユーザにて、基板上に実装される。例えば基板の表面に形成された電極パッドの表面に、表面実装部品１を固定するための実装用はんだが塗布され、表面実装部品１の各電極パッドが夫々対応する実装用はんだに接触するように載置される。実装用はんだは例えば液相線温度が２６０℃以下のはんだが用いられる。その後当該基板はリフロー炉内に搬入されて、例えば、Ｎ２リフロー方式により、２６０℃に加熱される。リフロー炉内において加熱されると、実装用はんだが溶融し、表面実装部品１の電極パッドと、基板側の電極とが電気的に接続される。その後基板をリフロー炉から取り出し、温度が下がり、実装用はんだが固化した後、基板及び表面実装部品１の表面に付着しているフラックスが洗浄されて除去される。
【００２６】
上述の実施の形態に係るはんだペーストは、２５質量％以上、４５質量％以下のＳｎと、３０質量％以上、４０質量％以下のＳｂと、３質量％以上、８質量％以下のＣｕと、３質量％以上、９質量％以下のＩｎと、残部をＡｇとする５元合金からなるはんだ粉であり、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ及びＩｎの比率は、Ａｇが２０質量％を越えない比率となるように選択される。そのため、後述の実施例からわかるように固相線温度が２６０℃以上、液相線温度が３７９℃以下であって、固相線温度よりも液相線温度の方が高く、固相線温度と、液相線温度との差が７０℃以下のはんだ粉となり、表面実装部品１を封止する際の温度を低い温度に設定することができる。また当該表面実装部品１を基板に設置する際のリフロー工程において、表面実装部品１の封止剤として用いたはんだペースト２が再溶融せず、表面実装部品１の気密性が悪くなったり、蓋部１２が脱落するおそれがない。
また上述のはんだペースト２は、後述の実施例に示すように高さ寸法の変位量が大きく濡れ性が良い。そのため、はんだペースト２を用いて容器１０を封止したときに蓋部１２と基体１１の表面との隙間が狭くなると共に、隙間にはんだペースト２が確実に行き渡るため密接に封止することができる。さらに後述の実施例に示すようにＡｇを４８質量％以上とすることにより固相線温度を２６０℃以上、液相線温度を３７９℃以下とすることができるが、製造コストが高くなる。本発明の実施の形態に係るはんだペースト２はＡｇの量を２０質量％以下としているため製造コストを抑えることができる。
【００２７】
また本発明の実施の形態の他の例に係る表面実装部品１として、板状の蓋部２２により、上面が開口した矩形の基体２１の開口部分が塞がれて、蓋部２２と基体２１との間に水晶振動子３などの電子素子が設置される隙間が形成されてもよい。
例えば図２に示すように、基体２１は、上方が開口した概略箱形に形成される。基体２１の内側底面には、基体２１の底面下面側に設けられた図示しない電極パッドに電気的に接続された電極５が形成されている。まず当該電極５と水晶振動子３に形成された電極３０とが導電性接着剤４により電気的に接続される。
次いではんだペースト２が基体２１における側壁の上面に、スクリーン印刷により供給され、例えばスキージにより、基体２１側壁の上面の全体に押し広げられる。
【００２８】
続いて真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気下において、基体２１の側壁の上面に押し広げられたはんだペースト２の上方に板状の蓋部２２が載置され、例えば３８０℃に加熱される。これによりはんだペースト２が溶融し、更に蓋部２２と基体２１とを圧接させることにより、蓋部２２と基体２１の側壁の上面との間にはんだペースト２が広がる。その後冷却されると、はんだペースト２が固化し、基体２１と蓋部２２とが気密に接合される。更にその後例えば水洗により、表面実装部品１に付着したフラックスが除去される。
【００２９】
