JP2011147982A - はんだ、電子部品、及び電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ付け後の再加熱によって溶融しにくく、機械的特性や耐食性に優れたはんだ材料を提供する。
【解決手段】はんだ材料は、７質量％以上、９質量％以下のＣｕと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＳｉと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＴｉとを含み、残部をＳｎとした第１のはんだ粉と、表面をＡｇで被覆したＣｕ粉と、前記第１のはんだ粉及びＣｕ粉と、これらの原料と混合されるフラックスと、を含んでいる。
【選択図】図４

Description

本発明は、配線基板上に表面実装部品を実装した電子部品、特に表面実装部品を封止した電子部品に好適なはんだ材料、このはんだ材料を含んだ電子部品及びこのはんだ材料を用いた電子部品の製造方法に関する。

セラミックコンデンサやＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）素子チップなどのような基板上に表面実装される小型の電子部品（以下、表面実装部品と呼ぶ）はプリント配線基板などの基板に実装された後、湿気や搬送時の衝撃などによる破壊などを防ぐために封止されて１つの電子部品ユニット（以下、このユニットを電子部品と呼ぶ）として取り扱われる場合がある。封止は、例えばエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性成形材料を基板上に供給し、表面実装部品群の表面全体を覆った後、当該成形材料を硬化させることなどにより行われる。

基板に表面実装部品を実装する方法として、現在はリフロー法が広く用いられている。リフロー法は、はんだペースト、クリームはんだなどと呼ばれるペースト状のはんだ材料を基板のパターンに合わせてあらかじめ印刷、ディスペンスしておき、このはんだ材料上に表面実装部品を載置してから、リフロー炉と呼ばれる加熱炉内に当該基板を搬入することにより行われる。はんだ材料は、基板がリフロー炉内を通過する間に基板上で溶融し、これにより表面実装部品の基板へのはんだ付けが実行される。この方法によれば、一度のリフロー処理で複数の表面実装部品を同一の基板にはんだ付けすることができるため、基板上に高密度に表面実装部品を配置することが可能である。

携帯電話などの電子機器の組み立て工程においては、上記のように作成された多数の電子部品（例えば複数の表面実装部品を実装して封止された電子部品）が基板に実装される。この組み立て工程における電子部品の実装においても上述のような利点があることからリフロー法が採用されることが多い。

しかしながらリフロー法は、前述の通りリフロー炉を用いてはんだが溶ける程度の熱を基板周囲から与えることによってはんだ付けを行う方法であるため、電子部品が載置された基板が炉内を通過する際に基板上のはんだのみならず当該電子部品の内部のはんだまでもが溶けてしまう場合がある。

電子部品内部のはんだが溶けた場合に発生する現象を図６（ａ）〜図６（ｃ）を参照しながら説明する。図６（ａ）はリフロー炉内に搬入される前の電子部品内部の状態を示した拡大縦断面図であり、はんだ材料４１は、表面実装部品３Ａの両端に設けられた電極３２と、基板２１上に形成された電極であるマウントパッド２２とを接合することで基板２１上に表面実装部品３Ａを固定すると共に、これらの電極３２、２２を電気的に接続している。図中５１は、表面実装部品３Ａを封止する封止材料である。

このような構成を備えた電子部品をリフロー炉内に搬入すると、電子部品内部のはんだ材料４１までもが加熱されて溶融を開始することがある。はんだなどの金属は、固体から液体になると体積が膨張するので、電子部品内部ではんだ材料４１が溶融し、体積膨張すると、膨張したはんだ材料４１が表面実装部品３Ａ本体や基板２１と封止材料５１との間の界面を押し広げてしまうおそれがある（図６（ｂ））。

この結果、押し広げられた部材間３Ａ、２１、５１の隙間内に、溶融したはんだ材料４１が広がり、例えば図６（ｃ）に示すように表面実装部品３Ａの電極３２、３２間を短絡して故障を引き起こすおそれがある。

ここで特許文献１には、電子部品を機器に実装するときにはんだ材料の再溶融が起こらないようにするために、はんだ材料の組成を工夫して溶融を開始する温度（固相線温度）を２６１℃以上に高める技術が記載されている。

また特許文献２には、例えば鉛フリーはんだとして広く用いられているＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだ（はんだ合金に対してＡｇを３．０重量％、Ｃｕを０．５重量％含み、残部をＳｎとしたはんだ）に、例えば表面をＡｇの金属膜で被覆したＣｕ粉を分散させたはんだ材料が記載されている。

なお特許文献３に記載の特許請求の範囲には、０．０１重量％〜６．０重量％のＣｕと、０．００１重量％〜１．０重量％のＴｉと、０．００１重量％〜１．０％のＳｉとを含み、残部をＳｎとするはんだ材料が形式上含まれている。しかしながら、特許文献３の明細書中には当該はんだ材料に係る具体的な実施例の記載もなく、このはんだ材料がどの程度の溶融温度（液相線温度）を持ち、いかなる特性を備えているかについては明らかでない。

