(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】
(24)【登録日】2024-07-26
(45)【発行日】2024-08-05
(54)【発明の名称】高温超高信頼性合金
(51)【国際特許分類】
B23K 35/26 20060101AFI20240729BHJP
B23K 35/22 20060101ALI20240729BHJP
C22C 13/00 20060101ALI20240729BHJP
C22C 13/02 20060101ALI20240729BHJP
B23K 1/00 20060101ALI20240729BHJP
【ＦＩ】
B23K35/26 310A
B23K35/22 310A
C22C13/00
C22C13/02
B23K1/00 330D
B23K1/00 330E
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022513435
(86)(22)【出願日】2020-08-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-02
(86)【国際出願番号】 EP2020025387
(87)【国際公開番号】W WO2021043437
(87)【国際公開日】2021-03-11
【審査請求日】2022-02-28
(31)【優先権主張番号】201911035248
(32)【優先日】2019-09-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN
(73)【特許権者】
【識別番号】598085065
【氏名又は名称】アルファ・アセンブリー・ソリューションズ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＬＰＨＡ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100221501
【弁理士】
【氏名又は名称】式見 真行
(74)【代理人】
【識別番号】100197583
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 健
(72)【発明者】
【氏名】チョードリー、プリタ
(72)【発明者】
【氏名】リバス、モルガナ
(72)【発明者】
【氏名】クマール、アニル
(72)【発明者】
【氏名】ランガラジュ、ラグー、アール．
(72)【発明者】
【氏名】サルカール、シウリ
【審査官】川村 裕二
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１７９４９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１７６５８３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１０４０２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２２３２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７０４６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０８９９４４８０（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２００５－２５４２９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／００－３５／４０
Ｃ２２Ｃ １３／００－１３／０２
Ｂ２３Ｋ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉛フリーはんだ合金であって、２．５～４重量％の銀と、
２．８～４．２重量％のビスマスと、
１～７重量％のアンチモンと、
０．４～０．７重量％の銅と、
０．０１～０．３重量％のニッケルと、
０．００５～０．０５重量％のチタン、
０．００１～０．０２重量％のゲルマニウム、
０．００５～０．０８重量％のケイ素、
０．００３～０．０１５重量％のマンガンのうちの１つと、
不可避不純物と共に残部のスズと、からなり、
アンチモンの重量％の値は、ビスマスの重量％の値より大きく、
アンチモンの重量％の値とビスマスの重量％の値の合計が、６．５～１２である、鉛フリーはんだ合金。
【請求項2】
２．８～４重量％の銀を含む、及び／又は２．８～４重量％のビスマスを含む、及び／又は
１．０～６．５重量％のアンチモンを含む、及び／又は
０．０２～０．２重量％のニッケルを含む、請求項１に記載のはんだ合金。
【請求項3】
２．５～４重量％の銀と、２．８～４．２重量％のビスマスと、
３．２～６．２重量％のアンチモンと、
０．４～０．７重量％の銅と、
０．０４～０．１８重量％のニッケルと、
０．００７～０．０５重量％のチタン、
０．００１～０．０２重量％のゲルマニウム、及び
０．００５～０．０１重量％のマンガンのうちの１つと、
不可避不純物と共に残部のスズと、からなる、請求項１または２に記載のはんだ合金。
【請求項4】
前記合金が、２．８～３．２重量％の銀、２．８～３．２重量％のビスマス、４．５～５．５重量％のアンチモン、０．４～０．７重量％の銅、０．０８～０．２重量％のニッケル、０．００１～０．０１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる、又は、前記合金が、２．８～３．２重量％の銀、２．８～３．２重量％のビスマス、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．４～０．７重量％の銅、０．０８～０．２重量％のニッケル、０．００５～０．０２重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる、又は、
前記合金が、３．１～３．７重量％の銀、３～３．５重量％のビスマス、３～３．８重量％のアンチモン、０．４～０．７重量％の銅、０．０１～０．３重量％のニッケル、０．００１～０．０１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる、又は、
前記合金が、３．２～３．９重量％の銀、３．５～４．２重量％のビスマス、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．４～０．７重量％の銅、０．０５～０．１２重量％のニッケル、０．００３～０．０１重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる、（合金４）、請求項１に記載のはんだ合金。
【請求項5】
バー、スティック、ソリッドワイヤ若しくはフラックスコアードワイヤ、ホイル若しくはストリップ、フィルム、プリフォーム、粉末若しくはペースト（粉末とフラックスとのブレンド）、ボールグリッドアレイ接合部に使用するためのはんだ球体、予め形成されたはんだピース若しくはリフローされた若しくは固化されたはんだ接合部、光起電用途のための銅リボンに予め適用されたもの、又は任意のタイプのプリント回路基板の形態である、請求項１～４のいずれか一項に記載のはんだ合金。
【請求項6】
請求項１～４のいずれか一項に記載のはんだ合金を含むはんだ付け接合部。
【請求項7】
はんだペーストであって、請求項１～４のいずれか一項に記載のはんだ合金と、
はんだフラックスと、を含む、はんだペースト。
【請求項8】
はんだ接合部を形成する方法であって、（ｉ）接合される２つ以上のワークピースを提供することと、
（ｉｉ）請求項１～４のいずれか一項に記載のはんだ合金又は請求項７に記載のはんだペーストを提供することと、
（ｉｉｉ）接合される前記ワークピース付近の前記はんだ合金又は前記はんだペーストを加熱することと、を含む、方法。
【請求項9】
はんだ付け方法における請求項１～４のいずれか一項に記載のはんだ合金又は請求項７に記載のはんだペーストの使用であって、前記はんだ付け方法が、ウェーブはんだ付け、表面実装技術（Surface Mount Technology、ＳＭＴ）はんだ付け、ダイアタッチはんだ付け、熱インターフェースはんだ付け、手はんだ付け、レーザー及びＲＦ誘導はんだ付け、ソーラーモジュールへのはんだ付け、レベル２ ＬＥＤパッケージ基板のはんだ付け、はんだ浸漬、並びにリワークはんだ付けから選択される、使用。
【請求項10】
請求項１～４のいずれか一項に記載のはんだ合金を製造する方法であって、前記列挙された元素を提供することと、
前記列挙された元素を溶融することと、を含み、
前記列挙された元素が、個々の元素の形態、及び／又は前記列挙された元素のうちの１つ以上を含有する１つ以上の合金の形態で提供され得る、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、冶金の分野に関し、より具体的には、はんだ合金に関する。はんだ合金は、特に限定されるものではないが、ウェーブはんだ付け、表面実装技術、熱風レベリング及びボールグリッドアレイ、ランドグリッドアレイ、底部終端パッケージ、ＬＥＤ及びチップスケールパッケージなどの電子はんだ付け用途での使用に好適である。
【背景技術】
【0002】
鉛フリーはんだは、当初、環境及び健康上の懸念のため、かつ従来の軟質はんだ合金の代替物として開発された。多くの従来の鉛フリーはんだ合金は、Ｓｎ－０．７重量％のＣｕ共晶組成物に基づいている。スズ－銀－銅系も、はんだ付け材料の鉛フリー代替物として、電子産業に受け入れられている。例えば、近共晶９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕは、約２１７～２２０℃の範囲の融点を有しながら、共晶Ｓｎ－Ｐｂはんだと比較して優れた疲労寿命を呈する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
鉛フリーはんだ付け材料の使用が普及すると、環境指令又はエンドユーザからの圧力のいずれかにより、かかる材料の適用範囲も広がる。例えば、ＬＥＤ照明を含む自動車、高出力電子機器、及びエネルギーなどのいくつかの分野では、はんだ合金が、より高い温度、例えば１５０℃以上で、比較的長い時間にわたって機能することが望ましい。しかしながら、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕ合金は、かかる温度で十分に機能しない。
【0004】
９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕに対するより良好に機能する代替物を見出すためにいくつかの試みがなされている。米国特許出願公開第１０，３７６，９９４（Ｂ２）号は、Ｓｎ、Ａｇ、及びＣｕに基づくはんだ付け材料に関する。米国特許出願公開第２０１６／０３２５３８４（Ａ１）号は、過酷な環境及び電子用途のための高信頼性鉛フリーはんだ合金に関する。欧州特許出願公開第３３２１０２５（Ａ１）号は、鉛フリーはんだ合金、フラックス組成物、はんだペースト組成物、電子回路基板、及び電子制御デバイスに関する。米国特許出願公開第１０，１９５，６９８（Ｂ２）号は、高信頼性鉛フリーはんだ合金に関する。米国特許出願公開第１０，３００，５６２（Ｂ２）号は、はんだ合金、はんだペースト、及び電子回路基板に関する。国際公開第２０１９／０９４２４２（Ａ１）号は、高信頼性用途のための標準ＳＡＣ合金に対する低銀スズ系代替はんだ合金に関する。国際公開第２０１９／０９４２４３（Ａ１）号は、極端な環境における電子用途のための高信頼性鉛フリーはんだ合金に関する。しかしながら、これらの代替物はいずれも、高温信頼性と好ましい機械的特性との好ましい組み合わせを提供しない。
【0005】
本発明は、先行技術に関連する問題のうちの少なくともいくつかを解決すること、又は商業的に受け入れられる代替物を提供することを目的とする。
【0006】
したがって、第１の態様では、本発明は、鉛フリーはんだ合金であって、
２．５～５重量％の銀と、
０．０１～５重量％のビスマスと、
１～７重量％のアンチモンと、
０．０１～２重量％の銅と、
最大６重量％のインジウム、
最大０．５重量％のチタン、
最大０．５重量％のゲルマニウム、
最大０．５重量％の希土類、
最大０．５重量％のコバルト、
最大５．０重量％のアルミニウム、
最大５．０重量％のケイ素、
最大０．５重量％のマンガン、
最大０．５重量％のクロム、
最大０．５重量％の鉄、
最大０．５重量％のリン、
最大０．５重量％の金、
最大１重量％のガリウム、
最大０．５重量％のテルル、
最大０．５重量％のセレン、
最大０．５重量％のカルシウム、
最大０．５重量％のバナジウム、
最大０．５重量％のモリブデン、
最大０．５重量％の白金、及び
最大０．５重量％のマグネシウムのうちの１つ以上と、
任意選択的に、最大０．５重量％のニッケルと、
任意の不可避不純物と共に残部のスズと、を含む、鉛フリーはんだ合金を提供する。
２．５～５重量％の銀と、
０．０１～５重量％のビスマスと、
１～７重量％のアンチモンと、
０．０１～２重量％の銅と、
最大６重量％のインジウム、
最大０．５重量％のチタン、
最大０．５重量％のゲルマニウム、
最大０．５重量％の希土類、
最大０．５重量％のコバルト、
最大５．０重量％のアルミニウム、
最大５．０重量％のケイ素、
最大０．５重量％のマンガン、
最大０．５重量％のクロム、
最大０．５重量％の鉄、
最大０．５重量％のリン、
最大０．５重量％の金、
最大１重量％のガリウム、
最大０．５重量％のテルル、
最大０．５重量％のセレン、
最大０．５重量％のカルシウム、
最大０．５重量％のバナジウム、
最大０．５重量％のモリブデン、
最大０．５重量％の白金、及び
最大０．５重量％のマグネシウムのうちの１つ以上と、
任意選択的に、最大０．５重量％のニッケルと、
任意の不可避不純物と共に残部のスズと、を含む、鉛フリーはんだ合金を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
これより、本発明を以下の図面に関して更に記載する：
【発明を実施するための形態】
【0008】
ここで、本発明を更に説明する。以下の節では、本発明の異なる態様が、より詳細に定義される。そのように定義される各態様は、別途明確に示されない限り、任意の他の態様又は複数の態様と組み合わせることができる。特に、好ましい又は有利であると示される任意の特徴は、好ましい又は有利であると示される任意の他の特徴又は複数の特徴と組み合わされてもよい。
【0009】
本明細書で使用される用語「はんだ合金」は、９０～４００℃の範囲の融点を有する可融性金属合金を包含する。合金は、鉛フリーであり、これは、鉛が意図的に添加されていないことを意味する。したがって、鉛の含有量は、ゼロであるか、又は偶発的不純物レベル以下である。
【0010】
はんだ合金は、改善された高温信頼性を呈し得、典型的には少なくとも１５０℃の動作温度に耐えることができ得る。はんだ合金は、従来の９６．５ＳｎＡｇ３．０Ｃｕ０．５合金と比較して、改善された機械的特性及び高温クリープ抵抗を呈し得る。
【0011】
はんだ合金は、高い融点、具体的には２１０℃超２６０℃未満の液相線温度を有し得る。はんだ合金は、好ましくは、２１２℃超、より好ましくは２１５℃超、更により好ましくは２１８℃超、なお更により好ましくは２２０℃超の液相線温度を有する。より高い液相線温度により、合金をより高い温度のはんだ付けプロセスで使用することが可能になり得る。はんだ合金は、好ましくは、２５０℃未満、より好ましくは２４０℃未満、更により好ましくは２３５℃未満の液相線温度を有する。かかる液相線温度は、ピークリフロー温度が典型的には液相線温度を２５～３０℃上回るため、有利であり得、約２６０℃よりも高いリフロー温度は、プリント回路基板及び構成要素の損傷など、はんだ付け中の様々な問題につながる場合がある。
【0012】
はんだ合金は、好ましい機械的特性及び好ましいはんだ付け性を呈し得る。はんだ合金は、幅広い温度範囲及び長い滞留時間を網羅する熱サイクル試験又は熱衝撃試験で評価されたものなど、優れた高温クリープ特性及び優れた熱機械的特性、並びに疲労寿命を呈し得る。はんだ合金は、滞留時間が各温度で３０分間である、例えば－４０～１５０℃などの過酷な環境条件下で優れた熱サイクル性能及び／又は熱衝撃性能を呈し得る。
【0013】
合金添加物は、合金の微細構造、ひいては、析出強化、固溶体強化、結晶粒微細化、及び拡散律速などの物理的冶金メカニズムに起因するその特性を改質するために使用される。
