特許 6275305 はんだ接合体の形成方法、並びに当該形成方法により形成されたはんだ接合体を有する電子回路基板および電子制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6275305

(24)【登録日】2018年1月19日

(45)【発行日】2018年2月7日

(54)【発明の名称】はんだ接合体の形成方法、並びに当該形成方法により形成されたはんだ接合体を有する電子回路基板および電子制御装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/26 20060101AFI20180129BHJP

   B23K 35/22 20060101ALI20180129BHJP

   C22C 13/00 20060101ALI20180129BHJP

   C22C 13/02 20060101ALI20180129BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20180129BHJP

   B23K 1/008 20060101ALI20180129BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20180129BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/26 310A

   B23K35/22 310A

   C22C13/00

   C22C13/02

   B23K1/00 330E

   B23K1/008 C

   H05K3/34 512C

   H05K3/34 503Z

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-73646(P2017-73646)

(22)【出願日】2017年4月3日

(62)【分割の表示】特願2016-224592(P2016-224592)の分割

【原出願日】2016年3月22日

(65)【公開番号】特開2017-170527(P2017-170527A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2017年4月12日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390005223

【氏名又は名称】株式会社タムラ製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100139996

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 洋子

(72)【発明者】

【氏名】新井 正也

(72)【発明者】

【氏名】中野 健

(72)【発明者】

【氏名】堀 敦史

(72)【発明者】

【氏名】勝山 司

(72)【発明者】

【氏名】宗川 裕里加

【審査官】 川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】 特許第６０５３２４８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１４−０６５０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５３２４００７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特許第４７８７３８４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１６３１６７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／２６

Ｂ２３Ｋ ３５／３６３

Ｃ２２Ｃ １３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｇを２重量％以上３．１重量％以下と、Ｃｕを１重量％以下と、Ｓｂを１重量％以上５重量％以下と、Ｂｉを３．１重量％以上４．５重量％以下と、Ｎｉを０．０１重量％以上０．２５重量％以下含み、残部がＳｎからなる粉末状の鉛フリーはんだ合金と、樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むフラックスを有するソルダペースト組成物を基板上に印刷し、
前記ソルダペースト組成物を印刷した前記基板上に電子部品を搭載し、
前記電子部品を搭載した前記基板を２３０℃から２６０℃の温度でリフローし、前記鉛フリーはんだ合金からなるはんだ接合部と前記フラックスからなるフラックス残渣を有するはんだ接合体を形成する方法であって、
前記フラックス残渣は前記はんだ接合部および前記電子部品に付着するように形成されることを特徴とするはんだ接合体の形成方法。

【請求項2】

前記鉛フリーはんだ合金が更にＣｏを０．００１重量％以上０．２５重量％以下含み、
Ｓｂの含有量が２重量％以上４重量％以下であり、
Ｂｉの含有量が３．１重量％以上３．２重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ接合体の形成方法。

【請求項3】

Ａｇを２重量％以上３．１重量％以下と、Ｃｕを１重量％以下と、Ｓｂを２重量％以上４重量％以下と、Ｂｉを３．１重量％以上３．２重量％以下と、Ｎｉを０．０１重量％以上０．２５重量％以下と、Ｃｏを０．００１重量％以上０．２５重量％以下含み残部がＳｎからなり、ＡｇとＣｕとＳｂとＢｉとＮｉとＣｏのそれぞれの含有量（重量％）が下記式（Ａ）から（Ｄ）の全てを満たす粉末状の鉛フリーはんだ合金と、樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むフラックスを有するソルダペースト組成物を基板上に印刷し、
前記ソルダペースト組成物を印刷した前記基板上に電子部品を搭載し、
前記電子部品を搭載した前記基板を２３０℃から２６０℃の温度でリフローし、前記鉛フリーはんだ合金からなるはんだ接合部と前記フラックスからなるフラックス残渣を有するはんだ接合体を形成する方法であって、
前記フラックス残渣は前記はんだ接合部および前記電子部品に付着するように形成されることを特徴とするはんだ接合体の形成方法。
１．６≦Ａｇ含有量＋（Ｃｕ含有量／０．５）≦５．９ … Ａ
０．８５≦（Ａｇ含有量／３）＋（Ｂｉ含有量／４．５）≦ ２．１０ … Ｂ
３．６ ≦ Ａｇ含有量＋Ｓｂ含有量≦ ８．９ … Ｃ
０＜（Ｎｉ含有量／０．２５）＋（Ｃｏ含有量／０．２５）≦１．１９ …Ｄ

【請求項4】

前記鉛フリーはんだ合金が更にＰ、Ｇａ、およびＧｅの少なくとも１種を合計で０．００１重量％以上０．０５重量％以下含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のはんだ接合体の形成方法。

【請求項5】

前記鉛フリーはんだ合金が更にＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏの少なくとも１種を合計で０．００１重量％以上０．０５重量％以下含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のはんだ接合体の形成方法。

【請求項6】

基板と、基板上に形成される鉛フリーはんだ合金からなるはんだ接合部とフラックスからなるフラックス残渣を有するはんだ接合体と、前記はんだ接合部を介して前記基板と電気接合された電子部品とを有する電子回路基板の製造方法であって、前記はんだ接合体が請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のはんだ接合体の形成方法を用いて形成されることを特徴とする電子回路基板の製造方法。

【請求項7】

請求項６に記載の電子回路基板を組み込むことを特徴とする電子制御装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、はんだ接合体の形成方法並びに当該形成方法により形成されたはんだ接合体を有する電子回路基板および電子制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、プリント配線板やシリコンウエハといった基板上に形成される電子回路に電子部品を接合する際には、はんだ合金を用いたはんだ接合方法が採用されている。このはんだ合金には鉛を使用するのが一般的であった。しかし環境負荷の観点からＲｏＨＳ指令等によって鉛の使用が制限されたため、近年では鉛を含有しない、所謂鉛フリーはんだ合金によるはんだ接合方法が一般的になりつつある。
この鉛フリーはんだ合金としては、例えばＳｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金等がよく知られている。その中でもテレビ、携帯電話等に使用される民生用電子機器や自動車に搭載される車載用電子機器には、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金が多く使用されている。
鉛フリーはんだ合金は、鉛含有はんだ合金と比較してはんだ付性が多少劣るものの、フラックスやはんだ付装置の改良によってこのはんだ付性の問題はカバーされている。そのため、例えば車載用電子回路基板であっても、自動車の車室内のように寒暖差はあるものの比較的穏やかな環境下に置かれるものにおいては、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部でも大きな問題は生じていない。