特開２００３−１５４４８５号公報：請求項１ 特開２００６−１０２７６９号公報：００２４段落 特開２００１−５８２８７号公報：請求項１、５、６、１０

特許文献１に記載のはんだ材料によれば、従来のはんだ材料に比べて溶融温度が高いので、電子部品の表面実装時における当該はんだ材料の溶融、体積膨張に伴う故障を引き起こしにくい。しかしながら、例えば２６１℃以上にまで溶融温度が高くなると、１回目のリフロー処理を実施する際におけるリフロー炉の消耗が激しくなったり、加熱による部品の劣化を起こしたりする懸念がある。

また特許文献２に記載のはんだ材料によれば、はんだ合金より融点の高いＣｕ粉をはんだ材料中に分散させることにより、溶融するはんだ材料の割合を減らし、溶融時の体積膨張を抑制することができる。また、表面実装部品をはんだ付けする際の１回目のはんだ材料の溶融時に、Ｃｕ粉の表面の金属膜を構成するＡｇやＣｕ粉本体を構成するＣｕをはんだ合金中に拡散させて、当該はんだ合金の液相線温度を上げることにより、電子部品の実装時における２回目以降のリフロー処理時に、電子部品内のはんだ材料が溶融しにくくなるようにしている。

ところが例えばＡｇやＣｕの拡散が十分でなかった領域などでは、電子部品内のはんだ材料が溶融する可能性が残っている。また例えば、Ｃｕ粉の混合割合が少ない場合などには体積膨張を十分に抑制できない場合もあり、さらなる改善の余地がある。

本発明はこのような背景に基づいてなされたものであり、その目的は、はんだ付け後の再加熱によって溶融しにくく、機械的特性や耐食性に優れたはんだ材料を提供することにある。

本発明に係るはんだ材料は、７質量％以上、９質量％以下のＣｕと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＳｉと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＴｉとを含み、残部をＳｎとした第１のはんだ粉と、
表面をＡｇで被覆したＣｕ粉と、
前記第１のはんだ粉及びＣｕ粉と混合されるフラックスと、を含むことを特徴とする。

前記はんだ材料は、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記第１のはんだ粉とＣｕ粉との合計質量のうち、Ｃｕ粉の含有割合を１０質量％以上、３５質量％以下とし、残部を第１のはんだ粉としたこと。
（ｂ）さらに、２．９質量％以上、３．１質量％以下のＡｇと、０．４質量％以上、０．６質量％以下のＣｕとを含み、残部をＳｎとした第２のはんだ粉を含むこと。
（ｃ）（ｂ）において前記第１のはんだ粉と第２のはんだ粉とＣｕ粉との合計の質量中、Ｃｕ粉の含有割合を１０質量％以上、３５質量％以下とし、第２のはんだ粉の含有割合を０．１質量％以上、６０質量％以下とし、残部を第１のはんだ粉としたこと。

また他の発明に係るはんだ材料は、７質量％以上、９質量％以下のＣｕと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＳｉと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＴｉとを含み、残部をＳｎとしたはんだ組成物を含むことを特徴とする。

さらに本発明に係る電子部品は、配線基板上に上述の各はんだ材料を用いて表面実装部品を実装したことを特徴とする。
また他の発明に係る電子部品は、配線基板上に上述の各はんだ材料を用いて表面実装部品を実装し、封止材料により封止して構成されたことを特徴とする。

次いで、本発明に係る電子部品の製造方法は、配線基板の電極上に上述の各はんだ材料を供給する工程と、
このはんだ材料の上に表面実装部品を載せる工程と、
前記はんだ材料を加熱して溶融することにより表面実装部品の電極と配線基板の電極とを電気的に接続する工程と、
前記表面実装部品を封止材料により封止する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、Ｃｕを７〜９質量％、Ｓｉを０．００１〜０．０５質量％、Ｔｉを０．００１〜０．０５質量％含み、残部をＳｎとする第１のはんだ粉は、２３５℃程度の温度で溶融を開始する。このため、第１のはんだ粉を含むはんだ材料を用いて表面実装部品を実装、封止して得た電子部品を例えば一般的に用いられているＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕ（固相線温度が２１７℃程度）のはんだ材料にて機器に実装する場合にあっても電子部品内のはんだ材料が溶融しにくく、はんだ材料の溶融、体積膨張に伴う電子部品の故障の発生を抑制することができる。

また、第１のはんだ粉は、微量添加成分としてＳｉ及びＴｉを含んでいる。Ｓｉは、はんだ付けを行う際のはんだ材料の流動性を向上させ、また脱酸作用がありはんだ結晶組織を微細化させる一方、単独の添加でははんだ付け後の合金の引張強度を低下させる特徴を有しており、Ｔｉは、はんだ付け後の合金の結晶組織を緻密にして機械的強度、耐熱性、耐食性を向上させる一方、単独の添加では急激に溶融温度が上がり結晶組織内、及びはんだ付け後のはんだ表面にドロス（酸化物）が発生する特徴を有している。こうした特性を持つＳｉとＴｉの双方を添加することにより、互いの元素の長所を発揮させつつ短所を補って、はんだ付けがしやすく、且つ、機械的強度や耐熱性、耐食性の高いはんだ材料を得ることができる。

