特許 6719443 鉛フリーはんだ合金、電子回路実装基板及び電子制御装置

(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】6719443

(24)【登録日】2020年6月18日

(45)【発行日】2020年7月8日

(54)【発明の名称】鉛フリーはんだ合金、電子回路実装基板及び電子制御装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/26 20060101AFI20200629BHJP

   C22C 13/00 20060101ALI20200629BHJP

   C22C 13/02 20060101ALI20200629BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20200629BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20200629BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/26 310A

   C22C13/00

   C22C13/02

   H05K3/34 512C

   H05K3/34 505B

   B23K1/00 330E

【請求項の数】8

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-238173(P2017-238173)

(22)【出願日】2017年12月12日

(65)【公開番号】特開2019-104029(P2019-104029A)

(43)【公開日】2019年6月27日

【審査請求日】2018年11月8日

(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】中野 健

(72)【発明者】

【氏名】新井 正也

(72)【発明者】

【氏名】勝山 司

(72)【発明者】

【氏名】嶋崎 貴則

(72)【発明者】

【氏名】宗川 裕里加

【審査官】 橋本 憲一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０２８３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／００３００６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１７９４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００１５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１０５８１３２（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

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｃ２２Ｃ １３／００−１３／０２

Ｈ０５Ｋ ３／３４

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｇを２質量％以上４質量％以下と、Ｃｕを０．１質量％以上１質量％以下と、Ｓｂを３質量％以上５質量％以下と、Ｂｉを０．１質量％以上０．７質量％以下と、Ｎｉを０．０１質量％以上０．０３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】

更にＣｏを０．００１質量％以上０．２５質量％以下含む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】

Ｓｂの含有量は３．５質量％以上５質量％以下であ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】

ＤＳＣ測定結果に基づき縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線において、
ヒートフローが−０．５未満となる温度（Ｔ１）と当該温度（Ｔ１）におけるヒートフロー（Ｈ１）と、
ヒートフローがピークを示す温度（Ｔ２）と当該温度（Ｔ２）におけるヒートフロー（Ｈ２）とが下記式（Ａ）を満たす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。
｜Ｔ１−Ｔ２｜／｜Ｈ１−Ｈ２｜ ≦ １．０５ …（Ａ）
（上記式（Ａ）において、｜Ｔ１−Ｔ２｜及び｜Ｈ１−Ｈ２｜の値はいずれも絶対値である。）

【請求項5】

更にＰ、Ｇａ及び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】

更にＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ及び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実装基板。

【請求項8】

請求項７に記載の電子回路実装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、鉛フリーはんだ合金、並びに当該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電子回路実装基板及び電子制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プリント配線板やモジュール基板といった電子回路基板に形成される導体パターンに電子部品を接合する方法として、はんだ合金を用いたはんだ接合方法がある。以前はこのはんだ合金には鉛が使用されていた。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。しかし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実装基板であっても、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実装基板のように、エンジンコンパートメントへの配置、エンジンへの直載、モーターとの機電一体化されたものへの配置の検討及び実用化がなされている。これらは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にある。このような寒暖差の非常に激しい環境下では、電子回路実装基板において、実装された電子部品と基板（本明細書において単に「基板」という場合は、導体パターン形成前の板、導体パターンが形成され電子部品と電気的接続が可能な板、及び電子部品が搭載された電子回路実装基板のうち電子部品を含まない板部分のいずれかであり、場合に応じて適宜いずれかを指し、この場合は「電子部品が搭載された電子回路実装基板のうち電子部品を含まない板部分」を指す。）との線膨張係数の差によるはんだ接合部の熱変位とこれに伴う応力が発生し易い。そしてこの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い。
更に、時間の経過と共にはんだ接合部に繰り返し与えられる応力は、発生した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導体パターン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実装基板に振動が負荷される環境下にあっては、上記亀裂及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実装基板及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電子部品は、表面実装法により実装されるものが多い。しかし、例えばコネクタのように熱の影響により変形する部分（コネクタの場合、インシュレータ部）を有する電子部品の場合、この熱変形により電子部品自体に反り等が生じるため、表面実装法では電子部品の端子と電極（ランド）とがはんだ接合されない虞がある。
そのためこのような電子部品の場合、基板にスルーホールを設け、当該スルーホールに電子部品の端子を挿入し、フローまたはリフロー工法によりはんだ付けを行う実装方法（スルーホール実装法）が用いられる。前記スルーホールに挿入された電子部品の端子とランドとは、基板上に形成されたはんだ接合部（フィレット）を介して電気的接続されるが、はんだ合金の組成によってはランドと前記フィレットとの間に間隙が生じる現象（リフトオフ現象）が生じる虞がある。そしてこの間隙の発生は、電子部品と基板上に形成された導体パターンとの電気的接続の切断の原因となり得る。