【0003】

しかし近年では、例えば電子制御装置に用いられる電子回路基板のように、エンジンコンパートメントやエンジン直載、モーターとの機電一体化といった寒暖差が特に激しく（例えば−３０℃から１１０℃、−４０℃から１２５℃、−４０℃から１５０℃といった寒暖差）、加えて振動負荷を受けるような過酷な環境下での電子回路基板の配置の検討および実用化がなされている。このような寒暖差の非常に激しい環境下では、実装された電子部品と基板との線膨張係数の差によるはんだ接合部の熱変位およびこれに伴う応力が発生し易い。そして寒暖差による塑性変形の繰り返しははんだ接合部に亀裂を引き起こし易く、更に時間の経過と共に繰り返し与えられる応力は上記亀裂の先端付近に集中するため、当該亀裂ははんだ接合部の深部まで横断的に進展し易くなる。このように著しく進展した亀裂は、電子部品と基板上に形成された電子回路との電気的接続の切断を引き起こしてしまう。特に激しい寒暖差に加え電子回路基板に振動が負荷される環境下にあっては、上記亀裂およびその進展は更に発生し易い。
そのため、上述の過酷な環境下に置かれる車載用電子回路基板および電子制御装置が増える中で、十分な亀裂進展抑制効果を発揮し得るＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金を用いたソルダペースト組成物への要望は、今後ますます大きくなることが予想される。

【0004】

また、車載用電子回路基板に搭載されるＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）といった電子部品のリード部分には、従来、Ｎｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきのされた部品が多用されていた。しかし近年の電子部品の低コスト化や基板のダウンサイジング化に伴い、リード部分をＳｎめっきに替えた電子部品やＳｎめっきされた下面電極をもつ電子部品の検討および実用化がなされている。
はんだ接合時において、Ｓｎめっきされた電子部品は、Ｓｎめっきおよびはんだ接合部に含まれるＳｎとリード部分や前記下面電極に含まれるＣｕとの相互拡散を発生させ易い。この相互拡散により、はんだ接合部と前記リード部分や前記下面電極との界面付近の領域（以下、本明細書においては「界面付近」という。）にて、金属間化合物であるＣｕ_３Ｓｎ層が凸凹状に大きく成長する。前記Ｃｕ_３Ｓｎ層は元々硬くて脆い性質を有する上に、凸凹状に大きく成長したＣｕ_３Ｓｎ層は更に脆くなる。そのため、特に上述の過酷な環境下においては、前記界面付近ははんだ接合部と比較して亀裂が発生し易く、また発生した亀裂はこれを起点として一気に進展するため、電気的短絡が生じ易い。
従って、今後は上述の過酷な環境下でＮｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがなされていない電子部品を用いた場合であっても前記界面付近における亀裂進展抑制効果を発揮し得る鉛フリーはんだ合金への要望も大きくなることが予想される。

【0005】

これまでもＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金にＡｇやＢｉといった元素を添加することによりはんだ接合部の強度とこれに伴う熱疲労特性を向上させ、これにより上記はんだ接合部の亀裂進展を抑制する方法はいくつか開示されている（特許文献１から特許文献７参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平５−２２８６８５号公報

【特許文献2】特開平９−３２６５５４号公報

【特許文献3】特開２０００−１９００９０号公報

【特許文献4】特開２０００−３４９４３３号公報

【特許文献5】特開２００８−２８４１３号公報

【特許文献6】国際公開パンフレットＷＯ２００９／０１１３４１号

【特許文献7】特開２０１２−８１５２１号公報

【0007】

はんだ合金にＢｉを添加した場合、Ｂｉははんだ合金の原子配列の格子に入り込みＳｎと置換することで原子配列の格子を歪ませる。これによりＳｎマトリックスが強化され、合金強度が向上するため、Ｂｉの添加によるはんだ亀裂進展特性の一定の向上は見込まれる。

【0008】

しかしＢｉの添加により高強度化した鉛フリーはんだ合金は延伸性が悪化し、脆性が強まるというデメリットがある。出願人がＢｉを添加した従来の鉛フリーはんだ合金を用いて基板とチップ抵抗部品とをはんだ接合しこれを寒暖差の激しい環境下に置いたところ、チップ抵抗部品側にあるフィレット部分において、チップ抵抗部品の長手方向に対して約４５°の方向から亀裂が直線状に入り電気的短絡が発生した。従って、特に寒暖の差の激しい環境下に置かれる車載用基板においては従来のような高強度化のみでは亀裂進展抑制効果は十分ではなく、高強度化に加え新たな亀裂進展抑制方法の出現が望まれる。

【0009】

またＮｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがなされていない電子部品を用いてはんだ接合をした場合、前記界面付近にて金属間化合物であるＣｕ_３Ｓｎ層が凸凹状に大きく成長するため、この界面付近における亀裂進展の抑制は難しい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は上記課題を解決するものであり、寒暖の差が激しく、振動が負荷されるような過酷な環境下においてもはんだ接合部の亀裂進展を抑制でき、且つＮｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがなされていない電子部品を用いてはんだ接合をした場合においても前記界面付近における亀裂進展を抑制することのできるはんだ接合体の形成方法並びに当該形成方法により形成されたはんだ接合体を有する電子回路基板および電子制御装置を提供することをその目的とする。本明細書においてはんだ接合体とは、はんだ接合部およびフラックス残渣を有するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