本実施の形態に係るはんだ材料を用いて電子部品を作成する工程を示す説明図である。 前記電子部品に表面実装部品をはんだ付けするリフロー時の温度プロファイルの一例を示す説明図である。 前記基板と表面実装部品との接合部を示す拡大図である。 前記接合部における、はんだ材料の状態を示した模式図である。 参考例に係るはんだ合金の拡大写真である。 従来のはんだを用いてリフローを行った場合における電子部品内部のはんだの動態を示す説明図である。

次に好ましい実施の形態を挙げて本発明に係るはんだ材料を詳細に説明する。本実施形態に係るはんだ材料は、７質量％以上、９質量％以下のＣｕと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＳｉと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＴｉとを含み、残部をＳｎとした第１のはんだ粉と、２．９質量％以上、３．１質量％以下のＡｇと、０．４質量％以上、０．６質量％以下のＣｕとを含み、残部をＳｎとした第２のはんだ粉と、表面をＡｇで被覆したＣｕ粉と、フラックスとを混合してなるペースト状のはんだ材料（はんだペースト）として構成される。

第１のはんだ粉を構成するはんだ合金において、Ｃｕの含有量が７質量％未満であると、機器への電子部品の実装などに一般的に用いられるＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだなどと比較して、十分に高い固相線温度が得られない。一方でＣｕの含有量が９質量％を超えると、液相線温度が上昇し、例えば後述のアトマイズ法などによりはんだ粉を製造する際などに、製造装置の加熱炉の加熱性能の強化や耐熱性の向上などの特別な対策が必要となって製造コストが高くなるおそれがある。このため、第１のはんだ粉におけるＣｕの含有量は７質量％以上、９質量％以下が好ましく、８質量％がより好ましい。

また微量添加元素であるＳｉの含有量が０．００１質量％未満である場合には、はんだ付け時の十分な流動性が得られない一方、０．０５質量％を越えると、はんだ合金の引張強度を低下させたり、はんだドロス（酸化物）が発生しやすくなる。また、Ｔｉの含有量が０．００１質量％未満である場合には、はんだ合金の機械的強度や耐熱性、耐食性を向上させる効果が不十分である一方、０．０５質量％を超えると、ドロス（酸化物）が発生するおそれが高い。

また微量添加元素のＳｉ及びＴｉは、いずれか一方のみを添加した場合には、各元素の短所が発現しやすくなる。これに対して、ＳｉとＴｉとの双方を添加した場合には、互いの元素の長所を発揮させつつ短所を補って、はんだ付けがしやすく、且つ、機械的強度や耐熱性、耐食性の高いはんだ材料を得ることができる。

以上に説明した理由から、第１のはんだ粉は、Ｃｕを７質量％〜９質量％、Ｓｉを０．００１質量％〜０．０５質量％、Ｔｉを０．００１質量％〜０．０５質量％含み、残部をＳｎとした組成を持つことが好ましい。さらに好適な例としてはＳｎ-８．０Ｃｕ-０．０２５Ｓｉ-０．０２５Ｔｉはんだ（はんだ合金に対してＣｕを８．０重量％、Ｓｉを０．０２５重量％、Ｔｉを０．０２５重量％含み、残部をＳｎとしたはんだ）が挙げられる。但し、第１のはんだ粉には、例えばＪＩＳ−Ｚ３２８２に定める程度の不純物成分を含んでいてもよい。

第２のはんだ粉は、Ａｇを２．９質量％〜３．１質量％、Ｃｕを０．４質量％〜０．６質量％含み、残部をＳｎとした組成を持つことが好ましく、さらに好適な例としては、鉛フリーはんだとして一般的に利用されているＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだを挙げることができる。第２のはんだ粉についても、例えばＪＩＳのＺ３２８２に定める不純物成分を含んでいてもよい。

第１のはんだ粉の好適例であるＳｎ-８．０Ｃｕ-０．０２５Ｓｉ-０．０２５Ｔｉはんだは、その固相線温度がおよそ２３５℃、液相線温度がおよそ２８８℃である。また第２のはんだ粉の好適例であるＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだは、固相線温度がおよそ２１７℃、液相線温度がおよそ２２０℃である。このように、第２のはんだ粉は第１のはんだ粉よりも溶融を開始する温度が低いので、はんだ付けの際に第１のはんだ粉より先に溶融を開始して、はんだ材料全体の濡れ性を高めたり、第１のはんだ粉の溶融を開始しやすくする呼び水的な役割を果たしたりする。

また、はんだ付け後は、これら第１、第２のはんだを構成する金属が互いに交じり合って新たな組成のはんだ合金を形成することになる。そしてこの新たな組成のはんだ合金の固相線温度は、第１のはんだと第２のはんだの固相線温度の間に位置すると予想され、第２のはんだ粉に比べて溶融しにくくなる。そして、第２のはんだ粉の好適例であるＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだは既述のように鉛フリーはんだとして広く採用されているものであり、例えば本実施の形態のはんだ材料を用いて表面実装部品のはんだ付けを行った電子部品を機器に実装する際にも採用される可能性が高い。このような場合に、電子部品内部のはんだ合金が、Ｓｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだよりも高い固相線を持っていることにより、電子部品内部のはんだ合金の再溶融を抑制し、背景技術にて図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明した短絡などの故障の発生を抑えることができる。

