JP2007301570A - はんだ合金 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｐｂを含まず、熱サイクルに対して優れた耐久性を備えるはんだ合金を提供する。
【解決手段】Ｃｕ１２〜３０重量％、Ｓｂ２０〜４０重量％、Ｓｎ３０〜６５重量％からなる合金組成を有する。Ｃｕ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、（３０，４０，３０）、（１５，２０，６５）、（１２，３０，５８）を頂点とする三角形内の合金組成を有する。Ｂｉ６０〜９６．５重量％、Ｓｂ３〜２０重量％、Ｓｎ０．５〜２０重量％からなる合金組成を有する。Ｂｉ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、（９６．５，３，０．５）、（７９．５，２０，０．５）、（６０，２０，２０）を頂点とする三角形内の合金組成を有する。Ｂｉ６５〜９５重量％、Ｉｎ１〜１０重量％、Ｓｂ４〜２５重量％からなる合金組成を有する。Ｂｉ−Ｉｎ−Ｓｂ３元状態図上で、（９５，１，４）、（８０，１，１９）、（７５，１０，１５）、（６５，１０，２５）を頂点とする四角形内の合金組成を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属の接合剤として用いられるはんだ合金に関し、さらに詳しくは鉛を含まないはんだ合金に関する。

従来、金属の接合剤として用いられるはんだ合金として、Ｐｂ−Ｓｎ合金またはＰｂ−Ｓｎ合金にさらにＳｂ、Ｂｉ、Ｃｄ等の成分を加えた合金が用いられている。ところが、前記従来のはんだ合金はＰｂを必須成分として含んでいるので、該はんだ合金を用いた電子機器等が廃棄されると、Ｐｂが溶出して環境を汚染するという問題がある。

そこで、Ｐｂを含まない各種はんだ合金が提案されている。このようなはんだ合金として、例えば、Ｓｂ１０〜４０質量％、Ｃｕ０．５〜１０質量％、残部Ｓｎからなるはんだ合金、少なくとも約９０重量％のＳｎを含み、さらにＳｂ、Ｂｉ、Ｃｕを含むはんだ合金、Ｂｉ２０〜５７重量％、Ｓｂ０．２〜５重量％、Ｇａ０．０１〜１重量％、残部Ｓｎからなるはんだ合金等が知られている（特許文献１〜３参照）。

前記はんだ合金は、例えば、シリコンチップと純銅からなる基板との接合に用いられる。前記シリコンチップは表面にＡｇが蒸着されており、前記基板は表面に電解Ｎｉメッキが施こされている。

前記シリコンチップと前記基板とは、例えば、室温から１８０℃まで加熱し、再び室温まで冷却するというような熱サイクルを繰り返すと、加熱時には膨張、冷却時には収縮する。ところが、前記シリコンチップと前記基板とでは熱膨張係数が異なっているので、前記熱サイクルを繰り返すと、両者を接合するはんだ合金に負荷がかかる。そこで、前記はんだ合金は前記熱サイクルに対して優れた耐久性を備えることが望まれる。

しかしながら、Ｐｂを含まない前記はんだ合金は、熱サイクルに対する耐久性が低く、脆化しやすいという不都合がある。
特開２００４−２９８９３１号公報 特開平７−８８６７９号公報 特開平７−４００７９号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、Ｐｂを含まず、熱サイクルに対して優れた耐久性を備えるはんだ合金を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のはんだ合金は、Ｃｕ１２〜３０重量％、Ｓｂ２０〜４０重量％、Ｓｎ３０〜６５重量％からなる合金組成を有することを特徴とする。本発明のはんだ合金は、前記合金組成を備えることにより、Ｐｂを含まないにも関わらず、熱サイクルに対して優れた耐久性を得ることができる。

また、本発明のはんだ合金は、Ｃｕ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、Ｃｕがｘ重量％、Ｓｂがｙ重量％、Ｓｎがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（３０，４０，３０）、（１５，２０，６５）、（１２，３０，５８）の各点を頂点とする三角形で囲まれる領域内の合金組成を有することにより、熱サイクルに対してさらに優れた耐久性を得ることができる。