（１）本発明のはんだ接合体の形成方法は、Ａｇを２重量％以上３．１重量％以下と、Ｃｕを１重量％以下と、Ｓｂを１重量％以上５重量％以下と、Ｂｉを３．１重量％以上４．５重量％以下と、Ｎｉを０．０１重量％以上０．２５重量％以下含み、残部がＳｎからなる粉末状の鉛フリーはんだ合金と、樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むフラックスを有するソルダペースト組成物を基板上に印刷し、前記ソルダペースト組成物を印刷した前記基板上に電子部品を搭載し、前記電子部品を搭載した前記基板を２３０℃から２６０℃の温度でリフローし、前記鉛フリーはんだ合金からなるはんだ接合部と前記フラックスからなるフラックス残渣を有するはんだ接合体を形成する方法であって、前記フラックス残渣は前記はんだ接合部および前記電子部品に付着するように形成されることをその特徴とする。

【0012】

（２）上記（１）に記載の構成にあって、前記鉛フリーはんだ合金は更にＣｏを０．００１重量％以上０．２５重量％以下含むことをその特徴とする。

【0013】

（３）また本発明の他の構成として、本発明のはんだ接合体の形成方法は、Ａｇを２重量％以上３．１重量％以下と、Ｃｕを１重量％以下と、Ｓｂを１重量％以上５重量％以下と、Ｂｉを３．１重量％以上４．５重量％以下と、Ｎｉを０．０１重量％以上０．２５重量％以下と、Ｃｏを０．００１重量％以上０．２５重量％以下含み残部がＳｎからなり、ＡｇとＣｕとＳｂとＢｉとＮｉとＣｏのそれぞれの含有量（重量％）が下記式（Ａ）から（Ｄ）の全てを満たす粉末状の鉛フリーはんだ合金と、樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むフラックスを有するソルダペースト組成物を基板上に印刷し、前記ソルダペースト組成物を印刷した前記基板上に電子部品を搭載し、前記電子部品を搭載した前記基板を２３０℃から２６０℃の温度でリフローし、前記鉛フリーはんだ合金からなるはんだ接合部と前記フラックスからなるフラックス残渣を有するはんだ接合体を形成する方法であって、前記フラックス残渣は前記はんだ接合部および前記電子部品に付着するように形成されることをその特徴とする。
１．６≦Ａｇ含有量＋（Ｃｕ含有量／０．５）≦５．９ … Ａ
０．８５≦（Ａｇ含有量／３）＋（Ｂｉ含有量／４．５）≦ ２．１０ … Ｂ
３．６ ≦ Ａｇ含有量＋Ｓｂ含有量≦ ８．９ … Ｃ
０＜（Ｎｉ含有量／０．２５）＋（Ｃｏ含有量／０．２５）≦１．１９ …Ｄ

【0014】

（４）上記（１）から（３）のいずれか１に記載の構成にあって、前記鉛フリーはんだ合金は、更にＰ、Ｇａ、およびＧｅの少なくとも１種を合計で０．００１重量％以上０．０５重量％以下含むことをその特徴とする。

【0015】

（５）上記（１）から（４）のいずれか１に記載の構成にあって、前記鉛フリーはんだ合金は、更にＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏの少なくとも１種を合計で０．００１重量％以上０．０５重量％以下含むことをその特徴とする。

【0016】

（６）本発明の電子回路基板は、上記（１）から（５）のいずれか１に記載のはんだ接合体の形成方法を用いて形成されるはんだ接合体を有することをその特徴とする。

【0017】

（７）本発明の電子制御装置は、上記（６）に記載の電子回路基板を有することをその特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明のはんだ接合体の形成方法、並びに当該形成方法により形成されたはんだ接合体を有する電子回路基板および電子制御装置は、寒暖の差が激しく、振動が負荷されるような過酷な環境下においてもはんだ接合部の亀裂進展を抑制でき、またＮｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがなされていない電子部品を用いてはんだ接合をした場合においても、前記界面付近における亀裂進展を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係り、電子回路基板の一部を表した部分断面図。

【図2】本発明の比較例に係る試験基板において、チップ部品のフィレット部にボイドが発生した断面を表す電子顕微鏡写真。

【図3】本発明の実施例および比較例に係る試験基板において、チップ部品の電極下の領域およびフィレットが形成されている領域を表す、Ｘ線透過装置を用いてチップ部品側から撮影した写真。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明のはんだ接合体の形成方法、並びに当該形成方法により形成されたはんだ接合体を有する電子回路基板および電子制御装置の一実施形態を詳述する。なお、本発明が以下の実施形態に限定されるものではないことはもとよりである。

【0021】

（１）鉛フリーはんだ合金
本実施形態のはんだ接合体の形成方法に用いる鉛フリーはんだ合金には、１重量％以上３．１重量％以下のＡｇを含有させることができる。Ａｇを添加することにより、鉛フリーはんだ合金のＳｎ粒界中にＡｇ_３Ｓｎ化合物を析出させ、機械的強度を付与することができる。
但し、Ａｇの含有量が１重量％未満の場合、Ａｇ_３Ｓｎ化合物の析出が少なく、鉛フリーはんだ合金の機械的強度および耐熱衝撃性が低下するので好ましくない。またＡｇを３．１重量％を超えて添加しても引っ張り強度は大幅には向上せず、飛躍的な耐熱疲労特性の向上には結びつかない。また高価なＡｇの含有量を増やすことは経済的に好ましくない。更にＡｇの含有量が４重量％を超える場合、鉛フリーはんだ合金の延伸性が阻害され、これを用いて形成されるはんだ接合部が電子部品の電極剥離現象を引き起こす虞があるので好ましくない。
またＡｇの含有量を２重量％以上３．１重量％以下とすると、鉛フリーはんだ合金の強度と延伸性のバランスをより良好にできる。更に好ましいＡｇの含有量は２．５重量％以上３．１重量％以下である。