【0005】

従って、特に表面実装される電子部品とスルーホール実装される電子部品とが混載される車載用電子回路実装基板においては、寒暖差が非常に大きく振動が負荷される過酷な環境下においても十分な亀裂進展抑制効果を発揮しつつ、更に上述のリフトオフ現象発生を抑制し得るはんだ合金への要望が今後ますます大きくなると予想される。

【0006】

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】

【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

【0008】

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抑制の一定の向上は見込まれる。

【0009】

しかし、上述したスルーホール実装法による電子部品の実装においては、フロー、リフロー後の冷却工程時において、フロー、リフローにより基板内部に浸透した熱は、熱伝導率の高い方、即ちスルーホール内部に設けられたＣｕを介して基板上のランド（Ｃｕ）に伝導する。一方、基板上に設けられたフィレットは冷却により表面から凝固していくものの、上述の熱伝導が起こったランドとの界面にあるフィレットは凝固し難くなる。
このように、ランドとの界面付近のフィレットが凝固し難い状態で、フィレットの表面付近及びスルーホール内部からの凝固収縮と基板の熱収縮を起因とした収縮力（基板に垂直に働く）が生じると、フィレット表面がランドから剥離し易くなり、両者の間に間隙が発生する虞がある。

【0010】

この現象は、特にフィレットを形成するはんだ合金にＢｉが添加されている場合に生じ易い。フロー、リフロー後の冷却工程時、Ｂｉはフィレット内部のうち凝固し難い部分、即ちランドとの界面付近に集まり易く、この付近においてＢｉの濃度が高くなる。Ｂｉは低融点の合金元素であるため、Ｂｉの濃度の高い前記界面付近においては、より一層フィレットは凝固し難くなる。そのため、上述した基板に垂直に働く収縮力が生じると、ランドからのフィレットの表面剥離は一層発生し易くなる。

【0011】

このように、Ｂｉの添加による高強度化のみでは車載用電子回路実装基板の信頼性の向上が困難となる場合があるものの、前記特許文献１から特許文献７には、これらの現象及びその抑制については開示も示唆もない。

【0012】

また近年、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や下面電極において、Ｎｉ／Ｐｄ／ＡｕめっきやＮｉ／Ａｕめっきではなく、Ｓｎめっきされるものが増えてきている。
はんだ接合時において、Ｓｎめっきされた電子部品は、Ｓｎめっき及びはんだ接合部に含まれるＳｎと、前記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。そしてこの相互拡散は、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、「界面領域」という。）における金属間化合物（Ｃｕ_３Ｓｎ層）の凸凹状の成長を生じさせ易い。当該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層は更に脆くなるため、寒暖の差の激しい環境下においては、凸凹状のＣｕ_３Ｓｎ層を起因とした亀裂進展及びこれによる電気短絡が非常に生じ易いという問題もある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は上記課題、具体的には以下の課題を解決できる鉛フリーはんだ合金、並びに当該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電子回路実装基板及び電子制御装置の提供を目的とする。
・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る。
・鉛フリーはんだ合金にＢｉを添加し強度を向上させつつスルーホール実装におけるリフトオフ現象の発生をも抑制できる。
・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も、電子部品のリード部分や下面電極とはんだ接合部との界面付近における亀裂進展を抑制することができる。

【課題を解決するための手段】

【0014】

（１）本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ａｇを１質量％以上４質量％以下と、Ｃｕを０．１質量％以上１質量％以下と、Ｓｂを３質量％以上５質量％以下と、Ｂｉを０．１質量％以上０．７質量％以下と、Ｎｉを０．０１質量％以上０．２５質量％以下含み、残部がＳｎからことをその特徴とする。

【0015】

（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Ｃｏを０．００１質量％以上０．２５質量％以下含むことをその特徴とする。

【0016】

（３）上記（１）または（２）に記載の構成にあって、Ｓｂの含有量は３．５質量％以上５質量％以下であ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。

