JP6561453B2 - 電子回路モジュール部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子回路モジュール部品に関する。

受動素子等の電子部品を基板に実装して製造される電子回路モジュール部品は、電子機器の基板に実装されて用いられる。電子回路モジュール部品における電子部品の接合及び電子回路モジュール部品の実装に用いられるはんだとして、Ｐｂ（鉛）を含まないＰｂフリーはんだが知られている。

電子回路モジュール部品を電子機器の基板に実装する際には、はんだを溶融させるためのリフローが行われる。このリフローの際に、電子回路モジュール部品内の電子部品と基板とを接合するはんだが溶融して飛散したりはんだが移動したりすることを防ぐため、種々の検討が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２６８５６９号公報

しかしながら、特許文献１記載のはんだを用いて接合を行った場合であっても、はんだの飛散や移動を完全に抑制することはできていないという問題がある。また、耐久性の観点からも更なる改良が求められている。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、製造工程において再加熱した場合の接合金属の破損が防止された電子回路モジュール部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電子回路モジュール部品は、電子部品と、前記電子部品が搭載される回路基板と、前記電子部品の端子電極と前記回路基板の端子電極との間に介在し、Ｓｎ合金相、当該Ｓｎ合金相の間に分散して形成され少なくともＦｅを含むＮｉ−Ｓｎ合金相、及び、当該Ｎｉ−Ｓｎ合金相の内部に形成された直径５μｍ以下の複数の穴部を含む接合金属と、を備え、隣接する前記穴部同士の中心距離が１０μｍ以上であることを特徴とする。

上記の電子回路モジュール部品によれば、Ｓｎ合金相よりも融点が高いＮｉ−Ｓｎ合金相を含んで接合金属が形成されるため、再加熱した場合であっても接合金属の再溶融が防止される。また、Ｓｎ合金相の間に、Ｓｎ相よりも硬いＮｉ−Ｓｎ合金相が分散して形成されていることで、接合金属内にクラック等が生じたとしても進行が抑制されるため、接合金属の破損が防止される。さらに、Ｎｉ−Ｓｎ合金相の内部に５μｍ以下の穴部が設けられることにより、Ｎｉ−Ｓｎ合金相内にクラックが生じた場合であっても、その進行を抑制することができるため、耐久性が向上する。

ここで、前記接合金属は、Ｂｉ合金相をさらに含む態様とすることができる。Ｎｉ−Ｓｎ合金相よりも硬いＢｉ合金相をさらに含むことにより、クラック等に対する耐久性がさらに向上する。

また、前記Ｂｉ合金相は、等価直径が３μｍ以下である態様とすることができる。Ｂｉ合金相の等価直径が３μｍ以下であることにより、Ｂｉ合金相の偏析による接合金属全体としての耐久性の低下を防ぐことができる。

また、穴部から中心距離が１０μｍ以上離れた領域にＮｉ−Ｆｅ合金相を含む態様とすることができる。このように、Ｎｉ−Ｆｅ合金相を含む場合、互いに異なる硬度の領域が多数形成されるため、接合金属全体としてクラックの進行を抑制することができるため、耐久性が向上する。

本発明によれば、製造工程において再加熱した場合に接合金属の破損が防止された電子回路モジュール部品が提供される。

電子回路モジュール部品の断面図である。 電子回路モジュール部品を電子機器等の基板に取り付けた状態を示す側面図である。 本実施形態に係るＰｂフリーはんだの概念図である。 本実施形態に係るＰｂフリーはんだの概念図である。 硬化後の第１はんだの組織を模式的に示したものである。 硬化後の第１はんだの組織を模式的に示したものである。 Ｓｎ及びＢｉの和に対してＢｉの添加量を変化させた場合の固相温度及び液相温度の変化を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、電子回路モジュール部品の断面図である。図２は、電子回路モジュール部品を電子機器等の基板に取り付けた状態を示す側面図である。図１に示すように、電子回路モジュール部品１は、複数の電子部品２を基板３に実装した、ひとまとまりの機能を持つモジュールとしたものである。電子部品２は、基板３の表面に実装されていてもよいし、基板３の内部に実装されていてもよい。本実施形態において、電子回路モジュール部品１を構成する電子部品２としては、例えば、コイルやコンデンサ、あるいは抵抗等の受動素子があるが、ダイオードやトランジスタ等の能動素子やＩＣ（Integral Circuit）等も電子部品２として基板３の表面や基板３の内部に実装されてもよい。また、電子部品２は、これらに限定されるものではない。

図１に示すように、電子回路モジュール部品１は、電子部品２が実装される回路基板である基板３と、電子部品２を覆う絶縁樹脂４と、絶縁樹脂４の表面を被覆するシールド層５と、を含んで構成される。なお、電子回路モジュール部品１は、シールド層５を有していなくてもよい。電子部品２の端子電極と基板３の端子電極とは、本実施形態に係るＰｂフリーはんだ（以下、第１はんだという）６Ａによって接合される。これによって、電子部品２が基板３に実装される。このように、第１はんだ６Ａは、電子部品２の端子電極と基板３の端子電極との間に介在する接合金属となる。