また、本発明のはんだ合金は、Ｂｉ６０〜９６．５重量％、Ｓｂ３〜２０重量％、Ｓｎ０．５〜２０重量％からなる合金組成を有することを特徴とする。本発明のはんだ合金は、前記合金組成を備えることにより、Ｐｂを含まないにも関わらず、熱サイクルに対して優れた耐久性を得ることができる。

また、本発明のはんだ合金は、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、Ｂｉがｘ重量％、Ｓｂがｙ重量％、Ｓｎがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（６６．５，３，０．５）、（７９．５，２０，０．５）、（６０，２０，２０）の各点を頂点とする三角形で囲まれる領域内の合金組成を有することにより、熱サイクルに対してさらに優れた耐久性を得ることができる。

また、本発明のはんだ合金は、Ｂｉ６５〜９５重量％、Ｉｎ１〜１０重量％、Ｓｂ４〜２５重量％からなる合金組成を有することを特徴とする。本発明のはんだ合金は、前記合金組成を備えることにより、Ｐｂを含まないにも関わらず、熱サイクルに対して優れた耐久性を得ることができる。

また、本発明のはんだ合金は、Ｂｉ−Ｉｎ−Ｓｂ３元状態図上で、Ｂｉがｘ重量％、Ｉｎがｙ重量％、Ｓｂがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（９５，１，４）、（８０，１，１９）、（７５，１０，１５）、（６５，１０，２５）の各点を頂点とする四角形で囲まれる領域内の合金組成を有することにより、熱サイクルに対してさらに優れた耐久性を得ることができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の第１の実施形態のはんだ合金の合金組成を示すＣｕ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図である。また、図２は本発明の第２の実施形態のはんだ合金の合金組成を示すＢｉ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図である。また、図３は本発明の第３の実施形態のはんだ合金の合金組成を示すＢｉ−Ｉｎ−Ｓｂ３元状態図である。

本発明の第１の実施形態のはんだ合金は、Ｃｕ１２〜３０重量％、Ｓｂ２０〜４０重量％、Ｓｎ３０〜６５重量％からなる合金組成を有する。前記合金組成は、図１に示すＣｕ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、Ｃｕ１２重量％、Ｃｕ３０重量％、Ｓｂ２０重量％、Ｓｂ４０重量％、Ｓｎ６５重量％の直線で囲まれた五角形１の領域内（五角形１を形成する直線を含む）にある。

また、本実施形態のはんだ合金は、図１に示すＣｕ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、Ｃｕがｘ重量％、Ｓｂがｙ重量％、Ｓｎがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（３０，４０，３０）、（１５，２０，６５）、（１２，３０，５８）の各点を頂点とする三角形２で囲まれる領域内（三角形２を形成する直線を含む）の合金組成を有することが好ましい。

前記はんだ合金は、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｓｎの純金属をそれぞれ前記範囲となるように秤量して、真空中で、高周波溶解炉にて溶解し、所定の鋳型を用いて鋳造することにより母合金を得ることができる。前記母合金は、前記合金組成の範囲のＣｕ、Ｓｂ、Ｓｎを含むと共に、前記Ｃｕ、Ｓｂ、Ｓｎの純金属の製造過程で不可避的に混入する不純物を含んでいてもよい。

本発明の第２の実施形態のはんだ合金は、Ｂｉ６０〜９６．５重量％、Ｓｂ３〜２０重量％、Ｓｎ０．５〜２０重量％からなる合金組成を有する。前記合金組成は、図２に示すＢｉ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、Ｓｂ３重量％、Ｓｂ２０重量％、Ｓｎ０．５重量％、Ｓｎ２０重量％の直線で囲まれた平行四辺形３の領域内（平行四辺形３を形成する直線を含む）にある。

また、本実施形態のはんだ合金は、図２に示すＢｉ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、Ｂｉがｘ重量％、Ｓｂがｙ重量％、Ｓｎがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（６６．５，３，０．５）、（７９．５，２０，０．５）、（６０，２０，２０）の各点を頂点とする三角形４で囲まれる領域内（三角形４を形成する直線を含む）の合金組成を有することが好ましい。

