電子回路モジュール部品及びその製造方法
【課題】電子回路モジュール部品が有する電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合する接合金属の強度及び耐熱性を向上させるとともに、電子部品のセルフアライメント機能を向上させること。
【解決手段】電子部品２と、電子部品２が搭載される回路基板３と、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとの間には、接合金属１０が介在して両者を接合する。接合金属１０は、第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率が、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率よりも大きく、第２の領域部１０Ｅ２における、Ｓｎ合金相の体積率が、第１の領域部１０Ｅ１における、Ｓｎ合金相の体積率よりも大きい。
【解決手段】電子部品２と、電子部品２が搭載される回路基板３と、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとの間には、接合金属１０が介在して両者を接合する。接合金属１０は、第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率が、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率よりも大きく、第２の領域部１０Ｅ２における、Ｓｎ合金相の体積率が、第１の領域部１０Ｅ１における、Ｓｎ合金相の体積率よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路モジュール部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路モジュール部品は、複数の電子部品をはんだによって基板に実装して、ひとまとまりの機能を持った電子部品としたものである。このような電子部品を電子機器の基板に実装する場合、電子回路モジュール部品の端子電極と電子機器の基板の端子電極とをはんだで接合する。従来は、電子部品及び電子回路モジュール部品の接合にＳｎＰｂ系材料のはんだが使用されてきたが、環境問題を背景としてＰｂフリー化が進み、自動車関連や特殊な場合を除いてＰｂフリーはんだが使用されている。
【０００３】
はんだを用いて電子回路モジュール部品を基板に実装する際に、はんだを溶融させるためにリフローが必要になる。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してい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がある。これを回避するため、電子回路モジュール部品を基板に実装する際のリフロー温度で溶融しないはんだを用いて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必要がある。例えば、特許文献１には、Ａｇを１０〜２５質量％、Ｃｕを５〜１０質量％、残部はＳｎ及び不可避的不純物からなる粉末はんだ材料が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６８５６９号公報（００１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のはんだは、強度及び耐熱性に優れるため、当該はんだを用いることにより端子電極同士の接合強度が向上するとともに、接合の耐熱性も向上する。しかし、近年の電子回路モジュール部品は、電子部品の端子電極と基板の端子電極との接合に、さらなる強度及び耐熱性が求められている。一方で、電子部品が基板上の規定の位置に実装されることが必要である。本発明は、電子回路モジュール部品が有する電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合する接合金属の接合強度及び耐熱性を向上させると同時に、当該電子部品のセルフアライメント機能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電子部品と、当該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、かつＳｎ合金を主成分とするＳｎ合金相とＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とするＮｉ−Ｆｅ合金相とを含む接合金属と、を含み、前記接合金属は、前記回路基板の前記端子電極から前記接合金属までの最大距離に対して１０％以下の距離にある第１の領域部と、前記最大距離に対して９０％以上の距離にある第２の領域部とを有し、前記第１の領域部における、前記第１の領域部の体積に対する前記Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率は、前記第２の領域部における前記Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率よりも大きく、前記第２の領域部における、前記第２の領域部の体積に対する前記Ｓｎ合金相の体積率は、前記第１の領域部における、前記第１の領域部の体積に対する前記Ｓｎ合金相の体積率よりも大きいことを特徴とする電子回路モジュール部品である。
【０００７】
この電子回路モジュール部品は、Ｐｂフリーはんだで電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合するものであり、溶融した前記Ｐｂフリーはんだが硬化したものが、接合金属である。Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金の異相が現れることによって接合金属は強化されるとともに、融点が上昇する。すなわち、接合金属は、接合強度及び耐熱性が向上する。この電子回路モジュール部品は、前記回路基板の前記端子電極から前記接合金属までの最大距離に対して前記回路基板の前記端子電極から１０％以下の距離にある接合金属の範囲を前記接合金属の第１の領域部とし、前記最大距離に対して前記回路基板の前記端子電極から９０％以上の距離にある前記接合金属の範囲を前記接合金属の第２の領域部とすると、第１の領域部においては、Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率が第２の領域と比較して大きい。このため、接合金属の接合強度及び耐熱性が確保される。同時に、第２の領域部においては、Ｓｎ合金相の体積率が第１の領域と比較して大きいため、ぬれ性が向上し、リフロー時において、電子部品のセルフアライメント機能が発揮される。
【０００８】
また本発明の好ましい態様として、少なくとも前記第１の領域部及び前記第２の領域部が、Ｓｎ−Ｎｉ合金を主成分とするＳｎ−Ｎｉ合金相を含むことが好ましい。少なくとも第１の領域部及び第２の領域部が、Ｓｎ−Ｎｉ合金相を含むことによって、第１の領域部及び第２の領域部の溶融温度が高くなり、接合金属の耐熱性及び接合強度が向上する。Ｓｎ合金を主成分とするＳｎ合金相であっても、Ｎｉ元素を含有することによってＮｉ元素が含まれていないものに比べ１０℃程度高くなる。第２の領域部に存在するＳｎ合金相の溶融温度がこの程度高くなることで、接合金属の端子電極に対するぬれ性を維持してセルフアライメント機能を発揮すると同時に、はんだが他の端子電極に移動することを抑制できる。
【０００９】
また本発明の好ましい態様として、前記第２の領域部の全質量に対する前記第２の領域部におけるＮｉの質量率は、前記第１の領域部の全質量に対する前記第１の領域部におけるＮｉの質量率よりも小さいことを特徴とするであることが好ましい。上述したように、Ｓｎ合金相が、Ｎｉ元素を含有することで、接合金属の再溶融温度が上昇する。したがって、第２の領域部におけるＮｉの質量率が、第１の領域部におけるＮｉの質量率よりも小さいことで、電子部品の端子電極表面へ接合金属が十分にぬれ広がり、また接合金属と電子部品の端子電極との反応が促進される。また、第２の領域部と第１の領域部とで、Ｎｉ元素の質量率に差があることによって、Ｎｉの質量率の大きい第１の領域部からＮｉの質量率の小さい第２の領域部へ向かうＮｉ元素の流れが生じて、第２の領域部を押し広げ、電子部品の端子電極表面に接合金属がぬれ広がると考えられる。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、Ｓｎを主成分とする第１金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第２金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第３金属粒子と、を含むＰｂフリーはんだを、電子部品の端子電極と前記電子部品が搭載される回路基板の端子電極との間に設ける手順と、前記Ｐｂフリーはんだを溶融させる手順と、を含むことを特徴とする電子回路モジュール部品の製造方法である。
【００１１】
この製造方法に用いられるＰｂフリーはんだは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第２金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第３金属粒子と、を含んでいる。
【００１２】
このＰｂフリーはんだは、最初に溶融したときには、被覆層がＳｎ相に拡散する。このため、Ｐｂフリーはんだが溶融している間においては、ＮｉのＳｎ相への拡散及び両者の反応が抑制される。その結果、Ｐｂフリーはんだが溶融している間におけるぬれ性の低下が抑制される。このようなＰｂフリーはんだを用いて電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合すると、溶融したＰｂフリーはんだが端子電極にフィレットを形成するので、端子電極同士を確実に接合して両者の接合の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、このＰｂフリーはんだは、最初に溶融したときに、第２金属粒子は回路基板の端子電極に近い側に分布し、第３金属粒子は第２金属粒子よりも回路基板の端子電極から離れた場所まで分布する。すなわち、第２金属粒子は、第３金属粒子より比重が大きいのでＰｂフリーはんだが溶融したときには回路基板の端子電極側に多く分布する。また、第３金属粒子は第２金属粒子より比重が小さいので、Ｐｂフリーはんだが溶融したときには第２金属粒子よりも回路基板の端子電極から離れた場所に分布する。そして、第２金属粒子の被覆層がＳｎ相に拡散する間、コア粒子のＮｉはＳｎ相に拡散することを妨げられる。その結果、回路基板の端子電極側においては、第２金属粒子のＮｉ−Ｆｅ合金が残り、Ｎｉ−Ｆｅ合金相が多く存在する。
【００１４】
平均粒子径の小さい第３金属粒子は、被覆層がＳｎ相に拡散した後に、コア粒子のＮｉもＳｎ相に拡散して、第３金属粒子由来のＮｉ−Ｆｅ相は減少する。その結果、回路基板の端子電極から離れた場所においては、Ｓｎ合金相が多く存在することになる。回路基板の端子電極側において融点の高いＮｉ−Ｆｅ合金相が多く存在することで、接合金属の接合強度及び耐熱性が確保されると同時に、回路基板の端子電極から離れた場所においてＳｎ合金相が多く存在することで、リフロー時において電子回路のセルフアライメント機能が発揮される。すなわち、このＰｂフリーはんだを用いた電子回路モジュール部品の製造方法によって、接合金属の第１の領域部では、Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率が第２の領域部と比較して大きく、接合金属の第２の領域部では、Ｓｎ合金相の体積率が第１の領域部と比較して大きい電子回路モジュール部品が得られ、接合金属の接合強度及び耐熱性が確保されると同時に電子部品のセルフアライメント機能が発揮される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、電子回路モジュール部品が有する電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合する接合金属の接合強度及び耐熱性を向上させると同時に、電子部品のセルフアライメント機能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１−１】図１−１は、電子回路モジュール部品の断面図である。
【図１−２】図１−２は、電子部品と基板との接続部を示す拡大図である。
【図１−３】図１−３は、電子部品と基板との別の接続部を示す拡大図である。
【図２】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３】図３は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだの概念図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが有する第２金属粒子及び第３金属粒子の拡大図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが有する第２金属粒子の他の例を示す拡大図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る電子回路モジュール部品の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、リフロー時における温度の時間変化の一例を示す図である。
【図８】図８は、Ｐｂフリーはんだが溶融して硬化して得られた接合金属の接合強度を評価する際の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。また、下記の実施形態で開示された構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることが可能である。
【００１８】
図１−１は、電子回路モジュール部品の断面図である。図１−２及び図１−３は、電子部品と基板との接続部を示す拡大図である。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１−１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を回路基板３に実装して、ひとまとまりの機能を持つ電子部品としたものである。電子部品２は、回路基板３の表面に実装されていてもよいし、回路基板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が有する電子部品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として回路基板３の表面や回路基板３の内部に実装されていてもよい。また、電子部品２は、これらに限定されるものではない。
【００１９】
図１−１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、を含む。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。図１−２及び図１−３に示す接続部１００ａ、１００ｂのように、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとは、接合金属１０によって接合される。接合金属１０は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが溶融した後、硬化した金属である。このような構造により、電子部品２が回路基板３に実装される。このように、接合金属１０は、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔという二部材を接合するものである。
【００２０】
図１−２に示すように、電子回路モジュール部品１の接合金属１０は、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から接合金属１０の最も離れた位置Ｈまでの距離（最大距離）はＤである。回路基板３の端子電極３Ｔから最大距離Ｄに対して１０％以下の距離にある領域に含まれる接合金属１０の部分を、第１の領域部１０Ｅ１と定義する。すなわち、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から第１の領域部１０Ｅ１内にある点までの距離は、０以上０．１Ｄ以下である。また、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から最大距離Ｄに対して９０％以上の距離にある領域に含まれる接合金属１０の部分を、第２の領域部１０Ｅ２と定義する。すなわち、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から第２の領域部１０Ｅ２内にある点までの距離は、０．９Ｄ以上Ｄ以下である。
【００２１】
図１−３に示すように、電子部品２の端子電極２Ｔが、電子部品２の底面に端子電極２Ｔが設けられ、回路基板３の端子電極３Ｔと接合されている接続部１００ｂの場合にも、第１の領域部１０Ｅ１と第２の領域部１０Ｅ２が同様に定義される。
【００２２】