【0017】

（４）上記（１）から（３）のいずれか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、ＤＳＣ測定結果に基づき縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線において、ヒートフローが−０．５未満となる温度（Ｔ１）と当該温度（Ｔ１）におけるヒートフロー（Ｈ１）と、ヒートフローがピークを示す温度（Ｔ２）と当該温度（Ｔ２）におけるヒートフロー（Ｈ２）とが下記式（Ａ）を満たすことをその特徴とする。
｜Ｔ１−Ｔ２｜／｜Ｈ１−Ｈ２｜ ≦ １．０５ …（Ａ）
（上記式（Ａ）において、｜Ｔ１−Ｔ２｜及び｜Ｈ１−Ｈ２｜の値はいずれも絶対値である。）

【0018】

（５）上記（１）から（４）のいずれか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Ｐ、Ｇａ及び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。

【0019】

（６）上記（１）から（５）のいずれか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Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ及び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。

【0020】

（７）本発明の電子回路実装基板は、上記（１）から（６）のいずれか１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。

【0021】

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

【発明の効果】

【0022】

本発明の鉛フリーはんだ合金、並びに当該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電子回路実装基板及び電子制御装置は、以下の効果を有する。
・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る。
・鉛フリーはんだ合金にＢｉを添加し強度を向上させつつスルーホール実装におけるリフトオフ現象の発生をも抑制できる。
・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も、電子部品のリード部分や下面電極とはんだ接合部と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】

【0023】

【図1】実施例１に係る鉛フリーはんだ合金のＤＳＣ測定結果に基づき縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線。

【図2】実施例２に係る鉛フリーはんだ合金のＤＳＣ測定結果に基づき縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線。

【図3】比較例２に係る鉛フリーはんだ合金のＤＳＣ測定結果に基づき縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線。

【図4】比較例３に係る鉛フリーはんだ合金のＤＳＣ測定結果に基づき縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線。

【図5】比較例４に係る鉛フリーはんだ合金のＤＳＣ測定結果に基づき縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線。

【図6】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7】本発明の実施例及び比較例においてボイド発生の有無を観察する「チップ部品の電極下の領域」及び「フィレットが形成されている領域」を示すために一般的なチップ部品実装基板を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】

【0024】

以下、本発明の鉛フリーはんだ合金、並びに電子回路実装基板及び電子制御装置の一実施形態を詳述する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0025】

（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には、１質量％以上４質量％以下のＡｇを含有させることができる。この範囲内で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と共に、鉛フリーはんだ合金の延伸性とのバランスを図ることができる。
但し、Ａｇの含有量が１質量％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及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質量％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の耐熱疲労特性が低下する虞があるので好ましくない。
またＡｇの含有量を２質量％以上３．８質量％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質量％以上３．８質量％以下である。

【0026】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、０．１質量％以上１質量％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、Ｓｎ粒界中にＣｕ_６Ｓｎ_５化合物が析出するため、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。
またＣｕの含有量を０．１質量％以上０．７質量％以下とすると、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より抑制し、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。更にはこの場合、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質量％を超えると、はんだ接合部と電子部品との界面近傍及びはんだ接合部と基板のランドとの界面近傍に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。

【0027】

ここで、一般的にＳｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する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粒子同士の界面に金属間化合物（例えばＡｇ_３Ｓｎ、Ｃｕ_６Ｓｎ_５等）が分散し、はんだ接合部に引っ張り力が加えられた場合であってもＳｎ粒子同士が滑って変形するといった現象を防止し得る構造体となり、これにより所謂機械的特性を発現し得る。即ち、上記金属間化合物がＳｎ粒子の滑り止め的な役割を果たす。
従って本実施形態の鉛フリーはんだ合金の場合、ＡｇとＣｕの含有量のバランスをＡｇを１質量％以上４質量％以下、Ｃｕを０．１質量％以上１質量％以下とし、Ａｇの含有量をＣｕの含有量よりも同量以上とすることで、上記金属間化合物としてＡｇ_３Ｓｎが形成され易くなり、Ｃｕの含有量が比較的少なくとも良好な機械的特性を発現し得る。つまり、Ｃｕの含有量が１質量％以下であったとしても、その一部が金属間化合物になりつつもＡｇ_３Ｓｎの滑り止め効果に寄与することから、Ａｇ_３ＳｎとＣｕの両方において良好な機械的特性を発揮し得ると考えられる。

