特許 6677668 鉛フリーはんだ合金、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】6677668

(24)【登録日】2020年3月17日

(45)【発行日】2020年4月8日

(54)【発明の名称】鉛フリーはんだ合金、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 20060101AFI20200330BHJP

   C22C 13/02 20060101ALI20200330BHJP

   C22C 13/00 20060101ALI20200330BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20200330BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/26 310A

   C22C13/02

   C22C13/00

   H05K3/34 512C

【請求項の数】8

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2017-46823(P2017-46823)

(22)【出願日】2017年3月10日

(62)【分割の表示】特願2016-38976(P2016-38976)の分割

【原出願日】2016年3月1日

(65)【公開番号】特開2017-127907(P2017-127907A)

(43)【公開日】2017年7月27日

【審査請求日】2019年1月31日

(31)【優先権主張番号】特願2015-61792(P2015-61792)

(32)【優先日】2015年3月24日

(33)【優先権主張国】JP

(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】右京 強

(72)【発明者】

【氏名】清田 達也

(72)【発明者】

【氏名】新井 正也

(72)【発明者】

【氏名】松尾 奈緒子

(72)【発明者】

【氏名】勝山 司

(72)【発明者】

【氏名】服部 皓太

【審査官】 橋本 憲一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０５０２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２２８６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４９−０３８８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０６２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０２０３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１４１９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３７００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１６３１６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２５２５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１７８５５７９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／１４

Ｂ２３Ｋ ３５／２２−３５／３４

Ｂ２３Ｋ ３５／３６３

Ｂ２３Ｋ ３５／４０

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｇを２質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．９質量％以上１質量％以下と、Ｓｂを１質量％以上５質量％以下と、ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を合計で０．０５質量％以上０．１５質量％以下含み、残部がＳｎからなることを特徴とする鉛フリーはんだ合金。

【請求項2】

Ｉｎを０．５質量％以上６質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の鉛フリーはんだ合金。

【請求項3】

Ｂｉを０．５質量％以上３質量％以下含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉛フリーはんだ合金。

【請求項4】

Ｐ、Ｇａ、およびＧｅの少なくとも１種を合計で０．００１質量％以上０．０５質量％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項に記載の鉛フリーはんだ合金。

【請求項5】

Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏの少なくとも１種を合計で０．００１質量％以上０．０５質量％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項に記載の鉛フリーはんだ合金。

【請求項6】

Ｚｎを０．５質量％以上８質量％以下含有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鉛フリーはんだ合金。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有することを特徴とする電子回路基板。

【請求項8】

請求項７に記載の電子回路基板を有することを特徴とする電子制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、激しい冷熱衝撃サイクルおよび振動負荷を受ける環境下であっても、はんだ接合部の亀裂進展とはんだ接合部による電子部品の電極剥離現象を抑制することのできる鉛フリーはんだ合金、並びに当該はんだ接合部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、ソルダペースト組成物を用いたはんだ接合方法が採用されている。このソルダペースト組成物には鉛を含有するはんだ合金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。
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。このような寒暖差が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ってはんだ接合部に大きな応力が発生する。冷熱サイクルと共にはんだ接合部に繰り返し生じるこの応力は、はんだ接合部の塑性変形を何度も引き起こす。そのため、繰り返し塑性変形したはんだ接合部は非常に亀裂が生じ易くなり、また発生した亀裂の先端付近のはんだ接合部にはひずみが集中するため、亀裂は横断的にはんだ接合部の深部まで進展し易くなる。また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、亀裂およびその進展は更に発生し易い。そうして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を切断してしまう。
上述する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。

【0003】

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、前記リード部分および前記下面電極とはんだ接合部の界面付近にて、金属間化合物であるＣｕ_３Ｓｎ層が凸凹状に大きく成長する。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、特に上述する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、今後は前記のような過酷な環境下でＮｉ／Ｐｄ／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。

【0004】

Ｓｎを母材とするはんだ合金にＡｇやＢｉといった元素を添加して鉛フリーはんだ合金を高強度化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）。しかし、鉛フリーはんだ合金の高強度化だけでは一旦はんだ接合部に亀裂が生じた場合、その進展を抑制することは難しい。