第１、第２のはんだ粉は、例えば加熱したるつぼ内ではんだ粉の原料となる金属を溶融して、窒素ガスなどの気流中に噴霧するガスアトマイズ法や、高速で回転する回転盤上に前記溶融金属を連続供給し、遠心力を利用して溶融金属を回転盤の周囲に噴霧する遠心アトマイズ法などにより製造することができるが、例えばターボミル、ローラミル、金属粉ミル、遠心力粉砕機、パルベライザーなどの公知の粉砕機を用いた粉砕法など、他の手法により製造してもよい。

これらのはんだ粉の粒子径は、例えば粒子画像計測やゼータ電位測定などによる公知の粒度分布測定法を用いた球相当径で平均粒径５μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、５μｍ〜３０μｍの範囲がさらに好ましい。粒子が大きすぎるとはんだペーストの基板への印刷性が悪くなる一方で、粒子が小さすぎるとはんだペーストが加熱された際におけるはんだの濡れ性が悪くなる原因となる。また各はんだ粉の粒子形状は、はんだ材料中の分散性を向上させる目的から、球形または略球形であることが好ましいが、表面に凹凸を持った構造であってもよい。さらにまた粒子径の計測方法は、先に例示した方法に限定されるものではなく、電気的検知帯方式やレーザー回折式により粒径分布を求めてもよく、これらに加えて化学吸着法などにより粒子の比表面積や細孔分布を測定してもよい。

本実施の形態に係るはんだ材料中に含まれるＣｕ粉は、第１、第２のはんだ粉よりはるかに高い融点を持ち（銅の融点１０８３℃）、表面実装部品やこれを含む電子部品のはんだ付けの際に溶融しない。このためＣｕ粉は、はんだ材料が溶融した場合であっても溶融はんだ中に固体のまま存在し、はんだ材料全体の体積膨張を抑える役割を果たしている。

また、当該Ｃｕ粉は例えばＡｇによって被覆されており、表面実装部品のはんだ付けの際に、Ｃｕ粉表面に被覆されたＡｇがはんだ材料との界面における金属拡散の効果などによりはんだ材料中にわずかずつ溶出し、またＡｇの下層のＣｕも同様の理由によりはんだ材料中にわずかに溶出して、はんだ付け後のはんだ合金の液相線の温度を上昇させる機能を持っている。はんだ合金の液相温度が上昇すると、電子部品中のはんだ合金が溶融しにくくなり、また溶融したとしても固相線と液相線との間で液体と固体とが混在し、シャーベット状になっているはんだ中の液体の割合を減らして体積膨張を抑制することができる。

またＣｕ粉の表面に被覆されたＡｇは、第２のはんだ粉に含まれるＡｇと同一の金属であり、はんだ材料とＣｕ粉との親和性（なじみ性）を向上させ、はんだ材料中におけるＣｕ粉の分散性を向上させる役割も果たしている。この結果、はんだ付け後のはんだ合金内の不連続点の発生が抑えられ、はんだ材料中にＣｕ粉を添加したとしてもはんだ材料全体のはんだ付け性を損なわない。ここで親和性が強いとは、はんだ付け後のはんだ合金との間で金属間化合物を生成する作用があることを意味し、より具体的にはＣｕ粉がほとんど凝集せずにはんだ合金中に分散している状態が得られることをいう。

Ｃｕ粉は、例えばガスアトマイズ法や水アトマイズ法により製造してもよいし、ボールミルを用いた粉砕法により製造してもよい。Ａｇ被覆後のＣｕ粉の粒径は、例えば既述の各はんだ粉と同程度に形成する場合が考えられ、例えば粒子画像計測で平均粒径５μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、５μｍ〜３０μｍの範囲がさらに好ましい。Ａｇを被覆する前のＣｕ粉は、はんだ材料中における分散性を向上させる目的から、球形又は略球形であることが好ましいが、表面に凹凸を持った構造であってもよい。

Ｃｕ粉の表面にＡｇを被覆する手法としては、Ｃｕの本体部にほぼ均一な膜厚を簡便に形成できる点からメッキ法を用いることが好ましい。メッキ法としては電解メッキ、無電解メッキなど、公知のメッキ法のいずれのであっても用いることができるが、メッキ法以外の手法で金属膜を形成するようにしてもよい。

Ｃｕ粉に対するＡｇの被覆量は、特に制限されず、はんだ合金が溶融した際の体積膨張を抑制すると共に、はんだ材料との親和性を向上させるＣｕ粉を添加する技術の趣旨が損なわれない範囲の量を用いることができ、例えば被覆されたＡｇを含むＣｕ粉全体の質量に対するＡｇの質量が５〜２０質量％であることが好ましく、さらに好ましくは８〜１２質量％である。

次に第１、第２のはんだ粉、Ｃｕ粉の合計質量に対する各構成材料の混合割合について説明すると、Ｃｕ粉は１０質量％〜３５重量％含まれていることが好ましい。はんだ材料中に加えるＣｕ粉の量が多すぎると、生成するはんだ材料中のはんだ組成物の含有率が低くなり、はんだ材料としての機能が果たされなくなる。その一方で、Ｃｕ粉を加える量が少なすぎるとはんだ材料溶融時の体積膨張を抑制する効果やＡｇやＣｕをはんだ合金中に溶出させて液相線の温度を上昇させる効果が得られにくくなる。