【0014】
有利には、硬度、引張強度、及び高温クリープなど、はんだ合金の機械的特性の大きさは、９６．５ＳｎＡｇ３．０Ｃｕ０．５の少なくとも２倍であり得る。ビスマス、アンチモン、及びインジウムは、例えば、はんだ合金の固相線温度及び又は液相線温度に影響を及ぼす。これらの元素はまた、スズ中で高い固溶度を有し、それ故に、マトリックスの固溶体強化に大きく寄与し得る。固相線温度又は液相線温度の変化は、合金の機械的特性に悪影響を及ぼすようには見えない。
【0015】
拡散依存性クリープ変形は、同相温度、すなわち、絶対スケールでの材料の試験温度の溶融温度に対する比率に依存する。はんだ合金の同相温度は、０．８４～０．８６の範囲であり得る。したがって、はんだ合金の溶融温度は、機械的特性に有意な影響を及ぼさない。
【0016】
固溶体強化と析出強化との最適な組み合わせにより、強力なマトリックス中に析出粒子の分散ネットワークがもたらされ得る。析出粒子は、例えば、Ａｇ３Ｓｎ及び（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５を含み得る。析出ネットワークは、クリープ変形中の粒界の移動に抵抗するため、クリープ強度を増強する。
【0017】
はんだ合金は、２．５～５．０重量％の銀を含む。はんだ合金は、好ましくは、２．８～４．５重量％の銀、より好ましくは３～４重量％の銀を含む。特定量の銀の存在は、例えばＡｇ３Ｓｎなどのネットワーク状の金属間化合物の形成によって、機械的特性、例えば強度を改善する働きをすることができる。加えて、銀の存在は、湿潤及び拡散を改善し得る。より高いレベルの銀、特に４．５重量％よりも高いレベルの銀は、液相線温度を上昇させる場合があり、はんだマトリックス中に形成されたＡｇ３Ｓｎのより大きな析出物が、亀裂の発生及びその後の故障の部位として作用する。銀の含有量が少ないと、強度の改善に役立ち得る十分なＡｇ３Ｓｎ析出物が形成されない場合がある。
【0018】
はんだ合金は、０．０１～５重量％のビスマスを含む。はんだ合金は、好ましくは、１．０～４．０重量％のビスマス、より好ましくは２．０～４．０重量％のビスマス、更により好ましくは２．５～４重量％のビスマス、なお更により好ましくは２．８～４重量％のビスマス、なお更により好ましくは３～４重量％のビスマスを含む。好ましい実施形態では、次いで、合金は、少なくとも２．８重量％のビスマス、好ましくは少なくとも３重量％のビスマスを含む。特定量のビスマスの存在は、固溶体強化によって機械的特性を改善する働きをすることができる。ビスマスはまた、クリープ抵抗を改善するように作用し得る。ビスマスはまた、湿潤及び拡散を改善することができる。しかしながら、特定量を超えるビスマス添加は、より脆性の合金をもたらす、スズ中でのビスマスの析出をもたらし得る。
【0019】
はんだ合金は、１～７重量％のアンチモンを含む。はんだ合金は、好ましくは、１．０～６．５重量％のアンチモン、より好ましくは２～６重量％のアンチモン、更により好ましくは３～６重量％のアンチモン、なお更により好ましくは３．１～６重量％のアンチモン、なお更により好ましくは３．２～６重量％のアンチモンを含む。好ましい実施形態では、合金は、少なくとも３重量％のアンチモン、好ましくは少なくとも３．１重量％のアンチモン、更により好ましくは少なくとも３．２重量％のアンチモンを含む。特定量のアンチモンの存在は、固溶体強化によって機械的特性を改善する働きをすることができる。アンチモンはまた、クリープ抵抗及び熱疲労抵抗を改善するように作用し得る。アンチモンはまた、合金の液相線温度を上昇させ得る。特定範囲よりも少ないアンチモン添加は、機械的強度及び熱疲労抵抗の必要とされる改善を有しない場合がある。特定範囲よりも多いアンチモン添加は、液相線温度を上昇させ得、それにより、所定のリフロー温度も上昇する。２６０℃よりも高いリフロー温度は、プリント回路基板及び構成要素を損傷させるなど、はんだ付け中の様々な問題につながる場合がある。
【0020】
はんだ合金は、０．０１～２重量％の銅を含む。はんだ合金は、好ましくは、０．３～１．２重量％の銅、好ましくは０．４～０．８重量％の銅を含む。特定量の銅の存在は、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物の形成によって、機械的特性、例えば強度を改善する働きをすることができる。特定範囲内の銅添加は、合金を強化するために必要な金属間化合物析出物の最適な量をもたらす。
【0021】
はんだ合金は、任意選択的に、最大０．５重量％のニッケル、例えば０．００１～０．５重量％を含む。はんだ合金は、好ましくは、ニッケルを含む。はんだ合金は、好ましくは、０．００１～０．４重量％のニッケル、より好ましくは０．０１～０．３重量％のニッケル、更により好ましくは０．０２～０．２重量％のニッケルを含む。特定量のニッケルの存在は、金属間化合物をスズ及び銅で形成することによって機械的特性を改善する働きをすることができ、これにより、析出強化がもたらされ得る。加えて、ニッケルの存在は、銅の溶解速度を低下させるように作用し得る。ニッケルはまた、基板／はんだ界面でＩＭＣ成長を減少させることによって、熱信頼性を増加させることもできる。
【0022】
はんだ合金は、任意選択的に、最大６重量％のインジウム、例えば０．００１～６重量％のインジウムを含む。はんだ合金は、好ましくは、インジウムを含む。はんだ合金は、好ましくは、０．００１～５．５重量％のインジウム、より好ましくは０．０２～４重量％のインジウム、更により好ましくは０．５～３重量％のインジウムを含む。特定量のインジウムの存在は、固溶体強化及び又は析出強化によって機械的特性を改善する働きをすることができる。インジウムの添加は、固相線温度及び液相線温度を低下させることもでき、固相線温度の低下により大きな影響を及ぼす。より高いレベルのインジウムは、合金の長期的な信頼性に悪影響を及ぼす低温相の形成をもたらし得る。
【0023】
はんだ合金は、任意選択的に、最大０．５重量％のチタン、例えば０．０１～０．５重量％のチタンを含む。はんだ合金は、好ましくは、チタンを含む。はんだ合金は、好ましくは、０．００１～０．３重量％のチタン、より好ましくは０．００５～０．２重量％のチタン、更により好ましくは０．００７～０．０５重量％のチタンを含む。指定された量のチタンの存在は、強度、固体状態界面反応、及び熱機械的信頼性のうちの１つ以上を改善することができる。
【0024】
はんだ合金は、任意選択的に、最大０．５重量％のゲルマニウム、例えば０．０１～０．５重量％のゲルマニウムを含む。はんだ合金は、好ましくは、ゲルマニウムを含む。
【0025】
はんだ合金は、好ましくは、０．００１～０．３重量％のゲルマニウム、より好ましくは０．００１～０．１重量％のゲルマニウム、更により好ましくは０．００１～０．０２重量％のゲルマニウムを含む。ゲルマニウムの存在は、粒子分散によって機械的特性を改善するように作用し得る。ゲルマニウムはまた、脱酸化に役立つことができ、湿潤性及びはんだ接合強度、並びに外観を改善することもできる。加えて、ニッケル及び／又はチタンと組み合わせたゲルマニウムは、熱機械的疲労特性を改善することができる。
【0026】
はんだ合金は、任意選択的に、最大０．５重量％の希土類、例えば０．００１～０．５重量％の希土類を含む。はんだ合金は、好ましくは、希土類を含む。本明細書で使用するとき、用語、希土類元素は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選択される１つ以上の元素を指す。
【0027】
はんだ合金は、好ましくは、０．００２～０．３重量％の希土類、より好ましくは０．００３～０．０５重量％の希土類を含む。好ましい希土類としては、セリウム、ネオジム、及びランタンが挙げられる。希土類の存在は、粒子分散及び／又は微細構造改質によって機械的特性を改善するように作用し得る。希土類は、拡散及び湿潤性を改善するように作用し得る。
【0028】
はんだ合金は、任意選択的に、最大０．５重量％のコバルト、例えば０．００１～０．５重量％のコバルトを含む。はんだ合金は、好ましくは、コバルトを含む。はんだ合金は、好ましくは、０．０１～０．２重量％のコバルト、好ましくは０．０１～０．２重量％のコバルトから、更により好ましくは０．０２～０．１重量％のコバルトを含む。特定量のコバルトの存在は、はんだの強度及び／又は高温特性を改善することができる。好ましい実施形態では、合金は、「コバルトフリー」である。これは、コバルトの高コスト及びコバルトの毒性を考慮して、有利であり得る。
【0029】
はんだ合金は、任意選択的に、最大５重量％のアルミニウム、例えば０．００１～５重量％のアルミニウムを含む。はんだ合金は、好ましくは、アルミニウムを含む。はんだは、好ましくは、０．００１～３重量％、より好ましくは０．００５～２重量％のアルミニウム、更により好ましくは０．０１～１．５重量％のアルミニウム、なお更により好ましくは０．０１５～１重量％のアルミニウム、なおより好ましくは０．０２～０．０８重量％のアルミニウムを含む。列挙された量のアルミニウムの存在は、はんだの疲労寿命を改善することができる。
【0030】
はんだ合金は、任意選択的に、最大５重量％のケイ素、例えば０．００１～５重量％のケイ素を含む。はんだ合金は、好ましくは、ケイ素を含む。はんだ合金は、好ましくは、０．００１～３重量％のケイ素、より好ましくは０．００５～２重量％のケイ素、更により好ましくは０．０１～１．５重量％のケイ素、なお更により好ましくは０．０１５～１重量％のケイ素、なおより好ましくは０．０２～０．０８重量％のケイ素を含む。列挙された量のケイ素の存在は、はんだの機械的特性、疲労寿命、並びに熱伝導率及び電気伝導率を改善することができる。
【0031】
はんだ合金は、任意選択的に、最大０．５重量％のクロム、好ましくは０．００１～０．５重量％のクロム、最大０．５重量％のマンガン、好ましくは０．００１～０．５重量％のマンガン、より好ましくは０．００３～０．０１５重量％のマンガン、更により好ましくは０．００５～０．０１重量％のマンガン、最大０．５重量％の鉄、好ましくは０．０１～０．５重量％の鉄、より好ましくは０．０１～０．１重量％の鉄、更により好ましくは０．０１５～０．０３５重量％の鉄 又は０．８５～０．９５重量％の鉄、最大０．５重量％のリン、好ましくは０．００１～０．５重量％のリン、最大０．５重量％の金、好ましくは０．００１～０．５重量％の金、最大１重量％のガリウム、好ましくは０．０１～０．９重量％のガリウム、より好ましくは０．２～０．８重量％のガリウム、更により好ましくは０．４～０．６重量％のガリウム、最大０．５重量％のテルル、好ましくは０．００１～０．５重量％のテルル、最大０．５重量％のセレン、好ましくは０．００１～０．５重量％のセレン、最大０．５重量％のカルシウム、好ましくは０．００１～０．５重量％のカルシウム、最大０．５重量％のバナジウム、好ましくは０．００１～０．５重量％のバナジウム、最大０．５重量％のモリブデン、好ましくは０．００１～０．５重量％のモリブデン、最大０．５重量％の白金、好ましくは０．００１～０．５重量％の白金、及び最大０．５重量％のマグネシウム、好ましくは０．００１～０．５重量％のマグネシウムのうちの１つ以上を含む。アルミニウム、カルシウム、ガリウム、ゲルマニウム、マグネシウム、リン、及びバナジウムは、脱酸化剤として作用することができ、湿潤性及びはんだ接合強度を改善することもできる。金、クロム、鉄、マンガン、モリブデン、白金、セレン、及びテルルなどの他の元素添加物は、強度及び界面反応を改善するように作用し得る。ケイ素と組み合わせたアルミニウムは、合金の強度及び信頼性性能を改善するように作用し得る。ケイ素と組み合わせたゲルマニウムはまた、合金の強度及び信頼性性能を改善することができる。
【0032】
はんだ合金は、好ましくは、ニッケル、チタン、ゲルマニウム、インジウム、マンガン、希土類、コバルト、アルミニウム、ケイ素、クロム、鉄、リン、金、ガリウム、テルル、セレン、カルシウム、バナジウム、モリブデン、白金、及びマグネシウムから選択され、好ましくは、ニッケル、チタン、ゲルマニウム、インジウム、マンガン、希土類、コバルト、ケイ素、鉄、及びガリウムから選択される１～３つの元素、好ましくは１つ又は２つの元素、より好ましくは２つの元素を含む。はんだ合金は、好ましくは、ニッケル及びインジウム、又はニッケル及びマンガン、又はニッケル及びゲルマニウム、又はニッケル、インジウム、及びネオジム、又はニッケル及びチタン、又はニッケル及びセリウム、又はインジウム、又はインジウム、チタン、及びゲルマニウム、又はニッケル、又はネオジム、又はゲルマニウム、又はケイ素、又はニッケル及び鉄、又はニッケル及びケイ素、又はニッケル及びコバルト、又はコバルト及びマンガン、又はマンガン、又はマンガン及び鉄、又はコバルト及びゲルマニウム、又はコバルト及びチタン、又はニッケル及びガリウム、又はインジウム及びコバルトを含む。かかる合金は、好ましい機械的特性を呈し得る。
【0033】
はんだ合金は、好ましくは、ニッケル、チタン、ゲルマニウム、インジウム、マンガン、希土類、コバルト、ケイ素、鉄、及びガリウムから選択される、好ましくは、ニッケルと、チタン、ゲルマニウム、インジウム、マンガン、希土類、コバルト、アルミニウム、ケイ素、クロム、鉄、リン、金、ガリウム、テルル、セレン、カルシウム、バナジウム、モリブデン、白金、及びマグネシウムのうちの１つ、好ましくはチタン、ゲルマニウム、マンガン、コバルト、及びインジウムのうちの１つ、より好ましくはチタン、ゲルマニウム、及びマンガンのうちの１つと、を含む。かかる合金は、好ましい機械的特性を呈し得る。
【0034】
アンチモンの重量％は、好ましくは、ビスマスの重量％よりも大きい。かかる合金は、好ましい機械的特性、特に、高い強度を呈し得る。ビスマス含有量も約４重量％を超えないように制御された場合、高い強度と低い脆性が組み合わせられ得る。
【0035】
アンチモンの重量％及びビスマスの重量％の合計は、好ましくは６．５以上、より好ましくは７．５以上である。これにより、合金の強度を高めることができる。アンチモンの重量％及びビスマスの重量％の合計は、好ましくは１２以下、より好ましくは１１以下である。これにより、典型的には約１４℃以下の低い固相線－液相線ギャップをもたらすことができる。これにより、好ましくない高い液相線温度の発生も回避することができる。例えば、アンチモンの重量％及びビスマスの重量％の合計は、好ましくは６．５～１２、より好ましくは６．５～１１、更により好ましくは７．５～１０である。かかる合金は、好ましい機械的特性を呈し得る。特に、かかる合金は、高い強度と典型的には約１４℃未満の低い固相線－液相線温度ギャップとの好ましい組み合わせ、及び望ましい液相線温度を呈し得る。アンチモンの重量％及びビスマスの重量％の合計が上記の量になるように制御され、同時にビスマス含有量も４重量％を超えないように制御された場合、特に好ましい機械的特性を得ることができる。その理由は、以下の通りである。室温でＳｎ中、ビスマスが約４重量％の最大溶解度を有する一方で、アンチモンは３重量％の最大溶解度を有する。アンチモンは、少なくとも最大１５０℃の有意な固溶体強化に寄与する。ビスマスの最大溶解度を超えない場合、アンチモンのより大きな強度増強効果が得られる。約４重量％超のビスマス含有量は、過剰なビスマス析出物のため、強度の更なる増加につながらない場合があり、合金の脆性を増加させることによって機械的挙動にも有害であり得る。
【0036】
特に好ましい実施形態では、合金は、
２．５～４重量％の銀と、
２．８～４．２重量％のビスマス、好ましくは２．８～４重量％のビスマスと、
３．２～６．２重量％のアンチモンと、
０．４～０．８重量％の銅と、
０．０４～０．１８重量％のニッケルと、
０．００７～０．０５重量％のチタン、
０．００１～０．０２重量％のゲルマニウム、及び
０．００５～０．０１重量％のマンガンのうちの１つと、
任意の不可避不純物と共に残部のスズと、からなり、
アンチモンの重量％がビスマスの重量％よりも大きく、
アンチモンの重量％及びビスマスの重量％の合計が６．５以上である。
２．５～４重量％の銀と、
２．８～４．２重量％のビスマス、好ましくは２．８～４重量％のビスマスと、
３．２～６．２重量％のアンチモンと、
０．４～０．８重量％の銅と、
０．０４～０．１８重量％のニッケルと、
０．００７～０．０５重量％のチタン、
０．００１～０．０２重量％のゲルマニウム、及び