前記はんだ合金は、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎの純金属をそれぞれ前記範囲となるように秤量して、真空中で、高周波溶解炉にて溶解し、所定の鋳型を用いて鋳造することにより母合金を得ることができる。前記母合金は、前記合金組成の範囲のＢｉ、Ｓｂ、Ｓｎを含むと共に、前記Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎの純金属の製造過程で不可避的に混入する不純物を含んでいてもよい。

本発明の第３の実施形態のはんだ合金は、Ｂｉ６５〜９５重量％、Ｉｎ１〜１０重量％、Ｓｂ４〜２５重量％からなる合金組成を有する。前記合金組成は、図３に示すＢｉ−Ｉｎ−Ｓｂ３元状態図上で、Ｉｎ１重量％、Ｉｎ１０重量％、Ｓｂ４重量％、Ｓｂ２５重量％の直線で囲まれた平行四辺形５の領域内（平行四辺形５を形成する直線を含む）にある。

また、本実施形態のはんだ合金は、図３に示すＢｉ−Ｉｎ−Ｓｂ３元状態図上で、Ｂｉがｘ重量％、Ｉｎがｙ重量％、Ｓｂがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（９５，１，４）、（８０，１，１９）、（７５，１０，１５）、（６５，１０，２５）の各点を頂点とする四角形６で囲まれる領域内（四角形６を形成する直線を含む）の合金組成を有することが好ましい。

前記はんだ合金は、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂの純金属をそれぞれ前記範囲となるように秤量して、真空中で、高周波溶解炉にて溶解し、所定の鋳型を用いて鋳造することにより母合金を得ることができる。前記母合金は、前記合金組成の範囲のＢｉ、Ｉｎ、Ｓｂを含むと共に、前記Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎの純金属の製造過程で不可避的に混入する不純物を含んでいてもよい。

前記各実施形態のはんだ合金は、前記各母合金を黒鉛坩堝中等で加熱溶解したのち、回転している銅製ロール上に吹き付けて凝固させることにより、それぞれ、例えば約１００μｍの厚さの箔状のはんだ材料とすることができる。前記箔状のはんだ材料は、例えば、表面にＡｇが蒸着されたシリコンチップと、表面に電解Ｎｉメッキが施こされた純銅基板とのような金属の接合に用いられる。前記箔状のはんだ材料は、例えば、該はんだ材料により接合された前記シリコンチップと前記純銅基板とを、室温から１８０℃まで加熱し、再び室温まで冷却する熱サイクルに付したときに、該熱サイクルに対して優れた耐久性を得ることができる。

次に、本発明の実施例と比較例とを示す。

本実施例では、まず、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｓｎの純金属を、Ｃｕ３０重量％、Ｓｂ４０重量％、Ｓｎ３０重量％となるように秤量して、真空中で、高周波溶解炉にて溶解し、所定の鋳型を用いて鋳造することにより母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、前記母合金を黒鉛坩堝中等で加熱溶解したのち、回転している銅製ロール上に吹き付けて凝固させることにより、厚さ約１００μｍ、幅３０ｍｍの箔状はんだ材料を得た。次に、５ｍｍ×５ｍｍの大きさに裁断した前記箔状はんだ材料を、水素雰囲気下、前記はんだ合金の液相線温度より２０℃高い温度に加熱して溶融させ、表面にＡｇが蒸着されたシリコンチップと、表面に電解Ｎｉメッキが施こされた純銅基板とのはんだ付けを行った。前記シリコンチップと、前記純銅基板とは、いずれも５ｍｍ×５ｍｍの大きさを備えている。

次に、前記はんだ合金によりはんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを、室温から１８０℃まで加熱し、再び室温まで冷却することを１サイクルとする熱サイクル試験に供し、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。

