特許 6011709 はんだ合金

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6011709

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】はんだ合金

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/26 20060101AFI20161006BHJP

   C22C 13/02 20060101ALI20161006BHJP

   C22C 13/00 20060101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/26 310A

   C22C13/02

   C22C13/00

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-233363(P2015-233363)

(22)【出願日】2015年11月30日

【審査請求日】2015年11月30日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000199197

【氏名又は名称】千住金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100180426

【弁理士】

【氏名又は名称】剱物 英貴

(72)【発明者】

【氏名】吉川 俊策

(72)【発明者】

【氏名】野村 光

【審査官】 川村 裕二

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５８５１４８２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５１３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０２０３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特許第４２２５１６５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００５−００１０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／０００２９８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０３１５５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ １３／００−１３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、
Ｂｉ：０．１〜０．８％、
Ａｇ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜０．７％、
Ｐ：０．００１〜０．１％、
残部がＳｎからなり、
ＡｇとＢｉの含有量の合計：０．３〜０．８％である合金組成を有する
ことを特徴とするフィレット形成用はんだ合金。

【請求項2】

２３５℃での固相率が０．０２体積％以下であるとともに２１０℃での液相率が５．０体積％以下である、請求項１に記載のフィレット形成用はんだ合金。

【請求項3】

請求項１に記載の合金組成を有するはんだ継手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィレット異常を抑制するはんだ合金に関する。

【背景技術】

【0002】

洗濯機、冷蔵庫、クーラーなどの家電製品、テレビ、ビデオ、ラジオ、コンピュータ、複写機、通信機器などの電子機器類には、プリント基板に電子部品を搭載した実装基板が使用されている。実装基板には、単層基板であるものに加えて、充実した機能を実現するために複数の基板を積層したものが使用されている。基板間の導通や電子部品の基板への実装には、面実装により接続する方法や基板のスルーホールに端子を挿入して実装する方法が挙げられる。このようなプリント基板への実装工程としては、フローソルダリング、リフローソルダリング、マニュアルソルダリングなどが挙げられる。これらの中で、ある程度の大きさを有する電子部品の実装には、接続強度などの観点から端子をスルーホールに挿入して実装する方法が採用されている。実装工程としては通常フローソルダリングが採用されている。

【0003】

フローソルダリング用のはんだ合金としては、例えば特許文献１にＳｎ−Ｃｕ−Ｐ−Ｂｉはんだ合金が開示されている。このはんだ合金は、Ｐの添加によりぬれ性を向上させるとともに、Ｂｉの添加により溶融温度を下げて搭載された電子部品の動作不具合を抑制することができるという優れた合金である。ただ、端子をスルーホールに挿入してフローソルダリングを行う場合には、はんだのぬれ性を向上させることに加えて、さらなる検討が必要になる。

【0004】

スルーホールに挿入された端子は、プリント基板のランドと端子との間に形成されるはんだフィレット（以下、単に、「フィレット」という。）を介してプリント基板に接続される。この際、フィレットを形成するはんだ合金の組成や基板の積層状態によってはフィレットにリフトオフが発生する場合がある。リフトオフはランドとフィレットとの間に隙間ができる現象であり、これにより基板と端子との間で導通不良が生じてしまう。そこで、リフトオフを抑制するために種々の検討がなされてきた。

【0005】

例えば特許文献２には、表面実装された電子部品の接続強度の高信頼性を維持するため、Ｓｎ−３Ａｇ−ｘＢｉ−０．５Ｃｕ（ｘ＝０、１、２、３、４であり、単位は質量％である。）はんだ合金が開示されている。この文献には、Ｂｉ含有量とリフトオフ、強度および引け巣との関係を調査した結果が示されており、Ｂｉ含有量が０質量％や１質量％においてこれらの特性を満足する結果が開示されている。また、これらの合金組成の固相線温度と液相線温度も開示されている。特許文献３には、Ａｇを使用せずに接合強度を向上させるため、Ｓｎ−０．７Ｃｕ−（０．３５、０．７）Ｂｉはんだ合金が提案されている。この文献にはＢｉの添加によりリフトオフ等の発生を促進することが開示されている。特許文献４には、表面実装された電子部品においてヒートサイクル後においてもクラックが発生しないように、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系はんだ合金のＢｉ含有量を０．１〜５重量％、Ｉｎ含有量を３〜９重量％にするとともに、基板の線膨張係数を所定の範囲とする発明が提案されている。また、この文献には、Ｂｉの多量添加によりリフトオフが発生することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４２２５１６５号公報