電子回路モジュール部品１の接合金属１０は、以下のような特徴を有する。接合金属１０は、Ｓｎ合金を主成分とするＳｎ合金相１１と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とするＮｉ−Ｆｅ合金相１２とを含む。そして、第１の領域部１０Ｅ１における、第１の領域部１０Ｅ１の体積に対するＮｉ−Ｆｅ合金相１２の体積率は、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉ−Ｆｅ合金相１２の体積率よりも大きく、第２の領域部１０Ｅ２における、第２の領域部１０Ｅ２の体積に対するＳｎ合金相１１の体積率は、第１の領域部１０Ｅ１における、第１の領域部の体積に対するＳｎ合金相１１の体積率よりも大きい。
【００２３】
ここで、Ｓｎ合金を主成分とするＳｎ合金相１１とは、相を構成するＳｎが、相を構成する原子の総質量に対して、８０質量％以上である合金相をいう。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とするＮｉ−Ｆｅ合金相１２とは、相を構成するＮｉとＦｅとの合計が、相を構成する原子の総質量に対して、９０質量%以上である合金相をいう。各合金相におけるＳｎ、又は、Ｎｉ及びＦｅの質量％は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置(Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer)により測定することができる。
【００２４】
第１の領域部１０Ｅ１又は第２の領域部１０Ｅ２におけるＳｎ合金相１１の体積率及びＳｎ−Ｎｉ合金相１２の体積率は、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとが接合金属１０により接合された電子回路モジュール部品１を、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から接合金属１０の最も離れた位置Ｈを通り、かつ回路基板３の端子電極３Ｔの表面と垂直である面で切断し、断面の組織を走査型電子顕微鏡（SEM：Scanning Electron Microscope）と電子線マイクロアナライザー（EPMA：Electron Probe Micro Analyzer）により観察して測定する。観察は、複数の電子回路モジュール部品１について行い（例えば５個）、その平均値で判断することが好ましい。
【００２５】
Ｎｉ−Ｆｅ合金相１２又はＳｎ合金相１１の体積率は、断面の組織観察により、空隙部を除いた断面に対するＮｉ−Ｆｅ合金相１２又はＳｎ合金相１１の面積率を算出し、得られた各面積率を各合金相の体積率として用いる。
【００２６】
第１の領域部１０Ｅ１がＮｉ−Ｆｅ合金相１２を含み、さらに第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉ−Ｆｅ合金相１２の体積率が、第２の領域部１０Ｅ２における体積率よりも大きいので、電子部品２を回路基板３へ固定している部分である第１の領域部１０Ｅ１の溶融温度は第２の領域部１０Ｅ２よりも上昇する。その結果、電子回路モジュール部品１を電子機器の基板に搭載する際に行われる再熱処理（リフロー）により、基板上の他の端子電極へ第１の領域部１０Ｅ１のはんだが移動してしまう、いわゆるはんだフラッシュを抑制することができる。
【００２７】
第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉ−Ｆｅ合金相１２の体積率は、５体積％以上４０体積％以下であることが好ましく、７体積％以上２５体積％以下であることがさらに好ましい。これにより、接合金属１０の耐熱性及び接合強度がより向上する。
【００２８】
また、第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉ−Ｆｅ合金相１２の代表寸法は、３μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。これにより、接合金属１０の耐熱性及び接合強度がより向上する。ここで、代表寸法として、等価直径を用いる。等価直径は、Ｎｉ−Ｆｅ合金相１２の面積をＡ、周囲長をＣとしたとき、４×Ａ／Ｃである。等価直径は、複数のＮｉ−Ｆｅ合金相１２（例えば３個）の平均を用いる。代表寸法は、接合金属１０の断面の画像から求める。すなわち、接合金属１０の断面の、例えば任意の３箇所を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で写真撮影して得られた画像から求める。
【００２９】
第２の領域部１０Ｅ２がＳｎ合金相１１を含み、さらに第２の領域部１０Ｅ２におけるＳｎ合金相１１の体積率が、第１の領域部１０Ｅ１における体積率よりも大きいので、第２の領域部１０Ｅ２の溶融温度は第１の領域部１０Ｅ１の溶融温度よりも低くなる。その結果、第２の領域部１０Ｅ２にある接合金属１０は電子部品２の端子電極２Ｔの表面にぬれ広がりやすくなり、端子電極２Ｔと強固に接合する。接合金属１０が電子部品２の端子電極２Ｔの表面にぬれ広がることにより、端子電極２Ｔに腐食因子が接触することが抑制される。さらに、電子回路モジュール部品１を電子機器の基板に搭載する際に加えられる熱により、接合金属１０はさらに端子電極２Ｔの表面上にぬれ広がる。その結果、回路基板３の端子電極３Ｔと電子部品２の端子電極２Ｔの位置整合性が向上する（セルフアライメント機能）とともに、端子電極２Ｔの表面と接合金属１０との反応が促進され、接合強度が向上する。
【００３０】
電子回路モジュール部品１は、第１の領域部１０Ｅ１及び第２の領域部１０Ｅ２が、Ｓｎ−Ｎｉ合金を主成分とするＳｎ−Ｎｉ合金相を含む。ここで、Ｓｎ−Ｎｉ合金を主成分とするＳｎ−Ｎｉ合金相とは、加熱処理で反応したＳｎ３Ｎｉ４相などをいう。
【００３１】
少なくとも第１の領域部１０Ｅ１及び第２の領域部１０Ｅ２が、Ｓｎ−Ｎｉ合金相を含むことによって、第１の領域部１０Ｅ１及び第２の領域部１０Ｅ２の溶融温度が高くなり、接合金属１０の耐熱性及び接合強度が向上する。Ｓｎ合金を主成分とするＳｎ合金相１１であっても、Ｎｉ元素を含有することによってＮｉ元素が含まれていないものに比べ溶融温度は１０℃程度高くなる。第２の領域部１０Ｅ２に存在するＳｎ合金相１１の溶融温度がこの程度高くなることで、接合金属１０の端子電極２Ｔに対するぬれ性を維持して電子部品のセルフアライメント機能を発揮させると同時に、はんだが他の端子電極に移動することを抑制できる。
【００３２】
第２の領域部１０Ｅ２の全質量に対する、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉの質量率は、第１の領域部１０Ｅ１の全質量に対する、第１の領域部１０Ｅ２におけるＮｉの質量率よりも小さいことが好ましい。上述したように、Ｓｎ合金相１１が、Ｎｉ元素を含有することで、接合金属１０の再溶融温度が上昇する。したがって、電子部品２の端子電極２Ｔ表面へ接合金属１０が十分にぬれ広がり、また接合金属１０と端子電極２Ｔとの反応を促進させるために、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉの質量率は、第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉの質量率よりも小さいほうが好ましい。また、第２の領域部１０Ｅ２と第１の領域部１０Ｅ１とで、Ｎｉの質量率に差があることによって、Ｎｉの質量率の大きい第１の領域部１０Ｅ１からＮｉの質量率の小さい第２の領域部１０Ｅ２へ向かうＮｉ元素の流れが生じて、第２の領域部１０Ｅ２を押し広げ、端子電極２Ｔの表面に接合金属１０がぬれ広がると考えられる。
【００３３】
第２の領域部１０Ｅ２の全質量に対して、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉの含有量が、０．５質量％以上２０質量％以下、さらに好ましくは１質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。
【００３４】
図１−１に示すように、電子回路モジュール部品１は、回路基板３の表面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が実装される側の回路基板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、回路基板３及び複数の電子部品２を一体化するとともに、強度が確保される。
【００３５】
電子回路モジュール部品１は、複数の電子部品２を覆った絶縁樹脂４の表面に、シールド層５を有する。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あってもよいし、複数の導電材料の層であってもよい。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。しかし、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。
【００３６】
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）回路基板３の端子電極に本実施形態に係るＰｂフリーはんだ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を回路基板３に載置する。
（３）電子部品２が搭載された回路基板３をリフロー炉に入れて前記はんだペーストを加熱することにより、前記はんだペーストに含まれる本実施形態に係るＰｂフリーはんだが溶融し、硬化する。そして、硬化後のＰｂフリーはんだ、すなわち接合金属１０が、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとを接合する。
（４）電子部品２及び回路基板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及び回路基板３を覆う。
【００３７】
上述の（１）及び（２）の手順は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだを、電子部品２の端子電極２Ｔと電子部品２が搭載される回路基板３の端子電極３Ｔとの間に設ける手順に相当し、上述の（３）の手順は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだを溶融させる手順に相当する。
【００３８】
電子回路モジュール部品１の回路基板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の端子電極２Ｔと電気的に接続されるとともに、図２に示す、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２０によって接合される。このような構造により、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。
【００３９】
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にはんだ２０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前記はんだペーストを加熱することにより、前記はんだペーストのはんだ２０が溶融し、その後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とが接合される。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。
【００４０】
次に、図１−２及び図１−３の電子回路モジュール部品１の接合金属１０が得られるような、Ｐｂフリーはんだについて説明する。
【００４１】
現在多く使用されているＰｂフリーはんだの溶融温度は約２２０℃であるが、リフローにおける最高温度は２４０℃〜２６０℃程度である。電子回路モジュール部品１が有する電子部品２を回路基板３に実装する際に用いられるはんだは、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。このため、前記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。
【００４２】
Ｐｂを使用するはんだには、溶融温度が３００℃程度のはんだが存在する。しかし、現在のところ、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存在しない。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が有する電子部品２の接合に用いるはんだと、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とには、両者の溶融温度差が少ないものを使用せざるを得ない。
【００４３】
電子回路モジュール部品１が有する電子部品２の接合に用いるはんだがリフロー時に再溶融すると、当該はんだの移動や、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の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔと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、又は再溶融がはんだ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、Ｐｂを用いたはんだの代替とはなっていない。本実施形態に係るＰｂフリーはんだは、電子回路モジュール部品１が有する電子部品２の接合に用いられるものであって、上述したような要求を満たすものである。
【００４４】
図３は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだの概念図である。図４は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが有する第２金属粒子及び第３金属粒子の拡大図である。本実施形態に係るＰｂフリーはんだ６は、使用前（最初に溶融する前）において、第１金属粒子６Ａと、第２金属粒子６Ｂと、第３金属粒子６Ｃとを含む。第１金属粒子６Ａは、Ｓｎを主成分とする。Ｓｎを主成分とするとは、第１金属粒子６Ａを構成している成分のうち、最も多く含まれている成分がＳｎであることをいう。本実施形態において、Ｐｂフリーはんだ６は、第１金属粒子６Ａと、第２金属粒子６Ｂと、第３金属粒子３Ｃとの他にフラックスＰＥを含み、第１金属粒子６Ａと第２金属粒子６Ｂと第３金属粒子６ＣとがフラックスＰＥに混合され、分散された状態のはんだペーストである。Ｐｂフリーはんだ６は、少なくとも第１金属粒子６Ａと第２金属粒子６Ｂと第３金属粒子６Ｃとを含んでいればよく、フラックスＰＥは必ずしも必要ではない。
【００４５】
図４に示すように、第２金属粒子６Ｂは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする粒子（コア粒子）６ＢＣの表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層６ＢＳで覆われている。同様に、第３金属粒子６Ｃは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする粒子（コア粒子）６ＣＣの表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層６ＣＳで覆われている。ここで、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とするとは、コア粒子６ＢＣ又はコア粒子６ＣＣを構成する成分のうち、最も多く含まれている成分がＮｉ−Ｆｅ合金であることをいう。第３金属粒子６Ｃのコア粒子６ＣＣの平均粒子径は、第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣの平均粒子径よりも小さい。これにより、Ｐｂフリーはんだ６が最初に溶融したときに、第２金属粒子は回路基板の端子電極に近い側に分布し、第３金属粒子は第２金属粒子よりも回路基板の端子電極から離れた場所まで分布する。
【００４６】
被覆層６ＢＳ及び被覆相６ＣＳに含まれる、Ｓｎと合金を作る金属は、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｂｉ等がある。本実施形態では、被覆層６ＢＳ、６ＣＳとしてＳｎを用いている。被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳは、Ｓｎを主成分とすることが好ましい。このようにすると、Ｐｂフリーはんだ６が溶融したときには、第１金属粒子６ＡからのＳｎと第２金属粒子６Ｂとのなじみ及び第１金属粒子６ＡからのＳｎと第３金属粒子とのなじみが向上するので、接合金属１０のＳｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散しやすくなる。