尚、前記シリコンチップの熱膨張係数は室温〜３００℃の範囲で２．８ｐｐｍ／Ｋであり、前記純銅基板の熱膨張係数は室温〜３００℃の範囲で１６．５ｐｐｍ／Ｋである。

本実施例では、Ｃｕ１５重量％、Ｓｂ２０重量％、Ｓｎ６５重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。

本実施例では、Ｃｕ１２重量％、Ｓｂ３０重量％、Ｓｎ５８重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に○で示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。

本実施例では、Ｃｕ１３重量％、Ｓｂ３１重量％、Ｓｎ５６重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。

本実施例では、Ｃｕ１９重量％、Ｓｂ３３重量％、Ｓｎ４８重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。

本実施例では、Ｃｕ２２重量％、Ｓｂ３５重量％、Ｓｎ４３重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。

本実施例では、Ｃｕ３０重量％、Ｓｂ３５重量％、Ｓｎ３５重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。

本実施例では、Ｃｕ２５重量％、Ｓｂ２５重量％、Ｓｎ５０重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例１〕
本比較例では、Ｃｕ３５重量％、Ｓｂ４０重量％、Ｓｎ２５重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例２〕
本比較例では、Ｃｕを全く含まず、Ｓｂ４０重量％、Ｓｎ６０重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例３〕
本比較例では、Ｃｕ１０重量％、Ｓｂ４５重量％、Ｓｎ４５重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例４〕
本比較例では、Ｃｕ１０重量％、Ｓｂ２０重量％、Ｓｎ７０重量％となるようにした以外は実施例１と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図１に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表１に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表１に示す。

表１から、実施例１〜８のはんだ合金は、いずれも固相線温度が２４３℃以上、液相線温度が３８２℃以下であり、はんだ材料に適した物性を備えていることが明らかである。

次に、表１から、図１に示す五角形１の領域内の合金組成を備える実施例１〜８のはんだ合金によれば、クラックが発生したサイクル数はいずれも２０００サイクル以上であり、図１に示す五角形１の領域外の合金組成を備える比較例１〜４のはんだ合金がいずれも３００サイクル未満であることと比較して、熱サイクルに対して優れた耐久性を備えていることが明らかである。

また、表１から、図１に示す三角形２の領域内の合金組成を備える実施例１〜６のはんだ合金によれば、クラックが発生したサイクル数はいずれも３０００サイクル以上であり、熱サイクルに対してさらに優れた耐久性を備えていることが明らかである。

本実施例では、まず、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎの純金属を、Ｂｉ９６．５重量％、Ｓｂ３重量％、Ｓｎ０．５重量％となるように秤量して、真空中で、高周波溶解炉にて溶解し、所定の鋳型を用いて鋳造することにより母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、前記母合金を黒鉛坩堝中等で加熱溶解したのち、回転している銅製ロール上に吹き付けて凝固させることにより、厚さ約１００μｍ、幅３０ｍｍの箔状はんだ材料を得た。次に、５ｍｍ×５ｍｍの大きさに裁断した前記箔状はんだ材料を、水素雰囲気下、前記はんだ合金の液相線温度より２０℃高い温度に加熱して溶融させ、表面にＡｇが蒸着されたシリコンチップと、表面に電解Ｎｉメッキが施こされた純銅基板とのはんだ付けを行った。前記シリコンチップと、前記純銅基板とは、いずれも５ｍｍ×５ｍｍの大きさを備えている。

次に、前記はんだ合金によりはんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを、室温から１８０℃まで加熱し、再び室温まで冷却することを１サイクルとする熱サイクル試験に供し、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。

尚、前記シリコンチップの熱膨張係数は室温〜３００℃の範囲で２．８ｐｐｍ／Ｋであり、前記純銅基板の熱膨張係数は室温〜３００℃の範囲で１６．５ｐｐｍ／Ｋである。

本実施例では、Ｂｉ７９．５重量％、Ｓｂ２０重量％、Ｓｎ０．５重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。

本実施例では、Ｂｉ６０重量％、Ｓｂ２０重量％、Ｓｎ２０重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。