図１に示すように、電子回路モジュール部品１では、基板３に実装された電子部品２が絶縁樹脂４で覆われる。電子回路モジュール部品１は、電子部品２が実装される側の基板３の表面（部品実装面という）も同時に絶縁樹脂４で覆われる。このように、電子回路モジュール部品１は、絶縁樹脂４で複数の電子部品２及び部品実装面を覆うことで、基板３及び複数の電子部品２を一体化するとともに、強度を確保する。

複数の電子部品２を覆った絶縁樹脂４の表面には、シールド層５が形成される。絶縁樹脂４としては、熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂を用いることができるが、これに限定されない。なお、フィラー等の添加物が含まれていてもよい。

本実施形態において、シールド層５は導電材料（導電性を有する材料であり、本実施形態では金属）で構成されている。本実施形態では、シールド層５は単数の導電材料で構成されてもよいし、複数の導電材料の層で構成されてもよい。シールド層５は、絶縁樹脂４の表面を被覆することにより、絶縁樹脂４の内部に封入された電子部品２を電子回路モジュール部品１の外部からの高周波ノイズや電磁波等から遮蔽したり、電子部品２から放射される高周波ノイズ等を遮蔽したりする。このように、シールド層５は、電磁気シールドとして機能する。本実施形態において、シールド層５は、絶縁樹脂４の表面全体を被覆している。なお、シールド層５は、電磁気シールドとして必要な機能を発揮できるように絶縁樹脂４を被覆すればよく、必ずしも絶縁樹脂４の表面全体を被覆する必要はない。したがって、シールド層５は、絶縁樹脂４の表面の少なくとも一部を被覆していればよい。

なお、電子回路モジュール部品１は、シールド層５を設けていなくてもよい。この場合には、電子回路モジュール部品１のシールド層５に相当する領域についても絶縁樹脂４により被覆される。

電子回路モジュール部品１は、例えば、次のような手順で製造される。
（１）基板３の端子電極に第１はんだ６Ａを含むはんだペーストを印刷する。
（２）実装装置（マウンタ）を用いて電子部品２を基板３に搭載する。
（３）電子部品２が搭載された基板３をリフロー炉に入れてはんだペーストを加熱することにより、はんだペーストに含まれる第１はんだ６Ａが溶融し、硬化することにより電子部品２の端子電極と基板３の端子電極とを接合する（リフロー工程）。
（４）電子部品２や基板３の表面に付着したフラックスを洗浄する。
（５）絶縁樹脂４で電子部品２及び基板３を覆う（モールド工程）。

上記の手順のうち、リフロー工程では、一般的に、リフロー炉の最高温度が２４０℃〜２６０℃程度となるようにして、はんだペーストに含まれる第１はんだ６Ａの溶融及び硬化が行われる。また、モールド工程は、絶縁樹脂４の材料等によって適宜変更されるが、例えば、１７５℃で４時間加熱することにより、絶縁樹脂４の硬化が行われる。

基板３は、部品実装面の反対側に、端子電極（モジュール端子電極）７を有する。モジュール端子電極７は、電子回路モジュール部品１が備える電子部品２と電気的に接続されるとともに、図２に示すように、電子回路モジュール部品１が取り付けられる基板（例えば、電子機器の基板であり、以下、装置基板という）８の端子電極（装置基板端子電極）９とはんだ（以下、第２はんだという）６Ｂによって接合される。これによって、電子回路モジュール部品１は、電子部品２と装置基板８との間で電気信号や電力をやり取りする。

図２に示す装置基板８は、電子回路モジュール部品１が実装される基板であり、例えば、電子機器（車載電子機器、携帯電子機器等）に搭載される。装置基板８に電子回路モジュール部品１を実装する場合、例えば、装置基板端子電極９に第２はんだ６Ｂを含むはんだペーストを印刷し、実装装置を用いて電子回路モジュール部品１を装置基板８に搭載する。そして、電子回路モジュール部品１が搭載された装置基板８をリフロー炉に入れてはんだペーストを加熱することにより、はんだペーストに含まれる第２はんだ６Ｂが溶融し、硬化することによりモジュール端子電極７と装置基板端子電極９とを接合する。その後、電子回路モジュール部品１や装置基板８の表面に付着したフラックスを洗浄する。

一般的に、電子回路モジュール部品の製造に使用されているＰｂフリーはんだの溶融温度は約２２０℃であるのに対して、リフロー時における最高温度は２４０℃〜２６０℃程度とされる。電子回路モジュール部品１を構成する電子部品２を基板３に実装する際に用いられる第１はんだ６Ａは、上述したように、電子回路モジュール部品１が装置基板８へ実装される際にリフローされることから、このリフローにおける温度で溶融しないはんだ（高温はんだ）が使用される。