０．００５～０．０１重量％のマンガンのうちの１つと、
任意の不可避不純物と共に残部のスズと、からなり、
アンチモンの重量％がビスマスの重量％よりも大きく、
アンチモンの重量％及びビスマスの重量％の合計が６．５以上である。
【0037】
かかる合金は、幅広い温度範囲及び長い滞留時間を網羅する熱サイクル試験又は熱衝撃試験で評価されたものなど、好ましい機械的特性、好ましいはんだ付け性、優れた高温クリープ特性及び優れた熱機械的特性、並びに疲労寿命の特に好ましい組み合わせを呈し得る。加えて、かかる合金は、「コバルトフリー」である。これは、コバルトの高コスト及びコバルトの毒性を考慮して、有利であり得る。
【0038】
別の特に好ましい実施形態では、はんだ合金は、
３～５重量％の銀と、
０．０１～０．２重量％のビスマスと、
４～６重量％のアンチモンと、
０．３～１重量％の銅と、
最大６重量％のインジウム、
最大０．５重量％のチタン、
最大０．５重量％のゲルマニウム、
最大０．５重量％の希土類、
最大０．５重量％のコバルト、
最大５．０重量％のアルミニウム、
最大５．０重量％のケイ素、
最大０．５重量％のマンガン、
最大０．５重量％のクロム、
最大０．５重量％の鉄、
最大０．５重量％のリン、
最大０．５重量％の金、
最大１重量％のガリウム、
最大０．５重量％のテルル、
最大０．５重量％のセレン、
最大０．５重量％のカルシウム、
最大０．５重量％のバナジウム、
最大０．５重量％のモリブデン、
最大０．５重量％の白金、
最大０．５重量％のマンガンのうちの１つ以上と、
任意の不可避不純物と共に残部のスズと、を含む。
３～５重量％の銀と、
０．０１～０．２重量％のビスマスと、
４～６重量％のアンチモンと、
０．３～１重量％の銅と、
最大６重量％のインジウム、
最大０．５重量％のチタン、
最大０．５重量％のゲルマニウム、
最大０．５重量％の希土類、
最大０．５重量％のコバルト、
最大５．０重量％のアルミニウム、
最大５．０重量％のケイ素、
最大０．５重量％のマンガン、
最大０．５重量％のクロム、
最大０．５重量％の鉄、
最大０．５重量％のリン、
最大０．５重量％の金、
最大１重量％のガリウム、
最大０．５重量％のテルル、
最大０．５重量％のセレン、
最大０．５重量％のカルシウム、
最大０．５重量％のバナジウム、
最大０．５重量％のモリブデン、
最大０．５重量％の白金、
最大０．５重量％のマンガンのうちの１つ以上と、
任意の不可避不純物と共に残部のスズと、を含む。
【0039】
かかる合金は、幅広い温度範囲及び長い滞留時間を網羅する熱サイクル試験又は熱衝撃試験で評価されたものなど、好ましい機械的特性、好ましいはんだ付け性、優れた高温クリープ特性及び優れた熱機械的特性、並びに疲労寿命の特に好ましい組み合わせを呈し得る。かかる合金は、「ニッケルフリー」、すなわち、不可避不純物レベル以下のニッケルを含有し得る。これは、ニッケルが有毒性であり、消費者と接触する物品での使用にある特定の管轄区域で禁止されているため、有利であり得る。合金は、列挙された元素からなり得る。
【0040】
はんだ合金は、好ましくは、１６℃未満、好ましくは１４℃以下、より好ましくは１２℃以下の固相線－液相線温度ギャップを呈する。固相線－液相線温度ギャップが大きすぎると、はんだの完全な固化の前に形成された半溶融帯（mushy zone）に起因するはんだ付け欠陥につながり得る。
【0041】
はんだ合金は、好ましくは、バー、スティック、ソリッドワイヤ若しくはフラックスコアードワイヤ、ホイル若しくはストリップ、フィルム、プリフォーム、粉末若しくはペースト（粉末とフラックスとのブレンド）、ボールグリッドアレイ接合部に使用するためのはんだ球体、予め形成されたはんだピース若しくはリフローされた若しくは固化されたはんだ接合部、光起電用途のための銅リボンなどの任意のはんだ付け可能な材料に予め適用されたもの、又は任意のタイプのプリント回路基板の形態である。
【0042】
合金は、典型的には、少なくとも７０重量％のスズ、より典型的には少なくとも８０重量％のスズ、なおより典型的には少なくとも８４重量％のスズを含む。
【0043】
本明細書に記載の合金は不可避不純物を含有し得るが、合計で、これらは組成物の１重量％を超える可能性は低いことが理解されるであろう。好ましくは、はんだ合金は、組成物の０．５重量％以下、より好ましくは組成物の０．３重量％以下、更により好ましくは組成物の０．１重量％以下、更により好ましくは組成物の０．０５重量％以下、最も好ましくは組成物の０．０２重量％以下の量の不可避不純物を含有する。
【0044】
本明細書に記載のはんだ合金は、列挙された元素からなり得る。あるいは、本明細書に記載のはんだ合金は、列挙された元素から本質的になり得る。したがって、必須であるこれらの元素（すなわち、スズ、ビスマス、アンチモン、及び銅）に加えて、他の指定されていない元素が、組成物の本質的な特性が組成物の存在によって実質的に影響されない限り、組成物中に存在してもよいことが理解されるであろう。
【0045】
本発明の合金は、対応する純粋な元素を混合することによって、又は任意の形状因子で予備作製した合金を混合することによって、及びそれらの最終組成物が本明細書に記載の明細書によって網羅される場合、任意の製造方法を使用することによって製造され得る。
【0046】
好ましい実施形態では、合金は、２．８～３．２重量％の銀、２．８～３．２重量％のビスマス、４．５～５．５重量％のアンチモン、０．３～０．８重量％の銅、０．０８～０．２重量％のニッケル、０．００１～０．０１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる。かかる合金は、幅広い温度範囲及び長い滞留時間を網羅する熱サイクル試験又は熱衝撃試験で評価されたものなど、好ましい機械的特性、好ましいはんだ付け性、優れた高温クリープ特性及び優れた熱機械的特性、並びに疲労寿命の特に好ましい組み合わせを呈し得る。
【0047】
好ましい実施形態では、はんだ合金は、２．８～３．２重量％の銀、２．８～３．２重量％のビスマス、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．３～０．８重量％の銅、０．０８～０．２重量％のニッケル、０．００５～０．０２重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる。かかる合金は、幅広い温度範囲及び長い滞留時間を網羅する熱サイクル試験又は熱衝撃試験で評価されたものなど、好ましい機械的特性、好ましいはんだ付け性、優れた高温クリープ特性及び優れた熱機械的特性、並びに疲労寿命の特に好ましい組み合わせを呈し得る。
【0048】
好ましい実施形態では、合金は、３．１～３．７重量％の銀、３～３．５重量％のビスマス、３～３．８重量％のアンチモン、０．４～０．９重量％の銅、０．０１～０．９重量％のニッケル、０．００１～０．０１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる。
【0049】
好ましい実施形態では、合金は、３．２～３．９重量％の銀、３．５～４．５重量％のビスマス、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．３～０．９重量％の銅、０．０５～０．１２重量％のニッケル、０．００１～０．０１重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる。かかる合金は、幅広い温度範囲及び長い滞留時間を網羅する熱サイクル試験又は熱衝撃試験で評価されたものなど、好ましい機械的特性、好ましいはんだ付け性、優れた高温クリープ特性及び優れた熱機械的特性、並びに疲労寿命の特に好ましい組み合わせを呈し得る。
【0050】
好ましい実施形態では、合金は、３．５～４．２重量％の銀、０．０１～０．１重量％のビスマス、５～６重量％のアンチモン、０．４～０．９重量％の銅、０．００１～０．０１重量％のゲルマニウム、０．２～０．８重量％のインジウム、０．０２～０．０８重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる。かかる合金は、幅広い温度範囲及び長い滞留時間を網羅する熱サイクル試験又は熱衝撃試験で評価されたものなど、好ましい機械的特性、好ましいはんだ付け性、優れた高温クリープ特性及び優れた熱機械的特性、並びに疲労寿命の特に好ましい組み合わせを呈し得る。
【0051】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、１～３重量％のアンチモン、２～４重量％のビスマス、０．３～１重量％の銅、０．１～０．２５重量％のニッケル、０．５～３．５重量％のインジウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０２．８～２１７．９℃の溶融温度範囲を有し、これは、従来の９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕ合金の近共晶温度よりも低い。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの硬度の大きさの約２倍である硬度及び引張強度を有する。クリープ破断時間は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２．５倍である。この実施形態の一具体例では、合金は、約３重量％の銀、約３．１重量％のビスマス、約２．１重量％のアンチモン、約０．８重量％の銅、約０．２５重量％のニッケル、約３．３重量％のインジウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0052】
好ましい実施形態では、合金は、３～４．５重量％の銀、１～３重量％のアンチモン、２．５～４重量％のビスマス、０．５～１．５重量％の銅、０．１～０．２５重量％のニッケル、０．５～１．５重量％のインジウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０９．７～２２３．５℃の溶融温度範囲、及び９６．５ＳｎＡｇ３．０Ｃｕ０．５の硬度の大きさの約２倍である硬度を有する。この合金のクリープ破断時間は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２．５倍である。この実施形態の一具体例では、合金は、約３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、２．１重量％のアンチモン、０．７５重量％の銅、０．２重量％のニッケル、１．２重量％のインジウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0053】
好ましい実施形態では、合金は、３～４．５重量％の銀、２～４重量％のビスマス、３．５～６．５重量％のアンチモン、０．５～１．５重量％の銅、０．０５～０．２重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０３．３～２３６．１℃の溶融温度範囲、並びに９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍を超える引張強度及びクリープ破断時間を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．６重量％の銀、３．９重量％のビスマス、４重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．１重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0054】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４．５重量％のビスマス、５～６．５重量％のアンチモン、０．５～１重量％の銅、０．０５～０．２重量％のニッケル、０．００１～０．０１重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この好ましい実施形態では、合金は、好ましくは、３．２～４重量％の銀、３．５～４．５重量％のビスマス、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．３～０．０９重量％の銅、０．０５～０．１２重量％のニッケル、０．００１～０．０１重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズからなる。かかる合金は、１９７．４～２３１．６℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．５重量％の銀、４．２重量％のビスマス、６．１重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．１重量％のニッケル、０．００５重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0055】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、３．５～４．５重量％のアンチモン、０．３～０．８重量％の銅、０．０２～０．３重量％のニッケル、０．００１～０．００２重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１１．４～２２５．５℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍を超える引張強度及びクリープ破断時間を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、３．２重量％の銀、３．４重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．１５重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0056】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、２．５～３．５重量％のビスマス、４～５．５重量％のアンチモン、０．３～０．８重量％の銅、０．１～０．２重量％のニッケル、０．００１～０．００２重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１５．２～２２８．３℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍を超える引張強度を有する。かかる合金のクリープ破断時間は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの４倍である。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．２重量％の銀、３重量％のビスマス、０．５重量％の銅、４．９重量％のアンチモン、０．１５重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0057】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．３～０．８重量％の銅、３～４重量％のインジウム、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．０３～０．１重量％のニッケル、０～０．００５重量％のいくらかの希土類元素（好ましくは、ネオジム）、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、１８６．９～２３２．９℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの３倍を超える引張強度、及び４倍のクリープ強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、３．５重量％の銀、３．７重量％のビスマス、０．５５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、０．００２重量％のネオジム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0058】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、２．