【特許文献2】特開２００３―０４６２２９号公報

【特許文献3】特開２００１―２２５１８８号公報

【特許文献4】特開２０１０―２０６００６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このように、特許文献２〜４には、いずれもＢｉがリフトオフの発生原因であることが記載されているものの、ランドと端子との接続に関して各々以下のような問題点がある。

【0008】

特許文献２には、Ｂｉが０質量％のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ合金が開示されているが、Ｂｉを含有しないために熱疲労によるフィレットの劣化が問題となる。また、同文献にはＢｉが１質量％以上のはんだ合金が開示されている。しかし、６個の６端子コネクタ（３６か所）しか用いずにリフトオフを判断しているため、リフトオフの判断としては不十分である。これは、上記はんだ合金が１質量％以上ものＢｉを含有するため、これ以上判断箇所を増やすとリフトオフが発生する可能性が生じるためであると考えられる。また、特許文献１に記載されている液相線温度や固相線温度は平衡状態での温度であり、接合時および冷却時の実情が反映されたものではない。さらに、固液共存領域でのはんだ合金の性状は平衡状態であっても合金組成毎に大きく異なり、これにともない端子が離脱しない程度に凝固するまでの時間も異なる。このため、単に液相線温度と固相線温度が開示されているだけではリフトオフの発生を十分に抑制することができない。すなわち、平衡状態での液相線温度や固相線温度を規定するだけでリフトオフを完全に抑制できるわけではない。

【0009】

特許文献３には、Ｂｉ含有量が０．３５質量％または０．７質量％のＳｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系はんだ合金が開示されている。ここで、リフトオフは前述のようにランドとフィレットとの間に隙間ができる現象であり、凝固時におけるはんだ合金中のＢｉの偏析によって生じる。同文献にはＢｉがリフトオフの欠陥を生じやすくすることが開示されているが、はんだ合金の固液共存領域での性状は大きく異なり、フローソルダリング時における噴流はんだの温度に加えて基板の厚さや積層数も異なることから、合金組成だけで直ちにリフトオフの発生を抑制できない場合がある。

【0010】

また、特許文献４では、Ｉｎが必須元素であるためにＩｎの酸化膜が形成され易い。この結果、はんだ合金がべとつきフィレットにブリッジやつららが発生しやすくなり、端子間で導通すると接続不良が発生してしまう。

【0011】

このように、従来ではフィレットでの接続不良としてリフトオフのみが考慮されてきたが、フィレットに関して問題となるのはリフトオフだけではなくブリッジやつららの発生も挙げられ、より実情を踏まえてこれらのフィレット異常を解決する必要がある。

【0012】

本発明の課題は、フィレット異常の発生を抑制すること、すなわち、リフトオフの発生を抑制するとともにフィレットのブリッジやつららをも同時に抑制することができ、さらには熱疲労による劣化も抑えることができるはんだ合金を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らは、鉛フリーはんだ合金の中でも、熱疲労による劣化を抑制可能なＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金において鋭意検討を行った。本発明者らは、まず、リフトオフの発生を抑制するためにＢｉ含有量を所定の範囲に調整した上で、基板の厚さや積層枚数から生じる凝固時の時間的なギャップをも考慮する必要がある点に着目した。リフトオフは前述のようにＢｉの偏析によって発生するが、フローソルダリングを行う場合には、基板の噴流はんだ側では冷えにくく、反対側ではすぐに冷えてしまう。これは積層基板にあってはさらに顕著になる。このように、冷却時における時間的なギャップを考慮することによってリフトオフの発生を抑制することができる。