本実施形態では、第２金属粒子６Ｂの被覆層６ＢＳと第３金属粒子６Ｃの被覆層６ＣＳはともにＳｎであるが、被覆層６ＢＳと被覆層６ＣＳとを構成する金属やその組成は互いに異なっていてもよい。図４中の符号ＲＢｃは、コア粒子６ＢＣの直径を示し、符号ＲＢｓは、被覆層６ＢＳの厚みを示し、符号ＲＣｃは、コア粒子６ＣＣの直径を示し、符号ＲＣｓは、被覆層６ＣＳの厚みを示す。
【００４７】
図５は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが有する第２金属粒子の他の例を示す拡大図である。図５に示すように、第２金属粒子６Ｂは、複数（本実施形態では２つ）の互いに異なる種類の被覆層６ＢＳａ、６ＢＳｂを有していてもよい。被覆層６ＢＳａ、６ＢＳｂの数は２つに限定されるものではなく、３つ又は４つ又はそれ以上であってもよい。第２金属粒子６Ｂが複数の被覆層を有することにより、それぞれの被覆層に異なる特性を与え、接合強度と耐熱性とぬれ性とをバランスよく向上させることができる。図５中の符号ＲＢｓａ、ＲＢｓｂは、それぞれ被覆層６ＢＳａ、６Ｂｓｂの厚みを示す。また、図５中の符号ＲＢｓは、第２金属粒子６Ｂが有する被覆層の総厚みを示す。図５に示す例では、総厚みＲＢｓは、被覆層６ＢＳａの厚みＲＢｓａと被覆層６ＢＳｂの厚みＲｓｂとの和（ＲＢｓａ＋ＲＢｓｂ）になる。第３金属粒子６Ｃについても第２金属粒子６Ｂと同様に複数の互いに異なる種類の被覆層を有していてもよく、被覆層の総厚みは、第２金属粒子６Ｂと同様に定義される。
【００４８】
Ｐｂフリーはんだ６はＰｂを含まないため、Ｓｎを主成分とする第１金属粒子６ＡもＰｂを含まない。本実施形態において、第２金属粒子６Ｂ及び第３金属粒子６Ｃは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分としているが、他の成分を含んでいてもよい。このため、第２金属粒子６Ｂ及び第３金属粒子６Ｃ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。
【００４９】
本実施形態において、第１金属粒子６Ａとしては、Ｓｎを基材としたＰｂフリーはんだを用いる。より具体的には、第１金属粒子６Ａとして、Ｓｎ−Ａｇ（銀）系やＳｎ−Ｃｕ（銅）系（Ｓｎが９０質量％以上）のはんだ（Ｐｂフリーはんだ）を用いる。例えば、第１金属粒子６Ａとしては、Ｓｎ−３．５％Ａｇ（錫−銀共晶はんだ、融点２２１℃）又はＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（錫−銀−銅はんだ、融点２１７〜２１９℃）又はＳｎ−０．７５％Ｃｕ（錫−銅共晶はんだ、融点２２７℃）を用いることができる。例外的に、Ｓｎ−５８％Ｂｉ（融点１３９℃）を用いることができる。本実施形態において第１金属粒子６Ａに用いるＳｎを基材としたＰｂフリーはんだは、Ｓｎが９０質量％以上（Ｓｎ−５８％ＢｉはＳｎが４０質量％以上）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、一度溶融して硬化した後に複数回リフローをするとＳｎ相が再溶融する。
【００５０】
本実施形態では、Ｐｂフリーはんだ６が初めて溶融して硬化した後の組織を、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散している組織とする。図１に示す電子回路モジュール部品１の接合金属１０は、図１−２及び図１−３に示すように、回路基板３の端子電極３Ｔに近い領域では、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散している組織となり、回路基板３の端子電極３Ｔから離れた領域では、Ｎｉ−Ｆｅ合金が回路基板３の端子電極３Ｔに近い領域よりも少なく、Ｓｎ相がより多い組織となる。
【００５１】
Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散している組織は、Ｓｎが大半を占める組織と比較して強度が高くなる。このため、Ｐｂフリーはんだ６を用いて、図１に示す電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとを接合した場合には、両者の接合強度が向上する。また、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金を分散させた組織は、Ｓｎが大半を占める組織と比較して耐熱性が高くなる。このため、接合金属１０は、例えば、再度のリフロー等によって加熱された場合でも、自身の再溶融が抑制される。さらに、接合金属１０に含まれるＮｉはＳｎと合金を作りやすいので、再度のリフロー時に接合金属１０が加熱されると、ＮｉがＳｎ相に拡散してＳｎと合金を作る。その結果、加熱後の接合金属１０は、Ｎｉ−Ｓｎ相を有する組織となり、加熱前と比較して融点が高くなる。このため、加熱された接合金属１０は、さらに耐熱性が向上するので、再度のリフロー等によって加熱された場合でも、自身の再溶融をさらに抑制できる。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする相は、Ｓｎ相に比べ硬い組織である。硬度の異なる組織が混在する接合金属１０の組織は、より硬い相のＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とする相によるくさび効果が得られるために接合強度及び耐熱性が増加する。
【００５２】
ＮｉはＳｎ相への拡散速度が大きいため、第１金属粒子６Ａと、Ｎｉ−Ｆｅ合金の金属粒子とを組み合わせたＰｂフリーはんだを用いると、当該Ｐｂフリーはんだが最初に溶融したときにＮｉがＳｎ相へ拡散して金属間化合物が生成される結果、溶融したＰｂフリーはんだの粘度が上昇して端子電極に対するぬれ性が低下することがある。その結果、リフロー時において、電子部品２のセルフアライメント機能が低下すること等の不具合が発生するおそれがある。
【００５３】
本実施形態において、図３に示すＰｂフリーはんだ６は、図４に示すＮｉ−Ｆｅ合金のコア粒子６ＢＣの表面に被覆層６ＢＳを、コア粒子６ＣＣの表面に被覆層６ＣＳを設けている。被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳは、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属なので、Ｐｂフリーはんだ６が最初に溶融したときには、被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳがＳｎ相に拡散する。このため、Ｐｂフリーはんだ６が溶融している間においては、ＮｉのＳｎ相への拡散及び両者の反応が抑制される。その結果、Ｐｂフリーはんだ６は、溶融中におけるぬれ性の低下が抑制されるので、リフロー時においては、電子部品２のセルフアライメント機能が低下すること等の不具合が抑制される。このため、電子回路モジュール部品１の歩留りは向上するとともに、不良率は低下する。
【００５４】
次に、図３に示すＰｂフリーはんだ６に含まれる第１金属粒子６Ａ及び第２金属粒子６Ｂ及び第３金属粒子６Ｃについて詳細に説明する。第１金属粒子６Ａの平均粒子径は特に規定するものではないが、本実施形態においては、第１金属粒子６Ａの平均粒子径（レーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所製 ＳＡＬＤ−２２００）で測定）を３０μｍ程度、より具体的には２５μｍから３６μｍの範囲としている。これは、チップ型電子部品の寸法が０６０３Ｍ（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）を実装する際におけるはんだペーストの印刷に対応できる大きさである。
【００５５】
さらに小さいチップ型電子部品又はより大きいチップ型電子部品を実装する場合は、前記範囲に対して第１金属粒子６Ａの平均粒子径を小さくしたり、大きくしたりすることが好ましい。例えば、０６０３Ｍよりも小さいチップ型電子部品に対しては、第１金属粒子６Ａの平均粒子径を１５μｍから２５μｍ（平均粒子径２０μm程度）の範囲としたり、０６０３Ｍよりも大きいチップ型電子部品に対しては、第１金属粒子６Ａの平均粒子径を２５μｍから４５μｍ（平均粒子径３５μm程度）の範囲としたりすることができる。なお、第１金属粒子６Ａの平均粒子径が小さくなるにしたがって第１金属粒子６Ａの表面積は大きくなる。その結果、第１金属粒子６Ａは酸化しやすくなる傾向があるので、はんだペーストの印刷が可能な範囲で、第１金属粒子６Ａの平均粒子径をできる限り大きくすることが好ましい。
【００５６】
また、第２金属粒子６Ｂが複数の被覆層６ＢＳａ、６ＢＳｂを有する場合、最内の被覆層６ＢＳａはＣｕを主成分とすることが好ましい。このようにすることで、溶融中のＰｂフリーはんだ６は、コア粒子６ＢＣの表面にＣｕとＳｎとの合金、より具体的にはＣｕ６Ｓｎ５の層が形成されて、ＮｉとＳｎ相との反応が抑制される。その結果、接合金属１０は、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金を分散させた組織を有することになるので、接合強度及び耐熱性が向上する。第２金属粒子６Ｂが複数の被覆層６ＢＳａ、６ＢＳｂを有する場合、最外の被覆層（図５に示す例では被覆層６ＢＳｂ）は、Ｓｎを主成分とすることが好ましい。このようにすると、Ｐｂフリーはんだ６が溶融したときには、第１金属粒子６ＡからのＳｎと第２金属粒子６Ｂとのなじみが向上するので、接合金属１０のＳｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散しやすくなる。第３金属粒子が複数の被覆層を有する場合も同様に、最内の被覆層はＣｕを主成分とすることが好ましい。これにより、接合金属１０は、接合強度及び耐熱性が向上する。また、最外の被覆層はＳｎを主成分とすることが好ましい。これにより、接合金属１０のＳｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散しやすくなる。第３金属粒子６Ｃが複数の被覆層を有する場合も、最内の被覆層はＣｕを主成分とすることが好ましく、最外の被覆層はＳｎを主成分とすることが好ましい。
【００５７】
Ｓｎを主成分とする被覆層を最外とすることで、当該被覆層よりも内側の被覆層の酸化を抑制できる。その結果、Ｐｂフリーはんだ６が溶融したときのぬれ性を確保しつつ、Ｓｎ相へＮｉ−Ｆｅ合金を均一に分散させることができるので、接合金属１０の耐熱性及び接合強度を向上させることができる。
【００５８】
次に、第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣ及び第３金属粒子６Ｃのコア粒子について説明する。上述したように、コア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする。第３金属粒子６Ｃを用いないで、第２金属粒子６Ｂのみを用いた場合、コア粒子６ＢＣの平均粒子径が大きくなるにしたがって、Ｐｂフリーはんだ６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傾向がある。このため、再度のリフローにおける不具合の発生が予想される。また、コア粒子６ＢＣの平均粒子径が小さくなると、接合強度が低下する傾向がある。
【００５９】
本実施形態においては、Ｐｂフリーはんだ６は、第２金属粒子６Ｂと、第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣよりも平均粒子径の小さいコア粒子６ＣＣとを含む。これにより、Ｐｂフリーはんだ６が溶融したときに、平均粒子径の大きいコア粒子６ＢＣは回路基板の端子電極近傍に沈降して、接合金属の耐熱性及び接合強度を向上させる。同時に、平均粒子径の小さいコア粒子６ＣＣは、コア粒子６ＢＣよりも回路基板の端子電極から離れた電子回路の端子電極側まで分布して、接合金属の耐熱性及び接合強度を保持しつつ、溶融したＰｂフリーはんだ６のぬれ性を向上させ、電子回路のセルフアライメント機能を発揮させる。コア粒子６ＢＣの平均粒子径は、１０μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上３０μｍ以下が特に好ましい。コア粒子６ＣＣの平均粒子径は、１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。このような範囲のコア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣを用いれば、接合金属１０の接合強度及び耐熱性を向上させることができると同時に、Ｐｂフリーはんだ６のぬれ性を向上させて電子回路のセルフアライメント機能を発揮させることができる。
【００６０】
次に、Ｐｂフリーはんだ６の第１金属粒子６Ａの質量に対する、第２金属粒子６Ｂ及び第３金属粒子６ＣのＮｉ−Ｆｅ合金の総質量（添加割合）の影響を説明する。Ｐｂフリーはんだ６は、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合が１０質量％以上であると、接合金属１０の接合強度及び耐熱性がさらに向上する。このため、本実施形態では、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合を１０質量％以上とし、接合強度及び耐熱性を確保する。
【００６１】
また、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合が大きくなるほど、溶融時におけるぬれ性は低下する。リフロー時における電子部品２のセルフアライメント機能を向上させるためには、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合が３５質量％を超えないことが好ましい。したがって、Ｐｂフリーはんだ６において、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合は１０質量％以上３０質量%以下であることが好ましい。これにより、Ｐｂフリーはんだ６の十分なぬれ性を確保した上で、接合強度及び耐熱性を向上させる。
【００６２】
第２金属粒子６Ｂの添加割合は、耐熱性の向上のためには７質量％以上であることが好ましく、セルフアライメント機能の向上のためには２５質量％以下であることが好ましい。
【００６３】
このＰｂフリーはんだ６を用いて回路基板３に電子部品２を実装する場合は、上述したように適切な電子部品２のセルフアライメント機能が発揮される。このため、電子部品２の位置決めができる。また、接合金属１０も、接合強度及び耐熱性も向上する。このため、Ｐｂフリーはんだ６を用いて製造された電子回路モジュール部品１を再度リフローした場合でも、接合金属１０の溶融は抑制される。その結果、電子回路モジュール部品１内における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。そして、Ｐｂフリーはんだ６を用いた電子回路モジュール部品１は、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとの接合不良等が発生するおそれを低減できるので、歩留り及び信頼性が向上する。このように、Ｐｂフリーはんだ６は、電子回路モジュール部品１に搭載される電子部品２の実装に好適である。Ｐｂフリーはんだ６を用いて電子回路モジュール部品１を製造することで、接合金属１０の接合強度及び耐熱性が向上し、電子部品２のセルフアライメント機能が発揮される電子回路モジュール部品１が得られる。
【００６４】
また、Ｐｂフリーはんだ６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、Ｐｂフリーはんだ６が最初に溶融するときの温度は、Ｓｎ系（Ｓｎを基材とするはんだであり、例えば、Ｓｎ−３．５％Ａｇはんだ等）のはんだと同等（２２０℃程度）なので、接合時における作業性は、Ｓｎ系のはんだを用いた場合と同等である。
【００６５】
第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣに含まれる酸素量を異ならせて、Ｐｂフリーはんだ６を溶融させた。その結果、コア粒子６ＢＣに含まれる酸素の割合が１．５質量％を超えると、コア粒子６ＢＣの表面および／または被覆層６ＢＳの表面に酸化膜が形成され、Ｐｂフリーはんだ６の溶融時に、Ｐｂフリーはんだ６から第２金属粒子６Ｂが分離してしまった。このため、コア粒子６ＢＣに含まれる酸素は、１．５質量％以下とすることが好ましい。分離を防ぐためには、酸素量はより少ないことが好ましく、このような範囲とすることによって、接合金属１０にＮｉ−Ｆｅの第１金属相１１を存在させて、接合強度及び耐熱性を向上させることができる。第３金属粒子６Ｃのコア粒子６ＣＣに含まれる酸素も、同様の理由により１．５質量％以下とすることが好ましい。
【００６６】
第２金属粒子６Ｂ又は第３金属粒子６Ｃに占めるＦｅの割合は、８質量％以上あれば溶融後硬化したＰｂフリーはんだ６の融点の上昇が認められる。前記割合が８質量％以上であれば、溶融後硬化したＰｂフリーはんだ６の融点は、最初の溶融温度よりも高くなる。一方、１６質量％を超えると、コストアップや、偏析、流動性の劣化といった恐れが出てくる一方で、添加量増分ほどには溶融温度上昇の効果は見込めない。したがって、第２金属粒子６Ｂ又は第３金属粒子６Ｃに占めるＦｅの割合は、８質量％以上１６質量％以下が好ましい。
【００６７】