５～４重量％のビスマス、０．３～０．８重量％の銅、５～６．５重量％のアンチモン、０．１～０．２重量％のニッケル、０．００１～０．０１重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０２．５～２３４．５℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金の引張強度は２倍を超え、クリープ破断時間は９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの６倍を超える。この実施形態の一具体例では、合金は、３．２の銀、３のビスマス、０．５重量％の銅、５．９のアンチモン、０．１５重量％のニッケル、０．００６重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0059】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～１重量％の銅、１～２重量％のインジウム、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．１８～０．２５重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１４．３～２２８．４℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍の引張強度及び４倍のクリープ破断時間を有する。かかる実施形態の一具体例では、合金は、約３．１重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、１．１５重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、０．２５重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0060】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～１重量％の銅、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．２～０．３重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１４～２３０．４℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍の引張強度及び３倍以上のクリープ強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．５重量％の銀、３．５重量％のビスマス、０．７重量％の銅、６．２重量％のアンチモン、０．３重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0061】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．４～０．７重量％の銅、２．５～３．５重量％のインジウム、５．５～６．５重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、１９５．３～２２９．３℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの３倍を超える引張強度及び４倍を超えるクリープ破断時間を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．５重量％の銀、３．７重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0062】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．４～０．６重量％の銅、２．５～３．５重量％のインジウム、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．００１～０．０１重量％のチタン、０．０００８～０．００２重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、１８６．５～２３２．５℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの３倍の引張強度及び３倍のクリープ破断時間を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．５重量％の銀、３．８重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、０．００６重量％のチタン、０．００１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0063】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．８重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、０．０５～０．１重量％のニッケル、０．００１～０．００２重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部を含む。かかる合金は、１９８．９～２３０．９℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍を超える引張強度及び３倍のクリープ破断強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．６重量％の銀、３．９重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０９重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0064】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．８重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、０．０３～０．０８重量％のニッケル、０．０１～０．０３重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、１９８．９～２２７．６℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍の引張強度及び３倍を超えるクリープ破断時間を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．５重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、０．０２重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0065】
好ましい実施形態では、合金は、２．５～３．５重量％の銀、２．５～３．５重量％のビスマス、０．３～０．６重量％の銅、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．０１～０．０４重量％のニッケル、０．０１～０．０３重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０２．６～２２９．２℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの３倍を超える引張強度及び６倍を超えるクリープ破断強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６．１重量％のアンチモン、０．０３重量％のニッケル、０．０２重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0066】
好ましい実施形態では、合金は、２．５～３．５重量％の銀、２．５～３．５重量％のビスマス、０．３～０．６重量％の銅、５．５～６．５重量％のアンチモン、０．００１～０．０１５重量％のニッケル、０．０１５～０．０３５重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０３．３～２２９．７℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの３倍を超える引張強度及び６倍を超えるクリープ破断強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６．１重量％のアンチモン、０．０１重量％のニッケル、０．０３重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0067】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．４～０．８重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、０．０３～０．０５重量％のチタン、０．００５～０．０１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０３．８～２２６．５℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍を超える引張強度及び４倍のクリープ破断強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．４重量％の銀、３．５重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．４％のアンチモン、０．００２のチタン、０．００７のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0068】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．８重量％の銅、４．５～５．５重量％のアンチモン、０．０９～０．１５重量％のニッケル、０．０２～０．０５重量％のチタン、０．０００８～０．００１４重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この実施形態の一具体例では、合金は、約３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、５．１重量％のアンチモン、０．１４重量％のニッケル、０．０４重量％のチタン、０．００１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0069】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．８重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、０．００１～０．０１２重量％のネオジム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１０．８～２２４．５℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕのほぼ４倍のクリープ強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．８重量％のアンチモン、０．００５重量％のネオジム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0070】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、３～４重量％のアンチモン、０．４～０．７重量％の銅、０．０２～０．０７重量％のニッケル、０．００１～０．００５重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０２．９～２２４．６℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２．５倍のクリープ強度を有する。この実施形態の１つのかかる具体例では、合金は、約、３．５重量％の銀、４．１６重量％のビスマス、３．９重量％のアンチモン、０．５重量％の銅、０．０６重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0071】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、４～６重量％のアンチモン、０．４～０．７重量％の銅、２．５～３．５重量％のインジウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、１９５．８～２２８．６℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの２倍のクリープ強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．８重量％の銀、４．２重量％のビスマス、４．７重量％のアンチモン、０．５重量％の銅、３．２重量％のインジウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0072】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、１～２重量％のビスマス、１～２重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、０．００８～０．０２重量％のアルミニウム、０．００５～０．０１重量％のケイ素、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１７．５２～２２７．０５℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．８重量％の銀、１．６重量％のビスマス、１．３重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．０１５重量％のアルミニウム、０．００７重量％のケイ素、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0073】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、３～４重量％のアンチモン、０．５～０．８重量％の銅、０．０３～０．０６重量％のニッケル、０．００１～０．００８重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１２．８～２２４．５℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．４重量％の銀、３．３重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．４重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、及び０．００１重量％のゲルマニウムを含む。
【0074】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３．５～５重量％のビスマス、０．５～０．８重量％の銅、１～３重量％のアンチモン、０．１～０．２重量％のニッケル、０．０１～０．０２重量％の鉄、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０９．９～２２１．２℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの３倍のクリープ強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．４重量％の銀、４．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、２．１重量％のアンチモン、０．２重量％のニッケル、０．０２重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0075】