【0014】

そこで、本発明者らは、リフトオフ、ブリッジおよびつららの発生を抑制するため、はんだ合金組成の他に凝固時の時間的なギャップをも考慮してさらに検討を行った。Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ合金でフローソルダリングを行う条件としては、はんだ合金が２３５℃でほぼ完全に液相であるとともに、２１０℃で概ね固相である必要がある。２３５℃での固相が残存する理由ははんだ合金の溶け残りであると考えられる。溶け残りが多い場合にはフィレットでのブリッジやつららの原因となる。一方、２１０℃での液相が残存する場合には凝固偏析によるリフトオフの発生原因となり得る。

【0015】

なお、下記の説明において、「固相率」とは、ある温度におけるはんだ合金の全体積に占める固相の割合を表す。「液相率」とは、ある温度におけるはんだ合金の全体積に占める液相の割合を表す。

【0016】

ここで、上記検討に用いた固相率および液相率ははんだ合金の合金組成に基づいて得られるものであるが、合金組成から直ちに得られるものではない。平衡状態図では液相線温度と固相線温度との間の温度域が固液共存領域となるが、この固液共存領域でのはんだ合金の性状はフローソルダリングの実情を考慮すると平衡状態図から直ちに知得することはできない。また、仮にフローソルダリングの条件が平衡状態であったとしても、液相線温度から固相線温度にかけて固相と液相が１次元的に増減することはない。合金組成や噴流はんだ槽中のはんだ合金の温度により固相と液相の割合はさまざまである。そこで、本発明者らは、合金組成や時間的なギャップを考慮して得られた固相率や液相率とフィレット異常との関係をさらに検討した。

【0017】

この結果、本発明者らは、２３５℃での固相率と２１０℃での液相率が所定の範囲内では、Ｂｉ含有量が所定の範囲内において、偶然にも、上記のすべての特性を満たす知見を得ることができた。つまり、Ｂｉ含有量と固相率および液相率とを所定の範囲にすることによって、凝固時の時間的なギャップを考慮したとしても、リフトオフ、ブリッジおよびつららの発生を抑制するとともに耐熱疲労性も向上させることができる知見が得られたのである。なお、固相率および液相率を規定することにより実際のフローソルダリング時のすべての条件を満たすことにはならないが、これらを規定することによって、相対的にはフローソルダリング時におけるフィレット異常の有無を判断することができる。Ｓｎ−Ｂｉはんだ合金にＡｇ、Ｃｕ、Ｐなどを含有する合金組成においても、これらの元素が所定の含有量の範囲内である場合には、Ｂｉ含有量、固相率および液相率により同様のことが言える知見も得られた。

【0018】

また、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ合金にＡｇを含有する合金組成では、ＢｉとＡｇとの相互作用によってリフトオフが発生しやすくなる知見も得られた。このため、Ａｇを含有する場合には、Ａｇ含有量を所定の範囲にするとともに、Ａｇ含有量とＢｉ含有量の合計量を規定することによって、上記の特性をすべて満たす知見が得られた。

【0019】

さらに、Ｃｕを含有する場合には、Ｃｕが０．７質量％を超えると液相線温度が急激に高くなり固液共存領域が広くなってしまう。一方、Ｃｕ含有量が０．７質量％以下であれば、固液共存領域がほとんど広がることはなく、凝固時の時間的なギャップを考慮しても上記特性をすべて満足することができる知見も得られた。

【0020】

この知見により得られた本発明は次の通りである。
（１）質量％で、Ｂｉ：０．１〜０．８％、Ａｇ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜０．７％、Ｐ：０．００１〜０．１％、残部がＳｎからなり、ＡｇとＢｉの含有量の合計：０．３〜０．８％である合金組成を有することを特徴とするフィレット形成用はんだ合金。

【0021】

（２）２３５℃での固相率が０．０２体積％以下であるとともに２１０℃での液相率が５．０体積％以下である、上記（１）に記載のフィレット形成用はんだ合金。

【0022】

（３）前記（１）に記載の合金組成を有するはんだ継手。
本発明において、「２３５℃での固相率」とは、２３５℃でのはんだ合金の全体積に占める固相の割合を表す。「２１０℃での液相率」とは、２１０℃でのはんだ合金の全体積に占める液相の割合を表す。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、Ｓｎ−Ｂｉ−（Ａｇ）−（Ｃｕ）−（Ｐ）はんだ合金におけるＢｉ（＋Ａｇ）と２１０℃での液相率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明を以下により詳しく説明する。本明細書において、はんだ合金組成に関する「％」は、特に指定しない限り「質量％」である。