本実施例では、Ｂｉ９４重量％、Ｓｂ５重量％、Ｓｎ１重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。

本実施例では、Ｂｉ７０重量％、Ｓｂ１０重量％、Ｓｎ２０重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。
〔比較例５〕
本比較例では、Ｓｎを全く含まず、Ｂｉ９７重量％、Ｓｂ３重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。
〔比較例６〕
本比較例では、Ｓｎを全く含まず、Ｂｉ８０重量％、Ｓｂ２０重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。
〔比較例７〕
本比較例では、Ｂｉ６０重量％、Ｓｂ３０重量％、Ｓｎ１０重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。
〔比較例８〕
本比較例では、Ｂｉ５０重量％、Ｓｂ３５重量％、Ｓｎ１５重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。
〔比較例９〕
本比較例では、Ｂｉ５０重量％、Ｓｂ２０重量％、Ｓｎ３０重量％となるようにした以外は実施例９と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図２に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表２に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例９と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表２に示す。

表２から、実施例９〜１３のはんだ合金は、いずれも固相線温度が２４０℃以上、液相線温度が３５３℃以下であり、はんだ材料に適した物性を備えていることが明らかである。

次に、表２から、図２に示す平行四辺形３の領域内の合金組成を備える実施例９〜１３のはんだ合金によれば、クラックが発生したサイクル数はいずれも２０００サイクル以上であり、図２に示す平行四辺形３の領域外の合金組成を備える比較例５〜９のはんだ合金がいずれも３００サイクル未満であることと比較して、熱サイクルに対して優れた耐久性を備えていることが明らかである。

また、表２から、図２に示す三角形４の領域内の合金組成を備える実施例９〜１２のはんだ合金によれば、クラックが発生したサイクル数はいずれも３０００サイクル以上であり、熱サイクルに対してさらに優れた耐久性を備えていることが明らかである。

本実施例では、まず、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎの純金属を、Ｂｉ９５重量％、Ｉｎ１重量％、Ｓｂ４重量％となるように秤量して、真空中で、高周波溶解炉にて溶解し、所定の鋳型を用いて鋳造することにより母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、前記母合金を黒鉛坩堝中等で加熱溶解したのち、回転している銅製ロール上に吹き付けて凝固させることにより、厚さ約１００μｍ、幅３０ｍｍの箔状はんだ材料を得た。次に、５ｍｍ×５ｍｍの大きさに裁断した前記箔状はんだ材料を、水素雰囲気下、前記はんだ合金の液相線温度より２０℃高い温度に加熱して溶融させ、表面にＡｇが蒸着されたシリコンチップと、表面に電解Ｎｉメッキが施こされた純銅基板とのはんだ付けを行った。前記シリコンチップと、前記純銅基板とは、いずれも５ｍｍ×５ｍｍの大きさを備えている。

次に、前記はんだ合金によりはんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを、室温から１８０℃まで加熱し、再び室温まで冷却することを１サイクルとする熱サイクル試験に供し、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。

尚、前記シリコンチップの熱膨張係数は室温〜３００℃の範囲で２．８ｐｐｍ／Ｋであり、前記純銅基板の熱膨張係数は室温〜３００℃の範囲で１６．５ｐｐｍ／Ｋである。

本実施例では、Ｂｉ８０重量％、Ｉｎ１重量％、Ｓｂ１９重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。

本実施例では、Ｂｉ７５重量％、Ｉｎ１０重量％、Ｓｂ１５重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。

本実施例では、Ｂｉ６５重量％、Ｉｎ１０重量％、Ｓｂ２５重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。

本実施例では、Ｂｉ９１重量％、Ｉｎ２重量％、Ｓｂ７重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。

本実施例では、Ｂｉ７０重量％、Ｉｎ５重量％、Ｓｂ２５重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に○で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本実施例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。
〔比較例１０〕
本比較例では、Ｉｎを全く含まず、Ｂｉ９５重量％、Ｓｂ５重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。
〔比較例１１〕
本比較例では、Ｉｎを全く含まず、Ｂｉ８０重量％、Ｓｂ２０重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。
〔比較例１２〕
本比較例では、Ｂｉ６５重量％、Ｉｎ１５重量％、Ｓｂ２０重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。
〔比較例１３〕
本比較例では、Ｂｉ７０重量％、Ｉｎ１５重量％、Ｓｂ１５重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。
〔比較例１４〕
本比較例では、Ｂｉ８０重量％、Ｉｎ１５重量％、Ｓｂ５重量％となるようにした以外は実施例１４と全く同一にして母合金を得た。前記母合金の合金組成を図３に●で示す。また、前記母合金の固相線温度と、液相線温度とを表３に示す。