Ｐｂを使用するはんだには、溶融温度が３００℃程度のはんだがあるが、Ｐｂフリーはんだでは溶融温度が２６０℃以上かつ適切な特性を有するものはない。このため、Ｐｂフリーはんだを用いる場合、電子回路モジュール部品１を構成する電子部品２の接合に用いるはんだ（第１はんだ６Ａ）、及び電子回路モジュール部品１を装置基板８へ実装する際に用いるはんだ（第２はんだ６Ｂ）に、両者の溶融温度差が少ないものを使用せざるを得ない。

電子回路モジュール部品１を構成する電子部品２の接合に用いるはんだがリフロー時に再溶融すると、第１はんだ６Ａの移動や、はんだフラッシュ（はんだの飛散）といった不具合が発生する。その結果、短絡や電子部品２の接触不良を招くおそれがある。このため、電子回路モジュール部品１の電子部品２を接合するはんだには、電子回路モジュール部品１を実装する際のリフロー時において再溶融しないもの、あるいは再溶融が第１はんだ６Ａの移動やはんだフラッシュを招かない程度であるものを使用することが望まれている。溶融温度の高いはんだの代替として導電性接着材（Ａｇペースト等）もあるが、機械的な強度が低く、電気抵抗も高く、コストも高い等の課題があり、はんだの代替とはなっていない。本実施形態の電子回路モジュール部品１を構成する電子部品２の接合に用いる第１はんだ６Ａは、このような要求を満たすＰｂフリーはんだである。

図３、図４は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだの概念図である。本実施形態に係るＰｂフリーはんだ、すなわち第１はんだ６Ａは、使用前（溶融する前）において、少なくともＳｎ（スズ）及びＢｉ（ビスマス）を含む第１金属６１と、少なくともＮｉ（ニッケル）−Ｆｅ（鉄）合金を含む第２金属６２と、を含む。図３に示す第１はんだ６Ａは、粒状の第１金属６１と粒状の第２金属６２とをペースト材料ＰＥに分散させてはんだペーストとしたものである。図４に示す第１はんだ６Ａは、第２金属６２を芯として、その外側を第１金属６１で被覆し、針金状のはんだとしたものである。このように、第１はんだ６Ａは、溶融する前において、少なくともＳｎ及びＢｉを含む第１金属６１と、少なくともＮｉ−Ｆｅ合金を含む第２金属６２とが溶融時に混合可能な状態であればよい。

第１金属６１は、少なくともＳｎ及びＢｉを含むが、第１はんだ６ＡはＰｂフリーはんだであるため、Ｐｂは含まない。また、第１金属６１は、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）のうち少なくとも一つを含んでいてもよい。第２金属６２は、Ｎｉ−Ｆｅ合金を少なくとも含んでいる。すなわち、第２金属６２は、Ｎｉ−Ｆｅ合金を必須とし、この他にＣｏ（コバルト）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）のうち少なくとも一つを含んでいてもよい。

本実施形態においては、第１金属６１として、所謂ＳｎＢｉはんだ（Ｐｂフリーはんだ）を用いる。また、第１金属６１において、ＳｎとＢｉの和は９０質量％以上であり、Ｂｉが５質量％以上１５質量%以下である。このようなはんだは、リフロー後における組織はＳｎ相が大半を占めるので、複数回リフローするとＳｎ相が再溶融する。このため、本実施形態では、リフロー時にＳｎと化合物を作りやすい金属として、少なくともＮｉ−Ｆｅ合金を含む第２金属６２を第１金属６１に添加する。すなわち、ＳｎとＢｉとが含まれる第１金属６１に対して、Ｎｉ−Ｆｅ合金が添加される。これによって、最初に第１はんだ６Ａが溶融したときに第１金属６１に含まれるＳｎと第２金属６２のＮｉ−Ｆｅとを反応させて、第１はんだ６Ａが硬化したときに耐熱性の高い組織を作る。そして、例えば、再度のリフロー等によって第１はんだ６Ａが加熱された場合でも、第１はんだ６Ａの再溶融が抑制される。

図５及び図６は、第１はんだ６Ａが硬化して形成される接合金属を模式的に示したものである。図５は、硬化前の第１金属６１におけるＢｉ添加量を７．５質量％としたものであり、図６は、硬化前の第１金属６１におけるＢｉ添加量を１２．５質量％としたものである。図５及び図６に示すように、第１はんだ６Ａが硬化して形成される接合金属では、第１金属６１由来のＳｎ相７１（Ｓｎ合金相）内にＢｉ相７２（Ｂｉ合金相）が分散して析出している。また、第２金属６２由来のＮｉ−Ｆｅ相７３（Ｎｉ−Ｆｅ合金相）の周辺に第１金属６１由来のＳｎと第２金属６２由来のＮｉとが反応したＮｉ−Ｓｎ相７４（Ｎｉ−Ｓｎ合金相）が形成される。Ｎｉ−Ｓｎ相７４には、第２金属６２に含まれるＮｉ−Ｆｅに由来するＦｅも含まれる。すなわち、Ｎｉ−Ｓｎ相７４は、少なくともＦｅを含む。