【0025】

１． 合金組成
（１） Ｂｉ：０．１〜０．８％
Ｂｉは耐熱疲労性の向上に必要な元素である。Ｂｉ含有量は０．１％以上であり、好ましくは０．２％以上である。一方、Ｂｉの多量の添加は固液共存領域の増加により凝固偏析が著しくなり、リフトオフの発生頻度が高くなってしまう。Ｂｉ含有量は０．８％以下であり、好ましくは０．６％以下である。

【0026】

（２） Ａｇ：０〜０．３％
Ａｇは、耐熱疲労性を向上させることができる任意元素である。Ａｇを添加する場合には好ましくはＡｇ含有量を０．１％以上とする。ＡｇはＢｉとともに添加されるとＢｉの添加による凝固偏析を促進し、リフトオフの発生頻度が高くなってしまう。よってＡｇは０．３％以下とし、好ましくは０．２％以下とする。

【0027】

（３） Ａｇ＋Ｂｉ：０．３〜０．８％
ＳｎにＡｇを単独で添加してもリフトオフの発生原因としては考えられていなかった。しかし、ＡｇをＢｉと同時にはんだ合金に添加する場合、Ｂｉのみ添加される場合と比較してＢｉの凝固時における偏析を促すためにリフトオフが発生しやすくなる。このため、Ａｇ含有量とＢｉ含有量の合計は０．８％以下とする。好ましくは０．６％以下である。一方、ＡｇとＢｉの同時添加は熱疲労による劣化を抑制する。この効果を発揮するためには、Ａｇ含有量とＢｉ含有量の合計は０．３％以上とする。なお、リフトオフの発生や熱疲労によるフィレットの劣化の抑制は、前述のようにＢｉ単独添加でも同様であるため、Ａｇを含有しない場合であってもこの範囲は適用される。すなわち、Ａｇを含有しない場合には、Ｂｉ含有量は０．３〜０．８％となる。

【0028】

（４） Ｃｕ：０〜０．７％
Ｃｕは、はんだ合金の強度を改善することができる任意元素である。Ｃｕの過剰添加ははんだ合金の融点を著しく上昇させて、ブリッジやつららを発生しやすくする。また、Ｃｕは０．７％の添加でＳｎと共晶を形成するが、それ以下であれば固液共存領域がほとんど広くならない。このため、Ｃｕ含有量は好ましくは０．７％以下であり、より好ましくは０．６％以下である。また、本発明のはんだ合金がフローソルダリング用として用いられる場合には、基板の配線や端子に多く用いられるＣｕがはんだ槽内に溶出する場合が考えられる。その場合には、はんだ合金中のＣｕ含有量を低減しないとはんだ槽内の合金組成が過共晶側にシフトして融点が上昇し、フィレット異常を引き起こす場合がある。このため、Ｃｕ含有量ははんだ槽内のＣｕ量に応じて適宜低減させた方がよい。Ｃｕ含有量は好ましくは０．５％以下、より好ましくは０．４％以下、さらに好ましくは０．３％以下、特に好ましくは０％である。

【0029】

一方、Ｃｕは、強度の改善に加えて、ランドがＣｕの場合にはＣｕ喰われ防止効果も発揮することができる。Ｃｕを含有する場合には、好ましくは０．０５％以上であり、より好ましくは０．１％以上であり、さらに好ましくは０．２％以上である。

【0030】

（５） Ｐ：０．１％以下
Ｐは、Ｓｎの酸化を抑制するとともにぬれ性を改善することができる任意元素である。Ｐの過剰添加ははんだ表面におけるはんだの流動性を阻害し、はんだ付け作業に困難をきたす。Ｐ含有量は０．１％以下であり、好ましくは０．０１％以下であり、より好ましくは０．００８％以下である。一方、上記Ｐ添加効果を発揮するため、Ｐ含有量は好ましくは０．００１％以上である。

【0031】

（６） 残部：Ｓｎ
本発明に係るはんだ合金の残部はＳｎである。前述の元素の他に不可避的不純物を含有してもよい。不可避的不純物を含有する場合であっても、前述の効果に影響することはない。また、後述するように、本発明では含有しない元素が不可避的不純物として含有されても前述の効果に影響することはない。