【0022】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、１重量％以下のＣｕを含有させることができる。この範囲でＣｕを添加することで、電子回路のＣｕランドに対するＣｕ食われ防止効果を発揮すると共に、Ｓｎ粒界中にＣｕ_６Ｓｎ_５化合物を析出させることにより鉛フリーはんだ合金の耐熱衝撃性を向上させることができる。なお、Ｃｕの含有量を０．５重量％から１重量％とすると良好なＣｕ喰われ防止効果を発揮することができる。特にＣｕの含有量が０．７重量％以下の場合、Ｃｕランドに対するＣｕ食われ防止効果を発揮することができると共に、溶融時の鉛フリーはんだ合金の粘度を良好な状態に保つことができ、リフロー時におけるボイドの発生を抑制し、形成するはんだ接合部の耐熱衝撃性を向上することができる。更には、溶融した鉛フリーはんだ合金のＳｎ結晶粒界に微細なＣｕ_６Ｓｎ_５が分散することで、Ｓｎの結晶方位の変化を抑制し、はんだ接合形状（フィレット形状）の変形を抑制することができる。
なおＣｕの含有量が１重量％を超えると、はんだ接合部の電子部品および電子回路基板との界面近傍にＣｕ_６Ｓｎ_５化合物が析出し易くなり、接合信頼性やはんだ接合部の延伸性を阻害する虞があるため好ましくない。

【0023】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、１重量％以上５重量％以下のＳｂを含有させることができる。この範囲でＳｂを添加することで、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金の延伸性を阻害することなくはんだ接合部の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。特にＳｂの含有量を２重量％以上４重量％以下とすると、亀裂進展抑制効果を更に向上させることができる。

【0024】

ここで、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝されるという外部応力に耐えるには、鉛フリーはんだ合金の靭性（応力−歪曲線で囲まれた面積の大きさ）を高め、延伸性を良好にし、且つＳｎマトリックスに固溶する元素を添加して固溶強化をすることが有効であると考えられる。そして、十分な靱性および延伸性を確保しつつ、鉛フリーはんだ合金の固溶強化を行うためにはＳｂが最適な元素となる。
即ち、実質的に母材（本明細書においては鉛フリーはんだ合金の主要な構成要素を指す。以下同じ。）をＳｎとする鉛フリーはんだ合金に上記範囲でＳｂを添加することで、Ｓｎの結晶格子の一部がＳｂに置換され、その結晶格子に歪みが発生する。そのため、このような鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部は、Ｓｎ結晶格子の一部のＳｂ置換により前記結晶中の転移に必要なエネルギーが増大してその金属組織が強化される。更には、Ｓｎ粒界に微細なＳｎＳｂ、ε−Ａｇ_３（Ｓｎ，Ｓｂ）化合物が析出することにより、Ｓｎ粒界のすべり変形を防止することではんだ接合部に発生する亀裂の進展を抑制し得る。

【0025】

また、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金に比べ、上記範囲でＳｂを添加した鉛フリーはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部の組織は、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝した後もＳｎ結晶が微細な状態を確保しており、亀裂が進展しにくい構造であることを確認した。これはＳｎ粒界に析出しているＳｎＳｂ、ε−Ａｇ_３（Ｓｎ，Ｓｂ）化合物が寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝した後においてもはんだ接合部内に微細に分散しているため、Ｓｎ結晶の粗大化が抑制されているものと考えられる。即ち、上記範囲内でＳｂを添加した鉛フリーはんだ合金を用いたはんだ接合部は、高温状態ではＳｎマトリックス中へのＳｂの固溶が、低温状態ではＳｎＳｂ、ε−Ａｇ_３（Ｓｎ，Ｓｂ）化合物の析出が起こるため、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝された場合にも、高温下では固溶強化、低温下では析出強化の工程が繰り返されることにより、優れた耐冷熱衝撃性を確保し得ると考えられる。

【0026】

さらに、上記範囲でＳｂを添加した鉛フリーはんだ合金は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金に対して延伸性を低下させずにその強度を向上させることができるため、外部応力に対する十分な靱性を確保でき、残留応力も緩和することができる。ここで、延伸性の低いはんだ合金を用いて形成されたはんだ接合部を寒暖の差の激しい環境下に置いた場合、繰り返し発生する応力は当該はんだ接合部の電子部品側に蓄積し易くなる。そのため、深部亀裂は電子部品の電極近傍のはんだ接合部にて発生することが多い。この結果、この亀裂近傍の電子部品の電極に応力が集中してしまい、はんだ接合部が電子部品側の電極を剥離してしまう現象が生じ得る。しかし本実施形態のはんだ合金は上記範囲でＳｂを添加したことにより、Ｂｉといったはんだ合金の延伸性に影響を及ぼす元素を含有させてもそれ自体の延伸性が阻害され難く、よって上述のような過酷な環境下に長時間曝された場合であっても電子部品の電極剥離現象をも抑制することができる。

【0027】

但し、Ｓｂの含有量が５重量％を超えると、鉛フリーはんだ合金の溶融温度が上昇してしまい、高温下でＳｂが再固溶しなくなる。そのため、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝した場合、ＳｎＳｂ、ε−Ａｇ_３（Ｓｎ，Ｓｂ）化合物による析出強化のみが行われるため、時間の経過と共にこれらの金属間化合物が粗大化し、Ｓｎ粒界のすべり変形の抑制効果が失効してしまう。またこの場合、鉛フリーはんだ合金の溶融温度の上昇により電子部品の耐熱温度も問題となるため、好ましくない。

【0028】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、０．５重量％以上４．５重量％以下のＢｉを含有させることができる。本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成であれば、この範囲内でＢｉを添加することにより、鉛フリーはんだ合金の延伸性に影響を及ぼすことなく、その強度を向上させると共にＳｂ添加により上昇した溶融温度を低下させることができる。即ち、ＢｉもＳｂと同様にＳｎマトリックス中へ固溶するため、鉛フリーはんだ合金を更に強化することができる。但し、Ｂｉの含有量が４．５重量％を超えると鉛フリーはんだ合金の延伸性を低下させて脆性が強まるため、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝された際、当該鉛フリーはんだ合金により形成されたはんだ接合部には深部亀裂が生じ易く
なるため好ましくない。
またＢｉの含有量を２重量％以上４．５重量％以下とすると、はんだ接合部の強度をより向上させることができる。また後述するＮｉおよび／またはＣｏと併用する場合、Ｂｉの好ましい含有量は３．１重量％以上４．５重量％以下である。