また第２のはんだ粉は、第１、第２のはんだ粉、Ｃｕ粉の合計質量に対して０．１質量％〜６０質量％含まれていることが好ましい。はんだ材料中に加える第２のはんだ粉の含有量が多すぎると、第１のはんだ粉の含有量が少なくなり、固相線の温度が低下して電子部品内のはんだ合金が再溶融しやすくなる。その一方で、第２のはんだ粉の含有量が少なすぎると、第２のはんだ粉を添加することによって得られるはんだ材料全体の濡れ性の向上や、第１のはんだ粉の溶融を開始しやすくする効果が得られにくくなる。

次に、第１、第２のはんだ粉及びＣｕ粉と混合されてはんだ材料を構成するフラックスについて説明する。フラックスは例えばアミンハロゲン塩、多価アルコール、ロジンなどの高分子材料などを混合した公知のフラックスを使用することができ、各はんだ粉及びＣｕ粉と混合されてペースト状になるものが用いられる。また、フラックスは活性度の違いに関わりなく使用することができるが、はんだ付け後にフラックスを除去する場合には、水洗可能な水溶性のフラックスが好ましい。フラックスは、例えばはんだ材料全体の５重量％〜２０重量％程度含有される。

上述のはんだ材料を構成する第１、第２のはんだ粉、Ｃｕ粉ならびにフラックスは、互いに混練することによりペースト状のはんだ材料が製造される。混練は、例えばバンバリーミキサー、ニーダーなどの公知の機器を用いて行うことができる。ただしはんだ材料内で例えば第１のはんだ粉や第２のはんだ粉が凝集すると、はんだ付けされにくくなったり、はんだ付け後に溶解しやすくなったりする領域が点在し、またＣｕ粉が凝集すると、加熱時に良好な接合性が得られない領域が点在することになるので、Ｃｕ粉は略均一に分散していることが好ましい。

また、最終的に生成するペースト状のはんだ材料の粘度が高すぎると当該はんだ材料を基板へ印刷する際にかすれが生じる。その一方で、粘度が低すぎると当該はんだ材料を基板へ印刷する際に印刷だれ、にじみが生じる。従って、ペースト状のはんだ材料の粘度は、２５℃において例えば１００〜３００Ｐａ・ｓであることが好ましく、より好ましくは、１９０〜２３０Ｐａ・ｓである。

次に、図１を参照しながら第１のはんだ粉（Ｓｎ-８．０Ｃｕ-０．０２５Ｓｉ-０．０２５Ｔｉ）、第２のはんだ粉（Ｓｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕ）及びＡｇにて被覆したＣｕ粉を含むはんだ材料（はんだペースト）４１を用いて電子部品を製造する実施の形態について具体的に説明する。

以下に説明する電子部品の製造方法は、１個の電子部品中に多数の表面実装部品群を実装する場合にも適用することができるが、簡単のため各電子部品に２つの表面実装部品３Ａ、３Ｂを実装する場合を例に挙げて説明する。ここで例えば表面実装部品３Ａの３２は電極、３３はＳＡＷチップ、３４はボンディングワイヤ、３５はＳＡＷチップ３３を支持する支持板、３６はインターポーザー、３７はカバー部材である。また表面実装部品３Ｂの３１はチップ部品、３２は電極である。

図１（ａ）に示すように先ず、基板２１上には、電極であるマウントパッド２２に合わせた開口部を持つメタルマスク５２が配置される。次いではんだ印刷機により基板２１にはんだ材料４１を供給しながら、スキージ６１によってはんだ材料４１を押し広げ、メタルマスク５２の開口部を介して基板２１上にはんだ材料４１を塗布する。

この結果、基板２１にはマウントパッド２２にあわせた形状のはんだ材料４１が印刷される。なお、はんだ材料４１を供給する手段としてはディスペンス方式もあるが生産効率の点から上記に説明した印刷方式を用いることが好ましい。また、はんだ印刷機としてはいずれの従来のはんだ印刷機であっても使用することができる。

次いで基板２１の表面からメタルマスク５２を取り除き、表面実装部品３Ａ、３Ｂの夫々の電極３２がはんだ材料４１と接触するように、基板２１上の予め定められた位置にこれらの表面実装部品３Ａ、３Ｂを載置する。

しかる後、表面実装部品３Ａ、３Ｂを配置した基板２１をリフロー炉内に搬入して加熱を実行する。リフローの方式としては熱源として赤外線ヒーターを用いる赤外線リフロー、窒素ガス（Ｎ_２）雰囲気下で加熱を行うＮ_２リフローなどの様々な方式が適用できるが、表面実装部品の表面の温度を低くでき、さらにはんだの濡れ性を向上させるなどの利点を持つＮ_２リフローが好ましく用いられる。なお、リフロー炉内の酸素分圧は１００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