【0005】

また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するというデメリットもある。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形成したはんだ接合部を寒暖差の激しい環境下に置いたところ、一定のはんだ接合部の亀裂進展抑制効果は見られたものの、はんだ接合部が電子部品の電極を剥がして短絡させるという現象が起きることを確認した。３．２ｍｍ×１．６ｍｍサイズのチップ部品を用いた場合、顕著にこのような現象が観察された。
通常、リフローによるはんだ接合工程における冷却プロセスにおいては、基板の電子回路側から電子部品の電極側へはんだ合金が凝固し、はんだ接合部が形成される。そのため、その残留応力ははんだ接合部の上部に蓄積しやすい。ここで、Ｂｉの添加により延伸性が低下した鉛フリーはんだ合金はこの残留応力を緩和することが難しく、特に寒暖差の激しい環境下においては、はんだ接合部の電子部品電極近傍にて深部にまでに達する亀裂が生じ易くなる。その結果、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ものと推測される。
この現象は、延伸性が良好なＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金では確認されておらず、従ってＢｉを鉛フリーはんだ合金に添加したことによって生じた弊害であると捉えられる。即ち、鉛フリーはんだ合金の高強度化のみでは電子部品の電極剥離現象の抑制は難しいものと考えられる。

【0006】

またＮｉ／Ｐｄ／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、前記リード部分および前記下面電極とはんだ接合部の界面付近にて、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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【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

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は前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の抑制とはんだ接合部による電子部品の電極剥離現象の抑制を両立でき、またＮｉ／Ｐｄ／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電子部品とはんだ接合部の界面付近における亀裂進展を抑制することのできる鉛フリーはんだ合金、並びに当該はんだ接合部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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを２質量％以上３．８質量％以下と、Ｃｕを０．９質量％以上１質量％以下と、Ｓｂを１質量％以上５質量％以下と、ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を合計で０．０５質量％以上０．１５質量％以下含み、残部がＳｎからなることをその特徴とする。

【0010】

（２）上記（１）に記載の構成にあって、本発明の鉛フリーはんだ合金は、更にＩｎを０．５質量％以上６質量％以下含有することをその特徴とする。

【0011】

（３）上記（１）または（２）に記載の構成にあって、本発明の鉛フリーはんだ合金は、更にＢｉを０．５質量％以上３質量％以下含有することをその特徴とする。

【0012】

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の構成にあって、本発明の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質量％以上０．０５質量％以下含むことをその特徴とする。

【0013】

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の構成にあって、本発明の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質量％以上０．０５質量％以下含むことをその特徴とする。

【0014】

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の構成にあって、本発明の鉛フリーはんだ合金は、更にＺｎを０．５質量％以上８質量％以下含有することをその特徴とする。

【0015】

（７）本発明の電子回路基板は、上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の鉛フリーはんだ合金を用いて形成されるはんだ接合部を有することをその特徴とする。

【0016】

（８）本発明の電子制御装置は、上記（７）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】

【0017】

本発明の鉛フリーはんだ合金、並びに当該はんだ接合部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の抑制とはんだ接合部による電子部品の電極剥離現象の抑制を両立でき、またＮｉ／Ｐｄ／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電子部品とはんだ接合部の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】

【0018】

【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】本発明の比較例において、電子部品の電極剥離現象が生じたチップレジスタの断面写真。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の鉛フリーはんだ合金、並びに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。

【0020】

（１）鉛フリーはんだ合金
本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを１重量％以上４重量％以下と、Ｃｕを０．５重量％以上１重量％以下と、Ｓｂを１重量％以上５重量％以下と、ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を合計で０．０５重量％以上０．２５重量％以下含み、実質的に残部がＳｎからなる。

【0021】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、１重量％以上４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の含有量が４重量％を超えると、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３．８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。

【0022】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、０．５重量％以上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、本実施形態におけるＣｕの特に好ましい含有量は、０．５重量％若しくは０．９重量％から１重量％である。
但し、Ｃｕの含有量が０．５重量％未満では十分なＣｕ食われ防止効果が得られず、１重量％を超えるとＣｕ_６Ｓｎ_５化合物が接合界面近傍に集中して析出するようになり、接合信頼性が低下すると共に、鉛フリーはんだ合金の延伸性が阻害されるので好ましくない。
また特にＣｕの含有量が０．５重量％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。
さらにＣｕの含有量が０．９重量％から１重量％の場合、Ｃｕランドに対するＣｕ食われ防止効果を十分に発揮することができると共に、Ｃｕランドから溶融した鉛フリーはんだ合金へのＣｕの拡散を防止することで電子部品側でのＣｕ_６Ｓｎ_５化合物の粗大化が抑制され、はんだ接合部の耐熱衝撃性を向上させることができる。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、鉛フリーはんだ合金にＣｕを含有させる場合、その量が多いと上述の通り接合界面近傍にＣｕ_６Ｓｎ_５化合物が析出し易くなり、接合信頼性や鉛フリーはんだ合金の延伸性を阻害する虞がある。しかし本実施形態に係る鉛フリー合金の構成であれば、Ｃｕの含有量を０．９重量％から１重量％としても当該Ｃｕ_６Ｓｎ_５化合物の粗大化を抑制すると共にその良好な延伸性を保つことができ、接合信頼性の低下を抑制することができる。