【0029】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、０．０１重量％以上０．２５重量％以下のＮｉを含有させることができる。本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成であれば、この範囲でＮｉを添加することにより、溶融した鉛フリーはんだ合金中に微細な（Ｃｕ，Ｎｉ）_６Ｓｎ_５が形成されて母材中に分散するため、はんだ接合部における亀裂の進展を抑制し、更にその耐熱疲労特性を向上させることができる。
また、本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、Ｎｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがなされていない電子部品をはんだ接合する場合であっても、はんだ接合時にＮｉが前記界面付近に移動して微細な（Ｃｕ，Ｎｉ）_６Ｓｎ_５を形成するため、その界面付近におけるＣｕ_３Ｓｎ層の成長を抑制することができ、前記界面付近の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。

【0030】

但し、Ｎｉの含有量が０．０１重量％未満であると、前記金属間化合物の改質効果が不十分となるため、前記界面付近の亀裂抑制効果は十分には得られ難い。またＮｉの含有量が０．２５重量％を超えると、従来のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ合金に比べて過冷却が発生し難くなり、はんだ合金が凝固するタイミングが早くなってしまう。そのため、形成されるはんだ接合部のフィレットでは、はんだ合金の溶融中に外に抜け出ようとしたガスがその中に残ったまま凝固してしまい、フィレット中にガスによる穴（ボイド）が発生してしまうケースが確認される。このフィレット中のボイドは、特に−４０℃から１４０℃、−４０℃〜１５０℃といった寒暖差の激しい環境下においてはんだ接合部の耐熱疲労特性を低下させてしまう。
なお、上述の通りＮｉはフィレット中にボイドを発生し易いものであるが、本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成においては、Ｎｉと他の元素との含有量のバランスから、Ｎｉを０．２５重量％以下含有させても上記ボイドの発生を抑制することができる。

【0031】

またＮｉの含有量を０．０１重量％以上０．１５重量％以下とすると良好な前記界面付近の亀裂進展抑制効果および耐熱疲労特性を向上しつつ、ボイド発生の抑制を向上させることができる。

【0032】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、Ｎｉに加え０．００１重量％以上０．２５重量％以下のＣｏを含有させることができる。本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成であれば、この範囲でＣｏを添加することにより、Ｎｉ添加による上記効果を高めると共に溶融した鉛フリーはんだ合金中に微細な（Ｃｕ，Ｃｏ）_６Ｓｎ_５が形成されて母材中に分散するため、はんだ接合部のクリープ変形の抑制および亀裂の進展を抑制しつつ、特に寒暖差の激しい環境下においてもはんだ接合部の耐熱疲労特性を向上させることができる。また、本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、Ｎｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがなされていない電子部品をはんだ接合する場合であっても、Ｎｉ添加による上記効果を高めると共に、Ｃｏがはんだ接合時に前記界面付近に移動して微細な（Ｃｕ，Ｃｏ）_６Ｓｎ_５を形成するため、その界面付近におけるＣｕ_３Ｓｎ層の成長を抑制することができ、前記界面付近の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。

【0033】

但し、Ｃｏの含有量が０．００１重量％未満であると、前記金属間化合物の改質効果が不十分となるため、前記界面付近の亀裂抑制効果は十分には得られ難い。またＣｏの含有量が０．２５重量％を超えると、従来のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ合金に比べて過冷却が発生し難くなり、はんだ合金が凝固するタイミングが早くなってしまう。そのため、形成されるはんだ接合部のフィレットでは、はんだ合金の溶融中に外に抜け出ようとしたガスがその中に残ったまま凝固してしまい、フィレット中にガスによるボイドが発生してしまうケースが確認される。このフィレット中のボイドは、特に寒暖差の激しい環境下においてはんだ接合部の耐熱疲労特性を低下させてしまう。
なお、上述の通りＣｏはフィレット中にボイドを発生し易いものであるが、本実施形態の鉛フリーはんだ合金の構成においては、Ｃｏと他の元素との含有量のバランスから、Ｃｏを０．２５重量％以下含有させても上記ボイドの発生を抑制することができる。

【0034】

またＣｏの含有量を０．００１重量％以上０．１５重量％以下とすると良好な亀裂進展抑制効果および耐熱疲労特性を向上しつつ、ボイド発生の抑制を向上させることができる。

【0035】

ここで本実施形態の鉛フリーはんだ合金にＮｉとＣｏとを併用する場合、ＡｇとＣｕとＳｂとＢｉとＮｉとＣｏのそれぞれの含有量（重量％）は下記式（Ａ）から（Ｄ）の全てを満たすことが好ましい。
１．６≦Ａｇ含有量＋（Ｃｕ含有量／０．５）≦５．９ … Ａ
０．８５≦（Ａｇ含有量／３）＋（Ｂｉ含有量／４．５）≦ ２．１０ … Ｂ
３．６ ≦ Ａｇ含有量＋Ｓｂ含有量≦ ８．９ … Ｃ
０＜（Ｎｉ含有量／０．２５）＋（Ｃｏ含有量／０．２５）≦１．１９ …Ｄ
ＡｇとＣｕとＳｂとＢｉとＮｉとＣｏの含有量を上記範囲内とすることで、はんだ接合部の延伸性阻害および脆性増大の抑制、はんだ接合部の強度および熱疲労特性の向上、フィレット中に発生するボイドの抑制、寒暖の差が激しい過酷な環境下におけるはんだ接合部の亀裂進展抑制、Ｎｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがなされていない電子部品のはんだ接合時における前記界面付近の亀裂進展抑制効果のいずれもをバランスよく発揮させることができ、はんだ接合部の信頼性を一層向上させることができる。

【0036】

また本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、６重量％以下のＩｎを含有させることができる。この範囲内でＩｎを添加することにより、Ｓｂの添加により上昇した鉛フリーはんだ合金の溶融温度を低下させると共に亀裂進展抑制効果を向上させることができる。即ち、ＩｎもＳｂと同様にＳｎマトリックス中へ固溶するため、鉛フリーはんだ合金を更に強化することができるだけでなく、ＡｇＳｎＩｎ、およびＩｎＳｂ化合物を形成しこれをＳｎ粒界に析出させることでＳｎ粒界のすべり変形を抑制する効果を奏する。
本発明のはんだ合金に添加するＩｎの含有量が６重量％を超えると、鉛フリーはんだ合金の延伸性を阻害すると共に、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝されている間にγ−ＩｎＳｎ_４が形成され、鉛フリーはんだ合金が自己変形してしまうため好ましくない。
なお、Ｉｎのより好ましい含有量は、４重量％以下であり、１重量％から２重量％が特に好ましい。