【0032】

（７） Ｉｎ，Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｂ
本発明に係るはんだ合金は、フィレット異常を抑制するためにＩｎ，Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｂを含有しない方がよい。これらの元素はヒートサイクル特性などを向上させるためにはんだ合金に頻繁に添加されるものであるが、本発明ではＩｎやＺｎを含有すると、ＩｎやＺｎの酸化膜が形成されるためにはんだ合金がべとつきフィレットにブリッジやつららが発生しやすくなる。Ｎｉ、ＡｌおよびＳｂははんだ合金中のＳｎやＡｇと化合物を形成するためにはんだ溶融時での溶け残りの原因となり、フィレットのブリッジやつららを発生させる。

【0033】

２． ２３５℃での固相率：０．０２体積％以下、２１０℃での液相率：５．０体積％以下
本発明に係るはんだ合金は、上記合金組成を有することに加えて、２３５℃での固相率が０．０２体積％以下であり、かつ２１０℃での液相率が５．０体積％以下であることが好ましい。

【0034】

フィレット異常としては、従来検討されてきたリフトオフの他に、ブリッジやつららの発生が挙げられる。リフトオフの発生を抑制することができたとしても、端子間に形成されるブリッジやつららが発生すると接続不良により電子機器が正常に動作しない。そこで、リフトオフ、ブリッジおよびつららの発生を抑制するためには、合金組成や平衡状態図から得られる情報では足りず、これらに基づいて得られた所定温度での固相率や液相率で規定する必要がある。

【0035】

本発明では２３５℃での固相率を０．０２体積％以下とすることが好ましい。Ｂｉ含有量が少ないＳｎ−低Ｂｉ系はんだ合金を用いてフローソルダリングを行う場合、噴流はんだの溶融温度は２３５℃以上であるためである。すなわち、少なくとも２３５℃ではんだ合金がほぼ完全に溶融している必要があり、ブリッジやつららの原因となる溶け残りがあってはならない。現状のプリント基板において、フィレットにブリッジやつららが発生しないようにするため、２３５℃での固相率を０．０２体積％以下とすることが好ましい。より好ましくは０体積％である。

【0036】

また、本発明では２１０℃での液相率を５．０体積％以下とすることが好ましい。Ｓｎ−低Ｂｉ系はんだ合金では、概ね２１０℃あたりで急激に凝固が進行し、この時に液相が所定量を超えて混入していると凝固偏析の原因となる。そして、凝固偏析はリフトオフの発生につながる可能性を向上させる。リフトオフを発生させないため、２１０℃での液相率を５．０体積％以下とすることが好ましい。より好ましくは４．０体積％以下であり、さらに好ましくは３．６４体積％以下である。下限値は特に限定されず、２１０℃での液相率が低い程リフトオフの発生を抑制することができる。

【0037】

本発明で規定する液相率および固相率は、合金組成に加えて、フローソルダリング時における基板の表面や裏面での冷却条件の違いに相当する時間的なギャップをも考慮したものである。これらは、元素の熱力学物性値を用いてシャイルの関係式に基づくＳｎ−低Ｂｉ系合金の計算シミュレーションを行って求めることができる。温度変化の勾配が時間の経過とともに変化し、実際の接合条件毎に温度変化の勾配を把握することが困難であるため、本発明では、フローソルダリングにおける時間的なギャップを熱量に換算し固相率および液相率を求めた。

【0038】

ここで、本発明の固相率および液相率の算出方法について詳述する。
固相率や液相率と温度の関係は、ＤＳＣなどの熱分析などによって測定して求めてもよいが、熱分析の場合には昇降温速度を所定の条件で行う必要があり、実際の接合条件を反映したものとは言い難い。そこで、本発明では、サーモカルクなどの汎用熱力学データベースを活用した。但し、凝固を伴う固相率の変化を考慮する必要があるため、液相完全混合モデル（固相内無拡散モデル）であるシャイルの式もしくはシャイルモジュールを用いた。シャイルの式は通常２元系以下の合金に適用され、シャイルモジュールは３元系以上の合金に適用される。もちろんシャイルモジュールは、２元系以下の合金にも適用可能である。