好ましい実施形態では、合金は、３．５～４重量％の銀、０．０２～１重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、０．１～１重量％のインジウム、４．５～６重量％のアンチモン、０．０３～０．１重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２２２．６～２３２．３℃の溶融温度範囲を有する。かかる合金は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの７倍を超えるクリープ破断強度を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．８重量％の銀、０．０６重量％のビスマス、０．６重量％の銅、０．６重量％のインジウム、５．３重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0076】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、２．８～３．８重量％のビスマス、０．５～０．８重量％の銅、３．５～４．５重量％のアンチモン、０．０２～０．１重量％のニッケル、０．０１～０．０２５重量％のケイ素、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１４．４～２２５．６℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、４．１重量％のアンチモン、０．０３重量％のニッケル、０．００６重量％のケイ素、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0077】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、２．５～３．５重量％のビスマス、０．５～０．８重量％の銅、０．０２～０．１重量％のニッケル、０．０１～０．０３重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１４．４～２２６．７℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．６重量％の銀、３重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０３重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0078】
好ましい実施形態では、合金は、２．５～３．５重量％の銀、２．５～３．５重量％のビスマス、０．４～０．６重量％の銅、５～６重量％のインジウム、１～２重量％のアンチモン、０．０２～０．０８重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、１９５．１～２１１．８℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６重量％のインジウム、１．６重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0079】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、０．０２～０．１重量％のニッケル、０．０２～０．０８重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０９．６～２２４．９℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．４重量％の銀、３．６重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０６重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0080】
好ましい実施形態では、合金は、２．５～３．５重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、０．０３～０．１重量％のコバルト、０．００１～０．００５重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１０～２２５．３℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３重量％の銀、３．６重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０５重量％のコバルト、０．００２重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0081】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３．５～４．５重量％のアンチモン、０．００２～０．０１重量％のマンガンを含む。かかる合金は、２１３．９～２２４．６℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．００６重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0082】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３．５～４．５重量％のアンチモン、０．００１～０．００５重量％のマンガン、０．０１～０．１重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１４．７～２２４．６℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．００３重量％のマンガン、０．０９重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0083】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３．５～４．５重量％のアンチモン、０．０１～０．１重量％のニッケル、０．０１～０．１重量％のコバルト、０．００５～０．０１５重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１５～２２５．７℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０５重量％のコバルト、０．０１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0084】
好ましい実施形態では、合金は、２．５～３．５重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、４．５～５．５重量％のアンチモン、０．０２～０．０７重量％のコバルト、０．０１～０．０５重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１３．８～２２８．５℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、５重量％のアンチモン、０．０６重量％のコバルト、０．０４重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0085】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、０．０２～０．１重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、４．５～５．５重量％のアンチモン、０．１～１重量％のガリウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２２１．９～２２９．３℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約、３．７重量％の銀、０．０８重量％のビスマス、０．６重量％の銅、５．２重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．５重量％のガリウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0086】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、０．０１～０．１重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、０．４～０．７重量％のインジウム、４．５～５．５重量％のアンチモン、０．０２～０．０８重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２２１．６～２２９．７℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．７重量％の銀、０．０７重量％のビスマス、０．６重量％の銅、０．６重量％のインジウム、５．２重量％のアンチモン、０．０６重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0087】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、０．５～２重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３．５～４．５重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１９．１～２２７．５℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．７重量％の銀、１．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、４重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0088】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、２．５～３．５重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１６．２～２２６．９℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．７重量％の銀、２．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0089】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３～４重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１２．５～２２４．８℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．８重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0090】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、３．５～４．５重量％のビスマス、０．５～０．７重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２１０．７～２２３．９℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．５重量％の銀、４重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0091】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、４．５～５．５重量％のビスマス、０．４～０．６重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０９．５～２２２．７℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．１重量％の銀、５．１重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．７重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0092】
好ましい実施形態では、合金は、３～４重量％の銀、５．５～６．５重量％のビスマス、０．４～０．７重量％の銅、３～４重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。かかる合金は、２０６．２～２２０．８℃の溶融温度範囲を有する。この実施形態の一具体例では、合金は、約３．２重量％の銀、６重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．２重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0093】
更なる態様では、本発明は、鉛フリーはんだ合金であって、
（ａ）２．５～５重量％の銀
（ｂ）０．０１～５重量％のビスマス
（ｃ）１．０～７．０重量％のアンチモン
（ｄ）０．０１～２．０重量％の銅
（ｅ）以下の元素のうちの少なくとも１つ
最大０．５重量％のニッケル
最大０．５重量％のチタン
最大０．５重量％のゲルマニウム
最大５．０重量％のインジウム
最大０．５重量％のマンガン
ネオジム、セリウム、ランタンなどの最大０．５重量％の希土類。
（ａ）２．５～５重量％の銀
（ｂ）０．０１～５重量％のビスマス
（ｃ）１．０～７．０重量％のアンチモン
（ｄ）０．０１～２．０重量％の銅
（ｅ）以下の元素のうちの少なくとも１つ
最大０．５重量％のニッケル
最大０．５重量％のチタン
最大０．５重量％のゲルマニウム
最大５．０重量％のインジウム
最大０．５重量％のマンガン
ネオジム、セリウム、ランタンなどの最大０．５重量％の希土類。
【0094】
最大５．０重量％のアルミニウム
最大５．０重量％のケイ素
（ｆ）任意選択的に、以下の元素のうちの１つ以上
０～０．５重量％のクロム
０～０．５重量％の鉄
０～０．５重量％のリン
０～０．５重量％の金
０～０．５重量％のガリウム
０～０．５重量％のテルル
０～０．５重量％のセレン
０～０．５重量％のカルシウム
０～０．５重量％のバナジウム
０～０．５重量％のモリブデン
０～０．５重量％の白金
０～０．５重量％のマグネシウム
（ｇ）任意の不可避不純物と共に、残部のスズ、を含む、はんだ合金、を提供する。
最大５．０重量％のケイ素
（ｆ）任意選択的に、以下の元素のうちの１つ以上
０～０．５重量％のクロム
０～０．５重量％の鉄
０～０．５重量％のリン
０～０．５重量％の金
０～０．５重量％のガリウム
０～０．５重量％のテルル
０～０．５重量％のセレン
０～０．５重量％のカルシウム
０～０．５重量％のバナジウム
０～０．５重量％のモリブデン
０～０．５重量％の白金
０～０．５重量％のマグネシウム
（ｇ）任意の不可避不純物と共に、残部のスズ、を含む、はんだ合金、を提供する。
【0095】
第１の態様の利点及び好ましい特徴は、この態様に等しく当てはまる。
【0096】
更なる態様では、本発明は、本明細書に記載のはんだ合金を含むはんだ付け接合部を提供する。
【0097】
更なる態様では、本発明は、
本明細書に記載のはんだ合金と、
はんだフラックスと、を含む、はんだペーストを提供する。
本明細書に記載のはんだ合金と、
はんだフラックスと、を含む、はんだペーストを提供する。
【0098】
更なる態様では、本発明は、はんだ接合部を形成する方法を提供し、この方法は、
（ｉ）接合される２つ以上のワークピースを提供することと、
（ｉｉ）本明細書に記載のはんだ合金又は本明細書に記載のはんだペーストを提供することと、
（ｉｉｉ）接合されるワークピース付近のはんだ合金又ははんだペーストを加熱することと、を含む。
（ｉ）接合される２つ以上のワークピースを提供することと、
（ｉｉ）本明細書に記載のはんだ合金又は本明細書に記載のはんだペーストを提供することと、
（ｉｉｉ）接合されるワークピース付近のはんだ合金又ははんだペーストを加熱することと、を含む。
【0099】
ワークピースは、基板及びダイなどのプリント回路基板の構成要素であってもよい。
【0100】
更なる態様では、本発明は、はんだ付け方法において、本明細書に記載のはんだ合金又は本明細書に記載のはんだペーストの使用を提供する。
【0101】
