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公開番号2025120071
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2024015315
出願日2024-02-04
発明の名称はんだ合金、はんだペースト、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだ継手、車載電子回路、ECU電子回路、車載電子回路装置、およびECU電子回路装置
出願人千住金属工業株式会社
代理人個人
主分類B23K 35/26 20060101AFI20250807BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】融点が低く、シェア強度が高く、破壊モードが適切であるとともに、耐ヒートサイクル性に優れるはんだ合金、はんだペースト、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだ継手、車載電子回路、ECU電子回路、車載電子回路装置、およびECU電子回路装置を提供する。
【解決手段】はんだ合金は、質量%で、Ag:2.0～3.6%、Cu:0.6～0.9%、In:1.0～5.0%、Sb:3.0～5.0%、Fe:0.0010～0.0300%、Co:0.0010～0.0500%、および残部がSnからなる合金組成を有する。好ましくは、合金組成は、更に、質量%で、Zr、Ge、Ga、P、As、Pb、Zn、Mg、Cr、Ti、Mo、Pt、Pd、Au、Al、およびSiの少なくとも1種を合計で0.1%以下を含有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、Ａｇ：２．０～３．６％、Ｃｕ：０．６～０．９％、Ｉｎ：１．０～５．０％、Ｓｂ：３．０～５．０％、Ｆｅ：０．００１０～０．０３００％、Ｃｏ：０．００１０～０．０５００％、および残部がＳｎ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。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
前記合金組成は、更に、質量％で、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、およびＳｉの少なくとも１種を合計で０．１％以下を含有する、請求項１に記載のはんだ合金。
【請求項３】
前記合金組成は、下記（１）式および（２）式を満たす、請求項１または２に記載のはんだ合金。
０．００２０≦Ａｇ×Ｃｕ×Ｉｎ×Ｓｂ×Ｆｅ×Ｃｏ≦０．００９０（１）
４４５≦Ｉｎ／（Ａｇ×Ｃｕ×Ｓｂ×Ｆｅ×Ｃｏ）≦３５６０（２）
上記（１）式および（２）式中、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｆｅ、およびＣｏは、各々前記はんだ合金の質量％としての含有量である。
【請求項４】
請求項１または２に記載のはんだ合金からなるはんだ粉末を有するはんだペースト。
【請求項５】
請求項１または２に記載のはんだ合金からなるはんだボール。
【請求項６】
請求項１または２に記載のはんだ合金からなるはんだプリフォーム。
【請求項７】
請求項１または２に記載のはんだ合金を有するはんだ継手。
【請求項８】
請求項１または２に記載のはんだ合金を有することを特徴とする車載電子回路。
【請求項９】
請求項１または２に記載のはんだ合金を有することを特徴とするＥＣＵ電子回路。
【請求項１０】
請求項８に記載の車載電子回路を備えたことを特徴とする車載電子回路装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ合金、はんだペースト、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだ継手、車載電子回路、ＥＣＵ電子回路、車載電子回路装置、およびＥＣＵ電子回路装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車には、プリント基板に電子部品をはんだ付けした電子回路（以下、「車載電子回路」と称する。）が搭載されている。車載電子回路は、エンジン、パワーステアリング、ブレーキ等を電気的に制御する機器に使用されおり、自動車の走行にとって非常に重要な保安部品となっている。特に、燃費向上のためにコンピュータで車を制御する電子回路のＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）と呼ばれる車載電子回路は、長期間に渡って故障がなく安定した状態で稼働できるものでなければならない。このような車載電子回路は、搭載領域の拡大により、寒暖差、衝撃、振動などの種々の外的な負荷を受ける箇所に搭載されるようになった。
【０００３】
例えば、エンジンルームに搭載された車載電子回路は、エンジン動作時には１２５℃以上という高温に曝されることがある。一方、エンジン停止時には、寒冷地であれば－４０℃以下という低温に曝される。このように、厳しい使用環境に使用される車載電子回路には、信頼性に優れるはんだ合金が使用されている。
【０００４】
従来から、汎用性の高いはんだ合金として、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだ合金が使用されている。しかし、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだ合金は、前述のように、従来では想定されていなかった過酷な環境では、接合界面に形成される金属間化合物層が厚くなり、せん断応力により電極とはんだ合金の接合界面で剥離が生じる懸念がある。このため、厳しい使用環境であっても接合強度が維持されるはんだ合金が求められており、従来から種々の検討がされている。
【０００５】
特許文献１には、高い耐ヒートサイクル性を備えるはんだ合金として、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだ合金に、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＣｏを含有するＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｉｎ－Ｓｂ－Ｃｏ－Ｇｅはんだ合金が開示されている。このはんだ合金は、耐ヒートサイクル性に加えてリフトオフを抑制することができる、とされている。この効果が発揮されるようにするため、同文献には、Ｓｂによる融点上昇を抑えるために従来からＢｉが添加されていたが、リフトオフを改善するため、Ｂｉの代わりに、Ｉｎを含有することが記載されている。
【０００６】
特許文献２には、高い耐ヒートサイクル性を備えるはんだ合金として、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｉｎ－Ｓｂ－Ｎｉ－Ｃｏはんだ合金が開示されている。このはんだ合金は、耐ヒートサイクル性に加えて、ボイド発生の抑制、およびリフトオフを抑制することができる、とされている。同文献には、ＳｂとＩｎの含有量のバランスを図ることにより、耐ヒートサイクル性の向上に加えて、リフトオフとボイドの発生をも抑制することが記載されている。また、同文献には、耐ヒートサイクル性、およびボイド発生を抑制する観点から、さらにＦｅなどを含有してもよいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許第６３４９６１５号公報
特許第６４２０９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、特許文献１および２に記載の発明では、いずれも耐ヒートサイクル性とリフトオフの評価が行われている。特許文献２では、更にボイド発生の評価がなされている。また、リフロー温度の上昇を抑えるため、融点の評価が行われている。
【０００９】
しかし、車載用の電子回路に用いるはんだ合金としては、これらの評価だけでは不十分である。例えば、車載用の電子回路では、電子回路を搭載する自動車が悪路を走行すると、電子回路には外部からの応力が加わる。このため、高いシェア強度を示すことは、はんだ継手にとって大変重要である。
【００１０】
また、破断し難いはんだ継手が形成されたとしても、応力が継続的にはんだ継手に加わると、いずれ破断する。このような継続的な応力は、寒暖差が激しい環境に曝されることにより継続的に加わることが考えられる。これは、電極、接合界面に形成される金属間化合物、およびバルクの熱膨張係数の違いに起因する。特に、はんだ継手の負荷が大きくなったとしても、破断した箇所が接合界面となる破壊モードであってはならない。接合界面は電極と接合しているため、接合界面で応力を緩和することは容易ではない。ただ、物理的および電気的な負荷は主としてはんだ継手の接合界面に加わる。このため、比較的変形しやすいバルクで応力を緩和した方が、破壊を抑制することができると考えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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