ＮｉとＳｎとの反応が進んだ領域では、Ｎｉ−Ｓｎ相７４の内側のＮｉ−Ｆｅ相７３があった部分が空隙により形成された穴部７５となって硬化後の第１はんだ６Ａ内に複数形成されている。穴部７５は、ＮｉとＳｎとの反応の進行に沿って、Ｎｉ−Ｆｅ相を構成していた材料が加熱によって飛散することで形成されたものと考えられる。Ｎｉ−Ｓｎ相７４の内側に形成される穴部７５は、略球状であり、断面視において直径が５μｍ以下である。仮にＮｉ−Ｓｎ相７４内にクラックが生じたとしても、Ｎｉ−Ｓｎ相７４内に直径５μｍ以下の穴部７５が設けられている場合、Ｎｉ−Ｓｎ相７４はＳｎ相７１よりも硬度が十分に高い領域であることからクラックが空隙により形成された穴部７５に到達することで進行が抑制することが可能となる。一方、穴部７５が５μｍよりも大きくなると、穴部７５自体が接合金属の耐久性に影響を与える可能性がある。

また、隣接する穴部７５同士は、断面視において中心距離が１０μｍ以上である。なお、中心距離とは、隣接する穴部７５の中心同士の距離のことをいう。隣接する穴部７５同士の中心距離が１０μｍよりも小さくなると、クラック等が発生した場合に隣接する穴部同士が連動して亀裂が生じる可能性がある。

Ｎｉ−Ｓｎ相７４の内部に穴部７５が形成されていない場合、Ｎｉ−Ｓｎ相７４の内部にＮｉ−Ｆｅ相７３が残留した状況となる。Ｎｉ−Ｆｅ相７３は、略球状であり、断面視において直径が５μｍ以下である。また、穴部７５とＮｉ−Ｆｅ相７３とは、断面視において中心距離が１０μｍ以上である。

また、Ｂｉの添加量を増加した場合には、図６に示すように、Ｎｉ−Ｆｅ相７３の周囲に形成されるＮｉ−Ｓｎ相７４の大きさが小さくなると共に、Ｓｎ相７１内にＮｉ−Ｓｎ相７４が分散した状態となる。また、Ｂｉ相７２は、Ｂｉの添加量が少ない場合（図５）は、Ｎｉ−Ｓｎ相７４の周囲に形成されるのに対して、Ｂｉの添加量が増加すると（図６）、Ｓｎ相７１内に分散する。Ｂｉ相７２は、Ｂｉ単体により構成されていてもよいし、例えばＢｉ−Ｓｎ合金により構成されていてもよい。また、Ｂｉ相７２は、等価直径が３μｍ以下であることが好ましい。なお、等価直径とは、断面視において、Ｂｉ相７２の面積をＡとして、周囲の長さをＣとしたときに、４×Ａ／Ｃである。Ｂｉ相７２の等価直径が３μｍよりも大きい場合、Ｂｉ相７２のＢｉ自体の硬く脆い性質によって、クラックが進行しやすくなってしまう可能性がある。

このように、硬化後の第１はんだ６Ａ（接合金属）では、第１金属６１由来のＳｎ相７１内にＮｉ−Ｓｎ相７４が分散して存在すると共に、Ｎｉ−Ｓｎ相の内部に穴部７５が形成される。ＮｉとＳｎとが反応して得られるＮｉ−Ｓｎ相７４は、融点が４００℃よりも高いため、第２はんだ６Ｂのリフロー時等に再溶融することが防がれる。Ｎｉ−Ｓｎ相７４の周囲には、融点が低いＳｎ相７１等も存在するが、Ｎｉ−Ｓｎ相７４が形成されることでＳｎ相７１が溶融することによるはんだの飛散や移動等が抑制される。

また、Ｓｎ相７１よりも硬いＮｉ−Ｓｎ相７４がＳｎ相７１内に分散していることにより、第１はんだ６Ａでのはんだクラックの発生を防止することができる。硬化後の第１はんだ６Ａが何らかの衝撃等を受けて、その一部に亀裂が発生したとしても、Ｓｎ相７１内にＮｉ−Ｓｎ相７４が分散していることによって、同一相が広がっている場合と比較して、亀裂が大きくなることを防ぐことができる。はんだクラック発生の防止に係る効果は、特に、図６に示すようにＮｉ−Ｓｎ相７４の大きさの偏りが小さくなり、Ｓｎ相７１内に分散しているときに向上する。また、硬化後の第１はんだ６Ａでは、Ｓｎ相７１よりも硬いＢｉ相７２もＳｎ相７１内に分散することで、Ｓｎ相７１内に分散している異種相が増えるため、はんだクラック発生の防止に係る効果が向上し、耐久性の高い電子回路モジュール部品が得られる。

第１金属６１のように、Ｂｉを含むはんだでは、Ｂｉの添加量に応じて、液相温度及び固相温度が変化する。図７は、Ｓｎ及びＢｉの和に対してＢｉの添加量を変化させた場合に、固相温度の変化を固相線として示すと共に液相温度の変化を液相線として示したものである。図７に示すように、Ｂｉを５質量％以上添加した場合固相温度が低下することから、より低温においてＮｉとＳｎとの反応を促進することができる。したがって、例えば、第１はんだ６Ａを硬化させた後に絶縁樹脂４で電子部品２及び基板３を覆うモールド工程においても、ＮｉとＳｎとの反応が促進させることができるため、ＮｉとＳｎとの反応を促進するための加熱工程等を別途設けなくてもよい。