はんだ付け方法は、好ましくは、ウェーブはんだ付け、表面実装技術（Surface Mount Technology、ＳＭＴ）はんだ付け、ダイアタッチはんだ付け、熱インターフェースはんだ付け、手はんだ付け、レーザー及びＲＦ誘導はんだ付け、ソーラーモジュールへのはんだ付け、レベル２ＬＥＤパッケージ基板のはんだ付け、はんだ浸漬、並びにリワークはんだ付けから選択される。
【0102】
更なる態様では、本発明は、本明細書に記載のはんだ合金を製造する方法であって、
列挙された元素を提供することと、
列挙された元素を溶融することと、を含み、
列挙された元素が、個々の元素の形態、及び／又は列挙された元素のうちの１つ以上を含有する１つ以上の合金の形態で提供され得る、方法、を提供する。
列挙された元素を提供することと、
列挙された元素を溶融することと、を含み、
列挙された元素が、個々の元素の形態、及び／又は列挙された元素のうちの１つ以上を含有する１つ以上の合金の形態で提供され得る、方法、を提供する。
【0103】
これより、本発明を以下の非限定的な実施例に関して更に説明する。
【0104】
実施例１－合金１
合金１は、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、２．１重量％のアンチモン、０．８重量％の銅、３．３重量％のインジウム、０．２重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金１は、２０２．８～２１７．９℃の溶融温度範囲、及び２８．６Ｈｖのビッカース硬度を有する。
合金１は、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、２．１重量％のアンチモン、０．８重量％の銅、３．３重量％のインジウム、０．２重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金１は、２０２．８～２１７．９℃の溶融温度範囲、及び２８．６Ｈｖのビッカース硬度を有する。
【0105】
実施例１ａ－合金１ａ（参考例）
合金１ａは、３．８重量％の銀、３重量％のビスマス、１．４重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．１５重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含有する。
合金１ａは、３．８重量％の銀、３重量％のビスマス、１．４重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．１５重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含有する。
【0106】
実施例１ｂ－合金１ｂ（参考例）
合金１ｂは、３．３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、３重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．０４重量％のニッケル、０．０１重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含有する。
合金１ｂは、３．３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、３重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．０４重量％のニッケル、０．０１重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含有する。
【0107】
実施例２－合金２
合金２は、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、２．１重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．２重量％のニッケル、１．２重量％のインジウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２は、２０９．７～２２３．５℃の溶融温度範囲、及び２７．２Ｈｖのビッカース硬度を有する。
合金２は、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、２．１重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．２重量％のニッケル、１．２重量％のインジウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２は、２０９．７～２２３．５℃の溶融温度範囲、及び２７．２Ｈｖのビッカース硬度を有する。
【0108】
実施例３－合金３
合金３は、３．６重量％の銀、３．９重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．０９重量％のニッケル、０．００１重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金３は、２０３．３～２３６．１℃の溶融温度範囲を有する。
合金３は、３．６重量％の銀、３．９重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．０９重量％のニッケル、０．００１重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金３は、２０３．３～２３６．１℃の溶融温度範囲を有する。
【0109】
実施例４－合金４
合金４は、３．５重量％の銀、４．１重量％のビスマス、６．１重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．１重量％のニッケル、０．００４重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金４は、１９７．４～２３１．６℃の溶融温度範囲を有する。
図６に示されるこの合金の鋳放し微細構造の断面は、スズマトリックス中のＡｇ３Ｓｎの分散を明らかにしている。（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５のより大きな析出物、及びいくつかの微細な析出物スズ－ビスマス金属間化合物も観察される。かかる微細構造は、固溶体強化及び析出強化の例であり、これは、合金強化及びその改善された機械的特性に寄与する。
合金４は、３．５重量％の銀、４．１重量％のビスマス、６．１重量％のアンチモン、０．７重量％の銅、０．１重量％のニッケル、０．００４重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金４は、１９７．４～２３１．６℃の溶融温度範囲を有する。
図６に示されるこの合金の鋳放し微細構造の断面は、スズマトリックス中のＡｇ３Ｓｎの分散を明らかにしている。（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５のより大きな析出物、及びいくつかの微細な析出物スズ－ビスマス金属間化合物も観察される。かかる微細構造は、固溶体強化及び析出強化の例であり、これは、合金強化及びその改善された機械的特性に寄与する。
【0110】
実施例７－合金７
合金７は、３．２重量％の銀、３．４重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．１６重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１１．４～２２５．５℃である。
合金７は、３．２重量％の銀、３．４重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．１６重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１１．４～２２５．５℃である。
【0111】
実施例８－合金８
合金８は、３．２重量％の銀、３重量％のビスマス、０．５重量％の銅、４．９重量％のアンチモン、０．１６重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１５．２～２２８．３℃である。図６に示されるこの合金のバルク微細構造は、Ｂｉ－Ｓｎ（白色）及び（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５析出物（暗色粒子）と一緒にＡｇ３Ｓｎの共晶ネットワークからなる。（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５析出物のいくらかは、花弁状構造を形成する傾向がある。析出物のかかる形態は、図７、図８、及び図９に示されるように、合金が改善された機械的特性を有することを示唆している。
合金８は、３．２重量％の銀、３重量％のビスマス、０．５重量％の銅、４．９重量％のアンチモン、０．１６重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１５．２～２２８．３℃である。図６に示されるこの合金のバルク微細構造は、Ｂｉ－Ｓｎ（白色）及び（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５析出物（暗色粒子）と一緒にＡｇ３Ｓｎの共晶ネットワークからなる。（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５析出物のいくらかは、花弁状構造を形成する傾向がある。析出物のかかる形態は、図７、図８、及び図９に示されるように、合金が改善された機械的特性を有することを示唆している。
【0112】
実施例９－合金９
合金９は、３．５重量％の銀、３．７重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、０．００２重量％のネオジム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、１８６．９～２３２．９℃である。
合金９は、３．５重量％の銀、３．７重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、０．００２重量％のネオジム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、１８６．９～２３２．９℃である。
【0113】
実施例１０－合金１０
合金１０は、３．２重量％の銀、３重量％のビスマス、０．５重量％の銅、５．９重量％のアンチモン、０．１６重量％のニッケル、０．００６重量％のチタン、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金のバルク微細構造は、Ａｇ３Ｓｎ、Ｂｉ－Ｓｎ、及びＣｕ６Ｓｎ５析出物の十分に分散した共晶ネットワークからなる。この合金は、２０２．５～２３４．５℃の溶融温度範囲を有する。
合金１０は、３．２重量％の銀、３重量％のビスマス、０．５重量％の銅、５．９重量％のアンチモン、０．１６重量％のニッケル、０．００６重量％のチタン、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金のバルク微細構造は、Ａｇ３Ｓｎ、Ｂｉ－Ｓｎ、及びＣｕ６Ｓｎ５析出物の十分に分散した共晶ネットワークからなる。この合金は、２０２．５～２３４．５℃の溶融温度範囲を有する。
【0114】
実施例１１－合金１１
合金１１は、３．１重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、１．１重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、０．２５重量％のニッケル、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金１１は、２１４．３～２２８．４℃の溶融温度範囲を有する。この合金の硬度は、３２．４Ｈｖである。
合金１１は、３．１重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、１．１重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、０．２５重量％のニッケル、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金１１は、２１４．３～２２８．４℃の溶融温度範囲を有する。この合金の硬度は、３２．４Ｈｖである。
【0115】
実施例１２－合金１２
合金１２は、３．５重量％の銀、３．５重量％のビスマス、０．７重量％の銅、６．２重量％のアンチモン、０．３重量％のニッケル、０．００１重量％のセリウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１３．９～２３０．４℃である。この合金の硬度は、２８Ｈｖである。
合金１２は、３．５重量％の銀、３．５重量％のビスマス、０．７重量％の銅、６．２重量％のアンチモン、０．３重量％のニッケル、０．００１重量％のセリウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１３．９～２３０．４℃である。この合金の硬度は、２８Ｈｖである。
【0116】
実施例１３－合金１３
合金１３は、３．５重量％の銀、３．７重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、１９５．３～２２９．３℃の溶融温度範囲を有する。
合金１３は、３．５重量％の銀、３．７重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、１９５．３～２２９．３℃の溶融温度範囲を有する。
【0117】
実施例１４－合金１４
合金１４は、３．５重量％の銀、３．８重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１８重量％のアンチモン、０．００６重量％のチタン、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、１８６．５～２３２．５℃である。
合金１４は、３．５重量％の銀、３．８重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．４重量％のインジウム、６．１８重量％のアンチモン、０．００６重量％のチタン、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、１８６．５～２３２．５℃である。
【0118】
実施例１５－合金１５
合金１５は、３．６重量％の銀、３．９重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０９重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金は、１９８．９～２３０．９℃の溶融温度範囲を有する。
合金１５は、３．６重量％の銀、３．９重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０９重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金は、１９８．９～２３０．９℃の溶融温度範囲を有する。
【0119】
実施例１６－合金１６（参考例）
合金１６は、３．５重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．２重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。
合金１６は、３．５重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．２重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0120】
実施例１７－合金１７
合金１７は、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．５重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、０．０２重量％のチタン、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金１７は、１９８．９～２２７．６℃の溶融温度範囲を有する。この合金のバルク微細構造を図６に示す。十分に分散した（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５及びビスマス－スズ析出物を有するＡｇ３Ｓｎの微細ネットワークがはっきりと見える。