【0037】

また本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、Ｐ、Ｇａ、およびＧｅの少なくとも１種を０．００１重量％以上０．０５重量％以下含有させることができる。この範囲内でＰ、Ｇａ、およびＧｅの少なくとも１種を添加することにより、鉛フリーはんだ合金の酸化を防止することができる。但し、これらの含有量が０．０５重量％を超えると鉛フリーはんだ合金の溶融温度が上昇し、またはんだ接合部にボイドが発生し易くなるため好ましくない。

【0038】

更に本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏの少なくとも１種を０．００１重量％以上０．０５重量％以下含有させることができる。この範囲内でＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏの少なくとも１種を添加することにより、鉛フリーはんだ合金の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。但し、これらの含有量が０．０５重量％を超えると鉛フリーはんだ合金の溶融温度が上昇し、またはんだ接合部にボイドが発生し易くなるため好ましくない。

【0039】

なお、本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、その効果を阻害しない範囲において、他の成分（元素）、例えばＣｄ、Ｔｌ、Ｓｅ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ等を含有させることができる。また本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、当然ながら不可避不純物も含まれるものである。

【0040】

また本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、その残部はＳｎからなることが好ましい。なお好ましいＳｎの含有量は、７９．８重量％以上９７．４９重量％未満である。

【0041】

本実施形態のはんだ接合体の形成方法は、例えばフロー方法、はんだボールによる実装、ソルダペースト組成物を用いたリフロー方法等、はんだ接合体を形成できるものであればどのような方法を用いても良い。なおその中でも特にソルダペースト組成物を用いたリフロー方法が好ましく用いられる。

【0042】

（２）ソルダペースト組成物
このようなソルダペースト組成物としては、例えば粉末状にした前記鉛フリーはんだ合金とフラックスとを混練しペースト状にすることにより作製される。

【0043】

このようなフラックスとしては、例えば樹脂と、チキソ剤と、活性剤と、溶剤とを含むフラックスが用いられる。

【0044】

前記樹脂としては、例えばトール油ロジン、ガムロジン、ウッドロジン等のロジンおよび水添ロジン、重合ロジン、不均一化ロジン、アクリル酸変性ロジン、マレイン酸変性ロジン等のロジン誘導体を含むロジン系樹脂；アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の各種エステル、メタクリル酸の各種エステル、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のエステル、無水マレイン酸のエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル、酢酸ビニル等の少なくとも１種のモノマーを重合してなるアクリル樹脂；エポキシ樹脂；フェノール樹脂等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて用いることができる。
これらの中でもロジン系樹脂、その中でも特に酸変性されたロジンに水素添加をした水添酸変性ロジンが好ましく用いられる。また水添酸変性ロジンとアクリル樹脂の併用も好ましい。

【0045】

前記樹脂の酸価は１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましく、その配合量はフラックス全量に対して１０重量％以上９０重量％以下であることが好ましい。

【0046】

前記チキソ剤としては、例えば水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。前記チキソ剤の配合量は、フラックス全量に対して３重量％以上１５重量％以下であることが好ましい。

【0047】

前記活性剤としては、例えば有機アミンのハロゲン化水素塩等のアミン塩（無機酸塩や有機酸塩）、有機酸、有機酸塩、有機アミン塩を配合することができる。更に具体的には、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩、酸塩、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。前記活性剤の配合量は、フラックス全量に対して５重量％以上１５重量％以下であることが好ましい。

【0048】

前記溶剤としては、例えばイソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、グリコールエーテル等を使用することができる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。
前記溶剤の配合量は、フラックス全量に対して２０重量％以上４０重量％以下であることが好ましい。

【0049】

前記フラックスには、鉛フリーはんだ合金の酸化を抑える目的で酸化防止剤を配合することができる。この酸化防止剤としては、例えばヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤等が挙げられる。その中でも特にヒンダードフェノール系酸化剤が好ましく用いられる。これらは単独でまたは複数を組合せて使用することができる。前記酸化防止剤の配合量は特に限定されないが、一般的にはフラックス全量に対して０．５重量％以上５重量％程度以下である
ことが好ましい。

【0050】

前記フラックスには、その他の樹脂、並びにハロゲン、つや消し剤、消泡剤および無機フィラー等の添加剤を加えてもよい。
前記添加剤の配合量は、フラックス全量に対して１０重量％以下であることが好ましい。またこれらの更に好ましい配合量はフラックス全量に対して５重量％以下である。

【0051】

前記鉛フリーはんだ合金とフラックスとの配合比率は、はんだ合金：フラックスの比率で６５：３５から９５：５であることが好ましい。より好ましい配合比率は８５：１５から９３：７であり、特に好ましい配合比率は８７：１３から９２：８である。

【0052】

（３）電子回路基板
本実施形態の電子回路基板の構成を図１を用いて説明する。本実施形態の電子回路基板１００は、基板１と、絶縁層２と、電極部３と、電子部品４と、はんだ接合体１０とを有する。はんだ接合体１０は、はんだ接合部６とフラックス残渣７とを有し、電子部品４は、外部電極５と、端部８を有する。
基板１としては、プリント配線板、シリコンウエハ、セラミックパッケージ基板等、電子部品の搭載、実装に用いられるものであればこれらに限らず基板１として使用することができる。
電極部３は、はんだ接合部６を介して電子部品４の外部電極５と電気的に接合している。
またはんだ接合部６は、本実施形態に係るはんだ合金を用いて形成されている。

【0053】

このような構成を有する本実施形態の電子回路基板１００は、はんだ接合部６が亀裂進展抑制効果を発揮する合金組成であるため、はんだ接合部６に亀裂が生じた場合であってもその亀裂の進展を抑制し得る。特に電子部品４にＮｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがなされていない場合であっても、はんだ接合部６と電子部品４との界面付近における亀裂進展抑制効果をも発揮することができる。またこれにより電子部品４の電極剥離現象をも抑制することができる。