なお、図７に示すように、Ｂｉの添加量が１５質量％を超えてしまうと、固相温度が共晶温度（約１３９℃）まで下がってしまうため、後段の工程において、硬化後の第１はんだが再溶融してしまう可能性が考えられる。また、Ｂｉの添加量が１５質量％を超えた場合には、硬化後の第１はんだ６Ａにおいて、Ｂｉの偏析量が大きくなる可能性がある。Ｂｉの硬度はＳｎを主体とするはんだ相よりも高いので、硬化後の第１はんだ６ＡにおいてＢｉの偏析量が大きくなると、Ｂｉ自体の硬く脆い性質によって、クラックが進行しやすくなってしまう可能性がある。

さらに、本実施形態では、Ｓｎ及びＢｉが含まれる第１金属６１に、Ｓｎと反応しやすいＮｉ−Ｆｅ合金を含む第２金属６２を添加する。これによって、リフローに要する短い時間でＳｎとＮｉ−Ｆｅ合金との反応を迅速に進行させることができる。

溶融後、硬化した第１はんだ６Ａの融点を上昇させるためには、溶融中のＳｎとＮｉ−Ｆｅとの反応を進め、Ｎｉ−Ｓｎ相の形成を促進する必要がある。このため、溶融前の第１はんだ６Ａを構成する第１金属６１と第２金属６２とは、図３に示すように粒状とすることが好ましい。このようにすれば、第１金属６１と第２金属６２との接触面積が増加するため、ＳｎとＮｉ−Ｆｅとの反応が促進される。これによって、溶融後硬化した第１はんだ６Ａの再溶融を防止することができる。なお、図４に示すように、溶融前の第１はんだ６Ａを針金状とする場合、少なくとも第２金属６２を粒状とすることが好ましい。

また、第２金属６２の平均粒子径が小さいほど、第１はんだ６Ａは熱エネルギーを吸収しなくなる傾向を示すことが知られている。この傾向は、第２金属６２の割合が変化しても同様である。また、第２金属６２の平均粒子径が小さくなるほど、溶融時には第１金属６１と第２金属６２との接触面積が増加するので、ＳｎとＮｉ−Ｆｅ合金との反応が進行しやすくなり、Ｎｉ−Ｓｎ相の形成が促進される。一方、第２金属６２の平均粒子径が小さくなるにしたがって、第２金属６２の粒子の製造や取り扱いが困難になる。

したがって、第２金属６２の平均粒子径は、３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下がより好ましい。第２金属６２の平均粒子径が５０μｍになると、硬化後における第１はんだ６Ａの組織はＮｉ−Ｓｎ相の形成が十分に進まず、第１はんだ６Ａが溶融して硬化した後における融点の上昇が小さくなる。また、第２金属６２の平均粒子径が３μｍを下回ると、第２金属６２の粒子の製造や取り扱いが困難になることが考えられる。また、第２金属６２の平均粒子径が５μｍより小さいと、粒子径に対する表面積が大きい結果、酸化しやすくなる傾向があるので、リフロー時の再加熱によって溶融せず、酸化粒子として基板上に残留するものが生じるおそれがある。第２金属６２の平均粒子径を５μｍ以上とすると、酸化粒子の残留を抑制できるため、より好ましい。なお、本実施形態では、第１金属６１の平均粒子径は、１０μｍから３６μｍの範囲としている。

また、本実施形態において、第２金属６２の添加割合は、第１金属６１と第２金属６２との和に対して５質量％以上３０質量％以下が好ましい。この範囲であれば、電子回路モジュール部品１の基板３に第１はんだ６Ａを用いて電子部品２を実装した後、電子回路モジュール部品１を装置基板８に実装する際に再度のリフローをしたとしても、はんだフラッシュの発生や第１はんだ６Ａの移動を抑制できる。また、基板３に第１はんだ６Ａを用いて電子部品２を実装する場合も、適切なセルフアライメント効果が得られるので、電子部品２の位置決めができる。このように、第２金属６２の添加割合が上記範囲であれば、電子回路モジュール部品１を構成する電子部品２の実装に好適である。

第２金属６２の粉末は、例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法等の金属粉末製造方法によって作製される。水アトマイズ法を用いた場合、作製された粉末の表面が酸化する。第２金属６２の粉末の表面が酸化した状態で第１金属６１に添加し、第１はんだ６Ａとすると、酸化膜の影響により、溶融した状態において、第２金属６２の粉末が硬化した第１はんだ６Ａの表面に集まってしまう。その結果、第１金属６１と第２金属６２とがほとんど分離してしまうので、第１金属６１と第２金属６２との反応が促進されず、第１はんだ６Ａの融点上昇は望めない。