また電子素子としては、弾性表面波素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、水晶片の撓みを電気的に検出して加圧速を検出するセンサーなどでも良い。さらにＭＥＭＳなどの電子素子が基板の表面に形成され、電子素子を覆うように蓋部を設けるにあたり、蓋部と基板とが上述のはんだペースト２により封止された電子部品であってもよい。この場合には、電子素子の配置空間を画成する容器は、蓋部と基部を兼用する基板の一部とにより構成されることになる。従って基板の表面に他の表面実装部品を設置するに当たり、加熱をした際に、はんだペーストの再溶融が抑制されるため、同様の効果が得られる。更にまたはんだ材料は、液相線温度と固相線温度との温度差が７０℃以内であることが好ましい。
【００３０】
本発明は、既述のはんだペーストを容器に用いることを特徴部分の一つとしているが、「はんだ材料を容器に用いる」とは、容器を構成することとなる基部と蓋部とを気密に封止するための封止材として用いることに限られない。例えば弾性波素子を容器に封入し、この容器の一面側の電極を配線基板の電極にはんだ材料を介して実装し、配線基板の表面から容器全体に亘って例えばエポキシ系樹脂などのモールド材料により樹脂封止し（いわゆるモールドし）て、構成される電子部品がある。この電子部品は、例えば、配線基板の裏面側に形成された電極を電子機器側の基板上の電極に接合するように当該基板上に実装されることになる。この場合において、容器側の電極と配線基板側の電極とを接合するためのはんだ材料として既述のはんだ材料を用いる場合においても、本願においては「はんだ材料を容器に用いる」ことになるものとする。
【実施例】
【００３１】
本発明のはんだ材料の有効性を確認するために、はんだ材料を構成する合金の成分及び組成を種々変えて、固相線温度及び液相線温度を調べた。本発明に相当するはんだ材料を実施例１〜２７とし、比較例に相当するはんだ材料を比較例１〜９とする。
【００３２】
[実施例１]
Ｓｎを３８．０質量％、Ｓｂを３６．０質量％、Ａｇを１５．０質量％、Ｃｕを５．０質量％Ｉｎを６．０質量％にそれぞれ設定して、本発明の実施の形態において示した公知のはんだ材料の製造方法によりはんだ材料を製造した。
[実施例２〜２７]
はんだ材料の組成比を後述の表１に示すように設定した他は、実施例１と同様にしてはんだ材料を製造した。
[比較例１、２]
Ｉｎを用いないこととＳｎ、Ａｇ、Ｓｂ及びＣｕの組成比を後述の表１のように設定したこととの他は、実施例１と同様にしてはんだ材料を製造した。
[比較例３]
Ｓｂ及びＩｎを用いないことと、Ｓｎを７７．０質量％、Ａｇを１７．０質量％、Ｃｕを６．０質量％にそれぞれ設定したこととの他は、実施例１と同様にしてはんだ材料を製造した。
[比較例４]
Ｓｂを用いないこととＳｎを２５．０質量％、Ａｇを５０．０質量％、Ｃｕを１５．０質量％、Ｉｎを１０．０質量％にそれぞれ設定したこととの他は、実施例１と同様にしてはんだ材料を製造した。
[比較例５〜９]
はんだ材料の組成比を後述の表１に示すように設定した他は、実施例１と同様にしてはんだ材料を製造した。
【００３３】
以上のようにして製造したはんだ材料の各々について、JIS Z 3198‐1に基づいて、溶融温度範囲を計測し、液相点温度、固相線温度を特定した。溶融温度範囲は、示差走査熱量測定器Thermo plus EVO II/DSC8230（リガク製）を用いて示差走査熱量曲線を求めて測定した。以下に実施例１〜２７を代表して実施例１、２、６及び１２における示差走査熱量曲線を示す。また比較例を代表して比較例９における示差走査熱量曲線を示す。
【００３４】