図２は電子部品を搬入した後におけるリフロー炉内の温度の経時変化を示す温度プロファイル図の一例である。図２の横軸は加熱を開始してからの時間［秒］を示し、縦軸はリフロー炉内の温度［℃］を示している。また破線で示した温度プロファイルは、温度プロファイルの上限、下限を示す温度調節範囲であり、実線はこの温度調節範囲内で実行される温度プロファイルの典型例を示している。実線で示した温度プロファイル例によれば、まずリフロー炉内の温度を例えば１３０℃程度まで昇温し、例えば６０秒〜９０秒程度の時間をかけながら１９０℃程度までさらに昇温を行う。この期間中にはんだ材料４１のプレヒートが行われ、フラックス内の多価アルコールなどの溶剤が蒸発すると共に、フラックスが活性化する。

プレヒートを終えたら第２のはんだ粉の固相線温度を超える２１７℃以上の温度にリフロー炉内を昇温し本加熱を行う。リフロー炉内の温度が２１７℃を超えると、第２のはんだ粉が溶融を開始し、マウントパッド２２やＣｕ粉の表面ではんだ材料４１が濡れ始め、当該はんだ材料内にＣｕ粉の表面のＡｇやその下層のＣｕが溶出していく。

さらにリフロー炉を昇温し、炉内の温度が２３５℃を超えたら、第１のはんだ粉の溶融が始まり、第１のはんだ粉、第２のはんだ粉及びＣｕ粉から溶出したＡｇやＣｕが渾然一体となって新たな組成のＳｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｔｉを含んだはんだ合金が形成される。本加熱は例えば２３５℃〜２４０℃の温度で６０秒程度行われる。この加熱温度は一般的な鉛フリーはんだであるＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだの溶融温度（２１７℃〜２１８℃）との温度差が２０℃以下であるので表面実装部品に与える影響が小さい。またこの温度範囲では、Ｃｕ粉は固体の状態で粉体形状を保ったままはんだ合金内に分散している。

しかる後、リフロー炉内を冷却するとはんだ合金が固化し、表面実装部品３Ａ、３Ｂの側の電極３２と基板２１側のマウントパッド２２とが互いに固着され、これらの部品３Ａ、３Ｂ、２２が電気的に接続される。こうして表面実装部品３Ａ、３Ｂは基板２１に実装された状態となる（図１（ｂ））。

表面実装部品３Ａ、３Ｂの実装を終えたら、基板をリフロー炉から搬出し、はんだ材料４１及び各電子部品上に付着しているフラックスを水洗して除去する。

フラックスの除去後、基板２１上の各表面実装部品３Ａ、３Ｂの表面を覆うように基板２１上に封止材料を供給し、当該封止材料５１を硬化させることで、基板２１上の各表面実装部品３Ａ、３Ｂを封止する（図１（ｃ））。封止材料の供給はディスペンサーや印刷機などを用い、封止材料５１の硬化には加熱炉などを用いるとよい。その他の方法として、基板２１上の表面実装部品群を金型で覆い、金型内に液状の封止材料を圧入して、当該金型を加熱することで当該封止材料５１を硬化させてもよい。

封止材料５１の硬化を終えたら図１（ｄ）に示すように例えば表面実装部品３Ａ、３Ｂを１つずつ含んだ単位領域ごとに封止材料５１及び基板２１を切断して電子部品が作成される。ただし電子部品内に含まれる表面実装部品は複数個に限らず、１つ以上の表面実装部品を含んでいれば本実施の形態の電子部品に含まれる。

また上述した電子部品の製造方法では基板２１の片面のみに表面実装部品３Ａ、Ｂを実装した例を示したが、基板２１の両面に表面実装部品を実装する構成としてもよい。例えば上述の実施形態と同様の工程により、基板２１の片面に対して表面実装部品の実装を行った後に、他面側にも同様の手法を用いて他の表面実装部品の実装を行えばよい。このように基板２１の両面に表面実装部品を実装する場合には、基板の片面のみに表面実装部品の実装が終了した直後に洗浄作業を行わず、基板の両面に表面実装部品が実装された後に、洗浄作業を行ってフラックスを除去してもよい。

図３は、表面実装部品３Ａの電極３２とマウントパッド２１との接合部を示した拡大図であり、はんだ材料４１中にＣｕ粉４２が分散されている様子を模式的に示している。また図４は、前記はんだ材料４１中におけるＣｕ粉４２の様子を示している。電子部品内においては、第１のはんだ粉、第２のはんだ粉が溶融し、さらにＣｕ粉のＡｇやＣｕが溶出して形成されたはんだ合金４１中にＣｕ粉４２が分散した状態のはんだ材料によって各表面実装部品３Ａ、３Ｂの電極３２と基板側２１のマウントパッド２２とが電気的に接続された状態となっている。

このような電子部品を携帯電話などの機器に実装する際、鉛フリーはんだとして一般的なＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだを用いると、当該電子部品はリフロー炉内で例えば２１７℃〜２４５℃程度に加熱される。このとき、第１のはんだ粉、第２のはんだ粉が溶融し、ここにＣｕ粉からＡｇやＣｕが溶出して形成されたはんだ合金４１は、Ｓｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだよりも高い溶融温度を持っており、当該温度領域では溶融しにくい。