【0039】

シャイルの式を用いると、固相中の溶質濃度および液相中の溶質濃度から得られた固液分配係数や汎用熱力学データベースを用いて固相率と温度との関係を求めることができる。また、シャイルモジュールを用いると、前記した汎用熱力学データベースに記録されているデータをもとに、１℃温度を下げたときに液相が一部固相に変化した分を固相として加え、新たな濃度の液相を形成させ、そしてまた温度を下げていくということを繰り返していくことによって所定の温度での固相率を算出することができる。

【0040】

この手法を用いることによって、種々の凝固過程に応じた固相率と液相率を求めることができる。

【0041】

このようにして計算した結果、Ｓｎ−Ｂｉ−（Ａｇ）−（Ｃｕ）−（Ｐ）はんだ合金において、凝固の過程が異なることが明らかになった。本発明の固相率および液相率は、リフトオフに加えてブリッジやつららの発生をも抑制するための指標であり、合金組成のみでは得ることができない。この指標を用いることによって、初めて、本発明の効果を発揮することができるのである。つまり、固相率や液相率は従来でも用いられる場合があったが、本発明のように、リフトオフ、ブリッジおよびつららの発生を抑制するために、Ｓｎ−低Ｂｉはんだ合金において、実際のフローソルダリングの凝固過程を考慮した２３５℃での固相率および２１０℃での液相率の両者を同時に用いた指標は、今までになかった新たな指標である。また、上記シミュレートによって得られた本発明の固相率および液相率は、実際のフローソルダリング時におけるすべての条件を反映したものではないが、実施のフローソルダリングでの固相率および液相率と相対的に大小関係は変わらない。したがって、本発明の固相率および液相率を満たすことによって、リフトオフ、ブリッジおよびつららの発生を抑制することができるのである。

【0042】

３．用途
本発明に係るはんだ合金は、種々のはんだ付け手法の中で、特にフローソルダリングに使用することによって効果を発揮することができる。複数の基板が積層された積層基板にフローソルダリングを行う場合に有効である。フローソルダリングにおける噴流はんだは長時間使用すると組成が変動することがあるため、噴流はんだを所望の組成とするための補充用はんだとしても使用することができる。この場合、補充用のはんだは本発明の範囲内において組成を調整して補充することができる。フローソルダリングを行う場合の噴流はんだの温度は概ね２３０〜２４０℃である。また、この他の接合条件は、はんだ合金の合金組成、固相率および液相率に応じて適宜調整することができる。

【実施例】

【0043】

表１に示す合金組成からなるはんだ合金を用いて、２３５℃での固相率、２１０℃での液相率、信頼性（熱疲労）およびフィレット異常の評価を行った。各々の評価方法について以下に説明する。

【0044】

（１）２３５℃での固相率、２１０℃での液相率
本実施例における固相率および液相率の算出には、株式会社 材料設計技術研究所製の「Ｐａｎｄａｔ」を用いた。結果を表１に示す。

【0045】

（２）信頼性（熱疲労）
本実施例では、耐熱疲労特性を用いて信頼性の評価を行った。

【0046】

まず、４端子Ｓｎめっき抵抗を１２個用意し、の端子をガラスエポキシプリント基板（ＣＥＭ−３）のスルーホールに挿入し、フローソルダリングを行った。フローソルダリングには、株式会社マルコム製フローシュミレーターＦＳ−１を用い、下記試験条件でフローソルダリングを行った。

【0047】

試験条件
はんだ槽 ：株式会社マルコム製フローシュミレーターＦＳ−１
はんだ量 ：１５ｋｇ
フラックス ：千住金属株式会社製フラックス（品名：ＥＳ−１０６１ＳＰ２）
はんだ槽内のはんだ温度：２５５℃
次いで、はんだ付けされたプリント基板を低温条件が−４０℃、高温条件が、＋８５℃、各３０分の二槽式の自動試験装置に投入して、５００サイクル目でプリント基板を取り出して、光学顕微鏡によりフィレット（４８か所）の外観観察を行った。クラックが確認されなかったものを○とし、クラックが確認されたものを×として評価した。結果を表１に示す。