Ｐｂフリーはんだ６は、例えば以下のようにして作製される。まず、コア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣを作製する。
【００６８】
第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣ及び第３金属粒子６Ｃのコア粒子６ＣＣ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。その後、分級機によって粒子径にしたがって分級され、所定の平均粒子径のコア粒子が、コア粒子６ＢＣ又はコア粒子６ＣＣとして使用される。平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所製 ＳＡＬＤ−２２００）により測定して得られた結果を用いる。
【００６９】
特に水アトマイズ法を用いた場合、作製されたコア粒子６ＢＣ又は６ＣＣの表面が酸化される。第２金属粒子６Ｂの表面が酸化した状態で第１金属粒子６Ａと組み合わされ、Ｐｂフリーはんだ６とされた場合、Ｐｂフリーはんだ６が溶融した状態においては、酸化膜の影響により第２金属粒子６Ｂの粉末が、硬化したＰｂフリーはんだ６の表面に集まってしまう。その結果、第１金属粒子６ＡからのＳｎ相と第２金属粒子６Ｂの被覆層６ＢＳからのＳｎと合金を作る金属との反応が促進されず、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金を分散させた組織の接合金属１０が得られないおそれが高くなる。また、コア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣの表面が酸化された状態で被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳの形成を行うと、表面の酸化膜の影響により、被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳの接着の強度が弱くなり、被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳとしての機能が十分に得られない。
【００７０】
したがって、第２金属粒子６Ｂの製造過程において第２金属粒子６Ｂ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金属粒子６Ａと組み合わせる。このようにすることで、Ｐｂフリーはんだ６は、最初の溶融中において、第１金属粒子６ＡからのＳｎ相と第２金属粒子６Ｂの被覆層６ＢＳからのＳｎと合金を作る金属との反応が促進される。その結果、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金を分散させた組織の接合金属１０が得られるので、接合金属１０の接合強度及び耐熱性が向上する。
【００７１】
コア粒子６ＢＣ又はコア粒子６ＣＣを作製した後、例えば真空蒸着法、電気めっき法、無電解めっき法、バレルスパッタ法などによって、コア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣの表面にそれぞれ被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳを形成する。被覆層６ＢＳ又は被覆層６ＣＳを多層とする場合には、これらの方法を組み合わせて行ってもよい。例えば、電気めっき法は以下のようにして行われる。
【００７２】
（Ｃｕ被覆層の形成）分級した後の、所定の平均粒子径を有するＮｉ−Ｆｅコア粒子に、めっきに先立ち脱塩処理を行う。次いで有機添加剤等を含む硫酸銅めっき浴槽中で、不溶性アノード電極を用い、Ｎｉ−Ｆｅコア粒子をカソードとして、電気めっきによりＣｕ被覆層の形成を行う。Ｎｉ−Ｆｅコア粒子を、絶縁体の撹拌用ボールとともに絶縁体のケースに収容する。ケースは、めっき浴に対して不溶性であり、めっき液が置換できる構造（例えばかご）である。ケースを振動させることによって収容したＮｉ−Ｆｅコア粒子を撹拌し、めっき液のエアバブリングを行いながら、ＮｉＦｅコア粒子へまんべんなく被覆層が形成されるようにして電気めっきを行う。
【００７３】
（Ｓｎ被覆層の形成）ＮｉＦｅコア粒子にＳｎの被覆層を形成するには、硫酸銅めっき浴槽に変えて錫めっき浴槽を用い、同様の電気めっき法を行う。ＣｕとＳｎとの２層の被覆層を形成させるには、被覆層が形成されていないＮｉ−Ｆｅコア粒子に変えて、Ｃｕ被覆が形成されたＮｉ−Ｆｅ粒子を用いて電気めっき法を行えばよい。
【００７４】
次に、本実施形態に係るＰｂフリーはんだ６を用いて電子回路モジュール部品１を製造する方法について説明する。
【００７５】
図６は、本実施形態に係る電子回路モジュール部品の製造方法の手順を示すフローチャートである。図７は、リフロー時における温度の時間変化の一例を示す図である。
【００７６】
本実施形態に係る電子回路モジュール部品の製造方法により、図１−１に示す電子回路モジュール部品１を製造するにあたり、印刷等の手段を用いて、回路基板３の端子電極３Ｔの表面にＰｂフリーはんだ６のはんだペーストを塗布する（ステップＳ１０１）。次に、回路基板３に電子部品２を載置する（ステップＳ１０２）。その後、電子部品２が搭載された回路基板３をリフロー炉でリフローする（ステップＳ１０３）。リフロー炉内における温度変化は、例えば、図７に示すようなものである。温度θｍでＰｂフリーはんだ６が溶融し始める。リフロー炉内の温度が最高温度θｍａｘに到達した後、前記温度は時間の経過とともに低下する。この過程で、溶融したＰｂフリーはんだ６が硬化して、図１−１、図１−２及び図１−３に示す接合金属１０となる。接合金属１０によって、電子部品２は回路基板３に固定される。リフローが終了したら、電子部品２が搭載された回路基板３が洗浄され（ステップＳ１０４）、本実施形態に係る電子回路モジュール部品の製造手順が終了する。
【００７７】
（評価例）
本実施形態に係るＰｂフリーはんだ６を使用した電子回路モジュール部品１及び比較例に係るＰｂフリーはんだを用いた電子回路モジュール部品について、電子部品のセルフアライメント機能、強度、及び耐熱性を評価した。強度及び耐熱性の評価は、電子回路モジュール部品の製造に用いたＰｂフリーはんだを溶融後硬化させて得た接合金属について、接合強度及び耐熱性を評価することにより行った。
【００７８】
セルフアライメント機能は、リフロー後における電子部品２の位置の誤差が、設定位置に対し±２５μm未満の場合をセルフアライメント機能が高いとして◎、±２５μｍ以上４０μm未満を○、±４０μｍ以上５０μｍ未満を△、±５０μｍ以上をセルフアライメント機能が十分でないとして×とした。
【００７９】
図８は、Ｐｂフリーはんだが溶融して硬化して得られた接合金属の接合強度を評価する際の説明図である。接合金属の強度は、シェア（せん断）試験により評価した。シェア（せん断）試験では、溶融後硬化したＰｂフリーはんだに対してせん断応力を負荷した。シェア試験は、図８に示すように、基板７０の電極７１にＰｂフリーはんだと電子部品２（寸法は０６０３Ｍ）とを乗せて溶融させ、電極７１の表面で電子部品２と接合している試験片（硬化したＰｂフリーはんだ）７２を対象とした。試験片７２を有する基板７０は、試験装置のテーブル７３に取り付けられる。この状態で、テーブル７３がシェアツール７４に向かって移動する。このとき、テーブル７３は、電子部品２の長手方向と直交する方向に移動するので、シェアツール７４は、電子部品２の長手方向と直交する方向から電子部品２に衝突する。そして、試験片７２がシェアツール７４で破壊されるときの破断の様子を観察し、これによって接合強度を評価した。シェア試験には、ハイスピードボンドテスター（Ｄａｇｅ社、Ｄａｇｅ−４０００ＨＳ）を用いた。試験速度Ｖは０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。接合強度は、強度試験の破壊箇所で判断した。図８において、硬化した試験片７２内で破壊せずに基板７０又は電子部品２で破壊した場合には試験片７２の強度は十分が高いとして◎、電極７１と基板７０との界面で破壊した場合には試験片７２の強度は高いとして○、電子部品２の端子電極２Ｔとの界面近傍で破壊した場合には△、接合部のはんだ組織で破壊した場合には試験片７２の強度が十分高くないとして×とした。
【００８０】
耐熱性は、最初に溶融したＰｂフリーはんだが硬化して得られた接合金属を加熱することにより評価した。耐熱性は、接合金属をリフロー時の温度（２４０℃〜２６０℃）で加熱した際の吸熱量に基づいて評価した。吸熱量は、熱流束示差走査熱量計（（株）島津製作所 ＤＳＣ−５０）を用いて測定した。吸熱量の絶対値が０Ｊ／ｇであれば接合金属は溶融しない。吸熱量があると、接合金属は溶融することになるが、吸熱量の絶対値が２５Ｊ／ｇから３５Ｊ／ｇの範囲であれば、接合金属が溶融したとしても、再度のリフロー時において、電子回路部品モジュールの絶縁樹脂にクラックが発生したり、はんだフラッシュその他の欠陥が発生したりすることはない。このため、耐熱性は、吸熱量の絶対値が２５Ｊ／ｇよりも小さい場合には接合金属が溶融しない（○）、吸熱量の絶対値が２５Ｊ／ｇ以上３５Ｊ／ｇ以下である場合には接合金属の溶融が少ない（△）、吸熱量の絶対値が３５Ｊ／ｇよりも大きい場合には接合金属が溶融した（×）と判定した。
【００８１】
評価結果を表１、表２に示す。表１において、はんだ母材の種類の表示は以下の条件を表す。なお、百分率表示は質量％である。
Ａ：Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（融点２１７℃〜２１９℃）
Ｂ：Ｓｎ−３．５％Ａｇ（融点２２１℃）
Ｃ：Ｓｎ−０．７５％Ｃｕ（融点２２７℃）
Ｄ：Ｓｎ−５８％Ｂｉ（融点１３９℃）
Ｅ：Ｓｎ−３．５％Ａｇ−０．１％Ｎｉ−０．１％Ｆｅ
【００８２】
また、各添加金属粒子の表示は以下の条件を表す。なお、かっこ内は、添加金属粒子のコア粒子中におけるＦｅの含有質量率を示す。
ＮｉＦｅ：Ｎｉ−Ｆｅ合金粒子
Ｎｉ＋Ｆｅ：Ｎｉ粒子＋Ｆｅ粒子
【００８３】
また、被覆層の表示は以下の意味を表す。
Ｓｎ（Ｔｈ≦１）：Ｓｎ被覆、厚さＴｈが１μｍ以下
Ｓｎ（１＜Ｔｈ≦１０）：Ｓｎ被覆、厚さＴｈが１μｍより大きく１０μｍ以下
ＣｕＳｎ（Ｔｈ≦１）：ＣｕとＳｎとの２層被覆、厚さＴｈが１μｍ以下
【００８４】
コア粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所製 ＳＡＬＤ−２２００）により測定した数値である。各添加金属粒子の量は、はんだ母材質量に対する各添加金属粒子の質量を、質量％で表示したものである。
【００８５】
セルフアライメント機能と耐熱性と接合強度とのいずれかが×である場合、総合評価は×とした。すべての項目の評価が△である場合、総合評価は△とした。セルフアライメント機能及び耐熱性及び接合強度のいずれか一項目のみが△であり、それ以外の少なくとも一項目が◎である場合、総合評価は○とした。セルフアライメント機能及び耐熱性及び接合強度のいずれか一項目のみの評価が○であり、それ以外の項目の評価が◎である場合、総合評価は◎とした。総合評価は○以上を許容とした。
【００８６】
【表１】
【００８７】
【表２】
【００８８】
表２より、以下の考察が導かれる。サンプル１６〜１９の結果から、第１の領域部及び第２の領域部の双方にＮｉ−Ｆｅ合金相が存在しない場合は、セルフアライメント機能、耐熱性及び強度について、許容される評価が得られない。一方、サンプル１〜１５の結果から、少なくとも第１の領域部にＮｉ−Ｆｅ合金相が存在し、かつ第１の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率が、第２の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率よりも多い場合は、比較例と比較してセルフアライメント機能、耐熱性、及び強度が向上していることが分かる。なお、Ｓｎ合金相の体積率は、１−（Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率）と近似してよい。したがって、サンプル１〜１５の結果から、第２の領域部におけるＳｎ合金相の体積率が、第１の領域部におけるＳｎ合金相の体積率よりも大きい場合には、比較例と比較してセルフアライメント機能、耐熱性、及び強度が向上していることが分かる。
【００８９】
サンプル６の結果から、強度向上のためには、第１の領域部と第２の領域部との双方が、Ｓｎ−Ｎｉ合金相を含むことが好ましいことが分かる。また、サンプル７、１６，１８，１９の結果より、セルフアライメント機能の向上のためには、各領域の全質量に対するＮｉの質量率は、第２の領域部よりも第１の領域部の数値が大きいことが好ましいことが分かる。
【００９０】
また、第２の領域部については、以下のことが分かる。サンプル７の結果より、セルフアライメント機能の向上のためには、第２の領域部における、第２の領域部の全質量に対するＮｉの質量率は、２０質量％以下であることが好ましいことが分かる。また、サンプル６，８の結果より、耐熱性の向上のためには、第２の領域部における、第２の領域部の全質量に対するＮｉの質量率は、０．５質量％以上であることが好ましく、１質量％以上であることがさらに好ましいことが分かる。
【００９１】
また、第１の領域部については、以下のことが分かる。サンプル４，８の結果から、耐熱性の向上のためには、第１の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率は、５体積％以上であることが好ましく、７体積％以上であることがさらに好ましく、１０体積％であることがさらにより好ましいことが分かる。また、サンプル３，９の結果から、セルフアライメント機能の向上のためには、第１の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率は、４０体積％以下であることが好ましく、２５体積％以下であることがさらに好ましいことが分かる。
【００９２】
表１及び表２より、以下の考察が導かれる。サンプル１６〜１８（比較例）の結果より、Ｎｉ−Ｆｅ合金が配合されていないＰｂフリーはんだを用いた場合、セルフアライメント機能、耐熱性及び強度について、許容される評価が得られない。サンプル６、８の結果より、耐熱性及び強度の向上のためには、Ｐｂフリーはんだに、第２金属粒子に加えて、第２金属粒子より平均粒子径の小さい第３金属粒子が配合されていることが好ましいことが分かる。
【００９３】
サンプル９の結果より、セルフアライメント機能の向上のためには、少なくとも第３金属粒子に被覆層が形成されていることが好ましいことが分かる。
【００９４】
また、第２金属粒子の添加量が多くなるほど、第１の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率が大きくなり、第１の領域部における、第１の領域部の全質量に対するＮｉの質量率が大きくなる傾向があることが分かる。また、第３金属粒子の添加量が多くなるほど、第２の領域部における、第２の領域部の全質量に対するＮｉの質量率が大きくなる傾向があることが分かる。
【符号の説明】
【００９５】
１ 電子回路モジュール部品
２ 電子部品
２Ｔ、３Ｔ 端子電極
３ 回路基板
３Ｐ 表面
４ 絶縁樹脂
５ シールド層
６ＢＣ、６ＣＣ コア粒子
６、１０６ Ｐｂフリーはんだ
６Ａ、１０６Ａ 第１金属粒子
６Ｂ、１０６Ｂ 第２金属粒子
６Ｃ、 第３金属粒子
６ＢＳ、６ＣＳ、６ＢＳａ、６ＢＳｂ 被覆層
７ モジュール端子電極
８ 装置基板
９ 装置基板端子電極
１０ 接合金属
１１ Ｓｎ合金相
１２ Ｎｉ−Ｆｅ合金相
７０ 基板
７１ 電極
７２ 試験片
７３ テーブル
７４ シェアツール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路モジュール部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路モジュール部品は、複数の電子部品をはんだによって基板に実装して、ひとまとまりの機能を持った電子部品としたものである。このような電子部品を電子機器の基板に実装する場合、電子回路モジュール部品の端子電極と電子機器の基板の端子電極とをはんだで接合する。従来は、電子部品及び電子回路モジュール部品の接合にＳｎＰｂ系材料のはんだが使用されてきたが、環境問題を背景としてＰｂフリー化が進み、自動車関連や特殊な場合を除いてＰｂフリーはんだが使用されている。
【０００３】