図３〜図６は夫々実施例１、２、６及び１２のはんだ材料の各温度における示差走査熱量曲線を示し、図７は比較例９のはんだ材料の各温度における示差走査熱量曲線を示す。実施例１、６及び１２に夫々対応する図３、５及び６は、室温（約２０℃）から７００℃まで１０℃／分の昇温速度で温度を上昇させた場合の示差走査熱量曲線を示し、実施例２に対応する図４と、比較例９に対応する図７とは、室温（約２０℃）から４５０℃まで１０℃／分の昇温速度で温度を上昇させた場合の示差走査熱量曲線を示す。図３〜図７の例においては、１０．０℃／分の速度で温度を上昇させて、夫々示差走査熱量曲線を描き、示差走査熱量曲線が、低温側のベースラインから離れ始める温度を固相線温度ｔ１とした。また時差走査熱量曲線がベースラインから離れ始めてからほとんど減少せず、ある温度にて急激に離れていた場合には、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と最も低温側の溶融のピークの低温側の曲線の勾配が最大になる点で引いた接線との交点との温度を固相線温度ｔ１とした。
また高温側のベースラインを低温側に延長した直線Ｂと、最も高温側の溶融ピークの高温側の曲線の勾配が最大になる点で引いた接線Ｌとの交点の温度を液相線温度ｔ２とした。
【００３５】
図３に示すように実施例１のはんだ材料においては、示差走査熱量曲線に現れた谷領域の最小値が３３６℃となる吸熱反応が見られた。この実施例１のはんだ材料においては、固相線温度は３０３℃であり、液相線温度が３５２℃であり、その差は、４９℃であった。
図４に示すように実施例２のはんだ材料においては、示差走査熱量曲線に現れた谷領域の最小値が３４３℃となる吸熱反応が見られた。この実施例１のはんだ材料においては、固相線温度は３３２℃であり、液相線温度が３５５℃であり、その差は、２３℃であった。
【００３６】
図５に示すように実施例６のはんだ材料においては、示差走査熱量曲線に現れた谷領域の最小値が３３０℃となる吸熱反応が見られた。この実施例６のはんだ材料においては、固相線温度は３２１℃であり、液相線温度が３６１℃であり、その差は、４０℃であった。
図６に示すように実施例１２のはんだ材料においては、示差走査熱量曲線に現れた谷領域の最小値が３３７℃となる吸熱反応が見られた。この実施例１２のはんだ材料においては、固相線温度は３１７℃であり、液相線温度が３５３℃であり、その差は、３６℃であった。
【００３７】
図７に示す比較例９のはんだ材料においては、示差走査熱量曲線に現れた３つの谷領域の最小値（ａ）〜（ｃ）が夫々（ａ）２９４℃、（ｂ）３４２℃、（ｃ）３５３℃となる吸熱反応が見られた。比較例９のはんだ材料においては、固相線温度は２２３℃であり、液相線温度が４２７℃であり、その差は、２０４℃であった。
【００３８】
このように実施例１〜２７及び比較例１〜９について示差走査熱量曲線を求め、各々固相線温度と液相線温度とを求めた。表１は実施例１〜２７及び比較例１〜９における固相線温度と液相線温度とを示す。
[表１]
2017001093.tif 000003
【００３９】
この結果によれば、実施例及び比較例共に比較例１〜３、６、８、９においては、固相線温度が低く、２４０℃を下回っていた。
これに対して実施例１〜２７においては、固相線温度が２９６〜３３３℃の範囲に含まれており、液相線温度は３４７〜３７９℃であった。また液相線温度と固相線温度との差は２３〜６７℃であった。
【００４０】