【0048】

（３）フィレット異常
本実施例では、フィレット異常として、リフトオフ、ブリッジ、つららを評価した。上記（２）信頼性試験と同条件でフローソルダリングを行い、４８か所のフィレットについて下記評価を行った。

【0049】

・ブリッジ、つらら
ブリッジが発生したかどうかを目視にて評価した。また、フィレットにつららが発生したかどうかを目視にて確認した。つららを確認した場合にはつららが発生したと評価した。

【0050】

・リフトオフ
４８個のフィレットを光学顕微鏡にて確認した後、フィレットを切断し、断面をＳＥＭで撮影した。フィレットがランドから剥がれているかどうかをＳＥＭ写真にて確認した。断面において少しでもランドと離れている部分があれば、リフトオフが発生したと評価した。

【0051】

表１中でのフィレット異常の記号は以下の通りである。
Ａ：フィレット異常が発生しなかった
Ｂ：リフトオフが発生した
Ｃ：つららが発生した
Ｄ：ブリッジが発生した

【0052】

【表1】

【0053】

表１に示すように、実施例１〜３では、いずれの合金組成においても信頼性に問題なく、フィレット異常が発生しなかった。

【0054】

一方、比較例１はＢｉ含有量が少ないために耐熱疲労性に劣った。比較例２はＢｉ含有量が多く２１０℃での液相率が高いためにリフトオフが発生した。比較例３はＡｇ含有量が多くＡｇ＋Ｂｉも０．８％を超えるとともに２１０℃での液相率が高いため、リフトオフが発生した。比較例４はＡｇ＋Ｂｉが０．３％を下回ったために耐熱疲労性が劣った。比較例５および６はＣｕ含有量が多く２３５℃の固相率が高いためにはんだ合金がべとつき、比較例５ではブリッジが発生し、比較例６ではブリッジとつららが発生した。

【0055】

比較例７および８はＩｎを含有するために２１０℃での液相率が高く、耐疲労性が劣るとともにブリッジやつららが発生した。比較例９および１０はＮｉを含有するために２３５℃での固相率が高く、ブリッジが発生した。比較例１１はＺｎを含有するために２１０℃での液相率が高く、ブリッジやつららが発生した。比較例１２および１３は各々ＡｌおよびＳｂを含有するために２３５℃での固相率が高く、比較例１２ではブリッジおよびつららが発生し、比較例１３ではブリッジが発生した。

【0056】

表１の結果から本発明の効果を明確にするため、図１を用いてさらに説明する。
図１は、Ｓｎ−Ｂｉ−（Ａｇ）−（Ｃｕ）−（Ｐ）はんだ合金におけるＢｉ（＋Ａｇ）と２１０℃での液相率との関係を示すグラフである。図１では、固液共存領域での挙動が大きく異なるＩｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｂを含有する合金組成を除いた参考例１〜８、実施例１〜３および比較例１〜６の結果をプロットした。図１より、Ｂｉ（＋Ａｇ）が０．８％を超えると２１０℃での液相率が大幅に増加し、比較例２および３のように液相率が５．０％を超えるとリフトオフが発生した。一方、比較例１、４、５、６では液相率が低いためにリフトオフが発生しなかったものの、前述のように、耐熱疲労性が劣り、ブリッジやつららが発生した。

【0057】

以上より、本発明に係るはんだ合金は、リフトオフ、ブリッジ、つららの発生を抑制するとともに優れた耐熱疲労性をも兼ね備えることができるため、家電製品や通信機器などの電子機器類の全般に渡り、幅広く高品質のフィレットを形成することができる。

【要約】      （修正有）

【課題】リフトオフの発生を抑制するとともに熱疲労による劣化も抑え、さらにはフィレットのブリッジやつららをも同時に抑制することができるはんだ合金の提供。
【解決手段】質量％で、Ｂｉ：０．１〜０．８％、Ａｇ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜０．７％、残部がＳｎからなり、ＡｇとＢｉの含有量の合計：０．３〜０．８％である合金組成を有しさらに、２３５℃での固相率が０．０２体積％以下であり、２１０℃での液相率が５．０体積％以下であるはんだ合金。好ましくは、合金組成は、更に、質量％でＰ：０．１％以下を含有するはんだ合金。
【選択図】図１

【図1】