はんだを用いて電子回路モジュール部品を基板に実装する際に、はんだを溶融させるためにリフローが必要になる。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してい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がある。これを回避するため、電子回路モジュール部品を基板に実装する際のリフロー温度で溶融しないはんだを用いて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必要がある。例えば、特許文献１には、Ａｇを１０〜２５質量％、Ｃｕを５〜１０質量％、残部はＳｎ及び不可避的不純物からなる粉末はんだ材料が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６８５６９号公報（００１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のはんだは、強度及び耐熱性に優れるため、当該はんだを用いることにより端子電極同士の接合強度が向上するとともに、接合の耐熱性も向上する。しかし、近年の電子回路モジュール部品は、電子部品の端子電極と基板の端子電極との接合に、さらなる強度及び耐熱性が求められている。一方で、電子部品が基板上の規定の位置に実装されることが必要である。本発明は、電子回路モジュール部品が有する電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合する接合金属の接合強度及び耐熱性を向上させると同時に、当該電子部品のセルフアライメント機能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電子部品と、当該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、かつＳｎ合金を主成分とするＳｎ合金相とＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とするＮｉ−Ｆｅ合金相とを含む接合金属と、を含み、前記接合金属は、前記回路基板の前記端子電極から前記接合金属までの最大距離に対して１０％以下の距離にある第１の領域部と、前記最大距離に対して９０％以上の距離にある第２の領域部とを有し、前記第１の領域部における、前記第１の領域部の体積に対する前記Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率は、前記第２の領域部における前記Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率よりも大きく、前記第２の領域部における、前記第２の領域部の体積に対する前記Ｓｎ合金相の体積率は、前記第１の領域部における、前記第１の領域部の体積に対する前記Ｓｎ合金相の体積率よりも大きいことを特徴とする電子回路モジュール部品である。
【０００７】
この電子回路モジュール部品は、Ｐｂフリーはんだで電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合するものであり、溶融した前記Ｐｂフリーはんだが硬化したものが、接合金属である。Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金の異相が現れることによって接合金属は強化されるとともに、融点が上昇する。すなわち、接合金属は、接合強度及び耐熱性が向上する。この電子回路モジュール部品は、前記回路基板の前記端子電極から前記接合金属までの最大距離に対して前記回路基板の前記端子電極から１０％以下の距離にある接合金属の範囲を前記接合金属の第１の領域部とし、前記最大距離に対して前記回路基板の前記端子電極から９０％以上の距離にある前記接合金属の範囲を前記接合金属の第２の領域部とすると、第１の領域部においては、Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率が第２の領域と比較して大きい。このため、接合金属の接合強度及び耐熱性が確保される。同時に、第２の領域部においては、Ｓｎ合金相の体積率が第１の領域と比較して大きいため、ぬれ性が向上し、リフロー時において、電子部品のセルフアライメント機能が発揮される。
【０００８】
また本発明の好ましい態様として、少なくとも前記第１の領域部及び前記第２の領域部が、Ｓｎ−Ｎｉ合金を主成分とするＳｎ−Ｎｉ合金相を含むことが好ましい。少なくとも第１の領域部及び第２の領域部が、Ｓｎ−Ｎｉ合金相を含むことによって、第１の領域部及び第２の領域部の溶融温度が高くなり、接合金属の耐熱性及び接合強度が向上する。Ｓｎ合金を主成分とするＳｎ合金相であっても、Ｎｉ元素を含有することによってＮｉ元素が含まれていないものに比べ１０℃程度高くなる。第２の領域部に存在するＳｎ合金相の溶融温度がこの程度高くなることで、接合金属の端子電極に対するぬれ性を維持してセルフアライメント機能を発揮すると同時に、はんだが他の端子電極に移動することを抑制できる。
【０００９】
また本発明の好ましい態様として、前記第２の領域部の全質量に対する前記第２の領域部におけるＮｉの質量率は、前記第１の領域部の全質量に対する前記第１の領域部におけるＮｉの質量率よりも小さいことを特徴とするであることが好ましい。上述したように、Ｓｎ合金相が、Ｎｉ元素を含有することで、接合金属の再溶融温度が上昇する。したがって、第２の領域部におけるＮｉの質量率が、第１の領域部におけるＮｉの質量率よりも小さいことで、電子部品の端子電極表面へ接合金属が十分にぬれ広がり、また接合金属と電子部品の端子電極との反応が促進される。また、第２の領域部と第１の領域部とで、Ｎｉ元素の質量率に差があることによって、Ｎｉの質量率の大きい第１の領域部からＮｉの質量率の小さい第２の領域部へ向かうＮｉ元素の流れが生じて、第２の領域部を押し広げ、電子部品の端子電極表面に接合金属がぬれ広がると考えられる。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、Ｓｎを主成分とする第１金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第２金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第３金属粒子と、を含むＰｂフリーはんだを、電子部品の端子電極と前記電子部品が搭載される回路基板の端子電極との間に設ける手順と、前記Ｐｂフリーはんだを溶融させる手順と、を含むことを特徴とする電子回路モジュール部品の製造方法である。
【００１１】
この製造方法に用いられるＰｂフリーはんだは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第２金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第３金属粒子と、を含んでいる。
【００１２】
このＰｂフリーはんだは、最初に溶融したときには、被覆層がＳｎ相に拡散する。このため、Ｐｂフリーはんだが溶融している間においては、ＮｉのＳｎ相への拡散及び両者の反応が抑制される。その結果、Ｐｂフリーはんだが溶融している間におけるぬれ性の低下が抑制される。このようなＰｂフリーはんだを用いて電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合すると、溶融したＰｂフリーはんだが端子電極にフィレットを形成するので、端子電極同士を確実に接合して両者の接合の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、このＰｂフリーはんだは、最初に溶融したときに、第２金属粒子は回路基板の端子電極に近い側に分布し、第３金属粒子は第２金属粒子よりも回路基板の端子電極から離れた場所まで分布する。すなわち、第２金属粒子は、第３金属粒子より比重が大きいのでＰｂフリーはんだが溶融したときには回路基板の端子電極側に多く分布する。また、第３金属粒子は第２金属粒子より比重が小さいので、Ｐｂフリーはんだが溶融したときには第２金属粒子よりも回路基板の端子電極から離れた場所に分布する。そして、第２金属粒子の被覆層がＳｎ相に拡散する間、コア粒子のＮｉはＳｎ相に拡散することを妨げられる。その結果、回路基板の端子電極側においては、第２金属粒子のＮｉ−Ｆｅ合金が残り、Ｎｉ−Ｆｅ合金相が多く存在する。
【００１４】
平均粒子径の小さい第３金属粒子は、被覆層がＳｎ相に拡散した後に、コア粒子のＮｉもＳｎ相に拡散して、第３金属粒子由来のＮｉ−Ｆｅ相は減少する。その結果、回路基板の端子電極から離れた場所においては、Ｓｎ合金相が多く存在することになる。回路基板の端子電極側において融点の高いＮｉ−Ｆｅ合金相が多く存在することで、接合金属の接合強度及び耐熱性が確保されると同時に、回路基板の端子電極から離れた場所においてＳｎ合金相が多く存在することで、リフロー時において電子回路のセルフアライメント機能が発揮される。すなわち、このＰｂフリーはんだを用いた電子回路モジュール部品の製造方法によって、接合金属の第１の領域部では、Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率が第２の領域部と比較して大きく、接合金属の第２の領域部では、Ｓｎ合金相の体積率が第１の領域部と比較して大きい電子回路モジュール部品が得られ、接合金属の接合強度及び耐熱性が確保されると同時に電子部品のセルフアライメント機能が発揮される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、電子回路モジュール部品が有する電子部品の端子電極と回路基板の端子電極とを接合する接合金属の接合強度及び耐熱性を向上させると同時に、電子部品のセルフアライメント機能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１−１】図１−１は、電子回路モジュール部品の断面図である。
【図１−２】図１−２は、電子部品と基板との接続部を示す拡大図である。
【図１−３】図１−３は、電子部品と基板との別の接続部を示す拡大図である。
【図２】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３】図３は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだの概念図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが有する第２金属粒子及び第３金属粒子の拡大図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが有する第２金属粒子の他の例を示す拡大図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る電子回路モジュール部品の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、リフロー時における温度の時間変化の一例を示す図である。
【図８】図８は、Ｐｂフリーはんだが溶融して硬化して得られた接合金属の接合強度を評価する際の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。また、下記の実施形態で開示された構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることが可能である。
【００１８】
図１−１は、電子回路モジュール部品の断面図である。図１−２及び図１−３は、電子部品と基板との接続部を示す拡大図である。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１−１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を回路基板３に実装して、ひとまとまりの機能を持つ電子部品としたものである。電子部品２は、回路基板３の表面に実装されていてもよいし、回路基板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が有する電子部品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として回路基板３の表面や回路基板３の内部に実装されていてもよい。また、電子部品２は、これらに限定されるものではない。
【００１９】
図１−１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、を含む。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。図１−２及び図１−３に示す接続部１００ａ、１００ｂのように、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとは、接合金属１０によって接合される。接合金属１０は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが溶融した後、硬化した金属である。このような構造により、電子部品２が回路基板３に実装される。このように、接合金属１０は、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔという二部材を接合するものである。
【００２０】
図１−２に示すように、電子回路モジュール部品１の接合金属１０は、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から接合金属１０の最も離れた位置Ｈまでの距離（最大距離）はＤである。回路基板３の端子電極３Ｔから最大距離Ｄに対して１０％以下の距離にある領域に含まれる接合金属１０の部分を、第１の領域部１０Ｅ１と定義する。すなわち、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から第１の領域部１０Ｅ１内にある点までの距離は、０以上０．１Ｄ以下である。また、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から最大距離Ｄに対して９０％以上の距離にある領域に含まれる接合金属１０の部分を、第２の領域部１０Ｅ２と定義する。すなわち、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から第２の領域部１０Ｅ２内にある点までの距離は、０．９Ｄ以上Ｄ以下である。
【００２１】
図１−３に示すように、電子部品２の端子電極２Ｔが、電子部品２の底面に端子電極２Ｔが設けられ、回路基板３の端子電極３Ｔと接合されている接続部１００ｂの場合にも、第１の領域部１０Ｅ１と第２の領域部１０Ｅ２が同様に定義される。
【００２２】
電子回路モジュール部品１の接合金属１０は、以下のような特徴を有する。接合金属１０は、Ｓｎ合金を主成分とするＳｎ合金相１１と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とするＮｉ−Ｆｅ合金相１２とを含む。そして、第１の領域部１０Ｅ１における、第１の領域部１０Ｅ１の体積に対するＮｉ−Ｆｅ合金相１２の体積率は、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉ−Ｆｅ合金相１２の体積率よりも大きく、第２の領域部１０Ｅ２における、第２の領域部１０Ｅ２の体積に対するＳｎ合金相１１の体積率は、第１の領域部１０Ｅ１における、第１の領域部の体積に対するＳｎ合金相１１の体積率よりも大きい。
【００２３】
ここで、Ｓｎ合金を主成分とするＳｎ合金相１１とは、相を構成するＳｎが、相を構成する原子の総質量に対して、８０質量％以上である合金相をいう。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とするＮｉ−Ｆｅ合金相１２とは、相を構成するＮｉとＦｅとの合計が、相を構成する原子の総質量に対して、９０質量%以上である合金相をいう。各合金相におけるＳｎ、又は、Ｎｉ及びＦｅの質量％は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置(Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer)により測定することができる。
【００２４】
第１の領域部１０Ｅ１又は第２の領域部１０Ｅ２におけるＳｎ合金相１１の体積率及びＳｎ−Ｎｉ合金相１２の体積率は、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとが接合金属１０により接合された電子回路モジュール部品１を、回路基板３の端子電極３Ｔの表面から接合金属１０の最も離れた位置Ｈを通り、かつ回路基板３の端子電極３Ｔの表面と垂直である面で切断し、断面の組織を走査型電子顕微鏡（SEM：Scanning Electron Microscope）と電子線マイクロアナライザー（EPMA：Electron Probe Micro Analyzer）により観察して測定する。観察は、複数の電子回路モジュール部品１について行い（例えば５個）、その平均値で判断することが好ましい。
【００２５】
Ｎｉ−Ｆｅ合金相１２又はＳｎ合金相１１の体積率は、断面の組織観察により、空隙部を除いた断面に対するＮｉ−Ｆｅ合金相１２又はＳｎ合金相１１の面積率を算出し、得られた各面積率を各合金相の体積率として用いる。
【００２６】
第１の領域部１０Ｅ１がＮｉ−Ｆｅ合金相１２を含み、さらに第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉ−Ｆｅ合金相１２の体積率が、第２の領域部１０Ｅ２における体積率よりも大きいので、電子部品２を回路基板３へ固定している部分である第１の領域部１０Ｅ１の溶融温度は第２の領域部１０Ｅ２よりも上昇する。その結果、電子回路モジュール部品１を電子機器の基板に搭載する際に行われる再熱処理（リフロー）により、基板上の他の端子電極へ第１の領域部１０Ｅ１のはんだが移動してしまう、いわゆるはんだフラッシュを抑制することができる。
【００２７】