したがって、金属粉末が製造される過程で第２金属６２が酸化した場合、例えば、水素雰囲気中でこれを還元してから、第１金属６１に添加することが好ましい。これによって、第１金属６１は、最初の溶融中に第１金属６１と第２金属６２との反応が促進されるため、溶融後硬化した第１はんだ６Ａは、溶融前と比較して高い融点を確保できる。

第２金属６２の粉末に含まれる酸素量をパラメータとして、第１金属６１と第２金属６２との反応促進を評価した。その結果、第２金属６２の粉末中に含まれる酸素の割合が１．５質量％では、第１金属６１と第２金属６２との反応促進が不十分であり、第１はんだ６Ａの融点上昇は望めない。一方、第２金属６２の粉末中に含まれる酸素の割合が０．２４質量％まで低下すれば、第１金属６１と第２金属６２との反応が促進されて、第１はんだ６Ａの融点が上昇する。

第２金属６２に占めるＦｅの割合は、特に限定されないが、８質量％以上あれば溶融後硬化した第１はんだ６Ａの融点の上昇が認められる。Ｆｅの割合が５質量％以上であれば、溶融後硬化した第１はんだ６Ａの融点は、再度のリフロー温度（２４０℃〜２６０℃）よりも高くなる。一方、１６質量％を超えると、Ｎｉ−Ｓｎ相の形成が十分に進まず、第１はんだ６Ａの溶融温度が低下する可能性がある。したがって、第２金属６２に占めるＦｅの割合は、５質量％以上１６質量％以下が好ましく、８質量％以上１６質量％以下がより好ましい。

以上のように、本実施形態に係る電子回路モジュール部品は、接合金属（硬化した第１はんだ６Ａ）においてＳｎ相７１内に分散するＮｉ−Ｓｎ相７４の内側のＮｉ−Ｆｅ相７３があった部分が、空隙により形成された穴部７５となって複数形成されている。Ｎｉ−Ｓｎ相７４内に直径５μｍ以下の穴部７５が設けられているころで、Ｎｉ−Ｓｎ相７４はＳｎ相７１よりも硬度が十分に高い領域であることから、仮にＮｉ−Ｓｎ相７４においてクラックが発生したとしても、クラックが空隙により形成された穴部７５に到達することで進行が抑制することが可能となり、電子回路モジュール部品としての耐久性が向上する。特に、従来の電子回路モジュール部品では、接合金属（第１はんだ６Ａ）が絶縁樹脂４だけでなくシールド層５によって密閉される構造になる場合、はんだフラッシュの不具合が顕著に現れるため、本実施形態に係る電子回路モジュール部品の構成を有することで耐久性の向上効果が大きくなると考えられる。

また、第１はんだ６Ａに用いられるＰｂフリーはんだは、少なくともＳｎ及びＢｉを含む第１金属に、少なくともＮｉ−Ｆｅ合金を含む第２金属を添加してＰｂフリーはんだ（上述した第１はんだ６Ａ）を構成する。このＰｂフリーはんだが最初に溶融する過程においては、第１金属のＳｎと第２金属のＮｉ−Ｆｅ合金との反応が速やかに進行する。反応後はＮｉ−Ｓｎ相が形成されることにより、硬化したＰｂフリーはんだにおいては、最初に溶融する前と比較して融点が高くなり、耐熱性が向上する。その結果、一旦溶融した後のＰｂフリーはんだがその後のリフローにより再加熱されても、Ｐｂフリーはんだは溶融しない、又は溶融が抑制される。

そして、上記のＰｂフリーはんだを、電子回路モジュール部品を構成する電子部品の接合に用いることにより、電子回路モジュール部品を装置基板等に実装する際のリフローにおいて、電子回路モジュール部品内ではんだフラッシュやはんだの移動が発生するおそれを低減できる。このようなＰｂフリーはんだを用いた本実施形態に係る電子回路モジュール部品は、電子部品の端子の接合不良等が発生するおそれを低減できるので、歩留が向上する。

また、本実施形態に係る電子回路モジュール部品に用いられるＰｂフリーはんだは、一旦溶融して硬化した後は融点が上昇するため、耐熱性が要求される部分の接合等にも有効である。この場合、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが最初に溶融するときの温度は、ＳｎＢｉ系（Ｓｎを基材としてＢｉが添加されたもの）のはんだと同等（２２０℃程度）なので、接合時における作業性の低下を招くことはない。さらに、Ｓｎ及びＢｉを含む第１金属を用いることにより、Ｎｉ−Ｓｎ相の形成を促進させる熱処理として、例えばモールド工程等の電子回路モジュール部品の製造工程における熱処理工程を利用することができるため、追加の熱処理工程等を必要としない。このため、作業性が大幅に向上する。また、本実施形態に係るＰｂフリーはんだは、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｆｅという比較的安価な金属を用いるので、電子回路モジュール部品等の製造コストの上昇を抑制できる。