【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にもはんだ接合部の亀裂抑制および電子部品の電極剥離現象を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、ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を合計で０．０５重量％以上０．２５重量％以下含有させることができる。この範囲でＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を添加することで、本実施形態の鉛フリーはんだを用いてＮｉ／Ｐｄ／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および／またはＣｏがはんだ接合時に電子部品とはんだ接合部の界面付近に移動して微細な（Ｃｕ，Ｎｉ）_６Ｓｎ_５および／または（Ｃｕ，Ｃｏ）_６Ｓｎ_５を形成するため、その界面付近おけるＣｕ_３Ｓｎ層の成長が抑制される。これにより、前記界面付近の亀裂進展抑制効果が向上する。
但し、ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方の含有量が０．０５重量％未満であると、前記界面付近のＮｉおよび／またはＣｏの量が少なくなり、金属間化合物の改質効果が不十分となるため、十分な亀裂抑制効果は得られ難い。またＮｉおよびＣｏの少なくとも一方の含有量が０．２５重量％を超えると、鉛フリーはんだ合金が酸化し易くなり、その濡れ性が阻害されるので好ましくない。
ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方の好ましい含有量は０．０５重量％以上０．２５重量％以下であり、より好ましい含有量は０．０５重量％以上０．１５重量％以下である。
なお、本実施形態に係る鉛フリーはんだ合金は、ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を０．０５重量％以上含有させれば、これらが電子部品とはんだ接合部の界面に微細な（Ｃｕ，Ｎｉ）_６Ｓｎ_５または（Ｃｕ，Ｃｏ）_６Ｓｎ_５（両方含有させた場合はその双方）を形成するため、前記亀裂進展抑制効果の向上を実現することができる。
また本実施形態に係る鉛フリーはんだ合金にＮｉおよびＣｏの両方を含有させる場合、Ｃｏの含有量に対するＮｉの含有量の質量比（Ｎｉ／Ｃｏ）は、０．２５重量％以上４重量％以下であることが好ましい。
更には、本実施形態に係る鉛フリーはんだ合金にＮｉまたはＣｏのいずれかを含有させる場合、それぞれの好ましい含有量は０．０５重量％から０．２５重量％であり、より好ましいその含有量は０．０５重量％から０．１５重量％である。

【0029】

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。

【0030】

更に本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、３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３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、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が電子部品の電極剥離現象を起こし易くなるため好ましくない。

【0031】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、８重量％以下のＺｎを含有させることができる。この範囲内でＺｎを添加することにより、鉛フリーはんだ合金を用いて形成したはんだ接合部の耐クリープ性および亀裂進展抑制効果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、Ｚｎの添加により、はんだ接合部／Ｃｕ_５５Ｚｎ_８／Ｃｕ_６Ｓｎ_５／Ｃｕの界面構造を形成し、寒暖の差が激しい過酷な環境下に長時間曝された際の、はんだ接合部の金属間化合物の成長を抑制することができる。但し、Ｚｎの含有量が８重量％を超えると鉛フリーはんだ合金が酸化し易くなり、その濡れ性が阻害されるので好ましくない。
なお、Ｚｎのより好ましい含有量は、５重量％以下であり、より好ましい含有量は３重量％以下である。

【0032】

また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。

【0033】

更に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。

【0034】

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。

【0035】

また本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、実質的にその残部はＳｎからなることが好ましい。

【0036】

（２）ソルダペースト組成物
本実施形態の電子回路基板および電子制御装置に用いるソルダペースト組成物は、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。

【0037】

このようなフラックスとしては、例えば合成樹脂と、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。

【0038】

前記合成樹脂としては、例えばアクリル酸、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、カルボキシル基を有するロジン系樹脂とダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合してなる誘導体化合物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびロジン系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。

【0039】

前記アクリル樹脂の中でも、特にメタクリル酸と炭素鎖が直鎖状である炭素数２から２０の飽和アルキル基を２つ有するモノマーを含むモノマー類とを重合して得られるアクリル樹脂が好ましく用いられる。

【0040】

また前記カルボキシル基を有するロジン系樹脂とダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合してなる誘導体化合物（以下、「ロジン誘導体化合物」という。）に使用するカルボキシル基を有するロジン系樹脂としては、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；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等が挙げられ、これら以外にもカルボキシル基を有するロジンであれば使用することができる。また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。