次に、本比較例で得られた前記母合金を用いた以外は実施例１４と全く同一にして、前記シリコンチップと前記純銅基板とのはんだ付けを行い、はんだ付けされた前記シリコンチップと前記純銅基板とを前記熱サイクル試験に供して、前記はんだ材料にクラックが生じるまでのサイクル数を測定した。結果を表３に示す。

表３から、実施例１４〜１９のはんだ合金は、いずれも固相線温度が２６６℃以上、液相線温度が３８２℃以下であり、はんだ材料に適した物性を備えていることが明らかである。

次に、表３から、図３に示す平行四辺形５の領域内の合金組成を備える実施例１４〜１９のはんだ合金によれば、クラックが発生したサイクル数はいずれも２０００サイクル以上であり、図３に示す平行四辺形５の領域外の合金組成を備える比較例１０〜１４のはんだ合金がいずれも３００サイクル未満であることと比較して、熱サイクルに対して優れた耐久性を備えていることが明らかである。

また、表３から、図３に示す四角形６の領域内の合金組成を備える実施例１４〜１８のはんだ合金によれば、クラックが発生したサイクル数はいずれも３０００サイクル以上であり、熱サイクルに対してさらに優れた耐久性を備えていることが明らかである。

本発明の第１の実施形態のはんだ合金の合金組成を示すＣｕ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図。 本発明の第２の実施形態のはんだ合金の合金組成を示すＢｉ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図。 本発明の第３の実施形態のはんだ合金の合金組成を示すＢｉ−Ｉｎ−Ｓｂ３元状態図。

符号の説明

１，２…第１の実施形態のはんだ合金の合金組成、 ３，４…第２の実施形態のはんだ合金の合金組成、 ５，６…第３の実施形態のはんだ合金の合金組成。

Claims (6)

1. Ｃｕ１２〜３０重量％、Ｓｂ２０〜４０重量％、Ｓｎ３０〜６５重量％からなる合金組成を有することを特徴とするはんだ合金。
2. Ｃｕ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、Ｃｕがｘ重量％、Ｓｂがｙ重量％、Ｓｎがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（３０，４０，３０）、（１５，２０，６５）、（１２，３０，５８）の各点を頂点とする三角形で囲まれる領域内の合金組成を有することを特徴とする請求項１記載のはんだ合金。
3. Ｂｉ６０〜９６．５重量％、Ｓｂ３〜２０重量％、Ｓｎ０．５〜２０重量％からなる合金組成を有することを特徴とするはんだ合金。
4. Ｂｉ−Ｓｂ−Ｓｎ３元状態図上で、Ｂｉがｘ重量％、Ｓｂがｙ重量％、Ｓｎがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（６６．５，３，０．５）、（７９．５，２０，０．５）、（６０，２０，２０）の各点を頂点とする三角形で囲まれる領域内の合金組成を有することを特徴とする請求項３記載のはんだ合金。
5. Ｂｉ６５〜９５重量％、Ｉｎ１〜１０重量％、Ｓｂ４〜２５重量％からなる合金組成を有することを特徴とするはんだ合金。
6. Ｂｉ−Ｉｎ−Ｓｂ３元状態図上で、Ｂｉがｘ重量％、Ｉｎがｙ重量％、Ｓｂがｚ重量％である点を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときに、（９５，１，４）、（８０，１，１９）、（７５，１０，１５）、（６５，１０，２５）の各点を頂点とする四角形で囲まれる領域内の合金組成を有することを特徴とする請求項５記載のはんだ合金。

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