さらに、本実施形態に係る電子回路モジュール部品１では、接合金属（硬化した第１はんだ６Ａ）におけるＮｉ−Ｓｎ相７４の内部に穴部７５が設けられていることで、Ｎｉ−Ｓｎ相７４内にクラックが生じたとしても、クラックが空隙により形成された穴部７５に到達することでその進行が抑制することが可能となる。したがって、電子回路モジュール部品としての耐久性が向上する。穴部７５の直径が５μｍ以下であり、隣接する穴部７５同士の中心距離が１０μｍ以上である場合に、耐久性の向上効果は顕著となる。

また、接合金属がＢｉ相７２をさらに含む場合、Ｂｉの硬度は他の相よりも高いため、硬度が異なる領域が接合金属内に形成されることで、クラックの進行が抑制される。Ｂｉ相７２の等価直径が３μｍ以下である場合、特にクラックの進行抑制効果が奏される。

また、接合金属の穴部７５から中心距離が１０μｍ以上離れた領域にＮｉ−Ｆｅ相７３が形成されている場合も、硬度が異なる領域が接合金属内に形成されることで、クラックの進行が抑制される。

以上、本発明の実施形態に係るＰｂフリーはんだ及び電子回路モジュール部品について説明したが、本発明に係るＰｂフリーはんだ及び電子回路モジュール部品は、上記の構成に限定されるものではない。

上記の実施形態では、ＰｂフリーはんだとしてＳｎＢｉ系のはんだを用いる場合について説明したが、上記の接合金属を含む電子回路モジュール部品の第１はんだとしては他の材料を用いることもできる。上記のように、リフローにおいて、電子回路モジュール部品内ではんだフラッシュ又ははんだの移動が発生するおそれを低減するためには、接合金属に用いられるＰｂフリーはんだにＢｉが添加されていればよく、Ｂｉの添加形態は、上記実施形態に限定されない。例えば、はんだ組成にＢｉを含める方法としては、Ｓｎ−Ｂｉはんだ（上記実施形態で説明した構成）又はＳｎ−Ａｇ−Ｂｉはんだを用いる方法が考えられる。一方、第２金属のように添加物としてＢｉを添加する方法としては、Ｎｉ−Ｂｉ組成やＮｉ−３Ｂｉ組成の粒子として添加する方法が考えられる。いずれの場合でも、電子回路モジュール部品内の接合金属の融点が上昇し、耐久性が向上する。

以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
実施例１に係るサンプル（電子回路モジュール部品）を、次のような手順で２０個作成した。
（１）基板の端子電極に、ＳｎＢｉ系はんだ（Ｓｎ９２．５質量％、Ｂｉ７．５質量％）に対して、Ｎｉ−Ｆｅ合金粒子（Ｆｅが１０質量％、平均粒子径２０μｍ）を総和に対して１５質量％となるように添加したＰｂフリーはんだを含むはんだペーストを印刷した。
（２）実装装置を用いて電子部品としてチップ型抵抗素子を基板に載置した。
（３）電子部品が搭載された基板をリフロー炉に入れてはんだペーストを通常のリフロー工程（ピーク温度２４０℃、溶融１分）で加熱することにより、はんだペーストに含まれるＰｂフリーはんだを溶融して硬化させた。そして、硬化後のＰｂフリーはんだによって、電子部品の端子電極と基板の端子電極とを接合させた。
（４）電子部品及び基板の表面に付着したフラックスを洗浄した。
（５）絶縁樹脂で電子部品及び基板を覆った。電子部品及び基板を被覆する絶縁樹脂は、エポキシ樹脂にフィラー（例えば、本評価ではシリカフィラー）を添加したものを用いた。そして、絶縁樹脂で電子部品及び基板を覆うように塗布し、真空槽内で熱プレス硬化した。モールドポストキュア処理は１７５℃で４時間実施した。その結果、電子部品は、絶縁樹脂によって封止された。このような実施例１に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例２＞
実施例１に記載の製造方法において、Ｎｉ−Ｆｅ合金粒子の添加量を５質量％とした以外は実施例１と同条件にて、実施例２に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例３＞
実施例１に記載の製造方法において、リフロー条件をピーク温度２４０℃、溶融２分とした以外は実施例１と同条件にて、実施例３に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例４＞
実施例３に記載の製造方法において、Ｎｉ−Ｆｅ合金粒子の添加量を５質量％とした以外は実施例３と同条件にて、実施例４に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例５＞
実施例１に記載の製造方法において、のＮｉ−Ｆｅ合金粒子の粒子径を１０μｍとした以外は実施例１と同条件にて、実施例４に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例６＞
実施例５に記載の製造方法において、Ｎｉ−Ｆｅ合金粒子の添加量を５質量％とした以外は実施例５と同条件にて、実施例６に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例７＞
実施例５に記載の製造方法において、リフロー条件をピーク温度２４０℃、溶融２分とした以外は実施例５と同条件にて、実施例７に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例８＞
実施例７に記載の製造方法において、Ｎｉ−Ｆｅ合金粒子の添加量を５質量％とした以外は実施例７と同条件にて、実施例８に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例９＞
ＳｎＢｉ系はんだに代えて、Ｓｎ系はんだにＢｉ金属粒子を添加したものを用いたこと以外は実施例１と同条件にて、実施例９に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜実施例１０＞
ＳｎＢｉ系はんだに代えて、Ｓｎ系はんだにＢｉ金属粒子を添加したものを用いたこと以外は実施例３と同条件にて、実施例１０に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜比較例１＞
実施例１に記載の製造方法において、さらに高温熱処理（２００℃１時間）が加えられた以外は実施例１と同条件にて、比較例１に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