【0041】

次に前記ダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物としては、例えばダイマージオール、ポリエステルポリオール、ポリエステルダイマージオールのようなダイマー酸から誘導される化合物であって、その末端にアルコール基を有するもの等が挙げられ、例えばＰＲＩＰＯＬ２０３３、ＰＲＩＰＬＡＳＴ３１９７、ＰＲＩＰＬＡＳＴ１８３８（以上、クローダジャパン（株）製）等を用いることができる。

【0042】

前記ロジン誘導体化合物は、前記カルボキシル基を有するロジン系樹脂と前記ダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合することにより得られる。この脱水縮合の方法としては一般的に用いられる方法を使用することができる。また、前記カルボキシル基を有するロジン系樹脂と前記ダイマー酸誘導体柔軟性アルコール化合物とを脱水縮合する際の好ましい重量比率は、それぞれ２５：７５から７５：２５である。

【0043】

前記合成樹脂の酸価は１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上１５０ｍｇＫＯＨ／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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

前記フラックスには、その他の樹脂、並びにハロゲン、つや消し剤および消泡剤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。

【0049】

なお、前記フラックスにより形成されるフラックス残渣は、これに−４０℃／３０分から１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２０００サイクル与えた後の接着力を０．２Ｎ／ｍｍ^２以上に保つことができるものが好ましい。このようなフラックス残渣を形成することのできるフラックスを用いることにより、フラックス残渣が基板とはんだ接合部と電子部品とを強固に接着させ自身が硬化収縮するため、寒暖の差が激しい環境下においてはんだ接合部に亀裂が発生したとしても、発生した亀裂の先端付近に集中するひずみを分散するためその亀裂面の開口を防止することができ、亀裂の進展を抑制することができる。

【0050】

なお、本明細書において、前記フラックス残渣の接着力は、以下の測定方法にて測定される。
フラックスまたはこれを用いたソルダペースト組成物を用いて基板上にチップ部品を表面実装し、当該基板上にフラックス残渣を形成する。当該フラックス残渣は前記基板、前記チップ部品および前記はんだ接合部とに囲まれる空間に介在し、これらに接着するように形成される。
その後、冷熱衝撃試験装置等を用いて前記基板に−４０℃／３０分から１２５℃／３０分を１サイクルとする冷熱衝撃試験を２０００サイクル与える。

【0051】

そして当該冷熱衝撃試験後の基板上にあるフラックス残渣について、オートグラフ等を用いてその接着力を測定する。測定の条件はＪＩＳ規定Ｃ６００６８−２−２１に準拠する。測定に用いるジグは端面が平坦で部品寸法と同等以上の幅を持つせん断ジグとする。測定にあたっては、当該せん断ジグを前記冷熱衝撃試験後のチップ部品側面に突き当てて所定のせん断速度にて前記基板に平行な力を加えてその最大試験力を求め、この値を前記チップ部品の面積で除してフラックス残渣の接着力を算出する。この時、せん断高さは部品高さの１／４以下とし、せん断速度は５ｍｍ／分とする。

【0052】

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８９：１１から９２：８である。

【0053】

（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。またフラックス残渣７は、絶縁層２、はんだ接合部６および電子部品４とに囲まれた空間を充填し、これらに接着するように形成される。更にこれとは別に、フラックス残渣７は絶縁層２、はんだ接合部６、電子部品４の端部８を覆うようにも形成される。

【0054】

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が亀裂進展抑制および電極剥離現象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と共に、電子部品４の電極剥離現象をも抑制することができる。
また本実施形態の電子回路基板１００は、フラックス残渣７が絶縁層２、はんだ接合部６および電子部品４とをより強固に接着しており、このような構成により、上記亀裂進展および電極剥離現象の抑制効果を更に向上させることができる。

【0055】

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２２０℃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。

【0056】

またこのような電子回路基板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】

【0057】

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。

【0058】

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％
エイコサ二酸 ５重量％
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 ３４重量％

【0059】

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５に記載の各鉛フリーはんだ合金の粉末（粉末粒径２０μｍから３６μｍ）８９．０重量％とを混合し、実施例３から６および７５、参考例１、２、７から７４および７６から８０（表１から表３）、および比較例１から３４（表４から表５）に係る各ソルダペースト組成物を作製した。

【0060】

【表1】

【0061】

【表2】

【0062】

【表3】

【0063】

【表4】

【0064】

【表5】

【0065】

（１）はんだ亀裂試験
３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品と、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２℃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。
そして、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６から表１０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２０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