第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉ−Ｆｅ合金相１２の体積率は、５体積％以上４０体積％以下であることが好ましく、７体積％以上２５体積％以下であることがさらに好ましい。これにより、接合金属１０の耐熱性及び接合強度がより向上する。
【００２８】
また、第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉ−Ｆｅ合金相１２の代表寸法は、３μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。これにより、接合金属１０の耐熱性及び接合強度がより向上する。ここで、代表寸法として、等価直径を用いる。等価直径は、Ｎｉ−Ｆｅ合金相１２の面積をＡ、周囲長をＣとしたとき、４×Ａ／Ｃである。等価直径は、複数のＮｉ−Ｆｅ合金相１２（例えば３個）の平均を用いる。代表寸法は、接合金属１０の断面の画像から求める。すなわち、接合金属１０の断面の、例えば任意の３箇所を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で写真撮影して得られた画像から求める。
【００２９】
第２の領域部１０Ｅ２がＳｎ合金相１１を含み、さらに第２の領域部１０Ｅ２におけるＳｎ合金相１１の体積率が、第１の領域部１０Ｅ１における体積率よりも大きいので、第２の領域部１０Ｅ２の溶融温度は第１の領域部１０Ｅ１の溶融温度よりも低くなる。その結果、第２の領域部１０Ｅ２にある接合金属１０は電子部品２の端子電極２Ｔの表面にぬれ広がりやすくなり、端子電極２Ｔと強固に接合する。接合金属１０が電子部品２の端子電極２Ｔの表面にぬれ広がることにより、端子電極２Ｔに腐食因子が接触することが抑制される。さらに、電子回路モジュール部品１を電子機器の基板に搭載する際に加えられる熱により、接合金属１０はさらに端子電極２Ｔの表面上にぬれ広がる。その結果、回路基板３の端子電極３Ｔと電子部品２の端子電極２Ｔの位置整合性が向上する（セルフアライメント機能）とともに、端子電極２Ｔの表面と接合金属１０との反応が促進され、接合強度が向上する。
【００３０】
電子回路モジュール部品１は、第１の領域部１０Ｅ１及び第２の領域部１０Ｅ２が、Ｓｎ−Ｎｉ合金を主成分とするＳｎ−Ｎｉ合金相を含む。ここで、Ｓｎ−Ｎｉ合金を主成分とするＳｎ−Ｎｉ合金相とは、加熱処理で反応したＳｎ３Ｎｉ４相などをいう。
【００３１】
少なくとも第１の領域部１０Ｅ１及び第２の領域部１０Ｅ２が、Ｓｎ−Ｎｉ合金相を含むことによって、第１の領域部１０Ｅ１及び第２の領域部１０Ｅ２の溶融温度が高くなり、接合金属１０の耐熱性及び接合強度が向上する。Ｓｎ合金を主成分とするＳｎ合金相１１であっても、Ｎｉ元素を含有することによってＮｉ元素が含まれていないものに比べ溶融温度は１０℃程度高くなる。第２の領域部１０Ｅ２に存在するＳｎ合金相１１の溶融温度がこの程度高くなることで、接合金属１０の端子電極２Ｔに対するぬれ性を維持して電子部品のセルフアライメント機能を発揮させると同時に、はんだが他の端子電極に移動することを抑制できる。
【００３２】
第２の領域部１０Ｅ２の全質量に対する、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉの質量率は、第１の領域部１０Ｅ１の全質量に対する、第１の領域部１０Ｅ２におけるＮｉの質量率よりも小さいことが好ましい。上述したように、Ｓｎ合金相１１が、Ｎｉ元素を含有することで、接合金属１０の再溶融温度が上昇する。したがって、電子部品２の端子電極２Ｔ表面へ接合金属１０が十分にぬれ広がり、また接合金属１０と端子電極２Ｔとの反応を促進させるために、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉの質量率は、第１の領域部１０Ｅ１におけるＮｉの質量率よりも小さいほうが好ましい。また、第２の領域部１０Ｅ２と第１の領域部１０Ｅ１とで、Ｎｉの質量率に差があることによって、Ｎｉの質量率の大きい第１の領域部１０Ｅ１からＮｉの質量率の小さい第２の領域部１０Ｅ２へ向かうＮｉ元素の流れが生じて、第２の領域部１０Ｅ２を押し広げ、端子電極２Ｔの表面に接合金属１０がぬれ広がると考えられる。
【００３３】
第２の領域部１０Ｅ２の全質量に対して、第２の領域部１０Ｅ２におけるＮｉの含有量が、０．５質量％以上２０質量％以下、さらに好ましくは１質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。
【００３４】
図１−１に示すように、電子回路モジュール部品１は、回路基板３の表面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が実装される側の回路基板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、回路基板３及び複数の電子部品２を一体化するとともに、強度が確保される。
【００３５】
電子回路モジュール部品１は、複数の電子部品２を覆った絶縁樹脂４の表面に、シールド層５を有する。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あってもよいし、複数の導電材料の層であってもよい。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。しかし、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。
【００３６】
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）回路基板３の端子電極に本実施形態に係るＰｂフリーはんだ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を回路基板３に載置する。
（３）電子部品２が搭載された回路基板３をリフロー炉に入れて前記はんだペーストを加熱することにより、前記はんだペーストに含まれる本実施形態に係るＰｂフリーはんだが溶融し、硬化する。そして、硬化後のＰｂフリーはんだ、すなわち接合金属１０が、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとを接合する。
（４）電子部品２及び回路基板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及び回路基板３を覆う。
【００３７】
上述の（１）及び（２）の手順は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだを、電子部品２の端子電極２Ｔと電子部品２が搭載される回路基板３の端子電極３Ｔとの間に設ける手順に相当し、上述の（３）の手順は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだを溶融させる手順に相当する。
【００３８】
電子回路モジュール部品１の回路基板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の端子電極２Ｔと電気的に接続されるとともに、図２に示す、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２０によって接合される。このような構造により、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。
【００３９】
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にはんだ２０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前記はんだペーストを加熱することにより、前記はんだペーストのはんだ２０が溶融し、その後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とが接合される。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。
【００４０】
次に、図１−２及び図１−３の電子回路モジュール部品１の接合金属１０が得られるような、Ｐｂフリーはんだについて説明する。
【００４１】
現在多く使用されているＰｂフリーはんだの溶融温度は約２２０℃であるが、リフローにおける最高温度は２４０℃〜２６０℃程度である。電子回路モジュール部品１が有する電子部品２を回路基板３に実装する際に用いられるはんだは、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。このため、前記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。
【００４２】
Ｐｂを使用するはんだには、溶融温度が３００℃程度のはんだが存在する。しかし、現在のところ、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存在しない。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が有する電子部品２の接合に用いるはんだと、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とには、両者の溶融温度差が少ないものを使用せざるを得ない。
【００４３】
電子回路モジュール部品１が有する電子部品２の接合に用いるはんだがリフロー時に再溶融すると、当該はんだの移動や、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の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔと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、又は再溶融がはんだ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、Ｐｂを用いたはんだの代替とはなっていない。本実施形態に係るＰｂフリーはんだは、電子回路モジュール部品１が有する電子部品２の接合に用いられるものであって、上述したような要求を満たすものである。
【００４４】
図３は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだの概念図である。図４は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが有する第２金属粒子及び第３金属粒子の拡大図である。本実施形態に係るＰｂフリーはんだ６は、使用前（最初に溶融する前）において、第１金属粒子６Ａと、第２金属粒子６Ｂと、第３金属粒子６Ｃとを含む。第１金属粒子６Ａは、Ｓｎを主成分とする。Ｓｎを主成分とするとは、第１金属粒子６Ａを構成している成分のうち、最も多く含まれている成分がＳｎであることをいう。本実施形態において、Ｐｂフリーはんだ６は、第１金属粒子６Ａと、第２金属粒子６Ｂと、第３金属粒子３Ｃとの他にフラックスＰＥを含み、第１金属粒子６Ａと第２金属粒子６Ｂと第３金属粒子６ＣとがフラックスＰＥに混合され、分散された状態のはんだペーストである。Ｐｂフリーはんだ６は、少なくとも第１金属粒子６Ａと第２金属粒子６Ｂと第３金属粒子６Ｃとを含んでいればよく、フラックスＰＥは必ずしも必要ではない。
【００４５】
図４に示すように、第２金属粒子６Ｂは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする粒子（コア粒子）６ＢＣの表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層６ＢＳで覆われている。同様に、第３金属粒子６Ｃは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする粒子（コア粒子）６ＣＣの表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層６ＣＳで覆われている。ここで、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とするとは、コア粒子６ＢＣ又はコア粒子６ＣＣを構成する成分のうち、最も多く含まれている成分がＮｉ−Ｆｅ合金であることをいう。第３金属粒子６Ｃのコア粒子６ＣＣの平均粒子径は、第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣの平均粒子径よりも小さい。これにより、Ｐｂフリーはんだ６が最初に溶融したときに、第２金属粒子は回路基板の端子電極に近い側に分布し、第３金属粒子は第２金属粒子よりも回路基板の端子電極から離れた場所まで分布する。
【００４６】
被覆層６ＢＳ及び被覆相６ＣＳに含まれる、Ｓｎと合金を作る金属は、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｂｉ等がある。本実施形態では、被覆層６ＢＳ、６ＣＳとしてＳｎを用いている。被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳは、Ｓｎを主成分とすることが好ましい。このようにすると、Ｐｂフリーはんだ６が溶融したときには、第１金属粒子６ＡからのＳｎと第２金属粒子６Ｂとのなじみ及び第１金属粒子６ＡからのＳｎと第３金属粒子とのなじみが向上するので、接合金属１０のＳｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散しやすくなる。
本実施形態では、第２金属粒子６Ｂの被覆層６ＢＳと第３金属粒子６Ｃの被覆層６ＣＳはともにＳｎであるが、被覆層６ＢＳと被覆層６ＣＳとを構成する金属やその組成は互いに異なっていてもよい。図４中の符号ＲＢｃは、コア粒子６ＢＣの直径を示し、符号ＲＢｓは、被覆層６ＢＳの厚みを示し、符号ＲＣｃは、コア粒子６ＣＣの直径を示し、符号ＲＣｓは、被覆層６ＣＳの厚みを示す。
【００４７】
図５は、本実施形態に係るＰｂフリーはんだが有する第２金属粒子の他の例を示す拡大図である。図５に示すように、第２金属粒子６Ｂは、複数（本実施形態では２つ）の互いに異なる種類の被覆層６ＢＳａ、６ＢＳｂを有していてもよい。被覆層６ＢＳａ、６ＢＳｂの数は２つに限定されるものではなく、３つ又は４つ又はそれ以上であってもよい。第２金属粒子６Ｂが複数の被覆層を有することにより、それぞれの被覆層に異なる特性を与え、接合強度と耐熱性とぬれ性とをバランスよく向上させることができる。図５中の符号ＲＢｓａ、ＲＢｓｂは、それぞれ被覆層６ＢＳａ、６Ｂｓｂの厚みを示す。また、図５中の符号ＲＢｓは、第２金属粒子６Ｂが有する被覆層の総厚みを示す。図５に示す例では、総厚みＲＢｓは、被覆層６ＢＳａの厚みＲＢｓａと被覆層６ＢＳｂの厚みＲｓｂとの和（ＲＢｓａ＋ＲＢｓｂ）になる。第３金属粒子６Ｃについても第２金属粒子６Ｂと同様に複数の互いに異なる種類の被覆層を有していてもよく、被覆層の総厚みは、第２金属粒子６Ｂと同様に定義される。
【００４８】
Ｐｂフリーはんだ６はＰｂを含まないため、Ｓｎを主成分とする第１金属粒子６ＡもＰｂを含まない。本実施形態において、第２金属粒子６Ｂ及び第３金属粒子６Ｃは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分としているが、他の成分を含んでいてもよい。このため、第２金属粒子６Ｂ及び第３金属粒子６Ｃ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。
【００４９】
本実施形態において、第１金属粒子６Ａとしては、Ｓｎを基材としたＰｂフリーはんだを用いる。より具体的には、第１金属粒子６Ａとして、Ｓｎ−Ａｇ（銀）系やＳｎ−Ｃｕ（銅）系（Ｓｎが９０質量％以上）のはんだ（Ｐｂフリーはんだ）を用いる。例えば、第１金属粒子６Ａとしては、Ｓｎ−３．５％Ａｇ（錫−銀共晶はんだ、融点２２１℃）又はＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（錫−銀−銅はんだ、融点２１７〜２１９℃）又はＳｎ−０．７５％Ｃｕ（錫−銅共晶はんだ、融点２２７℃）を用いることができる。例外的に、Ｓｎ−５８％Ｂｉ（融点１３９℃）を用いることができる。本実施形態において第１金属粒子６Ａに用いるＳｎを基材としたＰｂフリーはんだは、Ｓｎが９０質量％以上（Ｓｎ−５８％ＢｉはＳｎが４０質量％以上）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、一度溶融して硬化した後に複数回リフローをするとＳｎ相が再溶融する。
【００５０】
本実施形態では、Ｐｂフリーはんだ６が初めて溶融して硬化した後の組織を、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散している組織とする。図１に示す電子回路モジュール部品１の接合金属１０は、図１−２及び図１−３に示すように、回路基板３の端子電極３Ｔに近い領域では、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散している組織となり、回路基板３の端子電極３Ｔから離れた領域では、Ｎｉ−Ｆｅ合金が回路基板３の端子電極３Ｔに近い領域よりも少なく、Ｓｎ相がより多い組織となる。
【００５１】
Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散している組織は、Ｓｎが大半を占める組織と比較して強度が高くなる。このため、Ｐｂフリーはんだ６を用いて、図１に示す電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとを接合した場合には、両者の接合強度が向上する。また、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金を分散させた組織は、Ｓｎが大半を占める組織と比較して耐熱性が高くなる。このため、接合金属１０は、例えば、再度のリフロー等によって加熱された場合でも、自身の再溶融が抑制される。さらに、接合金属１０に含まれるＮｉはＳｎと合金を作りやすいので、再度のリフロー時に接合金属１０が加熱されると、ＮｉがＳｎ相に拡散してＳｎと合金を作る。その結果、加熱後の接合金属１０は、Ｎｉ−Ｓｎ相を有する組織となり、加熱前と比較して融点が高くなる。このため、加熱された接合金属１０は、さらに耐熱性が向上するので、再度のリフロー等によって加熱された場合でも、自身の再溶融をさらに抑制できる。また、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする相は、Ｓｎ相に比べ硬い組織である。硬度の異なる組織が混在する接合金属１０の組織は、より硬い相のＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とする相によるくさび効果が得られるために接合強度及び耐熱性が増加する。
【００５２】
ＮｉはＳｎ相への拡散速度が大きいため、第１金属粒子６Ａと、Ｎｉ−Ｆｅ合金の金属粒子とを組み合わせたＰｂフリーはんだを用いると、当該Ｐｂフリーはんだが最初に溶融したときにＮｉがＳｎ相へ拡散して金属間化合物が生成される結果、溶融したＰｂフリーはんだの粘度が上昇して端子電極に対するぬれ性が低下することがある。その結果、リフロー時において、電子部品２のセルフアライメント機能が低下すること等の不具合が発生するおそれがある。
【００５３】
本実施形態において、図３に示すＰｂフリーはんだ６は、図４に示すＮｉ−Ｆｅ合金のコア粒子６ＢＣの表面に被覆層６ＢＳを、コア粒子６ＣＣの表面に被覆層６ＣＳを設けている。被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳは、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属なので、Ｐｂフリーはんだ６が最初に溶融したときには、被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳがＳｎ相に拡散する。このため、Ｐｂフリーはんだ６が溶融している間においては、ＮｉのＳｎ相への拡散及び両者の反応が抑制される。その結果、Ｐｂフリーはんだ６は、溶融中におけるぬれ性の低下が抑制されるので、リフロー時においては、電子部品２のセルフアライメント機能が低下すること等の不具合が抑制される。このため、電子回路モジュール部品１の歩留りは向上するとともに、不良率は低下する。
【００５４】
次に、図３に示すＰｂフリーはんだ６に含まれる第１金属粒子６Ａ及び第２金属粒子６Ｂ及び第３金属粒子６Ｃについて詳細に説明する。第１金属粒子６Ａの平均粒子径は特に規定するものではないが、本実施形態においては、第１金属粒子６Ａの平均粒子径（レーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所製 ＳＡＬＤ−２２００）で測定）を３０μｍ程度、より具体的には２５μｍから３６μｍの範囲としている。これは、チップ型電子部品の寸法が０６０３Ｍ（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）を実装する際におけるはんだペーストの印刷に対応できる大きさである。
【００５５】
さらに小さいチップ型電子部品又はより大きいチップ型電子部品を実装する場合は、前記範囲に対して第１金属粒子６Ａの平均粒子径を小さくしたり、大きくしたりすることが好ましい。例えば、０６０３Ｍよりも小さいチップ型電子部品に対しては、第１金属粒子６Ａの平均粒子径を１５μｍから２５μｍ（平均粒子径２０μm程度）の範囲としたり、０６０３Ｍよりも大きいチップ型電子部品に対しては、第１金属粒子６Ａの平均粒子径を２５μｍから４５μｍ（平均粒子径３５μm程度）の範囲としたりすることができる。なお、第１金属粒子６Ａの平均粒子径が小さくなるにしたがって第１金属粒子６Ａの表面積は大きくなる。その結果、第１金属粒子６Ａは酸化しやすくなる傾向があるので、はんだペーストの印刷が可能な範囲で、第１金属粒子６Ａの平均粒子径をできる限り大きくすることが好ましい。
【００５６】
また、第２金属粒子６Ｂが複数の被覆層６ＢＳａ、６ＢＳｂを有する場合、最内の被覆層６ＢＳａはＣｕを主成分とすることが好ましい。このようにすることで、溶融中のＰｂフリーはんだ６は、コア粒子６ＢＣの表面にＣｕとＳｎとの合金、より具体的にはＣｕ６Ｓｎ５の層が形成されて、ＮｉとＳｎ相との反応が抑制される。その結果、接合金属１０は、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金を分散させた組織を有することになるので、接合強度及び耐熱性が向上する。第２金属粒子６Ｂが複数の被覆層６ＢＳａ、６ＢＳｂを有する場合、最外の被覆層（図５に示す例では被覆層６ＢＳｂ）は、Ｓｎを主成分とすることが好ましい。このようにすると、Ｐｂフリーはんだ６が溶融したときには、第１金属粒子６ＡからのＳｎと第２金属粒子６Ｂとのなじみが向上するので、接合金属１０のＳｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散しやすくなる。第３金属粒子が複数の被覆層を有する場合も同様に、最内の被覆層はＣｕを主成分とすることが好ましい。これにより、接合金属１０は、接合強度及び耐熱性が向上する。また、最外の被覆層はＳｎを主成分とすることが好ましい。これにより、接合金属１０のＳｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金が分散しやすくなる。第３金属粒子６Ｃが複数の被覆層を有する場合も、最内の被覆層はＣｕを主成分とすることが好ましく、最外の被覆層はＳｎを主成分とすることが好ましい。
【００５７】
Ｓｎを主成分とする被覆層を最外とすることで、当該被覆層よりも内側の被覆層の酸化を抑制できる。その結果、Ｐｂフリーはんだ６が溶融したときのぬれ性を確保しつつ、Ｓｎ相へＮｉ−Ｆｅ合金を均一に分散させることができるので、接合金属１０の耐熱性及び接合強度を向上させることができる。
【００５８】
次に、第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣ及び第３金属粒子６Ｃのコア粒子について説明する。上述したように、コア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣは、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする。第３金属粒子６Ｃを用いないで、第２金属粒子６Ｂのみを用いた場合、コア粒子６ＢＣの平均粒子径が大きくなるにしたがって、Ｐｂフリーはんだ６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傾向がある。このため、再度のリフローにおける不具合の発生が予想される。また、コア粒子６ＢＣの平均粒子径が小さくなると、接合強度が低下する傾向がある。
【００５９】
本実施形態においては、Ｐｂフリーはんだ６は、第２金属粒子６Ｂと、第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣよりも平均粒子径の小さいコア粒子６ＣＣとを含む。これにより、Ｐｂフリーはんだ６が溶融したときに、平均粒子径の大きいコア粒子６ＢＣは回路基板の端子電極近傍に沈降して、接合金属の耐熱性及び接合強度を向上させる。同時に、平均粒子径の小さいコア粒子６ＣＣは、コア粒子６ＢＣよりも回路基板の端子電極から離れた電子回路の端子電極側まで分布して、接合金属の耐熱性及び接合強度を保持しつつ、溶融したＰｂフリーはんだ６のぬれ性を向上させ、電子回路のセルフアライメント機能を発揮させる。コア粒子６ＢＣの平均粒子径は、１０μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上３０μｍ以下が特に好ましい。コア粒子６ＣＣの平均粒子径は、１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。このような範囲のコア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣを用いれば、接合金属１０の接合強度及び耐熱性を向上させることができると同時に、Ｐｂフリーはんだ６のぬれ性を向上させて電子回路のセルフアライメント機能を発揮させることができる。
【００６０】
次に、Ｐｂフリーはんだ６の第１金属粒子６Ａの質量に対する、第２金属粒子６Ｂ及び第３金属粒子６ＣのＮｉ−Ｆｅ合金の総質量（添加割合）の影響を説明する。Ｐｂフリーはんだ６は、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合が１０質量％以上であると、接合金属１０の接合強度及び耐熱性がさらに向上する。このため、本実施形態では、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合を１０質量％以上とし、接合強度及び耐熱性を確保する。
【００６１】
また、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合が大きくなるほど、溶融時におけるぬれ性は低下する。リフロー時における電子部品２のセルフアライメント機能を向上させるためには、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合が３５質量％を超えないことが好ましい。したがって、Ｐｂフリーはんだ６において、Ｎｉ−Ｆｅ合金の添加割合は１０質量％以上３０質量%以下であることが好ましい。これにより、Ｐｂフリーはんだ６の十分なぬれ性を確保した上で、接合強度及び耐熱性を向上させる。
【００６２】
第２金属粒子６Ｂの添加割合は、耐熱性の向上のためには７質量％以上であることが好ましく、セルフアライメント機能の向上のためには２５質量％以下であることが好ましい。
【００６３】
このＰｂフリーはんだ６を用いて回路基板３に電子部品２を実装する場合は、上述したように適切な電子部品２のセルフアライメント機能が発揮される。このため、電子部品２の位置決めができる。また、接合金属１０も、接合強度及び耐熱性も向上する。このため、Ｐｂフリーはんだ６を用いて製造された電子回路モジュール部品１を再度リフローした場合でも、接合金属１０の溶融は抑制される。その結果、電子回路モジュール部品１内における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。そして、Ｐｂフリーはんだ６を用いた電子回路モジュール部品１は、電子部品２の端子電極２Ｔと回路基板３の端子電極３Ｔとの接合不良等が発生するおそれを低減できるので、歩留り及び信頼性が向上する。このように、Ｐｂフリーはんだ６は、電子回路モジュール部品１に搭載される電子部品２の実装に好適である。Ｐｂフリーはんだ６を用いて電子回路モジュール部品１を製造することで、接合金属１０の接合強度及び耐熱性が向上し、電子部品２のセルフアライメント機能が発揮される電子回路モジュール部品１が得られる。
【００６４】
また、Ｐｂフリーはんだ６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、Ｐｂフリーはんだ６が最初に溶融するときの温度は、Ｓｎ系（Ｓｎを基材とするはんだであり、例えば、Ｓｎ−３．５％Ａｇはんだ等）のはんだと同等（２２０℃程度）なので、接合時における作業性は、Ｓｎ系のはんだを用いた場合と同等である。
【００６５】
第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣに含まれる酸素量を異ならせて、Ｐｂフリーはんだ６を溶融させた。その結果、コア粒子６ＢＣに含まれる酸素の割合が１．５質量％を超えると、コア粒子６ＢＣの表面および／または被覆層６ＢＳの表面に酸化膜が形成され、Ｐｂフリーはんだ６の溶融時に、Ｐｂフリーはんだ６から第２金属粒子６Ｂが分離してしまった。このため、コア粒子６ＢＣに含まれる酸素は、１．５質量％以下とすることが好ましい。分離を防ぐためには、酸素量はより少ないことが好ましく、このような範囲とすることによって、接合金属１０にＮｉ−Ｆｅの第１金属相１１を存在させて、接合強度及び耐熱性を向上させることができる。第３金属粒子６Ｃのコア粒子６ＣＣに含まれる酸素も、同様の理由により１．５質量％以下とすることが好ましい。
【００６６】
第２金属粒子６Ｂ又は第３金属粒子６Ｃに占めるＦｅの割合は、８質量％以上あれば溶融後硬化したＰｂフリーはんだ６の融点の上昇が認められる。前記割合が８質量％以上であれば、溶融後硬化したＰｂフリーはんだ６の融点は、最初の溶融温度よりも高くなる。一方、１６質量％を超えると、コストアップや、偏析、流動性の劣化といった恐れが出てくる一方で、添加量増分ほどには溶融温度上昇の効果は見込めない。したがって、第２金属粒子６Ｂ又は第３金属粒子６Ｃに占めるＦｅの割合は、８質量％以上１６質量％以下が好ましい。
【００６７】
Ｐｂフリーはんだ６は、例えば以下のようにして作製される。まず、コア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣを作製する。
【００６８】
第２金属粒子６Ｂのコア粒子６ＢＣ及び第３金属粒子６Ｃのコア粒子６ＣＣ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。その後、分級機によって粒子径にしたがって分級され、所定の平均粒子径のコア粒子が、コア粒子６ＢＣ又はコア粒子６ＣＣとして使用される。平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所製 ＳＡＬＤ−２２００）により測定して得られた結果を用いる。
【００６９】
特に水アトマイズ法を用いた場合、作製されたコア粒子６ＢＣ又は６ＣＣの表面が酸化される。第２金属粒子６Ｂの表面が酸化した状態で第１金属粒子６Ａと組み合わされ、Ｐｂフリーはんだ６とされた場合、Ｐｂフリーはんだ６が溶融した状態においては、酸化膜の影響により第２金属粒子６Ｂの粉末が、硬化したＰｂフリーはんだ６の表面に集まってしまう。その結果、第１金属粒子６ＡからのＳｎ相と第２金属粒子６Ｂの被覆層６ＢＳからのＳｎと合金を作る金属との反応が促進されず、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金を分散させた組織の接合金属１０が得られないおそれが高くなる。また、コア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣの表面が酸化された状態で被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳの形成を行うと、表面の酸化膜の影響により、被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳの接着の強度が弱くなり、被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳとしての機能が十分に得られない。
【００７０】
したがって、第２金属粒子６Ｂの製造過程において第２金属粒子６Ｂ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金属粒子６Ａと組み合わせる。このようにすることで、Ｐｂフリーはんだ６は、最初の溶融中において、第１金属粒子６ＡからのＳｎ相と第２金属粒子６Ｂの被覆層６ＢＳからのＳｎと合金を作る金属との反応が促進される。その結果、Ｓｎ相にＮｉ−Ｆｅ合金を分散させた組織の接合金属１０が得られるので、接合金属１０の接合強度及び耐熱性が向上する。
【００７１】
コア粒子６ＢＣ又はコア粒子６ＣＣを作製した後、例えば真空蒸着法、電気めっき法、無電解めっき法、バレルスパッタ法などによって、コア粒子６ＢＣ及びコア粒子６ＣＣの表面にそれぞれ被覆層６ＢＳ及び被覆層６ＣＳを形成する。被覆層６ＢＳ又は被覆層６ＣＳを多層とする場合には、これらの方法を組み合わせて行ってもよい。例えば、電気めっき法は以下のようにして行われる。
【００７２】
（Ｃｕ被覆層の形成）分級した後の、所定の平均粒子径を有するＮｉ−Ｆｅコア粒子に、めっきに先立ち脱塩処理を行う。次いで有機添加剤等を含む硫酸銅めっき浴槽中で、不溶性アノード電極を用い、Ｎｉ−Ｆｅコア粒子をカソードとして、電気めっきによりＣｕ被覆層の形成を行う。Ｎｉ−Ｆｅコア粒子を、絶縁体の撹拌用ボールとともに絶縁体のケースに収容する。ケースは、めっき浴に対して不溶性であり、めっき液が置換できる構造（例えばかご）である。ケースを振動させることによって収容したＮｉ−Ｆｅコア粒子を撹拌し、めっき液のエアバブリングを行いながら、ＮｉＦｅコア粒子へまんべんなく被覆層が形成されるようにして電気めっきを行う。