【0054】

このような電子回路基板１００は、例えば以下のように作製される。
先ず、所定のパターンとなるように形成された絶縁層２および電極部３を備えた基板１上に、前記ソルダペースト組成物を上記パターンに従い印刷する。
次いで印刷後の基板１上に電子部品４を実装し、これを２３０℃から２６０℃の温度でリフローを行う。このリフローにより基板１上にはんだ接合部６およびフラックス残渣７を有するはんだ接合体１０が形成されると共に、基板１と電子部品４とが電気的接合された電子回路基板１００が作製される。

【0055】

またこのような電子回路基板１００を組み込むことにより、本実施形態の電子制御装置が作製される。

【実施例】

【0056】

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0057】

フラックスの作製
以下の各成分を混練し、実施例および比較例に係るフラックスを得た。
水添酸変性ロジン（製品名：ＫＥ−６０４、荒川化学工業（株）製） ５１重量％
硬化ひまし油 ６重量％
ドデカン二酸 １０重量％（製品名：ＳＬ−１２、岡村製油（株）製）
マロン酸 １重量％
ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩 ２重量％
ヒンダードフェノール系酸化防止剤（製品名：イルガノックス２４５、ＢＡＳＦジャパン（株）製） １重量％
ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル ２９重量％

【0058】

ソルダペースト組成物の作製
前記フラックス１１．０重量％と、表１から表２に記載の各鉛フリーはんだ合金の粉末（粉末粒径２０μｍから３８μｍ）８９．０重量％とを混合し、実施例１４、１５、２１、２２、２５から３１、参考例１から１３、１６から２０、２３、２４および比較例１から１９に係る各ソルダペースト組成物を作製した。

【0059】

【表1】

【0060】

【表2】

【0061】

（１）はんだ亀裂試験（−４０℃から１２５℃）
・３．２ｍｍ×１．６ｍｍチップ部品（チップＡ）
３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品（Ｎｉ／Ｓｎめっき）と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよび前記チップ部品を接続する電極（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）とを備えたガラスエポキシ基板と、同パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスクを用意した。
前記ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、それぞれ前記チップ部品を搭載した。
その後、リフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて前記各ガラスエポキシ基板を加熱してそれぞれに前記ガラスエポキシ基板と前記チップ部品とを電気的に接合するはんだ接合部を形成し、前記チップ部品を実装した。この際のリフロー条件は、プリヒートを１７０℃から１９０℃で１１０秒間、ピーク温度を２４５℃とし、２００℃以上の時間が６５秒間、２２０℃以上の時間が４５秒間、ピーク温度から２００℃までの冷却速度を３℃から８℃／秒とし、酸素濃度は１５００±５００ｐｐｍに設定した。
次に、−４０℃（３０分間）から１２５℃（３０分間）の条件に設定した冷熱衝撃試験装置（製品名：ＥＳ−７６ＬＭＳ、日立アプライアンス（株）製）を用い、冷熱衝撃サイクルを１，０００、１，５００、２，０００、２，５００、３，０００サイクル繰り返す環境下に前記各ガラスエポキシ基板をそれぞれ曝した後これを取り出し、各試験基板を作製した。
次いで各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂（製品名：エポマウント（主剤および硬化剤）、リファインテック（株）製）を用いて封止した。更に湿式研磨機（製品名：ＴｅｇｒａＰｏｌ−２５、丸本ストルアス（株）、製）を用いて各試験基板に実装された前記チップ部品の中央断面が分かるような状態とし、形成されたはんだ接合部に発生した亀裂がはんだ接合部を完全に横断して破断に至っているか否かを走査電子顕微鏡（製品名：ＴＭ−１０００、（株）日立ハイテクノロジーズ製）を用いて観察し、以下の基準にて評価した。その結果を表３および表４に表す。なお、各冷熱衝撃サイクルにおける評価チップ数は１０個とした。
◎：３，０００サイクルまではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生しない
○：２，５０１から３，０００サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
△：２，００１から２，５００サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
×：２，０００サイクル未満ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生

【0062】

・２．０×１．２ｍｍチップ部品（チップＢ）
２．０×１．２ｍｍのサイズのチップ部品（Ｎｉ／Ｓｎめっき）と、当該サイズのチップ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよび前記チップ部品を接続する電極（１．２５ｍｍ×１．０ｍｍ）とを備えたガラスエポキシ基板を用いた以外は３．２ｍｍ×１．６ｍｍチップ部品と同じ条件にて試験基板を作成し、且つ同じ方法にて評価した。その結果を表３および表４に表す。

【0063】

（２）ＳｎめっきＳＯＮにおけるはんだ亀裂試験
６ｍｍ×５ｍｍ×０．８ｔｍｍサイズの１．３ｍｍピッチＳＯＮ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ ｐａｃｋａｇｅ）部品（端子数８ピン、製品名：ＳＴＬ６０Ｎ３ＬＬＨ５、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製）と、当該ＳＯＮ部品を実装できるパターンを有するソルダレジストおよび前記ＳＯＮ部品を接続する電極（メーカー推奨設計に準拠）とを備えたガラスエポキシ基板と、同パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスクを用意した。
前記ガラスエポキシ基板上に前記メタルマスクを用いて各ソルダペースト組成物を印刷し、それぞれに前記ＳＯＮ部品を搭載した。その後、冷熱衝撃サイクルを１，０００、２，０００、３，０００サイクル繰り返す環境下に各ガラスエポキシ基板を置く以外は上記はんだ亀裂試験（１）と同じ条件にて前記ガラスエポキシ基板に冷熱衝撃を与え、各試験基板を作製した。
次いで各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂（製品名：エポマウント（主剤および硬化剤）、リファインテック（株）製）を用いて封止した。更に湿式研磨機（製品名：ＴｅｇｒａＰｏｌ−２５、丸本ストルアス（株）製）を用いて各試験基板に実装された前記ＳＯＮ部品の中央断面が分かるような状態とし、はんだ接合部に発生した亀裂がはんだ接合部を完全に横断して破断に至っているか否かについて走査電子顕微鏡（製品名：ＴＭ−１０００、（株）日立ハイテクノロジーズ製）を用いて観察した。この観察に基づき、はんだ接合部について、はんだ母材（本明細書においてはんだ母材とは、はんだ接合部のうちＳＯＮ部品の電極の界面およびその付近以外の部分を指す。以下同じ。なお表３および表４においては単に「母材」と表記する。）に発生した亀裂と、はんだ接合部とＳＯＮ部品の電極の界面（の金属間化合物）に発生した亀裂に分けて以下のように評価した。その結果を表３および表４に表す。なお、各冷熱衝撃サイクルにおける評価ＳＯＮ数は２０個とし、ＳＯＮ１個あたりゲート電極の１端子を観察し、合計２０端子の断面を確認した。