【0066】

（２）電極剥離試験
冷熱衝撃サイクルを１，０００、１，５００、２，０００、２，５００、３，０００、３，５００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はんだ亀裂試験と同じ条件にて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、図２に表すような、はんだ接合部が前記チップ部品の電極を剥離してしまうような現象が発生し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、以下のように評価した。なお、各冷熱衝撃サイクルにおける評価チップ数は２０個とした。その結果を表６から表１０に表す。
◎：３，５００サイクルまでチップ部品の電極剥離現象発生せず
○：３，００１から３，５００サイクルの間でチップ部品の電極剥離現象発生
△：２，００１から３，０００サイクルの間でチップ部品の電極剥離現象発生
×：２，０００サイクル未満でチップ部品の電極剥離現象発生

【0067】

（３）ＳｎめっきＱＦＰにおけるはんだ亀裂試験
２６ｍｍ×２６ｍｍ×１．６ｍｍｔサイズの０．５ｍｍピッチＱＦＰ部品（リード数１７６ピン、製品名：Ｒ５Ｆ５６３０ＡＤＤＦＣ、ルネサスエレクトロニクス（株）製）と、当該ＱＦＰ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ＱＦＰ部品を接続する電極（０．２５ｍｍ×１．３ｍｍの電極が１７６個）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ＱＦＰ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はんだ亀裂試験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ＱＦＰ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、はんだ母材に発生した亀裂と、はんだ接合部とＱＦＰ部品のリードとの界面（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６から表１０に表す。なお、各冷熱衝撃サイクルにおける評価ＱＦＰ数は２０個とし、ＱＦＰ１個あたり４角の８リードを観察し、合計１６０リードの断面を確認した。
・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
・はんだ接合部とＱＦＰ部品のリードと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

【0068】

（４）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いる以外はＳｎめっきＱＦＰにおけるはんだ亀裂試験と同じ条件にて各試験基板を作製し、および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、はんだ母材に発生した亀裂と、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６から表１０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。
・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
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

【0069】

（５）液相線測定
実施例および比較例に係る各鉛フリーはんだ合金について、示差走査熱量測定装置（製品名：ＥＸＳＴＡＲ ＤＳＣ６２００、セイコーインスツル（株））を用いて液相線温度を測定した。なお、測定条件は、昇温速度を常温から１５０℃までは１０℃／ｍｉｎ、１５０℃から２５０℃までは２℃／ｍｉｎとし、そのサンプル量を１０ｍｇとした。その結果を表６から表１０に表す

【0070】

（６）ボイド試験
はんだ亀裂試験と同様の条件にてチップ部品を各ガラスエポキシ基板上に搭載した各試験基板を作製した。そして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、はんだ接合部が形成されている領域に占めるボイドの総面積の割合（ボイドの面積率）を測定した。ボイドの発生状況は各試験基板中４０箇所のランドにおけるボイドの面積率の平均値を求めて、以下のように評価した。その結果を表６から表１０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１０％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１０％超１５％以下であって、ボイド発生の抑制効果が不十分

【0071】

（８）銅食われ試験
銅配線の厚さが３５μｍのＦＲ４基板を適宣な大きさに裁断した。そしてその銅配線面にプリフラックスを塗布した後、６０秒間予備加熱して試験用基板の温度を約１２０℃にした。次いで、実施例および比較例に係る各鉛フリーはんだ合金を溶融させた噴流はんだ槽を準備し、各試験用基板をこの噴流はんだ槽の噴流口から２ｍｍ上部に置いて、墳流している溶融はんだ中に３秒間浸漬させた。この浸漬工程を繰り返し行い、各試験用基板の銅配線のサイズが半減するまでの浸漬回数を測定し、以下のように評価した。その結果を表６から表１０に表す。
○：４回以上の浸漬でも銅配線のサイズが半減しない。
×：３回以下の浸漬で銅配線のサイズが半減した。

【0072】

【表6】

【0073】

【表7】

【0074】

【表8】

【0075】

【表9】

【0076】

【表10】

【0077】

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、且つ、Ｓｎめっきの電子部品を用いた場合であっても、その亀裂進展の抑制とはんだ接合部による電子部品の電極剥離現象を抑制することができる。なお、Ｂｉを３．０重量％以下配合した場合であっても、延伸性を阻害することなく、亀裂進展と電極剥離現象の抑制効果を発揮し得る。
また特にＩｎを配合した鉛フリーはんだ合金にあっては、亀裂進展抑制および電極剥離現象抑制効果を阻害することなく、その液相線を低下することができる。
従って、このようなはんだ接合部を有する電子回路基板は車載用電子回路基板といった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】

【0078】

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】