また例えば第１のはんだ粉と第２のはんだ粉とが十分に融合していなかったり、また第１のはんだ粉の混合割合が小さかったりしたことなどにより、はんだ合金４１の一部が溶融したとしても、溶融したはんだ合金中に固体のＣｕ粉が分散されていることによりその体積膨張を抑えることができる。この結果、背景技術にて説明した表面実装部品３Ａ及び基板２１と封止材料５１との間の界面へのはんだ材料の侵入の程度が小さくなり、電極３２、３２間の短絡を引き起こして電子部品の故障に至るおそれが小さくなる。なお電子機器をリペアーするために電子部品を配線基板から取り外す場合でも同様な効果が得られる。

ここで図４には表面に被覆したＡｇがはんだ合金４１内にすべて溶出し、Ｃｕからなる本体が剥き出しになったＣｕ粉４２を示してあるが、Ｃｕ粉４２にはＡｇの被覆が残存していてもよい。Ｃｕ粉４２の表面に被覆されたＡｇの一部が溶出するだけでもはんだ合金の液相線の温度を上昇させる効果が得られる。

本実施の形態に係るはんだ材料によれば以下の効果がある。Ｃｕを７〜９質量％、Ｓｉを０．００１〜０．０５質量％、Ｔｉを０．００１〜０．０５質量％含み、残部をＳｎとする第１のはんだ粉は、２３５℃程度の温度で溶融を開始する。このため、第１のはんだ粉を含むはんだ材料を用いて表面実装部品を実装、封止して得た電子部品を例えば一般的に用いられているＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕ（固相線温度が２１７℃程度）のはんだ材料にて機器に実装する場合にあっても電子部品内のはんだ材料が溶融しにくく、はんだ材料の溶融、体積膨張に伴う電子部品の故障の発生を抑制することができる。
また第１のはんだ粉に微量添加元素としてＳｉとＴｉの双方を添加することにより、機械的強度や耐熱性、耐食性の高いはんだ材料を得ることができる。

さらに第１のはんだ粉に第２のはんだ粉を加えることにより、はんだ付けの際に第２のはんだ粉が第１のはんだ粉より先に溶融を開始して、はんだ材料全体の濡れ性を高めたり、第１のはんだ粉の溶融を開始しやすくしたりすることができる。

これらに加え、はんだ材料中にＡｇで被覆したＣｕ粉を加えることにより、表面実装部品の実装時に用いたはんだ合金が、当該電子部品の電子機器側への実装時に溶融した場合であっても、溶融したはんだ合金内にＣｕ粉が固体の状態で分散しているので、溶融部位の体積膨張を抑制することができる。またこのＣｕ粉がＡｇにて被覆されていることにより、当該Ａｇやその下層側のＣｕを表面実装部品のはんだ付け時にはんだ合金中に溶出させ、はんだ合金の液相線温度を上昇させて溶融するはんだの割合を低下させることによりその体積膨張を抑制する効果もある。

以上に説明した実施の形態においては、第１のはんだ粉、第２のはんだ粉及びＣｕ粉をフラックスと混合して得られたペースト状のはんだ材料について説明したが、第２のはんだ粉を含んでいないはんだ材料についても本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば第１のはんだ粉とＡｇで被覆したＣｕ粉とにフラックスを混合して得られたペースト状のはんだ材料であっても一般的に用いられているＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだに比べて溶融しにくいという効果、溶融した場合であってもＣｕ粉の存在やＡｇの拡散により体積膨張が抑えられるという効果を得ることができる。この場合には、第１のはんだ粉とＣｕ粉との合計質量のうち、Ｃｕ粉の含有割合を１０質量％〜３５質量％とし、残部を第１のはんだ粉とすることが好適である。

さらには、Ｃｕを７〜９質量％、Ｓｉを０．００１〜０．０５質量％、Ｔｉを０．００１〜０．０５質量％含み、残部をＳｎとしたはんだ組成物からなり、Ｃｕ粉を含まず、ペースト状ではないはんだ材料、例えば細線はんだや箔はんだであってもＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだに比べて溶融しにくいという効果がある。ここで本実施の形態における「はんだ組成物」とは、はんだとしての役割を果たす一定の組成を持った合金をいう。

（実験１）
はんだ合金に微量元素を添加する効果を確認するため、Ｓｉ及びＴｉを微量元素として含むはんだ合金、Ｓｉのみを微量元素として含むはんだ合金、これらの微量元素を含まないはんだ合金についての機械的特性を調べた。

Ａ．実験条件
以下の各参考例に示すはんだ合金について引張試験（引張強さ、破断伸び）を行うと共に線膨張係数を測定した。引張試験はＪＩＳ-Ｚ３１９８−２に記載の引張試験方法に準じ、引張強さ及び破断伸びは以下の（１）式、（２）式に基づいて算出した。
（引張強さ）
σ＝Ｆ_ｍａｘ／Ａ …（１）
ここでσ：引張強さ（ＭＰａ＝Ｎ／ｍｍ^２）
Ｆ_ｍａｘ：最大引張力（Ｎ）
Ａ：断面積（ｍｍ^２）
（破断伸び）
δ＝（ｌ−ｌ_０）×１００／ｌ_０…（２）
ここでδ：破断伸び（％）
ｌ：標点間長さ（ｍｍ）
ｌ_０：原標点距離（ｍｍ）
また線膨張係数は、熱膨張係数計測器（島津製作所製ＤＳＣ−６０、セイコーインスツルメンツ製ＴＭＡ／ＳＳ６０００）により、０℃〜１００℃の範囲ので線膨張係数を測定した。