【0028】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、３質量％以上５質量％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。Ｓｂの含有量を３質量％以上４．５質量％以下、更に好ましくは３．５質量％以上４質量％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。

【0029】

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、十分な靱性及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。更にこの場合、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。

【0030】

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。

【0031】

なおＳｂの含有量が３質量％未満の場合、Ｓｎ結晶格子の一部においてはＳｂ置換により結晶中の転移に必要なエネルギーが増大しその金属組織を固溶強化することができるものの、ＳｎＳｂ、ε−Ａｇ_３（Ｓｎ，Ｓｂ）等の微細な化合物はＳｎ粒界に十分に析出し得ない。そのためこのような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過酷な環境下に長時間曝すとＳｎ結晶が肥大化して亀裂が進展しやすい構造体に変化してしまうため、はんだ接合部に十分な耐熱疲労特性を確保することは難しい。
またＳｂの含有量が５質量％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、このような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。そのためこの場合、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。

【0032】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、０．１質量％以上０．７質量％以下のＢｉを含有させることができる。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強度を向上させつつ、リフトオフ現象発生を抑制することができる。またＢｉの含有量を０．４質量％以上０．７質量％以下とすると、リフトオフ現象発生を抑制しつつ、鉛フリーはんだ合金の強度をより一層向上させることができる。
Ｂｉの含有量が０．１質量％未満の場合、フィレットとランドの界面強度の向上は十分ではなく、またＢｉの含有量が０．７質量％を越えると、フィレットとランドの界面においてリフトオフ現象が発生する虞があるため、好ましくない。

【0033】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、０．０１質量％以上０．２５質量％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基板にはんだ接合する場合であっても、はんだ接合時にＮｉが前記界面領域に移動して微細な（Ｃｕ，Ｎｉ）_６Ｓｎ_５を形成するため、その界面領域におけるＣｕ_３Ｓｎ層の成長を抑制することができ、前記界面領域の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。

【0034】

但し、Ｎｉの含有量が０．０１質量％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、前記界面領域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質量％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。この場合、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℃から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こととなり、ボイドを起因とした亀裂が発生し易くなる。
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質量％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。

【0035】

またＮｉの含有量を０．０１質量％以上０．１５質量％以下とすると良好な前記界面領域の亀裂進展抑制効果及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。

【0036】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、Ｎｉに加え０．００１質量％以上０．２５質量％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。そのためこの場合、はんだ接合部のクリープ変形の抑制及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領域に移動して微細な（Ｃｕ，Ｃｏ）_６Ｓｎ_５を形成する。そのためこの場合、前記界面領域におけるＣｕ_３Ｓｎ層の成長を抑制することができ、前記界面領域の亀裂進展抑制効果を向上させることができる。

【0037】

但し、Ｃｏの含有量が０．００１質量％未満であると、Ｃｏ添加による前記金属間化合物の改質効果が得られ難く、またＣｏの含有量が０．２５質量％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。この場合、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、本来は合金のあるべき部分が空洞になっていることとなるため、特に−４０℃から１４０℃、−４０℃から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こととなり、ボイドを起因とした亀裂が発生し易くなる。
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質量％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。

【0038】

またＣｏの含有量を０．００１質量％以上０．１５質量％以下とすると良好な亀裂進展抑制効果及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。

【0039】

また本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、Ｐ、Ｇａ及びＧｅの少なくとも１種を０．００１質量％以上０．０５質量％以下含有させることができる。この合計量の範囲内でＰ、Ｇａ及び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、これらの合計量が０．０５質量％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。

【0040】

更に本実施形態の鉛フリーはんだ合金には、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏの少なくとも１種を０．００１質量％以上０．０５質量％以下含有させることができる。この合計量の範囲内でＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ及び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、これらの合計量が０．０５質量％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。

【0041】

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Ｉｎ、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。

【0042】

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、８８．７質量％以上９５．７９質量％以下である。

【0043】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ及びＮｉの含有量のバランスを上述の通りとすることにより、Ｂｉを添加し、強度を向上させつつ、スルーホール実装法におけるリフトオフ現象の発生をも抑制することができる。
また当該リフトオフ現象の発生を抑制することにより、リフロー工程後のディップ工程を省略することができるため、工程数削減によるコスト削減も期待できる。