はんだ材料にＩｎを加えることにより固相線温度が上がるが、液相線温度も上がり、比較例９からわかるように１０質量％を超えると液相線温度が高くなり過ぎることが分かる。またＳｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＩｎの５元合金からなるはんだ材料において、比較例５〜８に示すようにＳｎが２９〜３０質量％、Ａｇが４８〜５０質量％、Ｓｂが１２〜１３質量％含まれる場合に固相線温度が２９０℃よりも高く、液相線温度が４２７℃以上となっている。又比較例４に示すようにＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＩｎの４元合金からなるはんだ材料において、Ａｇを５０質量％以上含む場合には、固相線温度が３６９℃、液相線温度が５００℃以上となっている。これに対して実施例１〜１５に示すようにＡｇの含有量が２０質量％より少ない場合においても、Ｓｎを２５〜４５質量％、Ｓｂが３０〜４０質量％含まれる場合には、固相線温度が２９０℃よりも高く、液相線温度が３７９℃以下となっている。従って本発明によれば、Ａｇの量を２０質量％以下に減らしコストを抑制しながら、固相線温度を２９０℃以上、液相線温度を３７９℃以下とすることができる。
【００４１】
また実施例１、比較例２については、ソルダーペースト濡れ性評価方法（JIS Z3284-4）における変位検出濡れ試験により行い、はんだ材料の濡れ性について評価した。さらにはんだ材料としてＳＡＣ３０５（Ａｇを３．０質量％、Ｃｕを０．５質量％及びＳｎで構成されるはんだ材料）を用い、フラックスとして、水及びロジンを用いた例を夫々比較例１０、１１とし、同様にはんだ材料の濡れ性について評価した。
変位検出濡れ試験について説明する。変位検出濡れ試験は、銅基板上に十字状にはんだ材料を塗布し、そのはんだ材料の上方に銅個片を載置し、銅基板側からプロファイル加熱（温度勾配２Ｋ／秒）を行い、はんだ材料を溶融させて、銅個片と銅基板とを接続する。各々実施例１及び比較例２、１０及び１１に示すはんだ材料を用いて試験を行い、加熱によりはんだ材料が溶融したときの銅個片の高さ位置の変化量を測定した。
【００４２】
図８は、実施例１のはんだ材料において変位検出濡れ試験を行った際の時間―変位量曲線を示す特性図であり、図９〜１１は夫々比較例２、１０及び１１のはんだ材料において変位検出濡れ試験により求められた時間―変位量曲線を示す特性図である。図８〜図１１において横軸は時間を示し、夫々銅基板の加熱温度が表１に示した各はんだ材料の固相線温度に達した時点を時刻０としている。また図８〜図１１における縦軸は銅個片の高さ位置の変化量を示している。変位量は、実施例１、比較例２、１０及び１１の夫々の、時刻０における銅個片の高さ変位Ｄ０を０に設定しており、銅個片が下降し、銅個片と銅基板との隙間が狭くなる方向の変位を負の変位として示している。なおＳＡＣ３０５の固相線温度は２１７℃とした。
【００４３】
実施例及び各比較例において図中破線で示す夫々３本の時間―変位量曲線を求め、その後３本の時間―変位量曲線の平均値より、図中実線で示した平均となる時間―変位量曲線を求めた。
図８〜図１１の平均となる時間―変位量曲線において、はんだ材料を加熱して、銅個片の高さ位置が変位した後、時間―変位量曲線の示す変位量が安定したときの値を変位量Ｄｍａｘとした。またＤ０から変位量Ｄｍａｘの間の変位量を１００％とし、時間―変位量曲線において変位量が３０〜７０％に至る曲線を回帰直線処理によって求めた直線ｖの傾きを銅個片降下速度（μｍ／秒）とした。なお各図中の（Ｉ）は銅基板の温度を示す。
【００４４】
図８に示すように実施例１では、変位量Ｄｍａｘは−４９．０μｍであり、銅個片降下速度は、−９．０μｍ／秒であった。また図９〜１１に示すように。また比較例２、１０及び１１の変位量Ｄｍａｘは、夫々−５８．４μｍ、−３９μｍ及び−５２μｍであり、銅個片降下速度は夫々−２１．４μｍ／秒、−２６．８μｍ／秒、−２２．７μｍ／秒であった。本発明の実施の形態に係るはんだ材料においては、変位量Ｄｍａｘを十分に大きくすることができ、更に銅個片降下速度が遅いことが分かる。銅個片降下速度が速い場合には、はんだ材料が広がりきらないおそれがあるが、ゆっくりと大きく広がるため、隙間にはんだ材料が確実に広がって行くため濡れ性が良くなる。