（参考例１）
Ｔｉ及びＳｉを微量に含む以下の組成のはんだ合金について試験を行った。
はんだ合金組成：９８．２８５Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕ−０．０１Ｓｉ−０．００５Ｔｉ
（参考例２）
Ｓｉを微量に含み、Ｔｉを含まない以下の組成のはんだ合金について試験を行った。
はんだ合金組成：９８．２９Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕ−０．０１Ｓｉ
（参考例３）
Ｔｉ及びＳｉを含まない以下の組成のはんだ合金について試験を行った。
はんだ合金組成：９８．３Ｓｎ−１．０Ａｇ−０．７Ｃｕ

Ｂ．実験結果
各参考例のはんだ合金についての引張強さ、破断伸び、線膨張係数の値を（表１）に示す。各値は異なる試験片について２回〜３回行ったの試験の平均値を示している。
（表１）

（表１）によれば、（参考例１〜３）の引張試験の結果を比べると、引張強さについては各参考例とも大きな差はないが、（参考例１）は（参考例２、３）に比べて約１．２倍〜１．６倍程度伸びが大きい。このように引張強さがほぼ同等で伸びが大きいことから、Ｔｉ及びＳｉの双方を微量成分として含む（参考例１）に係るはんだ合金は、他の参考例に比べて強靭な特性を持っていると言える。また（参考例１）に係るはんだ合金は、線膨張係数の値が最も小さいことから固体の状態においても膨張しにくい合金であるといえる。これらの結果より、Ｓｎを主成分として含むはんだ合金に微量成分としてＴｉ及びＳｉを含有させることにより、はんだ合金の靭性を向上させ、膨張しにくいはんだ合金を得ることができたといえる。これらの結果は、実施の形態に係る第１のはんだ粉から得られるはんだ合金（第１のはんだ粉単独の場合、第２のはんだ粉や表面をＡｇで被覆されたＣｕ粉と共に使用する場合の全ての場合）においても同様であり、Ｔｉ及びＳｉの微量添加ははんだ合金の特性を向上させる効果があることを示している。

（実験２）
（参考例１）のはんだ合金を光学顕微鏡で拡大して合金の組織を観察した。その結果を図５に示す。
図５に示した拡大写真によれば、微量元素としてＳｉ及びＴｉが添加されたはんだ合金には、Ｃｕの針状結晶や巣、ボイドの存在は確認されず、耐食性が高いと予想される緻密な多結晶合金が得られた。

２１ 基板
２２ マウントパッド
３Ａ 表面実装部品
３Ｂ 表面実装部品
４１ はんだ合金
４２ Ｃｕ粉
５１ 封止材料
５２ メタルマスク
６１ スキージ

Claims (8)

1. ７質量％以上、９質量％以下のＣｕと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＳｉと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＴｉとを含み、残部をＳｎとした第１のはんだ粉と、
   表面をＡｇで被覆したＣｕ粉と、
   前記第１のはんだ粉及びＣｕ粉と混合されるフラックスと、を含むことを特徴とするはんだ材料。
2. 前記第１のはんだ粉とＣｕ粉との合計質量のうち、Ｃｕ粉の含有割合を１０質量％以上、３５質量％以下とし、残部を第１のはんだ粉としたことを特徴とするはんだ材料。
3. さらに、２．９質量％以上、３．１質量％以下のＡｇと、０．４質量％以上、０．６質量％以下のＣｕとを含み、残部をＳｎとした第２のはんだ粉を含むことを特徴とする請求項１に記載のはんだ材料。
4. 前記第１のはんだ粉と第２のはんだ粉とＣｕ粉との合計の質量中、Ｃｕ粉の含有割合を１０質量％以上、３５質量％以下とし、第２のはんだ粉の含有割合を１．０質量％以上、６０質量％以下とし、残部を第１のはんだ粉としたことを特徴とする請求項３に記載のはんだ材料。
5. ７質量％以上、９質量％以下のＣｕと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＳｉと、０．００１質量％以上、０．０５質量％以下のＴｉとを含み、残部をＳｎとしたはんだ組成物を含むことを特徴とするはんだ材料。
6. 配線基板上に請求項１ないし５のいずれか一つに記載のはんだ材料を用いて表面実装部品を実装したことを特徴とする電子部品。
7. 配線基板上に請求項１ないし５のいずれか一つに記載のはんだ材料を用いて表面実装部品を実装し、封止材料により封止して構成されたことを特徴とする電子部品。
8. 配線基板の電極上に請求項１ないし５のいずれか一つに記載のはんだ材料を供給する工程と、
   このはんだ材料の上に表面実装部品を載せる工程と、
   前記はんだ材料を加熱して溶融することにより表面実装部品の電極と配線基板の電極とを電気的に接続する工程と、
   前記表面実装部品を封止材料により封止する工程と、
   を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。

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