＜比較例２＞
実施例１に記載の製造方法において、Ｎｉ−Ｆｅ合金粒子の添加量を３５質量％とした以外は実施例１と同条件にて、比較例２に係る電子回路モジュール部品を２０個作成した。

上記の方法によって得られた電子回路モジュール部品について、接合金属の組織観察、耐熱性（はんだフラッシュ抑制）、及び、耐衝撃性（クラック抑制）について評価した。

＜評価方法：１．接合金属の組織観察＞
電子回路モジュール部品の断面を走査型電子顕微鏡で観察して、穴部の大きさ（最大穴径）、穴部間の最小距離、Ｎｉ−Ｆｅ相がある場合Ｎｉ−Ｆｅ相の大きさ、Ｎｉ−Ｓｎ相の厚さ（Ｓｎ相と穴部間との距離）を測定した。

＜評価方法：２．耐熱性（はんだフラッシュ抑制）＞
耐熱性（はんだフラッシュ）は次のようにして評価した。まず、評価に供するサンプル（電子回路モジュール部品）を２６０℃のリフロー炉に投入し、電子回路モジュール部品内の電子部品と基板との接合部におけるはんだの移動を観察した。接合部の接合金属（はんだ材料）が接合部以外に離散するような状況が観察された場合には×、離散していないが接合部の基板側との接合面が変化してしまったものは△、接合部の電子部品端子側の形状の変化が認められるものは○、接合部の接合面や形状が変化していないものは◎とした。

＜評価方法：３．耐熱衝撃性（クラック抑制）＞
耐熱衝撃性（クラック抑制）は、次のようにして評価した。まず、評価に供するサンプル（絶縁樹脂で電子部品及び基板が覆われていないもの）を−５５℃及び１２５℃の環境下で３０分ずつ交互に保持する熱衝撃試験機に投入し、５００サイクル分放置した。その後、硬化後のはんだにより形成された接合部を観察して表面のクラック及び断面観察によるはんだクラックの進行度を確認して評価した。

接合部にクラックが発生していないものは◎、クラックの発生が確認されたがその長さが接合部のはんだの厚みに対して１／３以下である場合は○、クラックの長さが接合部のはんだの厚みの１／３以上１／２以下である場合は△、クラックの長さが接合部のはんだの厚みの１／２以上の場合を×とした。

＜評価結果＞
上記の評価の結果を表１に示す。耐熱性（はんだフラッシュ抑制）及び耐熱衝撃性（クラック抑制）の少なくとも１つが〇である場合、総合評価は〇とした。また、評価が△の項目が１つ以上ある場合、総合評価は△とした。両方の評価が◎である場合、総合評価は◎とした。

１…電子回路モジュール部品、２…電子部品、３…基板、４…絶縁樹脂、５…シールド層、６Ａ…第１はんだ、６Ｂ…第２はんだ、６１…第１金属、６２…第２金属。

Claims (4)

1. 回路基板の端子電極上に、ＳｎとＢｉの和は１００質量％、または、９０質量％以上であってその残りはＡｇまたはＣｕのうちの少なくとも一つからなり、Ｂｉが５質量％以上１５質量%以下である第１金属粒子と、Ｆｅの割合が５質量％以上１６質量％以下であるＮｉ−Ｆｅ合金からなり、第１金属粒子と第２金属粒子との和に対して５質量％以上１５質量％以下であるように添加される、平均粒子径が３μｍ以上５０μｍ以下である第２金属粒子と、からなるＰｂフリーはんだを含むはんだペーストを印刷する工程と、
   前記はんだペースト上に電子部品を載置する工程と、
   前記はんだペーストをリフロー炉に入れて加熱して、前記回路基板の端子電極と前記電子部品の端子電極とを前記Ｐｂフリーはんだが凝固した接合金属によって接合する工程と、
   を有し、
   前記接合金属は、Ｓｎ合金相の間に、少なくともＦｅを含むＮｉ−Ｓｎ合金相が分散し、当該Ｎｉ−Ｓｎ合金相の内部に直径５μｍ以下の複数の穴部が形成されると共に隣接する前記穴部同士の中心距離が１０μｍ以上である、電子回路モジュール部品の製造方法。
2. 前記接合金属は、Ｂｉ合金相をさらに含む請求項１に記載の電子回路モジュール部品の製造方法。
3. 前記Ｂｉ合金相は、等価直径が３μｍ以下である請求項２に記載の電子回路モジュール部品の製造方法。
4. 前記穴部から中心距離が１０μｍ以上離れた領域にＮｉ−Ｆｅ合金相を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子回路モジュール部品の製造方法。

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