【0064】

・はんだ母材に発生した亀裂
◎：３，０００サイクルまではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生しない
○：２，００１から３，０００サイクルの間ではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生
△：１，００１から２，０００サイクルの間ではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生
×：１，０００サイクル未満ではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生

【0065】

・はんだ接合部とＳＯＮ部品の電極の界面に発生した亀裂
◎：３，０００サイクルまで前記界面を完全に横断する亀裂が発生しない
○：２，００１から３，０００サイクルの間で前記界面を完全に横断する亀裂が発生
△：１，００１から２，０００サイクルの間で前記界面を完全に横断する亀裂が発生
×：１，０００サイクル未満で前記界面を完全に横断する亀裂が発生

【0066】

（３）はんだ亀裂試験（−４０℃から１５０℃）
車載用基板等は寒暖差の非常に激しい過酷な環境下に置かれるため、これに用いられるはんだ合金は、このような環境下においても良好な亀裂進展抑制効果を発揮することが求められる。そのため、本実施例に係るはんだ合金がこのようなより過酷な条件下においても当該効果を発揮し得るかどうかを明確にすべく、液槽式冷熱衝撃試験装置を用いて−４０℃から１５０℃の寒暖差におけるはんだ亀裂試験を行った。その条件は以下のとおりである。
先ずはんだ接合部形成後の各ガラスエポキシ基板を−４０℃（５分間）から１５０℃（５分間）の条件に設定した液槽式冷熱衝撃試験装置（製品名：ＥＴＡＣ ＷＩＮＴＥＣＨ ＬＴ８０、楠本（株）製）を用いて冷熱衝撃サイクルを１，０００、２，０００、３，０００サイクル繰り返す環境下に曝す以外は上記はんだ亀裂試験（１）と同じ条件にて、３．２×１．６ｍｍチップ部品搭載および２．０×１．２ｍｍチップ部品搭載の各試験基板を作製した。
次いで各試験基板の対象部分を切り出し、これをエポキシ樹脂（製品名：エポマウント（主剤および硬化剤）、リファインテック（株）製）を用いて封止した。更に湿式研磨機（製品名：ＴｅｇｒａＰｏｌ−２５、丸本ストルアス（株）、製）を用いて各試験基板に実装された前記チップ部品の中央断面が分かるような状態とし、形成されたはんだ接合部に発生した亀裂がはんだ接合部を完全に横断して破断に至っているか否かを走査電子顕微鏡（製品名：ＴＭ−１０００、（株）日立ハイテクノロジーズ製）を用いて観察し、以下の基準にて評価した。その結果を表３および表４に表す。なお、各冷熱衝撃サイクルにおける評価チップ数は１０個とした。
◎：３，０００サイクルまではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生しない
○：２，００１から３，０００サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
△：１，００１から２，０００サイクルの間ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生
×：１，０００サイクル未満ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生

【0067】

（４）ボイド試験
上記はんだ亀裂試験（１）と同じ条件にて、３．２×１．６ｍｍチップ部品搭載および２．０×１．２ｍｍチップ部品搭載の各試験基板を作製した。
次いで各試験基板の表面状態をＸ線透過装置（製品名：ＳＭＸ−１６０Ｅ、（株）島津製作所製）で観察し、各試験基板中４０箇所のランドにおいて、チップ部品の電極下の領域（図３の破線で囲った領域（ａ））に占めるボイドの面積率（ボイドの総面積の割合。以下同じ。）とフィレットが形成されている領域（図３の破線で囲った領域（ｂ））に占めるボイドの面積率の平均値を求め、それぞれについて以下のように評価した。その結果を表３および表４に表す。
◎：ボイドの面積率の平均値が３％以下であって、ボイド発生の抑制効果が極めて良好
○：ボイドの面積率の平均値が３％超５％以下であって、ボイド発生の抑制効果が良好
△：ボイドの面積率の平均値が５％超８％以下であって、ボイド発生の抑制効果が十分
×：ボイドの面積率の平均値が８％を超え、ボイド発生の抑制効果が不十分

【0068】

【表3】

【0069】

【表4】

【0070】

以上に示す通り、実施例に係る鉛フリーはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部を有するはんだ接合体は、寒暖の差が激しく振動が負荷されるような過酷な環境下にあっても、そのチップのサイズを問わず、また電極にＮｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきがされているといないとを問わず、はんだ接合部および前記界面付近における亀裂進展抑制効果を発揮し得る。特に液槽式冷熱衝撃試験装置を用いて寒暖の差を−４０℃から１５０℃とした非常に過酷な環境下においても、実施例のはんだ接合部は良好な亀裂抑制効果を奏することが分かる。
特にＮｉとＣｏとを併用した実施例１８から実施例３１においては、いずれの条件下にあっても良好なはんだ接合部および前記界面付近の亀裂進展抑制効果を発揮し得る。
また、例えば実施例１９や実施例２２のようにＮｉやＣｏを０．２５重量％含有させた場合であっても、フィレットにおけるボイドの発生を抑制することができる。
従って、このようなはんだ接合部を有するはんだ接合体を有する電子回路基板は車載用電子回路基板といった寒暖差が激しく且つ高い信頼性の求められる電子回路基板にも好適に用いることができる。
更にこのような電子回路基板は、より一層高い信頼性が要求される電子制御装置に好適に使用することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 基板
２ 絶縁層
３ 電極部
４ 電子部品
５ 外部電極
６ はんだ接合部
７ フラックス残渣
８ 端部
１０ はんだ接合体
１００ 電子回路基板

【図1】

【図2】

【図3】