【0044】

更には、本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、ＤＳＣ測定結果に基づき縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線において、ヒートフローが−０．５未満となる温度（Ｔ１）と当該温度（Ｔ１）におけるヒートフロー（Ｈ１）と、ヒートフローがピークを示す温度（Ｔ２）と当該温度（Ｔ２）におけるヒートフロー（Ｈ２）とが下記式（Ａ）を満たすことが好ましい。
｜Ｔ１−Ｔ２｜／｜Ｈ１−Ｈ２｜≦ １．０５ … （Ａ）
なお、上記式（Ａ）において、｜Ｔ１−Ｔ２｜及び｜Ｈ１−Ｈ２｜の値はいずれも絶対値である。

【0045】

なお、前記「ヒートフローが−０．５未満となる温度（Ｔ１）」とは、ＤＳＣ測定結果において、ヒートフローが最初に−０．５未満を示した温度を言う。

【0046】

なお、本実施形態において、Ｔ１及びＴ２については小数点３位以下切り捨て、Ｈ１及びＨ２については小数点５位以下切り捨て、｜Ｔ１−Ｔ２｜／｜Ｈ１−Ｈ２｜については小数点３位以下切り捨てにて算出した。なおこの場合において、｜Ｔ１−Ｔ２｜及び｜Ｈ１−Ｈ２｜の値はいずれも絶対値である。

【0047】

本実施形態において、上記ＤＳＣ測定における測定条件は以下の通りである。
・測定装置：示差走査熱量計（製品名：ＤＳＣ Ｑ２０００、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）
・測定冶具：アルミニウムパン（製品名：Ｔ−ＺＥＲＯパン、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）、アルミニウムリッド（製品名：Ｔ−ＺＥＲＯリッド、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）
・測定条件：昇温速度２℃／ｍｉｎ
・窒素流量：５０ｍＬ／ｍｉｎ
・サンプル量：１０ｍｇ

【0048】

本実施形態の鉛フリーはんだ合金のうち、温度（Ｔ１）、温度（Ｔ２）、ヒートフロー（Ｈ１）及びヒートフロー（Ｈ２）が上記式（Ａ）を満たす鉛フリーはんだ合金は、これを用いたスルーホール実装によりはんだ接合を行った際、Ｂｉの添加により形成されるフィレットの耐亀裂進展効果を発揮しつつ、はんだ凝固時に当該フィレットのランドとの界面付近に発生する低融点合金相の形成が少ないため、スルーホール実装においてリフトオフ現象の発生をより一層抑制することができる。
なお、｜Ｔ１−Ｔ２｜／｜Ｈ１−Ｈ２｜は１．００以下となることがより好ましい。またこの場合においても、｜Ｔ１−Ｔ２｜及び｜Ｈ１−Ｈ２｜の値はいずれも絶対値である。

【0049】

本実施形態のはんだ接合部の形成は、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、はんだ接合部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。

【0050】

（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本実施形態の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。

【0051】

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。

【0052】

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、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。

【0053】

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い。また前記樹脂の配合量はフラックス全量に対して１０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。

【0054】

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質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。

【0055】

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、有機アミン塩等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、マロン酸、ドデカン二酸等が挙げられる。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質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。

【0056】

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質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。

【0057】

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防止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質量％以上５質量％程度以下であることが好ましい。

【0058】

前記フラックスには、ハロゲン、つや消し剤、消泡剤及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質量％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質量％以下である。

【0059】

前記鉛フリーはんだ合金の合金粉末とフラックスとの配合比率は、合金粉末：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。

【0060】

なお当該合金粉末の粒子径は１μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上３５μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以上３０μｍ以下であることが特に好ましい。

【0061】

（３）はんだ接合部
本実施形態のソルダペースト組成物を用いて形成されるはんだ接合部としては、例えば以下の方法により形成される。
・表面実装法
基板上の予め定められた所定の位置に所定のパターンの電極及び絶縁層を形成し、このパターンに合わせて前記ソルダペースト組成物を印刷する。そして当該基板上の所定の位置に電子部品を搭載し、これを例えば２３０℃から２６０℃の温度でリフローすることにより、本実施形態のはんだ接合部が形成される。このように形成されたはんだ接合部は、前記電子部品に設けられた電極（端子）と前記基板上に形成された電極とを電気接合させる。
なお、電子部品を搭載する基板としては、プリント配線板やモジュール基板といった電子回路基板、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使用できる。