合金１７は、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．５重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、０．０２重量％のチタン、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金１７は、１９８．９～２２７．６℃の溶融温度範囲を有する。この合金のバルク微細構造を図６に示す。十分に分散した（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５及びビスマス－スズ析出物を有するＡｇ３Ｓｎの微細ネットワークがはっきりと見える。
【0121】
実施例１８－合金１８
合金１８は、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６．１重量％のアンチモン、０．０３重量％のニッケル、０．０２重量％のチタン、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。
合金１８は、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６．１重量％のアンチモン、０．０３重量％のニッケル、０．０２重量％のチタン、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0122】
実施例１９－合金１９
合金１９は、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６．１重量％のアンチモン、０．０１重量％のニッケル、０．０３重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金１９の溶融温度範囲は、２０３．３～２２９．７℃である。
合金１９は、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６．１重量％のアンチモン、０．０１重量％のニッケル、０．０３重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金１９の溶融温度範囲は、２０３．３～２２９．７℃である。
【0123】
実施例２０－合金２０
合金２０は、３．４重量％の銀、３．４重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．４重量％のアンチモン、０．００２重量％のチタン、０．００７重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２０は、２０３．８～２２６．５℃の溶融温度範囲を有する。
合金２０は、３．４重量％の銀、３．４重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．４重量％のアンチモン、０．００２重量％のチタン、０．００７重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２０は、２０３．８～２２６．５℃の溶融温度範囲を有する。
【0124】
実施例２１－合金２１
合金２１は、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、５．１重量％のアンチモン、０．１４重量％のニッケル、０．０４重量％のチタン、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。
合金２１は、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、５．１重量％のアンチモン、０．１４重量％のニッケル、０．０４重量％のチタン、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0125】
実施例２２－合金２２
合金２２は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．８重量％のアンチモン、０．００５重量％のネオジム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２２は、２１０．８～２２４．５℃の溶融温度範囲を有する。
合金２２は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．８重量％のアンチモン、０．００５重量％のネオジム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２２は、２１０．８～２２４．５℃の溶融温度範囲を有する。
【0126】
実施例２３－合金２３
合金２３は、３．５重量％の銀、４．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。
合金２３は、３．５重量％の銀、４．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、０．００１重量％のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0127】
実施例２４－合金２４
合金２４は、３．８重量％の銀、４．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．２重量％のインジウム、４．７重量％のアンチモン、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２４は、１９５．８～２２８．６℃の溶融温度範囲を有する。
合金２４は、３．８重量％の銀、４．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．２重量％のインジウム、４．７重量％のアンチモン、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２４は、１９５．８～２２８．６℃の溶融温度範囲を有する。
【0128】
実施例２５－合金２５
合金２５は、３．８重量％の銀、４．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．３重量％のインジウム、４．６重量％のアンチモン、０．００１のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２５の溶融温度範囲は、１９４．５～２２０．３℃である。
合金２５は、３．８重量％の銀、４．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．３重量％のインジウム、４．６重量％のアンチモン、０．００１のゲルマニウム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２５の溶融温度範囲は、１９４．５～２２０．３℃である。
【0129】
実施例２６－合金２６
合金２６は、３．８重量％の銀、１．６重量％のビスマス、１．３重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．０１５重量％のアルミニウム、０．００７重量％のケイ素、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２６の溶融温度範囲は、２１７．５～２２７．１℃である。
合金２６は、３．８重量％の銀、１．６重量％のビスマス、１．３重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．０１５重量％のアルミニウム、０．００７重量％のケイ素、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金２６の溶融温度範囲は、２１７．５～２２７．１℃である。
【0130】
実施例２７－合金２７
合金２７は、３．４重量％の銀、３．３重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．４重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．００１重量％のネオジム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１２．８～２２４．５℃である。
合金２７は、３．４重量％の銀、３．３重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．４重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．００１重量％のネオジム、及び任意の不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１２．８～２２４．５℃である。
【0131】
実施例２８－合金２９
合金２９は、３．４重量％の銀、４．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、２．１重量％のアンチモン、０．２重量％のニッケル、０．０２重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
合金２９は、３．４重量％の銀、４．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、２．１重量％のアンチモン、０．２重量％のニッケル、０．０２重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
【0132】
実施例２９－合金３１
合金３１は、３．８重量％の銀、０．０６重量％のビスマス、０．６重量％の銅、０．６重量％のインジウム、５．３重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２２２．６～２３２．３℃の溶融温度範囲を有する。合金３１のクリープ強度は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの７倍である。
合金３１は、３．８重量％の銀、０．０６重量％のビスマス、０．６重量％の銅、０．６重量％のインジウム、５．３重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２２２．６～２３２．３℃の溶融温度範囲を有する。合金３１のクリープ強度は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの７倍である。
【0133】
実施例３０－合金３２
合金３２は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、４．１重量％のアンチモン、０．０３重量％のニッケル、０．００６重量％のケイ素、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１４．４～２２５．６℃の溶融温度範囲を有する。
合金３２は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、４．１重量％のアンチモン、０．０３重量％のニッケル、０．００６重量％のケイ素、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１４．４～２２５．６℃の溶融温度範囲を有する。
【0134】
実施例３１－合金３３
合金３３は、３．６重量％の銀、３重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０３重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１４．４～２２６．７℃の溶融温度範囲を有する。
合金３３は、３．６重量％の銀、３重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０３重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１４．４～２２６．７℃の溶融温度範囲を有する。
【0135】
実施例３２－合金３４
合金３４は、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６．３重量％のインジウム、１．６重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、１９５．１～２１１．８℃の溶融温度範囲を有する。
合金３４は、３重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．５重量％の銅、６．３重量％のインジウム、１．６重量％のアンチモン、０．０６重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、１９５．１～２１１．８℃の溶融温度範囲を有する。
【0136】
実施例３３－合金３６（参考例）
合金３６は、３．８重量％の銀、４重量％のビスマス、０．７重量％の銅、２重量％のアンチモン、０．０３重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金３６は、２０８．９～２２１．９℃の溶融温度範囲を有する。
合金３６は、３．８重量％の銀、４重量％のビスマス、０．７重量％の銅、２重量％のアンチモン、０．０３重量％のニッケル、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金３６は、２０８．９～２２１．９℃の溶融温度範囲を有する。
【0137】
実施例３４－合金３７
合金３７は、３．４重量％の銀、３．６重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０６重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２０９．６～２２４．９℃である。
合金３７は、３．４重量％の銀、３．６重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０６重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２０９．６～２２４．９℃である。
【0138】
実施例３５－合金３８
合金３８は、３重量％の銀、３．６重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０５重量％のコバルト、０．００２重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１０～２２５．３℃の溶融温度範囲を有する。
合金３８は、３重量％の銀、３．６重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、０．０５重量％のコバルト、０．００２重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１０～２２５．３℃の溶融温度範囲を有する。
【0139】
実施例３６－合金３９
合金３９は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．００６重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金３９は、２１３．９～２２４．６℃の溶融温度範囲を有する。
合金３９は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．００６重量％のマンガン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金３９は、２１３．９～２２４．６℃の溶融温度範囲を有する。
【0140】
実施例３７－合金４０
合金４０は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．００３重量％のマンガン、０．０９重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１４．７～２２４．６℃の溶融温度範囲を有する。