さらに実施例１については、ヤング率（ＧＰａ）、熱膨張計数（ｐｐｍ／℃）及び硬さ（ＭＰａ）についても測定したところ、夫々７１．９ＧＰａ、１８．５ｐｐｍ／℃、１３７０ＭＰａであり、従来の製品と遜色はなかった
【００４５】
さらに微量元素として、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＰｄを加えることの効果を検証するため、実施例に示したはんだ材料に添加する微量元素の成分及び組成を種々変えて、固相線温度及び液相線温度を調べた。
[実施例１−２]
実施例１に示したはんだにおいて、混合したはんだ材料の内０．０１質量％の材料を、０．００５質量％のＳｉと、０．００５質量％のＴｉとに代えたはんだ材料を実施例１−２とした。
[実施例１０−２]
実施例１０に示したはんだにおいて、混合したはんだ材料の内０．０１５質量％の材料を、０．００５質量％のＳｉと、０．０１質量％のＴｉとに代えたはんだ材料を実施例１０−２とした。
[実施例１０−３]
実施例１０に示したはんだにおいて、混合したはんだ材料の内０．０２５質量％の材料を、０．００５質量％のＳｉと、０．０１質量％のＴｉと、０．０１質量％のＰｄと、に代えたはんだ材料を実施例１０−３とした。
[実施例１０−４]
実施例１０に示したはんだにおいて、混合したはんだ材料の内０．０２質量％の材料を、０．００５質量％のＳｉと、０．００５質量％のＴｉと、０．０１質量％のＰｄと、に代えたはんだ材料を実施例１０−４とした。
[実施例１０−５]
実施例１０に示したはんだにおいて、混合したはんだ材料の内０．０４質量％の材料を、０．００５質量％のＳｉと、０．００５質量％のＴｉと、０．０３質量％のＰｄと、に代えたはんだ材料を実施例１０−５とした。
[実施例１０−６]
実施例１０に示したはんだにおいて、混合したはんだ材料の内０．０７質量％の材料を、０．００５質量％のＳｉと、０．００５質量％のＴｉと、０．０６質量％のＺｎと、に代えたはんだ材料を実施例１０−５とした。
以上のようにして製造したはんだ材料の各々についても同様に、示差走査熱量曲線を求め、JIS Z 3198‐1に基づいて、溶融温度範囲を計測し、液相点温度、固相線温度を特定した。
【００４６】
また表２は実施例１−２、１０−２〜１０−６における固相線温度と液相線温度とを示す。
[表２]
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表２に示すように実施例１−２、１０−２〜１０―６は、固相線温度が３０３〜３１７℃、液相線温度が３５２〜３６４℃であり、実施例に示すはんだ材料にＳｉ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＰｄを加えた場合にも好適なはんだ材料が得られることが分かる。
また図１２は実施例１及び実施例１−２についての示差走査熱量曲線を示す。実施例１及び実施例１−２について、どちらも固相線温度が３０３℃、液相線温度が３５２℃であったが、実施例１−２についての示差走査熱量曲線は、実施例１についての示差走査熱量曲線よりも熱流のピークが大きくなり、示差走査熱量曲線の低温側のカーブの傾きが急峻になっていることが分かる。この結果によればはんだ材料にＳｉとＴｉとを含むことにより、溶解開始から小さい温度差で一気に溶解が進行するといえる。
【符号の説明】
【００４７】
１                表面実装部品
２                はんだペースト
３                水晶振動子
１０、２０        容器
１１、２１        基体
１２、２２        蓋部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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