【0062】

・スルーホール実装法
基板上の予め定められた所定の位置に所定のパターンの電極及び絶縁層を形成すると共に、このパターンに合わせて前記基板にスルーホールを形成し、スルーホールの内側にＣｕめっきを施す。次いで、スルーホール上部を覆うように前記基板上に前記ソルダペースト組成物を印刷し、電子部品に設けられた端子を当該スルーホール内に挿入するよう搭載する。そしてこれを例えば２３０℃から２６０℃の温度でリフローすることにより、本実施形態のはんだ接合部（フィレット）が形成される。このように形成されたはんだ接合部は、前記電子部品の端子と前記基板上に形成された電極とを電気接合させる。
なお、電子部品を搭載する基板としては、表面実装法同様、プリント配線板やモジュール基板といった電子回路基板、セラミックパッケージ基板等、スルーホールを設けることができ、また電子部品の搭載、実装に用いられるものであればこれらに限らず使用できる。

【0063】

そして本実施形態の電子回路実装基板は、前記はんだ接合部を有することが好ましい。
前記はんだ接合部は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。また特に電子部品の電極（端子）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、はんだ接合部と電子部品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の電極剥離現象をも抑制することができる。
更には、前記はんだ接合部はリフトオフ現象の発生を抑制し得る合金組成であるため、スルーホール実装法によりはんだ接合を行った場合においても、亀裂進展抑制効果とリフトオフ現象の発生抑制効果の両方を発揮することができる。
そしてこのようなはんだ接合部を有する電子回路実装基板は、寒暖の差の激しい環境下に置かれ、高い信頼性が要求される車載用電子回路実装基板に特に好適に使用することができる。

【0064】

（４）電子制御装置
また本実施形態の電子回路実装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】

【0065】

以下、実施例及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。

【0066】

フラックスの作製
以下の各成分を混練し、実施例及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質量％
硬化ひまし油 ６質量％
ドデカン二酸 １０質量％（製品名：ＳＬ−１２、岡村製油（株）製）
マロン酸 １質量％
ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩 ２質量％
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質量％
ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル ２９質量％

【0067】

ソルダペースト組成物の作製
前記フラックス１１質量％と、表１及び表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質量％とを混合し、実施例１から６、８から１４、１７から２９、参考例７、１５、１６及び比較例１から比較例１９に係る各ソルダペースト組成物を作製した。

【0068】

【表1】

【0069】

【表2】

【0070】

（１）ＤＳＣ測定
実施例１及び実施例２、並びに比較例２から比較例４の各鉛フリーはんだ合金について、以下の条件にてＤＳＣ測定を行い、その結果に基づき、縦軸をヒートフロー（ｍＷ）、横軸を温度（℃）としたＤＳＣ曲線を作成した。それぞれ図１から図５に示す。
なお、Ｔ１及びＴ２については小数点３位以下切り捨て、Ｈ１及びＨ２については小数点５位以下切り捨て、｜Ｔ１−Ｔ２｜／｜Ｈ１−Ｈ２｜については小数点３位以下切り捨てにて算出した。なお、この場合、｜Ｔ１−Ｔ２｜及び｜Ｈ１−Ｈ２｜の値はいずれも絶対値である。

【0071】

＜測定条件＞
・測定装置：示差走査熱量計（製品名：ＤＳＣ Ｑ２０００、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）
・測定冶具：アルミニウムパン（製品名：Ｔ−ＺＥＲＯパン、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）、アルミニウムリッド（製品名：Ｔ−ＺＥＲＯリッド、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）
・測定条件：昇温速度２℃／ｍｉｎ
・窒素流量：５０ｍＬ／ｍｉｎ
・サンプル量：１０ｍｇ

【0072】

各鉛フリーはんだ合金について、図１から図５に示すＴ１、Ｔ２、Ｈ１及びＨ２、並びにそれぞれについての｜Ｔ１−Ｔ２｜／｜Ｈ１−Ｈ２｜の結果を表３に示す。

【0073】

【表3】

【0074】

（２）はんだ亀裂試験（−４０℃から１２５℃）
ａ）３．２ｍｍ×１．６ｍｍチップ部品（チップＡ）
以下の用具を用意した。
・３．２ｍｍ×１．６ｍｍのサイズのチップ部品（Ｎｉ／Ｓｎめっき）
・上記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及び前記チップ部品を接続する電極（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）とを備えたプリント配線板
・上記パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスク
前記プリント配線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）を用いて前記各プリント配線板を加熱して、はんだ接合部を有する各電子回路実装基板を作製した。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電子回路実装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（主剤及び硬化剤）、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４及び表５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サイクル以下ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生