【００７３】
（Ｓｎ被覆層の形成）ＮｉＦｅコア粒子にＳｎの被覆層を形成するには、硫酸銅めっき浴槽に変えて錫めっき浴槽を用い、同様の電気めっき法を行う。ＣｕとＳｎとの２層の被覆層を形成させるには、被覆層が形成されていないＮｉ−Ｆｅコア粒子に変えて、Ｃｕ被覆が形成されたＮｉ−Ｆｅ粒子を用いて電気めっき法を行えばよい。
【００７４】
次に、本実施形態に係るＰｂフリーはんだ６を用いて電子回路モジュール部品１を製造する方法について説明する。
【００７５】
図６は、本実施形態に係る電子回路モジュール部品の製造方法の手順を示すフローチャートである。図７は、リフロー時における温度の時間変化の一例を示す図である。
【００７６】
本実施形態に係る電子回路モジュール部品の製造方法により、図１−１に示す電子回路モジュール部品１を製造するにあたり、印刷等の手段を用いて、回路基板３の端子電極３Ｔの表面にＰｂフリーはんだ６のはんだペーストを塗布する（ステップＳ１０１）。次に、回路基板３に電子部品２を載置する（ステップＳ１０２）。その後、電子部品２が搭載された回路基板３をリフロー炉でリフローする（ステップＳ１０３）。リフロー炉内における温度変化は、例えば、図７に示すようなものである。温度θｍでＰｂフリーはんだ６が溶融し始める。リフロー炉内の温度が最高温度θｍａｘに到達した後、前記温度は時間の経過とともに低下する。この過程で、溶融したＰｂフリーはんだ６が硬化して、図１−１、図１−２及び図１−３に示す接合金属１０となる。接合金属１０によって、電子部品２は回路基板３に固定される。リフローが終了したら、電子部品２が搭載された回路基板３が洗浄され（ステップＳ１０４）、本実施形態に係る電子回路モジュール部品の製造手順が終了する。
【００７７】
（評価例）
本実施形態に係るＰｂフリーはんだ６を使用した電子回路モジュール部品１及び比較例に係るＰｂフリーはんだを用いた電子回路モジュール部品について、電子部品のセルフアライメント機能、強度、及び耐熱性を評価した。強度及び耐熱性の評価は、電子回路モジュール部品の製造に用いたＰｂフリーはんだを溶融後硬化させて得た接合金属について、接合強度及び耐熱性を評価することにより行った。
【００７８】
セルフアライメント機能は、リフロー後における電子部品２の位置の誤差が、設定位置に対し±２５μm未満の場合をセルフアライメント機能が高いとして◎、±２５μｍ以上４０μm未満を○、±４０μｍ以上５０μｍ未満を△、±５０μｍ以上をセルフアライメント機能が十分でないとして×とした。
【００７９】
図８は、Ｐｂフリーはんだが溶融して硬化して得られた接合金属の接合強度を評価する際の説明図である。接合金属の強度は、シェア（せん断）試験により評価した。シェア（せん断）試験では、溶融後硬化したＰｂフリーはんだに対してせん断応力を負荷した。シェア試験は、図８に示すように、基板７０の電極７１にＰｂフリーはんだと電子部品２（寸法は０６０３Ｍ）とを乗せて溶融させ、電極７１の表面で電子部品２と接合している試験片（硬化したＰｂフリーはんだ）７２を対象とした。試験片７２を有する基板７０は、試験装置のテーブル７３に取り付けられる。この状態で、テーブル７３がシェアツール７４に向かって移動する。このとき、テーブル７３は、電子部品２の長手方向と直交する方向に移動するので、シェアツール７４は、電子部品２の長手方向と直交する方向から電子部品２に衝突する。そして、試験片７２がシェアツール７４で破壊されるときの破断の様子を観察し、これによって接合強度を評価した。シェア試験には、ハイスピードボンドテスター（Ｄａｇｅ社、Ｄａｇｅ−４０００ＨＳ）を用いた。試験速度Ｖは０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。接合強度は、強度試験の破壊箇所で判断した。図８において、硬化した試験片７２内で破壊せずに基板７０又は電子部品２で破壊した場合には試験片７２の強度は十分が高いとして◎、電極７１と基板７０との界面で破壊した場合には試験片７２の強度は高いとして○、電子部品２の端子電極２Ｔとの界面近傍で破壊した場合には△、接合部のはんだ組織で破壊した場合には試験片７２の強度が十分高くないとして×とした。
【００８０】
耐熱性は、最初に溶融したＰｂフリーはんだが硬化して得られた接合金属を加熱することにより評価した。耐熱性は、接合金属をリフロー時の温度（２４０℃〜２６０℃）で加熱した際の吸熱量に基づいて評価した。吸熱量は、熱流束示差走査熱量計（（株）島津製作所 ＤＳＣ−５０）を用いて測定した。吸熱量の絶対値が０Ｊ／ｇであれば接合金属は溶融しない。吸熱量があると、接合金属は溶融することになるが、吸熱量の絶対値が２５Ｊ／ｇから３５Ｊ／ｇの範囲であれば、接合金属が溶融したとしても、再度のリフロー時において、電子回路部品モジュールの絶縁樹脂にクラックが発生したり、はんだフラッシュその他の欠陥が発生したりすることはない。このため、耐熱性は、吸熱量の絶対値が２５Ｊ／ｇよりも小さい場合には接合金属が溶融しない（○）、吸熱量の絶対値が２５Ｊ／ｇ以上３５Ｊ／ｇ以下である場合には接合金属の溶融が少ない（△）、吸熱量の絶対値が３５Ｊ／ｇよりも大きい場合には接合金属が溶融した（×）と判定した。
【００８１】
評価結果を表１、表２に示す。表１において、はんだ母材の種類の表示は以下の条件を表す。なお、百分率表示は質量％である。
Ａ：Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（融点２１７℃〜２１９℃）
Ｂ：Ｓｎ−３．５％Ａｇ（融点２２１℃）
Ｃ：Ｓｎ−０．７５％Ｃｕ（融点２２７℃）
Ｄ：Ｓｎ−５８％Ｂｉ（融点１３９℃）
Ｅ：Ｓｎ−３．５％Ａｇ−０．１％Ｎｉ−０．１％Ｆｅ
【００８２】
また、各添加金属粒子の表示は以下の条件を表す。なお、かっこ内は、添加金属粒子のコア粒子中におけるＦｅの含有質量率を示す。
ＮｉＦｅ：Ｎｉ−Ｆｅ合金粒子
Ｎｉ＋Ｆｅ：Ｎｉ粒子＋Ｆｅ粒子
【００８３】
また、被覆層の表示は以下の意味を表す。
Ｓｎ（Ｔｈ≦１）：Ｓｎ被覆、厚さＴｈが１μｍ以下
Ｓｎ（１＜Ｔｈ≦１０）：Ｓｎ被覆、厚さＴｈが１μｍより大きく１０μｍ以下
ＣｕＳｎ（Ｔｈ≦１）：ＣｕとＳｎとの２層被覆、厚さＴｈが１μｍ以下
【００８４】
コア粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所製 ＳＡＬＤ−２２００）により測定した数値である。各添加金属粒子の量は、はんだ母材質量に対する各添加金属粒子の質量を、質量％で表示したものである。
【００８５】
セルフアライメント機能と耐熱性と接合強度とのいずれかが×である場合、総合評価は×とした。すべての項目の評価が△である場合、総合評価は△とした。セルフアライメント機能及び耐熱性及び接合強度のいずれか一項目のみが△であり、それ以外の少なくとも一項目が◎である場合、総合評価は○とした。セルフアライメント機能及び耐熱性及び接合強度のいずれか一項目のみの評価が○であり、それ以外の項目の評価が◎である場合、総合評価は◎とした。総合評価は○以上を許容とした。
【００８６】
【表１】
【００８７】
【表２】
【００８８】
表２より、以下の考察が導かれる。サンプル１６〜１９の結果から、第１の領域部及び第２の領域部の双方にＮｉ−Ｆｅ合金相が存在しない場合は、セルフアライメント機能、耐熱性及び強度について、許容される評価が得られない。一方、サンプル１〜１５の結果から、少なくとも第１の領域部にＮｉ−Ｆｅ合金相が存在し、かつ第１の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率が、第２の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率よりも多い場合は、比較例と比較してセルフアライメント機能、耐熱性、及び強度が向上していることが分かる。なお、Ｓｎ合金相の体積率は、１−（Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率）と近似してよい。したがって、サンプル１〜１５の結果から、第２の領域部におけるＳｎ合金相の体積率が、第１の領域部におけるＳｎ合金相の体積率よりも大きい場合には、比較例と比較してセルフアライメント機能、耐熱性、及び強度が向上していることが分かる。
【００８９】
サンプル６の結果から、強度向上のためには、第１の領域部と第２の領域部との双方が、Ｓｎ−Ｎｉ合金相を含むことが好ましいことが分かる。また、サンプル７、１６，１８，１９の結果より、セルフアライメント機能の向上のためには、各領域の全質量に対するＮｉの質量率は、第２の領域部よりも第１の領域部の数値が大きいことが好ましいことが分かる。
【００９０】
また、第２の領域部については、以下のことが分かる。サンプル７の結果より、セルフアライメント機能の向上のためには、第２の領域部における、第２の領域部の全質量に対するＮｉの質量率は、２０質量％以下であることが好ましいことが分かる。また、サンプル６，８の結果より、耐熱性の向上のためには、第２の領域部における、第２の領域部の全質量に対するＮｉの質量率は、０．５質量％以上であることが好ましく、１質量％以上であることがさらに好ましいことが分かる。
【００９１】
また、第１の領域部については、以下のことが分かる。サンプル４，８の結果から、耐熱性の向上のためには、第１の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率は、５体積％以上であることが好ましく、７体積％以上であることがさらに好ましく、１０体積％であることがさらにより好ましいことが分かる。また、サンプル３，９の結果から、セルフアライメント機能の向上のためには、第１の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率は、４０体積％以下であることが好ましく、２５体積％以下であることがさらに好ましいことが分かる。
【００９２】
表１及び表２より、以下の考察が導かれる。サンプル１６〜１８（比較例）の結果より、Ｎｉ−Ｆｅ合金が配合されていないＰｂフリーはんだを用いた場合、セルフアライメント機能、耐熱性及び強度について、許容される評価が得られない。サンプル６、８の結果より、耐熱性及び強度の向上のためには、Ｐｂフリーはんだに、第２金属粒子に加えて、第２金属粒子より平均粒子径の小さい第３金属粒子が配合されていることが好ましいことが分かる。
【００９３】
サンプル９の結果より、セルフアライメント機能の向上のためには、少なくとも第３金属粒子に被覆層が形成されていることが好ましいことが分かる。
【００９４】
また、第２金属粒子の添加量が多くなるほど、第１の領域部におけるＮｉ−Ｆｅ合金相の体積率が大きくなり、第１の領域部における、第１の領域部の全質量に対するＮｉの質量率が大きくなる傾向があることが分かる。また、第３金属粒子の添加量が多くなるほど、第２の領域部における、第２の領域部の全質量に対するＮｉの質量率が大きくなる傾向があることが分かる。
【符号の説明】
【００９５】
１ 電子回路モジュール部品
２ 電子部品
２Ｔ、３Ｔ 端子電極
３ 回路基板
３Ｐ 表面
４ 絶縁樹脂
５ シールド層
６ＢＣ、６ＣＣ コア粒子
６、１０６ Ｐｂフリーはんだ
６Ａ、１０６Ａ 第１金属粒子
６Ｂ、１０６Ｂ 第２金属粒子
６Ｃ、 第３金属粒子
６ＢＳ、６ＣＳ、６ＢＳａ、６ＢＳｂ 被覆層
７ モジュール端子電極
８ 装置基板
９ 装置基板端子電極
１０ 接合金属
１１ Ｓｎ合金相
１２ Ｎｉ−Ｆｅ合金相
７０ 基板
７１ 電極
７２ 試験片
７３ テーブル
７４ シェアツール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品と、
当該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、かつＳｎ合金を主成分とするＳｎ合金相とＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とするＮｉ−Ｆｅ合金相とを含む接合金属と、を含み、
前記接合金属は、前記回路基板の前記端子電極から前記接合金属までの最大距離に対して前記回路基板の前記端子電極から１０％以下の距離にある第１の領域部と、前記最大距離に対して前記回路基板の前記端子電極から９０％以上の距離にある第２の領域部とを有し、
前記第１の領域部における、前記第１の領域部の体積に対する前記Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率は、前記第２の領域部における前記Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率よりも大きく、
前記第２の領域部における、前記第２の領域部の体積に対する前記Ｓｎ合金相の体積率は、前記第１の領域部における、前記第１の領域部の体積に対する前記Ｓｎ合金相の体積率よりも大きいことを特徴とする電子回路モジュール部品。
【請求項２】
少なくとも前記第１の領域部及び前記第２の領域部が、Ｓｎ−Ｎｉ合金を主成分とするＳｎ−Ｎｉ合金相を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子回路モジュール部品。
【請求項３】
前記第２の領域部の全質量に対する前記第２の領域部におけるＮｉの質量率は、前記第１の領域部の全質量に対する前記第１の領域部におけるＮｉの質量率よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子回路モジュール部品。
【請求項４】
Ｓｎを主成分とする第１金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第２金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第３金属粒子と、を含むＰｂフリーはんだを、電子部品の端子電極と前記電子部品が搭載される回路基板の端子電極との間に設ける手順と、
前記Ｐｂフリーはんだを溶融させる手順と、
を含むことを特徴とする電子回路モジュール部品の製造方法。
【請求項１】
電子部品と、
当該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、かつＳｎ合金を主成分とするＳｎ合金相とＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とするＮｉ−Ｆｅ合金相とを含む接合金属と、を含み、
前記接合金属は、前記回路基板の前記端子電極から前記接合金属までの最大距離に対して前記回路基板の前記端子電極から１０％以下の距離にある第１の領域部と、前記最大距離に対して前記回路基板の前記端子電極から９０％以上の距離にある第２の領域部とを有し、
前記第１の領域部における、前記第１の領域部の体積に対する前記Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率は、前記第２の領域部における前記Ｎｉ−Ｆｅ合金相の体積率よりも大きく、
前記第２の領域部における、前記第２の領域部の体積に対する前記Ｓｎ合金相の体積率は、前記第１の領域部における、前記第１の領域部の体積に対する前記Ｓｎ合金相の体積率よりも大きいことを特徴とする電子回路モジュール部品。
【請求項２】
少なくとも前記第１の領域部及び前記第２の領域部が、Ｓｎ−Ｎｉ合金を主成分とするＳｎ−Ｎｉ合金相を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子回路モジュール部品。
【請求項３】
前記第２の領域部の全質量に対する前記第２の領域部におけるＮｉの質量率は、前記第１の領域部の全質量に対する前記第１の領域部におけるＮｉの質量率よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子回路モジュール部品。
【請求項４】
Ｓｎを主成分とする第１金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第２金属粒子と、Ｎｉ−Ｆｅ合金を主成分とする、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有するコア粒子の表面が、Ｓｎ又はＳｎと合金を作る金属を主成分とする少なくとも１つの被覆層で覆われた第３金属粒子と、を含むＰｂフリーはんだを、電子部品の端子電極と前記電子部品が搭載される回路基板の端子電極との間に設ける手順と、
前記Ｐｂフリーはんだを溶融させる手順と、
を含むことを特徴とする電子回路モジュール部品の製造方法。
【図１−１】
【図１−２】
【図１−３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１−２】
【図１−３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１２７３７（Ｐ２０１２−２１２７３７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６８１１（Ｐ２０１１−７６８１１）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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