合金４０は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．００３重量％のマンガン、０．０９重量％の鉄、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１４．７～２２４．６℃の溶融温度範囲を有する。
【0141】
実施例３８－合金４１
合金４１は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０５重量％のコバルト、０．０１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金４１の溶融温度範囲は、２１５．０～２２５．７℃である。
合金４１は、３．５重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．７重量％の銅、４重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．０５重量％のコバルト、０．０１重量％のゲルマニウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金４１の溶融温度範囲は、２１５．０～２２５．７℃である。
【0142】
実施例３９－合金４２
合金４２は、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、５重量％のアンチモン、０．０６重量％のコバルト、０．０４重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１３．８～２２８．５℃の溶融温度範囲を有する。
合金４２は、３重量％の銀、３．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、５重量％のアンチモン、０．０６重量％のコバルト、０．０４重量％のチタン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１３．８～２２８．５℃の溶融温度範囲を有する。
【0143】
実施例４０－合金４３
合金４３は、３．７重量％の銀、０．０８重量％のビスマス、０．６重量％の銅、５．２重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．５重量％のガリウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金４３は、２２１．９～２２９．３℃の溶融温度範囲を有する。
合金４３は、３．７重量％の銀、０．０８重量％のビスマス、０．６重量％の銅、５．２重量％のアンチモン、０．０５重量％のニッケル、０．５重量％のガリウム、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。合金４３は、２２１．９～２２９．３℃の溶融温度範囲を有する。
【0144】
実施例４１－合金４５
合金４５は、３．７重量％の銀、０．０７重量％のビスマス、０．６重量％の銅、０．６重量％のインジウム、５．２重量％のアンチモン、０．０６重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２２１．６～２２９．７℃である。
合金４５は、３．７重量％の銀、０．０７重量％のビスマス、０．６重量％の銅、０．６重量％のインジウム、５．２重量％のアンチモン、０．０６重量％のコバルト、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２２１．６～２２９．７℃である。
【0145】
実施例４２－合金５６（参考例）
合金５６は、３．７重量％の銀、１．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、４重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１９．１～２２７．５℃の溶融温度範囲を有する。この合金は、２７．７Ｈｖの硬度を有する。
合金５６は、３．７重量％の銀、１．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、４重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１９．１～２２７．５℃の溶融温度範囲を有する。この合金は、２７．７Ｈｖの硬度を有する。
【0146】
実施例４３－合金５７（参考例）
合金５７は、３．７重量％の銀、２．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１６．２～２２６．９℃である。合金は、２８．６Ｈｖの硬度を有する。
合金５７は、３．７重量％の銀、２．１重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．９重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は、２１６．２～２２６．９℃である。合金は、２８．６Ｈｖの硬度を有する。
【0147】
実施例４４－合金５８（参考例）
合金５８は、３．８重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１２．５～２２４．８℃の溶融温度範囲を有する。合金の硬度は、３０．８Ｈｖである。
合金５８は、３．８重量％の銀、３．２重量％のビスマス、０．７重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２１２．５～２２４．８℃の溶融温度範囲を有する。合金の硬度は、３０．８Ｈｖである。
【0148】
実施例４５－合金５９（参考例）
合金５９は、３．５重量％の銀、４重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
合金は、２１０．７～２２３．９℃の溶融温度範囲及び３０．８Ｈｖの硬度を有する。
合金５９は、３．５重量％の銀、４重量％のビスマス、０．６重量％の銅、３．６重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。
合金は、２１０．７～２２３．９℃の溶融温度範囲及び３０．８Ｈｖの硬度を有する。
【0149】
実施例４６－合金６０（参考例）
合金６０は、３．１重量％の銀、５．１重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．７重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は２０９．５～２２２．７℃であり、この合金は３２．２Ｈｖの硬度を有する。
合金６０は、３．１重量％の銀、５．１重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．７重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金の溶融温度範囲は２０９．５～２２２．７℃であり、この合金は３２．２Ｈｖの硬度を有する。
【0150】
実施例４７－合金６１（参考例）
合金６１は、３．２重量％の銀、６重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．２重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２０６．２～２２０．８℃の溶融温度範囲を有し、３２．２Ｈｖの硬度を有する。
合金６１は、３．２重量％の銀、６重量％のビスマス、０．５重量％の銅、３．２重量％のアンチモン、及び不可避不純物と共に残部のスズを含む。この合金は、２０６．２～２２０．８℃の溶融温度範囲を有し、３２．２Ｈｖの硬度を有する。
【0151】
全ての合金の溶融温度範囲のまとめが表１に一覧化されている。
【0152】
【表1】
【0153】
本発明によるはんだ合金の顕微鏡写真（Ｓｎ－５．３Ｓｂ－３．８Ａｇ－０．０６Ｂｉ－０．６Ｃｕ－０．６Ｉｎ－０．０６Ｎｉ）を図１に示す。分かるように、はんだ合金は、広範なＡｇ３Ｓｎネットワークを示す微細構造を呈する。上で考察されたように、析出粒子のかかる分散ネットワークは、クリープ変形中の粒界の移動に抵抗するため、クリープ強度を高めることができる。
【0154】
上で考察されたように、２６０℃よりも高いリフロー温度は、プリント回路基板及び構成要素を損傷させるなど、はんだ付け中の様々な問題につながる場合がある。図２及び図３は、過剰なアンチモン又はビスマスを添加したときのＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金の溶融挙動へのマイナスの影響を示す。図２に示されるように、アンチモン含有量を１～８重量％増加させると、液相線温度が大幅に上昇する一方で、固相線温度は徐々に上がることを示している。この例では、アンチモンが７重量％以下である場合、ピークリフロー温度が液相線温度を２５～３０℃上回ることを考慮して、要求されるリフロー温度は２６０℃以下であろう。図２の対象である合金は、３．２～３．８重量％のＡｇ、１～８重量％のＳｂ、０．５～０．９重量％のＣｕ、残部のＳｎを含有する。図３では、ビスマス含有量を増加させながら、アンチモンは３～４重量％を保持される。図３の対象である合金は、３．２～３．８重量％のＡｇ、３～４重量％のＳｂ、１～６重量％のＢｉ、０．５～０．７重量％のＣｕ、残部のＳｎを含有する。この例では、ビスマスが５重量％以下である場合、その固相線温度は２１０℃超に留まり、固相線－液相線温度ギャップは１０℃よりも低い。固相線温度が低いとはんだの動作温度が制限される場合があり、固相線－液相線温度ギャップが大きすぎると、はんだの完全な固化の前に形成された半溶融帯に起因したはんだ欠陥につながり得るため、これも重要である。図２及び図３から分かるように、アンチモンを増加させることは、固相線温度よりも液相線温度の上昇により大きな影響を及ぼす（図２）。アンチモンを減少させ、ビスマスを増加させると、合金の固相線温度及び液相線温度の両方が低下する（図３）。
【0155】
様々な合金添加物によって引き起こされた固溶体強化及び析出硬化は、硬度の増加につながる。例えば、アンチモンが固溶体強化に有意に寄与するのに対して、スズ中での非常に限定された溶解度を有する銅は、合金の硬度も増加させるＣｕ－Ｓｎ金属間化合物を形成する。この影響を図４に示す。ビスマスはまた、スズの既知の固溶体強化元素である。合金の硬度に対するビスマスの増加及びアンチモンのわずかな減少の影響を図５に示す。硬度の増加は、多くの場合、脆性が増加するリスクに起因して、はんだ合金の負の及び望ましくない特性として認識されているが、硬度は、バランスの取れた合金設計によって望ましい特性に変えることができる。このようにして、硬度は、本明細書に記載の合金の改善された高い熱機械的特性に寄与し得る。
【0156】
図６は、左から右に、合金４、８、及び１７の鋳放し微細構造を示す。（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５の析出物は、Ａｇ３Ｓｎ及びＳｎ結晶粒（Ｂｉ及びＳｂを含有する）のマトリックス中に均一に分散している。白色析出物は、スズ中のビスマスの固溶限界を超えたときに形成されるＢｉ－Ｓｎ金属間粒子のものである。
【0157】
図７及び図８は、多数の例示的な合金の室温引張特性を９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの室温引張特性と比較している。６６％～１４４％の９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕと比較して、引張強度の顕著な増加がある。
【0158】
クリープ試験からの結果は、比較的長期間にわたるクリープ及びクリープ変形（弾性及び塑性）への抵抗に関する重要な洞察を提供する。高温クリープの場合には、微細構造強化の現象は、微細構造のアニーリングによって引き起こされた応力緩和と交互に起こる。合金の高温クリープ特性は、グラフで提示され、図９及び図１０における９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕの高温クリープ特性と比較されている。本発明の合金は、クリープ破断時間及び総クリープ塑性ひずみによって与えられた有意に高いクリープ強度を有する。クリープ破断時間が高いほど、クリープへの抵抗が高いことを示す。例えば、１５０℃で、合金８のクリープ破断時間は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕのクリープ破断時間よりも２５５％高い。
【0159】
拡散依存性クリープ変形は、同相温度、すなわち、絶対スケールでの材料の試験温度の溶融温度に対する比率に依存する。はんだ合金の同相温度は、０．８４～０．８６の範囲であり得る。したがって、はんだ合金の溶融温度は、機械的特性に有意な影響を及ぼさない。
【0160】
表２は、例示的な合金のいくつかのゼロ湿潤時間（Ｔ０）を９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕと比較しており、これは、はんだ付け性及び湿潤性の尺度として使用することができる。本発明による合金の湿潤特性は、９６．５Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕ合金の湿潤特性と同等である。これは、多くの合金添加物を有する合金の湿潤特性がかなり頻繁に劣化するため、重要である。湿潤試験は、ＪＩＳ Ｚ３１９８－４標準に従って２５０℃で実行された。
【0161】
【表2】
【0162】
上で考察されたように、これらの例示的な合金中の合金添加物による金属間化合物形成は、バルク合金及びはんだ接合部の追加の強度をもたらした。図１１及び図１２は、熱サイクル性能試験の結果を示す。熱サイクルは、ＩＰＣ ９７０１Ａ標準に従って実施された試験において、－４０～１５０℃、これらの温度の各々で３０分間の滞留時間で実行された。はんだ接合後の熱サイクル試験の３つの重要側面は、その場での特性寿命、はんだ接合部内の亀裂の伸展、及び熱サイクル試験後に保持された剪断強度の割合である。熱サイクル特性寿命は、高速データロガーを使用してそれらの電気抵抗をその場で監視したときに、ＢＧＡ２２８パッケージの６３．２％の累積故障で与えられる。ＩＰＣ ９７０１Ａ標準に従って、故障は、５回の連続した読み取りで測定された電気抵抗において２０％の増加があったときに定義される。図１１は、ＢＧＡの亀裂伸展を計算するために、はんだ接合部の全長をどのように測定するかの例を示す。亀裂伸展は、はんだ接合部の全長の割合として測定される。例示の目的で、ここで示される亀裂は、はんだ－ＩＭＣ界面の近くで始まり、はんだ接合部の全長の２３％相当まで延在している。ＢＧＡパッケージ内のはんだ接合部の最も外側の列に沿った各ボール内の亀裂伸展は、２５００サイクルの終了時に測定されている。亀裂伸展の平均を各合金について測定し、表３にまとめている。
【0163】
【表3】
【0164】
１５０℃で２０００時間の熱老化後に保持された剪断強度は、はんだ付けされたチップ抵抗器から得られた初期剪断強度の一部として計算される。表４は、これらの合金のいくつかについての結果を示し、残りの剪断強度は、元のはんだ接合剪断強度の少なくとも８５％である。
【0165】
【表4】
【0166】
図１２は、本発明による多数の例示的な合金についてのＢＧＡ２２８のその場で監視された故障のワイブル分布プロットを示す。発明された合金は全て、より高い特性寿命及び数多くの残存成分を有する。熱サイクル中、合金は、クリープ変形につながる熱応力を受ける。クリープ変形に抵抗するか、又は破壊前に大きな変形を蓄積することができる合金は、高い熱疲労寿命を有すると予想される。発明された合金のより高いクリープ強度は、より高い熱疲労寿命をもたらし得る。
【0167】
前述の詳細な記載は、説明及び図解によって提供されたものであり、添付の特許請求の範囲の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書に示される現時点で好ましい実施形態の多くの変形例は、当業者に明らかであり、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に留まる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