【0075】

ｂ）２．０×１．２ｍｍチップ部品（チップＢ）
以下の用具を用いた以外は上記３．２ｍｍ×１．６ｍｍチップ部品と同じ条件にて各試験基板を作成し、且つ同じ方法にて評価した。その結果を表４及び表５に表す。
・２．０×１．２ｍｍのサイズのチップ部品（Ｎｉ／Ｓｎめっき）
・上記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及び前記チップ部品を接続する電極（１．２５ｍｍ×１．０ｍｍ）とを備えたプリント配線板
・上記パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスク

【0076】

（３）ＳｎめっきＳＯＮにおけるはんだ亀裂試験
以下の用具を用意した。
・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）
・上記ＳＯＮ部品を実装できるパターンを有するソルダレジスト及び前記ＳＯＮ部品を接続する電極（メーカー推奨設計に準拠）とを備えたプリント配線板
・上記パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスク
前記プリント配線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電子回路実装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、作製した各電子回路実装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（主剤及び硬化剤）、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部品の電極の界面及びその付近以外の部分を指す。以下同じ。なお表４及び表５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４及び表５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。

【0077】

・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サイクル以下ではんだ母材を完全に横断する亀裂が発生

【0078】

・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サイクル以下で前記界面を完全に横断する亀裂が発生

【0079】

（４）はんだ亀裂試験（−４０℃から１５０℃）
車載用電子回路実装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。
はんだ接合部形成後の各電子回路実装基板を−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チップ部品搭載及び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（主剤及び硬化剤）、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４及び表５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サイクル以下ではんだ接合部を完全に横断する亀裂が発生

【0080】

（５）ボイド試験
以下の用具を用意した。
・２．０×１．２ｍｍのサイズのチップ部品（Ｎｉ／Ｓｎめっき）
・上記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及び前記チップ部品を接続する電極（１．２５ｍｍ×１．０ｍｍ）とを備えたプリント配線板
・上記パターンを有する厚さ１５０μｍのメタルマスク
前記プリント配線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、リフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて前記各プリント配線板を加熱して、はんだ接合部を有する各試験基板（電子回路実装基板）を作製した。なおリフロー条件は上記はんだ亀裂試験（１）と同じ条件にて行った。
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７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７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４及び表５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

【0081】

（６）リフトオフ試験
以下の用具を用意した。
・直径１．６ｍｍの銅ランド径及び直径１．０ｍｍのスルーホール径のスルーホールが２．５ｍｍピッチ間隔で直線上に１５個並んだ構造を有するプリント配線板
・５ｍｍピッチ間隔で、直径２．５ｍｍの開口パターンを有する厚さ２００μｍのメタルマスク
前記プリント配線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、前記各スルーホールにコネクタ部品（製品名：Ｓ１５Ｂ−ＥＨ（ＬＦ）（ＳＮ）、日本圧着端子製造（株）製）の端子を挿入した。次いで、リフロー炉（製品名：ＴＮＰ−５３８ＥＭ、（株）タムラ製作所製）を用いて前記各プリント配線板を加熱して、はんだ接合部（フィレット）を有する各試験基板（電子回路実装基板）を作製した。なおリフロー条件は上記はんだ亀裂試験（１）と同じ条件にて行った。
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（主剤及び硬化剤）、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コネクタ部品の端子の中央断面が分かるような状態とし、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４及び表５に表す。なお、評価端子数は８個とした。
○：リフトオフ現象発生なし
×：リフトオフ現象発生

【0082】

【表4】

【0083】

【表5】

【0084】

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、はんだ接合部及び前記界面領域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。
また実施例に係る鉛フリーはんだ合金は、スルーホール実装法によるはんだ接合においても亀裂進展抑制効果及びリフトオフ現象発生抑制効果の両方を奏し得ることが分かる。このような鉛フリーはんだ合金は、表面実装法により実装される電子部品と、スルーホール実装法により実装される電子部品とが混載される電子回路実装基板にも好適に用いることができる。
そしてこのようなはんだ接合部を有する電子回路実装基板は、車載用電子回路実装基板といった高い信頼性の求められる電子回路実装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実装基板は、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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】